近年来我国的城市发展日新月异，高层建筑大量涌现，由于建设用地紧张、地上空间有限，许多大规模的地下工程也不断出现。目前国内城市深基坑工程多为两层及两层以上地下室基坑，支护深度较大，且周边环境条件较为苛刻，不具备卸载放坡的条件。国内城市在处理深、大基坑时一般采用桩 水平内支撑的支护形式，这种支护形式具有稳定性好、安全性高、支护刚度大、位移小等优点，但其缺点也很明显：首先，基坑支护作为一种临时性工程，在保证安全性和满足国家相关规范的前提条件下，若是过分投资，实属有些浪费；其次，对于深、大基坑，如果整个基坑布满对撑、角撑，其成本也会大大增加，尤其是工期成本。一个深大基坑往往采用2道以上的内支撑，从基坑开挖到回填需要两年甚至更长时间，而真正用于地下室施工的时间通常才几个月，其余时间全部用在了服务基坑支护上。目前建筑行业资金链紧张，时间成本相当昂贵，一些深基坑工程为确保安全,支护结构的设计过于保守,成本居高不下。基坑支护工程的现状给我们提出了迫切需要解决的课题：如何通过基坑支护技术的创新来降低成本、缩短工期, 并达到设计基准期内安全运行、满足对周围环境的保护等要求。因此对基坑支护的技术创新势在必行。

深基坑的开挖与支护问题是一个综合性的岩土工程问题,其中既包含土力学中经典的强度和稳定问题,又包含了变形与沉降问题,还涉及到了土与支护结构的共同作用问题。国内外众多学者对基坑支护形式做了大量的理论研究和实践探索，且已经获得了一定的理论成果和实践经验。

早在1776年，C.A.Coulomb提出了一种计算挡土墙压力的方法即库仑理论，也是最早的土力学的雏形；W.J.M.Rankine于1857年提出了朗肯土压力理论；Peck通过对大量基坑工程监测数据的分析和研究，在1969年首次提出预测地表变形的经验关系曲线，在第七届国际岩土会议上奠定了基坑开挖支护体系变形规律研究方面里程碑式的意义。

上世纪70年代末以前，日本、美国以及欧洲一些发达国家已经开始制定指导支护结构设计、基坑开挖与施工等的相关法规。我国地下工程建设起步相对较晚,上世纪70年代末以前处于地下工程施工建设的初级阶段，建设领域内设计10m深度以上的基坑工程寥寥无几。上世纪80年代，我国开始在北京、上海、广州等一些城市大量兴建高层建筑，这些高层建筑多数带有1~2层地下室,使得基坑支护工程急剧增加，基坑支护结构设计、监测亦成为建筑工程中的新热点。到上世纪90年代后期，随着我国经济建设的高速增长，大量的高层建筑及地下的大型设施如地下车库、地下商场、地铁站等不断涌现,累计建筑面积达1亿多平方米，多数高层都有1~3层地下室，基坑开挖深度通常为6~15m。

进入21世纪后出现了大量的超高层建筑和大型的地下工程，特别是北京、 上海、广州的地铁工程的全面开展更是带来了超深基坑工程，目前国内城市深基坑工程大部分已经是两层及两层以上的地下室基坑，支护深度较大。

优化原有的支护结构形式，提出新型的支护理念，是国内外众多学者目前共同探索的目标。深基坑支护原位测试数据可靠，但费用高、难度大，室内模型试验相对简便节省，众多学者在开展深基坑支护工程理论研究的同时,也运用室内模型试验对深基坑工程进行了大量的模拟研究。

李启民等通过模型试验探究新型的支护形式——挤扩支盘桩的性状，与普通悬臂支护桩相比较，挤扩支盘桩的桩顶位移可减少30%～60%，最大弯矩减少40%～80%，嵌固深度减少15%～30%，支护高度增加20%～30%，同时提出其计算模型。徐源等通过模型试验对前排桩倾斜情况下的双排桩在水平荷载下的性状研究得出结论：1）从减小桩顶水平位移的角度来说，前排桩倾角越大，桩顶水平位移越小，但是倾角越大，桩顶水平位移减小的幅度也越小。2）从桩身弯矩的角度来说，前排桩倾斜的双排桩在倾角较小（如10°）时的弯矩分布规律和常规双排桩相似，但当倾角较大（如 20°）时，弯矩分布规律变为类似于锚拉桩的弯矩分布；随着倾角的增大，前排桩的桩身最大弯矩值略有上升的趋势，而后排桩的桩身最大弯矩值有下降的趋势。3）前排桩倾斜的双排桩的工作机理仍相当于一个插入土体的刚架，而用斜桩代替前排竖直桩，使得前排桩后具有滑动趋势的楔形体要比桩竖直时的楔形体要小，因此土体对桩的作用力会减小，从而桩顶位移和桩身弯矩都会减小一些。M.EBrnabsy等利用室内模型试验研究了砂土中的悬臂式板桩和土体在开挖过程中的受力及变形特性，并研究了土与墙之间的接触面和光滑程度、土的性质对挡墙侧移和基坑周围土体沉降的影响。郑刚等研究了多级支护基坑在开挖过程中的变形、桩身弯矩及土压力的变化情况，并进一步分析了试验中出现的各种破坏模式的特征。

悬臂单排桩在基坑支护工程中应用普遍，但其桩顶水平位移较大，并不适用于对结构水平位移要求严格的工程，而且悬臂单排桩所承受的弯矩分布较集中，弯矩极大值远大于桩体其他部位的弯矩值，使得大部分截面未能充分发挥作用。采用水平内支撑或者锚拉支护的方法虽然可以减小桩顶水平位移，但在工期、造价或场地限制等方面也存在一些不利因素。双排桩在条件适当时可大幅度提高悬臂支挡高度，但当基坑开挖较深时，双排桩会因桩身位移及桩身内力过大限制了其适用性。

本课题提出的剪力键支护体系（竖直桩 斜向剪力键）的支护形式，相比传统设计而言避免了大面积的水平支撑，可以有效地缩短基坑及建筑物地下结构部分的施工工期，并降低工程造价，同时避免使用桩锚支护形式带来的占用红线外用地、难以回收、隐蔽工程无法保证施工质量等问题。剪力键支护体系在一定条件下可望代替传统支护方式，发挥其成本低、不影响工期、不影响主体结构施工、不占用红线外用地、不涉及回收、拆撑、换撑等工序，可大大提高施工效率，符合当前国内外提倡的设计理念。

2. 研究的基本内容与方案

一、研究内容