第1讲 基坑工程概论

1、木林隆木林隆 岩土大楼820室基坑工程的发展概况与特点围护结构型式基坑事故围护体系设计要点基坑降水土方开挖施工与监测要点基坑工程的环境影响西交通中西交通中心心高铁高铁磁浮磁浮东交通中心东交通中心航站航站楼楼基坑工程基坑工程基坑工程 适度的施工空间：满足地下工程施工有足够空间的要求 安全的施工空间：保证基坑四周边坡的稳定性，相邻建筑物、 构筑物和地下管线不受损害 干燥的施工环境：保证基坑工程施工作业面在地下水位以上给地下工程的顺利施工创造条件给地下工程的顺利施工创造条件安全储备较小，具有较大的风险性 临时结构，降低工程费用制约因素多 地域性强计算理论不完善 土压力、本构关系对综合性知识、经验要求

2、高要考虑环境效应1930，Terzaghi等人已开始研究基坑工程中的岩土工程问题1980，我国由于改革开放，高层建筑不断涌现，出现了越来越多的深基坑工程现在，基坑朝着深、大的方向发展，围护结构型式已发展至数十种 基坑工程的发展概况与特点 围护结构型式 基坑事故 围护体系设计要点 基坑降水 土方开挖施工与监测要点 基坑工程的环境影响总体支护方案顺作法逆作法顺逆结合放坡开挖自立式维护体系板式支护体系 水泥土重力式维护墙悬臂式维护墙土钉墙围护墙结合内支撑系统围护墙结合锚杆系统全逆作法半逆作法周边临时围护墙结合坑内水平梁板替代支撑支护结构与主体结构全面结合主体先顺作，裙楼后逆作裙楼先顺作，主体后逆作中

3、心顺作，周边逆作放坡开挖是选择合理的基坑边坡以保证在开挖过程中边坡的稳定性边坡的稳定性，包括坡面的自立性和边坡整体稳定性。放坡开挖适用于地基土质较好，开挖深度不深，以及施工现场有足够放坡场所的工程。放坡开挖一般费用较低，能采用放坡开挖应尽量采用放坡开挖。有时虽有足够放坡的场所，但挖土及回填土方量大，考虑工期、工程费用并不合理，也不宜采用放坡开挖。放坡开挖示意图水泥土重力式围护结构，常采用深层搅拌法形成，有时也采用高压喷射注浆法形成。为了节省投资，常采用格栅体系。深层搅拌水泥土重力式围护结构常用于软粘土地区开挖深度约在6.0m以内的基坑工程。水泥土重力式维护结构示意图格构式重力式挡墙平面图土钉一

4、般通过钻孔、插筋和注浆钻孔、插筋和注浆来设置。土钉墙围护适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土、卵石土等，不适用于淤泥质土及未经降水处理地下水位以下的土层地基中基坑围护。土钉墙围护基坑深度一般不超过18m，使用期限不超过18个月。土钉墙围护示意图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的安全。悬臂式围护结构常采用钢筋混凝上桩排桩墙、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等型式。钢筋混凝土桩常采用钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、沉管灌注桩及预制桩。悬臂式结构对开挖深度很敏感，容易产生较大的变形，对相邻建（构）筑物产生不良影响。悬臂式围护结构适

5、用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。（一） 钢板桩 1.槽钢钢板桩 2.热轧锁口钢板桩（二） 钢筋混凝土板桩（三） 钻孔灌注桩挡墙（四） H型钢支柱（或钢筋混凝土桩支柱）（五） 地下连续墙（六） 深层搅拌水泥土桩挡墙（七） 旋喷桩帷幕墙 1.槽钢钢板桩 由槽钢并排或正反扣搭接组成。 槽钢长68m，多用于深度不超过4m的基坑。 顶部宜设一道支撑或拉锚。 2 热轧锁口钢板桩 其形式有U型、Z型、一字型、H型和组合型。 U型 Z型 一字型该板桩截面带企口，有一定的挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永留地基土中。适于36m基坑，但应用较少。 常用6001000mm，是支护结构中应用最多的一种。宜形

6、成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁。但施工难以做到相切，挡水效果差。 该类支护结构适用于土质较好、地下水位较低的地区。型钢或支柱按一定间距打入，支柱间设木挡板或其它挡土设施。 地下连续墙已是目前深基坑的主要支护结构之一。在地下结构层数多的深基坑的施工非常有利。地下连续墙常是采用“逆筑法”的支护结构的首选。 上海市区大多数基坑，天津市的华联商厦、紫金花园、鸿吉大厦、津汇广场等很多工程均采用地下连续墙方法施工。南京四桥锚碇 旋喷桩帷幕墙是钻孔后，将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中，形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙。 旋喷桩帷幕墙可用作支护结构挡墙

7、，也可用于挡水。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。根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑、二层水平支撑及多层水平支撑、单层斜支撑。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。有的还采用空间结构体系。内撑式围护结构适用范围广，可适用各种土层和基坑深度。单层水平支撑二层水平支撑单层斜支撑多层水平支撑空间结构内支撑体系示意图l当基坑深度较大，悬臂挡墙的强度和变形不能满足要求时，需增设支撑系统。l支撑系统有l

8、基坑内支撑l基坑外拉锚（顶部拉锚土层锚杆拉锚）l常用的有l钢结构支撑l钢筋混凝土支撑1 钢管支撑 角撑对撑2 型钢支撑钢管支撑示意图钢管支撑示意图 有角撑、对撑、桁架式支撑，还有圆形、拱形和椭圆形等形状的支撑。圆形支撑拉锚式围护结构由围护结构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，常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙两种。锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。随基坑深度不同，锚杆式也可分为单层锚杆、二层锚杆和多层锚杆。地面拉锚式围护结构和双层锚杆式围护结构示意图如图所示。地面拉锚式需要有足够的场地设置锚桩，或其它锚固物。锚杆式需要地基土能提供锚杆较大的锚固力。锚杆式较适用于砂土

9、地基，或粘土地基。由于软粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力，所以很少使用。地面拉锚式双层拉锚式申德公寓基坑土钉墙喷射混凝土对同一基坑可因地制宜采用一种或多种围护结构相结合的型式。如放坡开挖与围护结构相结合。如可将拉锚与内撑相结合，排桩墙同门架式相结合，对于复杂形状的基坑工程更需综合应用多种围护结构型式。平面1122放坡开挖与排桩墙维护相结合剖面1-1剖面2-2剖面剖面平面形式放坡开挖与内支撑式排桩墙维护相结合通过对基坑围护体系被动区土质改良、降低地下水位等措施可有效改善围护结构的受力性状。若被动区土质很软弱，可采用被动区土质改良来加固，以增大被动区土压力。被动区土质改良范围一般深度取36m，宽度

10、取59m，可对该区域软土进行全面改良，也可部分改良。被动区土质改良常采用深层搅拌法、高压喷射注浆法和压力注浆法。被动区土质改良示意图不同的坑底加固形式4m6m(a)(b)(d)(c)(e)4m4m4m(f)4m4m6m6m6m6m6m6m4m6m4m2m4m12m2m2m2m 基坑工程的发展概况与特点 围护结构型式 基坑事故 围护体系设计要点 基坑降水 土方开挖施工与监测要点 基坑工程的环境影响 在水土压力作用下，围护结构可能发生破坏，围护结构型式不同，破坏形式也有差异。渗流可能引起流土、突涌，造成破坏。围护结构变形过大，引起周围建筑物及地下管线破坏，也属基坑工程事故。粗略地划分，基坑工程事故

11、可分为下述几类： 围护结构变形过大造成周围建筑物及地下管线破坏事故 墙体折断 整体失稳基坑工程事故 基坑隆起 维护体系破坏 踢脚破坏 流土破坏 锚撑失稳当围护墙不足以抵抗水土压力形成的弯矩时，墙体折断造成基坑边坡倒塌。对撑锚围护结构，支撑或锚拉系统失稳、锚撑节点断裂，围护墙体承受弯矩变大，也要产生墙体折断破坏。悬臂式排桩墙最容易出现墙体断裂。当围护结构插入深度不够，或撑锚系统失效造成基坑边坡整体滑动破坏，称为整体失稳破坏。墙体折断破坏整体失稳破坏在软土地基中，当基坑内土体不断挖去，坑内外土体的高差使围护结构外侧土体向坑内方向挤压，造成基坑土体隆起，导致基坑外地面沉降，坑内侧被动土压力减小，引起

12、围护体系失稳破坏，称为基坑隆起破坏。对内撑式和拉锚式围护结构，插入深度不够或坑底土质差，被动土压力很小，造成围护结构踢脚失稳破坏。踢脚失稳破坏基坑隆起破坏当基坑渗流引起流土，使被动土压力减小或丧失，造成围护体系破坏，称为流土破坏。对支撑式围护结构，支撑体系强度或稳定性不够；对拉锚式围护结构，拉锚力不够，均将造成围护体系破坏，称为锚撑失稳破坏，支撑体系失稳破坏。地基中存在承压水，当基坑底土层不能承受承压水的顶托力，基坑底产生突涌导致破坏。流土破坏支撑体系失稳破坏 基坑工程的发展概况与特点 围护结构型式 基坑事故 围护体系设计要点 基坑降水 土方开挖施工与监测要点 基坑工程的环境影响设计原则：设计

13、原则：安全、经济、可持续发展设计内容：设计内容： 围护体系选择：结构型式和止水体系 围护结构强度、变形和稳定性计算 环境影响分析 止水体系设计计算 挖土施工组织设计 监测设计与应急措施的制定设计步骤：设计步骤： 委托设计、提供资料 确定围护体系型式 对围护体系的优化设计 监测方案设计 设计审查基坑工程委托勘察单位岩土工程勘察及调查场地的工程地质及水文地质勘察对周围环境的调查对基坑开挖与支护方案的建议基坑是否降水与降水方案勘察报告施工指标基坑开挖、支护、降水等技术方案及造价、工期的比较开挖方法监测方法支护方法降水方法可能引发的事故及降治对周围环境的影响工期造价初定方案确定施工单位基坑超过七米时，

14、应经过专家委员会审批NY支护结构设计，降水设计基坑开挖、支护、降水的施工组织设计设计单位施工单位基坑开挖、支护、降水工程的实施基础施工对可能发生的险情的应急处理监测验收回填，支护结构回收基础工程竣工基础工程施工总结NY 基坑工程的发展概况与特点 围护结构型式 基坑事故 围护体系设计要点 基坑降水 土方开挖施工与监测要点 基坑工程的环境影响 为了保证土方开挖和地下室施工处于“干”状态，常需要通过降低地下水位或配以设置止水帷幕使地下水位在基坑底面0.51.0m以下。降低地下水位也有利于基坑围护结构的稳定性，防止流土、管涌、坑底隆起引起破坏。对于渗透性很小的地基也可既不降低地下水位也不设置止水帷幕，

15、在基坑开挖过程中产生的少量积水采用明沟排水处理。 水泥土重力式围护结构、地下连续墙围护结构和冻结法围护结构本身又是止水帷幕；而排桩墙围护结构等则需要另外设置止水帷幕以共同形成挡土和挡水的基坑围护体系。 目前在基坑工程中应用较多的止水帷幕有三种形式：深层搅拌法水泥土止水帷幕，高压喷射注浆法水泥土止水帷幕和素混凝土地下连续墙止水帷幕。除设置竖向止水帷幕外有时还需设置水平向止水帷幕，以防止流土、坑底隆起等造成破坏。当有承压水时，更应重视。淤泥4.5m人工填土 3.2m粘土1.9m中粗砂6.9m砂质粉土2.6m全风化层4.5m预应力锚杆：总长2.5m，自由段8m，锚固段17m，其中扩大头长5m，锚杆钻

16、孔直径130mm，扩大头直径1200mm，耗材6A15,1860钢绞线，设计抗拔力850KN，极限抗拔力1530KN，锁定680KN。止水帷幕人工挖孔护坡桩?1.2m2.0m-13.10-13.10-2.000.00-1.00-2.50120050001200深层搅拌水泥土桩止水帷幕降低地下水位常采用井点降水。常见的有单（多）层轻型井点、喷射井点和深井井点降水等。井点类型及适用范围井点类型及适用范围井点类型土层渗透系数（cm/s)降低水位深度(m)单(多)层轻型井点1.0 x10-4 5.0 x10-236(6-12)喷射井点1.0 x10-4 5.0 x10-2820深井井点3.0 x10-

17、315电渗法1.0 x10-46注：括弧中数值适用于多层轻型井点MhHRr0未来购物中心排水井 基坑工程的发展概况与特点 围护结构型式 基坑事故 围护体系设计要点 基坑降水 土方开挖施工与监测要点 基坑工程的环境影响开挖的原则：开挖的原则：及时支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖开挖机械的选择：开挖机械的选择：一般基坑开挖均优先采用机械开挖方案，有推土机、铲运机、正铲挖土机以及反铲、拉铲、抓铲挖土机等。开挖顺序的确定：开挖顺序的确定：较浅基坑可以一次开挖到底，较深大的基坑则一般采用分层、分块开挖方案，在坑底以上保留1530cm土层由人工挖除。施工现场平面布置：施工现场平面布置：根据有限场地对装土

18、运土及材料进场的交通路线、施工机械放置、材料堆场、工地办公及食宿生活场所进行全面规划。土方开挖注意事项：土方开挖注意事项：1、合理利用施工栈桥；2、临时土坡的稳定性；3、对支撑构件、降水井、监测布点的保护；4、土方开挖后及时外运，及时跟进支撑或垫层的施工监测的目的：监测的目的：通过监测随时掌握土体和支护结构的内力变化情况，了解邻近建筑物、构筑物的变形情况。监测的对象：监测的对象：自身围护结构、基坑周边环境。监测项目：监测项目：根据基坑等级及周边 环境保护要求确定。测点布置：测点布置：结合基坑的特点、重点部位重点监测 基坑工程的发展概况与特点 围护结构型式 基坑事故 围护体系设计要点 基坑降水 土方开挖施工与监测要点 基坑工程的环境影响 基坑工程环