【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 基坑圍護(hù)方法的最早是放坡開(kāi)挖，然后出現(xiàn)了懸臂圍護(hù)型式、內(nèi)撐（或拉錨）圍護(hù)型式、組合型圍護(hù)型式等等。然而基坑放坡開(kāi)挖則需要有非常大的施工工作面，并且開(kāi)挖的土方量較大。在工程條件允許的情況下，依然是基坑圍護(hù)的一種簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的好方法。懸臂圍護(hù)型式是指沒(méi)有內(nèi)支撐和拉錨的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)設(shè)置鋼筋混凝土樁或鋼板樁形成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。有時(shí)它也可以通過(guò)對(duì)基坑周邊的土體進(jìn)行改良，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，例如水泥土重力式擋墻結(jié)構(gòu)。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。而為了發(fā)揮圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的極限承載能力，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式更加經(jīng)濟(jì)合理，并能適合各種基坑形式，發(fā)展了組合型圍護(hù)型式。人們最早采用基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的是木樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)在則經(jīng)常使用鋼板樁、鋼筋混凝土樁、地下連續(xù)墻，以及通過(guò)地基處理等方法而采用的水泥土擋墻、土釘墻等。鋼筋混凝土樁的施工方法通常有人工挖孔樁、沉管灌注樁、鉆孔灌注樁以及預(yù)制樁等。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。為了節(jié)約每寸土地，舊房則不斷被拆除，建筑逐漸向更高空或是地下發(fā)展，許多高層建筑拔地而起。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1980~1989年的這10年間里，我國(guó)新建的高層或是超高層建筑多達(dá)1000余幢，而在l990~1999年這l0年間里，我國(guó)新建的高層建筑或超高層建筑則超過(guò)9000幢。為解決我國(guó)土地資源緊張，其中一條重要出路就是要適當(dāng)?shù)夭粩喟l(fā)展多層和高層甚至超高層建筑，不斷向空中或地下發(fā)展。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(lái)越多。同時(shí)，建筑物密集，基坑的深度極大以及地下設(shè)施周?chē)鷺O其復(fù)雜，使得基坑放坡開(kāi)挖的這一圍護(hù)方式已經(jīng)再也不能滿足如今的城鎮(zhèn)現(xiàn)代化建設(shè)的需要。因此，深基坑的開(kāi)挖與圍護(hù)引起了各方面的廣泛重視。特別是自90年代以后，基坑的開(kāi)挖與圍護(hù)問(wèn)題已經(jīng)成為我國(guó)土木工程界的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。基坑工程的數(shù)量、規(guī)模快速增加，暴露了許許多多的工程問(wèn)題。 生產(chǎn)需要基坑工程也是建筑工程的組成部分，它的發(fā)展同建筑的發(fā)展非常密切，深基坑工程則充分利用了土地資源。伴隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)，高層及超高層建筑已經(jīng)十分普遍，深基坑工程也就越來(lái)越多。城市空間的利用日趨緊張，人們已經(jīng)開(kāi)始將三維城市空間作為重要的自然資源來(lái)加速開(kāi)發(fā)利用。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(kāi)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。進(jìn)入90年代，城市的地價(jià)不斷飆升，空間利用率也慢慢隨之提高，許多的超高層建筑應(yīng)運(yùn)而生，迫使深基坑工程向大深度和大規(guī)模兩個(gè)方向發(fā)展。然而大量地下空間的開(kāi)挖都是位于建筑群十分密集的地區(qū)，在建筑物或構(gòu)筑物旁進(jìn)行順利開(kāi)挖十分棘手 。這些都使得深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)難度增大，同時(shí)也促進(jìn)了深基坑計(jì)算方法和施工工藝的發(fā)展。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。深基坑支護(hù)問(wèn)題研究的一個(gè)重要內(nèi)容就是：如何在保證安全可靠性的前提下，根據(jù)不同的工程條件和施工技術(shù)水平等其他影響因素，選擇經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案。深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)既牽涉到巖土工程問(wèn)題，同時(shí)有關(guān)系到結(jié)構(gòu)工程問(wèn)題，其中且在理論和技術(shù)上存在許多亟待解決的新問(wèn)題。由于深基坑受力特征非常復(fù)雜，土的工程性質(zhì)也很復(fù)雜性而且具有不確定性，土力學(xué)計(jì)算模型的近似假定與實(shí)際情況又存在差異，學(xué)術(shù)界和工程界人士也就越來(lái)越重視深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的研究。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。因此現(xiàn)階段我們迫切需要解決的一個(gè)課題就是：如何以最少的投資，最短的工期，同時(shí)確保設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)安全運(yùn)行，并且還要滿足對(duì)周?chē)h(huán)境的保護(hù)要求。深基坑工程與多方面因素相關(guān)，是一門(mén)十分復(fù)雜學(xué)科，也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。盡管?chē)?guó)內(nèi)的專家及學(xué)者都早已經(jīng)對(duì)深基坑工程進(jìn)行了大量的研究，取得了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，但是在理論上依然還不夠成熟。深基坑開(kāi)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(wèn)題都有待進(jìn)一步完善和解決。 選題目的與意義城市地鐵建設(shè)的全面鋪開(kāi)帶來(lái)了深基坑工程的飛速發(fā)展。深基坑工程是一個(gè)復(fù)雜的綜合性巖土工程問(wèn)題，幾乎涉及到巖土力學(xué)與工程的各個(gè)方面。地鐵車(chē)站深基坑工程在施工和設(shè)計(jì)方面都同一般的建筑深基坑有所不同，因?yàn)樗趫?chǎng)地、規(guī)模、工程造價(jià)以及對(duì)環(huán)境的影響等方面的要求都非常高。地鐵通常都是穿過(guò)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(chē)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。地鐵不只是單單的一個(gè)的建筑等等的超尺寸基坑，同時(shí)還是具有時(shí)間、空間和區(qū)間隧道連續(xù)性的工程。這些就都要求必須把各自的建設(shè)施工很好的有機(jī)結(jié)合起來(lái)，如車(chē)站與隧道區(qū)間段的銜接。因此，地鐵車(chē)站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型方案的選擇，對(duì)各種影響因素的考慮重點(diǎn)也不一樣。根據(jù)地鐵車(chē)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)。西安地鐵將會(huì)成為西安的主要交通工具，承擔(dān)著絕大部分的客流運(yùn)輸任務(wù)，對(duì)其工期和質(zhì)量的要求都很高。地鐵車(chē)站深基坑工程是地鐵建設(shè)的重要組成部分，并且地鐵車(chē)站深基坑開(kāi)挖規(guī)模和技術(shù)難度都相當(dāng)大。而大差市車(chē)站是四、六號(hào)線換乘站，客流量會(huì)更大，一旦發(fā)生深基坑坍塌事故，不但會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，而且會(huì)產(chǎn)生很壞的影響。所以，本文以黃土地區(qū)大型地鐵車(chē)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(chē)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(chē)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(lèi)似深基坑工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。所以，本文研究的課題具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，也能對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行鞏固，更加熟練的掌握。 深基坑工程的研究現(xiàn)狀 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(lèi)，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(guó)《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、彈性地基反力法和復(fù)合地基反力法三種。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(lái)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(jiǎn)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(dòng)土壓力?！皬椥苑ā奔俣ㄩ_(kāi)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(kāi)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(kāi)始可以采用數(shù)值解法求解。20世紀(jì)50年代，波爾斯(Bowles)開(kāi)發(fā)了求解彈性地基梁的有限元程序，對(duì)土抗力法的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。目前，常見(jiàn)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(lái)，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(jiǎn)化為與其彈性模量和截面面積相關(guān)的二力桿彈簧。基坑開(kāi)挖面以下，墻前土對(duì)梁的地基反力用土彈簧來(lái)替代；而墻后荷載常用的有兩種計(jì)算模擬:采用主動(dòng)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(kāi)挖過(guò)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(kāi)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(duì)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(kāi)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(píng)估基坑開(kāi)挖帶來(lái)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(méi)有考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的非線性共同作用，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定所推薦的彈性支點(diǎn)法對(duì)墻后基坑開(kāi)挖面以上都是按主動(dòng)土壓力考慮，而基坑開(kāi)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，極限平衡法就一直被廣泛應(yīng)用，而且目前仍是我國(guó)相關(guān)設(shè)計(jì)人員最熟悉并掌握的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算方法之中的一種。因?yàn)樗?jì)算簡(jiǎn)便，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)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?chē)h(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。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(huì)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(guó)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(dòng)土壓力和主動(dòng)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(wèn)題代替超靜定問(wèn)題再求解。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(méi)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(wú)關(guān)，從而不能模擬分步開(kāi)挖的各工況條件。所以，極限平衡法無(wú)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(lái)，數(shù)值力一法被采用較多，主要是使用有限單元法來(lái)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(kāi)挖過(guò)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(kāi)挖所帶來(lái)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(lái)，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(guò)程中沒(méi)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?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。有限元分析方法可以更加充分地考慮多種因素的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者近年來(lái)在整體計(jì)算模型選擇、邊界條件和排水條件及施工過(guò)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(lái)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)?？傊鲜龅幕訃o(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(lái)求解，其應(yīng)用越來(lái)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(duì)簡(jiǎn)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(lái)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。 深基坑工程的穩(wěn)定性分析理論的研究狀況深基坑的穩(wěn)定性分析有兩種情況，分為無(wú)支護(hù)的基坑穩(wěn)定性分析和有支護(hù)的基坑穩(wěn)定性分析。無(wú)支護(hù)的基坑的穩(wěn)定性主要指的是開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性。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 。對(duì)土質(zhì)均勻的基坑常用的分析方法就是圓弧滑動(dòng)面法，而條分法一般是計(jì)算土層不均勻并且存在孔隙水壓力和超載的基坑的穩(wěn)定性問(wèn)題。也有不少學(xué)者根據(jù)自己所在地區(qū)的地質(zhì)情況，提出一些簡(jiǎn)化的邊坡穩(wěn)定分析方法 。然而對(duì)有支護(hù)的基坑，其抗隆起穩(wěn)定性分析則顯得非常重要，它能夠保證基坑的穩(wěn)定并控制基坑的變形，關(guān)于抗隆起穩(wěn)定的分析計(jì)算方法也不少。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(kāi)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。另一個(gè)就是同濟(jì)大學(xué)近年提出的同時(shí)考慮、的抗隆起穩(wěn)定性分析方法，該方法參考普朗德?tīng)柡吞郴幕映休d力的公式，提出了同時(shí)考慮、的抗隆起驗(yàn)算公式： （）式中，D表示墻體的入土深度，H表示基坑的開(kāi)挖深度，、表示墻體外側(cè)及坑底土體的重度，q表示地面超載，、表示地基承載力系數(shù)。雖然目前國(guó)內(nèi)外深基坑穩(wěn)定性的分析計(jì)算理論有許多，但是預(yù)測(cè)基坑的周?chē)貙右苿?dòng)性狀的方法卻很少。國(guó)內(nèi)外對(duì)在基坑開(kāi)挖時(shí)基坑周邊的地基土沉陷問(wèn)題做過(guò)許多研究，總結(jié)出三點(diǎn)：（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線與對(duì)應(yīng)的沉陷曲線應(yīng)相適應(yīng)，一般兩者均為拋物線型，也有都是三角形的，這時(shí)基坑邊的沉降最大；（2）側(cè)移曲線的面積或體積與地基土的沉陷曲線的面積大致相等；（3）沉陷范圍大體上與樁墻后的土體滑動(dòng)棱體的寬度相等。這三點(diǎn)綜合反映了各種影響因素，也可以作為確定周?chē)鼗恋某料萘康闹匾罁?jù)，可以用來(lái)估算地基土的沉降量。1969年，Peck提出了預(yù)判地面沉