地下建筑结构-第十讲-深基坑支护工程.ppt

1、 深基坑支护工程的基本知识 第十讲第十讲概概 论论1、概论 1.1 基坑围护体系的作用与要求：1.1.1 作用：为基坑工程土方开挖和地下室施工创造必要的作业条件：挡土、阻水。1.1.2 要求：1)保证基坑四周边坡的稳定性；2)保证基坑四周相邻建筑物、构筑物和地下管线在基坑工程施工期间不受损害；3)保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。基坑工程特点基坑工程特点1.21.2 基坑工程特点基坑工程特点基坑工程特点基坑工程特点:1)1)基基坑坑围围护护体体系系是是临临时时结结构构，不不应应有有过过大大的的安安全全储储备备，因因此此具具有有风风险险性。性。2)2)基基坑坑工工程程具具有有很很强强的的地地

2、区区性性：地地质质、水水文文地地质质条条件件的的不不同同，土土性性指指标的差异，自然条件的差别（如降雨）都影响到基坑的设计；标的差异，自然条件的差别（如降雨）都影响到基坑的设计；3)3)基基坑坑工工程程具具有有很很强强的的个个性性：除除地地区区条条件件的的不不同同外外，与与基基坑坑相相邻邻的的建建筑筑物物、构构筑筑物物及及地地下下管管线线的的位位置置，重重要要性性，抗抗变变形形的的能能力力，基基坑坑的的深深度度，场场地地边边界界条条件件的的制制约约等等都都影影响响到到基基坑坑支支护护体体系系的的设设计计，使使得得每每个个基坑都需作出专门设计；基坑都需作出专门设计；4)4)基基坑坑工工程程的的设

3、设计计与与施施工工紧紧密密相相连连，土土方方开开挖挖的的施施工工组组织织是是否否合合理理将将对围护体系是否成功产生重要影响；对围护体系是否成功产生重要影响；放坡开挖放坡开挖5)基坑工程具有很强的时空效应。软粘土具有蠕变性，蠕变性将使土体强度降低，作用在围护结构上的土压力随时间变大。1.3 围护结构形式及适用范围 1.3.1 放坡开挖放坡开挖放坡开挖需满足的条件：坡面自立性和边坡整体稳定性；适用条件：杂填土厚或土质相对较好，开挖深度不大（一般34米），场地较宽阔；优点：一般费用较低；缺点：占用场地，挖土及回填量大；辅助措施：坡脚堆草袋挡土或用木桩加固。悬臂式围护结构悬臂式围护结构适用条件：对开挖

4、深度敏感，开挖深度不宜超过4米，个别情况需达到6米时要采用门架式结构；优点：便于挖土；缺点：桩入土深度大，桩身弯距大，增加造价；土体位移大，对相邻建筑产生不良影响。1.3.2 悬臂式围护结构 依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构安全，由钻孔灌注桩、沉管灌注桩、预制桩或钢板桩组成桩排挡墙。水泥土重力式围护结构水泥土重力式围护结构适用条件：挖土深度不超过6米的软土基坑，场地条件允许时，对有机物含量很高的土要慎用或采取专门措施。优点：坑内无支撑便于挖土，隔水性能好。缺点：位移量较大，养护期较长，杂填土厚度大且含大块石时施工困难。1.3.3 水泥土重力式围护结构 内撑式围护结构内撑式

5、围护结构1.3.4 内撑式围护结构 内撑式围护结构由围护结构体系和内撑体系两部分组成。围护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙和地下连续墙型式。内撑体系可采用水平支撑和斜支撑。根据不同开挖深度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1.3-6（a）（b）及（d）所示。当基坑平面面积很大，而开挖深度不太大时，可采用单层斜支撑如图1.3-6（c）所示。内撑式围护结构内撑式围护结构内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管（或型钢）支撑两种。钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好、变形小，而钢管支撑的优点是钢管可以回收，且加预压力方便。内撑式围护结构适用范围广，可适用各种土层和基坑深度。p优点：安全度较大

6、，已具有丰富经验。p缺点：内支撑给基坑挖土带来不便。如基坑平面形状成近似正方形可采用拱圈作支撑，但需注意土压力的平衡。拉锚式围护结构拉锚式围护结构1.3.5 拉锚式围护结构 拉锚式围护结构由围护体系和锚固体系两部分组成，围护结构体系同于内撑式围护结构。锚固体系:锚杆式（单层、二层、多层）需地基土提供较大锚固力；地面拉锚式需有足够场地设置锚固物；土钉墙围护结构土钉墙围护结构1.3.6 土钉墙围护结构 土钉一般通过钻孔、插筋和注浆来设置，传统上称砂浆锚杆。也有采用打入或射入方式设置土钉。边开挖基坑，边在土坡中设置土钉，在坡面上铺设钢筋网，并通过喷射混凝土形成混凝土面板，形成土钉墙围护结构。土钉墙围

7、护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉，形成加筋土重力式挡墙起到挡土作用。土钉墙围护结构示意图如图1.3-8所示。门架式围护结构门架式围护结构 门架式围护结构属悬臂型，其变形较大。门架式围护结构适用于开挖深度已超过悬臂式围护结构的合理围护深度的基坑工程。1）门架式围护结构 门架式围护结构示意图如1.3-9所示。目前在工程中常用钢筋混凝土灌注桩、压顶梁和联系梁形成空间门架式围护结构体系。它的围护深度比悬臂式围护结构深。研究表明：前后排桩桩距B小于4d（d为桩径）时，刚架空间效应差；B8d时，联系梁只起拉杆作用，刚架空间效应也差。门架式围护结构门架式围护结构2）沉井围护结构 采用沉井结构形成

8、围护体系。3）SMW工法柱列式挡墙 将支承荷载与防渗结合起来，使之同时具有承力与防渗两种功能的支护形式，即是劲性水泥搅拌桩法，日本称为SMW工法，即在水泥土搅拌桩内插入H型钢或者其他种类的受拉材料，形成承力和防水的复合结构（图1.3-10）。通常认为：水土侧压力全部 由型钢单独承担；水泥土桩的作用在于抗渗止水。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，水泥土起到套箍作用，可以防止型钢失稳，对H型钢还可以防止翼缘失稳，这样可使翼缘厚度减小到很薄。止水降水措施止水降水措施1.4 止水降水措施 对于渗透性很小的地基（如宁波许多工程中遇到的情况，k10-7cm/s）

9、，往往既不降低地下水也不设置止水帷幕，在基坑开挖过程中产生的少量积水采用明沟排水处理。在以下情况下需采取止水措施：1）杂填土厚度大，透水性强，地下水可能流入基坑时；2）基坑临近河流特别是河道变迁不清时，需在围护桩排后设水泥搅拌桩止水帷幕；3）基坑深度大，紧靠基坑有需保护的浅基础建筑物时；对于承压水应注意对排桩施工的影响及防止突涌问题。基坑工程事故类型基坑工程事故类型 基坑工程 事 故围护结构变形过大造成周围建筑物及地下管线破坏事故 围护体系 破 坏墙体折断整体失稳基坑隆起踢脚破坏流土破坏锚撑失稳1.5 1.5 基坑工程事故类型基坑工程事故类型 基坑工程事故类型基坑工程事故类型基坑工程设计要点基

10、坑工程设计要点1.6 基坑工程设计要点 1.6.1 基坑工程的安全等级 基坑工程的安全等级涉及工程安全及工程造价，合理确定一个工程的安全等级很重要但也比较困难。基坑工程根据其重要性分为三个安全等级：基坑工程设计要点基坑工程设计要点 基坑工程根据其重要性分为三个安全等级：基坑工程根据其重要性分为三个安全等级：11、符合下列条件之一时，属一级基坑工程：、符合下列条件之一时，属一级基坑工程：11）软土地区基坑开挖大于）软土地区基坑开挖大于8m8m时；时；22）支护结构作为主体结构的一部分时；）支护结构作为主体结构的一部分时；33）在在基基坑坑开开挖挖影影响响范范围围内内有有重重要要建建（构构）筑筑物

11、物或或需需严严加加保保护护 的管线时。的管线时。22、开挖深度小于、开挖深度小于5m5m，且周围环境无特别要求时，属三级基坑工程；，且周围环境无特别要求时，属三级基坑工程；33、除一级和三级以外的均属二级基坑工程；、除一级和三级以外的均属二级基坑工程；44、对应于基坑工程安全等级的重要性系数为：、对应于基坑工程安全等级的重要性系数为：一级，一级，00=1.11.1；二级，二级，00=1.01.0；三级，三级，00=0.0.99。基坑工程设计要点基坑工程设计要点 国家行业规范建筑基坑支护技术规程（JGJ12099）的规定：基坑侧壁安全等记及重要性系数 注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具

12、体情况另行确定。这本规范只考虑破坏后果，对基坑深度未作规定。基坑工程设计要点基坑工程设计要点 上海市标准基坑工程设计规程（DBJ08-16-97）基坑工程根据其重要性分为以下三级：一级：1）支护结构作为主体结构的一部分时；2）基坑开挖深度大于、等于10米时；3）距基坑边两倍开挖深度范围内有历史文物、近代优秀建 筑物，重要管线等需严加保护时；二级：除一级和三级以外的均属二级基坑工程；三级：开挖深度小于7米，且周围环境无特别要求时；对于抗隆起，抗倾覆等稳定性验算，按不同等级的坑基规定了不同的安全系数。每个工程应根据自己的具体情况，侧重于破坏产生的后果，综合各种因素决定重要性等级及0取值。设计原则设

13、计原则围护体系设计要坚持安全、经济、方便施工的原则。1)安全：不产生1.5中所列各种围护体系的破坏；邻近基坑的需保护的建筑物不致因基坑变形导致结构性破坏或改变其正常使用状况；并不致改变房屋危险性鉴定等级；不造成邻近管线的破坏；不危及工程桩的承载性能。2)经济：在保证安全的前提下，经过多方案对比，使单位延米的造价降至最低。3)方便施工：缩短工期既产生直接的经济效益，又对确保基坑的安全有利。1.6.2 设计原则设计内容设计内容 1)1)确定设计参数 a)确定开挖深度：根据基坑边承台密度确定以底板、地梁或承台底（均含垫层）为坑底设计标高。b)确定土性指标（、c、）取值，对勘测报告中提供的平均值，标准

14、值或建议值进行分析，结合本地区经验及工程桩、维护桩对土体的破坏程度，选择设计指标。c)根据地质剖面的变化和基坑深度的变化以及地面荷载的不同，划分计算区段。2)2)选择支护结构类型 1.6.3 设计内容 设计内容设计内容抗倾覆验算抗隆起验算整体稳定验算抗滑移验算（重力式挡墙）桩身内力计算内支撑轴力计算支护桩及坑底位移计算起控制作用的指标:3)3)运用已有成熟应用经验的软件进行支护结构计划，包括：悬臂结构 抗倾覆 单支撑支护结构 嵌固深度，用等值梁法确定多支点支护结构 整体稳定地下水位高的砂土地基 抗渗透性稳定 设计内容设计内容对土方工程施工的要求；监测内容和监测点布设，提出报警指标；应急措施；造

15、价估算；支护结构的侧压力支护结构的侧压力2.1 基坑支护结构承受的侧向压力包括土压力、水压力、基坑周围 建筑物及施工荷载引起的侧向压力2.2 土压力应根据土体经受的侧向变形条件来确定。包括静止土压力、主动土压力、被动土压力。2、支护结构的侧压力 支护结构的侧压力支护结构的侧压力k0 静止土压力 k0=1sin 土的有效内摩擦角达到主动极限平衡状态 位移小 15 墙高达到被动极限平衡状态 位移大 4%墙高主动和被动土压力计算主动和被动土压力计算 2.3 按朗肯土压力理论计算主动和被动土压力 主动与被动土压力主动与被动土压力水压力水压力 水土合算：对淤泥、淤泥质土可采用水土合算方法计算出土压力，不

16、单独计算水压力，采用饱和重度。宁波多采用此种算法。对砂类土应采用水土分算。取有效重度（即饱和重度-1），另加水压力，土的指标取有效应力指标。2.4 水压力 抗剪强度指标抗剪强度指标 直剪 三轴剪 固结块剪 cq 固结不排水剪 cu 快剪 q 不固结不排水剪 uu 慢剪 s 固结排水剪 d 快剪、固结块剪、慢剪均与剪切过程中的排水有关。基坑支护设计值一般均取固快（直剪）或固结不排水剪指标（三轴）。固快取峰值，（试验室一般按峰值提出。）2.5 土压力计算中抗剪强度指标的取值 基坑工程勘察基坑工程勘察u一般均包含在主体建筑地基勘察中，不能满足时需补勘。u勘察范围：一般取基坑边线外相当于基坑深度1.02.0倍的范围。作出沿坑边的地质剖面。u勘探点间距：一般1030米，当地层水平方向上变化大时，应加点。u勘探点深度：不少于基坑深度的2.53.0倍。一般均应查明良好桩端持力层的深度。u取土试料：应保证在计算深度内每层土都可取得六件以上的物性及 抗剪强度指标（薄层除外）。u提供土的渗透指标。u查清地下水种类、深度，对于承压水要查清隔水层深度，厚度及压力水头。u对有机物含量高的土应提供有机质含量值为水