03 第二章基坑工程

1、 第第2 2 章章 基基 坑坑 工工 程程 教学内容教学内容： 基坑工程设计 基坑工程施工 基坑工程监测 要求要求： 了解了解基坑工程的概念及现状、特点、设计内容、设计依据、设计计算方法， 掌握掌握基坑工程的概况、设计、监测方法。 第一节第一节 基坑工程概述基坑工程概述 一、基坑工程概念及现状一、基坑工程概念及现状 定义定义：基坑工程是为保护基坑施工、地下结构 的安全和周边环境不受损害而采取的支护、基坑 土体加固、地下水控制、开挖等工程的总称，包 括勘察、设计、施工、监测、试验等。 国内外基坑工程事故很多，导致基坑工程事故 的主要原因如下: (1) 设计理论不完善； (2) 设计者方案不当、计

2、算错误； (3) 设计、施工人员经验不足。 二二 支护结构的类型支护结构的类型 支护结构由挡土结构挡土结构、锚撑结构锚撑结构组成。 1. 1. 基坑支护结构的分类基坑支护结构的分类 1)1)桩、墙式支护结构桩、墙式支护结构 桩、墙式支护结构常采用钢板桩、钢筋混凝土板 桩、柱列式灌注桩、地下连续墙等。 2)2)实体重力式支护结构实体重力式支护结构 实体重力式支护结构常采用水泥土搅拌桩挡墙、高压旋喷桩挡墙、土钉墙等。此类支护结构截面 尺寸较大，依靠实体墙身的重力起挡土作用。 三三 、基坑工程特点、基坑工程特点 1. 综合性强综合性强 基坑工程涉及工程地质、土力学、结构工程、 施工技术和监测设计等；

3、 2. 临时性和风险性大临时性和风险性大 一般，基坑支护是临时措施，支护结构的安全储备较小，风险大； 3. 地区性地区性 各地区基坑工程的地质条件不同； 4. 环境条件要求严格环境条件要求严格 地质、施工因素复杂多变，气候、季节、周围水体均可产生重大变化。 四四 基坑工程设计内容基坑工程设计内容 1. 1. 基坑支护结构设计的极限状态基坑支护结构设计的极限状态 基坑支护结构设计应满足两种极限状态的要求。 1) 1) 承载能力极限状态承载能力极限状态 基坑工程的承载能力极限状态要求不出现以下各种状况: (1) (1) 支护结构的结构性破坏支护结构的结构性破坏挡土结构、锚撑结构折断、压屈失稳，锚杆

4、的断裂等 (2) (2) 基坑内外土体失稳基坑内外土体失稳基坑内外土体整体滑动，坑底隆起，结构倾倒或踢脚等破坏形式。 (3) (3) 止水帷幕失效止水帷幕失效坑内出现管涌、流土或流砂。 2) 2) 正常使用极限状态正常使用极限状态 基坑的正常使用极限状态，要求不出现以下各种状况: (1) (1) 基坑变形影响基坑正常基坑变形影响基坑正常施工、工程桩产生破坏或变位；影响相邻地下结构、相邻建筑、管线、道路等正常使用； (2) (2) 影响正常使用的外观或变形影响正常使用的外观或变形； (3) (3) 因地下水抽降而导致过大的地面沉降因地下水抽降而导致过大的地面沉降。 2. 2. 基坑支护结构的设计

5、内容基坑支护结构的设计内容 (1) 支护结构体系的选型及地下水控制方式； (2) 支护结构的强度和变形计算； (3) 基坑内外土体稳定性计算； (4) 基坑降水、止水帷幕设计； (5) 基坑施工监测设计及应急措施的制定； (6) 施工期可能出现的不利工况验算。 以上设计内容，可以分成三个部分：以上设计内容，可以分成三个部分： 支护结构的强度变形和基坑内外土体稳定性设计； 对基坑地下水的控制设计； 施工监测，包括对支护结构的监测和周边环境的监测。第二节第二节 基坑工程设计基坑工程设计 一一 支护结构设计的荷载及其组合支护结构设计的荷载及其组合 (1) 土压力； (2) 水压力(静水压力、渗流压力

6、、承压水压力) ； (3) 基坑周围的建筑物及施工荷载引起的侧向压力； (4) 温度应力； (5) 临水支护结构的波浪作用力和水流退落时的渗透力； (6) 作为永久结构时的相关荷载。其中，对一般支护结构，其荷载主要是土压力、水压力。 例 基坑深8m，坑外地下水在地面下1m，坑内地 下水在坑底面，坑边满布地面超载q=10kN/m2。地 下水位以上=18kN/m3，不固结不排水抗剪强度指 标c=10kPa、?=8；地下水位以下sat=18.5kN/m3 ，不固结不排水抗剪强度指标c=12kPa、?=15，锚杆位于地面下3m。用等值梁法求桩的 设计嵌入深度D、Mmax。解解 (1) (1) 采用水土

7、合算法的荷载采用水土合算法的荷载。坑外地下水位以上主动土压力：令 eaik（j hj) Kai-2ci Kai1/2) =18h0tan2(45-8/2)-210tan(45-8/2) =13.6h0-17.4=0， 得h0=1.3m1m； 设临界深度在坑外地下水位以下设临界深度在坑外地下水位以下x x(m)(m)，则，则 (18118.5x )tan2(4515/2)- 212tan(45-15/2)=10.6+10.9x-18.4=0 x=0.7m 地面下深度z1.7m 处土所产生的主动土压力eaik (jhj )Kai-2ciKai1/2) = 181.0 +18.5(z1) tan2(

8、45-15/2) -212tan(45-15/2) =10.9z18.7 地面超载所产生的主动土压力地面超载所产生的主动土压力： 坑外深度1.0m 以上: qKai =10tan2(45-8/2) =7.6kPa； 坑外深度1.0m下: qKai =10tan2(45-15/2) =5.9kPa。 坑内坑底下深度y 处被动土压力：epik(j hj+q）Kpi+2ciKpi1/2 =(18.5y)tan2(450+15/2)+212tan (450+15/2) =31.4y+31.3 kPa (2) (2) 求反弯点位置求反弯点位置(设反弯点在坑内坑底下深度y0处) 31.4y0 +31.3=

9、10.9z18.7+5.9， z=y0+8(有图示几何关系得出）， 解得： y0=2.1 m。 (3) 由简支梁得锚杆水平力标准值Ha1k、简支梁 另一支座反力标准值Pd1k 如下(实质：所有力对 反弯点的合弯距等于零）。 (2.1+83)Ha1k+1/2(31.42.1)2.11/32.1+31.32.11/22.1 =1/2(10.92.1+68.5)(2.1+810.7)1/3(2.1+810.7)+7.61(80.5+2.1)+5.9(7+2.1)1/2(7+2.1) 得出方程：7.1Ha1k+117.5=1074.7+73.0+244.3 解得： Ha1k=179.5 kN/m （计

10、算实质：所有的水平合力为零）Pd1k=1/2(10.92.1+68.5)(2.1+810.7)+7.61+5.9(7+2.1)1/2(31.42.1) 2.131.32.1186.0(P35倒数第4行书本上错，应为179.5)=130.7 kN/m (4) (4) 求桩的设计嵌入深度求桩的设计嵌入深度D D。( (实质：实质：PdlkPdlk和和挡土桩前土压力合力对桩底的弯距为0） 设反弯点距挡土桩底tn，tn=y2.1；挡土桩前土压力合力作用点距挡土桩底b=tn/3，则(31.4y+31.3)(10.9y+68.5) tn/2tn/3= Pd1ktn 即：20.5tn2+5.8tn942.0

11、=0tn =6.6mD =Dmin=1.3(2.1+6.6)=11.3m (5) 求桩的设计弯矩Mmax。 反弯点位置不变，荷载采用设计值。 求锚杆水平力设计值Ha1:(永久荷载分项系数永久荷载分项系数应取1.2，可变荷载分项系数可变荷载分项系数应取1.4；(2.1+83)Ha1+1/2(31.42.1)1.22.11/32.1+31.32.11/22.11.2 =1/2(10.92.1+68.5) 1.2(2.1+810.7)1/3(2.1+810.7)+7.61.41(80.5+2.1)+5.91.4(7+2.1)1/2(7+2.1)Ha1=224.3kN/m 设剪力为0的点距地面x1(m

12、)，8x11.7：Ha1=1/2(10.9x118.7)1.2(x110.7)+7.61.41+5.91.4(x11) 6.54x1214.08x1210.62=0 解得解得：x1=6.9mMmax=Ha1(x13)1/2(10.9 x118.7) 1.2(x110.7)1/3(x110.7)7.61.41(x10.5)5.91.4(x11)1/2(x11)=357.3(kNm/m) 1. 1. 极限平衡法极限平衡法 定义定义： 假设基坑外侧土体处于主动极限平衡状 态，基坑内侧土体处于被动极限平衡状态被动极限平衡状态，桩在 水、土压力等侧向荷载作用下满足平衡条件； 常用的方法：常用的方法： 静

13、力平衡法静力平衡法； 等值梁法等值梁法； 静力平衡法和等值梁法计算支护结构内力静力平衡法和等值梁法计算支护结构内力时假设：时假设： (1) 施工自上而下； (2) 上部锚杆内力在开挖下部土时不变； (3) 立柱在锚杆处为不动点。 1) 静力平衡法计算悬臂式支护结构静力平衡法计算悬臂式支护结构 悬臂式支护桩悬臂式支护桩 主要靠插入土内 深度形成嵌固端， 以平衡上部土压 力、水压力及地 面荷载形成的侧 压力； 接上接上1) 静力平衡法计算悬臂式支护结构静力平衡法计算悬臂式支护结构 静力平衡法假设静力平衡法假设： 支护桩在侧向 荷载作用下可以 产生向坑内移动 的足够的位移， 使基坑内外两侧两侧 的土

14、体达到极限的土体达到极限 平衡状态平衡状态； 悬臂桩在主动 土压力作用下， 绕支护桩上某 一点转动，形 成在基坑开挖 深度范围外侧 的主动区及在 插入深度区内 的被动区被动区： 计算计算极限嵌固深度极限嵌固深度 在插入深度达到 旋转点以下部分的 作用以一个单力Rc 代替，在满足绕桩 脚C 点H 0， M c 0 的条件， 求得悬臂桩所需的 极限嵌固深度 ； 支护桩的设计长度支护桩的设计长度L L=h+x+Kt h：基坑深度 X：坑底至桩 上土压力为 零点的距离； t ：桩上土 压力为零点至 桩脚C 点的距离 K：经验 系数K1.2。计算简计算简图桩身图桩身各截面各截面的内力，的内力，最大弯最大

15、弯矩矩 2) 静力平衡法计算锚撑挡土结构静力平衡法计算锚撑挡土结构 适合条件：适合条件： 挡土结构入土深度较小或坡脚土体较软弱时，可视挡土结构下端为自由端； 计算内容：计算内容： 用静力平衡法计算插入深度插入深度、内力内力 锚杆水平分力计算锚杆水平分力计算： Haj = Eaj Epj Haj：第j 层锚杆 水平分力设计值； Hai：第i 层锚杆 水平分力设计值； Eaj：挡墙后主 动土压力合力设 计值 Epj：坡脚地面以 下挡墙前被动土 压力合力设计值11jiaiH 计算计算最小入土深度最小入土深度Dmin ： EpK b- EaKan- =0（实质：所有的 力对HanK作用点 的弯距和为零

16、） （注意：书中公式 an丢了） EaK：挡墙后主动土 压力合力标准值 EpK：挡墙前被动土 压力合力标准值； Hai：第i 层锚杆水平 合力标准值； an：EaK 作用点到HanK 作用点的距离(m)； b：EpK 作用点到HanK 作用点的距离(m)； an：HaiK 作用点到HanK 作用点的距离(m)aHainiai1 计算立柱入土深度：计算立柱入土深度： D= Dmin D立柱入土深度(m)； 增大系数，对一、二、三级边坡分别为1.5、1.4、1.3； Dmin挡墙最低一排锚杆设置后，开挖高度为边坡高度时立柱的最小入土深度(m)。 3) 等值梁法计算锚撑挡土结构等值梁法计算锚撑挡土结

17、构 适合条件适合条件： 挡土结构入土深度较大或为岩层或坡脚土体 较坚硬时，可视立柱下端为固定端，用等值梁 法计算插入深度、内力； 接上页等值梁法计算锚撑挡土结构接上页等值梁法计算锚撑挡土结构 类型类型： 单支点支护桩；单支点支护桩； 多支点支护桩多支点支护桩单支点支护桩；单支点支护桩；多支点支护桩计算简图多支点支护桩计算简图在BC 段中弯矩图的反弯点D 处切断，并在D 处设置支点形成AD 梁，则AD 梁的弯矩将保持不变；因此AD 梁即为AC 梁上AD 段的等值梁； 反弯点的位置：反弯点的位置： 与基坑底面下 土压力等于零的 位置相近，因此 应用等值梁法计 算时常以土压力土压力 为零为零的位置代

18、替； 等值梁法计算单支点支护桩的步骤：等值梁法计算单支点支护桩的步骤： 第一步：第一步： 求得土压力 为零点的D 点 的位置，得等 值梁AD，求得 简支梁AD 的支 座反力TA 及Pd；接上页接上页等值梁法计算单支点支护桩的步骤：等值梁法计算单支点支护桩的步骤： 第二步：求得第二步：求得x 值值 将DC 段视为一简 支梁，下部嵌固作用 以一个单力Rc 代替， 按Pd 对对C 点点的力矩 等于DC 段上作用的 土压力对C 点的力矩 的条件求得x 值，接上页接上页等值梁法计算单支点支护桩的步骤等值梁法计算单支点支护桩的步骤 第三步：第三步： 临界插入临界插入 深度深度t0 见图。见图。 多支点等值

19、梁法具体计算步骤多支点等值梁法具体计算步骤 计算坡脚地面以下立柱反弯点到坡脚地面的距离计算坡脚地面以下立柱反弯点到坡脚地面的距离Yj ：eaKepK=0 式中： eaK挡墙后主动土压力标准值（kN/m)； epK挡墙前被动土压力标准值(kN/m)。 计算第计算第j 层锚杆的水层锚杆的水 平分力平分力： （实质：所有的力 对反弯点的弯距和 为零） Haj=(Eajaj- )/aaj 式中：ajEaj 作 用点到反弯点的 距离 ； aaj ： Haj 作用点到反弯点的距离(m)； aai：Hai 作用点到反弯点的距离(m)。aHaijiai11 计算第计算第j 层锚杆的层锚杆的 水平分力水平分力H

20、aj： 由j=1，2，3， j1 等逐步计算 而得(相应求j1 次Yj)； 当求Haj 时假 设1j1 层锚 杆的水平分力 不变。 计算最小入土深度计算最小入土深度 Dmin ： j=n 时，Yj=Yn， 等值梁在反弯点 处的支点力为 Eak- 与单 支点支护桩求临 界插入深度t0 相 同的原理，可求 立柱的最小入土 深度DminniaikH1 Dmin= Yn+tn tn= EpKb/(Eak- ） b：EpK 作用 点到反弯点 的距离(m)。niaikH1 三三 、基坑的稳定性分析、基坑的稳定性分析 基坑工程的稳定性主要表现为以下几种形式： (1) 整体稳定性； (2) 倾覆及滑移稳定性；

21、 (3) 基坑底隆起稳定性； (4) 渗流稳定性。 1. 整体稳定性验算整体稳定性验算 定义定义：破坏是以圆弧滑动破坏面的形式出 现。最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的 抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求： MR/MS1.2 式中：MR抗滑力矩； MS滑动力矩。 无支护结构的基坑支护结构的基坑：计算见土力学教材 有支护结构的基坑有支护结构的基坑：需计算圆弧切桩与圆弧通过 桩尖时的基坑整体稳定性，必须考虑切桩阻力产 生的Mp抗滑作用： 2. 倾覆及滑移稳定性验算倾覆及滑移稳定性验算 重力式支护结构的倾覆和滑移稳定性验算的计 算简图如图 所示: 。 墙底与土之间的摩擦系数； 桩墙式悬臂支护结构桩

22、墙式悬臂支护结构的水平推移和抗整体倾覆稳定验算应满足下列条件，如图所示：Epbp/(Ea ba) 1.3, Ep/Ea1.2桩墙式锚撑支护结构桩墙式锚撑支护结构的水平推移水平推移和抗整体倾覆抗整体倾覆稳定验算稳定验算应满足下列条件： 四四 内支撑的内力与截面计算内支撑的内力与截面计算 形式形式：平面支撑体系平面支撑体系和竖向斜撑体系竖向斜撑体系。 适合范围适合范围： 平面支撑体系：平面支撑体系：优先采用； 竖向斜撑体系：竖向斜撑体系：适合于开挖深度不大、基坑平面尺度较大或形状比较复杂的基坑。 组成：组成： 平面支撑体系平面支撑体系：由腰梁腰梁、水平支撑水平支撑和立柱立柱三部分构件组成。 竖向斜

23、撑体系竖向斜撑体系： 由斜撑、腰梁和斜撑基础等构件组成. 1. 1. 作用在支撑系统上的荷载及内力分析作用在支撑系统上的荷载及内力分析 1) 1) 荷载荷载 水平力水平力： 水、土压力和坑外地面荷载引起的支护桩对腰梁的侧压力； 竖向荷载竖向荷载： 应包括结构自重和支撑上可能产生的施工活荷载。 2) 2) 内力分析方法内力分析方法 (1) (1) 形状比较规则的基坑，形状比较规则的基坑，并采用相互正交体 系时，可采取以下简化计算方法： 在水平荷载作用下，现浇混凝土腰梁现浇混凝土腰梁的内力与 变形可按多跨连续梁多跨连续梁计算； (2)(2)平面形状较为复杂平面支撑体系平面形状较为复杂平面支撑体系，

24、宜按平 面框架模型计算。 2. 支撑系统构件截面设计支撑系统构件截面设计 1) 腰梁腰梁 可按水平方向的受弯构件计算。 2) 支撑支撑 支撑截面设计应按偏心受压偏心受压构件计算。 3) 立柱立柱 立柱的截面设计应按偏心受压偏心受压构件计算，开挖 面以下立柱的竖向承载力竖向承载力可按单桩竖向单桩竖向和水平承水平承 载力载力验算。 4) 竖向斜撑竖向斜撑竖向斜撑体系应验算以下内容竖向斜撑体系应验算以下内容:(1) 预留土坡的稳定性验算；(2) 斜撑截面承载力，近似按轴心受压构件验算；(3) 围檩截面承载力验算；(4) 斜撑基础验算；(5) 基础压杆可近似按轴心受压构件验算截面承载力。五五 锚杆设计

25、锚杆设计 定义：定义：锚杆是在岩土层中钻孔，再在孔中安放钢拉杆，并在拉杆尾部一定长度范围内注浆，形成锚固体，形成抗拔锚杆。 锚杆设计内容包括以下几个方面锚杆设计内容包括以下几个方面: (1) 调查研究，掌握设计资料，作出可行性判断； (2) 确定锚杆设计轴向力设计轴向力，锚杆的抗力安全系数及极限承载力； (3) 确定锚杆布置锚杆布置和安设角度； (4) 确定锚杆施工工艺并进行锚固体设计(长度、直径、形状等)，确定锚杆结构和杆件断面； (5) 计算自由段长度自由段长度和锚固段长度锚固段长度； (6) 外锚头外锚头及腰梁腰梁设计； (7) 必要时应进行整体稳定性验算； (8) 浆体强度设计并提出施

26、工技术要求； (9) 对试验和监测的要求。 1. 1. 锚杆的可行性锚杆的可行性 根据场地的工程地质及水文地质条件判断是否适宜采用锚杆支护结构，土层锚杆宜在土质较好的条件土质较好的条件下下使用，在未经处理的下列土层中不宜采用： (1) (1) 有机质土层；有机质土层； (2) (2) 液限液限L L50%50%的土层；的土层； (3) (3) 相对密实度相对密实度D Dr0.3r0.3的土层的土层。 2. 锚杆布置锚杆布置 (1) 锚固体的上覆土层的厚度不宜小于4m，锚固区离现有建筑物的距离不小于56m ； (2) 锚杆锚固体上下排间距不宜小于2.5m，水平方向间距不宜小于2m，以避免群锚效应

27、； (3) 锚杆倾角宜1035。 3. 锚杆钢筋截面积锚杆钢筋截面积 A As s 0 0N Na a/(/(2 2f fy y) ) 式中： As锚杆钢筋截面面积(m2)； 2锚筋抗拉工作条件系数，临时性锚杆取0.92； 0边坡工程重要性系数，一般取1.0； fy锚筋抗拉强度设计值(kPa)； Na锚杆轴向拉力设计值(kN)，Na=QHtk/cos ； Q 荷载分项系数，可取1.3，当可变荷载较大时按现行规范确定； Htk锚杆所受水平拉力标准值(kN)； 锚杆倾角()。 4. 锚杆锚固段长度锚杆锚固段长度 取下式的大值，且介于410m。laHtk/(1Dfrbcos)la0Na/(3ndfb

28、) 式中：la锚固段长度(m)； D锚固体直径(m)； frb地层与锚固体黏结强度特征值(kPa)，应通过试验确定，当无试验资料时可按规范表取值； 1锚固体与地层黏结工作条件系数，对临时性锚杆取1.33； d 锚筋直径(m)； n锚筋根数(根)； fb钢筋与锚固砂浆间的黏结强度设计值(kPa)，应由试验确定，当缺乏试验资料时可按规范表取值； 3钢筋与砂浆黏结强度工作条件系数，对临时性锚杆取0.72。 5. 锚杆自由段长度锚杆自由段长度 计至潜在滑裂面(45+? /2)，且5m ； 6. 锚杆的稳定性验算锚杆的稳定性验算 内容：内容： 整体稳定性验算整体稳定性验算（见本章“基坑的稳定性分析”）；

29、 锚杆深部破裂稳定性验算锚杆深部破裂稳定性验算：锚杆深部破裂稳定性验算常用Kranz 法(德国1953 年)，bc 为深部破裂线(b 取挡土结构底端，c 为锚固体中点)；cd 称假想墙，支护结构对土体的摩擦角、?为摩擦角；G(自重)、E1(主动土压力)、Ea(支护结构上得主动土压力的反作用力)、F(反力)、Rtmax锚固体(及其周围土)对滑动土体的作用力。 单层锚杆单层锚杆深部破裂不发生的条件为深部破裂不发生的条件为： Ks = Rtmax/ Nt1.5 式中：Rtmax锚固体所能承受的最大拉力(kN)； Nt锚杆设计轴向拉力(kN)。 多层锚杆深部破裂不发生的条件：深部破裂不发生的条件： 多

30、层锚杆深部破裂的滑动面由挡土结构底端与锚固体中点连线确定，因而会有相应多个滑动面，如图示： 对每一个相应的滑动土体，均可以同单层锚杆深部破裂不发生的条件一样验算。 2.3.8 地下水控制地下水控制 基坑工程的地下水控制地下水控制 方法方法：基坑降水；基坑止水； 基坑降水基坑降水： 明排水法； 井点降水法； 基坑止水：基坑止水： 用地下连续墙及喷射注浆、深层搅拌或注浆形成截水墙或底板，阻止阻止地下水流入基坑； 2.3.9 地面变形控制地面变形控制 一、基坑开挖、降水引起地面变形的具体表基坑开挖、降水引起地面变形的具体表现：现： 地层移动 地面沉降 二、变形原因变形原因： 桩墙体的水平位移 ； 坑

31、底土隆起； 地下水位下降。 三、地面变形控制措施：三、地面变形控制措施： 1. 设计措施设计措施 (1) 支护结构体系的平面形状平面形状采用使围护结构整 体均衡受力均衡受力的形式; 在墙后地面和墙面易出现裂缝的阳角部位采取加强加强措施； (2) 在软土地区软土地区支护体系的支护桩的根部宜插入好土层； (3) 当坑底土层比较软弱时，可对被动区土体进行加固，被动区土体加固应在基坑开挖前进行，并应有充分的养护期；接上页三、地面变形控制措施：接上页三、地面变形控制措施：1. 设计措施设计措施 (4) 钢管或型钢作支撑应施加预应力： 预应力水平可取设计支撑轴力的30%50%； (5) 当基坑变形不能满足

32、坑外周边环境控制要求时，应对被影响的建筑物、构筑物和各类管线采取防范的措施措施： 土体加固； 接上页三、地面变形控制措施：接上页三、地面变形控制措施： 1. 设计措施设计措施 (6) 在地下水位高地下水位高的地区，支护体系支护体系必须有良好的止水系统； 当有渗漏发生时，必须及时采取有效的堵漏措施。 2.地面变形控制施工措施地面变形控制施工措施 (1) 加快施工速度、缩短基坑暴露时间； (2) 密切注意密切注意： 坡高大、雨期施工、排水不畅、坡 顶堆载、坡脚扰动坡脚扰动等不利因素的影响； (3) 防止：防止： 降雨或施工用水通过地面或多或少的微 裂缝渗入土体，降低土体的强度和增加土压力；接上页接

33、上页2.地面变形控制施工措施施工措施地面变形控制施工措施施工措施 （4）当出现基坑变形过大变形过大时，可采取应急应急措施措施： 底板分块施工； 增设斜支撑； 墙后卸土； 坑内被动区压重(草袋土等)； 坑内充水等。 2.4 基坑工程施工基坑工程施工 2.4.1 桩墙式支护结构的施工桩墙式支护结构的施工 1. 桩墙式支护结构的构造要求桩墙式支护结构的构造要求 (1) 现浇钢筋混凝土支护结构 的混凝土强度大于等于C20； (2) 桩墙式支护 结构的顶部应 设圈梁圈梁； (3) 支撑和腰梁支撑和腰梁 2. 地下连续墙施工地下连续墙施工 1) 地下连续墙施工工艺过程地下连续墙施工工艺过程 修筑导墙 挖槽

34、 吊放接头管(箱)、吊放钢筋笼 浇注混凝土；导墙的形式之一导墙的形式之一2) 导墙的导墙的形式与作形式与作用导墙的用导墙的作用作用： 护槽口， 为槽定位 ， 支撑 ，存放泥浆 ； 3) 泥浆泥浆 泥浆的作用泥浆的作用： 护壁； 携碴； 冷却润滑； 泥浆的成分泥浆的成分： 膨润土； 聚合物、分散剂； 增黏剂； 加重剂； 防漏剂(堵住砂土槽壁大孔，如锯末、稻 草沫等)。 泥浆质量的控制指标泥浆质量的控制指标： 比重； 黏度； 含砂量； 失水量； pH 值、稳定性。 4) 挖槽挖槽 常用的挖槽机械：常用的挖槽机械： 挖斗式；冲击式； 回转式。多头钻的钻头 5) 清底清底 6) 钢筋笼吊放钢筋笼吊放

35、防止钢筋笼起吊时变形措施：防止钢筋笼起吊时变形措施： 在钢筋笼内放桁架； 7) 单元墙段的接头单元墙段的接头 主要接头形式：主要接头形式： (1) 接头管(亦称锁口管)接头； (2) 接头箱接头。 8) 结构接头结构接头 定义：定义： 地下连续墙与内部结构的楼板、柱、梁、底板等连接的结构接头； 常见类型：常见类型： (1) 预埋连接钢筋法 (2) 预埋连接钢板法 4. 逆作法施工逆作法施工 1) 逆作法的工艺原理与优缺点逆作法的工艺原理与优缺点 逆作法是施工高层建筑多层地下室和其他多逆作法是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法层地下结构的有效方法 如美国美国75 层、高203m

36、的芝加哥水塔广场大芝加哥水塔广场大 厦厦的4 层地下室，就是用18m 深的地下连续墙 和144 根大直径钻孔灌桩做中间支承柱，以逆 作法进行施工的。补充1) 逆作法的工艺原理与优缺点 传统的施工多层地下室的方法： 开敞式施工； 或用支护结构围护后垂直开挖； 挖至设计标高后浇筑钢筋混凝土底板，再由下而上逐层施工各层地下室结构； 待地下结构完成后再进行地上结构施工。 逆作法的工艺原理：逆作法的工艺原理： 先先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙地下连续墙或其他支护结构支护结构，同时在建筑物内部的有关位置 浇筑或打下中间支承柱； 然后然后施工地面一层一层的梁板楼面结构楼面结构； 随后随后逐层向下开

37、挖土方开挖土方和浇筑浇筑各层地下结构，直至底板底板封底； 地面一层施工结束后，可同时向下向上逐层进行地下地上结构的施工，直至工程结束。 优点优点： (1) 缩短工期；缩短工期； (2) 基坑变形小，基坑变形小，相邻建筑物等沉降少； 利用逐层浇筑的地下室结构作为周围支护结构地下连续墙的内部支撑内部支撑，地下室结构与临时支撑相比刚度大得多； (3) 底板设计趋向合理底板设计趋向合理 在施工时底板的支点增多，跨度减小，较易满足抗浮要求，甚至可减少底板配筋，使底板的结构设计趋向合理； (4) 节省支护结构的支撑节省支护结构的支撑。 缺点缺点： 逆作法 施工条件较差； 须采用一些特殊施工技术； 保证施工

38、质量的要求更加严格： 2) 逆作法的特殊施工技术逆作法的特殊施工技术 (1) 中间支承柱施工中间支承柱施工 中间支承柱的作用中间支承柱的作用： 在逆作法施工期间在逆作法施工期间，于地下室底板未浇筑之前与地下连续墙一起承受地下和地上各层的结构自重结构自重和施工荷载施工荷载； 在地下室底板浇筑后在地下室底板浇筑后，与底板连接成整体，做为地下室结构的一部分，将上部结构及承受的荷载传递给地基传递给地基； 中间支承柱的施工：中间支承柱的施工： 预制桩；预制桩； 灌注桩。灌注桩。 3) 地下室结构浇筑地下室结构浇筑 (1) 利用土模浇筑梁板利用土模浇筑梁板 梁、板施工 (2) 利用支模方式利用支模方式 浇

39、筑梁板浇筑梁板 （2）施工缝处的浇筑方法：）施工缝处的浇筑方法： 直接法：直接法： 在施工缝下部继续 浇筑混凝土时，仍然 浇筑相同的混凝土， 有时添加一些铝粉 以减少收缩； 充填法：充填法： 在施工缝处 留出充填接缝， 待混凝土面处 理后，再于接 缝处充填膨胀 混凝土或无浮 浆混凝土； 注浆法：注浆法： 在施工缝 处留出缝隙， 待后浇混凝 土硬化后用 压力压入水 泥浆充填。 (2) 利用支模方式浇筑梁板。利用支模方式浇筑梁板。 定义定义： 先先挖去地下结构一层高的土层； 然后按常规方法搭设梁板模板，浇筑梁板混凝土； 再向下延伸竖向结构(柱或墙板)； 须解决两个问题：须解决两个问题： 问题问题1

40、 : 如何减少梁板支撑的沉降和结构的变形如何减少梁板支撑的沉降和结构的变形？ 措施措施：施工时需对土层采取措施进行临时加固 方法方法1： 浇筑一层素混凝土，以提高土层的承载能力和减少沉降，待墙、梁浇筑完毕，开挖下层土方时随土一同挖去 ；减少梁板支撑的沉降和结构的变形减少梁板支撑的沉降和结构的变形方法方法2： 铺设砂垫层，上铺枕木以扩大支承面积 问题问题2 ： 竖向构件的上、下如何连接和混凝土如何竖向构件的上、下如何连接和混凝土如何浇筑浇筑？ 构件顶部的模板须做成喇叭形； 上、下层构件的结合面易出现缝隙： 原因原因：上层构件的底部，再加上地面土的沉降和刚浇筑混凝土的收缩 ； 解决措施：解决措施：

41、 在结合面处的模板上预留若干压浆孔， 用压力灌浆消除缝隙 。 4) 垂直运输孔洞的留设垂直运输孔洞的留设 原因：原因： 逆作法施工是在顶部楼盖封闭条件下进行， 在进行地下各层地下室结构施工时，须进行施 工设备，材料等的上下运输； 保证逆作法施工期间的通风、照明、安全等满足施工要求。 措施：措施： 措施措施1： 设计时就要在适当部位预留适当部位预留一些从地面直通地下室底层的施工孔洞； 措施措施2： 利用楼梯间或无楼板处做为垂直运输孔洞。 2.4.2 重力式水泥土挡墙的施工重力式水泥土挡墙的施工 适用范围：适用范围： 开挖深度较浅，一般小于7m 时，可 用此支护结构，它既可挡土又可挡水； 常用于沿

42、海和南方地区。 布置形式： 1. 水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩 定义：定义： 利用水泥为固化剂，通过特制的机械(SJB 系列深层搅拌机 )，在地基深处就地将原 位土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌，形成水泥土桩； 类型类型： 湿法(喷浆) 干法(喷粉)。SJB 系列深层搅拌机 水泥土搅拌桩主要步骤：水泥土搅拌桩主要步骤： (1) 搅拌机械就位、调平； (2) 预搅下沉至设计加固深度； (3) 边喷浆(粉)、边搅拌提升直至预定的停浆(灰)面； (4) 重复搅拌下沉至设计加固深度； (5) 根据设计要求，喷浆(粉)或仅搅拌提升直至预定的停浆(灰)面； (6) 关闭搅拌机械。 2. 高压喷射注浆桩高压喷射

43、注浆桩 定义：定义： 高压水泥浆的通常压力为15MPa 以上，通 过喷射头上一或两个直径约2mm 的横向喷嘴 向土中喷射，使水泥浆与土搅拌混合，形成桩 体； 施工方法：施工方法： 单管法单管法： 喷射头借助喷射管喷射或振动贯入，或随普通或专用钻机下沉； 特殊喷射管法特殊喷射管法：（直径分别可达1 000mm、2 000mm） 二重管法二重管法：同时喷射高压浆液和压缩空气； 三重管法三重管法：同时喷射高压清水、压缩空气、低压浆液。 “型钢水泥土搅拌墙型钢水泥土搅拌墙”围护围护加固加固立柱立柱钢支撑钢支撑压密注浆压密注浆 2.4.3 土钉墙的施工土钉墙的施工 1. 土钉墙构造的规范要求土钉墙构造的

44、规范要求 (1) 土钉墙墙面坡度不宜大于1 0.1； (2) 土钉必须和面层有效连接，应设置承压板或加强钢筋等构造措施，承压板或加强钢筋应与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接； (3) 土钉的长度宜为开挖深度的0.51.2 倍，间距宜为l2m，与水平面夹角宜为520； 2.4.4 锚杆的施工锚杆的施工 1. 工艺流程工艺流程 施工准备钻孔安放拉杆插入注浆管、灌浆养护上腰梁及锚头张拉锁定。接上页接上页2.4.4 锚杆的施工锚杆的施工 2. 施工准备施工准备 勘察、原材料(含锚杆各部件、砂浆的配合比及强度试验、锚杆焊接的强度试验)、机具准备； 锚杆的拉杆常用粗钢筋、钢绞线； 粗钢筋的非锚固段要涂防锈漆，并

45、包扎沥青玻璃布； 钢绞线的锚固段需用溶剂或蒸汽清除油脂。拉杆由吊车辅助放入孔内； 3. 钻孔钻孔 锚杆钻机有许多类型，一般是向下倾斜。 螺旋式钻机适用于无地下水的黏性土、较密实的砂土，如下图示； 拉杆可通过两种方式放入拉杆可通过两种方式放入： 成孔后退出钻杆，插入拉杆； 拉杆随空心钻杆到达孔底，边灌浆边退钻杆，而拉杆留在孔内； 4. 灌浆灌浆 通过灌浆管用压浆泵或泥浆泵，压力0.34MPa； 水泥砂浆浆体的灰砂比宜0.81.5，水灰比宜0.380.5； 浆体强度应符合设计，并由试块检验； 灌浆管为钢管或胶管，随拉杆入孔，随着灌浆拔出孔外。接上页接上页2.4.4 锚杆的施工锚杆的施工 5. 张拉

46、锁定张拉锁定 锚杆张拉在锚固体强度大于20MPa 并达到设计强度的80%后进行； 边坡规范要求超张拉：1.051.1 设计预应力值设计预应力值； 锁定由锚具实现； 外锚头涂防腐材料涂防腐材料或外包混凝土。2.4.5 内支撑的施工内支撑的施工 支撑在坑内土面挖槽安装； 当要在支撑顶面开行挖土机械时，支撑顶面低于坑内土面25cm 左右，并架设通道板； 一般在混凝土强度达到80%设计强度后，开挖支撑以下的土方；接上页接上页2.4.5 内支撑的施工内支撑的施工 支撑穿越工程结构时，应设止水结构； 钢支撑施加预压力时，应注意对相临支撑的影响； 支撑长度超过30m，一般要在支撑两端同时加压：预压力宜为30

47、%60%支撑轴力； 支撑的拆除支撑的拆除: 大锤、机械，甚至爆破；基坑工程施工组织设计实例 一、场地介绍：一、场地介绍： 中威广场中威广场占地12万m2，场地为东西向矩形； 东侧为一幢44层的高楼， 西侧为一幢43层的办公楼， 地下2层作为地下车库及设备用房， 东北两侧紧靠城市主干道，有两侧临近原有居民区，其施工总平面图如下。 支护施工方案支护施工方案： 钻孔灌注桩，排桩背后设深层搅拌桩止水帷幕，上、下设两道钢支撑； 降水施工方案降水施工方案： 除基坑的明排水措施外，还采用管井井点管井井点预降水措施； 土方开挖：土方开挖： 采用支护开挖的方式。 二、降水工程二、降水工程 (1）井点降水）井点降水 要求要求： 将坑内滞留水的水位降低至基坑底面0.5m以下。 措施措施： 选用22套直径325的无缝钢管，长14.0m； 采用长轴潜水泵，管井顶用直径48承压软管连接于地面的井点真空设备。 井点埋没时，在井点位置上用直径650工程钻机成孔，孔内泥浆护壁孔内泥浆护壁； 然后将井点钢管吊入井点孔内，在钢管外侧回填粗砂； (2)排水排水 在基坑四周及中间约每15m间距设置排水沟， 中间沟中间沟深0.2m、宽0.5m，坑边沟深0.3