基坑支护设计 讲座课件

1、基坑支护设计ysy2012支护设计需要解决的问题一、确保基坑边坡稳定或支护结构的稳定 保证坑内施工作业安全、顺利 保证坑内工程桩的安全，或保护天然地基土二、严格控制变形，确保环境安全 建筑物 地下管线 地面交通 避免不良社会影响，维护社会的稳定、和谐讨论问题提纲一、整个支护设计的过程二、一个完整的支护设计文件所包含的内容三、几种常见的支护形式概述四、设计中需要注意的一些问题 1、土压力；2、土层“m”值；3、撑锚刚度系数；4、桩的长度； 5、桩的变形； 6、双排桩；7、被动区留土；8、加固区加固五、内支撑 1、平面布置；2、竖向布置；3、计算中的约束处理；4、变形协调； 5、换撑设计；6、构件

2、设计计算六、地下水控制 1、有关交互层问题；2、降水引起的地面沉降七、 适应施工开挖方式的多样化六、正确分析使用勘察资料 1、评价偏于保守；2、分层偏于粗略；3、对岩层的勘察评价远不能满足基坑支护设计要求基坑支护设计的过程1、掌握基坑支护设计所需要的资料2、确定基坑的重要性等级3、初步确定方案 计算与各方沟通 终了方案 出图4、图纸报审，参加专家委审查会。5、根据审查意见修改，出最终施工图6、参加施工过程的图纸会审、技术交底、处理事故、设计变更等。完整的设计文件内容 方案说明（文字部分） 计算书 审查意见和回复意见 图纸部分 0、图纸目录 1、支护设计总说明 2、基坑周边环境图 3、基坑周边地

3、层展开图 4、支护平面布置图 5、支护结构剖面及详图 6、基坑排水布置图 7、基坑监测布置图（以上为一个基坑支护设计文件最起码包含的图纸，若复杂基坑，则包含内容更多，如有内支撑和降水的基坑，还含有内支撑平面布置图、立柱桩详图、降水井平面布置图及大样图等。施工工序较多的基坑，建议附上施工工序图、挖土方案图等）边坡稳定分析中的计算一、圆弧滑动面分析二、折线滑动面分析三、坡脚土抗隆起稳定性分析四、加固边坡的分析 挡墙抗滑移稳定性、抗倾覆稳定性分析 水泥土增强加固 圆弧滑动面法注：1、采用简化了的毕肖普法2、没有考虑静水压力和渗透压力。根据武汉地区多年的实践经验，只要土的强度参数选用适当，计算结果是符

4、合实际的 稳定性分析中的常见问题k值递减，未搜索到最不利滑弧软弱土层？注意了整体稳定，忽略局部稳定稳定性分析中的常见问题软弱土层 维持原土层的c、值不变，将加固体作为增强体或抗滑体参与计算 1、增强体计算 提供水泥土的等效c值，按滑弧通过增强体的截面计算抗力。这种方法很粗略，应该慎用。 2、抗滑体计算 将滑弧以下视为嵌固深度，用“m”法计算抗力。这种方法有一定理论依据，但只适用于下端嵌固条件较好，截面较大的桩。加固边坡的稳定性分析加固体设置位置的比较加固体设置在坡体中，受力比较均衡，桩前三角形土体需要适当的保护加固体设置在前缘，有利于阻挡淤泥、含水粉土粉砂，但受力较大，易弯断增强体中插筋被动区

5、增强体主动区增强体钢筋混凝土盖板插筋位置主要应是受拉边几种不妥的喷锚支护设计(一)锚杆长度不满足1.5H,最下一层锚杆距离底部的高度超过50cm锚杆与竖向加固体没有连结H50cm几种不妥的喷锚支护设计(二)在一个坡面上只有一层锚杆分阶放坡，平台很宽，仍然在上阶坡设置很长的锚杆如果环境宽敞，上阶坡锚杆可取消一段直线坡至少应有两道锚杆软弱土层几种不妥的喷锚支护设计(三)软弱土层不考虑土层特点,均匀布置锚杆改进：调整倾角和长度，如红线所示锚杆都在或大部在弱土层中改进：设置刚度较大的竖向加固体，设置陡倾角锚杆几种不妥的喷锚支护设计(四)调整锚杆倾角时,上层变陡,下层 变缓,致使锚杆尾部接近改进：调整倾

6、角，使锚杆尾部分开锚杆等长,尾部处于同一竖直面内改进：长短交替，或逐步加大倾角（如红线所示）几种不妥的喷锚支护设计(五)忽视坡肩的保护,排水沟紧靠坡肩,钢筋网转折宽度要求不明确,不考虑地面硬化改进：钢筋网转折并加设土钉固定，地面硬化一定宽度，作成反坡，排水沟外移设有水泥土桩排,桩外又放坡,留下薄薄的三角形土体，桩、锚连结削弱改进：桩外垂直开挖钢筋网翻转，加竖向土钉固定地面硬化，作成反坡几种不妥的喷锚支护设计(六) 第一道锚杆距离斜土平台太浅,注浆时容易冒浆,锚固段注浆质量不能保证。改进：调整锚杆倾角，注浆时加止浆塞桩、墙单元设计计算1、土压力；2、土层“m”值；3、撑锚刚度系数；4、逆工况；5

7、、桩的长度；6、双排桩；7、被动区留土；8、被动区加固；桩（墙）锚支护的计算模型主动区土体及坡顶荷载由主动土压力代表被动区土体由抗力弹簧代表撑、锚由撑锚弹簧代表mi=（1/）（0.2ik2- ik+cik） 一般取10mm 对一般粘性土、砂土取1.0，对老粘性土、中密以上砾卵石 取1.82.0， 对淤 泥、淤泥质土取0.60.8淤泥、淤泥质土：c =10kPa， = 4，m = 552736 kPa/m2c =14kPa， = 6，m = 9121216 kPa/m2c =16kPa， = 8，m = 12481664 kPa/m2一般粘性土：c=17kPa，=10，m = 2700 kPa/

8、m2c=19kPa，=11，m = 3220 kPa/m2c=23kPa，=13，m = 4380 kPa/m2c=25kPa，=14，m = 5020 kPa/m2c=28kPa，=15，m = 5800 kPa/m2砂类土： = 27，m = 11800 kPa/m2 = 30，m = 15000 kPa/m2 = 33，m = 18480 kPa/m2 = 35，m = 21000 kPa/m2 = 36，m = 22320 kPa/m2老粘性土：c=35kPa，=16，m =1263614040 kPa/m2c=42kPa，=17，m =1490416560 kPa/m2c=50kPa

9、，=18，m =1742419360 kPa/m2“m ” 值撑、锚刚度系数详见:郑锦明桩撑（锚）支护结构中支点水平刚度系数的计算 _ 兼论如何合理应用水平刚度系数桩的长度桩的嵌固深度应满足规程要求： 被动区抗力安全系数ktk ，对于悬臂结构，应不小于1.50；对于单支点结构，应不小于1.20；对于多支点结构，应不小于1.05。 在老粘性土层中，按上述要求确定的嵌固深度往往很小，考虑老粘性土遇水软化等不利因素，应适当加深桩长不应大于4/， 为桩的变形系数，=（mb0/EI）0.2 桩长大于4/属于不合理的设计。此时应考虑加大桩径。 在深厚软弱土层中，如计算嵌入深度大于按“m”法计算的弹性长桩的

10、特征深度4/，可取4/为设计嵌入深度。但应考虑是否需要对被动区土体采取加固措施。 在深厚软土层中，考虑深层稳定的需要也可以取大于4/的桩长。双排桩计算模型1、避免前后桩土压力的分配。可以考虑桩间土的作用。2、对开挖深度10m左右的基坑已经有多项成功应用。3、当被动区为软土时，双排桩也难以控制变形。需要结合被动区加固使用。4、按目前的经验，在开挖深度10m左右、一级阶地一般土质条件下双排桩的支护效果比较理想，所需费用约高于单排桩加内支撑3040%，但给施工带来很大方便。说明：1、加固除避开工程桩 外，尽可能形成实体2、注意加固体与支护桩墙的紧密连接3、上部空孔段宜适量喷灰（约8%），以免坑内软土

11、过分扰动影响土方施工作业被动区加固的近似计算桩顶放坡 为了减少桩顶位移以满足规程要求，或者为了减短桩长，节约投资，降低桩顶标高，加大放坡高度，是不可取的作法。如此控制位移实际上是假象。 为确保环境安全，武汉市规定，桩顶以上放坡高度不宜超过2m。如果坡顶有建筑物、地下管线，应从严掌握。 如果环境允许，为减轻支护桩的负荷，也应该采用红线所示放坡方式。环境允许时的放坡方式内支撑设计1、平面布置；2、竖向布置；3、计算中的约束处理；4、变形协调；5、换撑设计内支撑平面布置类 型优 点缺 点传力路径明确，各部分相互牵连较少，系统稳定性好影响坑内作业空间刚度大，有利于控制变形，系统稳定性好对土方出坑形成障

12、碍，需要设置运土栈桥对坑内作业空间影响较小，各部分相互牵连较少，便于出土仅适应面积较小的接近正方形的基坑中间空间大，有利于坑内作业不适应非均匀荷载，在土质不均或土方开挖不对称的情况下圆环易发生漂移圆环内支撑的两种布置比较圆环与四周之间设置辐射状传力杆，圆环受力均匀四角设置角撑，四边中部有设置辐射状传力杆，圆环受力不均匀支撑设置深度正确：支撑设置在地下室楼板以上并留有足够的施工空间错误：支撑设置在地下室楼板以下，影响施工，若拆除，无换撑条件内支撑平面计算中常见问题约束设置不当 导致杆件内力性质改变荷载输入不当 输入撑锚力的设计值，导致位移、内力计算结果偏大 仅考虑正工况，而不是全过程中的最大支撑

13、力，导致位移、内力计算结 果偏小忽略桩单元计算与内支撑平面计算的变形协调 如两者变形差别过大，则两者的计算结果都是不可信的撑、锚并用问题AB 锚A与支撑距离很近，由于刚度差异，难以共同工作。因此不应同时参与计算，但可作为拆除支撑时的换撑。 锚B可以代替一道支撑。控制内支撑的上凸变形内支撑设计中的构件设计计算 涉及很多结构设计知识，必要时应与结构工程师配合冠梁计算内力按以支撑为支座的多跨连续梁计算，或有限元计算抗弯、抗剪及局部抗压验算6.7.13条围檩计算内支撑杆件内力按杆件有限元计算承载力验算，偏心受压杆件的平面内外压杆稳定验算6.7.10条6.7.11条立柱轴力计算按中心受压柱验算，如土方开

14、挖过程中承受土压力，尚应考虑土压力影响6.7.12条细部构造节点构造、立柱与支撑的联结等6.7.12条至6.7.17条内支撑逆工况计算有关问题 对天汉软件中“回填” 误解， 以d2作为回填深度是错误的。 侧壁外回填起不到换撑作用，底板外回填才能起换撑作用。 因此以d1作为回填深度才是正确的。结构底板侧墙d2d1侧壁外回填底板外回填换撑设计 应以基础底板、地下室楼板作为换撑点。 注意以下情况： 1、后浇带、楼板开洞 2、车道临边 3、底板有高差、楼板错 层 4、非对称换撑，主体结 构承受水平力 换撑方式应考虑防水施工的要求，应留下必须的间距 换撑间距不能太大，使支撑力仅作用于少数桩1234一、放

15、坡卸载： 明确，可靠，费用最低，但要求有宽敞的场地条件，放 坡范围内不得任意堆载二、桩撑支护： 由于软土层中不宜设置锚杆，只有 通过内支撑限制变形， 支护桩的长度大，桩底应穿过软土层进入下部较好土层；此法费用高 一般不会出现破坏性的事 故，但变形可能很大，因为内支撑只能限 制桩顶或上段位移而不能限制桩身位移，要注意防止桩底“踢脚”及桩中 段“鼓肚”，桩的截面刚度应大。三、被动区加固：被动区足够宽度的加固或满堂加固，配合竖向支护， 坑内加固体设置在坑底以下某一深度，其厚度和平面范围可通过不同 深度的圆弧滑动面分析确定，不必再进行抗隆起验算；此法费用高深厚软土地带的几种可能的支护方式对周边近距离桩

16、基础房屋的保护 认真吸取上海倒房事故的教训，特别注意深厚软土地区小口径管桩基础楼房的稳定。 1、防止认识误区：桩基础房屋对支护结构不产生超载，因此支护设计时不予重视。 2、重点在于限制侧壁软土侧移。在基坑与建筑物之间设置封闭隔离带，坑底被动区加固更为有利。 3、采取措施尽可能减少建筑物前后压力差，不得在 建筑物后方堆置土方或其它重物。地下水控制1、有关过渡层（交互层）问题2、降水引起的地面沉降过渡层突涌计算目前存在分歧: 以A-A作为承压水含水层顶板,突涌 以B-B作为承压水含水层顶板,不突涌初步意见:不能一概而论，应视过渡层的具体情况定。 从大突涌到小突涌到不突涌也是过渡的。 过渡层是否突涌

17、还与所处深度有关，在深度大，承受水头差大的情况下，突涌也是很严重的。过渡层的隔渗粘性土交互层砂层隔渗帷幕 即使在管井降水条件下，过渡层水头下降也有滞后现象，仍有可能发生侧壁管涌或坑底突涌。 要疏干过渡层中的水相当困难。 设置可靠的侧壁帷幕是目前推荐的办法。帷幕底原则上应穿过交互层。 经验表明，高喷帷幕多不可靠，提倡采用多头深搅，或SMW工法。基坑支护设计中的降水计算一、总抽水量估算二、单井抽水量及井数三、全部或部分降水井同时启动后水头下降 等值线计算四、全部或部分降水井同时启动后引起周边地面沉降等值线计算勘察资料方面的问题1、分层偏于粗略 勘察资料偏重地基基础，针对基坑支护考虑欠周。 对浅部土

18、层的分层与评价均偏于粗略，即使某土层分布范围很大，厚度很大，也作为一层提供唯一的综合统计参数，忽略局部变化，而往往这种局部变化正是边坡破坏点。建议勘察报告按基坑工程要求细分浅部土层；如果不细分，则按一定变化幅度提供强度参数，并论述土质空间变化的趋势。2、评价偏于保守 勘察评价偏于保守，审查时一般也不过问。与开挖有关土层强度指标偏低，可能给支护设计带来重大影响。应如实评价岩土层。3、对岩层的勘察评价远不能满足基坑支护设计要求 缺少岩层产状、结构面（节理、裂隙）的资料，缺少对岩土界面的分析论述。涉及基岩时应收集场地地质构造资料，尽可能反映岩层产状、节理裂隙分布情况，提供岩土界面倾斜方向的地质剖面，

19、对潜在的最不利界面加以分析。结束语一、必须有正确的概念，首先要把握概念设计。 “不求计算精确，但求判断正确” 说法很好，建议略加修改： “难求计算精确，力求判断正确”二、需要计算，但不能唯计算是从。所谓“点击鼠标 挖基坑”是 非专业的认识误区。三、重视监测，按信息化施工原则对现场进行动态管理。在这 种意义上说，不应机械地强调百分之百按图施工。四、经验很宝贵，但要正确对待经验。经验应该上升到理论才 能获得公认，才有推广价值。要正确地总结经验。五、基坑工程涉及多学科，必须掌握多方面的技能。岩土工程 专业、结构专业和施工专业应密切配合，互通互补。注：右图所示为申报论证、审查的基坑工程项目的粗略统计，可大致反映武汉地区基坑工程发展的总体趋势。近10年来基坑工程数量的增长情况武汉地区深基坑工程中发生的影响较大的事故 项 目事 故 概 况原 因 简 析火炬大厦 199319根大口径支护桩断裂，30余米长度的边坡失稳，导致邻近建筑物严重受损，居民撤出，损失及加固用达数百万元坚硬的老粘性土受水浸润，强度急剧衰减，设计对此难以预计泰合大厦 1993侧壁大量流土，影响坑外地面变形范围达25米，新建立交桥下沉倾斜，损失达百万元以上对武汉地区浅层粉土的渗透稳定性问题认识不足，侧壁止水帷幕设计经验不