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1、1 前言1.1总述近年来我国随着经济和城市建设的迅速发展，特别是我国的大中型城市，高层和超高层建筑发展迅速。与此同时，地下工程愈来愈多。而高层建筑多有较深的地下室，所以高层住宅楼基坑工程的设计和要求日趋重要。基坑工程是指建筑物或构筑物地下部分施工时，需开挖基坑，进行施工降水和周边的围挡，同时要对基坑四周的建筑物、构筑物、道路和地下管线进行监测和维护。确保正常、安全施工的综合性工程。基坑工程面对各种各样的地基土和复杂的环境条件进行施工作业，存在以下一些不确定因素11、外力的不确定性作用在支护结构上的外力不是一成不变的，而是随着环境条件、施工方法和施工步骤等因素的变化而改变。2、变形的不确定性变形
2、控制是支护结构设计的关键。但影响变形的因素很多，围护墙体的刚度、支撑(或锚杆)体系的布置和构件的截面特性、地基土的性质、地下水的变化、潜蚀和管涌以及施工质量和现场管理水平等等均为产生变形的原因。3、土性的不确定性地基土的非均质性(成层)和地基土的特性不是常量，在基坑的不同部位、不同施工阶段土压力是变化的，地基土对支护结构的作用或提供的抗力也随之变化。 4、一些偶然因素变化所引起的不确定性施工场地内土压力分布的意外变化、事先没有掌握的地下障碍物或地下管线的发现以及周围环境的改变等等，这些事前未曾预料的因素均会影响基坑的正常施工和使用。目前，在基坑工程中发生事故的概率，往往高于主体工程。由于存在以
3、上四大不确定因素，很难对基坑工程的设计与施工制订一套标准模式，或用一套严密的理论和计算方法，把握施工中可能发生的各种变化。只能采用理论计算与地区经验相结合的半经验、半理论的方法进行设计。1.2基坑工程的内涵基坑工程，为保证基坑施工，主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水、土方开挖和回填，包括勘察、设计、施工和检测等，称为基坑工程。基坑工程是土力学基础工程中一个古老的传统课题，同时又是一个综合性的岩土工程问题，既涉及到土力学中典型的强度、稳定与变形问题，同时还涉及土体和支护结构的共同作用问题。基坑工程具有以下特点：（1）建筑趋向高层化，基坑趋向深度化发展。（2）基坑开挖面积大
4、，长度和宽度超过百米甚至数百米，给支撑布置带来较大难度。（3）在软弱地层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响。（4）深基坑施工工期长，场地狭窄，降雨、重物堆放等对基坑稳定不利。（5）在相邻场地施工中，打桩、降水、挖土及基础浇筑混凝土等工序会互相制约与影响，增加协调工作的难度。基坑工程所包括的内容可以用下图大概的表示出来。基坑工程基坑支护工程 围护结构支护结构撑支锚体系撑锚体系降水技术降水技术土体加固土体加固土方开挖施工土方开挖施工施工监测与控制施工监测与控制基坑开挖根据场地条件、地质情况，施工开挖方法可采用无支护的放坡开挖和有支护的垂直开挖。放坡开挖时，
5、开挖坡面不需任何支护，而用放坡方法开挖保持土体稳定，其优点是不必设置支护结构。主体结构施工时，场地较大，便于施工布置，而其缺点是开挖工程量相对较大，而且占用场地较大，适用在旷野采用明挖修建地下工程的情况。在场地受限的情况下，采用有支护的垂直开挖，这必须对基坑边壁设置支护，这样的基坑工程在城市大型工程中常可见到。为了保持基坑侧壁稳定及邻近建筑物的安全，需采用基坑边壁的支护加固措施，包括围护墙、支撑系统、围檩、防渗帷幕等总称为支护结构。基坑工程是建筑工程的辅助工程，基坑支护结构的主要功能是挡土和防水，以使主体结构顺利施工，且不影响或减少一些周边环境。从挡土功能考虑，基坑支护可分为两大类，即支护型和
6、加固型。支护型是将支护结构作为主要受力构件支挡坑壁可能形成的水土压力；加固型则是加固土体强度，维持坑壁稳定。支护型包括板桩墙、排桩、地下连续墙等结构形式，加固型包括水泥土搅拌桩、高压旋喷桩、土工锚杆支护、土钉支护等。实际工程中，常将它们结合起来而形成混合结构。目前经常采用的支护类型及其特点概括如下：（1）水泥搅拌桩围护结构 其优点是形成重力式挡土墙，不需要支撑，基坑内挖土方便，搅拌桩施工时无环境污染（无噪声、无振动、无排污）、造价低、防渗性好，但这种围护结构往往要求基坑周围有一定空间布置搅拌机，且只宜用于开挖深度不大的基坑工程。（2）排桩围护加内支撑（或土锚） 外侧加一排水泥土桩，形成抗渗帷幕
7、，这种排桩支护适用于较深的基坑，但造价较高。（3）地下连续墙围护加内支撑（或土锚） 这种支护结构施工时对周围环境影响较小，对土层条件适应性强，墙体抗弯强度、防渗性能和整体性均较好，可做整体结构的一部分，但其造价更高，施工技术要求更高。（4）土钉墙支护 基坑周围不具备放坡条件，地下水位较低，邻近无重要建筑或地下管线，基坑外地下空间允许土钉占用时可采用土钉墙支护。基坑工程的设计涉及的内容包括围护结构、支撑系统、挖土方案、换撑措施、降水方案、地基加固等，这些方面常常是互相关联的，在基坑工程设计时必须综合考虑。目前，基坑支护结构设计一般是在主体结构施工前进行。值得注意的是一些场地狭小、主体结构与围护结
8、构互相影响。围护结构兼作主体结构的一部分时，基坑支护结构设计应在主体结构方案中给予考虑，基坑支护结构的设计原则为八个字：安全经济、施工简便。（1）安全可靠 满足支护结构强度、稳定及变形的要求，确保周围环境的安全。（2）经济合理 在安全可靠的前提下，要从工期、材料、设备、人工及环境保护等方面综合确定具有明显经济效果的方案。（3）施工便利并保证工期 在安全可靠、经济合理的原则下，最大限度的满足方便施工（如合理的支撑布置，便于挖土施工），缩短工期。根据国家标准建筑基坑支护技术规程（JGJ120-1999）的规定，基坑支护结构应采用分项系数表示的极限状态设计方法进行设计。基坑支护结构的极限状态，可以分
9、为下列两类：（1）承载能力极限状态 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 对应于支护结构的变形已妨碍地下结构的施工或影响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计算。建筑基坑支护技术规程（JGJ120-1999）规定，基坑侧壁的安全等级及重要性系数0，见表 1-1 。表 1-1 基坑侧壁安全等级及重要性系数安全系数破坏后果重要性系数0一级支护结构破坏，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
10、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近年来，武汉、深圳和上海等地陆续制定了基坑工程方面的地方标准，总结了基坑工程的设计、施工经验，用以指导工程实践。例如根据上海市标准基坑工程设计规范（DBJ 08-61-1997）,可把基坑按重要性分为以下3级：（1） 符合下列情况之一时，属于一级基坑工程：1）支护结构作为主体结构的一部分时；2）基坑开挖深度大于等于10m时；3）距基坑边两侧开挖深度范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需要严加保护时。（2）开挖深度小于7
11、m，且周围环境无特别要求时，属于三级基坑工程。（3）除一级和三级基坑工程以外的，均属于二级基坑工程。1.3基坑工程设计，施工现状 基坑工程是设计与施工、理论与实践密切相关的一门学科。基坑工程的成败，当然与计算理论有关，但亦与施工方案的正确与否、是否严格按计算采用的施工工况进行施工、施工质量的好坏等密不可分。 基坑工程施工，是否严格遵照设计要求，是很关键的问题。回顾过去基坑工程施工中产生的事故，除设计错误或考虑不周者外，绝大多数皆与此有关。 对水泥围护结构，施工过程中搅拌是否均匀，搭接长度是否足够，水泥掺入量是否符合设计要求，相邻桩的施工间歇时间是否超过规定，土方开挖前的养护时间是否达到设计要求
12、，土方开挖是否分层开挖等一系列的问题，皆影响水泥围护结构的强度、稳定和抗渗透能力。该围护结构的成败，在很大程度上取决十施工质量。 板式支护体系由围护墙、围镖与支撑体系、防渗与止水结构等组成。围护墙结构常用形式有桩排式围护墙和板墙式围护墙。对十这类支护体系，同样，施工质量产生巨大的影响。如钢板桩的施工，打设的垂直度如何，相互咬合是否紧密，支撑是否顶紧等，都影响板桩墙的变形和抗渗能力。 如目前应用较多的钻孔灌注桩围护墙，其桩位偏差和桩身垂直度偏差，桩孔成孔的质量，钢筋笼加工质量和下放位置、混凝土的强度等级，防渗帷幕水泥土搅拌桩的施工质量，支撑和围镖的施工质量和形成时间等，皆影响这种支护体系的强度、
13、稳定、变形和抗渗能力。一旦某个环节的施工质量不保证，土方开挖后会带来一些麻烦，须及时补救，严重者则会带来后果严重的事故。地下连续墙围护结构是一种整体性较强、受力性能和抗渗能力较好的围护结构。但如果接头不好，墙身浇筑质量不保证，混凝土强度等级达不到要求，亦会削弱其受力性能和抗渗能力，给基坑工程带来不利影响。 为此，基坑工程施工是基坑工程的重要组成部分，要严格按照设计要求和有关施工规范规程进行施工。2基坑支护的形式和合理选型22.1常用基坑支护的形式2.1.1放坡开挖无支护式放坡开挖的基坑工程是指不需要采用支护结构的基坑开挖工程，开挖深度可深可浅，主要取决于工程要求和地质条件及周边场地环境条件。根
14、据地下水条件及排水方式可分为无地下水的一般放坡开挖、明沟排水放坡式开挖及井点排水放坡式开挖等。放坡基坑工程可以为地下结构主体的施工创造最大限度的工作场地，方便现场工程布置，因此在场地环境条件和地质条件允许的情况下，应优先选择放坡开挖。见图 1 。图 1 放坡开挖50年代初，轻型井点试验成功后，在放坡开挖基坑周围用井点降水法疏干地层，提高边坡和基坑底的稳定性。随着井点降水技术的不断发展，使开挖深度得以不断加深，放坡角度逐渐加大。1973年，上海石化总厂排水泵站工程的基坑深度达78米。1979年，在宝钢总厂排水泵站工程中采用多层井点，使放坡开挖的基坑深度达8.5米，边坡坡角超过600；在宝钢总厂砂
15、性土层的7米深排管沟槽开挖中，沟槽两侧采用喷射井点降水，使边坡坡角增大至65。1985年，在上海真北路下立交箱涵顶进基坑中，对很软弱的流塑粘土层采用电渗井点降水法加固基坑边坡，使6米深，45边坡的基坑得以稳定。适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制无严格要求，价钱最便宜，回填土方较大；但是在城市建筑物日益密度化的今天，放坡开挖已经逐渐不能体现当年的优势。2.1.2深层搅拌水泥土围护墙支护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。它是近年来发展起来的一种重力式支护结构。它是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩），见图 2 。 图 2 水泥土墙 1搅拌桩 2插筋 3面板用于支护结构的水泥土其水泥掺量通常为12%15%（单位土体的水泥掺量与土的重量之比），水泥土的强度可达0.81.2MPa，其渗透系数很小，一般不大于10.6cm/s。由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既
