1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

前言：

随着我国建筑市场的高速发展和城市化进程的进一步深化，建筑物的海拔在日创新高的同时，也不断向地下延伸，尤其是进入20世纪80年代以后，摩天大楼的不断出现、地下停车场和人防的需要、水利工程及地铁工程的迅速发展等，统统涉及大量的基坑支护工程。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，致使许多基坑工程成为当地建筑工程中投资大、风险大、难度高的技术工程，从而引起有关部门主管部门和工程界的广泛重视。

深基坑工程包括基坑支护结构的设计与施工、土方开挖、地下水控制、工程监测和周围环境保护等内容，其中包含了强度、稳定和变形等问题，涉及工程地质、土力学、基础工程、结构力学、工程结构、施工技术等学科。同时，深基坑工程有许多不确定性、模糊性因素，特别是深基坑支护结构，它虽然属于临时性建筑，但它直接关系到整个工程的安全、工期和费用。因此，深基坑工程的发展对支护结构方案的合理选择和优化设计提出了更高的要求。^[18]

1.1基坑支护的原则和依据^[8]

基坑支护的原则：安全可靠；经济合理；技术可行和方便施工。

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；工程地质和水文地质资料；场地周边环境及地下管线状况；基坑的深度。

1.2基坑工程设计的内容^[8]

1) 支护体系的方案比较和选型

2) 支护结构的强度和变形验算

3) 基坑内外土体的稳定性验算

4) 维护墙的抗渗验算

5) 降水要求和降水方案

6) 确定挖土的工况及挖土、运土的主要措施

1.3基坑主要支护方法、技术类型^[11]

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，按功能可分为以下几大系统。

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。

下面将介绍目前经常采用的主要基坑支护类型：^[14]

（1） 放坡：

放坡开挖施工工艺简单、工程造价低、施工工期较短，在条件允许时应优先选用。其选用的必要条件是场地开阔，其次是土质较好，地下水位较低，还应具备符合边坡稳定的充分条件。当场地为杂填土、黏性土或粉性土环境条件下，降水后不会对相邻建筑物、道路及管线产生不利影响时，亦可采用放坡开挖。

基坑放坡开挖时应根据土层性质、开挖深度、荷载等通过计算确定坡体坡度、放坡平台宽度，多级放坡开挖的基坑，坡间放坡平台宽度不宜小于3.0m；无隔水帷幕放坡开挖基坑采取降水的措施，降水系统宜设置在单级放坡基坑的坡顶，或多级放坡基坑的放坡平台、坡顶；坡体表面可根据基坑开挖深度、基坑暴露时间、土质条件等情况采取护坡措施，护坡可采取水泥砂浆、挂网砂浆、混凝土、钢筋混凝土等方式，也可采用压坡法。

在一些软土地区，地下水位距离地表只有0.5~1.0m，即使采用设计安全系数较大的边坡，也未必能完全避免土体的移动或地表变形，当土体的移动或地表变形的范围和幅度达到一定程度时，就会产生边坡滑移，对周围环境产生严重影响，严重影响施工安全。由此可见，虽然放坡开挖经济简便，但无法能完全保证施工安全与质量。

（2） 放坡土钉墙和复合土钉墙：

土钉墙是用于土体开挖时保持基坑侧壁或边坡稳定的一种挡土结构，主要由密布于原位土体中的细长杆件－土钉、粘附于土体表面的钢筋混凝土面层及土钉之间的被加固土体组成，是具有自稳能力的原位挡土墙，这是土钉墙的基本形式。土钉墙与各种隔水帷幕、微型桩及预应力锚杆（索）等构件结合起来，又可形成复合土钉墙。复核土钉墙是土钉墙基本形式与其它围护结构的组合，因此土钉墙基本形式的特点和适用条件同样适用于复合土钉墙。

与其它支护类型相比，土钉墙具有以下一些优点：施工设备及工艺简单，对基坑形状适应性强，经济性较好；坑内无支撑体系，可实现敞开式开挖；柔性大，有良好的抗震性和延性，破坏前有变形发展过程；密封性好，完全将土坡表面覆盖，阻止或限制了地下水从边坡表面渗出，防止了水土流失及雨水、地下水对坑壁的侵蚀；施工所需场地小，移动灵活，支护结构基本不单独占用场地内的空间。但是，土钉墙也有一定的局限性：土钉需占用坑外地下空间；在软土中土钉与土体之间的摩阻力较低，土钉承载力较小，土体变形大，成孔困难。

因此，土钉墙适用于开挖深度小于12m、周边环境保护要求不高的基坑工程；地下水位以上或经人工降水后的人工填土、黏性土和弱胶结砂土的基坑支护。不适用于含水丰富的粉砂、细砂、淤泥和淤泥质土等软弱土层；周边环境敏感，对基坑变形要求较为严格的工程。

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） 水泥土重力式挡墙：

水泥土重力式围护墙是以水泥系材料为固化剂，通过搅拌机械采用喷浆施工将固化剂和地基土强行搅拌，形成具有一定厚度的连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。是无支撑自立式挡土墙，依靠墙体自重、墙底摩阻力和墙前基坑开挖面以下土体的被动土压力稳定墙体，以满足围护墙的整体稳定、抗倾稳定、抗滑稳定和控制墙体变形等要求。水泥土重力式围护墙常见的平面布置形式为格栅型，竖向布置形式为台阶形，常用的施工机械包括：双轴水泥土搅拌机、三轴水泥土搅拌机、高压喷射注浆机。

水泥土重力式围护墙结构与其它支护体系相比，具有以下优点：施工时无振动、操作简便、成桩工期较短、造价较低；基坑开挖时一般不需要支撑、拉锚，隔水防渗性能良好；可就近利用一部分粉煤灰等工业废料作为固化剂的外掺剂。同时，水泥土重力式围护墙在应用上存在下列制约：墙体占地面积大，水泥土搅拌桩按格栅形布置，墙宽约0．7～1．0倍开挖深度；水泥用量较大，且成桩后需要28天以上的养护期，一般不能立即开挖土方；与有支撑支护结构相比，重力式围护基坑周围地基变形较大，对邻近建筑物或地下设施影响较大。

因此水泥土重力式围护墙一般适用于开挖深度不超过6m 的基坑，常用于加固淤泥质土、含水量较高而地基承载力小于120 kPa的粘土、粉土、砂土等软土地基。当土中含高岭石、多水高岭石、蒙脱石等矿物时，加固效果较好；土中含伊里石、氯化物和水铝英石等矿物时，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。

水泥土重力式围护墙的设计应包括：设计方案比选、结构设计与稳定计算、位移计算和环境影响分析等。

（4） 型钢水泥土搅拌墙（SMW 工法）：

型钢水泥土搅拌墙是一种由水泥土搅拌桩柱列式挡墙和型钢（一般采用H型钢）组成的复合围护结构，同时具有截水和承担水土侧压力的功能。与其他围护形式相比，型钢水泥土搅拌墙具有以下优点：占用场地小、施工速度快、施工方法简单、造价低、防渗性能好、适用土层范围较广。同时，三轴水泥土搅拌桩施工过程无需回收处理泥浆，且基坑施工完毕后型钢可回收，环保节能。

型钢水泥土搅拌墙适用条件：适用于填土、淤泥质土、黏性土、粉土、砂性土、饱和黄土等；软土地区一般适用于开挖深度不大于 13.0m 的基坑工程；适用于施工场地狭小，或距离用地红线、建筑物等较近时，采用排桩结合隔水帷幕体系无法满足空间要求的基坑工程；型钢水泥土搅拌墙的刚度相对较小，变形较大，在对周边环境保护要求较高的工程中应慎重选用。

（5） 钢板桩：

钢板桩是一种带锁口或钳口的热轧（或冷弯）型钢，靠锁口或钳口相互连接咬合，形成连续的钢板桩墙，用来挡土和挡水。钢板桩支护结构由打入土层中的钢板桩和必要的支撑或拉锚体系组成，从使用的角度可分为永久性结构和临时性结构两大类，永久性结构主要应用于码头、船坞坞壁、河道护岸、道路护坡等工程中；临时性结构则多用于高层建筑、桥梁、水利等工程的基础施工中，施工完成后钢板桩可拔除。钢板桩支护结构型式主要可分为悬臂板桩、单撑（单锚）板桩和多撑（多锚）板桩等，此外常见的围护（挡土、挡水）结构还有桩板式结构、双排或格型钢板桩围堰等。

钢板桩具有轻型、施工快捷、可循环利用、在防水要求不高的工程中，可采用自身防水等优点。但是，由于其刚度小，变形较大，一般适用于开挖深度不大于 7m，周边环境保护要求不高的基坑工程；钢板桩打入和拔除对周边环境影响较大，邻近对变形敏感建构筑物的基坑工程不宜采用。

（6） 排桩支护：

灌注桩排桩围护墙是采用连续的柱列式排列的灌注桩形成了围护结构。按照单个桩体成桩工艺的不同，排桩围护体桩型大致有以下几种：钻孔灌注桩、预制混凝土桩、挖孔桩、压浆桩、SMW 工法（型钢水泥土搅拌桩）等。

排桩支护结构可分为：柱列式排桩支护，连续排桩支护，组合式排桩支护。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。

按基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩支护可分为：无支撑(悬臂)支护，单支撑支护，多支撑支护。^[6]。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。

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。

（7） 地下连续墙：

地下连续墙是指分槽段用专用机械成槽、浇筑钢筋混凝土所形成的连续地下墙体。可分为现浇地下连续墙和预制地下连续墙两大类，目前在工程中应用的现浇地下连续墙的槽段形式主要有壁板式、T 型和П 形等，并可通过将各种形式槽段组合，形成格形、圆筒形等结构形式。

地下连续墙是深基坑工程中最佳的挡土结构之一，它具有如下显著的优点：施工具有低噪音，对环境的影响小；刚度大、整体性好；墙身具有良好的抗渗能力，坑内降水时对坑外的影响较小；可作为地下室结构的外墙，可配合逆作法施工，以缩短工程的工期、降低工程造价。但是它也存在弃土和废泥浆处理、粉砂地层易引起槽壁坍塌及渗漏等问题，因而需采取相关的措施来保证连续墙施工的质量。临时挡土结构时，则造价高，不够经济，所以对地下连续墙的选用必须经过技术经济比较，确实认为是经济合理时才可采用。

一般情况下地下连续墙适用于如下条件的基坑工程：深度较大的基坑工程，开挖深度大于10m 才有较好的经济性；邻近存在保护要求较高的建、构筑物，对基坑本身的变形和防水要求较高的工程；围护结构亦作为主体结构的一部分，且对防水、抗渗有较严格要求的工程；采用逆作法施工，地上和地下同步施工时，一般采用地下连续墙作为围护墙。

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基坑主要支撑方法、技术类型：

基坑支护体系由两部分组成，一部分是支护挡墙，另一部分是内支撑或者锚杆。在基坑工程中，作用在挡墙上的水压力和土压力可以通过内支撑实现有效的传递和平衡，也可以由坑外设置的土锚维持平衡，并有效地减少支护结构的位移。^[6]内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受的侧压力，构造简单，受力明确；锚杆设置在围护墙的外侧，为挖土、结构施工创造了空间，有利于提高施工效率。

（1） 内支撑：

内支撑系统由水平支撑和竖向支承两部分组成，其基本构件是围檩、水平支撑、钢立柱和立柱桩。支撑体系常用型式有单层或多层平面支撑体系和竖向斜撑体系，平面支撑体系可以直接平衡支撑两端围护墙上所收到的侧压力，其构造简单，受力明确，使用范围广；竖向斜撑体系将围护墙所受的水平力通过斜撑传到基坑中部先浇筑好的斜撑基础上，施工比较方便，也可大幅节省支撑材料。

支撑材料可以采用钢或混凝土，也可以根据实际情况采用钢和混凝土组合的支撑形式。

钢结构支撑自重轻、安装和拆除方便、施工速度快、可以重复使用，安装后能立即发挥支撑作用，因此如有条件应优先采用钢结构支撑。但是钢支撑的节点构造和安装相对比较复杂，如处理不当，会由于节点的变形或节点传力的不直接而引起基坑过大的位移。因此，提高节点的整体性和施工技术水平至关重要。

现浇混凝土支撑刚度大，整体性好，可以采取灵活的布置方式适应于不同形状的基坑而且不会因节点松动而引起基坑的位移，施工质量相对容易得到保证，所以使用面也较广。但是混凝土支撑在现场需要较长的制作和养护时间，制作后不能立即发挥支撑作用；混凝土支撑采用爆破方法拆除时，对周围环境有一定的影响，清理工作量也很大，支撑材料不能重复利用。因此，提高混凝土的早期强度，提高材料的经济性，研究和采用装配式预应力混凝土支撑结构是今后值得研究的课题。

支撑系统的设计应包含支撑材料的选择、结构体系的布置、支撑结构内力和变形计算、支撑构件的强度和稳定性计算、支撑构件的节点设计以及支撑结构的安装和拆除。

（2） 锚杆：

锚杆是将受拉杆件的一端（锚固段）固定在稳定地层中，另一端与工程构筑物相联

结，用以承受由于土压力、水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（或岩土层）的稳定。锚杆支护作为一种支护方式，与传统的支护方式有着根本的区别，传统的支护方式常常是被动地承受坍塌岩体土体产生的荷载，而锚杆可以主动地加固岩土体，有效地控制其变形，防止坍塌的发生。

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。锚杆外露于地面的一端用锚头固定，一种情况是锚头直接附着结构上并满足结构的稳定；另一种情况通过梁板、格构或其他部件将锚头施加的应力传递到更为宽广的岩土体表面。锚杆结构一般由锚头、自由段以及锚固段三部分组成，其中锚固段用水泥浆或水泥砂浆将杆体（普通钢筋或者预应力筋）与土体粘结在一起形成锚杆的锚固体。锚杆按其使用年限分为临时性锚杆和永久性锚杆。锚杆一般按照是否施工预应力可分为预应力锚杆和非预应力锚杆。

与其他设置内支撑的支护形式相比，锚杆支护具有以下优点：节省大量钢材，节省钢材设置和拆除的时间；提供开阔的施工空间，极大地方便土方开挖和主体结构施工；对岩土体的扰动小，地层开挖后，能立即提供抗力。但锚杆支护受到地层条件和环境

条件的限制，主要指传力地层的地质条件使锚杆力能否有效地传递，以及锚杆有可能超越用地红线对红线以外的已建建（构）筑物形成不利影响或者形成将来地下空间开发的障碍。

1.5基坑主要止（降）水方法、技术类型：

基坑施工中，为避免产生流砂、管涌、坑底突涌，防止坑壁土体的坍塌，保证施工安全和减少基坑开挖对周围环境的影响，当基坑开挖深度内存在饱和软土层和含水层及坑底以下存在承压含水层时，需要选择合适的方法进行基坑降水或设置止水帷幕使地下水位在基坑底面0. 5-1. 0m以下。

地下水控制应根据工程地质和水文地质条件、基坑周边环境要求及支护结构形式选用明沟排水、降水、止水帷幕或其组合形式。

（1） 明沟排水：^[7]

明沟排水是在基坑内设置排水明沟、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。排水沟、集水井应在挖至地下水位以前设置，并且应设置在基础轮廓以外，排水沟边缘应离开坡脚不小于0.3m。

本方法施工方便，设备简单，降水费用低，管理围护较易。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。

（2） 降水：

深基础或深的建构筑物施工，在地下水位以下含水丰富的土层开挖大面积的基坑时，采用一般的明沟排水方法，常会遇到大量地下水涌水，难以排干；当遇到粉砂、细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、流沙的现象。此时就应该用人工降低地下水的方法进行施工。

降水常用的方法为各种井点排水法，它是在基坑开挖前，沿开挖基坑的四周、或一侧、二侧、三侧埋设一定数量深于坑底的井点滤水管或管井，以总管连接或直接与抽水设备连接从中抽水，使地下水位降低到基坑底0.5-1.0m以下。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、管井井点、辐射井点、回灌井点等。

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可根据土的种类、透水层位置、厚度、土层的渗透参数、水的补给来源、井点布置形式、要求降水深度以及临近建筑管线情况、工程特点、场地及设备条件、施工技术等水平情况作出选择。下表是各井点适用的土层渗透系数、降水深度及其它适用条件，可供选用和参考。^[7]

表1-1 各类井点的使用范围^[7]

井点类型	土层渗透系数（m/d）	降低水位深度（m）	适用条件
单层轻型井点	0.5～50	3～6	土质情况良好、降水深度不大
多层轻型井点	0.5～50	6～12	降水深度超过6m、垂直渗透系数较小
喷射井点	0.1～20	8～20	土质差、降水深度大、土方量大，采用多层轻型井点不经济
电渗井点	lt;0.1	宜配合其它形式降水适用	渗透系数小于0.1m/d时
管井井点	1.0～200	3～6	降水深度不大、土的渗透系数大、涌水量大、降水时间长
深井井点	5～250	3～6	降水深度很深、涌水量大、土层复杂多变、降水时间长
回灌井点	0.1～200	不限	各井点降水影响邻近建筑物，产生不均匀沉降和适用安全时

井点降水有以下优点：能有效地截住地下渗流，避免大量涌水、冒泥、翻浆、流砂等现象；提高边坡稳定性，边坡可放陡，减少土方开挖量；增加土颗粒间的压力使土层更为密实，改善土的性质；大大改善施工操作条件，跳高工效，加快工程进度。但是井点降水设备一次性投资较高，运转费用较大，施工中应该合理布置和适当安排工期，以减少作业时间，降低排水费用。

（3） 止水帷幕：

止水帷幕是用于阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采取的连续止水体。水泥土重力式支护结构、地下连续墙支护结构和冻结法支护结构本身又是止水帷幕，而排桩墙支护结构等则需要加外设置止水帷幕以共同形成挡土和挡水的基坑支护体系。除设置竖向止水帷幕外有时还需设置水平向止水帷幕，以防止流土、坑底隆起等造成的破坏，当有承压水时，更应重视。

选用止水帷幕需从水文地质、环境影响、投资能力三方面全面权衡利弊，目前设置止水帷幕的方法主要是高压喷射注浆法、浆液深层搅拌法和粉喷深层搅拌法。

高压喷射水泥土止水帷幕一般有两种形式:单独形成止水帷幕，采用单排旋喷桩相互搭接形成，或采用摆喷法形成；与排桩共同形成止水帷幕。高压喷射注浆法水泥土止水帷幕适用于粘土、淤泥质土、粉土、砂土及碎石土等地基，对直径过大含量过多的卵石层，含大量有机质的腐植土，效果较差。

深层搅拌水泥上止水帷幕视土层条件可采用一排、两排或数排水泥搅拌桩相互叠合形成。相邻水泥搅拌桩可搭接100mm左右。深层搅拌法水泥土止水帷幕适用于粘土、淤泥质土和粉土地基。^[12]

1.6基坑开挖：^[7]

基坑土体开挖施工方案应视支护结构形式、挖土深度、施工方法、周围环境、工期、气候、地面荷载、土体类型、土的工程性质、地下水控制要求等方面进行编制。内容主要包括：支护结构的龄期、机械选择、开挖时间、分层开挖深度、开挖顺序、坡道位置和车量进出场道路、施工进度和劳动组织安排、降排水措施、监测方案、质量和安全措施、以及开挖对周围建构筑物和管、沟线采取的保护措施。

（1） 开挖方式：

按支护方式的不同分为：无内支撑开挖和有内支撑开挖。无内支撑开挖包括：放坡

开挖、水泥土重力式维护墙、土钉墙、悬臂式支护结构的基坑。

按挖土方法的不同分为：明挖法、暗挖法。无内支撑基坑开挖一般采用明挖法；有内支撑开挖采用明挖、暗挖、明挖和暗挖结合等三种方法。

（2） 开挖原则：

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：

基坑工程施工前，应由建设方委托具备相应资质的第三方监测单位对基坑工程实施现场监测。监测单位应编制监测方案，监测方案须经建设方、设计方、监理方等认可，必要时还需与基坑周边环境涉及的有关管理单位协商一致后方可实施。

基坑监测的内容分为两大部分，即基坑本体监测和相邻环境监测。基坑本体中包括围护桩墙、支撑、锚杆、土钉、坑内立柱、坑内土层、地下水等；相邻环境中包括周围地层、地下管线、相邻建筑物、相邻道路等。^[7]

表1-2 基坑工程监测项目及测试方法^[13]

参考文献

[1] JGJ120-2012 建筑基坑支护技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2] GB50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[3] GB50021-2001（2009版）岩土工程勘察规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[4] DB32/J-12-2005 南京地区地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2005.

[5] GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[6] 陈国兴,樊良本,等.基础工程学[M].2版.北京:中国水利水电出版社,2012.

[7]杨峰.建筑地基基础工程施工技术M].山西:山西科学技术出版社, 2009.

[8]刘宗仁,刘雪雁.基坑工程[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008.

[9]熊智彪主编.建筑基坑支护[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2013.

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

[11] 廖晓坤. 深基坑支护工程的分析与研究:工程硕士.合肥：合肥工业大学,2008.

[12] 汤鹏灿. 深基坑工程若干问题研究及工程实践：硕士研究生.武汉：长江大学,2012

[13]宰金珉.岩土工程测试与监测技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[14]刘国彬,王卫东.主编.基坑工程手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2009.

[15]陈国兴,樊良本.土质与土力学[M].北京:中国水利出版社,2006.

[16]郑刚,焦莹.深基坑工程设计理论及工程应用[M].北京:建筑工业出版社,2010.

[17]赵锡宏,李蓓.大型深基坑工程实践与理论[M]北京:人民交通出版社,2005.

[18]工程地质手册编委会.工程地质手册[M].4版.北京:中国建筑工业出版社,2007.

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

[20] 冯涛.关于基坑支护结构常见类型及选用的探讨[J].山西建筑:2009 .

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1工程概况：

拟建场地位于溧城镇，西园路之北，碑亭巷之西，交通方便。基坑面积约11751.0平方米，周长约550.0米。本工程#177;0.00相当于绝对标高5.35m , 现地面标高为4.60m。项目各单体工程的性质、规模、荷载、结构特点、基础形式、基础埋置深度等一览表如下：

拟建建筑物性质一览表 表2-1

备注：为满足毕业设计要求，降基坑深度改成9米进行设计。

工程重要性等级为二级，场地及地基复杂程度等级均为二级，据此岩土工程勘察等级为乙级。地基基础设计等级高层为乙级，地下车库及其他多层建筑为丙级，基坑侧壁安全等级为二级，建筑桩基设计等级为乙级，抗震设防类别为丙类。

2.2基坑周边环境：

拟建场地位于溧城镇，西园路之北。用地红线基本与现围墙一致。

场地北侧：坑边距红线最近距离约10.50米，红线北侧约13.00米为已建建筑，高度为5层、8层；

场地东侧：坑边距红线最近距离在北段约6.00米，南端约11.00米，红线东侧即为碑亭巷。巷宽约6.00~7.00米，巷东即为3~6层民用住宅；

场地南侧：坑边距红线最近距离约3.00米，红线南侧约5.00米即为5~6层民用住宅；

场地西侧：坑边距红线最近距离约3.00米，红线西侧约1.50~3.00米即为5-7层民用住宅。

2.3 工程、水文地质条件：

2.3.1 工程地质条件：

（1） 地形地貌：

拟建场地位于溧城镇，西园路之北，碑亭巷之西。在地貌上，本场区属宜溧平原西南缘之平原地貌。场地原为居民居住区，有厂房，地表层大部为水泥地面，地面下有老基础。场地地面标高在1.7～5.3m，高差3.6m。

（2） 岩土层分布：

根据钻探、取土与野外鉴别、土工试验结合静探曲线线型特征综合分析，将场地土按土类型、工程特性，自上而下划分为8层，共8个层位，现将本场地各土层特性分述如下：

①杂填土层：杂填土以建筑垃圾为主，见有石块和原钢筋混凝土基础以及生活垃圾等，灰黑色，结构较松散，高压缩性，填龄约20年，工程性质差。厚度0.3~3.5m，平均值1.70m；层底标高1.17~3.30m，平均值2.33m；埋深0.3~3.5m，平均值1.7m。局部厚度变化较大。

第四系全新统河湖相沉积层（Q4l）：

②淤泥质粉质粘土：含粉质粘土和少量有机质，灰色，灰褐色，流塑，无摇振反应，干强度及韧性中等，高压缩性，工程性质差。层厚1.2~6.1m，平均值2.68m；层底标高-3.77~1.41m，平均值-0.33m；埋深1.4~8.3m，平均值4.17m。分布稳定，局部厚度变化较大，场地西北角厚度相对较大。

第四系全新统冲积层（Q4al）：

③粉质粘土：含粘土，灰黄色，黄褐色，可塑，含FeMn质胶膜，无摇振反应，干强度及韧性中等，中压缩性，工程性质良好。层厚1.7~5.6m，平均3.37m；层顶标高-3.77~1.41m，平均值-0.33m；层顶埋深1.4~8.3m，平均值4.17m。分布较稳定，局部厚度变化较大。

④粉土（夹粉质粘土）：局部夹粉质粘土，分布不均一。黄褐色，灰黄色，湿，中密，中等压缩性，工程性质较好。层厚0.7~3.4m，平均值2.17m；层顶标高-7.37~-1.39m，平均值-3.03m；层顶埋深5.0~11.9m，平均值6.84m。场地西北角缺失，局部厚度变化较大。

第四系上更新统洪冲积层（Q3pl al）：

⑤粉质粘土：含粘土。黄褐色，绿黄色，灰蓝色，硬塑，局部可塑。含FeMn质结核，无摇振反应，干强度及韧性中等偏低，中等偏低压缩性，工程性质良好。层厚1.5（静探孔）~25.3m，平均值11.85m；层顶标高-8.27~-3.29m，平均值-5.54m，层顶埋深7.0~11.7m，平均值9.20m。分布稳定。

⑥中砂：局部夹薄层粉砂、粗砂。暗黄、灰褐色，湿，中密，中等偏低压缩性。工程性质良好。层厚3.9~5.6m，平均值5.0m；层顶标高-30.61~-28.38m，平均值-29.52m；层顶埋深33.40~35.30m，平均值34.38m。分布稳定。

⑦砾石：主要为圆砾及卵石，少量角砾。灰色，灰黄色。石质粒径在30~150mm，最大可达500mm。湿~稍湿，中密~密实。工程性质好。层厚5.4~6.1m，平均值5.77m；层顶标高-35.32~-33.98m，平均值-34.52m；层顶埋深39. 0~39.8m，平均值39.38m。分布稳定。

白垩系上统泥岩（砂质泥岩）

⑧强风化砂岩：褐红色，棕红色，为极软岩，极破碎~破碎，岩体基本质量等级分类属Ⅴ类。使用合金钻头钻进容易，工程性质好。揭露层4.4~5.2m，平均值4.85m；层顶标高-40.75~-39.98m，平均值-40.29m；层顶埋深44.8~45.6m，平均值45.15m。分布稳定。

2.3.2 水文地质条件：

溧阳地处长江三角洲内陆平原与天目山麓接攘地带，属亚热带大陆性季风气候，四季分明，雨量充沛，温暖湿润。

本场地地下水主要分为三类，一为赋存于包气带①土层中的孔隙潜水，主要受大气降水及地表水渗透补给，以蒸发及地下径流的方式排泄。地下水埋藏浅，埋深于地面下0.1~1.5m（标高3.53~3.89m），对基坑开挖有一定影响；二为赋存于④土层中的弱承压水，其埋藏深度相对较大，对本场地基坑开挖影响不大，对桩基础施工有一定影响；三为赋存于⑥、⑦土层中的承压水，对本场地基坑开挖无影响，对桩基础施工有一定影响。

拟建场地环境类型分类属于Ⅱ类，依据地下水腐蚀性分析结果可知：地下水对建筑材料具微腐蚀性。

2.3.3 基坑设计参数：

根据南京南大岩土工程技术有限公司提供的岩土工程勘察报告（勘察编号：2013-LY-KC-005），选取各土层的固快指标作为基坑支护设计计算参数，并按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据。

基坑支护设计参数一览表 表2-1

层号	岩土名称	重度γ(g/m)	固结快剪	渗透系数cm/s)
Ck(Kpa)	φk(#176;)	KH	KV
①	杂填土	（17.5）	（8.0）	（12.0）	5.00E-04	5.00E-04
②	淤泥质粉质粘土	17.6	8.0	7.0	7.29E-07	6.93E-07
③	粉质粘土	19.1	33.0	15.5	3.23E-06	3.47E-06
④	粉土（夹粉质粘土）	18.9	11.0	20.5	5.29E-07	4.23E-07
⑤	粉质粘土	19.6	51.0	19.0

注：括号内为经验值，其余为试验值。

2.4 本基坑支护类型：

根据对本工程的场地工程地质条件、基坑开挖深度、场地周边环境的综合考虑，本工程暂定采用排桩加支撑的支护形式，采用搅拌桩做止水帷幕，坑内采用明沟排水的方法降低地下水位。

2.4.1 计算步骤：

（1） 土压力

水土分算（非粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

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

水土合算（粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

注：

（2） 桩的内力计算

因为基坑较深，所以不建议采用悬臂桩。应设置支撑甚至可以设置多道支撑，在这里先考虑单支点桩支护的计算方法，本基坑拟采用等值梁法。

桩入坑底土内可当作#8212;端弹性嵌固另一端简支的梁来研究。档墙两侧作用着分布荷载，即主动土压力与被功土压力，如图2-2a所示。在计算道程中所要求出的是桩的入土深度、支撑反力及跨中最大弯矩。

图2-2 等值梁法计算简图

单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩图如图2-2c所示，若在得出此弯矩图前已知弯矩零点位置，并于弯矩零点处将粱(即桩)断开以简支计算，则不难看出所得该段的弯矩图将同整梁计算时一样，此断梁段即称为整梁该段的等值梁。对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙其净土压力零点位置与弯矩零点位置很接近，因此可在压力零点处将板桩划开作为两个相联的简支梁来计算。这种简化计算法就称为等值梁法，其计算步骤如下：

①根据基抗深度、勘察资料等，计算主动土压力与被动土压力，求出土压力零点B

的位置，按下计算B点至坑底的距离u值：

② 由等值梁AB根据平衡方程计算支撑反力R_a及B点剪力Q_B

③由等值梁BG求算桩的入土深度，取，则

由上式求得

由上式求得x后，桩的最小入土深度可由下式求得

如桩端为一般的土质条件，应乘系数1.1～1.2，即

④由等值梁求算最大弯矩M_max值。

⑤在计算得到截面最大弯矩Mc 和最大剪力Vc 的计算值后，按下列公式计算支点力设计值Td、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。

（3） 桩的配筋计算

根据计算得到的支点力设计值Td、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） 圈梁、围檩配筋计算

（5） 整体稳定性验算

（6） 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：Mp#8212;#8212;被动土压力及支点力对桩底的弯矩；

Ma#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。管涌稳定性验算可按下式进行：

式中：γ0#8212;#8212;侧壁重要性系数；

γ'#8212;#8212;土的有效重度；

γw#8212;#8212;水的重度；

h'#8212;#8212;地下水位至基坑底的距离；

D#8212;#8212;桩（墙）入土深度。

（7） 止水帷幕设计

① 止水帷幕桩型和桩长

止水帷幕的厚度应该满足基坑的防渗要求，且止水帷幕的渗透系数宜小于。落底式竖向止水帷幕应插入下卧不透水层，其插入深度可以按下式计算：

式中：l#8212;#8212;帷幕插入不透水层的深度；

hw#8212;#8212;作用水头；

b#8212;#8212;帷幕宽度。

当止水帷幕未插入不透水层，其嵌固深度应满足抗渗透稳定条件，其嵌固深度可以按下式计算：

式中：hwa#8212;#8212;坑外地下水位；

h#8212;#8212;基坑深度。

则桩长L 可以按下式计算：

式中：x#8212;#8212;不透水层层顶深度。

当地下水含水层渗透性较强，厚度较大时，可采用悬挂式竖向止水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向止水与水平封底相结合的方案。

②抗渗验算

当止水帷幕未插入不透水层时，还应进行抗渗验算，可以按基坑抗管涌验算进行。

（8） 混凝土支撑和立柱桩的设计

①混凝土：混凝土：除特别注明外均为C30；

②钢筋：HRB400 热轧钢筋；HRB335 热轧钢筋，HRB235 热轧钢筋。灌注桩保护层厚度为50mm，其它为35mm。

③水泥：采用42.5 级普通硅酸盐水泥。

（9） 降水设计

1) 基坑涌水量计算

根据水井理论，水井分为潜水（无压）完整井、潜水（无压）非完整井、承压完整井和承压非完整井。这几种井的涌水量计算公式不同。

①均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算

根据基坑是否邻近水源，分别计算如下：

a.基坑远离地面水源时

式中 Q#8212;#8212;基坑涌水量；

K#8212;#8212;土壤的渗透系数；

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；宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑安全等 级为二、三级时。

对潜水含水层按下式计算：

对承压含水层按下式计算：

k#8212;#8212;土的渗透系数；

r₀#8212;#8212;基坑等效半径；当基坑为圆形时，基坑等效半径取圆半径。当基坑非圆形时，对矩形基坑的等效半径按下式计算：

r₀＝0.29（a＋b）

式中 a、b#8212;#8212;分别为基坑的长、短边。

对不规则形状的基坑，其等效半径按下式计算：

式中 A#8212;#8212;基坑面积。

b. 基坑近河岸

（b＜0.5R）

c.基坑位于两地表水体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

图2.9.1均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算简图

（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岩；

（c）基坑位于两地表水体之间；（d）基坑靠近隔水边界

②均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算

a. 基坑远离地面水源

b. 基坑近河岸，含水层厚度不大时

（b＞M/2）

式中 M#8212;#8212;由含水层底板到滤头有效工作部分中点的长度。

c. 基坑近河岸（含水层厚度很大时）：

（b＞l） （b＜l）

图2.9.2均质含水层潜水非完整井涌水量计算简图

（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岸，含水层厚度不大；

（c）基坑近河岸，含水层厚度很大

③均质含水层承压水完整井基坑涌水量计算

a.基坑远离地面水源

式中 M#8212;#8212;承压含水层厚度。

b.基坑近河岸

（b＜0.5r₀）

c.基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间

图2.9.3 均质含水层承压水完整井涌水量计算简图

（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岸；（c）基坑位于两地表水体之间

④均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算

图2.9.4 均质含水层承压水非完整井涌水量计算简图

⑤均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算

图2.9.5 均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算简图

2) 降水:

降水即在基坑土方开挖之前，用真空（轻型）井点、喷射井点或管井深入含水层内，用不断抽水方式使地下水位下降至坑底以下，同时使土体产生固结以方便土方开挖。

降水井（井点或管井）数量计算

式中 Q#8212;#8212;基坑总涌水量；

q#8212;#8212;设计单井出水量

2.5毕业设计成果

（1）基坑周边环境信息图（1#215;A2）

（2）基坑支护结构平面图（1#215;A2）

（3）支撑平面布置图（1#215;A2）

（4）基坑支护结构大样图、节点大样图（2#215;A2）

（5）基坑开挖监测点平面布置图（1#215;A2）

（6）井点布置图（1#215;A2）