文献综述报告--深基坑工程的发展现状及发展趋势.doc

学生毕业设计（论文）文献综述报告学生姓名： 学 号： 200603010214专业名称：土木工程（岩土方向）文献综述题目：深基坑工程的发展现状及发展趋势 引用文献：中文27 篇；英文5篇；其它语种0 篇其中期刊：12种；专著15 本；其它：0 种引用文献时间跨度： 1969 年 2010 年 指导教师审阅签名： 综述报告正文：一、深基坑工程的发展现状基坑工程是一个古老而具有时代特点的岩土工程课题，放坡开挖和简易木桩围护可以追溯到远古时代。事实上，人类土木工程的频繁活动促进了基坑工程的发展。20世纪90年代以来，在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下，全国工程建设亦突飞猛进，高层建筑如雨后春笋般迅速发展，促进了建筑科学技术的进步和施工技术、施工机械和建筑材料的更新与发展1。基坑开挖必须保证坑壁的安全和稳定，基坑越深，坑壁的稳定性问题越突出。深基坑支护技术是近三十年来我国逐步涉及的技术问题，基坑支护设计计算理论在工程实践过程中也得到不断发展和完善。深基坑工程在我国广泛应用与研究开始于80年代初。据不完全统计，1980年至1989年10间，我国新建高层建筑1000余栋；1990年至1991的两年间，新建高层建筑1000余栋，1992年一年就新建高层建筑1000余栋。高层建筑的不断涌现，深基坑的开挖深度不断增加、开挖面积也越来越大。如上海金茂大厦，建筑面积29万平方米，建筑高度360m，塔尖标高420.5m，塔楼开挖深度-19.65m，基础开挖面积近2万平方米。由上述可见，我国人口众多，为了节约土地，必然大量兴建高层建筑和充分利用城市地下空间，这样就带来了大规模基坑工程的开挖与支护，为地下工程建筑提供必要和安全的环境。许多科学家称“21世纪是地下空间开发利用的世纪”，并预测21世纪末将有三分之一的世界人口生活在地下空间是并不夸张的。为了保证建筑物的稳定性，建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求12。建筑高度越高，其埋置深度也就越深，对基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多，这给建筑施工、特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难。正是由于80年代后期，尤其在90年代大量的城市高层建筑如雨后春笋，至1996年10层以上的高层建筑累计己有1亿多平方米，高度超过100m的超高层建筑已超过150幢，高度超过200m已有20多幢12。大量的高层建筑都有1-3层的地下室，基坑开挖深度通常为6-15m。大量的工程实践大大丰富和提高了我国在基坑工程领域内的技术水平。迄今，我国己经或正在编写基坑工程全国性的行业标准和广东省、武汉市、上海市、深圳市等若干省市地区性的基坑工程标准13。这些标准的出现，正是近10余年来我国在基坑工程中宝贵的设计、施工经验重要的总结。但是，基坑工程与其隶属的岩土工程学科一样，是实用性、经验性极强的学科，是随着工程实践不断提高的学科。近10余年的工程实践表明，在基坑工程中既有大量成功的经验，也有少数失败的教训，更有一系列有待进一步解决的问题。目前我们己经面临着基坑越来越深，尤其是环保要求更加严格的情况，这就需要以更加严谨的科学态度，在今后的工程实践中不断总结、创新，提高技术水平，为安全、经济、快捷实施迅速发展的我国基坑工程作出贡献2。深基坑工程是一个复杂的综合性岩土工程，由于目前土力学理论尚不够完善，单纯依靠理论方法难以对系统的变化性状作出准确的预测，在施工过程中往往出现一些难以预料的变化，还要受到施工条件、天气情况、周围环境等诸多因素的影响，所以理论分析计算的结果与实际情况有时会有较大差异。通过现场监测可以获得大量的一手数据，掌握整个基坑在不同条件下的各种性状，再利用理论知识找出其发展规律，预测其变化趋势，对于可能发生的安全隐患及早发出预报，避免或减少工程事故发生；通过对测试结果进行计算，为下一步的施工提供指导。因此，在深基坑施工阶段对支护及周边建筑物进行安全监测已经成为深基坑施工不可或缺的一个技术环节。深基坑的稳定和变形破坏理论最初产生于挡土墙的稳定分析。最早提出分析的是Terzaghi和peck等人，他们早在上世纪40年代就提出了预估挖方稳定和支撑荷载大小的总应力法。这一理论原理一直沿用到现在，只不过有了许多改进和修正。上世纪50年代Bjerrum和Eide给出分析深基坑底板隆起的方法，60年代开始在奥地利和墨西哥城软粘土深基坑中首次使用了仪器进行观测，此后的大量实测数据提高了预测和计算分析的准确性和完整性。二、深基坑工程的主要内容及目前基坑支护实施中存在的问题2.1深基坑工程的主要内容2.1.1岩土工程勘察与工程调查确定岩土参数与地下水参数；.测定邻近建筑物、周围地下埋设物(管道、电缆、光缆等)、城市道路等工程设施的工作现状，并对其随地层位移的限值作出分析。2.1.2支护结构设计支护结包括挡土墙围护结构(如连续墙、柱列式灌注桩挡墙)、支承体系(如内支撑、锚杆)以及土体加固等。支护结构的设计必须与基坑工程的施工方案紧密结合，需要考虑的主要依据有：当地经验，土体和地下水状况，四周环境安全所允许的地层变形限值，可提供的施工设施与施工场地，工期与造价等14。2.1.3基坑开挖与支护的施工包括土方工程、工程降水和工程的施工组织设计与实施。2.1.4地层位移预测与周边工程保护地层位移既取决于土体和支护结构的性能与地下水的变化，也取决于施工工序和施工过程。如预测的变形超过允许值，应修改支护结构设计与施工方案，必要时对周边的重要工程设施采取专门的保护或加固措施。2.1.5施工现场量测与监控根据监测的数据和信息，必要时进行反馈设计，用信息化来指导下一步的施工。2.2目前基坑支护实施中存在的问题3-811尽管基坑工程实践不断增多，在技术上也有了长足的进步。但纵观基坑工程的实际情况不难发现，基坑围护设计存在着两种倾向，一方面由于设计安全度不足而造成基坑失稳事故的比例较大，另一方面由于设计过于保守而又造成很大的浪费。一项对103项基坑工程事故进行细致的调查分析，统计出事故发生的原因结果表明与设计有关的工程事故比例高达45；而一份十几个工程的测试数据又表明，围护结构的实测应力明显小于设计值，围护结构的强度远远没有发挥出来设计明显过于保守。说明现行设计理论和方法与基坑工程的实际有较大的偏差。大量的工程实例表明，上述两种情况在实际中确实屡见不鲜，究其原因可归结为以下几个方面：2.2.1强度和稳定性为主，忽略变形控制当前的设计方法是以极限平衡理论为依据，实际上大多沿用传统挡土墙设计计算方法，它只能进行强度和稳定性计算，无法提供基坑围护结构设计所必须的变形值。所以基坑设计计算均以强度和稳定性为主，而并未研究解决在边坡失稳之前的变形过程。但在当前的基坑工程中，由于周边环境保护的要求越来越严格，基坑变形控制已成为重要的设计内容。基坑的允许变形和水平、垂直位移的计算是一个较建筑自身允许沉降和沉降计算更为复杂的课题，又是基坑工程，尤其在软土地区和工程地质、水文地质复杂地区无法回避的问题。基坑工程仍然必须满足稳定性和变形两方面的要求，与基础允许沉降有所不同在于基坑工程的允许变形往往主要取决于周边环境的要求，按变形控制已成为许多基坑工程设计的基本依据。可见，现行的设计方法并不能完全考虑基坑工程实际应考虑的问题，这样设计结果与实际工程的工作状态就必然产生差异。2.2.2经验估算为主由于基坑工程的复杂性、不确定性以及对围护结构所承受水土压力认识的局限性，迄今为止对基坑围护结构设计还没有一个成熟的理论和计算模式，未形成完整的、具有普遍指导意义的设计理论体系，使得基坑围护结构的设计计算仍过多地取决于经验，随意性较大；另一方面，由于土力学发展水平所限，有些实际问题土力学理论尚无法解决，在研究运用中不得不对土的性质作了许多不符实际简化或假定。例如，对基坑工程经常遇到的软土，其强度随时间变化的流变性质，虽然已有一些研究成果，但理论上尚不成熟，试验方法尚不完善，应用于工程还刚刚开始，实际中还需要经验；对于非饱和土，应用非饱和土有效应力原理，目前用的还是传统的土力学理论，常规试验方法测定的强度指标，计算结果自然与实际出人很大；再如某些饱和粉土的流动性、地下水的渗透破坏等等，有的问题至今对其认识还很不够，有的问题很难计算。在这种情况下，基坑工程设计依靠经验是必然的了，但经验总归是经验，并不能等同于具有普遍指导意义的理论，况且基坑工程具有较强的区域性，不同地区会遇到各种不同的、包含极其复杂的工程地质和水文地质条件、现有的理论和经验根本无法解决的问题。这样基坑围护设计只能借鉴已有的工程经验在实际中摸索，设计结果就难以把握了。2.2.3 基坑设计中应注意的问题1)钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大9，因此在设计中要考虑该方法对人口密集、建筑密度大的地区的影响。同时，还要注意施工结束后钢板桩拔出时对周围地基土和地表土的影响。2)土钉墙只适用于地下水位以上的粉土、黏性土与无黏性土，不能用于淤泥质土、饱和软土。对基坑周围环境安全等级要求高，对土坡变形有严格控制要求，以及基坑周围上下水道有漏水可能的，不宜采用土钉墙方法支护。3)当基坑周围场地狭小，基坑开挖深度较大，如超过6 m，或基坑紧邻已建成建筑物、交通干道、重要管线，通常均选用支撑或锚杆排桩、连续墙结构支护。在软土地区及基坑四周无地下空间设置锚杆，不宜采用锚杆式排桩或连续墙结构对基坑进行支护。4)当基坑周围不具备放坡条件及设置水泥土挡墙时，且周围无重要建筑物及管线、开挖深度不大，可以采用悬臂桩或连续墙结构支护。当变形较大可设置双排桩；对土体水平位移控制严格时，不宜选用此种结构支护。2.2.4基坑施工中应注意的问题1)施工前应对工程的地质勘察报告认真分析研究，根据挖土深度范围内不同土质的物理性能和地下水位情况(特别是丰水期的水位情况)，选择相应的土方开挖、支护结构及降水方案。根据所制定的施工方案，对全体施工人员作详细的安全与技术交底工作。2)基坑开挖前，通过降水提高坑内土体的水平抗力，减少基坑的变形量。施工降水不宜过快，降水过程中应加强周边建筑物、地下管线和地表沉降的监测，同时在坑外地面设回灌井，必要时应采取回灌措施，确保周边建筑物安全10。在基坑开挖施工中，发现监控数据接近或超过警戒值时，应立即分析原因，准确地找出施工过程中存在的问题及时调整施工步骤，采取相应的对策，便能有效控制基坑变形，确保基坑安全。3)为防止边坡失稳，施工前先清除基坑边堆土等荷载，防止由于荷载过大引起基坑坍塌等事故的发生。4)基坑开挖分层进行，从上到下逐层进行开挖，严禁超挖和掏底开挖，同时开挖过程要与支撑架设同步施工。开挖段的长度必须根据基坑深度和坡度合理确定，不宜过长。当基坑挖至设计标高后，必须马上浇筑垫层混凝土，进一步减小基坑变形值。底板混凝土必须在5 d-7 d内完成，相应结构层施工及时跟上，以建立永久的受力平衡体系，从根本上控制住基坑变形10。5)在采用拱圈墙方案时，拱墙本身可采用水平分缝及垂直分缝的逆作拱墙方法施工，拱脚稳定性很重要，设计施工应予重视，挖土时应维持拱圈荷载对称，受力均衡。2.2.5基坑工程尚未完全解决的问题1)由于开挖深度、周边环境、地层性质等多因素的影响，基坑支护方案会根据所选物理力学参数的不同而选择不当。2)基坑支护的内力和变形的精确计算是一个比较复杂的问题，其计算模型需要考虑围护结构、支撑体系和土三者的共同作用，但是，目前将其简化为平面问题，难以准确反映空间效应。3)在软土地区，淤泥、淤泥质土等具有蠕变特性，围护结构会随着无支撑时间的延长而逐渐增大变形，即所谓的“时间效应”，目前时间效应尚未精确考虑到理论计算中。4)由于受到多种未知因素(如暴雨等自然灾害)的影响，深基坑土体的变形和位移无法精确计算。5)当基坑平面尺寸较大，支撑体系较复杂时，由气温变化引起的温度应力和收缩应力会使支撑杆件内力增加，但在围护结构设计时该理论只加以概略估算。6)在建筑物密集地区设计深基坑的支护结构，多以变形控制，但在设计时如何控制周围地面沉降尚有一定难度，这是由于计算方面尚难以提供精确值。三、深基坑工程的发展趋势及国内外深基坑支护技术的研究发展3.1深基坑工程的发展趋势1)基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。因此，从工期和造价的角度看两墙合一的逆作法将是今后发展的主要方向。但逆作法施工受桩承载力的限制很大，采用逆作法时不能采用一柱一桩，而是一柱多桩，增加了成本和施工难度15。如何提高单桩承载力，降低沉降，减少中柱桩(中间支承柱)，达到一柱一桩，使上部结构施工速度可以放开限制，从而加快进度，缩短总工期，这将成为今后的研究方向。2)土钉支护方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。3)目前，在有支护的深基坑工程中，基坑开挖大多以人工挖土为主，效率不高，今后必须大力研究开发小型、灵活、专用的地下挖土机械，以提高工效，加快施工进度，减少时间效应的影响1。4)为了减少基坑变形，通过施加预应力的方法控制变形将逐步被推广，另外采用深层搅拌或注浆技术对基坑底部或被动区土体进行加固，也将成为控制变形的有效手段被推广。5)为减小基坑工程带来的环境效应(如因降水引起的地面附加沉降)，或出于保护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外，一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。目前，有将水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中的趋势1。6)在软土地区，为避免基坑底部隆起，造成支护结构水平位移加大和邻近建(构)筑物下沉，可采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固，即提高支护结构被动区土体的强度的方法。3.2国内外深基坑支护技术的研究发展3.2.1国内外深基坑支护技术的研究现状国外20世纪30年代，太沙基和皮克等最先从事基坑工程的研究，20世纪60年代在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测，从20世纪70年代起，许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规16。除了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等开挖技术外又有了新进展1712。我国城市地下工程建设起步较晚，20世纪80年代前，国内为数不多的高层建筑的地下室多为一层，基坑深不过4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。20世纪80年代初才开始出现大量的基坑工程18。到20世纪80年代，随着高层建筑的大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m19。进入20世纪90年代后，在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下，全国工程建设亦突飞猛进，高层建筑迅猛发展，建筑高度越来越高，同时各地还兴建了许多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m的比比皆是，其埋置深度也就越来越深，对基坑工程的要求越来越高，随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程的建设，特别是近年来的工程实践，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高20。我国城市地下工程、隧道及井孔工程等先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术有的己达到国际先进水平。促进了建筑科学技术的进步和施工技术、施工机械和建筑材料的更新与发展。为了保证建筑物的稳定性，建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求。随之出现的问题也越来越多，这给建筑施工、特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难2122。3.2.2国外深基坑支护技术的发展国外许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。除了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等开挖技术外新进展有：(l)全过程机械化。从护坡、土方开挖、结构施工，包括暗挖法施工的拱架安装、喷射混凝土、泥浆配制和处理等工序的机械化，同时采用计算机技术进行监控，从而保证了施工安全、快速施工和优良的工程质量23。(2)盾构法得到较大发展。近30年内英、美、法、日等国大量采用盾构施工技术，日本已生产盾构近万台，用于地铁、铁路、公路，水工及管网施工，己出现双联、三联、四联盾构，能完成三跨地铁车站，开挖宽度达17m。日本正设想设计直径80m的盾构，在地下建造人造太阳和住宅区24。(3)微型盾构和非开挖技术已广泛应用。主要用于建造各种直径的雨、污水、自来水管道和电缆管道。微型盾构就是直径2m以下的盾构。刀盘掘进，遥控和卫星定位控制方向和坡度，然后安装管片。非开挖技术就是采用微型钻机，通过切割轮成孔，退回钻杆后安装管线或电缆25。(4)预砌块法施工技术。拱圈是在土方开挖后采用拼装机安装，管片上留有注浆孔，衬砌拼装完成后，由注浆孔向壁后注浆，堵塞空隙，增强围岩与衬砌的共同作用。法国用此法施工的最大单拱跨度达24.48m。(5)预切槽法施工技术。意、法等国制造了一种地层预切槽机，采用链条沿拱圈将地层切割出一条宽15cm，长4-5m的槽缝，然后向槽缝内喷射混凝土，并在其保护下开挖土方，做防水层及二次衬砌，形成隧道。(6)顶管大管棚法。修建地铁车站时，在顶管内灌混凝土，形成大管棚，再在其保护下进行暗挖施工。(7)微气压暗挖法。就是在具有1个大气压以下的压缩空气环境下，按照“新奥法”原理进行施工。优点是可以排出地下水，保证工作面干燥；由于气压存在，可减少地面沉降；还可降低衬砌成本26。(8)数字化掘进，又称计算机化掘进 ( Datadrilling， eomputeriseddrilling )，应用于硬岩工程的开挖。在数字化掘进时，钻杆的推进是程序化的，从一个洞到另一个洞也是自动的。掘进机手可以同时管理3套钻杆，其作用是监督钻杆的运动，必要时予以调整。孔位、孔深和掘进序列预先已在掘进机的计算机软件中安排，掘进方向由激光束控制，实现了孔的严格定位，从而可以实现掘进工艺的最优化以及曲线隧道的掘进。数字化掘进的优点是：控制隧道掘进的超挖；实现掘进方案的优化；消除了工作面上的人工测量27。参考文献1. 余志成，施文华.深基坑支护设计与施工，中国建筑工业出版社，1999.2. 黄运飞.深基坑工程实用技术，兵器工业出版社，1996.3. 钱家欢.土力学M.河海大学出版社，1995.第二版.139-167，184-186.4. 陈东佐，李静.岩土工程的现状与发展J.太原大学学报，2003.4（3）：35-38.5. 李钟.深基坑支护技术现状与发展趋势（一）J.岩土工程界，.2001.6. 崔江余，梁仁旺.建筑基坑工程设计计算与施工M.中国建筑工业出版社，1999.第一版11-73.7. 陈肇元.土钉支护技术.深基坑开挖土钉支护技术研讨会，1996.9.8. 黄强，惠永宁.深基坑支护工程实例集M.中国建筑工业出版社，1997：.1-15.9. 夏胜先，王云飞，夏树威.深基坑支护技术现状及展望J.山西建筑，2008，34(26)：115-117.10. 张钦使.某深基坑工程支护施工技术应用J.建筑安全，2008(10)：53-54.11. 邹小明，杨仁文.深基坑工程存在的问题分析J.山西建筑，2010年，36卷（8期）：121.12. 刘建航，候学渊.基坑工程手册，中国建筑工程出版社，1997.13. 候学渊，杨敏.软土地基变形控制设计理论和工程实践，同济大学出版社，1996.14. 黄强.深基坑支护工程设计技术，北京：中国建筑工业出版社，1995.15. 王梦恕，我国地铁施工方法综述与展望(J)，地下空间，1998年6月16. 邵小江.基坑支护设计，铁道建筑，2001，10(12)，8-11页.17. 徐至钧.深基坑工程逆作法施工，住宅科技，2000.12(36)，22-25页18. 刘玉涛.嵌岩地下连续墙支护结构施工过程受力特性分析，同济大博士学位论文，2004.19. 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