深基坑支护工程的基本知识

深基坑支护工程的基本知识

主讲人：xx（教授级高工）

单位：宁波大学地基处理中心二〇〇八年四月

概论

1、概论

1.1基坑围护体系的作用与要求：

1.1.1作用：为基坑工程土方开挖和地下室施工创造必要的作业条件：挡土、阻水。

1.1.2要求：1)保证基坑四周边坡的稳定性；2)保证基坑四周相邻建筑物、构筑物和地下管线在基坑工程施工期间不受损害；3)保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。

基坑工程特点1.2

基坑工程特点:1)基坑围护体系是临时结构，不应有过大的安全储备，因此具有风险性。

2)基坑工程具有很强的地区性：地质、水文地质条件的不同，土性指标的差异，自然条件的差别（如降雨）都影响到基坑的设计；

3)基坑工程具有很强的个性：除地区条件的不同外，与基坑相邻的建筑物、构筑物及地下管线的位置，重要性，抗变形的能力，基坑的深度，场地边界条件的制约等都影响到基坑支护体系的设计，使得每个基坑都需作出专门设计；

4)基坑工程的设计与施工紧密相连，土方开挖的施工组织是否合理将对围护体系是否成功产生重要影响；放坡开挖

5)

基坑工程具有很强的时空效应。软粘土具有蠕变性，蠕变性将使土体强度降低，作用在围护结构上的土压力随时间变大。1.3

围护结构形式及适用范围

1.3.1放坡开挖

放坡开挖需满足的条件：坡面自立性和边坡整体稳定性；适用条件：杂填土厚或土质相对较好，开挖深度不大（一般3~4米），场地较宽阔；优点：一般费用较低；缺点：占用场地，挖土及回填量大；辅助措施：坡脚堆草袋挡土或用木桩加固。

悬臂式围护结构适用条件：对开挖深度敏感，开挖深度不宜超过4米，个别情况需达到6米时要采用门架式结构；优点：便于挖土；缺点：桩入土深度大，桩身弯距大，增加造价；土体位移大，对相邻建筑产生不良影响。1.3.2悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构安全，由钻孔灌注桩、沉管灌注桩、预制桩或钢板桩组成桩排挡墙。水泥土重力式围护结构适用条件：挖土深度不超过6米的软土基坑，场地条件允许时，对有机物含量很高的土要慎用或采取专门措施。优点：坑内无支撑便于挖土，隔水性能好。缺点：位移量较大，养护期较长，杂填土厚度大且含大块石时施工困难。1.3.3水泥土重力式围护结构内撑式围护结构1.3.4内撑式围护结构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1.3-6（a）（b）及（d）所示。

当基坑平面面积很大，而开挖深度不太大时，可采用单层斜支撑如图1.3-6（c）所示。内撑式围护结构

内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管（或型钢）支撑两种。钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好、变形小，而钢管支撑的优点是钢管可以回收，且加预压力方便。内撑式围护结构适用范围广，可适用各种土层和基坑深度。

优点：安全度较大，我市已具有丰富经验。

缺点：内支撑给基坑挖土带来不便。

如基坑平面形状成近似正方形可采用拱圈作支撑，但需注意土压力的平衡。拉锚式围护结构1.3.5拉锚式围护结构

拉锚式围护结构由围护体系和锚固体系两部分组成，围护结构体系同于内撑式围护结构。锚固体系:

锚杆式（单层、二层、多层）——需地基土提供较大锚固力；地面拉锚式——需有足够场地设置锚固物；土钉墙围护护结构1.3.6土钉墙围护护结构土钉一般通通过钻孔、、插筋和注注浆来设置置，传统上上称砂浆锚锚杆。也有有采用打入入或射入方方式设置土土钉。边开开挖基坑，，边在土坡坡中设置土土钉，在坡坡面上铺设设钢筋网，，并通过喷喷射混凝土土形成混凝凝土面板，，形成土钉钉墙围护结结构。土钉钉墙围护结结构的机理理可理解为为通过在基基坑边坡中中设置土钉钉，形成加加筋土重力力式挡墙起起到挡土作作用。土钉钉墙围护结结构示意图图如图1.3-8所示。门架式围护护结构门架式围护护结构属悬悬臂型，其其变形较大大。门架式式围护结构构适用于开开挖深度已已超过悬臂臂式围护结结构的合理理围护深度度的基坑工工程。1）门架式围护护结构门架式围护结构构示意图如1.3-9所示。目前在工工程中常用钢筋筋混凝土灌注桩桩、压顶梁和联联系梁形成空间间门架式围护结结构体系。它的的围护深度比悬悬臂式围护结构构深。研究表明明：前后排桩桩桩距B小于4d（d为桩径）时，刚刚架空间效应差差；B＞8d时，联系梁只起起拉杆作用，刚刚架空间效应也也差。门架式围护结构构2）沉井围护结构构采用沉井结构形形成围护体系。。3）SMW工法柱列式挡墙墙将支承荷载与防防渗结合起来，，使之同时具有有承力与防渗两两种功能的支护护形式，即是劲劲性水泥搅拌桩桩法，日本称为为SMW工法，即在水泥泥土搅拌桩内插插入H型钢或者其他种种类的受拉材料料，形成承力和和防水的复合结结构（图1.3-10）。通常认为：水土土侧压力全部由型钢单独承担担；水泥土桩的的作用在于抗渗渗止水。试验表表明，水泥土对对型钢的包裹作作用提高了型钢钢的刚度，可起起到减少位移的的作用。此外，，水泥土起到套套箍作用，可以以防止型钢失稳稳，对H型钢还可以防止止翼缘失稳，这这样可使翼缘厚厚度减小到很薄薄。止水降水措施1.4止水降水措施对于渗透性很小小的地基（如宁宁波许多工程中中遇到的情况，，k＜10-7cm/s），往往既不降降低地下水也不不设置止水帷幕幕，在基坑开挖挖过程中产生的的少量积水采用用明沟排水处理理。在以下情况下需需采取止水措施施：1）杂填土厚度大大，透水性强，，地下水可能流流入基坑时；2）基坑临近河流流特别是河道变变迁不清时，需需在围护桩排后后设水泥搅拌桩桩止水帷幕；3）基坑深度大，，紧靠基坑有需需保护的浅基础础建筑物时；对于承压水应注注意对排桩施工工的影响及防止止突涌问题。基坑工程事故类类型

基坑工程事故围护结构变形过大造成周围建筑物及地下管线破坏事故

围护体系破坏墙体折断整体失稳基坑隆起踢脚破坏流土破坏锚撑失稳1.5基坑工程事故类类型基坑工程事故类类型基坑工程设计要要点1.6基坑工程设计要要点1.6.1基坑工程的安全全等级基坑工程的安全全等级涉及工程程安全及工程造造价，合理确定定一个工程的安安全等级很重要要但也比较困难难。国内有关规范对对这个问题都有有规定，其基本本精神是一致的的，但具体规定定略有不同。浙浙江省《建筑地基基础设设计规范》（DB33/1001-2003）规定为：基坑工程根据其其重要性分为三三个安全等级：：基坑工程设计要要点基坑工程根据其其重要性分为三三个安全等级：：1、符合下列条件件之一时，属一一级基坑工程：：1）软土地区基坑坑开挖大于8m时；2）支护结构作为为主体结构的一一部分时；3）在基坑开挖影影响范围内有重重要建（构）筑筑物或需严加保保护的的管线时。2、开挖深度小于于5m，且周围环境无无特别要求时，，属三级基坑工工程；3、除一级和三级级以外的均属二二级基坑工程；；4、对应于基坑工工程安全等级的的重要性系数为为：一级，0=1.1；二级级，0=1.0；三级级，0=0.9。基坑工程程设计要要点国家行业业规范《建筑基坑坑支护技技术规程程》（JGJ120——99）的规定定：基坑侧壁壁安全等等记及重重要性系系数注：有特特殊要求求的建筑筑基坑侧侧壁安全全等级可可根据具具体情况况另行确确定。这本规范范只考虑虑破坏后后果，对对基坑深深度未作作规定。。基坑工程程设计要要点◆上海市标标准《基坑工程程设计规规程》（DBJ08-16-97）基坑工程程根据其其重要性性分为以以下三级级：一级：1）支护结结构作为为主体结结构的一一部分时时；2）基坑开开挖深度度大于、、等于10米时；3）距基坑坑边两倍倍开挖深深度范围围内有历历史文物物、近代代优秀建建筑筑物，重重要管线线等需严严加保护护时；二级：除除一级和和三级以以外的均均属二级级基坑工工程；三级：开开挖深度度小于7米，且周周围环境境无特别别要求时时；对于抗隆隆起，抗抗倾覆等等稳定性性验算，，按不同同等级的的坑基规规定了不不同的安安全系数数。每个工程程应根据据自己的的具体情情况，侧侧重于破破坏产生生的后果果，综合合各种因因素决定定重要

设计原则1)安全：不产生1.5中所列各种围护体系的破坏；邻近基坑的需保护的建筑物不致因基坑变形导致结构性破坏或改变其正常使用状况；并不致改变房屋危险性鉴定等级；不造成邻近管线的破坏；不危及工程桩的承载性能。2)经济：在保证安全的前提下，经过多方案对比，使单位延米的造价降至最低。3)方便施工：缩短工期既产生直接的经济效益，又对确保基坑的安全有利。

1.6.2设计原则设计内容1)确定设计参数a)确定开挖深度：根根据基坑边承台密密度确定以底板、、地梁或承台底（（均含垫层）为坑坑底设计标高。b)确定土性指标（、c、）取值，对勘测报报告中提供的平均均值，标准值或建建议值进行分析，，结合本地区经验

c)根据地质剖面的变化和基坑深度的变化以及地面荷载的不同，划分计算区段。

2)

选择支护结构类型

1.6.3设计内容设计内容抗倾覆验算抗隆起验算整体稳定验算抗滑移验算（（重力式挡墙墙）桩身内力计算算内支撑轴力计计算支护桩及坑底底位移计算起控制作用的的指标:3)运用已有成熟熟应用经验的的软件进行支支护结构计划划，包括：悬臂结构抗抗倾覆单支撑支护结结构嵌固固深度，用等等值梁法确定定多支点支护结结构整体体稳定地下水位高的的砂土地基抗抗渗透性性稳定设计内容对土方工程施施工的要求；；监测内容和监监测点布设，，提出报警指指标；应急措施；造价估算；支护结构的侧侧压力2.1基坑支护结构2.2土压力应根据土体经受的侧向变形条件来确定。包括静止土压力、主动土压力、被动土压力。

2、支护结构的的侧压力支护结构的侧侧压力k0—静止土压力k0=1－sin’’—土的有效内摩摩擦角达到主动极限限平衡状态位位移小1‰~5‰墙高达到被动极限限平衡状态位位移大4%墙高主动和被动土土压力计算2.3按朗肯土压力力理论计算主主动和被动土土压力主动与被动土土压力水压力水土合算：对对淤泥、淤泥泥质土可采用用水土合算方方法计算出土土压力，不单单独计算水压压力，采用饱饱和重度。宁宁波多采用此此种算法。对砂类土应采采用水土分算算。取有效重度（（即饱和重度度-10），另加水压压力，土的指指标取有效应应力指标。2.4水压力抗剪强度指标标直剪三三轴剪固结块剪cq固结不排水剪剪cu快剪q不固结不排水水剪uu慢剪s固结排水剪d快剪、固结块块剪、慢剪均均与剪切过程程中的排水有有关。基坑支护设计计值一般均取取固快（直剪剪）或固结不不排水剪指标标（三轴）。。固快取峰值值，（试验室室一般按峰值值提出。）2.5土压力计算中中抗剪强度指指标的取值基坑工程勘察察一般均包含在在主体建筑地地基勘察中，，不能满足时时需补勘。勘察范围：一一般取基坑边边线外相当于于基坑深度1.0~2.0倍的范围。作出出沿坑边的地地质剖面。勘探点间距：：一般10~30米，当地层水水平方向上变变化大时，应应加点。勘探点深度：：不少于基坑坑深度的2.5~3.0倍。一般均应查查明良好桩端端持力层的深深度。取土试料：应应保证在计算算深度内每层层土都可取得得六件以上的的物性及抗抗剪强度指指标（薄层除除外）。提供土的渗透透指标。查清地下水种种类、深度，，对于承压水水要查清隔水水层深度，厚厚度及压力水水头。对有机物含量量高的土应提提供有机质含含量值为水泥泥搅料桩挡墙墙的适宜性性提供依据。。3、基坑工程勘勘察基坑工程支护护设计提交内内容方案设计说明明工程概况工程地质条件件基坑围护方案案基坑排水基坑施工及开开挖要求基坑监测应急措施经济技术分析析4、基坑工程支支护设计应提提交的图纸和和说明4.1文字说明，包包括：基坑工程支护护设计提交内内容周边环境及基基坑计算分区区图基坑支护总平平面图支撑平面布置置图基坑桩位平面面布置图支护桩、环梁梁、支撑换撑撑详图节点详图坑中坑支护设设计图4.2图纸4.3计算书及计算算成果汇总表表;4.4支撑弯矩图，，轴力图;4.5地质剖面及土土工试验资料料。基坑围护方案案选型按经济性递增增排序的围护护形式：自然然放坡→草包包叠袋→纯土土钉墙（松木木桩复合土钉钉墙）→分级级放坡+搅拌桩重力式式挡墙→搅拌拌桩复合土钉钉墙→拉森钢钢板桩＋钢支支撑→沉管灌灌注桩+内支撑（拉锚锚）→管桩+内支撑（拉锚锚）→钻孔灌灌注桩+内支撑（拉锚锚）→排桩悬悬臂结构。按施工工期递递增排序的围围护形式：自自然放坡→草草包叠袋→拉拉森钢板桩＋＋钢支撑→纯纯土钉墙（松松木桩复合土土钉墙）→以以预制桩（包包括松木桩））作为围护桩桩的排桩体系系→放坡+搅拌桩重力式式挡墙→搅拌拌桩复合土钉钉墙→以沉管管灌注桩和管管桩作为围护护桩的排桩体体系→以钻孔孔灌注桩作为为围护桩的排排桩体系。注：本基坑围护选型方法适用于宁波市区和部分郊县（包括海曙、江东、江北、科技园区、东钱湖旅游渡假区、鄞州、北仑、镇海、象山丹城、余姚部分地区）以及舟山地区。基坑围护方案案选型之自然放坡适用范围：基坑计算开挖挖深度一般不不超过3.5m（基坑计算开开挖深度超过过2m一般采用两级级放坡），地地表杂填土和和硬壳层较厚厚，基坑周边边场地开阔，，有一定或较较大的放坡条条件，周边环环境或自身工工程桩对基坑坑围护变形要要求不高。优缺点：这是所有围护护方式中最经经济的一种方方案，是首选选方案。该围围护的优点是是造价最便宜宜，施工进度度最快；缺点点是变形不易易控制，容容易发生滑坡坡现象。基坑围护方案选选型之草包叠袋适用范围：一般般基坑计算开挖挖深度不超过4.0m，基坑周边场地地开阔，有一定定或较大的放坡坡条件，周边环环境或工程桩对对基坑围护变形形要求不高。优缺点：该围护护方式优点是造造价便宜，因没没有需养护的围围护桩，施工进进度快；缺点是是基坑围护变形形较难控制。基坑围护方案选选型之纯土钉墙适用范围：一般般基坑计算开挖挖深度不超过4.0m，开挖范围内和和坑底附近土性性相对较好（含含水量不大于50％），基坑周边边场地比较开阔阔，有一定或较较大的放坡条件件，周边环境或或工程桩对基坑坑围护变形要求求不高。优缺点：该围护护优点是造价比比较便宜，土钉钉养护期较短，，因此施工进度度较快；缺点是是基坑变形较大大，容易发生整整体稳定性问题题。基坑围护方案选选型之分级放坡+搅拌桩重力式挡挡墙适用范围：基坑计算开挖深深度一般不超过过6.0m，基坑周边场地地比较开阔，有有一定的放坡条条件。放坡的台台宽根据场地放放坡条件和计算算确定，该方案案根据放坡级数数分为单级放坡坡和多级放坡。。优缺点：该方案在舟山、、宁波地区有较较成熟的施工经经验，挖土施工工方便，止水性性能好，大面积积卸土后基坑围围护变形也能得得到有效控制，，没有支撑体系系，施工速度快快；它的缺点是是基坑四周要有有一定的放坡范范围，土方开挖挖及回填量较大大，大面积放坡坡后给施工单位位带来很多不便便。另外水泥搅搅拌桩施工质量量不易控制给围围护体系带来不不少风险。基坑围护方案选选型之复合土钉墙适用范围：一般基坑计算开开挖深度不超过过6.0m，开挖范围内和和坑底附近土性性很差的淤泥慎慎用，基坑周边边场地比较开阔阔，有一定或较较大的放坡条件件，周边环境或或工程桩对基坑坑围护变形要求求不高。采用水水泥搅拌桩加固固坑底主要目的的是增加坑底地地基土承载力、、切断滑弧面防防止纯土钉墙方方案经常出现的的整体失稳问题题。优缺点：它的优缺点与分分级放坡＋水泥泥搅拌桩方案类类似，与后者相相比它对基坑四四周放坡条件限限制更低，但它它有超越红线和和穿越工程桩的的问题，对超越越红线要求严格格地区和附近工工程桩密度较高高的部位应严格格控制土钉长度度。基坑围护方案选型型之拉森钢板桩＋钢支支撑适用范围：基坑计算开挖深度度一般在4.0m～7.0m多之间，基坑形状状呈有利于支撑设设置的狭长形。一一般这种围护形式式用在市政工程中中：过街地道、共共同沟、管沟等部部位。优缺点：由于拉森钢板桩桩不需要养护，在在支撑体系形成后后马上可以挖土，，因此它的工期较较短，可用于抢工工期的工程中。缺缺点是由于受型钢钢截面尺寸影响，，支撑跨度不能做做得很大，导致支支撑密度过高，不不利土方开挖和结结构施工。另外由由于钢板桩定尺长长度一般为12、15m，舟山、宁波大部部分区域软土土性性很差且厚度较大大，计算开挖深度度较深的基坑采用用一道支撑的钢板板桩嵌固深度往往往不足，只能设置置两道甚至多道支支撑，这样就增加加了施工工期和难难度。基坑围护方案选型型之沉管灌注桩+内支撑适用范围：基坑计算开挖深度度一般在4～7.0m之间，基坑周边场场地一般不是很开开阔，周边环境对对沉管灌注桩的挤挤土效应反应不是是很敏感。沉管灌灌注桩的桩径可选选用φ426、φ500或φ530。优缺点：有支撑围护的优优点是基坑变形较较小，缺点是工序序多、挖土麻烦、、工期较长。与钻钻孔灌注桩+支撑相比，该围护护形式造价便宜，，施工速度较快；；但沉管灌注桩的的垂直度控制以及及挤土效应造成的的桩间距难以控制制，从而造成桩间间漏水、漏土现象象严重，对周边的的建筑物、道路、、管线等产生不利利的影响，而且沉沉管灌注桩的桩径径较小，本身就是是挤土桩，它的变变形较钻孔灌注桩桩大。基坑围护方案选型型之预应力砼管桩+内支撑适用范围：基坑计算开挖深度度一般在4.0～7.0m之间，基坑坑周边场地地一般不是是很开阔，，周边环境境对管桩的的挤土效应应反应不是是很敏感。。优缺点：与沉管灌灌注桩相比比，管桩不不需要养护护，工期略略短，一般般用于基坑坑开挖面积积较小或工工期要求较较紧的工程程，但工程程造价略高高于沉管灌灌注桩。其其它优缺点点与沉管灌灌注桩类似似。基坑围护方方案选型之之钻孔灌注桩桩+内支撑适用范围：基坑计算算开挖深度度没有限制