项目名称：深大基坑稳定与变形精细控制及节约型基坑支护

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1、项目名称：深大长基坑安全精细控制与节约型基坑支护关键技术及其应用推荐单位：中国土木工程学会推荐奖种：2015 年度国家科技进步奖一等奖项目简介：随着大型基础设施、大型公共建筑和高层建筑的大量建设，基坑向大深度、大面积、大长度发展，基坑支护工程造价不断增大。基坑周边既有建筑和环境条件也越来越复杂。基坑事故与环境损害频发，大量引发道路沉降、地下管线破坏、建筑物倾斜开裂，影响邻近地铁、高铁等设施的安全运行。同时，施工过程中大量抽取地下水，导致地下水位显著下降和地下水资源的大量损耗。项目经过十多年的产学研联合攻关和工程实践，形成三项系统创新成果并已进行大量工程应用：1. 系统建立了深大长基坑安全精细控

2、制成套方法与技术1）首次提出了考虑基坑开挖对基坑内工程桩影响、地下连续墙成槽、基坑开挖前降水、温度变化引起基坑与环境变形的计算方法，首次提出基于水平支撑变形冗余度和考虑围护桩不同变形模式的变形控制方法。解决了传统方法在这些方面的空白及由此导致低估深大长基坑变形 40%100%的问题。 2）研发了地下水加压回灌、双井组合回灌、埋入式隔离桩结合应力补偿法注浆等主动控制技术，实现了变形的 mm 级精细控制（变形 0mm10mm，控制精度 mm） ，解决了传统技术不能满足深大长基坑开挖和降水引起地铁、高铁、精密设备等变形的 mm 级控制难题。 3）首次揭示了深大长基坑由局部破坏引发大范围连续破坏的机理

3、，提出了防连续破坏性能评价指标和评价方法，建立了防连续破坏设计理论与精细控制方法，填补了国内外在基坑防连续破坏方面的空白，实现了防连续破坏精细控制。2提出了大面积基坑无多级支护设计方法和多级支护新技术。首次揭示了基坑多级支护的变形与破坏机理并提出了计算方法，提出了多种新型多级支护技术，实现了大面积基坑在条件适当时取消水平支撑，并在应用深度方面取得显著突破，桩锚式多级支护最大应用深度提高 75%，悬臂式多级支护最大应用深度提高 200%。单项工程造价降低 10%-30%，工期缩短 1-3 月。 3研发了沿海地区地下水回灌成套技术。研发了首套抽灌一体化装置和技术，将基坑抽出的地下水在现场处理后回灌

4、，解决原位地下水不能直接回灌、采用自来水回灌成本高与耗水量大的关键难题；研发的加压回灌技术使回灌量提高 50%100%，解决了沿海地区承压含水层回灌量小的难题。显著减少基坑抽降地下水引起的基坑外地下水位下降和地下水资源损失。项目在基坑变形主动控制技术、基坑防连续破坏控制设计理论与方法、无支撑多级支护设计方法与新技术、沿海地区地下水回灌技术等四个方面取得自主创新的突破，获 2013 年教育部高等学校科学技术进步一等奖等奖励，纳入建筑地基基础设计规范等多项国家及地方重要规范，发表论文 231 篇，其中SCI/EI 论文 116 篇，他引 2050 次。1 篇论文获国际岩土工程界声誉很高的 R.M.

5、 Quigley 奖。主参编规范 4 部，主参编英文著作 1 部、中文著作及手册 6 部。授权发明专利 7 项、实用新型专利 35 项、国家级工法 3 项，省部级工法 10 项。项目研发成果显著提高了深大长基坑与环境的安全控制水平，在节约型基坑技术方面取得突破，具有广泛应用前景，已应用于北京、天津、上海、武汉、海口等地交通枢纽、地铁、超高层建筑等 72 项大型工程，累计节支达 8.48 亿元。主要完成单位及创新推广贡献：1、天津大学：（1）为本项目负责单位。 （2）负责本项目第 1 创新点的研究，主要承担基坑开挖前的降水引起的变形控制技术、基坑开挖对坑底工程桩影响机理与简化计算方法、埋入式隔离

6、桩的研究。对深大基坑支护体系的连续破坏现象进行了研究，揭示了其连续破坏机理，首次将冗余度概念引入基坑工程设计，提出了适用于水平内支撑的冗余度评价指标和分析方法，建立了基坑工程冗余度设计方法与控制技术。 （3）负责本项目第 2 创新点的（1）研究、参与（2） 、 （3）的研究。授权 2 项相关国家发明专利，2 项实用新型专利发展了深大基坑无支撑多级支护技术，揭示了其工作机理和破坏模式，建立了整体式、分离式和关联式设计方法。2、中国建筑第六工程局有限公司：（1）参加第 1 创新点的研究，主要参加基坑开挖前、开挖过程中和地下结构施工过程中引起的变形精细控制技术的研究，研发了软土基坑施工引起变形的精细

7、化监测技术，适应 mm 级的变形控制要求，促进了项目成果的推广应用，完成了地铁、交通枢纽、超高层建筑深大基坑等多项示范工程的应用。 （2）参加第 2 创新点的研究，参与发展了深大基坑无支撑支护技术，将该技术应用于多项大型基坑工程，解决了关键施工技术问题。3、北京城建集团有限责任公司：（1）主要参与创新点 2 的研究。 （2）承担了国家大剧院基坑工程的设计与施工，提出并实施了深基坑多级支护。国家大剧院地处北京天安门地区，为一多功能特大型公共建筑，总占地面积 8 万余平方米，大部分基础埋深为-26m，歌剧院台仓基础埋深为-32.5m，戏剧院台仓基础埋深为-29.1m，音乐厅基础埋深为-27m。该建

8、筑因其特殊的地理位置、周边环境及复杂的工程地质情况，使该基坑成为施工难度很大的基坑。202 区主体深基坑经过多方案的比选，最终采用桩、墙多级支护，避免了超深地下连续墙的采用和大量地下水的抽降。最终护坡桩最大水平位移变化范围4.6222.98mm，地下连续墙最大水平位移变化范围 4.6410.87mm，基坑周边建筑物没有发生沉降，圆满完成在基坑周边存在具有重要政治意义、对变形要求极其严格的条件下的超深基坑施工。为基坑多级支护在北京地区的实施建立了示范工程。 （3）提出了基坑底部以下分布有承压水含水层时的分区降压技术和方法，开展研究并在北京多项实际工程中进行应用，取得良好的社会和经济效益。4、香港

9、科技大学（1）香港科技大学吴宏伟教授（C.W.W Ng）与天津大学郑刚教授合作，指导天津大学建筑工程学院访问博士生刁钰、魏少伟（导师为郑刚教授）设计并完成了一系列既有创新性又有实际应用价值的土工离心机模型试验，系统研究深基坑开挖对工程桩承载力和沉降的影响，合作发表 SCI 论文 4 篇。其中由 G. Zheng, SY Peng, CWW Ng and Y Diao 联合撰写的“Excavation effects on pile behaviour and capacity“被评为 2012 年加拿大岩土工程学报（Canadian Geotechnical Journal）2012 年最佳论

10、文并被授予 2013 R.M. Quigley Award 奖。 （2）参与创新点 1 的（1） 、 （2）的研究。（3）研究了地下连续墙成槽时，槽段周围土体的应力与变形。研究了坑底桩对基坑抗突涌影响。采用离心机试验和数值分析研究了基坑开挖对坑底以下和坑底以外既有隧道的影响。研究了不同条件下基坑围护结构变形模式及坑外土体变形。5、上海广联建设发展有限公司：（1）负责本项目创新点 2 的（2）的研究，参与了创新点 1 的（）的研究。 （2）为了减小大面积深开挖基坑降水对周边环境的影响，结合天津、上海、南京、杭州等典型承压含水层，开展了现场试验、理论分析和工程应用研究，提出了基于提前预回灌、控制被

11、保护区域承压水水头、尽可能少下降从而控制沉降的预回灌理论和变形主动控制措施，建立了低渗透性承压含水层的回灌技术；同时，通过预回灌控制技术在工程中的应用，提出了相应的控制标准和措施，在降低工程造价的同时有效地控制坑外沉降。直接应用于天津、上海、昆明、南京等多个城市的二十余项基坑支护工程的施工，如上海路发广场、南京金润广场、昆明地铁建设、上海轨道交通建设项目，保证了工程的安全及经济效果、节约了投资，并为今后类似工程提供技术储备和理论依据。节约大量自来水资源，创造了优异的经济效益和社会效益。（）研发了沿海地区地下水抽灌一体化装置与技术，实现了不采用自来水而是采用现场抽出的地下水经过现场快速处理后的长

12、期回灌。6、中建三局集团有限公司：（1）参与第 1 创新点的研究，应用该项技术，对超大深基坑开挖前降水、支护结构施工、地下结构施工等阶段的基坑支护结构体系变形控制的施工技术进行研究，促进了项目成果的推广应用，将该技术应用于多项大型基坑工程。 （2）参与创新点的（3）的研究，应用防连续破坏的优化设计方法、控制技术及评估方法，对大面积水平支撑分期施工和分期拆除的施工技术进行了研究与应用，完成了天津 117 大厦等多项示范工程的应用。（3）参与创新点的（1）的研究，研究和发展了深大基坑无支撑支护技术，解决了该项技术应用所需的关键施工技术问题，将该技术应用于武汉中心等多项示范工程的基坑工程，验证了该项

13、技术的科学合理性和实际可行性，促进了项目成果的推广应用。推广应用情况：本工程研究成果已在 72 项工程中得到应用，项目分布天津、上海、北京、南京、杭州、海口、广州、武汉、盘锦等多个省市，代表性工程见应用证明及经济效益证明（附件 23-42） 。主要应用于大型地下交通枢纽、地铁大长度深基坑、超高层建筑的超深基坑和大型商业综合体大面积深基坑，项目总节支 8.48亿元。曾获科技奖励情况：获奖项目名称获奖时间奖项名称奖励等级主要获奖人授奖单位国家大剧院2008-12-01詹天佑土木工 程科学技术奖无北京城建集团有限责 任公司中华人民共和国住 房和城乡建设部超深逆作法施工关 键技术创新与应用 研究201

14、3-10-01科学技术奖科 技创新成果一等奖刘春安、廖秋林、张 晋勋、曾广桃、张志 艳中国施工企业管理 协会主要知识产权证明目录：知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态授权发明 专利一种可调 节式串连 承压水真 空降压方 法中国ZL200 710058 398.42009- 12-30585685天津大 学郑刚、 杨建民有效授权发明 专利用于基坑 围护结构 变形测量 的测斜管 的绑扎方 法中国ZL201 221023 9273.22014- 05-211405066中国建 筑第六 工程局 有限公 司等张立敏、 段前忠、 王存贵 等有效授权发明

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