【文章內容簡介】 監(jiān)測和信息反饋等工程內容?；庸こ痰姆展ぷ髅鎺缀跎婕八型聊竟こ填I域，如建工、水利、港口、路橋、市政、地下工程以及近海工程等工程領域。 基坑支護是地下基礎施工中內容豐富而又富于變化的領域。工程界已意識到基坑支護是一項風險工程，是一門綜合性很強的新型科學，它涉及到工程地質、土力學、基礎工程、結構力學、原位測試技術、施工技術、土與結構相互作用以及環(huán)境巖土工程等多學科問題?；又ёo大多是臨時工程，影響基坑工程的因素很多，例如地質條件、地下水情況、具體工程要求、天氣變化、施工工序及管理、 場地周圍環(huán)境等多種因素影響，可以說它又是一個綜合性的系統(tǒng)工程。 基坑支護工程作為土木及建筑工程中的一個重要組成部分，越來越受到人們的關注和重視：一方面是基坑的開挖深度越來越深，技術難度越來越大；另一方面是基坑支護的事故不斷產生，特別是一些重大深基坑支護的事故，教訓非常深刻。總的來說，基坑支護技術要從一下三方面進行考慮： (1)保證基坑四周邊坡的穩(wěn)定性，滿足地下室施工的空間需求，即基坑支護體系要起到穩(wěn)定土體的作用。 (2)保證基坑四周相鄰建筑物、構筑物和地下管線的安全，即控制基坑施工過程中土體 的變形移位，將基坑周圍地面沉降和水平位移控制在容許范圍內。 (3)保證基坑支護的施工作業(yè)面在地下水位以上，即通過截水、降水等排水系統(tǒng)措施，保證施工作業(yè)面的要求 因此，基坑支護結構應該與其他建筑設計一樣，要求在規(guī)定的時間和特定的條件下完成各項預定的功能，包括以下兩個方面： (1)支護結構承載能力不應超過其極限狀態(tài)，應滿足規(guī)定的材料強度和穩(wěn)定性要求，即承載能力極限狀態(tài)。其承載能力極限狀態(tài)包括以下幾點： 、 基坑失穩(wěn)，即基坑發(fā)生穩(wěn)定性破環(huán)；錨固系統(tǒng)或內支撐系統(tǒng)失?。? 擋土結構破壞。 (2) 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)。基坑變形不影響地下工程施工、相鄰建筑、管線及道路正常使用。出現下列狀態(tài)之一時即認為超過了正常使用極限狀態(tài)： 影響正常使用的變形；影響正常使用的耐久性局部破壞（如裂縫）。 基坑支護的設計與施工，既要保證整個支護結構在施工過程中的安全，又要控制結構和周圍土體的變形。以保證周圍環(huán)境的安全。在安全前提下，設計既要合理，又能節(jié)約造價、方便施工、縮短工期。要提高基坑支護的設計與施工水平，必須正確選擇計算方法、計算模型和巖土力學參數，選擇合理的支護結構體系，同時還要有豐富的設計和施 工經驗。 基坑支護的主要特點 基坑工程作為一個理論還不很成熟的領域，其支護工程的主要特點有以下幾個方面： （ 1）風險大 當支護結構僅作為地下主體工程那個施工所學要的臨時措施時，其使用時間不長，一般不超過兩年，屬于臨時工程，設計的安全儲備系數相對較小，加之巖土力學性質、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）區(qū)域性強 巖土工程區(qū)域性強，基坑支護工程則表現出更強的區(qū)域性。不同地區(qū)巖土力學性質千變萬化，即使在同一地區(qū)的沿途性質也有區(qū)別，因此基坑支護 設計與施工應因地制宜，結合本地情況及成功經驗進行，不能簡單照搬。 （ 3）綜合性強 基坑支護是巖土工程、結構工程以及施工技術相互交叉的學科，同時基坑支護工程涉及土力學中的穩(wěn)定、變形和滲流三個課題，影響基坑支護的因素也很多，所以要求基坑支護共享哼的設計者，應該具備多方面的綜合專業(yè)知識。 （ 4）理論不成熟 盡管深基坑支護技術取得了豐碩的成果，但是在理論上仍屬尚待發(fā)展的綜合技術學科。目前基坑支護理論的研究尚不完備，滿意的工程實測資料也很少，因此還沒有、 條件能夠像建筑結構那樣通過對材料性能、荷載作用 及結構效應等方面的統(tǒng)計分析得出結構可靠性的概率指標。 （ 1） 外力的不確定性。作用在支護結構上的外力往往隨著環(huán)境條件 、施工方法和施工步驟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（成層）和地基土的特性不是常量，在基坑的不同部位、不同施工階段巖土性質是變化的，地基土對支護結構的作用或提供的抗力也隨之而變化。 （ 3） 一些偶然變化所引起的不確定因素。施工場地內土壓力分布的意外變化、事先沒有掌握的地下障礙物或地下管線以及周圍環(huán)境的改變等等，這些事前未曾預料的因素都會 對基坑支護工程產生影響。 由于存在以上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，或用一套嚴密的理論計算方法來把握施工過程中可能發(fā)生的各種變化，因此在基坑支護工程中發(fā)生工程事故的概率比較高。目前只能采用理論計算與地區(qū)經驗相結合的半經驗、半理論的方法進行設計，在某種意義上講，成功的工程經驗往往更重要。 基坑支護方法概述 深基坑支護的方法種類很多，具體工程中采用何種支護方法主要根據基坑開挖深度、巖土性質、基坑周圍場地情況及施工條件等因素綜合考慮決定。目前在工程中常用 的支護方法有：護壁樁支護結構、拉錨式支護結構、土釘墻支護、地下連續(xù)墻支護。 護壁樁支護結構 護壁樁主要可分為灌注樁、預制樁和深層攪拌樁。灌注樁應用比較廣泛，由于其無噪聲、無振動，對環(huán)境影響小等優(yōu)點，使得灌注樁在工程界得到普遍的應用。灌注樁的類型按其成孔方式可分為人工挖孔灌注樁和機械鉆孔灌注樁。人工挖孔樁因施工方便，造價低廉而得到廣泛的應用，但人工挖孔樁也有其局限性：當地層中含有流沙，礫石等強透水層且水量大時，以及當地層中含有沼氣或一氧化碳等有毒氣體時，對人工挖孔樁施工也是一個威脅，應盡量避免。利 用并列的機械鉆孔灌注樁組成的圍護墻體由于施工簡單，墻體剛度大，造價低，因此在工程中用的比較多。就擋土而言，鉆孔灌注樁擋土結構可用于開挖深度比較大的基坑。在地下水位較高地區(qū)，為了防止地、 下水并夾帶土體顆粒從樁間空隙流入坑內，應同時在樁間或樁背采取高壓注漿，設置深層攪拌樁，旋噴樁等措施，或在樁后專門構筑防水帷幕。預制樁一般是預先在一定的場地制作成型，采用打樁機械打入土中，施工質量易于保證，但打樁時產生的噪聲，振動和擠土將大大影響周圍環(huán)境，故在使用時收到一定的限制，一般用于較淺的基坑支護中。預制樁按其材料種類可分為 鋼筋混凝土預制樁和鋼板樁。深層攪拌樁是利用水泥，石灰等材料作為固化劑，通過深層攪拌機械，將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理－化學反應，是軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的樁體，是加固軟土地基的一種新方法。 深層攪拌樁由具有一定剛性的脆性材料所構成，按其強度和剛度分，它是介于剛性樁（灌注樁、鋼筋混凝土預制樁）和柔性樁（砂樁、碎石樁）之間的一種樁型。深層攪拌樁最適宜于處理淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高的粘性土地基，其優(yōu)點在于： （ 1） 其施工工藝由于將固化劑和原地基軟土就地攪 拌混合，因而最大限度的利用了原土； （ 2） 攪拌時不會將地基土側向擠出，因而對周圍既有建筑物的影響較?。? （ 3） 按照不同地基土的性質及工程設計要求，合理選擇固化劑及其配方，設計比較靈活； （ 4） 施工時無振動，無噪聲，無污染，可在市區(qū)內和密集建筑群中進行施工； （ 5） 土體加固后重度基本不變，對軟弱下臥層不致產生附加沉降。 地下連續(xù)墻支護 地下連續(xù)墻圍護呈封閉狀態(tài)，在深基坑開挖后，加上內支撐或錨桿，就可以起到擋土的作用，更加方便深基坑工程的施工。特別是當今地下連續(xù)墻已經發(fā)展到既是基坑施工時的擋土圍護結 構，又可以作為擬建主體結構的側墻（此時在墻體內側宜加筑鋼筋混凝土襯套），即兩墻合一。 地下連續(xù)墻按照施工材料的不同，可分為鋼筋混凝土連續(xù)墻、樁排式連續(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） 墻段剛度大，整體性好，因而結構和地基變形都較小即可用于超深圍護結構，也可用于主體結構； 、 （ 2） 使用各種地質條件。對砂卵石地層要求進入風化巖層時，鋼板樁難以施工，但卻可以采用合適放入成槽機構施工的地下連續(xù)墻結構； （ 3） 可減少工程施工時對環(huán)境的影響。施工時振動少，噪聲低，對周圍相鄰的工程結構和地下管線影響較小 ，對沉降及變位較易控制； （ 4） 可進行逆筑法施工，有利于加快施工進度，降低造價。 由于地下連續(xù)墻具有整體剛度大和防滲性能好，適用于地下水位以下的軟粘土和砂土多種底層條件和復雜的施工環(huán)境，尤其是基坑底面以下有深層軟粘土需將墻插入很深的情況。但地下連續(xù)墻的造價高于鉆孔灌注樁與深層攪拌樁，因此要根據基坑開挖深度，土質情況和周圍環(huán)境情況，通過技術經濟比較認為經濟合理才可采用。一般來說，當在軟土層中基坑開挖深度大于 10 米，周圍相鄰建筑物如地下管線對沉降與位移要求較高，或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。 土釘支護 土釘支護是近年來發(fā)展起來用于基坑開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新型支護結構。它是由密集的土釘群，被加固的土體，噴射混凝土面層組成，形成一個復合的，、能自穩(wěn)的、類似于重力式擋墻的擋土結構，以此來抵抗墻后傳來的土壓力和其他作用力，從而使開挖基坑或邊坡穩(wěn)定。 土釘一般是通過鉆孔，插筋，注漿來設置的，但是也可以通過直接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)點主要體現在： （ 1） 能合理利用土體的自承能力，將土體作為支護結構不可分割的部分； （ 2） 結構輕型、柔性大，有良好的抗震性能和延性； （ 3） 施工設備簡單輕便，不需要大型的機具和復雜的工藝； （ 4） 施工方便，速度快，不需單獨占用場地； （ 5） 工程造價低，據國內外資料分析，土釘支護工程造價比其他支護形式的工程造價低 1/3～ 1/2 左右。 土釘支護的缺點和局限性主要是基坑變形大。由于土釘支護是一種被動受力支護形式，只有土體發(fā)生變形時土釘才受力，因此基坑變形位移相對較大。土釘支護不宜用 于對基坑變形有嚴格要求的支護工程中，土釘支護基坑的深度不宜太大。 、 土釘支護主要適用于地下水位以上或經人工降水后的人工填土，粘性土和弱膠結砂土。對于無膠結砂層，砂礫卵石層和淤泥質土，土釘成孔困難，不宜采用土釘支護。對于不能臨時自穩(wěn)的軟弱土層，土釘支護的現場施工無法實現，因此也不能采用土釘支護。從愈多工程經驗來看，土釘支護的破壞幾乎是由于水的作用，水使土體產生軟化，引起整體或局部破壞，因此規(guī)定采用土釘支護工程必須做好降水，且不能作為擋水結構。 內支撐支護 表 21 鋼支撐和現澆鋼筋混凝土支撐的優(yōu)缺點 材料 優(yōu)點 缺點 鋼結構支撐 自重小，安裝和拆除方便，可重復使用，可隨挖隨撐，能很好地控制基坑變形，一般情況下可優(yōu)先考慮采用鋼支撐 安裝節(jié)點比較多，當構造不合理或施工不當時，很容易造成節(jié)點變形而導致基坑過大的水平位移，施工技術水平要求高 混凝土結構支撐 具有較大的平面剛度，適用于各種復雜平面形狀的基坑，現澆節(jié)點不會產生松動而增加基坑的變形，施工技術水平要求較低 自重大，材料不能重復利用，安裝和拆除需要較長工期，不能做到隨挖隨撐，對控制變形不利，當采用爆破拆除支撐時會出現噪聲、振動等危害 內支撐 最大的缺陷還在于占據基坑內的空間，給挖土和主體結構施工造成許多困難，干擾并影響施工進度；隨著主體結構的施工進展，在自下至上逐步卸去支撐時，還有可能進一步增加周圍地層的位移。此外，環(huán)境溫度變化可對支撐的內力產生很大的影響，比如 20m 寬的基坑若環(huán)境溫度降低 10186。C ，支撐就會縮短 25mm，使基坑變形增加；而在溫度升高后，這一變形并不能完全恢復，相反會使支撐內力增加許多，所以有時對內支撐在高溫下采取冷卻或涂漆（減少吸收熱量）等措施。有下列條件時，可優(yōu)先考慮選擇使用內支撐支護結構： （ 1） 相鄰場地有地下建筑物，不 宜選用錨桿支護結構； （ 2） 為保護場地周邊建筑物，基坑支護不得有較大的內傾變形； （ 3） 場地土質條件較差，對支護結構有嚴格要求時。 、 第 3 章 深基坑設計計算理論 深基坑計算理論有很多種，在此以古典的樁板計算理論為例做一個介紹。即在土壓力已知的情況下不考慮樁體的變形，用靜力平衡法來計算求解樁身的彎矩和剪力，從而運用結構設計原理的知識對樁進行配筋計算以及對基坑橫撐進行穩(wěn)定性驗算。 土壓力計算 靜止土壓力 靜止土壓力是墻靜止不動，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)時作用于墻背的側向壓力。 根據彈性半無限體的應力和變形理論， z深度處的靜止土壓力為 zKp ?00 ? （ 31） 式中 ? — 土的重度； 0K — 靜止土壓力，可由泊松比 ? 來確定， ????10K。 一般土的泊松比值，砂土可取 ～ ，黏性土可取 ～ ，其相應的 0K值在 ～ 之間。對于理想剛體 ,0?? 00?K ；對于液體 ?? ， 10?K 。 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 0E 為