高层建筑中的基础是整个房屋结构的重要组成部分，其造价和工期分别约占建筑物土建总造价的20～30%，占总工期的30～40%左右。高层建筑基础施工有如下特殊性：

（1）基础埋置较深

根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》规定，基础埋置深度，天然地基时应为建筑高度的1/12；桩基时应为建筑高度的1/15，桩长不计在埋置深度以内。且充分利用地下空间，高层建筑一般将地下室建成三～四层，深达20多米，所以深基础工程已成为建造高层建筑的条件。

（2）深基坑工程的设计与施工风险较大 ，

高层建筑在城市鳞次彬比，施工场地狭窄．由于邻近建筑及四周市政工程设施的安全和保护，对基坑工程的稳定和位移要求很严，而基坑工程在施工过程中大部分是临时工程。深基坑的开挖与支护，这是地下工程极其富有变化的领域，它包含土力学强度与稳定间题、位移变形问题、土与支护结构相互作用问题以及环境岩土工程问题。这些问题随着岩土性质不同而差异很大。设计施工不当，极易发生基坑工程事故。因此，其风险较大。

根据工程的重要性，《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GBJ50204－2002将基坑分为以下三级：

1）符合下列情况之一，为一级基坑：

①重要工程或支护结构作主体结构的一部分；

②开挖深度大于10m；

③与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；

④基坑范围内有历史文化、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑。

2）三级基坑为开挖深度小于7m，且周围环境无特别要求时的基坑。

3）除一级和三级基坑工程以外的，均属二级基坑。

由以上的基坑工程等级，可以看出一级基坑工程最重要，二级基坑工程次之，最后是三级基坑工程。

土方工程包括大量土方挖运和拆除支护以及回填，有的工程土方量很大，如何挖运是重要内容。拆除支护支撑，也是在设计方案中应考虑的问题。

（3）大体积混凝土的施工

箱基和筏基的底板较厚，特别是厚筏板其底板混凝土常达3—4m厚，例如新上海国际大厦筏板76m× 72m，板厚3～3.5m，混凝土17000m3。大体积混凝土的关键是施工方法、施工技术措施问题，如何能不间断地一次浇筑上万立方米的混凝土，并能控制水泥水化热所引起的混凝土升温、降温及收缩各阶段产生的裂缝，是大体积混凝土施工的重点。

（4）正确处理好主房与裙房的基础关系

由于建筑功能的需要，高层建筑往往设置主楼与裙房，并必须连结在一起。主楼高裙房低，沉降不同。因此在设计与施工时，必须防止两者间产生较大的差异沉降，并应符合规范要求。

不高层建筑常用的基础形式有：十字交叉条形基础、筏板基础、箱形基础、桩基础和复合基础。

为了保证基础的稳定性，防止基础滑移，高层建筑基础工程施工时，必须解决人工地基、降低地下水位、支护工程、基础混凝土浇筑以及防止基础施工影响邻近建筑和地下管道等问题。

高层建筑的基础施工主要有降水及土方开挖、基坑的支护、基础混凝土浇筑等工作。

9．2．1降水及土方开挖

9．2．1．1 基坑工程降水

高层建筑的基坑工程降水技术，可分为集水明排、井点降水、截水和回灌水几部分内容。具体详本书第2章。

9．2．1．2 基坑土方开挖

基坑土方开挖应根据开挖深度、有无围护结构及围护结构的特点，工程地质、水文地质情况，环境要求等因素，确定周密的开挖方案。基坑开挖一般分为放坡开挖和有围护开挖两类基本方式，具体作法如图9.10所示。

图9.10 基坑开挖的不同方式

通常，在软土地区开挖深度不超过4m的基坑，在土质较好的地区开挖深度不超过5m的基坑，且当场地允许，并经验算能保证土坡稳定时，可采用放坡开挖。当开挖深度超过4m或5m且有条件采用放坡开挖时，宜设置多级平台分层开挖，每级平台的宽度一般不宜小于1.5m。

基坑开挖时对周围的地面排水应保持畅通，且应避免漏水、渗水进入基坑。

在开挖施工方案中、挖土机械的通道布置、挖土顺序、土方驳运、材料堆放以及降水井点等，都应避免对基坑的围护结构、支撑、立柱、工程桩和周围环境等引起不良影响。

基坑边不宜堆置土方或施工设备和器材，以尽量减少地面荷载，否则应验算边坡稳定性。挖土机械停班时，也应停放在放坡线以外。

基坑开挖较深时，挖土应分层进行，分层厚度可根据具体情况确定，一般以2m左右为宜。尤其是机械挖土，应严格挖到开挖面坡度和分层厚度，以防止边坡和挖土机下的土体滑移。

当基坑开挖深度大，坑底土层的垂直渗透系数也较大时，应验算坑底土体的抗隆起、抗管涌和抗承压水的稳定性。当承压含水层埋藏较浅时，应设置减压井，以降低承压水头或采取其他有效的坑底加固措施。

基坑开挖后，应在基坑底做好排水沟和集水井，以便将基坑底积水及时排出。在基坑开挖过程中，如发生异常情况应查清原因，并立即采取相应措施。

基坑暴露时间不宜过长，开挖后应及时进行基础结构施工。

基坑开挖施工，应实行信息化管理和动态监测。

1． 放坡开挖

放坡开挖必须满足合理的放坡要求，也就是根据土层的物理力学指标及地下水影响，且在一定的地面超载作用下，能满足开挖后土坡整体稳定的要求。在编制的施工组织设计中，对挖土和运土设备及车道设置、挖土顺序、土方驳运、卸土地点、人员组织、夜间施工等，均应妥为安排，以确保安全施工。

在雨季进行放坡开挖时，要考虑护坡措施，常用的措施有钢丝网水泥喷浆、混凝土，钢筋网碎石（或片石）混凝土或高分子聚合材料覆盖等。

在采用桩基础的情况下，如土体可能的滑动面通过桩身，且桩在滑动面上下的长度大于5倍桩径时，则可考虑桩的抗滑作用，桩的抗滑力以控制在总抗滑力的10～15％为宜。

放坡开挖时，应考虑邻近正在施工的工程可能给本工程带来的影响，尤其是邻近正在进行打桩等有震动的作业时，更要引起注意。

对于设计时已发现不能满足整体稳定要求的工程，要事前进行滑裂面内的加固措施，一般多用旋喷桩或深层搅拌桩。对于施工中可能出现的与设计条件不符的边坡情况，必须验算边坡稳定性。如安全度不足，应采取削坡或坡顶卸载，坡脚压载，或设防滑桩等措施。

2． 有围护开挖

有围护的基坑开挖，是一项集降水、开挖与支撑三者交叉施工的综合工程，一定要按照事先设计的工况要求和施工组织设计要求精心施工。土方开挖的顺序和方法必须与设计工况相一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖、严禁超挖”的原则。应当尽量缩短基坑无支撑暴露的时间。对一、二级基坑，在每一工况下挖至设计标高后，钢支撑安装周期不宜超过一昼夜，钢筋混凝土支撑的完成时间不宜超过两昼夜，必要时混凝土中可掺早强剂。

基坑工程采用机械挖土时，严禁挖土机械碰撞支撑、立柱、井点管、围护结构和工程桩。除设计允许外，挖土机械和运土车辆不得直接在支撑上行走操作。机械挖土挖至坑底标高以前应保留200～300mm厚的基土，然后用人工挖除整平，并防止坑底土受扰动。

基坑土方不宜用水力机械开挖，因采用水力开挖易使基坑土体含水量增加，强度降低，不利于边坡和坑底稳定。

同一基坑当有深浅不同的部分时，土方开挖宜先从浅基坑开始。对相邻两个同时施工的基坑工程，土方宜先从深基坑开始，待深基坑底板浇筑后，再开始挖另一个较浅基坑的土方。对基坑中局部加深的电梯井、水池等，在土方开挖前，应对其边坡作必要的加固处理。对面积较大的基坑，挖土宜采用分块、分区、对称开挖，以及分区安装支撑的方法。土方挖至设计标高后，应立即浇筑垫层。对桩顶超过设计标高的桩头应在垫层浇筑后处理。

对面积很大的基坑，当不宜设置直接对撑的水平支撑时，可采用中心岛式开挖（图9.11），即先挖基坑中间部分的土方，并留有运土卡车和吊机下基坑的临时道路。待中心岛基础结构完成后，再在设计斜撑处挖沟设斜撑，对称地撑在基础结构上，然后再进行四周开挖，扩大底板及基础。

图9.11 中心岛开挖法——先开挖中心

中心岛式开挖，其周边土堤边坡要满足稳定要求。必须保留足够大的土堤和相对平缓的边坡坡度，以保证围护结构在侧压力作用下的受力平衡和边坡自身的稳定。土坡的坡率和坡顶的宽度应经计算确定。采用中心岛式开挖应特别注意斜撑受力均匀，尽量做到对称同步架设。

当基础平面长宽比较接近且设计采用环形边撑或角撑时，由于基坑中间留有大面积无支撑空间，则直采用预留中心土墩的方法，即先挖周边支撑下的土方，最后挖中心土墩的土方。此时，不仅土方开挖方便，且有利于多台挖土机接驳运土。见图9.12。

图9.12 预留中心土墩法——先开挖四周或两侧

对条形基坑或较窄的基坑，可采用钢管对撑，其间距不小于 3rn，以使抓土斗可以进入挖土。 采用条形开挖法，基坑变形小，可逐段成撑，也可筑垫层，以逐步形成整体刚度。此法还可用于环境保护要求高，需要严格控制变形的基坑。

在平面形状不规则的基坑或有多处窄端的区域内，可采取区域开挖法，分区成撑、筑垫层，逐渐形成整体刚度，并考虑总体均匀对称的原则。

基坑不同开挖方法的特点见表9.1。

9．2．2基坑支护

由于高层建筑基础埋置深，随着基坑深度的增加，基坑工程的技术难度和工程费用急剧提高。目前，通常以基坑挖深7m左右作为划分深基坑和浅基坑的界限。

深基坑设置的支护结构是由具有挡土、止水功能的围护结构，和维持围护结构平衡的支锚体系两部分组成。

围护结构按保持其稳定的方式，可划分为自立式和支锚式两类。

自立式结构不依靠支锚体系就能保持稳定平衡，自立式又可以分为重力式和悬臂式两类。重力式围护结构依靠自身的重力保持稳定，悬臂式则依靠插入土中一定深度时，土的嵌固作用维持其稳定。

支锚式围护结构则需要依靠内支撑或土锚的帮助，才能保持其稳定。

深层搅拌水泥土桩挡土墙和旋喷桩帷幕属于重力式围护结构；各类护壁桩，如钢筋混凝土桩、钢板桩等，在基坑深度不大时，可以是悬臂式围护结构，在基坑深度较大时，就只能做成支锚式围护结构；地下连续墙则既可以是自立式围护结构，也可以是支锚式围护结构，根据具体情况设计而定。

9．2．2．1 护壁桩类支护结构

1．围护结构的类型

（1）钢板桩

槽钢钢板桩 这是一种简易的钢板桩围护结构，用大规格的槽钢正反扣搭接组成。由于槽钢的截面高度较小，这种挡墙的抗弯能力较弱，一般只能用于深度不超过4m的基坑，顶部需设一道拉锚或支撑。 2）热轧锁口钢板桩 钢板桩是由带锁口或钳口的热轧型钢制成，用柴油机或振动打桩机(或液压千斤顶)打(压)入地下，使其互相连接成钢板桩墙，用来挡土和挡水。钢板桩适用于软弱地基及地下水位较高、水量较多的深基坑开挖挡土支护。打设和拔除方便，可重复使用，施工迅速，工期短，打设后可立即开挖无养护期，因此当基坑深度不太大、周围环境要求不太高、且工期又较紧时，往往是优先考虑的方案之一。但在砂砾层及密实砂中施工困难。钢板桩有一定的防水能力（尤其是小止口者和无变形的新钢板桩），但用于透水性大的土层中，仍需用井点等设备降低地下水位。缺点是打拔桩噪声大，一次投入钢量大，且锁(钳)口一但咬合不好易产生涌砂，重复使用时需采取措施解决。

热轧锁口钢板桩不加支锚体系，会有较大的变形，加设过多的支撑又不便于坑内机械化挖土。一般钢板桩与水平支撑、斜撑、角撑结合或用锚杆拉结，以保持其稳定，故除悬臂式钢板桩(又称无锚板桩)外，又分为单锚(支撑)式钢板桩和多锚(支撑)式钢板桩。此外，钢板桩用后拔除时会带土，在土层中形成孔隙带，如处理不当会引起土层移动，影响周围的设施和已施工的结构，应予以充分注意。一般要采用跳拔的方式，或边拔除边灌砂（或注浆）以减少土层移动。

锤击H型钢(工字钢)桩打人土中到预定深度，开挖的同时在桩间加插横板以挡土。这种挡土桩适于土质较好的粘土、砂土，以及地下水位较低的地区，水位高时要降水。这种方法在软土地基中要慎用，在卵石地基较难施工。其优点是，桩可以拔出重复使用，木挡板可回收，施工简便，是一种工具式支护挡墙，较为经济，但一次性投资较大。其缺点是打、拔桩噪声大，扰民，并且桩拔出后留下的孔洞要处理。这种桩除自立(悬臂)外，常与锚杆或锚拉相结合作支护结构。

（3）预制钢筋混凝土板桩

预制钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点，一般截面带企口，互相搭接，有一定挡水作用，顶部设圈梁把一个个板桩连成整体，用后不再拔除，永久保留在地基土中。其截面厚度和配筋由计算确定。如钢筋混凝土板桩沿基础边线精确的打设，有可能兼作基础混凝土浇筑时的模板，简化基础工程的施工。但钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法，振动与噪声较大，同时沉桩过程中挤土也较为严重，成本也较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理且可根据需要设计，目前已可制作厚度较大（加厚度达500mm以上）的板桩，并有液压静力沉桩设备，故在基坑工程中仍是支护墙板的一种适用形式。常用钢筋混凝土板桩截面形式。

2．支锚体系的类型

护壁桩类支护结构当无支锚体系时，即成为悬臂式护壁桩，此时完全依靠护壁桩足够的入土深度来保持稳定。基础深度2～4m，坑壁土体稳定性要求不高的工程，可以使用悬臂桩。

基坑深度较大，悬臂的支护结构在强度和变形方面不能满足要求时，即需增设支锚体系。支锚分两类：基坑内的支撑（内撑式）和基坑外的拉锚式。基坑外的拉锚又分为挡墙顶部拉锚与土层锚杆拉锚。

（1）内撑式支撑体系

1）水平支撑和斜支撑

水平支撑是在基坑内进行挖土。每挖一定深度，在护壁桩上装一道围檩，加一个构架式横撑或钢管作为支撑。如基坑宽度超过15m，则中间还需增加垂直的支撑点。通常在适当的位置打入临时钢桩，挖土工作就在钢支撑的网格中进行。根据不同开挖深度水平支撑又可采用单层水平支撑、二层水平支撑及多层水平支撑，分别如图9.16a、b、ｃ及图9.17所示。

当基坑平面面积很大，不可能设置水平支撑时，可设斜撑，以中心岛法开挖施工（图9.18）。做法是：先打设护壁桩，在护壁桩圈定的基坑中心部分开挖土方至坑底，此时施工的面积比较小，有放坡的余地，可以按照放坡的办法施工，在中心部分浇筑混凝土基础以及地下室的部分结构，再从这个基础（或结构）向护壁桩上方支斜支撑，然后完成土方挖运，最后浇筑靠近护壁桩部位的地下结构。

水平式内撑根据基坑平面形状和施工要求，可以设计成多种形状，常用的有井字形、角撑形、圆环形、连环形、水平桁架形及椭圆形等，如图9.19所示。竖向斜撑式支撑可以设计成单杆形、格架形、立体格构形等。无论采用何种形式都要结合具体工程实际情况，根据基坑深度、支承条件、材料供应及施工要求等因素，充分利用有利条件做出受力明确、构造合理、施工方便、经济安全的设计，不受形式的约束。因为支撑毕竟是临时性结构。

内支撑用料有钢结构（钢管或型钢）和钢筋混凝土结构两类。钢结构支撑拼装方便、迅速，作为工具式支撑可以重复使用，但刚度小，变形大；钢筋混凝土结构支撑是用土模或模板现场浇筑而成，其形式、截面和配筋都可以根据实际情况设计而定，刚度大，变形小，宜用于较深的基坑和周围环境要求较高的地区，但一次性使用，成本高，拆除麻烦。

2）压顶圈梁与腰圈梁

压顶圈梁俗称锁口圈梁、锁口梁，它和腰圈梁的作用是使原来各自独立的竖向围护构件（护壁桩）形成一个闭合的连续的抵抗水平力的整体，同时把基坑外侧水、土及地面荷载所产生的对竖向围护构件的水平作用力传递给支撑体系。因此其刚度对围护结构的整体刚度影响很大。

压顶圈梁通常采用现浇钢筋混凝土结构，以保证有较好的连续性和整体性。腰圈梁可用钢筋混凝土结构，也可用H形型钢、槽钢等组成的钢结构件。

压顶圈梁的断面宽度要大于竖向围护结构件的横向外包尺寸（每侧外伸至少100mm），且可在内侧面向下作一反边，见图9.20。压顶圈梁与竖向围护构件的联接必须可靠，不致造成“脱帽”。要求混凝土护壁桩的主筋锚入压顶圈梁内，锚固长度不小于30～35d（d为钢筋直径）。当竖向围护构件为钢桩时也应采取一定的锚固措施。

当压顶圈梁与支撑构件均为钢筋混凝土结构时，最好同时施工。当支撑采用钢结构时，则应在压顶圈梁的支撑节点位置预埋铁件或设必要的混凝土支座，以确保支撑的传力合理正确（图9.21）。

腰圈梁（又称围檩）随基坑挖土达到设计标高时施工，它附贴于竖向围护构件的内侧。与压顶圈梁相似，腰圈梁主要承担水平方向的弯矩和剪力，因此在水平方向的刚度要大一些。腰圈梁通常搁支在竖向围护构件的牛腿上，牛腿可以做成明的或暗的形式。在竖向围护构件设置牛腿的位置预埋铁件，此预埋铁件与竖向围护构件的钢筋笼固定在一起。预埋铁件要足以承担腰圈梁传来的竖向剪力和弯矩。这些剪力和弯矩主要是由腰圈梁、支撑等的自重和施工荷载所引起的。腰圈梁与竖向围护构件之间的缝隙用细石混凝土填实（强度等级不低于C20），以保证腰圈梁与竖向围护构件之间的传力。

当腰圈梁与竖向围护构件均为混凝土结构时，它们的联接关系也可以这样处理：将腰圈梁一侧嵌入竖向围护构件内 50mm，另一侧用钢筋吊杆来保持腰圈梁的平衡。钢筋用φ16～22mm，间距2000mm左右。

3）支撑拆除

a）拆除程序 在支撑拆除过程中，支护结构受力发生很大变化，支撑拆除程序应考虑支撑拆除后对整个支护结构不产生过大的受力突变，一般可遵循以下原则：

①分区分段设置的支撑，也宜分区分段拆除；

②整体支撑宜从中央向两边分段逐步拆除，这对最上一道支撑拆除尤为重要，它对减小护壁桩悬臂段位移较为有利；

③先分离支撑与围檩，再拆除支撑，最后拆除围檩。

图9.23是一个二道支撑的工程支撑在坚向的平面上的拆除顺序。

①基坑开挖至基底标高；

②地下室底板及换撑完成后，拆除下道支撑；

③地下室中楼板及换撑完成，拆除上道支撑；

④拆除钢立柱，完成地下室全部结构及室外防水层。

b）拆除方法 钢支撑的拆除通常以两支承点间的支撑作为一段，逐段拆除。拆除时用起重机将钢支撑吊紧，用气割或解除螺栓等方法拆除支撑节点及与上承点的连接，起吊装车运离工地。钢筋混凝土支撑的拆除可采用人工凿除及爆破拆除两种方法。人工凿除一般采用分段凿开，起吊运出工地，分段的长度根据起重机起重能力，一般1～2m。爆破拆除应由专业单位施工，其施工过程为留孔（钻孔）——埋药——爆炸——清理等，在爆破前还必须对周围环境及主体结构采取有效的安全防护措施。

（2）拉锚式体系

1）拉锚

拉锚是在基坑顶部用钢丝绳或粗钢筋等将护壁桩拉结锚固在一定距离之外的锚桩或锚梁上。其优点是基坑内施工条件好，但只能用于坑外有打锚桩或有固定拉锚索的地方。锚桩必须设置在土体滑裂面以外的安全稳定区，如图9.24所示。图中o点为土压力为零的位置、滑裂面应从桩或墙土压力零点起，按450+ψ/2线即图中Ob线，作为滑裂面。与0b成900线，与坑底ψ角线间的区域即为稳定安全区。

图9.24 地面拉锚式支护

2）土层锚杆

土层锚杆简称土锚杆。是在深基础土壁未开挖的土层内钻孔，达到一定深度后，在孔内放入钢筋、钢管、钢丝束、钢绞线等材料，灌入泥浆或化学浆液，使其与土层结合成为抗拉（拔）力强的锚杆。锚杆端部与护壁桩联结，防止土壁坍塌或滑坡。由于坑内不设支撑，所以施工条件较好。

土层锚杆由锚头、拉杆、锚固体等组成，如图9.25所示。土锚杆根据滑动面分为锚固段和非锚固段。其承载能力受拉杆强度、拉杆与锚固体之间的握裹力、锚固体和孔壁之间的摩阻力等因素的影响。

图9.25 土层锚杆

锚杆的空间布置应根据围护构件的受力情况、土质以及基坑的深度确定，锚杆可设一道、两道或多道。锚杆在空间上的排列一般情况下应满足如下要求：

①锚杆的锚固体应设置在地层的稳定区域内，且上覆土层厚度不宜小于4m，锚固段只有置于稳定区内，才能使锚杆具有外支撑能力。

②锚杆的垂直向间距不宜小于2.5m，水平间距不宜小于1.5m。

③铺杆的倾角以15～350为宜，且不应大于450，或小于100。在同样的地层条件下，锚杆倾角越大，它对锚拉有效的水平分力越小，而无效的垂直分力却越大，如果围护结构底部土质不好，太大的锚杆垂直分力，对围护结构的稳定不利。因此，对锚杆倾角有个上限的要求。从受力要求看，锚杆的倾斜角度应以与土压力作用方向一致为宜。而对锚杆倾角作上限要求，则主要出于钻孔及注浆等施工工艺的考虑。锚孔倾角太小，施工难度大且影响成孔质量。在允许的角度范围内，锚杆倾角主要根据地层情况优化选取。

土层锚杆的施工过程包括成孔、安放拉杆、灌浆和张拉锁定等工序。

①成孔 土层锚杆的成孔可采用螺旋式钻孔机、旋转冲击式钻孔机和冲击式钻孔机。应用较多的是压水钻进法成孔工艺。它可把成孔过程中的钻进、出渣、清孔等工序一次完成。当土层无地下水时，亦可用螺旋钻干作业法成孔。

②安放拉杆 拉杆在使用前要除锈，钢绞线要清除油脂。土层锚杆的全长一般在10m以上，长的达到30m。

③灌浆 是土层锚杆施工中的一个关键工序。锚杆灌浆一般用纯水泥浆，水泥常用普通硅酸盐水泥，地下水如有腐蚀性，宜用防酸水泥。水灰比多用0.4左右，其流动度要适合泵送，为防止泌水、干缩和降低水灰比，可掺加0.3％的木质素磺酸钙。常用的灌浆方法为一次灌浆法，即利用压浆泵将水泥浆经胶管压人拉杆内，再由拉杆管端注入锚孔，灌浆压力为0.4MPa。待浆液流出孔口时，用水泥袋纸塞人孔内，用湿粘土堵塞孔口，严密捣实，再以 400～600kPa的压力进行补灌，稳压数分钟即告完成。

④张拉和锁定 土层锚杆灌浆后，预应力锚杆还需张拉锁定。张拉锁定作业在锚固体及台座的混凝土强度达15MPa以上时进行。

(3)桩墙合一式做法

护壁桩支护结构在地下结构完工或部分完工后，即失去它的效用，为了把护壁桩永久地利用起来，在一定条件下可采用桩墙合一的做法。即将传统的设置在地下工程外墙以外的单纯护壁桩，移至结构外墙位置，合二为一，形成(护壁)桩和（砖或混凝土）墙混合的地下承重及围护结构。这样，护壁桩可作为基础结构承重体系的一部分。另外，在采用桩墙合一时，还可将地下室的边柱也用护壁桩代替，成为框架柱的—部分，承担主体结构荷载．即所谓“桩柱合一”，但统称为桩墙合一。图9.26所示为桩墙合一的示意图。

桩墙合—通常适用于有裙房的高层建筑地下工程，且地下水位较低(低于基础底板)的工程。

1）桩间土的防护 单纯的护壁桩只作为开挖基坑时临时挡土结构，若桩间土不是松散的杂填土或砂卵石土，则一般可不作处理或只作简单处理(如抹水泥土或水泥砂浆)。但作为永久性结构，则必须加以处理。其具体做法如下：

① 120mm砖砌成拱形，再抹水泥砂浆(侧墙设空腔)，见图10.28；

图9.26 桩墙合一施工示意图

② 砌120或240mm直墙(侧壁贴卷材防水)；

③ 桩间原土面削成拱形，再喷射钢丝网混凝土(侧壁设空腔)。

图9.27 砌120砖拱抹水泥砂浆

2）防水措施 采用桩墙合一，关键要解决好防水处理，桩墙合一的排水(防水)构造措施有以下几种：

①侧墙、底板不作防排水措施 适用于深度较浅、使用要求不高且无上层滞水的地下室工程；

②侧墙做卷材防水，底板不做防水处理或设架空层；

③侧墙做空腔排水，底板不做防水处理；这种做法当侧墙一旦有水，可通过主腔最底部的排水孔将水排导到室内有坡度的地坪，再流向地漏，然后通过暗埋排水管将水引入泵房，用泵将水抽入雨水管道。

④侧墙做空腔排水，底板下设碎石滤水层或作架空层；

⑤侧墙与底板均设防水(防潮)层。

10．2．2．2 土钉墙支护结构

土钉墙是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型档土结构。它由被加固土、放置于原位土体中的细长金属杆件（土钉）及附着于坡面的混凝土面板组成，形成一个类似重力式墙的挡土墙，以此来抵抗墙后传来的土压力和其他作用力，从而使开挖坡面稳定。

图9.28 土钉墙与重力式挡土墙

土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，但也可通过直接打入较粗的钢筋或型钢形成土钉。土钉沿通长与周围土体接触，依靠接触界面上的粘结摩阻力，与其周围土体形成复合土体，土钉在土体发生变形的条件下被动受力，并主要通过其受拉工作对土体进行加固。而土钉间土体变形则通过面板（通常为配筋喷射混凝土）予以约束，其典型结构如图9.28所示。

土钉主要可分为钻孔注浆土钉与打入式土钉两类。钻孔注浆土钉是最常用的土钉类型。即先在土中钻孔，置入钢筋，然后沿全长注浆，为使土钉钢筋处于孔的中心位置并有足够的浆体保护层，需沿钉长每隔2～3m设对中支架。土钉外露端宜做成螺纹并通过螺母、钢垫板与配筋喷射混凝土面层相联，在注浆体硬结后用扳手拧紧螺母使在钉中产生约为土钉设计拉力10％左右的预应力。

打入土钉是在土体中直接打入角钢、圆钢或钢筋等，不再注浆。由于打入式土钉与土体间的粘结摩阻强度低，钉长又受限制，所以布置较密，可用人力或振动冲击钻、液压锤等机具打人。打入钉的优点是不需预先钻孔，施工速度快但不适用于砾石土和密实胶结土。

近年来国内开发了一种打人注浆式土钉，它是直接将带孔的钢管打入土中，然后高压注浆形成土钉。这种土钉特别适合于成孔困难的砂层和软弱土层，具有广阔的应用前景。

土钉墙支护的施工顺序是边开挖边支护，分层开挖，分层支护，几乎不占工期，如图9.29所示。

图9.29 土钉墙形成过程

9．2．2．3 重力式支护结构

1．钢筋混凝土灌注桩排桩挡墙

灌注桩排桩挡墙的刚度较大，抗弯能力强，变形相对较小，有利于保护周围环境，而且价格较低，经济效益较好。通常宜用于开挖深度7～12m左右的基坑。但因其永久保留在地基土中，有可能为日后的地下工程施工造成障碍。>

在高层建筑基坑工程中，排桩主要采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩等桩型。桩的埋入深度由设计根据结构受力和基坑底部稳定以及环境要求确定。由于排桩要承受地面超载和侧向水土压力，其配筋量往往比一般工程桩大。尤其当挖土面及其背面配有不同数量钢筋时，施工必须严格接受力要求采取技术措施保证钢筋笼的正确位置。

排桩施工时要采取间隔跳打，防止由于土体扰动对已浇注的桩带来影响。

钻孔排桩顶部一般需作一道锁口圈梁，将桩圈成整体，便于开挖时整体受力和满足控制变形的要求。

图9.30 间隔式灌注桩挡土示意图

1）间隔式灌注桩加钢丝网水泥抹面 将灌注桩间隔小距离，其间用钢丝网水泥抹面挡土。适宜于粘土、砂土和地下水较低的土层。缺点是用钢量多，费用比拔出的H型钢桩为高。一般可采用自立式(悬臂)，并常与锚拉梁、锚杆结合，桩的间隔净距应由设计根据实际受力情况确定，一般在1m内 (图9.30)。

2）密排式灌注桩 这是目前支护结构中应用较多的一种（图9.31）。多用于－7～－13m的基坑，常用的桩径为φ600～1100mm。密排式排桩的净间距为100～150mm，以免钻孔时碰及邻桩，因此无挡水能力，需另做防水帷幕进行防水。目前常用的做法是在背后相隔100mm左右施工两排深层搅拌水泥土桩，或高压旋喷桩，或采用压密注浆组成防水帷幕，起挡水作用。密排式灌注桩的缺点是：采用机钻成孔时，要产生大量泥浆，对环保不利；加上防水帷幕，围护结构厚度加大，施工场地减少；若钻孔垂直度控制不好，桩的间隙过大，容易渗水。

图9.31 密排式灌注桩

(a)一字相接排列；(b)交错相接排列；(c)一字式搭接排列

图9.32 深层搅拌水泥土桩墙平面示意图

3． 深层搅拌水泥土挡土桩墙

深层搅拌水泥土挡土桩墙是利用水泥作固化剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将土与水泥浆强制拌合，使土硬结，形成具有一定强度和遇水稳定的水泥加固桩。它具有：施工时无振动、无噪声、无污染；隔水性能好；施工时基坑外不需人工降水，可保持原有水位；开挖时不需加设支撑和拉锚；可将水泥挡土桩墙表面略加修整作为基础外模、适用于开挖4～8m深的基坑。由于其水泥用量少(约加固土重的7～15％)，节省费用，故近年在基坑工程中应用较多。其施工平面见图9.32。

l）施工机械 常用的有双轴搅拌机和多轴搅拌机，电机通过减速器带动搅拌头回转切削软土，并把从输浆管向地基中压入的固化剂强制拌合形成水泥加固土。深层搅拌机通过导架、夹板等悬吊在起重机的吊钩上。配以一台灰浆泵，两台容积为200L的灰浆搅拌机，用耐压输浆胶管将深层搅拌机和集料斗连成一套输浆系统。

2）固化剂的配制 使用32.5级或42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺入比例为10％（即水泥用量与被加固的软土重量之比），并可加水泥用量2％的半水石膏和0.2％的木质素磺酸钙。

3）施工程序 深层搅拌机水泥土挡土桩施工流程如图9.33所示。

图9.33 深层搅拌水泥土挡土桩墙施工流程图

（a）定位；（b）搅拌下沉；（c）提升喷浆；（d）重复向下搅拌；
（e）提升向上搅拌；（f）移位

4． 加H型钢的水泥土桩墙

在深层搅拌水泥土桩墙中增加H型钢，与水泥土墙结合，如图9.34所示。日本称为S．M．W(Soil Mixing Wall)工法。

从图9.34可看出：采用防渗性能好的三层水泥搅拌桩，厚度接近2m．又充分利用H型钢插入搅拌体，本身受侧限，保证腹板冀缘稳定。H型钢桩可以回收，因此可以降低投资造价。

在深层搅拌水泥土桩墙中还可加打一排树根桩(即φ300mm灌注桩)，形成桩、墙结合的围护结构。其具体施工为：在搅拌水泥桩(厚1．2m)尚未凝固时即用钻机钻孔，成孔后，放钢筋笼，插入注浆管，投放石子，然后压力注入水泥砂浆形成的φ300mm的小桩。

加劲水泥土桩墙适用于软土地区，除了加H型钢外，还有加钢筋，加树根桩等多种方式，如再增加支撑，可做10m以内基坑的支护工程；加树根桩不加支撑，可做7m左右基坑的支护工程。

5． 高压旋喷桩帷幕墙

高压旋喷桩主要用于地基和基坑的加固防渗。它是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，高速向四周水平喷入土体，借助流体的冲击力切削土层，并使土体与水泥浆充分搅拌混合，形成柱列式加固柱（称为旋喷桩），连成帷幕墙，作挡土结构。这种帷幕墙是自立式的，坑内不需支撑，方便开挖，而且可以施工成各种直径桩体，对处理地下管线具有方便、灵活的特点。适用于开挖4～6m深的基坑。其工艺过程如图9.35所示。

图9.34 搅拌水泥墙加H型钢图

图9.35 单管旋喷法施工工艺流程

（a）钻机就位钻孔；（b）钻孔至设计标高；（c）旋喷开始；

（d）边旋喷边提升；（e）旋喷结束成桩

l一旋喷管；2一钻孔机械；3一高压胶管；4一超高压脉冲泵

l）施工机械 主要机械有高压柱塞泵、泥浆泵、空压机（单管法可用）、喷射管、喷流控制器等。

2）施工程序

钻孔：用低压的清水或粘土浆喷射，同时回转钻杆，使钻头钻到设计标高。

横向喷射：接通管路高压浆液从特制钻头侧面喷嘴射出。

旋喷、回转、提升、喷嘴回转、提升、形成旋喷桩。加固土体的直径：单管法时通常为 30～80cm，双重管法时约为1m，三重管法时可达2m。

10.2.3基坑施工的特殊问题及监控措施

10.2.3.1高层建筑基坑施工的特殊问题

高层建筑的基坑施工，尤其是深基础基坑的施工，除了工程自身的质量安全外，还会产生对周围环境带来不利影响的特殊问题。

1． 桩工机械的躁声和振动

躁声影响居民的正常生活，常导致与施工单位的矛盾和纠纷，干扰施工。各地地方性的城管法规也对躁声有严格的限制。因此，采用必要的施工措施，如将锤击沉桩加隔音罩，改为静力压桩或灌注桩，或采用植桩法施工等。

振动的危害，无论是范围还是后果，都比躁声严重得多，可造成地基变形；周围的建构筑物损坏；设备及各种精密机械工作性能损伤；居民生活受妨碍等。防振措施是采用植桩法，或设防振沟（槽），深度一般4～5m，必要时可在槽内充填泥浆。

2． 沉桩的挤土影响

打入桩造成的挤土效应对工程及临近建筑物的危害有：既成桩大量移位，地面隆起，房屋沉降，管道断裂等。防止措施有：采用掘削、水冲、预钻孔辅助沉桩，减少排土量；合理安排沉桩施工顺序和进度；采用先开挖基坑后沉桩的施工工艺，减少浅层软土的侧向位移和隆起；设防挤土孔、防挤土槽、防挤土壁等保护性措施。

3． 泥浆废水的处理

钻孔灌注桩、地下连续墙施工中，通常采用泥浆护壁，混凝土浇注后。泥浆被置换排出，造成污染，在渗透性大的沙土层中，还可能污染地下水源。因此，施工单位不得随意排放，对原土就地造浆的废泥浆水，一般采取经沉淀池沉淀后，水、土分别排放外运处理；用膨润土造浆的废泥浆，其 PH值较高，应当先加入凝聚剂，通过机械方法进行泥水分离，分离出的土外运倾倒，水应经过PH值调整，符合排放标准后方可排放。

4． 支护结构变形或失稳

支护结构的变形或失稳会使得其支护能力失效，甚至导致严重的基坑工程事故，因此，对基坑的支护结构从设计到施工，都应引起高度重视。支护结构的变形或失稳有以下几种情形：

（1）整体失稳

整体失稳是指在土体中形成了滑动面，围护结构连同基坑外侧及坑底的土体一起丧失稳定性，一般的失稳形态是围护结构的上部向坑外倾倒，围护结构的底部向坑内移动，坑底土体隆起，坑外地面下陷。整体失稳一般发生在自立式刚性挡墙或悬臂式柔性挡墙。

（2）坑底隆起

坑底隆起是指坑底土体产生问上的竖向变形。基坑开挖以后，坑底土体发生向上位移的原因有两种，一种是卸载引起的回弹，其数值较小，不会危及安全；另一种是在开挖引起的压力差作用下土体中产生的塑性流动变形在坑底处的表现，这种变形如果数量较大，表示土体中的塑流已经比较严重。如果围护结构和内支撑能形成整体性好的体系，则塑流仅引起坑外地面下沉，影响环境安全；如果是自立式结构或节点强度差的支撑体系，过大的隆起可能是整体失稳的前兆；如果稳定性不能得到有效的控制，就会发生整体性失稳，此时坑底隆起的量可能达到几米。

（3）围护结构倾覆失稳

围护结构的倾覆失稳主要发生在重力式结构或悬臂式围护结构，重力式结构在坑外动土压力的作用下，围护结构绕其下部的某点转动，围护结构的顶部向坑内倾倒。悬臂式围护结构当插入深度较浅时易发生倾覆失稳；有支撑的围护结构，如果因支撑失稳、压曲或断裂而造成支撑体系失效，围护结构也有可能发生倾覆失稳。

（4）围护结构滑移失稳

围护结构的滑移失稳亦主要发生在重力式结构中，在坑外主动土压力的作用下，围护结构向坑内平移。抵抗滑移的阻力主要由围护体底面的摩阻力以及内侧的被动土压力构成。当坑底土软弱或围护结构底部的地基土软化时，墙体可能发生滑移失稳。

（5）围护结构底部地基承载力失稳

重力式围护结构的底面压力过大，因地基承载力不足引起的失稳。由于在围护结构外侧还作用着土压力，因此重力和土压力的合力是倾斜的。在倾斜荷载作用下，地基土发生向坑内的挤出，围护结构产生不均匀的沉降，可能导致部分围护结构的开裂损坏。

（6）“踢脚”失稳

在单支撑的基坑中，可能发生绕支撑点转动，围护结构上部向坑外倾倒，围护结构的下部向上翻的失稳模式，故形象地称为“踢脚”失稳。在多支撑的围护结构中一般不会产生“踢脚”失稳。除非其它支撑都已失效，只有一道支撑起作用的情况。

（7）围护结构止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏

止水帷幕丧失挡水功能，产生渗漏、涌水、流土或流砂。由于水土流失使基坑外地面下沉、塌陷，导致邻近建筑物的开裂和损坏。引起围护结构止水帷幕功能失效的主要原因是施工因素，其次是设计因素和材料的因素。由于施工质量低劣，止水帷幕有空洞或裂缝，或有“冷接头”，成为漏水的通道是最普遍的现象；止水帷幕设计过浅，没有全部切断透水层也是漏水的可能原因。由于止水帷幕失效产生过大的水力坡降，引起抗底渗透变形破坏。坑内采用排水或降水措施后，造成了坑内外的水头差，地下水在水头差的作用下向坑内渗流，在渗流出口处土的细颗粒被带出，或土颗粒处于悬浮状态涌出。这种由渗透引起的破坏因破坏机理不同而有不同的名称，如管涌、流砂或流土。如不及时制止，由渗透变形引起的坑外土体的位移和陷落是严重的。

（8）围护结构的结构性破坏

围护结构的结构性破坏是指围护体本身发生开裂、折断、剪断或压屈，致使结构失去了承载能力。结构性损坏的原因可能是方案性的错误，如支撑体系不当或围护结构不闭合；也可能是设计计算时，对荷载估计不足或结构材料强度估计过高，如土压力采用标准值而材料强度采用设计值计算就会造成这种事故；支撑或围檩截面不足导致破坏的；此外，结构节点处理不当，也会因局部失稳而引起整体破坏，特别在钢支撑体系中，节点多，加工与安装质量不易控制。节点处理包括支撑和墙体的连接处，如不设置围檩或连接强度不够，都将引起结构性破坏。

（9）支、锚体系失稳破坏

支铺体系的失稳破坏包括两种不同的破坏模式。锚杆的破坏主要表现为锚杆的拔出、断裂或预应力松弛，土锚的破坏大多是局部的，群锚的破坏实际上是土体的失稳而并非是锚杆的结构性破坏；支撑的失稳很可能是整体性的，其形态因体系不同而不同，支撑体系大多是超静定的，局部的破坏会造成整体的失稳，尤其是钢支撑体系，局部书点的失效概率比较大。

5． 基础施工的相互干扰

基础工程施工过程中的相互干扰事例较多，有的是相邻工程都在施工，产生干扰，也有的是一个工程内自身的相互干扰。处理此类干扰，无统一办法，应根据工程性质、施工进度、干扰程度等具体情况，分别处理。

10．2．4．2 基坑工程施工的监测与控制

为了保证高层建筑基础施工期间基坑工程自身的安全，以及邻近建筑物和地下管线的安全和正常使用，并能在出现险情前及时报警，把所造成的危害降低到最低程度，必须进行监测，即所谓信息化施工。在基础施工阶段，要对打桩、支护、挖土等施工过程实行现场监测，随时掌握土层、支护结构、相邻建筑物和地下管线的变化情况，根据测试的报告，及时调整施工顺序或采取必要的技术措施。监测方案及实施办法应作为一项技术和安全保证措施，列入施工组织设计。

监测方案是整个监测工作的指导性义件，包括监测的目的要求、监测项日与测点的布置、监测设备与方法的选择、监测与控制的警戒值、监测的报表与成果报告等内容。监测方案必须根据基坑工程设计文件、邻近地区的环境要求和基坑施工方法编制。监测对象包括自然环境、基坑底部及周围土体、围护结构、地下水位、周围建（构）筑物、周围重要设施（地铁、供水管、排水管、电缆、煤气管等）以及与基坑相邻的周围城市道路路面等，监测方案中应确定监测内容与监测仪器。

1． 监测内容

（1）围护结构监测 主要有以下一些内容：围护结构完整性及强度监测；围护结构顶部水平位移监测；围护结构倾斜监测；围护结构沉降监测；围护结构应力监测；支撑轴力监测；立柱沉降监测等。

（2）周围环境监测 主要项目有：邻近建筑物沉降、倾斜和裂缝发生时间及??????????发展过程的监测；）邻近构筑物、道路、地下管网等设施变形监测；表层土体沉降、水平位移以及深层土体分层沉降和水平位移监测；围护结构侧面土压力监测；坑底隆起监测；土层孔隙水压力监测；地下水位监测。

2． 监测仪器

深基坑监测时所使用的仪器和测试手段主要有：

（1）水准仪和经纬仪

主要用于测量围护墙顶和周围环境的沉降和水平位移。

（2）测斜仪

主要用于观测墙体和土体的水平位移。目前工程中使用最多的是滑移测斜仪。其基本原理是将测斜探头放入测斜管底部，提升电缆使测斜探头沿测斜管导槽滑动，自下而上每隔一定距离逐点量测每个测点相对于铅垂线的偏斜。测点间距一般就是探头本身长度，因而可以认为量测结果沿整个测斜孔是连续的。这样，同一量测点任何两次量测结果之差，即表示量测时间间隔内围护结构在该点的角变位。根据这个角变位，利用简单的几何关系就可换算成每个测点相对于测斜管基准点水平位移。

（3）分层沉降仪

测量墙后土体的深层沉降，用以判断墙体的稳定状态。根据量测原理的不同，有磁性的和应变感应式的几种。磁性原理的分层沉降仪由磁铁环、保护管、探测头、指示器等组成。一般情况下，每层土应设置一个磁铁环。在基坑土体发生变形的过中，土层和磁铁环同步下沉或回弹，设在顶部的指示器指示应变的大小，从量测的应变值得到磁铁环的位移植，最终得到地层的沉降、回弹情况。分层沉降仪安装时，需先钻孔，再将磁铁环埋入孔中预先设置的位置，并在孔中注入由膨润土、细砂、水泥等按比例制成的砂浆将分层沉降测管与孔壁之间的空隙填实。

（4）土压力盒

用于量测作用在墙侧面的土压力状态（主动、被动和静止）、大小及变化情况，以检验设计计算的准确程度和判断墙体的位移情况。

（5）孔隙水压力计

用于观测墙后孔隙水压力的变化情况，判断土体的松密和移动。

（6）水位计

用于量测墙后地下水位的变化情况，以检验降水或隔水效果。

（7）钢筋应力计和温度计

钢筋应力计用来量测支撑的内力，判断支撑结构是否稳定，温度计一般和钢筋应力计一起埋设在钢筋混凝土支撑中，用来计算由温度变化引起的应力。

（8）低应变动测仪和超声波无损检测仪

用来检测围护结构的完整性和强度。