维普资讯 http://www.cqvip.com ・１４６・ 第３３卷第１０期 ２ ０ ０ ７年４月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＥ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．１０ Ａｐｒ． ２００７ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）１０—０１４６—０３ 深基坑工程存在的问题以及发展展望 谢文利 摘王方 何琴 要：介绍了深基坑工程的发展状况，并从设计和施工两个阶段详细阐述了深基坑工程目前存在的问题，最后对深基 坑工程今后的发展趋势进行了展望，以确保基坑工程的安全可靠、经济合理。 关键词：基坑工程，结构选型，ＳＷＭ工法 中图分类号：ＴＵ４７３．２ 文献标识码：Ａ １０ ＩＴＩ。 １概述 随着经济的发展，社会的进步，大城市的高层建筑、地下建筑 ２深基坑工程存在的问题 还有隧道等工程的大幅度增加，而同时为了节省土地，充分利用 ２．１设计阶段存在的问题 地下空间，深基坑工程也随之不断增加。深基坑工程是一个古老 力学典型强度问题和变形问题，又涉及到土体与支护结构的相互 设计阶段存在的问题主要是基坑工程结构选型不合理以及 基坑支护及撑锚方法较多，为了达到同一目的，可以有多种 而具有划时代特点的综合性的岩土工程课题，因为它既涉及到土 土压力的计算问题，在此主要讨论结构选型的问题。有的投资 作用问题。２０世纪８０年代前，国内为数不多的高层建筑的地下 方法，而每一种方法都有其独特的优点，有的速度快、室，基坑深不过４ ＩＴＩ，一般采用放坡开挖，既经济又方便。到８０年 少、有的噪音小等。总体来说，深基坑工程的支护结构大致可以 而桩式的支护结构又可以分为连续的板桩 代，随着高层建筑的大量兴起，开挖深度一般在８ ＩＴＩ左右。进入 分为桩式和墙式两种， ９０年代我国建的高层建筑迅猛发展，同时各地还兴建了许多大型 结构和分离的排桩结构，板桩结构因为它的特点目前使用较少，地下市政设施、地下商场、地铁车站等，基坑开挖深度一般都大于 而分离的排桩目前大量地运用在无地下水或者允许坑外降水或者 ：华ｔａｎ ＪＲＣＩＲ（ １十ｔａｎ￣ ０＂０ ０－ｒ—１－－ｔ—ａｎ￣ ）十 ］（６） ３，．、 【／ 一及衬砌在库仑破坏准则下均未达到其破坏强度。 结语 从以上算例可以看出，由于围岩与衬砌间结构面的存在，使 于是， 与０－ 便有如下关系： 得破坏首先发生在围岩与衬砌的接触部分，也就是说结构面上每 点的容许强度值都比结构面两侧的岩体低。文中依然采用了 其中，｛５： ｃ （ ）十 。 连续体来计算围岩与衬砌间的相互作用，在结构面上采用了异性 结构面抗剪强度准则来计算结构面的强度，运用数学力学方法初 步研究了深埋地下硐室围岩与隧硐衬砌的相互接触作用。 参考文献： ２算例 一圆形硐室，硐室半径ａ＝３ ｍ，衬砌厚３０ ｃｍ，经测得围岩应 力ｑ＝８ ＭＰａ，内水压力Ｐ＝２．５８ ＭＰａ，岩石的单轴抗压强度为 ３５ ＭＰａ，岩石抗剪强度指标 ＝３０。，内聚力ｃ０＝２．９ ＭＰａ，衬砌材 料单轴抗压强度为２０ ＭＰａ，抗剪强度指标 ＝２７。，内聚力ｃ０＝ ［１］许传华，任青文，李 瑞．地下工程围岩稳定性分析方法研究 进展［Ｊ］．金属矿山，２００３（２）：３４—３７． ２．４ ＭＰａ，围岩和衬砌相互接触某－－４，段接触面（可近似为直线） 的结构面粗糙度系数ＪＲＣ＝４，岩石结构面抗压强度ＪＣＳＡ＝ ２８ ＭＰａ，衬砌结构面抗压强度ＪＣＳＢ＝１８ ＭＰａ，异性结构面基本摩 擦角 Ｂ＝２２。由公式（２）便可得到围岩与隧硐衬砌接触表面处的 ［２］谢和平，陈忠辉，周宏伟．基于工程体与地质体相互作用的两 体力学模型初探［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００５，２４（９）： １ ４５７—１ ４６４． ［３］宋俐，张永强，俞茂宏．压力隧洞弹塑性分析的统一解［Ｊ］． 刚．岩体异性结构面的抗剪强度准则［Ｊ］．重庆大 应力分量０－ ＝３．５２１ ＭＰａ，０－０＝１２．４８９ ＭＰａ，将０－ 代人公式（７）中 得ＮＯ－ ＝９．８６４ ＭＰａ，可以看出印＞０－ ，硐室围岩与衬砌间结构 工程力学，１９９８，１５（４）：５７—６１． ［４］贺建明，吴面已经破坏。而经过计算此时围岩与衬砌之间结构面附近岩体 学学报，１９９４，１７（２）：１０５—１１０． Ｃｏｎｔａｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｃａｖｅ ＱＩＡＯ Ｗｅｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｒｏｃｋ ｊｏｉｎｔｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌｉｍｎｇ ａｎｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｏｆ ｕｎｄｅｒ— ｇｒｏｕｎｄ Ｃａｖｅ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｉｍｎｇ ａｎｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｂｅｆｏｒｅ ｌｉｎｉｇ ｎｎｄ ａｓｕｒｒｏｕｎｄｉｇ ｎｒｏｃｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｇ ｎｒｏｃｋ，ｌｉｎｉｎｇ，ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｒｏｃｋ ｊｏｉｎｔ 收稿日期：２００６—１１－１８ 作者简介：谢文利（１９８２一），男，中南大学资源与安全工程学院硕士研究生，湖南长沙４１００８３ 王方（１９６０一），女，硕士生导师，教授，中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙４１００８３ 何琴（１９８２一），女，中南大学资源与安全工程学院硕士研究生，湖南长沙４１００８３ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１０期 ２ ０ ０ ７年４月 谢文利等：深基坑工程存在的问题以及发展展望 ・１４７・ 设置止水帷幕的工程。墙式支护结构一般采用钢筋混凝土地下 ３．２新技术的大量运用 连续墙。同时深基坑支护结构的设计与施工不同于上部结构，通 １）土层人工冻结围护深基坑技术是利用软土含量高的特点， 过对大量深基坑支护工程选型的实例总结，深基坑支护设计方案 在拟开挖的场地周围土体中插入冻结管，通过冻结土体形成具有 的优选宜遵从图１所示的优选方法。 定结构强度的墙体，以此作为基坑施工的围护结构。该技术具 一 内支撑ｌＩ 有土体强度提高幅度大、防渗性能良好、适应性强、环境影响小及 造价低于常规方法等优点。该方法设计中可实现冻结管布设、温 度及墙体厚度的优化配置。目前国内许多应用常规支护方法施 复合支护方案 （上部放坡＋下部土钉） 土钉 工的基坑都不同程度地出现过基坑倒塌失稳事故，造成了巨大经 复合支护方案 （上部放坡＋下部桩墙） （上部土钉＋下部桩墙） 单排悬臂桩 （＿双排悬臂桩） （水泥土搅拌桩） 济损失。而人工冻结施工的冻结墙体兼具有结构强度和防渗性 双重作用，对于挖坑较浅，方便于常规支护方法的基坑，冻结法的 效益不十分显著；但对于挖深超过１０ ｍ的深基坑，其造价显著低 于常规方法，而且效果甚好，此方法在国外广泛使用，目前国内还 尚未采用，应该在国内大力推广，以促进我国基坑工程技术的发 展。 复合支护方案 （上部放坡＋下部桩） （上部土钉＋下部桩） 图１ 深基坑支护设计方案优选图 因此，在设计计算时应全面分析，避免漏项，并应考虑各种不 利条件下的情况，同时要结合一定的经验。 ２）ＳＭｗ特殊工法。于２０世纪７０年代在日本问世的ＳＭｗ （ＳｏｉｌＭｉｘｉｎｇＷａＵ）法，又称劲性水泥土搅拌桩，是把水泥土的止 水性能和芯材（一般为Ｈ型钢，也可为混凝土等其他劲性材料）的 ２．２施工阶段存在的问题 理是一个难点，因土质与地下水位的差异，基坑开挖施工的方法 １）基坑施工中地下水的处理不当。基坑施工中，地下水的处 高强度特性有效地组合而成的一种抗渗性好、刚度高、经济的围 护结构，具有很大的经济潜力。ＳＭｗ工法是在深层搅拌桩和地 下连续墙工法基础上发展起来的，同其他围护型式相比，具有大 壁厚、大深度、技术经济指标好、环保等优点，广泛用于地下建筑 也随之不同，尤其是在沿海等高水位地区或者表层滞水很丰富的 地区，深基坑工程施工中地下水的处理是整个工程成败的关键。 水的降排水没有处理好，排水主要解决上部土层的滞水和降雨积 水的疏排，降水包括采用轻型井点、喷射井点和深井井点降水等。 水泥土间的相互作用关系。包括型钢一水泥土接触界面摩擦、滑 移及水泥土失效机理，ＳＭＷ组合结构从共同协调作用到水泥土开 降低地下水位可能引起地面沉降，将对环境造成不良影响，尤以 裂破坏演化过程与演化机理。其次，建立更符合工程实际的Ｈ型 深井降水影响最大。 地下处理场、环境保护工程等许多领域。 在很多失败的深基坑工程中，有很多是因为基坑施工中地下 基坑围护、地下坝、ＳＭＷ工法应该从以下几个方面进行深入研究：首先，型钢一 考虑由于侧向水土压力作用而在型钢一水 ２）信息化施工的程度不高。由于深基坑工程的地质条件复 钢拔出力的物理模型，泥土接触面上存在弯曲变形阻力，分析Ｈ型钢的拔出作用机理， 杂多变，加之受力特殊，使其在工程设计阶段的预估值与其在施 以及ＳＭＷ工法在软土地区深大基坑工程中的应用技术研究。 工过程中的实际值存在一定的差异。因此，深基坑工程的安全不 仅取决于合理的设计、施工，而且取决于贯穿在工程设计、施工全 ４结语 过程的安全监测。信息化施工是一项很有发展前途的新技术，具 深基坑工程是一个很有发展潜力的工程，不断增加的工程数 有代价小成效大的优点，安全监测是深基坑工程安全的重要保证 量，复杂多变的工程环境为深基坑的发展提供了一个广阔的舞 条件之一，基坑监测与工程的设计、施工也被称为深基坑工程施 台。文中主要针对近年来出现的深基坑工程中的问题进行了讨 以及对深基坑工程今后的发展进行了展望。为了满足社会主 工的三大基本要素。基坑工程在发生事故前或多或少都有预兆， 论，因为基坑工程支护结构的破坏要经历一个由量变到质变的过程， 义现代化建设的需要，相信在以后的基坑工程实践中，随着支护理 通过信息化施工可以不断地优化设计方案，确保基坑开挖安全可 论的不断发展、支护技术的不断进步和新技术的不断推广，基坑工 深基坑工程必将日益完善。 靠而又经济合理。基坑信息化施工是指将所采集的信息，经过处 程技术水平将会不断提高和发展，理后与预测结果比较，通过反分析推求较符合实际的土质参数， 参考文献： 并利用所推求的土质参数再次预测下一施工阶段围护结构及土 ［１］龚晓南，高有潮．基坑工程设计施工手册［Ｍ］．北京：中国建筑 体的性状，又采集下一施工阶段的相应信息。如此反复循环，不 工业出版社，１９９８． 断采集信息、不断修改设计并指导施工，将设计置于动态过程中。 ［２］赵志缙，应惠清．简明深基坑工程设计施工手册［Ｍ］．北京：中 通过分析预测指导施工、通过施工信息反馈设计，使设计及施工 逐渐逼近实际，从而排除险情，实现最佳工程。 国建筑工业出版社，２０００． ［３］赵花丽，傅少君．深基坑工程的现状与发展［Ｊ］．孝感学院学 报，２００５（５）：６１—６２． ３深基坑工程的发展展望 ３．１ 深基坑支护结构选型应该更加合理和恰当 ［４］高大钊，陈汉忠．深基坑工程［Ｍ］．北京：机械工业出版社， １９９９． 深基坑地基土的类别、地下水位的高低以及周边环境等都是 ［５］刘建航，侯学渊．基坑工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版 深基坑支护结构选型时需要考虑的十分重要的因素。如果支护 结构型式选择合理，就可以做到整个基坑以及整个建筑物的安全 社，１９９７． 可靠，还可以带来可观的经济与社会效益；但是如果经验不足以 及由于多种原因造成支护结构型式选择不恰当，不但会危急基坑 以及整个建筑物的安全，还会影响周边环境，所以今后深基坑工 程发展的一个必然趋势就是如何使支护结构选型更加恰当。 ［６］夏明耀，曾进伦．地下工程设计施工手册［Ｍ］．北京：中国建筑 工业出版社，１９９９． ［７］于剑飞．某深基坑工程的监测与分析［Ｊ］．山西建筑，２００４，３０ （２）：２２—２３． 维普资讯 http://www.cqvip.com ・１４８・ 第３３卷第１０期 ２ ０ ０ ７年４月 山 西 建 筑 ＳＨＡ ⅨＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３３ Ｎｏ．１０ Ａｐｒ． ２００７ 文章编号：１００９．６８２５（２００７）１０．０１４８．０２ ＣＦＧ桩单桩荷载传递性状研究 贾志刚 吴雄志 焦利国 摘要：以荷载传递法为基础，选用双曲线荷载传递函数，以桩身轴力为迭代变量，通过迭代计算具体分析了相关因素对 ＣＦＧ桩荷载传递规律的影响，分析表明，用该荷载传递法分析ＣＦＧ桩的荷载传递规律是可行的。 关键词：ＣＦＧ桩，荷载传递法，迭代模型，弹性模量 中图分类号：ＴＵ４７３．１１ 文献标识码：Ａ ＣＦＧ桩在地基处理中得到了越来越广泛的应用，它的桩身弹 试验常数；Ｐｏ为大气压； ３为桩侧表面正应力（ ３＝Ｋ００＂ｚ。其中， 性模量介于水泥土类桩和常规桩基之间，在荷载作用下桩身有一 Ｋ０静止土压力系数Ｋ００＂ｚ）；ｃ，ａ分别为土的粘聚力和内摩擦角。 定的压缩量，但数值不大，这使其传递荷载的性状与水泥土类桩 １．３迭代模型 和常规桩基有较大的区别。由于ＣＦＧ桩荷载传递规律的影响因 应用荷载传递法分析单桩时，通常的做法是假定桩底或桩顶 素很多，关于这方面的研究仍在进行之中。文中以ＣＦＧ桩单桩 位移。文中是给定桩顶荷载进行数值计算，具体方法如下： 静载荷试验为计算模型，选取双曲线模型作为桩侧荷载传递函 １）桩顶荷载为Ｐ，桩长为Ｌ，桩截面面积为Ａ ，桩身弹性模 数，通过对荷载传递法进行改进，在直接给定桩顶荷载情况下，以 量为Ｅ ，桩的直径为Ｄ，桩底反力系数为 。将桩分成 个单 桩身轴力为迭代变量，利用迭代计算分析了ＣＦＧ桩单桩荷载传 元，从下至上分别为（１一 ）个单元，每个单元的长度为△Ｌ＝Ｌ／ｎ。 递特性。 ２）桩侧阻力沿桩长范围内均匀分布，大小为Ｐ／ｎ。 １传递函数的选取及迭代模型 １．１基本假定 为了便于建立计算模型，文中做了如下假定：桩体为线弹性 体；桩、土界面间不发生相对滑动，即桩、土界面上的应力和位移 是连续的；桩、土间破坏界面发生在临近桩表面的土内，即以土的 ３）每段桩的压缩量Ａ ： 每段桩的压缩量 ＝ 』 ÷ 竺 ，，每段桩的桩侧阻力 在桩端产生的位移可由Ｍｉｎｄｌｉｎ位移解求得ｓ 。 ４）每段桩中点位移Ｕｉ＝∑Ａ ＋∑Ｓ 。 ５）由荷载传递函数重新求每段桩侧摩阻力Ｚ＂ｉ，其中桩底反力 １ｃ 抗剪强度作为破坏条件。 １．２传递函数的选取 用荷载传递法分析桩传递荷载的特性，分析结果的准确性很 Ｐｂ＝Ｋ Ｓｉ。 大程度上取决于所选取的荷载传递函数。根据文中的假定，由于 ６）由桩底开始重新计算桩顶荷载Ｐ＝Ｐｂ＋（ＴｒＤＬ／ｎ）∑ ， 若不满足要求，则重复３）～６）。 桩、土界面上的应力和位移是连续的，因此可以用界面上土的剪 比较前后两次桩顶荷载，根据以上计算方法用Ｍａｔｌａｂ编制了计算程序，且发现收敛速 力近似取代桩表面的侧摩阻力，这样桩、土界面间荷载传递函数 就可以用土的应力应变函数近似描述。邓肯一张双曲线模型既 度很快。可以描述土变形的非线性，同时模型参数较少，只需常规三轴压 ２荷载传递规律影响因素 缩试验即可确定，且各参数物理意义明确。 双曲线函数： １ ， 、Ｒ 为了便于计算分析，设桩长范围内土层均匀，基本参数取值： ＝１００，Ｌ＝２０ ｍ，Ｐ＝４０ ｋＮ， ：８ ＧＰａ，Ｄ＝０．５ ｍ， ．＝ ｒ ； Ｋ （ ０＂３）； １ ｃ－ｔ－＂０３ｔａｎａ。 ２４０ ０００ ｋＮ／ｍ，ａ＝２０。，ｙ＝１８ ｋＮ／ｍ３，Ｒ＝０５，Ｋ＝２５０，Ｋｎ： ０．４５。 其中，ｚ－为桩侧表面的摩擦力； 为桩表面质点沉降；ａ为土 的起始变形模量的倒数；ｂ为土的极限抗剪强度的倒数；Ｋ，Ｒ为 ２．１ 荷载水平 Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ ｐｒｏｊ ｅｃｔ ＸＩＥ Ｗｅｎ－ｌｉ ＷＡＮＧ Ｆａｎｇ ＨＥ Ｏｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐ ｇｅｎｅｒａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ ｐｒｏｉｅｃｔ，ａｎｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｈａｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｎｄ ａｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｉｔ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ ｐｒｏｊｅｅｔ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ ｉｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ ｐｒｏ— ｊｃｔ，ｔｅｏ ａｓｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｎｄ ｒａｅａｓｏｎａｂｌｅ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ Ｐｒｏｉｃｔ．ｅ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ ｐｒｏｊｃｔ，ｓｅｔｕｃｒｔｕｒｅ ｌｃｔｅｏｔｙｐｅ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＳＷＭ 收稿日期：２００６．１０．２０ 作者简介：贾志刚（１９７７．），男，河北工程大学土木工程学院硕士研究生，河北邯郸吴雄志（１９６４．），男，教授，河北工程大学土木工程学院，河北邯郸焦利国（１９７８．），男，助理工程师，郑州锅炉有限公司，河南郑州０５６０３８ ０５６０３８ ４５００００
