深基坑围护设计与实例解析

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。特别是20世纪中叶以来，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，这为合理设计与施工基坑工程提出了许多紧迫而重要的研究课题。

基坑支护既是一个综合性的岩土工程问题，又是涉及土层与支护结构共同作用的复杂问题。它具有地域性、综合性、实践性和风险性。由于深基坑工程设计理论的不足和施工中各种情况的不确定性，造成当前深基坑工程的支护设计与施工存在“半理论半经验”的状况。

据有关资料统计，深基坑工程事故的发生率一般约占基坑工程数量的20%左右，有一些城市甚至占到30%。其中有一部分的原因就是支护结构受到破坏，甚至支撑失效。2008年，杭州地铁湘湖站深基坑工程发生大面积坍塌事故，人员伤亡和经济损失都很惨重，如图1-1所示。这就要求我们必须对基坑支护结构的受力变形有很深的了解，才能避免类似的工程事故发生。

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图1-1 杭州地铁湘湖站工程事故现场照片

自上个世纪30年代开始，Terzaghi、Peck等人已开始研究基坑工程中的岩土工程问题。在以后的时间里，世界各国的许多学者都投入了研究，并不断地在这一领域取得丰硕成果。在理论分析方法上有早期的古典法、山肩邦男精确解法，以及基于计算机技术发展出的有限单元法。1971年Whittle等学者考虑了不同本构模型和边界条件对求解的影响，目前应用较多。基坑工程在我国的广泛研究是始于20世纪80年代初，当时随着改革开放的步伐，基本建设如火如荼、高层建筑不断涌现，相应的基础埋深不断增加，开挖深度也就不断发展。特别是到了20世纪90年代，大多数城市都进入了大规模的旧城改造阶段，在繁华的市区内进行深基坑开挖给这一古老课题增加了新的内容，那就是如何控制深基坑开挖的环境效应问题，从而进一步促进了深基坑开挖技术的研究和发展，产生了许多先进的设计计算方法，而众多新的施工工艺也不断付诸实施，出现了许多技术先进的成功工程实例。

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。围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土挡墙、土钉墙等。钢筋混凝土桩通常有钻孔灌注桩、咬合桩、沉管灌注桩和预制桩等。围护形式的多样化，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。