车站偏压深基坑主体围护结构设计.doc

1、 目录一深基坑设计与支护的国内外研究现状P31.1 现状陈述P31.2 围护形式及发展状况P41.3 结构计算理论分析概况P111.4 深基坑地下水控制P131.5 深基坑土方开挖P141.6 深基坑工程施工与环境保护P141.7 工程监测和信息反馈P151.8 一般地铁深基坑工程特点概况P151.9 深基坑工程技术的进步与展望P16二本课题偏压深基坑工程概况P182.1 工程现状陈述P182.2 工程地质与水文地质条件P192.3 周边环境条件P212.4 民治站基坑工程特点P21三类似研究课题的深基坑设计施工举例P223.1 工程简介P223.2 工程地质条件和水文地质条件P233.3 基

2、坑周边环境情况P243.4 支护设计P243.5 工程施工要点与分析P263.6 监测资料及效果P273.7 结论P27四偏压深基坑发展动向P28五本课题当前存在的问题、研究内容、意义、方法及方案P285.1 课题当前存在的问题P285.2 课题研究内容及意义P295.3 课题研究基本方法P295.4 课题研究思路及初步拟定设计方案P30六毕业设计进度安排P32七主要参考文献P33文献综述一深基坑设计与支护的国内外研究现状1.1 现状陈述近年来全国各地高层建筑深基坑支护工程发展很快，此外，地铁车站的深基坑开挖也迅速发展；因建设需要基础愈做愈深，其支护结构难度，尤以软土地区也愈来愈大，已经成为基

3、础工程中的难点和热点。深基坑支护结构涉及岩土力学、结构力学、材料力学和地质水文等学科，广大设计、施工、科研和大专院校的专业人员，勇于实践，勇于创造，在大量的工程实践、监测、试验中不断取得成功的经验，也有少数失误的教训，在总结经验教训的基础上，促使深基坑支护技术不断发展、不断创造和创新。但是科学技术从来是随着生产需要而迅速发展起来的，理论总是落后于实践。对深基坑支护结构技术也是一样。古典理论已不适宜指导深基坑支护的发展。在总结实践基础上，将会逐步完善理论以指导设计计算。现在制定统一的或地方的深基坑支护结构的设计施工规程，是非常必要的。虽无规程而全国各地的深基坑支护工程，还是在蓬勃发展。20世纪9

4、0年代以来，基坑工程的设计理论和施工技术日益进步，不但涌现了多种复合我国国情的实用基坑支护方法，如复合土钉墙、重力坝式水泥土搅拌桩、钢板桩、SMW工法、钻孔灌注桩、地下连续墙等，结合混凝土支撑、钢支撑或锚杆体系等基坑围护型式，而且使得基坑工程的设计理论、计算方法得到不断改进，施工工艺取得长足的进步。但基坑工程是岩土工程、结构工程以及施工技术相互交叉的学科，是多种因素交互影响的系统工程，目前理论研究上还很不成熟，存在着大量急待解决的问题。对于基坑工程问题，特别是复杂环境条件下深基坑设计和施工问题，依然是当前我国工程界关注的热点问题之一。基坑支护结构主要承受侧向压力，包括水土压力及地面超载、领近建

5、筑物基底压力、相邻场地施工荷载等引起的附加压力，以水土压力为主。土压力是基坑周围一定范围内的土体与支护结构之间相互作用的结果。传统的支护设计理论是把基坑周围土体当作荷载，支护结构作为构件，然后根据围护墙的位移情况，分别按静止土压力、主动土压力或被动土压力来进行支护设计，称此类支护为被动支护。事实上，基坑周围土体具有一定的自支撑能力，可以将它用作支护结构的一部分，源于这一观点的支护设计是设法充分发挥和提高基坑周围土体的自支撑能力并进行补强加固，此类支护为主动支护。工程中常常将被动支护与主动支护两种支护模式联合起来采用。上世纪90年代，高层建筑、大型市政设施和地下空间的开发促使了基坑工程技术的快速

6、发展，在设计、施工和监测等方面取得了大量的研究成果和工程经验，但随着我国城市立体化开发的逐步深化，基坑工程作为一个古老而又具有时代特点的岩土与结构工程问题，正面临着许多挑战。近年来，深基坑工程呈现“大、深、紧、近”等特点，受环境和规划选线的限制，许多高层建筑和地铁车站的深基坑工程场地紧凑，往往处于房屋和生命线工程的密集地区，邻近周边道路、桥梁、房屋等建（构）筑物以及地下结构与管线等。随着基坑开挖深度和规模的增大，基坑工程的难度更加突出。由于技术、经济和管理方面的原因，在深基坑工程施工中出现了不少事故，轻则造成邻近建筑物开裂、倾斜，道路沉陷、开裂，地下管线错位，重则造成邻近建筑物倒塌和人员伤亡，

7、不但延误了工期，而且产生了不良的社会影响。近几年，在北京、上海、广州、杭州、深圳等城市地铁建设过程中曾多次出现过基坑失稳事故，给设计和施工带来了极大难题。通过对国内深基坑工程事故进行分析表明，支护结构的变形与稳定性对工程的安全影响最直接。根据统计资料，对引发事故原因进行统计，造成基坑失稳等事故发生的相关因素如勘查、设计、施工、地下水作用等中，最主要的原因是设计和施工问题，二者占统计总数的80%以上。深基坑工程事故可分为两类：一类是设计、施工、管理及其它原因引起的支护体系的自身破坏；另一类是支护体系的自身破坏，从而导致相邻建（构）筑物及市政设施破坏或深基坑土方开挖引起支护体系变形过大，以及降低地

8、下水位造成基坑四周地面产生过大沉降和水平位移，导致影响相邻建（构）筑物及市政管线的正常使用，甚至破坏。对于第二类事故而言，主要包括四个方面：一是由于地面变形而造成地面建筑物的开裂、倾斜甚至倒塌；而是造成路面以及其他地面设施的破坏；三是造成地下管线的破裂等；四是使地下隧道变形，结构产生裂缝、漏水甚至破裂。其中又以第一方面的破坏最为明显，对人民生活影响也最大。因此，如何保证复杂城区环境条件下深基坑工程的安全可靠与经济合理，尽可能地减小深基坑工程施工中的事故和灾害损失，已经成为了一个迫切需要重视的课题。1.2 围护形式及发展状况1.2.1 支护结构选型基坑工程有很多种分类方法，按土方开挖方式可以将基

9、坑分作放坡开挖基坑和支护开挖基坑两大类。目前，在城市建设中由于受周边环境条件所限，以支护开挖为主要形式。支护开挖包括围护结构、支撑（或锚固）系统、土体开挖、土体加强、地下水控制、工程检测、环境保护等几个主要组成部分。就诸多的新支护方法而言，大体可以归结为重力式支护体系和桩（墙）式支护体系两大类。重力式支护体系一般是指不需要借助支撑或者锚杆的外力，而靠墙体自身重力及摩擦力保持稳定的自立式墙体结构。在基坑工程中，一般支护体系厚度相对较大，支护体系的墙体在开挖面以下受到的土体被动抗力等来平衡墙后的土体及水的压力，来保持墙后土体的稳定。由于墙体自身在施工过程中变形非常小，计算过程中常常认为此类墙体为刚

10、性体系。桩墙式支护体系一般由围护桩墙结构、内支撑或锚杆结构以及防水帷幕等部分组成。根据桩墙的支锚方式又可以分为内支撑体系和土层锚杆体系两类。根据围护墙体材料不同，桩墙式支护体系又可以分为柱列式钻孔灌注桩、钢筋混凝土地下连续墙、钢板桩和钢筋混凝土板桩等形式。此类支护体系的墙体厚度相对较小，一般借助墙体在开挖面下的插入深度以及设置在开挖面以上的内支撑体系或锚杆共同平衡墙后的土、水压力，来保持基坑整体稳定。地下连续墙刚度大，挡土结构变形小，整体性较好，适应各种地质施工。它除了挡土防水止渗外，还能承重作为结构一部分及地下室的外墙。在上海金茂大厦88层高楼，要求地下连续墙作结构的一部分，墙深达36m，承

11、重一部分荷载并作为地下室外墙。深基坑支护工程中，地下连续墙是较全面的方法。但是由于需要设备多，费用高，泥浆配制要求高等原因，在不需要承重、挡土、抗渗防水三项功能齐备的情况下，支护方法常被其他方法所代替。如采用深层搅拌水泥桩、墙作防水帷幕，灌注桩挡土两者结合，可以抗渗防水挡土。例如上海华侨大厦坑深12m，曾提出用地下连续墙与深层搅拌水泥桩加混凝土灌注桩两个支护方案。经过方案比较选型，结果认为地下连续墙费用较高，须大型设备，而且工程桩（基础承重桩）是混凝土灌注桩，两者不能同步施工，工期长。最后选用深层搅拌桩与钻孔灌注桩结合方案，并采用桩顶加连圈梁，增加整体作用。但地下连续墙在设计基础结构时即作为结

12、构的一部分，承受梁板荷载并作为外墙，它的作用不仅是基坑支护，还是基础结构，经济比较也就不一样，是永久的基础结构。混凝土灌注桩作基坑支护，有选用直径大小、桩身长短、桩中间距、机械钻孔、人工挖孔等随意方便的优点，并可与深层搅拌水泥桩墙、高压旋喷、摆喷桩墙结合。这种桩在70年代以钻孔灌注桩作高层建筑基础桩，1980年始用于北京建国饭店基坑支护。上海高层建筑基础大多采用钢管长桩（70m）。1983年长征医院工程采用直径650mm长32.7m的钻孔灌注桩，取得成功。从此，混凝土灌注桩在上海的基础桩和基坑的支护桩中得以推广。深圳在80年代采用人工挖孔扩底桩，在许多高层建筑中应用，因此在基坑支护中采用人工挖

13、孔桩较为普遍。 深层搅拌水泥土桩墙以水泥为固化剂与深层软土强制搅拌，使软土硬结成为水稳定性，有整体性和一定强度的桩或墙。它可作为防水帷幕，阻止渗透水流，与灌注桩结合时对桩侧、后加固了软土，增强侧向承载能力。如采用较厚的水泥搅拌墙（如3m左右），基坑较浅时则可作重力挡土墙支护。日本的S.M.W工法中加H型钢桩厚约2m，在我国除与灌注桩结合外，墙中有加H型钢桩，加钢管的，还有加树根桩的。 此外，还有土钉支护，也称锚钉支护，这种方法经济效果较好，施工简便，是发展中的支护方法。其他也有一些新的支护方法；闭合拱圈挡土、连拱式基坑支护，都是将平面结构改变为空间支护结构，利用拱的作用，一方面土拱减小土对桩的

14、侧向压力，另一方面将原来结构受弯改变拱圈受压，充分发挥混凝土受压优点。改变的结果，节约基坑支护的费用，这两种方法都有发展前途，有待更多的实践和进一步的改进。若从施工方法上改变；桩墙合一地下室逆作法，是将基坑支护桩和地下室墙合在一起，将地下室的梁板作为支撑，从地下室顶往下施工，地下室外墙也施工。它的优点是节约投资，在地下水丰、不易降低水位地区，尚须作防水帷幕。新的组合支护都有待发展和应用。 围护墙的选型主要根据基坑周围环境、开挖深度、土质情况、地下水位高低以及基坑侧壁安全等级（基坑类别）进行。关于基坑侧壁安全等级（基坑类别）的划分，我国行业标准建筑基坑支护技术规程（JGJ120-1999）与国家

15、标准建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）采用了不同的划分标准。围护墙的主要功能是承受土压力、水压力、地面荷载等产生的侧向力，且不超过允许的变形。在地下水位较高的地区，围护墙还必须同时具备止水的功能。目前我国常用的支护结构围护墙有以下几种。（1） 水泥土墙 水泥土墙属重力式围护墙，前些年在上海等软土地区应用广泛。当基坑属于二、三级基坑、基坑深h7m、坑边至红线间有足够的距离时，往往优先采用。由于水泥土的渗透系数k10e-6-10e-7cms，属不透水结构，因此既能挡土又能挡水。由于它属重力式结构，靠本身重量即可抵挡侧向力保持稳定，一般内部无支撑，便于基坑内机械挖土和地下结

16、构施工，且施工简便、费用较低，已有成熟经验。在特殊情况下受条件限制无法增大墙厚、而又需较严格控制变形时，在增设围檩（腰梁、冠梁）和抗剪插筋后亦可增设支撑。基坑内土体加固和加大嵌固深度也可作为限制变形的有效措施。重力式水泥土墙多呈格栅式截面，墙厚由计算确定，不得小于0.4h（h为坑深），以500mm进级。 （水泥土墙施工图） （挡墙施工大样图）嵌固深度按计算确定，也不得小于0.4h。截面置换率为0.6-0.8。相互搭接不宜小于150mm；若不虑挡水作用，搭接不宜小于100mm。水泥掺入比约为13%。（2）排桩 排桩中应用最广泛的是钻孔灌注桩。一、二、三级基坑皆可应用。一般当基坑深h=8-14m、

17、周围环境要求不十分严格时，多考虑采用。在地下水位较高的地区，为挡水需要若采用的施工机械无法使桩相互咬合，则多采用钻孔灌注桩排桩和水泥土墙的复合结构，排桩承受侧向力，水泥土墙起挡水作用，计算中不考虑其参与受力。钻孔灌注桩的嵌固深度，桩径和配筋，根据坑深，支撑布置和周围环境要求等计算确定。排桩不相互咬合时，桩间有100-150mm的间隙，为挡水起见，多在其后隔开100-150mm施工1200mm厚的水泥土墙。 （排桩作围护结构图）在砂土或含砂多的粘性土中，为确保围护墙不漏水，有时在灌注桩与水泥土墙的间隙中进行注浆。若采用全套管施工法（贝诺特灌注桩施工法）可使排桩相互咬合。中铁二局工程有限公司等单位

18、已成功应用，该技术咬合质量较好，能满足挡水要求。青岛深基加固工程有限公司采用长螺旋钻孔压灌超流态混凝土成桩技术，亦可使钢筋混凝土灌注桩与素混凝土桩咬合50mm，形成防水帷幕。 当周围环境保护要求严格时，为减少排桩的变形，在软土地区有时于基坑底沿灌注桩周边或部分区域用水泥土桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少围护墙的变形。当基坑边至红线间的尺寸不足以施工灌注桩和水泥土桩墙防水帷幕时，亦可在水泥土桩墙中套打灌注桩。（3）地下连续墙 地下连续墙刚度大，止水效果好，在基坑深（一般h10m）、周围环境保护要求高的工程中，经技术经济比较后多采用该技术。以上海为例，基坑深19.65m、88层的金

19、茂大厦，基坑深18.95m、66层的恒隆大厦，基坑深16.865m、面积达15294平米、44层的上海外滩金融中心等超高层建筑以及沿淮海路走向的地铁1号线、沿南京路走向的地铁2号线的一些地铁车站，施工期间均采用地下连续墙作为支护结构。除建筑物外，目前正在施工的润扬长江公路大桥南汊悬索桥的北锚碇，基坑深达50m，平面尺寸69m50m，亦采用了1200mm厚地下连续墙和11道钢筋混凝土支撑，效果良好。地下连续墙用作支护结构的围护墙，性能较好，只是费用较高。若能做到两墙合一，即施工时用作支护结构的围护墙，同时又是地下结构的外墙，则较为合理，经济效益也好，是发展方向。两墙合一多采用逆作法施工，可省去内

20、部支撑体系，减少围护墙变形和缩短总工期，是推广应用的新技术之一，至今国内已有十多个城市二十多项工程采用逆作法和半逆作法施工，已有较成熟的经验。（地下连续墙施工及工序图） 除现场浇注的地下连续墙外，我国还进行了预制装配式地下连续墙的研究和试用，预制装配式地下连续墙墙面光滑，由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工进度。此外，我国还对预应力地下连续墙进行了研究和应用。预应力地下连续墙可提高围护墙的刚度30%以上，可减薄墙厚、减少内支撑数量。由于曲线布筋张拉后产生反拱作用，可减少围护墙变形，消除裂缝，从而提高抗渗性。若用无粘结预应力筋，预应力筋用后还可以回收，经济效益好。已用于上海闹市区某基坑深10.4m

21、的工程中，效果良好。（4）土钉墙 在开始阶段，土钉墙支护多用于有一定自立能力并能提供足够抗拔阻力的较密实的砂土、粉土、素填土、坚硬或硬塑粘性土等。所以，建筑基坑支护技术规程（JGJ120-1999）也规定土钉墙适用于二、三级基坑，非软土场地，基坑深度不宜大于12m。后来，东南沿海一带淤泥及淤泥质土为主的软土地区亦开始应用该技术。（土钉墙支护剖面图）为适应这一带软土的特性，发展了复合土钉支护技术。即以薄层的水泥土桩墙或压管注浆等超前支护措施来解决土体的自立性、隔水性及喷射混凝土面层与土体的粘结问题；以水平向压密注浆及二次压力灌浆来解决围护墙土体加固和土钉抗拔力问题；以一定的插入深度解决坑底隆起、

22、管涌和渗流等问题；亦即以止水帷幕、超前支护和土钉三者组成复合土钉支护。（5）加筋水泥土墙（SMW工法） 加筋水泥土墙是在水泥土桩中插入H形钢组成的。由H形钢承受侧向荷载，而水泥土则具有良好的抗渗性能，因此加筋水泥土墙具有挡土和止水双重功能。除插入H形钢外，亦可插入拉森板桩、钢管等。由于插入了H形钢，故设置支撑也十分方便。施工时为使H形钢可凭借自重顺利下沉至指定标高，施工加筋水泥土墙需用三轴型全深搅拌的深层搅拌机进行水泥土桩施工，且需提高水泥掺入比；该技术在上海一带已推广应用。 (深基坑SMW工法施工围护图)1.2.2 支撑体系选择 为使围护墙经济合理并控制变形，对较深的基坑多需支撑。围护墙的支

23、撑分内支撑和外拉锚（土锚）。在软土地区，由于土具有蠕变性，为控制变形内支撑应用较多；而在土质好的地区两者均可应用。内支撑体系包括围檩（腰梁、冠梁）、支撑和立柱。立柱在基坑底下多为钻孔灌注桩，基坑底以上多采用格构式型钢柱，以便于穿底板钢筋。灌注桩应尽量利用工程桩，无法利用时再专门打设。围檩和支撑均有钢和混凝土之分。钢支撑多为H形钢或钢管，规格按计算确定。钢支撑自重轻，装拆方便且迅速，可减少围护墙由于无支撑时间长、土体蠕变而增大变形，即减少时间效应；可施加预应力；还可根据围护墙变形的发展及时调整预应力值，以控制变形；钢支撑是工具式结构，可多次重复使用，亦多由专业队伍施工；因此，钢支撑优点显著，条件

24、允许时宜优先选用，但其节点构造相对复杂，刚度不如混凝土支撑，且多为直线杆件，无法适应曲线形支撑的需要。 现浇的混凝土支撑在上海等软土地区应用较广泛，它布置形式灵活，无论直线或曲线杆件现浇均无困难；整体性好、刚度大，有利于控制围护墙变形和保护周围环境；由于承载力大，支撑间距大，便于机械下基坑挖土。其缺点是不能重复使用，用后须拆除。可采用控制爆破或人工拆除，由于采用控制爆破对周围环境有一定影响，故在某些特定条件下只能用人工拆除。混凝土支撑的浇注和养护时间相对较长，若组织不当时间效应较显著。在实际工程中，可结合基坑深度、基坑形状、周围环境保护要求和挖土方法，经比较后选用支撑；亦可在同一基坑中，既使用

25、混凝土支撑（多在上部）又使用钢支撑（多在下部），各用其所长。 支撑的平面布置主要取决于基坑形状和平面尺寸，常用的有对撑、角撑、边桁架、边框架、圆拱形撑等，亦可在同一基坑中同时应用两种或多种布置形式。设计支撑平面布置时，应注意避免妨碍主体工程施工，支撑轴线应避开主体工程的柱网轴线。支撑布置要便利挖土，边桁架式、圆拱式和角撑均能提供较大的空间，便于机械挖土和运土。支撑的水平间距不能过小（机械挖土不宜小于8m），以满足机械施工要求；为使围檩（腰梁）受力合理，当相邻支撑间的水平距离较大时，宜在支撑端部设置八字撑以减少支撑点间距，八字撑宜左右对称；立柱一般应设置在纵横向支撑的交点处或平面桁架式支撑的节点

26、处，并应避开主体工程梁、柱及承重墙位置，立柱的间距取决于支撑杆件的稳定和竖向荷载的大小，一般不宜超过15m。支撑的竖向布置要考虑地下结构楼盖的布置、拆撑和换撑的方便、便于挖土等。1.3 结构计算理论分析概况 随着深基坑数量的迅速增加，我国深基坑工程技术得到非常大的发展，并形成了许多相关的理论和方法。与此同时，随着新结构、新技术的不断出现，一些专家针对各地的具体问题提出了新的设计理论和设计方法，如秦四清提出的支护结构优化设计理论，杨光华等提出的多锚撑设计增量计算法，刘建航院士提出的软土深基坑开挖的时空效应理论，还有其他学者建议的设计方法，如多锚撑设计分段等值梁法、“m”法、弹性抗力有限元法、二维

27、、三维弹塑性有限元法、大变形有限元法等，并用于实际基坑工程中，取得了比较好的效果。 随着电子计算机技术的发展，数值分析方法发展很快，同时由于深基坑工程中环境效应问题日益突出，有限元法在基坑工程中的应用越来越广泛。有限元法可以有效地计入基坑施工过程中的多种因素，从空间、时间上比较全面的反映各种因素对支护结构及周围土体的应力、位移的影响，可以有效、安全、经济地优化围护结构形式和合理化开挖过程。因此，有限元法具有广阔的应用前景。 近些年，许多工程界的学者不断应用有限元法分析各类基坑工程的设计及支护。1970年Duncan和Chang首次应用有限元方法对边坡开挖的性状进行了分析，通过与实测资料的对比，

28、认为有限元法可以较好地预测边坡开挖。Clough等首先将有限元法应用于基坑边形分析中，分析了土体的非线性和基坑工程的时空效应对基坑支护结构体系的影响。AndrewJ.应用有限元分析法对波士顿邮政大楼地下停车场深基坑工程进行了计算，其中考虑了二维渗流的影响。Clough（1981年）利用有限元法分析了土层各向异性对土体、墙体位移分布的影响。结果表明，若考虑土各向异性的影响，计算出的墙体位移和地表沉降会显著增加，破坏区域也明显增大。孙钧等（1993）针对上海地区软粘土的流变问题进行了比较深入的理论分析和试验研究，提出了非线性流变的基本概念，针对上海地区常见的三种软土，发展称之为半经验半理论的流变模

29、型。 刘学增等利用有限元法分析了Goodman单元的刚度系数对地下连续墙的位移和墙后的地表沉降等的影响，对软土深基坑的数值计算和信息化施工时接触单元刚度系数的选取具有重要意义。杨敏等以弹性地基梁法为基础，考虑开挖过程及回筑过程对深基坑挡土结构作用的影响，建立了围护结构的内力和变形的变化过程的完整模拟。通过大量的计算结果与实测值的对比分析，讨论了该法作为基坑围护结构设计方法的合理可行性问题。俞建霖用三维空间有限单元法研究了基坑开挖过程中围护变形、土压力的空间分布及基坑的几何尺寸效应，并与按二维平面问题分析的结果进行了比较。其土体采用的本构关系是线弹性模型，支撑离散为三维梁单元。 Borja等针对

30、修正剑桥模型用于逐级开挖的问题，利用提出的应力一点积分非线性有限元分析方法，预测了有支撑开挖实际工程的变形特性，该方法在土体不破坏时，无条件的收敛，且具有很高的计算精度。俞建霖、龚晓南用空间有限单元法研究了基坑开挖过程中围护结构变形、周围地表沉降、基坑底部隆起的空间分布以及影响围护结构变形的主要因素，并通过杭州市某基坑开挖的工程实例验证了有限元分析模式的合理性。 在岩土有关领域的数值模拟计算方法应用中，主要有下列方法：有限差分法（FDM）、有限单元法（FEM）、边界单元法（BEM）、有限分析法（FAM）（用于地下水、气运移）、半解析元法（HAEM）、离散单元法（DEM）等。有限单元（FEM）以

31、能量原理作为物理基础，把问题转化为位移变分问题（即求泛函的极值问题），经离散化得到计算格式求解，并假定单元之间不连续变化。有限差分法（FDM）从物理现象引出相应的微分方程，经离散化得到差分方程，以系数的差分公式解微分方程。前提是未知系数的连续变化是FDM的近似程度比较高一些，而且在计算方法及程序编制上FEM一般比FDM难一些。 正是由于深基坑开挖的复杂性和有限元分析方法的广泛通用性及其灵活性等特点（如有限元可以模拟复杂的施工过程），许多学者都采用有限元方法分析基坑开挖问题。这一方面的程序主要分为两大类：一是不考虑土单元的杆系有限元，即把支护结构作为梁，利用土压力，从而计算挠度和内力：而是弹性、

32、弹塑性、粘弹塑性有限元，可用二维或三维，取一定的计算区域，用增量法进行计算。综上所述，研究基坑开挖对相邻结构或设施的影响尚处于开始阶段，与国外相比，我国更缺乏大量而系统的实测与研究资料，至于开挖过程中基坑周围土体的应力路径变化，应力路径对计算参数的影响及其在实际工程计算中的应用更少。1.3.1 围护墙计算 过去由于基坑深度较浅、平面尺寸不大，应用钢板桩作支护结构围护墙较多，故多采用一些古典方法（如Blum法、等值梁法、弹性曲线法等）或解析方法进行计算，不但人工计算量大，且精度不高，不能真实反映围护墙的内力和变形。近年来由于大量的工程实践和理论研究，对支护结构的受力特征和变形规律已有了进一步的认

33、识，因而对不同类型的围护墙分别提出了不同的计算内容和计算方法，如水泥土墙、排桩和地下连续墙、土钉墙等都有各自的计算理论和方法。 国家行业标准建筑基坑支护技术规程（JGJ120-1999），对水泥土墙、排桩和地下连续墙、土钉墙和逆作拱墙分别提供了计算内容和计算方法。对排桩和地下连续墙，认为当嵌固深度合理、有试验数据或当地经验合理确定弹性支点刚度时，用弹性支点法计算支护结构的内力和变形比极限平衡法更为合理，因而推荐了弹性支点法。考虑到简单结构计算误差影响较小，所以对悬臂结构可按极限平衡法计算，对单层支撑结构可按等值梁法计算。1.3.2 支撑体系计算 支撑体系中的钢支撑，由定型杆件现场组合连接而成，

34、多按单跨或多跨压弯杆件计算。混凝土支撑在现场浇筑，节点多为刚接，尤其对于边桁架、边框架、带边桁架的圆拱形支撑等形成具有较大整体刚度的结构体系，承受围檩（腰梁）传来的荷载。对这种支撑体系不宜再分解成单根杆件计算，宜按平面封闭框架结构等进行计算，计算支护结构的内力和变形，应考虑开挖的不同阶段及地下结构施工过程中换撑的各种工况进行计算，从中找出最不利的内力组合和最大变形，据此进行配筋计算。 支护结构计算可选用成熟的计算机软件以计算机进行计算，不但计算结果较精确且输出的计算书和图形亦较标准。如同济启明星软件中的基坑支挡结构分析计算软件FRWSV4.0、中国建筑科学研究院地基所的基坑与边坡支护结构设计软

35、件RSD（V3.0）、中国建筑科学研究院与中国建筑业协会施工项目管理委员会联合开发的CMIS软件集成系统中的深基坑支护系统的三维软件等。此外，国家标准建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）则对各种支护结构规定了工程质量检验标准和基坑变形的监控值。1.4 深基坑地下水控制 地下水控制方法有排水、降水和回灌等，为基坑工程施工服务。基坑内降水时，由于围护墙有挡水作用，不影响基坑外的地下水位，可减少基坑内土壤含水量，使土壤产生固结，便于机械下基坑挖土和运土；用土模浇筑混凝土支撑与提高围护墙被动区土壤的水平向基床系数和压缩弹性刚度，可减少围护墙的变形。在地下水位高的软土地区，于基坑

36、开挖前多进行预降水。基坑外降水，亦可使土壤产生固结，降低地下水位，减少土压力和水压力，对支护结构设计有利；但坑外降水如基坑附近有建（构）筑物、道路等设施，要防止因土壤固结产生过大沉降而带来危害，必要时应采取回灌措施控制附近的地下水位。 深基坑工程降水多采用喷射井点和真空深井。土壤渗透系数小（10e-5cms及以下）、降水深度超过9-10m时，在软土地区多采用真空深井降水，这种井点可在同一根井管上设置两根（或多根）虑管，分别用于抽汲浅层和深层地下水，每一个真空深井的服务范围为200-250平米。目前降水已有成熟的计算方法和工程经验，在某些情况下地下水控制的效果是深基坑工程成败的关键之一。采用逆作

37、法施工时，由于需在土层上铺设模板浇筑楼盖结构，降水的质量尤为重要。1.5 深基坑土方开挖 基坑开挖方式直接影响支护结构的内力和变形，对基坑的稳定和安全有重要影响。土方开挖的顺序、方法必须与支护结构的设计工况一致，并遵循开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的原则。大型深基坑开挖时，需有周密的施工方案，挖土要配合支撑施工，减少时间效应，控制围护墙变形；要保护工程桩、内支撑和降水设备；加快施工速度。深基坑常用的挖土方式有大开挖、盆式开挖、岛式开挖等。所谓盆式开挖是先开挖基坑中部的土方，暂时保留围护墙内侧周边的土坡，利用留土的反压抵消部分土压力，以减少支护结构的变形。所谓岛式开挖是先开挖基坑内侧周边

38、的土方，而暂时保留基坑中部的土堆，形成一个“岛”，以利边桁（框）架支撑的形成和搭设栈桥，方便挖土机下基坑挖土和土方汽车外运。基坑土方开挖要做到分层、分块、对称、限时，便利支撑体系尽快形成并能受力，减少围护墙的变形。大型深基坑的土方量有时达几十万立方米，加快基坑土方开挖速度是加快基坑工程施工速度的关键之一。 1.6 深基坑工程施工与环境保护 支护结构在侧面荷载作用下总是会产生变形的，随之周围地面亦会产生水平向和垂直向的变位，当变位达到一定数值会对周围环境（周围邻近的建筑物、地下管线和道路等）带来危害。因此，进行基坑工程施工要保护周围环境，在多数情况下支护结构的设计是由变形控制的。压密注浆是加固地

39、基土的重要手段之一。在进行基坑工程时，如需要可对邻近建筑物和管线基础进行注浆加固，防止变形过大。对邻近的地下管线可暂时挖出架空，使其脱离土体，不致随土体的变形而变形，亦是可选用的方法之一。 在一些特定情况下，还需采取特殊的保护措施。如上海地铁2号线河南中路车站（位于南京东路之下），基坑深17m，围护墙为地下连续墙。其南侧有市级文物保护建筑东海商都，距地下连续墙近处仅0.65m，为特级环境保护，其柱间差异沉降要求小于15mm。施工时除采用顺作法和逆作法组合技术对钢支撑施工和复加预应力、地下连续墙墙底和中柱桩底注浆加固等措施外，为保护东海商都还于其与地下连续墙之间呈拱形打设两排树根桩并进行注浆，对

40、其外排邻近基坑的15根柱子采取托换支撑加固措施，结果满足了要求，建筑物未出现裂缝，柱间差异沉降最大仅15mm。1.7 工程监测和信息反馈 鉴于深基坑的复杂性和不确定性，理论计算还难以全面准确地反映工程进行中的各种变化，所以，在理论分析指导下有目的地进行工程监测十分必要。利用其反馈的信息和数据，一方面可及时采取技术措施防止发生重大工程事故，另一方面亦可为完善计算理论提供依据。 工程监测要编制监测方案，监测内容视工程规模、周围环境情况、支护结构类型而定。一般包括：支护结构水平变位；周围建筑物、地下管线等的变形；围护墙和支撑体系的内力；立柱的变形；土体分层位移；地下水位变化；土压力及抗力等。在监测过

41、程中对一些内力和变形要根据计算数据和环境保护要求先确定报警值。当内力、变形达到报警值时，要及时向有关人员报警，以便采取对策，防止因延误而造成事故。1.8 一般地铁深基坑工程特点概况 地铁车站深基坑工程，一是施工方面，另一个是设计方面都与一般建筑深基坑有所不同，这是由于它在规模、场地、工程造价以及对环境的影响等诸多方面。地铁一般都是穿过城市发达的主要商业区域、主要旅游景点等城市繁华地段，由于受到既有建筑（构筑）物地限制，如地面高层建筑、立交桥、地下管线的影响，以及地下空间综合开发利用的需要，地铁车站和区间隧道和其他构筑物的距离将变得越来越近，相互影响比较明显。这样，就会在工程施工中出现很多安全隐

42、患。地铁是具有时间、空间和区间隧道连续性的工程，而不只是单单的一个的建筑等等的超尺寸基坑。这些要求各自的建设施工必须很好的有机结合起来，比如车站与隧道区间段地对接。在对周围地表原有建筑设施影响的合理控制同时，增加了如何与附属的地表下空间的设计管理和施工相匹配，比如地下车库和地下商场，特别是出现了越来越多的多层大面积的地下生活区。 因此，地铁基坑围护结构类型方案的选择，对各种影响因素考虑的侧重点也不同。由于影响支护方案的因素较多，评价因素应选择影响支护方案较大的因素，略去次要的、影响小的因素，选择的指标因素应具有普遍性，避免单一的支护方案评价因素带来的局限性。根据其自身的特点，地铁深基坑支护方案

43、评价的主要影响因素为：适用范围，质量可靠性，安全性，总造价，施工进度，对环境的影响，并考虑所处的工程地质条件。 我国目前地铁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，以适应当前工程需要。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。（2） 部分深基坑工程设计质量较低，导致发生工程事故。误认为深基坑工程设计大多可由施工单位完成，导致技术水平、参数取值、计算方法不专业。（3） 缺乏理论研究与计算，是发生事故的主要原因。深基坑工程往往缺乏成熟的技术规范的指导，仍然靠半经验半理论的办法解决问题。（4） 为了预防事故的发生，浪费大量资金。有的深基坑工程一开始就不考虑墙

44、的受力和变形，全面支护，盲目增加安全系数。（5） 施工混乱，管理不严，少数施工单位不具备技术条件。（6） 质量检验不完善。规律无章可循，给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。忽略对基坑环境地质的勘察，专门针对地质及水文地质的勘察重视不够，给设计和施工带来隐患。（8） 施工过程中的监测不够，不能做到随时监测。（9） 监理工作在人力、物力等方面还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。因此，为了得到安全可行、经济合理、施工便捷、环境保护的支护方案，基于现有理论，找出一套客观合理且可操作性强的设计方法，就显得

45、非常重要。1.9 深基坑工程技术的进步与展望 基坑工程是近年来土木工程领域新发展起来的一门新学科，它包括基坑支护结构的设计和施工、地下水控制、基坑土方开挖、工程监测和周围环境保护等。 基坑工程学科涉及工程地质、土力学和基础工程、结构力学、工程结构、施工技术等学科，是一门综合学科。再加上基坑工程实践性强，影响基坑工程的不确定因素多（如土工参数的准确性、气候影响、计算假定、施工条件和队伍的素质等），周围环境的多样性（如邻近房屋的结构和基础形式、结构现状和重要程度；地下各种管线的种类、距离、埋深、材质和接头形式；周围道路情况及其重要性等），都使基坑工程成为风险性较大的一种工程。 我国地域广阔，土层变

46、化大。如我国东南沿海一带除少数城市地质条件较好外，主要是海相沉积的软土地层，不少地区以淤泥及淤泥质土为主，土质松软、地下水位高、含水量饱和、土的渗透系数大、土壤内摩擦角和粘聚力小、具有蠕变特性。对大城市而言，建筑物密集、地下管线众多、交通网络纵横、环境保护要求较高，给基坑工程设计和施工带来很多困难。因此，进行基坑工程的设计和施工要结合具体情况，因地制宜，不能生搬硬套，否则会带来严重后果。我国在深基坑工程方面虽然近年来也发生过一些事故，但总体水平有很大提高，基本达到国际水平。 深基坑工程的设计和施工虽已取得很大的进步，在一些方面达到较高的水平，但仍有一些问题需进一步研究和提高，以适应大规模经济建设的需要。（1） 排桩、地下连续墙的内力和变形的精确计算是一个比较复杂的问题，其计算模型理应是考虑围护墙、支撑体系和土三者共同作用的空间分析。目前简化为平面问题计算，难以反映空间效应，今后宜发展适用的三维计算程序，使之能更符合基坑空间形体的计算。（2） 在软土地区，淤泥、淤泥质土等具有蠕变特性，围护墙会随着无支撑时间的延长而逐渐增大变形，即所谓的“时间效应”。目前尚无法在理论上精确计算时间效应。围护墙变形的时间效应与软土的非线性流变特性有关，对该特性的系统深入研究，有助于