1 绪 论
高层建筑是城市化和工业化发展的产物，随着建筑科学技术的不断进步，在建筑领域内出现了不少新结构、新材料和新工艺，这些又为现代高层建筑的发展提供了有利条件。尤其是当前计算机在建筑结构设计上的广泛应用，为高层和超高层建筑的发展，提供了科学的基础。同时，世界各国旅游事业的发展、商业的繁荣和国际交往的日益频繁，更促进了高层建筑的蓬勃发展。因此，高层建筑将成为国内外建筑设计与施工的主要内容。
1.1 高层建筑的概念
1.1.1高层建筑的定义
多少层或者多么高的建筑物算是高层建筑，不同的国家和地区有不同的理解，而且从不同的角度，如结构、运输和消防来看待这个问题，亦会得出不同的结论。目前世界各国高层建筑及超高层建筑都没有固定的划分标准，联合国教科文组织所属的世界高层建筑委员会建议，可按高层建筑的层数和高度分为以下四类：
第一类：9～16层（最高到50m）；
第二类：17～25层（最高至75 m）；
第三类：26～40层（最高至100m）；
第四类：40层以上（即超高层建筑）。
世界各国随着高层建筑的发展，划分高层建筑的标准也相应调整。
我国的《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：适用于10层及10层以上或房屋高度超过28m的非抗震设计和抗震设防烈度为6度至9度的抗震设计的高层民用建筑结构。
国家标准《高层民用建筑设计防火规范》规定：适用于10层及10层以上的住宅建筑和建筑高度超过24 m的其他民用建筑。
我国建设部《民用建筑设计通则》又进一步明确了民用建筑层数的如下划分标准。
①住宅建筑按层数划分为：l～3层为低层；4～6层为多层；7～9层为中高层；10层以上为高层。
②公共建筑及综合性建筑总高度超过24 m者为高层（不包括高度超过24 m单层主体建筑）。 ③建筑物高度超过100m时，不论住宅或公共建筑均为超高层。
本书也以 10层及 10层以上的住宅及总高度超过24m的公共建筑及综合建筑定为高层建筑。
1.1.2高层建筑的特点
高层建筑并不是低层、多层建筑的简单叠加，它在建筑、结构、防火、设备和施工上都有突出的特点和不同的要求，需要认真研究解决。
1.建筑特点与要求
①由于建筑高度增加，电梯已成为高层住筑内部上要的垂直交通工具，并利用它组织方便、安全、经济的公共交通系统，从而对高层建筑的平山市局和守门组合产生了重大影响。 ②高层建筑需要在底层和不同的高度设置设备层、在楼层的顶部设电梯间和水箱间。建筑平面、立面布置要满足高层防火规范的要求。
③由于高层建筑地下埋深城固的要求，一般要有一层至数层的地下室，作为设备层及车库、人防、辅助用房等。
2. 结构特点与要求
（l）承载力
低层、多层建筑的结构受力，上要考虑垂直荷载，包括结构自重和活荷载、雪荷载等。高层建筑的结构受力，除了要考虑垂直荷载作用外，还必须考虑由风力或地震力引起的水平荷载。垂直荷载使建筑物受压，其压力的大小与建筑物高度成正比，由墙和柱承受。受水平荷载作用的建筑物，可视为悬臂梁，水平力对建筑物主要产生弯矩。弯矩与房屋高度的平方成正比
（如图所示），即：
垂直压力 N=WH
当水平荷载为倒三角分面时：
2弯矩 M=1/3qH
当水平荷载为均匀分布时：
弯矩 M=1/3q H
式中：
W——垂直荷载；
Q——水平荷载；
H——建筑物高度。
弯矩对结构产生拉力和压力，当建筑物超过一定的高度时，由水平荷载产生的拉力就会超过由垂直荷载所产生的压力，建筑物的一侧就会由于风力或地震力的作用而处于周期性的受拉或受压状态。
不对称及复杂体型的高层建筑还需要考虑结构的受扭。因此，高层建筑必须充分考虑结构的各种受力情况，保证结构有足够的承载力。
（2）刚度
高层建筑不公要保证结构的承载力，而且要保证结构的刚度和稳定性，控制结构的水平位移。由水平荷载产生的楼层水平位移，与建筑物高度的4次方成正比。
当水平荷载为倒三角形分布时：
当水平荷载为均布时：
式中：Δ——水平位移；
——弹性模量；
——截面惯性矩。
因此，随着高度的增加，高层建筑的水平位移增大较承载力增大更为迅速。过大的水平位移会使人产生不舒服感，影响生活、工作；会使电梯轨道变形；
会使填充墙或建筑物装修开裂、2
剥落；会使主体结构出现裂缝。如果水平位移再进一步圹大，
就会导致房屋的各个部件产生附加内力，引起整个房屋的严
重破坏，甚至倒塌。因此，必须控制水平位移，包括相邻两
层的层间位移和全棂的顶点位移。建筑物层间相对位移与层
高之比为δ/h，建筑物顶点水平位移与建筑物总高度之比为
Δ/H，根据不同的结构类型和不同的水平荷载，控制在
1/400～1/100（如图所示）
（3）耐久性
高层建筑的耐久性要求较高，《民用建筑设计通则》将建筑耐久年限分为四级，一级耐久年限为100年以上，适用于重要的建筑和高层建筑。
3.施工特点与要求
（1）工期长，季节性施工（雨季施工、冬季施工）不可避免
根据建设部近年统计资料分析，多层建筑单栋工期平均为十个月左右，而高层建筑平均为两年左右。因此，必须充分利用全年时间，合理部署，才能缩短工期。
（2）深基础施工
高层建筑基础一般较深，地基处理复杂，基础方案有多种选择，对造价和工期影响很大。还需要研究和解决各种深基础开挖支护技术。
（3）在市区施工，施工用地紧张
施工期间要尽量压缩现场暂设工程，减少现场材料、制品、设备储存量，根据现场条件合理选择机械设备，充分利用工厂化、商品化成品。
（4）装修、防水、设备要求较高
为了美化街景、丰富城市面貌，高层建筑的立面处理要求高。另外，高层建筑的设备繁多、高级装修多，因此施工前期就要安排好加工订货，在结构施工阶段就要提前插入装修施工，保证施工质量。
（5）工程项目多、工种多、涉及单位多、管理复杂
特别是一些大型复杂的高层建筑，往往是边设计、边准备、边施工，总、分包涉及许多单位，协作关系涉及许多部门，必须精心施工，加强集中管理。
（6）层数多、工作面大，可充分利用时间和空问进行平行流水立体交叉作业
高层建筑的标准层占主体工程的主要部分，设计基本相同，便于组织逐层循环流水作业。工作面大，装修、设备工程可以在结构阶段较早插人，进行立体交叉作业。
1．2 高层建筑的发展
人类自古以来就有向高空发展的愿望和要求，并在建筑上付诸实现。
我国古代建造的不少高塔，就属于高层建筑j 1400多年前，即公元523年建于河南登封县的嵩岳寺塔，10层、高41m，为砖砌单筒体结构。公元704年改建的西安大雁塔，7层、高64 m。公元1055年建于河北定县的暸望塔，11层、高82 m，为砖砌双筒体结构。此外，还有建于1056年，9层、高67m的山西应县木塔等。这些高塔皆为砖砌或木制的筒体结构，外形为封闭的八边形或十二边形。这种形状有利于抗风和抗地震，也有较大的刚度，在结构体系上是很合理的。
我国这些现存的古代高层建筑，经受了几百年，甚至上千年的风雨侵蚀和地震的考验，至今基本完好，这充分显示了我国劳动人民的高度智慧和才能，也表明我国古代建筑师对于高层建筑已具有较高的设计和施工水平。
在西方古代七大建筑奇迹中，有两座是高层建筑。公元前338年在巴比伦城所建的巴贝尔塔，塔高约90m，供王室观赏用。公元前280年建于亚历山大港口的灯塔，高约150m，塔身用石砌，曾耸立在港日一千多年，引导船只避免触礁。
近代高层建筑是从19世纪以后逐渐发展起来的，这与采用钢铁结构作为承重结构有关。1801年英国曼彻斯特棉纺厂，高7层，首先采用铸铁框架作为建筑物内部的承重骨架。1843年美国长岛的里港灯塔，亦采用了熟铁框架结构。这就为将钢铁用于承重结构开辟了一条途径。第一台电梯于1851年用于纽约第五大道的一家旅馆中。作为近代高层建筑起点的标志是1883年在芝加哥建造的家庭保险公司大楼，11层、高55m，采用铁框架，部分钢梁和砖石自承重外墙。1891年在芝加哥建造的共济会神殿大楼，20层、92m高，是首次全部用钢做框架的高层建筑。1903年在辛辛那提建造的英格尔大楼，16层，是最早的钢筋混凝土框架高层建筑。
19世纪末至 20世纪初是近代高层建筑发展的初始阶段，这一时期的高层建筑结构虽然有了很大的改进，但因受到建筑材料和设计理论等限制，一般结构的自重较大，而且结构形式也较单调，多为框架结构。近代高层建筑的迅速发展，是从20世纪50年代开始的。由于轻质高强度材料的发展，新的设计理论和电子计算机的应用，以及新的施工机械和施工技术的涌现，都为大规模、较经济地建造高层建筑提供了条件。
国外高层建筑最多的国家是美国，高度在160～200m的就有100多幢。目前世界上最高的建筑是101层、高508m的台北国际金融中心，第二高楼是正在上海浦东兴建的94层、高492m的环球金融中心，第三高楼是高450m的马来西亚吉隆坡城市中心大厦。另外，高445m的芝加哥西尔斯大厦，高 420 m的上海金茂大厦，以及已经消失了的 110层、高度为 41的纽约世界贸易中心双塔大夏，都是闻名于世的超高层建筑。
我国近代高层建筑起源于上海。抗日战争前，上海已建成10层以上高层建筑约35栋，其中1932～1934年建成的国际饭店（24层、高82.5 m）不仅是解放前国内最高的建筑，也是当时远东最高的建筑。
中华人民共和国成立后，从20世纪50年代开始，在北京、广州、沈阳、兰州、太原等地，相继建造了一批8～13层的大型公共建筑。60年代，在广州首次建成了27层、高87.6m的广州宾馆。到了70年代，建成了33层、高115 m的白云宾馆，它是70年代国内最高的建筑。进入80年代后，我国高层建筑进人了高速发展阶段，其中，北京的京广大厦53层、高208m；广州的广东国际大厦63层、高200m；北京的京城大厦5 2层、184m上海商城主楼4 8层、高165m；深圳国贸中心50层、高160m等等，都是目前国内著名的超高层建筑。 我国目前已有大批高层、超高层建筑在建设中，还有一些更高、更先进的高层建筑正计划兴建，可以预期，我国高层建筑将会以更快的速度向前发展。
1．3 高层建筑施工技术的发展
高层建筑的发展，为施工技术的进步提供了广阔的天地，而施工技术的进步，又是确保高层建筑能够顺利发展的重要条件。随着建筑工业化的发展，机械化、工厂化施工水平不断提高，已经逐步改革了传统的旧工艺，从而改善了劳动条件，提高了劳动效率，加快了建设速度。
1.3.1基础工程的施工技术有了较大的发展
高层建筑的基础工程，为了确保建筑物的稳定性，都有地下埋深嵌固的要求。高度越高，要求基础越深，这就给施工带来很大的困难。在高层建筑基础工程施工中应结合具体情况，积极采用有效的新工艺、新设备，对加快工程施工进度、缩短施工工期和降低工程造价均有很大的作用，特别是地质条件复杂、施工条件较差的施工现场，更需要如此。
高层建筑除了各种预制和现浇桩基础外，主要是采用筏形基础和箱形基础。有时亦采用复合基础，如桩基础和箱形基础联合使用等。为了提高单桩承载能力，已逐步由小直径向大直径发展，并开发了桩端压力注浆方法，对孔底虚土起到渗透、填充、压实、固结和加强附近土层的作用。另外，随着钻孔灌注桩的发展，目前水下钻孔和混凝土灌注以及扩孔等技术，均有新的突破。
高层建筑的深基坑开挖，尤其是在闹市区施工，因场地十分狭窄，不宜放坡。为了能够做到垂直开挖，挡土支护技术有了很大的发展。常用的有挡土灌注桩、钢板桩、土钉支护及地下连续墙等。有的还可以配合土层锚杆工艺进行加固，以提高其挡土支护能力。为了把挡土支护结构与地下结构工程结合起来，一些工程采用了桩墙合一技术，其效果十分显著。如北京新世纪饭店等工程均已采用。
在深基坑施工降低地下水位方面，不仅成功地应用了真空井点、喷射井点、电渗井点、深井泵等技术，还试点采用了冻结法。对于因降水而引起附近地面严重沉降的问题，也研究了防止措施。另外，在基础大体积混凝土施工方面，除了满足其承载力、整体性和耐久性要求外，在控制温度变形、裂缝开展等方面，均已取得了经验。
1．3．2 结构工程的施工技术已形成了成套技术
在剪力墙结构中，已形成现浇大模板、滑动模板和爬模等成套工艺。大模板工艺，不仅已形成了“内浇外预”和“全现浇”成套施工技术，而且由小开间向大开间发展。楼板亦采用预制、现浇和用各种配筋预制成的薄板叠合楼板三种方法。全现浇剪力墙结构的兴起，也使曾用于高耸构筑物施工的滑动模板工艺，移植到高层房屋建筑施工成为可能j深圳的国贸大厦和武汉的国际贸易中心等50多层的超高层建筑，都采用了滑动模板，并成功地采用了大吨位千斤顶。如今滑模工艺亦可用于框架和筒体结构施工。爬模工艺，也是用于高层剪力墙结构施工的一种主要工艺技术，其特点是既具有大模板一次能浇筑一个楼层墙体混凝土的长处，又具有滑动模板可以随楼层升高而连续爬升，不需要每层拆卸和拼装模板的特点。上海88层的金茂大厦的核心筒体就是采用这种施工方法，最快达到两天一层。
高层建筑的内隔墙，已向多样化、标准化、预制装配化方面发展。在公共建筑中，广泛采用了轻钢龙骨石膏板组装隔墙。在住宅建筑中，则广泛采用各种新型板材拼装，如石膏珍珠岩圆孔板、陶粒珍珠岩板、玻璃纤维混凝土空心板等。一些标准设计的高层住宅，则采用在现场利用成组立模生产整间的预制钢筋混凝土板材，其表面平整，不需要抹灰，造价较低。南方地区则多采用空心砖、砌块。
1．3．3 预拌混凝土和混凝土施工机械化水平有了迅速发展
随着现浇钢筋混凝土高层建筑的发展，施工现场混凝土用量大幅度增加，加上高层建筑的施工现场一般都比较狭窄，砂、石堆放困难，且混凝土搅拌噪声大，严重扰民，因此近年来在大城市都大力发展了预拌混凝土在北京、上海、广州等地均已建成了预拌混凝土搅拌站，产量已达数百万立方米，并装备了成套的运送设备，如搅拌车、混凝土输送泵、布料泵车等，从而使混凝土施工的机械化水平有了迅速提高。特别是在泵送混凝土方面，不仅利用带布料杆的泵车进行地下大体积混凝土基础工程的浇筑，而且在不少超高层建筑中，已开始广泛使用泵送混凝土。
进入2000年以后，我国高强度混凝土发展很快，到2002年底超过C50的混凝土已普遍推广应用，有的单体工程混凝土用量近达 300 000m＼全部采用了 C50和C50以上的混凝土。随着泵送混凝土的大量推广使用，混凝土中掺加粉煤灰得到推广，实践证明，混凝土中掺加粉煤灰还可以较大幅度地提高混凝土的后期强度。
1．3．4 装饰、防水工程得到迅速发展
大批高级公共建筑和宾馆、饭店，其装饰要求具有高标准和高水平，外装饰表面要不易积灰、不易污染，以保持持久的光泽；内装饰要求美化、舒适、典雅。为此，各类高级石材装饰蓬
勃兴起，除了花岗石和大理石块材大量用于地面和墙面外，装饰陶瓷，包括高级釉面墙，地砖，大型陶瓷饰面板，陶瓷彩釉装饰砖和变色釉面砖等，已被广泛采用。另外，以外墙围护和装饰功能为一体的玻璃幕墙，从北京长城饭店第一个使用以来，全国各地陆续使用，推动了我国铝合金和玻璃幕墙的生产。玻璃幕墙可以预制成大块整体安装，也可以在现场直接拼装。此外，金属幕墙也得到广泛应用。
高层建筑的屋面和楼层防水材料，近年来发展很快，品种繁多，主要有橡胶改性沥青卷材、高分子防水卷材及防水涂料和嵌缝密封材料等。此外，还有诸如“永凝液”等具有渗透性的防水涂料，这类涂料涂在混凝土表面以后，很快就渗人混凝土内，填充了混凝土中的微小孔隙，形成结晶体堵塞了孔隙，从而起到防水作用。
1．3．5 高层建筑的发展促进了施工机械化水平的迅速提高
高层建筑的发展和施工机械化水平的提高是紧密相关的。高层建筑的施工，需要高和大吨位的起重设备，目前常用的仍是塔式起重机。从使用塔吊的形式来看，基本上可分为两种：一种是内爬塔，另一种是外立塔。另外，外用施工电梯已广泛应用于高层建筑施工中，近几年外用电梯已由单笼发展到双笼，高度可达到250m。
由于高层建筑基础的加深，促进了基础、地下工程施工机械化水平的提高。各种大型土方机械、各类打桩机、钻孔机和扩孔钻机、土层锚杆钻孔机、振动拔桩机等都被大量推广应用。
1．3．6 现代科学技术已在高层建筑施工中得到应用
目前，在高层建筑施工中运用现代科学技术已日趋广泛。例如，采用激光技术作为导向进行对中和测量，使施工的精确度得以提高；采用计算机编制施工网络进度计划，使数据的输入和修改、时间参数的计算、关键线路的确定更方便、迅速；利用相关的软件，能迅速完成清晰完整的网络图；在钢结构施工中，应用磁粉探伤（M T＼渗透探伤（P T）和超声波探伤（UT）等无损检测技术检验其焊接质量，已取得成功。
复习思考题
1．高层建筑及超高层建筑是如何定义的？高层建筑有哪些特点？
2．高层建筑施工有哪些特点？
3．高层建筑结构工程的施工有哪些成套技术？
2 高层建筑基础工程施工
高层建筑对地基基础的稳定性和坚固性要求很高。随着建筑高度的增加，基础深度也相应增加，因而增加了基础施工的复杂性。另外，基础选型是否得当，对高层建筑的质量、造价和工期影响很大。
2．1 基础结构与施工技术
2·1·1 基础工程的特点
高层建筑由于层数多、建筑高、荷载重、面积大、造型复杂，主楼与裙房高低悬殊，在结构上要求埋置一定深度，在使用上要求设置多层地下室，这些高层建筑的特点结合各地不同的地质水文条件，构成了高层建筑基础的特殊性，主要有以下特点。
1．基础必须适应地基
全国范围内各种不同的高层建筑，高度不同，荷载不同，遇到各种不同的地质情况，基础必须适应地基，因而发展了高层建筑的基础，如箱基、筏基、桩基以及复合基础等。同时也发展了长桩、大直径扩底桩及钢管桩等新技术。
在软弱地基地区，如上海、天津、厦门、海口等沿海地区，高层建筑的基础大部分均采用了各种桩基。上海采用的钢管桩，管径最大为Φ914mm*20mm，最长为71m；混凝土灌注桩最长为 70 m（Φ800 mm）。 广东深圳地区采用大直径扩底桩，扩底达4～5 m。
2．基础埋置较深
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，基础埋置深度，天然地基应为建筑高度的1／12；桩基应为建筑高度的1／15，桩长不计在埋置深度以内。但是，高层建筑由于功能的需要，充分利用地下空间，往往将地下建成三、四层，深达20多米，深基础工程已成为建造高层建筑的条件。
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，其底板混凝土厚度常达3～4m，例如新上海国际大厦筏板面积为76m * 72m，板厚3m及3．5m，混凝土体积为17000m3。
大体积混凝土的关键是施工方法、施工技术与措施A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，已成为大体积混凝土施工的重点。
4．正确处理好主楼与裙房的基础关系
由于建筑功能的需要，高层建筑往往设置主楼与裙房，并必须连接在一起。但主楼高裙房低，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。
2．1．2 基础类型与施工方案的选择
高层建筑基础选择是一个既复杂又重要的问题。它所涉及的因素很多，如工程地质条件、结构类型、荷载特点、施工条件等。
1．基础类型
高层建筑中的基础类型很多，目前最常用的有筏型基础、箱型基础、桩基础和复合基础。
（1）筏型基础
又称筏片基础、板式基础。它是一块有较大厚度的钢筋混凝土实心平板，宛如一个放在土壤上的筏片，房屋的承重构件——柱或墙直接支撑在平板上。有时，为了进一步增加平板基础的刚度，在柱与柱之间用梁加强基础，做成带梁的筏片基础，如下图（a）所示。基础的底面积沿房屋的平面轮廓可以再向外扩展，与地基之间有很大的接触面积，因此对以提高基础的承载能力。由于筏片型基础整体性好，基础形状简单，不需要大量模板，施工非常方便。因此，可用在地震区以及任何类型的高层房屋结构体系中，它是目前国内外最常采川的高层建筑基础类型。
（2）箱型基础
箱型基础是由钢筋混凝土顶板、底板、侧墙以及纵横相交的隔墙所组成的一个空间整体结构，如下图（b）所示。它就像一个放在地基上的空心盒子，承受着上部结构传来的全部荷载，并传递到地基中去。由于箱型基础的刚度很大，能有效地调整基础底面的压力，减小软弱地基引起的不均匀沉降。此外，箱型基础本身具有一定的空间，可以兼作人防。设备层或地下室使用。埋在地面以下的箱型基础，代替了大量回填土，减小了基底的附加应力，这就等于提高了地基承载能力，是十分有利的。
箱型基础具有上述众多优点，故适用于地基较差、荷载较重、平面形状规则的高层建筑。但是，它的施工技术要求和构造要求比其他类型的基础复杂，水泥和钢筋的用量也较多。所以，在具体选择时，还应和其他方案全面进行技术经济比较后再确定。
（3）桩基础
桩基础是由承台和桩两部分组成，如图（c）所示。承台的作用是承受上那结构传来的荷载，起着把上部结构骨架与桩连系起来的媒介作用，并把荷载传递到桩上。拉本身依靠支撑端和周围土壤与桩表面的摩擦力把竖向荷载到地基中去，并通过桩本身与土壤的挤压来传递水平荷载。
桩基础具有承载力高，沉降小而均匀，能承受会在荷载、水平荷载、上拔力及由机器产生的振动或动力作用，施工比较简便，没有繁多的土方工程等特点。几乎可以适用于各种地质条件和各种类型的工程，尤其是适用于较软弱地基的高层建筑。
（4）复合基础
复合基础是指在桩上做箱基或筏基组成复合基础。这种做法近年来采用较多，如上海的高层公共建筑，在钢管桩或预制钢筋混凝土桩上做箱基或筏板，一般筏板厚为2.0m左右；有的超高层建筑筏筏厚达3～4m。又如深圳金城大厦在大直径扩底桩上做2.5m厚的筏板，天津国际大厦在预制方桩上做箱基底板厚达2.0m。
此种基础刚度很大，具有调整各桩受力和沉降的良好性能。因此在软弱地基上建造高层建筑时较多采用这种基础类型。它适用于筒体结构、框剪结构及框架结构等任何结构形式。采用桩箱基础的框剪结构的高层建筑可达百米以上的高度。桩箱基础是各种桩基中造价最高的，因此必须在全面的技术经济分析基础上做出选择。
2．施工方案选择
高层建筑基础的选型和施工方案的选择二者有着密切的关系，因此必须做好施工与设计的结合，选定几个方案，通过讨论、试验和论证比较，择优选用。
（1）基础选型的要求
基础应选择安全、稳定、经济合理的类型，因此要考虑以下几点。
①建筑物结构类型、平面布局、荷载大小及分布。
②拟建场地的地质条件、水文情况和是否为地震区或强风区。
③工程的重要性及施工工期要求。
④主楼与裙房的差异沉降，需做处理方案。
⑤基坑埋置深度必须满足地基变形和稳定要求，以减小建筑物整体倾斜。
⑥技术经济效果比较。
（2）基础施工方案的选择
高层建筑基础施工方案的选择，要根据基础结构、基础埋深、水文地质、周围环境而定，并通过技术经济比较，选择最优方案。主要考虑以下几点：
①当基础工程周围无建筑物，且深度较浅又有足够场地时，可采用放坡开挖。
②当基础较深，且周围无足够场地又不允许放坡开挖时，则应选用切实可行的挡土和支护措施。
③当地下水位较高时，应根据地下水位情况，采取适当的降水措施。
④如果采用了桩基础，应尽量设法克服振动和噪声大的问题。
⑤高层建筑采用的箱形基础或筏板基础，均属于大体积混凝土范畴。因此，对温度应力和收缩裂缝的控制，应采取有效的措施，以保证工程质量。
综上所述，在高层建筑的基础工程施工中，技术开发的潜力仍然很大，不仅已有的技术需 要进一步完善，而且还有不少新的领域和课题有待开发。此外，有些由国外引进的技术和设备，也有待进一步消化和创新。
2．2 建筑基坑支护与地下水控制
2·2·1 基坑工程的一般规定
为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间称为建筑基坑。基坑开挖的施工工艺一般有两种：放坡开挖（无支护开挖）和在支护体系保护下开挖（有支护开挖）。前者既简单又经济，在施工场地空旷、周边环境许可、土体边坡稳定的条件下应优先采用。但是在城市及建筑密集地区，施工场地狭小，周边环境复杂，为了保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，则无法采用较经济的放坡开挖，需对基坑侧壁及周边环境采取支挡、加固固与保护措施，在支护结构的保护下进行开挖，称为基坑支护。现阶段，基坑支护技术成为地基基础领域的一个难点、热点问题，引起广大工程技术人员的高度关注，已成为地基基础的一个专门领域。
1．基坑支护工程的主要内容
基坑支护工程的主要内容包括：基坑勘测，支护结构的设计和施工，基坑土方的开挖和运输，控制地下水位，土方开挖过程中的工程监测和环境保护等。
基坑工程是一个系统工程，一般要经过前期技术经济资料调研—支护结构的方案讨论—设计—施工—降低地下水位—基坑土方开挖—地下结构施工等施工过程。在基坑施工过程中，影响支护结构安全和稳定的因素众多，主要有支护结构设计计算理论、计算方法、土体物理力学性能参数取值的准确度等，它们对支护结构安全具有决定性的影响；同时地下水位变化影响基坑土方开挖的难度、支护结构荷载及周边环境；土体开挖工况的变化相应引起支护结构内力和位移的变化，而支护结构的内力和变形又随着工程的进展是一个动态的变化过程。为了及时掌握支护结构的内力和变形情况、地下水位变化、基坑周围保护对象（邻近的地下管线、建筑物基础、运输道路等）的变形情况，对重要的基坑工程都要进行监测。
2．基坑支护工程的特点
基坑支护工程具有以下主要特点。
（1）临时性
基坑支护结构大多为临时性结构，其作用仅是在基坑开挖和地下结构施工期间保证基坑周边建筑物、道路、地下管线等环境的安全和本工程地下结构施工的顺利进行，其有效使用
期一般为一年左右（在特殊情况下，支护结构也可成为固定结构的一部分）。由于是临时结构，建设、施工单位往往不愿投入太多的资金，为了省钱，存有侥幸心理，在短期内冒风险。但基坑支护工程一旦出现工程事故，处理十分困难，造成的危害一般较大，且常常会造成对人员的伤害，处理事故的费用和经济损失比节省下来的支护工程费用要大得多，这样的惨痛教训很多。因此，临时性结构也要确保安全。
（2）技术综合性
基坑支护工程是岩土、结构、施工、测试、环境保护等学科知识的综合应用，因而对从事基坑工程的技术人员的业务知识水平要求较高，同时又要具有相当的工程经验和对当地地质情况的深入了解。
（3）不确定性
基坑支护工程在施工过程中受到周边建筑和地下设施的巨大影响，但是，在施工以前，有时勘察钻孔也无法探明局部特殊的地质和场地周边的情况，尤其在老城区的改造过程中，周边建筑密集度高，地下管线、地下设施资料不全，给基坑支护方案的制定、设计和施工增加了难度，使基坑施工具有一定的不确定性，引发突发事故。
由于基坑施工具有不确定性，基坑支护工程在全国范围内事故频发，风险极大，应引起工程技术人员的高度重视。
（4）地域性
由于不同地区具有不同的水文地质、工程技术经济条件，但经过大量的基坑工程实践，能逐渐形成具有地域特色的基坑支护技术。如上海地区，属长江三角洲相和河口滨海相沉积，在20m深度内主要为淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土，含水量一般在40％左右，孔隙比为
1．2～·1．6，土的压缩性高，抗剪强度低，在外荷载作用下，承载力低，变形大，不均匀沉降也较大，沉降历时长，周围建筑密集。所以在上海地区，根据不同的基坑开挖深度，形成了地下连续墙、钻孔灌注桩、深层搅拌桩等具有特色的基坑支护技术。同样在深圳、武汉等地，也形成了具有地域特色的基坑支护技术。
3．基坑设计基本规定
基坑支护结构作为地下结构施工期间的临时结构，结合我国的经济情况，一般是本着安全、经济的原则，在保证安全的前提条件下，尽量合理节省工程投资。而在经济发达国家，为了确保工程安全可靠，不惜花费大量的资金和材料，工程安全度较高，也造成了较大的浪费。所以我国更应加大对基坑支护计算理论、设计方法和施工技术研究的投人。自20世纪80年代至今，国内在基坑支护技术领域取得了很大的发展，积累了丰富的工程经验，但同时也有许多基坑工程由于经验不足和技术掌握不成熟，出了不少事故，留下了惨痛的教训。在大量的工程实践和研究的基础上，为了在基坑支护设计与施工中做到技术先进，经济合理，确保基坑边坡稳定，基坑周围建筑物、道路及地下设施的安全，我国制定了《建筑基坑支护技术规程）JGJ120—99。一些基坑技术发展较早较快的地区，根据本地基坑工程的特点和经验，也分别制定了适合本地区的规程、规定或技术指南，如上海、深圳、广州、武汉等。
根据《建筑基坑支护技术规程）JGJ1 20—99规定，基坑支护设计内容包括对支护结构计算 和验算、质量检测及施工监控要求。支护结构采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。
（1）设计极限状态
基坑的极限状态分为以下两类。
①承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；
②正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的
正常使用功能。
（2）基坑侧壁的安全等级
构成建筑基坑围体的某一侧面称为基坑侧壁。基坑侧壁的安全等级，根据破坏后果的严重
程度分为一级、二级、三级。其划分标准和重要性系数取值如表2-1所示。
注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定。
设计人员在进行支护结构设计时应根据基坑侧壁的不同条件，正确选择基坑侧壁安全等级。
在《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002中，基坑侧壁安全等级的划分
标准如下。
①符合下列情况之一的为一级基坑：
A．重要工程或支护结构作为主体的一部分；
B．开挖深度大于10 m；
C．与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；
D．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的基坑。
③除一级和三级基坑工程以外的，均属二级基坑。
以上基坑工程安全等级，一级最重要，二级次之，最后是三级基坑。
（3）支护结构计算和验算
①根据承载能力极限状态的设计要求，应进行下列计算和验算：
A．根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算；
B．基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；
C．当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力和稳定性验算。
②根据正常使用极限状态的设计要求，应进行以下计算和验算。
对于安全等级为一级及对基坑变形有限定的二级建筑基坑侧壁，还应对基坑周边环境及支
护结构变形进行验算。
③地下水的控制和计算。
当场地内有地下水时，应根据场地及周边区域的工程地质条件、水文地质条件、周边环境
情况和支护结构与基础类型等因素，确定地下水控制方法；当场地周围有地表水汇流、排
泄或地下水管渗漏时，应对基坑采取保护措施，并进行下列地下水的控制和计算：
A．抗渗稳定性验算；
B．基坑底突涌稳定性验算；
C．根据基坑支护结构设计要求进行地下水位控制计算。
④支护结构的水平变形限值确定计算。
在支护结构设计时，还应考虑支护结构水平变形、地下水位变化对周边环境的水平与竖向
变形的影响，对于安全等级为一级和对周边环境变形有限定要求的二级基坑侧壁，应根据
周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值，
并进行计算。
综上所述，支护结构的设计与施工的影响因素众多，应综合考虑工程地质与水文地质条件、
基础类型、基坑开挖深度、降水排水条件、周围环境对基坑侧壁位移的要求、基坑周边荷
载、施工季节、支护结构使用期限等因素，做到因地制宜、因时制宜，合理设计、精心施
工、严格监控。
4．支护结构的水平荷载
土体作用于围护墙体上的侧向压力与许多因素有关，主要有：土体与地下水状况，墙体的
位移状况，施工方法，施工工序和施工过程，支护的刚度，外界荷载与温度变化等。
如果墙体在施工过程中土体不受扰动，并在使用过程中不发生位移或变位微小时，作用于
墙体的土压力就是静止土压力。欧洲地区的地基基础规范规定，当墙体侧向水平位移≤
0．00005h时（h—基坑开挖深度）或墙体转动 y/h≤0．00005（y—墙体转动产生的水平
位移）时，土体作用于墙体的土压力就是静止土压力。当墙体在墙后土体作用下，发生背
离土体方向的变位（水平位移或转动人土压力减小，达到极限平衡状态时的最小压力为主
动土压力。被动土压力即是墙体在外力作用下，发生向土体方向的变位（水平位移或转动
人土压力增加，达到极限平衡时的最大土压力为被动土压力。所以支护结构的实际上压力
处在主动土压力和被动土压力之间，其大小取决于支护结构的位移和变形。试验表明，刚
性墙体：背离土体方向挡土墙顶部的位移达到墙高的0．1％～0．5％时，砂性填土的土压
力就降低到主动土压力；当向土体方向挡土墙顶部的位移达到墙高的5％左右或更大时，
砂性填土的土压力就增加到被动土压力。在实际工程中，主动土压力一般容易达到，但是
由于施工监测对土体变位的限制，往往不容许墙体的变位达到极限状态。这时，被动土压
力值将低于被动极限值，主动土压力值将高于主动极限值。对于非刚性墙体，由于墙体的
变形会引起土压力的重分布而使土压力分布不同于经典土压力。
作用于支护结构上的荷载，除了土压力以外，还有地下水位以下的水压力。所以水平
荷载很难精确确定，应由地区经验确定。目前，对于水土共同作用下的压力计算方法的讨
论进行得很激烈。《建筑基坑支护技术规程｝J GJ12 0—9 9中在计算和参数取值上采用了直
观、简单、安全的方法。
（1）水平荷载标准值
支护结构水平荷载标准值eajk应按当地可靠经验确定，当无经验时可按下列规定计算(如图
所示)。
①对于碎石土及砂土：
A．当计算点位于地下水位以上时，有
B．当计算点位于地下水位以下时，有
式中：
②对于粉土及粘性土，有
③当按以上规定计算的基坑开挖面以下水平荷载标准值小于零时，应取零。
（2）基坑外侧竖向应力标准值
基坑外侧竖向应力标准值σajk计算：
①计算点深度、处自重竖向应力σrk
②当支护结构外侧地面作用满布附加荷载q时（如图），基坑外侧任意深度附加竖向应力标
准值σok可按下式确定；
σ
ok=q0
③当距支护结构b1外侧政地表作用有宽度为b0的条形附加荷载q1时（如图所示），基坑外
侧深度CD范围内的附加竖向应力标准值σ
④上述基坑外侧附加荷载作用于地表以下一定深度时，将计算点深度相应下移，其竖向应
力也可按上述规定确定。
(3）水平抗力标准值
基坑内侧水平抗力（如图所示）标准值epjk宜按下式计算。
①对于砂土及碎石土，基坑内侧抗力标准值按下式计算。
②对于粉土及粘性土，基坑内侧水平抗力标准值宜按下式计算：
5．基坑工程基本技术资料
基坑工程技术复杂、不确定因素多，为减小风险。确保安全，在基坑支护方案制定、设计、
施工之前，设计、施工、监理和建设单位的有关人员都应掌握以下有关的技术资料：
①工程地质和水文地质资料；
②基坑周边环境情况；
③拟建工程建筑、结构和基础相关的要求；
④施工条件；
⑤相关技术规范、规程和当地管理部门的有关规定；
⑥类似工程的调研。
（1）工程地质及水文地质资料
基坑工程的岩土勘探一般不单独进行，应与主体建筑的地基勘探相结合，确定勘探要求，
统一制定勘探方案。在初步勘察阶段应搜集工程地质、水文地质资料，并进行工程地质调
查。必要时可进行少量的补充和室内试验，提出基坑支护的建议方案。
详细勘探阶段基坑工程的勘探范围应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确定，并立在开
挖边界外按开挖深度的1～2倍范围内布置勘探点，当开挖边界外无法布置勘探点时，
应通1k（M Pa）可按下式确定：
过调查取得相应资料J 于软上，勘探范围尚文扩大。勘探深度应根据支护结构设计要求确
定，不宜小于1倍开挖深度，软土地区的勘探深度应穿越软土层。勘探点间距应根据地层
条件而定，可在15～30m内选择。地层变化较大时，应减小间距，查明分布规律。
场地水文地质勘探应立查明开挖范围及临近场地地下水含水层和隔水层的层位、埋深和分
布情况，查明各含水层（包括上层滞水、潜水、承压水）的补给条件和水力联系；测量场
地各含水层的渗透系数和渗透影响半径；分析施工过程中水位变化对支护结构和基坑周边
环境的影响，提出应采取的措施。
岩土工程测试应对土的常规物理试验指标、土的抗剪强度指标、土的渗透系数等进
行测试。在特殊条件下应根据实际情况送走其他适宜的试验方法测试设计所需的参数。
基坑工程的勘探成果一勘探报告一般应包括下列内容：
①场地土层的成因类型、结构特点、土层性质及夹砂情况；
②基坑及围护墙边界附近场地的填土、暗滨、古河道及地下障碍物等不良地质现象的分布
范围与深度，并表明其对基坑的影响；
③场地浅层潜水和坑底深部承压水的埋藏情况，土层的渗流特性及产生管涌、流砂的可宜
性；
④支护结构设计与施工所需的土、水等参数；
⑤针对工程实际情况，提出对基坑设计。施工、地下水控制、施工监测的建议和注意事项。
（2）基坑周边环境情况
基坑开挖、降水和支护结构位移引起的地面沉降和水平位移，会对周边建筑物（构筑物）、
道路和地下管线造成影响；同时，周边的建筑物（构筑物＼道路、地下管线也对基坑施工
带来影响，故应在基坑支护方案制定以前，对基坑周边环境进行详细的调查。
基坑周边环境主要调查影响范围内建（构）筑物的结构类型、层数、基础类型、埋深、基
础荷载大小及上部结构现状；基坑周边的各类地下设施，包括：上水、下水、电缆、煤气、
污水。雨水、供热等管线或管道的分布和性状；场地周围和临近地区地表水汇流／ 泄情况、
地下水管渗漏情况以及对基坑开挖的影响程度；基坑四周道路的距离及车辆载重情况。
（3）拟建工程建筑、结构和基础的相关要求
支护结构设计应与拟建工程的建筑、结构和基础设计相协调，以防止在支护结构施工完成
后无法满足主体结构施工的要求，造成事后处理的被动局面。在基坑设计时，应了解地下
室外墙、底板、承台边缘尺寸及外墙模板安装和外防水施工的要求，楼板标高、地下室出
人口、管线接口位置及其他设计资料，以便合理确定基坑的尺寸、支撑、锚杆、腰梁的标
高，并对出人口处进行特殊处理。
（4）施工条件
施工条件是影响支护结构设计施工的另一个因素，主要表现在以下方面：
①材料制作加工场地、堆放场地、临时设施、施工车辆道路和出人日的位置；
②材料堆放荷载、施工车辆荷载、塔吊荷载对支护结构的影响；
③施工地区的施工噪声、振动的限制对施工机械设备选择的影响。
u）相关技术规范、规程和当地管理部门的有关规定
随着国内基坑工程的发展和普遍应用，基坑工程的设计、施工、监理和质监经验不断
积累并逐渐成熟，建设部于1999年9月l 日开始施行由中国建筑科学研究院主编的强制
性行业标准一《建筑基坑支护技术规程＊口120——99，同时，基坑工程也是《建筑地基
基础工程质量验收规范 ）G B 5 0 2 0 2—2 0 0 2中的一部分内容。该规程、规范在全国
各地区具有广泛的适用性。
我国一些基坑技术发展较早较快的地区，根据当地基坑工程的实际经验也分别制定了
适合于本地区的标准和管理规定，如深圳、广州、武汉、上海等，这些地区性技术规定应
在本地区遵守，并对其他地区具有参考价值。
u）类似工程的调研
基坑支护工程地域性很强，特别是地质条件对支护结构形式和规模影响很大，应积极
调研和吸取当地类似工程的经验做法，但要防止在地质条件和其他条件不同的情况下盲目
照搬。
2．2．2 支护结构的选型
支护结构选型是基坑支护结构设计的重要环节。在进行支护结构选型时，应根据基坑
工程的具体情况，对各种支护结构类型进行技术经济分析比较，选择最合适的支护结构类
型。
基坑支护结构选型的主要依据为：各种支护结构型式的受力特点、适用范围、技术经
济和工期等指标；基坑工程的现场条件一平面尺寸、开挖深度、工程地质与水文地质条件、
周边环境；施工机械设备和施工季节、造价、工期等。常用的基坑支护结构类型有：排桩
或地下连续墙、水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙、放坡或采用上述类型的组合。
二．常见支护结构类型
门）排桩或地下连续墙
排桩或地下连续墙支护结构就是在基坑开挖前，沿基坑四周以一定间距（或连续对 人
或就地浇注桩体（连续墙入形成桩体队列（桩体队列与支撑或拉锚组成的结构）抵抗外侧
土体和地下水的侧压力，形成挡土结构。常见的类型有钢板桩、灌注桩、地下连续墙等。
①桩墙。
·17· A．钢板桩。
钢板桩就是在基坑开挖以前，在基坑四周连续打人钢板桩，钢板桩之间通过锁口连接，
形成连续桩体，利用桩体强度抵抗外侧土体和地下水的侧压力，形成挡土结构。钢板桩的
截面形式较多，常用有U形上形爿形。近年来由于热轧技术的发展，生产了一些宽度和高
度较大的钢板桩，钢板桩的效率（截面模量／重量）大为提高，使其用途扩大。
钢板桩一次性投资大，施工中多以租赁方式租用，用后拔出归还。
钢板桩的优点是材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而简便；有一定的
挡水能力；可多次重复使用；一般费用较低。其缺点是普通的钢板桩刚度不够大，用于较
深的基坑时支撑（或拉锚）工作量大，否则变形较大；在透水性较好的土层中不能完全挡
水；拔除时易带土，如处理不当会引起土层移动，可能危害周围环境。
＿tMB．型钢横挡板。
－4矿里乡同 型钢横挡板维护墙亦称桩板式支护结构。这种维护墙由
；上u如破 工字钢（或H形钢）桩和横挡板（亦称衬板）组成，再加上围凛、
IR匕士兴东厂m0 eh 支撑等形成一种支护结构体系（图20。施工时先按一定问距
2一山 打设工字钢或N形钢，然后在开挖土方时边挖边加设横挡板。
IM M J r一‘施工结束拔出工字钢或11形钢钢桩，并在安全允许条件下尽
H［IZll【Q阿什6 可能回收横挡板。
UUll卜’横挡板直接承受土压力和水压力，并传给钢桩，再通过图
谋传至支撑或拉锚。横挡板长度取决于工字钢桩的间距，
厚度
图 26 H形钢横挡板支护结构 由计算确定，多用厚度为 60mm的木板或预制钢筋混
凝土薄
1一横挡板；2一围谋；3一角撑，，一
4一型钢；5一立柱；6一支撑；
7．横向支撑 型钢横挡板维护墙适用于粘土、砂土等土质较好、地一F水
位较低的地区，我国北京地下铁道和某些高层建筑的基
坑工程
曾使用过。例如，北京京城大厦，基坑开挖深度为23．76m，采用H形钢桩，间距为l．lm，
3层土层锚杆，竖向标高为一5 m、一12 m、一18 m。
C．钻孔灌注桩。
钻孔灌注桩维护墙是桩排式中应用最多的一种。通常采用直径 4500～1000 mm、桩
长 15～20m的钢筋混凝土钻孔灌注桩，其挡墙抗弯能力强、变形相对较小、经济效益较
好，适用于
开挖深度为6～10 m的基坑。
钻孔灌注桩施工很难做到桩与桩相切，多为间隔排列式，故不具备挡水功能，适用于
地下水位较深、土质较好的地区。在地下水位较高的地区应用时，则需另做止水帷幕。例
如，在上海
地区常用1．0＊厚的水泥土搅拌桩墙作为止水中佳幕。
［）．人工挖孔灌注桩。
人工挖孔桩的桩孔采用人工开挖，多为大直径桩。在施工过程中易于检查土层情况、
成孔及混凝土的施工质量，其质量可靠，但施工条件差，劳动强度大，应限制其使用，可
在土质较好的地区选用。
E．地下连续墙。
在基坑开挖之前，沿基坑四周用特殊挖槽设备、在泥浆护壁的条件下开挖出一定长度
的深槽，然后下钢筋笼浇筑混凝土形成单元混凝土墙，各单元利用特制的接头连接，从而
形成地下连续墙。地下连续墙具有挡土、防水抗渗和承重三种功能，能适应任何土质，特
别是软土地基，·18·且对周围环境影响小，但其造价高。当基坑深度大、周围环境复杂并要
求严格时，地下连续墙是首选支护形式。
地下连续墙施工如与逆筑法结合使用，则基坑维护墙与主体结构外墙合一，能降低工
程总成本。
②支撑（拉锚＼
随着基坑深度的增加，如采用悬臂结构，围护结构的内力和变形急剧增大，致使围护
构件截面迅速加大，会增加围护造价。为使围护墙经济合理且受力后的变形控制在一定范
围内，可沿围护墙竖向增设支撑点，以减小构件跨度，降低构件内力和变形，避免因构件
截面的迅速加大而引起的围护结构造价的增加。如在坑内对围护墙加设支撑称为内支撑（图
2fh川；如在坑外对围护墙拉设支撑，则称拉锚（土锚八图｝7几周。
厂
a）（b）
图2河 桩墙一锚杆结构示意图
内支撑受力合理、安全可靠、易于控制围护墙的变形，但内支撑的设置给基坑内挖土
和地下室结构的支模和浇筑带来不便。用土锚拉结围护墙，坑内施工无任何阻挡，但在软
土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定长度，在基坑外必须有一定的范围才能应用。
因而在土质好的地区，如具备锚杆施工设备和技术，应发展土锚；而在软土地区，为便于
控制围护墙的变形，应以内支撑为主。
＊）水泥土墙
水泥土墙支护结构是指由水泥土桩相互搭接形成的格栅状、壁状等形式的重力式结构。
常用的水泥土桩有水泥土搅拌桩（包括加筋水泥土搅拌桩＼高压喷射注浆桩等。
①深层搅拌水泥土围护墙。
深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输人的水泥浆强行搅拌，利用水
泥和软土之间所产生的物理化学反应，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙，利用其本
身的重量和刚度来进行挡土的围护墙。同时水泥土加固体的渗透系数一般不大于 10－－
＼m八，能止水防渗，因此水泥土围护墙具有挡土和防渗的双重作用可兼做隔水帷幕。
水泥围护墙的优点是：由于坑内一般无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、防渗
的双重功能；一般情况下较经济。其缺点是：首先位移相对较大，尤其在坑基长度大时更
是如此；其次厚度较大；最后在水泥土搅拌施工时可能影响周围环境。
·19· 一般情况下，当红线位置和周围环境允许，
基坑深度小于或等于7m时，在软土地区应优先考虑采用。
②高压旋喷注浆桩。
高压旋喷注浆桩是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷人土层内与土体混合形成水泥
土加固体，相互搭接形成桩排，用来挡土和止水。其施工费用高于深层搅拌桩，但它可以
用于空间较小处。施工时要控制好上提速度、喷射压力和水泥喷射量。
③组合式墙GMW法挡墙人
组合式墙是在水泥土搅拌桩内插人H型钢等（多数为H型钢，亦有插人拉森式钢板桩、
钢管等人将承受荷载与防渗挡土结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护
结构的围护桩（图28人 基坑深度大时亦可加设支撑。
门）土钉墙
所谓“土钉”，就是置人现场原位土体中以较密间距排列的细长杆件，如钢筋或钢管等，
通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体（注浆钉人土钉的特点是通长与周围土体接触，以群
体起作用，与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形的条件下，通过与土体接触面的
粘接力或摩擦力，使土钉被动受拉，以此给土体约束加固或使其稳定。
12 ller－一
图2河
土钉墙
图 2E SMW法（劲性水泥土搅拌桩）挡墙 1一上钉；2一喷射的细石混凝土面层；
1一插在水泥土桩中的H型钢；2一水泥土桩3一垫板
土钉墙就是采用土钉加固基坑侧壁土体与护面等组成的结构（图2于人它不仅提高了
土体整体刚度，而且弥补了土体抗拉和抗剪低的弱点，通过相互作用，土体自身结构强度
的潜力得到充分的发挥，还改变了边坡变形和破坏性状，显著提高了整体稳定性。土钉支
护是以土钉和它周围加固了的土体一体作为挡土结构，类似于重力式挡土墙。是一种原位
加固土技术。
土钉墙主要用于土质较好地区，基坑深度不宜x于12 m。我国华北和华东北部地区一
带应用较多。
门）逆作拱墙
逆作拱墙是指沿基坑周边分层、分段将基坑开挖成圆、椭圆及其他曲线平面，并沿基
坑侧壁分层、分段逆作钢筋混凝土拱墙，利用拱体承受土的侧压力的拱墙，称为逆作拱墙。
这种支护结构体系，结构受力以受压为主，能充分发挥混凝土材料的受力性能，构造简单，
采取分层分段开挖、分层分段逆作支护的方法，水平位移小，适用于非超软土、低地下水
场地。
逆作拱墙可根据基坑平面形状及周边条件，采用全封闭或局部拱墙，拱墙轴线的矢跨
比不宜小于l儿，开挖深度一般不宜超过12m，当地下水位高于基坑底面时，应采取降水
或截水措施。混凝土强度等级不宜低于 C25。拱墙截面宜为 Z型，拱壁的上、下端宜加肋梁，当基坑较深且一道Z型拱墙的支护高度不够时，可由数道拱墙叠合而成，沿拱墙高度设置数道肋梁，其竖 ·20·向间距不宜大于2．5m，当基坑边坡场地较窄时，可不加肋梁但应加厚拱壁，如图21 所示。
fill
飞＼飞飞
（a）（b）（c）（d）
图2l 拱墙截面构造示意简图
1一地面；2一基坑底
拱墙在垂直方向应分道施工，每道施工的高度视土层的直立高度而定，不宜超过2．5＊；水平方向施工的分段长度不应超过 12 m，通过软弱土或砂土层时分段长度不宜超过 8 nU施工直连续作业，每道拱墙施工时间不宜超过 3 6小时；上道拱墙合拢且混凝土强度达到 70％以后，才能进行下道拱墙施工。
“）放坡开挖
当基坑深度较浅，周围无紧邻的重要建筑且施工场地允许时，无须进行基坑支护，可采取此开挖方法。此时坑内无支撑，坑内土方机械作业面宽敞无障碍，但如地下水位较高时，必须采取降低地下水位的措施。
2．支护结构选型
根据《建筑基坑支护技术规程 ｝J＊ JIZ 0—9 9的规定，各种支护结构选型条件如表 2上所示。
表2l 支护结构选型表
i＊i＊i＊i＊i＊i＊i＊i＊i＊i＊
。ZI·结构类型、荷载特点、施工条件等。
1．墓础类型
高层建筑中的基础类型很多，目前最常用的有筏型基础产 型基础、桩基础和复合基础。
（1）筏型基础
又称筏片基础、板式基础。它是一块有较大厚度的钢筋is Af十文心一iF板。宛如一个放在土壤上的筏片，房屋的承重构件—一柱或墙＿白接支撑在平饭L。有时，为了进一步增加平板基础的刚度，在柱与柱之间用梁加强基础，做成带梁的筏片基础，如因3二（J所示。基础的底面积沿房屋的平面轮廓可以再向外扩展，与地基之间有很大的接触面积，因此对以提高基础的承载能力。由于筏片型基础整体性好，基础形状简单，不需要大量模板，施工非常方便。因此，可用在地震区以及任何类型的高层房屋结构体系中，它是目前国内外最常采川的高层建筑基础类型。
allall
h）（〕（。、）
图2－＿l 基础类型
（2）箱型基础
箱型基础是由钢筋混凝土顶板、底板、侧墙以及纵横相交的隔墙所组成的一个空间整体结构，如图 21）所示。它就像一个放在地基上的空心盒子，承受着上部结构传来的全部荷载，并传递到地基中去。由于箱型基础的刚度很大，能有效地调整基础底面的压力，减小软弱地基引起的不均匀沉降。此外，箱型基础本身具有一定的空间，可以兼作人防。设备层或地下室使用。
埋在地面以下的箱型基础，代替了大量回填土，减小了基底的附加应力，这就等于提高了地基承载能力，是十分有利的。
箱型基础具有上述众多优点，故适用于地基较差、荷载较重、平面形状规则的高层建筑。但是，它的施工技术要求和构造要求比其他类型的基础复杂，水泥和钢筋的用量也较多＿所以，在具体选择时，还应和其他方案全面进行技术经济比较后再确定。
（3）桩基础
桩基础是由承台和桩两部分组成，如图2l（．＊所示。承台的作用是承受上那结构传来的荷载，起着把上部结构骨架与桩连系起来的媒介作用，并把荷载传递到桩上。拉本身依靠支撑端和周围土壤与桩表面的摩擦力把竖向荷载到地基中去，并通过桩本身与上壤的挤压来传递水
平荷载。
桩基础具有承载力高，沉降小而均匀，能承受会在荷载、水平荷载、上、技力＿法叫I机器产。上的振动或动力作用，施工比较简便，没有繁多的土方工程等特点。几乎可以适川于各种地质条件和各种类型的工程，尤其是适用于较软弱地基的高层建筑。 （。。H复合基五
复合基础是指在桩上做箱基或筏基组成复合基础。这种做法近年来采用较多，如上海的高
·t）·
1 绪 论
高层建筑是城市化和工业化发展的产物，随着建筑科学技术的不断进步，在建筑领域内出现了不少新结构、新材料和新工艺，这些又为现代高层建筑的发展提供了有利条件。尤其是当前计算机在建筑结构设计上的广泛应用，为高层和超高层建筑的发展，提供了科学的基础。同时，世界各国旅游事业的发展、商业的繁荣和国际交往的日益频繁，更促进了高层建筑的蓬勃发展。因此，高层建筑将成为国内外建筑设计与施工的主要内容。
1.1 高层建筑的概念
1.1.1高层建筑的定义
多少层或者多么高的建筑物算是高层建筑，不同的国家和地区有不同的理解，而且从不同的角度，如结构、运输和消防来看待这个问题，亦会得出不同的结论。目前世界各国高层建筑及超高层建筑都没有固定的划分标准，联合国教科文组织所属的世界高层建筑委员会建议，可按高层建筑的层数和高度分为以下四类：
第一类：9～16层（最高到50m）；
第二类：17～25层（最高至75 m）；
第三类：26～40层（最高至100m）；
第四类：40层以上（即超高层建筑）。
世界各国随着高层建筑的发展，划分高层建筑的标准也相应调整。
我国的《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：适用于10层及10层以上或房屋高度超过28m的非抗震设计和抗震设防烈度为6度至9度的抗震设计的高层民用建筑结构。
国家标准《高层民用建筑设计防火规范》规定：适用于10层及10层以上的住宅建筑和建筑高度超过24 m的其他民用建筑。
我国建设部《民用建筑设计通则》又进一步明确了民用建筑层数的如下划分标准。
①住宅建筑按层数划分为：l～3层为低层；4～6层为多层；7～9层为中高层；10层以上为高层。
②公共建筑及综合性建筑总高度超过24 m者为高层（不包括高度超过24 m单层主体建筑）。 ③建筑物高度超过100m时，不论住宅或公共建筑均为超高层。
本书也以 10层及 10层以上的住宅及总高度超过24m的公共建筑及综合建筑定为高层建筑。
1.1.2高层建筑的特点
高层建筑并不是低层、多层建筑的简单叠加，它在建筑、结构、防火、设备和施工上都有突出的特点和不同的要求，需要认真研究解决。
1.建筑特点与要求
①由于建筑高度增加，电梯已成为高层住筑内部上要的垂直交通工具，并利用它组织方便、安全、经济的公共交通系统，从而对高层建筑的平山市局和守门组合产生了重大影响。 ②高层建筑需要在底层和不同的高度设置设备层、在楼层的顶部设电梯间和水箱间。建筑平面、立面布置要满足高层防火规范的要求。
③由于高层建筑地下埋深城固的要求，一般要有一层至数层的地下室，作为设备层及车库、人防、辅助用房等。
2. 结构特点与要求
（l）承载力
低层、多层建筑的结构受力，上要考虑垂直荷载，包括结构自重和活荷载、雪荷载等。高层建筑的结构受力，除了要考虑垂直荷载作用外，还必须考虑由风力或地震力引起的水平荷载。垂直荷载使建筑物受压，其压力的大小与建筑物高度成正比，由墙和柱承受。受水平荷载作用的建筑物，可视为悬臂梁，水平力对建筑物主要产生弯矩。弯矩与房屋高度的平方成正比
（如图所示），即：
垂直压力 N=WH
当水平荷载为倒三角分面时：
2弯矩 M=1/3qH
当水平荷载为均匀分布时：
弯矩 M=1/3q H
式中：
W——垂直荷载；
Q——水平荷载；
H——建筑物高度。
弯矩对结构产生拉力和压力，当建筑物超过一定的高度时，由水平荷载产生的拉力就会超过由垂直荷载所产生的压力，建筑物的一侧就会由于风力或地震力的作用而处于周期性的受拉或受压状态。
不对称及复杂体型的高层建筑还需要考虑结构的受扭。因此，高层建筑必须充分考虑结构的各种受力情况，保证结构有足够的承载力。
（2）刚度
高层建筑不公要保证结构的承载力，而且要保证结构的刚度和稳定性，控制结构的水平位移。由水平荷载产生的楼层水平位移，与建筑物高度的4次方成正比。
当水平荷载为倒三角形分布时：
当水平荷载为均布时：
式中：Δ——水平位移；
——弹性模量；
——截面惯性矩。
因此，随着高度的增加，高层建筑的水平位移增大较承载力增大更为迅速。过大的水平位移会使人产生不舒服感，影响生活、工作；会使电梯轨道变形；
会使填充墙或建筑物装修开裂、2
剥落；会使主体结构出现裂缝。如果水平位移再进一步圹大，
就会导致房屋的各个部件产生附加内力，引起整个房屋的严
重破坏，甚至倒塌。因此，必须控制水平位移，包括相邻两
层的层间位移和全棂的顶点位移。建筑物层间相对位移与层
高之比为δ/h，建筑物顶点水平位移与建筑物总高度之比为
Δ/H，根据不同的结构类型和不同的水平荷载，控制在
1/400～1/100（如图所示）
（3）耐久性
高层建筑的耐久性要求较高，《民用建筑设计通则》将建筑耐久年限分为四级，一级耐久年限为100年以上，适用于重要的建筑和高层建筑。
3.施工特点与要求
（1）工期长，季节性施工（雨季施工、冬季施工）不可避免
根据建设部近年统计资料分析，多层建筑单栋工期平均为十个月左右，而高层建筑平均为两年左右。因此，必须充分利用全年时间，合理部署，才能缩短工期。
（2）深基础施工
高层建筑基础一般较深，地基处理复杂，基础方案有多种选择，对造价和工期影响很大。还需要研究和解决各种深基础开挖支护技术。
（3）在市区施工，施工用地紧张
施工期间要尽量压缩现场暂设工程，减少现场材料、制品、设备储存量，根据现场条件合理选择机械设备，充分利用工厂化、商品化成品。
（4）装修、防水、设备要求较高
为了美化街景、丰富城市面貌，高层建筑的立面处理要求高。另外，高层建筑的设备繁多、高级装修多，因此施工前期就要安排好加工订货，在结构施工阶段就要提前插入装修施工，保证施工质量。
（5）工程项目多、工种多、涉及单位多、管理复杂
特别是一些大型复杂的高层建筑，往往是边设计、边准备、边施工，总、分包涉及许多单位，协作关系涉及许多部门，必须精心施工，加强集中管理。
（6）层数多、工作面大，可充分利用时间和空问进行平行流水立体交叉作业
高层建筑的标准层占主体工程的主要部分，设计基本相同，便于组织逐层循环流水作业。工作面大，装修、设备工程可以在结构阶段较早插人，进行立体交叉作业。
1．2 高层建筑的发展
人类自古以来就有向高空发展的愿望和要求，并在建筑上付诸实现。
我国古代建造的不少高塔，就属于高层建筑j 1400多年前，即公元523年建于河南登封县的嵩岳寺塔，10层、高41m，为砖砌单筒体结构。公元704年改建的西安大雁塔，7层、高64 m。公元1055年建于河北定县的暸望塔，11层、高82 m，为砖砌双筒体结构。此外，还有建于1056年，9层、高67m的山西应县木塔等。这些高塔皆为砖砌或木制的筒体结构，外形为封闭的八边形或十二边形。这种形状有利于抗风和抗地震，也有较大的刚度，在结构体系上是很合理的。
我国这些现存的古代高层建筑，经受了几百年，甚至上千年的风雨侵蚀和地震的考验，至今基本完好，这充分显示了我国劳动人民的高度智慧和才能，也表明我国古代建筑师对于高层建筑已具有较高的设计和施工水平。
在西方古代七大建筑奇迹中，有两座是高层建筑。公元前338年在巴比伦城所建的巴贝尔塔，塔高约90m，供王室观赏用。公元前280年建于亚历山大港口的灯塔，高约150m，塔身用石砌，曾耸立在港日一千多年，引导船只避免触礁。
近代高层建筑是从19世纪以后逐渐发展起来的，这与采用钢铁结构作为承重结构有关。1801年英国曼彻斯特棉纺厂，高7层，首先采用铸铁框架作为建筑物内部的承重骨架。1843年美国长岛的里港灯塔，亦采用了熟铁框架结构。这就为将钢铁用于承重结构开辟了一条途径。第一台电梯于1851年用于纽约第五大道的一家旅馆中。作为近代高层建筑起点的标志是1883年在芝加哥建造的家庭保险公司大楼，11层、高55m，采用铁框架，部分钢梁和砖石自承重外墙。1891年在芝加哥建造的共济会神殿大楼，20层、92m高，是首次全部用钢做框架的高层建筑。1903年在辛辛那提建造的英格尔大楼，16层，是最早的钢筋混凝土框架高层建筑。
19世纪末至 20世纪初是近代高层建筑发展的初始阶段，这一时期的高层建筑结构虽然有了很大的改进，但因受到建筑材料和设计理论等限制，一般结构的自重较大，而且结构形式也较单调，多为框架结构。近代高层建筑的迅速发展，是从20世纪50年代开始的。由于轻质高强度材料的发展，新的设计理论和电子计算机的应用，以及新的施工机械和施工技术的涌现，都为大规模、较经济地建造高层建筑提供了条件。
国外高层建筑最多的国家是美国，高度在160～200m的就有100多幢。目前世界上最高的建筑是101层、高508m的台北国际金融中心，第二高楼是正在上海浦东兴建的94层、高492m的环球金融中心，第三高楼是高450m的马来西亚吉隆坡城市中心大厦。另外，高445m的芝加哥西尔斯大厦，高 420 m的上海金茂大厦，以及已经消失了的 110层、高度为 41的纽约世界贸易中心双塔大夏，都是闻名于世的超高层建筑。
我国近代高层建筑起源于上海。抗日战争前，上海已建成10层以上高层建筑约35栋，其中1932～1934年建成的国际饭店（24层、高82.5 m）不仅是解放前国内最高的建筑，也是当时远东最高的建筑。
中华人民共和国成立后，从20世纪50年代开始，在北京、广州、沈阳、兰州、太原等地，相继建造了一批8～13层的大型公共建筑。60年代，在广州首次建成了27层、高87.6m的广州宾馆。到了70年代，建成了33层、高115 m的白云宾馆，它是70年代国内最高的建筑。进入80年代后，我国高层建筑进人了高速发展阶段，其中，北京的京广大厦53层、高208m；广州的广东国际大厦63层、高200m；北京的京城大厦5 2层、184m上海商城主楼4 8层、高165m；深圳国贸中心50层、高160m等等，都是目前国内著名的超高层建筑。 我国目前已有大批高层、超高层建筑在建设中，还有一些更高、更先进的高层建筑正计划兴建，可以预期，我国高层建筑将会以更快的速度向前发展。
1．3 高层建筑施工技术的发展
高层建筑的发展，为施工技术的进步提供了广阔的天地，而施工技术的进步，又是确保高层建筑能够顺利发展的重要条件。随着建筑工业化的发展，机械化、工厂化施工水平不断提高，已经逐步改革了传统的旧工艺，从而改善了劳动条件，提高了劳动效率，加快了建设速度。
1.3.1基础工程的施工技术有了较大的发展
高层建筑的基础工程，为了确保建筑物的稳定性，都有地下埋深嵌固的要求。高度越高，要求基础越深，这就给施工带来很大的困难。在高层建筑基础工程施工中应结合具体情况，积极采用有效的新工艺、新设备，对加快工程施工进度、缩短施工工期和降低工程造价均有很大的作用，特别是地质条件复杂、施工条件较差的施工现场，更需要如此。
高层建筑除了各种预制和现浇桩基础外，主要是采用筏形基础和箱形基础。有时亦采用复合基础，如桩基础和箱形基础联合使用等。为了提高单桩承载能力，已逐步由小直径向大直径发展，并开发了桩端压力注浆方法，对孔底虚土起到渗透、填充、压实、固结和加强附近土层的作用。另外，随着钻孔灌注桩的发展，目前水下钻孔和混凝土灌注以及扩孔等技术，均有新的突破。
高层建筑的深基坑开挖，尤其是在闹市区施工，因场地十分狭窄，不宜放坡。为了能够做到垂直开挖，挡土支护技术有了很大的发展。常用的有挡土灌注桩、钢板桩、土钉支护及地下连续墙等。有的还可以配合土层锚杆工艺进行加固，以提高其挡土支护能力。为了把挡土支护结构与地下结构工程结合起来，一些工程采用了桩墙合一技术，其效果十分显著。如北京新世纪饭店等工程均已采用。
在深基坑施工降低地下水位方面，不仅成功地应用了真空井点、喷射井点、电渗井点、深井泵等技术，还试点采用了冻结法。对于因降水而引起附近地面严重沉降的问题，也研究了防止措施。另外，在基础大体积混凝土施工方面，除了满足其承载力、整体性和耐久性要求外，在控制温度变形、裂缝开展等方面，均已取得了经验。
1．3．2 结构工程的施工技术已形成了成套技术
在剪力墙结构中，已形成现浇大模板、滑动模板和爬模等成套工艺。大模板工艺，不仅已形成了“内浇外预”和“全现浇”成套施工技术，而且由小开间向大开间发展。楼板亦采用预制、现浇和用各种配筋预制成的薄板叠合楼板三种方法。全现浇剪力墙结构的兴起，也使曾用于高耸构筑物施工的滑动模板工艺，移植到高层房屋建筑施工成为可能j深圳的国贸大厦和武汉的国际贸易中心等50多层的超高层建筑，都采用了滑动模板，并成功地采用了大吨位千斤顶。如今滑模工艺亦可用于框架和筒体结构施工。爬模工艺，也是用于高层剪力墙结构施工的一种主要工艺技术，其特点是既具有大模板一次能浇筑一个楼层墙体混凝土的长处，又具有滑动模板可以随楼层升高而连续爬升，不需要每层拆卸和拼装模板的特点。上海88层的金茂大厦的核心筒体就是采用这种施工方法，最快达到两天一层。
高层建筑的内隔墙，已向多样化、标准化、预制装配化方面发展。在公共建筑中，广泛采用了轻钢龙骨石膏板组装隔墙。在住宅建筑中，则广泛采用各种新型板材拼装，如石膏珍珠岩圆孔板、陶粒珍珠岩板、玻璃纤维混凝土空心板等。一些标准设计的高层住宅，则采用在现场利用成组立模生产整间的预制钢筋混凝土板材，其表面平整，不需要抹灰，造价较低。南方地区则多采用空心砖、砌块。
1．3．3 预拌混凝土和混凝土施工机械化水平有了迅速发展
随着现浇钢筋混凝土高层建筑的发展，施工现场混凝土用量大幅度增加，加上高层建筑的施工现场一般都比较狭窄，砂、石堆放困难，且混凝土搅拌噪声大，严重扰民，因此近年来在大城市都大力发展了预拌混凝土在北京、上海、广州等地均已建成了预拌混凝土搅拌站，产量已达数百万立方米，并装备了成套的运送设备，如搅拌车、混凝土输送泵、布料泵车等，从而使混凝土施工的机械化水平有了迅速提高。特别是在泵送混凝土方面，不仅利用带布料杆的泵车进行地下大体积混凝土基础工程的浇筑，而且在不少超高层建筑中，已开始广泛使用泵送混凝土。
进入2000年以后，我国高强度混凝土发展很快，到2002年底超过C50的混凝土已普遍推广应用，有的单体工程混凝土用量近达 300 000m＼全部采用了 C50和C50以上的混凝土。随着泵送混凝土的大量推广使用，混凝土中掺加粉煤灰得到推广，实践证明，混凝土中掺加粉煤灰还可以较大幅度地提高混凝土的后期强度。
1．3．4 装饰、防水工程得到迅速发展
大批高级公共建筑和宾馆、饭店，其装饰要求具有高标准和高水平，外装饰表面要不易积灰、不易污染，以保持持久的光泽；内装饰要求美化、舒适、典雅。为此，各类高级石材装饰蓬
勃兴起，除了花岗石和大理石块材大量用于地面和墙面外，装饰陶瓷，包括高级釉面墙，地砖，大型陶瓷饰面板，陶瓷彩釉装饰砖和变色釉面砖等，已被广泛采用。另外，以外墙围护和装饰功能为一体的玻璃幕墙，从北京长城饭店第一个使用以来，全国各地陆续使用，推动了我国铝合金和玻璃幕墙的生产。玻璃幕墙可以预制成大块整体安装，也可以在现场直接拼装。此外，金属幕墙也得到广泛应用。
高层建筑的屋面和楼层防水材料，近年来发展很快，品种繁多，主要有橡胶改性沥青卷材、高分子防水卷材及防水涂料和嵌缝密封材料等。此外，还有诸如“永凝液”等具有渗透性的防水涂料，这类涂料涂在混凝土表面以后，很快就渗人混凝土内，填充了混凝土中的微小孔隙，形成结晶体堵塞了孔隙，从而起到防水作用。
1．3．5 高层建筑的发展促进了施工机械化水平的迅速提高
高层建筑的发展和施工机械化水平的提高是紧密相关的。高层建筑的施工，需要高和大吨位的起重设备，目前常用的仍是塔式起重机。从使用塔吊的形式来看，基本上可分为两种：一种是内爬塔，另一种是外立塔。另外，外用施工电梯已广泛应用于高层建筑施工中，近几年外用电梯已由单笼发展到双笼，高度可达到250m。
由于高层建筑基础的加深，促进了基础、地下工程施工机械化水平的提高。各种大型土方机械、各类打桩机、钻孔机和扩孔钻机、土层锚杆钻孔机、振动拔桩机等都被大量推广应用。
1．3．6 现代科学技术已在高层建筑施工中得到应用
目前，在高层建筑施工中运用现代科学技术已日趋广泛。例如，采用激光技术作为导向进行对中和测量，使施工的精确度得以提高；采用计算机编制施工网络进度计划，使数据的输入和修改、时间参数的计算、关键线路的确定更方便、迅速；利用相关的软件，能迅速完成清晰完整的网络图；在钢结构施工中，应用磁粉探伤（M T＼渗透探伤（P T）和超声波探伤（UT）等无损检测技术检验其焊接质量，已取得成功。
复习思考题
1．高层建筑及超高层建筑是如何定义的？高层建筑有哪些特点？
2．高层建筑施工有哪些特点？
3．高层建筑结构工程的施工有哪些成套技术？
2 高层建筑基础工程施工
高层建筑对地基基础的稳定性和坚固性要求很高。随着建筑高度的增加，基础深度也相应增加，因而增加了基础施工的复杂性。另外，基础选型是否得当，对高层建筑的质量、造价和工期影响很大。
2．1 基础结构与施工技术
2·1·1 基础工程的特点
高层建筑由于层数多、建筑高、荷载重、面积大、造型复杂，主楼与裙房高低悬殊，在结构上要求埋置一定深度，在使用上要求设置多层地下室，这些高层建筑的特点结合各地不同的地质水文条件，构成了高层建筑基础的特殊性，主要有以下特点。
1．基础必须适应地基
全国范围内各种不同的高层建筑，高度不同，荷载不同，遇到各种不同的地质情况，基础必须适应地基，因而发展了高层建筑的基础，如箱基、筏基、桩基以及复合基础等。同时也发展了长桩、大直径扩底桩及钢管桩等新技术。
在软弱地基地区，如上海、天津、厦门、海口等沿海地区，高层建筑的基础大部分均采用了各种桩基。上海采用的钢管桩，管径最大为Φ914mm*20mm，最长为71m；混凝土灌注桩最长为 70 m（Φ800 mm）。 广东深圳地区采用大直径扩底桩，扩底达4～5 m。
2．基础埋置较深
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，基础埋置深度，天然地基应为建筑高度的1／12；桩基应为建筑高度的1／15，桩长不计在埋置深度以内。但是，高层建筑由于功能的需要，充分利用地下空间，往往将地下建成三、四层，深达20多米，深基础工程已成为建造高层建筑的条件。
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，其底板混凝土厚度常达3～4m，例如新上海国际大厦筏板面积为76m * 72m，板厚3m及3．5m，混凝土体积为17000m3。
大体积混凝土的关键是施工方法、施工技术与措施A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，已成为大体积混凝土施工的重点。
4．正确处理好主楼与裙房的基础关系
由于建筑功能的需要，高层建筑往往设置主楼与裙房，并必须连接在一起。但主楼高裙房低，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。
2．1．2 基础类型与施工方案的选择
高层建筑基础选择是一个既复杂又重要的问题。它所涉及的因素很多，如工程地质条件、结构类型、荷载特点、施工条件等。
1．基础类型
高层建筑中的基础类型很多，目前最常用的有筏型基础、箱型基础、桩基础和复合基础。
（1）筏型基础
又称筏片基础、板式基础。它是一块有较大厚度的钢筋混凝土实心平板，宛如一个放在土壤上的筏片，房屋的承重构件——柱或墙直接支撑在平板上。有时，为了进一步增加平板基础的刚度，在柱与柱之间用梁加强基础，做成带梁的筏片基础，如下图（a）所示。基础的底面积沿房屋的平面轮廓可以再向外扩展，与地基之间有很大的接触面积，因此对以提高基础的承载能力。由于筏片型基础整体性好，基础形状简单，不需要大量模板，施工非常方便。因此，可用在地震区以及任何类型的高层房屋结构体系中，它是目前国内外最常采川的高层建筑基础类型。
（2）箱型基础
箱型基础是由钢筋混凝土顶板、底板、侧墙以及纵横相交的隔墙所组成的一个空间整体结构，如下图（b）所示。它就像一个放在地基上的空心盒子，承受着上部结构传来的全部荷载，并传递到地基中去。由于箱型基础的刚度很大，能有效地调整基础底面的压力，减小软弱地基引起的不均匀沉降。此外，箱型基础本身具有一定的空间，可以兼作人防。设备层或地下室使用。埋在地面以下的箱型基础，代替了大量回填土，减小了基底的附加应力，这就等于提高了地基承载能力，是十分有利的。
箱型基础具有上述众多优点，故适用于地基较差、荷载较重、平面形状规则的高层建筑。但是，它的施工技术要求和构造要求比其他类型的基础复杂，水泥和钢筋的用量也较多。所以，在具体选择时，还应和其他方案全面进行技术经济比较后再确定。
（3）桩基础
桩基础是由承台和桩两部分组成，如图（c）所示。承台的作用是承受上那结构传来的荷载，起着把上部结构骨架与桩连系起来的媒介作用，并把荷载传递到桩上。拉本身依靠支撑端和周围土壤与桩表面的摩擦力把竖向荷载到地基中去，并通过桩本身与土壤的挤压来传递水平荷载。
桩基础具有承载力高，沉降小而均匀，能承受会在荷载、水平荷载、上拔力及由机器产生的振动或动力作用，施工比较简便，没有繁多的土方工程等特点。几乎可以适用于各种地质条件和各种类型的工程，尤其是适用于较软弱地基的高层建筑。
（4）复合基础
复合基础是指在桩上做箱基或筏基组成复合基础。这种做法近年来采用较多，如上海的高层公共建筑，在钢管桩或预制钢筋混凝土桩上做箱基或筏板，一般筏板厚为2.0m左右；有的超高层建筑筏筏厚达3～4m。又如深圳金城大厦在大直径扩底桩上做2.5m厚的筏板，天津国际大厦在预制方桩上做箱基底板厚达2.0m。
此种基础刚度很大，具有调整各桩受力和沉降的良好性能。因此在软弱地基上建造高层建筑时较多采用这种基础类型。它适用于筒体结构、框剪结构及框架结构等任何结构形式。采用桩箱基础的框剪结构的高层建筑可达百米以上的高度。桩箱基础是各种桩基中造价最高的，因此必须在全面的技术经济分析基础上做出选择。
2．施工方案选择
高层建筑基础的选型和施工方案的选择二者有着密切的关系，因此必须做好施工与设计的结合，选定几个方案，通过讨论、试验和论证比较，择优选用。
（1）基础选型的要求
基础应选择安全、稳定、经济合理的类型，因此要考虑以下几点。
①建筑物结构类型、平面布局、荷载大小及分布。
②拟建场地的地质条件、水文情况和是否为地震区或强风区。
③工程的重要性及施工工期要求。
④主楼与裙房的差异沉降，需做处理方案。
⑤基坑埋置深度必须满足地基变形和稳定要求，以减小建筑物整体倾斜。
⑥技术经济效果比较。
（2）基础施工方案的选择
高层建筑基础施工方案的选择，要根据基础结构、基础埋深、水文地质、周围环境而定，并通过技术经济比较，选择最优方案。主要考虑以下几点：
①当基础工程周围无建筑物，且深度较浅又有足够场地时，可采用放坡开挖。
②当基础较深，且周围无足够场地又不允许放坡开挖时，则应选用切实可行的挡土和支护措施。
③当地下水位较高时，应根据地下水位情况，采取适当的降水措施。
④如果采用了桩基础，应尽量设法克服振动和噪声大的问题。
⑤高层建筑采用的箱形基础或筏板基础，均属于大体积混凝土范畴。因此，对温度应力和收缩裂缝的控制，应采取有效的措施，以保证工程质量。
综上所述，在高层建筑的基础工程施工中，技术开发的潜力仍然很大，不仅已有的技术需 要进一步完善，而且还有不少新的领域和课题有待开发。此外，有些由国外引进的技术和设备，也有待进一步消化和创新。
2．2 建筑基坑支护与地下水控制
2·2·1 基坑工程的一般规定
为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间称为建筑基坑。基坑开挖的施工工艺一般有两种：放坡开挖（无支护开挖）和在支护体系保护下开挖（有支护开挖）。前者既简单又经济，在施工场地空旷、周边环境许可、土体边坡稳定的条件下应优先采用。但是在城市及建筑密集地区，施工场地狭小，周边环境复杂，为了保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，则无法采用较经济的放坡开挖，需对基坑侧壁及周边环境采取支挡、加固固与保护措施，在支护结构的保护下进行开挖，称为基坑支护。现阶段，基坑支护技术成为地基基础领域的一个难点、热点问题，引起广大工程技术人员的高度关注，已成为地基基础的一个专门领域。
1．基坑支护工程的主要内容
基坑支护工程的主要内容包括：基坑勘测，支护结构的设计和施工，基坑土方的开挖和运输，控制地下水位，土方开挖过程中的工程监测和环境保护等。
基坑工程是一个系统工程，一般要经过前期技术经济资料调研—支护结构的方案讨论—设计—施工—降低地下水位—基坑土方开挖—地下结构施工等施工过程。在基坑施工过程中，影响支护结构安全和稳定的因素众多，主要有支护结构设计计算理论、计算方法、土体物理力学性能参数取值的准确度等，它们对支护结构安全具有决定性的影响；同时地下水位变化影响基坑土方开挖的难度、支护结构荷载及周边环境；土体开挖工况的变化相应引起支护结构内力和位移的变化，而支护结构的内力和变形又随着工程的进展是一个动态的变化过程。为了及时掌握支护结构的内力和变形情况、地下水位变化、基坑周围保护对象（邻近的地下管线、建筑物基础、运输道路等）的变形情况，对重要的基坑工程都要进行监测。
2．基坑支护工程的特点
基坑支护工程具有以下主要特点。
（1）临时性
基坑支护结构大多为临时性结构，其作用仅是在基坑开挖和地下结构施工期间保证基坑周边建筑物、道路、地下管线等环境的安全和本工程地下结构施工的顺利进行，其有效使用
期一般为一年左右（在特殊情况下，支护结构也可成为固定结构的一部分）。由于是临时结构，建设、施工单位往往不愿投入太多的资金，为了省钱，存有侥幸心理，在短期内冒风险。但基坑支护工程一旦出现工程事故，处理十分困难，造成的危害一般较大，且常常会造成对人员的伤害，处理事故的费用和经济损失比节省下来的支护工程费用要大得多，这样的惨痛教训很多。因此，临时性结构也要确保安全。
（2）技术综合性
基坑支护工程是岩土、结构、施工、测试、环境保护等学科知识的综合应用，因而对从事基坑工程的技术人员的业务知识水平要求较高，同时又要具有相当的工程经验和对当地地质情况的深入了解。
（3）不确定性
基坑支护工程在施工过程中受到周边建筑和地下设施的巨大影响，但是，在施工以前，有时勘察钻孔也无法探明局部特殊的地质和场地周边的情况，尤其在老城区的改造过程中，周边建筑密集度高，地下管线、地下设施资料不全，给基坑支护方案的制定、设计和施工增加了难度，使基坑施工具有一定的不确定性，引发突发事故。
由于基坑施工具有不确定性，基坑支护工程在全国范围内事故频发，风险极大，应引起工程技术人员的高度重视。
（4）地域性
由于不同地区具有不同的水文地质、工程技术经济条件，但经过大量的基坑工程实践，能逐渐形成具有地域特色的基坑支护技术。如上海地区，属长江三角洲相和河口滨海相沉积，在20m深度内主要为淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土，含水量一般在40％左右，孔隙比为
1．2～·1．6，土的压缩性高，抗剪强度低，在外荷载作用下，承载力低，变形大，不均匀沉降也较大，沉降历时长，周围建筑密集。所以在上海地区，根据不同的基坑开挖深度，形成了地下连续墙、钻孔灌注桩、深层搅拌桩等具有特色的基坑支护技术。同样在深圳、武汉等地，也形成了具有地域特色的基坑支护技术。
3．基坑设计基本规定
基坑支护结构作为地下结构施工期间的临时结构，结合我国的经济情况，一般是本着安全、经济的原则，在保证安全的前提条件下，尽量合理节省工程投资。而在经济发达国家，为了确保工程安全可靠，不惜花费大量的资金和材料，工程安全度较高，也造成了较大的浪费。所以我国更应加大对基坑支护计算理论、设计方法和施工技术研究的投人。自20世纪80年代至今，国内在基坑支护技术领域取得了很大的发展，积累了丰富的工程经验，但同时也有许多基坑工程由于经验不足和技术掌握不成熟，出了不少事故，留下了惨痛的教训。在大量的工程实践和研究的基础上，为了在基坑支护设计与施工中做到技术先进，经济合理，确保基坑边坡稳定，基坑周围建筑物、道路及地下设施的安全，我国制定了《建筑基坑支护技术规程）JGJ120—99。一些基坑技术发展较早较快的地区，根据本地基坑工程的特点和经验，也分别制定了适合本地区的规程、规定或技术指南，如上海、深圳、广州、武汉等。
根据《建筑基坑支护技术规程）JGJ1 20—99规定，基坑支护设计内容包括对支护结构计算 和验算、质量检测及施工监控要求。支护结构采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。
（1）设计极限状态
基坑的极限状态分为以下两类。
①承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；
②正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的
正常使用功能。
（2）基坑侧壁的安全等级
构成建筑基坑围体的某一侧面称为基坑侧壁。基坑侧壁的安全等级，根据破坏后果的严重
程度分为一级、二级、三级。其划分标准和重要性系数取值如表2-1所示。
注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定。
设计人员在进行支护结构设计时应根据基坑侧壁的不同条件，正确选择基坑侧壁安全等级。
在《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002中，基坑侧壁安全等级的划分
标准如下。
①符合下列情况之一的为一级基坑：
A．重要工程或支护结构作为主体的一部分；
B．开挖深度大于10 m；
C．与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；
D．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的基坑。
③除一级和三级基坑工程以外的，均属二级基坑。
以上基坑工程安全等级，一级最重要，二级次之，最后是三级基坑。
（3）支护结构计算和验算
①根据承载能力极限状态的设计要求，应进行下列计算和验算：
A．根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算；
B．基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；
C．当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力和稳定性验算。
②根据正常使用极限状态的设计要求，应进行以下计算和验算。
对于安全等级为一级及对基坑变形有限定的二级建筑基坑侧壁，还应对基坑周边环境及支
护结构变形进行验算。
③地下水的控制和计算。
当场地内有地下水时，应根据场地及周边区域的工程地质条件、水文地质条件、周边环境
情况和支护结构与基础类型等因素，确定地下水控制方法；当场地周围有地表水汇流、排
泄或地下水管渗漏时，应对基坑采取保护措施，并进行下列地下水的控制和计算：
A．抗渗稳定性验算；
B．基坑底突涌稳定性验算；
C．根据基坑支护结构设计要求进行地下水位控制计算。
④支护结构的水平变形限值确定计算。
在支护结构设计时，还应考虑支护结构水平变形、地下水位变化对周边环境的水平与竖向
变形的影响，对于安全等级为一级和对周边环境变形有限定要求的二级基坑侧壁，应根据
周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值，
并进行计算。
综上所述，支护结构的设计与施工的影响因素众多，应综合考虑工程地质与水文地质条件、
基础类型、基坑开挖深度、降水排水条件、周围环境对基坑侧壁位移的要求、基坑周边荷
载、施工季节、支护结构使用期限等因素，做到因地制宜、因时制宜，合理设计、精心施
工、严格监控。
4．支护结构的水平荷载
土体作用于围护墙体上的侧向压力与许多因素有关，主要有：土体与地下水状况，墙体的
位移状况，施工方法，施工工序和施工过程，支护的刚度，外界荷载与温度变化等。
如果墙体在施工过程中土体不受扰动，并在使用过程中不发生位移或变位微小时，作用于
墙体的土压力就是静止土压力。欧洲地区的地基基础规范规定，当墙体侧向水平位移≤
0．00005h时（h—基坑开挖深度）或墙体转动 y/h≤0．00005（y—墙体转动产生的水平
位移）时，土体作用于墙体的土压力就是静止土压力。当墙体在墙后土体作用下，发生背
离土体方向的变位（水平位移或转动人土压力减小，达到极限平衡状态时的最小压力为主
动土压力。被动土压力即是墙体在外力作用下，发生向土体方向的变位（水平位移或转动
人土压力增加，达到极限平衡时的最大土压力为被动土压力。所以支护结构的实际上压力
处在主动土压力和被动土压力之间，其大小取决于支护结构的位移和变形。试验表明，刚
性墙体：背离土体方向挡土墙顶部的位移达到墙高的0．1％～0．5％时，砂性填土的土压
力就降低到主动土压力；当向土体方向挡土墙顶部的位移达到墙高的5％左右或更大时，
砂性填土的土压力就增加到被动土压力。在实际工程中，主动土压力一般容易达到，但是
由于施工监测对土体变位的限制，往往不容许墙体的变位达到极限状态。这时，被动土压
力值将低于被动极限值，主动土压力值将高于主动极限值。对于非刚性墙体，由于墙体的
变形会引起土压力的重分布而使土压力分布不同于经典土压力。
作用于支护结构上的荷载，除了土压力以外，还有地下水位以下的水压力。所以水平
荷载很难精确确定，应由地区经验确定。目前，对于水土共同作用下的压力计算方法的讨
论进行得很激烈。《建筑基坑支护技术规程｝J GJ12 0—9 9中在计算和参数取值上采用了直
观、简单、安全的方法。
（1）水平荷载标准值
支护结构水平荷载标准值eajk应按当地可靠经验确定，当无经验时可按下列规定计算(如图
所示)。
①对于碎石土及砂土：
A．当计算点位于地下水位以上时，有
B．当计算点位于地下水位以下时，有
式中：
②对于粉土及粘性土，有
③当按以上规定计算的基坑开挖面以下水平荷载标准值小于零时，应取零。
（2）基坑外侧竖向应力标准值
基坑外侧竖向应力标准值σajk计算：
①计算点深度、处自重竖向应力σrk
②当支护结构外侧地面作用满布附加荷载q时（如图），基坑外侧任意深度附加竖向应力标
准值σok可按下式确定；
σ
ok=q0
③当距支护结构b1外侧政地表作用有宽度为b0的条形附加荷载q1时（如图所示），基坑外
侧深度CD范围内的附加竖向应力标准值σ
④上述基坑外侧附加荷载作用于地表以下一定深度时，将计算点深度相应下移，其竖向应
力也可按上述规定确定。
(3）水平抗力标准值
基坑内侧水平抗力（如图所示）标准值epjk宜按下式计算。
①对于砂土及碎石土，基坑内侧抗力标准值按下式计算。
②对于粉土及粘性土，基坑内侧水平抗力标准值宜按下式计算：
5．基坑工程基本技术资料
基坑工程技术复杂、不确定因素多，为减小风险。确保安全，在基坑支护方案制定、设计、
施工之前，设计、施工、监理和建设单位的有关人员都应掌握以下有关的技术资料：
①工程地质和水文地质资料；
②基坑周边环境情况；
③拟建工程建筑、结构和基础相关的要求；
④施工条件；
⑤相关技术规范、规程和当地管理部门的有关规定；
⑥类似工程的调研。
（1）工程地质及水文地质资料
基坑工程的岩土勘探一般不单独进行，应与主体建筑的地基勘探相结合，确定勘探要求，
统一制定勘探方案。在初步勘察阶段应搜集工程地质、水文地质资料，并进行工程地质调
查。必要时可进行少量的补充和室内试验，提出基坑支护的建议方案。
详细勘探阶段基坑工程的勘探范围应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确定，并立在开
挖边界外按开挖深度的1～2倍范围内布置勘探点，当开挖边界外无法布置勘探点时，
应通1k（M Pa）可按下式确定：
过调查取得相应资料J 于软上，勘探范围尚文扩大。勘探深度应根据支护结构设计要求确
定，不宜小于1倍开挖深度，软土地区的勘探深度应穿越软土层。勘探点间距应根据地层
条件而定，可在15～30m内选择。地层变化较大时，应减小间距，查明分布规律。
场地水文地质勘探应立查明开挖范围及临近场地地下水含水层和隔水层的层位、埋深和分
布情况，查明各含水层（包括上层滞水、潜水、承压水）的补给条件和水力联系；测量场
地各含水层的渗透系数和渗透影响半径；分析施工过程中水位变化对支护结构和基坑周边
环境的影响，提出应采取的措施。
岩土工程测试应对土的常规物理试验指标、土的抗剪强度指标、土的渗透系数等进
行测试。在特殊条件下应根据实际情况送走其他适宜的试验方法测试设计所需的参数。
基坑工程的勘探成果一勘探报告一般应包括下列内容：
①场地土层的成因类型、结构特点、土层性质及夹砂情况；
②基坑及围护墙边界附近场地的填土、暗滨、古河道及地下障碍物等不良地质现象的分布
范围与深度，并表明其对基坑的影响；
③场地浅层潜水和坑底深部承压水的埋藏情况，土层的渗流特性及产生管涌、流砂的可宜
性；
④支护结构设计与施工所需的土、水等参数；
⑤针对工程实际情况，提出对基坑设计。施工、地下水控制、施工监测的建议和注意事项。
（2）基坑周边环境情况
基坑开挖、降水和支护结构位移引起的地面沉降和水平位移，会对周边建筑物（构筑物）、
道路和地下管线造成影响；同时，周边的建筑物（构筑物＼道路、地下管线也对基坑施工
带来影响，故应在基坑支护方案制定以前，对基坑周边环境进行详细的调查。
基坑周边环境主要调查影响范围内建（构）筑物的结构类型、层数、基础类型、埋深、基
础荷载大小及上部结构现状；基坑周边的各类地下设施，包括：上水、下水、电缆、煤气、
污水。雨水、供热等管线或管道的分布和性状；场地周围和临近地区地表水汇流／ 泄情况、
地下水管渗漏情况以及对基坑开挖的影响程度；基坑四周道路的距离及车辆载重情况。
（3）拟建工程建筑、结构和基础的相关要求
支护结构设计应与拟建工程的建筑、结构和基础设计相协调，以防止在支护结构施工完成
后无法满足主体结构施工的要求，造成事后处理的被动局面。在基坑设计时，应了解地下
室外墙、底板、承台边缘尺寸及外墙模板安装和外防水施工的要求，楼板标高、地下室出
人口、管线接口位置及其他设计资料，以便合理确定基坑的尺寸、支撑、锚杆、腰梁的标
高，并对出人口处进行特殊处理。
（4）施工条件
施工条件是影响支护结构设计施工的另一个因素，主要表现在以下方面：
①材料制作加工场地、堆放场地、临时设施、施工车辆道路和出人日的位置；
②材料堆放荷载、施工车辆荷载、塔吊荷载对支护结构的影响；
③施工地区的施工噪声、振动的限制对施工机械设备选择的影响。
u）相关技术规范、规程和当地管理部门的有关规定
随着国内基坑工程的发展和普遍应用，基坑工程的设计、施工、监理和质监经验不断
积累并逐渐成熟，建设部于1999年9月l 日开始施行由中国建筑科学研究院主编的强制
性行业标准一《建筑基坑支护技术规程＊口120——99，同时，基坑工程也是《建筑地基
基础工程质量验收规范 ）G B 5 0 2 0 2—2 0 0 2中的一部分内容。该规程、规范在全国
各地区具有广泛的适用性。
我国一些基坑技术发展较早较快的地区，根据当地基坑工程的实际经验也分别制定了
适合于本地区的标准和管理规定，如深圳、广州、武汉、上海等，这些地区性技术规定应
在本地区遵守，并对其他地区具有参考价值。
u）类似工程的调研
基坑支护工程地域性很强，特别是地质条件对支护结构形式和规模影响很大，应积极
调研和吸取当地类似工程的经验做法，但要防止在地质条件和其他条件不同的情况下盲目
照搬。
2．2．2 支护结构的选型
支护结构选型是基坑支护结构设计的重要环节。在进行支护结构选型时，应根据基坑
工程的具体情况，对各种支护结构类型进行技术经济分析比较，选择最合适的支护结构类
型。
基坑支护结构选型的主要依据为：各种支护结构型式的受力特点、适用范围、技术经
济和工期等指标；基坑工程的现场条件一平面尺寸、开挖深度、工程地质与水文地质条件、
周边环境；施工机械设备和施工季节、造价、工期等。常用的基坑支护结构类型有：排桩
或地下连续墙、水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙、放坡或采用上述类型的组合。
二．常见支护结构类型
门）排桩或地下连续墙
排桩或地下连续墙支护结构就是在基坑开挖前，沿基坑四周以一定间距（或连续对 人
或就地浇注桩体（连续墙入形成桩体队列（桩体队列与支撑或拉锚组成的结构）抵抗外侧
土体和地下水的侧压力，形成挡土结构。常见的类型有钢板桩、灌注桩、地下连续墙等。
①桩墙。
·17· A．钢板桩。
钢板桩就是在基坑开挖以前，在基坑四周连续打人钢板桩，钢板桩之间通过锁口连接，
形成连续桩体，利用桩体强度抵抗外侧土体和地下水的侧压力，形成挡土结构。钢板桩的
截面形式较多，常用有U形上形爿形。近年来由于热轧技术的发展，生产了一些宽度和高
度较大的钢板桩，钢板桩的效率（截面模量／重量）大为提高，使其用途扩大。
钢板桩一次性投资大，施工中多以租赁方式租用，用后拔出归还。
钢板桩的优点是材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而简便；有一定的
挡水能力；可多次重复使用；一般费用较低。其缺点是普通的钢板桩刚度不够大，用于较
深的基坑时支撑（或拉锚）工作量大，否则变形较大；在透水性较好的土层中不能完全挡
水；拔除时易带土，如处理不当会引起土层移动，可能危害周围环境。
＿tMB．型钢横挡板。
－4矿里乡同 型钢横挡板维护墙亦称桩板式支护结构。这种维护墙由
；上u如破 工字钢（或H形钢）桩和横挡板（亦称衬板）组成，再加上围凛、
IR匕士兴东厂m0 eh 支撑等形成一种支护结构体系（图20。施工时先按一定问距
2一山 打设工字钢或N形钢，然后在开挖土方时边挖边加设横挡板。
IM M J r一‘施工结束拔出工字钢或11形钢钢桩，并在安全允许条件下尽
H［IZll【Q阿什6 可能回收横挡板。
UUll卜’横挡板直接承受土压力和水压力，并传给钢桩，再通过图
谋传至支撑或拉锚。横挡板长度取决于工字钢桩的间距，
厚度
图 26 H形钢横挡板支护结构 由计算确定，多用厚度为 60mm的木板或预制钢筋混
凝土薄
1一横挡板；2一围谋；3一角撑，，一
4一型钢；5一立柱；6一支撑；
7．横向支撑 型钢横挡板维护墙适用于粘土、砂土等土质较好、地一F水
位较低的地区，我国北京地下铁道和某些高层建筑的基
坑工程
曾使用过。例如，北京京城大厦，基坑开挖深度为23．76m，采用H形钢桩，间距为l．lm，
3层土层锚杆，竖向标高为一5 m、一12 m、一18 m。
C．钻孔灌注桩。
钻孔灌注桩维护墙是桩排式中应用最多的一种。通常采用直径 4500～1000 mm、桩
长 15～20m的钢筋混凝土钻孔灌注桩，其挡墙抗弯能力强、变形相对较小、经济效益较
好，适用于
开挖深度为6～10 m的基坑。
钻孔灌注桩施工很难做到桩与桩相切，多为间隔排列式，故不具备挡水功能，适用于
地下水位较深、土质较好的地区。在地下水位较高的地区应用时，则需另做止水帷幕。例
如，在上海
地区常用1．0＊厚的水泥土搅拌桩墙作为止水中佳幕。
［）．人工挖孔灌注桩。
人工挖孔桩的桩孔采用人工开挖，多为大直径桩。在施工过程中易于检查土层情况、
成孔及混凝土的施工质量，其质量可靠，但施工条件差，劳动强度大，应限制其使用，可
在土质较好的地区选用。
E．地下连续墙。
在基坑开挖之前，沿基坑四周用特殊挖槽设备、在泥浆护壁的条件下开挖出一定长度
的深槽，然后下钢筋笼浇筑混凝土形成单元混凝土墙，各单元利用特制的接头连接，从而
形成地下连续墙。地下连续墙具有挡土、防水抗渗和承重三种功能，能适应任何土质，特
别是软土地基，·18·且对周围环境影响小，但其造价高。当基坑深度大、周围环境复杂并要
求严格时，地下连续墙是首选支护形式。
地下连续墙施工如与逆筑法结合使用，则基坑维护墙与主体结构外墙合一，能降低工
程总成本。
②支撑（拉锚＼
随着基坑深度的增加，如采用悬臂结构，围护结构的内力和变形急剧增大，致使围护
构件截面迅速加大，会增加围护造价。为使围护墙经济合理且受力后的变形控制在一定范
围内，可沿围护墙竖向增设支撑点，以减小构件跨度，降低构件内力和变形，避免因构件
截面的迅速加大而引起的围护结构造价的增加。如在坑内对围护墙加设支撑称为内支撑（图
2fh川；如在坑外对围护墙拉设支撑，则称拉锚（土锚八图｝7几周。
厂
a）（b）
图2河 桩墙一锚杆结构示意图
内支撑受力合理、安全可靠、易于控制围护墙的变形，但内支撑的设置给基坑内挖土
和地下室结构的支模和浇筑带来不便。用土锚拉结围护墙，坑内施工无任何阻挡，但在软
土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定长度，在基坑外必须有一定的范围才能应用。
因而在土质好的地区，如具备锚杆施工设备和技术，应发展土锚；而在软土地区，为便于
控制围护墙的变形，应以内支撑为主。
＊）水泥土墙
水泥土墙支护结构是指由水泥土桩相互搭接形成的格栅状、壁状等形式的重力式结构。
常用的水泥土桩有水泥土搅拌桩（包括加筋水泥土搅拌桩＼高压喷射注浆桩等。
①深层搅拌水泥土围护墙。
深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输人的水泥浆强行搅拌，利用水
泥和软土之间所产生的物理化学反应，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙，利用其本
身的重量和刚度来进行挡土的围护墙。同时水泥土加固体的渗透系数一般不大于 10－－
＼m八，能止水防渗，因此水泥土围护墙具有挡土和防渗的双重作用可兼做隔水帷幕。
水泥围护墙的优点是：由于坑内一般无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、防渗
的双重功能；一般情况下较经济。其缺点是：首先位移相对较大，尤其在坑基长度大时更
是如此；其次厚度较大；最后在水泥土搅拌施工时可能影响周围环境。
·19· 一般情况下，当红线位置和周围环境允许，
基坑深度小于或等于7m时，在软土地区应优先考虑采用。
②高压旋喷注浆桩。
高压旋喷注浆桩是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷人土层内与土体混合形成水泥
土加固体，相互搭接形成桩排，用来挡土和止水。其施工费用高于深层搅拌桩，但它可以
用于空间较小处。施工时要控制好上提速度、喷射压力和水泥喷射量。
③组合式墙GMW法挡墙人
组合式墙是在水泥土搅拌桩内插人H型钢等（多数为H型钢，亦有插人拉森式钢板桩、
钢管等人将承受荷载与防渗挡土结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护
结构的围护桩（图28人 基坑深度大时亦可加设支撑。
门）土钉墙
所谓“土钉”，就是置人现场原位土体中以较密间距排列的细长杆件，如钢筋或钢管等，
通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体（注浆钉人土钉的特点是通长与周围土体接触，以群
体起作用，与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形的条件下，通过与土体接触面的
粘接力或摩擦力，使土钉被动受拉，以此给土体约束加固或使其稳定。
12 ller－一
图2河
土钉墙
图 2E SMW法（劲性水泥土搅拌桩）挡墙 1一上钉；2一喷射的细石混凝土面层；
1一插在水泥土桩中的H型钢；2一水泥土桩3一垫板
土钉墙就是采用土钉加固基坑侧壁土体与护面等组成的结构（图2于人它不仅提高了
土体整体刚度，而且弥补了土体抗拉和抗剪低的弱点，通过相互作用，土体自身结构强度
的潜力得到充分的发挥，还改变了边坡变形和破坏性状，显著提高了整体稳定性。土钉支
护是以土钉和它周围加固了的土体一体作为挡土结构，类似于重力式挡土墙。是一种原位
加固土技术。
土钉墙主要用于土质较好地区，基坑深度不宜x于12 m。我国华北和华东北部地区一
带应用较多。
门）逆作拱墙
逆作拱墙是指沿基坑周边分层、分段将基坑开挖成圆、椭圆及其他曲线平面，并沿基
坑侧壁分层、分段逆作钢筋混凝土拱墙，利用拱体承受土的侧压力的拱墙，称为逆作拱墙。
这种支护结构体系，结构受力以受压为主，能充分发挥混凝土材料的受力性能，构造简单，
采取分层分段开挖、分层分段逆作支护的方法，水平位移小，适用于非超软土、低地下水
场地。
逆作拱墙可根据基坑平面形状及周边条件，采用全封闭或局部拱墙，拱墙轴线的矢跨
比不宜小于l儿，开挖深度一般不宜超过12m，当地下水位高于基坑底面时，应采取降水
或截水措施。混凝土强度等级不宜低于 C25。拱墙截面宜为 Z型，拱壁的上、下端宜加肋梁，当基坑较深且一道Z型拱墙的支护高度不够时，可由数道拱墙叠合而成，沿拱墙高度设置数道肋梁，其竖 ·20·向间距不宜大于2．5m，当基坑边坡场地较窄时，可不加肋梁但应加厚拱壁，如图21 所示。
fill
飞＼飞飞
（a）（b）（c）（d）
图2l 拱墙截面构造示意简图
1一地面；2一基坑底
拱墙在垂直方向应分道施工，每道施工的高度视土层的直立高度而定，不宜超过2．5＊；水平方向施工的分段长度不应超过 12 m，通过软弱土或砂土层时分段长度不宜超过 8 nU施工直连续作业，每道拱墙施工时间不宜超过 3 6小时；上道拱墙合拢且混凝土强度达到 70％以后，才能进行下道拱墙施工。
“）放坡开挖
当基坑深度较浅，周围无紧邻的重要建筑且施工场地允许时，无须进行基坑支护，可采取此开挖方法。此时坑内无支撑，坑内土方机械作业面宽敞无障碍，但如地下水位较高时，必须采取降低地下水位的措施。
2．支护结构选型
根据《建筑基坑支护技术规程 ｝J＊ JIZ 0—9 9的规定，各种支护结构选型条件如表 2上所示。
表2l 支护结构选型表
i＊i＊i＊i＊i＊i＊i＊i＊i＊i＊
。ZI·结构类型、荷载特点、施工条件等。
1．墓础类型
高层建筑中的基础类型很多，目前最常用的有筏型基础产 型基础、桩基础和复合基础。
（1）筏型基础
又称筏片基础、板式基础。它是一块有较大厚度的钢筋is Af十文心一iF板。宛如一个放在土壤上的筏片，房屋的承重构件—一柱或墙＿白接支撑在平饭L。有时，为了进一步增加平板基础的刚度，在柱与柱之间用梁加强基础，做成带梁的筏片基础，如因3二（J所示。基础的底面积沿房屋的平面轮廓可以再向外扩展，与地基之间有很大的接触面积，因此对以提高基础的承载能力。由于筏片型基础整体性好，基础形状简单，不需要大量模板，施工非常方便。因此，可用在地震区以及任何类型的高层房屋结构体系中，它是目前国内外最常采川的高层建筑基础类型。
allall
h）（〕（。、）
图2－＿l 基础类型
（2）箱型基础
箱型基础是由钢筋混凝土顶板、底板、侧墙以及纵横相交的隔墙所组成的一个空间整体结构，如图 21）所示。它就像一个放在地基上的空心盒子，承受着上部结构传来的全部荷载，并传递到地基中去。由于箱型基础的刚度很大，能有效地调整基础底面的压力，减小软弱地基引起的不均匀沉降。此外，箱型基础本身具有一定的空间，可以兼作人防。设备层或地下室使用。
埋在地面以下的箱型基础，代替了大量回填土，减小了基底的附加应力，这就等于提高了地基承载能力，是十分有利的。
箱型基础具有上述众多优点，故适用于地基较差、荷载较重、平面形状规则的高层建筑。但是，它的施工技术要求和构造要求比其他类型的基础复杂，水泥和钢筋的用量也较多＿所以，在具体选择时，还应和其他方案全面进行技术经济比较后再确定。
（3）桩基础
桩基础是由承台和桩两部分组成，如图2l（．＊所示。承台的作用是承受上那结构传来的荷载，起着把上部结构骨架与桩连系起来的媒介作用，并把荷载传递到桩上。拉本身依靠支撑端和周围土壤与桩表面的摩擦力把竖向荷载到地基中去，并通过桩本身与上壤的挤压来传递水
平荷载。
桩基础具有承载力高，沉降小而均匀，能承受会在荷载、水平荷载、上、技力＿法叫I机器产。上的振动或动力作用，施工比较简便，没有繁多的土方工程等特点。几乎可以适川于各种地质条件和各种类型的工程，尤其是适用于较软弱地基的高层建筑。 （。。H复合基五
复合基础是指在桩上做箱基或筏基组成复合基础。这种做法近年来采用较多，如上海的高
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