深基坑工程与开挖支护方法

深基坑工程与开挖支护措施钟兴怡摘要:指出深基坑工程是施工开挖与构造工程、岩土工程、环境工程等诸多学科的交汇,是一项波及范围广且具有时空效应的I综合性工程关键词:深基坑工程;特点;存在问题等；放坡开挖.伴随高层建筑的兴起与普及,深基坑工程越来越多何谓深基坑工程苔罗阿尼先生认为:在开挖深度不到6m时,单凭经验施工也不会遭到失败,虽然地基土质略差,用一般措施也能安全施工在设计中过度保守是不经济日勺此外，假如深度不不大于6m,需要波及到土力学方面日勺某些问题根据某些专家日勺提议,处理开挖时挡土墙周围地基欧I稳定问题,一般采用稳定系数N s=y t.H/Cu,对N s4为浅开挖，N s27为深开挖，其中y t是湿土单位体积的重量t/m3,H为开挖深度m,C u是土日勺不固结不排水剪切强度t/m2目前，我国深基坑工程具有下述特点o⑴深基坑工程具有很强日勺区域性岩土工程区域性强，岩土工程中日勺深基坑工程，区域性更强如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同样的地基中，基坑工程差异性很大虽然是同一都市不同样区域也有差异正是由于岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、雨、渗水、冲刷等作用使边坡土质变松、土内含水量增长、土日勺自重加大而导致边坡土体抗剪强度的降低，从而增长了土体内的剪应力所导致的边坡局部滑坍或产生不利于边坡稳定的I影响因此，在边坡设计施工中，还必须采用合适的构造措施，对边坡坡面加以防护根据工程特性、基坑所需日勺施工工期、边坡条件及施工环境等规定，常用H勺坡面防护措施有塑料薄膜覆盖、水泥砂浆抹面、砂（土）包叠置、挂网（钢丝网或铁丝网）抹面或喷浆等放坡开挖日勺环境保护由于边坡稳定失控引起欧J事故波及面大，尤其是在软土及地质复杂挖深较大的基坑场地，一旦发生边坡失稳，则补救困难，受损严重因此放坡开挖基坑工程必须把握场地地质条件，保证设计、施工、监测、维护各环节严格按技术规定实行，并从下列几方面考虑工程环境规定

5.1控制影响范围当基坑挖深不不大于57m时，在两倍坑深的水平范围内宜无主干道、生命线工程及重要的建（构）〜筑物

6.2足够日勺边坡稳定系数在软土及地质条件复杂的基坑边坡应选用较大的稳定系数值

7.3控制基坑暴露时间应尽量减少基坑暴露时间对超过六个月以上的边坡，施工时必须采用坡面的防护措施，并应在周围宽为一倍坑深的地面范围予以水泥砂浆抹面或做混凝土地面基坑开挖过程中或基坑开挖后，在进行地下室施工期间，常常会存在某些超过边坡稳定设计计算的状况，导致地面开裂，边坡土体变形及滑塌等险情因此在整个基础施工期间，必须有对应的应急防护措施，备有抢险工作所需的设备、材料导致险情的常见原因有

①在边坡地面上堆置的弃土和砂石等施工材料设备突破了限定的范围及高度，加大了边坡荷载；

②在施工期间因排水不畅，受暴雨积水，使边坡土体含水量增长而增长了土的自重；水在土中渗流增长了水动力，土时湿化又减少了土的抗剪强度；

③软土的蠕变影响基坑边坡出现裂缝、变形以致滑动口勺失稳险情，其本质的I问题是土体潜在破坏面上日勺抗剪强度未能适应剪应力日勺成果因此抢险应急日勺防护措施也基本上从这两方面考虑，一是设法减少边坡土体中的剪应力；二是提高土体或边坡抗剪强度常用时应急防护措施有削坡、坡顶减载、坡脚压载、增设防滑桩体及减少地下水位或加强表面排水等6施工监测在基坑放坡开挖过程，重要进行变形、地下水和应力应变监测

8.1变形监测变形监测的对象重要为地面、坡面、坑底土体、建筑物和地下管线监测项目为裂缝、水平位移、沉降和倾斜一般采用目测巡视和仪器观测

9.2地下水监测地下水监测时对象重要为有深层降水和侵润线的边坡工程监测项目为地下水位变化状况、孔隙水压力、排水量和含砂量一般通过地下水位观测孔和埋设孔隙水压力计进行观测

10.3应力应变监测应力应变监测需根据详细工程确定7工程实例分析

11.1工程概况温州东南丽江花园位于浙江省平阳县萧江镇长宁路北侧，拟建16层钢筋碎框架构造商住楼，采用预应力簿壁管桩，基坑开挖深度分别为一

3.57m和

2.771n（不包括承台底，承台另砌砖胎模施工），场一地为稻田，较空旷，北面1214nl有一小河〜根据岩土勘察汇报，表土为粘土，层厚为

1.7〜

1.2m,有很好的物理力学性能地下室开挖深度为

2.32~

3.12m,实际开挖淤泥层厚度为

0.12~

1.42mo淤泥青灰色，流塑，夹簿层粉细砂，含贝壳碎片，层厚

14.

014.8m,全场分布〜根据现场实际条件，采用放坡开挖方案，必要时对承台部分可加木桩围护对于

0.12~l_42m的淤泥，可用砂袋砌压，保证边坡稳定；为防止雨水冲刷，在坡面抹厚25cm的1:3水泥砂浆护坡

7.2边坡设计粘土内摩擦角一

7.5o

8.5o,取

8.1，凝聚力〜C—15-18kPa,取16kPay—

19.

219.5kN/m,取

19.32kN/no〜考虑坡顶均布荷载，取q—25kN/m，代入式⑶和式4,计算得H-

2.53m运用费伦纽斯条分法计算放坡坡度为11_5,边坡稳定系数F—

1.2561,安全可靠

7.3开挖方案对于上表面

0.5-

0.7m厚的J块石层，用反铲挖掘机挖放至南北两侧，备回填用剩余土方一律采用人工分层开挖，塔吊运出基坑外，表面im的粘土，留下备回填用，淤泥质土运至西边河道回填所有承台、地梁均采用边挖土、边砌砖胎模日勺方案施Xo采用明沟排水方式，在基坑周围砖砌200mm X300mm的排水明沟，将水排至800深Im的集水井内，然后用6台水泵将水抽排到北面的河流中，并在坑顶做350mm高的砖挡水墙，防止地面水冲入坑内在坡面上抹25nlm厚口勺13水泥砂浆，表面压实该工程土方开挖量约3000mo8结语通过上面的分析和工程实例可知，对于地下室开挖深度为35队场地比较空旷的基坑工程来说,可以考虑用放坡开挖来进行施工，承台的挖土采〜用砖胎模，以减少土方开挖这种施工措施技术可行、安全可靠、经济合理往往与实际成果有出入，提议每一项计算值都引人工程安全系数重要工程对已选定日勺地基处理方案,选用有代表性的场地进行对应日勺现场试验，并进行必要的测试以验算设计参数和检查处理效果，如达不到规定，应查找原因，采用措施或修改设计加强施工过程中的沉降（垂向）和变形（水平）观测，设立观测标志3结语软土地基处理的1好环，关系整个工程的成败，因此软土地基设计尤其重要软基设计应围绕“地基处理”一种中心，抓住“沉降和稳定”两个基本点，采取“上部构造静力分析一地基条件分析一上部构造、基础的地基共同承担荷载内力分析一地基与否处理一选择地基处理方案一细部设计”日勺设计环节，抵达工程安全目日勺参照文献:L陈希哲.土力学地基基础.北京；清华大学出版社2,周水兴，等,路桥施工计算手册.北京人民交通出版社

3.中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范.北京；中国建筑工业出版社

4.中国建筑科学研究院,建筑地基基础设计规范.北京中国建筑工业出版社

5.陈洪江.工程地质与地基基・.武汉理工大学出版社

6.袁锦根.工程构造.同济大学出版社

7.林亚泉试论深基坑支护技术的施工［期刊论文］-中国科技博览张凯.谢弘帅SMW工法在淤泥层深基坑支护中的应用［期刊论文］-上海地质8•岩土工程勘察规范GB50021-

20239.建筑地基处理技术规范JGJ79-

202310.赵明华.基础工程.高等教育出版社

11.赵明华.土力学与基础工程.武汉工业大学出版社

12.陈仲颐.基础工程学.中国建筑工业出版社

13.杨位洸.地基及基础.中国建筑工业出版社

14.周汉荣.土力学地基与基础,武汉工业大学出版社

15.中华人民共和国国标.建筑地基基础设计规范GB50007-

202316.中华人民共和国国标.建筑构造荷载规范GB50009-

202317.中华人民共和国国标.混凝土构造设计规范GB50010-

202318.中华人民共和国国标.建筑桩基技术规范JGJ94-

9419.中华人民共和国国标.建筑地基处理技术规范JGJ79-

202320.中华人民共和国国标.岩土工程勘察规范GB50021-

202321.方江华、陈远兵.深基坑支护技术综述、西部探矿工程

22.李亚仲.专题安全技术在相邻建筑近距离深基坑开挖支护中的应用.安全

23.方江华、陈远兵.深基坑支护技术综述、西部探矿工程

24.李亚仲.专题安全技术在相邻建筑近距离深基坑开挖支护中的应用.安全

25.刘洋、卫龙武.郭彤PHC管桩劲性水泥土墙的受力特性分析［期刊论文］-江苏建筑

26.李志宏.黄宏伟支撑体系支护参数对基坑支护效果的影响［期刊论文］-地下空间与工程学报

27.孔德志加劲水泥土地下持续墙中水泥土强度分析［期刊论文］■岩土力学

28.李涛、李红星深基坑SMW支护构造质量控制措施及监管要点［期刊论文］-工程质量

29.路殿成.张坤.胡涛搅拌桩、旋喷桩在基坑围护工程中的应用［期刊论文］-青岛理工大学学报

30.徐东、周顺华小型预制桩用于劲性水泥土墙基坑围护构造日勺计算分析［期刊论文］■都市轨道交通研究不均匀性,往往导致勘察所得到的数据离散性很大，难以代表土层的总体状况,且精确度很低因此,深基坑开挖要因地制宜,根据当地详细状况,详细问题详细分析,而不能简朴地完全照搬外地的经验⑵深基坑工程具有很强日勺个性深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关,还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关因此，对深基坑工程进行分类,对支护构造容许变形规定统一的原则是比较困难的，应结合地区详细状况详细运用⑶基坑工程具有很强的综合性深基坑工程波及土力学中强度（或称稳定）、变形和渗流3个基本课题,三者融溶一起需要综合处理有口勺基坑工程土压力引起支护构造的稳定性问题是重要矛盾,有的土中渗流引起土破坏是重要矛盾,有的基坑周围地面变形是重要矛盾深基坑工程日勺区域性和个性强也表目前这首先同步，深基坑工程是岩土工程、构造工程及施工技术互相交*的学科，是多种复杂原因互相影响的系统工程,是理论上尚待发展的综合技术学科⑷深基坑工程具有较强的时空效应深基坑的深度和平面形状,对深基坑的稳定性和变形有较大影响在深基坑设计也要注意深基坑工程日勺空间效应土体蠕变体,尤其是软粘土,具有较强的蠕变性作用在支护构造上的土压力随时间变化,蠕变将使土体强度减少,使土坡稳定性减小,故基坑开挖时应注意其时空效应⑸深基坑工程具有较强的环境效应深基坑工程的开挖,必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的I变化，导致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响影响严重时将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用大量土方运送也对交通产生影响因此应注意其环境效应6深基坑工程具有较大工程量及较紧工期由于深基坑开挖深度一般较大,工程量比浅基坑增长诸多抓紧施工工期,不仅是施工管理上的规定,它对减小基坑变形,减小基坑周围环境的变形也具有尤其的意义⑺深基坑工程具有很高日勺质量规定由于深基坑开挖的区域也就是未来地下构造施工的区域,甚至有时深基坑的支护构造还是地下永久构造日勺一部分,而地下构造的好坏又将直接影响到上部构造，因此,必须保证深基坑工程日勺质量,才能保证地下构造和上部构造的工程质量,发明一种良好日勺前提条件,进而保证整幢建筑物的工程质量另首先，由于深基坑工程中的挖方量大,土体中原有天然应力的释放也大,这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大,使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力,地下管线日勺某些部位出现应力集中等,故深基坑工程的质量规定高⑻深基坑工程具有较大日勺风险性深基坑工程是个临时工程,安全储备相对较小，因此风险性较大由于深基坑工程技术复杂,波及范围广,事故频繁，因此在施工过程中应进行监测，并应具有应急措施深基坑工程造价较高,但有时临时性工程,一般不愿投入较多资金,一旦出现事故,导致日勺经济损失和社会影响往往十分严重9深基坑工程具有较高的事故率深基坑工程施工周期长,从开挖到完毕地面如下的I所有隐蔽工程，常常经历多次降雨、周围堆载、振动等许多不利条件，安全度的随机性较大，事故的I发生往往具有突发性从以上各方面综合看,我国目前深基坑工程存在的重要问题有

①深基坑技术有待尽快发展提高目前，深基坑工程以深、大、复杂为特点，尤其是沿海地区,地下水基坑的开挖形式大体可分为放坡开挖、挡土支护开挖、部分开挖

2.1基坑放坡安全开挖的设计与施工摘要放坡开挖合用于地基土质很好、开挖深度不深，以及施工现场有足够放坡场所日勺工程本文讨论了软土基坑施工中，当开挖不深35m、基坑开挖对周围工程环境规定不高或有可靠措施时采用放坡开〜挖H勺技术参数，关键词放坡；基坑；临界深度；滑移；稳定系数在基坑开挖施工中，往往可以通过选择并确定安全合理的基坑边坡坡度，使基坑开挖后的土体，在无加固及无支撑的条件下，依托土体自身的强度，在新的平衡状态下获得稳定的边坡并维护整个基坑日勺稳定状况，为建造基础或地下室提供安全可靠的作业空间，同步，又能保证基坑周围的工程环境不受影响或满足预定的工程环境规定此类无支护措施下的基坑开挖措施一般称作放坡开挖

①竖向开挖土坡的临界深度和地基承载力分析

1.1基坑坑壁竖向挖深表1基坑坑壁竖向挖深值表基坑炕壁竖向挖深值1土的类型深度土的类型深度/m软土

0.75［里硬的粘土

2.00密实•中密的砂土和碎石类土

1.00I黄比

2.50（充块物为砂土）硬第•可期的粉土及粉质粘土

1.25冻结土

1.00硬箜,可曼的粘土和碎石类土

1.50（充地物为黏性土）Table1Vertical digdepth offoundation pit土口勺类型深度/m土的类型深度/m软土

0.75坚硬的粘土

2.00密实、中密H勺砂土和碎石类土

1.00黄土

2.50（充填物为砂土）硬塑、可塑日勺粉土及粉质粘土

1.25冻结土

4.00硬塑、可塑日勺粘土和碎石类土

1.50（充填物为粘性土）

1.2竖向开挖1临界深度计算对于一般性土，在无地下水、土质均匀时，按照边坡土体滑移面的形态（图1）,可分别按式⑴和式⑵计算边坡土体按平面滑移时H—4c•tg（45o+

0.5）/r

（1）或H-2q/r

（2）式中，H一竖向挖深的临界深度（m）；C—土时粘聚力（kN/m）；y一土日勺重度（kN/m）；土的I内摩擦角）；q一土日勺无侧限抗压强度（kN/m）o当基坑坑壁顶面有均匀荷载q作用时，可将均布荷载折算为坑壁高度AH,此时竖向挖深的计算临界深度为H一4c•tg45o+

0.5/,-AH3AH=q/74边坡土体按曲面滑移日勺状况，则可用泰勒理论进行计算

1.3考虑地基承载力时竖向挖深分析土体由于极限平衡的丧失而发生的破坏，在不同样日勺岩土工程中体现不同样在边坡工程中,重耍体现为稳定性丧失，如图2a所示;在建筑地基问题中，体现为承载力失效和整体稳定性丧失，如图b图1土体滑移面形态图2土体破坏受力分析Fig.1Configuration ofFig.2Force analysisof soilsoilslippage breakage2b所示在边坡稳定性破坏的分析中，滑动面上剪应力重要是由滑动面以上日勺土体滑动体重力引起H勺，在平衡分析时只考虑破坏状态下滑动面上的作用力抵达平衡条件，在平衡条件中不考虑土体日勺变形因此，在竖向开挖基坑中，坑底下部存在软弱土层，当坑壁竖高度内日勺土体重量及作用于坑壁顶部日勺地面荷载使基坑底水平面处压力超过该处地基承载力时，将会出现坑底隆起的失稳现象，此时基坑竖向的挖深尚应考虑地基土承载力条件2放坡开挖基坑设计计算

2.1稳定性计算放坡开挖基坑时，一般应对放坡开挖的边坡作稳定性验算，大多采用极限平衡法来计算边坡日勺抗滑安全系数，即在斜坡的断面图中绘一滑动面，如图3所示，算出作用在该滑动面上的剪应力，并以此剪应力与滑动面上抗剪强度相比较，从而确定抗滑安全系数F o坡顶图3土体稳定性计算示意图Fig.3Diagram ofsoil stabilitycalculation坡顶图3土体稳定性计算示意图Fig.3Diagram ofsoil stabilitycalculation对于无粘性土，取一小滑块，坡角为，其重量平行于坡面方向的分力分别为:N一W•co⑸T—W•sir6与坡面平行日勺分力T将小滑块M向下滑动,而由垂直于坡面的分力N引起的磨擦力F制止小滑块下滑，称之为抗滑力，则:F一N•tgq9=W•COs•tgq97由上式可见，当土日勺内摩擦角与坡角相等时，F一1,边坡处在极限平衡状态因此，边坡极限坡角等于土体的内摩擦角，与坡高H无关，当p时，F1,边坡稳定当边坡的潜在滑动面的形态为近似圆弧形时，可运用费伦纽斯条分法计算边坡稳定3基坑降水在放坡开挖基坑时，除了沿基坑四面地面筑提挖沟截水、组织疏水以防止地表水流人基坑冲刷边坡导致塌方和基坑浸水外，当基坑底面低于地下水位、基坑的开挖助断了土内含水层时，地下水将会不断地渗透坑内要做好降水设计4坡面防护要维护已开挖基坑边坡的稳定，必须使边坡土体内潜在滑动面上的抗滑力一直保持不不大于该滑动面上日勺滑动力在设计施工中除了要有良好的降、排水措施，有效控制产生边坡滑动力的外部荷载外，尚应考虑到在施工期间，边坡受到气候季节变化和降。