1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

一．课题研究背景

随着我国综合实力的不断增强，城市建设也不断发展，如何提高土地的利用率成为现如今城市建设的主题。在地面以上的空间越来越紧俏的情况下，充分利用地下的空间就显得十分重要^[1]。目前，各类地下工程诸如越江隧道、地铁车站和区间隧道、地下车库、地下商场、地下街道、地下医院、地下仓库、地下民防工事及包括地下车道的高架、立交交通网已到处可见。国外著名的地下工程有法国巴黎的中央商场，美国明尼苏达大学土木与采矿工程系的办公大楼和实验室，日本东京八重洲的地下街等。这些工程的共同特点之一是都需进行大规模地下开挖，其中最关键的部分就是基坑工程施工和基坑支护^[2]。为进行建(构) 筑物地下部分的施工由地面向下开挖出的空间就是基坑，基坑土体的开挖造成周围土体的应力应变状态和地下水体状态发生改变，必然对基坑周边环境造成一定的影响。为保护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，就是基坑支护。

二.课题研究现状

我国深基坑工程是20 世纪80 年代后发展起来的，高层建筑迅猛发展，同时大量的地下市政设施、地下商业广场、地铁车站、海底隧道等开始兴建，基坑深度超过10 m 的比比皆是。进入21 世纪后，随着经济的高速发展，城市化进程速度又迈上了一个新的台阶，很多大城市都开始建设本城市的地标建筑，如广州中信大厦(高391 m) ，深圳京基大厦(高442 m) ，上海东方明珠(高468 m) 等，我国的深基坑工程技术在这种背景下飞速发展，虽然基坑工程技术在我国相对年轻，但是不论是设计、施工都在不断进步和发展之中。有些技术甚至已经达到世界先进水平，如正在建设的武汉绿地中心，高度636m，总建筑面积约300 万m2，基坑最深处55．45 m，深基坑及其支护技术将在该工程建设中大量运用，建成后将成为全球第二高楼，由中铁三局承建，工期为五年半^[3]。

早在20 世纪30 年代，Terzaghi 和Peck等著名学者就基坑分析等问题利用预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法，研究分析了土的极限状态与挡土墙结构变形间的关系，并给出其适用条件，该理论经过后人的研究与改进，至今还在使用^[4]。20 世纪50 年代，L．Bjirrum 和O．Eide 通过研究分析，最终推导出验算基坑基底隆起的方法，对以后基坑工程的分析和研究有着重要的意义。在以后的时间里，世界各国的许多学者都投入了研究，并不断在这一领域取得丰硕的成果^[5]。在我国，20 世纪80年代以后，土地资源紧张的矛盾日益突出，向高空、向地下争取建筑空间成为一个发展趋势，对深基坑的研究逐步发展起来。

2.1基坑支护

至今，深基坑工程实践中已发展多种支护结构，如: 支挡式结构、排桩、土钉墙和复合土钉墙、重力式水泥土墙以及上述方式的各类组合支护结构。其中，支挡式结构又有直接采用顶端自由的挡土构件（如：支护桩、地下连续墙） 作为悬臂式支挡结构，以及采用挡土构件和锚杆、内支撑组合形成的锚拉式和支撑式支挡结构。另外，支护结构与主体结构相结合的逆作法由于具有挡土安全性高、变形小、工期短、经济效益显著等优点而得到大量应用，而具有挡土和截水功能的钻孔咬合桩(也称为AB桩) 支护方式也在许多地方得到应用^[6]。

下面主要介绍现在基坑工程中比较常见的几种基坑支护结构类型和适用范围^[7]。

（1）放坡开挖

放坡开挖是古老的基坑支护形式之一，适用于基坑安全等级为三级的基坑，具有造价低，施工简单的优点，缺点是挖土及回填土方量大，一般基坑开挖时，选择合理的坡度，适用于地基土质较好、开挖深度不大且施工现场有足够的放坡场地的基坑工程。放坡开挖有时也和其他支护形式结合，构成常采用的简易支护^[8]。

（2）排桩支护结构

排桩支护结构把常规的各种桩体按照一定的固定间距并排连续起来形成的基坑挡土结构就是排桩支护结构，适用基坑安全等级为一、二、三级。可将单桩体布置在平面内，形成不同布置形式的挡土结构，来支挡基坑开挖时的侧向水土压力。当基坑地下水位较深、土质较好时，一般排桩按分离式排列居多，而当地下水位较高时，通常应与其他防水措施结合使用（例如在排桩后面设置止水帷幕等等）。由于一字形相切或搭接排列式在施工时，支护桩的垂直度不能保证和桩体扩颈等因素影响桩体搭接施工，因此防水效果不理想。当桩体交错排列时，可增大排桩围护体的整体抗弯刚度。当基坑施工场地狭窄而无法设置排桩和止水帷幕时，为了达到止水的目的，可将桩与桩之间咬合排列。将双排式排列的前后排桩通过连梁连接起来，就形成了双排门架式支护结构形式，双排式排列相对于交错式排列，排桩的整体抗弯刚度和抗侧移能力都要强。为满足工程需要，双排式排列结构需要在排桩前后以及排桩之间依照固定距离设置横隔式的桩墙，形成格栅式排列，这样有助于增大排桩整体的抗弯刚度和抗侧移能力^[9]。

（3）土钉墙支护结构

土钉墙支护结构具有省料、造价低和施工工期短的特点，施工时，将具有一定强度的土钉打入原位土中，注入水泥浆或水泥砂浆，并在坡面上喷射钢筋混凝土面层，从而使土钉和基坑边坡形成加筋土重力挡墙，来支挡基坑开挖时产生的水土压力。基坑安全等级为二、三级时可采用这种支护形式。基坑支护或边坡加固时，当人工填土、黏性土和弱胶结砂在地下水位以上或人工降水后采用土钉支护效果较佳。土钉支护适用深度不大于 12m 的基坑支护和边坡围护，当深度变大时，土钉支护不宜和有限放坡、预应力锚杆等联合使用。基坑土层为砂砾卵石层以及淤泥质土时，不宜采用土钉墙的支护形式。另外，这种支护形式也不能用于没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层，土钉支护一般用于支护深度不超过 18m^[10]。

（4）地下连续墙支护结构

1950 年，地下连续墙最早在意大利应用于大坝和贮水池的防渗墙，随后传入到别的国家并在全世界得到应用和推广，也由最初应用于水利水电基础工程发展到其他部门，例如：建筑、交通工程及市政工程等等。我国工程中最早是在1958 年开始采用排桩式地下连续墙作为水坝的防渗墙的，近几十年来，通过我国学者不断的努力，对地下连续墙的研究，无论在理论研究还是在工程实践方面都取得了很大的成果。

地下连续墙是指通过特制的成槽设备在泥浆护壁下，在基坑周围分段开挖出沟槽并浇筑钢筋混凝土板形成，该支护结构适用于基坑安全等级为一、二、三级的基坑非软土场地，在应用中具有以下优点：由于施工时振动弱，噪声少，因此，能够紧邻既有建（构）筑物和地下管线施工，对基坑周边环境影响较小；墙身完整性好，刚度大、强度高，土体开挖过程中安全性高，使用过程中结构和地基变形都较小；地下连续墙作为一种整体连续的钢筋混凝土结构，耐久性能较好，既能承受来自土的压力，又能抵挡来自水的压力，且防水抗渗能力相对较好；地下连续墙既可用作支护结构的同时，还可以用作结构外墙使用，具有良好的经济型和实用性^[11]。

地下连续墙虽然安全性能比较好，但相对灌注桩、钢板桩、水泥搅拌桩等其他支护墙体形式，造价很高，因此在使用时需经深入研究比较，并确认为是经济合理、因地制宜时才可使用。地下连续墙可用于以下工程：开挖深度一般超过 10m的较大工程；在超深基坑中，当采用其他围护结构形式无法满足要求时，也可采用地下连续墙作为围护体；适用于土质条件比较软弱或土层性质比较复杂的基坑，且基坑周围软土地区变形控制对支护结构要求较高的工程；适用于工程场地空间有限，其他基坑围护形式无法满足施工操作空间要求的基坑；适用于对防水、抗渗有严格要求、且支护挡墙需用作主体结构的一部分的基坑^[12]。

（5）内支撑支护结构

内撑式支护结构是指由内支撑系统（木方、钢管、钢筋混凝土）承受支护桩或墙传来的水土压力。

内支撑支护结构主要包括如下优点：施工质量较易控制且安全稳定性相对较高；原材料的性能可以得到充分发挥，满足经济合理的要求；适用于包括软土地基在内的各种条件下的基坑工程；内支撑体系不受基坑深度的限制，能够适用于基坑安全等级较高的工程。

相反，内支撑体系也有一些缺点和局限性：需要一定的工期才能使支撑达到一定的强度；大规模机械开挖土体时在有支撑的地方不好展开施工作业；基坑支护结构施工完成后，施工机械不好退场，尤其是当基坑开挖较深，施工至最后阶段时，设备退出基坑需要整体或解体吊出，相当麻烦；伴随着施工进度的展开, 当下层的支撑结构拆除的时候, 往往会导致基坑临近地层的移动。另外, 内支撑的内力会受到周围环境温度的变化而变化, 例如一个宽25 m 的基坑, 如果周围温度从30 ℃降低到20 ℃, 该基坑的支撑就会明显缩短, 从而导致基坑的变形量增大;但是当温度重新上升到30 ℃的时候, 这个变形量却不会得到彻底的恢复, 反而会加大基坑内的支撑内力, 因此在实际施工中, 尤其是在夏季高温的环境下, 需要对内支撑采用涂漆或者冷却等措施, 减小内支撑所吸取的热量^[13]。

（6）拉锚式支护结构

拉锚式支护结构是一种由以钢筋混凝土桩墙和地下连续墙为挡土结构和锚固体系两部分组成的基坑支护结构。原理是将一端（自由端）通过锚头张拉锁定在支护结构或构筑物上，而另一端（锚固端）固定在基坑外较好的土层中，利用锚固端和土层之间相互作用产生的摩擦力来限制支护结构的位移，从而达到维持支护结构或构筑物稳定的目的。锚固体系有锚杆式和地面拉锚式两种， 当开挖不同深度的基坑时，锚杆式又可分为单层、多层锚杆。地面拉锚式支护结构由于要在坑外地表设置锚固物，所以需要较大的场地。

拉锚式支护结构有以下特点：土方开挖和支撑互不影响，地下结构施工方便；在基坑逐层开挖的过程中，锚杆逐层设置，不仅要考虑支护桩的强度对上下排锚杆间距的影响，同时还要考虑变形控制的要求；拉锚式支护结构需要地基提供足够的锚固力，故不适合在软黏土土层中应用^[14]。

（7）复合型支护结构

现在的基坑设计工程中，随着工程经验的增加，人们对基坑设计提出了更高的要求。为了避免资源的浪费，增加支护工程的成本，形成了一种新型的基坑支护结构即复合型支护结构，其设计根据是：采用两种或两种以上的支护结构达到支护方案的最优化，使施工方便、经济合理，既要解决复杂的技术问题，又要保证基坑边坡和周围建筑的安全稳定性。

2.2基坑的止水与降水

基坑的开挖施工，无论是采用支护体系的垂直开挖还是放坡开挖，如果施工地区的地下水位较高，都将涉及地下水对基坑施工的影响这一问题。当开挖施工的开挖面低于地下水位时，土体的含水层被切断，地下水将会从坑外或坑底不断地渗入基坑内，另外在基坑开挖期间由于下雨或其他原因，可能会在基坑内造成滞留水。对于采用支护体系的垂直开挖，坑内被动区土体由于含水量增加导致强度、刚度降低，对控制支护体系的稳定性、强度和变形都是十分不利的；对于放坡开挖来讲，亦增加了边坡失稳和产生流砂的可能性。在地下水位以下进行开挖，坑内滞留水既增加了士方开挖施工的难度，亦使地下结构的施工难以顺利进行。而且在水的浸泡下，地基土的强度大为降低，亦影响到了其承载力。因此，为保证深基坑工程开挖、地下主体结构施工的正常进行以及地基土的强度免遭损失，当开挖面低于地下水位时，需采取降低地下水位的措施，并在基坑开挖期间坑内需采取排水措施以排除坑内滞留水，使基坑处于干燥的状态，以利施工。

在基坑开挖施工中采取降低地下水位的作用为：

（1）防止基坑坡面和基底的渗水，保持坑底干燥，便利施工。

（2）增加边坡和坡底的稳定性，防止边坡上或基底的土层颗粒流失。

（3）减少土体含水量，有效提高土体物理力学性能指标。对于放坡开挖而言可提高边坡稳定度；对于支护开挖可增加被动区土抗力，减少主动区土体侧压力，从而提高支护体系的稳定度和强度保证，减少支护体系的变形。

（4）提高土体固结程度，增加地基抗剪强度。降低地下水位，减少土体含水量从而提高土体固结程度，减少土中孔陈水压力，增加土中有效应力，相应的土体抗剪强度也可得到增长，因而降低地下水位亦是一种有效的地基加固方法。

（5）防止基坑的隆起和破坏。

基坑工程控制地下水的方法有：隔离地下水、降低地下水位两类。隔离地下水的方法一般为防渗帷幕：连续搭接的水泥土搅拌桩、旋喷桩、地下连续墙、咬合式排桩等。降低地下水位方法有：重力式降水和强制式降水，重力式降水即排水沟及集水井排降水，强制式降水的方法即井点降水。

基坑截水系利用沿基坑周边闭合布置的截水(防渗) 帷幕隔断基坑内外的水力联系，切断或限制基坑外地下水渗流到基坑内。根据施工工艺基坑截水方法分为：水泥土搅拌桩帷幕、高压旋喷或摆喷注浆帷幕、搅拌喷射注浆帷幕、地下连续墙或咬合式排桩，应根据工程地质条件、水文地质条件及施工条件等进行选用。

集水井降水属重力降水，是在开挖基坑时沿坑底周围开挖排水沟，每隔一定距离设集水井，使基坑内挖士时渗出的水经排水沟流向集水井，然后用水泵抽出基坑。排水沟和集水井的截面尺寸取决于基坑的涌水量。一般来讲，集水井降水施工方便，操作简单，所需没备和费用都较低。但是，当基坑开挖深度较大，地下水的动水压力有可能造成流砂、管涌、基底隆起和边坡失稳时，则宜采用井点降水法^[15]。

降水是地下水位较高地区基础工程施工的重要措施，属强制式降水。它能克服流砂现象，稳定基坑边坡，降低承压水位，防止坑底隆起并加速土体固结，使天然地下水位以下的开挖施工能在较干燥的环境下进行。降水有轻型井点(单级、多级轻型井点)、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等。各种井点的适用范围不同，在工程应用时根据土层的渗透系数、要求降水深度和工程特点及周围环境，经过技术经济比较后确定。表1所列为各种降水方法适用的降水深度、土体渗透系数和土的种类。

表1 降水类型及适用范围

三．课题研究发展趋势

从国内外来看，基坑支护的发展趋势有以下几个方面。

（1）采用地下连续墙仍然是深基坑支护的基本方式。地下连续墙的优点包括: 整体刚度强、墙体接缝效果好、振动小、施工噪声低，对周围环境的影响较小。地下连续墙适用于基坑开挖深度较深( 一般10 m 以上) 、基坑施工工程中比较困难、位于建筑密集地区的深基坑、软弱土层，而且高质量的地下连续墙可作为永久性结构，节约了施工成本。

（2）新技术的普及运用，如SMW 特殊工法。SMW 法于1976 年在日本开始运用，由于在日本运用得较为广泛，日本将近一半的地下连续墙都是采用SMW 法，该工法现已在西方发达国家及东南亚国家许多地方广泛应用，近几年在我国的北京、武汉、广汉等地发展非常快，受到广泛的欢迎。SMW 支护结构的支护特点主要为: 适用于水泥搅拌桩的使用场合，特别适用于以黏土和粉细砂为主的软弱地层。由于SMW 工法的施工挡水防渗性能好，基本无噪音，结构强度可靠，对周围环境影响小，可用于深基坑工程，具有良好的应用前景。SMW 工法是一种专用多轴搅拌机，使用时注入水泥浆土，拌土，搅拌均匀，在搅拌体内插入型钢或者其他型材，最终形成地下连续墙。由于其独特的特点，SMW 特殊工法特别适用于城市中的深基坑工程。可以预见，SMW 工法的特殊施工方法将被广泛应用于深基坑工程^[16]。

（3）优化深基坑支护结构方案。深基坑支护结构的设计与施工不同于上部结构，除地基土类别的不同外，地下水位的高低、土的物理力学性质指标以及周围环境条件等，都直接与支护结构的选型有关。在深基坑工程中，支护结构方案的选择至关重要，支护结构型式选择的合理，就能做到安全可靠、施工顺利、缩短工期，带来可观的经济与社会效益。反之，一个不合理的方案即使造价很高，也不一定能保证安全。可见，支护结构形式的优化选择是深基坑支护技术发展的必然趋势^[17]。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一．工程概况

1.1 基坑规模

宁华世纪no.2014g34项目e地块位于南京市鼓楼区上元门，燕江路和永济大道以北，中央北路北延段东西两侧。包含公寓（办公）楼el-e3及其底商、配套超市和社区用房，场地下设二层满堂地下室。