浅谈建筑基坑工程及其应用

引 言

基坑工程问题是一个古老而又具有时代特点的岩土工程问题。放坡开挖和简易木桩支护可以追溯到远古时期，随着人类文明的进步，人们为改善生存条件而频繁从事的土木工程活动促进了基坑工程的发展。

随着国内外大量高层建筑及地下工程的兴建，相应的基坑工程数量不断增多，与此同时，各类用途的地下空间和设施也得到了空前的发展，包括高层建筑地下室、地铁、隧道、地下商业街等各种形式。建造这些地下空间和设施，必须进行大规模的深基坑开挖，这样对基坑工程的要求越来越高，出现的问题也越来越多。

迄今为止，围护形式已经发展至数十种。从基坑围护机理来讲，基坑围护方法的发展最早有放坡开挖，然后有悬臂围护、内撑（或拉锚）围护、组合型围护等。放坡开挖需要有较大的工作面，且开挖土方量较大，但在条件允许的情况下，至今仍然不失为基坑围护的好方法。

支护结构最早采用木桩，现在常用钢筋混凝土桩、地下连续墙、钢板桩以及通过地基处理方法采用水泥十挡墙、十钉墙等。钢筋混凝十桩通常有钻孔灌注桩、咬合桩、沉管灌注桩和预制桩等。

支护形式的多样化，在扩大了基坑适用的地层和规模、给设计人员更多选择余地的同时，也给如何进行围护方案比选并加以灵活运用方面也带来了新的研究领域。

1 基坑工程概述

1.1 基坑工程

为保证地面向下开挖形成的地下空间在地下结构施工期间的安全稳定所需的挡土结构及地下水控制、环境保护等措施称为基坑工程。

基坑工程是集地质工程、岩土工程、结构工程和岩土测试技术于一身的系统工程。其主要内容:工程勘察、支护结构设计与施工、土方开挖与回填、地下水控制、信息化施工及周边环境保护等。基坑施工最简单、最经济的办法是放大坡开挖，但经常会受到场地条件、周边环境的限制，所以需要设计支护系统以保证施工的顺利进行，并能较好地保护周边环境。

基坑工程具有很强的个体特征。基坑所处区域地质条件的多样性，基坑周边环境的复杂性、基坑形状的多样性、基坑支护形式的多样性，决定了基坑工程具有明显的个性。与此同时基坑工程具有较大的风险性。基坑支护体系一般为临时措施，其荷载、强度、变形、防渗、耐久性等方面的安全储备较小。基坑工程具有明显的区域特征。不同区域具有不同的工程地质和水文地质条件，即使同一城市也可能会有较大差异。同时也有明显的环境保护特征。基坑工程的施工会引起周围地下水位变化和应力场的改变，导致周围土体的变形，对相邻环境会产生影响。直到现在基坑工程理论也尚未完善。基坑工程是岩土、结构及施工相互交叉的科学，且受到多种复杂因素相互影响，其在土压力理论、基坑设计计算理论等方面尚待进一步发展。

1.2 基坑支护工程

根据基坑的深度把基坑支护工程分为两种：浅基坑支护工程和深基坑工程。

浅基坑支护工程包括：斜柱支撑、锚拉支撑、型钢桩横挡板支撑、短桩横隔板支撑、临时挡土墙支撑、挡土墙灌注桩支护。

深基坑支护工程在深基坑土方开挖时，当施工现场不具备放坡条件，放坡无法保证施工安全，通过放坡及加设临时支撑已经不能满足施工需要时候，一般采取支护结构进行临时支挡，以保证基坑土壁稳定。支护结构主要有以下几个选型:

排桩支护、地下连续墙、水泥土桩墙、逆作拱墙。

基坑支护工程具有许多特征，概括起来有如下几点:

1、基坑支护工程是个临时工程，设计的安全储备相对可以小些，但又与地区性有关。不同区域地质条件其特点也不相同。基坑支护工程又是岩土工程、结构工程以及施工技术互相交叉的学科，是多种复杂因素交互影响的系统工程，是理论上尚待发展的综合技术学科。

2、由于基坑支护工程造价高，开工数量多，是各施工单位争夺的重点，又由于技术复杂，涉及范围广，变化因素多，事故频繁，是建筑工程中最具有挑战性的技术上的难点，同时也是降低工程造价，确保工程质量的重点。

3、基坑支护工程正向大深度、大面积方向发展，有的长度和宽度均超过百余米，深度超过20余米。工程规模日益增大。

4、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、不均匀性，往往造成勘察所得的数据离散性很大，难以代表土层的总体情况，并且精确度较低，给基坑支护工程的设计和施工增加了难度。

5、在软土、高地下水位及其他复杂场地条件下开挖基坑，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。

6、随着旧城改造的推进，各城市的主要高层、超高层建筑大都集中在建筑密度大、人口密集、交通拥挤的狭小场地中，基坑支护工程施工的条件均很差。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。

2 基坑设计的基本要求

2.1 设计使用期限

大多数情况下，基坑支护是为主体结构地下部分施工而采取的临时措施，地下结构施工完成后，基坑支护也随之完成其用途;而且，基坑工程的施工条件一般均比较复杂，且易受环境及气象因素的影响，施工周期也宜短不宜长。因此，支护设计的有效期一般不宜超过两年，但也不应小于一年。

对大多数建筑工程，一年的支护期能满足主体地下结构的施工周期要求，对有特殊施工周期要求的工程，应该根据实际情况延长支护期限并应对荷载等设计条件作相应考虑。

对于支护结构和主体结构”两墙合一”的设计，结构设计使用期限按主体结构设计期限要求。

2.2 设计安全等级

GB50007规范将基坑工程视为地基基础的组成部分，将其分为甲、乙、丙三个设计等级，不同设计等级基坑工程设计，原则区别主要体现在变形控制及地下水控制设计要求上。对设计等级为甲级的基坑，变形计算除基坑支护结构的变形外，尚应进行基坑周边地面沉降以及周边被保护对象的变形计算。对场地水文地质条件复杂、设计等级甲级的基坑应作地下水控制的专项设计，主要目的是要在充分掌握场地地下水规律基础上，减少因地下水处理不当对周边建（构）筑物以及地下管线的损坏。

2.3 支护结构安全等级及重要性系数

在进行基坑工程设计时，应根据支护结构破坏可能产生后果的严重性，确定支护结构的安全等级。基坑支护结构施工或使用期间可能遇到设计时无法预测的不利荷载条件，所以，基坑支护结构设计采用的结构重要性系数γ的取值不宜小于 1.0。

支护结构的安全等级分为一、二、三级，其结构重要性系数γ分别不应小于1.1、1.0、0.9。在进行各类稳定性分析时，稳定安全系数的取值也和支护结构的安全等级相关，支护结构安全等级越高，稳定安全系数的取值也越高，

选用支护结构安全等级时应掌握的原则是∶基坑周边存在受影响的重要既有住宅、公共建筑、道路或地下管线等，或因场地的地质条件复杂、缺少同类地质条件下相近基坑深度的经验时，支护结构破坏、基坑失稳或过大变形对人的生命、经济、社会或环境影响很大，安全等级应定为一级。当支护结构破坏、基坑过大变形不会危及人的生命、经济损失轻微、对社会或环境的影响不大时，安全等级可定为三级。对大多数基坑，安全等级应该定为二级。

对内支撑结构，当基坑一侧支撑失稳破坏会殃及基坑另一侧支护结构因受力改变而使支护结构形成连续倒塌时，相互影响的基坑各边支护结构应取相同的安全等级。

2.4 设计基本要求

2.4.1 基坑工程设计包括内容:

（1）支护结构体系的方案和技术经济比较;

（2）基坑支护体系的稳定性验算;

（3）支护结构的承载力、稳定和变形计算;

（4）地下水控制设计;

（5）对周边环境影响的控制设计;

（6）基坑土方开挖方案;

（7）基坑工程的监测要求。

2.4.2 基坑支护结构设计规定:

（1）所有支护结构设计均应满足承载力和变形计算以及土体稳定性验算的要求

①强度要求∶支护结构，包括支撑体系或锚杆结构的承载力应满足构件材料强度和稳定设计的要求。

②变形要求∶因基坑开挖造成的地层移动及地下水位变化引起的地面变形，不得超过基坑周围建筑物、地下设施的变形允许值，不得影响基坑工程基桩的安全或地下结构的施工。

③稳定性要求∶指基坑周围土体的稳定性，即不发生土体的滑动破坏，不因渗流造成流砂、流土、管涌以及支护结构、支撑体系的失稳。

（2）设计等级为甲级、乙级的基坑工程，应进行因土方开挖、降水引起的基坑内外土体的变形计算。

（3）高地下水位地区设计等级为甲级的基坑工程，应进行地下水控制的专项设计。

2.4.3 支护设计要求:

（1）设计应设定支护结构的水平位移控制值和基坑周边建筑物沉降控制值，提出明确的基坑周边荷载限值、地下水和地表水控制等基坑使用要求。这些设计条件和基坑使用要求应作为重要内容在设计文件中明确体现，支护结构设计总平面图、剖面图上应准确标出，设计说明中应写明施工注意事项，严防在支护结构施工和使用期间的实际状况超过这些设计条件。

（2）支护结构与主体地下结构之间应留有足够的施工工作空间（通常两者之间的净距离不应小于0.8m），设置的锚杆、腰梁、内支撑均不应妨碍主体地下结构的施工和防水施工。

（3）支护结构简化为平面结构模型计算时，沿基坑周边的各个竖向平面的设计条件常常是不同的。除了各部位基坑深度、周边环境条件及附加荷载可能不同外，地质条件的变异性是支护结构不同于上部结构的一个很重要的特殊性。自然形成的成层土，各土层的分布及厚度往往在基坑尺度的范围内就存在较大的差异。因而，当基坑深度、周边环境及地质条件存在差异时，这些差异对支护结构的土压力荷载的影响不可忽略。因此，计算剖面的划分，应按基坑各部位的开挖深度、周边环境条件、地质条件等因素进行划分。对每一个计算剖面，应按最不利条件进行计算。对电梯井、集水坑等特殊部位，宜单独划分计算剖面。

（4）支护结构的计算应按基坑开挖与支护结构的实际过程分工况计算，且设计计算的工况应与实际施工的工况相一致。设计文件中应指明支护结构各构件施工顺序及相应的基坑开挖深度，以防止在基坑开挖过程中，未按设计工况完成某项施工内容就开挖到下一步基坑深度，造成基坑超挖而引发的工程事故。

3 基坑支护结构的常用类型

3.1 重力式水泥土墙

3.1.1 工程特点

重力式水泥土墙是通过搅拌桩基将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩），而构成重力式支护结构。依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。主要有如下两种结构：

1.水泥搅拌桩（深层搅拌桩）：

是重力式围护墙，利用水泥作为固化剂，采用搅拌桩机，在地基深处将土和固化剂强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土体。

水泥土墙宜用于坑深斗6m；基坑侧壁安全等级为一、二级；地基土承载力斗150kPa的情况。

水泥土墙的优缺点：

优点：由于坑内无支撑，便于机械化快速挖土；挡土又防渗，比较经济。

缺点：不宜用于深基坑；位移相对较大；墙体厚度大，有时受周围环境限制。

2高压喷射旋喷桩：

利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的水泥浆液通过高压发生装置从注浆管喷嘴中高速喷射出来，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，使地基达到加固。

特点：施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。

适用：高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、粘性土、黄土、碎石土等地基。

3.1.2 应用实例

由于水泥土墙抗弯（拉）强度较低，一般按重力式挡墙进行设计计算。计算内容包括抗滑稳定性，抗倾覆稳定性，整体稳定性，抗渗和抗隆起稳定性以及墙身应力验算。在实际工程中多采用格栅支护结构，这种结构可限制格栅中软土的变形，减小其竖向沉降，同时保证复合地基在侧向力作用下共同作用。

国内外大量试验和工程时间表明，水泥土主墙除适用于淤泥、淤泥质土和含水量高的粘土、粉质粘土、粉土外，随着施工设备能力的提高，亦广泛应用于砂土及砂质粘士等较硬质的土质，但当用于泥炭土或土中有机质含量较高，酸碱度（pH值）较低（〈<7）及地下水有侵蚀性时，应慎重对待并宜通过试验确定其实用性。对于场地地下水受工河潮汐涨落影响或其他原因而存在动地下水时，宜对成桩可行性做现场试验确定。

对于软土基坑，支护深度不宜大于6m；对于非软土基坑，支护深度达10m的重力式水泥土墙（加劲水泥土墙、组合式水泥土墙等）也有成功工程实践。重力式水泥土墙的侧向位移控制能力较弱；基坑开挖越深，墙体的侧向位移越难控制；在基坑周边环境保护要求较高的情况下，开挖深度应严格控制。

搅拌桩在我国应用的头10年中，其主要用途是加固软土，构成复合地基以支承建筑物或结构物。将搅拌桩用于基坑工程，虽在其发展初期已有成功的实例，但大量应用则是90年代初随着我国各地高层建筑和地下设施大量兴建而迅速兴起的，其中尤以上海及沿海各地为最多。与此同时，在设计中利用弹塑性有限元分析、土工离NEW心模拟试验等方法，结合基坑开挖现场监测，对搅拌桩重力式围护墙的稳定和变形特性进行了深入的研究。通过20多年的应用与研究，搅拌桩重力式围护墙的结构、计算和构造等均有了较大的发展，也出现了一些新的水泥土与其它受力构件相结合的结构形式。

随着改革开放政策的深化和经济建设的发展，我国的搅拌桩技术适应国情特点，不断登上新的台阶。大功率的三轴搅拌机，加固深度可达到25~30m，已经得到广泛应用。

3.2 地下连续墙

3.2.1 工程特点

地下连续墙是在地面用专用设备，在泥浆护壁的情况下，开挖一条狭长的深槽，在槽内放置钢筋笼并浇灌混凝土，形成一段钢筋混凝土墙段。各段墙顺次施工并连接成整体，形成一条连续的地下墙体。在基坑开挖时防渗、挡土，邻近建筑物的支护，以及作为基础的一部分。地下连续墙主要适用于处于软弱地基的深大基坑，周围有密集的建筑群或重要地下管线，对周围地面沉降和建筑物沉降要求需严格限制的情况；围护结构亦作为主体结构的一部分，且对抗渗有较严格要求的情况；还有采用逆作法施工，地上和地下同步施工的情况。

地下连续墙的优点：1、适用于多种土质条件（除岩溶地区和承压水头很高的沙砾层外，美国110层的世界贸易中心大厦）；2、可减少工程施工对周围环境的影响，无噪音、振动少，适用于城市与密集建筑群中施工墙体；3、刚度大、整体性好，用于深基坑支护时，变形较小，基坑周围地面沉降小，在建筑物、构筑物密集地区可以施工，对邻近建筑物和地下设施影响小（法国最小距离0.5m，日本0.2m）；4、土方量小，无需井点降水，造价低，施工速度快，适用于各种地质条件；5、能防渗、截水、承重、挡土、抗滑、防爆等，耐久性好；6、作为主体结构外墙，可实行逆作法施工，能加快施工进度、降低造价。

地下连续墙的不足及局限性：1、弃土及废弃泥浆的处理问题，增加工程费用，如处理不当，造成环境污染；2、施工不当或土质条件特殊时，易出现不规则超挖或槽壁坍塌，轻则引起混凝土超方和结构尺寸超出容许的界限，重则引起相邻地面沉降、坍塌，危害邻近建筑和地下管线安全；3、与板桩、灌注桩及水泥土搅拌桩相比，地下连续墙造价高，选用时必须经过技术经济比较，合理时采用；4、施工机械设备价格昂贵，施工专业化程度高。

3.2.2 应用实例

地下连续墙施工技术于1950年出现在意大利：Santa Malia大坝下深达40米的防渗墙及Venafro附近的储水池及引水工程中深达35m的防渗墙。日本于1959年引进该技术，广泛应用于建筑物、地铁及市政下水道的基坑开挖及支护中，并作为地下室外墙承受上部结构的垂直荷载。我国将地下连续墙首次用于主体结构是在唐山大地震（1976）后，在天津修复一项受震害的岸壁工程中实施。1977年，上海研制成功导板抓斗和多头钻成槽机。

地下连续墙按用途分类可分为临时挡土墙、防渗墙、用作主体结构兼做临时挡土墙的地下连续墙和用作多边形基础兼做墙体的地下连续墙，按墙身材料时可分为土质墙、砼墙、钢筋砼墙及组合墙，当地下连续墙做为基坑围护结构、又兼做地下工程永久性结构的一部分时，按构造形式分：分离壁式、整体壁式、单独壁式、重壁式。

分离壁式是在主体结构物的水平构件上设置支点，即将主体结构物作为地下连续墙的支点，起水平支撑作用。这种布置的特点是地下连续墙与主体结构结合简单，且各自受力明确。地下连续墙在施工和使用时期都起挡土和防渗的作用，主体结构的外墙和柱子只承受垂直荷载。

单独壁式是将地下连续墙直接用做主体结构地下室外边墙。此种布置形式壁体构造简单，地下室内部不需另作受力结构层。但这种方式主体结构与地下连续墙的节点需满足结构受力要求，地下连续墙槽段接头要有较好的防渗性。许多土建工程中常在地下连续墙内侧做一道建筑内墙（一砖墙），两墙之间设排水沟，解决渗漏问题。

工程应用中的连续墙形式有板壁式：应用最多，适用于各种直线段和圆弧段墙体；T形和t形地下连续墙：适用于开挖深度较大，支撑垂直间距大的情况；格形地下连续墙：前两种组合在一起的结构形式，可不设支撑，靠其自重维持墙体的稳定；预应力U形折板地下连续墙：新式地下连续墙，是一种空间受力结构，刚度大、变形小、能节省材料。

3.3 钢板桩

3.3.1 工程特点

钢板桩是一种边缘带有联动装置，且这种联动装置可以自由组合以便形成一种连续紧密的挡土或者挡水墙的钢结构体。钢板桩围堰是最常用的一种板桩围堰。钢板桩是带有锁口的一种型钢，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各种大小尺寸及联锁形式。常见的有拉尔森式，拉克万纳式等。其优点为:强度高，容易打入坚硬土层;可在深水中施工，必要时加斜支撑成为一个围笼。防水性能好;能按需要组成各种外形的围堰，并可多次重复使用，因此，它的用途广泛。在桥梁施工中常用于沉井顶的围堰，它的用途广泛。管柱基础、桩基础及明挖基础的围堰等。这些围堰多采用单壁封闭式，围堰内有纵横向支撑，必要时加斜支撑成为一个围笼。如中国南京长江桥的管柱基础，曾使用钢板桩圆形围堰，其直径21.9米，钢板桩长36米，有各种大小尺寸及联锁形式。待水下混凝土封底达到强度要求后，抽水筑承台及墩身，抽水设计深度达20米。在水工建筑中，一般施工面积很大，则常用以做成构体围堰。它系由许多互相连接的单体所构成，每个单体又由许多钢板桩组成，单体中间用土填实。围堰所围护的范围很大，不能用支撑支持堰壁，因此每个单体都能独自抵抗倾覆、滑动和防止联锁处的拉裂。常用的有圆形及隔壁形等形式。

钢板桩产品按生产工艺划分有冷弯薄壁钢板桩和热轧钢板桩两种类型。在工程建设中，冷弯钢板桩应用范围较狭窄，大都作为应用的材料补充，热轧钢板桩一直是工程应用的主导产品。冷弯钢板桩是在由冷弯机组连续滚压成形，且侧面锁口可连续性搭接以形成一种板桩墙的钢结构体。 冷弯钢板桩采用较薄的板材(常用厚度为8mm~14mm)，以冷弯成型机组加工而成。其生产成本较低而价格便宜，定尺控制也更灵活。但因加工方式简陋，桩体各部位厚度相同，截面尺寸无法优化导致用钢量增加;锁口部位形状难控制，联接处卡扣不严、无法止水;受冷弯加工设备能力制约，只能生产钢种强度级别低、厚度较单薄的产品;且冷弯加工过程中产生的应力较大，桩体使用中易产生撕裂，应用具有较大的局限性。在工程建设中，冷弯钢板桩应用范围较狭窄，大都只是作为应用的材料补充。 冷弯钢板桩特点:可根据工程实际情况，选取最经济、合理的截面，实现工程设计上的最优化，比同性能热轧钢板桩节省材料10-15%，极大的降低了施工成本。

功能、外观、实用价值是当今人们选择建筑材料的时候所采用的标准。钢板桩正符合上述三点，其制造组件的要素提供了简单而又实用的结构，满足结构上安全和环境保护方面的所有要求，并且应用钢板桩完成的建筑物具有很大的吸引力。使用钢板桩的优点承载力强，自身结构轻，钢板桩构成的连续墙体具有很高的强度与刚性。水密性好，钢板桩连接处锁口结合紧密，可自然防渗。施工简便，能适应不同的地质情况和土质，可减少基坑开挖土方量，作业占用场地较小。耐久性好，视使用环境的差异，寿命可长达50年。施工环保，取土量和混凝土用量大幅减少，可有效保护土地资源。作业高效，极适于快速实施防洪、塌陷、流沙、地震等救灾抢险与预防。材料可回收反复使用，在临时性工程中，可重复使用20~30次。与其它单体构造物相比，墙体较轻且具有较大的适应变形能力，适于各类地质灾害的预防处理。

3.3.2 应用实例

基于钢板桩在施工作业中的诸多优点， 20世纪末，马钢有限公司凭借自国外引进万能轧机生产线的工艺装备条件，生产了幅宽为400mm的U型钢板桩5000余吨，并成功应用于嫩江大桥围堰、靖江新世纪造船厂30万吨船坞及孟加拉防洪工程等项目。但由于试生产期间生产效率低、经济效益差、国内需求少及技术经验不足等原因，未能持续生产。据统计，目前我国的钢板桩年消耗量保持在3万吨左右，仅占全球的1%%，而且仅限于一些港口、码头、船厂建设等永久性工程和建桥围堰、基坑支护等临时性工程。

钢板桩的应用贯穿并延伸到整个建筑工业，从传统的水利工程和民用工艺的使用以及通过铁路和电车轨道的应用一直到环境污染的控制方面的应用之中。

钢板桩的实用价值在很多新产品的革新制作中得到了体现，例如:一些特殊的焊接而成的建筑物;通过液压振动打桩机而做成的金属板;密封结合的水闸以及工厂涂料的处理。 很多因素确保了钢板桩保持了一个最有用的制造组件要素，即:它不仅有利于钢的质量的卓越性，而且还有利于对钢板桩市场的调查研究及其发展;有利于产品特性的优化设计以更好的满足用户的需求。专门的封固加印工艺的发展就是这方面的一个很好的例子。比如HOESCH专利系统，它的出现开创了钢板桩在控制污染方面重要的新的领域。

自从1986年的HOESCH 钢板桩被用作垂直密封的挡土墙以保护被污染的土地以来，发现钢板桩符合所有防止漏水与污染的要求。钢板桩用作挡土墙的优势也逐渐被广泛地应用于其它领域之中。

3.4 排桩支护

3.4.1 工程特点

通常由支护桩、支撑(或土层锚杆)及防渗帷幕等组成。排桩可根据施工情况为悬臂式支护结构、拉锚式支护结构、内撑式支护结构和锚杆式支护结构。适用条件为基坑侧壁安全等级为一级、二级、三级，适用于可采取降水或止水帷幕的基坑。当基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制而不能采用搅拌桩支护，开挖深度在6~10米左右时，即可采用排桩支护。排桩支护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩。排桩支护以其施工工艺成熟、支护结构安全可靠、支护形式多样和工程造价合理深受工程人的喜欢。

排桩支护结构可分为：1、柱列式排桩支护：当边坡土质尚好、地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡。2、连续排桩支护：在软土中一般不能形成土拱，支挡结构应该连续排。密排的钻孔桩可互相搭接，或在桩身混凝土强度尚未形成时，在相邻桩之间做一根素混凝土树根桩把钻孔桩排连起来。也可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩。3、组合式排桩支护：在地下水位较高的软土地区，可采用钻孔灌注排桩与水泥土桩防渗墙组合的方式。

3.4.2 应用实例

按基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩支护在应用中可分为如下三种情况：

1、无支撑（悬臂）支护结构：当基坑开挖深度不大，即可利用悬臂作用挡住墙后土体。无支撑排桩支护结构也亦即悬臂式桩排支护结构，可由多种桩型组成，在相间或密排插入基坑底面以下一定深度的钢筋混凝土桩，桩顶设置钢筋混凝土锁口梁，桩体承受水平推力，锁口梁调节各桩受力和水平位移的支护结构体系。挡土深度视地质条件和桩径而异，一般不宜超过6m。

2、单支撑结构：当基坑开挖深度较大时，不能采用无支撑支护结构，可以在支护结构顶部附近设置一单支撑（或拉锚）。有支撑排桩支护结构常见的有顶端支撑的排桩支护结构和桩锚式支护。在实际工程应用中，后者更为普遍。顶部支撑的排桩支护结构的计算与悬臂桩相比，其不同在于顶部支撑（桩）墙的计算需要求顶支撑的内力TA。桩锚式支护由支护排桩，锚杆及围檩等组成，用以支挡坑壁土压力并限制坑壁的侧向位移。锚杆平面位置应在两个桩之间空隙穿过。锚杆由锚头，拉杆和锚固体组成，根据支护深度和土质条件锚杆可设置一层或多层，其锚固段应置于较好的粘性土或粉土、粉细砂层中。条件允许时，可在基坑边缘以外（超过潜在滑动面）设置锚定板，锚或锚桩，用拉杆与桩排联结成顶层拉锚。

3、多支撑结构：当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以减少挡墙的压力。当基坑比较深、土质较差时，单支点支护结构不能满足基坑支挡的强度和稳定性要求时，可以采用多层支撑的多支点支护结构。支撑层数及位置应根据土质、基坑深度、支护结构、支撑结构和施工要求等因素确定。

3.5 土钉支护

3.5.1 工程特点

近年来，随着城市高层建筑的大量兴建，深基坑支护技术发展迅速，而土钉支护就是近年来发展起来的用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。基坑逐层开挖，在坡面用机械或洛阳铲施工成孔（上下左右），孔内放钢筋并注浆，坡面设钢筋 ，喷射C20厚80~200mm细石混凝土，使土体、钢筋与喷射混凝土结合成为土钉墙。

土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一定的结构整体性。当开挖基坑时，土体存在使边坡保持直立的临界高度，当超过这一深度或者在地面超载及在其它因素作用下，将发生突发性整体破坏。传统的支挡结构均基于被动制约机制，即以自身的强度和刚度，承受其后的侧向土压力，防止土体整体稳定性破坏。而土钉支护则在土体内设置一定长度和密度的土钉，与土体协同工作，弥补土体自身抗拉、抗剪强度不足。土钉与土共同工作，形成了能大大提高原状土强度和刚度的复合土体。试验表明：直立的土钉墙在坡顶的承载能力约比素土墙提高1倍以上。更为重要的是，土钉支护结构被公认具有良好的延性破坏特征，在受荷过程中，不会发生素土边坡那样突发性的塌滑，为边坡的修复提供了时间，并可减小边坡滑塌所造成的损失。但是在松散砂土、软塑、流塑粘性土以及有丰富地下水源情况下，不能单独使用土钉墙，尤其是在饱和粘土及软土中更须特别谨慎，因为土钉在这些土中抗拔力低，需要很长很密的土钉软土的徐变还可使支护位移量增加。在国外不建议在软土中使用土墙。

采用土钉支护，它对保证地面施工荷载、控制基坑变形、基坑边坡的沉降及边坡上部杂填土层的处理都起着主要作用。特别是上部杂填土层部分，在土钉施工的注浆过程中，要采用加压注浆，使回填土层中的空隙充满水泥浆体，挤满空隙，挤走滞水，使土体的整体性得到加强，保证施工过程中施工车辆在基坑边行走的安全。另外它可很好地防止土层中残留滞水的渗漏。其施工特点是施工设备较简单，比用挡土桩锚杆施工简便;施工速度较快，节省工期，造价较低。适用范围为地下水位较低的黏土、砂土、粉土地基，基坑深度一般在15m以内。

3.5.2 应用实例

它由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层和必要的防水系统组成，形以土钉作为主要受力构件的边坡支护技术，它由密集的土钉群被加固的原位土体喷混凝土面层和必要的防水系统组成。形成一个类似重力式的挡土墙，以此来抵抗墙后传来的压力和其它作用力，从而使开挖坡面稳定。因其具有施工方便、设备简单、开挖与支护作业可以同时进行、施工周期短、成本低、污染小、稳定可靠等许多技术和经济上的优点，而迅速在全国特别是低地下水位地区得到推广。对现有国内外实际土钉墙工程的测试资料及大型模拟工程的试验结果证明，土钉支护的工作性能主要有：

1、采用密集土钉加固的土钉墙性能类似重力式挡墙。破坏时明显地带有平移和转动的性质，故设计时除验算土钉墙的内部稳定性，以保证它们有足够的钉长、钉径及合理的间距外，还必须验算其整体稳定性，即验算土钉墙的抗滑与抗倾覆安全性。2、土钉内的拉力分布是不均匀的，一般呈现中间大、两端小的规律，即最大拉力出现在临近破裂面处。土钉墙位置越往下，土钉最大受力点越往面板处移。3、土钉墙的变形较小。最大水平位移发生于墙体顶部，越往下水平位移越小。最大水平位移与开挖高度之比一般不大于3%。土钉墙体内的水平位移随离开墙面距离增大而减小。4、由于在面板附近土钉受力不大，钉头与喷射混凝土板之间的连接满足结构上的构造要求即可。5、墙面后土压力分布并不接近三角形，在坡角处土压力减少，其合力为库仑土压力的70%，这种土压力减少可能是土钉将土连接成一个整体而造成的。

4 常见技术问题及解决办法

4.1 基坑排水

4.1.1集水井排水

集水井排水对于建筑施工中的基坑排水技术的重要性是不言而喻的。集水井排水适用于地下水位低于基坑底标高并且地下水不丰富与此同时涌水量少或者是地表补水少的地质环境，这意味着其一般工业与民用建筑的基坑、基槽开挖、基础结枃施工、防水施工和回墳土期间的排水、降水施工。施工准备。需要注意但是，在材料准备的过程中工作人员选用的水泵的数量、功率和型号应满足总排水量应比基坑总涌水量大1.5~2倍的要求。并且较为常用的抽水设备也应当得到有效的应用。在集水井排水的应用过程中施工人员应当注重在基坑周边进行集水井的设置，这一设置工作应当以合理排放为基础来进行。除此之外，在集水井排水的过程中施工人员应当注重确保地下水井来对其进行排放。另外，在集水井排水的过程中施工人员应当注重确保地基能够保持相应的干燥情况，并且能够得到合理的加固支持。从而能够在此基础上促进建筑施工中的基坑排水技术应用效率的持续进步。

4.1.2人工井点降水

人工井点降水是建筑施工中的基坑排水技术的重中之重。在对这一排水方法进行应用过程中，施工人员应当通过真空井点喷射井点或管井来进行相应的排水工作。除此之外，在人工井点降水的过程中如果其抽出的水分中清水的比例非常大，则可以将其直接排放至城市的地下水管道中，如果是污水则应当进行相应的过滤工作。另外，在人工井点降水的过程中施工人员应当注重通过降水使坑内土始终保持干燥状态来有利于施工并且能够使土产生固结同时有效防止流砂产生。最终能够在此基础上促进建筑施工中的基坑排水技术应用可靠性的不断提升。

4.1.3回灌排水法

回灌排水法是建筑施工中的基坑排水技术的核心內容之一。在回灌排水法的过程中，施工人员应当确保排水工作的进行不会对周围环境造成太大的影响。另外，在回灌排水法的应用过程中如果土壤因为地下水位降低则会造成相应的含水量减少和固法压缩现象的出现。除此之外，回灌排水法的应用往往还会导致会引起周围地面的不均匀沉降同时造成邻近建筑物沉降产生裂缝。因此在对其进行应用时应当采取相应的保护措施，从而能够最终在此基础上促进建筑施工中的基坑排水技术应用精确性的不断进步。

4.2 基坑变形监测

4.2.1监测目的

在基坑施工期间，由于坑内土体开挖，会引起基坑底面的回弹；在外侧土压力的作用下，会引起围护结构内力发生变化，同时产生变形；如果围护结构强度和刚度不足，将导致支护桩倾斜，甚至坍塌等严重事故；同时由于基坑降水，水位的下降会引起坑外土体的固结，使地面发生沉降，特别是如果支护防渗系统存在缺陷，将会发生渗漏，流沙等现象，结果导致地坪开裂以及周围建筑物产生不均匀沉降。对基坑及周边环境进行监测，预警并防范过大位移、变形与工程事故的发生，并通过监测，保证整个基坑工程的安全施工。

4.2.2垂直方向（沉降）的位移监测

主要是围护墙顶部的垂直位移变化和基坑周围地表、建筑物、道路沉降监测。

在基坑外（般离基坑50米以外）埋设三个水准基准点作为起始数据的基本控制点，要求埋设的地点要不受施工的影响，土质有相当的稳定性，为保证沉降观测结果不受水准基准点可能存在位移和沉降的影响，必须定期对水准佳基准点的稳定性进行检核，通常情况下是通过三个水准基点相互验证其稳定性；支撑轴力的监测般是在支撑立柱的顶部焊接钢质构件布设监测仪；基坑围地表、建筑物、道路沉降监测点般布设在建筑物或者是其它构筑物的拐角处，离地面20CM高的地方，并且要尽量避开水管，窗台护栏等有碍于视线观察的物体。

要点主要有以下几点：

1、基准点和观测点的首次观测般为三次往返观测，以采集到最为可靠的初始值；以后每期均为单程观测即可，由所有的观测点组成闭合水准路线。

2、根据水准控制线路，观测深基坑周围的建筑物或者构筑物的沉降点变化，支撑力柱的沉降量变化，采用闭合水准路线测量各沉降点

3、设站和立尺要注意避开如起重机、塔吊等危险施工器械的下方，避开混凝士搅拌机、施工现场配电房等千扰源。以免对监测数捱生影响

4、和许多工程监测样，在深基坑变形监测中当沉降观测外业数据采集完后，应进行数据的平差处理，以计算岀名基坑监测点的高程，再计算各点在一个观测周期内的沉降量，计算各点的累积沉降总量，计算各点的沉降谏率等。

5、监测所采用的设备和仪器必须符合国家相关主管部门的规定和行业标准，并且根据实际的施工条件可采取多种监测方法和监测内容，不必局限于一定之规。

4.2.3水平方向的位移监测

水平位移监测主要表现在内部围护体的水平位移变化监测、围护墙的顶部水平位移变化监测、深层水平位移变化监测等几个方面。

基坑施工中，基坑从外形来说主要呈现长方形和不规则图形两种，在实际监测中为了确保观测视线的长度不大于200M，通常在基坑的拐角处布设3个或3个以上的工作基点；根据设计中关于围护墙的预期数据在支护结构顶部元梁位置以埋设观测墩的形式布设观测点，架设的观测设备要注意避开支护结构中的安全栏等有碍视线的物体，以免造成观测失真。

4.2.4倾斜监测（深层水平位移监测）

基坑围护结构（建筑物）的倾斜监测般有两种方法，一是直接测定其倾斜；二是通过测昰建筑物基础相对沉降的方法来确定建筑物的倾斜，直接测定建筑物的倾斜要测定建筑物顶部相对于底部或各层间相对于下层的水平位移与高差，分别计算整体或分层的倾斜度、倾斜方冋以及倾斜速度等；通过测定建筑物基础相对沉腳的方法确定倾斜时主要是通过把斜测仪和探头组合后，采用：钻头埋设、以及预制和捆绑埋设的方法进行测量。要点如下：

1、测斜管应以垂直埋入；埋在桩体或者是地下连续墙中的斜测管应与钢筋箎扎牢。

2、测斜管的对导向槽和基坑方向要保持垂直。

3、要以测斜管中的不动点作为测量基准，一般把管底作为测斜管中的不动点。如果护坡桩、地下连续墙的插入比不大，无法保证底端不动，则应以管顶为观测点，测量该点的水平位移，计算出测斜管在不同深度的水平位移。

4.3 常见问题

4.3.1排水沟的设置

4.3.2集水井大小

一般来讲，集水井范围的大小在很大程度上取决于水泵实际的出水量。为了有效保证基坑的施工作业能够顺利的进行，在进行集水井设置的时候，需要将井面高度设置为超过基坑排水的40cm左右，并且在集水井管径和井经间，需要留有环状的缝隙，以便于更好的填进过滤料，能够起到良好的防渗水效果。

4.3.3抽水设备的选择

在管井设置工作竣工之后，需要按照建筑工程基坑排水施工的有关的规定，科学合理的选择抽水设备，选择合适的抽水设备，不仅仅有利于管井抽水作业的顺利进行，还能够通过观察抽水含量的多少，有效判断管出井水位高度，需要特别引起注意的是，在过滤器使用的时候，需要根据施工规范标准使用，不可随意进行操作，避免因为操作存在错误，而岀现氧化或者损坏的情况。

4.3.4防水降水对周围环境的影响

在降水过程中，水流会带岀部分细微土粒，而土壤因为地下水位降低，含水量减少而产生固法压缩现象，会引起周围地面的不均匀沉降，造成邻近建筑物沉降产生裂缝。甚至倾斜倒坍等更严重的后果，因此，为防止降水对周围环境的影响我们可以采取下列技术措施。

4.3.5回灌技术

降水对周围环境的影响，是由于土壤内地下水流失造成的。回灌技术即在降水井点和要保护的建筑物之间打设一排井点，在降水井点抽水的同时，通过回灌井点向土壤内灌入一定数量的水，形成一道隔水帷幕，从而阻止或减少回灌井点外侧被保护的建筑物地下的地下水流失、使地下水位基本保持不变，这样就不会因降水使地基自重应力增加而引起地面沉降。回灌井点可采用一般真空井点降水的设备和技术，仅增加回灌水箱、闸阀和水表等少量设备，一般施工单位皆易掌握。采用回灌井点时，回灌井点与降水井点的距离不宜小于6m，回灌井点的间距应根据降水井点的间距和被保护建筑物的平面位置确定。回灌井点宜进入稳定降水曲面下1m，且位于渗透性较好的土层中。回灌井点滤管的长度应大于降水井点滤管的长度。防止回灌量过大导致水渗入基坑影响施工，又要防止回灌量过小，使地下水位下降失控影响回灌效果。所以应在回灌井点系统附近设置一定数量的水位观测井，同时对建筑物设置一定量的观测点；做好观测记录，以便及时调整回灌水量。

4.3.6减慢降水速度

使降水速度减缓：在砂质粉土中降水影响范围可达80m以上，降水曲线较平缓，为此可将井点管加长，减慢降水速度，防止产生过大的沉降。亦可在井点系统降水过程中，调小离心泵阀，减慢抽水速度。还可在邻近被保护建筑物一侧，将井点管间距加大，需要时甚至暂停抽水。为防止抽水过程中将细微土粒带出，可根据土的粒径选择滤 。另外确保井点管周围砂滤层的厚度和施工质量，亦能有效防止降水引起的地面沉降。在基坑内部降水，掌握好滤管的埋设深度、如支护结构有可靠的隔水性能，一方面能疏干土壤，降低地下水位便于挖土施工，另一方面又不使降水影响到基坑外面，造成基坑外面产生沉降。

5 结论与展望

深基坑变形监测是深基坑工程质昰乃至整个工程质昰控制的关键环节，众多地下工程建设成败的关键所在。按照基坑工程的实际情况确定监测的范围，方法以及技术手段和测量设备是做好深基坑监测工作，实现信息化施工的决定因素。以监测手段创新为突破口、高技术设备为依托是搞好深基坑变形监测的主要途径。

大数据也为深基坑监测工作发展带来了机遇，体现在它可以被应用于提高地理信息系统的完善度，实现云计算云服务等方面的合作协调和不断融合。为了满足实际需求，监测部门和相关的从业人员要充分认识到大数据对升级系统，优化信息系统工作性能的重要意义，不断地完善信息服务系统，积极的保障现有资源的利用率，为所需部门、企业、民众提供高质量的信息服务。