文 献 综 述

背景概况

建筑基坑支护设计与施工技术是一门从实践中发展起来的技术，也是一门实践性非常强的学科。它设计土力学中典型的强度、稳定及变形问题，还涉及土与支护结构共同作用问题、基坑中的时空效应问题以及结构计算问题等。几十年来，随着国内外大量高层建筑的建造，基坑深度不断加深，规模和复杂程度不断加大，基坑支护已成为高、大建筑中的一个非常大的课题，其设计与施工技术已成为广大设计、施工人员十分关注的技术热点。实践的需要促进了研究工作的飞速发展，获得了大量的理论研究成果和丰富的实践经验。

我国大量的深基坑工程始于20世纪80年代，由于城市高层建筑的迅速发展，地下停车场、高层建筑埋深、人防等各种需要，高层建筑需要建设一定的地下室。近几年，由于城市地铁工程的迅速发展地铁车站、局部区间明挖等也涉及大量的基坑工程，在双线交叉的地铁车站，基坑深达20-30m。水利、电力也存在着地下厂房、地下泵房的基坑开挖问题。
无论是高层建筑还是地铁的深基坑工程，由于都是在城市中进行开挖，基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容，要保护其周边构筑物的安全使用。而一般的基坑支护大多又是临时结构、投资太大也易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此，如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。

1.1基坑支护的内容

基坑支护技术主要包括基坑的勘察、设计、施工及监测技术，同时包括地下水的控制（指为保证支护结构施工、基坑挖土、地下室施工及基坑周边环境安全而采取的排水、降水、截水或回灌措施）和土方开挖等。

1.2基坑的设计要求

基坑支护作为一个结构体系，应要满足稳定和变形的要求，即通常规范所说的两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态，对基坑支护来说就是支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用极限状态则是指支护结构的变形或是由于开挖引起周边土体产生的变形过大，影响正常使用，但未造成结构的失稳。

因此，基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支护产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。因而，作为设计的计算理论，不但要能计算支护结构的稳定问题，还应计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。

一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关，这就是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分，对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的，则应控制小变形，此即为通常的一级基坑的位移要求；对于周边空旷，无构筑物需保护的，则位移量可大一些，理论上只要保证稳定即可，此即为通常所说的三级基坑的位移要求；介于一级和三级之间的，则为二级基坑的位移要求。

对于一级基坑的最大水平位移，一般宜不大于30mm，对于较深的基坑，应小于0.3%H,H为基坑开挖深度。对于一般的基坑，其最大水平位移也宜不大于50mm。一般最大水平位移在30mm内地面不致有明显的裂缝，当最大水平位移在40-50mm内会有可见的地面裂缝，因此，一般的基坑最大水平位移应控制不大于50mm为宜，否则会产生较明显的地面裂缝和沉降，感观上会产生不安全的感觉。

一般较刚性的支护结构，如挡土桩、连续墙加内支撑体系，其位移较小，可控制在30mm之内，对于土钉支护，地质条件较好，且采用超前支护、预应力锚杆等加强措施后可控制较小位移外，一般会大于30mm。

基坑支护是一种特殊的结构方式，具有很多的功能。不同的支护结构适应于不同的水文地质条件，因此，要根据具体问题，具体分析，从而选择经济适用的支护结构。

1.3 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。

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。

目前经常采用的主要基坑支护类型有：

（1）放坡开挖：它使用于基坑侧壁安全等级为三级，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。放坡只要求稳定，位移控制无严格要求，价钱最便宜，但回填土方较大，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。

采用放坡开挖时，应该考虑到边坡稳定性，边坡稳定验算方法有极限平衡法、极限分析法和有限元法。在工程实践中，稳定性分析较多采用极限平衡法，将土坡稳定问题视作平面应变问题。极限平衡法修定边坡的失稳是土体内部产生某一滑裂面，根据滑动土体的静力平衡条件和摩尔#8212;库仑破坏准则计算滑动土体沿滑裂面滑动的可能性，即安全系数的大小，然后采用同样的方法选取多个可能的滑裂面，分别计算相应的稳定安全系数。安全系数最低的滑裂面即可能性最大的滑裂面，为稳定性设计控制滑裂面，取最危险滑裂面的安全系数K≥1.35~1.5。常用的方法有圆弧滑动法和条分法。

（2）重力式挡墙（水泥土搅拌桩围护）：它是利用水泥等材料作为固化剂，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-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。一般用于开挖深度不超过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，但围护较宽，一般取基坑开挖深度的0.7～0.8 倍。

深层搅拌法最适宜于各种成因的饱和软土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等，加固深度从数米至30～40m。一般认为含有高岭石、多水高岭石与蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；含有伊利石、氯化物等粘性土以及有机质含量高、酸碱度（pH）较低的粘性土的加固效果较差。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。

搅拌桩是一种具有一定刚性的脆性材料所构成，其抗拉强度比抗压强度小得多，在工程中要充分利用抗压强度高的特点，”重力坝”式挡墙就是利用结构本身自重和抗压不抗拉的一种结构形式。

水泥土围护结构的计算包括抗倾覆、抗滑动验算、整体稳定、抗渗计算及墙体应力计算。

（3）钢板桩：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。

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。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。

（4）排桩支护：排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻（冲）孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。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。

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。

排桩支护可分为悬臂式和支锚式，而支锚式又分单点支锚和多点支锚。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。柱列式灌注桩的工作比较可靠，但要重视帽梁的整体拉结作用，在基坑边角处，帽梁应连续交圈。当要求灌注桩围护结构起到抗水防渗作用时，必须做好桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷桩。当周围环境保护要求严格时，为减少排桩的变形，在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域，用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少支护结构的变形。

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。

（5）土钉墙支护：它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，通常土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体。土钉墙支护充分利用土层介质的自承力，形成自稳结构，承担较小的变形压力，土钉承受主要压力，喷射混凝土面层调节表明应力分布，体现整体作用；同时，由于土钉排列较密，通过高压注浆扩散后使土体性能提高。土钉墙施工快捷简便，经济可靠，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。

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。

（6）复合型土钉墙支护：它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。

（7）劲性水泥土搅拌连续墙（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。

（8）地下连续墙：它是利用特制的成槽机械在泥浆（又称稳定浆）护壁的情况下进行开挖，形成一定槽段长度的沟槽；再将地面上制作好的钢筋笼放入槽段内，采用导管法进行水下混凝土浇筑，完成一个单元的墙段，各墙段之间的特定的接头方式相互联结，形成一道连续的地下钢筋混凝土墙。

地下连续墙具有墙体刚度大、整体性好，因而结构和地基变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构；适用于各种地层；可以减少工程施工时对环境的影响；可进行逆筑法施工。逆筑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的有效方法。

但是，地下连续墙施工法也有不足之处：对废泥浆的处理；槽壁坍塌；地下连续墙如作临时挡土结构，则造价高，不够经济。

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基坑支护的特点范围

放坡开挖

适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制无严格要求，价钱最便宜，回填土方较大。

深层搅拌水泥土围护墙

深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点:由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点:首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时,为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;其次是厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。

高压旋喷桩

高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆,它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体,相互搭接形成排桩,用来挡土和止水。高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩,但其施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少,并且施工机具的振动很小,噪音也较低,不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害,它可用于空间较小处,但施工中有大量泥浆排出,容易引起污染。对于地下水流速过大的地层,无填充物的岩溶地段永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质,由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固,均不宜采用该法。

槽钢钢板桩

这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6～8m ,型号由计算确定。其特点为:槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施;抗弯能力较弱,多用于深度≤4m的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度小,开挖后变形较大。

钢筋混凝土板桩

钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工厂预制,再运至工地,成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计,目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm 以上) 的板桩,并有液压静力沉桩设备,故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。

钻孔灌注桩

钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。其多用于坑深7～15m 的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有8～9m 的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于组织、方便、工期短。

工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。

1.5 基坑主要止（降）水方法、技术类型

在沿海软土地区，一般地下水位都比较高，当地层中有厚层饱和淤泥质土、粘质粉土、砂质粉土或粉砂等，基坑开挖时，坑内地下水位必然产生大大低于四周，周围的地下水向坑内渗流，产生渗透力。为了防止由此产生的渗流破坏，基坑必须有止（降）水方案。

地下水控制的设计和施工应满足支护结构设计要求应根据场地及周边工程地质条件水文地质条件和环境条件并结合基坑支护和基础施工方案综合分析确定，地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水、和回灌等型式，单独或组合使用。

1.5.1 降水

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。

降水有各种不同的方法，应视工程性质、开挖深度、土质特性及经济等因素进行考虑。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。

降水方法按降水机理不同，可分为明沟排水和井点降水。明沟排水是在基坑的周围，有时在基坑中心，设置排水沟，每隔30~40cm 设一个集水井，使地下水汇流于集水井内，用水泵将水排出基坑外。明沟排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、深井井点、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。

表1.各类井点的使用范围

明沟排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。明沟排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。

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。

1.5.2 止水帷幕

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。

1.5.3 降水时的注意事项

在城市中由于深基坑降水，使邻近建筑物下的水位也降低，若其下是软弱土层，则将因水位降低而减少土中地下水的浮托力，从而使软弱土层压缩而沉降，影响邻近建筑物和管线，降水的时候应该注意：（1）井点降水应减缓降水速度，均匀出水；（2）井点应连续运转，尽量避免间歇和反复抽水；（3）降水场地外侧设置挡水帷幕，减小降水影响范围；（4）设置回灌井系统。

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。

当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法，截水后，基坑中的水量或水压较大时，宜采用基坑内降水；当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施保证坑底土稳定。

1.6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。

1.7基坑工程监测

基坑工程监测是基坑工程施工中的一个重要的环节，组织良好的监测能够将施工中各方面信息及时反馈给基坑开挖组织者，根据对信息的分析，可对基坑工程围护体系变形及稳定状态加以评价，并预测进一步挖土施工后将导致的变形及稳定状态的发展。根据预测判定施工对周围环境造成影响的程度，以制定进一步施工策略，实现所谓信息化施工。

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）坑底隆起量

1.8基坑技术的发展趋势

（1）基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。因此，从工期和造价的角度看两墙合一的逆作法将是今后发展的主要方向。但逆作法施工受桩承载力的限制很大，采用逆作法时不能采用一柱一桩，而是一柱多桩，增加了成本和施工难度。如何提高单桩承载力，降低沉降，减少中柱桩（中间支承柱），达到一柱一桩，使上部结构施工速度可以放开限制，从而加快进度，缩短总工期，这将成为今后的研究方向。

（2）土钉支护方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。

（3）目前，在有支护的深基坑工程中，基坑开挖大多以人工挖土为主，效率不高，今后必须大力研究开发小型、灵活、专用的地下挖土机械，以提高工效，加快施工进度，减少时间效应的影响。

（4）为了减少基坑变形，通过施加预应力的方法控制变形将逐步被推广，另外采用深层搅拌或注浆技术对基坑底部或被动区土体进行加固，也将成为控制变形的有效手段被推广。

（5）为减小基坑工程带来的环境效应（如因降水引起的地面附加沉降），或出于保护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外，一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。目前，有将水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中的趋势。

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[12] GB50010-2002 混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002

[13] 其它中华人民共和国国家、行业及江苏省、市现行的有效设计标准、规范、规程和标准图集.

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

[15] 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

[16] 唐业清.基坑工程事故分析与处理[M].北京:中国建筑工业出版社,1999

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

[18] 熊智彪,陈振富,段仲沅.建筑基坑支护[M]北京:中国建筑工业出版社,2008

[19] 陈国兴,樊良本,等.基础工程学[M].北京:中国水利水电出版社,2002

[20] 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

[21] 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

[22]熊智彪.建筑基坑支护.中国建筑工业出版社，2008

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

2.1 工程概况

拟建的靖江市城北安置区新佳新村五期15、16、17#楼位于靖江市城北园区，西侧为东兴北路，北侧为规划建设的纬五路，总建筑面积地上约18000m²，地下约1800m²。建筑物具体建筑特征及规模见表1.1。

拟建物建筑特性一览表 表1.1

2.2 场地工程地质条件

2.2.1 工程地质概况

地形、地貌：

拟建场地位于姜堰市西郊，南临姜堰大道，东侧为上海路。场地内地形平坦，地面

绝对高程5.15~6.08米。场地地貌类型属长江冲积平原。

2.2.2岩土层工程地质特征

1.区域工程地质条件

靖江市位于江苏省中部，西接扬州、东连南通，南连长江。场地处于扬子地层东北部，地层发育较齐全，中元古界海州群、张八岭群为区域变质岩系，构成扬子准地台基震旦系-三叠系不整合覆盖，以海相沉积为主，各系、组间成假整合或整合接触；侏罗系以陆相碎屑和中酸性火山岩为主，假整合在三叠系层位上；白垩系为内陆盆地，红色碎屑岩为主，局部夹中性、碱性火山岩不整合在白垩系上；第四系以三角洲相冲积为主，属长江三角洲流域，勘探揭示深度范围内属第四纪全新统。场地区附近无全新世活动断裂构造，处于相对稳定的构造断块中。

2.地形地貌

拟建场地地形较平坦，地面标高范围：-0.55～-0.28m（假设高程）。拟建场地在地貌上属长江三角洲冲(沉)积地貌单元，钻探深度内的土层均为第四系全新统（Q4）冲(沉)积层。

3.岩土层描述及分布规律

根据钻探资料分析，拟建场地内土层分布较均匀，本场地勘察深度范围内共分8层，据各土层的土性特征，现将各土层从上至下分别描述如下：

①素填土：灰褐色～灰黄色，以软塑粉质粘土为主，农田内上部含植物根茎。场区普遍分布，厚度:1.00～2.10m，平均1.32m；层底标高:-2.61～-1.28m，平均-1.74m；层底埋深:1.00～2.10m，平均1.32m。该层物理力学性质不均匀，不宜作为建筑物持力层。

②粉砂夹粉土：上部为黄色，向下渐变至灰色～灰青色，松散，饱和，以亚圆形石英、长石为主，含云母，级配不良，局部夹粉土。场区普遍分布，厚度:5.20～7.20m，平均5.62m；层底标高:-8.80～-6.87m，平均-7.36m；层底埋深:6.40～8.50m，平均6.94m。该土层属中等压缩性，中低强度土，工程性质一般。

③淤泥质粉质粘土夹薄层粉砂：灰色～深灰色，流塑状态，含有腐殖质，稍有摇震反应，切面稍有光泽，干强度和韧性低，局部夹松散状态粉砂、细砂薄层，具层理。场区普遍分布，厚度:6.20～10.60m，平均9.59m；层底标高:-17.91～-14.71m，平均-16.95m；层底埋深:14.20～17.40m，平均16.53m。该土层属高压缩性，低强度土，工程性质差。

④粉质粘土夹砂质粉土：灰～青灰色，软塑状态，稍有摇震反应，切面稍有光泽，干强度和韧性低，夹粉土。场区普遍分布，厚度:6.50～10.20m，平均7.54m；层底标高：-25.20～-23.96m,平均-24.49m；层底埋深:23.50～24.90m，平均24.07m。该土层属高压缩性，低强度土，工程性质较差。

⑤细砂：青灰色，中密，饱和，以亚圆形石英、长石为主，含云母及贝壳碎屑，级配不良。场区普遍分布，厚度:2.30～5.00m，平均3.31m；层底标高:-29.00～-26.87m，平均-27.80m；层底埋深:26.50～28.50m，平均27.38m。该土层属低压缩性，高强度土，工程性质较好。

⑥粉质粘土：灰褐色，软～可塑，无摇振反应，切面稍有光泽，干强度和韧性中等。场区普遍分布，厚度:6.50～9.40m，平均8.29m；层底标高:-37.51～-35.18m，平均-36.09m；层底埋深:34.80～37.00m，平均35.68m。该土层属中等压缩性，中等强度土，工程性质一般。

⑦粉土夹粉质粘土：棕黄色，粉土为中密状态，粉质粘土为可塑状态，稍有摇振反应，切面稍有光泽，干强度和韧性中等偏低。场区普遍分布，厚度:3.60～13.00m，平均6.71m；层底标高:-48.50～-39.88m，平均-42.78m；层底埋深:39.60～48.00m，平均42.36m。该土层属中等压缩性，中等强度土，工程性质较好。

⑧粉细砂：青灰色，密实，饱和，以亚圆形石英、长石为主，和含云母及贝壳碎屑，级配较好，夹有中砂，局部见粉质粘土。场地普遍分布，本层未揭穿，属中等偏低压缩性，中高强度土，工程性质好。

2.3气象及场地水文地质条件评价

1.气象资料

靖江市属北亚热带季风气候区，气候温和湿润，四季分明，多年平均气温15.4℃，最低气温-10.5℃，最高气温38.5℃；地区40年年平均降雨量1051.70mm， 最大年降雨量1449.4mm，年平均蒸发量1200mm以上。夏季受热带气流的控制，形成多雨、高温的天气形势，雨水多集中在7～9月份，占全年降水量的50%左右，冬季干旱少雨，气候适中。河道中河水常年平均水位2.20m，最高水位3.20m，最低 1.80m。

2.水文地质条件

拟建场地在勘察深度范围内地下水类型主要为浅部孔隙潜水，浅部孔隙潜水主要赋存于②层土中，深部承压水主要赋存于⑤层土层中，对本工程影响不大。地下水补给主要为大气降水和地表径流，排泄方式主要为自然蒸发。地下水位呈季节性周期变化。勘察时遇地下水量测初见水位在假设高程-1.30米，野外作业完成后量测稳定水位在假设高程-1.40米左右，近年水位变化幅度在-0.50米～-2.00米，呈冬季向夏季渐变高的趋势。现场踏勘查明场地四周无明显的污染源，根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）附录G场地环境类型分类为为Ⅱ类，根据本场地水质分析报告,对照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）表12.2.1、12.2.2、12.2.4，判定该场地地下水对砼结构及钢筋砼结构中的钢筋具微腐蚀性。

3.地下水、土腐蚀性分析评价

本次勘察在钻孔J3、J16号各取水样一组（潜水）做室内水质分析试验，水质分析结果详见”水腐蚀性分析报告”；按《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）（2009版）表12.2.1、12.2.2、12.2.4判定如下：

地下水对混凝土结构具微腐蚀性，在干湿交替作用下对钢筋混凝土结构内的钢筋具弱腐蚀性。

的

2.4 基坑设计参数

1.各土层原位测试指标平均值、标准值见表5.1。

各土层原位测试指标平均值、标准值 表5.1

2.室内土工试验指标

根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）规定的方法标准，场地各土层的物理力学性质指标综合分析确定如下：

1）各土层物理试验指标平均值见表5.2。

各土层物理试验指标平均值 表5.2

2.5 拟采用的研究方案

综合工程情况，拟采用深层搅拌桩法进行围护、止水，采用轻型井点降水，必要时采用钻孔灌注桩进行支护。

2.5.1 计算步骤

（1）土压力

水土分算（无粘性土）

主动土压力：(见附件）

被动土压力：（见附件）

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

水土合算（粘性土）

主动土压力：（见附件）

被动土压力：（见附件）

（2）桩的嵌固深度、桩身最大弯矩

1 .单支点支护结构

用等值梁法确定计算支点力的大小，然后根据倾覆稳定条件计算嵌固深度设

计值。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 4.1 条计算。

首先，根据等值梁法计算弯矩为零点的位置，令坑底面以下支护结构设定弯

矩零点位置至坑底距离为hc1，hc1 按下式确定：（见附件）

单支点支护结构支点力计算简图 单支点支护结构嵌固深度计算简图

根据静力平衡，支点力按下式确定：（见附件）

式中:e_a1k#8212;#8212;水平荷载标准值；

e_p1k#8212;#8212;水平抗力标准值；

ΣE_ac#8212;#8212;弯矩零点位置以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和；

h_a1#8212;#8212;合力ΣE_ac 作用点至设定弯矩零点的距离；

ΣE_pc#8212;#8212;弯矩零点位置以上基坑内侧各土层水平抗力标准值的合力之和；

h_p1#8212;#8212;合力ΣE_pc 作用点至设定弯矩零点的距离；

h_T1#8212;#8212;支点至基坑底面的距离；

h_c1#8212;#8212;基坑底面至设定弯矩零点位置的距离。

根据抗倾覆稳定条件，并令抗倾覆稳定安全系数为1.2，考虑基坑重要性系

数γ₀，嵌固深度设计值h_d 应满足下式：（见附件）

根据静力平衡计算截面弯矩与剪力，设结构上某截面满足以下条件：（见附件）

则该截面上的剪力即为最大剪力，其值为：（见附件）

同样假设结构上某截面h_c1 满足以下条件：（见附件）

则该截面上的弯矩即最大弯矩，其值为：（见附件）

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：（见附件）

由设计值即可进行截面承载力计算。

2.多支点支护结构

对于多层支点支护结构，嵌固深度计算值h0 宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定：（见附件）

式中：c_ik、φ_ik#8212;#8212;最危险滑动面上第i 土条滑动面上土的固结不排水（快）剪粘

聚力、内摩擦角标准值；

l_i#8212;#8212;第i 土条的弧长；

b_i#8212;#8212;第i 土条的宽度；

γ_k#8212;#8212;整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取1.3；

ω_i#8212;#8212;作用于滑裂面上第i 土条的重量，按上覆土层的天然重度计算；

θ_i#8212;#8212;第i 土条弧线中点切线与水平线夹角。

当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应继续验算下卧层整体稳定性。

对于均质粘性土及地下水位以上的粉土或砂类土，嵌固深度h0 按下式确定：附件

式中：n₀#8212;#8212;嵌固深度系数，当γ_k 取1.3 时，可根据三轴试验（当有可靠经验时，可采用直剪试验）确定的土层固结不排水（快）剪内摩擦角φ_k 及粘聚力系数δ查表（《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 表A.0.2）；

粘聚力系数δ应按下式确定：（见附件）

式中：γ#8212;土的天然重度。

嵌固深度设计值可按下式确定：（见附件）

当按上述方法确定的悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计值得hdlt;0.3h时，宜取hd=0.3h；多支点支护结构嵌固深度设计值小于0.2h 时，宜取hd=0.2h。当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙除应满足上述规定外，嵌固深度尚应满足公式：（见附件）

式中：h_wa#8212;#8212;坑外地下水位

（3）桩的配筋计算

根据计算得到的支点力设计值T_d、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：（见附件）

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：（见附件）

式中：M_p#8212;#8212;被动土压力及支点力对桩底的弯矩；

M_a#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。管涌的稳定性验算可按照下式进行：（见附件）

式中：γ₀#8212;#8212;侧壁重要性系数；

γ'#8212;#8212;土的有效重度；

γ_w#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。

管涌验算简图

（7）止水帷幕的桩型、桩长设计和抗渗验算

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1.0#215;10-6cm/s。

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：

l=0.2h_w-0.5b

式中：l#8212;#8212;帷幕插入不透水层的深度；

h_w#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：

h_d≥1.2γ_o（h-h_wa）

式中：h_wa#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：

L=l x 或者L=h hd

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。

止水帷幕的施工方法、工艺和机具的选择应根据现场工程地质、水文地质及施工条件等综合确定。施工质量应满足《建筑地基处理规范》JGJ79-2002 的有关规定。

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

（9）降水设计

1 基坑涌水量计算

1）均质含水层潜水完整井

a.基坑远离边界时（见附件）

式中Q#8212;#8212;基坑涌水量；

k#8212;#8212;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；

γ₀#8212;#8212;基坑等效半径。

b.岸边降水时（见附件）

c.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时

（见附件）

d.当基坑靠近隔水边界时（见附件）

2）均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算

a.基坑远离边界时（见附件）

b.近河基坑降水，含水层厚度不大时

（见附件）

c.近河基坑降水，含水层厚度很大时（见附件）

3）均质含水层承压水完整井涌水量

a.当基坑远离边界时

（见附件）

式中M#8212;#8212;承压含水层厚度

b.当基坑位于河岸边时（见附件）

C.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时（见附件）

4）均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算（见附件）

a. 均质含水层承压_~潜水非完整井基坑涌水量计算（见附件）

2 等效半径

当基坑为圆形时，基坑等效半径应取为圆半径，当基坑为非圆形时，等效半径可按下列规定计算：

1）矩形基坑等效半径（见附件）

式中a、b#8212;#8212;分别为基坑的长、短边。

2)不规则块状基坑等效半径（见附件）

式中A#8212;#8212;基坑面积。

3 降水影响半径

降水井影响半径宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时。

潜水含水层：（见附件）

承压含水层：（见附件）

式中 R#8212;#8212;降水影响半径（m）；

S#8212;#8212;基坑水位降深（m）；

k#8212;#8212;渗透系数（m/d）；

H#8212;#8212;含水层厚度（m）

4 降水

降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置，井间距应大于15 倍井管直径，在地

下室补给方向应适当加密；当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设置降

水井。

降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力

确定。设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑地面以下0.5m。

降水井的数量n 可按下式计算：（见附件）

式中Q#8212;#8212;基坑涌水量

q#8212;#8212;设计单井出水量

设计单井出水量可按下列规定确定：

1）井点出水能力可按36~60msup3;/d 确定；

2）真空喷射井点出水量可查表确定

3）管井的出水量q（msup3;/d）可按下列经验公式确定：（见附件）

式中r_s #8212;#8212;过滤器半径（m）；

l#8212;#8212;过滤器进水部分长度（m）；

k#8212;#8212;含水层渗透系数（m/d）。

过滤器长度宜按下列规定确定：

1.真空井点和喷射井点的过滤器长度不宜小于含水层厚度的1/3；

2.管井过滤器产度宜与含水层厚度一致。

群井抽水时，各井点单井过滤器进水部分长度，可按下式验算：

y₀ gt; l

单井井管进水长度yo，可按下列规定计算：

1）潜水完整井：（见附件）

R₀=r₀ R

式中r₀#8212;#8212;圆形基坑半径

r_w#8212;#8212;管井半径

H#8212;#8212;潜水含水层厚度

R₀#8212;#8212;基坑等效半径与降水井影响半径之和

R#8212;#8212;降水井影响半径

2）承压完整井：（见附件）

式中H'#8212;#8212;承压水位至该承压含水层底板的距离；

M#8212;#8212;承压含水层厚度。

当过滤器工作部分长度小于2/3 含水层厚度时应采用非完整井公式计算。若不满足上式条件，应调整井点数量和井点间距，再进行验算。当井距足够小不能满足要求时应考虑基坑内布井。

基坑中心水位降水计算可按下列方法确定：

1）块状基坑降水深度可按下式计算：

a.潜水完整井稳定流：（见附件）

b.承压完整井稳定流：（见附件）

式中S#8212;#8212;在基坑中心处或各井点中心处地下水位降深；

r1r2r3r4#8212;#8212; 各井点距基坑中心或各井中心处的距离。

2）对非完整井或非稳定流应根据具体情况采用相应的计算方法；

3）计算出的降深不能满足降水设计要求时，应重新调整井数、布井方式。

在降水漏斗范围内因降水引起的计算沉降量可按分层总和法计算。

2.5.2 出图

1.计算断面土压力分布图（两个断面，两张）

2.基坑支护结构平面图1张

3.支护结构剖面图1-2张

4.圈梁配筋详图1-2张

5.钻孔灌注桩截面图一张

6.立柱大样图一张

7.基坑监测平面图一张

8.基坑支护总说明1张