深基坑支護結構與邊坡防護
一、圍護結構
（一）基坑圍護結構體系
（1）基坑圍護結構體系包括板（樁）牆、圍檁（冠梁）及其他附屬構件。板（樁）牆主要承受基坑開挖卸荷所產生的土壓力和水壓力，並將此壓力傳遞到支撐，是穩定基坑的一種施工臨時擋牆結構。
（二）深基坑圍護結構類型
（1）在我國應用較多的有排樁、地下連續牆、重力式擋牆，以及這些結構的組合形式等。
（2）不同類型圍護結構的特點見表1K413022－1。
2）鋼板樁與鋼管樁
鋼板樁強度高，樁與樁之間的連接緊密，隔水效果好，具有施工靈活，板樁可重複使用等優點，是基坑常用的一種擋土結構。鋼板樁斷面形式較多，常用的形式多為U形或Z形。
3）鑽孔灌注樁圍護結構
鑽孔灌注樁一般採用機械成孔。地鐵明挖基坑中多採用螺旋鑽機、衝擊式鑽機和正反循環鑽機、旋挖鑽等。對正反循環鑽機，由於其採用泥漿護壁成孔，故成孔時噪聲低，適於城區施工，在地鐵基坑和高層建築深基坑施工中得到廣泛應用。
4）SMW工法樁（型鋼水泥土攪拌牆）
SMW工法樁圍護牆是利用攪拌設備就地切削土體，然後注入水泥類混合液攪拌形成均勻的水泥土攪拌牆，最後在牆中插入型鋼，即形成一種勁性複合圍護結構。
攪拌樁28d齡期無側限抗壓強度不應小於設計要求且不宜小於0.5MPa，水泥宜採用強度等級不低於P·O42.5級的普通矽酸鹽水泥，材料用量和水膠比應結合土質條件和機械性能等指標通過現場試驗確定。在填土、淤泥質土等特別軟弱的土中以及在較硬的砂性土、砂礫土中，鑽進速度較慢時，水泥用量宜適當提高。在砂性土中攪拌樁施工宜外加膨潤土。
單根型鋼中焊接接頭不宜超過兩個，焊接接頭的位置應避免設在支撐位置或開挖面附近等型鋼受力較大處；相鄰型鋼的接頭豎向位置宜相互錯開，錯開距離不宜小於1m，且型鋼接頭距離基坑底面不宜小於2m。擬拔出回收的型鋼，插入前應先在乾燥條件下除鏽，再在其表面塗刷減摩材料。
【口訣】型鋼接頭：錯一距底二
5）重力式水泥土擋牆
深層攪拌樁是用攪拌機械將水泥、石灰等和地基土相拌合，形成相互搭接的格柵狀結構形式，也可相互搭接成實體結構形式。採用格柵形式時，要滿足一定的面積轉換率，對淤泥質土，不宜小於0.7；對淤泥，不宜小於0.8；對一般黏性土、砂土，不宜小於0.6。由於採用重力式結構，開挖深度不宜大於7m。對嵌固深度和牆體寬度也要有所限制，對淤泥質土，嵌固深度不宜小於1.2h（h為基坑挖深），寬度不宜小於0.7h；對淤泥，嵌固深度不宜小於1.3h，寬度不宜小於0.8h。
6）地下連續牆
地下連續牆有如下優點：施工時振動小、噪聲低，牆體剛度大，對周邊地層擾動小；可適用於多種土層，除夾有孤石、大顆粒卵礫石等局部障礙物時影響成槽效率外，對黏性土、無黏性土、卵礫石層等各種地層均能高效成槽。
【口訣】地連牆：怕大石
地下連續牆施工採用專用的挖槽設備，沿著基坑的周邊，按照事先劃分好的幅段，開挖狹長的溝槽。目前使用的成槽機械，按其
工作原理
可分為抓斗式、衝擊式和迴轉式等類型。地下連續牆的一字形槽段長度宜取4～6m。
【口訣】挖槽：衝抓回
每個幅段的溝槽開挖結束後，在槽段內放置鋼筋籠，並澆築水下混凝土。將若干個幅段通過鎖口管接頭等構造連成一個整體，形成一個連續的地下牆體，即現澆鋼筋混凝土壁式連續牆，具體施工工藝流程見圖1K413022－2。
地下連續牆的槽段接頭應按下列原則選用：
①地下連續牆宜採用圓形鎖口管接頭、波紋管接頭、楔形接頭、工字鋼接頭或混凝土預製接頭等柔性接頭：
②當地下連續牆作為主體地下結構外牆，且需要形成整體牆體時，宜採用剛性接頭；剛性接頭可採用一字形或十字形穿孔鋼板接頭、鋼筋承插式接頭等
；在採取地下連續牆頂設置通長的冠梁、牆壁內側槽段接縫位置設置結構壁柱、基礎底板與地下連續牆剛性連接等措施時，也可採用柔性接頭。
【口訣】柔性接口：圓波預楔工。剛性接頭：乘十一
導牆是控制挖槽精度的主要構築物，導牆結構應建于堅實的地基之上，其主要作用有：
①擋土：在挖掘地下連續牆溝槽時，地表土鬆軟容易坍陷，因此在單元槽段挖完之前，導牆起擋土作用。
②基準作用：導牆作為測量地下連續牆挖槽標高、垂直度和精度的
基準。
③承重：導牆既是挖槽機械軌道的支承，又是鋼筋籠接頭管等擱置的支點，有時還承受其他施工設備的荷載。
④存蓄泥漿：導牆可存蓄泥漿，穩定槽內泥漿液面。泥漿液面始終保持在導牆面以下20cm，並高出地下水位1m，以穩定槽壁。
⑤其他：導牆還可防止泥漿漏失，阻止雨水等地面水流入槽內；地下連續牆距現有建（構）築物很近時，在施工時還起到一定的補強作用。
導牆一般為現澆鋼筋混凝土結構，應具有必要的強度、剛度和精度，要滿足挖槽機械的施工要求。
確定導牆形式時應考慮下列因素：開挖範圍的地質條件，荷載情況，地下連續牆施工時對鄰近建（構）築物可能產生的影響，地下水狀況。當施工作業面在地面以下（如在路面以下施工）時還要考慮對先施工臨時支護結構的影響。
導牆的形式如圖1K413022－3所示，其中（a）、（b）斷面最簡單，它適用於表層土質良好和導牆上荷載較小的情況；（c）、（d）為應用較多的兩種，適用於表層土為雜填土、軟黏土等承載能力較弱的土層，因而將導牆做成倒「L」形或「][」形；（e）適用於作用在導牆上荷載很大的情況，可根據荷載計算其伸出部分的長度；（f）適用於相鄰建（構）築物一側需加強的情況，以保護建（構）築物；（g）適用於地下水位高的土層，須將導牆提高，以保持泥漿面距地下水位1m，導牆提高後兩邊要填土找平。
在開挖過程中，為保證槽壁的穩定，採用特製的泥漿護壁。泥漿應根據地質和地面沉降控制要求經試配確定，並在泥漿配製和挖槽施工中對泥漿的相`對密度、黏度、含砂率和pH值等主要技術性能指標進行檢驗和控制。
二、支撐結構類型
（一）支撐結構體系
（1）內支撐有鋼撐、鋼管撐、鋼筋混凝土撐及鋼與混凝土的混合支撐等；外拉錨有拉錨和土錨兩種形式。
（2）在軟弱地層的基坑工程中，支撐結構承受圍護牆所傳遞的土壓力、水壓力。支撐結構擋土的應力傳遞路徑是
圍護（樁）牆→圍檁（冠梁）→支撐
，在地質條件較好的有錨固力的地層中，基坑支撐可採用土錨和拉錨等外拉錨形式。
（3）在深基坑的施工支護結構中，常用的支撐系統按其材料可分為現澆鋼筋混凝土支撐體系和鋼支撐體系兩類，其形式和特點見表1K413022－2。
現澆鋼筋混凝土支撐體系由圍檁（圈梁）、對撐及角撐、立柱和其他附屬構件組成。
鋼結構支撐（鋼管、型鋼支撐）體系通常為裝配式的，由圍檁、角撐、對撐、預應力設備（包括千斤頂自動調壓或人工調壓裝置）、軸力傳感器、支撐體系監測監控裝置、立柱及其他附屬裝配式構件組成。
（二）支撐體系布置及施工
1.內支撐體系的布置原則
（1）宜採用受力明確、連接可靠、施工方便的結構形式。
（2）宜採用對稱平衡性、整體性強的結構形式。
（3）應與主體結構的結構形式、施工順序協調，以便於主體結構施工。
（4）應利於基坑土方開挖和運輸。
（5）有時，可利用內支撐結構施做施工平臺。
2.內支撐體系的施工
（1）內支撐結構的施工與拆除順序應與設計工況一致，必須堅持先支撐後開挖的原則。
（2）圍檁與擋土結構之間有緊密接觸，不得留有縫隙。如有間隙應用強度不低於C30的細石混凝土填充密實或採用其他可靠連接措施。
（3）鋼支撐應按設計要求施加預壓力，當監測到預加壓力出現損失時，應再次施加預壓力。
（4）支撐拆除應在替換支撐的結構構件達到換撐要求的承載力後進行。當主體結構的底板和樓板分塊澆築或設置後澆帶時，應在分塊部位或後澆帶處設置可靠的傳力構件。支撐拆除應根據支撐材料、形式、尺寸等具體情況採用人工、機械和爆破等方法。
【口訣】支撐拆除方法：人機爆
三、邊坡防護
（一）基坑邊（放）坡
（1）地質條件、現場條件等允許時，通常採用放坡開挖基坑形式修建地下工程或構築物的地下部分。此時保持基坑邊坡的穩定是非常重要的，當基坑邊坡土體的剪應力大於土體的抗剪強度時，邊坡就會失穩坍塌。一旦邊坡坍塌，不但地基受到擾動，影響承載力，而且也影響周圍地下管線、地面建築物、交通和人身安全。
（2）基坑放坡基本要求：
放坡應以控制分級坡高和坡度為主，必要時輔以局部支護結構和保護措施，放坡設計與施工時應考慮雨水的不利影響。
註：①表中的碎石土充填物為堅硬和硬塑狀態的黏性土；
②對於砂土和充填物為砂土的碎石土，其邊坡坡率的允許值應按自然休止角確定。
按是否設置分級過渡平臺，邊坡可分為一級放坡和分級放坡兩種形式。在場地土質較好、基坑周圍具備放坡條件、不影響相鄰建築物的安全及正常使用的情況下，基坑宜採用全深度放坡或部分深度放坡。
分級放坡時，宜設置分級過渡平臺。分級過渡平臺的寬度應根據土（巖）質條件、放坡高度及施工場地條件確定，
對於巖石邊坡不宜小於0.5m，對於土質邊坡不宜小於1.0m。下級放坡坡度宜緩於上級放坡坡度。
（3）基坑邊坡穩定控制措施：
1）根據土層的物理力學性質及邊坡高度確定基坑邊坡坡度，並於不同土層處做成折線形邊坡或留置臺階。
2）施工時嚴格按照設計坡度進行邊坡開挖，不得挖反坡。
3）在基坑周圍影響邊坡穩定的範圍內，應對地面採取防水、排水、截水等防護措施，禁止雨水等地面水浸入土體，保持基底和邊坡的乾燥。
4）嚴格禁止在基坑邊坡坡頂較近範圍堆放材料、土方和其他重物以及停放或行駛較大的施工機械。
5）對於土質邊坡或易於軟化的巖質邊坡，在開挖時應及時採取相應的排水和坡腳、坡面防護措施。
6）在整個基坑開挖和地下工程施工期間，應嚴密監測坡頂位移，隨時分析監測數據。當邊坡有失穩跡象時，應及時採取削坡、坡頂卸荷、坡腳壓載或其他有效措施。
【口訣】邊坡穩定措施：放緩坡、不反挖、防排水、頂不堆、面防護、嚴監測
（4）護坡措施：
放坡開挖時應及時作好坡腳、坡面的防護措施。常用的防護措施有：
1）疊放砂包或土袋；
2）水泥砂漿或細石混凝土抹面；
3）掛網噴漿或混凝土；
4）其他措施：包括錨杆噴射混凝土護面、塑料膜或土工織物覆蓋坡面等。
（二）長條形基坑開挖與過程放坡
（1）地鐵車站等構築物的長條形基坑在開挖過程中通常考慮縱向放坡目的：
一是保證開挖安全，防止滑坡；二是保證出土運輸方便。
（2）坑內縱向放坡是動態的邊坡，在基坑開挖過程中不斷變化，其安全性在施工時往往被忽視，非常容易產生滑坡事故。縱向邊坡一旦坍塌，就可能衝斷橫向支撐並導致基坑擋牆失穩，釀成安全質量事故。
（3）應編制開挖方案，慎重確定放坡坡度。在施工期間，特別是雨天必須制定監護與保護措施。軟土地區施工經驗表明，降雨可能使土坡的安全係數降低40%～50%，應嚴密監護，做好坡面的保護工作，必要時可事先在放坡處加固土體，嚴防土坡失穩。
地鐵車站基坑縱向放坡較大處，往往是坑外地表縱向差異沉降較大處，土坡越緩，沉降曲線就越平緩。因此，若在土坡附近有需保護的建築或管線，應減緩該處坡度以減小管線彎曲和建築物的差異沉降。
1K413023 基坑（槽）土方開挖及基坑變形控制
一、基本要求
（1）基本規定如下：
1）應根據支護結構設計、降水或隔水要求，確定基坑開挖方案。
2）基坑周圍地面應設排水溝，且應避免雨水、滲水等流入坑內；同時，基坑內也應設置必要的排水設施，保證開挖時及時排出雨水；放坡開挖時，應對坡頂、坡面、坡腳採取降水排水措施。當採取基坑內、外降水措施時，
應按要求降水後方可開挖
。
3）軟土基坑必須分層、分塊、對稱、均衡地開挖，分塊開挖後必須及時支護。對於有預應力要求的鋼支撐或錨杆，還必須按設計要求施加預應力。當基坑開挖面上方的支撐、錨杆和土釘未達到設計要求時，嚴禁向下超挖土方。
4）基坑開挖過程中，必須採取措施防止開挖機械等碰撞支護結構、格構柱、降水井點或擾動基底原狀土。
5）當開挖揭露的實際土層性狀或地下水情況與設計依據的勘察資料明顯不符，或出現異常現象、不明物體時，應停止開挖，在採取相應措施後方可開挖。
（2）發生下列異常情況時，應立即停止挖土，並應立即查清原因和及時採取措施後，方能繼續挖土。
1）支護結構變形達到設計規定的控制值或變形速率持續增長且不收斂。
2）支護結構的內力超過其設計值或突然增大。
3）圍護結構或止水帷幕出現滲漏，或基坑出現流土、管湧現象。
4）開挖暴露出的基底出現明顯異常（包括黏性土時強度明顯偏低或砂性土層水位過高造成開挖施工困難）。
【補充】流土與管湧
流土：「一川碎石大如鬥，隨風滿地石亂走。」
流土可發送在無粘性土和黏性土中，當向上的滲透力大於土的有效重度時，土粒處於懸浮狀態。故它一般發生在滲流出逸處，可以用公式icr=γ』/γw判斷。
管湧：「飛砂不走石，平沙黃入天。」
管湧發生在無黏性土中，特別是缺少中間粒徑的情況，土的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中流動，以至流失，逐漸形成管形通道。
5）圍護結構發生異常聲響。
6）邊坡或支護結構出現失穩徵兆。
7）基坑周邊建（構）築物變形過大或已經開裂。
【口訣】變形加速，內力加大，圍護滲漏，流土管湧，圍護異響，失穩徵兆，周邊開裂
二、基坑（槽）的土方開挖方法
（1）根據不同的開挖深度採用不同的施工方法，主要開挖方法包括以下兩種：
1）淺層土方開挖：第一層土方一般採用短臂挖掘機及長臂挖掘機
直接開挖、出土，自卸運輸車運輸。在條件具備的情況下，採用兩臺長臂液壓挖掘機在基坑的兩側同時挖土，一起分段向前推進，可以極大提高挖土速度，為及時安裝支撐提供條件。
2）深層土方開挖：當長臂挖機不能開挖時，應採用小型挖掘機，將開挖後的土方轉運至圍護牆邊，用吊車提升出土，自卸車輛運輸的方法；坑底以上0.3m的土方採用人工開挖。
上述開挖方法是典型的地鐵車站基坑開挖方法，其長處在於水平挖掘或運輸和垂直運輸分離，可以多點垂直運輸，緩解了縱坡問題、支撐延遲安裝問題，極大地提高了挖土速度，可以有效保證基坑的安全。
（2）基坑分塊開挖順序：
地鐵車站的長條形基坑開挖應遵循「分段分層、由上而下、先支撐後開挖」的原則，兼作盾構始發井的車站，一般從兩端或一端向中間開挖，以方便端頭井的盾構始發。
對於地鐵車站端頭井，首先撐好標準段內的對撐，再挖斜撐範圍內的土方，最後挖除坑內的其餘土方。斜撐範圍內的土方，應自基坑角點沿垂直於斜撐方向向基坑內分層、分段、限時地開挖並架設支撐。
三、基坑的變形控制
（一）基坑變形特徵
1.土體變形
基坑開挖時，由於坑內開挖卸荷造成圍護結構在內外壓力差作用下產生水平向位移，進而引起圍護外側土體的變形，造成基坑外土體或鄰近建（構）築物沉降；同時，開挖卸荷也會引起坑底土體隆起，可以認為，基坑周圍地層移動主要是由於圍護結構的水平位移和坑底土體隆起造成的。
2.圍護結構水平變形
當基坑開挖較淺，還未設支撐時，不論對剛性牆體（如水泥土攪拌樁牆、旋噴樁牆等）還是柔性牆體（如鋼板樁、地下連續牆等），均
表現為牆頂位移最大，向基坑方向水平位移，呈三角形分布
。隨著基坑開挖深度的增加，剛性牆體繼續表現為向基坑內的三角形水平位移或平行剛體位移，而一般柔性牆如果設支撐，則表現為牆頂位移不變或逐漸向基坑外移動，牆體腹部向基坑內凸出。
牆體的豎向變位給基坑的穩定、地表沉降以及牆體自身的穩定性均帶來極大的危害。特別是對於飽和的極為軟弱的地層中的基坑工程，當圍護樁或地下連續牆底因清孔不淨有沉渣時，圍護牆在開挖中會下沉，地面也隨之下沉；另外，當圍護結構下方有頂管和盾構穿越時，也會引起圍護結構突然沉降。
4.基坑底部的隆起
隨著基坑的開挖卸載，基坑底出現隆起是必然的，但過大的坑底隆起往往是基坑險情的徵兆。過大的坑底隆起可能是兩種原因造成的：
（1）基坑底不透水土層由於其自重不能夠承受下方承壓水水頭壓力而產生突然性的隆起；
（2）由於圍護結構插入基坑底土層深度不足而產生坑內土體隆起破壞。
基坑底土體的過大隆起可能會造成基坑圍護結構失穩。另外，由於坑底隆起會造成立柱隆起，進一步造成支撐向上彎曲，可能引起支撐體系失穩。因此，基坑底土體的過大隆起是施工時應該儘量避免的。但由於基坑一直處於開挖過程，
直接監測坑底土體隆起較為困難，一般通過監測立柱變形來反映基坑底土體隆起情況。
5.地表沉降
圍護結構的水平變形牆頂沉降及坑底土體隆起會造成地表沉降，引起基坑周邊建（構）築物變形。根據工程實踐經驗，基坑圍護呈懸臂狀態時，較大的地表沉降出現在牆體旁；施加支撐後，地表沉降的最大值會漸漸遠離圍護結構，位於距離圍護牆一定距離的位置上。
（二）基坑的變形控制
（1）為保證基坑支護結構及鄰近建（構）築物等安全，必須控制基坑的變形以保證鄰近建（構）築物的安全。
（2）控制基坑變形的主要方法有：
1）增加圍護結構和支撐的剛度。
2）增加圍護結構的入土深度。
3）加固基坑內被動土壓區土體。加固方法有墩式加固、滿堂加固、格柵加固、抽條加固、裙邊加固及抽條加固與裙邊加固相結合的形式。
4）減小每次開挖圍護結構處土體的尺寸和開挖後未及時支撐的暴露時間，這一點在軟土地區施工尤其有效。
5）通過調整圍護結構或隔水帷幕深度和降水井布置來控制降水對環境變形的影響。增加隔水帷幕深度甚至隔斷透水層，提高管井濾頭底高度，降水井布置在基坑內均可減少降水對環境的影響。
（三）坑底穩定控制
（1）保證深基坑坑底穩定的方法有加深圍護結構入土深度、坑底土體加固、坑內井點降水等措施。
（2）適時施作底板結構。