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武汉地区的基坑工程LSZ2010/4——发展概况与若干技术问题的探讨武汉地区基坑工程发展历程开始于上世纪90年代初期，迄今已经历将近20年的发展过程。基坑工程的项目愈来愈多，规模愈来愈大。按照送审或论证的项目可反映近10年来的项目增加情况。目前基坑工程涉及以下方面：1、建筑工程；2、地铁车站及其出入口、风道等附属设施，盾构始发及接收竖井等；3、市政工程：管沟、立交下穿道、排水泵站、过江隧道竖井等；3、地下空间开发利用，如人防、商业平战结合工程；4、交通工程，如大型桥梁锚锭基坑。开挖深度愈来愈大，由初期的一层地下室（5～7m）一逐步增加到2、3、4层地下室（10～20m），地铁车站（15～20m）。超深基坑问题开始提上议事日程。支护手段由初期放坡、喷锚支护、桩锚支护发展到地连墙加多层内支撑，逆作法施工已经开始应用。土方开挖已经开始采用栈桥垂直运输。0501001502002503002000200220042006200840基坑工程技术发展状况一、起步阶段：1995年《武汉市深基坑工程技术指南》二、提高阶段：1998年《湖北省深基坑工程技术规定》三、相对成熟阶段：2004年《湖北省基坑工程技术规程》四、总结经验继续提高的阶段：1、2006年武汉市建委发布273号文，即有关基坑工程的技术措施。2、根据管理部门要求和发展的需要，今年将对《湖北省深基坑工程技术规定》进行修订。3、正在酝酿制订有关超深基坑的技术措施。武汉地区基坑工程多年来取得的效果•逐步改变了初期事故多发的局面，事故发生明显减少。•迄今未发生房屋倒塌，造成重大经济损失的恶性事故。•技术力量得到较快的发展——有一批年轻的技术人员成长起来，他们能够承担较复杂的基坑工程的支护设计——施工力量得到发展，常用技术手段（如支护、降水、隔渗、检测等）本地单位都有能力承担武汉地区深基坑工程中发生的影响较大的事故项目事故概况原因简析火炬大厦199319根大口径支护桩断裂，30余米长度的边坡失稳，导致邻近建筑物严重受损，居民撤出，损失及加固用达数百万元坚硬的老粘性土受水浸润，强度急剧衰减，设计对此难以预计泰合大厦1993侧壁大量流土，影响坑外地面变形范围达25米，新建立交桥下沉倾斜，损失达百万元以上对武汉地区浅层粉土的渗透稳定性问题认识不足，侧壁止水帷幕设计经验不足，大、中、小桩组合式的止水帷幕失效威格大厦1994坑壁漏水冒砂，地面下沉，导致临近边坡的煤气干管断裂，使数以万计的用户停气达8天坑壁淅土，坑外地面下沉，进一步发展直至煤气管破坏项目事故概况原因简析时代广场1994周边地面严重变形，导致中原电影院下沉开裂，三栋住宅楼倾斜开裂，仅中原电影院一项赔偿达150万元，总损失达数百万元部分坡段改变了先旋喷后施工锚杆的原设计，取消旋喷，直接施工锚杆，粉土沿锚杆孔上涌，引起流土红日大厦1995坑外地面下陷，使邻近二层楼房（旧式洋房，曾为市领导住宅）破坏侧壁粉喷帷幕封闭不严，管道泄漏，上层滞水泄向基坑，引起侧壁流土世贸广场1995坑底承压水上涌，侧壁渗漏流土，坑外地面塌陷，致使通讯电缆断裂，赔偿费用数十万元采用五面隔渗体处理地下水，帷幕及封底施工未能达到预期效果武汉地区深基坑工程中发生的影响较大的事故（续）项目事故概况原因简析开新大厦1996坑外变形严重，危及邻近建筑物及市政设施安全降水井施工不好，侧封不严，坑内承压水上涌，水土流淅安全局126工程1996边坡整体失稳，工程桩被推动坑底附近局部软弱土层深厚，造成整体失稳兰天戏水乐园1997坑外变形严重，邻近宾馆开裂，危及安全，紧急抢险费用达130万元侧壁旋喷止水帷幕封闭不严，薄层粉土流淅，加剧边坡变形中太保险大楼1998边坡整体失稳，27根工程桩被推动偏位，补桩费用约20万元，支护加固80万元工程处于深厚软土分布区，支护设计不当（续）武汉地区深基坑工程中发生的影响较大的事故武汉地区深基坑工程目前存在的问题一、基坑工程中的险情仍时有发生，小规模的边坡失稳破坏也未能完全杜绝二、软土分布区坑内工程桩（主要是小口径管桩）被推挤破坏的事例常有生，损失严重三、存在侥幸心理，常有不按设计施工，设计是一套，施工是另一套的情况发生四、设计水平参差不齐，不少设计人员的技术素质有待提高五、建设单位盲目求省，设计单位为中标而违心地降低技术标准，迎合建设单位的要求六、随着基坑工程规模的扩大，技术难度的增加，整体技术水平与先进地区相比较仍有相当差距，有待提高。七、针对基坑工程的勘察资料不完全符合要求。设计计算方面存在问题1、边坡加固的稳定性分析2、桩单元计算主动土压力、桩顶以上土层的等效问题3、初始变形问题4、被动留土工况的计算5、被动区加固6、上下阶支护的相互影响7、内支撑与支护桩（墙）的变形协调8、过渡层突涌9、降水地面沉降问题支护设计需要解决的问题及分析方法两大问题-----确保基坑边坡稳定或支护结构的稳定保证坑内施工作业安全、顺利保证坑内工程桩的安全，或保护天然地基土-----控制变形，确保环境安全支护设计计算大体有三类方法：-----传统结构力学方法-----数值方法（有限元）-----简化的数值方法（杆件或杆系有限元）一、考虑加固作用，调整原土层的c、φ值二、维持原土层的c、φ值不变，将加固体作为增强体或抗滑体参与计算1、增强体计算提供水泥土的等效c值，按滑弧通过增强体的截面计算抗力2、抗滑体计算将滑弧以下视为嵌固深度，用“m”法计算抗力水泥土加固后的稳定性分析以上两种方法中,前者对于非均匀加固的情况而言似乎不合理,后者则假定前提过于简单,也很不理想.对于重要的基坑工程应慎用.用途粉砂、中粗砂、松散砾砂和填土可～流塑淤泥、粘性土和粉土止水12%～15%12%～13%挡土12%～14%15%～18%水泥掺入比（与加固土的重量比）28天单轴无侧限抗压强度由试验确定，无试验数据时参照下列经验数据取值水泥掺量为15%时28天龄期强度：砂土：1.1～2.0MPa粉土：0.6～1.1MPa粘性土：0.5～1.0MPa淤泥质土：0.4～0.7MPa淤泥：0.3～0.5MPa（引自：《加筋水泥土桩锚支护技术规程》CECS147：2004）水泥土加固体的强度桩(墙)单元计算中的荷载----主动土压力我们采用的是传统的三角形模式,而国内流行的其它规范和软件几乎均为梯形模式。地方软件与其它软件计算结果比较内力变形偏大这可能是主要原因。但是我们至今并不感到我们的计算有明显偏于保守的情况，不敢轻易改变。对桩顶以上放坡的情况,我们习惯采用桩顶以上等效超载来代替。有专家认为这种处理方式会导致计算内力偏小的后果。实际情况如何有待研究。“初始变形”问题目前的计算方法实际上是假定坡顶建筑物或既有边坡是支护桩设置以后施加上去的。因此即使不开挖，也会算出相当大的位移。如果建筑物是已经建成多年，沉降已趋稳定，或既有边坡是历史的存在，则这种位移肯定是不可能的。姑且将这种变形定名为“初始变形”。处理意见：在后续计算中扣除.K=αβmZα——反压土形状系数，与反压土形状有关，α=SΔFKH/SΔAGHβ——松弛修正系数，可取0.5～1.0，根据经验确定被动区留土对支护桩（墙）变形控制作用的近似计算中心岛式施工中出现被动区留土的情况，在斜撑未加上之前，支护桩的变形如何计算成为难题。下面是天津的方法:说明：1、加固除避开工程桩外，尽可能形成实体2、注意加固体与支护桩墙的紧密连接3、上部空孔段宜适量喷灰（约8%），以免坑内软土过分扰动影响土方施工作业被动区加固的近似计算上下分阶支护的相互影响上下距离过近，上阶被动抗力将传递至下阶，完全改变下阶的主动土压力，对上阶而言,被动抗力复杂化可以认为上下阶不相互影响的最小距离，主动、被动朗肯区不重叠内支撑与支护桩（墙）的变形协调目前计算方法存在的问题:1、桩(墙)单元计算与支撑整体平面计算分开，变形难以协调2、支撑整体平面计算需要适当选择约束点，在很多情况下约束点难以恰当地确定。3、在荷载不均衡的情况下，易发生整体漂移或转动，往往出现反向位移已经有单位开发出不需要设置约束点的内支撑分析软件，但未见推广应用。本地武汉工业大学正在进行一项研究，旨在解决这一问题。考虑的原则是维持简化分析方法，不影响软件的实用性。考虑桩排纵向约束的内支撑平面分析建议方法:1、支撑周边的冠梁是受排桩约束的。2、在形成总刚矩阵时对每一冠梁单元施加一项外荷载，其值等于单元位移与刚度系数的乘积，作用方向与位移方向相反。3、刚度系数与桩的嵌固条件有关，可用“m”法估算，也可通过桩单元计算中得到的支撑力与支撑点的水平位移的比值近似确定。惟一假定是排桩刚度是单桩刚度之和。经过初步试算,采用建议方法在大多数情况下可以免除约束设置，得到满意的结果，包括非封闭的局部内支撑。这一方法只能解决约束问题，变形协调问题仍然存在。过渡层突涌计算目前存在分歧:以A-A作为承压水含水层顶板,突涌以B-B作为承压水含水层顶板,不突涌初步意见:不能一概而论，应视过渡层的具体情况而定。从大突涌到小突涌到不突涌也是过渡的。降水地面沉降问题一、降低地下水对周边环境的影响是客观存在的，但对其程度和危害性有不同看法。二、引起地面沉降的原因也有不同意见，通常认为，水头降低后，使土层中的有效应力减小，从而引起土层固结沉降；另一种看法认为上述原因是次要的，导致沉降的主要原因是侧壁隔渗不严密，形成流沙，或者降水井结构有问题，抽水带砂。三、由于土层固结沉降基本上是不可逆的，故某场地经过多次历史降水后再降水引起的沉降不会很大，对此较有共识。四、降水引起的地面沉降与多种因素有关，准确估计很困难。五、在后果难以准确判断的情况下，为了环境安全，对降水的危害宁可信其有，不可信其无。因此我们仍然建议对降水加以控制，能不降则不降，能少降则少降。Δsw=MsΣσwiΔhiEsini=1Ms=M1×M2（介于0.15至0.81之间）M1：与土类有关的系数对于一般粘性土M1=0.3～0.5对于粉质粘土、粉土、粉砂互层M1=0.5～0.7对于淤泥、淤泥质土M1=0.7～0.9M2：与降水维持时间有关的系数维持时间在三个月以内时M2=0.5～0.7；超过三个月M2=0.7～0.9降水引起地面沉降的计算某工程降水后周边地面沉降等值线图1、地面沉降不一定离坑边愈远愈小，与土层特性有关2、降水引起的地面沉降范围远大于支护结构变形影响的范围3、地面沉降与降水延续时间有关4、地面沉降究竟是由于排水固结还是侧壁水土流失引起的至今有不同看法结束语基坑工程被称为土木工程中“最具挑战性的工程”。它牵涉到方方面面，要求从业者具备多种知识与技能，既要有坚实的理论基础，广博的知识，也要有丰富的实际经验，更要有现场临危不乱，处变不惊，驾驭全局，应付紧急事态的能力。希望年轻学子努力学习，打好基础；有志深造者潜心研究，攻克一个一个技术难题，早日投身工程建设，为社会作出贡献！谢谢！下面是关于基坑工程的一般性介绍，需要的同学可以看看。基坑工程定义与分类定义：开挖大于5m或地质条件复杂具有地下室按工程系统：1、建筑工程；2、市政工程：管沟、地铁车站及其出入口、风道等附属设施，盾构始发及接收竖井3、地下空间开发利用4、交通工程按深度分类：1、一般5～7m；2、中等7～10m；3、10～15m；4、15m（超深）开挖深度H(m)环境条件与工程地质、水文地质条件aHH≤a≤2Ha2HⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢH15一一一10H≤15一一二一二7H≤10一二一二一二三H≤7一二一二三二三坑内外有工程桩需要保护时，重要性等级不应低于二级。桩周土软弱，桩径小时应定为一级。重要性等级划分表支护设计需要解决的问题一、确保基坑边坡稳定或支护结构的稳定保证坑内施工作业安全、顺利保证坑内工程桩的安全，或保护天然地基土二、严格控制变形，确保环境安全建筑物地下管线地面交通避免不良社会影响，维护社会的稳定、和谐一、特殊土质软土：分布于一级阶地或高阶地中的湖滨低地，厚度数米至20m以上，易引起边坡整体或局部滑移失稳，或导致支护结构大量位移，土方开挖过程中易造成坑内工程桩的偏位、折断，支护及降水管井的损