我国深基坑工程的进展我国深基坑工程的进展与工程实例与工程实例同济大学高大钊2012年5月?这次同学聚会来天津，很高兴有机会与天津市政院的同行们探讨深基坑工程的一些技术问题。?我是张培基的同学，毕业后一直在同济大学土力学教研室教书，主要从地基基础方面关心软土地基的一些工程技术问题。但没有搞道路市政方面的工作，工程方面经验不多。?上海与天津的地质条件相似，建设规模都比较大，软土地基的工程问题都比较突出。?深基坑工程领域的进展概述?逆作法在我国的应用?人工冻结法在基坑工程中的应用?型钢搅拌桩墙（SMW）在我国的应用?方案设计的一些案例?深基坑工程事故的一些案例??深基坑工程领域的进展概述?在我国，深基坑工程是最近20多年中迅速发展起来的一个领域。?以前的几十年中，由于建筑物的高度不高，基础的埋置深度很浅，很少用地下室，基坑的开挖一般仅作为施工单位的施工措施，最多用钢板桩解决问题，没有专门的设计，也并没有引起工程界太多的关注。?30年来，由于高层建筑、地下空间的发展，深基坑工程的规模之大、深度之深，成为岩土工程中事故最为频繁的领域，给岩土工程界提出了许多技术难题。?深基坑工程也是岩土工程中发展最为活跃的领域之一，成为岩土工程的技术热点和难点。?技术难点：?1.　土力学的强度、变形、渗透三大课题集中出现于同一工程；?2.　施工因素的影响既巨大而又具有非常的不确定性；?3.　各种破坏模式相互交叉，互为因果，使设计计算模式极具不清晰性；?热点：?1.　事故的频率高，灾害的涉及面宽，对社会的影响非常大，引起政府和社会的高度关注；?2.工程费用占造价的比例高，业主对基坑工程的压价，方案不合理和安全度过低是高事故率的潜在因素；?3.　施工方过度追求高速度和低成本是高事故率的直接引发因素。?通过30年的工程实践，在深基坑工程领域中，取得了很大的进展，主要表现在五个方面。?按照发展的过程，我国的深基坑工程大致经历了三个阶段：深基坑工程发展的三个阶段深基坑工程发展的三个阶段?第一阶段：20世纪80年代?在一些大城市开始兴建高层建筑，深基坑工程问题逐渐出现。?但那时多数是一层地下室，2～3层地下室比较少。?主要的围护结构型式是水泥搅拌桩的重力式结构，对于比较深的基坑则采用排桩结构，如果有地下水，再加水泥搅拌桩止水帷幕。?那时，地下连续墙用得比较少。?SMW工法正在进行研究。?由于缺乏经验，深基坑的事故比较多，引起了社会和工程界的关注。?开始研究深基坑工程的监测技术与数值计算。?编制了一些技术指南，但还没有开始编制基坑工程的规范。?第二阶段：20世纪90年代?总结经验，出现制定基坑规范的第一波，包括武汉、上海、深圳等地方规范和两本行业规范。?一些地方政府建立深基坑方案的审查制度。?开始出现超深、超大的深基坑工程，基坑面积达到2～3万平方米，深度达到20m左右。?复合式土钉墙在浅基坑中推广使用。?SMW工法开始推广使用。?地下连续墙的大量采用。?逆作法施工、支护结构与主体结构相结合的设计方法开始得到重视和运用。?商品化的深基坑设计软件大量使用。?内支撑出现了大直径圆环的形式和两道支撑合用围檩的方案，最大限度克服了支撑对施工的干扰。?第三阶段：进入新世纪以后?在更多的城市中，大规模地兴建高层建筑和地下铁道，地下工程向更深部发展空间，出现了更深、更大的深基坑工程。?基坑面积：如天津市117大厦9.6万平方米，上海虹桥综合交通枢纽35万平方米。?开挖深度：如苏州东方之门22m，上海世博变电站34m，上海董家渡修复基坑41m。?逆作法施工、支护结构与主体结构相结合的设计方法在更多的工程中推广应用。?在我国（包括台北和香港）采用支护结构与主体结构相结合并用逆作法施工的深基坑工程已达101项。?出现了第二波的基坑工程规范的修订与编制。采用支护结构与主体结构相结合并用逆作法施工的深基坑工程工程城市上海广州香港台北深圳杭州北京天津哈尔厦门滨数量2620127764422城市福州海口惠州抚顺石家西安肇庆重庆珠海南宁庄数量1111111111?深基坑工程的发展体现在五个方面：?1.设计思想的更新?2.施工技术的发展?3.设计方法的进步?4.管理制度的建立?5.标准化工作的开展设计设计思想思想的的更新更新?1.深基坑工程的设计是一个相对独立的设计项目或设计阶段；?2.深基坑工程设计包括方案设计和施工图设计两个阶段，方案设计阶段的工作是决定性的环节。基坑工程设计的条件很大程度上取决于施工，基坑工程设计与施工组织设计的关系异常密切，在方案设计时必须统一考虑；?3.深基坑工程设计不仅要满足地下室施工空间和安全的要求，而更重要的是必须满足保护环境的要求；?4.深基坑工程设计应满足强度和变形两种极限状态，在许多情况下，由于环境条件的限制，满足变形控制的要求比满足强度和稳定性的要求更为严格，基坑工程的成败经常取决于变形控制。?5.地下水是控制基坑工程性状的重要条件，水压力占作用于围护结构侧向压力的重要部分，地下水的动水压力和渗透破坏常常是基坑工程失效的主要原因，地下水影响是基坑工程设计中不确定性最大、控制最困难的问题。施工技术的进施工技术的进步步?1.逆作法施工?逆作法是地上和地下同时施工的方法，又称为逆筑法。，地面上和地下可同时进行施工。因此，可以缩短工期，降低造价，是一种合理的建筑方法，具有明显的经济效益。?2.冻结技术在基坑工程中的应用?利用人工制冷技术，使土层中的水结冰将天然土变成冻土以增加其强度和稳定性，冻结加固均匀完整，形成一道冻土墙，不仅可以承受水土压力和基坑开挖过程中的各种施工荷载，而且可作为一道防水性很好的止水帷幕，发挥围护结构的作用，在冻土墙的保护下进行地下结构的施工。?3.新的施工方法的开发应用?三轴搅拌机的引进开发使SMW工法可以适用于10m以上的开挖深度。?国内最深的基坑的开挖深度目前已经达到50m。设计方法的进设计方法的进步步?1.????符合两墙合一使用要求的设计方法?“两墙合一”是指围护结构同时作为地下主体结构一部分，即围护结构墙与地下室外墙合一。“两墙合一”是充分发挥地下连续墙承载作用的一种设计思路，具有很大的经济意义，是地下连续墙作为围护结构的发展方向，正在一些重要的工程中采用。采取两墙合一设计的基坑工程，在设计方法上不同于一般的围护结构设计，对于承载、防渗、结构连接都提出了非常高的要求，推动了基坑工程围护结构设计方法的发展。?2.深基坑工程数值计算方法的发展?作用于柔性结构上的土压力实际上是结构与土共同作用的响应，采用有限元方法在原理上可以解决这类问题的计算，在实现中还有各种困难需要进一步去解决，20多年来深基坑工程的数值解计算方法得到了长足的进步。?3.?计算软件及商业化开发研究?深基坑工程的设计计算的内容和要求日益提高，已经必须依靠计算机才能实现深基坑工程设计的计算工作要求。于是，计算程序的开发研究有了很大的发展，形成了一些商业化的计算软件。?但计算软件只能作为一种工具和手段，garbageinto，garbageout.正确的方法应当是计算加工程判断。不能盲目地依赖计算软件。管管理理制制度的建度的建立立?许多主要的城市都先后建立了不同形式的机构，规定了深基坑工程的设计方案必须经过评审，这一制度的建立为深基坑工程走向健康的发展提供了制度的保证。标准化标准化工作的开展工作的开展?20多年来，在总结工程经验的基础上，许多城市编制了地方的深基坑工程技术规范，二本全国性的深基坑工程技术的行业标准，初步确立了我国深基坑工程的标准化体系，给深基坑工程的设计和施工有章可循，有法可依。?目前正在进行第二波的修订与编制，陆续将颁布执行。施工方法的进展?深基坑工程的逆作法?逆作法是地上和地下同时施工的方法，又称为逆筑法。逆作法利用先施工的地下连续墙和中间支承柱承受荷载，从地面逐层下挖并从上到下地完成地下室的梁板、楼面工程，利用上一层的楼板结构作为下一层开挖时的支撑，逐层交替开挖与浇筑楼板结构；与此同时，逐层向上建造上部结构，使地面上和地下可同时进行施工。逆作法逆作法示意图示意图?　　1935年日本首次提出逆作法施工的概念，经历了70余年的研究与工程实践，目前已应用于高层建筑的多层地下室、大型地下商场、地下车库、地铁、隧道和大型变电站及污水处理池等构筑物。?　　国际上采用逆作法建造的地下建筑：最大的是东京八重洲地下街，共３层，建筑面积７万m2；最深的地下街是莫斯科切尔坦沃住宅小区地下街，深达70~100m;最高的地下综合体是德国慕尼黑卡尔斯广场综合体，共６层。?　　1994年日本新建的高层建筑中，地下结构有18.2%采用逆作法施工。?　　1965~1989年，德国慕尼黑地铁共建57座地铁车站中，20座采用逆作法施工。?　　我国在最近10余年来，在北京、上海、辽宁、深圳、广州等地推广了逆作法施工技术，有60多项工程项目的地下结构采用了逆作法施工。逆作法施工的基本概逆作法施工的基本概念念图示图示上部结构荷载施工方向地面挖土面立柱桩地下连续墙图12-17逆作法施工过程的受力示意逆作法的逆作法的特特点点?1.缩短工程施工的总工期?2.基坑变形小，相邻建筑物的沉降小?3.可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用?4.使底板设计趋向合理?5.可节省支撑费用?6.可最大限度利用红线内的地下空间缩短缩短工程施工的工程施工的总总工工期期?带多层地下室的高层建筑，如采用传统方法施工，其总工期为地下结构的工期加地上结构的工期，再加装修等所占的工期。?地下结构施工主体结构施工装修?采用逆作法施工，一般情况下只有地下一层占绝对工期，其他各层地下室可与地上结构同时施工，不占绝对工期，因此可以縮短工程的总工期。地下一层地下地上同