【文章內(nèi)容簡介】 生嚴(yán)重工程事故，或盲目增加安全系數(shù)造成嚴(yán)重浪費(fèi)。 b．深基坑圍護(hù)技術(shù)以及施工技術(shù)有待盡快發(fā)展提高以適應(yīng)當(dāng)前工程的需要。目前深基坑開挖圍護(hù)工程早已經(jīng)發(fā)展到以大、深、復(fù)雜為特點(diǎn)的新時(shí)期，尤其是某些地區(qū)的工程地質(zhì)條件以及部水文地質(zhì)條件差，深基坑工程施工技術(shù)的改進(jìn)等問題，都有待于進(jìn)一步的研究。 c．質(zhì)量檢驗(yàn)方面存在問題，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢驗(yàn)方法也沒有統(tǒng)一的相關(guān)規(guī)范或規(guī)定，造成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量監(jiān)督和質(zhì)量評價(jià)十分困難。缺乏針對基坑圍護(hù)工程特點(diǎn)而建立的質(zhì)量管理體系，檢測部門資質(zhì)混亂。 d．深基坑工程對工程勘察有特殊要求，基坑工程勘察工作十分重要，然而許多勘察單位經(jīng)常不重視對基坑環(huán)境的勘察，專門針對基坑的工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件的分析重視還不夠，而且缺乏科學(xué)的針對各種計(jì)算參數(shù)的試驗(yàn)方法及取值方法，經(jīng)常不符合工程現(xiàn)場實(shí)際情況，有些勘察單對于一些工作量大的現(xiàn)場試驗(yàn)及原位測試工作偷工減料，勘察深度和勘察點(diǎn)的布置也不遵循相關(guān)規(guī)范，不符合基坑工程要求，以致給設(shè)計(jì)、施工帶來困難和隱患。e．施工現(xiàn)場混亂，技術(shù)水平低，并且缺乏科學(xué)管理。我國對屬于巖土工程的地下施工項(xiàng)目，資質(zhì)限制并不是很不嚴(yán)格。許多單位轉(zhuǎn)手承包基坑支護(hù)工程，少數(shù)不具備技術(shù)條件，人力、物力等基本素質(zhì)較差的施工單位，為了追求利潤，經(jīng)常不向相關(guān)單位征求意見就隨意地修改工程設(shè)計(jì)，降低安全儲備。f．監(jiān)理工作的相關(guān)問題：目前深基坑工程的監(jiān)理工作在人力、技術(shù)等很多方面還很不能適應(yīng)工程的特殊要求，基坑工程的監(jiān)理也應(yīng)該作為整個(gè)土木工程監(jiān)理的一個(gè)重點(diǎn)來對待。深基坑圍護(hù)的目的與要求: a．確?；涌颖诘姆€(wěn)定，保證施工安全； b．確保周邊鄰近建（構(gòu)）筑物和管線的安全； c．必須有利于開挖以及地下室的建造； d．確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方便，保證經(jīng)濟(jì)合理。 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)理論及計(jì)算方法研究現(xiàn)狀支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性的分析計(jì)算基本方法可總結(jié)為三類，就是土抗力法、極限平衡法和有限元分析法。 （1）土抗力法土抗力法通常又被稱為基床系數(shù)法或地基反力法，假定地基為彈性時(shí)，也可以稱為彈性地基反力法，我國《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ12099)推薦的方法則稱為彈性支點(diǎn)法。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。按照地基反力的各種假設(shè)，主要分為極限地基反力法、彈性地基反力法(包括線性彈性地基反力法和非線性彈性地基反力法)和復(fù)合地基反力法（py曲線法)三種。它們都不同程度地考慮了樁土之間的共同作用。目前使用最廣泛的是假定地基反力系數(shù)為深度的線性函數(shù)的線性彈性地基反力法?；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。早期由于受計(jì)算技術(shù)的局限性，將工程實(shí)際情況作了很大的簡化，以便可以使用解析法求解。例如 “彈性法”、“彈塑性法”和日本的“山肩邦南法”等，假定圍護(hù)墻后作用的土壓力是已知的主動土壓力?！皬椥苑ā奔俣ㄩ_挖面以下的土體均處于彈性區(qū)?！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。20世紀(jì)50年代，波爾斯(Bowles)開發(fā)了求解彈性地基梁的有限元程序，對土抗力法的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。目前，常見的土抗力法是彈性地基反力法，它的形成是建立在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性地基梁分析方法基礎(chǔ)上，并且引用橫向受荷樁的分析方法改進(jìn)而來，即將計(jì)算寬度的圍護(hù)墻作為一個(gè)垂直的地基梁，支撐則簡化為與其彈性模量和截面面積相關(guān)的二力桿彈簧?；娱_挖面以下，墻前土對梁的地基反力用土彈簧來替代；而墻后荷載常用的有兩種計(jì)算模擬:采用主動土壓力和采用土彈簧模擬，土彈簧系數(shù)即為地基土的水平基床系數(shù)。按荷載的施加情況，求解的方法有“增量法”、“總量法”等。目前我們采用的彈性地基反力法僅僅部分地考慮了圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土的線性共同作用，分析計(jì)算中所需土的物理力學(xué)參數(shù)比較單一，同時(shí)還可以有效地計(jì)入影響基坑開挖過程中基坑穩(wěn)定的眾多因素之中。如作用在圍護(hù)墻上的土壓力大小隨著支撐(或錨桿)數(shù)量隨開挖深度的增加而變化、預(yù)壓力及支撐布置前的圍護(hù)墻的位移對圍護(hù)墻的內(nèi)力和變形的影響等，從而可以大致模擬分步開挖時(shí)的各工況情況。同時(shí)，根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移的大小可以初步評估基坑開挖帶來的環(huán)境影響。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。但它的缺點(diǎn)就是沒有考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的非線性共同作用，我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定所推薦的彈性支點(diǎn)法對墻后基坑開挖面以上都是按主動土壓力考慮，而基坑開挖面以下則按定值土壓力考慮，這些都與工程實(shí)際存在著巨大的差距，仍需作進(jìn)一步的研究和完善。(2)極限平衡法在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的發(fā)展早期，極限平衡法一就直被廣泛應(yīng)用，而且目前仍是我國相關(guān)設(shè)計(jì)人員最熟悉并掌握的的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算方法之中的一種。因?yàn)樗?jì)算簡便，設(shè)計(jì)人員可以通過手算即完成。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)”不明顯的一級基坑和地層較穩(wěn)定、周圍環(huán)境不復(fù)雜的二級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。因此，在今后一段時(shí)期內(nèi)，在一定范圍內(nèi)，極限平衡法仍然會得到應(yīng)用。極限平衡法有等值梁法、靜力平衡法、太沙基法等，而等值梁法和靜力平衡法在我國比較受歡迎。極限平衡法假定土體達(dá)到極限狀態(tài)，作用在圍護(hù)墻前后的土壓力分別達(dá)到被動土壓力和主動土壓力，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上再作其他的力學(xué)假設(shè)，用靜定問題代替超靜定問題再求解。它的缺陷就是認(rèn)為圍護(hù)墻的位移對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。所以，極限平衡法無論在理論上還是應(yīng)用中都存在很大的局限性。（3） 有限元分析法由于基坑工程的復(fù)雜性，使用常規(guī)的分析方法難以反映諸多因素的綜合影響。近年來，數(shù)值力一法被采用較多，主要是使用有限單元法來分析基坑的整體特征，就是把包括地基土在內(nèi)的整個(gè)基坑看作為一個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系，并考慮開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體共同作用、滲流、時(shí)間等因素的影響，綜合分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性以及開挖所帶來的環(huán)境影響。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。有限元分析方法又包括二維和三維有限元兩種分析方法。二維有限元分析法就是用垂直面和水平面代替空間形式的基坑結(jié)構(gòu)體系，然后分別使用彈性桿系有限元分析法求解這兩個(gè)平面，再將分析結(jié)果綜合起來，即可得到關(guān)于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系分析結(jié)果。這種方法雖然具備某些三維分析的特征，但卻存在著明顯的缺陷，即將水平面分析的外荷載和邊界條件視為垂直面分析得到的支撐反力和支點(diǎn)位移，而這卻并不能反映兩個(gè)平面的協(xié)同工作，并且分析過程中沒有考慮垂直面與水平面各構(gòu)件剛度的匹配。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；空間接觸單元則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，對基坑空間結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行整體分析求解。有限元分析方法可以更加充分地考慮多種因素的影響，國內(nèi)外學(xué)者近年來在整體計(jì)算模型選擇、邊界條件和排水條件及施工過程模擬、本構(gòu)模型和土的物理力學(xué)參數(shù)確定等方面進(jìn)行了大量的研究。但由于存在著土體模型和土的物理力學(xué)參數(shù)很難準(zhǔn)確確定，邊界條件又難模擬，并且計(jì)算工作量大、成本高。因此就目前的條件來看，直接采用有限元分析法計(jì)算還是與一般工程設(shè)計(jì)的實(shí)用性之間存在著相當(dāng)大的距離，它現(xiàn)在還只能是用于某些重要工程的輔助設(shè)計(jì)。總之，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)。極限平衡法是相對簡單的，并且易于手算，但因很多因素被忽略，計(jì)算的結(jié)果仍然不夠理想，常常不能滿足工程設(shè)計(jì)的要求，因此極限平衡法的應(yīng)用已經(jīng)越來越少；有限元分析法在理論上比較完善，但由于前述困難，目前難以在實(shí)際中應(yīng)用。 深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則1）安全可靠性原則：必須滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性的要求，確保周邊環(huán)境的安全。2）經(jīng)濟(jì)合理性原則：在支護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠性原則下，還需要從工期、設(shè)備、人工、環(huán)境、材料等方面綜合考慮，以確定該方案具有明顯技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果；3）施工便利并保證工期：在安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則下，最大限度地縮短工期，同時(shí)保證施工方便。 深基坑工程中存在的主要問題20多年來，我國已成功地設(shè)計(jì)和建造了大量的技術(shù)先進(jìn)并且經(jīng)濟(jì)合理的深基坑工程，但是由于深基坑工程問題的復(fù)雜性、條件的有限，在設(shè)計(jì)與施工深基坑工程中仍然會出現(xiàn)許多問題，主要存在如下四個(gè)方面的問題:① 對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)不是很清楚了；② 計(jì)算過于簡化，與實(shí)際情況相差太大；③ 對于一些新的支護(hù)型式的計(jì)算理論總是滯后于工程實(shí)踐；④ 施工時(shí)有很大程度的隨意性和盲目性。 深基坑工程支護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢1）深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化：深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工是不同于上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工的，地基土的類別、地下水位、土的物理力學(xué)性質(zhì)及周圍環(huán)境都是直接影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型的主要因素。支護(hù)結(jié)構(gòu)型式選擇合理就能夠做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工順利，并且還能縮短工期。可見支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)化選擇是深基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。2）施工工藝上的發(fā)展趨勢：① 噴射混凝土技術(shù)將會得到更加充分的運(yùn)用與發(fā)展，并且濕式噴射混凝土法將會逐步代替干式噴射混凝土法。② 基坑將越大、越深，周圍環(huán)境越復(fù)雜，這就使得新型支撐體系能夠得到推廣運(yùn)用。③ 對支撐施加預(yù)應(yīng)力，改善支撐受力形式。④ 信息化監(jiān)測與動態(tài)施工：為了保護(hù)環(huán)境，減少環(huán)境效應(yīng)，從而加強(qiáng)監(jiān)測，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用了計(jì)算機(jī)監(jiān)測，可以為施工過程中支護(hù)體系的受力狀態(tài)、變形及穩(wěn)定性分析提供數(shù)據(jù)。第2章 基坑支護(hù)的主要內(nèi)容和方法 基坑支護(hù)的內(nèi)容和特點(diǎn) 基坑支護(hù)的主要內(nèi)容和功能基坑支護(hù)是指建（構(gòu)）筑物的地下部分在施工時(shí)需要開挖基坑，為了保證基坑穩(wěn)定需要進(jìn)行基坑周邊的圍擋，同時(shí)還要對基坑周圍的建筑物、道路以及地下管線進(jìn)行監(jiān)測和圍護(hù)，確保施工正常、安全的一項(xiàng)綜合性土木工程，基坑支護(hù)的內(nèi)容主要包括勘探、設(shè)計(jì)、施工、環(huán)境監(jiān)測和信息反饋等工程內(nèi)容?；庸こ處缀跎婕傲怂械耐聊竟こ填I(lǐng)域，如建筑、市政、地下工程、路橋、水利、港口以及近海工程等工程領(lǐng)域?；又ёo(hù)是建筑地下基礎(chǔ)部分施工中極具變化的領(lǐng)域。土木工程界早已經(jīng)意識到基坑支護(hù)是一項(xiàng)具有風(fēng)險(xiǎn)的工程，同時(shí)又是一門綜合性很強(qiáng)的新型科學(xué)，它對整個(gè)建筑來說十分重要。這門學(xué)科涉及到結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程地質(zhì)、基礎(chǔ)工程、土力學(xué)、原位測試技術(shù)、施工技術(shù)、土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用以及巖土工程等多門學(xué)科問題?；又ёo(hù)把部分都是臨時(shí)工程，但卻又起著十分重要的作用。影響基坑工程的因素非常多，例如地質(zhì)條件、地下水情況、施工工序及管理、場地周圍環(huán)境、天氣變化、具體工程要求等多種因素，因此我們可以說它又是一個(gè)綜合性非常強(qiáng)的系統(tǒng)工程?；又ёo(hù)工程作為土木工程中的一個(gè)重要組成部分，人們的對它的關(guān)注和重視也越來越多：一方面是高層建筑的出現(xiàn)，基坑的開挖深度也就越來越深，施工技術(shù)難度也隨之增大；另一方面是基坑支護(hù)的事故經(jīng)常發(fā)生，尤其是一些嚴(yán)重的深基坑支護(hù)的事故，損失慘重?？傮w來看，基坑支護(hù)技術(shù)必須要考慮如下三個(gè)方面： (1) 確保基坑周圍的邊坡的穩(wěn)定性，同時(shí)還要滿足地下室施工的工作空間需求，即基坑支護(hù)體系不僅要起到穩(wěn)定土體的作用，還要保證一定的施工工作面。 (2) 確?；余徑慕ㄖ?、構(gòu)筑物和地下管線的安全，不因施工而破壞，即控制基坑施工過程中土體的變形，將基坑四周地面的沉降以及水平位移都控制在容許的范圍內(nèi)。(3) 確?；又ёo(hù)的施工工作面必須在地下水位以上，即通過排水、截水和降水等系統(tǒng)措施，滿足施工工作面的要求。因此，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)也應(yīng)該與其他建筑的設(shè)計(jì)一樣，要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)以及特定的條件下完成各項(xiàng)預(yù)定的功能，包括如下兩個(gè)方面：(1) 不得超過支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力的極限狀態(tài)，必須滿足規(guī)定的材料強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，即承載能力極限狀態(tài)?；庸こ痰某休d能力極限狀態(tài)應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面：基坑失穩(wěn)，即基坑發(fā)生穩(wěn)定性破環(huán)；支撐系統(tǒng)失敗；擋土結(jié)構(gòu)破壞。(2) 而基坑工程在正常使用狀態(tài)下應(yīng)滿足規(guī)定的變形和耐久性要求，即正常使用極限狀態(tài)?；幼冃螒?yīng)該不能影響相鄰建筑、管線、地下工程施工、及道路的正常使用。出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)即可以認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：影響基坑正常使用的變形過大；影響基坑正常使用的耐久性局部破壞（如裂縫）?；又ёo(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工不僅要保證整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全可靠，而且還要控制支護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍土體的變形，以確保周圍環(huán)境的安全，減少環(huán)境效應(yīng)。在滿足安全可靠的前提下，設(shè)計(jì)既要滿足強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性要求，又能夠滿足經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的要求，這樣就可以做到節(jié)約造價(jià)、施工方便和工期縮短。若想要提高基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)水平，就必須選擇正確的計(jì)算方法、計(jì)算模型和巖土體的力學(xué)參數(shù)，選擇合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，豐富的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)也是必不可少。 基坑支護(hù)的主要特點(diǎn)基坑支護(hù)工程還是一個(gè)理論還不完全成熟的工程領(lǐng)域，其主要的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：（1）高風(fēng)險(xiǎn)當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)僅僅是作為建筑地下主體工程安全施工所必需的臨時(shí)措施時(shí)，它的工作時(shí)間一般不會不長（不超過兩年），設(shè)計(jì)的安全儲備系數(shù)相對來說較小，另外由于巖土的物理力學(xué)性質(zhì)、荷載以及環(huán)境的變化和不確定性，使支護(hù)結(jié)構(gòu)存在著一定風(fēng)險(xiǎn)。（2）強(qiáng)區(qū)域性巖土工程一般都區(qū)域性強(qiáng)，而基坑支護(hù)工程則具有更強(qiáng)的區(qū)域性。不同地區(qū)巖土力學(xué)性質(zhì)各不相同，即使是在同一地區(qū)的巖土性質(zhì)也有千差萬別。因此，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工應(yīng)因地制宜，本地情況及經(jīng)驗(yàn)相當(dāng)重要，不能簡單照搬。（3）強(qiáng)綜合性基坑支護(hù)是巖土工程、工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)工程以及施工技術(shù)相互結(jié)合的一門學(xué)科，同時(shí)基坑支護(hù)工程又涉及到土力學(xué)中的滲流、穩(wěn)定和變形三個(gè)課題，影響基坑支護(hù)穩(wěn)定的因素也就非常多，所以要求基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)者，必需具備一定的資質(zhì)和綜合專業(yè)知識。（4）不成熟的理論盡管現(xiàn)在的深基坑支護(hù)技術(shù)已經(jīng)取得了豐碩的成果，但