无支护开挖设计与施工培训资料

第五章无支护开挖设计与施工无支护开挖(又称自立边坡)是指土质较好、具备自立和放坡条件，不需另设围护结构便可开挖的基坑边坡。边坡是指临空面为倾斜坡面的土体。由于地质作用自然形成的边坡，如山坡、岸坡等称为天然边坡；由人工开挖、填土方形成的边坡，如建筑基坑、渠道、土堤、土坝及路堤等土工建筑物的边坡，通常称为人工边坡。本章主要讨论人工边坡在基坑工程中的应用，边坡的稳定是放坡开挖设计中必须首先考虑的问题。由于边坡的坡面倾斜，在土体自重或其它外力作用下，近坡面的部分土体有向下滑动的趋势。坡面局部土体下滑称为边坡失稳或叫滑坡破坏。边坡坡度设计过陡，不安全，极易丧失稳定；而边坡过于平缓、又过于保守，会大大增加土方工程量，加大占地面积，很不经济。土坡稳定分析计算是放坡开挖时如何解决好安全与经济这对矛盾的关键内容。土坡滑裂面的形式多种多样。对于粘性土坡，多产生圆柱形滑裂面；无粘性土坡失稳，多为平面滑动；不均匀的成层土坡，地基中有软弱层，易产生复合滑动面，土坡稳定分析时应针对不同的土质假定滑裂面形状进行。土坡失稳的根本原因在于土体内剪应力大于抗剪强度。促使剪应力增加的原因很多，如土坡过陡、自重应力过大、水的渗入增加自重、渗透水流的渗透力过大、坡面及坡顶超载过大，打桩、爆破及地震等动荷作用，均会增加剪应力；而造成土的抗剪强度降低的原因为：冻胀、超静水压力增长过快过大、振动液化、浸水土的结构崩解等等。影响土坡稳定性的因素很多，进行稳定分析时，只能抓主要因素，作必要的假定。土坡稳定分析的理论基础是极限平衡理论，计算方法有许多种。较复杂的精确解法，如散体极限平衡理论的解析法、有限单元法等；较简单的普遍采用的方法是假定滑动面的静力分析法，如平面滑动法、瑞典圆弧法、条分法、摩擦圆法、对数螺线法、毕肖普公式及泰勒图表等，各种方法的详细分析可参阅基础工程手册。本章主要就放坡开挖及对土坡加固的一些措施进行分析讨论。第一节动坡类型在基坑工程设计与施工中，支护形式的选择应遵循《建筑基坑工程技术规范》(YB9258-97)的有关规定或参阅本书前几章介绍的内容。常用的边坡类型如图5-1。当选择放坡开挖时，对边坡类型的选择还应考虑如下因素：1．当场地为一般粘性土、粉土，基坑周围具有放坡开挖堆放土料和机具的条件，地下水位较低，放坡开挖又不会对相邻建筑物产生影响．可采用局部或全深度的基坑放坡开挖方法。当周边条件允许时，也可不放坡或不分级放坡开挖。惯2．丢基坑贷周边于为密示实的及碎石既土、枕粘性凯土、泰风化迅岩石并以及笛其他概良好倒土质匀，基轿坑土犹体有终直立闸开挖翅条件疾且基箩坑较妻浅时奏，可局不放酒坡竖垃直开窄挖。睛有地务面堆损载且反基坑辈较深菜时，突也可券对周摇边土繁体进亏行加黎固或拥部分何放坡涛开挖猴。研3．箭当基宪坑不堂具备检全深愈度或阶分级惠放坡第开挖绿时，菠上段案可自畅然放鲁坡或霉对坡朽面进或行保扮护处脾理，懒以防乌水渗呆入或痒风化樱碎石脂土的园剥落芳。保到护处乏理的第方法爪有水疏泥抹皆面；牙铺塑支料布赚或土克工布团；挂着网喷转水泥挡浆，赢喷射贼混凝淹土护窝面以笼及浆盾砌片吩石等暖。基喷坑周凡围地仅面也腾应采校用抹胞砂浆钩、设舅排水援沟等缓地面贯防护辰措施唐，防期止雨抵水渗胆入。派下段爬的土蒙体加灭固常就用土蜘钉墙肯、螺伶旋锚笼、喷栽锚，绕在坡毫脚处候堆砌斜草袋蚁、土捧工织残物砂燥土袋释或砌仁筑砖眉石墙舍体等隔加固腾方法市。赌4．伯在基鞭坑深挎度范数围内名有软购弱土望层或嫂基坑果较深密，为赌降低热支护外结构帽的高参度以彼减少今作用孝在桩葡墙背酬后的损土压植力，搜场地注条件箩也允退许时枕，上则段可佣挖土三卸载冷、放朱坡并黑对坡陪面进戏行加劈固保闪护；锄场地亲狭窄养时上栏段也漂可竖岸直挖勺1～愈2m叨并砌何筑砖开墙围差护。渗下段良设置蠢桩、父墙支母护结界构。突5．叫基坑芹周围禁的坡巷面防做护是夺很重睡要的俱，首光先应哪当在期距坑弯周边拘的地房面向肥外有吉一定心的坡解度，寄防止俗地面毁水或孩雨水插流入帝坑内落，并懂有截车水沟侧排走餐。同性时坡性面应羞有水类泥砂到浆抹芬面，挽宽约净1．宣5～得2．绩0m张。墙淘后土轿体有岭开裂莲裂缝还时，虽应用延水泥唱浆或排粘性使土填钞封，良防止偿地面腿水流纽入。墨第二石节烘自立讽边坡摩实际藏工程泼中，舞由于窃基坑治开挖跳形成缝的土最坡，奸其破竞坏时序滑动糠面常璃是很唤不规突则的拳，它驰与许盈多因轨素有评关，嚼其中延主要浸取决株于土奥坡材社料的催均匀栽性。戚为确漠保基差坑工持程的眠稳定昌性与棒安全峡，自突立边摊坡的斩放坡阅应根收据《焰建筑太基坑家工程省技术蔽规范短》(邀YB杯92挨58刮-9掘7)肤中有祖关岩拥土边越坡的煎坡度背和坡闹高允续许值姿设计讨，如拿表5花-1陆和表惯5-谨2。悠士坡获滑动遣破坏块面可哲分为旷平面养破坏窜面和抽圆弧管破坏险面，勾最危投险的心破坏沿面则娱为圆拦柱状场。因蛮为对军单位待质量轧材料岩来说罗，圆越弧表驶面积烈最小兆，而毛表面则积同题抗滑批力有阀关系页，单感位质肺量则久与滑慎动力复相联弯系。热如果风一个废大圆权弧不伸可能更在土渣坡里果形成著，比早如在葡一个充深度哀长度饭小得升多的桥无限颜长土像坡里芝，最节危险绩的破主坏面腥则是做一个认平行筐于土泛坡的六平面泼。如外果有奥一些头软弱劲层存厕在，残最危窃险的害破坏其面将吧沿着新一系鬼列通旺过这岔些软膜弱层雹的平及面。五有时剩也可忙能出亩现平咳面、羡圆柱千面和喉其它墓不规仍则破烈坏面尺的组柳合(独如图过5-枝2)蛇。自一、趣破坏趟形式斩1．巨平面名破坏呆图5悄-3饮为一矮顺着夕山坡宽填筑慎的路聋基，锡它沿伍底平缺面破挤坏。亦破坏嫩面为煎平面涝的原悲因是剑未对粱原山滑坡作碗适当大的修舅整，甩而且贸底部仗存在塔软弱置土层竖。奥根据脂摩尔帅一库讨仑理镜论，插破坏闲面上硬的抗松滑力疫由式锈(5临-1历)确腾定r倍-C和+a上tg稻rp苗(疾5一变1)新式中郊r-饶-抗欺剪强搭度或庸抗滑饰应力农；疲应当这注意芳，c便和P画是破橡坏面怀上土碧的抗窃剪强穷度参幸数。戴在长党度为奏L的制单宽珍破坏茧面上瓦，抗单滑力什=c云L+臭Wc削os劣at陆g1煌90赠。其抖中，户彤是草破坏传面以疾上土蜂的质后量，轧0t超是天奏然坡谈角，雄Wc艘os记a是炎垂直及于破独坏面制的重斯力分胸量。贪滑动你力为凉顺着浴破坏翠面的牧重力吴分量琴，其移值为氏Ws朗in行a。再安全榴系数盲是抗奉滑力姨和滑赔动力菠的比婶值，苍即券如果蠢破坏扮面由弹两个骆或更甘多的径平面胁组成长，情扭况就是变得馅比较沿复杂什，但桃仍可买按平惑面滑猪面问岭题处紧理。纺2．廉圆柱顽破坏离面逐为了波找出夕圆柱乏破坏动面的玉最小监安全胞系数蚊，必均须进滨行大存量滑稠弧计币算，万以便驰确定宗最危派险的万一个薪。图塘5-痒4表子示众污多滑饿弧中灯的一结个。隶滑动浑土体舰被分列为行阶条，惕第1店的质御量为宫Ⅳ纺，破进坏面生的长苹度为肺厶，赌倾斜田角为纱0i右，正俘应力痛为M逝。安渗全系炉数为赏抗滑隔力与械滑动站力的抢比值性。根醉据摩势尔～乱库仑麦理论享，土避条的纹抗滑授动是总以，器i+恋Nf铜t9值。应窑当注牺意，违除非命做某袭些简秧化，轧Ⅳ吊f取懂决于狮土条微两侧备面的瞒力，泄并且登是超纳静定扇的。旨滑动贫力等训于W挂is补in蜻Oi诚，是临重力牙沿破霸坏面蜂的分劳量，床滑动档力与周土条坟两边炸的力丢无关财，因兰为土贸条一碰边有厅一个拌力，魂相邻吵边便足有一陵个大预小相孤等方懒向相讲反的蔽力与锄之相柔抵消专。安膏全系同数由叠下式榆确定摘破坏形面为据圆弧崇时，冷安全壶系数疯可以皇定义割为两曲个力紫矩之如比。岛无论纺用力答或力暗矩都群一样乱，因蚕为后商者只关是对络方程财(5箩-3己)的坐分子旱和分厅母同理乘以杰一个邮相同鲁的力脉臂-甲-圆止弧的至半径罢而已名。在样费伦击纽斯便法(腔即瑞区典条天分法歌或原社始条债分法独)中董，假洋设土讨条两紫边的险力平拌行于怕土条趟底部轮的破穷坏面毁，因碑此，部它们己对垂拦直于碗破坏兆面的患力没段有作腥用，禽或软将式肝(5惨-4塘)代超入式扁(5象-3傅)可直得博二、臂稳定这分析贿土坡里稳定继分析岔方法拴很多检，根食据要类满足许的平锤衡方踪程数挡目，聪这些旦方法绩主要蒸包括版费伦的纽斯喂法，酸简化舞毕肖仇甫法刊，对飞数螺列旋法患，贾愧布法弊，摩瑞根斯烦顿法父和普歼赖斯阿法，螺以及案斯潘盆塞法亦等。促这些主方法互的基纲本概锁念是偏相同拌的，猎不同邻点在苹于条保块间隐力的离假定残。割随着场计算棚机广宝泛地卫在工经程中珠的应秤用，蒜有限弱单元纠法等哲数值烦方法闷被广调泛地拨在岩含土工壮程界暖应用凶，数融值计滚算方侮法可铁以考异虑弹仔性模莲量和蛮泊松坚比表怖示的拆土的衡变形斜特性神，可绢求出译破坏球面的慧法向客力和贝剪应昼力，崖因而血是一腔种较园好的振方法可，但充需要按较多抹的参县数。挺在上供述所身有稳果定分亮析方刷法中砍，土呼的抗绘剪强竖度、圣边坡拥的荷天载以贷及需岸要的当安全偷系数耐都假台设是瓶已知贸的。俱实际呀上这纵些参披数都话存在蜻着很左大的架离散消性。欠最近嫩将概耕率方春法引奥入岩丧土工碗程界返，提尖供了怜有关垃破坏相的概仿率，辛因此蒸，边气坡稳株定分深析的规概率扬方法盒正在杆得到鱼进一锡步的球发展住。下崇面对压传统倍的较宽常用慌的几雁种稳堡定分斜析方惯法简赞要介呢绍。北1．粪无粘吉性土京坡稳举定分锐析灭由无吐粘性低土如翁砂、怒卵砾烛石以蒙及风吗化砾煤石等变组成脂的土肯坡，能其滑垂动面份近似盾于平族面，住常用垃直线准滑动侄法分凝析其晕稳定俯性。林(1鬼)均松质的辱无粘示性土改颗粒京间无府粘聚袍力，铃对全替干或把全部著淹没帽的土伪坡来桥说，撒只要发坡面钉上的借土粒路能够服保持仆稳定陕，那睡末，妇整个密土坡稿将是改稳定所的。撞图5芳-5圈(a获)为务一均辰质无纺粘性排土坡嚼，坡捆角为好p。樱现从策坡面套上任塞取一栋小块固土体挪来分岛析其削稳定洗条件忽。设墙土块垫的重俩量为绍Ⅳ着，它烧在坡犹面方劝向下歇滑力轿丁=顷Ws品in妈fl冤；阻捷止该仓土块吧下滑封的力订是小思块土剑体与血坡面书间的侄摩擦禽力乃辜。甜为了枕保证砌土坡钞稳定腾，设识计均石质无脱粘性竟土简锦单土担坡时桐，必平须使承稳定眉安全虾系数桥F，伏大于梦1，奉F，企的取朱值可括参照捷有关痒规范蔑。始由式题(5临-6敢b)桐可见盼，对忘于均庄质无粥粘性咏土坡汤，只志要坡驴角p缩小于坛土的淡内摩盛擦角加9，委无论么坡的周高度张为多天少，时土坡淡总是伴稳定项的。头F=扮1时吨。t云坡处手于极姓限平缺衡状填态，充此时懒的坡剩角9顶就等盯于无认粘性汽土的唐内摩剃擦角议妒；骗并说学明此辉时无展粘性埋土坡锯的滑稿动面为为一恰平面丘，这冶与观灰测资茶料是顽吻合群的。条(2似)当群土坡闯中有疫渗流戴通过极时，粉如图凭5-晌5(励b)冷，沿胜渗流摸出逸拍方向动产生任渗透础力j畜=1饰7。刊此时壮，坡具面的滚小土璃块(愚其体扔积为搁y)燥除受捧其自毅重作舒用外片，还育受到案渗透缘力的纪作用诉，增缠大了劈该土豆块的司滑动戒力，龄同时反减少塑了抗杰滑力胜。因碑此，汁有渗则流作肾用的顽无粘旺性土座坡的熔稳定已安全尼系数蚂为瓜式中奴y7尝--肺土体混的浮纽重度丽；哀y。尖--蹈水的耐重度挎。炸其它叫符号夺如图拢5-拌5(裙b)分所示切。兄当渗甩流方灾向为仅顺坡治面流芬出时口，曰著一卢纪，此漠时水旦力坡装降按滨水力宇学原壤理i脖=s贤in只fl恨。将奔0及附1值图代入桐式(绩5-腿7)剩，得持由式除(5冲-捧8)岂可见孤，在帆渗流混情况篇下，序无粘钩性土轻土坡登的稳废定性局要比归无渗挤流情奶况下妹的差琴，其投安全臣系数披约降团低1作／2出。这昌就是娃说，提无渗行流时乡，土伤坡是险稳定奇的；厚有渗准流作街用时分，坡羽度就悟必须昏变缓晒，即雨坡角州才能族保持类稳定哗。瓦2．敲粘性户土坡陪的稳否定分闻析贯粘性旦土坡予的稳尽定分差析方钓法主惊要有差瑞典恨圆弧绍法和榜泰勒枣图表爹法(寒或泰蜘勒曲箩线法著)、辰条分望法(菌太沙期基公慰式和莫毕肖稻甫公疑式)炕，各元种方买法的率详细弱分析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