文 献 综 述

随着城市化进程的加快，我国高层建筑和地下空间工程建设的数量和规模日益增大。高层建筑和地下空间工程建设都需要大规模的地下开挖，因而产生了大量大规模的深基坑工程。这些深基坑工程的出现，一方面对基坑工程的设计理论和施工技术提出了严峻的挑战，另一方面也推动了深基坑工程的设计、施工的进步，使得设计理论和计算方法得到不断改进，施工工艺取得长久的进步，基坑工程的设计规范也有一定的发展。

目前常用的支护方案有：放坡开挖、土钉支护、水泥搅拌桩、复合土钉墙、钢板桩、SMW工法、排桩支护、地下连续墙和双排桩等支护方案。支撑方式有传统的钢柱（或者型钢）支撑和钢筋混凝土支撑，亦有在坑外采用土锚拉固。在基坑设计的过程中，需结合土层条件、地下水问题、基坑开挖深度、周边环境等各项基坑资料，对比不同设计方案，以安全、经济、可行、方便的原则进行基坑设计。

1.1基坑设计原则

(1)安全可靠：基坑支护设计时，应综合考虑基坑周边环境和地质条件的复杂程度、基坑深度等因素，按表1采用支护结构的安全等级。对同一基坑的不同部位，可采用不同的安全等级。

表1 支护结构的安全等级

安全等级	破坏后果
一级	支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响很严重
二级	支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重
三级	支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响不严重

(2)经济合理：在基坑设计时，应对工程项目及其相应环节进行经济效果分析，对各种备选方案进行分析、论证、评价，从而选择技术上可行、经济上合理的最佳方案。

(3)方案可行：在选择和制订施工方案时，首先要考虑其是否可行。从实际出发，选择符合当前实际情况，有实现可能的施工方案。

(4)施工方便：在施工方案符合安全规程的情况下，能方便施工、提高工效、缩短工期，同时保证施工质量。

1.2基坑常用支护方案、技术类型

基坑支护是为了保证地下主体结构施工和基坑周边环境的安全，对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施。基坑工程支护结构是围护墙、支撑（或土层锚杆）、围檩、防渗屏障等结构体系的总称。

目前广泛采用的主要基坑支护类型有：

（1）放坡开挖：当施工现场具有足够的放坡场地，且基坑开挖不会对邻近建筑物与设施的安全产生影响时，基坑采用放坡开挖具有施工方便、造价较低的优点，因而是一种常用的开挖形式。当场地为一般粘性土或粉土、地下水较低、降水或边坡开挖不会对周边环境产生不利影响、具有放坡开挖条件时，可采用放坡开挖设计。同时注意，基坑放坡开挖应视土质情况、场地大小和基坑深度等问题选择合理的放坡坡度，以保证基坑稳定性和减少土方开挖量。

采用放坡开挖时，为确保边坡的稳定性，应进行边坡稳定性的验算。大量的计算和实践表明，基坑边坡的破坏形式与土层的岩性、地面超载以及边坡形状等因素有关。对于较为均质的粘性土层中，边坡会沿着近似圆弧的滑动面转动。在工程运用中常采用圆弧滑动面的假定，并且按平面问题进行分析。目前广泛运用的粘性土层稳定性分析方法有瑞典条分法、简化Bishop法和Taylor稳定数法。对于无粘性土层的稳定性分析，由于无粘性土颗粒之间只有摩擦力，边坡稳定性只与坡角有关，稳定性分析中只需满足一定安全系数的坡角即可。

（2）土钉支护：土钉支护是指在现场原位土体中布置较密间距排列的细长杆件，通过土钉与周围土体的全长接触，使土体与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形时，通过与土体接触面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，给予土体约束加固或使其稳定。土钉支护具有工程量少、施工方便、对场地土层适应性强、安全可靠、经济等优点，适用于有一定毛细水粘聚力的中细砂土（含水量不小于5%～6%）、有一定天然胶结能力的砂土和砾石土、具有天然粘聚力的粉土及低塑粘土、以及风化岩层等。

土钉支护的结构设计分析方法大体分为三类:

1）极限平衡分析方法：假定各种可能的破坏面位置，从中寻求临界面，并满足规定的安全系数要求。此种分析方法不能提供任何关于变形的信息。

2）工程简化分析方法：凭借经验直接给定临界破坏面的位置以及破坏面上的土钉内力，作为局部稳定性验算的依据。

3）有限元分析方法：利用数学近似的方法对真实工况进行模拟，能够给出变形数据。

对于同一个工程，宜先采用简化方法进行分析，而后用某种极限平衡方法进一步审核；或者同时采用两种不同的极限平衡分析方法进行分析比较。重要工程还要用有限元方法进行分析。

(3)水泥搅拌桩围护：水泥土搅拌桩是用水泥作固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软粘土和水泥浆强制拌和，使软粘土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的水泥土，作为深基坑开挖的侧向支挡结构。水泥搅拌桩围护造价较低、施工简便，一般适用于饱和软土地区、开挖深度不超过6m的基坑。

水泥搅拌桩围护设计时，要先根据墙体所处条件（地质情况、土层分布、场地周边情况和施工条件等）拟定截面尺寸（指墙体高度、墙体宽度、墙体插入基坑底以下的深度等），然后对墙体进行抗倾覆、抗滑移、墙身强度验算和墙体整体稳定性的计算。同时还要做坑底土抗隆起和抗渗流（抗管涌）的计算。

(4)复合土钉墙支护：复合土钉墙支护结合了水泥土搅拌桩围护和土钉支护，以水泥土搅拌桩等超前支护组成防渗帷幕并打入土钉。搅拌桩作为隔水帷幕和临时挡墙，阻止开挖后土体渗水，保证开挖面土体局部的自立性，减少基坑底部的隆起，同时解决了喷射面层与土体的粘结问题。复合土钉墙支护造价低、施工简便，适用于淤泥质土、饱和软土。

复合土钉墙支护设计包括：土钉设计；稳定分析；层面设计；防渗设计。

（5）钢板桩：钢板桩常用于深基坑工程，它是由带锁口或钳口的热轧型钢支撑，通过这种钢板桩相互连接形成钢板桩墙，既用来挡土又用来挡水。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，施工便利，工期短，适合于软土地区的较深基坑。

根据支撑数量的不同，钢板桩可分为悬臂式钢板桩、单锚式钢板桩和多锚式钢板桩。对于悬臂式钢板桩，它的顶端没有支撑或锚杆，完全依靠足够的入土深度来保持稳定，

易产生较大的变位，对高度、荷载和土质的变化特别敏感，一般用于深度较小的临时性工程。单锚及多锚式钢板桩则减小较大变位的产生，减小了板桩截面。

（6）SMW工法：SMW工法是在水泥土搅拌桩施工后按一定的形式在其中插入型钢（如H钢），形成的一种劲性复合围护结构。这种围护结构的特点表现为止水好、刚性大、构造简单、型钢插入深度一般小于搅拌深度、型钢可回收重复使用、成本较低。适用于软土地区的较深基坑。

SMW工法中，型钢和水泥土共同组成挡墙结构。一般认为：型钢单独承担水土侧向压力，水泥土桩的作用是抗渗止水。SMW工法挂墙内力计算模式与壁式地下连续墙类似。

（7）排桩支护：基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩支护，开挖深度6～10m左右时，即可采用排桩支护。排桩支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。

排桩支护结构可分为：

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

2）连续排桩支护：在软土中一般不能形成土拱，应密排支挡桩。

3）组合式排桩支护：在地下水位较高的软土地区，采用钻孔灌注桩与水泥土防渗墙组合。

按照基坑开挖深度及支挡结构的受力情况，排桩支护又分为悬臂式和支锚式，支锚式又分为单支锚结构和多支锚结构。当基坑开挖深度不大时，即可采用利用悬臂作用挡住墙后土体的悬臂式支护结构；当基坑开挖较深时，不能采用无支锚支护结构时，可设置支锚，以减少挡墙内力。

悬臂式排桩支护的计算方法采用传统的板桩计算方法。悬臂板桩在基坑底面以上受外侧主动土压力作用，板桩向基坑内侧倾移，下部则受反方向变位。通常可用静力平衡法和布鲁姆（Blum）法计算板桩的入土深度和内力。

单支锚板桩围护结构由于顶端有支锚形成一铰接的简支点。桩入土部分，入土浅时为简支，深时则为嵌固。通常采用等值梁法和图解分析法（弹性线法）计算。

多支锚排桩支护在基坑相对较深，为减少支护桩的弯矩时采用。可设置多层支撑，支撑层数及位置要根据土质、坑深、桩的直径（厚度）、支撑结构的材料强度等因素拟

定。常用的计算方法有等值梁法（连续梁法）、支撑荷载的1/2分担法、逐层开挖支撑力不变法、有限元法等。

（8）地下连续墙：它是在拟筑地下工程地面上，沿周边划分数段槽孔，在泥浆护壁的支护下，使用造孔机械钻挖槽孔，待槽孔达到设计深度后，在槽孔两段放入接头管，采用直升导管法进行泥浆下灌注混凝土。现浇混凝土由槽孔底部逆行向上抬起并充满槽孔段，把泥浆置换出来。依次逐段完成各段槽孔的钻挖和灌注混凝土的工作，然后将相邻的墙段连接成整体，形成一条连续的地下墙体，起到截水防渗和挡土承重的作用。地下连续墙具有对周围环境影响小、适用于各种土质情况、能兼作临时设备和永久的地下主体结构、可结合逆作法施工从而缩短施工总工期等优点，同时也存在着需要进行废泥浆处理、槽壁坍塌问题、地下连续墙作临时挡土结构造价高等缺点。

地下连续墙的设计，要使墙体具有足够的强度以保证在荷载作用下墙体是安全的，并使墙体具有足够的刚度以保证对附近地基和有关结构物不产生有害影响，且当地下连续墙用作基坑开挖的挡土墙或防渗墙时，为保证坑底地基的稳定性和防止坑底涌水，以便能够在坑底施工，必须使地下连续墙有一定插入深度。地下连续墙设计计算主要内容为：确认各工况荷载；确定地下连续墙所需入土深度；验算开挖槽段的槽壁稳定；地下连续墙结构体系的内力分析和变形验算；地下连续墙的截面设计；估算基坑施工对周围环境的影响程度。

（9）双排桩：双排桩是一种新型的支护结构，它是由两排平行的钢筋混凝土桩以桩间的联系梁形成的空间门架式结构体系。它利用超静定钢架结构随支撑条件及荷载条件的变化而自动调整结构内力的特性，解决支护问题。具有适应性强、安全度高、施工方便等优点。近年来在深基坑、道路边坡工程中得到广泛应用。

1.3基坑主要支撑方法、技术类型

在挖掘深度加深时，为防止砂土崩塌、保持开挖面大致垂直、控制变形，需要设置内支撑或者土层锚杆。内支撑有效地传递作用在挡墙上的水、土压力，土层锚杆设置于坑外维持平衡，以减少支护结构位移。基坑支撑作为支护系统的一部分，既要轻巧又需要足够的强度、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施工方案设计中的一项十分重要内容。

内支撑可以直接平衡两端围护墙上的侧压力，具有受力合理、安全可靠、易于控制挡墙的变形等优点。但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的施工带来不便，需要

通过不断换撑来加以克服。内支撑适用于各种不易设置锚杆的松软土层及软土地基支

护。按照材料种类分为钢支撑和钢筋混凝土支撑。

钢支撑便于安装和拆卸，架设速度快，可以缩短工期。同时可以施加预应力以合理

控制基坑变形。但是由于钢支撑系统的整体刚度较弱，要在两个方向上施加预应力，所以纵横杆之间的联结始终处于铰接状态。

钢筋混凝土支撑需要架设模板、制作钢筋笼、浇筑混凝土、养护混凝土的过程，施

工制作时间长于钢支撑，拆除工作也比较繁重，材料回收利用率低。但由于钢筋混凝土的刚度好、现场浇筑的可行性及高可靠度，因而钢筋混凝土支撑在国内作为基坑内支撑广泛应用。

土层锚杆是由设置于钻孔内、端部伸入稳定土层中的钢筋或钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆件，通常对其施加预应力，以承受由土压力、水压力或风荷载等产生的拉力，维持支护体系的稳定。土层锚杆的优点是支撑与开挖土方互不干扰，便于施工。需根据土层条件和建筑红线具体设计分析。

基坑内支撑系统的设计应该包括以下内容：支撑材料的选择；支撑的结构形式；支撑结构体系的布置；水平支撑的竖向设置；斜撑体系的竖向设置；支撑节点的构造；水平支撑体系的设计计算；竖直支撑体系的设计计算；坑内被动区加固设计计算；换撑设计等。

1.4地下水处理

在地下水位较高的透水土层（例如砂类土及粉土）中进行基坑开挖施工时，由于坑

内外的水位差大，较易产生潜蚀、流砂、管涌、突涌等渗透破坏现象，导致边坡或基坑

坑壁失稳，直接影响到建筑物的安全，因此地下水处理是基坑工程中重要的部分。

1.4.1降、排水

（1）明沟排水：是在基坑开挖过程中，沿坑底的周围或中央开挖排水沟，并在基坑边角处设置集水井。将水汇入集水井内，用水泵抽走。明沟排水设备简单、排水方便、费用较低，适用于粗粒土层和渗水量小的粘性土。

（2）轻型井点降水：就是在基坑开挖前，沿基坑的四周将许多直径较小的井点管埋入地下蓄水层内，井点管的上端通过弯连管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，以达到降水目的。轻型井点降水在砂土中效果好。

（3）电渗井点降水：电渗井点是在轻型或喷射井点中增设电极而形成，以轻型或

喷射井点的井点管作阴极，在基坑一侧相应地插入钢筋做阳极。通入直流电后，土中的水会向阴极移动，从而加速水的渗流，尽快将土疏干。电渗井点主要用于渗透系数小于0.1m/d的土层。

（4）深井井点降水：当要求井内降水深度超过15m时，可在管井内使用深井泵抽水。这种井点称为深井井点。深井井点可降低水位30～40m，有时可达百米以上。

（5）管井井点降水：就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵抽水以降低地下水位。管井井点的设备主要是有管井、吸水管及水泵组成，管径的布置间距一般为20～50m，管井深度为8～15m。

1.4.2地下水的防渗控制

地下水的防渗控制是通过在基坑周围设置防渗屏障来阻止或限制地下水进入开挖的基坑。有效的防渗隔离，可以保持基坑周围水位处于正常位置，避免沉降等问题发生。防渗控制屏障包括板墙、排桩墙、地下连续墙、注浆帷幕等，它们利用开挖面下的不透水地层作为隔离层或使用注浆形成人工水平屏障的方式，阻挡地下水渗入坑内。常用的防渗控制屏障有以下三种：

（1）水泥土搅拌桩：水泥土搅拌桩密排是一种常用的防渗控制屏障。水泥土挡墙同时具有挡土和止水作用。在钻孔灌注桩支护结构中，可配合水泥土搅拌桩防渗帷幕止水。

（2）地下连续墙：地下连续墙是一道连续的钢筋混凝土墙，一般能达到自防渗，不会产生渗漏情况。在防渗要求较高时，一般在其防渗薄弱的墙段接头处坑外增设注浆防渗。

（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填充土的孔隙以形成连续的防渗控制屏障。

1.4.3地下水处理设计应具备资料

（1）含水层性质；

（2）含水层厚度及顶底板高程；

（3）地下水位标高及其动态规律以及各层水之间的水力联系状况；

（4）各含水层的渗透系数值。在采用深井井点降水和水平封底隔渗方法时，必须取得深部砂、卵、砾石层的渗透系数；

（5）含水层的补给条件，深基坑与附近大型地表水源的距离关系及其水力联系；

（6）深基坑开挖深度、尺寸范围，深基坑周围建筑物与地下管线的基础情况，深基坑支挡结构类型；

（7）深基坑工程维持时间，以及在此季节内的气象资料。

1.5基坑开挖

基坑开挖应符合以下规定：

（1）当支护结构构件强度达到开挖阶段的设计强度时，方可下挖基坑；对采用预应力锚杆的支护结构，应在锚杆施加预加力后，方可下挖基坑；对土钉墙，应在土钉、喷射混凝土面层的养护时间大于2d，方可下挖基坑；

（2）应按支护结构设计规定的施工顺序和开挖深度分层开挖；

（3）锚杆、土钉的施工作业面与锚杆、土钉的高差不宜大于500mm；

（4）开挖时，挖土机械不得碰撞或损坏锚杆、腰梁、土钉墙面、内支撑及其连接件等构件，不得损害已施工的基础桩；

（5）当基坑采用降水时，应在降水后开挖地下水位以下的土方；

（6）当开挖揭露的实际土层性状或地下水情况与设计依据的勘察资料明显不符，或出现异常现象、不明物件时，应停止开挖，在采取相应处理措施后方可继续开挖；

（7）挖至坑底时，应避免扰动基底持力土层的原状结构；

1.6基坑工程监测

在深基坑开挖的施工过程中，由于基坑内外土体应力状态的改变从而引起支护结构承受的荷载发生变化，并导致支护结构和土体的变形。支护结构内力和变形以及土体变形中的任一量值超过容许的范围，将造成基坑的失稳破坏或对周围环境造成不利影响。因此，基坑施工过程中，在理论分析指导下，应通过监测及时对基坑工程自身的安全性和基坑工程对周围环境的影响程度有全面的了解，确保工程的顺利进行和周围建筑物的安全，随时预报，及时处理，并根据监测数据及时调整施工进度和施工方法。

基坑监测的内容大致有：

（1）墙顶水平位移、沉降；

（2）墙体水平位移；

（3）土体深层竖向位移、侧向位移；

（4）孔隙水压力、地下水位；

（5）墙体内力；

（6）土压力；

（7）支撑轴力；

（8）临近建筑物、道路及地下管线等的变形等。

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文 献 综 述

随着城市化进程的加快，我国高层建筑和地下空间工程建设的数量和规模日益增大。高层建筑和地下空间工程建设都需要大规模的地下开挖，因而产生了大量大规模的深基坑工程。这些深基坑工程的出现，一方面对基坑工程的设计理论和施工技术提出了严峻的挑战，另一方面也推动了深基坑工程的设计、施工的进步，使得设计理论和计算方法得到不断改进，施工工艺取得长久的进步，基坑工程的设计规范也有一定的发展。

目前常用的支护方案有：放坡开挖、土钉支护、水泥搅拌桩、复合土钉墙、钢板桩、SMW工法、排桩支护、地下连续墙和双排桩等支护方案。支撑方式有传统的钢柱（或者型钢）支撑和钢筋混凝土支撑，亦有在坑外采用土锚拉固。在基坑设计的过程中，需结合土层条件、地下水问题、基坑开挖深度、周边环境等各项基坑资料，对比不同设计方案，以安全、经济、可行、方便的原则进行基坑设计。

1.1基坑设计原则

(1)安全可靠：基坑支护设计时，应综合考虑基坑周边环境和地质条件的复杂程度、基坑深度等因素，按表1采用支护结构的安全等级。对同一基坑的不同部位，可采用不同的安全等级。

表1 支护结构的安全等级