深基坑支护结构与边坡防护
一、围护结构
（一）基坑围护结构体系
（1）基坑围护结构体系包括板（桩）墙、围檩（冠梁）及其他附属构件。板（桩）墙主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。
（二）深基坑围护结构类型
（1）在我国应用较多的有排桩、地下连续墙、重力式挡墙，以及这些结构的组合形式等。
（2）不同类型围护结构的特点见表1K413022－1。
2）钢板桩与钢管桩
钢板桩强度高，桩与桩之间的连接紧密，隔水效果好，具有施工灵活，板桩可重复使用等优点，是基坑常用的一种挡土结构。钢板桩断面形式较多，常用的形式多为U形或Z形。
3）钻孔灌注桩围护结构
钻孔灌注桩一般采用机械成孔。地铁明挖基坑中多采用螺旋钻机、冲击式钻机和正反循环钻机、旋挖钻等。对正反循环钻机，由于其采用泥浆护壁成孔，故成孔时噪声低，适于城区施工，在地铁基坑和高层建筑深基坑施工中得到广泛应用。
4）SMW工法桩（型钢水泥土搅拌墙）
SMW工法桩围护墙是利用搅拌设备就地切削土体，然后注入水泥类混合液搅拌形成均匀的水泥土搅拌墙，最后在墙中插入型钢，即形成一种劲性复合围护结构。
搅拌桩28d龄期无侧限抗压强度不应小于设计要求且不宜小于0.5MPa，水泥宜采用强度等级不低于P·O42.5级的普通硅酸盐水泥，材料用量和水胶比应结合土质条件和机械性能等指标通过现场试验确定。在填土、淤泥质土等特别软弱的土中以及在较硬的砂性土、砂砾土中，钻进速度较慢时，水泥用量宜适当提高。在砂性土中搅拌桩施工宜外加膨润土。
单根型钢中焊接接头不宜超过两个，焊接接头的位置应避免设在支撑位置或开挖面附近等型钢受力较大处；相邻型钢的接头竖向位置宜相互错开，错开距离不宜小于1m，且型钢接头距离基坑底面不宜小于2m。拟拔出回收的型钢，插入前应先在干燥条件下除锈，再在其表面涂刷减摩材料。
【口诀】型钢接头：错一距底二
5）重力式水泥土挡墙
深层搅拌桩是用搅拌机械将水泥、石灰等和地基土相拌合，形成相互搭接的格栅状结构形式，也可相互搭接成实体结构形式。采用格栅形式时，要满足一定的面积转换率，对淤泥质土，不宜小于0.7；对淤泥，不宜小于0.8；对一般黏性土、砂土，不宜小于0.6。由于采用重力式结构，开挖深度不宜大于7m。对嵌固深度和墙体宽度也要有所限制，对淤泥质土，嵌固深度不宜小于1.2h（h为基坑挖深），宽度不宜小于0.7h；对淤泥，嵌固深度不宜小于1.3h，宽度不宜小于0.8h。
6）地下连续墙
地下连续墙有如下优点：施工时振动小、噪声低，墙体刚度大，对周边地层扰动小；可适用于多种土层，除夹有孤石、大颗粒卵砾石等局部障碍物时影响成槽效率外，对黏性土、无黏性土、卵砾石层等各种地层均能高效成槽。
【口诀】地连墙：怕大石
地下连续墙施工采用专用的挖槽设备，沿着基坑的周边，按照事先划分好的幅段，开挖狭长的沟槽。目前使用的成槽机械，按其
工作原理
可分为抓斗式、冲击式和回转式等类型。地下连续墙的一字形槽段长度宜取4～6m。
【口诀】挖槽：冲抓回
每个幅段的沟槽开挖结束后，在槽段内放置钢筋笼，并浇筑水下混凝土。将若干个幅段通过锁口管接头等构造连成一个整体，形成一个连续的地下墙体，即现浇钢筋混凝土壁式连续墙，具体施工工艺流程见图1K413022－2。
地下连续墙的槽段接头应按下列原则选用：
①地下连续墙宜采用圆形锁口管接头、波纹管接头、楔形接头、工字钢接头或混凝土预制接头等柔性接头：
②当地下连续墙作为主体地下结构外墙，且需要形成整体墙体时，宜采用刚性接头；刚性接头可采用一字形或十字形穿孔钢板接头、钢筋承插式接头等
；在采取地下连续墙顶设置通长的冠梁、墙壁内侧槽段接缝位置设置结构壁柱、基础底板与地下连续墙刚性连接等措施时，也可采用柔性接头。
【口诀】柔性接口：圆波预楔工。刚性接头：乘十一
导墙是控制挖槽精度的主要构筑物，导墙结构应建于坚实的地基之上，其主要作用有：
①挡土：在挖掘地下连续墙沟槽时，地表土松软容易坍陷，因此在单元槽段挖完之前，导墙起挡土作用。
②基准作用：导墙作为测量地下连续墙挖槽标高、垂直度和精度的
基准。
③承重：导墙既是挖槽机械轨道的支承，又是钢筋笼接头管等搁置的支点，有时还承受其他施工设备的荷载。
④存蓄泥浆：导墙可存蓄泥浆，稳定槽内泥浆液面。泥浆液面始终保持在导墙面以下20cm，并高出地下水位1m，以稳定槽壁。
⑤其他：导墙还可防止泥浆漏失，阻止雨水等地面水流入槽内；地下连续墙距现有建（构）筑物很近时，在施工时还起到一定的补强作用。
导墙一般为现浇钢筋混凝土结构，应具有必要的强度、刚度和精度，要满足挖槽机械的施工要求。
确定导墙形式时应考虑下列因素：开挖范围的地质条件，荷载情况，地下连续墙施工时对邻近建（构）筑物可能产生的影响，地下水状况。当施工作业面在地面以下（如在路面以下施工）时还要考虑对先施工临时支护结构的影响。
导墙的形式如图1K413022－3所示，其中（a）、（b）断面最简单，它适用于表层土质良好和导墙上荷载较小的情况；（c）、（d）为应用较多的两种，适用于表层土为杂填土、软黏土等承载能力较弱的土层，因而将导墙做成倒“L”形或“][”形；（e）适用于作用在导墙上荷载很大的情况，可根据荷载计算其伸出部分的长度；（f）适用于相邻建（构）筑物一侧需加强的情况，以保护建（构）筑物；（g）适用于地下水位高的土层，须将导墙提高，以保持泥浆面距地下水位1m，导墙提高后两边要填土找平。
在开挖过程中，为保证槽壁的稳定，采用特制的泥浆护壁。泥浆应根据地质和地面沉降控制要求经试配确定，并在泥浆配制和挖槽施工中对泥浆的相`对密度、黏度、含砂率和pH值等主要技术性能指标进行检验和控制。
二、支撑结构类型
（一）支撑结构体系
（1）内支撑有钢撑、钢管撑、钢筋混凝土撑及钢与混凝土的混合支撑等；外拉锚有拉锚和土锚两种形式。
（2）在软弱地层的基坑工程中，支撑结构承受围护墙所传递的土压力、水压力。支撑结构挡土的应力传递路径是
围护（桩）墙→围檩（冠梁）→支撑
，在地质条件较好的有锚固力的地层中，基坑支撑可采用土锚和拉锚等外拉锚形式。
（3）在深基坑的施工支护结构中，常用的支撑系统按其材料可分为现浇钢筋混凝土支撑体系和钢支撑体系两类，其形式和特点见表1K413022－2。
现浇钢筋混凝土支撑体系由围檩（圈梁）、对撑及角撑、立柱和其他附属构件组成。
钢结构支撑（钢管、型钢支撑）体系通常为装配式的，由围檩、角撑、对撑、预应力设备（包括千斤顶自动调压或人工调压装置）、轴力传感器、支撑体系监测监控装置、立柱及其他附属装配式构件组成。
（二）支撑体系布置及施工
1.内支撑体系的布置原则
（1）宜采用受力明确、连接可靠、施工方便的结构形式。
（2）宜采用对称平衡性、整体性强的结构形式。
（3）应与主体结构的结构形式、施工顺序协调，以便于主体结构施工。
（4）应利于基坑土方开挖和运输。
（5）有时，可利用内支撑结构施做施工平台。
2.内支撑体系的施工
（1）内支撑结构的施工与拆除顺序应与设计工况一致，必须坚持先支撑后开挖的原则。
（2）围檩与挡土结构之间有紧密接触，不得留有缝隙。如有间隙应用强度不低于C30的细石混凝土填充密实或采用其他可靠连接措施。
（3）钢支撑应按设计要求施加预压力，当监测到预加压力出现损失时，应再次施加预压力。
（4）支撑拆除应在替换支撑的结构构件达到换撑要求的承载力后进行。当主体结构的底板和楼板分块浇筑或设置后浇带时，应在分块部位或后浇带处设置可靠的传力构件。支撑拆除应根据支撑材料、形式、尺寸等具体情况采用人工、机械和爆破等方法。
【口诀】支撑拆除方法：人机爆
三、边坡防护
（一）基坑边（放）坡
（1）地质条件、现场条件等允许时，通常采用放坡开挖基坑形式修建地下工程或构筑物的地下部分。此时保持基坑边坡的稳定是非常重要的，当基坑边坡土体的剪应力大于土体的抗剪强度时，边坡就会失稳坍塌。一旦边坡坍塌，不但地基受到扰动，影响承载力，而且也影响周围地下管线、地面建筑物、交通和人身安全。
（2）基坑放坡基本要求：
放坡应以控制分级坡高和坡度为主，必要时辅以局部支护结构和保护措施，放坡设计与施工时应考虑雨水的不利影响。
注：①表中的碎石土充填物为坚硬和硬塑状态的黏性土；
②对于砂土和充填物为砂土的碎石土，其边坡坡率的允许值应按自然休止角确定。
按是否设置分级过渡平台，边坡可分为一级放坡和分级放坡两种形式。在场地土质较好、基坑周围具备放坡条件、不影响相邻建筑物的安全及正常使用的情况下，基坑宜采用全深度放坡或部分深度放坡。
分级放坡时，宜设置分级过渡平台。分级过渡平台的宽度应根据土（岩）质条件、放坡高度及施工场地条件确定，
对于岩石边坡不宜小于0.5m，对于土质边坡不宜小于1.0m。下级放坡坡度宜缓于上级放坡坡度。
（3）基坑边坡稳定控制措施：
1）根据土层的物理力学性质及边坡高度确定基坑边坡坡度，并于不同土层处做成折线形边坡或留置台阶。
2）施工时严格按照设计坡度进行边坡开挖，不得挖反坡。
3）在基坑周围影响边坡稳定的范围内，应对地面采取防水、排水、截水等防护措施，禁止雨水等地面水浸入土体，保持基底和边坡的干燥。
4）严格禁止在基坑边坡坡顶较近范围堆放材料、土方和其他重物以及停放或行驶较大的施工机械。
5）对于土质边坡或易于软化的岩质边坡，在开挖时应及时采取相应的排水和坡脚、坡面防护措施。
6）在整个基坑开挖和地下工程施工期间，应严密监测坡顶位移，随时分析监测数据。当边坡有失稳迹象时，应及时采取削坡、坡顶卸荷、坡脚压载或其他有效措施。
【口诀】边坡稳定措施：放缓坡、不反挖、防排水、顶不堆、面防护、严监测
（4）护坡措施：
放坡开挖时应及时作好坡脚、坡面的防护措施。常用的防护措施有：
1）叠放砂包或土袋；
2）水泥砂浆或细石混凝土抹面；
3）挂网喷浆或混凝土；
4）其他措施：包括锚杆喷射混凝土护面、塑料膜或土工织物覆盖坡面等。
（二）长条形基坑开挖与过程放坡
（1）地铁车站等构筑物的长条形基坑在开挖过程中通常考虑纵向放坡目的：
一是保证开挖安全，防止滑坡；二是保证出土运输方便。
（2）坑内纵向放坡是动态的边坡，在基坑开挖过程中不断变化，其安全性在施工时往往被忽视，非常容易产生滑坡事故。纵向边坡一旦坍塌，就可能冲断横向支撑并导致基坑挡墙失稳，酿成安全质量事故。
（3）应编制开挖方案，慎重确定放坡坡度。在施工期间，特别是雨天必须制定监护与保护措施。软土地区施工经验表明，降雨可能使土坡的安全系数降低40%～50%，应严密监护，做好坡面的保护工作，必要时可事先在放坡处加固土体，严防土坡失稳。
地铁车站基坑纵向放坡较大处，往往是坑外地表纵向差异沉降较大处，土坡越缓，沉降曲线就越平缓。因此，若在土坡附近有需保护的建筑或管线，应减缓该处坡度以减小管线弯曲和建筑物的差异沉降。
1K413023基坑（槽）土方开挖及基坑变形控制
一、基本要求
（1）基本规定如下：
1）应根据支护结构设计、降水或隔水要求，确定基坑开挖方案。
2）基坑周围地面应设排水沟，且应避免雨水、渗水等流入坑内；同时，基坑内也应设置必要的排水设施，保证开挖时及时排出雨水；放坡开挖时，应对坡顶、坡面、坡脚采取降水排水措施。当采取基坑内、外降水措施时，
应按要求降水后方可开挖
。
3）软土基坑必须分层、分块、对称、均衡地开挖，分块开挖后必须及时支护。对于有预应力要求的钢支撑或锚杆，还必须按设计要求施加预应力。当基坑开挖面上方的支撑、锚杆和土钉未达到设计要求时，严禁向下超挖土方。
4）基坑开挖过程中，必须采取措施防止开挖机械等碰撞支护结构、格构柱、降水井点或扰动基底原状土。
5）当开挖揭露的实际土层性状或地下水情况与设计依据的勘察资料明显不符，或出现异常现象、不明物体时，应停止开挖，在采取相应措施后方可开挖。
（2）发生下列异常情况时，应立即停止挖土，并应立即查清原因和及时采取措施后，方能继续挖土。
1）支护结构变形达到设计规定的控制值或变形速率持续增长且不收敛。
2）支护结构的内力超过其设计值或突然增大。
3）围护结构或止水帷幕出现渗漏，或基坑出现流土、管涌现象。
4）开挖暴露出的基底出现明显异常（包括黏性土时强度明显偏低或砂性土层水位过高造成开挖施工困难）。
【补充】流土与管涌
流土：“一川碎石大如斗，随风满地石乱走。”
流土可发送在无粘性土和黏性土中，当向上的渗透力大于土的有效重度时，土粒处于悬浮状态。故它一般发生在渗流出逸处，可以用公式icr=γ’/γw判断。
管涌：“飞砂不走石，平沙黄入天。”
管涌发生在无黏性土中，特别是缺少中间粒径的情况，土的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流动，以至流失，逐渐形成管形通道。
5）围护结构发生异常声响。
6）边坡或支护结构出现失稳征兆。
7）基坑周边建（构）筑物变形过大或已经开裂。
【口诀】变形加速，内力加大，围护渗漏，流土管涌，围护异响，失稳征兆，周边开裂
二、基坑（槽）的土方开挖方法
（1）根据不同的开挖深度采用不同的施工方法，主要开挖方法包括以下两种：
1）浅层土方开挖：第一层土方一般采用短臂挖掘机及长臂挖掘机
直接开挖、出土，自卸运输车运输。在条件具备的情况下，采用两台长臂液压挖掘机在基坑的两侧同时挖土，一起分段向前推进，可以极大提高挖土速度，为及时安装支撑提供条件。
2）深层土方开挖：当长臂挖机不能开挖时，应采用小型挖掘机，将开挖后的土方转运至围护墙边，用吊车提升出土，自卸车辆运输的方法；坑底以上0.3m的土方采用人工开挖。
上述开挖方法是典型的地铁车站基坑开挖方法，其长处在于水平挖掘或运输和垂直运输分离，可以多点垂直运输，缓解了纵坡问题、支撑延迟安装问题，极大地提高了挖土速度，可以有效保证基坑的安全。
（2）基坑分块开挖顺序：
地铁车站的长条形基坑开挖应遵循“分段分层、由上而下、先支撑后开挖”的原则，兼作盾构始发井的车站，一般从两端或一端向中间开挖，以方便端头井的盾构始发。
对于地铁车站端头井，首先撑好标准段内的对撑，再挖斜撑范围内的土方，最后挖除坑内的其余土方。斜撑范围内的土方，应自基坑角点沿垂直于斜撑方向向基坑内分层、分段、限时地开挖并架设支撑。
三、基坑的变形控制
（一）基坑变形特征
1.土体变形
基坑开挖时，由于坑内开挖卸荷造成围护结构在内外压力差作用下产生水平向位移，进而引起围护外侧土体的变形，造成基坑外土体或邻近建（构）筑物沉降；同时，开挖卸荷也会引起坑底土体隆起，可以认为，基坑周围地层移动主要是由于围护结构的水平位移和坑底土体隆起造成的。
2.围护结构水平变形
当基坑开挖较浅，还未设支撑时，不论对刚性墙体（如水泥土搅拌桩墙、旋喷桩墙等）还是柔性墙体（如钢板桩、地下连续墙等），均
表现为墙顶位移最大，向基坑方向水平位移，呈三角形分布
。随着基坑开挖深度的增加，刚性墙体继续表现为向基坑内的三角形水平位移或平行刚体位移，而一般柔性墙如果设支撑，则表现为墙顶位移不变或逐渐向基坑外移动，墙体腹部向基坑内凸出。
墙体的竖向变位给基坑的稳定、地表沉降以及墙体自身的稳定性均带来极大的危害。特别是对于饱和的极为软弱的地层中的基坑工程，当围护桩或地下连续墙底因清孔不净有沉渣时，围护墙在开挖中会下沉，地面也随之下沉；另外，当围护结构下方有顶管和盾构穿越时，也会引起围护结构突然沉降。
4.基坑底部的隆起
随着基坑的开挖卸载，基坑底出现隆起是必然的，但过大的坑底隆起往往是基坑险情的征兆。过大的坑底隆起可能是两种原因造成的：
（1）基坑底不透水土层由于其自重不能够承受下方承压水水头压力而产生突然性的隆起；
（2）由于围护结构插入基坑底土层深度不足而产生坑内土体隆起破坏。
基坑底土体的过大隆起可能会造成基坑围护结构失稳。另外，由于坑底隆起会造成立柱隆起，进一步造成支撑向上弯曲，可能引起支撑体系失稳。因此，基坑底土体的过大隆起是施工时应该尽量避免的。但由于基坑一直处于开挖过程，
直接监测坑底土体隆起较为困难，一般通过监测立柱变形来反映基坑底土体隆起情况。
5.地表沉降
围护结构的水平变形墙顶沉降及坑底土体隆起会造成地表沉降，引起基坑周边建（构）筑物变形。根据工程实践经验，基坑围护呈悬臂状态时，较大的地表沉降出现在墙体旁；施加支撑后，地表沉降的最大值会渐渐远离围护结构，位于距离围护墙一定距离的位置上。
（二）基坑的变形控制
（1）为保证基坑支护结构及邻近建（构）筑物等安全，必须控制基坑的变形以保证邻近建（构）筑物的安全。
（2）控制基坑变形的主要方法有：
1）增加围护结构和支撑的刚度。
2）增加围护结构的入土深度。
3）加固基坑内被动土压区土体。加固方法有墩式加固、满堂加固、格栅加固、抽条加固、裙边加固及抽条加固与裙边加固相结合的形式。
4）减小每次开挖围护结构处土体的尺寸和开挖后未及时支撑的暴露时间，这一点在软土地区施工尤其有效。
5）通过调整围护结构或隔水帷幕深度和降水井布置来控制降水对环境变形的影响。增加隔水帷幕深度甚至隔断透水层，提高管井滤头底高度，降水井布置在基坑内均可减少降水对环境的影响。
（三）坑底稳定控制
（1）保证深基坑坑底稳定的方法有加深围护结构入土深度、坑底土体加固、坑内井点降水等措施。
（2）适时施作底板结构。
