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1、山东科技大学学生毕业设计（论文）1 绪 论1.1 基坑支护的发展改革开放以来，我国高层建筑发展迅速，目前，我国高层建筑的发展趋势和特点是曾数的增多，高度的增高，并积极参与国际高层建筑的竞争。迄今为止，我国已建高层建筑其高度超过100m的超高层建筑已经超过200栋，高度超过200m的超高层建筑已经达到20多栋。随着高层建筑的发展，伴随出现了深基础，基坑的深度主要取决于地下室层数，一般一层地下室的基坑深度大致为（46）m，二层地下室的深度为（89）m，三层地下室的基坑深度为（1112）m，四层地下室的基础深度为（1418）m，目前国内高层建筑最深的地下室基坑为六层，深度-26.2 m。深基坑的支护
2、工程，采用何种支护方案除了与基坑深度有直接关系外，更主要的是根据地层土质的好坏来采用不同的支护方案。基坑支护工程包含挡土、支护、防水、降水、挖土等许多紧密联系的环节，如其中某一环节失效，将会导致整个工程的失败。根据基坑工程事故的统计分析，基坑事故发生率较高，竟占基坑总数的四分之一，而这些工程事故主要表现为支护结构产生较大位移，支护结构破坏，基坑塌方及大面积滑坡，基坑周围道路的开裂和塌陷，与基坑相邻的地下设施（管线、电缆）变为以至于破坏，临近的建筑物开裂甚至倒塌，给国家经济和人民生命财产造成不同程度的损失。所以，确保基坑的安全与经济合理是当前一项主要地研究课题。由于深基坑开挖与支护技术涉及工程地
3、质、水文、场地环境、支护设计方案、计算参数以及施工操作等许多方面，其中的一些问题还尚在探讨之中，许多设计计算方法也仅建立在经验或半经验之上，使深基坑工程的设计与施工处于不定状态。一方面，由于工程失误造成的深基坑支护结构失效频繁，损失严重：另一方面，由于过分地强调安全，稳妥，以至于不考虑支护结构是一种临时结构，而按永久性结构进行设计，因此，造成的浪费也是惊人的。为了节省土地，充分利用地下空间，高层建筑本身要求有一定的埋置深度，高层建筑的停车场，设备间，储藏室等也都设在地下，从而使基坑深度增加，工程量增大，工程造价提高，因此，深基坑工程已经成为控制工程进度，质量，经济的重要组成部分。据统计，深基础
4、工程的造价一般为整栋高层建筑总造价的20%30%，深基坑支护结构的费用约占工程总造价的10%左右。随着各国城市加快建设，地上土地资源已极有限甚至没有余地，所以空间资源开发的潜力主要靠挖掘地下空间。因此，一些专家预言：二十一世纪将是人类开发利用地下空间的新世纪，虽然问题较多，但潜力很大，很值得进行研究与改进。1.2 基坑支护工程的内容及原则1.2.1 基坑支护工程的内容一般包括1) 岩土工程勘查与工程调查。确定岩土参数与地下水参数，测量临近建筑物，周围地下埋设物（管道、电缆、光缆等），城市道路等工程设施的工作现状并对承受地层位移的限值作出分析。2) 支护结构设计。包括挡土围护（如连续墙、柱列式灌
5、注桩挡墙），支撑体系（如内支撑，锚杆）以及土体加固等；支护结构的设计必须与基坑的施工方案紧密结合，需要考虑的主要依据有：当经验土体和地下水状况，四周环境安全所允许的地层变形限值，可提供的施工设施与施工场地，工期以及造价等。3) 基坑开挖与支护的施工，包括土方工程，工程降水和工程的施工组织设计与实施。4) 土层位移测量与周边工程的保护。地层位移既取决于土体和支护结构的性能与地下水的变化，也取决于施工工序和施工过程。如预测的变形超过允许值，应修改支护结构设计与施工方案，必要时对周边的重要工程设施采取专门的保护或者加固措施。5) 施工现场量测与监控。根据监测的数据和信息，必要时进行反馈设计，采用信息
6、化来指导下以步的施工。1.2.2 基坑支护的极限状态根据中华人民共和国行业标准建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）的规定，基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。基坑支护结构极限状态可分为下列两类：1) 承载能力极限状态这种极限状态，对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏。2) 正常使用极限状态 这种极限状态，对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。1
7、.2.3 基坑支护结构的安全等级建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）规定，基坑侧壁的安全等级分为三级，不同等级采用相对应的重要性系数o。基坑侧壁的安全等级及重要性系数如表1-1所示。表1-1 基坑侧壁安全等级及重要性系数安全等级 破 坏 后 果一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般1.00三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.90注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定。1.3 基坑支护工程的特点基坑支护工程具有很多
8、特征，概括起来有以下各点：1) 深基坑工程具有很强的区域性岩土工程区域性强，岩土工程中的深基坑工程，区域性更强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中，基坑工程差异性很大。即使是同一城市不同区域也有差异。正是由于岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性，往往造成勘察所得到的数据离散性很大，难以代表土层的总体情况，且精确度很低。因此，深基坑开挖要因地制宜，根据本地具体情况，具体问题具体分析，而不能简单地完全照搬外地的经验。2) 深基坑工程具有很强的个性深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关，还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网
9、的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此，对深基坑工程进行分类，对支护结构允许变形规定统一的标准是比较困难的，应结合地区具体情况具体运用。3) 基坑工程具有很强的综合性深基坑工程涉及土力学中强度（或称稳定）、变形和渗流3个基本课题，三者融合在一起需要综合处理。有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾，有的土中渗流引起土体破坏是主要矛盾，有的基坑周围地面变形是主要矛盾。深基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。同时，深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交叉的学科，是多种复杂因素相互影响的系统工程，是理论上尚待发展的综合技术学科。4) 土压力特点 基坑围护结构
10、都要承受土压力的作用。作用在挡土结构上的土压力是与挡土结构的位移有关的。静止土压力是指挡土结构物静止不动，土体处于弹性平衡状态时的土压力。主动土压力是当挡土结构向离开土体方向偏移至挡土结构物后土体达到极限平衡状态时的土压力。被动土压力是当挡土结构物向土体方向偏移至挡土结构前，土体达到极限平衡状态时的土压力。基坑围护结构承受的土压力一般是介于主动土压力和静止土压力之间或介于被动土压力和静止土压力之间。目前土压力理论还很不完善，静止土压力按经验确定或按半经验公式计算：主动土压力和被动土压力按库仑（1776）土压力理论或朗肯（1857）土压力理论计算，这些都出现在Terzaghi有效应力原理间问世之
11、前。在考虑地下水对土压力的影响时，是采用水土压力分算，还是水土压力合算较符合实际情况，在学术界和工程界认识还不一致。各地制定的技术规范中规定也有差异。另外，土还具有蠕变性，作用在围护体系上的土压力还与作用时间有关。5) 深基坑工程具有较强的时空效应深基坑的深度和平面形状，对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在深基坑设计中，要注意深基坑工程的空间效应。土体蠕变体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化，蠕变将使土体强度降低，使土坡稳定性减小，故基坑开挖时应注意其时空效应。6) 深基坑工程具有较强的环境效应深基坑工程的开挖，必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变，导
12、致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响。影响严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。大量土方运输也对交通产生影响。所以应注意其环境效应。7) 深基坑工程具有较大工程量及较紧工期由于深基坑开挖深度一般较大，工程量比浅基坑增加很多。抓紧施工工期，不仅是施工管理上的要求，它对减小基坑变形，减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。8) 深基坑工程具有很高的质量要求由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域，甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分，而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构，所以，必须保证深基坑工程的质量，才能保证地下结构和上部
13、结构的工程质量，创造一个良好的前提条件，进而保证整幢建筑物的工程质量。另一方面，由于深基坑工程中的挖方量大，土体中原有天然应力的释放也大，这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大，使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力，地下管线的某些部位出现应力集中等，故深基坑工程的质量要求高。9) 深基坑工程具有较大的风险性和较高的事故率深基坑工程是个临时工程，安全储备相对较小，因此风险性较大。由于深基坑工程技术复杂，涉及范围广，事故频繁，因此在施工过程中应进行监测，并应具备应急措施。深基坑工程造价较高，但有时临时性工程，一般不愿投入较多资金，一旦出现事故，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。深基坑工程施工周期长，
14、从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，安全度的随机性较大，事故的发生往往具有突发性。1.4 基坑支护结构的类型深基坑支护结构的主要作用是挡土，使基坑在开挖和高层深基础结构的施工全过程能安全顺利地进行，并且保证不产生危害。一般深基坑的支护结构通常是作为临时性结构的，当基础施工安装完毕即失去作用。当前国内深基坑工程已有大量的实践经验，创造了许多深基坑施工的新技术，取得了较大进步，如地下连续墙、排桩支护、锚固支护、深层搅拌支护，锚喷网支护，逆作法施工等等。但是各种方法都不算万能的，都要结合土质条件，基坑的深度，地下水情况因地制宜地实施，不能盲目地进行施工
15、。应根据不同支护类型的优选，适合条件，科学合理地选择经济合理地方案。其中最重要的控制条件是基坑的稳定性，地面变形的控制，环境因素，地下水的控制，防止基坑隆起，管涌与流沙等岩土工程问题。深基坑支护的方法有很多，现将常用的几种支护结构简单介绍如下：1) 放坡开挖适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制有严格要求，价钱最便宜，回填土方较大。2) 深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点：由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济；施工中无振动、
16、无噪音、污染少、挤土轻微，因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点：首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时，为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。3) 高压旋喷桩高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆，它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来挡土和止水。高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩，但其施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动很小，噪音也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害，它可用于空间较小处，但施工中有大
