DCS地鐵車(chē)站深基坑支護(hù)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、題目院(系)建筑與土木工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)土木工程專(zhuān)業(yè)080 班姓名禇盼學(xué)號(hào)0804050709指導(dǎo)教師任建喜日期2012年月日題 目：專(zhuān) 業(yè)：碩 士 生：(簽名)指導(dǎo)教師：(簽名)摘 要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城市現(xiàn)代化建設(shè)的要求不斷提高，地下空間的開(kāi)發(fā)和利用已顯得尤為重要。大型基坑工程是高層建筑和城市地下工程的重要組成部分，深基坑設(shè)計(jì)和施工技術(shù)成為熱點(diǎn)問(wèn)題。本文以黃土地區(qū)西安市地鐵4號(hào)線大差市站深基坑工程為背景，結(jié)合具體工程環(huán)境和施工要求，通過(guò)對(duì)深基坑的不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行比較與選型論證，確定深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式，并對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，以期為類(lèi)似深基坑工程設(shè)計(jì)和施工提供指導(dǎo)。本文在第1章

2、中介紹了深基坑的發(fā)展?fàn)顩r、人們對(duì)其設(shè)計(jì)理論的研究狀況及重點(diǎn)研究方向；第2章主要介紹了基坑支護(hù)的一些常用方法及各自的特點(diǎn)；在第3章中，從排樁的計(jì)算、降水方面對(duì)深基坑計(jì)算理論進(jìn)行了闡述，最后還介紹了施工監(jiān)測(cè)方面的內(nèi)容；第4章通過(guò)對(duì)西安地鐵4號(hào)線大差市站的具體分析，運(yùn)用前面講到的理論方法，對(duì)基坑支護(hù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；第5章確定大差市站基坑工程監(jiān)測(cè)方案；第6章對(duì)施工組織設(shè)計(jì)做了一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，著重介紹了降水、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工藝。關(guān)鍵詞subject：specialty ：name： （signature）instructor：（signature）abstractwith the increasing de

3、mands of chinas rapid economic development and urban modernization, development and utilization of underground space has become particularly important. the large-scale excavation engineering is an important part of high-rise buildings and urban underground engineering, deep foundation design and con

4、struction technology has become a hot issue. deep foundation pit of the loess region of xian subway line on the 4th dachashi station, combined with project-specific environmental and construction requirements, different envelope structure of the deep foundation with the selection of demonstration, t

5、o determine the design calculations, in order to provide guidance for similar deep foundation design and construction.chapter 1 introduces the development situation of the deep foundation of its design theory, research status and focus of research ; chapter 2 introduces some commonly used methods of

6、 excavation support system and their own characteristics; in section 3 chapter, from the calculation of the row of piles, the precipitation aspects of deep computing theory expounded, and finally the construction of a monitoring component; chapter 4 by a specific analysis of the xian subway line 4 d

7、achaishi station, use the front mentioned theoretical methods, the foundation pit support design; chapter 5 determines the foundation pit of the station monitoring program; chapter 6 of the construction design to do a simple design, focusing on precipitation, retaining structure the construction pro

8、cess.key words:目 錄第1章 緒論.11.1 深基坑工程的發(fā)展?fàn)顩r.11.2 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)理論及計(jì)算方法研究現(xiàn)狀.41.3 深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則.61.4 深基坑工程中存在的主要問(wèn)題.61.5 深基坑工程支護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì).7第2章 基坑支護(hù)的主要內(nèi)容和方法.82.1 基坑支護(hù)的內(nèi)容和特點(diǎn).82.1.1 基坑支護(hù)的主要內(nèi)容和功能.82.1.2基坑支護(hù)的主要特點(diǎn).92.2 基坑支護(hù)方法的概述.102.2.1 排樁或地下連續(xù)墻的支護(hù)結(jié)構(gòu).112.2.2 水泥土墻支護(hù).122.2.3 土釘支護(hù).132.2.4 逆作拱墻支護(hù).142.2.5 內(nèi)支撐支護(hù).14第3章 深基坑設(shè)計(jì)計(jì)

9、算理論.163.1 土壓力計(jì)算.163.1.1 靜止土壓力.163.1.2 填土面水平時(shí)的朗肯土壓力.173.2 地下連續(xù)墻止水帷幕.183.2.1 地下連續(xù)墻的分類(lèi).193.2.2 地下連續(xù)墻的優(yōu)點(diǎn).193.2.3 地下連續(xù)墻止水帷幕的應(yīng)用.203.3 排樁設(shè)計(jì).203.3.1 嵌固深度計(jì)算.213.3.2 樁內(nèi)力計(jì)算.213.4 降水設(shè)計(jì).223.4.1 管井降水一般計(jì)算方法.223.4.2 輔助降水.233.5 施工監(jiān)測(cè).243.5.1 基坑監(jiān)測(cè)工作的基本原則.243.5.2 基坑監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容.243.5.3 基坑監(jiān)測(cè)過(guò)程的基本要求.27第4章 西安地鐵大差市站基坑圍護(hù)設(shè)計(jì).284.1

10、 大差市站工程概況及設(shè)計(jì)資料.284.1.1 概述.284.1.2 本區(qū)地質(zhì)情況概要及不良地層情況.284.1.3 大差市車(chē)站周邊建造物.314.2 施工降水.314.2.1工程地質(zhì)概況.314.2.2滲透系數(shù).324.2.3 基坑用水量.324.2.4 管井降水計(jì)算.334.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).344.3.1 支護(hù)方案的比較與選型論證.344.3.2 橫斷面計(jì)算.344.3.3 橫斷面計(jì)算.464.3.4 支護(hù)參數(shù)最終確定.57第5章 大差市深基坑監(jiān)測(cè)方案.585.1 工程概況.585.2 基坑監(jiān)測(cè)方案.585.2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容.585.2.2 監(jiān)測(cè)儀器.585.2.3 觀察時(shí)間與頻率.595

11、.2.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè).60第6章 深基坑支護(hù)施工組織設(shè)計(jì).646.1 編制依據(jù).646.1.1 編制依據(jù).646.1.2 編制原則.656.1.3 編制內(nèi)容.666.1.4 施工組織設(shè)計(jì)目標(biāo).666.2 工程概況.666.2.1 工程簡(jiǎn)述.666.2.2 工程特點(diǎn)及重點(diǎn)、難點(diǎn)分析及對(duì)策.676.3 總體施工方案.696.3.1 總體施工方案.696.3.2 施工順序.716.3.3 總體施工步驟.716.3.4 總體施工流程.716.4 施工總平面布置.736.4.1 布置原則.736.4.2 布置依據(jù).736.5 施工方案及技術(shù)措施.736.5.1 降水.736.5.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工.75

12、結(jié)論88致謝89參考文獻(xiàn)90附錄90第1章 緒論1.1 深基坑工程的發(fā)展?fàn)顩r基坑工程是一個(gè)古老，并且又具有時(shí)代特征的土木工程課題。木樁圍護(hù)和放坡開(kāi)挖早在遠(yuǎn)古時(shí)代就已經(jīng)出現(xiàn)。人類(lèi)的土木工程活動(dòng)在很大程度上促進(jìn)了基坑工程的發(fā)展，特別是到了上世紀(jì)末和本世紀(jì)初，伴隨著大量的高層、超高層建筑和地下工程的不斷出現(xiàn)，對(duì)基坑工程的安全、功能等各項(xiàng)要求都越來(lái)越高，出現(xiàn)的問(wèn)題也越來(lái)越多，促使巖土工程技術(shù)人員以新的思維去審視基坑工程這一古老課題，并使許多新的經(jīng)驗(yàn)、理論的研究方法得以出現(xiàn)并發(fā)展成熟。在本世紀(jì)30年代時(shí)，terzaghi等人就已經(jīng)開(kāi)始研究基坑工程中的相關(guān)巖土工程問(wèn)題。至那以后的歷史長(zhǎng)河中，全世界各國(guó)的許

13、許多多學(xué)者都投入了這項(xiàng)研究之中，并切不斷地在這一領(lǐng)域取得非常多的豐碩的成果。然而基坑工程在我國(guó)進(jìn)行廣泛深入的研究則是始于80年代初，那個(gè)時(shí)候我國(guó)的改革開(kāi)放方興未艾，基礎(chǔ)建設(shè)正如火如荼，隨之而來(lái)的高層建筑不斷涌現(xiàn)，相應(yīng)地高層建筑的基礎(chǔ)埋深則不斷增加，開(kāi)挖深度自然也就不斷增加，對(duì)基坑工程的各項(xiàng)要求也就月越高。尤其是到了90年代，許多城市都在進(jìn)行大規(guī)模的改造，在經(jīng)濟(jì)繁華的市區(qū)內(nèi)進(jìn)行深基坑開(kāi)挖，給這一古老課題提出了的新的內(nèi)容以及技術(shù)難題，那就是：如何控制并解決深基坑開(kāi)挖時(shí)所引起的環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題，從而進(jìn)一步促進(jìn)了深基坑開(kāi)挖技術(shù)的研究與發(fā)展。隨之產(chǎn)生了許多先進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，許多的新的施工工藝也就在工程中不

14、斷付諸實(shí)施，出現(xiàn)了許多技術(shù)先進(jìn)的成功的工程實(shí)例。但由于基坑工程的復(fù)雜以及設(shè)計(jì)、施工的考慮不周，工程事故發(fā)生依然時(shí)有發(fā)生。任何一個(gè)工程方面的課題的研究發(fā)展都是理論與實(shí)踐的密切結(jié)合，并不斷互相促進(jìn)，最終走向成熟的成果?；庸こ痰陌l(fā)展則往往是出現(xiàn)一種新的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式，然后帶動(dòng)新的分析方法和計(jì)算理論的產(chǎn)生，并按照實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)的規(guī)律，不斷完善從而走向成熟。早期的基坑開(kāi)挖常采用放坡的形式來(lái)圍護(hù)基坑的穩(wěn)定，后來(lái)隨著基坑的開(kāi)挖深度的不斷增加，放坡已經(jīng)無(wú)法滿足保持基坑穩(wěn)定的要求，因此產(chǎn)生了圍護(hù)開(kāi)挖。迄今為止，圍護(hù)型式已經(jīng)發(fā)展至數(shù)十種。從基坑圍護(hù)的機(jī)理來(lái)講，基坑圍護(hù)方法的最早是放坡開(kāi)挖，然后出現(xiàn)了懸

15、臂圍護(hù)型式、內(nèi)撐（或拉錨）圍護(hù)型式、組合型圍護(hù)型式等等。然而基坑放坡開(kāi)挖則需要有非常大的施工工作面，并且開(kāi)挖的土方量較大。在工程條件允許的情況下，依然是基坑圍護(hù)的一種簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的好方法。懸臂圍護(hù)型式是指沒(méi)有內(nèi)支撐和拉錨的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)設(shè)置鋼筋混凝土樁或鋼板樁形成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。有時(shí)它也可以通過(guò)對(duì)基坑周邊的土體進(jìn)行改良，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，例如水泥土重力式擋墻結(jié)構(gòu)。內(nèi)撐式（拉錨式）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展改善了懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力性能和變形特性，同時(shí)滿足較深基坑的支檔土體要求。而為了發(fā)揮圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的極限承載能力，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式更加經(jīng)濟(jì)合理，并能適合各種基坑形式，發(fā)展了組合型圍護(hù)型式?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)人們最早采用的

16、是木樁，而現(xiàn)在我們則經(jīng)常使用地下連續(xù)墻、鋼板樁、鋼筋混凝土樁，以及通過(guò)地基處理等方法而采用的土釘墻、水泥土擋墻等。鋼筋混凝土樁的設(shè)置方法有人工挖孔樁、沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和預(yù)制樁等。在我國(guó)，深基坑工程的主要特征以及存在的主要問(wèn)題有:雖然我國(guó)地大物博，但是人口卻最多，人均占有的土地都不及全世界人均占有土地的l/10。為了節(jié)約每寸土地，舊房則不斷被拆除，建筑逐漸向更高空或是地下發(fā)展，許多高層建筑拔地而起。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在19801989年的這10年間里，我國(guó)新建的高層或是超高層建筑多達(dá)1000余幢，而在l9901999年這l0年間里，我國(guó)新建的高層建筑或超高層建筑則超過(guò)9000幢。為解決我國(guó)

17、土地資源緊張，其中一條重要出路就是要適當(dāng)?shù)夭粩喟l(fā)展多層和高層甚至超高層建筑，不斷向空中或地下發(fā)展。中國(guó)城鎮(zhèn)現(xiàn)代化建設(shè)正如火如荼，高層及超高層建筑如雨后春筍大量涌現(xiàn)，深基坑工程也就越來(lái)越多。同時(shí)，建筑物密集，基坑的深度極大以及地下設(shè)施周?chē)鷺O其復(fù)雜，使得基坑放坡開(kāi)挖的這一圍護(hù)方式已經(jīng)再也不能滿足如今的城鎮(zhèn)現(xiàn)代化建設(shè)的需要。因此，深基坑的開(kāi)挖與圍護(hù)引起了各方面的廣泛重視。特別是自90年代以后，基坑的開(kāi)挖與圍護(hù)問(wèn)題已經(jīng)成為我國(guó)土木工程界的熱點(diǎn)問(wèn)題之一?；庸こ痰臄?shù)量、規(guī)?？焖僭黾?，暴露了許許多多的工程問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō)，目前我國(guó)基坑的開(kāi)挖與圍護(hù)狀況具有以下的特點(diǎn)： a工程地質(zhì)條件越來(lái)越差：城市的現(xiàn)代化建設(shè)

18、不像水電站、風(fēng)電站以及核電站等設(shè)施那樣，可以在非常廣闊的地域中選擇優(yōu)越適合的建筑場(chǎng)地，因?yàn)闉榱藵M足城市規(guī)劃的需要經(jīng)常是隨遇而安，因此工程地質(zhì)及水文條件極差。這一現(xiàn)象在沿海的發(fā)達(dá)城市十分明顯，像某些城市存在濕陷性黃土，軟土及淤泥質(zhì)土等，工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜。b基坑周?chē)呀?jīng)建造的或正在建造的高大建筑物十分密集：大興土木工程不僅要確保本建筑的基坑穩(wěn)定安全，而且必須不能影響周?chē)渌ㄖ锏陌踩?c基坑深度增加：因?yàn)榈仄ふ滟F，為了使用方便，或?yàn)榱朔铣鞘幸?guī)劃化規(guī)定及人防需要等，建筑投資者就必須向地下空間發(fā)展。過(guò)去，大城市建l2層地下室也是非常少的，中等城市就更加為少見(jiàn)?，F(xiàn)在的大城市以及沿海城市，特別是

19、那些經(jīng)濟(jì)特區(qū)，地下34層早已經(jīng)變得非常普遍，56層也不少。因此，基坑深度一般都大于10m。 d基坑圍護(hù)方法非常多：如人工挖孔樁、深層攪拌樁、預(yù)制樁、抗滑樁、地下連續(xù)墻、木支撐、鋼支撐、拉錨、注漿、噴錨網(wǎng)支護(hù)法等，各種樁、墻、板、撐、管以及錨桿相互聯(lián)合的組合支護(hù)法等等。e基坑工程事故多：這類(lèi)問(wèn)題目前在土木工程界顯得異常突出，以至于很難說(shuō)哪個(gè)地區(qū)、哪個(gè)大城市已經(jīng)建的基坑工程近年來(lái)從不出事故。不管地質(zhì)條件比較好的地區(qū)（如北京），還是地質(zhì)條件差的地區(qū)（如上海、惠州等）都或多或少的會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。很多地區(qū)基坑工程的成功率很低，僅為1/3，很多基坑工程都出了工程事故，或多少存在毛病。這樣的結(jié)果就是對(duì)國(guó)家的

20、經(jīng)濟(jì)造成了巨大損失，同時(shí)還影響居民的安定生活。綜合起來(lái)，目前我國(guó)的基坑工程中存在的主要問(wèn)題有以下幾個(gè)方面： a基坑工程發(fā)生事故的主要原因之一就是基坑工程的設(shè)計(jì)水平較低。很多部門(mén)錯(cuò)誤的認(rèn)為深基坑開(kāi)挖圍護(hù)工程僅僅是施工單位的事，相關(guān)責(zé)任也應(yīng)該由施工單位承擔(dān)，而不需要設(shè)計(jì)資質(zhì)。設(shè)計(jì)院及巖土工程單位參與太少，基坑工程圍護(hù)的相關(guān)設(shè)計(jì)大多是由施工單位自己完成。由于設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平各不相同，計(jì)算方法、參數(shù)取值沒(méi)有統(tǒng)一的參考規(guī)定，這就使得一些工程設(shè)計(jì)存在缺陷多、隱患大等憂患，盲目的挖掘潛在安全性能，從而導(dǎo)致安全儲(chǔ)備過(guò)低，發(fā)生嚴(yán)重工程事故，或盲目增加安全系數(shù)造成嚴(yán)重浪費(fèi)。 b深基坑圍護(hù)技術(shù)以及施工技術(shù)有待盡快

21、發(fā)展提高以適應(yīng)當(dāng)前工程的需要。目前深基坑開(kāi)挖圍護(hù)工程早已經(jīng)發(fā)展到以大、深、復(fù)雜為特點(diǎn)的新時(shí)期，尤其是某些地區(qū)的工程地質(zhì)條件以及部水文地質(zhì)條件差，深基坑工程施工技術(shù)的改進(jìn)等問(wèn)題，都有待于進(jìn)一步的研究。 c質(zhì)量檢驗(yàn)方面存在問(wèn)題，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢驗(yàn)方法也沒(méi)有統(tǒng)一的相關(guān)規(guī)范或規(guī)定，造成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量監(jiān)督和質(zhì)量評(píng)價(jià)十分困難。缺乏針對(duì)基坑圍護(hù)工程特點(diǎn)而建立的質(zhì)量管理體系，檢測(cè)部門(mén)資質(zhì)混亂。 d深基坑工程對(duì)工程勘察有特殊要求，基坑工程勘察工作十分重要，然而許多勘察單位經(jīng)常不重視對(duì)基坑環(huán)境的勘察，專(zhuān)門(mén)針對(duì)基坑的工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件的分析重視還不夠，而且缺乏科學(xué)的針對(duì)各種計(jì)算參數(shù)的試驗(yàn)方法及取值方

22、法，經(jīng)常不符合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，有些勘察單對(duì)于一些工作量大的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及原位測(cè)試工作偷工減料，勘察深度和勘察點(diǎn)的布置也不遵循相關(guān)規(guī)范，不符合基坑工程要求，以致給設(shè)計(jì)、施工帶來(lái)困難和隱患。e施工現(xiàn)場(chǎng)混亂，技術(shù)水平低，并且缺乏科學(xué)管理。我國(guó)對(duì)屬于巖土工程的地下施工項(xiàng)目，資質(zhì)限制并不是很不嚴(yán)格。許多單位轉(zhuǎn)手承包基坑支護(hù)工程，少數(shù)不具備技術(shù)條件，人力、物力等基本素質(zhì)較差的施工單位，為了追求利潤(rùn)，經(jīng)常不向相關(guān)單位征求意見(jiàn)就隨意地修改工程設(shè)計(jì)，降低安全儲(chǔ)備。f監(jiān)理工作的相關(guān)問(wèn)題：目前深基坑工程的監(jiān)理工作在人力、技術(shù)等很多方面還很不能適應(yīng)工程的特殊要求，基坑工程的監(jiān)理也應(yīng)該作為整個(gè)土木工程監(jiān)理的一個(gè)重點(diǎn)來(lái)對(duì)待

23、。深基坑圍護(hù)的目的與要求: a確保基坑坑壁的穩(wěn)定，保證施工安全； b確保周邊鄰近建（構(gòu)）筑物和管線的安全； c必須有利于開(kāi)挖以及地下室的建造； d確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方便，保證經(jīng)濟(jì)合理。1.2 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)理論及計(jì)算方法研究現(xiàn)狀支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性的分析計(jì)算基本方法可總結(jié)為三類(lèi)，就是土抗力法、極限平衡法和有限元分析法。 （1）土抗力法土抗力法通常又被稱為基床系數(shù)法或地基反力法，假定地基為彈性時(shí)，也可以稱為彈性地基反力法，我國(guó)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(jgj120-99)推薦的方法則稱為彈性支點(diǎn)法。土抗力法在樁受水平荷載時(shí)的分析計(jì)算中應(yīng)用非常廣泛。按照地基反力的各種假設(shè)，主要分為極限地基反力法

24、、彈性地基反力法(包括線性彈性地基反力法和非線性彈性地基反力法)和復(fù)合地基反力法（p-y曲線法)三種。它們都不同程度地考慮了樁土之間的共同作用。目前使用最廣泛的是假定地基反力系數(shù)為深度的線性函數(shù)的線性彈性地基反力法?；訃o(hù)設(shè)計(jì)土抗力法的形成是在橫向受荷樁分析計(jì)算方法的基礎(chǔ)上不斷研究改進(jìn)發(fā)展而來(lái)的。早期由于受計(jì)算技術(shù)的局限性，將工程實(shí)際情況作了很大的簡(jiǎn)化，以便可以使用解析法求解。例如 “彈性法”、“彈塑性法”和日本的“山肩邦南法”等，假定圍護(hù)墻后作用的土壓力是已知的主動(dòng)土壓力?！皬椥苑ā奔俣ㄩ_(kāi)挖面以下的土體均處于彈性區(qū)?！皬椝苄苑ā焙汀吧郊绨钅戏ā眲t是將開(kāi)挖面以下墻前的土體分成彈性區(qū)和塑性區(qū)；

25、伴隨著計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)土抗力法開(kāi)始可以采用數(shù)值解法求解。20世紀(jì)50年代，波爾斯(bowles)開(kāi)發(fā)了求解彈性地基梁的有限元程序，對(duì)土抗力法的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。目前，常見(jiàn)的土抗力法是彈性地基反力法，它的形成是建立在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性地基梁分析方法基礎(chǔ)上，并且引用橫向受荷樁的分析方法改進(jìn)而來(lái)，即將計(jì)算寬度的圍護(hù)墻作為一個(gè)垂直的地基梁，支撐則簡(jiǎn)化為與其彈性模量和截面面積相關(guān)的二力桿彈簧?；娱_(kāi)挖面以下，墻前土對(duì)梁的地基反力用土彈簧來(lái)替代；而墻后荷載常用的有兩種計(jì)算模擬:采用主動(dòng)土壓力和采用土彈簧模擬，土彈簧系數(shù)即為地基土的水平基床系數(shù)。按荷載的施加情況，求解的方法有“增量法

26、”、“總量法”等。目前我們采用的彈性地基反力法僅僅部分地考慮了圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土的線性共同作用，分析計(jì)算中所需土的物理力學(xué)參數(shù)比較單一，同時(shí)還可以有效地計(jì)入影響基坑開(kāi)挖過(guò)程中基坑穩(wěn)定的眾多因素之中。如作用在圍護(hù)墻上的土壓力大小隨著支撐(或錨桿)數(shù)量隨開(kāi)挖深度的增加而變化、預(yù)壓力及支撐布置前的圍護(hù)墻的位移對(duì)圍護(hù)墻的內(nèi)力和變形的影響等，從而可以大致模擬分步開(kāi)挖時(shí)的各工況情況。同時(shí)，根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移的大小可以初步評(píng)估基坑開(kāi)挖帶來(lái)的環(huán)境影響。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，彈性地基反力法得到十分廣泛的應(yīng)用。但它的缺點(diǎn)就是沒(méi)有考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的非線性共同作用，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定所推薦的彈性支點(diǎn)法對(duì)墻后基坑開(kāi)挖面以上都是

27、按主動(dòng)土壓力考慮，而基坑開(kāi)挖面以下則按定值土壓力考慮，這些都與工程實(shí)際存在著巨大的差距，仍需作進(jìn)一步的研究和完善。(2)極限平衡法在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的發(fā)展早期，極限平衡法一就直被廣泛應(yīng)用，而且目前仍是我國(guó)相關(guān)設(shè)計(jì)人員最熟悉并掌握的的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算方法之中的一種。因?yàn)樗?jì)算簡(jiǎn)便，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)手算即完成。在目前情況下，即使采用彈性地基反力法計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力確定支護(hù)參數(shù)，但基坑的嵌固深度還是需要使用用極限平衡法才能確定；此外，采用極限平衡法計(jì)算一些“空間效應(yīng)”不明顯的一級(jí)基坑和地層較穩(wěn)定、周?chē)h(huán)境不復(fù)雜的二級(jí)基坑中的懸臂單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也是非常合適的。因此，在今后一段時(shí)期內(nèi)，在一定范圍內(nèi)，極限

28、平衡法仍然會(huì)得到應(yīng)用。極限平衡法有等值梁法、靜力平衡法、太沙基法等，而等值梁法和靜力平衡法在我國(guó)比較受歡迎。極限平衡法假定土體達(dá)到極限狀態(tài)，作用在圍護(hù)墻前后的土壓力分別達(dá)到被動(dòng)土壓力和主動(dòng)土壓力，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上再作其他的力學(xué)假設(shè)，用靜定問(wèn)題代替超靜定問(wèn)題再求解。它的缺陷就是認(rèn)為圍護(hù)墻的位移對(duì)土壓力的變化沒(méi)有影響，而且也不能反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，特別是是對(duì)有支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用等值梁法時(shí)，認(rèn)為對(duì)支點(diǎn)力的計(jì)算與支點(diǎn)剛度系數(shù)無(wú)關(guān)，從而不能模擬分步開(kāi)挖的各工況條件。所以，極限平衡法無(wú)論在理論上還是應(yīng)用中都存在很大的局限性。（3） 有限元分析法由于基坑工程的復(fù)雜性，使用常規(guī)的分析方法難以反映諸多因

29、素的綜合影響。近年來(lái)，數(shù)值力一法被采用較多，主要是使用有限單元法來(lái)分析基坑的整體特征，就是把包括地基土在內(nèi)的整個(gè)基坑看作為一個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系，并考慮開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體共同作用、滲流、時(shí)間等因素的影響，綜合分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性以及開(kāi)挖所帶來(lái)的環(huán)境影響。有限元分析法中所采用的土體的本構(gòu)模型有線性彈性模型、非線性彈性模型、彈塑性模型和粘彈塑性模型等。有限元分析方法又包括二維和三維有限元兩種分析方法。二維有限元分析法就是用垂直面和水平面代替空間形式的基坑結(jié)構(gòu)體系，然后分別使用彈性桿系有限元分析法求解這兩個(gè)平面，再將分析結(jié)果綜合起來(lái)，即可得到關(guān)于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系分析結(jié)果。這種方法雖然具備

30、某些三維分析的特征，但卻存在著明顯的缺陷，即將水平面分析的外荷載和邊界條件視為垂直面分析得到的支撐反力和支點(diǎn)位移，而這卻并不能反映兩個(gè)平面的協(xié)同工作，并且分析過(guò)程中沒(méi)有考慮垂直面與水平面各構(gòu)件剛度的匹配。三維有限元分析，取一定范圍內(nèi)為求解域，土體和圍護(hù)墻一般采用六面體八節(jié)點(diǎn)等單元；空間接觸單元?jiǎng)t取由四根線段組成的固體單元；支撐構(gòu)件取為空間桿單元，對(duì)基坑空間結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行整體分析求解。有限元分析方法可以更加充分地考慮多種因素的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者近年來(lái)在整體計(jì)算模型選擇、邊界條件和排水條件及施工過(guò)程模擬、本構(gòu)模型和土的物理力學(xué)參數(shù)確定等方面進(jìn)行了大量的研究。但由于存在著土體模型和土的物理力學(xué)參數(shù)很難準(zhǔn)

31、確確定，邊界條件又難模擬，并且計(jì)算工作量大、成本高。因此就目前的條件來(lái)看，直接采用有限元分析法計(jì)算還是與一般工程設(shè)計(jì)的實(shí)用性之間存在著相當(dāng)大的距離，它現(xiàn)在還只能是用于某些重要工程的輔助設(shè)計(jì)?？傊?，上述的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與計(jì)算基本方法中，彈性地基反力法的力學(xué)模型直觀，更加逼真、符合實(shí)際，并可以采用彈性桿系有限元來(lái)求解，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但仍然需要作進(jìn)一步研究和改進(jìn)。極限平衡法是相對(duì)簡(jiǎn)單的，并且易于手算，但因很多因素被忽略，計(jì)算的結(jié)果仍然不夠理想，常常不能滿足工程設(shè)計(jì)的要求，因此極限平衡法的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越少；有限元分析法在理論上比較完善，但由于前述困難，目前難以在實(shí)際中應(yīng)用。1.3 深基坑工程

32、支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則1）安全可靠性原則：必須滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性的要求，確保周邊環(huán)境的安全。2）經(jīng)濟(jì)合理性原則：在支護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠性原則下，還需要從工期、設(shè)備、人工、環(huán)境、材料等方面綜合考慮，以確定該方案具有明顯技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果；3）施工便利并保證工期：在安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則下，最大限度地縮短工期，同時(shí)保證施工方便。1.4 深基坑工程中存在的主要問(wèn)題20多年來(lái)，我國(guó)已成功地設(shè)計(jì)和建造了大量的技術(shù)先進(jìn)并且經(jīng)濟(jì)合理的深基坑工程，但是由于深基坑工程問(wèn)題的復(fù)雜性、條件的有限，在設(shè)計(jì)與施工深基坑工程中仍然會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，主要存在如下四個(gè)方面的問(wèn)題: 對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)不是很清楚了； 計(jì)

33、算過(guò)于簡(jiǎn)化，與實(shí)際情況相差太大； 對(duì)于一些新的支護(hù)型式的計(jì)算理論總是滯后于工程實(shí)踐； 施工時(shí)有很大程度的隨意性和盲目性。1.5 深基坑工程支護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1）深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化：深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工是不同于上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工的，地基土的類(lèi)別、地下水位、土的物理力學(xué)性質(zhì)及周?chē)h(huán)境都是直接影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型的主要因素。支護(hù)結(jié)構(gòu)型式選擇合理就能夠做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工順利，并且還能縮短工期。可見(jiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)化選擇是深基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。2）施工工藝上的發(fā)展趨勢(shì)： 噴射混凝土技術(shù)將會(huì)得到更加充分的運(yùn)用與發(fā)展，并且濕式噴射混凝土法將會(huì)逐步代替干式噴射混凝土法。 基坑將越大

34、、越深，周?chē)h(huán)境越復(fù)雜，這就使得新型支撐體系能夠得到推廣運(yùn)用。 對(duì)支撐施加預(yù)應(yīng)力，改善支撐受力形式。 信息化監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)施工：為了保護(hù)環(huán)境，減少環(huán)境效應(yīng)，從而加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用了計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)，可以為施工過(guò)程中支護(hù)體系的受力狀態(tài)、變形及穩(wěn)定性分析提供數(shù)據(jù)。第2章 基坑支護(hù)的主要內(nèi)容和方法2.1 基坑支護(hù)的內(nèi)容和特點(diǎn)2.1.1 基坑支護(hù)的主要內(nèi)容和功能基坑支護(hù)是指建（構(gòu)）筑物的地下部分在施工時(shí)需要開(kāi)挖基坑，為了保證基坑穩(wěn)定需要進(jìn)行基坑周邊的圍擋，同時(shí)還要對(duì)基坑周?chē)慕ㄖ?、道路以及地下管線進(jìn)行監(jiān)測(cè)和圍護(hù)，確保施工正常、安全的一項(xiàng)綜合性土木工程，基坑支護(hù)的內(nèi)容主要包括勘探、設(shè)計(jì)、施工、環(huán)境監(jiān)測(cè)和信息

35、反饋等工程內(nèi)容?；庸こ處缀跎婕傲怂械耐聊竟こ填I(lǐng)域，如建筑、市政、地下工程、路橋、水利、港口以及近海工程等工程領(lǐng)域?；又ёo(hù)是建筑地下基礎(chǔ)部分施工中極具變化的領(lǐng)域。土木工程界早已經(jīng)意識(shí)到基坑支護(hù)是一項(xiàng)具有風(fēng)險(xiǎn)的工程，同時(shí)又是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的新型科學(xué)，它對(duì)整個(gè)建筑來(lái)說(shuō)十分重要。這門(mén)學(xué)科涉及到結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程地質(zhì)、基礎(chǔ)工程、土力學(xué)、原位測(cè)試技術(shù)、施工技術(shù)、土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用以及巖土工程等多門(mén)學(xué)科問(wèn)題?；又ёo(hù)把部分都是臨時(shí)工程，但卻又起著十分重要的作用。影響基坑工程的因素非常多，例如地質(zhì)條件、地下水情況、施工工序及管理、場(chǎng)地周?chē)h(huán)境、天氣變化、具體工程要求等多種因素，因此我們可以說(shuō)它又是一個(gè)綜

36、合性非常強(qiáng)的系統(tǒng)工程?；又ёo(hù)工程作為土木工程中的一個(gè)重要組成部分，人們的對(duì)它的關(guān)注和重視也越來(lái)越多：一方面是高層建筑的出現(xiàn)，基坑的開(kāi)挖深度也就越來(lái)越深，施工技術(shù)難度也隨之增大；另一方面是基坑支護(hù)的事故經(jīng)常發(fā)生，尤其是一些嚴(yán)重的深基坑支護(hù)的事故，損失慘重?？傮w來(lái)看，基坑支護(hù)技術(shù)必須要考慮如下三個(gè)方面： (1) 確保基坑周?chē)倪吰碌姆€(wěn)定性，同時(shí)還要滿足地下室施工的工作空間需求，即基坑支護(hù)體系不僅要起到穩(wěn)定土體的作用，還要保證一定的施工工作面。 (2) 確?；余徑慕ㄖ铩?gòu)筑物和地下管線的安全，不因施工而破壞，即控制基坑施工過(guò)程中土體的變形，將基坑四周地面的沉降以及水平位移都控制在容許的范圍內(nèi)

37、。(3) 確?；又ёo(hù)的施工工作面必須在地下水位以上，即通過(guò)排水、截水和降水等系統(tǒng)措施，滿足施工工作面的要求。因此，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)也應(yīng)該與其他建筑的設(shè)計(jì)一樣，要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)以及特定的條件下完成各項(xiàng)預(yù)定的功能，包括如下兩個(gè)方面：(1) 不得超過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力的極限狀態(tài)，必須滿足規(guī)定的材料強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，即承載能力極限狀態(tài)?；庸こ痰某休d能力極限狀態(tài)應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面：基坑失穩(wěn)，即基坑發(fā)生穩(wěn)定性破環(huán)；支撐系統(tǒng)失敗；擋土結(jié)構(gòu)破壞。(2) 而基坑工程在正常使用狀態(tài)下應(yīng)滿足規(guī)定的變形和耐久性要求，即正常使用極限狀態(tài)?；幼冃螒?yīng)該不能影響相鄰建筑、管線、地下工程施工、及道路的正常使用。出現(xiàn)下列狀態(tài)

38、之一時(shí)即可以認(rèn)為超過(guò)了正常使用極限狀態(tài)：影響基坑正常使用的變形過(guò)大；影響基坑正常使用的耐久性局部破壞（如裂縫）?；又ёo(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工不僅要保證整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全可靠，而且還要控制支護(hù)結(jié)構(gòu)和周?chē)馏w的變形，以確保周?chē)h(huán)境的安全，減少環(huán)境效應(yīng)。在滿足安全可靠的前提下，設(shè)計(jì)既要滿足強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性要求，又能夠滿足經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的要求，這樣就可以做到節(jié)約造價(jià)、施工方便和工期縮短。若想要提高基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)水平，就必須選擇正確的計(jì)算方法、計(jì)算模型和巖土體的力學(xué)參數(shù)，選擇合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，豐富的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)也是必不可少。2.1.2 基坑支護(hù)的主要特點(diǎn)基坑支護(hù)工程還是一個(gè)理論還

39、不完全成熟的工程領(lǐng)域，其主要的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：（1）高風(fēng)險(xiǎn)當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)僅僅是作為建筑地下主體工程安全施工所必需的臨時(shí)措施時(shí)，它的工作時(shí)間一般不會(huì)不長(zhǎng)（不超過(guò)兩年），設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備系數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，另外由于巖土的物理力學(xué)性質(zhì)、荷載以及環(huán)境的變化和不確定性，使支護(hù)結(jié)構(gòu)存在著一定風(fēng)險(xiǎn)。（2）強(qiáng)區(qū)域性巖土工程一般都區(qū)域性強(qiáng)，而基坑支護(hù)工程則具有更強(qiáng)的區(qū)域性。不同地區(qū)巖土力學(xué)性質(zhì)各不相同，即使是在同一地區(qū)的巖土性質(zhì)也有千差萬(wàn)別。因此，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工應(yīng)因地制宜，本地情況及經(jīng)驗(yàn)相當(dāng)重要，不能簡(jiǎn)單照搬。（3）強(qiáng)綜合性基坑支護(hù)是巖土工程、工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)工程以及施工技術(shù)相互結(jié)合的一門(mén)學(xué)科，同時(shí)基坑支護(hù)工程又

40、涉及到土力學(xué)中的滲流、穩(wěn)定和變形三個(gè)課題，影響基坑支護(hù)穩(wěn)定的因素也就非常多，所以要求基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)者，必需具備一定的資質(zhì)和綜合專(zhuān)業(yè)知識(shí)。（4）不成熟的理論盡管現(xiàn)在的深基坑支護(hù)技術(shù)已經(jīng)取得了豐碩的成果，但是在理論上，仍屬于有待繼續(xù)發(fā)展的綜合技術(shù)學(xué)科。目前基坑支護(hù)理論的研究還很不夠完善，工程實(shí)測(cè)資料也很少讓人滿意。因此還沒(méi)有足夠的條件能夠像建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)那樣通過(guò)對(duì)材料性能、荷載作用及結(jié)構(gòu)效應(yīng)等多方面的綜合分析得出結(jié)構(gòu)可靠性的概率指標(biāo)。（5）存在不確定性作用因素 外力的不確定性。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的外部荷載往往隨著環(huán)境條件 、施工步驟和施工方法等因素的變化而改變。 巖土性質(zhì)的不確定性。地基土的非均勻性和

41、地基土的特性不是恒定不變的，在基坑的不同部位、不同施工階段巖土性質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化，地基土對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用也會(huì)隨之而變化。由于存在上述的不確定性以及支護(hù)理論上的不成熟等因素，很難對(duì)基坑工程的設(shè)計(jì)與施工定出一套標(biāo)準(zhǔn)模式，而目前我們也只能采用理論計(jì)算與地區(qū)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的半經(jīng)驗(yàn)半理論的設(shè)計(jì)方法，從某種意義上說(shuō)，在工程中成功的經(jīng)驗(yàn)往往顯得更為重要。2.2 基坑支護(hù)方法概述深基坑的支護(hù)方法種類(lèi)很多，各種支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工藝也各不相同，實(shí)際具體工程中采用何種支護(hù)方法還必須結(jié)合基坑開(kāi)挖深度、巖土性質(zhì)、基坑周?chē)鷪?chǎng)地情況及施工條件等因素綜合考慮確定。規(guī)程jgj120-99中介紹了幾種支護(hù)結(jié)構(gòu)，并切還給出了各種支護(hù)結(jié)構(gòu)包含的基坑側(cè)壁安全等級(jí)，開(kāi)挖深度及地下水情況的適用條件，具體見(jiàn)表2.1。表2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)選型表結(jié)構(gòu)型式適用條件排樁或地下連續(xù)墻1. 適用基坑側(cè)壁安全等級(jí)一、二、三級(jí)2. 懸臂式結(jié)構(gòu)在軟土場(chǎng)地中不宜大于3. 當(dāng)