第1章 绪论
1.1 基坑工程典型特征
基坑工程融合了岩土工程、结构工程、地质工程等主要工程的设计计算理论和施工技术，既具有明显的区域特征，又具有很强的个体特征；既具有明显的环境保护特征，又具有较大的安全风险特征。基坑工程的安全性受到多种复杂因素的相互影响和叠加。基坑工程中的土压力理论、支护结构设计计算理论尚不够完善，基坑工程中的施工技术、检测及监测技术尚需进一步发展。
基坑工程所处的区域地质条件和场地地质条件的多样性、基坑周边环境和支护形式的多样性，决定了基坑工程具有明显的区域特征和个性特征。目前，我国国内指导基坑工程实践的技术标准有国家行业标准（行标）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）和国家标准（国标）《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497-2019），有省一级的基坑工程技术标准，如北京市标准（市标）《建筑基坑支护技术规程》（DB11/489-2016）、天津市标准《建筑基坑工程技术规程》（DB29-202-2010）、上海市标准《基坑工程技术标准》（DG/TJ08-61-2018）、广东省标准（省标）《建筑基坑工程技术规程》（DBJ/T15-20-2016）、山东省标准《建筑基坑工程技术规范》（DBJ04/T306-2014）、江苏省标准《建筑基坑工程技术规范》（DBJ04/T306-2014）、浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》（DB33T1096-2014）、福建省标准《地铁基坑工程技术规程》（DBJT13-283-2018）、安徽省标准《安徽省建筑基坑支护技术规程实施细则》、湖北省标准《基坑工程技术规程》（DB42/T159-2012）、河南省标准《河南省基坑工程技术规范》（DBJ41/139-2014）、四川省标准《成都地区基坑工程安全技术规范》（DB51/T5072-2011）、甘肃省标准《建筑基坑工程技术规程》（DB62T/25-3111-2016）以及香港Reviews of Design Methods for Excavations（GCO Publication No.1/90）、Foundation Design and Construction（GEO Publication No.1/2006）等，还有市一级的基坑工程技术标准，如深圳市标准《基坑支护技术标准》（SJG 05-2020）。这些标准为基坑工程的安全建设起到了巨大的保驾护航作用。同时，不同层面的基坑工程技术规范既具有统一性，又具有差异性，各具特色、各有侧重；不同地区根据各自特征因地制宜，制定的地方标准，充分发挥地方技术和经验优势，与国家标准在基本理论上相统一，在支护技术方法上突现地方特色，充分体现了基坑工程的共性特征和个性特征，国家标准与地方标准相得益彰，共同促进基坑工程技术的稳步发展。
基坑工程大多位于城市建成区和闹市区，周围环境复杂、敏感，基坑土石方开挖和地下室施工期间，或多或少影响基坑周边的建（构）筑物、道路、桥梁、地铁隧道和管线的变形和安全稳定，决定了基坑工程具有明显的环境保护特征。
基坑工程既跨越岩土、结构、工程地质与水文地质等基础学科，又跨越测量、施工、检测、监测和安全管理等应用学科，各学科的分析计算模型和分析计算方法各不相同，决定了基坑工程具有较大安全风险的特征。
基坑工程的土压力理论、基坑支护结构设计计算理论尚不够完善，土压力精准计算、支护结构构件受力和变形精确计算难以实现。中国科学院院士孙钧教授认为：希望岩土工程只依靠经典的力学手段来解决其复杂的具体工程问题，往往是不可能的，也是不现实的(苗国航，2010)。他指出，岩土介质充满着不确定性、不确知性和信息不完全性，岩土材料随机性和离散性大，设计计算假定、计算模式、岩土本构关系、计算方法以及监测点布置和施工方案存在差异等，虽然采用了定量的计算分析手段和先进的计算机工具，得出的结果却*多只是半定量的、甚至只是定性的结果。因此，他提出，岩土工程要不断探索“不求计算精确，而要判断正确”的新路子，要做到“半理论、半经验和实践”，做好典型工程类比分析，使之在量级上和变化规律性上以及得出的正负号上不犯大错。
1.2 基坑工程水平荷载计算方法
关于基坑工程水平荷载计算方法，在行标《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）中比较全面地进行了规定，并给出了一系列的计算公式。
（1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）规定计算作用在支护结构上的水平荷载时，应考虑如下因素：
①基坑内外土的自重（包括地下水）；
②基坑周边既有和在建的建（构）筑物荷载；
③基坑周边施工荷载和设备荷载；
④基坑周边道路车辆荷载；
⑤冻胀、温度变化及其他因素产生的作用。
（2）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）规定计算作用在支护结构上的土压力应按下列规定确定：
①支护结构外侧的主动土压力强度标准值、支护结构内侧的被动土压力强度标准值宜按朗肯土压力理论和公式计算。对地下水位以上或水土合算的土层，计算土的自重时取土的天然重度；对水土分算的土层，计算土的自重时应减去计算点的水压力，同时计算土压力强度应加上计算点的水压力。对静止状态地下水，支护结构外侧水压力等于水的重度和基坑外侧地下水位至主动土压力强度计算点的垂直距离，承压水取测压管水位；支护结构内侧水压力等于水的重度和基坑内侧地下水位至被动土压力强度计算点的垂直距离，承压水取测压管水位。当采用悬挂式截水围幕时，应考虑地下水从围幕底向基坑内渗流对水压力的影响。
②在土压力影响范围内，存在相邻建筑物地下墙体等稳定界面时，可采用库仑土压力理论计算界面内有限滑动楔体产生的主动土压力，此时，同一土层的土压力可采用沿深度线性分布形式，支护结构与土之间的摩擦角宜取零。本条原则适应于相邻基坑土条土压力的计算。
③需要严格限制支护结构的水平位移时，支护结构外侧的土压力宜取静止土压力。
④有可靠经验时，可采用支护结构与土相互作用的方法计算土压力。
（3）对于层状地层的土压力计算，《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）提出了如下土压力计算规定：
①当土层厚度较均匀、层面坡度较平缓时，宜取邻近勘察孔的各土层厚度，或同一计算剖面内各土层厚度的平均值。
②当同一计算剖面内各勘察孔的土层厚度分布不均匀时，应取*不利勘察孔的各土层厚度。
③对复杂地层且距勘察孔较远时，应通过综合分析土层变化趋势后确定土层的计算厚度。
④当相邻土层的土性接近，且对土压力的影响可以忽略不计或有利时，可归并为同一计算土层。
该规程规定，支护结构外侧土层中竖向应力标准值为土层计算点的自重总应力和各种附加荷载作用下产生的附加应力标准值之和，该规范给出了均布附加荷载、局部附加荷载（包括条形附加荷载和矩形附加荷载）作用下土层中竖向附加应力标准值的计算方法和公式；支护结构内侧土层中竖向总应力标准值为土层计算点的自重总应力。将计算的竖向附加应力乘以主动土压力系数得到作用在支护结构上的附加水平荷载，附加水平荷载的作用范围和大小受附加竖向荷载的空间作用位置和大小控制。
⑤当支护结构顶部低于地面，其上方采用放坡或土钉墙时，支护结构顶部以上土体对支护结构的作用力宜按库仑土压力理论计算，或者将其视作附加荷载首先计算土中附加竖向应力标准值，再乘以主动土压力系数得到作用在支护结构上的附加水平荷载，同样，附加水平荷载的作用范围和大小受支护结构顶部以上土体的空间分布和大小控制。
1.3 基坑工程支护结构内力计算和稳定性分析方法
关于基坑工程支护结构内力计算和稳定性分析方法，行标《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）首先对支护结构类型进行了分类，将支护结构分为放坡、重力式水泥土墙、土钉墙和支挡式结构等四大类，并对重力式水泥土墙、土钉墙和支挡式结构等类型的支护结构内力计算和稳定性分析方法进行了规定，相应地给出了一系列的计算公式或分析方法。
（1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）规定，对重力式水泥土墙应进行稳定性和承载力验算。稳定性包括滑移稳定性、倾覆稳定性、整体稳定性和坑底隆起稳定性，验算规定如下：
①重力式水泥土墙的抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性安全系数应分别不小于1.2和1.3。
②重力式水泥土墙应按圆弧滑动条分法进行整体稳定性验算，圆弧滑动稳定性安全系数应不小于1.3，当墙底下存在软弱下卧层时，稳定性验算的滑动面应包括由圆弧与软弱土层层面组成的复合滑动面。
③重力式水泥土墙的嵌固深度应满足坑底隆起稳定性要求。
④重力式水泥土墙墙体的正截面应力应满足拉应力、压应力和剪应力的要求，正截面应力验算应包括基坑面以下主动、被动土压力强度相等处以及基坑底面处和水泥土墙的截面突变处。规程规定当地下水位高于基坑底面时，应进行地下水渗透稳定性验算。
（2）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）规定，对土钉墙应进行基坑开挖各工况的整体滑动稳定性验算，验算规定如下：
①整体滑动稳定性可采用圆弧滑动条分法；圆弧滑动稳定性安全系数对二级、三级基坑分别应不小于1.3和1.25。
②水泥土桩复合土钉墙，在需要考虑地下水压力的作用时，其整体稳定性计算抗滑力中应减去水的浮托力。
③当基坑面以下存在软弱下卧土层时，整体稳定性滑动面中应包括由圆弧与软弱土层层面组成的复合滑动面。
④微型桩、水泥土桩复合土钉墙，滑弧穿过其嵌固段的土条可适当考虑桩的抗滑作用。
⑤基坑底面下有软土层的土钉墙结构应进行坑底隆起稳定性验算，隆起稳定性安全系数对二级、三级基坑应分别不小于1.6和1.4。
⑥土钉墙与截水围幕结合时，应进行地下渗透稳定性验算。
（3）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）规定，土钉墙应进行单根土钉极限抗拔承载力和土钉杆体受拉承载力计算，单根土钉的抗拔安全系数对二级、三级基坑应分别不小于1.6和1.4，土钉杆体受拉承载力设计值计算取杆体的抗拉强度设计值。规程提出了坡面倾斜时的主动土压力折减系数计算公式。
该规程考虑了土钉墙墙面土压力会受土方开挖、土钉施作和面层浇注的施工影响，从而存在土压力重新调整的实际，对土钉墙土压力沿墙面的分布形式进行了调整，提出了土钉轴向拉力调整系数计算公式。土压力沿墙面分布形式调整的前提是假定调整之后的各个土钉轴向拉力之和与调整之前的各个土钉轴向拉力之和相等，显然，每根土钉轴向拉力调整系数是不同的。
（4）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）对支挡式结构中的排桩、双排桩、锚杆、内支撑、地下连续墙等结构内力计算进行了规定，并提出了一系列的结构内力计算公式和稳定性分析方法，支挡式结构分析方法如下：
①悬臂式支挡结构、双排桩，宜采用平面杆系结构弹性支点法进行受力、变形分析。
②锚拉式支挡结构，可将整个结构分解为挡土结构、锚拉结构（锚杆、腰梁、冠梁）分别进行分析计算；挡土结构宜采用平面杆系结构弹性支点法进行分析；作用在锚拉结构上的荷载应取挡土结构分析时得出的支点力。
③支撑式支挡结构，可将整个结构分解为挡土结构和内支撑结构分别进行分析；内支撑结构可按平面结构进行分析，挡土结构传至内支撑结构的荷载应取挡土结构分析得出的支点力；对挡土结构和内支撑结构分别进行分析时，应考虑其相互之间的变形协调。
④当有可靠经验时，可采用空间结构分析方法对支挡式结构进行整体分析，或采用结构与土体相互作用的分析方法对支挡式结构与基坑土体进行整体分析。
采用平面杆系结构弹性支点法进行结构内力和变形分析计算时，《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）
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