文 献 综 述

我国近年来由于经济的发展，建造了数量可观的高层建筑，在高层建筑深基础工程施工方面亦取得很多成就，有的已达到很高的水平。深基坑支护结构虽然为施工期间的临时支挡结构，但其选型、计算和施工是否正确，对施工的安全、工期和经济效益有巨大的影响，尤其于软土地基地区施工，往往成为高层建筑施工的关键技术之一，费用亦甚大，有的只支护结构一项即需数千万元，不少高层建筑的支护结构费用已超过工程桩基的费用。

目前由于深基坑的增多，支护技术发展很快，多采用钻孔灌注桩，地下连续墙，深层搅拌水泥土墙、加筋水泥土墙和土钉墙等，计算理论相比较于从前都有很大的改进。支撑方式有传统的钢柱（或者型钢）和混凝土支撑，亦有在坑外采用土锚拉固。内部支撑形式也有多种，有对撑，角撑，桁架式边撑等。在地下连续墙用于深基坑支护的方面，还推广了”两墙合一”和逆作法施工技术，能有效的降低支护结构的费用和缩短工期。

1.1 基坑支护的原则与依据

基坑支护的原则：安全可靠；经济合理；施工便利和工期保证。

基坑设计所需要的资料：规范；岩土工程规范；基坑支护工程勘察报告(地下水、土层条件、土层参数)；基坑支护结构设计资料；桩位图；周边环境；基坑的深度，还要注意有没有市政管线、文物等。

1.2常用的支护方案有

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。

目前使用的主要基坑支护类型有：

（1） 放坡开挖：适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，放坡只要求稳定，位移控制五严格要求，价格最便宜，回填土方较大。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。位移控制无严格要求，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。

（2） 放坡土钉墙：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。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。在实际施工中是边开挖边支护。施工快捷简便，经济可靠，得到广泛的应用。

合理地选择支护结构的类型应根据场地地质条件、周围环境要求、工程功能、当地的常用施工工艺设备以及经济技术条件综合考虑而因地制宜地选择围护结构类型。

（3）重力式挡墙：深层搅拌水泥土挡墙（重力式挡墙）

深层搅拌水泥桩是利用水泥、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#8212;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。适合于各种成因的饱和软粘土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等。基坑开挖深度小于6m。环境保护要求高，施工低噪声、低振动，结构止水性较好，造价经济，但围护挡墙较宽。适用于较开阔的场地。

（4）复合土钉墙：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。它的缺点是变形大。

（5）钢板桩：钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，把这种钢板桩互相连接就形成钢板桩墙，被广泛应用于挡土和挡水。目前钢板桩常用的截面形式有U形、Z形和直腹板型。钢板桩由于施工简单而应用较广。但是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。

（6）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。

（7）钻孔灌注桩：用于开挖深度为6～13m的基坑，具有噪声和振动小、刚度较大、就地浇制施工、对周围环境影响小等优点。适合软弱地层使用，接头防水性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩、旋喷桩等方法中选用适当方法解决防水问题，整体刚度较差，不适合兼作主体结构。桩质量取决于施工工艺及施工技术水平，施工时需作排污处理。

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。

（8）地下连续墙：地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果，适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，可较好地控制软土地层的变形。在基坑深（一般hgt;10m）、周围环境保护要求高的工程中，经技术经济比较后多采用此技术。目前采用的逆作法施工使得两墙合一，即施工时用作围护结构，同时又是地下结构的外墙。逆作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，是推广应用的新技术之一。除现场浇筑的地下连续墙外，我国还进行了预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙的研究和试用。预制装配式地下连续墙墙面光滑，由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工速度。而预应力地下连续墙则可提高围护墙的刚度达30%以上，可减薄墙厚，减少内支撑数量，由于曲线布筋张拉后产生反拱作用，可减少围护结构变形，消除裂缝，从而提高抗渗性。这两种方法已经在工程中试用，并取得较好的社会效益和经济效益。

另外还有锚杆或喷锚支护、土钉墙支护、拱圈支护和逆作法支护等。

（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。它利用超静定刚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、施工方便等多种优点。双排桩特殊的空间组合类悬臂支护结构使得它近年来在深基坑、道路边坡工程中得到了广泛运用。

1.3支锚工程 目前在一般建筑工程和市政工程中采用的支撑系统，按其材料可分为钢管支撑、型钢支撑、钢筋混凝土支撑，根据工程情况，有时在同一个基坑中采用钢结构和钢筋混凝土的组合支撑。

（1）钢管支撑：钢结构支撑具有自重小，安装和拆除都很方便，而且可以重复使用等优点。根据土方开挖进度，钢结构支撑可以做到随挖随撑，并可施加预紧力，这对控制墙体变形是十分有利的。因此，在一般情况下，应优先采用钢结构支撑。然而钢结构支撑整体刚度较差，安装节点比较多，当节点构造不合理，或施工不当不符合设计要求，往往容易造成因节点变形与钢结构支撑变形，进而造成基坑过大的水平位移。

（2）混凝土支撑：现浇钢筋混凝土结构支撑具有较大的刚度，适用于各种复杂平面的基坑。现浇结构不会产生松动而增加墙体位移。工程实践表明，在钢结构支撑施工技术水平不高的情况下，钢筋混凝土支撑具有更高的可靠性。但混凝土支撑有自重大、材料不能重复使用，安装和拆除需要较长工期的缺点。

（3）土层锚杆：土层锚杆是在岩石锚杆基础上发展起来的，是一种新型的受拉杆件，它的一端与工程结构物或挡土桩墙联结，另一端锚固在地基土层或岩层中，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，它利用地层的锚固力维持结构物的稳定。

使用锚杆技术的优点有：

① 用锚杆代替内支撑，它设置在围护墙背后，因而在基坑内有较大的空间，有利于挖土施工；

② 锚杆施工机械及设备的作业空间不大，因此可为各种地形及场地所选用；

③ 锚杆的设计拉力可由抗拔试验来获得，因此可保证设计有足够的安全度；

④ 锚杆可采用预加拉力，以控制结构的变形量；

⑤ 施工时的噪声和振动均很小。

1.4 地下水的处理：原则是外堵内排

（1）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。井点降水法有如下几种方法：

① 轻型井点降水法 轻型井点降低地下水位，是沿基坑周围以一定的间距埋入井管(下端为滤管)，在地面上用水平铺设的集水总管将各井管连接起来，再于一定位置设置真空泵和离心泵，开动真空泵和离心泵后，地下水在真空吸引力作用下，经滤管进入井管，然后经集水总管排出，这样就降低了地下水位。轻型井点降水法适用于渗透系数为0.1～50m/d的土，而对渗透系数为2～50m/d的土特别有效。

② 喷射井点降水法 当降水深度超过6米时，一层轻型井点即不能收到预期效果，就需要采用多级轻型井点。这样会增大基坑挖土量，增加设备用量和延长工期。为此，可考虑采用喷射井点降水，它对土的渗透系数为0.1～50m/d的砂土特别有效，降水深度可达15米以上。

③ 电渗井点降水法 一般井点法仅适用于渗透系数为0.1～50m/d的土比较有效，而在饱和粘性土中，特别如淤泥和淤泥质土中，由于渗透系数很小(lt;0.1m/d)，效果就很差。这时宜改用电渗井点降水，它是利用粘性土中的电渗现象而发展起来的一种排水方法。

④ 管井法 管井法是围绕开挖的基坑每隔一定距离(20～50m)设置一个管井，每个管井单独用一台水泵(离心泵、潜水泵)进行抽水，以降低地下水位，适用于土的渗透系数较大(K=20～200m/d)、地下水量大的土层中。

⑤ 深井泵法 当降水深度更大，在管井内用一般的水泵降水不能满足要求时，可采用深井泵法。近年来在软土地区深基坑工程中，采用了带真空设备的深井泵；在渗透系数较小的淤泥质粘土中亦能应用，能进行深层降水，取得较好效果。

降水方法和设备的选择，取决与降水深度、土的渗透系数、工程特点和技术经济指标。设计基坑降水系统需要选用渗流公式确定井的数目、间距、深度、直径以及井的出水量等。

（2）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。

1.5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。

1.6基坑工程监测

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

1.7 深基坑工程设计存在的问题

随着大基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多。

（1） 基坑工程结构选型不合理

分析众多深基坑支护工程事故发生的原因，其中最主要的还是基坑工程结构选型不合理，考虑的因素不够全面。基坑支护及撑锚方法较多，为达到同一目的，可以有多种方法，而每一种方法都有其独特的优点，有的速度快，有的投资少，有的噪音小等。总体来说，深基坑工程的支护结构大致可以分为桩式和墙式两种。而桩式的支护结构又可以分为连续的板桩结构和分离的排桩结构。板桩结构因为它的特点目前使用较少，而分离的排桩目前大量地运用在无地下水或者允许坑外降水或者设置止水帷幕的工程，墙式支护结构一般采用钢筋混凝土地下连续墙。

（2） 基坑工程结构设计土压力的确定

基坑支护结构设计计算包括外力（土压力及地基超载）和支护结构内力（弯矩和剪力）、支撑体系的设计计算、基坑整体稳定性和局部稳定性、地基承载力、支护结构顶部位移、结构和地面的变形以及软弱土层的局部加固、对相邻建筑的影响等诸方面的计算。近年来，随着岩土力学理论的发展，提出了多种计算理论和方法。目前的支护结构设计中一般都以古典的库仑公式或朗肯公式作为计算土压力的基本公式。土压力大小及分布规律的研究是一项极为复杂的课题，它与支护结构的形式、刚度、土的性状、地下水状况等因素有关。现有库仑和朗肯理论均存在一定的局限性。由于土的物理力学指标的空间各向异性，导致使用这些力学指标时的不确定性，而土压力的计算近年来一直在岩土工程界存在着激烈的争论。争论的焦点有二个：一是古典的库伦公式或朗肯公式计算土压力的适用性问题。二是水土压力的分算与合算问题。因此，在设计计算时应全面分析，避免漏项，并应考虑各种不利条件下的情况，土质指标及抗力系数的选用要以理论和当地经验相结合为准，对可能遇到的雨季等自然条件变化，尚应考虑强度降低的可能性。对于基坑通过不同方法加固后的计算指标，可根据实验和当地经验确定。

1.8深基坑工程设计和施工采用的新技术、新方法

随着基坑工程数量和深度的不断增加，基坑工程的设计和施工技术日益更新，不断出现各种新的基坑支护的结构类型与施工工艺从而促进了基坑工程的设计理论和计算方法。

a) 深基坑支护结构选型应该更加合理 。众所周知，深基坑地基土的类别，地下水位的高低，以及周边环境等都是深基坑支护结构选型时需要考虑的十分重要的因素。如果支护结构型式选择合理，就可以做到整个基坑以及整个建筑物的安全可靠，还可以带来可观的经济与社会效益，但是如果支护结构型式选择不合理，不但会危急基坑以及整个建筑物的安全，还会影响周边环境，所以今后深基坑工程发展的一个必然趋势就是如何使支护结构选型更加合理。

b) 新技术的大量运用，新技术的普及推广也是深基坑工程的一个发展趋势。土层人工冻结围护深基坑技术是利用软土含量高的特点，在拟开挖的场地周围土体中插入冻结管，通过冻结土体形成具有一定结构强度的墙体，以此作为基坑施工的围护结构。该技术具有土体强度提高幅度大、良好的防渗性能、适应性强、环境影响小及造价低于常规方法等优点。该方法设计中可实现冻结管布设、温度及墙体厚度的优化配置。目前国内许多应用常规支护方法施工的基坑都不同程度地出现过基坑倒塌失稳事故，造成了巨大经济损失。而人工冻结施工的冻结墙体兼具有结构强度和防渗性双重作用。对于挖坑较浅方便于常规支护方法的基坑，冻结法的效益不十分显著。但对于挖深超过10 m 的深基坑，其造价显著低于常规方法，而且效果甚好。此方法在国外广泛使用，目前国内还尚未采用，应该在国内大力推广以促进我国的基坑工程技术的发展。

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