本文是一篇结构工程论文，本文依托兰州市某增深开挖基坑，针对当基坑支护结构已经或将要施工完成的情况下，由于规划变更，基坑需在基底原设计标高的基础上增深开挖而导致的原支护体系承载力不足的问题展开研究，主要研究成果如下：（1）“既有-新增排桩单排组合支护结构”加固方案有效保障了本基坑的安全增深开挖，基坑土体与围护结构的变形均在安全范围内，同时借助有限元软件进行了稳定性分析，得到开挖完成后的安全系数为 1.8，基坑处于稳定状态。（2）在整个开挖过程中，新增桩均承担了较大的力，原支护桩充分发挥了其围护作用，当基坑开挖至增深后的设计标高时，新增设长支护桩弯矩在原桩桩底标高附近产生了突然增大的现象，由模拟结果可以看出此种组合桩加固体系可以形成有机整体，进而达到协同受力、协同变形的效果。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
近些年我国大力提倡发展基础设施建设，城市化进程也随之加快，随着越来越多人口的涌入，对城市规划发展要求的逐渐提高，大量高层、超高层建筑的建设、地铁、地下商业项目的开发等，使基坑开挖的数量、规模与深度越来越大，伴随而来的问题就是基坑施工环境的日趋复杂与支护难度的加大[1]。西北地区科技水平相对落后，加之本行业已颁布的相关规范较为欠缺，在现场施工过程中，缺乏严谨的理论体系指导，依据技术人员经验施工的现象依旧存在[2]，使基坑开挖事故仍多有发生。在整个建筑结构体系中，基坑支护是极具自身工程特点且应重点研究的工程项目[3]。基坑若在施工过程中发生失稳或垮塌，轻则基坑本身安全性无法达到施工要求；重则造成生命、财产的损失，因此基坑支护结构的设计就尤为重要[4，5]，基坑工程涵盖了广泛而复杂的学科体系，包括地质的勘察、基础的设计施工、各结构构件之间的力学作用原理等；还要应用土力学中的相关理论知识，如土体的蠕变、变形，不同水文地质条件下的强度变化，以及与支护结构之间的相互作用机理等。同时，相关理论研究亟待完善，由此看来，基坑工程属于地下建筑施工中内容极为丰富且较易变化的领域，是一项实践性很强的综合性岩土工程问题[6]。
当基坑支护结构已经或将要施工完成，由于规划用途的更改使设计变更，导致基坑需在原设计基础上增深开挖，而基坑的增深开挖或将使基坑原有支护结构失效，无法维护基坑的施工安全。在这种情况下，最安全稳妥的处理办法就是以增深开挖后的基坑为研究对象，重新进行支护结构的设计、验算与施工，如此，既有支护结构将会被完全废弃，毋庸置疑会浪费大量资源，延误工期，增加额外的工程成本。但如果能利用已有基坑支护结构进行加固设计与改造，使其在满足基坑加深开挖带来的承载力要求的同时，又充分利用既有支护结构，这样既可以保障基坑安全性，又能降低经济损失。但是在既有围护体系的基础上进行改造加固，不确定性因素较多、危险系数较大，在施工过程中也难以进行验证，所以针对增深开挖基坑的支护结构加固设计问题有较大研究价值。
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1.2 研究现状
二十世纪末，随着我国改革开放进程的逐渐加快，工业民用建筑的逐渐增多，使基坑工程得到了极大的重视和发展。越来越多的高层、超高层建筑物拔地而起，且城市深基坑周边环境条件愈加复杂，在此种发展背景下，基坑支护技术也亟待更新，以应对在实际工程中遇到的种种难题。国内外针对基坑开挖支护问题的研究及创新应用发展较快，在保障基坑安全性的前提下，经济、绿色、节能的基坑支护成为了新的发展方向，对基坑的变形控制的要求也日益严格。随着我国大力提倡基础设施建设，众多新技术与新型支护结构的应用，也标志着我国建设能力和工业发展水平的逐步提高。伴随着深基坑开挖支护的不断发展，应继续加强在基坑工程领域的科研投入，促进理论与实践相结合，以指导基坑高效、安全施工[16]。
影响基坑安全的因素有很多，除去基坑本身的土层地质条件、周边环境等自然因素给基坑开挖支护带来的挑战，在实际的施工过程中仍会遇到其他复杂多变的问题，如在基坑围护体系已经基本完成施工的基础上，由于设计变更中途增加地下室、地下车库层数等，要求基坑在原坑底标高的基础上延伸开挖，此时原支护体系就会承担超过基坑最初设计的额外荷载，极易发生围护结构的失稳破坏，施工危险系数较大。为解决这一问题，可以对支护结构进行重新设计施工，但这显然就要造成大量的经济损失，所以对现有支护结构进行合理的加固和设计改造，增强新的支护体系围护强度，以保障基坑增深开挖过程中的安全稳定意义重大。对此类增深基坑围护结构的加固设计，也成为了深基坑开挖支护的热点问题之一[17] [18]。
1.2.1 增深开挖基坑支护加固研究现状
近几年，国内关于基坑后期增深开挖的问题的研究逐渐增多。针对不同地区、不同地质，在原支护结构已经设置完成的情况下，对支护结构进行加固设计，并对加固方案的稳定性、变形规律等方面进行了研究，具有重要参考价值。
刘志方[19]等依托某基坑工程，该工程由于设计变更基坑需要加深开挖约 5m，该基坑开挖面积大且场地条件较为复杂。经过研究，该项目最终采取了增设预应力锚索等一系列加固措施，后期针对基坑与围护结构的变形进行现场实测，以确保基坑的顺利施工。
朱冬坤[20]等以某增深开挖基坑为研究背景，该工程在施工中途由于地下室的设计变更，导致基坑需要在原基础上增深开挖约 1.5m。整合已施工完毕的原支护体系设计与现场施工资料，采用了土钉墙加密支护和在原支护桩桩身增设锚杆等结合的方案，维护了基坑的安全施工，相关研究成果可为今后类似工程的施工提供借鉴。
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第 2 章 位移土压力理论与桩锚支护设计方法
2.1 引言
自传统的库伦、朗肯等有关土压力理论的发展至今已有200多年的历史，期间经历了条带极限平衡法、现代极限平衡分析法和现代数值计算法。以上土压力理论或分析计算方法有其适用的假设条件，所以存在一定的计算误差，而且均未充分考虑挡土结构产生的位移对土压力的影响[59，60]。考虑挡土结构变形时的土压力计算理论则更加符合工程实际。
桩锚支护是指由支护桩与预应力锚索通过腰梁、冠梁等的连接作用形成的一种共同抵抗土压力与变形的联合支护形式，其特点集中体现在稳定性好、并且兼具安全性与经济性、施工工艺要求较低等优势特点，是深基坑围护结构中应用较为广泛的一种联合支护形式。
随着施工技术的不断发展、辅助设备如大型施工机具的不断研发创新以及支护结构所用原材料高效高质量的生产，使得高强度、大孔径的灌注桩与较高强度的预应力锚索陆续出现，这些新技术、新产品的成功应用更加加快了桩锚支护体系在深基坑工程中的应用，在多级边坡的支护、城市深大基坑的变形控制、拦河堤坝等各类工程中扮演着重要的角色，应用的推广、技术的革新，标志着我国桩锚支护结构的设计与施工工艺进入了一个新的阶段。 本章对位移土压力和桩锚支护结构的相关理论进行简单的介绍，为本文的基坑加固设计以及后续研究奠定理论基础。
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2.2 土压力机理
土压力是支挡结构在工作过程中与周边土体产生的一种相互作用，影响土压力大小的因素有很多，如挡土墙的高度、刚度、产生的位移以及填土的性质等。 在墙后填土达到极限平衡（或破坏）状态的大前提下，若挡土墙背离填土方向移动，此时作用于挡土墙的土压力为主动土压力，在土压力值中最小；若挡土墙向填土方向发生挤压填土的位移趋势，此时作用在挡土墙上的土压力为被动土压力，是土压力中的最大值。当挡土墙相对填土无位移趋势时的土压力称为静止土压力，土压力随挡土墙移动而变化的情况如图 2.1 所示。
大量实际工程和试验监测数据表明，作用于基坑挡土结构上的土压力不可单纯的归类为主动土压力或被动土压力，多数时候是一种介于主动土压力与被动土压力之间 的任 一数值 （位移土压力 ）， 一 般认为 挡土结构的位移 量为（ -0.001~-0.003）H（挡土墙的高度）时，记为 sa，土压力达到主动土压力；位移量为（0.02~0.05）H，记为 sp，达到被动土压力，sp 约为-15sa（取向挤压填土方向为正）[61]。
图 2.1 土压力随挡土墙位移变化曲线
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第 3 章 增深基坑与支护结构加固设计 .......................... 24
3.1 引言 ............................... 24
3.2 工程概况 ............................... 24
3.3 工程地质条件 ........................ 27
第 4 章 加固方案的建模分析与比选 ............................. 38
4.1 引言 ......................................... 38
4.2 MIDAS/GTS 有限元软件简介..................................... 38
4.3 模型建立 ....................... 39
第 5 章 加固方案验证与稳定性分析 ...................................... 52
5.1 现场监测项目与依据 ............................... 53
5.2
