第六章 基坑工程

2023/3/5第6章

基坑工程2023/3/5内容提要

基坑工程概述围护结构的分类与适用范围围护结构的设计计算支护结构稳定性验算基坑降排水设计2023/3/56.1基坑工程概述1、概念基坑工程是我国当前地基基础领域一个重要的研究方向。属于岩土工程的一部分，是一个综合性的岩土工程难题，它是指建（构）筑物基础工程或其他地下工程施工中所进行的基坑开挖、降水、支护和土体加固以及监测等的综合性工程。其是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题。2023/3/52、基坑工程的特点（1）基坑围护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性。（2）基坑工程具有很强的区域性。（3）基坑工程具有很强的个性。（4）基坑工程综合性强。（5）基坑工程具有较强的时空效应。（6）基坑工程是系统工程。2023/3/5基坑开挖时，如岩土体较为均匀且坡顶无堆积荷载、坡底以上无地下水，则可以采用放坡开挖。放坡控制的边坡高度和坡度可根据经验或参照同类岩土体的稳定坡高和坡度确定。当无经验时，可按表6-1、表6-2确定。6.2放坡开挖与支撑开挖2023/3/5土层类别土的状态坡高允许值（m）坡度（高宽比）允许值人工填土中密以上51:1.00~1:1.50粘性土坚硬61:0.50~1:1.00硬塑51:0.80~1:1.25可塑51:1.00~1:1.50粉土中密51:1.00~1:1.25碎土石稍密51:0.75~1:1.00中密51:0.50~1:0.75密实61:0.40~1:0.50表6-1土层边坡允许坡度值（取自中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJI20-99）岩土类别岩土类型风化程度坡度（高宽比）允许值坡高≤8m8m≤坡高≤15m硬质岩砂岩、石灰岩、千枚岩、花岗岩微风化1:0.0~1:0.11:0.1~1:0.2中风化1:0.1~1:0.21:0.2~1:0.4强风化1:0.2~1:0.41:0.4~1:0.6软质岩泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩微风化1:0.2~1:0.31:0.3~1:0.4中风化1:0.3~1:0.41:0.4~1:0.6强风化1:0.4~1:0.61:0.6~1:0.8极软岩泥岩、砂质泥岩微风化1:0.3~1:0.41:0.4~1:0.6中风化1:0.4~1:0.61:0.6~1:0.82023/3/5表6-2岩土边坡允许坡度值（取自中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJI20-99））如果坡高大于表6-1、表6-2允许值时。应设置过渡平台分级放坡，土质边坡的过渡平台的宽度一般为1~2m，岩土边坡的过渡平台宽度应不小于0.5m。采用人工放坡开挖时，应采取坡顶、坡脚和坡面排降水措施。对坡面应采取水泥砂浆抹面、沙（土）包叠置、塑料薄膜覆盖、喷浆或挂网喷混凝土等保护措施。2023/3/5支撑开挖当基坑位于城市中心地带、建筑物稠密地区时，往往就不具备放坡开挖的条件。因为放坡开挖需要基坑平面以外有足够的空间供放坡之用，如在此空间内存在邻近建（构）筑物基础、地下管线、运输道路等，都不允许放坡，此时就只能采用围护墙进行垂直开挖的施工方法。如在坑内对围护墙加设支撑称为内支撑。如在坑外对围护墙拉设支撑，则称拉锚（土锚）。2023/3/5支护结构的内支撑体系包括围檩、支撑和立柱。2023/3/5图6-1对撑式内支撑1—围檩；2—支撑；3—立柱；4—桩（工程桩或专设桩）；5—围护墙支护结构的内支撑，按材料分为钢支撑和钢筋混凝土支撑两类。钢支撑常用者为钢管支撑和型钢支撑两种。钢筋混凝土支撑，是随着挖土的加深，根据设计规定的位置现场支模浇筑的支撑。支护结构的支撑在平面上的布置形式有角撑、对撑、桁架式、框架式、环形等。支护结构的支撑在竖向的布置，主要取决于基坑深度、围护墙种类、挖土方式、地下结构各层楼盖和地板的位置等。2023/3/52023/3/52023/3/52023/3/5目前广泛使用的基坑支护结构类型主要有以下几大类：（1）放坡开挖及简易围护结构；（2）悬臂式围护结构；（3）内撑式围护结构；（4）拉锚式维护结构；（5）土钉墙围护结构；（6）其它型式围护结构。主要有门架式围护结构；拱式组合型围护结构；锚喷网围护结构；加筋水泥土墙围护结构；冻结法围护结构等。

6.3围护结构的分类与适用范围放坡开挖结构及适用范围2023/3/52023/3/5悬臂式围护结构及适用范围悬臂式围护结构示意图如图6-5所示。悬臂式围护结构常采用钢筋混凝土桩排桩墙、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等型式。悬臂式围护结构适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。2023/3/5内撑式围护结构及适用范围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，分别如图6-6（a）（b）及（d）所示。当基坑平面面积很大，而开挖深度不太大时，宜采用单层斜支撑如图6-6（c）所示。内撑式围护结构适用范围广，可适用各种土层和基坑深度。2023/3/52023/3/5拉锚式围护结构及适用范围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分别如图6-7（a）和（b）所示。地面拉锚式需要有足够的场地设置锚桩，或其他锚固物。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。2023/3/52023/3/5土钉墙围护结构及适用范围土钉一般通过钻孔、插筋和注浆来设置，传统上称砂浆锚杆。土钉墙围护结构适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂质土及非松散砂土、卵石土等，不适用于淤泥质土及未经降水处理地下水位一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。2023/3/5其他形式围护结构及适用范围门架式围护结构门架式围护结构示意图如图6-9所示。门架式围护结构适用于开挖深度已超过悬臂式围护结构的合理围护深度的基坑工程。其合理围护深度可通过计算确定。喷锚网围护结构喷锚网围护结构是由锚杆（或锚索）、钢筋网喷射混凝土面层于边坡土体组成。喷锚网围护结构示意图如图6-10所示。分析计算主要考虑土坡稳定。不适用于含淤泥土和流砂的土层。2023/3/5冻结法围护通过冻结基坑四周土体，利用冻结土抗剪强度高，止水性能好的特性，保持基坑边坡稳定。冻结法围护对地基土类适用范围广，但应考虑其冻融过程对周围的影响，电源不能中断，以及工程费用等问题。2023/3/52023/3/5围护结构的设计计算包含一下三中结构的设计计算：（1）悬臂式围护结构设计计算（2）锚式围护结构设计计算（3）土层锚杆结构设计计算6.4围护结构的设计计算悬臂式围护结构设计计算悬臂式支挡结构主要依靠嵌入坑底土内的深度平衡上部地面超载、主动土压力及水压力所形成的侧压力。因此，对于悬臂式支挡结构，嵌入深度至关重要。同时需计算支挡结构所承受的最大弯矩，以便进行支挡结构的断面设计和构造。2023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/5锚式围护结构设计计算锚式围护结构的设计计算分为三部分：（1）支挡结构顶部拉锚设计计算（2）支挡结构任意位置拉锚设计计算（3）支挡结构多层拉锚设计计算。2023/3/5支挡结构顶部拉锚的设计计算2023/3/52023/3/52023/3/52023/3/5支挡结构任意位置的拉锚设计计算支挡结构任意位置的拉锚计算分两种情况进行：（1）支挡结构嵌入深度较浅（2）支挡结构嵌入深度较深2023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/5支挡结构多层拉锚的设计计算2023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/5土层锚杆结构设计计算2023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/52023/3/5支护结构的稳定性验算包含以下内容：（1）基坑整体稳定（2）抗隆起稳定（3）抗渗流稳定等6.4支护结构稳定性验算基坑整体稳定性验算2023/3/52023/3/52023/3