文 献 综 述

1.序言

随着国民经济的高速发展，我国城市化水平正在快速提高，标志着城市工程建设的飞速发展。 随着社会的进步，大城市的高层建筑越来越多，而同时为了节省土地，充分利用地下空间，地下建筑，还有隧道等工程的大幅度增加，与之相应的基坑开挖越来越深，深基坑工程也随之不断增加。90 年代以来, 基坑工程的设计理论和施工技术日益进步, 不但涌现了多种符合我国国情的实用的基坑支护方法, 而且使得基坑工程的设计理论、计算方法得到不断改进, 施工工艺取得长足的进步。基坑工程的设计规范也有一定的发展。但如果应用现有基坑工程的设计理论( 强度控制设计) 和常规施工技术难以达到保护基坑周围的环境要求。因此城市基坑工程, 特别是软土地区的城市基坑工程正在对基坑工程的设计理论和施工技术提出严峻的挑战。

2.国内外基坑工程的发展概况

国外 20 世纪 30 年代，太沙基和皮克等最先从事基坑工程的研究，20 世纪 60 年代在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测，从 20 世纪 70 年代起，许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。除了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等开挖技术外又有了新进展。

我国城市地下工程建设起步较晚，20 世纪 80 年代前，国内为数不多的高层建筑的地下室多为一层，基坑深不过 4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。20 世纪 80 年代初才开始出现大量的基坑工程。到20世纪80年代，随着高层建筑的大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。进入20世纪90年代后，在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下，全国工程建设亦突飞猛进，高层建筑迅猛发展，建筑高度越来越高，同时各地还兴建了许多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m 的比比皆是，其埋置深度也就越来越深，对基坑工程的要求越来越高，随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程的建设，特别是近年来的工程实践，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高。我国城市地下工程、隧道及井孔工程等先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术有的已达到国际先进水平。促进了建筑科学技术的进步和施工技术、施工机械和建筑材料的更新与发展。为了保证建筑物的稳定性，建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求。随之出现的问题也越来越多，这给建筑施工、特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难。

3.基坑工程的研究现状

3.1基坑主要支挡方法、技术类型

基坑工程中采用的围护墙、支撑（或土层锚杆）、围檩、防渗帷幕等结构体系总称为支护结构^[1]。支护结构的传统方法是钢板桩加支撑系统或钢板桩锚拉系统，其优点是材料可以回收，但拔出板桩时会引起土体的变形。目前经常采用的主要基坑支挡类型有：

（1）深层搅拌水泥土挡墙^[2]（以下简称搅拌桩）：将土和水泥强制搅和成水泥土桩，结硬后成为具有一定强度的整体壁状挡墙，一般用于开挖深度不超过7m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。

国内外试验研究和工程实践表明，搅拌桩适宜于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于120kPa的粘土、粉质粘土、粉土等软土地基。当土中含高龄石、蒙脱石等矿物时，加固效果较好，土中含伊利石、氯化物等矿物时，加固效果较差，土的原始抗剪强度小于20～30kPa时，加固效果也较差。搅拌桩用于泥炭土或土中有机质含量较高，酸碱度较低（lt;7）及地下水有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。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。

（2）钢板桩^[3]：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，用于开挖深度3～10m的基坑。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。但钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小，开挖后绕度变形较大，打拔桩振动噪声大，容易引起土体移动，导致周围地基较大沉陷。

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。

（3）钻孔灌注桩挡墙^[4]：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粱，用于开挖深度为6m～13m的基坑。具有噪声和振动小，刚度大，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。桩身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。

（4）地下连续墙^[5]：在地下成槽后，浇筑混凝土，建造具有较高强度的钢筋混凝土挡墙，用于开挖深度达10m以上的基坑或施工条件较困难的情况。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。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，并可采用逆筑法施工。

地下连续墙按成桩（成槽）形式的不同，划分为桩排式连续墙和壁式连续墙两大类，

前一类主要用各种类型的桩，相互连接或搭接以及交错的单桩连锁组成的直线、圆弧、圆形等形式的排桩组合，具有一定的入土深度，墙顶用压顶粱连在一起，形成地下连续墙的墙体。壁式地下连续墙具有多种功能，有着广泛的应用前景。最主要用于深基坑工程的围护，特别适合于软土地区深基坑的开挖。

（5）SMW工法^[6]（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。劲性桩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，劲性桩法可取得较好的环境和经济效果。劲性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。

（6）土锚^[7]：用拉杆锚固支护基坑的开挖或用作抗拔桩抵抗浮托力等的应用已日益普遍。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。这是人们乐于大量使用的主要原因。随着对锚固法的不断改进和使用可靠性的监测手段，使拉锚支护的范围更加广泛。

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。

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。

（7）土钉墙：土钉墙支护是通过沿土钉通长与周围土体接触形成复合体。在土体发生变形的条件下，通过土钉与土体的接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，通过受拉工作面给土体约束加固，提高整体稳定性和承载能力，增强土体变形的延性^[8]。

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。对于淤泥质土、饱和软土，应采用复合型土钉墙支护^[9]。

3.2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，二是基坑内的支撑系统。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^[10]。

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^[11]。

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^[11]。

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^[12]。

3.3基坑主要止（降）水方法、技术类型

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^[13]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。

一个场地的地质条件和土质条件，将决定降水或排水的形式。

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^[14]。

降低地下水位的常用方法可分为明沟降水和井点降水两类。明沟降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、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^[15]。

明沟降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。明沟降水一般适用于土层较密实，坑壁较稳定，基坑较浅，降水深度不大，坑底不会产生流砂和管涌等的降水工程^[15]。

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^[16]。

在城市中由于深基坑降水，总会引起地面产生一定的沉降，影响邻近建筑物和管线。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，要防止出现管涌、流砂等问题^[15]。

4.总结

随着社会的发展，基坑在未来各个领域的应用将越来越广，越来越多，因而改善基坑技术和完善基坑的规范迫在眉睫，中国基坑工程的虽起步较晚，但在不懈的努力下我认为有的研究的成果已世界水平，虽存在一些弊病。工作经验不够，相关理论研究很少或不成系统等。对于存在的这些问题，学者们也给出了一些自己改进的方法。我国基坑工程研究正在积极探索当中，我想不久就能见到辉煌成绩。

参考文献

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[2] 赵志缙，高层建筑基础工程施工[M]，北京：中国建筑工业出版社，1994.

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

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[6] 陈忠汉，黄书秩，程丽萍，等深基坑工程[M]，北京：机械工业出版社，2002.

[7] 黄强，深基坑支护工程设计技术[M]，北京：中国建筑工业出版社，1995 .

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[14] 司徒广，基础工程的降水[M]，北京：中国建筑工业出版社，1993.

[15] 白玉兰，工程水文地质学[M]，北京：中国水利水电出版社，2002.

[16] 赵锡宏，高层建筑深基坑围护工程实践与分析[M]，上海：同济大学出版社，1996

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