深基坑工程施工技术讲座（PPT259）

深基坑工程程讲座(一)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.控控制降低低地下水位位对环境的的影响3.控控制土锚锚对相邻场场地的影响响深基坑工程的的功能要求求为什么要做做深基坑工工程？由地下室的的施工引起起的问题：：挡土和止水水的功能－－临时性的的结构物作为深基坑坑围护结构构的地下连连续墙可以以同时用作作地下结构构的永久性性外墙的使使用功能挡土功能放坡开挖和和支护开挖挖虽是两种种可供选择择的开挖方方案，但放放坡开挖的的适用范围围有限，因因为深基坑坑的放坡范范围过大，，城市不可可能提供太太大的放坡坡空间；深深基坑放坡坡所增加的的土方量也也比较大；；如在软土土地区更由由于可能产产生深层滑滑动的制约约，在深基基坑中放坡坡开挖的风风险很大。。因此深基坑坑工程大多多采用支护护开挖的方方案。深基基坑设置支护结构（一般包括围护结结构和支锚锚体系两部分）的的目的是阻阻止基坑外外侧土体的的坍塌，为为基础施工工提供安全全的工作空空间。支护结构的的功能是挡挡土，对基基础施工空空间来说具具有防护的的作用，统统称为支护护结构，但但将围护结结构和支锚锚体系加以以区别可更更确切地表表达其在基基坑工程中中的不同作作用。根据挡土的的要求，围围护结构不不一定是连连续密闭的的，在土的的强度比较较高的地区区，采用间间隔式的围围护结构就就足以起到到挡土的作作用；但在在软土地区区，由于土土的强度低低，土压力力比较大，，则需要设设置连续排排列的围护护结构才有有足够的强强度抵抗土土压力的作作用和防止止软土在侧侧向压力作作用下通过过支挡的间间隙绕流。。不同地区、、不同土类类、不同开开挖深度的的基坑，根根据挡土的的功能要求求可以选择择不同的围围护结构型型式和支锚锚体系的类类型。止水功能在地下水位位比较高的的地区，为为了使施工工作业的空空间比较干干燥，必须须采取坑内内排水或降降低地下水水位的措施施。如在坑坑内降低地地下水位则则造成了坑坑内外的水水位差，地下水在在水头压力力的作用下下从坑外流流向坑内，，不仅不能能保持坑内内的干燥，，而且还会会产生管涌涌、流砂等等渗透变形形，危及基基坑的安全全。在这种种情况下，，要求围护结结构同时具具有止水的的功能，能能阻止地下下水流向坑坑内，以保保证坑内的的施工作业业条件。实现围护结结构止水功功能的条件件，一方面面是要求围围护结构本本身要有一一定的隔水性能，可以同时时起止水帷帷幕的作用用，另一方方面是要求求设置的止止水帷幕有有足够的长长度，或者者能切入不不透水层，，或者能将水头梯度度减少到不不会发生危危害的数值值。有些类型的的围护结构构可以同时时具有挡土土和止水的的功能，如如地下连续续墙；但有有些挡土结结构物却不不具有止水水的作用，，如排桩式式围护结构构，此时就就需要设置置止水帷幕幕，采用两两种材料的的复合结构构。作为地下结结构外墙的的使用功能能在软土地区区，深基坑坑工程的围围护结构造造价很高，，特别如地地下连续墙墙有时可达达数千万之之巨，如果果仅用作施施工时的临临时性围护护结构，在在地下室施施工完毕以以后就丧失失了使用价价值，确实实非常可惜惜。为了充充分利用地地下连续墙墙的使用价价值，提出出了将围护护结构同时时作为地下下室外墙的的设计要求求，这种设设想无疑是是具有经济济意义的。。在这种条件件下，支护护结构就具具有地下室室外墙的使使用功能要要求，即永永久性的止止水功能、、永久性的的挡土作用用以及传递递建筑物荷荷载的功能能。对于同时具具有地下室室外墙使用用功能要求求的围护结结构，其设设计和施工工的技术要要求和一般般围护结构构不同，技技术难度比比较大，也也比较复杂杂，需要作作专门的研研究。环境保护与与处理相邻邻关系的要要求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.控控制降低低地下水位位对环境的的影响3.控控制土锚对对相邻场的的影响控制围护结结构位移和和坑底隆起起对环境的的影响基坑开挖对对土体来说说是一种卸卸荷作用，，打破了土土体原来的的平衡状态态，土体就就会产生各各种形态的的位移，在在基坑内部部，表现为为围护结构构的水平位移和坑底的隆起，尽管设置置了围护体体的支、锚锚结构，但但围护结构构连同周围围的土体仍仍然有不同同程度的水水平位移；；坑底的隆起起是一种向向上的位移移，产生的的原因一是是深层土的的卸荷回弹弹，二是由由开挖形成成的压力差差导致的土土体塑流。。由于土体体是连续体体，坑底的的隆起和围围护结构的的水平位移移必然导致致坑外土体体产生沉降降和水平位位移，带动动相邻建筑筑物或市政政设施发生生倾斜或挠挠曲，这些些附加的变变形使结构构构件或管管道可能产产生开裂，，影响使用用，危及安安全。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。。建筑筑红红线线是是法法定定的的建建筑筑界界限限，，不不仅仅限限定定地地面面建建筑筑的的范范围围，，而而且且也也不不容容许许地地下下的的设设施施超超出出红红线线范范围围。。在在一一般般情情况况下下，，土土锚锚的的锚锚固固段段常常常常超超出出红红线线，，亦亦即即已已经经进进入入相相邻邻场场地地的的范范围围，，如如果果相相邻邻场场地地进进行行地地下下的的施施工工或或设设置置桩桩体体，，土土锚锚就就成成为为其其地地下下障障碍碍物物，，因因此此可可能能产产生生相相邻邻的的纠纠纷纷。。从从民民法法的的角角度度来来看看，，采采用用的的土土锚锚如如已已进进入入相相邻邻场场地地范范围围，，则则已已经经侵侵犯犯了了相相邻邻场场地地业业主主的的合合法法权权益益，，相相邻邻场场地地业业主主可可以以诉诉诸诸法法律律。。深基基坑坑围围护护结结构构的的类类型型按功功能能划划分分按围围护护结结构构刚刚度度划划分分按围围护护结结构构保保持持稳稳定定方方式式划划分分按围围护护结结构构的的施施工工工工艺艺与与材材料料划划分分按功功能能划划分分按围围护护结结构构功功能能划划分分为为临时时性性结结构构和兼兼有有永永久久性性结结构构功功能能（（两墙墙合合一一）两两类类。。临时时性性围围护护结结构构的的功功能能比比较较单单一一，，设设计计时时只只要要满满足足施施工工围围护护结结构构的的挡挡土土、、止止水水和和环环境境保保护护的的要要求求；；永久久性性结结构构除除了了满满足足上上述述施施工工围围护护结结构构的的要要求求外外，，还还应应满满足足作作为为永永久久性性结结构构的的许许多多要要求求，，例例如如传传力力、、协协调调变变形形、、防防渗渗等等要要求求。。同同时时还还要要处处理理与与地地下下室室梁梁、、板板、、柱柱的的连连接接构构造造，，对对围围护护结结构构的的变变形形也也有有更更严严格格的的要要求求。。按围围护护结结构构刚刚度度划划分分按围围护护结结构构材材料料本本身身的的传传力力特特性性可可以以分分为为刚刚性性结结构构和和柔柔性性结结构构两两类类。。刚性性结结构构围护护体体材材料料的的抗抗拉拉强强度度很很低低，，一一般般不不考考虑虑承承受受弯弯矩矩，，其其变变形形的的特特点点主主要要是是平平移移和和转转动动，，当当发发生生挠挠曲曲变变形形时时很很容容易易出出现现开开裂裂；；柔性性结结构构围护护体体材材料料能能承承受受较较大大的的弯弯矩矩和和拉拉应应力力，，因因此此可可以以容容许许发发生生较较大大的的挠挠曲曲而而结结构构不不出出现现裂裂缝缝。。按围围护护结结构构保保持持稳稳定定方方式式划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点转转动，围护结构构上部向坑坑外倾倒，，围护结构构的下部向向上翻的失失稳模式，，故形象地地称为“踢踢脚”失稳稳。在多支支撑的围护护结构中一一般不会产产生踢脚失失稳，除非非其它支撑撑都已失效效，只有一一道支撑起起作用的情情况。止水帷幕功功能失效和和坑底渗透透变形破坏坏止水帷幕丧丧失挡水功功能，产生生渗漏、涌水水、流土或或流砂。由于水土土流失使基基坑外地面面下沉、塌塌陷，导致致邻近建筑筑物的开裂裂和损坏。。引起围护护结构止水水帷幕功能能失效的主主要原因是是施工因素素，其次是是设计因素素和材料的的因素。由由于施工质质量低劣，，止水帷幕幕有空洞或或裂缝，成成为漏水的的通道是最最普遍的现现象；止水水帷幕设计计过短，没没有全部切切断透水层层也是漏水水的可能原原因。由于止水帷帷幕失效产产生过大的的水力坡降降引起坑底底渗透变形破破坏。坑内采用用排水或降降水措施后后，造成了了坑内外的的水头差，，地下水在在水头差的的作用下向向坑内渗流流，在渗流流出口处土土的细颗粒粒被带出，，或土颗粒粒处于悬浮浮状态涌出出。这种由由渗透引起起的破坏因因破坏机理理不同而有有不同的名名称，如管管涌、流砂砂或流土。。如不及时时制止，由由渗透变形形引起的坑坑外土体的的位移和陷陷落是严重重的。围护结构的的结构性破破坏围护结构的的结构性破破坏是指围围护体本身身发生开裂、折断断、剪断或或压屈，致使结构构失去了承承载能力的的破坏模式式。结构性损坏坏的原因可可能是方案案性的错误误，如支撑撑体系不当当或围护结结构不闭合合；也可能能是设计计计算时荷载载估计不足足或结构材材料强度估估计过高，，支撑或围围檩截面不不足导致破破坏；此外外，结构节节点处理不不当，也会会因局部失失稳而引起起整体破坏坏，特别在在钢支撑体体系中，节节点多，加加工与安装装质量不易易控制。节节点处理包包括支撑和和墙体的连连接处，如如不设置围围檩或连接接强度不够够。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.基坑工程程大多数是临时性的，其安全度度和耐久性的的要求低于一一般的结构工工程；2.围护结构构失效对周围环境影影响的重要性甚于于围护结构本本身；3.在许多情情况下，变形的控制高于强度控制制。考虑划分安全全等级的因素素1.基坑的开挖深度由于土压力与与深度的平方方成正比，基基坑深度越大大，围护结构构的内力与变变形都相应急急剧增大，支支锚结构的轴轴力也随之增增大。无论对对于围护结构构本身的安全全或对环境的的影响都增加加了技术难度度，工程的重重要性和失效效带来的危害害性都加大了了，对于深基基坑应提高对对设计和施工工的技术要求求；2.土质条件在相同开挖深深度的条件下下，土质越差差，抗剪强度度低，侧土压压力增大，结结构内力加大大，对环境的的影响也越大大，控制的要要求必须相应应提高；3.地下下水位地下水对基坑坑围护结构的的安全与使用用具有决定性性的作用，如如果地下水位位很深，则技技术难度和工工程的危险性性都要小得多多；在地下水水位高的地方方，降水会形形成地面的沉沉降和损害相相邻建筑物，，如果设置止止水帷幕，则则使围护结构构承受很大的的水压力，同同时增加了渗渗透变形的危危险性，因此此必须提高对对设计和施工工的要求；4.相邻邻建筑物与设设施的重要性性以及对变形形的承受能力力相邻建筑物的的重要性增大大，对变形控控制的要求更更严格，安全全等级就越高高，例如在地地下铁道邻近近地区开挖基基坑时，常需需要提高设计计的安全度以以保证地下铁铁道的安全运运行；对于变变形十分敏感感的建筑物或或设施，也必必须严格控制变形形，提高对设计计施工的要求求。规范对安全等等级的划分标标准现有各部门和和地方的基坑坑工程规范已已经提出了基基坑工程安全全等级的划分分方法，见下下表，表中出出现的差别反反映了地区的的地质条件和和经验的不同同以及规范覆覆盖面的不同同，地方规范范针对性强，，可以规定得得具体一些，，而全国性的的规范只能规规定得原则些些。不同安全等级级基坑工程的的设计及施工工要求为了统一设计计标准，对不不同的工程区区别对待，需需要制定设计计依据的控制制标准。有些些规范对基坑坑工程划分了了安全等级，，但有的规范范不主张划分分安全等级。。下面主要讨讨论按安全等等级确定的设设计施工要求求。从地方规范的的规定可以看看出，对基坑坑围护设计的的要求主要按按变形控制，，对不同安全全等级的基坑坑提出不同数数量的变形控控制值，安全全等级越高，，变形控制值值越小。变形形控制值有两两种不同方法法，一种是按水平位移的的数值控制，另一种是按水平位移与与围护结构高高度的相对比比值控制。其实这两种不不同的控制方方法表示了不不同的控制侧侧重点，相对对比值用于控控制围护结构构本身能处于于安全的工作作状态，与安安全系数相配配合以保持围围护结构的安安全；水平位位移的绝对值值用于将围护护结构对相邻邻建筑物的影影响控制在许许可的范围以以内。对于面向全国国的规范，由由于各地地质质条件相差悬悬殊，很难如如地方规范那那样对变形作作出具体的规规定，建筑基基坑工程技术术规范在编制制过程中曾分分别邻近有无无永久性建筑筑物给出了变变形控制值，，但在最终颁颁布时删去了了这些内容。。作为一种经经验的总结还还是有参考价价值。基坑设计的表表达式及设计计原则基坑设计由两两部分组成，，一部分是涉涉及土体稳定性的验算；另一一部分是围护护结构、支撑撑或锚杆的结构设计。前一种验算算时，主要的的荷载和抗力力都是由土体体产生的；后后一种设计的的荷载主要由由土体引起的的，而抗力是是由结构材料料提供的。这这两种设计表表达式中的荷荷载和抗力项项的物理意义义不同、性质质不同，安全全控制的标准准也不相同。。从表可以看出出，对稳定性性验算，各规规范所采用的的设计方法基基本相同，都都是安全系数数方法。虽然然安全系数设设计方法不符符合设计统一一标准关于概概率极限状态态设计原则的的要求，但在在设计表达式式的两边都采采用标准值表表示设计变量量，设计体系系内部封闭，，尚不致造成成误解和错误误。但是围护护结构墙身设设计、支撑截截面设计和锚锚杆截面设计计的情况就不不一样了，设设计表达式两两边物理量的的性质不同，，需要在基坑坑规范中加以以协调。在围护结构、、支撑或锚杆杆的结构设计计表达式中，，必须充分注注意荷载和抗抗力的统一。。这是因为，，产生结构内内力的荷载主主要是由土形形成的，所求求得的土压力力和结构内力力都是标准值值，但材料的的强度采用现现行的混凝土土结构规范的的设计值，则则设计表达式式的两端是不不一致的，必必须采取一定定的调整措施施加以平衡。。如果采用现行行地基基础规规范中关于土土压力的计算算方法和结构构内力计算方方法强度结构构的内力，同同时采用现行行混凝土结构构规范中的材材料强度设计计值进行截面面强度验算和和配筋，忽视视了两者之间间在设计原则则上的差异，，就降低了结结构的安全度度，留下了隐隐患。关于安全系数数的规定各规范对设计计安全系数的的规定很不一一致，符号和和术语也并不不一致，在使使用时务必充充分注意区别别。各规范对对不同的验算算模式所规定定的安全系数数允许值见下下表。由于各各规范都按自自己的符号术术语系统规定定其物理意义义，选用各不不相同的安全全水准和各种种系数，读者者在使用这些些规范时，只只能认定执行行一本规范的的规定，切忌忌几本规范混混用。深基坑围护结结构的设计荷荷载基坑工程设计计的荷载不同同于一般的结结构物，作用用于围护结构构上的荷载主主要是侧向压压力包括土压压力和水压力力。其它的一一些作用，如如地面的施工工荷载、相邻邻建筑物的基基底荷载等垂垂直荷载也都都通过侧向压压力的形式作作用于围护结结构；相邻场场地的沉桩挤挤土作用，也也以水平压力力的形式传给给围护结构；；直接作用于于围护结构上上的垂直荷载载很少，主要要是作用于内内支撑上的一一些施工机械械。作用于围护结结构上的侧向向荷载都是非非标准的荷载载，其值是不不确定的、不不稳定的，受受施工条件和和环境条件的的影响非常大大，预估的荷荷载与实际产产生的荷载可可能相差很远远，荷载的确确定是基坑工工程设计中最最为困难而又又十分重要的的环节。作用于围护结结构的侧向土土压力作用于围护结结构的水压力力施工荷载永久性荷载作用于围护结结构的侧向土土压力1.对经经典土压力理理论的认识2.土压压力的量测试试验结果3.土压压力计算中若若干问题的讨讨论4.土压力力计算的一些些经验方法对经典土压力力理论的认识识在讨论到土压压力问题时，，人们就会提提到经典的库库仑理论和朗朗肯理论。由由于建设规模模的发展，也也由于量测技技术和计算技技术的进步，，近代对于土土压力的性质质和土压力的的分布与变化化规律的认识识远远超过了了朗肯和库仑仑的年代，因因此在许多文文献中，人们们不断地发现现实测的结果果与理论不符符，也经常听听到对经典土土压力理论的的批评。但是经典的土土压力理论依依然是实用计计算公式的基基本形式，许许多关于土压压力计算的讨讨论常常是环环绕着如何修修正经典公式式来开展的，，经典公式的的局限性是明明显的，但至至今尚没有看看到超越他们们的新的理论论公式问世。。经典土压力理理论得到的是是极限值基坑尚未开挖挖时作用在围围护结构墙面面上的是静止止土压力，此此时土体处于于完全弹性状状态，基坑开开挖以后土体体处于塑性局局部发展的过过程中，墙后后和墙前的土土压力都没有有达到极限状状态，处在图图中的两条不同同的曲线上，，而按经典土土压力理论计计算的仅是曲曲线的两个端端点。至于塑塑性发展的过过程，经典土土压力理论并并没有给出解解答，迄今为为止，还没有有解析的方法法可以计算这这个过程。经典土压力理理论只能计算算刚性界面上上的接触压力力经典土压力理理论没有考虑虑挡墙本身的的变形，即将将挡墙作为完全刚性的，只考虑挡挡墙的平移或转动等刚性位移。。但在基坑工程程中，排桩式式和地下连续续墙等板式的的围护结构都都是柔性的，，会产生比较较大的变形，，而且在支撑撑和锚杆的约约束下，围护护结构的变形形非常复杂，，目前也没有有解析的方法法可以计算柔柔性挡墙与土土体的接触压压力。经典土压力理理论是在平面应变条件件下的解答无论是库仑理理论或者是朗朗肯理论，都都是平面应变变条件下的解解答，没有考考虑末端的影影响。而实际的工程程条件总是有有限长的，在在长边方向的的中部比较接接近于平面条条件，但在基基坑的转角处处则与平面问问题假定相距距甚远，存在末端的影影响。土压力的量测测试验结果国内在90年代初，周应应英等报道了了五组很有意意义的试验结结果，为认识识土压力的分分布规律提供供了实测的数数据。试验填料分别别采用砂土和和粘性土。采采用压力盒量量测土压力，，在砂土的试试验中用了20个压力盒，粘粘性土的试验验中用了59个压力盒。宽高比为1.0宽高比为0.66不同宽高比的的影响绕墙底转动时时绕墙顶转动及及平移时墙平移时说明当墙身的的高宽比为1时，实测土压压力随深度增增加而增大，，实测数据在在理论分布线线两侧波动，，静止条件下下的实测土压压力最大，随随着位移的增增大，土压力力减小；墙身身的高宽比1.5时的实测结果果，分布曲线线偏离理论直直线比较大，，在墙的上半半部实测主动动土压力值大大于库仑理论论值，下部则则相反，出现现在工程实测测时通常出现现的R形分布；五种种不同的宽高高比（0.5,0.6,1.0,1.5,2.0）的墙体试验验结果说明墙身刚度越小小，实测的主主动土压力分分布越偏离库库仑理论值。。当墙身绕墙底转动时，实测土压压力的数据随随深度增大，，并接近于直线分布；但当墙身平平移或绕墙顶顶转动时，实实测主动土压压力的分布与与直线分布偏偏离比较大，，其分布特点点是墙身上部部大于理论值值，下部小于于理论值。同同时还可以看看出，当墙底底部绕墙顶的的位移量与平平移量相等时时，转动的总总土压力大于于平移的土压压力，且平移移时更偏离于于理论值。比较三种不同同性质位移的的试验结果可可知，墙平移移时的土压力力合力最小，，绕墙顶转动时的土压压力合力最大；为了研究不不同性质位移移的相互关系系，在进行了了绕墙顶转动动的试验之后后，又将墙顶顶移动使墙恢恢复竖直，这这相当于两种种转动的叠加加，与平移相相当；此时上上部土压力由由大变小，下下部的土压力力由小变大，，与直接平移移的试验结果果相当接近，，说明不同性质的位位移可以叠加加。位移叠加对土土压力的影响响，假设挡墙墙先绕底部B点转动，墙顶顶由A移至A`，然后绕顶部A`点转动，墙底底B点移至B`，分两步完成有有关平移的运运动，则土压压力可由前两两种情况的平平均求得，见见图(c)。三种不同性质质位移所产生生的破裂面位位置很接近，，与墙背面的的夹角约为33.5，但三种情况况土压力的大大小与分布却却差别比较大大。三种不同同位移所产生生的土压力有有较大差别的的原因可以用用滑动面上在在墙顶处抗剪剪强度发挥的的不同程度来来解释。转动时由于转转动中心处基基本上没有位位移，滑动面面上的抗剪强强度得不到充充分的发挥；；而平移时各各点的位移接接近，沿滑动动面上发挥了了相同的较大大的强度，因因而土压力最最小，实测主主动土压力为为40.61kN，而采用楔体试试算法，考虑虑滑动面上的的粘聚力和墙墙面上的粘结结力，计算得得到的结果为为38.75kN，两者非常接近近，说明试验验的结果是比比较可信的。。理论分析的成成果绕墙顶转动绕墙底转动这种理论计算算的结果虽然然是在简化假假定的基础上上求得的，但但和上述试验验的结果却非非常吻合，至至少可以说明明刚性墙的土压压力分布的不不同图形是由由于墙的位移移性质所决定定的。极限状态时的的位移值当开挖基坑时时，在围护结结构的前方卸卸载，墙就有有向坑内产生生位移的趋势势，墙后的静静止土压力逐逐步减小，向向主动状态发发展。太沙基基通过试验发发现当水平位位移与墙高之之比为1:1000数量级时墙后后土压力就减减小到最小的的主动土压力力值；莱姆和和惠特曼在砂砂土的三轴试试验中观察到到水平应变达达到0.005数量级时就完完成了从静止止状态到主动动状态的发展展过程。土压力计算中中若干问题的的讨论水土合算与水水土分算墙面与土之间间摩阻力的影影响不同试验指标标的影响水土合算与水水土分算在土压力计算算公式中，要要用到土的重重度指标，这这反映了土体体的自重对土土压力的影响响。所谓水土合算和水水土分算，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：上海地区区的一些些局部经经验按水土分分算原则则，应采采用有效效指标计计算，但但目前勘勘察报告告中很少少提供有有效指标标，如果果采用总总应力指指标是否否可行？？对于开挖挖深度在在5m左右的基基坑，若若干对比比数据的的计算表表明，采采用总应应力指标标计算的的土压力力与采用用有效指指标计算算的土压压力基本本相当。。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、、层数和使使用要求决决定了基坑坑的大小、、深度以及及基坑设计计的难易程程度。对于围护结结构不作为为永久性结结构一部分分的基坑工工程，设计计基坑时至至少应有建建筑物的总平面图、、地下室结结构的平面面和剖面图图、桩位图图，以明确基基坑边线与与红线的关关系、基坑坑底面的标标高、基桩桩位置、地地下室外墙墙尺寸、地地下室各层层楼面的标标高等主要要参数。对于围护结结构兼作主主体工程永永久性结构构的基坑工工程设计，，更需要与与上部结构构设计密切切配合，应应具备完整整的工程设设计资料，，包括完整整的建筑设设计和结构构设计文件件和图纸、、地下室主主体结构的的使用要求求及防水要要求和地下下结构及地地面主体建建筑的施工工方案。工程勘察报报告（1）提供供基坑工程程设计所需需的土工参参数指标，，如供计算算土压力之之用的抗剪剪强度指标标、土层的的渗透系数数等；如果果计算土压压力问题的的抗剪强度度指标取值值方法与其其他土工问问题不同，，则应专门门给出符合合基坑工程程设计要求求的抗剪强强度指标；；（2）评价价地下水对对基坑工程程的影响，，对降水或或截水的必必要性和可可能性进行行论证，提提出降水或或截水方案案的建议；；（3）对基基坑方案提提出初步的的建议，并并论证实施施这些建议议方案的条条件和设计计、施工应应注意的问问题；（4）评价价场地周边边的环境条条件对基坑坑开挖、支支护、降水水（截水））的要求以以及基坑开开挖、支护护、降水（（截水）、、回灌对周周边环境的的可能影响响。提出基基坑工程的的设计、施施工应注意意的问题和和应采取的的保护措施施；（5）对施施工过程中中形成流砂砂、流土、、管涌及整整体失稳等等渗透破坏坏现象的可可能性进行行评价并提提出预防措措施；（6）提供供场地地下下障碍物（（如防空洞洞、废基础础、废管道道等）的分分布范围、、埋藏深度度、分散程程度以及挖挖除处理方方法的建议议；（7）提供供场地平整整时回填土土的情况，，包括回填填材料、密密实度及在在场地的分分布情况以以及暗浜的的分布范围围及其深度度；（8）提供供各种必要要的图件和和表格。环境调查资资料基坑开挖引引起的周边边地面沉降降和水平位位移会对邻邻近建筑物物、道路和和市政管线线造成不良良的影响，，在基坑工工程设计时时应当采取取必要的措措施，把这这种不良影影响减少到到最低程度度。因此需需要在设计计前对环境境情况作充充分的调查查，了解基基坑周边邻邻近建筑物物和市政设设施的基本本情况，研研究它们对对土体变形形的承受能能力和敏感感程度，以以便根据环环境的要求求选择合适适的设计方方案和施工工方案，确确定施工控控制的标准准。基坑周边地地区建筑物物情况调查的范围围应根据周周围建筑物物的实际情情况确定，，一般在基基坑外缘以以外20～50m范围内的建建筑物都必必须予以调调查，浅基基坑用下限限，深基坑坑用上限。。如果周边边相邻建筑筑物采用的的是桩基，，则基坑开开挖对它的的影响可能能很小；如如果是对变变形很敏感感的建筑物物，或重要要的、保护护性的建筑筑物，即使使已经超出出这个范围围，也需要要加以了解解。调查的内容容包括建筑筑物的分布布情况；建建筑物与基基坑边线的的距离，与与红线的距距离；建筑筑物的平面面尺寸、层层数、高度度，建筑物物的性质，，结构特点点和基础型型式与基础础埋深；在在基坑开挖挖前建筑物物已有的裂裂缝和倾斜斜等情况，，通过测量量、拍照片片、录象或或描述予以以记录，并并对开裂部部位，裂缝缝的走向和和长度作出出标记，以以便与开挖挖以后的可可能变化进进行比较。。基坑周边地地区市政设设施情况市政设施包包括地下管管线（煤气气、上水、、下水、动动力电缆、、通讯电缆缆等五大管管线，在集集中供热的的地区还有有热力管道道）及变电电站、泵房房、分压站站等设施，，地下构筑筑物（地下下铁道、地地下车库、、地下人行行通道等））。市政设设施的种类类很多，情情况各异，，需要区别别不同类型型的特点，，有侧重地地进行调查查。在地下管线线中，煤气气管线最为为敏感，一一旦有所损损坏，后果果非常严重重。不同年年代的管道道，接头的的方法不同同，对差异异沉降的承承受能力也也各不相同同，尤其是是年代久远远的煤气管管道更容易易折断破裂裂。因此在在调查中要要收集管径径、管材、、壁厚、管管压、埋设设年代、接接头方式等等资料。基坑周边地地区道路情情况调查周边地地区道路的的数量、性性质、类型型、路面结结构和宽度度；也要了了解道路交交通流量、、通行规则则（单行道道、双行道道、禁止停停车等）；；道路路面面的损坏情情况及已经经修复的情情况。基坑工程施施工条件基坑工程设设计方案的的可行性及及施工的质质量主要取取决于施工工条件，施施工条件包包括施工装装备和检测测设备、施施工队伍的的经验、技技术水平与与管理水平平。对于重重大工程的的深基坑，，在基坑设设计时应已已明确主要要的施工单单位，并有有总包单位位或施工单单位的人员员参与基坑坑设计方案案的讨论。。对于尚未未明确施工工单位的项项目，则应应根据当地地已经成熟熟的施工方方法和设备备条件进行行方案设计计。开挖方案选选择基坑工程设设计方案的的第一步是是选择开挖挖方案，各各种不同的的开挖方法法适用于不不同的场合合，不同的的开挖方法法对围护结结构和支撑撑体系也提提出不同的的要求。开挖方案选选择放坡开挖无支撑开挖挖重力式挡墙墙悬臂式挡墙墙锚固式挡墙墙有支撑的开开挖组合型的开开挖方案放坡开挖放坡开挖的的直接费用用最少，而而且为主体体工程创造造了比较宽宽敞的施工工作业空间间，因而工工作面宽，，工期也比比较短，如如果场地条条件允许，，放坡开挖挖应该是首首选的方案案。制约采采用放坡开开挖的因素素主要是周周围场地和和开挖深度度的限制。。放坡需要要占用比较较大的场地地，在城市市或建成区区往往没有有这个条件件。由于坡体不不可避免地地会产生一一定的位移移，如果在在场地附近近有建筑物物或市政管管线不能承承受较大的的变形，亦亦常常限制制了放坡开开挖方法的的采用；开开挖深度也也是一个制制约条件，，但开挖深深度是相对对于土质而而言的，如如土质比较较好，坡度度可以比较较陡，占用用场地也比比较小，深深度限制就就不那么明明显；在软软土地区，，由于土质质软弱，放放坡开挖深深度就不能能太深。如整体稳定定性允许，，可以采用用放坡开挖挖方案时。。但有时受受场地的限限制，只能能取用较陡陡的坡度；；如坡面的的稳定性不不能得到保保证时，则则可采用喷喷锚支护或或土钉墙的的方案。喷喷锚支护和和土钉墙从从受力机理理上讲不同同于无支撑撑的自立式式挡墙，而而是属于坡坡面加固处处理的一种种