1.文 献 综 述

深基坑的定义：建设部建质200987号文关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》规定：一般深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层）或深度为超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。深基坑支护结构设计与施工，影响因素众多，土层分布及其物理力学性能、周围的环境、地下水情况、施工条件和施工方法、气候等因素都对支护结构产生影响；再加上荷载取值和计算理论等方面的问题，如施工过程中稍有疏忽或未严格按照设计规定的工况进行施工，都易造成恶性事故，造成巨大的经济损失和拖延工期，在这方面已有不少教训。

深基坑支护结构一般包括挡墙和支撑（或拉锚）两部分。常用的挡墙结构有下列一些型式：钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩、H型钢支柱、地下连续墙、深层搅拌水泥桩挡墙；当基坑深度较大，悬臂挡墙在强度和变形方面不能满足要求时，即需设置支撑系统。支撑系统分为两类：基坑内支撑和基坑外拉锚。目前支护结构的内支撑，常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类。基坑外拉锚又分为顶部拉锚与土锚杆拉锚。

2.支护形式

2.1放坡

分一级和多级放坡，浅基坑比较适用，空旷地采用比较好，坡度系数l/h，土质较好的可以设置坡度系数小些，要求安全系数大于1.35.开挖边坡时，应注意施工顺序，宜从上到下，依次进行。

2.2土钉墙

土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件土钉置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体。

土钉墙支护的特点：

(1)土钉与土体形成复合体，提高了边坡整体稳定和承受坡顶超载能力，增强土体破坏延性，改变边坡突然塌方性质，有利于安全施工；

图1 土钉墙

(2)土钉墙体位移小，一般测试约20mm，对相邻建筑物影响小；

(3)设备简单，易于推广；

(4)如能与土方开挖配合好，实行平行流水作业，则工期可缩短，噪音小；

(5)经济效益好，一般成本低于灌注桩支护；

(6)因分段分层施工，易产生施工阶段的不稳定性，因此必须在施工开始就进行土钉墙体位移监测，以便于采取必要措施；

土钉墙支护适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。对于淤泥质土、饱和软土应采用复合型土钉墙支护。

3. 2.3重力式挡墙

重力式挡土墙是依靠墙体自重抵抗土压力作用的一种墙体，所需要的墙身截面较大，一般由砖、石材料砌筑而成。由于重力式挡墙具有结构简单，施工方便，能够就地取材等优点，在土建过程中被广泛采用。根据墙背倾斜方向可分为仰斜、直立、俯斜三种形式，俯斜式挡墙所手的土压力作用大，仰斜式所受的土压力最小。重力式挡土墙高度一般小于6m。

图2重力式挡墙

优点：省钱，止水。

缺点：占地大。

2.4排桩围护

基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩围护，开挖深度在6-10米左右时，即可采用排桩围护。排桩围护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩等。

排桩围护结构可分为：

图3 排桩

(1)柱列式排桩围护 当边坡土质尚好、地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡。

(2)连续排桩围护 在软土中一般不能形成土拱，支挡桩应该连续密排。密排的钻孔桩可以相互搭接，或在桩身混凝土强度尚未形成时，在相邻桩之间做一根素混凝土树根桩把钻孔桩排连起来。

(3)组合式排桩围护 在地下水位较高的软土地区，可采用钻孔灌注桩排桩与水泥土桩防渗墙组合形式。

根据基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩围护可分为以下几种：

(1)无支撑（悬臂）围护结构 当基坑开挖深度不大时，即可利用悬臂作用挡住墙后土体。

(2)单支撑结构 当基坑开挖深度较大时，不能采用无支撑围护结构，可以在围护结构顶部附近设置一道单支撑（或拉锚）。

(3)多支撑结构 当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以减少挡墙的内力。

排桩围护结构的计算，包括墙体静力计算、支撑计算与基坑稳定性计算等。无支撑（悬臂）围护结构的计算方法有：静力平衡法、布鲁姆法、弹性线法、基床系数法；单支点排扎围护结构的计算方法有：平衡法、弹性线法、等值梁法；多支点排扎围护结构的计算方法有：连续梁法、支撑荷载的1/2分担法、”M”法、考虑开挖过程的计算方法。

2.5钢板桩

用槽钢正反扣搭接而组成，或用U型、H型和Z型截面的锁口钢板桩。用打入法打入土中，相互连接形成钢板桩墙，既用于挡土又用于挡水，用于开挖深度3～10m的基坑。钢板桩具有较高的可靠性和耐久性，在完成支挡任务后，可以回收重复利用；于多道钢支撑结合，可适合软土地区的较深基坑，施工方便，工期短。但钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小，开挖后绕度变形较大，打拔桩振动噪声大，容易引起土体移动，导致周围地基较大沉陷。

钢板桩支护结构，有永久性结构和临时性结构两类。永久性结构在海港码头中应用较多，如：码头岸墙，护墙等；临时性结构多用于高层建筑的深基础

2.6 SMW工法（劲性水泥土搅拌桩）

劲性水泥土搅拌桩以及水泥土搅拌桩法为基础，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可以使用劲性桩。特别是适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层，对于含砂卵石的地层要经过适当处理后方可采用。

图 4 SMW工法

劲性桩适宜的基坑深度与施工机械有关，国内目前一般以基坑开挖深度6～10m，国外尤其是日本由于施工钻孔机械先进，基坑深度达到20m以上时也采用SMW工法，劲性桩法可取得较好的环境和经济效果。

劲性桩是在水泥土搅拌桩中插入受拉材料构成的，常插入H型钢。

2.7地下连续墙

地下连续墙工艺是近几十年来在地下工程和基础工程中发展起来并应用较广泛的

图5 地下连续墙

一项技术，一些重大的地下工程和深基础工程是利用地下连续墙工艺完成的，取得了很

好的效果。

地下连续墙工艺具有如下优点：

(1)墙体刚度大，整体性好，结构和地基变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构；

(2)适用于各种地质条件；

(3)可减少工程施工对环境的影响；

(4)可进行逆筑法施工，有利于加快施工进度，降低造价。

地下连续墙的适用范围有：

(1)对土质的适应性强，基本适用于所有土质，特别对软土地质更有利于施工；

(2)对相邻建筑物较近的工程，特别适宜用地下连续墙；

(3)施工时噪音及震动较低，适合于环境要求严格的地区施工。

用作支护结构的地下连续墙，作用于其上的荷载主要是土压力、水压力和地面荷载引起的附加荷载。目前，我国计算地下连续墙多采用竖向弹性地基梁（或板）的基床系数法，即把地下连续墙入土部分视为弹性地基梁，采用文克尔假定计算，基床系数沿深度变化。

3．基坑支撑体系

深基坑的支护体系由两部分组成，一是围护壁，二是基坑内的支撑系统。为施工需要而构筑的深基坑各类支撑系统，既要轻巧又需有足够的强度、刚度和稳定性，以保证施工的安全、经济和方便，因此支撑结构的设计是目前施工方案设计的一项十分重要的内容。

在深基坑的支护结构中，常用的支撑系统按其材料分可以有钢管支撑、型钢支撑，钢筋混凝土支撑，钢和钢筋混凝土组合支撑等种类；按其受力形式分可以有单跨压杆式支撑，多跨压杆式支撑，双向多跨压杆支撑，水平桁架相结合的支撑，斜撑等类型。

这些支撑系统在实践中有各自的特点和不足之处，以其材料种类分析，钢支撑便于安装和拆除，材料消耗量小，可以施加预紧力以合理控制基坑变形，钢支撑架设速度较快，有利于缩短工期。但是钢支撑系统的整体刚度较弱，由于要在两个方向上施加预紧力，所以纵横杆之间的联结始终处于铰接状态。

钢筋混凝土支撑结构的整体刚度好，变形小，安全可靠，施工制作时间长于钢支撑，但拆除工作比较繁重，材料回收利用率低，钢筋混凝土支撑因其现场浇筑的可行性和高可靠度而在目前国内被广泛的使用。

4.防渗帷幕与降水

4.1防渗帷幕

采用防水帷幕，用来阻止或限制地下水渗流到基坑中去。采用防水帷幕后，有时还需要在帷幕内或外面降水。常用的防渗帷幕有以下三种：

(1)水泥土搅拌桩 连续搭接的水泥土搅拌桩，是一种最常用的防渗止水结构。水泥土挡墙可以同时起到挡土和止水作用。在钻孔桩排桩挡土时，可以用水泥土搅拌桩止水。

(2)地下连续墙 地下连续墙一般能达到自防渗，不会产生渗漏情况。地下连续墙的防渗薄弱点是墙段间的接头部位，在防渗要求较高时，可在墙段接头处的坑外增设注浆防渗。

(3)水泥和化学灌浆帷幕 在透水的土层内，沿基坑喷射水泥 化学浆以填充土的孔隙，灌浆孔一个紧靠以形成连续防水帷幕。

4.2降水

在地下水位较高的地区开挖深基坑时，土的含水层被切断，地下水会不断地渗流入基坑内。为了保证施工的正常进行，防止出现流砂、边坡失稳和地基承载力下降，必须做好基坑降水工作。

常用的基坑降水方法有集水井降水与井点降水两类。

集水井降水属于重力降水，是在开挖基坑时沿坑底周围开挖排水沟，每隔一定距离(最大30～40米)设集水井，使基坑内挖土时渗出的水经排水沟流向集水井，然后用水泵排出基坑。

井点降水是高地下水位地区基础工程施工的重要措施之一。它能克服流砂现象，稳定基坑边坡，降低承压水位，防止坑底隆起和加速土的固结，使位于天然地下水位以下的基础工程能在较干燥的施工环境中进行施工。井点降水法有轻型井点降水法、喷射井点降水法和电渗井点降水法。此外还有管井法和深井泵法。

5基坑支护计算的原理和公式

5.1土压力计算

支护结构所承受的土压力，要精确的加以确定是有一定困难的。目前，对土压力的计算，主要采用朗肯土压力理论进行计算。

5.2弯矩计算

有弹性地基梁法计算最大弯矩。

5.3桩的嵌固深度计算

桩的嵌固深度即为保证桩的稳定性所需的最小的入土深度，可根据静力平衡条件即水平力的平衡方程(∑H=0)和对桩底截面的力矩平衡方程(∑M=0)联解求得。

5.4止水桩长计算

基坑开挖后，地下水形成水头差h＇，使地下水由高处向低处渗流。止水桩深度应满足相应条件，以免产生管涌。止水桩桩长的最小嵌固深度可按下式计算：

t≥ （1）

5.5稳定性验算

5.5.1嵌固稳定性验算

根据基坑等级确定嵌固稳定安全系数，嵌固稳定性验算按下式进行

（2）

5.5.2抗滑移稳定性验算

抗滑移稳定性验算按下式进行

（3）

5.5.3抗坑底隆起验算

在软粘土地区，如挖土深度大，可能由于挖土处卸载过多，在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。为此，需要进行抗坑底隆起验算。坑底隆起稳定性验算可按下式进行：

K_s=≥1.2 （4）

5.5.4 抗管涌验算

在砂性土地区，当地下水位较高、坑深很大时，挖土后在水头差产生的动水压力作用下，地下水会绕过支护墙连同砂土一同涌入基坑。为此，需要进行抗管涌验算。管涌稳定性验算可按下式进行：

γ＇≥Kj=Ki*γ_w （5）

6.基坑施工组织设计

基坑开挖前，设置管井井点降水，以利开挖人员和机械作业及土体装卸运输。顶层6.0m以内用长臂挖掘机开挖，开挖过程中坑内用小型装载机配合，将远离挖机的土方推至挖机的工作范围内。6.0m以下的土方用人力配合挖掘机挖装，吊机提装自卸车。白天开挖土方存于临时堆土场，夜间开挖土方直接运至弃土场。小挖掘机的就位(进出工作面、调头等)用吊车吊运。由于紫金山地铁站基坑开挖面积大，所以分为两部分开挖，运输坡道的坡度为8%~12%，

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