建筑施工技术第1章 土方工程2

2023/1/111

1.3建筑基坑支护

建筑基坑(buildingfoundationpit)——为进行建筑物(包括构筑物)基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。基坑支护(retainingandprotectingforfoundationexcavation)——为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全,对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。2023/1/112一、基坑支护的作用:

挡土和截水,保证基坑侧壁的稳定。二、基坑支护的设计原则:

(一)分类:1.承载能力极限状态

2.正常使用极限状态

2023/1/113(二)基坑侧壁安全等级基坑侧壁安全等级及重要性系数Υ0安全等级破坏后果Υ0

一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重1.10

二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般1.00

三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.90

注:有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根椐具体情况另行确定。

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(三)设计内容

1.基坑支护结构均应进行承截能力极限状态的计算。

2.对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁,尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。

3.地下水控制计算和验算。2023/1/115

三、基坑支护结构的选型:支护结构水泥土挡墙式排桩与板墙式边坡稳定式深层搅拌水泥土桩墙高压旋喷桩墙板桩式排桩式板墙式组合式土钉墙锚杆支护钢板桩混凝土板桩型钢横挡板钢管桩、预制混凝土桩钻孔灌筑桩挖孔灌筑桩现浇地下连续墙预制装配式地下连续墙加筋水泥土桩（SWM工法)高应力区加筋水泥土墙2023/1/116

支护结构选型表

结构型式

适用条件排桩或地下连墙1.适于基坑侧壁安全等级一、二、三级

2.悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m3.当地下水位高于基坑底面时,宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙

水泥土墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级

2.水泥地桩施工范围内地基土承截力不宜大于150kpa3.基坑深度夹不宜大于6m

土钉墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土地

2.基坑深度不宜大于12m3.当地下水位高于基坑底面时,应采用降水或截水措施

逆作拱墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级

2.淤泥和淤泥质土场地不宜采用

3.拱墙轴线的矢跨比不宜小用1/84.基坑深度不宜大于12m5.当地下水位高于基坑底面时,应采用降水或截水措施

放坡1.基坑侧壁安全等级宜为三级

2.施工场地应满足放坡条件

3.可独立或与上述其他结构结合使用

4.当地下水位高于坡脚时,应采用降水措施2023/1/117四、基坑支撑的选型

钢结构支撑坑内支撑钢筋混凝土支撑顶部拉锚坑外拉锚土层锚杆拉锚五、基坑支护(支撑)的破坏形式

a)拉锚破坏或支撑压曲承载力破坏b)支护破坏(底部走动)c)平面变形过大或弯曲破坏

d)整体失稳稳定性破坏e)基坑隆起

f)管涌和流砂2023/1/118123452121216887(a)(b)(d)(c)

支护结构内支撑和拉锚1-支护墙体;2-围檩;3-内支撑;4-支撑立柱;5-土层锚杆;6-锚碇;7-锚桩;8-拉杆;2023/1/1191.3.1

土方边坡

一、条件与因素

T

＜

C

T――土体下滑力。下滑土体的分力，受坡上荷载、雨水、静水压力影响。

C――土体抗剪力。由土质决定，受气候、含水量及动水压力影响。

1、边坡稳定的条件

2、确定边坡大小的因素（主要6个方面）

土质、开挖深度、开挖方法、留置时间、排水情况、坡上荷载（动、静、无）

或者说：土体的稳定条件是：在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度。QTC滑坡面2023/1/1110二、放坡与护面1、直壁（不加支撑）的允许深度：

2、放边坡

（1）边坡坡度

m――坡度系数。m＝B/H

αHB1:mi=tgα=H/B=1:(B/H)=1:m2023/1/1111（2）边坡形式：斜坡、折线坡、踏步（台阶）式

（3）最陡坡度规定：土质均、水位低、时间短、5m深以内。2023/1/1112深度在5m内的基坑、基槽、管沟边坡的最陡坡度3、边坡护面措施：覆盖法，挂网法，挂网抹面法，土袋、砌砖压坡法，喷混凝土法、土钉墙土的类别边坡坡度（高:宽）坡顶无荷载坡顶有静载坡顶有动载中密的砂土1:1.001:1.251:1.50中密的碎石类砂土1:0.751:1.001:1.25硬塑的粉土1:0.671:0.751:1.00中密的碎石类粘土1:0.501:0.671:0.752023/1/1113基坑边坡护面方法示意图（d）土袋或砌石压坡护面（c）钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面（a）薄膜或砂浆覆盖（b）挂网或挂网抹砂浆护面2023/1/1114浆砌片石拱护坡悬臂挡土桩护脚矮墙立缘石拱缘石填心土2023/1/1115锚索抗滑桩锚索地梁

川藏公路

102滑坡群是世界级滑坡群，其规模是世界第三、亚洲第一。在冰碛物滑坡地段填筑高路堤，采用大吨位锚索整治。川藏公路102滑坡整治改建工程2023/1/1116高达530m的边坡锚固岩质边坡采用锚喷支护锚杆行列式布置,间距1.25～3m,倾角10～200;

岩石护面喷射砼锚索框架2023/1/1117边坡简易护理边坡主动防护网边坡被动防护网石笼网护坡漓江石笼护岸石笼网是由热镀锌钢丝或包覆PVC钢丝编织而成的生态格网结构。广泛用于渠道河床或护岸、护坡。2023/1/1118宜万铁路岩崩滑坡事故

2007年11月20日，高阳寨隧道发生岩崩事故，滑坡体总方量约3000m3。施工人员1死1伤2失踪。一辆长途客车途经事发现场被埋入巨石下，31人无人生还。岩崩滑坡事故现场全景岩石崩塌处崩塌的巨石客车被埋,车上有乘客31人2023/1/1119

1.4地下水控制

地下水控制(groundwatercontrolling)——为保证支护结构施工、基坑挖土、地下室施工及基坑周边环境安全而采取的排水、降水、截水或回灌措施。方法名称土类渗透系数(m/d)降水深度(m)水文地质特征

集水明排

填土、粉土、粘性土、砂土7<20.0<5上层滞水或水量不大的潜水降水真空井点0.1～20.0单级<6多级<20喷射井点0.1～20.0<20

管井粉土、砂土、碎石土、可溶岩、破碎带1.0～200.0>5含水丰富的潜水、承压水、裂隙水

截水粘性土、粉土、砂土、碎石、岩溶岩

不限

不限

回灌

填土、粉土、砂土、碎石土0.1～200

不限地下水控制方法适用条件2023/1/1120方法1.集水明排4.回灌2.降水——真空井点,喷射井点,管井井点3.截水2023/1/1121

一、集水明排:2023/1/1122GDGD21

动力压力原理图(a)水在土中渗流的力学现象;(b)动力压力对地基土的影响

1、2-土颗粒γwh2Fh1h2γwh1FTLFL二、流砂及其防治:流砂现象:当基坑开挖到地下水位以下时,有时坑底土

会进入流动状态,随地下水涌入基坑。(一)动水压力:

2023/1/1123∑X=0

wwILhhTγγ=-=21wγh1F-wγh2F-TLF=0得:动水压力

GD:流动中的地下水对土颗粒产生的压力。GD=

-T=

-Iγ

w

2023/1/1124（二）流砂发生的外部条件:

式中:----土的浸水密度(浮密度);----土的重力密度;----水的密度。GD≥γˊ=γ

-γwˊγγγwγˊGD2023/1/1125上海地铁4号线流砂事故2003年7月1日2023/1/1126(三)、流砂的防治:1.途径:(1)减小或平衡动水压力。

(2)改变动水压力的方向。

(3)截断地下水流。2.方法:（1）抢挖法；（2）打钢板桩法；（3）水下挖土法；（4）在枯水季节开挖基坑；（5）地下连续墙法；（6）用井点法降低地下水位；2023/1/1127防止流砂防止管涌稳定边坡三、降水:

作用:消除流砂（管涌）现象、稳定土方边坡、加速土的固结。2023/1/1128(一)、真空井点:(轻型井点)2023/1/11291、井点设备:(1)管路系统:

滤管：直径50mm，长1m、1.2m、1.5m

井点管：直径50mm，长5m、6m或7m的钢管

总管：直径100～127mm，每段4m，接头间距0.8m

弯联管：硬塑料透明管

(2)抽水设备:

真空泵设备：真空泵、离心泵、水气分离箱射流泵设备：射流器、离心泵、循环水箱765432181000～1500

滤管构造1-钢管;2-管壁上小孔;3-缠绕的铁丝;4-细滤网;5-粗滤网;6-粗铁丝保护网;7-井点管;8-铸铁头2023/1/11302、井点布置:(1)平面布置

:

①单排布置：基坑上口宽度B<6m，降水深度≤5m

要求：布置在地下水上游一侧，两端伸出基坑≥B

②双排布置：基坑上口宽度B≥6m，或土质不良的情况要求：两端伸出基坑≥B

③环形、U形布置：适用于基坑面积较大要求：井点管距离基坑壁≥1m，如采用U形布置，则井点管不封闭的一端应留在地下水的下游方向2023/1/1131轻型井点平面布置2023/1/1132（2）高程布置:

井点管露出地面200～300mm，滤管宜埋在透水层内。

井点管的埋设深度（不包括滤管）

HA≥H1+h+ILA环状井点布置2023/1/1133式中：

H1——井点管埋置面至基坑底面的距离(m)；

h——基坑底面至降低后的地下水位线的距离，h=0.5m；

I——水力坡度，单排井点取1/4，双排井点取1/7，环形井点

取1/10；

L——环状井点：井点管至基坑中心的水平距离(短边)(m)

双排井点：井点管至基坑中心的水平距离(m)

单排井点：井点管至基坑对边的水平距离(m)

2023/1/1134A2023/1/1135二级轻型井点降水2023/1/1136

井点管长度HL=HA+0.2(m)

当井点管的长度不能满足降水要求时,可采用:①降低井点管的埋设面;②采用多级井点。3.涌水量计算:

涌水量Q;单位时间内通过某过水断面的水流量(m³/h,m³/d)。

采用“水井理论”。2023/1/1137井的类型：┏无压井：无压完整井、无压非完整井

┗承压井：承压完整井、承压非完整井2023/1/1138（1）

无压完整井根据裘布依（Dupuit）定律:dxdyxyKp2=Q式中:ω——过水断面;

v——渗流速度;

v=K·II=Q=ω·v=ω·K·Ixypω=2dxdy得:hHr2023/1/1139

分离变量：两边积分：代入:π=3.14lnN=2.3lgN得:得:上式为无压完整井单井涌水量计算公式。2023/1/1140式中：K——渗透系数，m/d；

S——水位降低值，m；

R——环状轻型井点的抽水影响半径，近似取，m；

x0——环状井点的假想半径，当矩形基坑L/B≤5，取，m；

F——环状轻型井点管包围的面积。p/0Fx=2023/1/1141

考滤群井的互相影响,井点系统的涌水量按下式计算:式中：y——群井范围内任一计算点处降低后的地下水位高度，m；

x1、x2

…

xn——计算点至各井井点的距离，m；

n——单井的数量。Hsy基坑R213nXnX1X2X3A2023/1/1142

若:x1=x2=…

…=xn=x0代入:y=H-S得:得:上式为无压完整井井点系统涌水量计算公式。0lglg366.1XRy²H²KQ--=2023/1/1143式中：H0

——抽水影响深度，m。按下表计算。（2）无压非完整井:RH0sY0基坑Hh0lS’2023/1/1144S′S′+l0.20.30.50.8H01.3(S′+l)1.5(S′+l)1.7(S′+l)1.85(S′+l)抽水影响深度H0注:表中S′为井点管内水位降低值;l为滤管长度

要求：H0≤H2023/1/11454.井点管数量计算与间距确定单根井点管的最大出水量:(m³/d)式中:d——

滤管直径(m)

l——

滤管长度(m)2023/1/1146井点管根数井点管间距式中:L——总管长度，m。标准距离D′=0.8k(k=1,2,…)≤D

实际数量n′=(根)(根)D′L2023/1/1147

在确定井点管间距时，还应注意以下几点：

a.井距不能过小，否则彼此干扰大，影响出水量，因此井距必须大于5d。

b.在总管拐弯处及靠近河流处，井点管宜适当加密。

c.在渗透系数小的土中，考虑到抽水使水位降落的时间比较长，宜使井距缩小。

d.间距应与总管上的接头间距相配合。 2023/1/1148例题1-4

设备基础基坑的施工，基坑底宽8m，长12m，深4.5m，基坑平面图见图，基坑剖面图见图，土层构造：自然地面以下1m为粉质粘土，其下8m厚为细砂层，再下为不透水层，地下水位标高－1.5m，自然地面标高0.00，边坡坡度1:m＝1:0.5，实测的K＝5m/d。采用轻型井点降低地下水位，试进行轻型井点设计。H=7.5m2023/1/1149解：（1）轻型井点布置将总管埋设地面下0.5m处，先挖深0.5m的沟槽，在槽底铺设总管。总管选用100mm直径的钢管。基坑上口尺寸可为12×16m，平面布置采用环状井点，使井点管距基坑边缘1m，则总管长度：

L＝[(12＋1×2)＋(16＋1×2)]×2＝64m采用一级轻型井点，井点管的埋设深度(不包括滤管)；

HA≥H1+h+IL=(4.5－0.5)＋0.5＋1/10×14/2＝5.2m

选用直径为50mm、长6m的井点管与直径50mm、长1m的滤管，埋入土层中5.8m(井点管露出地面0.2m)。井点管和滤管全长为7m，滤管下端距不透水层1.7m，为无压非完整井轻型井点。2023/1/1150（2）基坑涌水量：基坑长宽比小于5

其中：基坑中心要求降水深度：S＝4.5－1.5＋0.5＝3.5mmH0=1.85(4.8+1)=10.73m>含水层厚度，取H0=H=7.5m

2023/1/1151代入公式：