文 献 综 述

文献综述

1.1 原则

基坑工程设计的基本原则是安全、经济和方便施工。

安全不仅指围护体系本身安全，保证基坑开挖、地下结构施工顺利，而且要保证邻

边建筑物和市政设施的安全和正常使用；

经济不仅是指围护体系的工程费用，而且考虑工期，考虑挖土是否方便，考虑安全储备是否足够，应采用综合分析，确定该方案是否经济合理；

方便施工可以降低挖土费用，而且可以节省工期，提高围护体系的可靠性。

1.2 依据

1.2.1规范

(1). 《岩土工程勘察技术规范》（GB50021-2001）；

(2). 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；

(3). 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）；

(4). 《建筑桩基设计规范》（JGJ94-94）；

(5).《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）；

(6).《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）。

1.2.2 岩土工程报告

由岩土工程勘查报告可以了解到拟建场地的地下土层的信息，通过这些信息来进行进一步的设计。

1.2.3 周边环境

拟建场地周边环境的因素对地基支护的选择起到重要的作用，因为该因素对方案的选择起到了限制性的作用。

1.2.4 基坑开挖深度

基坑的开挖深度对支护的选择也起到重要的作用，因为不同的基坑深度对支护的设计要求不一样，对支护的难易程度也不同。

1.3 目前围护结构及其各自的特点

1.3.1 土钉墙支护

土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件土钉置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同作用，形成复合土体。

土钉墙支护适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。对于淤泥质土、饱和软土应采用复合型土钉墙支护。

它的特点是施工快捷简便，经济可靠。采用边开挖边支护，流水作业，不占独立工期，设备简单，操作方便，施工所需场地小。

1.3.2 水泥土搅拌桩围护

水泥土深层搅拌桩是加固软土地基的一种方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反映，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。

该围护结构适用于各种成因的饱和软粘土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等。一般用于6m内的基坑。如右图为水泥土重力式挡墙的形式。

它的特点有：

（1）最大限度利用了原地基土；

（2）搅拌时无侧向挤出、无振动、无噪音和无污染，可在密集建筑群中进行施工，对周围建筑物及地下管道影响小；

（3）根据围护结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格删状和块桩等结构形式；

（4）与钢筋混凝土桩相比，可节省钢材并降低造价；

（5）不需要内支撑，便于地下室施工；

（6）可同时起到止水和挡墙的双重作用。

1.3.3 排桩围护

排桩围护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩等。按其结构可分为柱列式排桩围护、连续式围护和组合式排桩围护，这三种结构的选择要与所要设计的地点的地下土质分部情况，地下水的水位高低还有基坑开挖深度来确定。按基坑开挖深度及支挡结构受力情况可分为无支撑围护结构、单支撑结构和多支撑结构。

该围护结构一般用与基底面以下土质情况良好地区。

（1）钢板桩：

用槽钢正反扣搭接而组成，或用U型、H型和Z型截面的锁口钢板桩。用打入法打入土中，相互连接形成钢板桩墙，既用于挡土又用于挡水，用于开挖深度3～10m的基坑。钢板桩具有较高的可靠性和耐久性，在完成支挡任务后，可以回收重复利用；于多道钢支撑结合，可适合软土地区的较深基坑，施工方便，工期短。但钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小，开挖后绕度变形较大，打拔桩振动噪声大，容易引起土体移动，导致周围地基较大沉陷。

钢板桩支护结构，有永久性结构和临时性结构两类。永久性结构在海港码头中应用较多，如：码头岸墙，护墙等；临时性结构多用于高层建筑的深基础。

（2）钻孔灌注桩挡墙：

直径φ600～φ1000mm，桩长15～30m，组成排桩式挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，用于开挖深度为6m～13m的基坑。具有噪声和振动小，刚度大，就地浇制施工，对周围环境影响小等优点。适合软弱地层使用，接头防水性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩等方法中选用适当方法解决防水问题，整体刚度较差，不适合兼做主体结构。桩身质量取决于施工工艺及施工技术水平，施工时需作排污处理。

（3）SMW工法（劲性水泥土搅拌桩）：

劲性水泥土搅拌桩以及水泥土搅拌桩法为基础，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可以使用劲性桩。特别是适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层，对于含砂卵石的地层要经过适当处理后方可采用。

劲性桩适宜的基坑深度与施工机械有关，国内目前一般以基坑开挖深度6～10m，国外尤其是日本由于施工钻孔机械先进，基坑深度达到20m以上时也采用SMW工法，劲性桩法可取得较好的环境和经济效果。

劲性桩是在水泥土搅拌桩中插入受拉材料构成的，常插入H型钢。

1.3.4 地下连续墙围护

地下连续墙的施工工艺是利用特制的成槽机械在泥浆护壁的情况下进行开挖，形成一定槽段长度的沟槽；再将在地面上制作好的钢筋笼放入槽段内。采用导管法进行水下混凝土浇筑，完成一个单元的墙段，各墙段之间的特定的接头方式相互

联结，形成连续的地下钢筋混凝土墙。

它的优点有墙体刚度大、整体性好，因而结构的地基变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构；适用各种地质条件；可减少施工是对环境的影响；可进行逆筑法施工，有利于加快施工进度，降低造价。它的缺点是对废泥浆处理增加工程费用，若技术不够则易对环境产生影响；槽壁坍塌问题；地下连续墙如用作施工期间的临时挡土结构，则造价可能较高，不够经济。

1.4 基坑主要支撑

深基坑的支护体系由两部分组成，一是围护壁，二是基坑内的支撑系统。为施工需要而构筑的深基坑各类支撑系统，既要轻巧又需有足够的强度、刚度和稳定性，以保证施工的安全、经济和方便，因此支撑结构的设计是目前施工方案设计的一项十分重要的内容。

在深基坑的支护结构中，常用的支撑系统按其材料分可以有钢管支撑、型钢支撑，钢筋混凝土支撑，钢和钢筋混凝土组合支撑等种类；按其受力形式分可以有单跨压杆式支撑，多跨压杆式支撑，双向多跨压杆支撑，水平桁架相结合的支撑，斜撑等类型。

这些支撑系统在实践中有各自的特点和不足之处，以其材料种类分析，钢支撑便于安装和拆除，材料消耗量小，可以施加预紧力以合理控制基坑变形，钢支撑架设速度较快，有利于缩短工期。但是钢支撑系统的整体刚度较弱，由于要在两个方向上施加预紧力，所以纵横杆之间的联结始终处于铰接状态。

钢筋混凝土支撑结构的整体刚度好，变形小，安全可靠，施工制作时间长于钢支撑，但拆除工作比较繁重，材料回收利用率低，钢筋混凝土支撑因其现场浇筑的可行性和高可靠度而在目前国内被广泛的使用。

1.5 基坑主要止（降）水

工程降水是基坑工程的一个难点。由于土质和地下水位的条件不同，基坑开挖的施

工方法大不相同。一般为外止内降。

在地下水位以下开挖基坑时，采用降水的作用是：

（1）截住基坑边坡面及基底的渗水；

（2）增加边坡的稳定性，并防止基坑从边坡或基底的土粒流失；

（3）减少板桩和支撑的压力，减少隧道内的空气压力；

（4）改善基坑和填土的砂土特性；

（5）防止基底的隆起和破坏。

一个场地的地质条件和土质条件，将决定降水或排水的形式。

在选择和设计基坑降水前，必须由甲方提供工程地质勘察资料，建筑物平面图和立面图建筑物场地附近房屋平面图等，对于重大工程，设计人员除掌握相应资料外，必须在设计前到工程现场亲自了解，最好能目测各土层的土样，对将来降水工程的布置及其与邻近建筑物的影响。

降低地下水位的常用方法可分为明沟降水和井点降水两类。明沟降水由于其制约条件较多，尚不能得到广泛的应用，而井点降水的适用条件较广，并经过二十多年来的应用、发展和改进，已形成了多种井点降水的方法。目前常用的井点降水方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井点，辐射井点等。

明沟降水是在基坑内设置排水明沟或渗渠和集水井，使进入基坑内的地下水沿排水沟渠流入井中，然后用水泵将水抽出基坑外的降水方法。明沟降水一般适用于土层较密实，坑壁较稳定，基坑较浅，降水深度不大，坑底不会产生流砂和管涌等的降水工程。

在地下水位以下施工基坑工程时，通常采用井点（垂直和水平井点）降水法来降低地下水位。垂直井点常沿基坑四周外围布设，水平井点则可穿越基坑四周和底部，井点深度大于要求的降水深度，通过井点抽水或引渗来降低地下水位，实现基坑外的暗降，保证基坑工程的施工。经井点降水后，能有效地截住地下渗流，降低地下水位，克服基坑的流砂和管涌现象，防止边坡和基坑底面的破坏；减少侧土压力，增加挖掘边坡的稳定性，有利于边坡的支护和施工；防止基底隆起和破坏，加速地基土的固结作用；有利于提高工程质量，加快施工进度及保证施工安全。

在城市中由于深基坑降水，总会引起地面产生一定的沉降，影响邻近建筑物和管线。最好的办法是采用止水帷幕，将坑外地下水位保持原状，仅在坑内降水。目前，采用钻孔压浆成桩法、地下连续墙、板桩、深层搅拌桩墙等止水结构形式，效果均较好。其入土深度，取决于土层的透水性，要防止出现管涌、流砂等问题。

1.6 方案的选择

影响方案选择的因素：

1 基坑开挖深度 (规定当开挖深度大于或等于5m时为深基坑)

2 有周边的环境来确定

3 由岩土条件确定既土层和地下水

参考文献

[1]《高层建筑地下结构与基坑支护》，黄熙龄主编，北京：宇航出版社，2002；

[2]《高层建筑基础工程施工》，赵志缙，北京：中国建筑工业出版社，1994；

[3]《基坑工程手册》，侯学渊，刘建航，北京：中国建筑工业出版社，1997；

[4]《深基坑支护工程实例集》，黄强等主编，北京：中国建筑工业出版社，

2001；

[5]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ20-99），1999；

[6]《深基坑工程》，陈忠汉，黄书秩，程丽萍编著，北京：机械工业出版社，

2002；

[7]《深基坑支护工程设计技术》，黄强编著，北京：中国建筑工业出版社，

1995 ；

[8]《土钉支护在深基坑工程中的应用》，陈肇元等编著，北京：中国建筑工业出版社，1997；

[9]《软土地区工程地质勘察规范》（JGJ83-91），1991；

[10]《深基坑施工实例》，秦惠民，叶政青主编，北京：中国建筑工业出版

社，1992；

[11]《深基坑支护设计与施工》，余志成等编著，北京：中国建筑工业出版

社，1992；

[12]《地下结构工程》，龚维明等编著，南京：东南大学出版社，2004；

[13]《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97），1997；

[14]《基础工程的降水》，司徒广等编著，北京：中国建筑工业出版社，1993；

[15]《工程水文地质学》，白玉兰主编，北京：中国水利水电出版社，2002；

[16]《高层建筑深基坑围护工程实践与分析》，赵锡宏等，上海：同济大学

出版社，1996

2.1 无锡太湖某大楼基坑工程概况

拟建大楼，高度为57.2m，基础埋置深度为-9.50m,尺寸为64.04m×22.7m，建筑±0.00相当于绝对标高10.60m，地下室底板顶标高为1.20～1.68m，基坑开挖深度为9.50m。

拟建场地在其西、北和东方向上有主要道路，距西方向的道路为14.20m,距北方向上的道路距离为9.20m，距东方向上的道路距离为18.20m，在拟建场地的南方向上16.50m处有大楼。

2.2 无锡太湖某大楼基坑工程地质特征

2.2.1 地形地貌

太湖流域地形地貌的特点是：山少、水多、平原广阔。地势西高东地，沿江滨海区域又高于腹地，构成以太湖为中心的碟形盆地。

2.2.2 地基土构成及物理力学性质

土体工程地质区在区域内广泛分布，30米以上土体具有多层结构类型，自上而下分布有六个工程地质层：

表土层（硬壳层）：由冲积、湖积、海积而成的黄褐色亚粘土、亚砂土组成，软可塑－硬可塑，中等压缩性，厚2－5米。亚沙土）组成，流－软塑，高压缩性，厚5－10米。

第一硬土层：由陆相、海陆过渡相沉积、灰绿、褐黄色亚粘土、粘土等组成。硬可塑－硬塑，中高偏低压缩性，厚5－10米。

第二层软土层：由海积层淤泥质亚粘土（粘土）及一般粘土组成，软塑－流塑，高压缩性，厚10－20米。

第二硬土层：由冲积湖积相暗绿－褐黄色粘土、亚粘土等组成，硬塑－坚硬，中、低压缩性，厚5－10米。

非粘土－沙层：为冲积、海积而成的粉细砂层，中密、厚3－20米不等。

根据土体分布的地貌类型成因和工程地质层结构，本地质区又可划分五个土体工程地质亚区。即：

b1软土为主的滨海湖沼平原亚区；

b2沙土为主的三角洲平原亚区；

b3有一个硬土层的三角洲湖沼平原亚区；

b4有两个硬土层的三角洲湖沼平原亚区；

b5有一个硬土层的由前平原亚区。

2.3 无锡太湖某大楼基坑水文地质条件

在勘察深度范围内场区内有一层地下水，属潜水类型，主要赋存于表土层和硬土层中，地下水主要补给来源为大气降水垂直入渗及人类生活、生产用水的入渗补给，其水位随季节、气候而变化，水位年变化幅度在1.50 m左右。本次勘察期间测得其稳定水位埋深0.50m～3.60 m之间。

2.4 本工程拟采用的基坑支护方案、计算理论和方法

2.4.1拟采用的基坑支护方案及选型依据

鉴于基坑深9.50m，由于地下连续墙价格昂贵，十分不经济，故舍弃；由于水位高，周围紧邻道路、建筑物，则不用土钉墙支护；周边环境较复杂，故不用土锚；综观本工程的工程水文地质条件、周边环境条件，采用钻孔灌注桩加钢筋混凝土支撑（一道或两道），采用双轴深搅桩止水结构的基坑支护方案。

2.4.2 拟采用的计算理论和方法

拟垂直开挖、钻孔灌注桩支护、一道钢筋混凝土支撑（一道钢筋混凝土支撑加一道钢管支撑）、采用双轴深搅桩止水结构防渗。

双轴深搅桩止水结构，抗渗验算计算插入深度

经验算后确定选用的支撑道数。

2.4.3 拟定计算断面及工作量

（1）基坑支护体系设计计算

本基坑安全等级为二级，土压力采用矩形分布模式进行计算，除②-2层土外其余土层水土合算。

①土压力分布强度计算

②土压力合力及其作用点

③支撑轴力及桩长计算

h可确定

1）基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离

1c

2）支撑轴力

T可按计算

1c

3）嵌固深度设计值

h可确定

d

④桩身最大弯距计算，

最大弯矩在剪应力等于零处从上往下计算。

最大弯矩在剪应力等于零处从上往下计算。

⑤桩身配筋计算，

由基坑内侧最大弯矩、基坑外侧最大弯矩和最大剪力共同求得

⑥整体稳定性验算，

计算方法：瑞典条分法

应力状态：总应力法

条分法中的土条宽度: 0.40m

⑦抗隆起验算。

考虑c、 的抗隆起计算法

（2）基坑止（降）水设计：由于基坑深9.0m。鉴于工程地质情况，本基坑可在场区内采用喷射井点降水，采用双轴深搅桩止水结构止水，降水深度至-9.5m。

止水帷幕设计：

①方案布置；

②桩型选择；

③桩长设计；

④抗渗流稳定验算几个步骤。

止水帷幕抗渗流稳定验算：

（1）抗管涌稳定性验算

（2）抗承压水头稳定性验算：

（3）基坑支护体系结构计算

支护结构设计（钻孔灌注桩）

①截面弯矩设计值

②截面剪力设计值

③支点结构第j层支点力设计值

支撑围檩设计

压顶梁同常采用现浇钢筋混凝土结构，以保证有较好的连续性和整体性。腰梁可用型钢或钢筋混凝土结构。钢腰梁可以采用H型钢、槽钢或由这类钢的组合构件。钢腰梁预制分段不应小于支撑间距1/3，拼接点尽量设在支撑点附近并不超过支撑点间距的三分点。拼接节点宜用高强螺栓或焊接，拼接强度不得底于构件本身的截面强度。

压顶梁和腰梁首先是水平方向受弯的多跨连续梁，所以采用扁宽形截面效果更好。各计算跨度为相邻支撑点之间的中心距。

当压顶梁、腰梁成闭合结构时，或与水平支撑斜交、或者作为边桁架的弦杆、或本身为弧形梁时，还应按偏心受压构件进行验算。它们的轴向力为另一方向的梁端传来的压力、或水平支撑轴向力的分力、或桁架弦的计算轴向压力。当弧形压顶梁和腰梁为纯圆环梁且不产生弯矩时，则可按中心受压构件验算。压顶梁的断面宽度要大于竖向围护结构件的横向外包尺寸（每侧外伸至少100mm），且可在内侧面向下作一反边。

压顶梁与竖向围护构件的连续必须可靠，不致造成“脱帽”。要求混凝土围护桩的主筋锚入压顶梁内，锚固长度不大于30d～35d。当竖向围护构件为钢桩时也应采取一定的锚固措施。

腰梁随基坑挖土达到设计标高时施工，它附贴于竖向围护构件的内侧。与压顶梁相似，腰梁主要承担水平方向的弯矩和剪力，因此在水平方向的刚度要大一些。腰梁通常搁支在竖向围护构件的牛脚上，牛脚可以做成明或暗的形式。在竖向围护构件设置牛脚的位置预埋铁件，此预埋铁件与竖向围护构件的钢筋笼固定在一起。预埋铁件要足以承担腰梁传来的竖向剪力和弯矩。腰梁和竖向围护构件之间的缝隙用细石混凝土填实（混凝土强度等级不低与C20），以保证腰梁与竖向围

护构件之间的传力。

支撑截面设计

支撑作为临时性结构可作如下一些规定：

1.支撑构件的承载力验算应根据在各工况下计算内力包络图进行。

2.水平支撑按偏心受压构件计算。杆件弯矩除由荷载产生的弯矩外，尚考虑轴向力对杆件的附加弯矩，附加弯矩可按轴向力乘以初始偏心距确定。偏心距按实际情况确定，且对钢支撑不小于40mm，对混凝土支撑不小于20mm。

3.支撑的计算长度：对于混凝土支撑，在竖向水平面内取相邻立柱的中心距，在水平面内取与之相交的相邻支撑的中心距。对于钢支撑如纵横向支撑不在同一标高上相交时，其水平面的计算长度应取与该支撑相交的相邻支撑的中心距的1.5～2倍，其它情况下的计算长度同混凝土支撑。

立柱桩设计：

1.立柱内力宜根据支撑条件按空间框架计算；也可按轴心受压构件计算，轴向力设计值可按经验公式确定。

2.各层水平支撑间的立柱受压计算长度可按各层水平支撑间距计算；最下层水平支撑下的立柱受压计算长度可按底层高度加5倍立柱直径或边长。

（4）在笔算结束后，采用理正软件进行电算复核。

（5）在设计最后，还要进行支护结构体系监测布置。

拟采用监测方案：

①沿基坑周边设置水平位移监测点；

②在基坑周边道路、建筑物上设置沉降监测点；

③在基坑周边设置测斜管监测深层水平位移；

④支撑轴力监测；

⑤桩身应力监测。