[摘要] 第 1 章 绪 论1 1 基坑工程的现状与趋势基坑支护工程对
第 1 章 绪 论
1.1 基坑工程的现状与趋势
基坑支护工程对于人类来说是既古老又崭新的课题，从古代的放坡开挖到如今的深基坑，对基坑工程的要求越来越高。我国的城市化城镇化水平正在不断提高，高层超高层建筑物越来越多，特别是超高层的地下部分所占比例逐渐增大，地下工程也越来越受到重视。基坑支护工程的深度基本上都在 10m 以上，个别工程已经超过了 30m。我国的深基坑工程是在最近 30 年迅速发展起来的，以前的建筑物的高度较低，所以基础的埋置深度比较浅，没有专门从事基坑支护设计和施工的人员。现如今，由于高层建筑物、构筑物的不断兴建，地下空间工程的发展，深基坑工程的规模、深度持续增大[1]，给土木工程界提出了很多高难度问题，这些问题急需解决。 上个世纪七八十年代，是深基坑工程发展的初期，深基坑支护的问题开始凸显，当时的深基坑工程还比较少，主流的支护形式还是水泥土桩重力式挡土墙，对于较深的深基坑偶尔会使用到排桩支护。对于有地下水的工程，会结合止水帷幕使用。当时比较先进的地下连续墙技术还极少使用，由于缺乏基本的理论和经验，深基坑边坡垮塌的事故屡有发生，工程从业人员开始涉足对深基坑的支护技术和监测技术的研究。地下连续墙技术和复合土钉墙技术逐步推广使用，SMW 工法也开发出来逐步应用在工程当中。逆作法施工以及支护结构与主体结构相结合的先进技术得到普遍的重视和发展[2]。通过对施工经验的不断总结和完善，我国开始制定相关的行业规范，在日趋完善的技术和制度的指导下我国出现了一批超深超大级别的深基坑工程。 进入 21 世纪之后，深基坑工程向着更深更大的趋势发展，基坑的深度可达 30到 50m，面积可达 100000 ㎡。但是与之对应的是由于我国施工机械设备以及技术的相对落后，设计存在缺陷，以及对国外先进理论和经验学习比较滞后，正在面对新的严峻的形势，新的事故还是时有发生。
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1.2 基坑支护工程的特点
基坑支护工程涉及土力学、工程地质、结构力学等许多学科，基坑支护工程的顺利进行包括勘察、设计、施工以及监测等各个环节[8][9]。其中在施工过程中打桩、降水、开挖、支护等很多环节相互影响并制约，它们之间是紧密联系的，其中某一个环节出现问题都会导致整个工程的失败。所以基坑工程除了要掌握岩土工程方面的知识，还需要其他学科的基础知识。从业人员首先要具备岩土工程的相关知识，能够了解勘察报告中所提供参数的用途，对土压力及边坡稳定的基本理论基本掌握，对基坑开挖工程的变形以及对周围环境的影响有基本的研判。其次要有其他学科的相关知识，例如建筑结构力学的相关知识，处理好临时性支护结构与建筑物永久结构之间的关系，能够理解主体结构的设计内容与要求。最后要有必要的施工经验，对地基处理、降水、工艺流程有足够的了解，根据各地区的地址、环境等特点因地制宜合理选择设计与施工方案[10][11]。基坑工程地域差异性极强，受到工程地质和水文地质条件的制约很强烈，我国幅员辽阔，有软土、砂土、黄土、红土、膨胀土等，哪怕是同一地区不同区域的土质状况千差万别[12]。除此之外，基坑工程在设计时对临近建筑物、地下管线予以考虑。所以基坑工程在设计时必须要因地制宜，设计规范与施工经验灵活运用结合，可以借鉴本地区其他相近工程的范例，但是绝不能照搬照抄。除地下连续墙等支护结构之外，其它支护结构一般都属于临时性的支护结构，建筑物建造出地面后，支护结构的任务就圆满完成了。相对于永久性结构，建设单位不愿投入过多，但基坑支护工程本身属于高风险，高造价的环节之一，因此导致事故频发。一旦发生事故，处理起来十分棘手，并且损失惨重难以挽回。所以要注意基坑支护结构虽然基本上都是临时性的结构，但是不要因此忽视对其的关注与投入[13][14]。
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第 2 章 经典土压力理论及常见基坑支护类型
2.1 土压力理论概述
土力学是土木工程专业本科阶段必修的课程，在研究生课程中，高等土力学依然也是重要课程之一。所以说土力学在土木工程专业中的地位是很重要的，在岩土工程中更是极其重要的。而土压力理论在土力学中又是非常重要的章节，这一理论在工程中应用极为广泛，无论是在工业与民用建筑中的基坑支护工程还是在水利工程中的堤坝工程，港口工程中抵御海浪的海堤工程，道路与桥梁工程中桥台的修筑工程等等一系列的工程实例中，难免会遇到众多关于挡土墙等土压力以及水压力等方方面面的问题。尤其是在广泛存在的建筑物深基坑支护方案确定和问题的解决中，土压力理论的作用更是不可或缺。土压力是作用在支护结构构件上的主要的水平荷载，支护结构的稳定与否与土压力之间存在着极为密切的关系，所以有必要对土压力的大小及作用效果进行详细的计算和分析[21]。 一般来说，对土压力原理的研究是复杂而又困难的，这是由于土的特性和土层的特性决定，土和其他的建筑材料不同，土壤是松散不连续的；并且地层土是分层的，土壤的物理力学性质各不相同，因而地下土体具有很强的差异性；并且绝大多数情况会存在地下水，这给我们计算或研究造成了更大的麻烦。正是由于这么多的干扰因素存在，为了方便计算，我们会提出一些简化的假设的模型来进行研究。土压力会随着支护结构的受力以及位移的方向变化而变化，土体所处的状态分为主动土压力、被动土压力及静止土压力三类[22]，如图 2-1 所示。
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2.2 朗肯（Rankine.W.J.M)土压力理论
朗肯土压力理论是着名的古典土压力理论之一[24]，朗肯研究了简单情况下半无限土体中应力状态和土体中某一点的极限平衡条件，从而导出了极限应力的理论解，即主动和被动极限状态下的土压力计算方法。它的概念明确，公式形式简单，方法简便，所以一直应用到现在。所以该理论在土压力计算理论中地位很重要。该理论的基本假定即适用条件是墙背光滑，墙背与土体之间没有摩擦力，墙后土体填土面是水平的，处于主动或是被动极限状态，挡土墙墙体是刚性的，墙背铅直。
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3.1工程概况及水文地质条件....19
3.1.1工程概况.....19
3.1.2地质构造与地形地貌......19
3.1.3当地水文、气象资料......20
3.1.4地层岩性报告........20
3.2设计原则...........24
3.3设计方案的选择...........24
3.3.1设计方案的初选....24
3.3.2方案的确定...........25
3.4理正软件对基坑南侧施工段的设计与验算......26
3.5理正软件对基坑东侧施工段的设计与验算......46
3.6本章小结............50
第4章本支护工程施工、监测方案的编制与研究.......51
4.1基坑支护施工方案......51
4.1.1护坡桩施工方案.............51
4.1.2土钉墙施工方案.............55
4.1.3锚杆施工方案.......57
4.1.4冠梁施工方案.......59
4.2降水井施工方案.........59
4.2.1施工准备...........59
4.2.2施工工艺流程.............60
4.2.3施工材料与排水要求...........61
4.3基坑监测............62
4.4本章小结.............65
第4章 本支护工程施工、监测方案的编制与研究
通过对基坑支护工程的概述以及通过工程实例进行了方案的比选和设计验算，本章的主要内容是编制实际的施工方案指导实际的施工工作，设计的最终结果是要应用在现实的工程当中。本章在前面章节设计与分析的前提下，结合工程实际，对主要的施工方案以及对基坑的变形的监测方案进行详细的编制，并结合以往的施工经验进行改进和分析研究。
4.1 基坑支护施工方案
根据施工安排，本工程排桩所用灌注桩计划全部采用旋挖式钻机械成孔工艺。该成孔工艺是利用套筒式钻头下部的斗齿，向下切削土体，并将土体压入套筒容器内，然后自动伸长或收缩钻杆将钻头提起并将土体倾倒出来，如此循环往复完成成孔作业，该工艺可以大大提高生产效率。和其他桩型不太相同，这种桩的桩底是平的，可以增大桩底与土体的摩阻力，提高桩身的承载力。在另一方面旋挖成孔灌注桩有一个更显着的优点就是该施工工艺所产生的噪音较小、对环境的污染较低。一般使用泥浆护壁工艺的成孔工艺，对泥浆消耗量较大，一般为桩身体积的两倍以上，而旋挖成孔工艺大大降低了对泥浆的消耗量，减少了对环境的污染和地基土的破坏。因此，该施工工艺有“绿色施工艺”的美称，由于旋挖钻机成孔的技术的先进性以及对坏境的保护性，特别适用于周围环境复杂的桩基础工程或护坡桩工程施工，所以本工程采用该施工工艺。
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结论
本文以明仁医院扩建项目为工程背景，依据具体的工程实例和相关规范、资料进行的设计与研究。通过本文的详细阐述得出如下几点结论：
（1）基坑开挖深度为15.80m，地下稳定水位线为6.00～8.80m，基坑东侧为滏河南大街，并分别有一条污水管道和雨水管道；基坑西侧有一栋6层建筑物；基坑南侧自东向西为一栋6层建筑物和一栋2层建筑物。从基坑的深度和水位线的高度，包括周围环境都给该项目支护的设计与施工工作造成了巨大的困难。通过对该项目基坑支护的设计与研究提高了相似工程在实践中的科学性与可操作性，具有重要的现实意义和理论意义。
（2）通过对该基坑工程的设计，反复比选各支护类型，对支护方案的技术可行性和安全性进行了分析和评价，最终在东侧选择复合土钉墙支护结构、南侧选择桩锚支护结构这一兼顾安全性和经济性的基坑支护方案。
（3）基坑南侧采用桩锚支护的施工段，上下使用了5道锚杆，锚杆的全长分别为23.00m,28.00m,17.50m,28.50m,24.50m。起到锚拉力作用的锚固段长度分别为9.50m,16.50m,7.50m,20.50m,18.00m。锚杆的全长、锚固段的不同导致施工下料较麻烦，但是跟施工现场原设计相比，在保证安全性的前提下，锚杆的总长度减少，造价降低，经济效益更好。
（4）本文从支护方案的选型到设计验算以及涵盖了后期的施工方案，内容详实具体。建立了在复杂环境下、狭小施工空间内，多重支护结构联合工作体系。切实从支护结构本身的安全性到对周围环境的保护、建设工程的工程成本、地下水的影响、基坑工程的施工与监测工作各个方面实现了改进与优化。
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参考文献(略)
