【文章內容簡介】 術難度也隨之增大；另一方面是基坑支護的事故經常發(fā)生，尤其是一些嚴重的深基坑支護的事故，損失慘重。總體來看，基坑支護技術必須要考慮如下三個方面：(1) 確?；又車倪吰碌姆€(wěn)定性，同時還要滿足地下室施工的工作空間需求，即基坑支護體系不僅要起到穩(wěn)定土體的作用，還要保證一定的施工工作面。(2) 確保基坑鄰近的建筑物、構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。(3) 確保基坑支護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，基坑支護結構也應該與其他建筑的設計一樣，要求在規(guī)定的時間內以及特定的條件下完成各項預定的功能，包括如下兩個方面：8(1) 不得超過支護結構承載能力的極限狀態(tài)，必須滿足規(guī)定的材料強度和穩(wěn)定性要求，即承載能力極限狀態(tài)。基坑工程的承載能力極限狀態(tài)應該包括以下幾個方面：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；擋土結構破壞。(2) 而基坑工程在正常使用狀態(tài)下應滿足規(guī)定的變形和耐久性要求，即正常使用極限狀態(tài)?；幼冃螒摬荒苡绊懴噜徑ㄖ⒐芫€、地下工程施工、及道路的正常使用。出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時即可以認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）。基坑支護系統(tǒng)的設計與施工不僅要保證整個圍護結構在施工過程中的安全可靠，而且還要控制支護結構和周圍土體的變形，以確保周圍環(huán)境的安全，減少環(huán)境效應。在滿足安全可靠的前提下，設計既要滿足強度、變形和穩(wěn)定性要求，又能夠滿足經濟和技術的要求，這樣就可以做到節(jié)約造價、施工方便和工期縮短。若想要提高基坑支護工程的設計與施工技術水平，就必須選擇正確的計算方法、計算模型和巖土體的力學參數，選擇合理的支護結構體系，豐富的設計和施工經驗也是必不可少。 基坑支護的主要特點基坑支護工程還是一個理論還不完全成熟的工程領域，其主要的特點有以下幾個方面：（1）高風險當支護結構僅僅是作為建筑地下主體工程安全施工所必需的臨時措施時，它的工作時間一般不會不長（不超過兩年），設計的安全儲備系數相對來說較小，另外由于巖土的物理力學性質、荷載以及環(huán)境的變化和不確定性，使支護結構存在著一定風險。（2）強區(qū)域性巖土工程一般都區(qū)域性強，而基坑支護工程則具有更強的區(qū)域性。不同地區(qū)巖土力學性質各不相同，即使是在同一地區(qū)的巖土性質也有千差萬別。因此，基坑支護設計與施工應因地制宜，本地情況及經驗相當重要，不能簡單照搬。（3）強綜合性基坑支護是巖土工程、工程地質、結構工程以及施工技術相互結合的一門學科，同時基坑支護工程又涉及到土力學中的滲流、穩(wěn)定和變形三個課題，影響基坑支護穩(wěn)定的因素也就非常多，所以要求基坑支護的設計者，必需具備一定的資質和綜合專業(yè)知識。（4）不成熟的理論9盡管現(xiàn)在的深基坑支護技術已經取得了豐碩的成果，但是在理論上，仍屬于有待繼續(xù)發(fā)展的綜合技術學科。目前基坑支護理論的研究還很不夠完善，工程實測資料也很少讓人滿意。因此還沒有足夠的條件能夠像建筑結構設計那樣通過對材料性能、荷載作用及結構效應等多方面的綜合分析得出結構可靠性的概率指標。（5）存在不確定性作用因素① 外力的不確定性。作用在支護結構上的外部荷載往往隨著環(huán)境條件 、施工步驟和施工方法等因素的變化而改變。② 巖土性質的不確定性。地基土的非均勻性和地基土的特性不是恒定不變的，在基坑的不同部位、不同施工階段巖土性質都會發(fā)生變化，地基土對支護結構的作用也會隨之而變化。由于存在上述的不確定性以及支護理論上的不成熟等因素，很難對基坑工程的設計與施工定出一套標準模式，而目前我們也只能采用理論計算與地區(qū)經驗相結合的半經驗半理論的設計方法，從某種意義上說，在工程中成功的經驗往往顯得更為重要。 基坑支護方法概述深基坑的支護方法種類很多，各種支護結構的施工工藝也各不相同，實際具體工程中采用何種支護方法還必須結合基坑開挖深度、巖土性質、基坑周圍場地情況及施工條件等因素綜合考慮確定。規(guī)程JGJ12099中介紹了幾種支護結構，并切還給出了各種支護結構包含的基坑側壁安全等級，開挖深度及地下水情況的適用條件。 支護結構選型表 10 支護結構可按上表選用排樁、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，同時還應該考慮結構的受力特點和空間效應，選擇有利于支護結構材料受力性狀的支護型式。對于軟土場地通?？刹捎蒙顚訑嚢?、注漿、間隔或全部加固等方法對局部或整個基坑底土進行加固，或采用降水措施提高基坑內側被動抗力。 排樁或地下連續(xù)墻支護結構排樁包括鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、鉆孔灌注樁以及人工挖孔樁等；支護形式主要包括： ① 列式排樁支護:：適用邊坡土質較好、地下水位較低的基坑，可利用土拱作用，采用稀疏的鉆孔灌注樁或挖孔樁作為支護結構；② 續(xù)排樁支護:：在軟土中通常是不能形成土拱的，支護樁則應該采用連續(xù)密排，并在樁間做樹根樁或注漿防水，或者采用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁密排。③ 組合式排樁支護：在地下水位較高的軟土地區(qū)，可以采用鉆孔灌注樁排樁與水泥攪拌樁防滲墻組合的支護形式。對于開挖深度小于6米的基坑，當無法采用重力式深層攪拌樁，這個時候可采用600mm密排鉆孔樁，樁后則使用用樹根樁防護，或者也可采用打入預制混凝土板 11樁或鋼板樁的方法，然后再在板樁后注漿或加攪拌樁防滲，頂部設圈梁和支撐；對于開挖深度為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，并設置2～3道支撐，對于開挖深度大于10米的基坑，則可采用地下連續(xù)墻加內撐的方法，也可采用800～1000mm大直徑鉆孔樁加深層攪拌樁防水，設置多道支撐。地下連續(xù)墻圍護呈封閉狀態(tài)，在基坑開挖后，支上內支撐或是錨桿，就能夠起到擋土圍護的作用，并且該圍護結構使深基坑工程的施工更加方便。尤其是今天的地下連續(xù)墻已經發(fā)展到既是基坑施工時的封閉的擋土圍護結構，又可以作為擬建工程主體結構的側墻，即兩墻并作一墻。地下連續(xù)墻，按照不同的施工材料，可以分為鋼筋混凝土連續(xù)墻和水泥土地下連續(xù)墻。其施工工藝具有如下優(yōu)點：（1）地下連續(xù)墻的墻段剛度較大，整體性好，因而圍護結構和地基的變形都比較小，既可用作于超深基坑的圍護結構，也可用于地下主體結構的側墻；（2）該圍護方式使用各種地質條件。一般遇到砂石地層時，或當圍護結構進入風化巖層時，鋼板樁難以施工，這時卻可以采用放入成槽機構施工的地下連續(xù)墻結構；（3）能夠降低工程施工時所帶來的環(huán)境影響。施工時振動少，噪聲低，對周圍鄰近的建筑物、構筑物和地下管線影響較小，比較容易控制沉降和變形；（4）施工時可進行逆筑法施工，不僅有利于加快施工進度，同時還可以降低造價。 地下連續(xù)墻整體剛度大、防滲性能好，適用于地下水位以下的軟粘土和砂土等多種底層條件和復雜的施工環(huán)境，特別是是基坑底面以下有深層軟粘土，承載力不夠，嵌固深度很大的情況下。但是地下連續(xù)墻的造價要高于鉆孔灌注樁和深層攪拌樁的造價，因此必須結合基坑開挖深度，土質情況和周圍環(huán)境情況的因素，通過技術經濟對比方案認為經濟合理才可采用。通常來說，當在軟土層中場地條件的基坑開挖深度大于10米，周圍建筑物對沉降與位移要求較高。當圍護結構用作主體結構的一部分，或采用逆筑法施工時，可采用地下連續(xù)墻。 水泥土墻支護水泥土墻（cementsoil wall）是指由水泥土樁相互重疊搭接形成的壁狀、柵格狀或拱狀等形式的重力式圍護結構，利用墻體自重及嵌入基坑底面下的嵌固深度對基坑側壁土體進行支護。既可單獨作為一種支護方式使用，也可在受到某些條件限制時與混凝土灌注樁、預制樁、鋼板樁等相結合，形成組合式支護結構，同時還可作為其他支護方式的止水帷幕。12水泥土墻主要的組成構件是：水泥與土樁。水泥土樁有兩種，它們分別是采用水泥土攪拌法（cement deep mixing）形成的攪拌樁和高壓噴射注漿法（jet grouting）形成的旋噴樁。由于造價問題，在基坑支護結構中，通常較多地采用攪拌樁，只有在遇到攪拌樁難以施工的地層時才使用旋噴樁。水泥土墻與其他支護方式相比，具有如下優(yōu)點：（1） 施工時沒有振動、噪聲、泥漿廢水污染，對環(huán)境影響小；（2） 施工操作方便，成樁工期短，且造價較低；（3） 基坑開挖不需要支撐拉錨，坑外也不需要井點降水；（4） 隔水防滲性能良好，基坑內外允許有水位差；（5） 基坑內空間寬敞且干燥整潔，有利于文明施工和安全生產，且方便后期結構施工；（6） 基坑周圍的地基變形小，對相鄰建筑物和地下設施影響小；（7） 擋墻頂面允許設置路面行駛施工車輛，而路面結構又可增加擋墻剛度；（8） 同一墻體可設計成變截面、變強度、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。 土釘支護土釘支護是近幾年來發(fā)展起來的一種新型支護結構，用于基坑開挖和邊坡穩(wěn)定。它是由密集的土釘群、被加固的土體、噴射混凝土面層組成的類似于重力式擋墻的擋土結構，并且以此來抵抗圍護墻后傳來的土壓力和其他外力荷載，從而達到開挖基坑時基坑穩(wěn)定或邊坡穩(wěn)定。土釘支護一般是通過鉆孔，插筋，注漿來設置的，但是有時也可以通過直接地打入較粗的鋼筋或型鋼形成土釘。土釘主要分為鉆孔注漿土釘和打入式土釘兩類。鉆孔注漿土釘是目前工程中最常用的土釘類型。打入式土釘的優(yōu)點是不需要預先鉆孔，施工速度快。與其他支護結構相比，土釘支護的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：（1）能夠合理的利用土體的自身承載能力，將土體作為支護結構不可分割的一部分；（2）結構輕、柔性大，并且有良好的抗震性能和良好的延性；（3）施工設備比較簡單，并不需要大型的機械器具和復雜的施工工藝；（4）施工方便快速，不需單獨占用場地；13（5）工程造價低，土釘支護工程造價比其他支護形式的工程造價一般至少低1/3～1/2左右。土釘支護的缺點以及局限性主要就是基坑的變形較大。由于土釘支護是一種被動支護形式，只有土體發(fā)生變形時才會使土釘受力，因此基坑的變形相對較大。土釘支護不適用于對基坑變形有嚴格要求的基坑支護工程，采用土釘支護的基坑深度也不宜太大。土釘支護主要是適用于地下水位以上，或者是經過人工降水后的人工填土，以及粘性土和弱膠結砂土。土釘在無膠結砂層，砂礫卵石層和淤泥質土中成孔困難，因此在該類土層條件下不宜采用土釘支護。通過眾多工程經驗來看，土釘支護的基坑破壞一般都是由于水的作用，水侵蝕土體，使土體產生軟化，引起整體或局部破壞。因此規(guī)定采用土釘支護的工程必須做好降水，并且它不能用來作為擋水結構。 逆作拱墻支護逆作拱墻是眾多基坑支護結構中的一種，根據基坑的平面形狀，通常采用全封閉拱墻，包括拋物線拱、圓拱、橢圓拱，有時也可以采用以上各拱墻與其他支護形式的組合支護形式，而在施工時常采用逆作法或半逆作法，因此將這種基坑支護結構稱為逆作拱墻。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土。基坑開挖深度不宜大于12m。逆作拱墻具有優(yōu)點如下：（1） 結構受力合理：由于逆作拱墻其拱式結構的工作原理，能將垂直于拱截面的水平土壓力產生的彎曲拉力轉化為沿拱軸線截面方向的軸向壓力，使拱墻本身的豎向截面只受壓力而不受彎。同時土體也起土拱作用，相應地也會減少一定的土壓力。（2） 結構安全可靠：由于拱的內力主要受軸向壓力作用，彎矩比較小，這樣就能充分發(fā)揮混凝土抗壓強度高的特性。而拱在垂直方向上是分層地自上而下施工，因此土壓力也是分層地作用在各道拱圈上。（3） 施工方便：拱的施工非常方便，可與挖土同步交叉進行，單獨占用的工期很少，施工像做混凝土地梁一樣方便，故施工速度快。（4） 造價較低：由于截面主要承受壓力，彎矩小，能充分發(fā)揮混凝土材料受壓強度高的特性，可節(jié)約大量鋼材。同時由于沒有嵌固深度要求，而需要設置的支撐也不需要在全高度上都設置，僅需設置在基坑開挖深度的中間段。14 （2）為保護場地周邊建筑物，基坑支護不允許有較大的內傾變形； （3）場地土質條件較差，并且對支護結構又有嚴格要求時。 15第3章 深基坑設計計算理論深基坑的計算理論有許多種，每一種理論都各有優(yōu)點。本章將介紹古典的樁板計算理論，即在土壓力已知的情況下不考慮樁體本身的變形，用靜力平衡方法求解樁身的 (31)式中，g——土的重度；K0——靜止土壓力系數，可由泊松比n來確定，K0=n1n。由式（31）可知，在均質土中，靜止土壓力與計算深度呈三角形分布，對于高度為H的擋墻而言，取單位墻長，則作用在墻上靜止土壓力的合力值E0為E0=1K0gH2 (32) 2高度處。 式中，E0——靜止土壓力，kN/m，方向水平，作用點在距墻底H懸壁樁在土壓力和地下水壓力下的計算土如下圖所示: 地面線 16 填土面水平時的朗肯土壓力朗肯土壓力理論是根據半空間的應力狀態(tài)和土單元體的極限平衡條件而得出的土壓力古典理論。朗肯土壓力理論假設以墻背光滑、直立、填土面水平的擋土墻代替半空間左邊的土，則墻背與土的接觸面上滿足剪應力為零的邊界應力條件以產生主動或被動朗肯狀態(tài)的邊界變形條件，由此推導出主動、被動土壓力計算的理論。 主動土壓力主動土壓力指的是當擋土墻向離開土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力。當墻后的填土達到主動極限平衡狀態(tài)時，作用于深度z處的土單元的豎直應力sz=gz應該是大主應力s1，而作用于墻背的水平側向土壓力pa則應是小主應力s3。根據土的強度理論可知，當土體中某點處于極限平衡狀態(tài)時，大主應力s1和小主應力s3間具有以下關系：對黏性土 s1=s3tan(45+或 s3=s1tan(45對無黏性土 s1=s3tan(45+或 s3=s1tan(45將2ojjj2)+2ctan(45o+) (33) 22j2o)2ctan(45o)