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1、 學生畢業(yè)設計（論文）文獻綜述報告學生姓名： 學 號： 200603010214專業(yè)名稱：土木工程（巖土方向）文獻綜述題目：深基坑工程的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 引用文獻：中文27 篇；英文5篇；其它語種0 篇其中期刊：12種；專著15 本；其它：0 種引用文獻時間跨度： 1969 年 2010 年 指導教師審閱簽名： 綜述報告正文：一、深基坑工程的發(fā)展現(xiàn)狀基坑工程是一個古老而具有時代特點的巖土工程課題，放坡開挖和簡易木樁圍護可以追溯到遠古時代。事實上，人類土木工程的頻繁活動促進了基坑工程的發(fā)展。20世紀90年代以來，在我國改革開放和國民經(jīng)濟持續(xù)高速增長的形勢下，全國工程建設亦突飛猛進，高層建筑如雨
2、后春筍般迅速發(fā)展，促進了建筑科學技術的進步和施工技術、施工機械和建筑材料的更新與發(fā)展1?；娱_挖必須保證坑壁的安全和穩(wěn)定，基坑越深，坑壁的穩(wěn)定性問題越突出。深基坑支護技術是近三十年來我國逐步涉及的技術問題，基坑支護設計計算理論在工程實踐過程中也得到不斷發(fā)展和完善。深基坑工程在我國廣泛應用與研究開始于80年代初。據(jù)不完全統(tǒng)計，1980年至1989年10間，我國新建高層建筑1000余棟；1990年至1991的兩年間，新建高層建筑1000余棟，1992年一年就新建高層建筑1000余棟。高層建筑的不斷涌現(xiàn)，深基坑的開挖深度不斷增加、開挖面積也越來越大。如上海金茂大廈，建筑面積29萬平方米，建筑高度36
3、0m，塔尖標高420.5m，塔樓開挖深度-19.65m，基礎開挖面積近2萬平方米。由上述可見，我國人口眾多，為了節(jié)約土地，必然大量興建高層建筑和充分利用城市地下空間，這樣就帶來了大規(guī)?；庸こ痰拈_挖與支護，為地下工程建筑提供必要和安全的環(huán)境。許多科學家稱“21世紀是地下空間開發(fā)利用的世紀”，并預測21世紀末將有三分之一的世界人口生活在地下空間是并不夸張的。為了保證建筑物的穩(wěn)定性，建筑基礎都必須滿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，對基坑工程的要求越來越高，隨之出現(xiàn)的問題也越來越多，這給建筑施工、特別是城市中心區(qū)的建筑施工帶來了很大的困難。正是由于80年代后期，尤其在90
4、年代大量的城市高層建筑如雨后春筍，至1996年10層以上的高層建筑累計己有1億多平方米，高度超過100m的超高層建筑已超過150幢，高度超過200m已有20多幢12。大量的高層建筑都有1-3層的地下室，基坑開挖深度通常為6-15m。大量的工程實踐大大豐富和提高了我國在基坑工程領域內的技術水平。迄今，我國己經(jīng)或正在編寫基坑工程全國性的行業(yè)標準和廣東省、武漢市、上海市、深圳市等若干省市地區(qū)性的基坑工程標準13。這些標準的出現(xiàn)，正是近10余年來我國在基坑工程中寶貴的設計、施工經(jīng)驗重要的總結。但是，基坑工程與其隸屬的巖土工程學科一樣，是實用性、經(jīng)驗性極強的學科，是隨著工程實踐不斷提高的學科。近10余年
5、的工程實踐表明，在基坑工程中既有大量成功的經(jīng)驗，也有少數(shù)失敗的教訓，更有一系列有待進一步解決的問題。目前我們己經(jīng)面臨著基坑越來越深，尤其是環(huán)保要求更加嚴格的情況，這就需要以更加嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，在今后的工程實踐中不斷總結、創(chuàng)新，提高技術水平，為安全、經(jīng)濟、快捷實施迅速發(fā)展的我國基坑工程作出貢獻2。深基坑工程是一個復雜的綜合性巖土工程，由于目前土力學理論尚不夠完善，單純依靠理論方法難以對系統(tǒng)的變化性狀作出準確的預測，在施工過程中往往出現(xiàn)一些難以預料的變化，還要受到施工條件、天氣情況、周圍環(huán)境等諸多因素的影響，所以理論分析計算的結果與實際情況有時會有較大差異。通過現(xiàn)場監(jiān)測可以獲得大量的一手數(shù)據(jù)，掌握
6、整個基坑在不同條件下的各種性狀，再利用理論知識找出其發(fā)展規(guī)律，預測其變化趨勢，對于可能發(fā)生的安全隱患及早發(fā)出預報，避免或減少工程事故發(fā)生；通過對測試結果進行計算，為下一步的施工提供指導。因此，在深基坑施工階段對支護及周邊建筑物進行安全監(jiān)測已經(jīng)成為深基坑施工不可或缺的一個技術環(huán)節(jié)。深基坑的穩(wěn)定和變形破壞理論最初產(chǎn)生于擋土墻的穩(wěn)定分析。最早提出分析的是Terzaghi和peck等人，他們早在上世紀40年代就提出了預估挖方穩(wěn)定和支撐荷載大小的總應力法。這一理論原理一直沿用到現(xiàn)在，只不過有了許多改進和修正。上世紀50年代Bjerrum和Eide給出分析深基坑底板隆起的方法，60年代開始在奧地利和墨西哥
7、城軟粘土深基坑中首次使用了儀器進行觀測，此后的大量實測數(shù)據(jù)提高了預測和計算分析的準確性和完整性。二、深基坑工程的主要內容及目前基坑支護實施中存在的問題2.1深基坑工程的主要內容2.1.1巖土工程勘察與工程調查確定巖土參數(shù)與地下水參數(shù)；.測定鄰近建筑物、周圍地下埋設物(管道、電纜、光纜等)、城市道路等工程設施的工作現(xiàn)狀，并對其隨地層位移的限值作出分析。2.1.2支護結構設計支護結包括擋土墻圍護結構(如連續(xù)墻、柱列式灌注樁擋墻)、支承體系(如內支撐、錨桿)以及土體加固等。支護結構的設計必須與基坑工程的施工方案緊密結合，需要考慮的主要依據(jù)有：當?shù)亟?jīng)驗，土體和地下水狀況，四周環(huán)境安全所允許的地層變形限
8、值，可提供的施工設施與施工場地，工期與造價等14。2.1.3基坑開挖與支護的施工包括土方工程、工程降水和工程的施工組織設計與實施。2.1.4地層位移預測與周邊工程保護地層位移既取決于土體和支護結構的性能與地下水的變化，也取決于施工工序和施工過程。如預測的變形超過允許值，應修改支護結構設計與施工方案，必要時對周邊的重要工程設施采取專門的保護或加固措施。2.1.5施工現(xiàn)場量測與監(jiān)控根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)和信息，必要時進行反饋設計，用信息化來指導下一步的施工。2.2目前基坑支護實施中存在的問題3-811盡管基坑工程實踐不斷增多，在技術上也有了長足的進步。但縱觀基坑工程的實際情況不難發(fā)現(xiàn)，基坑圍護設計存在著兩
9、種傾向，一方面由于設計安全度不足而造成基坑失穩(wěn)事故的比例較大，另一方面由于設計過于保守而又造成很大的浪費。一項對103項基坑工程事故進行細致的調查分析，統(tǒng)計出事故發(fā)生的原因結果表明與設計有關的工程事故比例高達45；而一份十幾個工程的測試數(shù)據(jù)又表明，圍護結構的實測應力明顯小于設計值，圍護結構的強度遠遠沒有發(fā)揮出來設計明顯過于保守。說明現(xiàn)行設計理論和方法與基坑工程的實際有較大的偏差。大量的工程實例表明，上述兩種情況在實際中確實屢見不鮮，究其原因可歸結為以下幾個方面：2.2.1強度和穩(wěn)定性為主，忽略變形控制當前的設計方法是以極限平衡理論為依據(jù)，實際上大多沿用傳統(tǒng)擋土墻設計計算方法，它只能進行強度和穩(wěn)
10、定性計算，無法提供基坑圍護結構設計所必須的變形值。所以基坑設計計算均以強度和穩(wěn)定性為主，而并未研究解決在邊坡失穩(wěn)之前的變形過程。但在當前的基坑工程中，由于周邊環(huán)境保護的要求越來越嚴格，基坑變形控制已成為重要的設計內容?；拥脑试S變形和水平、垂直位移的計算是一個較建筑自身允許沉降和沉降計算更為復雜的課題，又是基坑工程，尤其在軟土地區(qū)和工程地質、水文地質復雜地區(qū)無法回避的問題?；庸こ倘匀槐仨殱M足穩(wěn)定性和變形兩方面的要求，與基礎允許沉降有所不同在于基坑工程的允許變形往往主要取決于周邊環(huán)境的要求，按變形控制已成為許多基坑工程設計的基本依據(jù)。可見，現(xiàn)行的設計方法并不能完全考慮基坑工程實際應考慮的問題，
11、這樣設計結果與實際工程的工作狀態(tài)就必然產(chǎn)生差異。2.2.2經(jīng)驗估算為主由于基坑工程的復雜性、不確定性以及對圍護結構所承受水土壓力認識的局限性，迄今為止對基坑圍護結構設計還沒有一個成熟的理論和計算模式，未形成完整的、具有普遍指導意義的設計理論體系，使得基坑圍護結構的設計計算仍過多地取決于經(jīng)驗，隨意性較大；另一方面，由于土力學發(fā)展水平所限，有些實際問題土力學理論尚無法解決，在研究運用中不得不對土的性質作了許多不符實際簡化或假定。例如，對基坑工程經(jīng)常遇到的軟土，其強度隨時間變化的流變性質，雖然已有一些研究成果，但理論上尚不成熟，試驗方法尚不完善，應用于工程還剛剛開始，實際中還需要經(jīng)驗；對于非飽和土，
12、應用非飽和土有效應力原理，目前用的還是傳統(tǒng)的土力學理論，常規(guī)試驗方法測定的強度指標，計算結果自然與實際出人很大；再如某些飽和粉土的流動性、地下水的滲透破壞等等，有的問題至今對其認識還很不夠，有的問題很難計算。在這種情況下，基坑工程設計依靠經(jīng)驗是必然的了，但經(jīng)驗總歸是經(jīng)驗，并不能等同于具有普遍指導意義的理論，況且基坑工程具有較強的區(qū)域性，不同地區(qū)會遇到各種不同的、包含極其復雜的工程地質和水文地質條件、現(xiàn)有的理論和經(jīng)驗根本無法解決的問題。這樣基坑圍護設計只能借鑒已有的工程經(jīng)驗在實際中摸索，設計結果就難以把握了。2.2.3 基坑設計中應注意的問題1)鋼板樁的施工可能會引起相鄰地基的變形和產(chǎn)生噪聲振動
13、，對周圍環(huán)境影響很大9，因此在設計中要考慮該方法對人口密集、建筑密度大的地區(qū)的影響。同時，還要注意施工結束后鋼板樁拔出時對周圍地基土和地表土的影響。2)土釘墻只適用于地下水位以上的粉土、黏性土與無黏性土，不能用于淤泥質土、飽和軟土。對基坑周圍環(huán)境安全等級要求高，對土坡變形有嚴格控制要求，以及基坑周圍上下水道有漏水可能的，不宜采用土釘墻方法支護。3)當基坑周圍場地狹小，基坑開挖深度較大，如超過6 m，或基坑緊鄰已建成建筑物、交通干道、重要管線，通常均選用支撐或錨桿排樁、連續(xù)墻結構支護。在軟土地區(qū)及基坑四周無地下空間設置錨桿，不宜采用錨桿式排樁或連續(xù)墻結構對基坑進行支護。4)當基坑周圍不具備放坡條
14、件及設置水泥土擋墻時，且周圍無重要建筑物及管線、開挖深度不大，可以采用懸臂樁或連續(xù)墻結構支護。當變形較大可設置雙排樁；對土體水平位移控制嚴格時，不宜選用此種結構支護。2.2.4基坑施工中應注意的問題1)施工前應對工程的地質勘察報告認真分析研究，根據(jù)挖土深度范圍內不同土質的物理性能和地下水位情況(特別是豐水期的水位情況)，選擇相應的土方開挖、支護結構及降水方案。根據(jù)所制定的施工方案，對全體施工人員作詳細的安全與技術交底工作。2)基坑開挖前，通過降水提高坑內土體的水平抗力，減少基坑的變形量。施工降水不宜過快，降水過程中應加強周邊建筑物、地下管線和地表沉降的監(jiān)測，同時在坑外地面設回灌井，必要時應采取
15、回灌措施，確保周邊建筑物安全10。在基坑開挖施工中，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)接近或超過警戒值時，應立即分析原因，準確地找出施工過程中存在的問題及時調整施工步驟，采取相應的對策，便能有效控制基坑變形，確保基坑安全。3)為防止邊坡失穩(wěn)，施工前先清除基坑邊堆土等荷載，防止由于荷載過大引起基坑坍塌等事故的發(fā)生。4)基坑開挖分層進行，從上到下逐層進行開挖，嚴禁超挖和掏底開挖，同時開挖過程要與支撐架設同步施工。開挖段的長度必須根據(jù)基坑深度和坡度合理確定，不宜過長。當基坑挖至設計標高后，必須馬上澆筑墊層混凝土，進一步減小基坑變形值。底板混凝土必須在5 d-7 d內完成，相應結構層施工及時跟上，以建立永久的受力平衡體系，
16、從根本上控制住基坑變形10。5)在采用拱圈墻方案時，拱墻本身可采用水平分縫及垂直分縫的逆作拱墻方法施工，拱腳穩(wěn)定性很重要，設計施工應予重視，挖土時應維持拱圈荷載對稱，受力均衡。2.2.5基坑工程尚未完全解決的問題1)由于開挖深度、周邊環(huán)境、地層性質等多因素的影響，基坑支護方案會根據(jù)所選物理力學參數(shù)的不同而選擇不當。2)基坑支護的內力和變形的精確計算是一個比較復雜的問題，其計算模型需要考慮圍護結構、支撐體系和土三者的共同作用，但是，目前將其簡化為平面問題，難以準確反映空間效應。3)在軟土地區(qū)，淤泥、淤泥質土等具有蠕變特性，圍護結構會隨著無支撐時間的延長而逐漸增大變形，即所謂的“時間效應”，目前時
17、間效應尚未精確考慮到理論計算中。4)由于受到多種未知因素(如暴雨等自然災害)的影響，深基坑土體的變形和位移無法精確計算。5)當基坑平面尺寸較大，支撐體系較復雜時，由氣溫變化引起的溫度應力和收縮應力會使支撐桿件內力增加，但在圍護結構設計時該理論只加以概略估算。6)在建筑物密集地區(qū)設計深基坑的支護結構，多以變形控制，但在設計時如何控制周圍地面沉降尚有一定難度，這是由于計算方面尚難以提供精確值。三、深基坑工程的發(fā)展趨勢及國內外深基坑支護技術的研究發(fā)展3.1深基坑工程的發(fā)展趨勢1)基坑向著大深度、大面積方向發(fā)展，周邊環(huán)境更加復雜，深基坑開挖與支護的難度愈來愈大。因此，從工期和造價的角度看兩墻合一的逆作
18、法將是今后發(fā)展的主要方向。但逆作法施工受樁承載力的限制很大，采用逆作法時不能采用一柱一樁，而是一柱多樁，增加了成本和施工難度15。如何提高單樁承載力，降低沉降，減少中柱樁(中間支承柱)，達到一柱一樁，使上部結構施工速度可以放開限制，從而加快進度，縮短總工期，這將成為今后的研究方向。2)土釘支護方案的大量實施，使得噴射混凝土技術得以充分運用和發(fā)展。為減少噴射混凝土的回彈量以及保護環(huán)境的需要，濕式噴射混凝土將逐步取代干式噴射混凝土。3)目前，在有支護的深基坑工程中，基坑開挖大多以人工挖土為主，效率不高，今后必須大力研究開發(fā)小型、靈活、專用的地下挖土機械，以提高工效，加快施工進度，減少時間效應的影響
19、1。4)為了減少基坑變形，通過施加預應力的方法控制變形將逐步被推廣，另外采用深層攪拌或注漿技術對基坑底部或被動區(qū)土體進行加固，也將成為控制變形的有效手段被推廣。5)為減小基坑工程帶來的環(huán)境效應(如因降水引起的地面附加沉降)，或出于保護地下水資源的需要，有時基坑采用帷幕型式進行支護。除地下連續(xù)墻外，一般采用旋噴樁或深層攪拌樁等工法構筑成止水帷幕。目前，有將水利工程中防滲墻的工法引入到基坑工程中的趨勢1。6)在軟土地區(qū)，為避免基坑底部隆起，造成支護結構水平位移加大和鄰近建(構)筑物下沉，可采用深層攪拌樁或注漿技術對基坑底部土體進行加固，即提高支護結構被動區(qū)土體的強度的方法。3.2國內外深基坑支護技
20、術的研究發(fā)展3.2.1國內外深基坑支護技術的研究現(xiàn)狀國外20世紀30年代，太沙基和皮克等最先從事基坑工程的研究，20世紀60年代在奧斯陸等地的基坑開挖中開始實施施工監(jiān)測，從20世紀70年代起，許多國家陸續(xù)制訂了指導基坑開挖與支護設計和施工的法規(guī)16。除了明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構法、沉管法、凍結法及注漿法等開挖技術外又有了新進展1712。我國城市地下工程建設起步較晚，20世紀80年代前，國內為數(shù)不多的高層建筑的地下室多為一層，基坑深不過4m，常采用放坡開挖就可以解決問題。20世紀80年代初才開始出現(xiàn)大量的基坑工程18。到20世紀80年代，隨著高層建筑的大量興建，開始出現(xiàn)兩層地下室，開挖深度一
21、般在8m左右，少數(shù)超過10m19。進入20世紀90年代后，在我國改革開放和國民經(jīng)濟持續(xù)高速增長的形勢下，全國工程建設亦突飛猛進，高層建筑迅猛發(fā)展，建筑高度越來越高，同時各地還興建了許多大型地下市政設施、地下商場、地鐵車站等，導致多層地下室逐漸增多，基坑開挖深度超過10m的比比皆是，其埋置深度也就越來越深，對基坑工程的要求越來越高，隨著人防、地鐵、地下商場、倉庫、影劇院等大量工程的建設，特別是近年來的工程實踐，城市地下空間開挖技術得到了長足發(fā)展和提高20。我國城市地下工程、隧道及井孔工程等先后采用了明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構法、沉管法、凍結法及注漿法等，這些技術有的己達到國際先進水平。促進了建
22、筑科學技術的進步和施工技術、施工機械和建筑材料的更新與發(fā)展。為了保證建筑物的穩(wěn)定性，建筑基礎都必須滿足地下埋深嵌固的要求。隨之出現(xiàn)的問題也越來越多，這給建筑施工、特別是城市中心區(qū)的建筑施工帶來了很大的困難2122。3.2.2國外深基坑支護技術的發(fā)展國外許多國家陸續(xù)制訂了指導基坑開挖與支護設計和施工的法規(guī)。除了明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構法、沉管法、凍結法及注漿法等開挖技術外新進展有：(l)全過程機械化。從護坡、土方開挖、結構施工，包括暗挖法施工的拱架安裝、噴射混凝土、泥漿配制和處理等工序的機械化，同時采用計算機技術進行監(jiān)控，從而保證了施工安全、快速施工和優(yōu)良的工程質量23。(2)盾構法得到較大
23、發(fā)展。近30年內英、美、法、日等國大量采用盾構施工技術，日本已生產(chǎn)盾構近萬臺，用于地鐵、鐵路、公路，水工及管網(wǎng)施工，己出現(xiàn)雙聯(lián)、三聯(lián)、四聯(lián)盾構，能完成三跨地鐵車站，開挖寬度達17m。日本正設想設計直徑80m的盾構，在地下建造人造太陽和住宅區(qū)24。(3)微型盾構和非開挖技術已廣泛應用。主要用于建造各種直徑的雨、污水、自來水管道和電纜管道。微型盾構就是直徑2m以下的盾構。刀盤掘進，遙控和衛(wèi)星定位控制方向和坡度，然后安裝管片。非開挖技術就是采用微型鉆機，通過切割輪成孔，退回鉆桿后安裝管線或電纜25。(4)預砌塊法施工技術。拱圈是在土方開挖后采用拼裝機安裝，管片上留有注漿孔，襯砌拼裝完成后，由注漿孔向
24、壁后注漿，堵塞空隙，增強圍巖與襯砌的共同作用。法國用此法施工的最大單拱跨度達24.48m。(5)預切槽法施工技術。意、法等國制造了一種地層預切槽機，采用鏈條沿拱圈將地層切割出一條寬15cm，長4-5m的槽縫，然后向槽縫內噴射混凝土，并在其保護下開挖土方，做防水層及二次襯砌，形成隧道。(6)頂管大管棚法。修建地鐵車站時，在頂管內灌混凝土，形成大管棚，再在其保護下進行暗挖施工。(7)微氣壓暗挖法。就是在具有1個大氣壓以下的壓縮空氣環(huán)境下，按照“新奧法”原理進行施工。優(yōu)點是可以排出地下水，保證工作面干燥；由于氣壓存在，可減少地面沉降；還可降低襯砌成本26。(8)數(shù)字化掘進，又稱計算機化掘進 ( Da
25、tadrilling， eomputeriseddrilling )，應用于硬巖工程的開挖。在數(shù)字化掘進時，鉆桿的推進是程序化的，從一個洞到另一個洞也是自動的。掘進機手可以同時管理3套鉆桿，其作用是監(jiān)督鉆桿的運動，必要時予以調整?？孜?、孔深和掘進序列預先已在掘進機的計算機軟件中安排，掘進方向由激光束控制，實現(xiàn)了孔的嚴格定位，從而可以實現(xiàn)掘進工藝的最優(yōu)化以及曲線隧道的掘進。數(shù)字化掘進的優(yōu)點是：控制隧道掘進的超挖；實現(xiàn)掘進方案的優(yōu)化；消除了工作面上的人工測量27。參考文獻1. 余志成，施文華.深基坑支護設計與施工，中國建筑工業(yè)出版社，1999.2. 黃運飛.深基坑工程實用技術，兵器工業(yè)出版社，19
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文獻綜述報告--深基坑工程的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.doc
