1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

基坑设计与施工是土力学基础工程中的一个古老的传统课题，同时又是一个综合性的岩土工程难题，既涉及土力学中典型的强度、稳定与变形问题，同时还涉及土与支护结构的共同作用问题。对这些问题的认识及其对策的研究，是随着土力学理论、测试技术、计算技术以及施工机械、施工技术的发展而进步完善的。

基坑的支护工程，采用何种支护方案，除了与基坑深度直接有关外，更主要的是根据底层土质的好坏来采用不同的支护方案。基坑支护工程包含挡土、支护、防火、降水、挖土等许多紧密联系的环节，如其中某一环失败，将会导致整个工程的失败。根据基坑工程事故的统计分析，基坑工程事故发生率较高，竟占基坑总数的1/4以上，而这些工程事故主要表现为支护结构产生较大位移、支护结构破坏、基坑塌方及大面积滑坡、基坑周围道路开裂和塌陷、与基坑相临的地下设施(管线、电缆)变位以至于破坏，邻近的建筑物开裂甚至倒塌等。

由于基坑开挖与支护技术涉及工程地质、水文、场地环境、支护设计方案、计算参数以及施工操作等许多方面，其中的好多问题还尚在探讨之中，许多设计计算方法也仅建立在经验或半经验之上，使基坑工程的设计与施工处于不定状态。一方面，由于工程失误造成基坑支护结构失效事故频频发生，损失严重；另一方面，由于过分地强调安全、稳妥，以至于不考虑支护结构是一种临时结构，而按永久性结构进行设计，因此造成的浪费也是惊人的。传统的基坑支护结构体系的设计方法是按照墙体受力强度及整体稳定性进行设计计算的，设计过程是以开挖的最终状态为对象。然而基坑开挖过程往往会引起支护结构的内力和变形以及土体的变形，发生种种意外变化，乃至影响工程安全和环境安全，而这绝非传统的方法能事先控制或事后处置的。因此，以变形大小作为控制手段的设计方法正受到人们的普遍重视。

近些年来，随着城市经济的快速发展，高层建筑大批兴建，发展趋势是层数增多，高度增大，基础埋深加大，平面布置更加复杂，与周围建筑物联系更加紧密。城市地下空间的开发利用，使得基坑面积和开挖深度越来越大，因此，传统基坑支护方式面临深度与广度的挑战。基坑支护目前国内外方法很多，而且尚在不断发展之中，每一种支护方法都有各自的适用范围和一定的局限性。对于一个具体的深基坑支护工程，究竟采取什么样的支护方案，要做具体分析。基坑支护正是在人们的不断实践探索中发展起来，具有一定的地区经验性，方法灵活多变，视工程实际而定。

1.1深基坑支护的目的与意义

随着高层建筑的不断增加、市政建设的大力发展和地下空间的开发利用，产生了大量的深基坑支护设计与施工问题，并使之成为当前基础工程的热点与难点。 近年来我国的经济建设和城市建筑发展迅速，人们的生活水平也不断提高，各类建筑与市政工程得到了飞速发展，高层建筑不断增加，深基坑工程愈来愈多。多层建筑及高层建筑的地下室、地下车库、地铁车站等工程施工，都会面临深基坑工程。对地下空间开发利用的重要性以及随之产生的深基坑支护设计和施工方面的问题，使得深基坑工程已经成为我国土木领域中的热点和难点问题之一，正引起广泛的关注。

1.2基坑支护的要求、原则与依据

基坑支护的要求：

(1)确保坑壁稳定，施工安全；

(2)确保邻近建筑物、构筑物和管线安全；

(3)有利于挖土及地下室的建造；

(4)支护结构施工方便、经济合理。

基坑支护的原则：安全可靠；经济合理；施工便利和工期保证；可行性。

基坑支护的依据：规范；岩土工程规范；基坑支护工程勘察报告；基坑支护结构设计资料；周边环境；基坑的深度。

1.3深基坑支护结构分类

支护结构分挡土（挡水）及支撑拉结两部分，而挡土部分因地质水文情况不同又分透水部分及止水部分。透水部分的挡土结构须在基坑内外设排水降水井，以降低地下水位。止水部分挡土结构主要不使基坑外地下水进人坑内，如作防水帷幕、地下连续墙等，只在坑内设降水井。

挡土系统：常用的有钢板桩、钢筋混凝土板桩、深层水泥搅拌桩、钻孔灌注桩、地下连续墙。其功能是形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力。

挡水系统：常用的有深层水泥搅拌桩、旋喷桩、压密注浆、地下连续墙、锁口钢板桩。其功能是阻挡抗外渗水。

支撑系统：常用的有钢管与型钢内支撑、钢筋混凝土内支撑、钢与钢筋混凝土组合支撑。其功能是支承围护结构侧力与限制围护结构位移。

1.4基坑主要支护方法、技术类型

1.4.1基坑主要支挡方法、技术类型

（1）放坡开挖：它使用于基坑侧壁安全等级为三级，基坑较浅，周围无紧邻的重要建筑及地下管线，地基土质较好。放坡只要求稳定，位移控制无严格要求，价钱最便宜，但回填土方较大，当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施。放坡可以独立或与其他支护结构结合使用。

采用放坡开挖时，应该考虑到边坡稳定性，边坡稳定验算方法有极限平横法、极限分析法和有限元法。在工程实践中，稳定性分析较多采用极限平衡法，将土坡稳定问题视作平面应变问题。极限平衡法修定边坡的失稳是土体内部产生某一滑裂面，根据滑动土体的静力平衡条件和摩尔#8212;库仑破坏准则计算滑动土体沿滑裂面滑动的可能性，即安全系数的大小，然后采用同样的方法选取多个可能的滑裂面，分别计算相应的稳定安全系数。安全系数最低的滑裂面即可能性最大的滑裂面，为稳定性设计控制滑裂面，取最危险滑裂面的安全系数K≥(1.35,1.5)。常用的方法有圆弧滑动法和条分法。

（2）放坡土钉墙支护：它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，通常土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体。土钉墙支护充分利用土层介质的自承力，形成自稳结构，承担较小的变形压力，土钉承受主要压力，喷射混凝土面层调节表明应力分布，体现整体作用；同时，由于土钉排列较密，通过高压注浆扩散后使土体性能提高。土钉墙施工快捷简便，经济可靠，土钉墙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。

土钉墙支护设计应满足规范的强度、稳定性、变形和耐久性等要求。土钉墙支护的土钉设计和稳定性计算采用总安全系数法。其中以荷载和材料性能的标准值作为计算值，并根据此确定土压力。层面设计计算采用以概率理论为基础的结构极限状态计算方法，此时作用于层面的土压力乘以分项系数1.2后作为计算值。

（3）重力式挡墙如水泥土搅拌桩围护：它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。一般用于开挖深度不超过6m的基坑，适合于软土地区，环境保护要求不高，施工低噪声、低振动，结构止水性较好，造价经济，但围护较宽，一般取基坑开挖深度的0.7～0.8 倍。

深层搅拌法最适宜于各种成因的饱和软土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等，加固深度从数米至30～40m。一般认为含有高岭石、多水高岭石与蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；含有伊利石、氯化物等粘性土以及有机质含量高、酸碱度（pH）较低的粘性土的加固效果较差。当地表杂填土层为厚度大于100mm的石块时，一般不宜使用搅拌桩。搅拌桩的平面布置可视地质条件和基坑围护要求，结合施工设备条件，分别选用桩式、块式、壁式、格栅式或拱式，它在深度方向可采取长短结合形式。搅拌桩是一种具有一定刚性的脆性材料所构成，其抗拉强度比抗压强度小得多，在工程中要充分利用抗压强度高的特点，”重力坝”式挡墙就是利用结构本身自重和抗压不抗拉的一种结构形式。

水泥土围护结构的计算包括抗倾覆、抗滑动验算、整体稳定、抗渗计算及墙体应力计算。

（4）复合型土钉墙支护：它是以水泥土搅拌桩等超前支护组成防渗帷幕，解决土体的自立性、隔水性及喷射面层与土体的粘结问题。对于淤泥质土、饱和软土，应采用复合型土钉墙支护。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）排桩支护：排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻（冲）孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间的联系差必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠联接。为了防止地下水并夹带土体颗粒从桩间孔隙流入（渗入）坑内，应同时在桩间或桩背采用高压注浆，设置深层搅拌桩、旋喷桩等措施，或在桩后专门构筑防水帷幕。

灌注桩施工简便，可用机械钻（冲）孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低。同时，灌注桩围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力（承受侧压），这时在桩与主体之间通常不设拉结筋，并用防水层隔开。

排桩支护可分为悬臂式和支锚式，而支锚式又分单点支锚和多点支锚。大多数情况下，悬臂式柱列桩适用于三级基坑，支锚式柱列桩适合于一、二级基坑工程。一般来说，当基坑深h=8m～14m，周围环境要求不十分严格时，多考虑采用排桩支护。柱列式灌注桩的工作比较可靠，但要重视帽梁的整体拉结作用，在基坑边角处，帽梁应连续交圈。当要求灌注桩围护结构起到抗水防渗作用时，必须做好桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷桩。当周围环境保护要求严格时，为减少排桩的变形，在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域，用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少支护结构的变形。

悬臂式排桩围护在坑底以上外侧主动土压力作用下，桩将向基坑内侧倾移，而下部则反方向变位，可根据静力平衡条件计算桩的入土深度和内力。通常用静力平衡法和布鲁姆（Blum）法。

单支点排桩围护是顶端支撑的围护结构，由于顶端有支撑而不致移动而形成一铰接的简支点。通常用图解分析法（弹性线法）和等值梁法。

多支点排桩围护，为了减少支护桩的弯矩可以设置多层支撑。支撑层数及位置要根据土质、坑深、桩径、支撑结构的材料强度，以及施工要求等因素拟定。目前对多支撑围护结构的计算方法一般有等值梁法（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。

（6）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。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。钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制。而且钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于7m时，不宜采用。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出时对周围地基土和地表土的影响。

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。

（7）劲性水泥土搅拌连续墙（SMW工法）：它是以水泥土搅拌桩法为基础，在水泥土搅拌桩中插入型钢或其它芯材料形成的同时具有承力和防渗两种功能 的支护形式。凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可以使用SMW工法，特别是 适合于以粘土和粉性土为主的软土地区。

SMW工法具有占用场地小、施工速度快、环境污染小，无废弃泥浆、施工方法简单、造价低等优点。SMW工法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，取得较好的环境和经济效果，它极有可能逐步代替钻孔灌注桩围护，在某些工程中有可能代替地下连续墙。劲性水泥土搅拌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。通常认为：水土侧压力全部由型钢单独承担，水泥土桩的作用在于抗渗止水。SMW挂墙内力计算模式与壁式地下连续墙类似。

（8）地下连续墙：它是利用特制的成槽机械在泥浆（又称稳定浆）护壁的情况下进行开挖，形成一定槽段长度的沟槽；再将地面上制作好的钢筋笼放入槽段内，采用导管法进行水下混凝土浇筑，完成一个单元的墙段，各墙段之间的特定的接头方式相互联结，形成一道连续的地下钢筋混凝土墙。

地下连续墙具有墙体刚度大、整体性好，因而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；适用于各种地层；可以减少工程施工时对环境的影响；可进行逆筑法施工。逆筑法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏，为此，在基坑施工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力（即利用地下结构自身的桩、柱、梁、板作为支撑，同时可省去内部支撑体系），减少支护结构变形，降低造价并缩短工期的有效方法。

但是，地下连续墙施工法也有不足之处：对废泥浆的处理；槽壁坍塌；地下连续墙如作临时挡土结构，则造价高，不够经济。

排桩围护的一般计算方法，包括悬臂式排桩围护、单支点排桩围护、多支点排桩围护的各种计算方法以及杆系有限元法，都适用于地下连续墙的静力计算。同时，还有其他一些方法可以计算，如假定支撑轴力、山肩邦男法和弹性法，以及考虑土与结构作用的有限元法。

1.4.2基坑主要支撑方法、技术类型

深基坑的支护体系由两部分组成，一是围护壁，还有是内支撑或者土层锚杆。作用在挡墙上的水、土压力可以由内支撑有效地传递和平衡，也可以由坑外设置的土锚维持平衡，它们可以减少支护结构位移。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。

内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受到的侧压力，结构简单，受力明确。土锚设置在围护墙的背后，为挖土、结构施工创造了空间，有利于提高施工效率。在软土地区，特别是在建筑密集的城市中，应用比较多的还是支撑。

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。

土层锚杆是一种新型的受拉杆件，它的一端与结构物或挡土墙联结，另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力或挡土墙的土压力、水压力，是利用地层的锚固力维持结构物的稳定。拉锚的优点是在基坑内部施工时，开挖土方与支撑互不干扰，便于施工，施工时噪音和振动均小，锚杆可采用预应力，以控制结构的变形。

锚固方法以钻孔灌浆为主，受拉杆件有粗钢筋、高强钢丝束和钢绞线等不同类型。锚杆支护体系由挡土构筑物，腰粱及托架、锚杆三个部分所组成，以保证施工期间边坡的稳定与安全。

锚杆长度应为锚固段、自由段的长度之和，并应满足下列要求：

（1）锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算，预应力锚杆自由段长度应不小于5m，且应超过潜在滑裂面1.5m。

（2）锚杆锚固段长度应按规定进行计算，并取其中大值，同时，土层锚杆的锚固段长度不应小于4m，且不宜大于10m；岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m，且不宜大于和6.5m或8m（对预应力锚索）；位于软质岩中的预应力锚索，可根据地区经验确定最大锚固长度。当计算锚固段长度超过上述数值时，应采取改善锚固段岩体质量、改变锚头构造或扩大锚固段直径等技术措施，提高锚固力。

1.5基坑主要止（降）水方法、技术类型

在沿海软土地区，一般地下水位都比较高，当地层中有厚层饱和淤泥质土、粘质粉土、砂质粉土或粉砂等，基坑开挖时，坑内地下水位必然产生大大低于四周，周围的地下水向坑内渗流，产生渗透力。为了防止由此产生的渗流破坏，基坑必须有止（降）水方案。

地下水控制的设计和施工应满足支护结构设计要求应根据场地及周边工程地质条件水文地质条件和环境条件并结合基坑支护和基础施工方案综合分析确定，地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水、和回灌等型式，单独或组合使用。

1.5.1 降水

工程降水是基坑工程的一个难点。由于土质和地下水位的条件不同，基坑开挖的施工方法大不相同。在地下水位以下开挖基坑时，采用降水的作用是：

（1）截住基坑边坡面及基底的渗水；

（2）增加边坡的稳定性，并防止基坑从边坡或基底的土粒流失；

（3）减少板桩和支撑的压力，减少隧道内的空气压力；

（4）改善基坑和填土的砂土特性；

（5）防止基底的隆起和破坏。

降水有各种不同的方法，应视工程性质、开挖深度、土质特性及经济等因素进行考虑在选择和设计基坑降水前，必须由甲方提供工程地质勘察资料，建筑物平面图和立面图，建筑物场地附近房屋平面图等，对于重大工程，设计人员除掌握相应资料外，必须在设计前到工程现场亲自了解，最好能目测各土层的土样，对将来降水工程的布置及其与邻近建筑物的影响。

降水方法按降水机理不同，可分为明沟排水和井点降水。明沟排水是在基坑的周围，有时在基坑中心，设置排水沟，每隔30～40cm 设一个集水井，使地下水汇流于集水井内，用水泵将水排出基坑外。明沟排水由于其制约条件较多，尚不能得到广泛的应用，而井点降水的适用条件较广，并经过二十多年来的应用、发展和改进，已形成了多种井点降水的方法。目前常用的井点降水方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、深井井点、管井点、辐射井点等。这些有效的降水方法现已被广泛用于各种降水工程中，但由于降低地下水位以后，可能带来一些不良影响，如地面沉降，邻近已有建筑物或构筑物的安全稳定及残留滞水的处理等。

表1.各类井点的使用范围

井点类型	土层渗透系数	降低水位深度（m）	适用土层种类
单级轻型井点		3～6	粉砂、砂质粉土、粘质粉土、含薄层粉砂层的粉质粘土
多级轻型井点		6～9 (由井点级数确定）	粉砂、砂质粉土、粘质粉土、含薄层粉砂层的粉质粘土
喷射井点		8～20	粉砂。砂质粉土、粘质粉土、粉质粘土、含薄层粉砂层的淤泥质粉质粘土
电渗井点	≤	根据阴极井点确定	淤泥质粉质粘土、淤泥质土
管井井点	≤	3～5	各种砂土、砂质粉土
深井井点	≥	≥5 或降低深部地层承压水头	各种砂土、砂质粉土
真空深井井点		≥5	砂质粉土、粘质粉土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土

明沟排水是在基坑内设置排水明沟或渗渠和集水井，使进入基坑内的地下水沿排水沟渠流入井中，然后用水泵将水抽出基坑外的降水方法。明沟排水一般适用于土层比较密实，坑壁比较稳定，基坑比较浅，降水深度不大，坑底不会产生流砂和管涌等的降水工程。

在地下水位以下施工基坑工程时，通常采用井点（垂直和水平井点）降水法来降低地下水位。垂直井点常沿基坑四周外围布设，水平井点则可穿越基坑四周和底部，井点深度大于要求的降水深度，通过井点抽水或引渗来降低地下水位，实现基坑外的暗降，保证基坑工程的施工。经井点降水后，能有效地截住地下渗流，降低地下水位，克服基坑的流砂和管涌现象，防止边坡和基坑底面的破坏；减少侧土压力，增加挖掘边坡的稳定性，有利于边坡的支护和施工；防止基底隆起和破坏，加速地基土的固结作用；有利于提高工程质量，加快施工进度及保证施工安全。

1.5.2 止水帷幕

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。

1.5.3 降水时的注意事项

在城市中由于深基坑降水，使邻近建筑物下的水位也降低，若其下是软弱土层，则将因水位降低而减少土中地下水的浮托力，从而使软弱土层压缩而沉降，影响邻近建筑物和管线，降水的时候应该注意：

（1）井点降水应减缓降水速度，均匀出水；

（2）井点应连续运转，尽量避免间歇和反复抽水；

（3）降水场地外侧设置挡水帷幕，减小降水影响范围；

（4）设置回灌井系统。

采用止水帷幕，将坑外地下水位保持原状，仅在坑内降水。目前，采用钻孔压浆成桩法、地下连续墙、板桩、深层搅拌桩墙等止水结构形式，效果均较好。其入土深度，取决于土层的透水性，要防止出现管涌、流砂等问题。

当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法，截水后，基坑中的水量或水压较大时，宜采用基坑内降水；当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施保证坑底土稳定。

1.6基坑开挖

为了确保工程的顺利进行和周围建筑物的安全，基坑开挖时的注意事项：

（1）基坑开挖应根据支护结构设计降排水要求确定开挖方案；

（2）基坑边界周围地面应设排水沟且应避免漏水渗水进入；

（3）坑内放坡开挖时应对坡顶坡面坡脚采取降排水措施；

（4）基坑周边严禁超堆荷载；

（5）软土基坑必须分层均衡开挖层高不宜超过1m；

（6）基坑开挖过程中应采取措施防止碰撞支护结构工程桩或扰动基底原状土；

（7）发生异常情况时应立即停止挖土并应立即查清原因和采取措施方能继续挖土；

（8）开挖至坑底标高后坑底应及时满封闭并进行基础工程施工；

（9）地下结构工程施工过程中应及时进行夯实回填土施工。

1.7基坑工程监测

基坑工程监测是基坑工程施工中的一个重要的环节，组织良好的监测能够将施工中各方面信息及时反馈给基坑开挖组织者，根据对信息的分析，可对基坑工程围护体系变形及稳定状态加以评价，并预测进一步挖土施工后将导致的变形及稳定状态的发展。根据预测判定施工对周围环境造成影响的程度，以制定进一步施工策略，实现所谓信息化施工。

为正确指导施工，确保工程的顺利进行和周围建筑物的安全，应加强施工期间的监测工作，实施信息化施工，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）围护结构的竖向位移与水平位移

（2）坑周土体位移

（3）支撑结构轴力

（4）邻近建（构）筑物、道路及地下管网等的变形

（5）地下水位及孔隙水压力

（6）坑底隆起量

1.8深基坑技术的发展趋势

（1）基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。因此，从工期和造价的角度看两墙合一的逆作法将是今后发展的主要方向。但逆作法施工受桩承载力的限制很大，采用逆作法时不能采用一柱一桩，而是一柱多桩，增加了成本和施工难度。如何提高单桩承载力，降低沉降，减少中柱桩（中间支承柱），达到一柱一桩，使上部结构施工速度可以放开限制，从而加快进度，缩短总工期，这将成为今后的研究方向。

（2）土钉支护方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。

（3）目前，在有支护的深基坑工程中，基坑开挖大多以人工挖土为主，效率不高，今后必须大力研究开发小型、灵活、专用的地下挖土机械，以提高工效，加快施工进度，减少时间效应的影响。

（4）为了减少基坑变形，通过施加预应力的方法控制变形将逐步被推广，另外采用深层搅拌或注浆技术对基坑底部或被动区土体进行加固，也将成为控制变形的有效手段被推广。

（5）为减小基坑工程带来的环境效应（如因降水引起的地面附加沉降），或出于保护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外，一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。目前，有将水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中的趋势。

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[13] 候学渊,刘建航.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997

[14] 岩土工程手册.中国建筑工业出版社,1994

[15] 刘正峰主编,地基与基础工程新技术,北京：海潮出版社,2000

[16] 陈国兴,樊良本,等.基础工程学[M].北京:中国水利水电出版社,2002

[17] 余志成,施文华,深基坑支护设计与施工,北京,中国建筑工业出版社,1999

[18] 王梦恕,我国地铁施工方法综述与展望[J],1998

[19] Nagaraj, T. S.,and Miura, N.Soft clay behaviour, Balkema, The Netherlands,2001

[20] Box, G. E. P.,and Tiao, G. C.Bayesian inference in statistical analysis, Addison-Wesley,1973

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1 工程概况

工程项目：新佳新村地下车库

建设单位：靖江市经济开发区城北园区

拟建的靖江市城北安置区新佳新村五期15、16、17#楼位于靖江市城北园区，西侧为东兴北路，北侧为规划建设的纬五路，总建筑面积地上约18000，地下约1800。建筑物具体建筑特征及规模见表2。

表2.拟建物建筑特性一览表

建筑物名称	15#楼	16#楼	17#楼
结构形式	剪力墙	剪力墙	剪力墙
层数	11F 1（附1层地下室）	11F 1（附1层地下室）	11F 1（附1层地下室）
高度（m）	地上31.0m， 地下4.0m	地上31.0m， 地下4.0m	地上31.0m， 地下4.0m
基础型式	桩基	桩基	桩基

拟建物具体尺寸及位置详见《勘探点平面布置图》，建筑物抗震设防类别及勘察等级见表3。

表3.建筑物抗震设防类别及勘察等级

建筑物名称	建筑物抗震设防类别	工程重要性等级	场地复杂 程度等级	地基复杂程度等级	地基基础 设计等级	岩土工程勘察等级	桩基设计 等级
15、16、 17#楼	丙 类	二级	二 级	二 级	乙 级	乙 级	乙 级

2.2 场地工程地质条件

2.2.1区域地质条件

靖江市位于江苏省中部，西接扬州、东连南通，南连长江。场地处于扬子地层东北部，地层发育较齐全，中元古界海州群、张八岭群为区域变质岩系，构成扬子准地台基震旦系-三叠系不整合覆盖，以海相沉积为主，各系、组间成假整合或整合接触；侏罗系以陆相碎屑和中酸性火山岩为主，假整合在三叠系层位上；白垩系为内陆盆地，红色碎屑岩为主，局部夹中性、碱性火山岩不整合在白垩系上；第四系以三角洲相冲积为主，属长江三角洲流域，勘探揭示深度范围内属第四纪全新统。场地区附近无全新世活动断裂构造，处于相对稳定的构造断块中。

2.2.2地形、地貌

拟建场地地形较平坦，地面标高范围：-0.55～-0.28m（假设高程）。地下水位：-1.4m。拟建场地在地貌上属长江三角洲冲(沉)积地貌单元，钻探深度内的土层均为第四系全新统（Q4）冲(沉)积层。

2.2.3地基土构成及分布特征

根据钻探资料分析，拟建场地内土层分布较均匀，本场地勘察深度范围内共分8层，据各土层的土性特征，现将各土层从上至下分别描述如下：

①素填土：灰褐色～灰黄色，以软塑粉质粘土为主，农田内上部含植物根茎。场区普遍分布，厚度:1.00～2.10m，平均1.32m；层底标高:-2.61～-1.28m，平均-1.74m；层底埋深:1.00～2.10m，平均1.32m。该层物理力学性质不均匀，不宜作为建筑物持力层。

②粉砂夹粉土：上部为黄色，向下渐变至灰色～灰青色，松散，饱和，以亚圆形石英、长石为主，含云母，级配不良，局部夹粉土。场区普遍分布，厚度:5.20～7.20m，平均5.62m；层底标高:-8.80～-6.87m，平均-7.36m；层底埋深:6.40～8.50m，平均6.94m。该土层属中等压缩性，中低强度土，工程性质一般。

③淤泥质粉质粘土夹薄层粉砂：灰色～深灰色，流塑状态，含有腐殖质，稍有摇震反应，切面稍有光泽，干强度和韧性低，局部夹松散状态粉砂、细砂薄层，具层理。场区普遍分布，厚度:6.20～10.60m，平均9.59m；层底标高:-17.91～-14.71m，平均-16.95m；层底埋深:14.20～17.40m，平均16.53m。该土层属高压缩性，低强度土，工程性质差。

④粉质粘土夹砂质粉土：灰～青灰色，软塑状态，稍有摇震反应，切面稍有光泽，干强度和韧性低，夹粉土。场区普遍分布，厚度:6.50～10.20m，平均7.54m；层底标高：-25.20～-23.96m,平均-24.49m；层底埋深:23.50～24.90m，平均24.07m。该土层属高压缩性，低强度土，工程性质较差。

⑤细砂：青灰色，中密，饱和，以亚圆形石英、长石为主，含云母及贝壳碎屑，级配不良。场区普遍分布，厚度:2.30～5.00m，平均3.31m；层底标高:-29.00～-26.87m，平均-27.80m；层底埋深:26.50～28.50m，平均27.38m。该土层属低压缩性，高强度土，工程性质较好。

⑥粉质粘土：灰褐色，软～可塑，无摇振反应，切面稍有光泽，干强度和韧性中等。场区普遍分布，厚度:6.50～9.40m，平均8.29m；层底标高:-37.51～-35.18m，平均-36.09m；层底埋深:34.80～37.00m，平均35.68m。该土层属中等压缩性，中等强度土，工程性质一般。

⑦粉土夹粉质粘土：棕黄色，粉土为中密状态，粉质粘土为可塑状态，稍有摇振反应，切面稍有光泽，干强度和韧性中等偏低。场区普遍分布，厚度:3.60～13.00m，平均6.71m；层底标高:-48.50～-39.88m，平均-42.78m；层底埋深:39.60～48.00m，平均42.36m。该土层属中等压缩性，中等强度土，工程性质较好。

⑧粉细砂：青灰色，密实，饱和，以亚圆形石英、长石为主，和含云母及贝壳碎屑，级配较好，夹有中砂，局部见粉质粘土。场地普遍分布，本层未揭穿，属中等偏低压缩性，中高强度土，工程性质好。

各土层分布详见附图《工程地质剖面图》及柱状图。

2.2.4岩土工程分析与评价

（1）各土层原位测试指标平均值、标准值见表4。

表4.各土层原位测试指标平均值、标准值

层 号	标准贯入试验	双桥静力触探试验
实测N（击）	qc（MPa）	fs（kPa）
平均值	标准值	平均值	标准值	平均值	标准值
②	6.0	4.5	3.552	3.325	38	35
③			1.380	1.243	31	30
④			2.370	2.191	55	53
⑤	27.0	26.0	10.098	9.648	85	82
⑥			1.736	1.654	29	27
⑦	14.4	13.6	3.227	3.094	71	68
⑧	40.1	38.4	9.562	8.524	82	76

（2）室内土工试验指标

根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）规定的方法标准，场地各土层的物理力学性质指标综合分析确定如下：

1）各土层物理试验指标平均值见表5。

表5.各土层物理试验指标平均值

层号	W (%)	γ kN/m3	e	IP	IL	a1-2 (MPa－1)	ES (MPa)
2	28.3	18.3	0.853	7.7	0.83	0.19	10.52
3	38.1	17.6	1.097	12.3	1.28	0.56	3.98
4	32.7	18.0	0.960	10.6	0.93	0.37	5.54
5	27.5	18.4	0.828			0.13	14.28
6	25.0	19.6	0.698	13.6	0.41	0.26	6.63
7	29.7	18.5	0.861	9.0	0.78	0.29	6.58
8	25.2	18.3	0.803			0.14	13.43

2）各土层剪切试验指标平均值、标准值见表6。

表6.各土层剪切试验指标平均值、标准值

指标 层号	快剪	固结快剪
C (kPa)	φ (度)	C (kPa)	φ (度)
2	平均值	6	27.8	7	27.6
标准值	3.3	23.7	5	25.7
3	平均值	10	12.3	12	14.8
标准值	8.1	7.4	12	13.8
4	平均值	10	14.5
标准值	9.5	11.4
5	平均值	3	33.0	---	---
标准值	2.2	32.3	---	---
6	平均值	32	12.9	---	---
标准值	29.9	12.3	---	---
7	平均值	13	20.9	---	---
标准值	10.3	18.0	---	---
8	平均值	3	31.5	---	---
标准值	1.9	29.4	---	---

3）各土层地基变形验算指标平均值见表7。

表7.各土层地基变形验算指标平均值

层号	重度平均值γ (kN/m3)	各级压力下的孔隙比e
0	50 kPa	100 kPa	200 kPa	400 kPa	800kPa
2	18.3	0.853	0.830	0.814	0.795	0.771
3	17.6	1.097	1.057	1.023	0.967	0.907
4	18.0	0.960	0.925	0.897	0.860	0.816
5	18.4	0.828	0.812	0.802	0.789	0.773
6	19.6	0.698	0.667	0.648	0.622	0.586	0.550
7	18.5	0.861	0.836	0.817	0.788	0.752	0.720
8	18.3	0.803	0.788	0.777	0.763	0.747	0.731

2.3本基坑的支护形式

本场地内土层分布较均匀，根据拟建建筑物的规模特点结合具体工程地质条件，本着安全、可靠、经济、可行的原则，采用具体的地基基础方案。

(1)天然地基评价

拟建场地土层分布均匀稳定，但上部土层物理力学性质差，承载力低，根据拟建物的建设特点及荷载大小，不满足选用天然地基基础条件。

(2)桩基础方案评价

根据拟建物结构荷载及场地土质条件，应采用桩基础方案，采用钻孔灌注桩。根据勘察结果及地区经验场地①层素填土：物理力学性质不均匀，不宜作为建筑物持力层；②层粉砂夹粉土⑥层粉质粘土⑦层粉土夹粉质粘土：属中等压缩性，中等强度土，工程性质一般；③层淤泥质粉质粘土夹薄层粉砂④层粉质粘土夹砂质粉土：属高压缩性，低强度土，工程性质差；⑤层细砂：属低压缩性，高强度土，工程性质较好；⑧层粉细砂：场地普遍分布，本层未揭穿，属中等偏低压缩性，中高强度土，工程性质好。⑤层细砂和⑧层粉细砂均可作商业用房、高层建筑及地下室的桩端持力层。

2.4计算

（1）土压力

水土分算（无粘性土）：

主动土压力：

被动土压力：

水土合算（粘性土）：

主动土压力：

被动土压力：

注：γ'#8212;#8212;土的有效重度；γw#8212;#8212;水的重度

（2）桩的嵌固深度、桩身最大弯矩

1)单支点支护结构

用等值梁法确定计算支点力的大小，然后根据倾覆稳定条件计算嵌固深度设计值。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 4.1 条计算。

首先，根据等值梁法计算弯矩为零点的位置，令坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至坑底距离为， 按下式确定：

单支点支护结构支点力计算简图 单支点支护结构嵌固深度计算简图

根据静力平衡，支点力按下式确定：

式中：#8212;#8212;水平荷载标准值；

#8212;#8212;水平抗力标准值；

#8212;#8212;弯矩零点位置以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和；

#8212;#8212;合力作用点至设定弯矩零点的距离；

#8212;#8212;弯矩零点位置以上基坑内侧各土层水平抗力标准值的合力之和；

#8212;#8212;合力作用点至设定弯矩零点的距离；

#8212;#8212;支点至基坑底面的距离；

#8212;#8212;基坑底面至设定弯矩零点位置的距离。

根据抗倾覆稳定条件，并令抗倾覆稳定安全系数为1.2，考虑基坑重要性系数，嵌固深度设计值应满足下式：

根据静力平衡计算截面弯矩与剪力，设结构上某截面满足以下条件：

则该截面上的剪力即为最大剪力，其值为：

同样假设结构上某截面满足以下条件：

则该截面上的弯矩即最大弯矩，其值为：

在计算得到截面最大弯矩和最大剪力的计算值后，按下列公式计算支点力设计值、弯矩设计值M 和剪力设计值V：

由设计值即可进行截面承载力计算。

2)多支点支护结构

对于多层支点支护结构，嵌固深度计算值宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定：

式中：、#8212;#8212;最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水（快）剪粘聚力、内摩擦角标准值；

#8212;#8212;第i 土条的弧长；

#8212;#8212;第i 土条的宽度；

#8212;#8212;整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取1.3；

#8212;#8212;作用于滑裂面上第i土条的重量，按上覆土层的天然重度计算；

#8212;#8212;第i土条弧线中点切线与水平线夹角。

当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应继续验算下卧层整体稳定性。对于均质粘性土及地下水位以上的粉土或砂类土，嵌固深度按下式确定：

式中：n0#8212;#8212;嵌固深度系数，当取1.3 时，可根据三轴试验（当有可靠经验时，可采用直剪试验）确定的土层固结不排水（快）剪内摩擦角及粘聚力系数δ查表（《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 表A.0.2）；

粘聚力系数δ应按下式确定：

式中：γ#8212;土的天然重度。

嵌固深度设计值可按下式确定：

当按上述方法确定的悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计值得lt;0.3h时，宜取=0.3h；多支点支护结构嵌固深度设计值小于0.2h 时，宜取=0.2h。当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙除应满足上述规定外，嵌固深度尚应满足公式：

式中：#8212;#8212;坑外地下水位

（3）桩的配筋计算

根据计算得到的支点力设计值、弯矩设计值M和剪力设计值V,可以计算截面承载力，进行桩的配筋计算。

（4）冠梁配筋

进行电算，一般可按连续梁进行配筋

（5）支撑配筋

通过计算出支撑所承受的正弯矩和负弯矩，进行受拉钢筋和受压钢筋的选择。

（6）整体稳定性验算

深基坑整体稳定性验算包括：边坡稳定性验算、重力式围护结构的整体稳定性、锚杆支护体系的整体稳定性及土钉墙稳定性分析。

（7）抗隆起、倾覆、管涌验算

1）抗隆起验算

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（太沙基公式）进行：

2）抗倾覆验算

水泥土挡墙如截面、重量不够大，在墙后推力作用下，会绕某一点产生整体倾覆失稳。为此，需要进行抗倾覆验算。倾覆稳定性验算可按下式进行：

式中：#8212;#8212;被动土压力及支点力对桩底的弯矩；

#8212;#8212;主动土压力对桩底的弯矩。

3）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。管涌的稳定性验算可按照下式进行：

式中：#8212;#8212;侧壁重要性系数；

#8212;#8212;土的有效重度；

#8212;#8212;水的重度；

#8212;#8212;地下水位至基坑底的距离；

D#8212;#8212;桩（墙）入土深度。

（2）降水设计

1）基坑涌水量计算

①均质含水层潜水完整井

a. 基坑远离边界时：

式中Q#8212;#8212;基坑涌水量；

k#8212;#8212;渗透系数；

H#8212;#8212;潜水含水层厚度；

S#8212;#8212;基坑水位降深；

R#8212;#8212;降水影响半径；

#8212;#8212;基坑等效半径。

b.岸边降水时：

c.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时：

d.当基坑靠近隔水边界时：

②均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算

a.基坑远离边界时：

b.近河基坑降水，含水层厚度不大时：

c.近河基坑降水，含水层厚度很大时：

③均质含水层承压水完整井涌水量

a.当基坑远离边界时：

式中M#8212;#8212;承压含水层厚度

b.当基坑位于河岸边时：

c.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时：

④均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算

⑤均质含水层承压～潜水非完整井基坑涌水量计算

2）等效半径

当基坑为圆形时，基坑等效半径应取为圆半径，当基坑为非圆形时，等效半径可按下列规定计算：

①矩形基坑等效半径：

式中a、b#8212;#8212;分别为基坑的长、短边。

②不规则块状基坑等效半径：

式中A#8212;#8212;基坑面积。

3）降水影响半径

降水井影响半径宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时，

潜水含水层：

承压含水层：

式中R#8212;#8212;降水影响半径（m）；

S#8212;#8212;基坑水位降深（m）；

k#8212;#8212;渗透系数（m/d）；

H#8212;#8212;含水层厚度（m）。

4）降水

降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置，井间距应大于15 倍井管直径，在地下室补给方向应适当加密；当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设置降水井。

降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑地面以下0.5m。

降水井的数量n 可按下式计算：

式中Q#8212;#8212;基坑涌水量

q#8212;#8212;设计单井出水量

设计单井出水量可按下列规定确定：

①井点出水能力可按36～60/d 确定；

②真空喷射井点出水量可按下表确定：

型号	外管直径 （mm）	喷射管	工作水压力 （MPa）	工作水流量 （/d）	设计单井出水流量 （/d）	适用含水层渗透系数 （/d）
喷嘴直径 （mm）	混合室直径 （mm）
1.5型并列式	38	7	14	0.6～0.8	112.8～163.2	100.8～138.2	0.1～5.0
2.5型圆心式	68	7	14	0.6～0.8	110.4～148.8	103.2～138.2	0.1～5.0
4.0型圆心式	100	10	20	0.6～0.8	230.4	259.2～388.8	5.0～10.0

③管井的出水量q（/d）可按下列经验公式确定：

式中#8212;#8212;过滤器半径（m）；

l#8212;#8212;过滤器进水部分长度（m）；

k#8212;#8212;含水层渗透系数（m/d）。

过滤器长度宜按下列规定确定：

1）真空井点和喷射井点的过滤器长度不宜小于含水层厚度的1/3；

2）管井过滤器产度宜与含水层厚度一致。

群井抽水时，各井点单井过滤器进水部分长度，可按下式验算：

单井井管进水长度，可按下列规定计算：

1）潜水完整井：

式中#8212;#8212;圆形基坑半径；

#8212;#8212;管井半径；

H#8212;#8212;潜水含水层厚度；

#8212;#8212;基坑等效半径与降水井影响半径之和；

R#8212;#8212;降水井影响半径。

2）承压完整井：

式中：

#8212;#8212;承压水位至该承压含水层底板的距离；

M#8212;#8212;承压含水层厚度。

当过滤器工作部分长度小于2/3 含水层厚度时应采用非完整井公式计算。若不满足上式条件，应调整井点数量和井点间距，再进行验算。当井距足够小不能满足要求时应考虑基坑内布井。

基坑中心水位降水计算可按下列方法确定：

㈠块状基坑降水深度可按下式计算：

a.潜水完整井稳定流：

b.承压完整井稳定流：

式中：

S#8212;#8212;在基坑中心处或各井点中心处地下水位降深；

#8212;#8212; 各井点距基坑中心或各井中心处的距离。

㈡对非完整井或非稳定流应根据具体情况采用相应的计算方法；

㈢计算出的降深不能满足降水设计要求时，应重新调整井数、布井方式。

在降水漏斗范围内因降水引起的计算沉降量可按分层总和法计算。

2.5 出图

1.计算断面土压力分布图（4个断面，4张）

2.基坑支护结构平面图1张

3.支护结构剖面图1-2张

4.圈梁配筋详图1-2张

5.钻孔灌注桩截面图1张

6.立柱大样图1张

7.基坑监测平面图1张

8.基坑支护总说明1张