【正文】 中所引起的環(huán)境效應(yīng)問題，并且進(jìn)一步促進(jìn)深基坑開挖和支護(hù)技術(shù)的研究與發(fā)展?；庸こ痰陌l(fā)展則往往是出現(xiàn)一種新的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式，然后帶動(dòng)新的分析方法和計(jì)算理論的產(chǎn)生，并按照實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)的規(guī)律，不斷完善從而走向成熟。然而基坑放坡開挖則需要有非常大的施工工作面，并且開挖的土方量較大。內(nèi)撐式（拉錨式）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展改善了懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力性能和變形特性，同時(shí)滿足較深基坑的支檔土體要求。雖然我國(guó)地大物博，但是人口卻最多，人均占有的土地都不及全世界人均占有土地的l/10。中國(guó)城鎮(zhèn)現(xiàn)代化建設(shè)正如火如荼，高層及超高層建筑如雨后春筍大量涌現(xiàn)，深基坑工程也就越來越多?；庸こ痰臄?shù)量、規(guī)?？焖僭黾樱┞读嗽S許多多的工程問題。一方面，在2l世紀(jì)，城市現(xiàn)代化建設(shè)的方向就是地下空間的開發(fā)和利用；另一方面，自80年代以后，高層建筑的數(shù)量和高度都在不斷上升，根據(jù)構(gòu)造和使用的要求，其基礎(chǔ)埋深也就必然隨之不斷增加，產(chǎn)生了許許多多的深基坑工程。深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)雖然僅僅是臨時(shí)性的，但如果采用了不合理的支護(hù)體系就完全有可能導(dǎo)致工程事故。一旦發(fā)生深基坑工程事故，給國(guó)家和社會(huì)造成的生命財(cái)產(chǎn)損失將是非常巨大。深基坑開挖與支護(hù)技術(shù)與許多因素相關(guān)，許多的理論與實(shí)際問題都有待進(jìn)一步完善和解決。地鐵通常都是穿過城市主要的發(fā)達(dá)商業(yè)區(qū)域、主要的旅游景點(diǎn)等，在這些城市的繁華地段，地鐵車站的建設(shè)會(huì)受到已有建筑(構(gòu)筑)物的限制，如地面高層建筑、立交橋、地下管線等，工程施工中難免存在許多的安全隱患。根據(jù)地鐵車站本身的特點(diǎn)，它的深基坑支護(hù)方案評(píng)價(jià)的主要有這么幾個(gè)方面：所處的工程地質(zhì)條件，適用范圍，質(zhì)量可靠性，安全性，對(duì)環(huán)境的影響，施工進(jìn)度，總造價(jià)。所以，本文以黃土地區(qū)大型地鐵車站大差市站深基坑工程為背景，結(jié)合具體工程環(huán)境和施工要求，對(duì)深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型論證，確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，并給出大差市地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和施工監(jiān)測(cè)方案，研究地鐵車站深基坑的支撐受力情況及其穩(wěn)定性影響因素，目的是為西安地區(qū)深基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及合理的施工方法的確定提供重要依據(jù)，以期為類似深基坑工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。土抗力法在樁受水平荷載時(shí)的分析計(jì)算中應(yīng)用非常廣泛?；訃o(hù)設(shè)計(jì)土抗力法的形成是在橫向受荷樁分析計(jì)算方法的基礎(chǔ)上不斷研究改進(jìn)發(fā)展而來的?！皬椝苄苑ā焙汀吧郊绨钅戏ā眲t是將開挖面以下墻前的土體分成彈性區(qū)和塑性區(qū)；伴隨著計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)土抗力法開始可以采用數(shù)值解法求解。按荷載的施加情況，求解的方法有“增量法”、“總量法”等。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，彈性地基反力法得到十分廣泛的應(yīng)用。在目前情況下，即使采用彈性地基反力法計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力確定支護(hù)參數(shù)，但基坑的嵌固深度還是需要使用極限平衡法才能確定；此外，采用極限平衡法計(jì)算一些“空間效應(yīng)”不明顯的一級(jí)基坑和地層較穩(wěn)定、周圍環(huán)境不復(fù)雜的二級(jí)基坑中的懸臂單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也是非常合適的。它的缺陷就是認(rèn)為圍護(hù)墻的位移對(duì)土壓力的變化沒有影響，而且也不能反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，特別是是對(duì)有支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用等值梁法時(shí)，認(rèn)為對(duì)支點(diǎn)力的計(jì)算與支點(diǎn)剛度系數(shù)無關(guān)，從而不能模擬分步開挖的各工況條件。有限元分析法中所采用的土體的本構(gòu)模型有線性彈性模型、非線性彈性模型、彈塑性模型和粘彈塑性模型等。三維有限元分析，取一定范圍內(nèi)為求解域，土體和圍護(hù)墻一般采用六面體八節(jié)點(diǎn)等單元；空間接觸單元?jiǎng)t取由四根線段組成的固體單元；支撐構(gòu)件取為空間桿單元，對(duì)基坑空間結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行整體分析求解?？傊?，上述的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與計(jì)算基本方法中，彈性地基反力法的力學(xué)模型直觀，更加逼真、符合實(shí)際，并可以采用彈性桿系有限元來求解，其應(yīng)用越來越廣泛，但仍然需要作進(jìn)一步研究和改進(jìn)。而邊坡的穩(wěn)定計(jì)算方法按極限平衡理論分，主要有畢肖普法和簡(jiǎn)單的條分法 。例如，一個(gè)就是考慮墻體的極限彎矩的抗隆起穩(wěn)定性分析方法，它認(rèn)為基坑的開挖底面以下的墻體也能夠抵抗基底隆起，因而在分析計(jì)算時(shí)抗滑動(dòng)力矩則另外加上了墻體的設(shè)計(jì)彎矩。這三點(diǎn)綜合反映了各種影響因素，也可以作為確定周圍地基土的沉陷量的重要依據(jù)，可以用來估算地基土的沉降量。在工程實(shí)踐中我們認(rèn)識(shí)到，在基坑施工過程中，基坑的穩(wěn)定和變形與每個(gè)開挖步驟的開挖空間的幾何尺寸、支護(hù)結(jié)構(gòu)的無支撐暴露面積和時(shí)間等施工參數(shù)明顯的相關(guān)性。通常設(shè)計(jì)時(shí)土壓力的計(jì)算一般是取靜止土壓力或者極限狀態(tài)下的主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力，而實(shí)際上作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力則是介與主動(dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力之間。這些深基坑工程一般都是位于在城市的繁華地帶，施工場(chǎng)地十分狹小并且施工條件也很復(fù)雜。然而深基坑工程設(shè)計(jì)與其它工程的設(shè)計(jì)的最大差異就是設(shè)計(jì)并不是一成不變的，而是隨著施工可以不斷變更調(diào)整的。這項(xiàng)技術(shù)的基本思路就是：優(yōu)化設(shè)計(jì)方案以后，采用動(dòng)態(tài)計(jì)算模型，按照施工過程的步驟逐次分析支護(hù)結(jié)構(gòu)，提前判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力變形情況，例如土壓力、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、孔隙水壓力、位移和沉降等。通過分析預(yù)測(cè)指導(dǎo)施工，然后反過來又通過施工信息反饋修改設(shè)計(jì)，這樣就可以使設(shè)計(jì)及施工逐漸符合實(shí)際情況。另一方面它反映在我國(guó)地區(qū)性的不平衡發(fā)展上，應(yīng)當(dāng)將先進(jìn)且適用的技術(shù)引進(jìn)不發(fā)達(dá)地區(qū)，推動(dòng)不發(fā)達(dá)地區(qū)的技術(shù)水平提高與發(fā)展。 主要的研究?jī)?nèi)容、思路和方法作為一項(xiàng)應(yīng)用基礎(chǔ)性課題，本文采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的研究方法，以西安地鐵大差市地鐵車站深基坑為背景，主要研究?jī)?nèi)容有：研究深基坑的支撐受力情況，變形規(guī)律，分析影響深基坑穩(wěn)定的主要因素。在經(jīng)過理正軟件驗(yàn)算，及時(shí)調(diào)整計(jì)算結(jié)果和支護(hù)參數(shù)。該車站與6號(hào)線換乘，換乘部分未提供相關(guān)參數(shù)。根據(jù)長(zhǎng)安大學(xué)2011年5月14日提交的《西安市地鐵四號(hào)線工可階段沿線地裂縫勘察報(bào)告》，場(chǎng)地內(nèi)無地裂縫通過。 地層巖性特征根據(jù)鉆孔和探井揭露，即由全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）、上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3eol）新黃土、殘積古土壤（Q3el）、洪積（Q3pl）粉質(zhì)黏土，中更新統(tǒng)風(fēng)積（Q2eol）老黃土、殘積古土壤（Q2el）、湖積（Q2l）粉質(zhì)黏土夾薄層中砂組成。土層編號(hào)土層名稱范 圍 值 (m)巖性描述層厚層底深度層底高程顏色狀態(tài)密實(shí)度包含物及其它特征11雜填土Q4ml～～～淺褐色/中密上部為混凝土或?yàn)r青路面，下部以黏性土夾大量灰渣、磚屑等組成，結(jié)構(gòu)雜亂，巖性不均。壓縮系數(shù)平均值a=，屬中壓縮性土，IL=。標(biāo)貫擊數(shù)平均值為4擊。標(biāo)貫擊數(shù)平均值為7擊。 地下水動(dòng)態(tài)特征根據(jù)場(chǎng)地含水層及埋藏條件，地下水位變化主要受降水、蒸發(fā)、人工開采等因素影響，根據(jù)我院該地區(qū)的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)資料分析如下：一般7～9月份水位埋深最大，為枯水期，12月到次年的2月份為豐水期，水位埋深最小。根據(jù)本次勘察結(jié)果，、古土壤組成，無可液化土層。 區(qū)域地面沉降根據(jù)長(zhǎng)安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院于2010年3月提交的《西安市地鐵三號(hào)線一期工程（魚化寨～國(guó)際港務(wù)區(qū)）建設(shè)工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告》中的資料，自2005年起，西安地區(qū)地面沉降的量級(jí)和速率得到一定的控制，新的沉降中心發(fā)生在高新技術(shù)開發(fā)區(qū)和曲江新區(qū)，最大的年沉降量發(fā)生從八里村移至西南郊的魚化寨。本次鉆探過程中在XZS21鉆孔發(fā)現(xiàn)空洞，后根據(jù)總體和地鐵公司技術(shù)處及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理的共同協(xié)商，在該鉆孔周圍環(huán)狀布置靜力觸探孔3個(gè)，查明其7～14m深度范圍內(nèi)的空洞，經(jīng)驗(yàn)證周圍土層均密實(shí)，未發(fā)現(xiàn)異常，僅XZS21鉆孔附近有空洞，推測(cè)可能為滲井，望施工單位引起注意，因本車站地段為老城區(qū)，其它地段仍可能存在類似現(xiàn)象。計(jì)算結(jié)果見表31。 其他問題根據(jù)本次調(diào)查，基坑降水、基坑支護(hù)等會(huì)對(duì)大差市附近的人防產(chǎn)生一定影響。大差市車站深基坑的地下水位位于基坑底面以上，因此降水設(shè)計(jì)很重要。 支護(hù)結(jié)構(gòu)選型表結(jié)構(gòu)型式適用條件排樁或地下連續(xù)墻1. 適用基坑側(cè)壁安全等級(jí)一、二、三級(jí)2. 懸臂式結(jié)構(gòu)在軟土場(chǎng)地中不宜大于3. 當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r(shí)，宜采用降水、排樁加載水帷幕或地下連續(xù)墻水泥土墻1. 基坑側(cè)壁安全等級(jí)宜為二、三級(jí)2. 水泥土樁施工范圍內(nèi)地基承載力不宜大于3. 坑深度不宜大于土釘墻1. 基坑側(cè)壁安全等級(jí)宜為二、三級(jí)的非軟土場(chǎng)地2. 基坑深度不宜大于3. 當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r(shí)，應(yīng)采用降水或截水措施逆作拱墻1. 基坑側(cè)壁安全等級(jí)宜為二、三級(jí)2. 淤泥或淤泥質(zhì)土場(chǎng)地不宜采用3.. 拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/84. 基坑深度不宜大于5. 地下水位高于基坑底面時(shí)，宜采用降水或截水措施放坡1. 基坑側(cè)壁安全等級(jí)宜為二、三級(jí)2. 施工場(chǎng)地應(yīng)滿足放坡要求3. 可獨(dú)立或與上述其他結(jié)構(gòu)結(jié)合使用4. 當(dāng)?shù)叵滤桓哂谄履_時(shí)，應(yīng)采用降水措施支護(hù)結(jié)構(gòu)可按上表選用排樁、地下連續(xù)墻、水泥土墻、逆作拱墻、土釘墻、放坡或采用上述型式的組合型式，同時(shí)還應(yīng)該考慮結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和空間效應(yīng)，選擇有利于支護(hù)結(jié)構(gòu)材料受力性狀的支護(hù)型式。對(duì)于開挖深度小于6米的基坑，當(dāng)無法采用重力式深層攪拌樁，這個(gè)時(shí)候可采用600mm密排鉆孔樁，樁后則使用用樹根樁防護(hù)，或者也可采用打入預(yù)制混凝土板樁或鋼板樁的方法，然后再在板樁后注漿或加攪拌樁防滲，頂部設(shè)圈梁和支撐；對(duì)于開挖深度為6～10米的基坑，通常常采用樁徑為800～1000mm的鉆孔樁，后面加深層攪拌樁或注漿防水，并設(shè)置2～3道支撐，對(duì)于開挖深度大于10米的基坑，則可采用地下連續(xù)墻加內(nèi)撐的方法，也可采用800～1000mm大直徑鉆孔樁加深層攪拌樁防水，設(shè)置多道支撐。其施工工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）地下連續(xù)墻的墻段剛度較大，整體性好，因而圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地基的變形都比較小，既可用作于超深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也可用于地下主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻；（2）該圍護(hù)方式使用各種地質(zhì)條件。但是地下連續(xù)墻的造價(jià)要高于鉆孔灌注樁和深層攪拌樁的造價(jià)，因此必須結(jié)合基坑開挖深度，土質(zhì)情況和周圍環(huán)境情況的因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比方案認(rèn)為經(jīng)濟(jì)合理才可采用。既可單獨(dú)作為一種支護(hù)方式使用，也可在受到某些條件限制時(shí)與混凝土灌注樁、預(yù)制樁、鋼板樁等相結(jié)合，形成組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)還可作為其他支護(hù)方式的止水帷幕。水泥土墻與其他支護(hù)方式相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）施工時(shí)沒有振動(dòng)、噪聲、泥漿廢水污染，對(duì)環(huán)境影響小；（2）施工操作方便，成樁工期短，且造價(jià)較低；（3）基坑開挖不需要支撐拉錨，坑外也不需要井點(diǎn)降水；（4）隔水防滲性能良好，基坑內(nèi)外允許有水位差；（5）基坑內(nèi)空間寬敞且干燥整潔，有利于文明施工和安全生產(chǎn)，且方便后期結(jié)構(gòu)施工；（6）基坑周圍的地基變形小，對(duì)相鄰建筑物和地下設(shè)施影響??；（7）擋墻頂面允許設(shè)置路面行駛施工車輛，而路面結(jié)構(gòu)又可增加擋墻剛度；（8）同一墻體可設(shè)計(jì)成變截面、變強(qiáng)度、變深度；（9）能夠縮短總體工期；（10）可就近利用粉煤灰等工業(yè)廢料作為固化劑的外滲劑。土釘主要分為鉆孔注漿土釘和打入式土釘兩類。土釘支護(hù)的缺點(diǎn)以及局限性主要就是基坑的變形較大。土釘在無膠結(jié)砂層，砂礫卵石層和淤泥質(zhì)土中成孔困難，因此在該類土層條件下不宜采用土釘支護(hù)。逆作拱墻適用于黏性土、砂土和軟土地區(qū)，不適用于飽和軟土及淤泥質(zhì)土。（2） 結(jié)構(gòu)安全可靠：由于拱的內(nèi)力主要受軸向壓力作用，彎矩比較小，這樣就能充分發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度高的特性。同時(shí)由于沒有嵌固深度要求，而需要設(shè)置的支撐也不需要在全高度上都設(shè)置，僅需設(shè)置在基坑開挖深度的中間段。混凝土結(jié)構(gòu)支撐具有較大的平面剛度，適用于各種復(fù)雜平面形狀的基坑，現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)而增加基坑的變形，施工技術(shù)水平要求較低。當(dāng)存在下列條件時(shí)，可優(yōu)先考慮選擇使用內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)： （1）相鄰場(chǎng)地有地下建筑物，并且不宜選用錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)； （2）為保護(hù)場(chǎng)地周邊建筑物，基坑支護(hù)不允許有較大的內(nèi)傾變形；（3）場(chǎng)地土質(zhì)條件較差，并且對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)又有嚴(yán)格要求時(shí)。由于鉆孔灌注樁在西安地區(qū)經(jīng)常采用，施工工藝非常成熟，自身剛度大、施工速度快、布置靈活、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。、鋼管直徑為600mm，第一道支撐壁厚12mm，第二、三道支撐壁厚16mm。q=20kPa11 雜填土312 新黃土2322 古土壤412 老黃土 荷載分布及支護(hù)方案 計(jì)算各土層側(cè)壓力系數(shù)（1）郎肯主動(dòng)土壓力系數(shù)計(jì)算 （2）郎肯被動(dòng)土壓力系數(shù)計(jì)算 各工況土壓力及支撐力計(jì)算（1）工況1：，并在冠梁處設(shè)置第一道支撐（），地面處的主動(dòng)土壓力為：處的主動(dòng)土壓力：第一層土層： 第二層土層： 開挖面處的被動(dòng)土壓力為：開挖面處主動(dòng)土壓力減去被動(dòng)土壓力為： 則所有的主動(dòng)土壓力合力為：所有主動(dòng)土壓力對(duì)開挖處截面的彎矩為：所以第一道鋼支撐的支撐力為： 工況1土壓力分布圖假設(shè)開挖面以下處剪力為0 ，該處即是最大彎矩所在截面，則處的主動(dòng)土壓力減去被動(dòng)土壓力為： 由靜力平衡列方程：解得 所以因此最大彎矩為：(2) 工況2：開挖至處，并在處設(shè)第二道支撐，土壓力分布：開挖面處主動(dòng)土壓力：第二層土層：第三層土層： 開挖面處的主動(dòng)土壓力為：開挖面處的被動(dòng)土壓力為： 則主動(dòng)土壓力減去被動(dòng)土壓力為：假設(shè)土壓力零點(diǎn)位置為開挖面以下處，則有：主動(dòng)土壓力合力為：土壓力零點(diǎn)位置處截面的彎矩為：則第二道鋼支撐的支撐力為：假設(shè)土壓力零點(diǎn)位置以下處剪力為0，即彎矩最大，則由幾何關(guān)系可知，處的土壓力為： , 由靜力平衡可列方程： 工況2土壓力分布圖解得 所以 因此最大彎矩為：(3)工況3：開挖至，并在處設(shè)第三道支撐：