深基坑工程方案设计（ppt共259）图文丰富

深基坑工程程讲座(一)同济大学高高大钊钊内容容深基坑工程程总论深基坑工程程方案设计计深基坑工程程设计计算算深基坑工程程施工图设设计深基坑工程程总论深基坑工程程的若干事事故实例地下连续墙墙围护结构构的垮塌钢支撑的失失稳工程桩的倾倾斜采用拱圈结结构深基坑坑的垮塌土钉墙的垮垮塌深基坑工程程总论1.深基基坑工程的的技术要求求；2.深基基坑围护结结构的类型型；3.深基基坑工程的的失效模式式；4.深基基坑工程的的安全等级级与设计、、施工要求求；5.深基基坑围护结结构的设计计荷载；6.深基基坑设计表表达式及安安全控制标标准；深基坑工程程的技术要要求深基坑工程程是指包括基基坑开挖、、降水和支支护结构设设计、施工工与监测在在内的总称称。支护结构则由包括具具有挡土、、止水功能能的围护结构和维持围护护结构平衡衡的支、锚体系系两部分组成成；支、锚锚体系是指指内支撑体系系或锚杆体体系，内支撑体系系由支撑、围围檩和立柱柱等构件组组成，锚杆体系则由锚杆、、腰粱和台台座等组成成。对深基坑工工程的技术术要求包括括：一深基坑坑工程的功功能要求1.挡挡土功能能2.止止水功能能3.作作为地下下结构外墙墙的使用功功能二环境保保护与处理理相邻关系系的要求1.控控制围护护结构位移移和坑底隆隆起对环境境的影响2.控控制制降降低低地地下下水水位位对对环环境境的的影影响响3.控控制制土土锚锚对对相相邻邻场场地地的的影影响响深基坑坑工工程程的的功功能能要要求求为什什么么要要做做深深基基坑坑工工程程？？由地地下下室室的的施施工工引引起起的的问问题题：：挡土土和和止止水水的的功功能能－－临临时时性性的的结结构构物物作为为深深基基坑坑围围护护结结构构的的地地下下连连续续墙墙可可以以同同时时用用作作地地下下结结构构的的永永久久性性外外墙墙的的使使用用功功能能挡土土功功能能放坡坡开开挖挖和和支支护护开开挖挖虽虽是是两两种种可可供供选选择择的的开开挖挖方方案案，，但但放放坡坡开开挖挖的的适适用用范范围围有有限限，，因因为为深深基基坑坑的的放放坡坡范范围围过过大大，，城城市市不不可可能能提提供供太太大大的的放放坡坡空空间间；；深深基基坑坑放放坡坡所所增增加加的的土土方方量量也也比比较较大大；；如如在在软软土土地地区区更更由由于于可可能能产产生生深深层层滑滑动动的的制制约约，，在在深深基基坑坑中中放放坡坡开开挖挖的的风风险险很很大大。。因此此深深基基坑坑工工程程大大多多采采用用支支护护开开挖挖的的方方案案。。深深基基坑坑设设置置支护护结结构构（一一般般包括括围围护护结结构构和和支支锚锚体体系系两部部分分））的的目目的的是是阻阻止止基基坑坑外外侧侧土土体体的的坍坍塌塌，，为为基基础础施施工工提提供供安安全全的的工工作作空空间间。。支护护结结构构的的功功能能是是挡挡土土，，对对基基础础施施工工空空间间来来说说具具有有防防护护的的作作用用，，统统称称为为支支护护结结构构，，但但将将围围护护结结构构和和支支锚锚体体系系加加以以区区别别可可更更确确切切地地表表达达其其在在基基坑坑工工程程中中的的不不同同作作用用。。根据据挡挡土土的的要要求求，，围围护护结结构构不不一一定定是是连连续续密密闭闭的的，，在在土土的的强强度度比比较较高高的的地地区区，，采采用用间间隔隔式式的的围围护护结结构构就就足足以以起起到到挡挡土土的的作作用用；；但但在在软软土土地地区区，，由由于于土土的的强强度度低低，，土土压压力力比比较较大大，，则则需需要要设设置置连连续续排排列列的的围围护护结结构构才才有有足足够够的的强强度度抵抵抗抗土土压压力力的的作作用用和和防防止止软软土土在在侧侧向向压压力力作作用用下下通通过过支支挡挡的的间间隙隙绕绕流流。。不同同地地区区、、不不同同土土类类、、不不同同开开挖挖深深度度的的基基坑坑，，根根据据挡挡土土的的功功能能要要求求可可以以选选择择不不同同的的围围护护结结构构型型式式和和支支锚锚体体系系的的类类型型。。止水水功功能能在地地下下水水位位比比较较高高的的地地区区，，为为了了使使施施工工作作业业的的空空间间比比较较干干燥燥，，必必须须采采取取坑坑内内排排水水或或降降低低地地下下水水位位的的措措施施。。如如在在坑坑内内降降低低地地下下水水位位则则造造成成了了坑坑内内外外的的水水位位差差，地地下下水水在在水水头头压压力力的的作作用用下下从从坑坑外外流流向向坑坑内内，，不不仅仅不不能能保保持持坑坑内内的的干干燥燥，，而而且且还还会会产产生生管管涌涌、、流流砂砂等等渗渗透透变变形形，，危危及及基基坑坑的的安安全全。。在在这这种种情情况况下下，，要求求围围护护结结构构同同时时具具有有止止水水的的功功能能，，能能阻阻止止地地下下水水流流向向坑坑内内，，以以保保证证坑坑内内的的施施工工作作业业条条件件。。实现现围围护护结结构构止止水水功功能能的的条条件件，，一一方方面面是是要要求求围围护护结结构构本本身身要要有有一一定定的的隔水水性性能能，可可以以同同时时起起止止水水帷帷幕幕的的作作用用，，另另一一方方面面是是要要求求设设置置的的止止水水帷帷幕幕有有足足够够的的长长度度，，或或者者能能切切入入不不透透水水层层，，或或者者能能将水水头头梯梯度度减减少少到到不不会会发发生生危危害害的的数数值值。有些些类类型型的的围围护护结结构构可可以以同同时时具具有有挡挡土土和和止止水水的的功功能能，，如如地地下下连连续续墙墙；；但但有有些些挡挡土土结结构构物物却却不不具具有有止止水水的的作作用用，，如如排排桩桩式式围围护护结结构构，，此此时时就就需需要要设设置置止止水水帷帷幕幕，，采采用用两两种种材材料料的的复复合合结结构构。。作为为地地下下结结构构外外墙墙的的使使用用功功能能在软软土土地地区区，，深深基基坑坑工工程程的的围围护护结结构构造造价价很很高高，，特特别别如如地地下下连连续续墙墙有有时时可可达达数数千千万万之之巨巨，，如如果果仅仅用用作作施施工工时时的的临临时时性性围围护护结结构构，，在在地地下下室室施施工工完完毕毕以以后后就就丧丧失失了了使使用用价价值值，，确确实实非非常常可可惜惜。。为为了了充充分分利利用用地地下下连连续续墙墙的的使使用用价价值值，，提提出出了了将将围围护护结结构构同同时时作作为为地地下下室室外外墙墙的的设设计计要要求求，，这这种种设设想想无无疑疑是是具具有有经经济济意意义义的的。。在这这种种条条件件下下，，支支护护结结构构就就具具有有地地下下室室外外墙墙的的使使用用功功能能要要求求，，即即永永久久性性的的止止水水功功能能、、永永久久性性的的挡挡土土作作用用以以及及传传递递建建筑筑物物荷荷载载的的功功能能。。对于于同同时时具具有有地地下下室室外外墙墙使使用用功功能能要要求求的的围围护护结结构构，，其其设设计计和和施施工工的的技技术术要要求求和和一一般般围围护护结结构构不不同同，，技技术术难难度度比比较较大大，，也也比比较较复复杂杂，，需需要要作作专专门门的的研研究究。。环境境保保护护与与处处理理相相邻邻关关系系的的要要求求1.控控制制围围护护结结构构位位移移和和坑坑底底隆隆起起对对环环境境的的影影响响2.控控制制降降低低地地下下水水位位对对环环境境的的影影响响3.控控制制土土锚锚对对相相邻邻场场的的影影响响控制制围围护护结结构构位位移移和和坑坑底底隆隆起起对对环环境境的的影影响响基坑坑开开挖挖对对土土体体来来说说是是一一种种卸卸荷荷作作用用，，打打破破了了土土体体原原来来的的平平衡衡状状态态，，土土体体就就会会产产生生各各种种形形态态的的位位移移，，在在基基坑坑内内部部，，表表现现为为围围护护结结构构的的水平平位位移移和坑坑底底的的隆起起，尽尽管管设设置置了了围围护护体体的的支支、、锚锚结结构构，，但但围围护护结结构构连连同同周周围围的的土土体体仍仍然然有有不不同同程程度度的的水水平平位位移移；；坑底底的的隆隆起起是是一一种种向向上上的的位位移移，，产产生生的的原原因因一一是是深深层层土土的的卸卸荷荷回回弹弹，，二二是是由由开开挖挖形形成成的的压压力力差差导导致致的的土土体体塑塑流流。。由由于于土土体体是是连连续续体体，，坑坑底底的的隆隆起起和和围围护护结结构构的的水水平平位位移移必必然然导导致致坑坑外外土土体体产产生生沉沉降降和和水水平平位位移移，，带带动动相相邻邻建建筑筑物物或或市市政政设设施施发发生生倾倾斜斜或或挠挠曲曲，，这这些些附附加加的的变变形形使使结结构构构构件件或或管管道道可可能能产产生生开开裂裂，，影影响响使使用用，，危危及及安安全全。。控制制降降低低地地下下水水位位对对环环境境的的影影响响基坑坑开开挖挖时时必必须须采采取取坑坑内内排排水水或或降降低低地地下下水水位位的的措措施施以以获获得得干干燥燥的的施施工工工工作作空空间间。。如采采用用坑坑外外降降水水会会使使大大范范围围的的地地下下水水位位下下降降；；如如在在坑坑内内降降水水而而围围护护结结构构不不具具有有止止水水的的功功能能，，或或止止水水功功能能失失效效，，则则也也会会引引起起坑坑外外地地下下水水位位下下降降；；基基坑坑的的开开挖挖深深度度越越深深，，地地下下水水位位下下降降越越多多，，影影响响的的范范围围也也就就越越大大。。当当采采用用坑坑内内降降水水方方案案而而止止水水帷帷幕幕能能有有效效工工作作时时，，坑坑外外的的地地下下水水位位不不会会明明显显下下降降，，对对相相邻邻建建筑筑物物不不会会构构成成威威胁胁。。地下下水水位位下下降降造造成成土土体体有有效效应应力力增增加加，，产产生生大大范范围围的的地面面沉沉降降，在在影影响响范范围围内内的的建建筑筑物物和和市市政政设设施施就就要要受受到到不不同同程程度度的的损损害害。。因此此在在软软土土地地区区通通常常都都采采用用止止水水帷帷幕幕来来防防止止坑坑外外地地下下水水位位的的下下降降，，在在基基坑坑工工程程设设计计和和施施工工时时，，必必须须充充分分重重视视止止水水帷帷幕幕的的质质量量，，密切切监监控控坑坑外外地地下下水水位位的的变变化化。控制制土土锚锚对对相相邻邻场场地地的的影影响响对坑坑内内的的施施工工条条件件来来说说，，采采用用土土锚锚比比内内支支撑撑更更为为有有利利，，可可以以减减少少对对挖挖土土和和浇浇筑筑基基础础的的干干扰扰。。因因此此在在地地质质条条件件比比较较好好的的的的地地方方，，大大量量采采用用土土锚锚；；而而在在软软土土地地区区，，由由于于软软土土无无法法提提供供足足够够的的锚锚固固力力，，很很少少采采用用土土锚锚。。但但除除了了上上述述技技术术方方面面的的考考虑虑之之外外，，采采用用土土锚锚时时还还应应充充分分注注意意其其对对相相邻邻关关系系的的影影响响，，除除非非建建筑筑场场地地十十分分空空旷旷，，土土锚锚能能完完全全设设置置在在建建筑筑红红线线范范围围以以内内。。建筑红线线是法定定的建筑筑界限，，不仅限限定地面面建筑的的范围，，而且也也不容许许地下的的设施超超出红线线范围。。在一般般情况下下，土锚锚的锚固固段常常常超出红红线，亦亦即已经经进入相相邻场地地的范围围，如果果相邻场场地进行行地下的的施工或或设置桩桩体，土土锚就成成为其地地下障碍碍物，因因此可能能产生相相邻的纠纠纷。从从民法的的角度来来看，采采用的土土锚如已已进入相相邻场地地范围，，则已经经侵犯了了相邻场场地业主主的合法法权益，，相邻场场地业主主可以诉诉诸法律律。深基坑坑围护护结构构的类类型按功能能划分分按围护护结构构刚度度划分分按围护护结构构保持持稳定定方式式划分分按围护护结构构的施施工工工艺与与材料料划分分按功能能划分分按围护护结构构功能能划分分为临时性性结构构和兼有有永久久性结结构功功能（（两墙合合一）两类类。临时性性围护护结构构的功功能比比较单单一，，设计计时只只要满满足施施工围围护结结构的的挡土土、止止水和和环境境保护护的要要求；；永久性性结构构除了了满足足上述述施工工围护护结构构的要要求外外，还还应满满足作作为永永久性性结构构的许许多要要求，，例如如传力力、协协调变变形、、防渗渗等要要求。。同时时还要要处理理与地地下室室梁、、板、、柱的的连接接构造造，对对围护护结构构的变变形也也有更更严格格的要要求。。按围护护结构构刚度度划分分按围护护结构构材料料本身身的传传力特特性可可以分分为刚刚性结结构和和柔性性结构构两类类。刚性结结构围护体体材料料的抗抗拉强强度很很低，，一般般不考考虑承承受弯弯矩，，其变变形的的特点点主要要是平平移和和转动动，当当发生生挠曲曲变形形时很很容易易出现现开裂裂；柔性结结构围护体体材料料能承承受较较大的的弯矩矩和拉拉应力力，因因此可可以容容许发发生较较大的的挠曲曲而结结构不不出现现裂缝缝。按围护护结构构保持持稳定定方式式划分分按围护护结构构保持持稳定定的方方式，，可划划分为为自立立式和和支锚锚式两两类。。自立式式围护护结构构可以不不依靠靠支撑撑或锚锚杆的的传力力作用用而保保持其其平衡衡，按按照保保持稳稳定的的机制制可以以分为为重力力式和和悬臂臂式两两类。。重力力式围围护结结构依依靠自自身的的重力力所形形成的的稳定定力矩矩和摩摩阻力力来抵抵抗土土压力力所引引起的的倾覆覆和滑滑移；；悬臂臂式则则依靠靠插入入深度度范围围内土土的嵌嵌固作作用维维持稳稳定。。支锚式式围护护结构构则需要要依靠靠内支支撑或或土锚锚才能能保持持围护护结构构的稳稳定。。主动土压力Ea被动抗力Ep基底摩阻力H重力G重力式式围护护结构构主动土压力Ea被动抗力Ep被动抗力E´p悬臂式式围护护结构构拉锚土锚土锚或或拉锚锚支撑立柱立柱桩围护墙围檩坑底加固内支撑撑体系系按围护护结构构施工工工艺艺与材材料划划分按围护护结构构的施施工工工艺与与材料料划分分可分分为以以水泥泥稳定定土为为材料料的水水泥搅搅拌桩桩，以以钢为为材料料的钢钢板桩桩和以以钢筋筋混凝凝土为为材料料的钻钻孔灌灌注桩桩、地地下连连续墙墙或钢钢筋混混凝土土板桩桩。围护结结构的的受力力性能能与材材料密密切有有关。。用水水泥搅搅拌桩桩做成成的坝坝体是是刚性性的、、自立立式的的。用用钢材材或钢钢筋混混凝土土制成成的围围护结结构是是柔性性的，，一般般需要要采用用支锚锚体系系来维维持其其稳定定。但但钢筋筋混凝凝土地地下连连续墙墙也可可以做做成如如图所所示的的重力力式围围护结结构；；水泥泥搅拌拌桩可可以加加劲性性的型型钢成成为柔柔性的的围护护结构构（SMW工法）），也也可以以用作作柔性性的排排桩式式围护护结构构的止止水帷帷幕。。地下连连续墙墙作重重力式式基坑工工程的的失效效模式式1.整体失失稳2.坑底隆隆起3.围护结结构倾倾覆失失稳4.围护结结构滑滑移失失稳5.围护结结构底底部地地基承承载力力失稳稳6.““踢踢脚””失稳稳7.止止水水帷幕幕功能能失效效和坑坑底渗渗透变变形破破坏8.围围护护结构构的结结构性性破坏坏9.支支、锚锚体系系失稳稳破坏坏整体失失稳整体失失稳是是指在在土体体中形形成了了滑动动面，，围护护结构构连同同基坑坑外侧侧及坑坑底的的土体体一起起丧失失稳定定性，，一般般的失失稳形形态是是围护护结构构的上上部向向坑外外倾倒倒，围围护结结构的的底部部向坑坑内移移动，，坑底底土体体隆起起，坑坑外地地面下下陷。。坑底隆隆起坑底隆隆起是是指坑坑底土土体产产生向向上的的塑性性变形形。基基坑开开挖以以后，，坑底底向上上位移移的原原因有有两种种，一一是卸卸载引引起的的回弹，其数数值较较小；；另一一种是是在开开挖引引起的的压力力差作作用下下土体体中产产生的的塑性变变形，这种种变形形如果果数量量较大大，表表示土土体中中的塑塑流已已经比比较严严重，，如果果围护护结构构和内内支撑撑能形形成整整体性性好的的体系系，则则塑流流仅引引起坑坑外地地面下下沉，，影响响环境境安全全；如如果是是自立立式结结构或或节点点强度度差的的支撑撑体系系，隆隆起可可能是是整体体失稳稳的前前兆；；如果果稳定定性不不能得得到有有效的的控制制，就就会发发生整整体性性失稳稳。围护结结构倾倾覆失失稳围护结结构的的倾覆覆失稳稳主要要发生生在重重力式式结构构或悬悬臂式式围护护结构构，重重力式式结构构在坑坑外主主动土土压力力的作作用下下，围围护结结构绕绕其下下部的的某点点转动动，围护结结构的的顶部部向坑坑内倾倾倒。抵抗抗倾覆覆失稳稳的力力矩主主要由由围护护结构构自身身的重重力形形成，，坑底底的被被动抗抗力也也是构构成抵抵抗力力矩的的因素素。关关于转转动中中心的的位置置有不不同的的看法法，传传统的的方法法是将将转动中中心放放在围围护结结构的的前趾趾，但也也有认认为绕绕前趾趾上面面或下下面的的某一一点转转动比比较合合理，，特别别的软软土地地区由由于基基底土土比较较软弱弱，在在力矩矩作用用下前趾有有下沉沉的可可能。围护结结构滑滑移失失稳围护结结构的的滑移移失稳稳亦主主要发发生在在重力力式结结构中中，在在坑外外主动动土压压力的的作用用下，，围护结结构向向坑内内平移移。抵抗抗滑移移的阻阻力主主要由由围护护体底底面的的摩阻阻力以以及内内侧的的被动动土压压力构构成。。当坑坑底土土软弱弱或围围护结结构底底部的的地基基土软软化时时，墙墙体发发生滑滑移失失稳。。围护结结构底底部地地基承承载力力失稳稳重力式式围护护结构构的底底面压压力过过大，，地基基承载载力不不足引引起的的失稳稳。由于在在围护护结构构的外外侧还还作用用着土土压力力，因因此其其合力力是倾倾斜的的。在在倾斜斜荷载载作用用下，，地基基土发发生向向坑内内的挤挤出，，围护护结构构产生生不均均匀的的沉降降，可可能导导致部部分围围护结结构的的开裂裂损坏坏。“踢脚脚”失失稳在单支支撑的的基坑坑中，，可能能发生生挠支撑撑点转转动，围护护结构构上部部向坑坑外倾倾倒，，围护护结构构的下下部向向上翻翻的失失稳模模式，，故形形象地地称为为“踢踢脚””失稳稳。在在多支支撑的的围护护结构构中一一般不不会产产生踢踢脚失失稳，，除非非其它它支撑撑都已已失效效，只只有一一道支支撑起起作用用的情情况。。止水帷帷幕功功能失失效和和坑底底渗透透变形形破坏坏止水帷帷幕丧丧失挡挡水功功能，，产生生渗漏、、涌水水、流流土或或流砂砂。由于于水土土流失失使基基坑外外地面面下沉沉、塌塌陷，，导致致邻近近建筑筑物的的开裂裂和损损坏。。引起起围护护结构构止水水帷幕幕功能能失效效的主主要原原因是是施工工因素素，其其次是是设计计因素素和材材料的的因素素。由由于施施工质质量低低劣，，止水水帷幕幕有空空洞或或裂缝缝，成成为漏漏水的的通道道是最最普遍遍的现现象；；止水水帷幕幕设计计过短短，没没有全全部切切断透透水层层也是是漏水水的可可能原原因。。由于止止水帷帷幕失失效产产生过过大的的水力力坡降降引起起坑底底渗透变变形破破坏。坑内内采用用排水水或降降水措措施后后，造造成了了坑内内外的的水头头差，，地下下水在在水头头差的的作用用下向向坑内内渗流流，在在渗流流出口口处土土的细细颗粒粒被带带出，，或土土颗粒粒处于于悬浮浮状态态涌出出。这这种由由渗透透引起起的破破坏因因破坏坏机理理不同同而有有不同同的名名称，，如管管涌、、流砂砂或流流土。。如不不及时时制止止，由由渗透透变形形引起起的坑坑外土土体的的位移移和陷陷落是是严重重的。。围护结结构的的结构构性破破坏围护结结构的的结构构性破破坏是是指围围护体体本身身发生生开裂、、折断断、剪剪断或或压屈屈，致使使结构构失去去了承承载能能力的的破坏坏模式式。结构性性损坏坏的原原因可可能是是方案案性的的错误误，如如支撑撑体系系不当当或围围护结结构不不闭合合；也也可能能是设设计计计算时时荷载载估计计不足足或结结构材材料强强度估估计过过高，，支撑撑或围围檩截截面不不足导导致破破坏；；此外外，结结构节节点处处理不不当，，也会会因局局部失失稳而而引起起整体体破坏坏，特特别在在钢支支撑体体系中中，节节点多多，加加工与与安装装质量量不易易控制制。节节点处处理包包括支支撑和和墙体体的连连接处处，如如不设设置围围檩或或连接接强度度不够够。支、锚体系系失稳破坏坏支锚体系的的失稳破坏坏包括两种种不同的破破坏模式。。锚杆的破破坏主要表表现为锚杆的拔出出、断裂或或预应力松松弛，土锚的破破坏大多是是局部的，，群锚的破破坏实际上上是土体的的失稳而并并非是锚杆杆的结构性性破坏；支支撑的失稳稳很可能是是整体性的的，其形态态因体系不不同而不同同，支撑体体系大多是是超静定的的，局部的的破坏会造造成整体的的失稳，尤尤其是钢支支撑体系，，局部节点点的失效概概率比较大大。安全等级与与设计、施施工要求确定安全等等级的原则则考虑划分安安全等级的的因素已有规范对对安全等级级的划分标标准不同安全等等级基坑工工程的设计计及施工要要求基坑设计的的表达式及及设计原则则关于安全系系数的规定定确定安全等等级的原则则1.基坑工工程大多数数是临时性的，其安全全度和耐久久性的要求求低于一般般的结构工工程；2.围护结结构失效对周围环境境影响的重要性甚甚于围护结结构本身；；3.在许多多情况下，，变形的控制制高于强度控控制。考虑划分安安全等级的的因素1.基坑的开挖深度由于土压力力与深度的的平方成正正比，基坑坑深度越大大，围护结结构的内力力与变形都都相应急剧剧增大，支支锚结构的的轴力也随随之增大。。无论对于于围护结构构本身的安安全或对环环境的影响响都增加了了技术难度度，工程的的重要性和和失效带来来的危害性性都加大了了，对于深深基坑应提提高对设计计和施工的的技术要求求；2.土质条件在相同开挖挖深度的条条件下，土土质越差，，抗剪强度度低，侧土土压力增大大，结构内内力加大，，对环境的的影响也越越大，控制制的要求必必须相应提提高；3.地地下水位地下水对基基坑围护结结构的安全全与使用具具有决定性性的作用，，如果地下下水位很深深，则技术术难度和工工程的危险险性都要小小得多；在在地下水位位高的地方方，降水会会形成地面面的沉降和和损害相邻邻建筑物，，如果设置置止水帷幕幕，则使围围护结构承承受很大的的水压力，，同时增加加了渗透变变形的危险险性，因此此必须提高高对设计和和施工的要要求；4.相相邻建筑物物与设施的的重要性以以及对变形形的承受能能力相邻建筑物物的重要性性增大，对对变形控制制的要求更更严格，安安全等级就就越高，例例如在地下下铁道邻近近地区开挖挖基坑时，，常需要提提高设计的的安全度以以保证地下下铁道的安安全运行；；对于变形形十分敏感感的建筑物物或设施，，也必须严格控制变变形，提高对设设计施工的的要求。规范对安全全等级的划划分标准现有各部门门和地方的的基坑工程程规范已经经提出了基基坑工程安安全等级的的划分方法法，见下表表，表中出出现的差别别反映了地地区的地质质条件和经经验的不同同以及规范范覆盖面的的不同，地地方规范针针对性强，，可以规定定得具体一一些，而全全国性的规规范只能规规定得原则则些。不同安全等等级基坑工工程的设计计及施工要要求为了统一设设计标准，，对不同的的工程区别别对待，需需要制定设设计依据的的控制标准准。有些规规范对基坑坑工程划分分了安全等等级，但有有的规范不不主张划分分安全等级级。下面主主要讨论按按安全等级级确定的设设计施工要要求。从地方规范范的规定可可以看出，，对基坑围围护设计的的要求主要要按变形控控制，对不不同安全等等级的基坑坑提出不同同数量的变变形控制值值，安全等等级越高，，变形控制制值越小。。变形控制制值有两种种不同方法法，一种是是按水平位移移的数值控控制，另一种是是按水平位移移与围护结结构高度的的相对比值值控制。其实这两种种不同的控控制方法表表示了不同同的控制侧侧重点，相相对比值用用于控制围围护结构本本身能处于于安全的工工作状态，，与安全系系数相配合合以保持围围护结构的的安全；水水平位移的的绝对值用用于将围护护结构对相相邻建筑物物的影响控控制在许可可的范围以以内。对于面向全全国的规范范，由于各各地地质条条件相差悬悬殊，很难难如地方规规范那样对对变形作出出具体的规规定，建筑筑基坑工程程技术规范范在编制过过程中曾分分别邻近有有无永久性性建筑物给给出了变形形控制值，，但在最终终颁布时删删去了这些些内容。作作为一种经经验的总结结还是有参参考价值。。基坑设计的的表达式及及设计原则则基坑设计由由两部分组组成，一部部分是涉及及土体稳定性性的验算；另另一部分是是围护结构构、支撑或或锚杆的结构设计。前一种验验算时，主主要的荷载载和抗力都都是由土体体产生的；；后一种设设计的荷载载主要由土土体引起的的，而抗力力是由结构构材料提供供的。这两两种设计表表达式中的的荷载和抗抗力项的物物理意义不不同、性质质不同，安安全控制的的标准也不不相同。从表可以看看出，对稳稳定性验算算，各规范范所采用的的设计方法法基本相同同，都是安安全系数方方法。虽然然安全系数数设计方法法不符合设设计统一标标准关于概概率极限状状态设计原原则的要求求，但在设设计表达式式的两边都都采用标准准值表示设设计变量，，设计体系系内部封闭闭，尚不致致造成误解解和错误。。但是围护护结构墙身身设计、支支撑截面设设计和锚杆杆截面设计计的情况就就不一样了了，设计表表达式两边边物理量的的性质不同同，需要在在基坑规范范中加以协协调。在围护结构构、支撑或或锚杆的结结构设计表表达式中，，必须充分分注意荷载载和抗力的的统一。这这是因为，，产生结构构内力的荷荷载主要是是由土形成成的，所求求得的土压压力和结构构内力都是是标准值，，但材料的的强度采用用现行的混混凝土结构构规范的设设计值，则则设计表达达式的两端端是不一致致的，必须须采取一定定的调整措措施加以平平衡。如果采用现现行地基基基础规范中中关于土压压力的计算算方法和结结构内力计计算方法强强度结构的的内力，同同时采用现现行混凝土土结构规范范中的材料料强度设计计值进行截截面强度验验算和配筋筋，忽视了了两者之间间在设计原原则上的差差异，就降降低了结构构的安全度度，留下了了隐患。关于安全系系数的规定定各规范对设设计安全系系数的规定定很不一致致，符号和和术语也并并不一致，，在使用时时务必充分分注意区别别。各规范范对不同的的验算模式式所规定的的安全系数数允许值见见下表。由由于各规范范都按自己己的符号术术语系统规规定其物理理意义，选选用各不相相同的安全全水准和各各种系数，，读者在使使用这些规规范时，只只能认定执执行一本规规范的规定定，切忌几几本规范混混用。深基坑围护护结构的设设计荷载基坑工程设设计的荷载载不同于一一般的结构构物，作用用于围护结结构上的荷荷载主要是是侧向压力力包括土压压力和水压压力。其它它的一些作作用，如地地面的施工工荷载、相相邻建筑物物的基底荷荷载等垂直直荷载也都都通过侧向向压力的形形式作用于于围护结构构；相邻场场地的沉桩桩挤土作用用，也以水水平压力的的形式传给给围护结构构；直接作作用于围护护结构上的的垂直荷载载很少，主主要是作用用于内支撑撑上的一些些施工机械械。作用于围护护结构上的的侧向荷载载都是非标标准的荷载载，其值是是不确定的的、不稳定定的，受施施工条件和和环境条件件的影响非非常大，预预估的荷载载与实际产产生的荷载载可能相差差很远，荷荷载的确定定是基坑工工程设计中中最为困难难而又十分分重要的环环节。作用于围护护结构的侧侧向土压力力作用于围护护结构的水水压力施工荷载永久性荷载载作用于围护护结构的侧侧向土压力力1.对对经典土压压力理论的的认识2.土土压力的量量测试验结结果3.土土压力计算算中若干问问题的讨论论4.土压压力计算的的一些经验验方法对经典土压压力理论的的认识在讨论到土土压力问题题时，人们们就会提到到经典的库库仑理论和和朗肯理论论。由于建建设规模的的发展，也也由于量测测技术和计计算技术的的进步，近近代对于土土压力的性性质和土压压力的分布布与变化规规律的认识识远远超过过了朗肯和和库仑的年年代，因此此在许多文文献中，人人们不断地地发现实测测的结果与与理论不符符，也经常常听到对经经典土压力力理论的批批评。但是经典的的土压力理理论依然是是实用计算算公式的基基本形式，，许多关于于土压力计计算的讨论论常常是环环绕着如何何修正经典典公式来开开展的，经经典公式的的局限性是是明显的，，但至今尚尚没有看到到超越他们们的新的理理论公式问问世。经典土压力力理论得到到的是极限限值基坑尚未开开挖时作用用在围护结结构墙面上上的是静止止土压力，，此时土体体处于完全全弹性状态态，基坑开开挖以后土土体处于塑塑性局部发发展的过程程中，墙后后和墙前的的土压力都都没有达到到极限状态态，处在图图中的两条不不同的曲线线上，而按按经典土压压力理论计计算的仅是是曲线的两两个端点。。至于塑性性发展的过过程，经典典土压力理理论并没有有给出解答答，迄今为为止，还没没有解析的的方法可以以计算这个个过程。经典土压力力理论只能能计算刚性性界面上的的接触压力力经典土压力力理论没有有考虑挡墙墙本身的变变形，即将将挡墙作为为完全刚性的，只考虑虑挡墙的平移或转动动等刚性位移移。但在基坑工工程中，排排桩式和地地下连续墙墙等板式的的围护结构构都是柔性性的，会产产生比较大大的变形，，而且在支支撑和锚杆杆的约束下下，围护结结构的变形形非常复杂杂，目前也也没有解析析的方法可可以计算柔柔性挡墙与与土体的接接触压力。。经典土压力力理论是在在平面应变条条件下的解答无论是库仑仑理论或者者是朗肯理理论，都是是平面应变变条件下的的解答，没没有考虑末末端的影响响。而实际的工工程条件总总是有限长长的，在长长边方向的的中部比较较接近于平平面条件，，但在基坑坑的转角处处则与平面面问题假定定相距甚远远，存在末端的的影响。土压力的量量测试验结结果国内在90年代初，周周应英等报报道了五组组很有意义义的试验结结果，为认认识土压力力的分布规规律提供了了实测的数数据。试验填料分分别采用砂砂土和粘性性土。采用用压力盒量量测土压力力，在砂土土的试验中中用了20个压力盒，，粘性土的的试验中用用了59个压力盒。。宽高比为1.0宽高比为0.66不同宽高比比的影响绕墙底转动动时绕墙顶转动动及平移时时墙平移时说明当墙身身的高宽比比为1时，实测土土压力随深深度增加而而增大，实实测数据在在理论分布布线两侧波波动，静止止条件下的的实测土压压力最大，，随着位移移的增大，，土压力减减小；墙身身的高宽比比1.5时的实测结结果，分布布曲线偏离离理论直线线比较大，，在墙的上上半部实测测主动土压压力值大于于库仑理论论值，下部部则相反，，出现在工工程实测时时通常出现现的R形分布；五五种不同的的宽高比（（0.5,0.6,1.0,1.5,2.0）的墙体试试验结果说说明墙身刚度越越小，实测测的主动土土压力分布布越偏离库库仑理论值值。当墙身绕墙底转转动时，实测测土压力力的数据据随深度度增大，，并接近近于直线分布布；但当墙墙身平移移或绕墙墙顶转动动时，实实测主动动土压力力的分布布与直线线分布偏偏离比较较大，其其分布特特点是墙墙身上部部大于理理论值，，下部小小于理论论值。同同时还可可以看出出，当墙墙底部绕绕墙顶的的位移量量与平移移量相等等时，转转动的总总土压力力大于平平移的土土压力，，且平移移时更偏偏离于理理论值。。比较三种种不同性性质位移移的试验验结果可可知，墙墙平移时时的土压压力合力力最小，，绕墙顶转动时的的土压力力合力最大大；为了研研究不同同性质位位移的相相互关系系，在进进行了绕绕墙顶转转动的试试验之后后，又将将墙顶移移动使墙墙恢复竖竖直，这这相当于于两种转转动的叠叠加，与与平移相相当；此此时上部部土压力力由大变变小，下下部的土土压力由由小变大大，与直直接平移移的试验验结果相相当接近近，说明明不同性质质的位移移可以叠叠加。位移叠加加对土压压力的影影响，假假设挡墙墙先绕底底部B点转动，，墙顶由由A移至A`，然后绕顶顶部A`点转动，，墙底B点移至B`，分两步完完成有关关平移的的运动，，则土压压力可由由前两种种情况的的平均求求得，见见图(c)。三种不同同性质位位移所产产生的破破裂面位位置很接接近，与与墙背面面的夹角角约为33.5，但三种种情况土土压力的的大小与与分布却却差别比比较大。。三种不不同位移移所产生生的土压压力有较较大差别别的原因因可以用用滑动面面上在墙墙顶处抗抗剪强度度发挥的的不同程程度来解解释。转动时由由于转动动中心处处基本上上没有位位移，滑滑动面上上的抗剪剪强度得得不到充充分的发发挥；而而平移时时各点的的位移接接近，沿沿滑动面面上发挥挥了相同同的较大大的强度度，因而而土压力力最小，，实测主主动土压压力为40.61kN，而采用楔楔体试算算法，考考虑滑动动面上的的粘聚力力和墙面面上的粘粘结力，，计算得得到的结结果为38.75kN，两者非常常接近，，说明试试验的结结果是比比较可信信的。理论分析析的成果果绕墙顶转转动绕墙底转转动这种理论论计算的的结果虽虽然是在在简化假假定的基基础上求求得的，，但和上上述试验验的结果果却非常常吻合，，至少可可以说明明刚性墙的的土压力力分布的的不同图图形是由由于墙的的位移性性质所决决定的。极限状态态时的位位移值当开挖基基坑时，，在围护护结构的的前方卸卸载，墙墙就有向向坑内产产生位移移的趋势势，墙后后的静止止土压力力逐步减减小，向向主动状状态发展展。太沙沙基通过过试验发发现当水水平位移移与墙高高之比为为1:1000数量级时时墙后土土压力就就减小到到最小的的主动土土压力值值；莱姆姆和惠特特曼在砂砂土的三三轴试验验中观察察到水平平应变达达到0.005数量级时时就完成成了从静静止状态态到主动动状态的的发展过过程。土压力计计算中若若干问题题的讨论论水土合算算与水土土分算墙面与土土之间摩摩阻力的的影响不同试验验指标的的影响水土合算算与水土土分算在土压力力计算公公式中，，要用到到土的重重度指标标，这反反映了土土体的自自重对土土压力的的影响。。所谓水土合算算和水土土分算，就是在在计算公公式中，，土的重重度是用用天然重重度还是是浮重度度，在物物理概念念上是土土中水对对挡墙的的作用如如何考虑虑的问题题。从不不同的概概念出发发，建立立在不同同假定的的基础上上，采用用不同的的强度指指标，可可以得出出不同的的计算方方法。按有效应应力原理理计算地下水的的作用单单独考虑虑，则土土压力采采用浮重度计算，内内摩擦角角也采用用有效内摩摩擦角，即按有有效应力力原理计计算：总应力法法计算水土分算算：地下下水作用用单独考考虑，土土压力用用浮重度计算，但但内摩擦擦角则用用总应力指指标计算：水土合算算：地下下水的作作用合在在土的重重度中反反映，故故采用饱和重度度计算，内内摩擦角角也采用用总应力指指标：上海地区的的一些局部部经验按水土分算算原则，应应采用有效效指标计算算，但目前前勘察报告告中很少提提供有效指指标，如果果采用总应应力指标是是否可行？？对于开挖深深度在5m左右的基坑坑，若干对对比数据的的计算表明明，采用总总应力指标标计算的土土压力与采采用有效指指标计算的的土压力基基本相当。。四个工程的的计算对比资资料墙面与土之之间摩阻力力的影响围护结构的的表面有一一定的粗糙糙度，与土土体之间必必然存在摩摩阻力，计计算土压力力时考虑了了摩阻力的的存在就会会减小主动动土压力和和增大被动动土压力，，在需要充充分挖掘潜潜力时可以以将摩阻力力考虑进去去。上海市市标准《基基坑工程设设计规程》》（DBJ08-61-97）规定在计算算柔性围护护结构墙前前被动土压压力时需要要考虑围护护结构与土土之间的摩摩阻力，土土压力的计计算公式仍仍采用朗肯肯土压力理理论的表达达式，但土土压力系数数采用库仑仑公式。不同试验指指标的影响响在基坑开挖挖时，基坑坑外侧如果果不考虑地地下水位的的变化，竖竖向的自重重应力保持持不变，水水平方向的的应力减少少，随着开开挖深度增增加，水平平应力逐步步减小，直直至主动土土压力状态态。这个变变化过程可可以用减少少试样侧压压力的方法法进行模拟拟，在三轴轴仪上，保保持轴向压压力不变而而减少侧压压力，直至至试样破坏坏。土压力计算算的一些经经验方法主动土压力力关于主动土土压力的计计算，各规规范大多采采用朗肯理理论计算，，也有朗肯肯与库仑理理论并列的的。在考虑虑土中水对对侧向压力力的影响时时，各规范范作了大体体相同的规规定，即砂砂土和粉土土大多规定定采用水土土分算，对对粘性土规规定可以采采用水土合合算。对于抗剪强强度指标，，大多数规规范都规定定水土分算算时采用有有效强度指指标，水土土合算时采采用总应力力指标；但但是上海市市基坑工程程设计规程程则规定全全部采用总总应力指标标，这种规规定带有很很强的地方方经验色彩彩。抗剪强度指指标一般采采用峰值强强度，即取取剪切试验验时应力应应变曲线上上的峰值计计算抗剪强强度指标。。武汉深基基坑工程技技术指南规规定对老粘粘土的粘聚聚力打折扣扣，建筑基基坑支护技技术规程规规定粘性土土水土合算算采用总应应力指标时时采用七折折强度指标标。被动土压力力考虑到发挥挥主动极限限状态和被被动极限状状态所需的的位移不同同，在主动动土压力侧侧出现极限限状态时，，挡墙的内内侧远未达达到极限状状态，因此此不可能发发挥全部的的被动土压压力。鉴于于这种考虑虑，有的规规范规定对对按被动极极限状态计计算的土压压力必须乘乘以小于1的经验系数数，作为动动用土压力力。土压力的分分布一些实测资资料表明，，墙后主动动土压力沿沿深度并不不完全符合合直线，而而是呈近似似的R形分布，即即在浅层呈呈线性，在在一定的深深度以下土土压力变小小，如下图图所示。对对于墙后主主动土压力力沿深度并并不完全符符合直线分分布的原因因，还不能能解释得非非常清楚,尽管意见并并不一致，，但都接受受了这一观观测到的客客观事实。。柔性墙的实实测土压力力分布重力式、悬悬臂结构板式结构板桩墙作用于围护护结构的水水压力无地下水渗渗流时，作作用在围护护结构外侧侧，即主动动土压力侧侧的水压力力，在坑内内水位以上上按静水压压力三角形形分布计算算；在坑内内水位以下下按矩形分分布计算，，即水压力力沿深度不不变，并不不计作用于于围护结构构被动土压压力侧的水水压力。无地下水渗渗流时的水水压力分布布dh考虑渗流时时的简化分分布图式dh施工荷载基坑施工时时，在基坑坑周围通常常可能堆放放建筑材料料，运行施施工机械和和过往载重重汽车，这这些施工荷荷载对基坑坑的稳定性性也有影响响，设计时时必须加以以考虑。通通常按20kPa施工荷载计计算，对于局部部的过大超超载如无法法避免，如如场地狭窄窄时在坑边边堆放建筑筑材料等，，则应在设设计时加以以考虑，按按超载计算算，或采取取局部加强强的措施。。对于设计计时没有计计算到的超超载必须严严格禁止出出现。施工荷载的的面积一般般是有限的的，但在计计算时往往往将20kPa施工荷载作作为大面积积均布荷载载考虑，这这是偏于安安全的。施工荷载还还包括塔吊的荷载载以及其它建建筑机械的的荷载，在在设计时都都必须加以以考虑，对对塔吊地基基进行加固固处理；如如机械下坑坑的栈桥利利用支撑承承载，在支支撑设计时时必须计入入机械的荷载载作用。永久性荷载载基坑设计的的永久性荷荷载主要是是指基坑周周边的建筑筑物基础底底面荷载，，这种荷载载对基坑稳稳定性有一一定的影响响。当建筑筑物离基坑坑比较近，，由这些永永久性荷载载产生的土土压力就不不能忽视，，必须要加加以考虑。。均布和局部部均布荷载载作用下的的主动土压压力深基坑工程程方案设计计方案设计与与施工图设设计深基坑工程程设计一般般分为总体体方案设计计和施工图图设计两个个阶段，总总体方案设设计的任务务是根据主主体工程的的性质和对对地下室的的使用要求求、场地工工程地质和和水文地质质条件、相相邻环境对对基坑施工工的制约程程度等因素素，选择合合适的围护护结构与支支撑体系、、协调基坑坑工程与主主体工程的的关系、控控制环境质质量，为施施工图设计计和基坑施施工组织计计划提供控控制性方案案。基坑工程方方案设计1）确定开挖方方案，包括括地下水的的处理方案案；2）选择围护结结构的类型型；3）选用土层锚锚杆或内支支撑，选择择支撑材料料；4）对土层锚杆杆或内支撑撑进行平面面和竖向布布置，包括括围檩和立立柱的布置置；5）进行各项稳稳定验算和和结构内力力计算以确确定围护结结构、支撑撑、围檩或或锚杆的材材料强度和和截面尺寸寸，确定是是否需要加加固坑底；；进行降水水的控制性性计算；6）进行变形验验算以检验验是否满足足环境要求求；7）对施工方案案提出要求求；8）进行多方案案的技术经经济比较，，优选方案案。基坑围护设设计的依据据深大基坑的的设计是一一项综合性性的设计工工作，它与与上部结构构（包括地地下室）设设计、工程程地质勘察察、地下室室施工方案案以及周围围的自然环环境、工程程环境和社社会环境都都有密切的的关系，因因此，在基基坑工程设设计时必须须具备下列列几个方面面的资料：：主体结构设设计图纸基坑工程的的规模和技技术要求，，很大程度度上取决于于主体工程程，主体工工程地下室室的面积、、层