深基坑工程典型工法应用及失效模式案例分析

深基坑工程内容深基坑工程在我国的发展深基坑施工技术的进步深基坑工程的失效模式与事故案例深基坑工程的设计控制要求深基坑工程方案设计深基坑工程的监测与控制深基坑工程在我国的发展在我国，深基坑工程是最近20多年中迅速发展起来的一个领域。以前的几十年中，由于建筑物的高度不高，基础的埋置深度很浅，很少用地下室，基坑的开挖一般仅作为施工单位的施工措施，最多用钢板桩解决问题，没有专门的设计，也并没有引起工程界太多的关注。从国际饭店到上海宾馆

经历了半个世纪

20多年来，由于高层建筑、地下空间的发展，深基坑工程的规模之大、深度之深，成为岩土工程中事故最为频繁的领域，给岩土工程界提出了许多技术难题。因此也是岩土工程中发展最为活跃的领域之一，成为岩土工程的技术热点和难点。

技术难点：1.土力学的强度、变形、渗透三大课题全部都出现；2.施工因素的影响既巨大而又具有非常的不确定性；3.各种破坏模式相互交叉，互为因果，设计计算模式的不清晰性；热点：1.事故的频率高，灾害的涉及面宽，对社会的影响非常大，引起政府和社会的高度关注；2.工程费用占造价的比例高，业主对基坑工程的压价，方案不合理和安全度过低是高事故率的潜在因素；3.施工方过度追求高速度和低成本是高事故率的直接引发因素。按照发展的过程，二十多年来我国的深基坑工程大致经历了三个阶段：20世纪的80年代20世纪的90年代21世纪的近10年深基坑工程发展的三个阶段

第一阶段：20世纪80年代在一些大城市开始兴建高层建筑，深基坑工程问题逐渐出现。但那时多数是一层地下室，2～3层地下室比较少。主要的围护结构型式是水泥搅拌桩的重力式结构，对于比较深的基坑则采用排桩结构，如果有地下水，再加水泥搅拌桩止水帷幕。那时，，地下下连续续墙用用得比比较少少。SMW工法正正在进进行开开发研研究。。由于缺缺乏经经验，，深基基坑的的事故故比较较多，，引起起了社社会和和工程程界的的关注注。开始研研究深深基坑坑工程程的监监测技技术与与数值值计算算。有一些些技术术指南南，但但还没没有开开始编编制基基坑工工程的的规范范。第二阶阶段：：20世纪纪90年代代总结经经验，，出现现制定定基坑坑规范范的第第一波波，包包括武武汉、、上海海、深深圳等等地方方规范范和两两本行行业规规范。。一些地地方政政府建建立深深基坑坑方案案的审审查制制度。。开始出出现超超深、、超大大的深深基坑坑工程程，基基坑面面积达达到2～3万平平方米米，深深度达达到20m左右。。复合式式土钉钉墙在在软土土地区区的浅浅基坑坑中推推广使使用。。SMW工法开开始推推广使使用。。地下连连续墙墙的大大量采采用。。逆作法法施工工、支支护结结构与与主体体结构构相结结合的的设计计方法法开始始得到到重视视和运运用。。商业化化的深深基坑坑设计计软件件大量量使用用。内支撑撑出现现了大大直径径圆环环的形形式和和两道道支撑撑合用用围檩檩的方方案，，最大大限度度克服服了支支撑对对施工工的干干扰。。第三阶阶段：：进入入新世世纪以以后在更多多的城城市中中，大大规模模地兴兴建高高层建建筑和和地下下铁道道，地地下工工程向向更深深部发发展空空间，，出现现了更更深、、更大大的深深基坑坑工程程。基坑面面积：：如天天津市市117大厦9.6万平方方米，，上海海虹桥桥综合合交通通枢纽纽35万平方方米。。开挖深深度：：如苏苏州东东方之之门22m，上海世世博变变电站站34m，上海海董家家渡修修复基基坑41m。深基坑坑工程程施工工与相相邻环环境的的相互互影响响更趋趋严峻峻。一些城城市里里又出出现了了新一一波的的深基基坑工工程事事故。。一些过过去犯犯过的的错误误，一一再地地出现现。新的设设计、、施工工方法法得到到了推推广应应用。。逆作法法施工工、支支护结结构与与主体体结构构相结结合的的设计计方法法在更更多的的工程程中推推广应应用。。在我国国（包包括台台北和和香港港）采采用支支护结结构与与主体体结构构相结结合并并用逆逆作法法施工工的深深基坑坑工程程已达达101项项。出现了了第二二波的的基坑坑工程程规范范的修修订与与编制制。通过20多多年的的工程程实践践和业业内人人士的的努力力，学学术研研究和和工程程研发发非常常活跃跃，在在深基基坑工工程的的设计计、施施工、、监测测、管管理、、标准准化等等领域域中，，取得得了很很大的的进展展，主主要表表现为为下面面五个个方面面：1.设设计计思想想的更更新2.施施工工技术术的发发展3.设设计计方法法的进进步4.管管理理制度度的建建立5.标标准准化工工作的的开展展深基坑坑工程程领域域的进进展设计思思想的的更新新1.深深基坑坑工程程的设设计是是一个个相对对独立立的设设计项项目或或设计计阶段段；2.深深基坑坑工程程设计计包括括方案案设计计和施施工图图设计计两个个阶段段，方方案设设计阶阶段的的工作作是决决定性性的环环节。。基坑坑工程程设计计的条条件很很大程程度上上取决决于施施工，，基坑坑工程程设计计与施施工组组织设设计的的关系系异常常密切切，在在方案案设计计时必必须统统一考考虑；；3.深深基坑坑工程程设计计不仅仅要满满足地地下室室施工工空间间和安安全的的要求求，而而更重重要的的是必必须满满足保保护环环境的的要求求；4.深深基坑坑工程程设计计应满满足强强度和和变形形两种种极限限状态态，在在许多多情况况下，，由于于环境境条件件的限限制，，满足足变形形控制制的要要求比比满足足强度度和稳稳定性性的要要求更更为严严格，，基坑坑工程程的成成败经经常取取决于于变形形控制制。5.地地下水水是控控制基基坑工工程性性状的的重要要条件件，水水压力力占作作用于于围护护结构构侧向向压力力的重重要部部分，，地下下水的的动水水压力力和渗渗透破破坏常常常是是基坑坑工程程失效效的主主要原原因，，地下下水影影响是是基坑坑工程程设计计中不不确定定性最最大、、控制制最困困难的的问题题。施工技技术的的进步步这里讲讲的是是综合合性的的施工工技术术，施施工技技术的的进步步带动动设计计、检检测等等方法法的进进步。。逆作法法冻结法法SMW工法设计方方法的的进步步1.符合两两墙合合一使使用要要求的的设计计方法法“两墙墙合一一”是是指围围护结结构同同时作作为地地下主主体结结构一一部分分，即即围护护结构构墙与与地下下室外外墙合合一。。“两两墙合合一””是充充分发发挥地地下连连续墙墙承载载作用用的一一种设设计思思路，，具有有很大大的经经济意意义，，是地地下连连续墙墙作为为围护护结构构的发发展方方向，，正在在一些些重要要的工工程中中采用用。采采取两两墙合合一设设计的的基坑坑工程程，在在设计计方法法上不不同于于一般般的围围护结结构设设计，，对于于承载载、防防渗、、结构构连接接都提提出了了非常常高的的要求求，推推动了了基坑坑工程程围护护结构构设计计方法法的发发展。。2.深深基基坑工工程数数值计计算方方法的的发展展作用于于柔性性结构构上的的土压压力实实际上上是结结构与与土共共同作作用的的响应应，采采用有有限元元方法法在原原理上上可以以解决决这类类问题题的计计算，，在实实现中中还有有各种种困难难需要要进一一步去去解决决，20多多年来来深基基坑工工程的的数值值解计计算方方法得得到了了长足足的进进步。。3.计算算软软件件及及商商品品化化开开发发研研究究深基基坑坑工工程程的的设设计计计计算算的的内内容容和和要要求求日日益益提提高高，，已已经经必必须须依依靠靠计计算算机机才才能能实实现现深深基基坑坑工工程程设设计计的的计计算算工工作作要要求求。。于于是是，，计计算算程程序序的的开开发发研研究究有有了了很很大大的的发发展展，，形形成成了了一一些些商商业业化化的的计计算算软软件件。。但计计算算软软件件只只能能作作为为一一种种工工具具和和手手段段，，garbageinto，，garbageout.正确确的的方方法法应应当当是是计计算算加加工工程程判判断断。。不不能能盲盲目目地地依依赖赖计计算算软软件件。。上海海力力学学学学会会举举行行的的一一次次深深基基坑坑工工程程计计算算软软件件考考核核开挖挖深深度度为为15m的3层层地地下下室室基基坑坑采用用1000mm厚的的地地下下连连续续墙墙三道道钢钢筋筋混混凝凝土土支支撑撑支撑撑的的尺尺寸寸、、位位置置平平面面布布置置都都统统一一规规定定土层层的的设设计计参参数数和和地地面面荷荷载载也也都都统统一一规规定定管理理制制度度的的建建立立许多多主主要要的的城城市市都都先先后后建建立立了了不不同同形形式式的的机机构构，，规规定定了了深深基基坑坑工工程程的的设设计计方方案案必必须须经经过过评评审审，，这这一一制制度度的的建建立立为为深深基基坑坑工工程程走走向向健健康康的的发发展展提提供供了了制制度度的的保保证证。。标准准化化工工作作的的开开展展20年年来来，，在在总总结结工工程程经经验验的的基基础础上上，，许许多多城城市市编编制制了了地地方方的的深深基基坑坑工工程程技技术术规规范范，，二二本本全全国国性性的的深深基基坑坑工工程程技技术术的的行行业业标标准准，，初初步步确确立立了了我我国国深深基基坑坑工工程程的的标标准准化化体体系系，，给给深深基基坑坑工工程程的的设设计计和和施施工工有有章章可可循循，，有有法法可可依依。。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。。施工技术术的进展展深基坑工工程的逆逆作法冻结法技技术的应应用型钢搅拌拌桩墙（（SMW））在我国的的应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70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100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层层地下地上上同时施施工装修日本读买买新闻社社大楼，，地上９９层，地地下６层层，用封封闭式逆逆作法施施工，总总工期只只用了２２２月，，比传统统施工方方法縮短短工期６６个月。。法国巴黎黎拉弗埃埃特百货货大楼，，６层地地下室，，用逆作作法施工工，工期期縮短1/3。。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基坑变形形小，相相邻建筑筑物的沉沉降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”的特点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。。逆作法施工工的一些代代表性工程程上海寥创兴兴金融中心心上海仲盛商商业中心广州新中国国大厦上海世博500kV地下变电站站案例1：上上海寥创兴兴金融中心心主楼37层层，裙房3层，5层层地下室，，基坑平均开开挖深度22.4m，地下室每层层面积4000m2。地下连续墙墙厚度1000mm，深度35m。地下连续墙墙与中柱桩桩之间，中中柱桩之间间的差异变变形不超过过20mm和1/400柱距，，使楼板不不致产生裂裂缝。墙体侧斜孔孔的最大位位移20.01~34.59mm之间。地下连续墙墙顶的水平平位移很微微小而没有有测到。地下连续墙墙顶的竖向向位移6.1~15.4mm之间。地下连续墙墙后的土体体水平位移移18.84~21.65mm之间。支撑轴力和和楼板应力力均控制在在设计允许许范围以内内。支撑轴力86kN~392kN之间。楼板应力2.01kN~5.41kN之间。中柱桩的隆隆起变形13.5mm~29.9mm之间。案例2：上海仲盛商商业中心地上五层，，地下三层层。基坑面积50000m2，开挖深度13.5m。中心岛顺作作，三级放放坡，周边边环板一层层逆作；地下连续墙墙两墙合一一；基坑外侧采采用卸土放放坡；案例3：广广州新中国国大厦广州新中国国大厦，地地上４３层层，地下５５层，平均均开挖深度度１９ｍ，，采用逆作作法施工，，工期縮短短１１个月月。工程占地7343m2。地下连续墙墙厚度800mm，深度25m。布置了6个个深度为22ｍ的降降水井。案例4：上上海世博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。冻结法技术术的应用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十几年年的发展。。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。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。案例5：冻冻结法在在润杨大桥桥南锚碇的的应用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锚锚碇传至地地基。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。锚碇碇的的平平面面尺尺寸寸70.5××52.5m，，基坑坑开开挖挖到到基基岩岩，，深深度度29m，，采用用钻钻孔孔排排桩桩挡挡土土，，1.3m厚的的冻冻土土薄薄壁壁隔隔水水，，““排排桩桩冻冻结结法法””。。排桩桩直直径径1.5m，，中心心距距1.7m，，桩长长35m，，嵌岩岩6m。。冻结结帷帷幕幕布布置置在在外外侧侧，，采采用用单单排排冻冻结结孔孔冻冻结结封封水水，，与与排排桩桩插插花花布布置置，，冻冻结结孔孔深深40m，，冻结结帷帷幕幕入入岩岩11m。。先浇浇排排桩桩结结构构，，再再在在外外侧侧冻冻土土。。为为了了降降低低冻冻胀胀力力对对排排桩桩结结构构的的不不利利影影响响，，在在冻冻结结帷帷幕幕外外设设置置288个个直直径径25cm的卸卸压压孔孔。。开开挖挖过过程程中中，，实实测测冻冻胀胀力力0.0907MPa衰减减到到0.0576MPa。从0°～－－4°冻胀胀力力增增加加到到幅幅度度最最大大，，低低于于－－4°以后后变变化化很很小小。。案例例6：：水水平平冻冻结结技技术术在在北北京京复复八八线线地地铁铁中中的的应应用用区间间隧隧道道施施工工时时，，拱拱顶顶遇遇到到饱饱和和含含水水的的粉粉细细砂砂层层，，此此段段隧隧道道地地处处格格贸贸立立交交桥桥下下，，又又有有多多条条地地下下管管线线，，为为了了确确保保地地下下管管线线和和地地面面交交通通的的安安全全运运行行，，采采用用隧隧道道内内水水平平冻冻结结法法施施工工，，水水平平距距离离45m。。设计计冻冻结结壁壁厚厚1.2m，，平均均温温度度-10°C，，冻结结粉粉细细砂砂持持久久抗抗压压强强度度6MPa，抗弯弯强强度度2.5MPa。案例例7：：水水平平冻冻结结技技术术在在广广州州地地铁铁三三号号线线的的应应用用天河河客客运运站站折折返返线线隧隧道道，，隧隧道道中中部部以以上上为为洪洪冲冲积积砂砂层层，，渗渗透透系系数数大大。邻近近建建筑筑密密集集、、地地下下管管线线纵纵横横交交错错。。采用用水水平平冻冻结结法法形形成成138m长的的冻冻结结止止水水帷帷幕幕，，从从隧隧道道两两端端向向中中部部冻冻结结。。成成功功地地形形成成了了止止水水帷帷幕幕。。型钢钢搅搅拌拌桩桩墙墙（（SMW））（劲劲性性水水泥泥土土搅搅拌拌连连续续墙墙））在我我国国的的应应用用SMW工法法在水泥泥搅搅拌拌桩桩体体内内加加劲劲性性型型钢钢，形形成成组组合合结结构构的的围围护护结结构构墙墙体体，，这这种种在在日日本本已已成成熟熟应应用用的的方方法法称称为为SMW工法法，，它它组组合合了了型型钢钢受受力力水水泥泥土土止止水水的的各各自自优优点点，，截截面面比比较较小小，，适适应应性性强强。。在在我我国国推推广广使使用用的的主主要要障障碍碍是是型型钢钢造造价价高高，，一一些些单单位位致致力力于于研研究究将将型型钢钢在在工工后后拔拔出出的的技技术术，，取取得得进进展展后后得得到到推推广广应应用用。。案例8.型型钢-水泥土土组合结构（（SMW工法）工程名称：上上海申海海大厦地点：上上海海海防路基坑尺寸：基基底边长长30.65m×60.30m，基坑面积1798m2，开挖深度6.3~7m围护结构：采采用双排排搅拌桩内插插H型钢组合结构构形式。H型钢选用45号工字钢，，型钢长12m，搅拌桩长度14m，采用直径为700mm的双轴搅拌钻钻机施工。H型钢按间隔布布置，间距为为1.0m。基坑顶部设设置钢筋混凝凝土圈梁，圈圈梁宽1.2m，高1.0m支撑情况：二二道直径径为580mm钢支撑，围檩檩采用槽钢复复贴钢板。第第一道支撑轴轴线标高-1.0m，第二道支撑轴轴线标高-4.0m。实测结果：对对撑部位的墙墙体最大位移移10.88~13.70mm,支撑薄弱部位位的墙体最大大位移26.65mm，邻近水管最大大沉降31.44mm,煤气管最大沉沉降5.55mm方案评述：由型钢和水泥泥搅拌桩组合合而成的围护护结构具有抗弯能力力，又能止水水，且造价比较较便宜，是一一种有开发前前景的围护结结构型式。由由于我国经济济条件的制约约，在地下室室建成以后如如何将型钢方方便地拔出成成为普遍推广广使用这一结结构型式的关关键技术，近近年来这方面面的研究已有有一定的进展展。另一个技术关关键是组合式式围护结构的的设计计算方方法，特别是是对于型钢和和水泥土在受受力条件下共共同作用的机机理，是合理理设计组合结结构的基础，，这一课题也也已有进展。。上述方案是是一项试验性性工程，位于于闹市中心，，基坑与相邻邻建筑物及道道路的距离都都很近，现工工程已经顺利利完成，型钢钢也都已拔出出，对相邻建建筑物和城市市道路没有造造成损害，技技术指标和经经济指标都达达到了预期的的要求。型钢水泥土搅搅拌墙技术规规程DGJ08-116-2005型钢水泥土搅搅拌墙是在连连续套接的三三轴水泥土搅搅拌桩内插入入型钢形成的的复合挡土止止水结构。型钢水泥土搅搅拌墙的设计计计算应结合合支撑体系的的设置按板式式支护体系进进行，并必须须满足变形控控制要求。型钢水泥土搅搅拌墙中的搅搅拌桩和型钢钢应满足下列列要求：搅拌桩28d无侧限抗压强强度不宜小于于1.0MPa。一般采用P32.5级普通硅酸盐盐水泥。水泥泥掺入比不应应小于20％％，即每立方方米被搅拌土土体中水泥掺掺入量不应小小于360kg。水灰比1.5～2.0。。型钢采用Q235B，，规格、型号及及有关要求宜宜按《热轧H型钢和部分T型钢》GB/T11263-1998和《焊接H型钢》YB3301－92选用。平面布置形式式剪切破坏验算算剪切破坏验算算1＝0.62＝1.6案例9：型钢钢-水泥土组组合结构（SMW工法）工程名称：上上海中环线虹虹许路北虹路路下立交工程。基坑尺寸：长长度638m，开挖深度3～～14m，特点：采用型型钢搅拌桩墙墙（SMW工法），搅拌拌桩直径首次次采用SMW1000，开挖深度突突破了10m。采用不同深度度不同直径的的方案：开挖深度搅拌桩型钢支撑3～4650@450H500×2001×580×124～7650@450H500×2002×580×127～10850@600H700×3001×580×122×609×1610～12850@600H700×3001×609×122×609×1612～131000@750H850×3001×609×123×609×1613～141000@750H850×3001×609×123×609×16水泥土强度：：28d龄期取芯无侧侧限抗压强度度不小于1.2MPa，即设计抗压强强度为0.6MPa、设计抗剪强度度为0.2MPa。型钢净间距：：L2B＋H＋2ee为工字钢形心心与水泥土截截面对称轴的的间距。验算型钢翼缘缘边的水泥土土抗剪强度和和水泥土搭接接处的水泥土土抗剪强度。。入土深度的确确定：型钢的入土深深度由抗隆起起、抗倾覆、、整体稳定和和型钢的回收收等因素确定定。搅拌桩的深度度由坑内降水水不影响坑外外环境和防止止管涌等因素素确定。型钢抗抗拔验验算：：型钢的的最大大拔出出力p0不超过过型钢钢屈服服强度度的70％％。p0＝2ufSHLHuf取30kPa监测结结果：：围护墙墙的水水平位位移一一般为为50～60mm，，最大100mm；；钢支撑撑最大大轴力力，第第一道道835.8kN；第二道道1533.0kN；第三道道2004.9kN；第四道道1159.0kN。周边管管线沉沉降40~70mm;周边建建筑物物沉降降30～40mm。。深基坑坑工程程失效效模式式与事故故案例例基坑工工程的的失效效模式式1.整体失失稳2.坑底隆隆起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.“踢脚”失稳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”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“踢脚”失稳。。在多多支撑撑的围围护结结构中中一般般不会会产生生踢脚脚失稳稳，除除非其其它支支撑都都已失失效，，只有有一道道支撑撑起作作用的的情况况。止水帷帷幕功功能失失效和和坑底渗渗透变变形破破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。。围护结构构的结构构性破坏坏围护结构构的结构构性破坏坏是指围围护体本本身发生生开裂、折折断、剪剪断或压压屈，致使结结构失去去了承载载能力的的破坏模模式。结构性损损坏的原原因可能能是方案案性的错错误，如如支撑体体系不当当或围护护结构不不闭合；；也可能能是设计计计算时时荷载估估计不足足或结构构材料强强度估计计过高，，支撑或或围檩截截面不足足导致破破坏；此此外，结结构节点点处理不不当，也也会因局局部失稳稳而引起起整体破破坏，特特别在钢钢支撑体体系中，，节点多多，加工工与安装装质量不不易控制制。节点点处理包包括支撑撑和墙体体的连接接处，如如不设置置围檩或或连接强强度不够够。支、锚体体系失稳稳破坏支锚体系系的失稳稳破坏包包括两种种不同的的破坏模模式。锚锚杆的破破坏主要要表现为为锚杆的拔拔出、断断裂或预预应力松松弛，土锚的的破坏大大多是局局部的，，群锚的的破坏实实际上是是土体的的失稳而而并非是是锚杆的的结构性性破坏；；支撑的的失稳很很可能是是整体性性的，其其形态因因体系不不同而不不同，支支撑体系系大多是是超静定定的，局局部的破破坏会造造成整体体的失稳稳，尤其其是钢支支撑体系系，局部部节点的的失效概概率比较较大。基坑工程程失效案案例案例102008年的一次次重大基基坑工程程事故从这些照照片中看看到了什什么?1.地下连续续墙的破破坏形态态后仰、折折断、下下部情况况看不到到？？2.路面下沉沉极其迅迅速，过过往汽车车突然下下陷，说说明由于于地下连连续墙折折断，从从基坑侧侧面往坑坑内涌土土为主，，底部涌涌土情况况不明。。3.钢支支撑与连连续墙之之间没有有围檩，，只能承承受压力力，不能能受拉，，一旦发发生连续续墙后仰仰转角，，钢支撑撑作用失失效。4.连续墙的的破坏暴暴露了钢钢筋混凝凝土的严严重质量量问题，，碎石表表面没有有水泥胶胶结，钢钢筋与混混凝土剥剥离，连连续墙被被剪断。。这一次次重大大的基基坑事事故，，究其其主要要原因因，仍仍不外外乎超超挖和和没有有坑底底加固固这两两项顽顽症。。这是一一个四四道支支撑的的深基基坑，，开挖挖深度度为16m，由于施施工超超挖，，第四四道支支撑没没有及及时支支撑。。经验验算，，由于于没有有第四四道支支撑的的作用用，致致使第第三道道支撑撑的轴轴力增增加了了43％～～47％，，地下下连续续墙的的弯矩矩增加加了37％％～51％％，剪剪力增增加了了38％～～40％。。发生在在90年代代初期期的基基坑工工程事事故案例11.地下连连续墙墙的垮垮塌基坑面面积2600m2，周边长长度260m，开挖深深度12.35m，采用600mm厚、24m深的地地下连连续墙墙，设设四道道支撑撑，第第一道道钢筋筋混凝凝土支支撑，，其余余为609mm的钢管管支撑撑几点教教训设计：：荷载载用标标准值值，抗抗力用用设计计值，，设计计表达达式两两端不不匹配配，降降低了了安全全度。。钢支支撑直直接支支承在在与其其斜交交的地地下连连续墙墙上，，没有有用围围檩，，更无无平衡衡剪力力垛。。施工：：未按按设计计图纸纸的要要求施施工，，包括括超挖挖、不不及时时支撑撑，坑坑底没没有加加固。。监测：：没有有及时时发现现险情情，没没有发发出警警报。。管理：：邻近近工程程的负负责人人发现现问题题，向向这个个项目目的经经理提提出忠忠告，，但项项目经经理却却置若若罔闻闻，没没有引引起警警觉。。事故故发生生前晚晚，已已发现现预兆兆，但但没有有及时时采取取工程程措施施抢险险。90年代中中期的的基坑坑工程程事故故案例12.拱圈围围护结结构的的垮塌塌拱圈逆逆作法法拱圈逆逆作法法的主主要问问题１．大大面积积的建建筑基基坑平平面受受力状状态不不同于于圆拱拱的受受力条条件；；２．从从上而而下修修筑的的栏墙墙没有有插入入深度度，对对于敞敞开开开挖的的施工工条件件，会会发生生从底底部涌涌入坑坑内的的塑性性流动动；２．止止水措措施不不足以以阻止止地下下水从从坑外外向坑坑内流流动。。案例13.引水渠渠道基基坑边边坡失失稳4孔箱箱涵，，单孔孔尺寸寸为3.25m3.60m，，总长75m地面标标高＋＋4.2~4.7m，设计基基坑底底面标标高－－5.33m，开挖深深度近近10m按三级级放坡坡，从从上至至下依依次为为1:1.5、、1:2和1:3，，变坡坡处留留1.0m宽的马马道二级轻轻型井井点降降水采用水水冲法法施工工，泥泥浆沉沉淀池池设置置在基基坑顶顶部南南北两两侧，，距基基坑外外缘12m～15m10m高的土土坡滑滑动滑坡发发生在在挖到到基坑坑底面面，浇浇筑垫垫层后后，正正在绑绑扎箱箱涵的的钢筋筋时没有进进行任任何的的位移移观测测，因因此没没有发发现滑滑坡的的预兆兆，突突发性性的事事故塌入基基坑中中的土土方5000立立方米米，泥面涌高6m第一级井点点向基坑中中移动13m事故分析1.10m的高差形成成的压力差差超过了软软土的承载载能力；2.由于于坡面非常常平缓，滑滑动的形式式是深层滑滑动，以中中点圆的形形式破坏；；3.卸载载引起负的的孔隙水压压力，产生生强度较高高的假象，，随着负压压的消散，，土的抗剪剪强度降低低，滑坡并并不发生的的开挖的同同时，而滞滞后一定的的时间；4.没有有进行监测测的教训。。土钉墙的垮垮塌阳角处土钉钉墙的破坏坏钢支撑围护护结构的失失稳不同类型围围护结构接接头处及深深、浅坑之之间支档墙墙的失稳深基坑工程程的设计控控制要求深基坑工程程的设计控控制要求1.深基基坑工程的的技术要求求；2.深基基坑围护结结构的类型型；3.安全等等级与设计计、施工要要求；4.深基坑坑围护结构构的设计荷荷载；5.深基坑坑设计表达达式及安全全控制标准准；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。对深基坑工工程的技术术要求包括括：一深基坑坑工程的功功能要求1.挡挡土功能能2.止止水功能能3.作作为地下下结构外墙墙的使用功功能二环境保保护与处理理相邻关系系的要求1.控控制围护护结构位移移和坑底隆隆起对环境境的影响2.控控制降低低地下水位位对环境的的影响3.控控制土锚锚对相邻场场地的影响响深基坑工程的的功能要求求为什么要做做深基坑工工程？由地下室的的施工引起起的问题：：挡土和止水水的功能－－临时性的的结构物作为深基坑坑围护结构构的地下连连续墙可以以同时用作作地下结构构的永久性性外墙的使使用功能挡土功能放坡开挖和和支护开挖挖虽是两种种可供选择择的开挖方方案，但放放坡开挖的的适用范围围有限，因因为深基坑坑的放坡范范围过大，，城市不可可能提供太太大的放坡坡空间；深深基坑放坡坡所增加的的土方量也也比较大；；如在软土土地区更由由于可能产产生深层滑滑动的制约约，在深基基坑中放坡坡开挖的风风险很大。。因此深基坑坑工程大多多采用支护护开挖的方方案。深基基坑设置支护结构（一般包括围护结结构和支锚锚体系两部分）的的目的是阻阻止基坑外外侧土体的的坍塌，为为基础施工工提供安全全的工作空空间。支护结构的的功能是挡挡土，对基基础施工空空间来说具具有防护的的作用，统统称为支护护结构，但但将围护结结构和支锚锚体系加以以区别可更更确切地表表达其在基基坑工程中中的不同作作用。根据挡土的的要求，围围护结构不不一定是连连续密闭的的，在土的的强度比较较高的地区区，采用间间隔式的围围护结构就就足以起到到挡土的作作用；但在在软土地区区，由于土土的强度低低，土压力力比较大，，则需要设设置连续排排列的围护护结构才有有足够的强强度抵抗土土压力的作作用和防止止软土在侧侧向压力作作用下通过过支挡的间间隙绕流。。不同地区、、不同土类类、不同开开挖深度的的基坑，根根据挡土的的功能要求求可以选择择不同的围围护结构型型式和支锚锚体系的类类型。止水功能在地下水位位比较高的的地区，为为了使施工工作业的空空间比较干干燥，必须须采取坑内内排水或降降低地下水水位的措施施。如在坑坑内降低地地下水位则则造成了坑坑内外的水水位差，地下水在在水头压力力的作用下下从坑外流流向坑内，，不仅不能能保持坑内内的干燥，，而且还会会产生管涌涌、流砂等等渗透变形形，危及基基坑的安全全。在这种种情况下，，要求围护结结构同时具具有止水的的功能，能能阻止地下下水流向坑坑内，以保保证坑内的的施工作业业条件。实现围护结结构止水功功能的条件件，一方面面是要求围围护结构本本身要有一一定的