深基坑工程文档格式.docx

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●逆作法

●冻结法

●SMW工法

设计方法的进步

●1. 

符合两墙合一使用要求的设计方法

●“两墙合一”是指围护结构同时作为地下主体结构一部分，即围护结构墙与地下室外墙合一。

“两墙合一”是充分发挥地下连续墙承载作用的一种设计思路，具有很大的经济意义，是地下连续墙作为围护结构的发展方向，正在一些重要的工程中采用。

采取两墙合一设计的基坑工程，在设计方法上不同于一般的围护结构设计，对于承载、防渗、结构连接都提出了非常高的要求，推动了基坑工程围护结构设计方法的发展。

●2.深基坑工程数值计算方法的发展

●作用于柔性结构上的土压力实际上是结构与土共同作用的响应，采用有限元方法在原理上可以解决这类问题的计算，在实现中还有各种困难需要进一步去解决，20多年来深基坑工程的数值解计算方法得到了长足的进步。

●3. 

计算软件及商业化开发研究

●深基坑工程的设计计算的内容和要求日益提高，已经必须依靠计算机才能实现深基坑工程设计的计算工作要求。

于是，计算程序的开发研究有了很大的发展，形成了一些商业化的计算软件。

●但计算软件只能作为一种工具和手段，garbageinto，garbageout.正确的方法应当是计算加工程判断。

不能盲目地依赖计算软件。

上海力学学会举行的一次

深基坑工程计算软件考核

●开挖深度为15m的3层地下室基坑

●采用1000mm厚的地下连续墙

●三道钢筋混凝土支撑

●支撑的尺寸、位置平面布置都统一规定

●土层的设计参数和地面荷载也都统一规定

管理制度的建立

●许多主要的城市都先后建立了不同形式的机构，规定了深基坑工程的设计方案必须经过评审，这一制度的建立为深基坑工程走向健康的发展提供了制度的保证。

标准化工作的开展

●20年来，在总结工程经验的基础上，许多城市编制了地方的深基坑工程技术规范，二本全国性的深基坑工程技术的行业标准，初步确立了我国深基坑工程的标准化体系，给深基坑工程的设计和施工有章可循，有法可依。

●　　第二轮的规范修编工作正在开展，总结十余年来的经验。

●深基坑工程的逆作法

●逆作法是地上和地下同时施工的方法，又称为逆筑法。

逆作法利用先施工的地下连续墙和中间支承柱承受荷载，从地面逐层下挖并从上到下地完成地下室的梁板、楼面工程，利用上一层的楼板结构作为下一层开挖时的支撑，逐层交替开挖与浇筑楼板结构；

与此同时，逐层向上建造上部结构，使地面上和地下可同时进行施工。

因此，可以缩短工期，降低造价，是一种合理的建筑方法，具有明显的经济效益。

●　　1935年日本首次提出逆作法施工的概念，经历了60余年的研究与工程实践，目前已应用于高层建筑的多层地下室、大型地下商场、地下车库、地铁、隧道和大型变电站及污水处理池等构筑物。

●　　国际上采用逆作法建造的地下建筑：

最大的是东京八重洲地下街，共３层，建筑面积７万m2；

最深的地下街是莫斯科切尔坦沃住宅小区地下街，深达70~100m;

最高的地下综合体是德国慕尼黑卡尔斯广场综合体，共６层。

●　　1994年日本新建的高层建筑中，地下结构有18.2%采用逆作法施工。

●　　1965~1989年，德国慕尼黑地铁共建57座地铁车站中，20座采用逆作法施工。

●　　我国在最近10余年来，在北京、上海、辽宁、深圳、广州等地推广了逆作法施工技术，有60多项工程项目的地下结构采用了逆作法施工。

逆作法施工的基本概念图示

逆作法的特点

●1.缩短工程施工的总工期

●2.基坑变形小，相邻建筑物的沉降小

●3.可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用

●4.使底板设计趋向合理

●5.可节省支撑费用

●6.可最大限度利用红线内的地下空间

缩短工程施工的总工期

●带多层地下室的高层建筑，如采用传统方法施工，其总工期为地下结构的工期加地上结构的工期，再加装修等所占的工期。

●采用逆作法施工，一般情况下只有地下一层占绝对工期，其他各层地下室可与地上结构同时施工，不占绝对工期，因此可以縮短工程的总工期。

●日本读买新闻社大楼，地上９层，地下６层，用封闭式逆作法施工，总工期只用了２２月，比传统施工方法縮短工期６个月。

●法国巴黎拉弗埃特百货大楼，６层地下室，用逆作法施工，工期縮短1/3。

●广州新中国大厦，地上４３层，地下５层，平均开挖深度１９ｍ，采用逆作法施工，工期縮短１１个月。

基坑变形小，相邻建筑物的沉降小

●采用逆作法施工，是利用逐层浇筑的地下室结构作为围护结构的内支撑。

与临时支撑相比，地下结构的刚度大得多，所以，围护结构的变形小得多，相邻建筑物的变形也小得多。

●同时，由于中间支承柱的存在，底板增加了支点，浇筑后的底板成为多跨的连续板结构，减少了隆起。

●　　德意志联邦银行大楼用逆作法施工；

而联邦德国国家银行总部大楼的深度相同，用地下连续墙加五层土锚的传统方法施工。

两者的比较如下：

逆作法有七个“小”的特点

●墙前水平位移小；

●墙后沉降小；

●坑底隆起小；

●差异变形小；

●楼板应力小；

●土压力小；

●墙体应力小。

可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用

●　　多层地下室采用常规的支护结构，包括锚杆与内支撑，都需要围护桩或围护墙，锚杆或内支撑，花费的工程费用很可观。

●　　采用逆作法施工，要求围护墙也能发挥永久性结构的承重作用，材料得到充分的利用，节省了地下室外墙与外墙下工程桩的费用，据分析可以节省地下室工程造价的1/3左右。

使底板设计趋向合理

●钢筋混凝土底板要满足抗浮要求。

用传统方法施工时，底板的支点少，跨度大，上浮力产生的弯矩大，有时为了满足施工时的抗浮要求，而需要加大底板的厚度，或增强底板的配筋。

●用逆作法施工时，底板的支点增多，跨度小，弯矩比较小，底板的设计可以更为合理。

可节省支撑费用

●深度大的多层地下室，用传统方法施工时，为了减少支护结构的变形，需要设置强大的内支撑或锚杆，消耗大量的材料，费用相当可观。

●用逆作法施工，利用地下室的梁板系统来支撑围护结构，可以不设置临时的支、锚体系，节省材料，不需要拆撑，縮短工期，避免污染环境。

可最大限度利用红线内的地下空间

●多层地下室采用传统方法施工时，在地下室外墙与红线之间必须留有支护结构截面尺寸和施工操作面所必要的距离，縮小了地下室的建筑面积。

●采用逆作法施工时，在满足室外管线或构筑物布置的前提下，作为地下室外墙的地下连续墙可以紧靠建筑红线。

逆作法施工的一些代表性工程

●上海寥创兴金融中心

●上海仲盛商业中心

●广州新中国大厦

●上海世博500kV地下变电站

上海寥创兴金融中心

●主楼37层，裙房3层，5层地下室，基坑平均开挖深度22.4m，地下室每层面积4000m2。

●　　地下连续墙厚度1000mm，深度35m。

●　　地下连续墙与中柱桩之间，中柱桩之间的差异变形不超过20mm和1/400柱距，使楼板不致产生裂缝。

●　　墙体侧斜孔的最大位移20.01~34.59mm之间。

●　　地下连续墙顶的水平位移很微小而没有测到。

●　　地下连续墙顶的竖向位移6.1~15.4mm之间。

●　　地下连续墙后的土体水平位移18.84~21.65mm之间。

●　　支撑轴力和楼板应力均控制在设计允许范围以内。

●　　支撑轴力86kN~392kN之间。

●　　楼板应力2.01kN~5.41kN之间。

●　　中柱桩的隆起变形13.5mm~29.9mm之间。

上海仲盛商业中心

●地上五层，地下三层。

●基坑面积50000m2，开挖深度13.5m。

●中心岛顺作，三级放坡，周边环板一层逆作；

●地下连续墙两墙合一；

●基坑外侧采用卸土放坡；

广州新中国大厦

●地上13层，地下5层，开挖深度19m，

●工程占地7343m2。

●地下连续墙厚度800mm，深度25m。

●布置了6个深度为22ｍ的降水井。

●采用逆作法，工期比顺作法减少11个月。

上海世博500kV地下变电站

●　　上海世博500kV地下变电站，开挖深度34m，基坑面积13000m2，地下结构外墙外壁直径130m。

●　　采用地下连续墙两墙合一，地下连续墙厚度1200mm，结构梁板代替水平支撑，环形临时支撑，逆作法施工。

上海市的逆作法工法简介

（YJGF02-96）

●1.工法特点

●2.工艺原理

●3.适用范围

●4.施工工艺

●5.质量标准

●6.机械设备

●7.施工安全

●8.工程实例及效益分析

工法特点

●利用柱下桩和地下连续墙作为逆作法施工期间承受地上、地下结构荷载和施工荷载的构件，利用地下室楼板作为基坑施工的支撑。

●首层楼板结构完成以后，在楼板下挖土，采用土模承重法浇筑下一层楼板。

●循环采用上述方法继续施工。

工艺原理

●先沿建筑物周围施工地下墙，在建筑物内部按柱网轴线施工柱下支承桩。

●然后进行地下首层施工，完成后同时施工地下、地上结构。

●待大底板完成后，再进行复合柱、复合墙的施工。

施工工艺（要点）

●　　按设计图纸要求，埋设地下结构相关节点的钢板及连接钢筋；

暴露节点后按设计要求清理、焊接。

●　　结构沉降差控制，对地下连续墙底部和柱下桩的底部进行注浆；

●　　根据静载荷试验曲线，计算各工况的沉降，得出在极限沉降差范围内的上部结构可能施工的层数；

●　　进行沉降观测，拟合荷载～沉降关系，预测施工过程中的沉降差，控制施工。

●冻结法施工

●　　利用人工制冷技术，使土层中的水结冰将天然土变成冻土以增加其强度和稳定性，冻结加固均匀完整，形成一道冻土墙，不仅可以承受水土压力和基坑开挖过程中的各种施工荷载，而且可作为一道防水性很好的止水帷幕，发挥围护结构的作用，在冻土墙的保护下进行地下结构的施工。

冻结法施工在采矿工程中已经得到了广泛的应用，进行了大量的试验研究，积累了丰富的经验。

但用于深基坑工程则是近几年的发展。

●　　人工冻结法的应用开始于19世纪。

1883年，德国阿尔里德煤矿井筒施工中首次应用冻结法并获得成功。

●　　1886年，瑞典24ｍ长的人行隧道建设工程中，首先将冻结法应用于城市土木工程。

●　　100多年来，人工冻结法在各种工程建设中得到了应用，解决了许多困难的施工问题。

●　　德国多塞道夫中心火车站附近，扩展的地铁要经过居民建筑和闹市街道，隧道顶部离建筑物基础只有很小顶距离，在三段40m长的隧道施工中成功地采用了人工冻结法。

●　　日本名古屋建造地下输电隧道时，在两个隧道地连接处，成功地应用了人工冻结法技术。

●　　70年代，北京地铁建设时首次采用人工冻结法，冻结段长90m，深度28m。

●　　1975年，沈阳地铁２号井采用冻结法施工，井筒直接7m，冻结深度51m。

●　　1992年、1998年上海地铁施工中成功采用冻结法施工技术，现在已经成为成熟的施工方法，用以区间隧道的修筑旁通道。

●　　1997年北京复八线采用冻结法加固隧道顶部土层。

●冻结技术用于基坑工程的可行性取决于设计要求、现场及工程项目的限制条件。

其中，地质条件和水文条件是评价冻结法可行性的两个重要因素。

当地下水流速小于1.5m/d时采用冻结法是可行而且是经济的；

水质、水温是决定冻结法费用的重要因素，对于含盐量高的土，冻结成本会提高。

冻胀可能引起地层移动，但并非人们想象的那么大，这在上海和北京的地铁应用冻结法施工中已有证实，可以通过速冻和泄压等方法减少冻胀量。

润杨大桥南锚碇

●　　润杨大桥南汊桥采用跨径1490m双塔单跨双铰钢箱梁悬索桥。

２根6.8×

105kN的拉力通过锚碇及重力嵌岩基础传至地基。

●　　基岩为风化花岗岩，全风化层和强风化层分布不均匀，场地地下水位1.8~2.2m，区域赋存第四系孔隙微承压及基岩裂隙微承压两大含水层组。

●　　南锚碇冻结排桩围护体系是以含水地层冻结形成的冻结帷幕为基坑的封水结构，以排桩及内支撑体系为抵抗水土压力的承力结构，形成了新的围护技术，较好地解决了基坑围护结构的嵌岩及封水问题。

●　　锚碇的平面尺寸70.5×

52.5m，基坑开挖到基岩，深度29m，采用钻孔排桩挡土，1.3m厚的冻土薄壁隔水，“排桩冻结法”。

●　　排桩直径1.5m，中心距1.7m，桩长35m，嵌岩6m。

●　　冻结帷幕布置在外侧，采用单排冻结孔冻结封水，与排桩插花布置，冻结孔深40m，冻结帷幕入岩11m。

●先浇排桩结构，再在外侧冻土。

为了降低冻胀力对排桩结构的不利影响，在冻结帷幕外设置288个直径25cm的卸压孔。

开挖过程中，实测冻胀力0.0907MPa衰减到0.0576MPa。

从0°

～－4°

冻胀力增加到幅度最大，低于－4°

以后变化很小。

北京复八线地铁

●区间隧道施工时，拱顶遇到饱和含水的粉细砂层，此段隧道地处格贸立交桥下，又有多条地下管线，为了确保地下管线和地面交通的安全运行，采用隧道内水平冻结法施工，水平距离45m。

●设计冻结壁厚1.2m，平均温度-10°

C，冻结粉细砂持久抗压强度6MPa，抗弯强度2.5MPa。

基坑工程的失效模式与案例

●深基坑工程的技术要求与类型

●失效的若干案例

●地下连续墙的垮塌

●拱圈围护结构的垮塌

●引水渠道基坑开挖边坡失稳

●土钉墙的垮塌

●基坑工程的失效模式

深基坑工程的技术要求

●深基坑工程是指包括基坑开挖、降水和支护结构设计、施工与监测在内的总称。

支护结构则由包括具有挡土、止水功能的围护结构和维持围护结构平衡的支、锚体系两部分组成；

支、锚体系是指内支撑体系或锚杆体系，内支撑体系由支撑、围檩和立柱等构件组成，锚杆体系则由锚杆、腰粱和台座等组成。

●对深基坑工程的技术要求包括：

●一深基坑工程的功能要求

●1.挡土功能

●为地下室施工创造安全的施工面

●2.止水功能

●为地下室施工创造干燥的施工面

●3.作为地下结构外墙的使用功能

●地下室施工结束后成为地下室的结构外墙

●二环境保护与处理相邻关系的要求

●1.控制围护结构位移和坑底隆起对环境的影响

●通过减小变形保护相邻建筑物

●2.控制降低地下水位对环境的影响

●减少坑外地下水位的变化

●3.控制土锚对相邻场地的影响

●保护相邻场地的地下资源的使用权

深基坑围护结构的类型

●按功能划分

●按围护结构刚度划分

●按围护结构保持稳定方式划分

●按围护结构的施工工艺与材料划分

按功能划分

●按围护结构功能划分为临时性结构和兼有永久性结构功能（两墙合一）两类。

●临时性围护结构的功能比较单一，设计时只要满足施工围护结构的挡土、止水和环境保护的要求；

●永久性结构除了满足上述施工围护结构的要求外，还应满足作为永久性结构的许多要求，例如传力、协调变形、防渗等要求。

同时还要处理与地下室梁、板、柱的连接构造，对围护结构的变形也有更严格的要求。

按围护结构刚度划分

●按围护结构材料本身的传力特性可以分为刚性结构和柔性结构两类。

●刚性结构围护体材料的抗拉强度很低，一般不考虑承受弯矩，其变形的特点主要是平移和转动，当发生挠曲变形时很容易出现开裂；

●柔性结构围护体材料能承受较大的弯矩和拉应力，因此可以容许发生较大的挠曲而结构不出现裂缝。

按围护结构保持稳定方式划分

●自立式围护结构可以不依靠支撑或锚杆的传力作用而保持其平衡，按照保持稳定的机制可以分为重力式和悬臂式两类。

重力式围护结构依靠自身的重力所形成的稳定力矩和摩阻力来抵抗土压力所引起的倾覆和滑移；

悬臂式则依靠插入深度范围内土的嵌固作用维持稳定。

●支锚式围护结构则需要依靠内支撑或土锚才能保持围护结构的稳定。

按围护结构施工工艺与材料划分

●按围护结构的施工工艺与材料划分可分为以水泥稳定土为材料的水泥搅拌桩，以钢为材料的钢板桩和以钢筋混凝土为材料的钻孔灌注桩、地下连续墙或钢筋混凝土板桩。

●围护结构的受力性能与材料密切有关。

用水泥搅拌桩做成的坝体是刚性的、自立式的。

用钢材或钢筋混凝土制成的围护结构是柔性的，一般需要采用支锚体系来维持其稳定。

但钢筋混凝土地下连续墙也可以做成如图所示的重力式围护结构；

水泥搅拌桩可以加劲性的型钢成为柔性的围护结构（SMW工法），也可以用作柔性的排桩式围护结构的止水帷幕。

基坑工程失效案例

地下连续墙的垮塌

●基坑面积2600m2，周边长度260m，开挖深度12.35m，采用600mm厚、24m深的地下连续墙，设四道支撑，第一道钢筋混凝土支撑，其余为609mm的钢管支撑

几点教训

●设计：

荷载用标准值，抗力用设计值，设计表达式两端不匹配，降低了安全度。

钢支撑直接支承在与其斜交的地下连续墙上，没有用围檩，更无平衡剪力垛。

●施工：

未按设计图纸的要求施工，包括超挖、不及时支撑，坑底没有加固。

●监测：

没有及时发现险情，没有发出警报。

●管理：

邻近工程的负责人发现问题，向这个项目的经理提出忠告，但项目经理却置若罔闻，没有引起警觉。

事故发生前晚，已发现预兆，但没有及时采取工程措施抢险。

拱圈围护结构的垮塌

拱圈逆作法

拱圈逆作法的主要问题

●１．大面积的建筑基坑平面受力状态不同于圆拱的受力条件；

●２．从上而下修筑的栏墙没有插入深度，对于敞开开挖的施工条件，会发生从底部涌入坑内的塑性流动；

●２．止水措施不足以阻止地下水从坑外向坑内流动。

引水渠道基坑开挖边坡失稳

●4孔箱涵，单孔尺寸为3.25m3.60m，总长75m

●地面标高＋4.2~4.7m，设计基坑底面标高－5.33m，开挖深度近10m

●按三级放坡，从上至下依次为1:

1.5、1:

2和1:

3，变坡处留1.0m宽的马道

●二级轻型井点降水

●采用水冲法施工，泥浆沉淀池设置在基坑顶部南北两侧，距基坑外缘12m～15m

10m高的土坡滑动

●滑坡发生在挖到基坑底面，浇筑垫层后，正在绑扎箱涵的钢筋时

●没有进行任何的位移观测，因此没有发现滑坡的预兆，突发性的事故

●塌入基坑中的土方5000立方米，泥面涌高6m

●第一级井点向基坑中移动13m

事故分析

●1.10m的高差形成的压力差超过了软土的承载能力；

●2.由于坡面非常平缓，滑动的形式是深层滑动，以中点圆的形式破坏；

●3.卸载引起负的孔隙水压力，产生强度较高的假象，随着负压的消散，土的抗剪强度降低，滑坡并不发生的开挖的同时，而滞后一定的时间；

●4.没有进行监测的教训。

土钉墙的垮塌

●阳角处土钉墙的破坏

钢支撑围护结构的失稳

不同类型围护结构接头处及深、浅坑之间支档墙的失稳

基坑工程的失效模式

●1.整体失稳

●2.坑底隆起

●3.围护结构倾覆失稳

●4.围护结构滑移失稳

●5.围护结构底部地基承载力失稳

●6.“踢脚”失稳

●7.止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏

●8.围护结构的结构性破坏

●9.支、锚体系失稳破坏

整体失稳

●整体失稳是指在土体中形成了滑动面，围护结构连同基坑外侧及坑底的土体一起丧失稳定性，一般的失稳形态是围护结构的上部向坑外倾倒，围护结构的底部向坑内移动，坑底土体隆起，坑外地面下陷。

坑底隆起

●坑底隆起是指坑底土体产生向上的塑性变形。

基坑开挖以后，坑底向上位移的原因有两种，一是卸载引起的回弹，其数值较小；

另一种是在开挖引起的压力差作用下土体中产生的塑性变形，这种变形如果数量较大，表示土体中的塑流已经比较严重，如果围护结构和内支撑能形成整体性好的体系，则塑流仅引起坑外地面下沉，影响环境安全；

如果是自立式结构或节点强度差的支撑体系，隆起可能是整体失稳的前兆；

如果稳定性不能得到有效的控制，就会发生整体性失稳。

围护结构倾覆失稳

●围护结构的倾覆失稳主要发生在重力式结构或悬臂式围护结构，重力式结构在坑外主动土压力的作用下，围护结构绕其下部的某点转动，围护结构的顶部向坑内倾倒。

抵抗倾覆失稳的力矩主要由围护结构自身的重力形成，坑底的被动抗力也是构成抵抗力矩的因素。

关于转动中心的位置有不同的看法，传统的方法是将转动中心放在围护结构的前趾，但也有认为绕前趾上面或下面的某一点转动比较合理，特别的软土地区由于基底土比较软弱，在力矩作用下前趾有下沉的可能。

围护结构滑移失稳

●围护结构的滑移失稳亦主要发生在重力式结构中，在坑外主动土压力的作用下，围护结构向坑内平移。

抵抗滑移的阻力主要由围护体底面的摩阻力以及内侧的被动土压力构成。

当坑底土软弱或围护结构底部的地基土软化时，墙体发生滑移失稳。

围护结构底部地基承载力失稳

●重力式围护结构的底面压力过大，地基承载力不足引起的失稳。

由于在围护结构的外侧还作用着土压力，因此其合力是倾斜的。

在倾斜荷载