软土地区基坑支护方法浅析-大作业论文.doc

软土地区基坑支护方法浅析
摘 要
随着我国城市建设的飞速发展，城市人口越来越密集，用地越来越紧张，出现了各种各样的高层、超高层建筑，以及大片地下工程（如地铁）得以施工建设。这些建筑物的出现使得基础的埋深越来越大，基坑深度的增加导致土压力的增加，对于基坑支护的要求也随之增加。基坑支护显得尤为重要。我国经济发达的地带主要位于东南沿海地区，这些地区软土分布广泛，软土本身存在强度低流变性大等特点，在施工过程中就要更多的考虑软土自身的特点进行基坑支护设计。本文主要针对放坡开挖、SMW工法、土钉墙、人工冻结法尤其是地下连续墙集中软土地区基坑支护常用手段的优缺点和适用范围作出介绍，并对地下连续墙的设计做出详细的讨论。最后提出在施工过程中应综合考虑现场条件综合利用这些支护方法。
关键词：软土；基坑支护；放坡开挖；SMW工法；土钉墙；人工冻结法；地下连续墙；

目录

第1章引言 1
1.1 我国基坑支护现状 1
1.2 国内外研究现状 2
第2章软土地区基坑支护方法 4
2.1 放坡开挖 4
2.2 SMW工法（劲性水泥土连续墙） 6
2.2.1.1受力分析 7
2.2.1.2变形机理 7
2.2.3.1工程概况 8
2.2.3.2圈护结构设计 8
2.3土钉墙 9
2.3.3.1 工程概况 11
2.3.3.2 土钉墙设计 11
2.3.3.3 基坑排水设计 11
2.3.3.4 挖土方案设计 12
2.3.3.5 施工工艺流程 12
2.3.3.6 施工工艺及技术措施要点 12
2.4 地下连续墙 12
2.4.2.1基坑失稳的破坏形式 13
2.4.2.2基坑稳定分析 14
2.5人工冻结法 18
2.5.3 冻结墙结构模型分析 19
第3章结语 20
参考文献 20

II

第1章 引 言
1.1 我国基坑支护现状
当下大部分基础埋深都很大，从几米到几十米，并且大多采用明挖法施工，又是在市区建设，所以根本没有足够的空间采用放坡法施工。这就要求在施工建设时，需要采取加固措施对此类深基坑工程进行支护,防止由于基坑开挖过程土体的卸荷作用导致周围土体产生过大的沉降、基坑中部土体产生过大隆起或者基坑失稳等事故的发生，以避免因此类事故发生而造成生命和财产的损失。
我国经济发达的城市大多位于沿海及长江流域一带的软土地区，并且由于这个地区的土质比较软弱，基坑开挖过程很容易产生较大的变形。基坑的变形过大将影响周边的建筑、地下管线以及其他的市政设施。因此，软土地区的深基坑工程事故问题更加突出。
目前，我国的基坑工程主要有以下几个特点：（1）基坑的平面尺寸很大，长度和宽度可达到几百甚至上千米，这样大的基坑给支撑结构带来相当大的困难；（2）基坑的竖向深度不断增大，施工过程中很容易产生塌方等严重事故；（3）软土地区，基坑开挖会给周围土体造成很大的位移，导致周边的建筑物、地下管线以及市政设施发生变形甚至是破坏；（4）大型的深基坑工程的施工周期都很长，对支护系统的要求，对基坑稳定的要求都很高。
软土地区的基坑工程中，控制基坑周边土体的沉降和维持基坑稳定的最重要的就是基坑支护体系。一般来说，基坑支护体系的作用主要有：（1）当基坑周边的环境不允许采用放坡开挖时，基坑支护体系可保证基坑的开挖顺利进行，同时又不占用多余的土地；（2）保护周边建（构）筑物和地下管线的安全；可控制地下水；（3）基坑开挖的卸载作用，基坑中的土体会发生隆起，严重时会造成基坑隆起失稳或者出现“踢脚”，基坑支护体系可减小基坑土体隆起。
目前，我国软土地区主要的基坑支护形式的比较如表1所示
1.2.1软土研究现状
软土作为一种一定地质条件下形成的区域性特殊土，具有变形大、承载力低、力学性质复杂等特点；因此，过去对软土的研究依然不够，导致软土地区的深基坑工程事故频发。近些年，由于科技的发展、技术水平的提高，成功的解决了土工结构在一些复杂情况下的计算问题，对软土的研究也已经成为一个热门的话题。

表1基坑支护的几种主要形式的对比
支护形式
适用条件
优点
缺点
放坡开挖
场地开阔，只求稳定，
位移控制无严格要求
安全、造价最低
占地较广，开挖和回
填土方很大
SMW工法
适用土质范围广
对周围地层影响小；施工噪声小、无振动、工期短；废土产生量小，无泥浆污染；
支护刚度小,开挖后
变形较大
土钉墙
地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等地质条件较好地区
起主动嵌固作用,增加边坡稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。不独立占工期，施工快捷，操作方便，设备
简单，所需场地小
缺乏合理的控制位移计算理论，如果位移要求严格的工程需慎用
地下连续墙
地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要
求较高的基坑。
刚度大，整体性好，可用于超深围护结构和作为主体结构；减少施工对环境的影响；可逆筑法施工，是目前可做到最深的支护形式。
对废泥浆处理困难；挖槽以后的槽壁容易坍塌的问题；造价较高；对施工单位操作水平要求也较高
人工冻结法
含水量较高的砂性土或软土中
强度高，止水效果好，环境影响小，适应性强，造价低
应用冻结法的冻胀和融沉效应不好解决
1.2 国内外研究现状
Roscoe[1]等人基于临界状态土力学所建立的剑桥模型，极大的推动了人们对于土的本构和性质的研究，因为它可以很好地反映黏土的强度和变形特性，而他的成就也被誉为现代土力学的先驱。
黄绍铭、高大钊[2]等将我国沿海地区的软黏土大致分为四类：淤泥、淤泥质粘土、淤泥质亚黏土、淤泥混砂。同时又对我国珠江三角洲、深圳地区、福建沿海、浙江沿海、上海地区、江苏连云港以及天津塘沽地区的软土的工程特征进行分析和归纳。
Nakai[3]等根对超固结黏土进行在不同剪切速率条件下的多个试验后，得出：超固结黏土在三轴压缩试验下以及在伸长条件下土体的变形和强度的改变的特征。
Bjerrum[4]通过对Crawford的不同固结时间正常固结土试验的分析，用平行直线等效替代了e-logP等时曲线，进而成功解释软土拟超固结现象。
迄今为止，世界各地的研究学者们已经发展出几百个用来反映土的各种特性的本构模型。其中主要有5大类模型：弹性模型、非线性弹性模型、弹塑性模型、粘弹性模型、边界面模型；而弹塑性模型可以非常好的反映出土体本身的特性。可是各国学者希望找到对土体的各种影响因素都可以反映出的模型，但是这样做不但非常困难，而且由于土体的不确定性，几乎不可能实现，所以，学者们开发出来更为实用的本构模型，这些模型更多的用于反映土体的某一种特性。
Carter[5]等提出即虑天然黏土的应力状态、应力历史，又考虑孔隙比和土体结构的基于临界状态的结构性剑桥模型。
Pender[6]等提出了超固结土本构模型，利用该模型的推广可以准确预测土在复杂应力条件下的强度、破坏和变形等。
Hashiguchi[7]提出了下加载面的概念，并将其融合到土体的本构模型中，得到了比较理想的效果。
Kavvadas[8]等人建立了可以反映结构性土的临界状态增量塑性模型，用这个基于增量塑性和临界状态概念，可以模拟出当土体受到扰动所引起的结构破损对土的工程性质的影响。
综上所述，从国内外的专家学者以及工程师们的研究现状可以看出，深基坑开挖对地面沉降的影响已得到世界各地的普遍重视，尤其对软土地区的研究成果最为丰富。从单纯的理论分析，到各种室内室外实验，再由实际工程的检测到有限元数值模拟分析等，得到很多有用的数据、实验、模型、公式等。但是，对软土地区的很多问题，比如场地土的特性对深基坑开挖过程的影响、基坑开挖对土体沉降的影响规律还因各种施工因素作用需做进一步研究。
1.2.2软土地区基坑支护研究现状
在软土地区，由于土质的特殊性，各种基坑都面临一个尤其重要的问题——基坑的稳定。现代的基坑可以做到几米至几十米，如果不能保证基坑稳定，一旦基坑发生破坏，像几十米深的基坑将产生极其严重的后果。最早研究基坑稳定和破坏问题始于挖土和挡土墙的稳定分析。基坑工程的设计原则规定：（1）保证支护结构自身的强度、稳定和变形的要求，同时保证周边环境的安全；（2）在保证安全和保护环境的条件下，尽量使工程达到经济性的要求；（3）在以上两个前提下，应该最大可能的使施工方便还应保证按时完工。
王体广[9]对杭州地铁1号线某车站由于开挖导致变形过大分析得出，支护体系是控制基坑变形的唯一方法；若实际土质条件与地质报告中描述的不一致，应尽早采取处理措施；应保证在分层、分步、对称、平衡的原则下进行开挖；并减少对原状土的扰动。
蒋洪胜、刘国彬、刘建航[10]采用考虑时空效应工艺控制围护结构在无支撑条件下的时间和每层土体的开挖厚度为主的参数，已在实际基坑开挖工程中取得了非常好的技术和经济效果。
卢礼顺、刘建航、刘庆华、刘松樵[11]将理论分析与实测数据比较，提出控制因降水引起的土体沉降的方法：改善支护结构（包括内支撑的刚度，支护结构插入土体的深度，减少地连墙的接缝等），合理控制降水量随时间的变化。
Clough和O’Rourke[12]通过对多个地区的多个工程数据分析研究后，得到支护体系后的地面沉降的影响范围大约为2倍的基坑开挖的深度。
周沈华、杨有海、王随新[13]通过对杭州地铁一号线秋涛路站开挖过程的监测资料的整理，分析了基坑周边地表沉降与时间的关系、基坑周边地表沉降与距离的关系；得出影响地面沉降的因素很多，应合理设计；距基坑距离的增大，地面沉降表现出先增大后减小的特征；还应注意到监测的重要性。
经过许多的工程验证，基坑外土体的最大沉降的位置一基坑的开挖深度存在一定的关系。由Chang YuOu和Pio Go Hsieh[14]等人经过分析提出由于基坑开挖所导致墙后土体产生的沉降，该沉降曲线有两个模式，分别为三角形和凹槽形沉降模式，得出墙后的地面沉降主要发生在地下连续墙边附近的位置。
汪中卫、刘国彬、王旭东、宰金珉[15]通过将上海某开挖深度达15.5m的多层内支撑的基坑工程的现场检测数据与世界上其他相似基坑工程相对比，发现此工程的地面沉降和地下连续墙的变形都很小。这是由于考虑时空效应后，分薄层、小块、快挖、快撑、注浆加固等措施的应用；又提出基坑的变形既和土体本身的变形有关，土体的固结也产生了非常大的影响。
Goldberg[16]等人考虑到由于基坑开挖，基坑的支护结构会发生水平位移，而且影响围护结构水平位移的因素有许多，比如土质、刚度等，经过分析63个基坑工程的实测资料，证明了该结论。
龚晓南、高有潮[17]认为：基坑开挖很浅时，基坑底部隆起很小；当开挖达到某一个深度时，地下连续墙两侧的塑性区在地下连续墙的根部连通，导致隆起明显增大；继续开挖，很容易造成基坑的失稳破坏。
第2章 软土地区基坑支护方法
2.1放坡开挖
放坡开挖时一种最为古老的基坑支护方法，至今仍被广泛采用（如图1所示）。放坡开挖克适用于地基土质较好开挖深度达8m施工现场有足够放坡场地对位移变化要求不是很严格的工程。根据土体本身的自稳能力，不同的土体存在不同的坡度系数，我们可以根据坡度系数进行相应的放坡，当基坑深度较大时可以采用分台阶放坡的方法开挖基坑。当软土地区地下水位较高时，先采用井点降水的方法将地下水位降低到基坑底部1m以下的位置之后进行放坡开挖。同时要做好坡体表面保护工作，并进行相应的监测。放坡开挖具有造价低、安全的特点，但是由于其占地面积较大、土方量较大因而在城市基坑建设中较少采用。

图1放坡开挖示例
2.1.1放坡开挖方法
基坑开挖的总体原则：在基坑开挖过程中应掌握好“分层、分布、对称、平衡、限时”五个要求，遵循“竖向分层、纵向分段、快速封底”的原则，并做好基坑排水。即“沿纵向按限定长度的开挖段逐段开挖，在每个开挖段中分层，分小段开挖，做好基坑排水，减少基坑暴露时间。
在基坑开挖施工中，通过选择并确定安全合理的基坑边坡坡度，使基坑开挖后的土体，依靠自身的强度，在新的平衡状态下取得稳定的边坡并维护整个基坑的稳定状况，同时还可以不使用横向支撑，以减少工程造价。
2.1.2基坑开挖施工
基坑开挖工艺流程：降水开挖表层对称放坡开挖冠梁施工分层向下开挖（每层监测）挖至基地（底部30cm人工开挖）底板施工。
2.1.3 基坑边坡支护
为减少基坑暴露时间，基坑边坡开挖完成后，应立即组织人员清理坡面松散土体，整平坡面，及时进行坡面支护。
2.1.4 基坑降水
在放坡开挖基坑时，除了沿基坑四周地面筑堤挖沟截水、组织疏水以防止地表水流入基坑冲刷边坡造成塌方和基坑浸水外，当基坑底面低于地下水位时，地下水将会不断地渗入基坑内，要做好基坑降水设计。
2.1.5 施工要点
对于场地比较空旷、开挖深度8 m以内的基坑工程来说，可以考虑用放坡开挖来进行施工，无需使用横向支撑，大大缩减了工程的总造价。实践表明，这种施工方法技术可行、安全可靠、经济合理。在施工过程中应注意以下技术要点：
⑴基坑施工过程中，基坑两侧坡顶不得推土、堆料。
⑵基坑开挖分层分段均匀对称进行，遵循“分层、分布、对称、平衡、限时”五个要求，遵循“竖向分层、纵向分段、快速封底”的施工原则。
⑶土方开挖过程中及时封堵墙体上的渗漏点，并确保排水系统正常运转。
⑷基坑开挖过程中严禁超挖，基坑纵向放坡不大于安全坡度，对暴露时间长或可能受暴雨冲刷的纵坡采用挂网喷浆等坡面保护措施，严防纵向滑坡。
⑸基坑开挖后及时设置坑内排水沟和集水井。
⑹机械开挖的同时辅以人工配合，特别是基地以上30cm的土层采用人工开挖，以减少超挖、保持抗体土体的原装结构。
⑺加强基坑稳定的观察和监控，以便发现施工安全隐患，并及时采取补救措施。
2.2 SMW工法（劲性水泥土连续墙）
劲性水泥土连续墙(SMW工法如图2所示)是采用专用多轴搅拌机，就地钻进切削土体，同时从其钻头前端将水泥浆液注入土体，经反复搅拌和充分混合后，再将H型钢或其它芯材插入搅拌体内，形成地下连续墙体。这种墙体具有止水性好，对周围环境影响小，无泥浆污染，施工速度快，以及对地层适应性强等特点，在国外得到广泛的应用。在我国，SMW工法的应用尚处在起步阶段，很有必要对此工法的受力机理以及典型工程作详细的阐述。

图2 SMW法施工示例
2 .2.1SMW工法受力与变形机理
2.2.1.1受力分析
SMW工法是在水泥土搅拌桩中插入受拉材料，通常为H型钢。一般认为水泥土与型钢之间的粘结强度和混凝土与钢筋之同的粘结强度相比很小，因而很难认为水泥土与型钢是共同工作的。通常认为：水土俩压力全部由型钢独立承担，水泥土搅拌桩用于抗渗止水。不过试验表明，水泥土对型钢的包裹作用提高了型钢的刚度，可起到减少位移的作用。此外，水泥土还起到套箍作用，可以防止型钢失稳。图1为日本材料协会对H型钢与水泥土共同作用的试验结果曲线。试件在现场养护70 d后进行压弯试验，同时用相同尺寸的H型钢进行对比试验。图3中a曲线表示水泥土与H型钢混合体的荷载与挠度之间的关系，b曲线对应与H型钢。对比可见：在相同荷载作用下水泥土与H型钢的混合体挠度要小一些，其抗弯刚度比相应H型钢的刚度要大20％。

图3劲性桩与H型钢压弯比较
2.2.1.2变形机理
搅拌桩体对芯材料(H型钢)的适应性如何是SMW工法的关键所在。如果由于芯材的变形与搅拌桩不协调，造成桩体开裂，形成大量漏水，就会导致工程失败。根据一些试验研究表明，搅拌桩的强度增加在空气中较快，而在土中较慢．在开挖过程中，搅拌桩的变形在土中即已发生，此时由于桩体强度较低。因而变形适应性较好。待开挖出来后，桩体的强度迅速提高，但变形巳大部分完成。因此，根据国内外大量工程实例证明，一般基坑计算变形在30 mm左右是不会导致搅拌桩体大量开裂的。
2.2.2 SMW法的优点
(1)劲性水泥土连续墙(SMW工法)具有无泥浆污染公害，对周边环境影响小，占用施工空间少，施工速度快，造价低等特点，适用于周边环境复杂，施工场地狭窄的基坑工程。
(2)水泥土对型钢的包裹作用能够提高型钢的刚度，可起到减少位移的作用。此外，水泥土还起到套箍作用，可以防止型钢失稳。
(3)水泥土搅拌桩对H型钢变形的适应性较好，基坑计算变形在30 mm左右时不会导致墙体大量开裂。
2.2.3工程实例
2.2.3.1工程概况
上海某工程，基坑开挖面积约1838 m2，挖深12.4m，日护挡土结构长约220延长米，工程场地地质条件如表2所示。
表2 场地地质条件

2.2.3.2圈护结构设计
本工程地处闹市中心，场地四周皆为道路，地下管线密集，尤其在基坑两侧有一条合流污水管，距地下室外墙只有4 m，是重点保护对象，如图4所示。因此客观上要求圉护结构施工离污水管愈远愈好。在上海地区，如此挖探的基坑，围护结构常规可采用钻孔灌注桩挡土，双排搅拌桩止水的结构形式，也可以采用地下连续墙。然而本工程所处场地土在-12.0m上砂性严重，钻孔桩难以成孔，可能产生的后果是搅拌桩完成后施工钻孔灌注桩时易造成孔斜，同时砂性土层易塌孔，从而造成后继围护灌注桩难以按图施工．如采用搅拌桩套打工艺，则造成工程量加大，施工周期拖长的弊病．此外，钻孔桩加搅拌桩的形式，施工场地多(以900 mm钻孔桩为例，围护结构度为900+100+1200=2200mm)，而且施工时会产生大量泥浆，对环境造成污染。地下墙虽然整体刚度大，止水效果好，但其单位造价高。本工程砂性土层厚，地下墙成槽有一定难度，通常须采取预加固措施，而且地下墙同样也有泥浆处理的问题。

图4 围护结构平面布置图
通过以上分析，本工程决定采用劲性水泥土连续墙(SMW工法)的围护结构形式．此工法作为围护系统，具有以下几点优越性：
(1)桩体的垂直度可得到有效的控制，保证今后地下室施工时围护不至于侵入底板边线；
(2)砂性土层不会对桩体旖工造成困难；
(3)施工时由于水泥浆水灰比大(1.5-2.0)，对周围地下管线影响小；
(4)施工速度快。现场设备简单，工作量小(H型钢均在场外加工厂制作,运至工地可直接插入)；
(5)如有地下水渗漏，堵漏较为方便，可直接在两型钢外面直接焊上钢板，内塞满硬水泥砂浆，同时不会向周围延伸；
(6)总造价不高，与钻孔灌注桩相比造价还略有下降；
(7)对环境保护有利，劲性水泥土连续墙仅在施工后期将置换出来并已固结的干土外运，因而大大减少了泥浆的排放。
2.3土钉墙
随着我国社会经济的快速发展，城市化进度加快，在密集城市中心，满足日益增长的停车功能的需要，结合城市建设和开发利用地下空间已成为一种必然。在江浙等地区，浅部普遍分布较为深厚的软流塑的淤泥质粉质粘土层，为地下基坑开挖带来极大困难。随着土钉墙技术的发展，采用土钉墙施工设备简单，操作方便，边开挖边支护施工便于信息化施工，施工速度快且工程造价低、经济等特点，在本地区在开挖深度不大于6．0m深基坑中围护结构中，逐渐采用土钉墙(复合土钉墙)的支护，并取的良好的结果，值得在软土分布比较广的地区推广使用。
2.3.1土钉墙的作用机理
土体的抗剪强度较低抗拉强度几乎为零，但土体具有一定的结构强度及整体性，土坡有保持自然稳定的能力；土钉墙通过在土体内设置一定长度和密度的土钉，与土共同作用，形成了以增强边坡稳定能力为主要目的的复合土体，是一种主动制约机制，土钉与土的相互作用，形成了能提高原状土强度和刚度的复合土体，改变了土坡的变形与破坏形式，显著提高了土坡的整体稳定性。
土钉在复合土体内的作用主要有：
（1）箍束骨架作用：土钉制约土体变形，使土钉之间形成土拱使复合土体获得了较大的承载力，并将复合土体构成一个整体。
（2）承担主要荷载作用：土钉有较高的抗拉、抗剪强度以及抗弯刚度，当土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移，延缓了复合土体塑性区的开展及开裂的出现。
3)应力传递与扩散作用：依靠土钉与土的相互作用，土钉将所承受的荷载沿全长向周围土体扩散及向深处土体传递，使边坡应力水平大大降低，从而推迟了开裂的形成与发展。
4)对坡面的约束作用：在坡面上设置的与土钉连成一体的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分，土钉使面层与土体紧密接触从而使瞬层有效发挥作用。
5)加固土体作用：地层常常有裂隙发育，土钉注浆时，浆液顺着裂隙扩渗，形成网格状胶结体，增大土钉与周围土体的粘结力，也直接提高了原位土体的强度。
2.3.2土钉墙的适用范围
按建筑基坑支护技术规程中有关规定：
1)基坑侧壁安全等级宜为二、三级的基坑；
2)基坑深度不宜大于12 m的基坑；苏南地区基坑深度不宜大于6 m的基坑(地区经验)
3)当地下水位高于基坑地面时，应采取降水或截水措施
在设计中通常因为根据土钉工艺为先成孔后植入土钉体，在软土区成孔困难，设计师常为此而放弃施工土钉墙的围护结构体系。然而根据土钉墙施工工艺，在难于成孔的软土地层，采用打人式花管土钉，即将48的钢管利用专门的设备直接打入土中，在钢管上按一定的规律布置直径5mm的钻孔，并焊接小角倒刺予以保护，并将带倒刺的钢管打入土中，高压注浆，从而形成土钉。这样施工速度快，使用范围拓宽，可以解决填土、软土以及粉土层等难以成孔的土层，拓宽了土钉墙的使用范围。
2.3.3工程实例
2.3.3.1工程概况
工程场地位于温州市区内，为人民路以南，马鞍池路以北，东西分别邻近飞霞南路与小南路，是旧城改建成片拆除后的新建小区。工程为 9－30 层的高层商住楼群，共 52 幢建筑，建筑面积为 96.85 万平方米，采用框架结构和框剪结构体系，地下室均为一层。
场区地下水埋深在 1m 左右，基坑开挖涉及土层依次为杂填土；粘土；淤泥。力学指标如表3（据部分工程项目岩土工程勘察报告综合治理）：
表3 工程地质情况

值得注意的是作为基坑挖土范围内的主要土质--淤泥土，性饱和、流塑，高压缩性，高灵敏度，抗剪强度小，对土钉支护较为不利。
2.3.3.2土钉墙设计
以锚管代替土钉墙规程中的土钉来作为主要的受力杆件，一方面解决了淤泥中成孔难的问题，另一方面利用锚管壁上开小孔压力注浆可改善淤泥的性能。设计时，先根据工程条件、施工要求以及工程经验，初步确定土钉强度及尺寸、布置，再进行稳定性分析：一是将土钉复合土体挡土墙结构同一般挡土墙一样进行抗滑移、抗倾覆、下卧层地基承载力和深层整体稳定验算；二是土钉复合土体本身的稳定性验算，包括施工阶段土钉复合墙体稳定性验算、土钉强度验算和面板强度验算。为解决基坑底部的隆起，保证支护的稳定性，主要采用压木桩和前置花管进行加固。对挖深在 5m 以内的一般采用压木桩方法，对挖深大于 5m 的区域，需要将两种手段结合使用。对基坑变形要求严格的部位，必要时需要与排桩结合形成联合支护结构。
2.3.3.3基坑排水设计
为防止地表水大量侵入基坑内，在边坡顶部地面上 1.5m 范围内浇筑 80-100mm 厚的 C15 细石砼向边坡外排水，并在地表设 300×300mm 排水沟，对开挖过程中出现的地面开裂等情况应及时封闭。支护阶段基坑内积水利用基坑底设置的 300×300mm 盲沟（用砂石填充），并每隔 15m 设集水坑用水泵抽排明排水。另外，视支护面上排水量的大小，在支护面上设置适量的泄水管，当喷射砼面有渗水时，速打泄水管，泄水管长 1-2m，将支护壁附近的地下水排出，以减少对支护的压力。
2.3.3.4挖土方案设计
施工经验告诉我们，挖土方案对土钉支护的质量影响很大，支护出问题大部分与挖土有关，因此挖土方案必须和支护方案结合起来做。在方案中应明确土方开挖顺序、退土方向、车辆出入部位、运输通道布置，对超出设计允许荷载部位应采取加固措施。要精心安排施工流程，注意绝对不能超长超深开挖，也绝不能不到强度提前往下开挖。
2.3.3.5施工工艺流程
制锚管→分层开挖基坑边槽→修整边坡→打锚杆→初喷混凝土面→编钢筋网片→复喷混凝土面→养护→锚杆注浆→养护→设置坡顶、坡面、坡脚排水。
2.3.3.6施工工艺及技术措施要点
开挖分层厚度控制根据土质情况，控制开挖分层厚度，根据地质报告所提供的土层力学性能可计算得到上限的临界高度 Ho。Ho=2C/rtan(45+Φ/2)应保证开挖高度 H＜Ho在淤泥层中满足不了锚管施工所要求的高度时，现场施工时工作面开挖出来后立即压木桩，并分段开挖，每段长度为 6m 左右，通过利用土体的时空效应以及木桩的瞬时性来达到开挖出来的工作面满足锚管施工的要求，并及时进行喷锚施工，使坡面暴露时间不超过24 小时。注浆注浆压力 0.3-0.7Mpa，如果锚管附近有管线时应注意防止注浆压力过大破坏管线。注浆量视土层情况而定，实际锚管注浆水泥用量为 15-45kg/m 不等，杂填土、旧房基础下注浆量较大，淤泥及粘土中注浆量略低。坡脚处理对抗深大于 5m 的坡脚应加固，工程中分别采用过 Φ48 锚管、Φ100 木桩，效果不错。挖土后，立即打锚管作护壁，注浆时渗入早强剂，坑底边挖边填块石，及时施工承台模和垫层，稳定坑底、坡脚。
2.4 地下连续墙
目前，在软土地区深基坑开挖工程中，大多采用地下连续墙支护体系作为维护结构。地下连续墙（underground diaphragm wall）的施工技术起源于欧洲。它是由打井和石油钻井技术，利用泥浆护壁和水下浇注混凝土的方式所发展起来的。意大利米兰于1950年率先使用了利用护壁泥浆的方法施工地下连续墙；二十世纪50～60年代，这种施工方法得到了西方国家的推广，一举成为施工深基坑工程以及地下工程中非常有效的技术。现在，地下连续墙支护体系在软土地区得到广泛应用和推广，因为这种支护体系可以承受非常大的软土的作用力，并且基坑变形很小，对周围的环境影响也很小。我国江浙一带沿海的软土地区，地铁车站深基坑开挖工程多采用的是此种支护形式。地下连续墙采用专业的挖槽施工机械，再利用泥浆对槽壁的支护作用，按照设计要求在地下挖出具有设计宽度和深度的槽，放置设计好的钢筋笼，而后在槽中浇筑混凝土或者其它的相应的材料，最后形成了具有抵挡土体、防止渗流等特点的地下连续墙。
2.4.1地下连续墙的分类
地下连续墙的分类方式如表4所示。地下连续墙实拍照片如图5所示。
表4地下连续墙的分类
墙的特点
分类
形成方式
槽板式、桩排式、组合式
使用方式
临时挡土墙、永久挡土墙、防渗墙、做为基础的连续墙
材料
钢筋混凝土、钢板、泥浆槽墙、塑性混凝土墙、预制墙、后张预应力地下连续墙
开挖方式
地下连续墙（开挖）、地下防渗墙（不开挖）

图5地下连续墙
2.4.2地下连续墙支护体系稳定验算
2.4.2.1基坑失稳的破坏形式
对于基坑开挖，最严重的一个问题就是失稳。严重的可以造成生命和财产的损失。按破坏的形式有：墙体和内支撑的强度或刚度过小导致的破坏；支护结构未起作用导致的整体滑动失稳破坏；基坑开挖导致坑内土体承载力不够或基坑内外土压力未达到平衡，导致的失稳破坏，称为坑底隆起或踢脚；管涌导致的地基失稳破坏。
总之，基坑发生少量的隆起是允许的，对基坑也不会造成危害，但隆起过大则不可以，需要控制基坑的最大隆起值。
2.4.2.2基坑稳定分析
稳定分析包括坑底隆起和滑动稳定，最主要的是确定墙体插入土体的深度。计算基坑的稳定的分析方法有：按地基极限承载力验算法、按土压力平衡验算法、按圆弧滑动稳定验算法。
（1）按地基极限承载力验算法，适合软土地区的有以下公式：
A. Terzaghi-Peck计算法：
（2-1）
式中 ——黏土的不排水抗剪强度，设定，；
——基坑底以上土的重度。
此公式适用于黏土，设定，滑动面为圆筒面与平面所组成。考虑土的抗剪强度和基坑宽度的影响。当基坑的深度小于基坑的宽度时，结果可靠。
B. Prandtl和terzaghi的地基承载力公式的计算法：
（2-2）
式中 ，——土的粘聚力和摩擦角；
和——地基承载力系数，用Prandtl公式，，
；用terzaghi公式时，，。
此公式是将连续墙底作为基准面，当基坑开挖以后，在基坑内外的土体自重和竖向荷载作用下，计算地基土的稳定性和承载力，以此来判断基坑底的隆起稳定。
C. 日本规范计算法：
（2-3）
式中——开挖深度；
——地面超载；
D. Bjerrum和Edie公式计算法：
黏土的临界开挖深度，转换为一般的形式为：
（2-4）
式中——为黏土的不排水抗剪强度；
——基坑开挖平面形状的系数；其余符号同前。
（2）按土压力平衡验算法
该法可用于多个内支撑的柔性连续墙支护结构。以墙后和墙前的土的作用和抗力，对最下道支撑点进行力矩平衡。最后，应该符合安全要求的规定。
（3）按圆弧滑动稳定验算法
该法中的滑动面以绕最下道内支撑点，经过墙底的圆弧和平行于墙背部的竖向直线所组成的系统。这个方法考虑了插入基坑开挖面以下的连续墙体对抵抗基坑隆起的作用。
抗隆起的力矩和隆起的滑动力矩，分别为：
（2-5）
（2-6）
式中
，
这个方法考虑的滑动面的位置通过连续墙的底部，因此，它可以用于墙体入土深度较大，同时地基土软弱，地面竖向荷载较大，地面变形与沉降要求较高的情况。
2.4.3地下连续墙支护体系墙体的内力和变形计算
计算墙体的内力和变形时，目前普遍采用的是竖向弹性地基梁的基床系数法。计算时，应考虑内支撑的刚度、支撑点的位移和施工的工况等。内支撑应该以弹性支座模拟，压缩弹簧系数，应根据支撑体系的位置、材料、刚度和是否施加预应力等确定。对于当构件支撑结构可按以下公式考虑：
(1) 钢筋混凝土支撑
或（2-7）
式中——内支撑的压缩弹簧系数（KN/m2）；
——混凝土的弹性模量（KN/m2）；
——内支撑的计算长度（m）；
——内支撑的水平间距；
——混凝土的干缩应变；
——混凝土的徐变，取0.5；

(2) 刚支撑
（2-8）
式中——与支撑松弛有关的折减系数，一般为0.30 ~1.0，对于施加预应力的，可为1.0；其他符号同前。
2.4.4地下连续墙支护体系设计
地下连续墙支护体系的设计和施工要求跟其他形式的支护结构一样，首先要保证在基坑开挖和地下结构的施工期间，支护结构体系一定是安全的；另外还要保证在开挖和施工地下结构时，基坑内部需要处于“干”作业状态；同时规定整个支护结构体系的变形必须控制在所规定的安全范围之内。只有这些都满足的情况下才能保证当开挖基坑和施工地下结构部分时，才不会对基坑周边的建（构）筑物、道路、市政设施以及基坑带来有害的影响。
地下连续墙支护体系的设计主要包括地下连续墙墙体的设计和内支撑体系的设计：
(1) 地下连续墙的设计
根据工程实践经验，地下连续墙墙厚600mm时，墙深最大可做28m；当墙厚800mm时，墙深最大可做45m；当墙厚1000~1200mm时，墙深最大可做50m。对于预制地下连续墙墙厚500mm时，墙深最大只能做16m。
墙厚b与深度H之比（以下称深厚比）宜符合表5的规定：
表5地下连续墙允许深厚比
传递竖向力类型
穿越一般粘土、砂土
穿越淤泥、湿陷性黄土
备注
端承
H/b≤60
H/b≤40
端承70%以上竖向力为端承型的地下连续墙
摩擦
不限
不限
同时，应考虑到地下连续墙的抗倾覆的需要，结合当地的土质条件，其插入比应当大于或等于1。槽段间接头形式采用锁口管，混凝土强度等级C30，围护结构与内衬墙作为永久复合结构共同受力，使用阶段可用于结构的抗浮。
验算基坑的稳定性
在基坑开挖施工的过程中，在土体被挖出后，基坑周围的土体产生了变形和发生了应力的变化，如果这两个变化过大会便很有可能对基坑的稳定性造成破坏，基坑周围土体大范围沉降、坑底的隆起和管涌等正是这种原因导致的。因此需要在进行支护体系设计时，验算基坑的稳定性，必要时应该采用一定的加固措施，保证基坑的稳定性在一定的安全范围之内。
目前已形成了很多的计算基坑隆起稳定性的公式，但是很多的公式进行安全系数验算时，只单纯的给出纯粘土（即）或者纯砂土（即）的公式，几乎都没有一起考虑都不为0时的情况。但是对于软土地区，因为土质的特殊性，和都不为零，所以应该将这两个因素同时在土体抗剪强度中考虑。上海同济大学的汪炳鉴等人，通过研究分析，普朗特尔和太沙基得出的地基承载力公式，提出采用式（2-9）验算基坑的抗隆起稳定性，利用这个式子求地下连续墙体的插入深度：
（2-9）
式中：——墙体插入土体的深度；
——基坑开挖的深度；
——地面荷载；
——每层土的天然重度取加权平均值（注：坑外地面至墙底）；
——每层土的天然重度取加权平均值（注：坑内开挖面以下至墙底）；
、——地基极限承载力的计算系数；
——抗隆起安全系数。
内支撑的设计
内支撑是基坑支护体系中非常重要的部分，负责承担土压力和水压力传递给地下连续墙的作用力，它作为结构体系的一部分是由支撑杆件、环梁和立柱等构件所组成的。内支撑结构体系与地下连续墙共同构成了一个为深基坑工程提供可靠的施工空间并保持基坑周边环境稳定的空间，因此它必须具有稳定、连接处安全可靠等特点。.
内支撑一般要根据基坑的尺寸，土质条件，地下连续墙的结构特性、临近建（构）筑物、地下各种管线等障碍物的分布情况以及施工工艺等进行设计。
内支撑体系形式可采用水平式、斜撑式及复合式。考虑到地铁车站的基坑呈长条形，宽度一般为10~20m之间，不需要采用斜撑，因此本文采用的是水平式支撑体系。包括：贯通基坑全宽的对撑；位于基坑角部两邻边之间的斜角撑及斜撑桁架。
这样做的优点有：整体性好、水平力传递可靠、平面刚度大，适合于大小深浅不同的各种基坑工程，应该范围很广。
间距的设计
竖向间距的确定：根据开挖的深度、土质条件等综合考虑内支撑的层数和间距。上、下层水平支撑轴线应布置在同一竖向平面内，净距不宜小于3 m。再结合施工的要求，每道支撑地面与下一层楼板梁顶面之间净距不宜小于500 mm，支撑顶面与上一层楼板底面之间净距不宜小于300 mm。
水平间距的确定：支撑轴线的平面位置应避开主题工程地下结构的柱网轴线；相邻支撑之间的水平距离不宜小于4 m，当土质很软的时候可适当降低。
截面设计
内支撑截面的设计方法与一般构件的方法类似，当将其作为临时结构时，可做如下的规定：
验算内支撑的承载力时，应根据其在各种工况下所计算处的内力包络图进行计算。其表达式为：
γ0F≤R（2-10）
式中——支护结构的重要性系数；
——支撑构件荷载效应的设计值；
——按现行国家的有关结构设计规范所确定出的截面承载力设计值。
水平支撑按偏心受压构件计算。
支撑的计算长度：对于混凝土内支撑，竖向平面内，取邻近立柱之间的中心距，水平面内，取彼此相交的邻近的内支撑中心距。对于钢支撑，当不在同一个水平面内时，它的计算长度应该取和该内支撑相交的邻近内支撑中心距的1.5~2倍，其他情况下的计算长度同混凝土支撑。
2.5人工冻结法
土层人工冻结技术是地下工程中常用的也是可靠的土层加固技术。1862年英国工程师首先利用人工制冷技术进行了建筑基坑的护坡加固。1883年德国工程师F．H．Poetseh利用该技术进行了103m的深煤矿井的土层加固。之后，该技术在世界上许多国家获得了成功的应用。国际上就人工冻结专题从1978年开始，每2—3年组织一次国际研讨会，至今已有8次，使该技术得到了进一步的发展和提高。实践证明，人工冻结技术应用于基坑工程已是一项公认的并为越来越多国家所采用的成功技术。
2.5.1 土层人工冻结法围护软土基坑的技术原理
人工冻结围护软土基坑是指利用软土含水量高的特点，在拟开挖的场地周围土体中插入冻结管，通过冻结土体形成一道将基坑内外地下水隔绝、并具有一定结构强度的冻结墙体，以此作为基坑施工的临时围护结构，待施工完成后，停止冻结，土体融化后恢复原状。
2.5.2土层人工冻结法围护软土基坑的技术