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1、山东科技大学学生毕业设计（论文）基坑支护工程本科毕业论文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-2
2、6.2 m。深基坑的支护工程，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
3、开挖与支护技术涉及工程地质、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
4、组成部分。据统计，深基础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
5、围护（如连续墙、柱列式灌注桩挡墙），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
6、时进行反馈设计，采用信息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
7、支护结构变形进行验算。1.2.3 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
8、特点基坑支护工程具有很多特征，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
9、物、构筑物及市政地下管网的位置、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)
10、土压力特点 基坑围护结构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Terzag
11、hi有效应力原理间问世之前。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
12、位变化和应力场的改变，导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
13、，才能保证地下结构和上部结构的工程质量，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
14、。深基坑工程施工周期长，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
15、实施，不能盲目地进行施工。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
16、下较经济；施工中无振动、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
17、影响和产生噪音等公害，它可用于空间较小处，但施工中有大量泥浆排出，容易引起污染。对于地下水流速过大的地层，无填充物的岩溶地段永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质，由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固，均不宜采用该法。4) 钢板桩支护是一种施工简单，投资经济的支护方法，它由钢板桩锚拉杆（或内支撑、锚固结构、腰梁等）组成。由于钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚位系统设置不当，其变形会很大。基坑深度达7m以上的软土地层，基坑不宜采用钢板桩支护，除非设置多层支撑或锚拉杆。5) 钻孔灌注桩钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。其多用于坑深7m15m 的基坑工程，在我国北方土质较好地区已有8
18、m9m 的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有：施工时无振动、无噪音等环境公害，无挤土现象，对周围环境影响小；墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小；当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短；桩间缝隙易造成水土流失，特别时在高水位软粘土质地区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题；适用于软粘土质和砂土地区，但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用；桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体，因而相对整体性较差，当在重要地区，特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。6) 地下连续墙通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000
19、mm，也有厚达1200mm的，但较少使用。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备。7) 土钉墙土钉墙是一种边坡稳定式的支护，其作用与被动的具备挡土作用的上述围护墙不同，它是起主动嵌固作用，增加边坡的稳定性，使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区，我国华北和华东北部一带应用较多，目前我国南方地区亦有应用，有的已用于坑深10m以上的基坑，稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。8) 锚杆或锚喷支护锚杆与土钉墙支护相似，将锚杆锚入稳定土体中，外
20、端与支护结构连结成用以维护基坑稳定的受拉杆件，并施加预应力。支护体喷射混凝土称锚喷支护。锚杆可与排桩，地下连续墙，土钉墙或者其他支护结构联合使用，不宜用于有机质土，液限大于50%的粘土层及相对密度小于0.3的砂土。9) SMW工法SMW（Soil Mixing Wall）工法亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插入H型钢等（多数为H型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等），将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW支护结构的支护特点主要为：施工时基本无噪音，对周围环境影响小；结构强度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用，特别适合于以粘土和粉
21、细砂为主的松软地层；挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕；可以配合多道支撑应用于较深的基坑；此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙，在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H型钢等受拉材料，则大大低于地下连续墙，因而具有较大发展前景。10) 逆作法按照施工不同程序可以分为全逆作法，半逆作法或者部分逆作法，它以地下各层的梁板作支撑，自上而下施工，使挡土结构变形较小，节省临时支护结构。适用于较深基坑，对周边变形有严格要求的基坑。要预先做好施工组织管理方案及各种结构节点的处理。1.5 基坑支护结构的方案选择基本依据分析众多深基坑支护工程事故发生的原因，其中最主要的还是基坑工程结构选型不合理，考
22、虑的因素不够全面。基坑支护围护及撑锚方法较多，为达到同一目的，可以有多种方法，而每一种方法都有其独特的优点，有的速度快，有的经济省，有的噪音小，有的用电用水量小等等。选择支护结构类型的基本依据，如下：1) 基坑的尺寸，基坑场地的形状、深度和宽度；2) 基坑支护结构所受的荷载：侧向荷载、竖向荷载、地震荷载、风载、地面超载等；3) 工程地质及水文地质条件：勘探资料内容及测试方法：地下水情况及分布、地表水位、承压水层、承压气体等；4) 环境条件：基坑周围的地区性质，基坑周围建筑物状况，基坑周围公用设施分布及地下构筑物、管线状况，基坑周围交通状况及道路状况，基坑周围水域（河流）状况，基坑所处地区特殊状
23、况及对基坑施工的特殊要求等；5) 建筑物的基础结构及上部结构对支护结构的要求；6) 基坑开挖及排水等方法；7) 对基坑支护结构施工（噪音、振动、地面污染）的要求；8) 基坑场地周围已有基坑支护结构形式或类似基坑支护结构的形式，在施工中的成功、失败原因、教训；9) 现已应用的各种支护技术的特点与适用范围；10) 相应基坑支护设计规程规范指南等。支护结构类型方案的选择必须遵循支护结构设计原则，更重要的是根据具体情况和具体解决的原则，使方案的选择具有创造性与灵活性。所以方案的选择应从支护工程的总体考虑，例如：1) 对于一般高层建筑，往往采用12 层地下室，灌注桩可作为支护结构的一个满意的方案。如果可
24、能，可改用地下连续墙，利用连续墙的受力性能好、对不利环境适应性强的优点，可加深地下室，以发挥潜在的经济价值，创造更好的综合效益。2) 对于具有多层地下室的高层建筑，当采用地下室连续墙时，可考虑逆作法施工方法。上海、广州、天津、重庆等地应用逆作法施工方法，已收到显著的效益。3) 当采用地下连续墙时，尽可能考虑与地下室外墙合一或和承重墙结合成为三合一的方案。但要注意在设计和施工时，要妥善处理梁楼面结构与墙体的连接构造，要妥善解决防水和差异沉降问题。4) 当采用地下连续墙时，要根据工地的具体情况，尤其是深宽的基坑，要与其他支护结构形式或施工方法或特殊的要求结合应用。5) 当超过10m深的基坑，有时可
25、以采用直径大的灌注桩代替地下连续墙。例如上海国际航运大楼，刚开始考虑采用地下连续墙结构，后来，经周密分析研究决定选用灌注桩，比地下连续墙的造价节省约1000万元，而且，可缩短工期近两个月。还要指出，对新技术的认识问题。在几年前，研究人员根据国外经验曾经提出建议：地下连续墙结构尽可能加以利用，两墙合一或三墙合一方案。但是，对新的事物的认识要有一个逐步认识和实践过程，需要先行者探索和实践，把先进科学技术早日为工程服务。1.6 基坑支护工程的开挖与监测1.6.1 基坑开挖原则在基坑开挖施工中，现场不宜进行放坡开挖，当可能对邻近建（构）筑物、地下管线、永久性道路产生危害时，应对基坑、管沟进行支护后再开
26、挖。在基础工程施工中，如挖方较深，土质较差或有地下水渗流等，可能对邻近建（构）筑物、地下管线、永久性道路等产生危害，或构成边坡不稳定。在这种情况下，不宜进行大开挖施工，应对基坑管沟壁进行支护。基坑开挖前应做好下述工作：1) 基坑开挖前，应根据支护结构形式、挖深、地质条件、施工方法、周围环境、工期、气候和地面载荷等资料制定施工方案、环境保护措施、监测方案，经审批后方可施工。2) 土方工程施工前，应对降水、排水措施进行设计，系统应经检查和试运转，一切正常时方可开始施工。3) 有关围护结构的施工质量验收可按规范规定执行，验收合格后方可进行土方开挖。土方开挖的原则：土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相
27、一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。基坑挖土要分层进行，分层厚度应根据工程具体情况（包括土质、环境等）决定，开挖本身是一种卸荷过程，防止局部区域挖土过深、卸载过速，引起土体失稳，降低土体抗剪性能，同时在施工中应不损伤支护结构，以保证基坑的安全。基坑的挖土应分层进行。在施工过程中基坑边堆置土方不应超过设计荷载，挖方时不应碰撞或损伤支护结构、降水设施。基坑土方施工中应对支护结构、周围环境进行观察和监测，如出现异常情况应及时处理，待恢复正常后方可继续施工。基坑开挖至设计标高后，应对坑底进行保护，经验槽合格后，方可进行垫层施工。对特大型基坑，宜分区分块挖至设计标高，分区分块及
28、时浇筑垫层。必要时，可加强垫层。基坑土方工程验收必须以确保支护结构安全和周围环境安全为前提。当设计有指标时，以设计要求为依据，如无设计指标时应按表1-2的规定执行。表1-2 基坑变形的监控值 /cm基坑类别围护结构墙顶位移监控值围护结构墙体最大位移监控值地面最大沉降监控值一级基坑353二级基坑686三级基坑81010注：1 符合下列情况之一，为一级基坑：1) 重要工程或支护结构做主体结构的一部分；2) 开挖深度大于10cm；3) 与临近建筑物，重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；4) 基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑。2 三级基坑为开挖深度小于7cm，且周围环境无
29、特别要求时的基坑。3 除一级和三级外的基坑属二级基坑。4 当周围已有的设施有特殊要求时，尚应符合这些要求。说明：本规范表1-2适用于软土地区的基坑工程，对硬土区应执行设计规定。1.6.2 基坑开挖方法对于有支护的基坑土方开挖，需注意下列问题：1) 配合支撑的加设，先撑后挖基坑土方开挖之前，先要了解支护结构的计算工况，按照计算工况来安排分层开挖的顺序。支护结构设计都要求先撑后挖，即挖土至支撑设置标高时，要停止挖土，待支撑加设完毕并能起作用后，再继续往下开挖土方，这是保证支护结构安全和限制其变形的重要措施，土方开挖一定要遵守。2) 考虑时空效应，合理安排挖土顺序对具有流变特性的软土，土方开挖部分的
30、空间几何尺寸和围护墙无支撑的暴露时间长短，对园护墙和基坑周围地层的位移有明显的影响，称为时空效应。为此，在安排挖土顺序时，除按照围护墙支撑的布置情况分层开挖外，尚需分区开挖，当一个区段的土方挖至规定标高后，紧接着立即安设支撑，以缩短围护墙无支撑暴露时间，缩小时间效应的影响，同时由于空间几何尺寸的减小，亦缩小了空间效应的影响。为使整个围护墙和支撑系统受力均衡，分区挖土时尚宜对称、均衡的进行，这对环形支撑体系尤为重要。3) 防止挖土后坑底回弹变形过大深基坑土体开挖后，地基土产生卸荷，由于土体中压力减小，土的弹性效应会使坑底产生一定的回弹变形。回弹变形值与土的种类、坑深、坑的面积、是否浸水、暴露时间
31、和挖土顺序等有关。如基坑积水，粘性土因吸水使体积增加，不但抗剪强度降低，回弹变形亦增大。为此，对软土地基要防止回弹过大，否则将增大建筑物的后期沉降。挖土过程中减少基坑回弹变形的有效措施，是设法减少土体中有效应力的变化，减少暴露时间，并防止地基浸水。因此，在基坑土方开挖过程中，应使降水设备始终正常运行：分区挖土，当部分区域挖至坑底设计标高后，尽快浇筑垫层，如底板允许分块浇筑，则浇筑底板则更好。在特殊情况下，则需对下部土层进行加固处理。至于基坑土方开挖方式，主要分三种方式：1) 盆式开挖挖土机利用边坡下至挖土工作面进行挖土，运土汽车亦下坑运土。基坑土方开挖仍分层进行，先开挖基坑中间部分的土方，形成
32、中间低、周边高的盆形。这种挖土方式由于围护墙的前面留有土坡，对围护墙起支撑作用，可减少围护墙的变形。但这种挖土方式当基坑较深时需设较长的坡道供挖土机和运土汽车上下，否则难以采用。2) 岛（墩）式开挖开挖基坑土方时先挖除基坑周边的土方，在基坑中央（或偏于一边）留一顶面稍低于地面的土墩，搭设栈桥或留通道，供挖土机经此下坑挖土，运土汽车亦可停在土墩处装土外运。由于运土汽车不下到坑内，则需由几部挖土机传递去装车处装土。待基坑周边挖至设计标高后，挖土机边退边挖，最后挖除土墩。这种挖土方式不需留设长的下坑坡道，土方外运亦方便，在基坑周围不空旷时多用之。3) 栈桥挖土当处于建筑物密集地区施工，施工现场十分狭
33、窄时，则可于基坑上方搭设栈桥利用或部分利用上层的支撑结构，利用抓斗挖土机在栈桥上抓土或垂直运土。这种挖土方式需架设栈桥，另外挖土速度较慢，只在不得已时才采用。除上述三种挖土方式外，还有其他一些方式可采用，主要因地制宜，经过比较后优选之。基坑土方量较大，数万立方米以至数亿万立方米者皆有之，挖土速度的快慢对基坑工程的工期起决定性影响。而且挖土方式得当与否还影响支护结构的安全和变形值。设置支护结构降低地下水位，在一定程度上都是为基坑挖土服务的，因此，周密、正确地组织挖土施工，对基坑工程是十分重要的。1.6.3 基坑支护的监测(1) 监测设计要求基坑工程监测是基坑工程施工中的一个重要环节，组织良好的监
34、测能够将施工中各方面信息及时反馈给基坑开挖组织者，根据对信息的分析，可对基坑工程围护体系变形及稳定状态加以评价，并预测进一步挖土施工后将导致的变形及稳定状态的发展。根据预测判定施工对周围环境造成影响的程度，以制定进一步施工策略，实现所谓信息化施工。由于基坑工程监测不仅仅是一个简单的信息采集过程，而是集信息采集及预测于一体的完整的系统，因此，在施工前应该制定严密的监测方案。(2) 确定监测目的根据场地工程地质和水文地质情况、基坑工程围护体系设计、周围环境情况确定监测目的。监测目的主要有三类： 通过监测成果分析预估基坑工程围护体系本身的安全度，保证施工过程中围护体系的安全。 通过监测成果分析预估基
35、坑工程开挖对相邻建（构）筑物的影响，确保相邻建（构）筑物和各种市政设施的安全和正常工作。 通过监测成果分析检验围护体系设计计算理论和方法的可靠性为进一步改进设计计算方法提供依据。该项目的具有科研性质。不同基坑工程的监测目的应有所侧重。当用于预估相邻建（构）筑物和各种市政设施的影响，要逐个分析周围建（构）筑物和各种市政设施的具体情况，如建筑物和市政设施的重要性可能受影响程度、抗位移能力等，确定监测重点。(3) 确定监测内容在基坑工程中需进行的现场测试主要项目及测试方法如表1-3所示，可根据监测目的选定。表1-3 基坑监测项目和测试方法监测项目测试方法地表、围护结构及深层土体分层沉降水准仪及分层沉
36、降标地表、围护结构及深层土体水平位移经纬仪及测斜仪建（构）筑物的沉降及水平位移水准仪及经纬仪建（构）筑物的裂缝开展情况观察及量测建（构）筑物的倾斜测量经纬仪孔隙水压力孔压传感器地下水位地下水位观察孔支撑轴力及锚固力钢筋应力计或应变仪围护结构上土压力土压力计(4) 确定测点布置和监测频率根据监测目的确定各项监测项目的测点数量和布置。根据基坑开挖进度确定监测频率，原则上在开挖初期可几天测一次，随着开挖深度发展，提高监测频率，必要时可一天测数次。(5) 建立监测成果反馈制度 应及时将监测成果报告给现场监理、设计和施工单位。及时研究、及时处理，以确保基坑工程安全顺利施工。(6) 制定监测点的保护措施由
37、于基坑开挖施工现场条件复杂，测试点极易受到破坏，因此，所有测点务必做得牢固，配上醒目标志，并与施工方密切配合，以确保其安全。(7) 监测方案设计应密切配合施工组织计划监测方案是施工组织设计的一个重要内容，它只有符合施工组织的总体计划安排才有可能得以顺利实施。(8) 施工监测要点做好施工监测工作是实行信息化施工的前提。施工监测要点如下： 根据具体工程特点，制定监测方案，包括：监测项目、测点数量、测点布置和监测频率，以及监测项目报警值； 严格按照监测方案实施监测，并及时将监测报告送交监理、设计和施工技术人员，指导下一步施工，如发现险情应立即报告； 对测试结果应综合分析，发现险情应及时采取有效措施措
38、施； 监测工作结束后应提交施工监测总报告。1.7 深基坑支护当前存在的问题现在的城市建筑基本上是“见缝插针”，有的基坑边缘距已有建筑物仅几米，给基础工程的施工带来很大的难度，给周围环境带来极大威胁，也相应增加了施工工期和施工费用。再者，原来的深基坑支护结构的设计理论、计算原则、运算公式、施工工艺等，己不符合深基坑开挖与支护结构的实际情况，导致一些基坑工程出现事故，造成巨大的损失。因此，探索新的深基坑工程的设计理论，推导出符合深基坑工程的计算公式，要用科学的施工方法和先进的施工工艺，已成为深基坑工程技术的当务之急。1) 支护结构设计计算与实际受力不符目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理
39、论，但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明，有的支护结构按极限平衡理论计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但却发生破坏；有的支护结构却恰恰相反，即安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中获得成功。极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计，而实际上开挖后的土体是一种动态平衡状态，也是一个松弛过程，随着时间的增长，土体强度逐渐下降，并产生一定的变形。这说明在设计中必须给予充分的考虑，但在目前的设计计算中却常被忽视。2) 设计中土体的物理力学参数选择不当深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度，但要精确地计算土压力目前还十分困难，至今仍在采用库伦公式或朗肯公式。
40、关于土体物理力学参数的选择是一个非常复杂的问题，尤其在深基坑开挖后，其参数是可变值，很难准确计算出支护结构的实际受力。在支护结构设计中，如果对地基土体的物理力学参数取值不准，将对设计的结果产生很大影响。试验数据表明：内摩擦角值相差5，主动土压力P就会相差10；原土体的Ca 值与开挖后土体的Cb值，则差别更大。施工工艺和支护结构形式不同，对土体的物理力学参数的选择是支护结构设计中的关键。3) 深基坑开挖存在的空间效应考虑不周深基坑开挖中大量的实测资料表明：基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小。深基坑边坡失稳常常以长边的居中位置发生。这说明深基坑开挖是一个空间问题。传统的深基坑支护结构的设
41、计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基坑来讲，这种平面应变假设比较符合实际，而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以，在未能进行空间问题处理前仍需按平面应变假设设计时，支护结构的构造要适当调整，以适应开挖空间效应的要求。4) 深基坑土体的取样具有不完全性在支护结构设计之前，必须对地基土层进行取样分析试验，以取得土体比较合理的物理力学指标，为支护结构的设计提供依据。一般在深基坑开挖区域内，按照国家规范的要求进行钻探取样。为减少勘探的工作量和降低工程造价，不可能钻孔过密。因此，所取得的土样具有一定的随机性。但是，地质构造是极其复杂、多变的，取得的土样不可能全面反映地基土层的真实性。因此，支护
42、结构的设计也就不一定完全符合实际。从以上各方面综合看，我国目前深基坑工程存在的主要问题有：1) 深基坑技术有待尽快发展提高：当前，深基坑工程以深、大、复杂为特点，特别是沿海地区，地下水位较高，深基坑工程施工工艺的改进等问题，均有待进一步的研究与发展。2) 深基坑工程设计质量较低：一些部门认为深基坑工程是施工部门的事，无需设计资质，设计院及岩土工程部门介入较少，设计大多由施工单位自己完成，但由于设计人员技术水平、参数取值、计算方法无章可循，使一些工程隐患较大，导致发生严重工程事故。3) 深基坑工程缺乏理论研究与计算：目前，深基坑工程多是边开挖边实践边摸索，往往靠经验来进行，缺乏成熟的技术规范的指
43、导，仍然靠半经验半理论的方法解决问题。4) 不必要的浪费：有的深基坑工程为了避免事故发生，往往一开始就全面支护，不考虑墙的受力和变形，盲目增加安全系数，造成很大浪费。5) 施工混乱管理不严：少数施工单位不具备技术条件，人力、物力等基本素质较差，为了追求利润或迁就业主，降低安全度。6) 质量检验不完善：深基坑工程的质量检验、验收的方法无章可循，给深基坑工程的质量监督和质量评价带来困难，没有针对深基坑工程特点建立竣工验收的质量管理体系。7) 不注重工程勘察：深基坑工程的工程勘察工作十分重要，但许多勘察单位常常忽略对基坑环境地质的勘察，专门针对深基坑工程的地质及水文地质的勘察不够，以至于给设计和施工
44、带来隐患。8) 施工过程中的监理不够，不能做到随时监测。9) 目前，监理工作在人力、物力等方面不适应深基坑工程的特殊要求。10) 缺乏地域性规范、规程及标准。1.8 深基坑支护的研究方向对于深基坑支护结构的设计，国内外至今尚没有一种精确的计算方法，我国也没有统一的支护结构设计规范。土压力分布还按库伦或朗肯理论确定，支护桩仍用“等值梁法”进行计算。计算结果与深基坑支护结构的实际受力悬殊较大，既不安全也不经济。由此可见，深基坑支护结构的设计不应再采用传统的“结构荷载法”，而应逐步建立以施工监测为主导的信息反馈动态设计体系。近十几年来，我国在深基坑支护技术上已经积累很多实践经验，收集了施工过程中的一
45、些技术数据，已初步摸索出岩土变化支护结构实际受力的规律，为建立深基坑支护结构设计的新理论打下了良好的基础。但是，彻底改变传统的设计观点，建立真正实用的动态设计体系，仍然是任重道远，每个岩土工作者要勇于实践、敢于创新，争取早日攻克这一技术难关。(1) 建立变形控制的新的工程设计方法极限平衡原理是一种简便实用的常用设计方法，其计算结果具有重要的参考价值。但是，将这种设计方法用于深基坑支护结构，只能单纯满足支护结构的强度，而不能保证支护结构的刚度。众多工程事故就是因为支护结构产生过大变形而造成的，浙江杭州市青春路商贸大厦就是典型的一例。由此可见，评价一个支护结构设计方案优劣，不仅要看其是否满足强度的
46、要求，而且还要看其是否会产生环境问题，关键在于其变形大小。鉴于上述实际情况，在建立新的变形控制设计方法时，应着重研究以下几方面的问题：1) 支护结构变形控制的标准。这是关系支护结构成败的决定性数据，但至今仍未有一个具体标准。2) 空间应变简化为平面应变。这是如何将开挖过程中的空间效应转化为设计中的平面应变问题。简化的目的是既考虑空间效应的影响，又简化了计算。3) 地面超载的确定及其对支护结构变形的影响。(2) 大力开展支护结构的试验研究正确的理论必须建立在大量试验研究的基础上。但是，在深基坑支护结构方面，我国至今尚未进行系统的试验研究。一些支护结构工程成功了，也讲不出具体成功之处；一些支护结构
47、工程失败了，也说不清失败的真实原因。在支护工程施工的过程中积累的技术资料很丰富，但缺少科学的测试数据，无法进行科学分析，不能上升到理论的高度，这是一个很大的缺陷。开展支护结构的试验研究（实验室模拟试验和工程现场试验），虽然要耗费部分资金，但由于深基坑支护工程投资巨大，如经过科学试验再进行设计，肯定会节省可观的经费。因此，工程现场试验是非常必要的。通过工程实践积累大量的测试数据，可对同类工程的成功打好基础，为理论研究和建立新的计算方法提供可靠的第一手资料。(3) 探讨新型支护结构的计算方法高层建筑的飞速发展给深基坑支护结构带来一场技术革命。在钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩挡墙、地下连续墙等支
48、护结构成功应用后，双排桩、土钉、组合拱帷幕、旋喷土锚、预应力钢筋混凝土多孔板等新的支护结构型式相继问世。但是，这些支护结构型式的计算模型如何建立、计算简图怎样选取、设计方法如何趋于正确，仍是当前新型支护结构设计中急需解决的问题。目前，深基坑支护结构正在向着综合性方向发展，即受力结构与止水结构相结合、临时支护结构与永久支护结构相结合、基坑开挖方式只与支护结构型式相结合。这几种结合必然使支护结构受力复杂，所以，建立新型支护结构的计算方法，也是迫在眉睫的大事。2 工程概况2.1 工程简介拟建烟台滨海广场53号A宗地项目位于山东省烟台市大马路以南，二马路以北，国税局办公楼东侧，在建凯旋城项目的西侧。占地面积约为15267.47，地上