文 献 综 述

一、基坑工程概述

基坑是建筑工程的一部分，它是指为进行建（构）筑物地下部分的施工由地面向下开挖出的空间^[1]。在20世纪70年代，国内只有少数大型工程项目中有开挖深度达到10m以上的基坑工程，而且是在较少或没有相邻建筑和地下结构物的地区。随着城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现，以及大型市政设施的施工及大量地下空间的开发，产生了大量的深基坑工程，这种类型一般的基坑开挖深度为6~15m。同时，由于高层和其他地下工程的基坑施工经常遇到各种不同的技术问题，包括极其复杂的工程地质和水文地质条件，致使许多基坑工程成为当地建筑工程中投资大、难度高、风险也大的技术工程^[2]。因此，深基坑开挖与支护引起了各方面的广泛重视。

1.1、基坑工程特点

（1）建筑趋向高层化，基坑向大深度方向发展。
（2）基坑开挖面积大，长度与宽度有的达数百米，给支撑系统带来较大的难度。

（5）在相邻场地的施工中，打桩、降水、挖土及基础浇注混凝土等工序会相互制约与影响，增加协调工作的难度。

1.2、影响基坑开挖的因素

基坑平面尺寸、基坑深度、基坑周边环境情况、基坑施工范围内的地址及水文地质条件、支护结构及支护形式、施工方法、气候条件等因素均对基坑开挖产生影响^[3]。因此，在基坑开挖过程中采取一定的保护措施是必不可少的！

1.3、基坑工程主要分类

（1）放坡开挖

放坡开挖是施工简单、经济实用的方法，在空旷地区或周围环境允许时能保证边坡稳定的条件下应优先选用，但其需要有足够的空间供放坡使用，故不适用于建筑稠密地区^[2]。

（2）支护开挖

支护开挖是由地面向下开挖的一个地下空间。基坑四周为垂直的挡土结构（一般是在开挖面基底下有一定插入深度的板墙结构）。常用挡土材料为混凝土、钢、木等。

二、基坑支护概述

在基坑开挖深度越来越大，面积越来越广的如今，开挖过程中碰到的问题也是层出不穷^[4]，所以，基坑支护也变成了一道技术性的问题。基坑支护是指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^[3]。

2.1、基坑支护设计基本原则

基坑支护结构应采用分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计，其设计原则是：使设计和施工做到技术先进、经济合理，确保基坑边坡稳定，基坑周围建筑物、道路及地下设施安全^[5]，具体体现在一下几个方面^[6]：

（1）在满足支护结构本身强度、稳定性和变形要求的同时，确保周围环境的安全；

（2）在保证安全可靠的前提下，设计方案应具有较好的技术经济和环境效应；

（3）在基坑支护工程和基础施工提供最大限度的施工方便。

2.2、基坑支护设计内容

基坑支护设计内容应包括对支护结构计算和验算、质量检测及施工监控的要求。主要包括以下几个方面^[2]：

（1）承载能力极限状态的计算

（2）正常使用极限状态的计算

（3）地下水控制计算和验算

2.3、基坑支护设计依据

应综合考虑工程地质与水文地质条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的要求、基坑周边荷载等因素，做到因地制宜、合理设计、精心施工、严格监控^[3]。

2.4、基坑支护结构形式及类型

基坑支护结构主要包括挡土系统、挡水系统和支撑系统

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：常用的有深层水泥土搅拌桩、旋喷桩、压密注浆、地下连续墙、锁口钢板桩。其功能是阻挡坑外渗水。

支撑系统：常用的有钢管与型钢内撑、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测力与限制结构位移。

支护结构的种类很多，应根据具体开挖深度、地下水和土层条件、周围环境、工程重要性、工程造价和施工条件等多重因素加以选择。常见的支护结构类型有：

（1）深层搅拌水泥土挡墙

将土和水泥强制拌和成水泥土桩，结硬后成为具有一定强度的整体壁状挡墙，用于开挖深度3～6m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，但围护挡墙较宽，一般需3～4m^[2]。

（2）土钉墙支护

土钉是指在基坑开挖过程中，在基坑边壁上钻出的、与土壁接近垂直的深孔，然后插入并压力注入水泥或水泥砂浆，从而形成的与周围土体全长紧密结合的加筋注浆体。土钉墙是采用较密排列的土钉加固基坑侧壁土体，并在基坑侧壁上设置配筋混凝土护面等，形成一个支护结构。其适用于地下水以上或经降水后的杂填土、黏性土、粉土及有一定胶结程度和密室程度的砂土^[7]。

（3）地下连续墙

地下连续墙是指利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护臂作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇筑适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体^[8]。具有施工噪声低，振动小，就地浇制、墙接头止水效果较好、整体刚度大，对周围环境影响小等优点^[9]。适合于软弱土层和建筑设施密集城市市区的深基坑，高质量的刚性接头的地下连续墙可作永久性结构，并可采用逆筑法或半逆筑法施工。

（4）钻孔灌注桩挡墙

直径φ600～φ1000mm，桩长15～30m，组成排桩式挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，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。适合软弱土层使用，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^[10,11]。

（5）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^[9]。

（6）锚杆

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。拉锚最大的优点是在基坑内部施工时，开挖土方与支撑互不干扰，尤其是在不规则的复杂施工场所，以锚杆代替挡土横撑，便于施工^[10]。拉锚是将一种新型受拉杆件的一端（锚固段）固定在开挖基坑的稳定地层中，另一端与工程构筑物相联结（钢板桩、挖孔桩、灌注桩以及地下连续墙等），用以承受由于土压力等施加于构筑物的推力，从而利用地层的锚固力以维持构筑物（或土层）的稳定。

（7）排桩

排桩桩型与成桩工艺应根据桩所穿过土层的性质、地下水条件及基坑周边环境要求等选择混凝土灌注桩、型钢桩、钢管桩、钢板桩、型钢水泥土搅拌桩等桩型^[12]。

当支护桩的施工影响范围内存在对地基变形敏感、结构性能差的建筑物或地下管线时，不应采用挤土效应严重、易塌孔、易缩径或有较大震动的桩型和施工工艺。

采用挖孔桩且其成孔需要降水或孔内抽水时，应进行周边建筑物、地下管线的沉降分析；当挖孔桩的降水引起的地层沉降不能满足周边建筑物和地下管线的沉要时应采取相应的截水措施。

排桩围护结构可分为:

(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。

2.5、基坑支撑结构体系及类型

支撑体系是指由钢或钢筋混凝土构件组成的用以支撑基坑侧壁的结构体^[2]。深基坑支护体系由两部分组成，一是围护墙，另一种是内支撑或者土层锚杆。支撑与围护墙之间相互联系，增强了支护结构的整体稳定性，不仅直接关系到基坑的安全和土方开挖，对基坑工程的造价和施工进度产生很大的影响。

深基坑的支撑系统，需要满足重量小、强度大、刚度够、稳定性好的特点。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。支撑系统中，内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受到的侧压力，构造简单，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。在软土地区以及建筑物密集的城市中，多采用内支撑。

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优点和缺点^[13]。

2.6基坑降水及止水帷幕

（1）降水

A.在地下水位以下开挖基坑时，有必要进行排水，降水的目的是^[14]：

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

④改善基坑和填土的砂土特性

⑤防止基底的隆起和破坏

B.降水有多种方法，应根据场地的工程地质条件、水文地质条件、基坑降水深度，决定降水或排水的形式,降水方法如下^[15,16]：

①明沟加集水井降水

明沟加集水井降水是一种人工排降法。它主要排除地下潜水、施工用水和天降雨水。在地下水较丰富地区，若仅单独采用这种方法降水，由于基坑边坡渗水较多，锚喷网支护施工难度加大。因此，这种降水方法一般不单独应用于高水位地区基坑边坡支护中。

②轻型井点降水

轻型井点降水适用于基坑面积不大，降低水位不深的场合。该方法降低水位深度一般在3-6m之间，若要求降水深度大于6m，理论上可以采用多级井点系统，但要求基坑四周外需要足够的空间，以便于放坡或挖槽。

③喷射井点降水

喷射井点系统能在井点底部产生250mm水银柱的真空度，其降低水位深度大，一般在8-20m范围。它适用的土层渗透系数与轻型井点一样，一般为0.1-50m/d。但其抽水系统和喷射井管很复杂，运行故障率较高，且能量损耗很大，所需费用比其他井点法要高。

④电渗井点降水

电渗井点适用于渗透系数很小的细颗粒土，如粘土、亚粘土、淤泥和淤泥质粘土等。这些土的渗透系数小于0.1m/d，它需要与轻型井点或喷射井点结合应用，其降低水位深度决定于轻型井点或喷射井点。

⑤管井井点降水

管井井点适用于渗透系数大的地层，地下水丰富的地层，以及轻型井点不易解决的场合。每口管井出水流量可达到50-100m3/h，土的渗透系数在20-200m/d范围内，这种方法一般用于潜水层降水。

⑥深井井点降水

深井井点降水是基坑支护中应用较多的降水方法，它的优点是排水量大、降水深度大、降水范围大等。对于砂砾层等渗透系数很大且透水层厚度大的场合，一般用轻型井点和喷射井点等方法不能凑效，采用此法最为适宜

（2）止水帷幕

在城市中深基坑降水会引起一定的沉降，可能会破坏邻近建筑物和管线。最好的办法是采用止水帷幕，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，防止出现管涌、流砂等问题。

三、主要参考文献

[1] JGJ311-2013.建筑深基坑工程施工安全技术规范[S]

[2] 刘宗仁,刘雪雁.基坑工程.[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2011.

[3] JGJ120-2012.建筑基坑支护技术规程[S]

[4] 彭红艳.基坑开挖过程中地表研究综述[M].北京:北京工业职业技术学院学报，2011.

[5] 应惠清,赵志缙.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2000

[6] 张迪,吴瑞卿.建筑施工安全[M].北京:中国电力出版社，2011.

[7] 王曙光.深基坑支护事故处理经验录[M].北京:机械工业出版社，2005.

[8] DB32/112-2005.南京地区地基基础设计规范[S].

[9] 陈国兴,樊良本等.基础工程学[M].北京:中国水利出版社，2002.

[10] 黄强,惠永宁.深基坑支护工程实例集[M].北京:中国建筑工业出版社，1997.

[11] 刘刚,胡明亮. 基坑支护工程设计施工实例图集 [M].北京:中国建筑工业出版社，2008.

[12] 刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2009.

[13] 余志成,施文华.深基坑支护设计与施工[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2011

[14] 司徒广.基坑工程的降水[M].北京:中国建筑工业出版社，1993

[15] 张永波, 孙新忠. 基坑降水工程[M]. 北京：地震出版社， 2000.

[16] 白玉华.工程水文地质学[M].北京:中国水利水电出版社，2002

[17] 相关的设计资料和设计规范