建筑基坑工程设计计算与施工.docx

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建筑基坑工程设计计算与施工

《建筑基坑工程设计计算与施工》

本书较全面地介绍了建筑基坑工程设计计算理论与旋工技术，主要内容包括：

基坑工程的现状；基坑工程的设计计算，稳定性验算和变形控制；围护墙的设计与施工；支撑结构的设计与旋工；基坑工程监测与信息化施工；在基坑工程新进展一章中选择了15种具有代表性的新技术、新工艺和新方法；最后一章介绍了18个成功的典型工程实例，从方案选择到设计与施工较全面地介绍了基坑工程的内容。

书中注重方法论述，循序渐进，由浅入深，有理论、讲实践：

重应用。

前言

随着经济建设的迅猛发展，城市的高层建筑大量涌现。

由于城市地价愈益昂贵，向高空发展和地下空间开发利用的趋势愈加强烈。

建筑物高度越来越高，地下室层数越来越多，从而导致基坑开挖深度越来越深。

这种趋势对建筑基坑的设计计算理论和施工技术提出了严峻的考验，同时也推动了我国深基坑工程设计理论和施工技术的不断发展。

目前，已发展了多种符合我国国情的、实用的基坑支护方法，设计计算理论不断改进，施工工艺不断完善。

与地基工程相比，深基坑工程还很不成熟，大多依靠传统的土压力理论及地区性经验进行设计与施工，结果不是不安全，就是偏于保守，导致浪费。

如何保证基坑工程的设计与施工既经济又安全，已成为一个重要的研究课题，这正是本书想要回答的问题。

建筑基坑工程是一门综合性很强的新型学科，它涉及到工程地质、土力学、基础工程、结构力学、原位测试技术、施工技术、土与结构相互作用以及环境岩土工程等多学科问题。

基坑工程性质有着"先实践，后理论"和"地区性"的特点。

随着土力学理论、计算技术、测试仪器以及施工机具和施工工艺的不断发展，建筑基坑工程技术正在不断的发展和完善。

要提高基坑工程的设计与施工水平，必须有一个好的设计计算理论作为依据，选择合理的支护结构体系，同时还要有丰富的设计和施工经验。

目前，已有大量资料对建筑基坑工程作了比较全面的介绍；此外，我国的建筑基坑工程技术规范与不少省市的地方性基坑工程技术规程也已颁布执行。

本书遵循"内容充实，取材新颖，注重实用，便于自学"的原则，努力做到不仅能掌握理解基本概念，而且能反映本学科的最新成果；既重视理论概念的阐述，也注重实际工程中的应用。

本书在编写过程中，唐业清教授给予了作者很大的启发和鼓励，李启民同志及作者的同事和朋友也提供了许多很有价值的资料；此外，本书在出版过程中得到了出版社同志们的热情支持和帮助，在此深表谢意。

基坑工程理论还很不成熟，各种工法地区性差异很大。

书中介绍的理论、方法及经验只能在一定条件下适用，本书的目的在于解决问题的思路和途径，切不可照搬。

因此，书中定有不妥之处，恳请读者批评指正。

作者

1999年6月

第一章概述

第一节基坑工程主要内容与特点

一、基坑工程的主要内容

建筑基坑工程是岩土工程的一部分，而岩土工程是近40年来在一些发达国家发展起来的一个相对独立于土木工程的专业性技术领域。

在工程实践推动下，岩土工程在学术上亦形成了新兴的学科。

在我国岩土工程技术早已存在，源远流长。

但形成一个相对独立的工程技术行业以及新的学科是近20年间的事，是执行改革开放政策以来岩土工程体制改革与建设的结果。

建筑基坑工程是指建筑物或构筑物地下部分施工时，需开挖基坑，进行施工降水和基坑周边的围挡，同时要对基坑四周的建筑物、构筑物、道路和地下管线进行监测和维护，确保正常、安全施工的一项综合性工程，其内容包括勘探、设计、施工、环境监测和信息反馈等工程内容。

基坑工程的服务工作面几乎涉及所有土木工程领域，如建工、水利、港口、路桥、市政、地下工程以及近海工程等工程领域。

建筑基坑工程是地下基础施工中内容丰富而富于变化的领域。

工程界已越来越认识到建筑基坑工程是一项风险工程，是综合性很强的新型学科，它涉及到工程地质、土力学、基础工程、结构力学、原位测试技术、施工技术、土与结构相互作用以及环境岩土工程等多学科问题。

基坑工程大多是临时性工程，工程经费限制很紧，而影响基坑工程的因素又很多，例如，地质条件、地下水情况、具体工程要求、天气变化的影响、施页序及管理、场地周围环境等多种因素影响，可以说它又是一门综合性的系统工程。

建筑基坑工程的设计与施工，既要保证整个支护结构在施工过程中的安全，又要控制结构和其周围土体的变形，以保证周围环境（相邻建筑及地下公共设施等）的安全。

在安全前提下，设计要合理，又能节约造价、方便施工、缩短工期。

要提高基坑工程的设计与施工水平，必须正确选择土压力、计算方法和参数，选择合理的支护结构体系，同时还要有丰富的设计和施工经验教训。

此外，我国的行业建筑基坑工程技术规范与不少省市的地方性基坑工程技术规程也已相继颁布执行，可作为建筑基坑工程设计与施工的重要参考或依据。

建筑基坑工程的发展与建筑业的发展密切相关。

由于城市化的快速发展，城市人口超饱和，建筑空间拥挤和城市绿地减少，导致我国的高层建筑如雨后春笋，拔地而起。

1980～1989年10年间，我国新建高层建筑1000余栋；1990～1991年两年问新建高层建筑1000余栋；1992年一年就新建高层建筑1000余栋，几乎成几何级数递增。

从发展趋势看，我国正在建设的高层建筑越来越高，向地下发展越来越深，这对基坑工程提出了严峻的挑战。

随着城市建设中高层及超高层建筑的大量涌现，基坑工程越来越多。

同时密集的建筑群、大深度的基坑周围复杂的地下设施，使得放坡开挖这一传统技术不再能满足现代城镇建设的需要，因此基坑工程引起了各方面的广泛重视。

特别是90年代以来，基坑工程问题已经成为我国建筑工程界的热点问题之一。

基坑工程数量、规模、分布急剧增加，同时也暴露出许多问题。

二、基坑工程的主要特点

1．基坑工程是与众多因素相关的综合技术，如场地勘察，基坑设计、施工、监测，现场管理，相邻场地旋工的相互影响等。

基坑设计和施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工程序和方法等许多复杂问题，是理论上尚待发展的综合技术学科。

2．基坑工程正向大深度、大面积方向发展，有的长度和宽度多达百余米。

3．随着旧城改造的推进，基坑工程经常在密集的建筑群中施工，场地狭窄，邻近常有必须保护的永久性建筑和市政公用设施，不能放坡开挖，对基坑稳定和位移控制的要求很严。

4．在软土、高水位及其它复杂条件下开挖基坑，很容易产生土体滑移、基坑失稳、桩体变位、坑底隆起、支挡结构严重漏水、流土以致破损等病害，对周边建筑物、地下构筑物及管线的安全造成很大威胁。

5．基坑工程包含挡土、支护、防水、降水、挖土等许多紧密联系的环节，其中的某一环节失效将会导致整个工程的失败。

6．相邻场地的基坑施工，其打桩、降水、挖土等各项施工环节都会产生相互影响与制约，增加事故诱发因素。

7．基坑工程造价较高，但又是临时性工程，一般不愿投入较多资金。

可是，一旦出现事故，处理十分困难，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。

8．基坑工程施工周期长，从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常需经历多次降雨、周边堆载、振动、施工不当等许多不利条件，其安全度的随机性较大，事故的发生往往具有突发性。

此外，基坑工程是面对各种各样的地基土和复杂的环境条件进行施工作业，还存在以下一些不确定因素：

1．外力的不确定性。

作用在支护结构上的外力往往随着环境条件、施工方法和施工步骤因素的变化而改变。

2．变形的不确定性。

变性控制是支护结构设计的关键，但影响变形的因素很多，围护墙体的刚度、支撑（或锚杆）体系的布置和构件的截面特性、地基土的性质、地下水的变化、潜蚀和管涌以及施工质量和现场管理水平等等都是产生变形的原因。

3．土性的不确定性。

地基土的非均质性（成层）和地基土的特性不是常量，在基坑的不同部位、不同施：

亡阶段土性是变化的，地基土对支护结构的作用或提供的抗力也随之而变化。

4．一些偶然变化所引起的不确定因素。

施工场地内土压力分布的意外变化、事先没有掌握的地下障碍物或地下管线的发现以及周围环境的改变等等，这些事前未曾预料的因素都会影响基坑工程的正常施工和使用。

目前在基坑工程中发生工程事故的概率往往高于主体工程。

由于存在以上这些不确定因素，很难对基坑工程的设计与施工定出一套标准模式，或用一套严密的理论计算方法来把握施工过程中可能发生的各种变化。

目前只能采用理论计算与地区经验相结合的半经验、半理论的方法进行设计。

要求现场施工技术人员具有丰富的工程经验和高度的责任感，能及时处理由于各种意外变化所产生的不利情况，只有这样才能最有效地防止或减少基坑工程事故的发牛。

第二节基坑工程发展简况

基坑：

翻呈是一项古老的工程技术，又是一门新兴的应用学科。

纵观古今、博览中外，作为基坑工程主要内容的工程地质以及岩土力学与基础工程，虽说作为一门单项学科是近六七十年间的事．但它作为一项工程技术早已不自今日始。

本世纪20年代，K．Terzaghi的《土力学》和《工程地质学》的先后问世，标志着本学科走向系统和成型，带动了各国学者和工程技术人员对本门学科和技术的各个方面的探索、深入与提高。

40年代Terzaghi和Peck等人就提出了预估挖土方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法。

这一理论原理一直沿用至今，只不过有了许多改进和修正。

50年代Bjerrum和Eide给出了分析深基坑底板隆起的方法。

60年代开始在奥斯陆和墨西哥城软粘士深基坑中使用了仪器进行监测，此后的大量实测资料提高了预测的准确性，并从70年代起产生了相应的指导开挖的法规。

80年代初我国逐渐涉入深基坑设计与施工领域，进入90年代为了总结我国深基坑工程没计与施工经验，一些单位开始着手编制深基坑工程设计与施工的有关规程和法规。

目前，随着科技的发展，特别是电子计算机的广泛应用，极大地推动了岩土工程界（其中深基坑工程也不例外），各种新的没汁汁算理论和先进的测试技术不断地被用到建筑基坑工程中，室内外的调查和测试正在实现着半自动比和自动化，有效地减轻了劳动，提高了效率；岩土工程中非线性计算和数值分析方法得以具体操作和实现，促进了岩土本构关系和计算从线性向非线性这一质变的过渡；而岩土工程监测技术（包括测试手段、方法与工具）的进步，加速了基坑工程中信息化施工的推行，反过来又迅速提高了人们对基坑工程设计方法和理论的认识，建筑基坑工程的设计原则正从强度破坏极限状态向着变形极限状态控制发展。

目前有一部分内容正试行着向概率极限状态（可靠性设计方法）控制的新的方向发展，以便尽早与已经按照可靠性原则进行设计的上部结构设计方法相匹配。

近年来，大、重型机械制造技术，特别是美、日及欧洲发达国家的大功率、强动力施工机械和大型静动态测试仪器的问世，更加推动了基坑工程理论与技术的迅速发展；而在法、意、日_等国家率先使用的新的基础施工法（如SMW工法等）的相继问世，又极大地发展了软土开挖与围护的技术。

尤其是我国贯彻执行改革开放政策以来的近20年间所形成的开放大市场和与国际接轨的外向型运作，使我国的基坑工程领域的发展形成了东西方模式并存的独特格局，而在技术进步和发展上，又存在着地域上的不平衡。

随着改革开放和经济建设高潮的兴起，许多城市新建和进行改建、扩建，特别是近年在沿海开放城市中高层建筑的大量兴建或地下空间的逐渐开发和利用，基坑工程的设计和施工技术的开发和实践，形成了近年国内岩土工程建设项目的热点。

多种形式的围护结构，如排桩挡土、排桩与水泥土复合围护、水泥土搅拌桩支挡、引进的SMW工法以及地下连续墙等，已经逐步打破了以前单一的板桩（钢板桩、混凝土板桩等）围护的模式而形成了多样化格局，呈现出前所未有的技术发展与更新的势头。

在城市密集的建筑群中建造高层建筑物，对基坑工程技术提出了更高、更严的要求，不仅要确保边坡的稳定，而且要满足变形控制的要求，以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等的安全。

为了准确估汁由于基坑开挖引起的土体和支撑系统的变形，一方面依赖于成功地应用有限元等现代化的分析计算工具，另一方面依赖于获得土计算参数的正确性。

常规的室内试验方法已不足以确定预估位移的关键参数。

只有把室内试验与