一、基坑工程技術(shù)的發(fā)展歷程

第一階段：上一世紀(jì)80年代末到90年代末，研究、探索階段。

第二階段：新世紀(jì)初的十多年，發(fā)展階段。
1、兩個(gè)階段的標(biāo)志
1）第一階段：2000年前后基坑工程的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)的頒布。
2）第二階段：2009年《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50497）的頒布、一批相關(guān)的規(guī)范全面修訂。
2、基坑工程設(shè)計(jì)理念的改變
1）早期：設(shè)計(jì)往往以滿足地下工程施工為主?；蛞越?jīng)驗(yàn)為主；或以理論為主。
2）現(xiàn)今：滿足環(huán)境保護(hù)已成為設(shè)計(jì)施工的基本出發(fā)點(diǎn)。理論和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。
3、基坑設(shè)計(jì)方法
1）極限平衡法:卜魯姆法、盾恩法、相當(dāng)梁法等 ；
2）彈性支點(diǎn)法:解決變形分析問題；
3）有限元法:平面、空間；土體與結(jié)構(gòu)共同作用；考慮土的彈塑性等
4、對基坑穩(wěn)定性的認(rèn)識

基坑事故主要是巖土類型的破壞形式。整體滑動(dòng)穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性等在軟土中尤其重視。

二、基坑工程的新型支護(hù)結(jié)構(gòu)

常用的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)
1）土體加固類:放坡、土釘墻、重力式水泥土墻等。

2）支擋、拉錨式圍護(hù)墻：排樁、地下連續(xù)墻。
3）支錨體系：拉錨式，內(nèi)支撐。
圍護(hù)墻

支錨體系：拉錨和錨桿
1、復(fù)合土釘墻
1）土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):施工方便、設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)效益顯著等。
2）土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要問題:適用有一定限制，僅適用于非軟土場地。
土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要問題
1）軟土地區(qū)：穩(wěn)定性

2）復(fù)合土釘墻：采用水泥土攪拌樁、預(yù)應(yīng)力錨桿、微型樁等的一類或幾類結(jié)構(gòu)與土釘墻復(fù)合而成的支護(hù)結(jié)構(gòu)。
3）軟土地區(qū)的應(yīng)用：以水泥土攪拌樁、微型樁等“超前支護(hù)”，
4）解決：隔水性；土體的自立性（加大自立高度和持續(xù)時(shí)間、提高穩(wěn)定性）。
5）非軟土地區(qū)的應(yīng)用：通過微型樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等對限制土體的位移。預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻，加大預(yù)應(yīng)力可使位移減少40%~50%。使其適應(yīng)的基坑開挖深度有所增加。復(fù)合土釘墻使開挖深度有所增加（12~15m）。
6）復(fù)合土釘墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題：可計(jì)入復(fù)合體的共同作用，但復(fù)合體的作用不可過高估計(jì)。

7）原位土層、土釘對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)：應(yīng)占有主要的份額。
2、雙排樁結(jié)構(gòu)
雙排樁結(jié)構(gòu)：由前、后兩排支護(hù)樁和梁連接成的剛架及冠梁組成的支擋式結(jié)構(gòu)。
雙排樁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
1）結(jié)構(gòu)：有較大的側(cè)向剛度，無需支撐或拉錨
2）施工：適應(yīng)性廣、工藝簡單、與土方開挖無交叉作業(yè)、施工工期短等。
雙排樁的設(shè)計(jì)
嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算：以結(jié)構(gòu)前后排樁與樁間土的整體分析，但嵌固段被動(dòng)土的抗力作用在總抵抗力矩中占主要部分。
剛架結(jié)構(gòu)受力分析
1）前、后排樁的受力前排受壓；后排受拉，并引起前、后排樁豎向位移和樁身彎矩。
2）前、后排樁之間土體：考慮其的反力與變形關(guān)系（樁間土看作水平向單向壓縮體，按壓縮模量確定剛度系數(shù)）
考慮開挖后應(yīng)力釋放引起的初始壓力（按樁間土自重占滑動(dòng)體自重的比值確定）
3）樁頂梁
3、型鋼水泥土攪拌墻
1）型鋼水泥土攪拌墻：由水泥土墻和內(nèi)插的型鋼組成的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。
2）特點(diǎn)：支護(hù)性能好、造價(jià)低、環(huán)保（型鋼可回收）等。我國于2010年頒布了《型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程》JGJ/T199 ，標(biāo)志了該技術(shù)已較為成熟。

型鋼和水泥土作用
1）型鋼：作為擋土結(jié)構(gòu)。
2）水泥土：作為截水帷幕。
型鋼水泥土攪拌墻的工作特性
1）墻體變位較小時(shí)：水泥土對提高墻體的剛度有相當(dāng)貢獻(xiàn)。
2）墻體的抗彎承載力驗(yàn)算：不應(yīng)考慮水泥土的作用。
3）型鋼間水泥土的受剪：包括型鋼間水泥土的錯(cuò)動(dòng)受剪和最弱截面處的局部受剪。
4）型鋼水泥土攪拌墻的樁身強(qiáng)度是目前工程中矛盾比較集中的問題。
5）設(shè)計(jì)要求：一般強(qiáng)度為1.0MPa左右，甚至更高。
6）實(shí)際情況：往往難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
7）取芯檢測：28d強(qiáng)度值一般在0.4MPa左右。
如何確定水泥土攪拌墻的樁身強(qiáng)度？
1）工程實(shí)際：鮮有因強(qiáng)度較低而造成破壞的事例；
2）理論分析：要求水泥土28d抗壓強(qiáng)度為0.5MPa左右；
3）規(guī)范建議：采用不小于0.5MPa較為適宜。
三、深基坑工程施工新設(shè)備和新工藝

施工中新設(shè)備和新工藝：地下連續(xù)墻、混凝土咬合樁排樁、超深多軸水泥土攪拌樁（SMW工法）、水泥土攪拌連續(xù)墻（TRD工法）、超大型環(huán)形支撐體系、十字鋼支撐雙向復(fù)加預(yù)應(yīng)力技術(shù)、混凝土支撐的繩（鏈）鋸切割法、錨桿的回收 技術(shù)等。
1、地下連續(xù)墻成槽機(jī)械和工藝
常用的成槽機(jī)械
銑削式成槽機(jī)——最大成槽深度可達(dá)150m，墻體厚度可達(dá)2.5m。
槽壁穩(wěn)定
粉土、粉砂土等易坍塌土層的技術(shù)措施：① “夾心”地下連續(xù)墻（水泥土攪拌樁保護(hù)槽壁）；② 改良泥漿性能。
2、灌注樁施工新技術(shù)
旋挖鉆孔灌注樁
1）旋挖成孔：通過桶狀斗式鉆頭回轉(zhuǎn)切削土體。
2）裝土外運(yùn)：直接將土裝入鉆斗，提升卸土。
3）泥漿護(hù)壁：易坍塌土層——采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁泥漿排量僅傳統(tǒng)工藝的1/4~1/5）。
4）不易坍塌土層：可采用干式或清水鉆進(jìn)工藝（無需泥漿護(hù)壁）。
鉆孔咬合灌注樁
由間隔布置的混凝土素樁和配筋樁相互咬合，形成的 “樁墻”。
1）咬合方法：旋挖鉆機(jī)成孔、沖抓鉆成孔、全套管成孔等。
2）性能：與間隔式灌注樁排樁相比：截水性能良好、不需附加的截水帷幕。與地下連續(xù)墻相比：功能基本相同，但施工簡便、造價(jià)低廉。

素樁和配筋樁
1）素樁的混凝土：（超緩凝）初凝時(shí)間不小于40~70h；3d強(qiáng)度不大于3MPa；8d強(qiáng)度不小于C15。
2）配筋灌注樁：素樁混凝土初凝階段施工，咬合素樁。
全套管成孔
1）適用：除用于咬合樁外，還可用于：淤泥、流砂、地下水富集等。
2）不良地層；城市建筑物密集或有地下障礙的地區(qū)。
3、型鋼水泥土攪拌墻施工工藝
多軸柱列式水泥土攪拌墻：SMW工法（Soil Mixing Wall）
1）攪拌樁施工機(jī)械：三軸（四軸或五軸）攪拌樁機(jī)械；樁徑650~1000mm，最大深度可達(dá)60m。
2）型鋼拔出機(jī)械：液壓式拔樁機(jī)
3）關(guān)于水泥土水灰比的討論：我國規(guī)范

高水灰比的不必要性：對水泥土強(qiáng)度并無益處；大量原土被置換，施工中難以實(shí)現(xiàn)（實(shí)際施工中往往出現(xiàn)涌土?xí)r便停止注漿）；置換排出的土為水泥含量較高的廢土，造成污染。
基于水泥土強(qiáng)度0.5MPa可滿足要求的前提
1）建議：水泥摻量取15%~18%；水灰比取0.8~1.0。改用震動(dòng)插入型鋼的方法。
2）日本有關(guān)資料：水泥摻量15%左右，水灰比0.8~1.0之間。型鋼插入
型鋼插入時(shí)間
1）規(guī)范規(guī)定：水泥土攪拌后30min內(nèi)插入；
2）工程經(jīng)驗(yàn)；水泥土攪拌后1~2h內(nèi)插入，并無影響。
3）振動(dòng)插入對型鋼與水泥土的粘結(jié)力的影響：在攪拌樁施工后1~2h內(nèi)（水泥初凝前），振動(dòng)插入型鋼不會(huì)影響粘結(jié)力。
水泥土攪拌連續(xù)墻
日本稱TRD工法（Trench Cutting Re-mixing Deep Wall）
特點(diǎn)：與多軸柱列式水泥土攪拌墻相比：成墻連續(xù)；表面平整；深度大。
攪拌連續(xù)墻施工機(jī)械
1）成墻：采用鏈鋸式攪拌刀具。
2）成墻深：刀具用銷栓連接，深度可達(dá)數(shù)十米。
3）高度小：整體高低僅10m左右。
4）施工工藝：主機(jī)所帶的鏈鋸式攪拌刀具沉入地基土中并沿刀架移動(dòng)，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并在深度方向灌入水泥漿液，與土體攪拌、混合成墻。
四、逆作法和利用“時(shí)空效應(yīng)”的開挖技術(shù)

1、地下結(jié)構(gòu)的逆作法建造
1）逆作法：地下工程由上向下施工的方法。
2）特別適用：超深地下結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護(hù)要求高。
3）優(yōu)點(diǎn)：①以主體結(jié)構(gòu)作為“支撐”，剛度大，基坑變形較小；②無需支撐，大大節(jié)約資源、降低能耗；③可實(shí)現(xiàn)上、下結(jié)構(gòu)同步施工，不同程度縮短工期；④地下結(jié)構(gòu)頂板較早形成，施工現(xiàn)場布置方便。
逆作的幾種方法
1)上下結(jié)構(gòu)是否同步施工
2）平面區(qū)域是否全部逆作施工
3）頂板以下結(jié)構(gòu)是否采用逆作
4）圍護(hù)結(jié)構(gòu)是否兼作主體結(jié)構(gòu)外墻
逆作法的土方開挖
2、軟土地區(qū)利用“時(shí)空效應(yīng)”的開挖技術(shù)
1）軟土地區(qū)土的特點(diǎn)：含水率高、強(qiáng)度低，在開挖時(shí)有很大的流變性。開挖易引起基坑過大變形，甚至危及周邊環(huán)境。
2）基坑工程的“時(shí)空效應(yīng)”：基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和周邊地層的變形：隨時(shí)間推移而發(fā)展；因開挖的空間尺度、坑底暴露面積而不同。這在軟土地基的條件下尤為突出。