深基坑工程高大钊

深基基坑坑工工程程同济济大大学学高高大大钊钊2008年年3月月内容容深基基坑坑工工程程在在我我国国的的发发展展逆作作法法与与冻冻结结法法的的应应用用基坑坑工工程程的的失失效效模模式式与与案案例例深基基坑坑工工程程方方案案设设计计在我我国国，，深深基基坑坑工工程程是是最最近近20多多年年中中迅迅速速发发展展起起来来的的一一个个领领域域。。以前前的的几几十十年年中中，，由由于于建建筑筑物物的的高高度度不不高高，，基基础础的的埋埋置置深深度度很很浅浅，，很很少少用用地地下下室室，，基基坑坑的的开开挖挖一一般般仅仅作作为为施施工工单单位位的的施施工工措措施施，，最最多多用用钢钢板板桩桩解解决决问问题题，，没没有有专专门门的的设设计计，，也也并并没没有有引引起起工工程程界界太太多多的的关关注注。。20多多年年来来，，由由于于高高层层建建筑筑、、地地下下空空间间的的发发展展，，深深基基坑坑工工程程的的规规模模之之大大、、深深度度之之深深，，成成为为岩岩土土工工程程中中事事故故最最为为频频繁繁的的领领域域，，给给岩岩土土工工程程界界提提出出了了许许多多技技术术难难题题。。因此此也也是是岩岩土土工工程程中中发发展展最最为为活活跃跃的的领领域域之之一一，，成成为为岩岩土土工工程程的的技技术术热热点点和和难难点点。。技术术难难点点：：1.土土力力学学的的强强度度、、变变形形、、渗渗透透三三大大课课题题全全部部都都出出现现；；2.施施工工因因素素的的影影响响既既巨巨大大而而又又具具有有非非常常的的不不确确定定性性；；3.各各种种破破坏坏模模式式相相互互交交叉叉，，互互为为因因果果，，设设计计计计算算模模式式的的不不清清晰晰性性；；热点点：：1.事事故故的的频频率率高高，，灾灾害害的的涉涉及及面面宽宽，，对对社社会会的的影影响响非非常常大大，，引引起起政政府府和和社社会会的的高高度度关关注注；；2.工工程程费费用用占占造造价价的的比比例例高高，，业业主主对对基基坑坑工工程程的的压压价价，，方方案案不不合合理理和和安安全全度度过过低低是是高高事事故故率率的的潜潜在在因因素素；；3.施工工方方过过度度追追求求高高速速度度和和低低成成本本是是高高事事故故率率的的直直接接引引发发因因素素。。通过20多年的的工程实实践和业业内人士士的努力力，学术术研究和和工程研研发非常常活跃，，在深基基坑工程程领域中中，取得得了很大大的进展展，主要要表现为为下面几几个方面面：1.设设计思想想的更新新2.施施工技术术的发展展3.设设计方法法的进步步4.管管理制度度的建立立5.标标准化工工作的开开展深基坑工工程领域域的进展展设计思想想的更新新1.深基基坑工程程的设计计是一个个相对独独立的设设计项目目或设计计阶段；；2.深基基坑工程程设计包包括方案案设计和和施工图图设计两两个阶段段，方案案设计阶阶段的工工作是决决定性的的环节。。基坑工工程设计计的条件件很大程程度上取取决于施施工，基基坑工程程设计与与施工组组织设计计的关系系异常密密切，在在方案设设计时必必须统一一考虑；；3.深基基坑工程程设计不不仅要满满足地下下室施工工空间和和安全的的要求，，而更重重要的是是必须满满足保护护环境的的要求；；4.深基基坑工程程设计应应满足强强度和变变形两种种极限状状态，在在许多情情况下，，由于环环境条件件的限制制，满足足变形控控制的要要求比满满足强度度和稳定定性的要要求更为为严格，，基坑工工程的成成败经常常取决于于变形控控制。5.地下下水是控控制基坑坑工程性性状的重重要条件件，水压压力占作作用于围围护结构构侧向压压力的重重要部分分，地下下水的动动水压力力和渗透透破坏常常常是基基坑工程程失效的的主要原原因，地地下水影影响是基基坑工程程设计中中不确定定性最大大、控制制最困难难的问题题。施工技术术的进步步这里讲的的是综合合性的施施工技术术，施工工技术的的进步带带动设计计、检测测等方法法的进步步。逆作法冻结法SMW工法设计方法法的进步步1.符合两墙墙合一使使用要求求的设计计方法“两墙合合一”是是指围护护结构同同时作为为地下主主体结构构一部分分，即围围护结构构墙与地地下室外外墙合一一。“两两墙合一一”是充充分发挥挥地下连连续墙承承载作用用的一种种设计思思路，具具有很大大的经济济意义，，是地下下连续墙墙作为围围护结构构的发展展方向，，正在一一些重要要的工程程中采用用。采取取两墙合合一设计计的基坑坑工程，，在设计计方法上上不同于于一般的的围护结结构设计计，对于于承载、、防渗、、结构连连接都提提出了非非常高的的要求，，推动了了基坑工工程围护护结构设设计方法法的发展展。2.深深基坑工工程数值值计算方方法的发发展作用于柔柔性结构构上的土土压力实实际上是是结构与与土共同同作用的的响应，，采用有有限元方方法在原原理上可可以解决决这类问问题的计计算，在在实现中中还有各各种困难难需要进进一步去去解决，，20多多年来深深基坑工工程的数数值解计计算方法法得到了了长足的的进步。。3.计算软件件及商业业化开发发研究深基坑工工程的设设计计算算的内容容和要求求日益提提高，已已经必须须依靠计计算机才才能实现现深基坑坑工程设设计的计计算工作作要求。。于是，，计算程程序的开开发研究究有了很很大的发发展，形形成了一一些商业业化的计计算软件件。但计算软软件只能能作为一一种工具具和手段段，garbageinto，garbageout.正确的方方法应当当是计算算加工程程判断。。不能盲盲目地依依赖计算算软件。。上海力学学学会举举行的一一次深深基坑工工程计算算软件考考核开挖深度度为15m的3层地地下室基基坑采用1000mm厚的地下下连续墙墙三道钢筋筋混凝土土支撑支撑的尺尺寸、位位置平面面布置都都统一规规定土层的设设计参数数和地面面荷载也也都统一一规定管理制度度的建立立许多主要要的城市市都先后后建立了了不同形形式的机机构，规规定了深深基坑工工程的设设计方案案必须经经过评审审，这一一制度的的建立为为深基坑坑工程走走向健康康的发展展提供了了制度的的保证。。标准化工工作的开开展20年来来，在总总结工程程经验的的基础上上，许多多城市编编制了地地方的深深基坑工工程技术术规范，，二本全全国性的的深基坑坑工程技技术的行行业标准准，初步步确立了了我国深深基坑工工程的标标准化体体系，给给深基坑坑工程的的设计和和施工有有章可循循，有法法可依。。第二轮的的规范修修编工作作正在开开展，总总结十余余年来的的经验。。逆作法与与冻结法法的应用用深基坑工工程的逆逆作法逆作法是是地上和和地下同同时施工工的方法法，又称称为逆筑筑法。逆逆作法利利用先施施工的地地下连续续墙和中中间支承承柱承受受荷载，，从地面面逐层下下挖并从从上到下下地完成成地下室室的梁板板、楼面面工程，，利用上上一层的的楼板结结构作为为下一层层开挖时时的支撑撑，逐层层交替开开挖与浇浇筑楼板板结构；；与此同同时，逐逐层向上上建造上上部结构构，使地地面上和和地下可可同时进进行施工工。因此此，可以以缩短工工期，降降低造价价，是一一种合理理的建筑筑方法，，具有明明显的经经济效益益。1935年日本本首次提提出逆作作法施工工的概念念，经历历了60余年的的研究与与工程实实践，目目前已应应用于高高层建筑筑的多层层地下室室、大型型地下商商场、地地下车库库、地铁铁、隧道道和大型型变电站站及污水水处理池池等构筑筑物。国际上采采用逆作作法建造造的地下下建筑：：最大的的是东京京八重洲洲地下街街，共３３层，建建筑面积积７万m2；最深的地地下街是是莫斯科科切尔坦坦沃住宅宅小区地地下街，，深达70~100m;最高的地地下综合合体是德德国慕尼尼黑卡尔尔斯广场场综合体体，共６６层。1994年日本本新建的的高层建建筑中，，地下结结构有18.2%采用用逆作法法施工。。1965~1989年年，德国国慕尼黑黑地铁共共建57座地铁铁车站中中，20座采用用逆作法法施工。。我国在最最近10余年来来，在北北京、上上海、辽辽宁、深深圳、广广州等地地推广了了逆作法法施工技技术，有有60多多项工程程项目的的地下结结构采用用了逆作作法施工工。逆作法施施工的基基本概念念图示1.缩缩短工程程施工的的总工期期2.基坑变形形小，相相邻建筑筑物的沉沉降小3.可可节省地地下室外外墙及外外墙下工工程桩费费用4.使使底板设设计趋向向合理5.可可节省支支撑费用用6.可可最大限限度利用用红线内内的地下下空间逆作法的的特点缩短工程程施工的的总工期期带多层地地下室的的高层建建筑，如如采用传传统方法法施工，，其总工工期为地地下结构构的工期期加地上上结构的的工期，，再加装装修等所所占的工工期。地下结构施工主体结构施工装修采用逆作作法施工工，一般般情况下下只有地地下一层层占绝对对工期，，其他各各层地下下室可与与地上结结构同时时施工，，不占绝绝对工期期，因此此可以縮縮短工程程的总工工期。地下结构施工主体结构施工装修地下一一层地下地地上同同时施施工装修日本读读买新新闻社社大楼楼，地地上９９层，，地下下６层层，用用封闭闭式逆逆作法法施工工，总总工期期只用用了２２２月月，比比传统统施工工方法法縮短短工期期６个个月。。法国巴巴黎拉拉弗埃埃特百百货大大楼，，６层层地下下室，，用逆逆作法法施工工，工工期縮縮短1/3。广州新新中国国大厦厦，地地上４４３层层，地地下５５层，，平均均开挖挖深度度１９９ｍ，，采用用逆作作法施施工，，工期期縮短短１１１个月月。工程名称地下层数地上层数逆作工期节省造价逆作层数上海恒积大厦4225月11％4/4上海明天广场3567月12％6/3上海京沙大厦2275月10％4/2杭州凯悦大酒店93基坑变变形小小，相相邻建建筑物物的沉沉降小小采用逆逆作法法施工工，是是利用用逐层层浇筑筑的地地下室室结构构作为为围护护结构构的内内支撑撑。与与临时时支撑撑相比比，地地下结结构的的刚度度大得得多，，所以以，围围护结结构的的变形形小得得多，，相邻邻建筑筑物的的变形形也小小得多多。同时，，由于于中间间支承承柱的的存在在，底底板增增加了了支点点，浇浇筑后后的底底板成成为多多跨的的连续续板结结构，，减少少了隆隆起。。工程名称管线最大位移地下墙最大水平位移相邻柱最大沉降差上海恒积大厦水平14.6mm竖直17.0mm33.0mm13.7mm上海明天广场水平18.4mm竖直24.9mm19.0mm8.5mm上海京沙大厦水平23.5mm竖直16.5mm37.5mm7.0mm德意志志联邦邦银行行大楼楼用逆逆作法法施工工；而而联邦邦德国国国家家银行行总部部大楼楼的深深度相相同，，用地地下连连续墙墙加五五层土土锚的的传统统方法法施工工。两两者的的比较较如下下：施工方法变形量（ｍｍ）连续墙的水平变形底板隆起邻近建筑物沉降逆作法26~35184~20传统方法20~606025~50逆作法法有七七个““小””的特特点墙前水水平位位移小小；墙后沉沉降小小；坑底隆隆起小小；差异变变形小小；楼板应应力小小；土压力力小；；墙体应应力小小。可节省省地下下室外外墙及及外墙墙下工工程桩桩费用用多层地地下室室采用用常规规的支支护结结构，，包括括锚杆杆与内内支撑撑，都都需要要围护护桩或或围护护墙，，锚杆杆或内内支撑撑，花花费的的工程程费用用很可可观。。采用逆逆作法法施工工，要要求围围护墙墙也能能发挥挥永久久性结结构的的承重重作用用，材材料得得到充充分的的利用用，节节省了了地下下室外外墙与与外墙墙下工工程桩桩的费费用，，据分分析可可以节节省地地下室室工程程造价价的1/3左右右。顺作法法施工工逆作法法施工工使底板板设计计趋向向合理理钢筋混混凝土土底板板要满满足抗抗浮要要求。。用传传统方方法施施工时时，底底板的的支点点少，，跨度度大，，上浮浮力产产生的的弯矩矩大，，有时时为了了满足足施工工时的的抗浮浮要求求，而而需要要加大大底板板的厚厚度，，或增增强底底板的的配筋筋。用逆作作法施施工时时，底底板的的支点点增多多，跨跨度小小，弯弯矩比比较小小，底底板的的设计计可以以更为为合理理。可节省省支撑撑费用用深度大大的多多层地地下室室，用用传统统方法法施工工时，，为了了减少少支护护结构构的变变形，，需要要设置置强大大的内内支撑撑或锚锚杆，，消耗耗大量量的材材料，，费用用相当当可观观。用逆作作法施施工，，利用用地下下室的的梁板板系统统来支支撑围围护结结构，，可以以不设设置临临时的的支、、锚体体系，，节省省材料料，不不需要要拆撑撑，縮縮短工工期，，避免免污染染环境境。可最大大限度度利用用红线线内的的地下下空间间多层地地下室室采用用传统统方法法施工工时，，在地地下室室外墙墙与红红线之之间必必须留留有支支护结结构截截面尺尺寸和和施工工操作作面所所必要要的距距离，，縮小小了地地下室室的建建筑面面积。。采用逆逆作法法施工工时，，在满满足室室外管管线或或构筑筑物布布置的的前提提下，，作为为地下下室外外墙的的地下下连续续墙可可以紧紧靠建建筑红红线。。逆作法法施工工的一一些代代表性性工程程上海寥寥创兴兴金融融中心心上海仲仲盛商商业中中心广州新新中国国大厦厦上海世世博500kV地下变变电站站上海寥寥创兴兴金融融中心心主楼37层层，裙裙房3层，，5层层地下下室，，基坑平平均开开挖深深度22.4m，地下室室每层层面积积4000m2。地下连连续墙墙厚度度1000mm，，深度35m。地下连连续墙墙与中中柱桩桩之间间，中中柱桩桩之间间的差差异变变形不不超过过20mm和1/400柱柱距，，使楼楼板不不致产产生裂裂缝。。墙体侧侧斜孔孔的最最大位位移20.01~34.59mm之间。。地下连连续墙墙顶的的水平平位移移很微微小而而没有有测到到。地下连连续墙墙顶的的竖向向位移移6.1~15.4mm之间。。地下连连续墙墙后的的土体体水平平位移移18.84~21.65mm之间。。支撑轴轴力和和楼板板应力力均控控制在在设计计允许许范围围以内内。支撑轴轴力86kN~392kN之间。。楼板应应力2.01kN~5.41kN之间。。中柱桩桩的隆隆起变变形13.5mm~29.9mm之间。。上海仲仲盛商商业中中心地上五五层，，地下下三层层。基坑面面积50000m2，开挖深深度13.5m。中心岛岛顺作作，三三级放放坡，，周边边环板板一层层逆作作；地下连连续墙墙两墙墙合一一；基坑外外侧采采用卸卸土放放坡；；广州新新中国国大厦厦地上13层层，地地下5层，，开挖挖深度度19m，工程占占地7343m2。地下连连续墙墙厚度度800mm，深度25m。布置了6个个深度为22ｍ的降降水井。采用逆作法法，工期比比顺作法减减少11个个月。上海世博500kV地下变电站站上海世博500kV地下变电站站，开挖深度34m，基坑面积13000m2，地下结构外外墙外壁直直径130m。采用地下连连续墙两墙墙合一，地地下连续墙墙厚度1200mm，结构梁板代代替水平支支撑，环形形临时支撑撑，逆作法法施工。上海市的逆逆作法工法法简介(YJGF02-96)1.工法特特点2.工艺原理3.适用范范围4.施工工工艺5.质量标标准6.机械设设备7.施工安安全8.工程实实例及效益益分析工法特点利用柱下桩桩和地下连连续墙作为为逆作法施施工期间承承受地上、、地下结构构荷载和施施工荷载的的构件，利利用地下室室楼板作为为基坑施工工的支撑。。首层楼板结结构完成以以后，在楼楼板下挖土土，采用土土模承重法法浇筑下一一层楼板。。循环采用上上述方法继继续施工。。工艺原理先沿建筑物物周围施工工地下墙，，在建筑物物内部按柱柱网轴线施施工柱下支支承桩。然后进行地地下首层施施工，完成成后同时施施工地下、、地上结构构。待大底板完完成后，再再进行复合合柱、复合合墙的施工工。施工工艺（（要点）按设计图纸纸要求，埋埋设地下结结构相关节节点的钢板板及连接钢钢筋；暴露露节点后按按设计要求求清理、焊焊接。结构沉降差差控制，对对地下连续续墙底部和和柱下桩的的底部进行行注浆；根据静载荷荷试验曲线线，计算各各工况的沉沉降，得出出在极限沉沉降差范围围内的上部部结构可能能施工的层层数；进行沉降观观测，拟合合荷载～沉沉降关系，，预测施工工过程中的的沉降差，，控制施工工。冻结法施工工利用人工制制冷技术，，使土层中中的水结冰冰将天然土土变成冻土土以增加其其强度和稳稳定性，冻冻结加固均均匀完整，，形成一道道冻土墙，，不仅可以以承受水土土压力和基基坑开挖过过程中的各各种施工荷荷载，而且且可作为一一道防水性性很好的止止水帷幕，，发挥围护护结构的作作用，在冻冻土墙的保保护下进行行地下结构构的施工。。冻结法施施工在采矿矿工程中已已经得到了了广泛的应应用，进行行了大量的的试验研究究，积累了了丰富的经经验。但用用于深基坑坑工程则是是近几年的的发展。人工冻结法法的应用开开始于19世纪。1883年年，德国阿阿尔里德煤煤矿井筒施施工中首次次应用冻结结法并获得得成功。1886年年，瑞典24ｍ长的的人行隧道道建设工程程中，首先先将冻结法法应用于城城市土木工工程。100多年来，人人工冻结法法在各种工工程建设中中得到了应应用，解决决了许多困困难的施工工问题。德国多塞道道夫中心火火车站附近近，扩展的的地铁要经经过居民建建筑和闹市市街道，隧隧道顶部离离建筑物基基础只有很很小顶距离离，在三段段40m长的隧道施施工中成功功地采用了了人工冻结结法。日本名古屋屋建造地下下输电隧道道时，在两两个隧道地地连接处，，成功地应应用了人工工冻结法技技术。70年代，，北京地铁铁建设时首首次采用人人工冻结法法，冻结段段长90m，深度28m。1975年，沈阳地地铁２号井井采用冻结结法施工，，井筒直接接7m，冻结深度51m。1992年、1998年上海海地铁施工工中成功采采用冻结法法施工技术术，现在已已经成为成成熟的施工工方法，用用以区间隧隧道的修筑筑旁通道。。1997年年北京复八八线采用冻冻结法加固固隧道顶部部土层。冻结技术用用于基坑工工程的可行行性取决于于设计要求求、现场及及工程项目目的限制条条件。其中中，地质条条件和水文文条件是评评价冻结法法可行性的的两个重要要因素。当当地下水流流速小于1.5m/d时采用冻结结法是可行行而且是经经济的；水水质、水温温是决定冻冻结法费用用的重要因因素，对于于含盐量高高的土，冻冻结成本会会提高。冻冻胀可能引引起地层移移动，但并并非人们想想象的那么么大，这在在上海和北北京的地铁铁应用冻结结法施工中中已有证实实，可以通通过速冻和和泄压等方方法减少冻冻胀量。润杨大桥南南锚碇润杨大桥南南汊桥采用用跨径1490m双塔单跨双双铰钢箱梁梁悬索桥。。２根6.8×105kN的拉力通过过锚碇及重重力嵌岩基基础传至地地基。基岩为风化化花岗岩，，全风化层层和强风化化层分布不不均匀，场场地地下水水位1.8~2.2m，区域赋存第第四系孔隙隙微承压及及基岩裂隙隙微承压两两大含水层层组。南锚碇冻结结排桩围护护体系是以以含水地层层冻结形成成的冻结帷帷幕为基坑坑的封水结结构，以排排桩及内支支撑体系为为抵抗水土土压力的承承力结构，，形成了新新的围护技技术，较好好地解决了了基坑围护护结构的嵌嵌岩及封水水问题。锚碇的平面面尺寸70.5×52.5m，基坑开挖到到基岩，深深度29m，采用钻孔排排桩挡土，，1.3m厚的冻土薄薄壁隔水，，“排桩冻冻结法”。。排桩直径1.5m，中心距1.7m，桩长35m，嵌岩6m。冻结帷幕布布置在外侧侧，采用单单排冻结孔孔冻结封水水，与排桩桩插花布置置，冻结孔孔深40m，冻结帷幕入入岩11m。先浇排桩结结构，再在在外侧冻土土。为了降降低冻胀力力对排桩结结构的不利利影响，在在冻结帷幕幕外设置288个直直径25cm的卸压孔。。开挖过程程中，实测测冻胀力0.0907MPa衰减到0.0576MPa。从0°～－4°冻胀力增加加到幅度最最大，低于于－4°以后变化很很小。北京复八线线地铁区间隧道施施工时，拱拱顶遇到饱饱和含水的的粉细砂层层，此段隧隧道地处格格贸立交桥桥下，又有有多条地下下管线，为为了确保地地下管线和和地面交通通的安全运运行，采用用隧道内水水平冻结法法施工，水水平距离45m。设计冻结壁壁厚1.2m，平均温度-10°C，冻结粉细砂砂持久抗压压强度6MPa，抗弯强度2.5MPa。基坑工程的的失效模式式与案例深基坑工程程的技术要要求与类型型失效的若干干案例地下连续墙墙的垮塌拱圈围护结结构的垮塌塌引水渠道基基坑开挖边边坡失稳土钉墙的垮垮塌基坑工程的的失效模式式深基坑工程程的技术要要求深基坑工程程是指包括基基坑开挖、、降水和支支护结构设设计、施工工与监测在在内的总称称。支护结构则由包括具具有挡土、、止水功能能的围护结构和维持围护护结构平衡衡的支、锚体系系两部分组成成；支、锚锚体系是指指内支撑体系系或锚杆体体系，内支撑体系系由支撑、围围檩和立柱柱等构件组组成，锚杆体系则由锚杆、、腰粱和台台座等组成成。对深基坑坑工程的的技术要要求包括括：一深基基坑工程程的功能能要求1.挡挡土土功能为地下室室施工创创造安全全的施工工面2.止止水水功能为地下室室施工创创造干燥燥的施工工面3.作作为为地下结结构外墙墙的使用用功能地下室施施工结束束后成为为地下室室的结构构外墙二环境境保护与与处理相相邻关系系的要求求1.控控制制围护结结构位移移和坑底底隆起对对环境的的影响通过减小小变形保保护相邻邻建筑物物2.控控制制降低地地下水位位对环境境的影响响减少坑外外地下水水位的变变化3.控控制制土锚对对相邻场场地的影影响保护相邻邻场地的的地下资资源的使使用权深基坑围围护结构构的类型型按功能划划分按围护结结构刚度度划分按围护结结构保持持稳定方方式划分分按围护结结构的施施工工艺艺与材料料划分按功能划划分按围护结结构功能能划分为为临时性结结构和兼有永永久性结结构功能能（两墙合一一）两类。。临时性围围护结构构的功能能比较单单一，设设计时只只要满足足施工围围护结构构的挡土土、止水水和环境境保护的的要求；；永久性结结构除了了满足上上述施工工围护结结构的要要求外，，还应满满足作为为永久性性结构的的许多要要求，例例如传力力、协调调变形、、防渗等等要求。。同时还还要处理理与地下下室梁、、板、柱柱的连接接构造，，对围护护结构的的变形也也有更严严格的要要求。按围护结结构刚度度划分按围护结结构材料料本身的的传力特特性可以以分为刚刚性结构构和柔性性结构两两类。刚性结构构围护体材材料的抗抗拉强度度很低，，一般不不考虑承承受弯矩矩，其变变形的特特点主要要是平移移和转动动，当发发生挠曲曲变形时时很容易易出现开开裂；柔性结构构围护体材材料能承承受较大大的弯矩矩和拉应应力，因因此可以以容许发发生较大大的挠曲曲而结构构不出现现裂缝。。按围护结结构保持持稳定方方式划分分自立式围围护结构构可以不依依靠支撑撑或锚杆杆的传力力作用而而保持其其平衡，，按照保保持稳定定的机制制可以分分为重力力式和悬悬臂式两两类。重力式围护结构构依靠自自身的重重力所形形成的稳稳定力矩矩和摩阻阻力来抵抵抗土压压力所引引起的倾倾覆和滑滑移；悬臂式则依靠插插入深度度范围内内土的嵌嵌固作用用维持稳稳定。支锚式围围护结构构则需要依依靠内支支撑或土土锚才能能保持围围护结构构的稳定定。主动土压力Ea被动抗力Ep基底摩阻力H重力G重力式围围护结构构主动土压力Ea被动抗力Ep被动抗力E´p悬臂式围围护结构构拉锚土锚土锚或拉拉锚支撑立柱立柱桩围护墙围檩坑底加固内支撑体体系按围护结结构施工工工艺与与材料划划分按围护结结构的施施工工艺艺与材料料划分可可分为以以水泥稳稳定土为为材料的的水泥搅搅拌桩，，以钢为为材料的的钢板桩桩和以钢钢筋混凝凝土为材材料的钻钻孔灌注注桩、地地下连续续墙或钢钢筋混凝凝土板桩桩。围护结构构的受力力性能与与材料密密切有关关。用水水泥搅拌拌桩做成成的坝体体是刚性性的、自自立式的的。用钢钢材或钢钢筋混凝凝土制成成的围护护结构是是柔性的的，一般般需要采采用支锚锚体系来来维持其其稳定。。但钢筋筋混凝土土地下连连续墙也也可以做做成如图图所示的的重力式式围护结结构；水水泥搅拌拌桩可以以加劲性性的型钢钢成为柔柔性的围围护结构构（SMW工法），，也可以以用作柔柔性的排排桩式围围护结构构的止水水帷幕。。基坑工程程失效案案例地下连续续墙的垮垮塌基坑面积积2600m2，周边长度度260m，开挖深度度12.35m，采用600mm厚、24m深的地下下连续墙墙，设四四道支撑撑，第一一道钢筋筋混凝土土支撑，，其余为为609mm的钢管支支撑几点教训训设计：荷荷载用标标准值，，抗力用用设计值值，设计计表达式式两端不不匹配，，降低了了安全度度。钢支支撑直接接支承在在与其斜斜交的地地下连续续墙上，，没有用用围檩，，更无平平衡剪力力垛。施工：未未按设计计图纸的的要求施施工，包包括超挖挖、不及及时支撑撑，坑底底没有加加固。监测：没没有及时时发现险险情，没没有发出出警报。。管理：邻邻近工程程的负责责人发现现问题，，向这个个项目的的经理提提出忠告告，但项项目经理理却置若若罔闻，，没有引引起警觉觉。事故故发生前前晚，已已发现预预兆，但但没有及及时采取取工程措措施抢险险。拱圈围护护结构的的垮塌拱圈逆作作法拱圈逆作作法的主主要问题题１．大面面积的建建筑基坑坑平面受受力状态态不同于于圆拱的的受力条条件；２．从上上而下修修筑的栏栏墙没有有插入深深度，对对于敞开开开挖的的施工条条件，会会发生从从底部涌涌入坑内内的塑性性流动；；２．止水水措施不不足以阻阻止地下下水从坑坑外向坑坑内流动动。引水渠道道基坑开开挖边坡坡失稳4孔箱涵涵，单孔孔尺寸为为3.25m3.60m，，总长75m地面标高高＋4.2~4.7m，设计基坑坑底面标标高－5.33m，开挖深度度近10m按三级放放坡，从从上至下下依次为为1:1.5、、1:2和1:3，变坡坡处留1.0m宽的马道道二级轻型型井点降降水采用水冲冲法施工工，泥浆浆沉淀池池设置在在基坑顶顶部南北北两侧，，距基坑坑外缘12m～15m10m高的土坡坡滑动滑坡发生生在挖到到基坑底底面，浇浇筑垫层层后，正正在绑扎扎箱涵的的钢筋时时没有进行行任何的的位移观观测，因因此没有有发现滑滑坡的预预兆，突突发性的的事故塌入基坑坑中的土土方5000立立方米，泥面涌高高6m第一级井井点向基基坑中移移动13m事故分析析1.10m的高差形形成的压压力差超超过了软软土的承承载能力力；2.由由于坡面面非常平平缓，滑滑动的形形式是深深层滑动动，以中中点圆的的形式破破坏；3.卸卸载引起起负的孔孔隙水压压力，产产生强度度较高的的假象，，随着负负压的消消散，土土的抗剪剪强度降降低，滑滑坡并不不发生的的开挖的的同时，，而滞后后一定的的时间；；4.没没有进行行监测的的教训。。土钉墙的的垮塌阳角处土土钉墙的的破坏钢支撑围围护结构构的失稳稳不同类型型围护结结构接头头处及深深、浅坑坑之间支支档墙的的失稳基坑工程程的失效效模式基坑工程程的失效效模式1.整体失稳稳2.坑底隆起起3.围护结结构倾倾覆失失稳4.围护结结构滑滑移失失稳5.围护结结构底底部地地基承承载力力失稳稳6.““踢踢脚””失稳稳7.止止水水帷幕幕功能能失效效和坑坑底渗渗透变变形破破坏8.围围护护结构构的结结构性性破坏坏9.支支、锚锚体系系失稳稳破坏坏整体失失稳整体失失稳是是指在在土体体中形形成了了滑动动面，，围护护结构构连同同基坑坑外侧侧及坑坑底的的土体体一起起丧失失稳定定性，，一般般的失失稳形形态是是围护护结构构的上上部向向坑外外倾倒倒，围围护结结构的的底部部向坑坑内移移动，，坑底底土体体隆起起，坑坑外地地面下下陷。。坑底隆隆起坑底隆隆起是是指坑坑底土土体产产生向向上的的塑性性变形形。基基坑开开挖以以后，，坑底底向上上位移移的原原因有有两种种，一一是卸卸载引引起的的回弹，其数数值较较小；；另一一种是是在开开挖引引起的的压力力差作作用下下土体体中产产生的的塑性变变形，这种种变形形如果果数量量较大大，表表示土土体中中的塑塑流已已经比比较严严重，，如果果围护护结构构和内内支撑撑能形形成整整体性性好的的体系系，则则塑流流仅引引起坑坑外地地面下下沉，，影响响环境境安全全；如如果是是自立立式结结构或或节点点强度度差的的支撑撑体系系，隆隆起可可能是是整体体失稳稳的前前兆；；如果果稳定定性不不能得得到有有效的的控制制，就就会发发生整整体性性失稳稳。围护结结构倾倾覆失失稳围护结结构的的倾覆覆失稳稳主要要发生生在重重力式式结构构或悬悬臂式式围护护结构构，重重力式式结构构在坑坑外主主动土土压力力的作作用下下，围围护结结构绕绕其下下部的的某点点转动动，围护结结构的的顶部部向坑坑内倾倾倒。抵抗抗倾覆覆失稳稳的力力矩主主要由由围护护结构构自身身的重重力形形成，，坑底底的被被动抗抗力也也是构构成抵抵抗力力矩的的因素素。关关于转转动中中心的的位置置有不不同的的看法法，传传统的的方法法是将将转动中中心放放在围围护结结构的的前趾趾，但也也有认认为绕绕前趾趾上面面或下下面的的某一一点转转动比比较合合理，，特别别的软软土地地区由由于基基底土土比较较软弱弱，在在力矩矩作用用下前趾有有下沉沉的可可能。围护结结构滑滑移失失稳围护结结构的的滑移移失稳稳亦主主要发发生在在重力力式结结构中中，在在坑外外主动动土压压力的的作用用下，，围护结结构向向坑内内平移移。抵抗抗滑移移的阻阻力主主要由由围护护体底底面的的摩阻阻力以以及内内侧的的被动动土压压力构构成。。当坑坑底土土软弱弱或围围护结结构底底部的的地基基土软软化时时，墙墙体发发生滑滑移失失稳。。围护结结构底底部地地基承承载力力失稳稳重力式式围护护结构构的底底面压压力过过大，，地基基承载载力不不足引引起的的失稳稳。由于在在围护护结构构的外外侧还还作用用着土土压力力，因因此其其合力力是倾倾斜的的。在在倾斜斜荷载载作用用下，，地基基土发发生向向坑内内的挤挤出，，围护护结构构产生生不均均匀的的沉降降，可可能导导致部部分围围护结结构的的开裂裂损坏坏。“踢脚脚”失失稳在单支支撑的的基坑坑中，，可能能发生生挠支撑撑点转转动，围护护结构构上部部向坑坑外倾倾倒，，围护护结构构的下下部向向上翻翻的失失稳模模式，，故形形象地地称为为“踢踢脚””失稳稳。在在多支支撑的的围护护结构构中一一般不不会产产生踢踢脚失失稳，，除非非其它它支撑撑都已已失效效，只只有一一道支支撑起起作用用的情情况。。止水帷帷幕功功能失失效和和坑底底渗透透变形形破坏坏止水帷帷幕丧丧失挡挡水功功能，，产生生渗漏、、涌水水、流流土或或流砂砂。由于于水土土流失失使基基坑外外地面面下沉沉、塌塌陷，，导致致邻近近建筑筑物的的开裂裂和损损坏。。引起起围护护结构构止水水帷幕幕功能能失效效的主主要原原因是是施工工因素素，其其次是是设计计因素素和材材料的的因素素。由由于施施工质质量低低劣，，止水水帷幕幕有空空洞或或裂缝缝，成成为漏漏水的的通道道是最最普遍遍的现现象；；止水水帷幕幕设计计过短短，没没有全全部切切断透透水层层也是是漏水水的可可能原原因。。由于止止水帷帷幕失失效产产生过过大的的水力力坡降降引起起坑底底渗透变变形破破坏。坑内内采用用排水水或降降水措措施后后，造造成了了坑内内外的的水头头差，，地下下水在在水头头差的的作用用下向向坑内内渗流流，在在渗流流出口口处土土的细细颗粒粒被带带出，，或土土颗粒粒处于于悬浮浮状态态涌出出。这这种由由渗透透引起起的破破坏因因破坏坏机理理不同同而有有不同同的名名称，，如管管涌、、流砂砂或流流土。。如不不及时时制止止，由由渗透透变形形引起起的坑坑外土土体的的位移移和陷陷落是是严重重的。。围护结结构的的结构构性破破坏围护结结构的的结构构性破破坏是是指围围护体体本身身发生生开裂、、折断断、剪剪断或或压屈屈，致使使结构构失去去了承承载能能力的的破坏坏模式式。结构性性损坏坏的原原因可可能是是方案案性的的错误误，如如支撑撑体系系不当当或围围护结结构不不闭合合；也也可能能是设设计计计算时时荷载载估计计不足足或结结构材材料强强度估估计过过高，，支撑撑或围围檩截截面不不足导导致破破坏；；此外外，结结构节节点处处理不不当，，也会会因局局部失失稳而而引起起整体体破坏坏，特特别在在钢支支撑体体系中中，节节点多多，加加工与与安装装质量量不易易控制制。节节点处处理包包括支支撑和和墙体体的连连接处处，如如不设设置围围檩或或连接接强度度不够够。支、锚锚体系系失稳稳破坏坏支锚体体系的的失稳稳破坏坏包括括两种种不同同的破破坏模模式。。锚杆杆的破破坏主主要表表现为为锚杆的的拔出出、断断裂或或预应应力松松弛，土锚锚的破破坏大大多是是局部部的，，群锚锚的破破坏实实际上上是土土体的的失稳稳而并并非是是锚杆杆的结结构性性破坏坏；支支撑的的失稳稳很可可能是是整体体性的的，其其形态态因体体系不不同而而不同同，支支撑体体系大大多是是超静静定的的，局局部的的破坏坏会造造成整整体的的失稳稳，尤尤其是是钢支支撑体体系，，局部部节点点的失失效概概率比比较大大。深基坑坑工程程方案案设计计方案设设计与与施工工图设设计深基坑坑工程程设计计一般般分为为总体体方案案设计计和施施工图图设计计两个个阶段段，总总体方方案设设计的的任务务是根根据主主体工工程的的性质质和对对地下下室的的使用用要求求、场场地工工程地地质和和水文文地质质条件件、相相邻环环境对对基坑坑施工工的制制约程程度等等因素素，选选择合合适的的围护护结构构与支支撑体体系、、协调调基坑坑工程程与主主体工工程的的关系系、控控制环环境质质量，，为施施工图图设计计和基基坑施施工组组织计计划提提供控控制性性方案案。基坑工工程方方案设设计1）确定开开挖方方案，，包括括地下下水的的处理理方案案；2）选择围围护结结构的的类型型；3）选用土土层锚锚杆或或内支支撑，，选择择支撑撑材料料；4）对土层层锚杆杆或内内支撑撑进行行平面面和竖竖向布布置，，包括括围檩檩和立立柱的的布置置；5）进行各各项稳稳定验验算和和结构构内力力计算算以确确定围围护结结构、、支撑撑、围围檩或或锚杆杆的材材料强强度和和截面面尺寸寸，确确定是是否需需要加加固坑坑底；；进行行降水水的控控制性性计算算；6）进行变变形验验算以以检验验是否否满足足环境境要求求；7）对施工工方案案提出出要求求；8）进行多多方案案的技技术经经济比比较，，优选选方案案。基坑围围护设设计的的依据据深大基基坑的的设计计是一一项综综合性性的设设计工工作，，它与与上部部结构构（包包括地地下室室）设设计、、工程程地质质勘察察、地地下室室施工工方案案以及及周围围的自自然环环境、、工程程环境境和社社会环环境都都有密密切的的关系系，因因此，，在基基坑工工程设设计时时必须须具备备下列列几个个方面面的资资料：：基坑工工程设设计必必需的的资料料主体结结构设设计图图纸工程勘勘察报报告环境调调查资资料基坑周周边地地区建建筑物物情况况基坑周周边地地区市市政设设施情情况基坑周周边地地区道道路情情况基坑工工程施施工条条件方案设设计讨讨论及及案例例开挖方方案的的选择择选择围围护结结构的的类型型支锚体体系的的选择择支撑的的平面面布置置支撑和和锚杆杆的竖竖向布布置立柱的的设置置降水开挖方方案选选择放坡开开挖无支撑撑开挖挖重力式式挡墙墙悬臂式式挡墙墙锚固式式挡墙墙有支撑撑的开开挖组合型型的开开挖方方案放坡开开挖放坡开开挖的的直接接费用用最少少，而而且为为主体体工程程创造造了比比较宽宽敞的的施工工作业业空间间，因因而工工作面面宽，，工期期也比比较短短，如如果场场地条条件允允许，，放坡坡开挖挖应该该是首首选的的方案案。制制约采采用放放坡开开挖的的因素素主要要是周周围场场地和和开挖挖深度度的限限制。。放坡坡需要要占用用比较较大的的场地地，在在城市市或建建成区区往往往没有有这个个条件件。如整体体稳定定性允允许，，可以以采用用放坡坡开挖挖方案案时。。但有有时受受场地地的限限制，，只能能取用用较陡陡的坡坡度；；如坡坡面的的稳定定性不不能得得到保保证时时，则则可采采用喷喷锚支支护或或土钉钉墙的的方案案。喷喷锚支支护和和土钉钉墙从从受力力机理理上讲讲不同同于无无支撑撑的自自立式式挡墙墙，而而是属属于坡坡面加加固处处理的的一种种方法法，通通过加加强土土体共共同受受力的的方式式来保保持坡坡面的的稳定定性，，属于于自承承支护护体系系。如如果坑坑底土土质比比较差差，整整体稳稳定性性不足足，则则喷锚锚支护护和土土钉墙墙的方方案就就不能能采用用。无支撑撑开挖挖当不能能采用用放坡坡开挖挖方案案时，，必须须选用用围护结结构以支承承坑外外的土土体。。在可可能的的条件件下应应尽可可能采采用无支撑开开挖的方案，，因为这这种方案案能提供供比较开开阔的坑坑内施工工条件，，便于挖挖土、运运土以及及地下室室的施工工；同时时，也比比较经济济。重力式挡挡墙重力式挡挡墙是依依靠自身身的重力力维持其其稳定的的围护结结构，由由于可以以采用价价格比较较低廉的的水泥土土等材料料制作，，是一种种比较经经济的方方案。在在开挖深深度不大大（如软软土地区区不大于于6～7m），环境对位位移的要要求可允允许有50mm左右的条条件下是是首选方案案，但重力力式挡墙墙的宽度度比较大大，在地地下室外外墙与红红线之间间的距离离过小时时就很难难放得下下宽度较较大的重重力式挡挡墙。悬臂式挡挡墙悬臂式挡挡墙是依依靠自身身的刚度度和强度度就能维维持其稳稳定的围围护结构构，由于于围护结结构承受受比较大大的弯矩矩，需要要采用钢钢筋混凝凝土材料料。当重重力式挡挡墙因场场地宽度度不够而而不能采采用时，，悬臂式式挡墙就就能克服服这个缺缺点，可可以在1.5～2m的狭窄范围围内安置置悬臂式挡挡墙。但但悬臂式式挡墙的的位移比较较大，难以满满足周边边环境的的严格要要求，同同时在开开挖深度度较大时时墙身弯弯矩很大大，因此此适用的的开挖深深度也不不深；使使用条件件不当时时可能产产生围护护结构损损坏或严严重影响响环境的的事故。。锚固式挡挡墙锚固式挡挡墙是依依靠锚杆传递递的拉力力来维持其其稳定的的围护结结构，对对于深基基坑可以以采用多多道锚杆杆来平衡衡土压力力，因而而可以适适用于开开挖得很很深的基基坑。锚锚固式挡挡墙分为为拉锚式式和土层层锚杆式式两种，，拉锚常常用于钢钢板桩顶顶部的锚锚固，或或作为辅辅助的锚锚固措施施；土层层锚杆要要求具有有比较好好的地质质条件，，同时还还必须有有足够开开阔的场场地条件件或者容容许锚杆杆可以伸伸入红线线以外的的土层中中。在软软土地区区，由于于土层缺缺乏足够够的锚固固力而很很少采用用锚杆，，如将锚锚杆锚固固在很深深的砂层层中，则则锚杆的的长度很很长，也也就不是是一个经经济的方方案。有支撑的的开挖在不具备备采用土土层锚杆杆条件的的场地，，深基坑坑只能采采取有支支撑开挖挖的方案案，但是是深基坑坑的平面面尺寸一一般都比比较大，，给支撑撑的设置置带来了了困难；；由于支支撑和挖挖土的工工序互相相交叉，，形成许许多各具具特色的的支护开开挖方案案。分层开挖挖分层支支护法这是最基基本的方方法，按按照结构构受力分分析和便便于施工工的原则则布置每每道支撑撑（或锚锚杆）的的位置，，在深度度方向分分层挖土土与支撑撑设置交交替施工工。挖第1层层土浇浇筑第第1道支支撑挖挖第2层层土浇浇筑第2道支撑撑挖挖第第3层土土浇筑底板板。工况1工况2工况3工况4工况5工况6设计时要要按照上上述工况况进行分分别验算算，施工工时要严严格按照照设计规规定的程程序实施施，才能能保证围围护结构构的稳定定性和控控制变形形。在平平面上按按设定的的挖土与与设置支支撑流程程由一侧侧向另一一侧推进进，也可可以由中中部向两两侧推进进，但每每一层作作业作为为一个工工况考虑虑进行计计算，忽忽略平面面上流程程的时间间差对围围护结构构受力的的影响。。中心岛法法对于平面面面积很很大的基基坑，采采用分层层开挖、、分层支支护的方方法在技技术和经经济上都都不太合合理。由由于支撑撑的长度度很长，，为了增增大支撑撑刚度，，需要加加大支撑撑截面和和侧向支支撑，使使支撑的的造价很很高，而而且一层层平面的的挖土量量也很大大，前后后延续的的时间比比较长，，这就需需要在平平面上加加以划分分。中心岛法法是平面面划分的的一种考考虑，它它结合将将厚底板板分设后后浇带的的划分，，将平面面分成两两个部分分，中心心部分先先施工，，此时先先施工的的面积比比较小，，而且具具有放坡坡的余地地，可以以在坑内内按照放放坡办法法施工，，在中心心部分浇浇筑底板板以及地地下室的的部分结结构（如如核心筒筒、剪力力墙或柱柱）以后后，再分分层开挖挖四周的的留土，，分层将将支撑连连接到已已建成的的底板或或地下室室的构件件上去。。第一阶段段，放坡坡，浇筑筑中间部部分地下下室第二阶段段，对周周围部分分采用分分层开挖挖分层支支撑方法法施工底板地下室梁板支撑组合型的的开挖方方案在方案设设计时，，可以根根据工程程的具体体情况将将上述几几种方法法加以组组合，以以发挥各各自的优优点，形形成最经经济合理理的方案案。可以以在立面面上组合合，也可可以在平平面上组组合。立面组合合主要是是指为了了减少围围护结构构支承的的开挖深深度，将将围护结结构顶面面的标高高压低后后形成上上部是放放坡，下下部是支支锚的组组合断面面。围护护结构顶顶面标高高压低以以后，可可以减少少围护结结构的工工程量，，减少支支锚的数数量；上上部的处处理方法法视标高高降低的的数量和和土质条条件而定定，以保保持上部部开挖面面的稳定定为原则则。如降降低1m左右，可可以不放放坡，采采用砖砌砌挡墙保保护；如如标高压压低较多多，则可可采取放放坡的办办法，也也可以采采用喷锚锚护坡的的办法。。立面组组合的方方案可以以有效地地减少基基坑工程程的难度度，明显显降低造造价。立面组合合平面组合合是指在在基坑的的几个侧侧面采用用不同的的方法，，根据各各个侧面面场地宽宽余程度度的不同同，采取取不同的的方法。。在场地地比较宽宽敞的部部位尽可可能采用用放坡的的办法，，场地能能容纳重重力式的的地方尽尽量采用用重力式式挡墙，，在实在在放不下下重力式式挡墙的的部位才才采用排排桩式。。这样做做的目的的是为了了节省造造价，但但在技术术上带来来了一定定的困难难，主要要是在不不同型式式的结构构连接处处需要做做好构造造处理，，这些部部位往往往是最薄薄弱的环环节，也也是最容容易产生生事故的的地方。。实例1组组合型型的开挖挖