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1、 西 南 交 通 大 學 本科畢業(yè)設計（論文） 深圳地鐵深基坑支護設計 年 級: 06級 學 號: 20060371 姓 名: 何曉輝 專 業(yè): 土木工程專業(yè) 指導老師: 劉昌清 2010 年 6 月 西南交通大學畢業(yè)設計（論文）

2、 第 頁 院 系 土木工程學院 專 業(yè) 土木工程專業(yè) 年 級 06級 姓 名 何曉輝 題 目 深圳地鐵深基坑支護設計 指導教師 評 語

3、

4、

5、 指導教師 (簽章) 評 閱 人 評 語

6、

7、 評 閱 人 (簽章) 成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 日

8、 西南交通大學畢業(yè)設計（論文） 第 頁 畢業(yè)設計（論文）任務書 班 級 2006級土木 12 班 學生姓名 何曉輝 學 號 20060371 發(fā)題日期：2010年 3 月 1 日 完成日期： 6 月 20 日 題 目 深圳地鐵深基坑支護設計 1、本論文的目的、意義 畢業(yè)設計(論文)的目的是使學生能夠?qū)⑺鶎W基礎理論和專業(yè)知識應

9、用到工程實際中，達到理論與實踐相結合的目的。通過本畢業(yè)設計，使學生對地鐵深基坑支護中存在的問題有較深刻的了解，熟悉深基坑支護的主要內(nèi)容及各種常用的方法， 掌握深基坑支護的設計理論和設計計算方法。通過本次畢業(yè)設計的訓練，使學生具備工程設計的基本技能，初步具備工程師的能力。

10、 2、學生應完成的任務 學生在畢業(yè)設計過程中應完成以下三部分的工作： 第一部分：論文正文，至少應包括以下幾部分內(nèi)容——（1）查閱資料，了解國內(nèi)外最新動態(tài)；（2）對深基坑支護的常用方法進行綜述；（3）詳述深基坑支護的設計理論和設計計算方法；（4）結合深圳地鐵工程實例對深基坑支護進行設計；(5)對深基坑支護設計施工中存在的問題進行探討。 第二部分：畢業(yè)實習，參加畢

11、業(yè)實習并編寫實習報告。 第三部分：外文翻譯，按要求翻譯不少于10000字符的外文資料。

12、 3、論文各部分內(nèi)容及時間分配：（共 12 周） 第一部分 原始資料的收集和整理 (2.0周) 西南交通大學畢業(yè)設計（論文） 第 頁 第二部分 計算、分析、撰寫論文 (6.0周) 第三部分 繪圖

13、 (1.0周) 第四部分 審查及文整 (1.0周) 第五部分 實習 (1.0周) 評閱及答辯 (1.0周) 備 注

14、 指導教師： 年 月 日 審 批 人： 年 月 日 西南交通大學畢業(yè)設計（論文） 第 頁

15、 摘 要 基坑工程是指在地表以下開挖的一個地下空間及其配套的支護體系。而基坑支護就是為保證基坑開挖，基礎施工的順利進行及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側壁以及周邊環(huán)境采用的支擋，加固與保護措施。 基坑支護體系是臨時結構，安全儲備較小，具有較大風險，基坑工程具有很強的區(qū)域性。不同水文，工程地質(zhì)環(huán)境條件下基坑工程的差異很大。基坑工程環(huán)境效應復雜，基坑開挖不僅要保證基坑本身的安全穩(wěn)定，而且要有效的控制基坑周邊地層移動以及保護周圍環(huán)境。 本文在第1章中介紹了深基坑的發(fā)展狀況、人們對其設計理論的研究狀況及重點研究方向；第2章主要介紹了

16、基坑支護的一些常用方法及各自的特點；在第3章中，從排樁的計算、止水、降水以及鋼支撐穩(wěn)定性分析方面對深基坑計算理論進行了闡述，最后還介紹了施工監(jiān)測方面的內(nèi)容；第4章通過對深圳地鐵工點的具體分析，運用前面講到的理論方法，對基坑支護進行了設計；第5章對施工組織設計做了一個簡單的設計，著重介紹了土方的開挖順序、挖孔樁和鋼支撐的施工工藝。 關鍵詞：基坑支護結構 人工挖孔樁 鋼支撐 施工組織設計 西南交通大學畢業(yè)設計（論文） 第 70 頁

17、 The Design of Deep Foundation Pit Bracing of Shenzhen Metro Abstract Foundation Pit is the excavation of an underground space below the surface and a coordinated support system. Bracing of foundation pit is to ensure that excavation and foundation construction for the smooth and safe envi

18、ronment Foundation Pit and used the pit retaining wall reinforcement and protection. Bracing of Foundation Pit structure is the structural safety of temporary reserves are smaller, more risk. Foundation pit structure has a strong regional. Excavation works under different hydrological enviro

19、nmental and geological conditions are vastly. Effects complex excavation, excavation pit is not only necessary to ensure their own safety，but also to effectively control the pit surrounding strata. In chapter 1, it introduces the development of deep foundation pit, and the study of the design

20、 theory, and the major research direction; In chapter 2, it primarily introduces some methods of the foundation bracing and respective characteristic; In chapter 3, it gives readers a presentation to the theory of computation of deep foundation pit, through calculation of piling, water-stop, dewate

21、ring and the stability analysis of steel bracing. In the end, it introduces some content about supervisory survey of construction; In chapter 4, through detailed analysis of construction site and the application of the theory method mentioned above, it finishes the design of the deep foundation brac

22、ing; In chapter 5, it designs the construction management plan simply, among which earth excavation sequence and the construction techniques of dug pile and steel timbering are recommend highlighted. key words: Bracing of Foundation Pit Structure, Artificial digged-hole pile, Steel Timbering, Const

23、ruction Management Plan 目錄 第1章 緒論 1 1.1 深基坑工程的發(fā)展狀況 1 1.2 深基坑支護設計理論及計算方法研究現(xiàn)狀 2 1.3 深基坑工程中存在的主要問題及重點研究方向 4 第2章 基坑支護的主要內(nèi)容和方法 7 2.1 基坑支護的內(nèi)容和特點 7 2.1.1 基坑支護的主要內(nèi)容和功能 7 2.1.1 基坑支護的主要特點…………………………………………………… 8 2.2 基坑支護方法概述 9 2.2.1 護壁樁支護結構 9 2.2.2 地下連續(xù)墻支護 10 2.2.3 土釘支護 11 2.2.4 內(nèi)支撐支護 12 第

24、3章 深基坑設計計算理論 13 3.1 土壓力計算 13 3.1.1 靜止土壓力………………………………………………………………13 3.1.2 填土面水平時的朗肯土壓力……………………………………………14 3.2 地下連續(xù)墻止水帷幕 16 3.2.1 地下連續(xù)墻的分類 16 3.2.2 地下連續(xù)墻的優(yōu)點 16 3.2.3 地下連續(xù)墻止水帷幕的應用 17 3.3 降水設計 17 3.3.1 管井降水一般計算方法 17 3.3.2 按經(jīng)驗數(shù)據(jù)計算管井降水 19

25、 3.3.3 輔助降水 19 3.4 排樁設計 19 3.5 鋼支撐穩(wěn)定性驗算 21 3.6 施工監(jiān)測 22 3.6.1 監(jiān)測量測組織與程序 22 3.6.2 施工監(jiān)測主要內(nèi)容 23 第4章 深圳地鐵太安站工點設計 26 4.1 太安站工程概況及設計資料 26 4.1.1 概述 26 4.1.2 本區(qū)地質(zhì)情況概要及不良地層概況 26 4.1.3 太安車站周邊建造物基礎調(diào)查 28 4.1.4 52軸至67軸周邊房屋照片 28 4.2 施工降水 30 4.2.1工程地質(zhì)概況 30 4.2.2管井降水計算 31 4.2.

26、3 按經(jīng)驗數(shù)據(jù)降水計算 32 4.3 樁配筋計算和鋼支撐穩(wěn)定性驗算 32 4.3.1 樁配筋計算 33 4.3.2 鋼支撐穩(wěn)定性驗算………………………………………………………43 第5章 深基坑支護施工組織設計 45 5.1 工程概況 45 5.1.1 工程簡介 45 5.1.2 既有建筑物 45 5.1.3 工程特點 45 5.1.4 工程重點 46 5.1.5 技術難點及采取措施 48 5.2 總體施工方案及施工順序 48 5.2.1 總體施工方案 48 5.2.2 施工步驟 50 5.2.3 施工組織 51 5.3 挖孔樁及護壁

27、施工 52 5.3.1 挖孔樁施工 52 5.3.2 護壁施工 54 5.4 鋼支撐施工 55 5.4.1 施工工藝 56 5.4.2 施工方法 56 結論 60 致謝 61 參考文獻 62 附錄 63 第1章 緒論 1.1 深基坑工程的發(fā)展狀況 自80年代以來，我國城市建設進入了一個新的發(fā)展時期，高層、超高層的建筑越來越多，僅從1990年到2000年的十年間，我國各大中城市己建10層以上的建筑物超過1.5億m。相應的，基坑開挖的深度也就越來越大，如武漢的國貿(mào)大廈基坑開挖到地面以下16.8m；北京市經(jīng)貿(mào)委大樓，地下4層結構，基礎埋置深度為地面以下30m；上海

28、的經(jīng)貿(mào)大廈基坑開挖到地面以下32m。我國迄今已竣工的深基坑工程在各大城市中可謂比比皆是，不勝枚舉。據(jù)有關部門估計，我國目前己開發(fā)利用的地下空間約m時，這大體上反映了其僅完成的深基坑工程的規(guī)模。總之，我國高層建筑數(shù)量越來越多的同時，深基坑將向大深度、大面積方向發(fā)展已成必然趨勢。 深基坑工程是基礎工程的一個組成部分。深基坑工程在國外稱為“深開挖工程”(Deep Excavation)，這比稱之為“深基坑”似乎更全面。因為從上面的描述可知，為建(構)筑物的基礎結構而開挖，只是深開挖的一種類型；深開挖還包括為各種地下工程整體(并非基礎而己)所需進行的深層開挖。如果完整而形象的說，它是為了高層建筑和高

29、聳桿塔煙囪等構筑物的基礎結構，或城市地鐵車站、地下商場、地下車庫、地下影劇院、地下變電站等各類地下工程開辟地下空間，以便它們進入施工的一個重要技術領域。深基坑工程最終并不形成任何物質(zhì)產(chǎn)品或固定資產(chǎn)，它是一種大型的，技術含量高的“服務性工程行為”；一旦基礎結構或地下工程施工完畢，深基坑即完全消失。因此，也可以把它稱為基礎結構或地下工程施工的先導技術。 在復雜、眾多的基坑工程實踐中，我國深基坑工程技術已得到長足發(fā)展，其標志是: （1）基坑工程技術標準與規(guī)范的編制 為經(jīng)濟安全的進行基坑工程的施工，減少工程事故發(fā)生，各地都組織技術力量進行基坑工程技術標準的編制工作，這足以說明基坑工程由“亂”到“

30、治”，正逐漸走上向許可循的新時期。我國的許多專家學者紛紛參與深基坑工程的實際工程或咨詢答疑，或進行專題研究。中國科學院和工程院孫鈞、劉建航、葉可明、陳肇元、錢七虎等多位院士的直接參與指導，我國大量深基坑工程解決了面臨的一個又一個難題，迅速達到了一個新水平。兩本國家行業(yè)標準《建筑基坑工程技術規(guī)范(YB9285-97)》和《建筑基坑支護技術規(guī)程（JGJ120-99)》相繼編成，頒發(fā)實施。 (2) 基坑支護工程新結構與新技術的提出 各地在基坑工程實踐中，結合地區(qū)的具體情況，相繼發(fā)展了一些行之有效的新技術，如加筋水泥土地下連續(xù)墻、土釘墻、水泥土重力墻、圓拱形支護結構、逆作法、內(nèi)支撐支護體系、組合式

31、支護、雙排樁支護等。在施工機械與技術上也有新的突破，如可拆除式錨桿技術，潛孔錘氣動土釘打入機等。 (3)支護結構設計理論與方法的提出 針對各地的具體問題，不少單位和學者相繼提出了不少設計新理論與新方法。如秦四清提出的支護結構優(yōu)化設計理論，楊光華等提出的多錨撐涉及增量計算法，劉建航院士提出的軟土深基坑開挖的時空效應理論，其他學者建議的設計方法，還有多錨撐設計分段等值梁法，“m”法。還有有限元分析理論，如彈性抗力有限元法、二維、三維彈塑性有限元法，大變形有限元理論等已相繼應用于基坑工程，取得了滿意的效果。 1.2 深基坑支護設計理論及計算方法研究現(xiàn)狀 支護結構強度和變形的分析計算基本方法可

32、總結為三類，即極限平衡法、土抗力法和有限元分析法。 （1） 極限平衡法 極限平衡法在基坑支護設計發(fā)展早期一直被廣泛應用，且仍是目前我國相關設計人員最熟悉的基坑支護設計計算方法之一。由于它具有計算簡便，可以手算，且在目前情況下即使應用彈性地基反力法計算支護結構內(nèi)力，其嵌固深度還是要用極限平衡法確定；此外，對空間效應不明顯的不級基坑和地層較穩(wěn)定、周圍環(huán)境較簡單的二級基坑中的懸臂支護結構及單支點支護結構采用極限平衡法計算也是適宜的。所以，在今后一段時期內(nèi)，極限平衡法還會得到一定范圍的應用。等值梁法、靜力平衡法、太沙基法、二分之一分割法等都屬于極限平衡法，國內(nèi)較多采用等值梁法和靜力平衡法。 極限

33、平衡法假定作用在圍護墻前后的土壓力分別達到被動土壓力和主動土壓力，在此基礎上再作某些力學上的假設，把超靜定問題簡化為靜定問題求解。它未考慮圍護墻位移對土壓力的影響，也不能反映支護結構的變形情況，尤其是對有支撐(或錨桿)的支護結構采用等值梁法設計時，對支點力的計算假定與支點剛度系數(shù)無關，因而不能模擬分步開挖工況。此外，該方法沒有也無法考慮基坑的空間效應。所以，極限平衡法無論在理論上還是應用中都存在很大的局限性。 （2）土抗力法 土抗力法又稱為基床系數(shù)法或地基反力法。當假定地基為彈性時也稱為彈性地基反力法，我國《建筑基坑支護技術規(guī)程》(JGJ120-99)推薦的方法稱為彈性支點法。

34、土抗力法在橫向受荷樁的分析中被廣泛應用。按地基反力的不同假設，主要有極限地基反力法、彈性地基反力法(包括線性彈性地基反力法和非線性彈性地基反力法)和復合地基反力法（p-y曲線法)三種。它們不同程度地考慮了樁與土之間的共同作用。目前應用最多的是假定地基反力系數(shù)為深度的線性函數(shù)的線性彈性地基反力法。 基坑支護設計土抗力法是在橫向受荷樁分析方法的基礎上改進發(fā)展而來的。早期由于受計算技術的限制，對實際情況作了很大的簡化，以便可以用解析方法求解。例如日本的“山肩邦南法”、“彈性法”和“彈塑性法”等，它們都假定圍護墻后作用已知的主動土壓力?！吧郊绨钅戏ā焙汀皬椝苄苑ā睂㈤_挖面以下墻前的土體分成塑性區(qū)和彈

35、性區(qū)；“彈性法”則假定開挖面以下的土體均為彈性區(qū)。 隨著計算技術的發(fā)展，使得基坑支護設計土抗力法可以采用數(shù)值解法。20世紀SO年代波爾斯(Bowles)提出了求解彈性地基梁的有限元程序，大大促進了土抗力法的發(fā)展。目前，通用的土抗力法是彈性地基反力法，它是在地基基礎設計計算的彈性地基梁分析方法基礎上形成、并引用橫向受荷樁的分析方法改進而來。即將計算寬度的圍護墻視為豎向地基梁，支撐(或錨桿)簡化為與其截面積和彈性模量有關的二力桿彈簧。開挖面以下墻前土對梁的地基反力用土彈簧來模擬；墻后荷載常用的有兩種計算圖式:采用主動土壓力(我國現(xiàn)行規(guī)程采納)或用土彈簧模擬，土彈簧系數(shù)即為地基土的水平基床系數(shù)。按

36、荷載的施加情況，求解方法有“總量法”、“增量法”等。 目前采用的彈性地基反力法部分地考慮了支護結構與土的線性共同作用，分析中所需土性參數(shù)單一，并可有效地計人基坑開挖過程中多因素的影響。如作用在圍護墻兩側土壓力的變化、支撐(或錨桿)數(shù)量隨開挖深度的增加而變化、預緊力及支撐(或錨桿)設置前的圍護墻位移對內(nèi)力和變形的影響等，因而可大體模擬分步開挖各工況。同時，從支護結構的水平位移可以初步估計基坑開挖對周圍環(huán)境的影響。因此，彈性地基反力法得到日益廣泛的應用。但它沒有考慮支護結構與土的非線性共同作用，我國現(xiàn)行規(guī)程推薦的彈性支點法對墻后開挖面以上按主動土壓力、開挖面以下則按定值土壓力考慮，這些都與工程實

37、際存在很大的差距，需作進一步的研究和完善。 （3） 有限元分析法 由于基坑工程的復雜性，采用常規(guī)分析方法很難反映諸多因素的綜合影響，近年來多采用數(shù)值力一法，主要是有限單元法，來分析基坑的整體性狀，即把包括地基土在內(nèi)的整個基坑作為一個空間結構體系，并考慮開挖過程、支護結構與土共同作用、滲流、時間等因素的影響，綜合分析支護結構的內(nèi)力、變形及開挖引起的環(huán)境效應。采用的土體本構模型有線性彈性模型、非線性彈性模型、彈塑性模型、粘彈塑性模型等。有二維和三維有限元兩種分析方法。二維有限元分析法是把空間形式的基坑結構體系用豎直面和水平面來代替，分別采用彈性桿系有限元分析求解這兩個平面，將分析結果加以綜合，

38、便得到關于基坑支護結構體系的整體認識和分析結果。這種方法雖然具備一些只維分析的特征，但存在明顯的缺陷:將豎直面分析得到的支撐反力和支點位移作為水平面分析的外荷載和邊界條件，并不能反映兩平面的協(xié)同工作，且分析過程中沒有考慮豎直面與水平面各構件剛度的匹配問題等。三維有限元分析法取一定范圍為求解域，土體和圍護墻一般采用六面體八節(jié)點等參元；空間接觸單元可取由四根線段組成的固體單元；支撐(或錨桿)構件取為空間桿單元，對基坑空間結構體系進行整體分析求解。 有限元分析方法可以較全面地考慮多種因素的復雜影響，近年來國內(nèi)外學者在有關整體計算模型選擇、邊界條件和排水條件及施工過程模擬、本構模型和土性參數(shù)確定等方

39、面進行了大量的研究。但由于存在著土體模型和土性參數(shù)難以準確確定、邊界條件難處理、計算工作量大、成本高等問題，目前條件下直接采用有限元分析法與一般工程設計的實用性之間還有很大的距離，還只是用于某些重要工程的輔助設計。 總之，上述基坑支護結構設計分析與計算基本方法中，極限平衡法較簡單且便于手算，但因忽略的因素太多，計算結果不夠理想，很多時候不能滿足工程設計要求，應用已越來越少；有限元分析法理論上較完善，但因前述困難，目前難以實際應用；彈性地基反力法的力學模型直觀且較符合實際，并可采用彈性桿系有限元進行求解，其應用越來越廣，但需作進一步研究完善。 1.3 深基坑工程中存在的主要問題及重點研究方向

40、 20多年來，我國已成功地設計和施工了許多技術先進、經(jīng)濟合理的基坑，但由于問題的復雜性，基坑工程的成功率仍較低。究其原因，主要存在四個方面的問題:①對支護結構受力狀態(tài)不甚明了；②計算簡化與實際情況相差過大；③對某些新的支護型式的計算理論滯后于工程實踐；④施工方面存在很大程度的隨意性和盲目性。為了提高基坑工程的成功率，使支護結構設計既安全又經(jīng)濟，今后擬重視以下幾方面的研究: （1） 能基本考慮基坑工程實際工作性狀的實用設計方法研究 如前所述，目前分析計算基坑支護結構的三類方法都存在不同程度的缺陷。因此，尋找一種能基本考慮基坑工程的實際工作性狀，特別是能考慮支護結構與土的非線性共同作用及深

41、基坑的空間效應的實用設計方法，具有重要的現(xiàn)實意義。 （2）基坑工程施工監(jiān)測、反演分析與安全預報研究 目的是通過監(jiān)測和分析各施工階段的相關信息，來了解支護結構的受力狀態(tài)和變形特征及對周圍環(huán)境的影響；反演推求土性參數(shù)，不斷修正支護設計，使設計逐漸逼近實際情況，并對基坑的安全性狀及時預報。國內(nèi)外對基坑施工監(jiān)測、反演分析和安全預報的研究一直非常關注。今后應重視基于反演分析和安全預報雙重要求的基坑施工監(jiān)測的研究和實踐，在積累豐富工程資料的基礎上，完善反演分析和安全預報的計算模型并研制相應的應用軟件。 （3）基坑支護結構設計可靠度分析 長期以來，對基坑支護結構的設計都是按傳統(tǒng)方法采用安全系數(shù)來表達

42、，雖然直觀簡便，但由于支護系統(tǒng)的荷載、結構抗力特別是土性參數(shù)等均非定值，而是隨機變量，傳統(tǒng)的定值設計法越來越顯露出其缺陷。對基坑支護結構可靠度的研究起步較晚，且由于問題的復雜性，至今仍處于探索性研究階段，還沒能取得實質(zhì)性的成果。今后對如何合理地進行土性參數(shù)的統(tǒng)計分析，如何確定可靠指標和建立極限狀態(tài)方程，特別是怎樣建立與傳統(tǒng)定值分析法相應的計算模型，尚需進行大量的研究。 （4）對新型支護結構型式的設計理論與計算方法研究 數(shù)量眾多的工程項目和復雜多變的工程環(huán)境以及市場競爭機制的引人，給基坑工程開挖與支護新技術的表現(xiàn)提供了廣闊的舞臺，富于創(chuàng)新精神的廣大工程建設者在工程實踐中不斷地探索和應

43、用新的基坑開挖與支護技術。新的支護結構型式不斷出現(xiàn)，它們在概念和理論上與傳統(tǒng)方法迥異。設計理論滯后于工程實踐的情況是基坑工程的一個重要特點。如近年來逐漸應用的拱形支護結構，由于許多單位仍沿用傳統(tǒng)的平面計算理論，未能充分發(fā)揮該結構空間受力合理的優(yōu)勢，迫切需要新的計算理論與方法來指導。再如很有發(fā)展前途的凍結支護技術，對凍結以后土的強度特性，包括強度一溫度關系、強度一時間關系、土的凍脹性等問題，都有待進行深入研究。 第2章 基坑支護的主要內(nèi)容和方法 2.1 基坑支護的內(nèi)容和特點 2.1.1 基坑支護的主要內(nèi)容和功能 基坑支護是指建筑物或構筑物

44、地下部分施工時，需開挖基坑，進行施工降水和基坑周邊的圍擋，同時要對基坑四周的建筑物、道路和地下管線進行檢測和維護，確保正常、安全施工的一項綜合性工程，其內(nèi)容包括勘探、設計、施工、環(huán)境監(jiān)測和信息反饋等工程內(nèi)容。基坑工程的服務工作面幾乎涉及所有土木工程領域，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(nèi)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(zhì)、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

45、多，例如地質(zhì)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(chǎn)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，

46、將基坑周圍地面沉降和水平位移控制在容許范圍內(nèi)。 (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(nèi)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)?；幼冃尾挥绊懙叵鹿こ淌┕ぁ⑾噜徑ㄖ?、管線及道路正

47、常使用。出現(xiàn)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(shù)，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(jīng)驗。 2.1.2 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

48、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(shù)相對較小，加之巖土力學性質(zhì)、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(xiàn)出更強的區(qū)域性。不同地區(qū)巖土力學性質(zhì)千變?nèi)f化，即使在同一地區(qū)的沿途性質(zhì)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(jīng)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

49、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。 5.作用因素存在不確定性 （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(zhì)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(zhì)是變化的，地基土對支護結

50、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(nèi)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(chǎn)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(jīng)驗相結合的半經(jīng)驗、半理論的方法進行設計，在某種意義上講，成功的工程經(jīng)驗往往更重要。 2.2 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

51、采用何種支護方法主要根據(jù)基坑開挖深度、巖土性質(zhì)、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。 2.2.1 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?shù)貙又泻辛魃常[石等強透水層且水量大時，以及當?shù)貙又泻姓託饣蛞谎趸嫉扔卸練怏w時，對人工挖孔樁施工也

52、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(nèi)，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(zhì)量易于保證，但打樁時產(chǎn)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

53、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(chǎn)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(zhì)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(zhì)及工程設計要

54、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(nèi)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(chǎn)生附加沉降。 2.2.2 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(nèi)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(jīng)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(nèi)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

55、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(zhì)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(jù)基坑

56、開挖深度，土質(zhì)情況和周圍環(huán)境情況，通過技術經(jīng)濟比較認為經(jīng)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。 2.2.3 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

57、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?shù)膬?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(jù)國內(nèi)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

58、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(jīng)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(zhì)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(xiàn)場施工無法實現(xiàn)，因此也不能采用土釘支護。從愈多工程經(jīng)驗來看，土釘支護的破壞幾乎是由于水的作用，水使土體產(chǎn)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。 2.2.4 內(nèi)支撐支護 表2-1鋼支撐和現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐的優(yōu)缺點 材料 優(yōu)點 缺點

59、 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(xiàn)澆節(jié)點不會產(chǎn)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(xiàn)噪聲、振動等危害 內(nèi)支撐最大的缺陷還在于占據(jù)基坑內(nèi)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

60、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(nèi)力產(chǎn)生很大的影響，比如20m寬的基坑若環(huán)境溫度降低10C，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(nèi)力增加許多，所以有時對內(nèi)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(nèi)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(nèi)傾變形； （3）場地土質(zhì)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

61、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。 3.1 土壓力計算 3.1.1 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(jù)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 （3-1） 式中 —土的重度； —靜止土壓力，可由泊松比來確定，。 一般

62、土的泊松比值，砂土可取0.2～0.25，黏性土可取0.25～0.40，其相應的值在0.25～0.67之間。對于理想剛體；對于液體，。 由式（3-1）可知，在均質(zhì)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為 (3-2) 合力的方向水平，作用點在距墻底H/3高度處。 懸壁樁在土壓力和地下水壓力下的計算土如下圖所示 圖3-1土壓力及水壓力計算圖 3.1.2 填土面水平時的朗肯土壓力

63、朗肯土壓力理論認為在垂直墻背上的土壓力，是相當于達到極限平衡的半無限體中任一垂直截面上的應力。當?shù)孛嫠綍r，土體內(nèi)任一豎直面都是對稱面，因此豎直和水平截面上的剪應力等于零。 3.1.2.1 主動土壓力 當墻后填土達到主動極限平衡狀態(tài)時，作用于任一z深度處土單元的豎直應力應是大主應力，而作用于墻背的水平向土壓力應是小主應力。由土的強度理論可知，當土體中某點處于極限平衡狀態(tài)時，大主應力和小主應力間應滿足以下關系式： 黏性土 （3-3） 或 （3-4） 無黏性土

64、 （3-5） 或 （3-6） 以，代入式（3-4）和（3-6），即得朗肯主動土壓力計算公式為 黏性土 （3-7） 或 （3-8） 無黏性土 （3-9） 或

65、 （3-10） 上面各式中 —主動土壓力系數(shù)，； —墻后填土的重度（），地下水位以下取有效重度； —填土的黏聚力（)； —填土的內(nèi)摩擦角； —計算點距填土面的深度（m）。 由式（3-10）可知：無黏性土的主動土壓力強度與深度z成正比，沿墻高壓力分布為三角形，作用在墻背上的主動土壓力的合力即為分布圖型的面積，其作用點位置在分布圖型的形心處，土壓力方向為水平，即

66、 （3-11） 或 （3-12） 3.1.2.2 被動土壓力 當墻在外力作用下擠壓土體時，填土中任一點的豎向應力仍不變，而水平向應力卻由小到大逐漸增大，直至出現(xiàn)被動朗肯狀態(tài)。此時，作用在墻面上的水平向應力達到最大限值，即大主應力，而豎向應力為小主應力，即。利用（3-3）和（3-5）可得被動土壓力強度計算公式： 黏性土 （3-13） 無黏性土 （3-14） 式中 —被動土壓力系數(shù)，。其余符號同前。 由上面兩式可知，黏性土的被動土壓力隨墻高呈上小下大的梯形分布。單位墻長被動土壓力合力為： 黏性土 （3-15） 無黏性土 （3-16）