基坑支护工程专业知识讲座

基坑支护工程专业知识讲座基坑支护工程专业知识讲座第1页基坑开挖是基础和地下工程施工中一个古老传统课题。同时又是一个综合性岩土工程难题，既包括土力学中经典强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还包括到土与支护结构共同作用。实践证实基坑工程是实践性很强岩土工程问题。基坑稳定性、支护结构内力和变形以及周围地层位移对周围建筑物和地下管线影响及保护计算分析，当前尚吧能准确地得出定量结果，不过，相关地基稳定及变形理论，对处理这类实际工程问题依然有非常主要指导意义，故当前在基坑工程实践中采取理论导向、量测定量和经验判断三者相结合方法。基坑工程广义上讲应包含勘察、支护结构设计、施工、监测和周围环境保护等几个方面内容。基坑支护工程专业知识讲座第2页内容一、基坑支护设计二、基坑支护施工三、基坑支护监测基坑支护工程专业知识讲座第3页基坑支护设计1、概念及现实状况2、分类与选型3、设计之前应考虑影响原因及应具备条件4、设计内容5、土钉墙设计6、排桩设计7、设计文件编制基坑支护工程专业知识讲座第4页概念与现实状况建筑基坑：为进行建筑物（包含构筑物）基础与地下室施工所开挖地面以下空间。（《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99））基坑支护：为确保地下结构施工及基坑周围环境安全，对基坑侧壁及周围环境采取支挡、加固与保护办法。（《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99））基坑支护工程专业知识讲座第5页我国70年代以前基坑都比较浅，上海高层、多层建筑地下室均为4m深单层地下室。80年代后广东、北京、上海、天津以及其它城市修建深基坑陆续增加。近十年来，我国建筑业以惊人速度发展，每年城镇完工建筑面积达5亿平方米。伴随大家对建筑工程质量、环境和功效需求不停增加，以及我国人口连续增加，可耕地面积因人类活动而逐步降低，用地担心、交通拥挤矛盾在大城市和特大城市日趋突出。科学、合理和连续利用地下空间，这是我国城市化发展客观要求。充分利用土地资源，在建筑工程中节能省地、建设节约型社会，高层建筑越来越多，高层建筑基础向超大、超深、大跨、大底盘方向发展。基坑也向超大、超深发展，北京最深基坑26m。（财源中心26m，国瑞城21-24m，北京饭店21m，中银大厦20m）上海深基坑超出30m。基坑支护工程专业知识讲座第6页支护结构选型与安全度取值标准一旦基坑坍塌造成后果基坑变形过大造成后果安全系数取值标准基坑支护工程专业知识讲座第7页支护结构分类与选型《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）要求：基坑支护工程专业知识讲座第8页基坑支护工程专业知识讲座第9页北京地域基坑支护常见方法及适用范围

1、土钉墙支护结构普通土钉墙、复合式土钉墙(指加带预应力锚杆+梁、柱或微型桩)特点：工期短、节约造价，但引发边坡水平位移，及周围变形较大2、排桩加预应力锚杆支护结构（简称护坡桩支护结构）特点：可有效控制边坡水平位移及周围变形，但对应工期长、造价高3、组合支护结构（护坡桩支护结构+土钉墙支护结构）特点：可一定程度地控制边坡水平位移及周围变形，比较全护坡桩支护工期短、节约造价。基坑支护工程专业知识讲座第10页4、适用范围上述支护结构适用范围主要由以下原因决定1）、周围建筑物基坑支护影响范围主要是距离基坑1.0H（H为基坑深度）范围之内，对于对变形敏感主要建筑物（如古建、精密仪器制造建筑）要考虑到1.5H~2.0H（H为基坑深度）范围。土钉墙支护变形较大，对基坑影响范围内存在建筑物情况下不宜采取。采取护坡桩支护结构要依据相邻建筑物对变形要求采取变形控制设计方法。基坑支护工程专业知识讲座第11页2）、地质情况对于软弱淤泥质土、不易成孔卵砾石层、回填土层较厚时，不宜采取土钉墙支护结构。3）、基坑深度10m可考虑普通土钉支护结构10~15m复合式土钉墙结构15m以上护坡桩或组合式支护结构基坑支护工程专业知识讲座第12页设计之前应考虑影响原因及应具备条件《建筑地基基础设计规范》（GB50007-）第9.1.4条

基坑开挖与支护设计应具备以下资料：

1.岩土工程勘察汇报；

2.建筑总平面图，地下管线图，地下结构平面图和剖面图；

3.邻近建筑物和地下设施类型，分布情况和结构质量检测评价。基坑支护工程专业知识讲座第13页《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）要求：3.1.4支护结构设计应考虑其结构水平变形、地下水改变对周围环境水平与竖向变形影响，对于安全等级为一级和对周围环境变形有限定要求二级建筑基坑侧壁，应依据周围环境主要性、对变形适应能力及土性质等原因确定支护结构水平变形限值。3.1.5当场地内有地下水时，应依据场地及周围区域工程地质条件、水文地质条件、周围环境情况和支护结构与基础型式等原因，确定地下水控制方法。当场地周围有地表水汇流、排泻或地下水管渗漏时，应对基坑采取保护办法。基坑支护工程专业知识讲座第14页主要影响原因基坑周围环境：基坑开挖影响范围内包含现有建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体及地下水体等统称。周围建（构）筑物影响重点考虑地下管线类型施工材料、车辆荷载影响应重点考虑土类地下水条件基坑支护工程专业知识讲座第15页周围建筑物与支护结构相互影响应考虑主要原因基础与基坑距离建筑物层数基础型式基础埋深周围建筑物荷载对支护结构作用基坑开挖对周围建筑物影响基坑支护工程专业知识讲座第16页JGJ120－99GB50330－支护结构附加荷载基坑支护工程专业知识讲座第17页重点考虑地下管线类型及影响按破坏后果燃气、供水、电力、通讯、热力等管线按对支护结构影响程度污水、雨水、有渗漏供水等管线基坑支护工程专业知识讲座第18页施工及道路车辆荷载影响施工荷载应合理取值（材料堆载、施工荷载、临建荷载等车辆荷载作用范围基坑支护工程专业知识讲座第19页北京地域应重点考虑土类软弱土：淤泥、淤泥质土、杂填土、堆填土、高压缩性土砂土：标贯、含水量卵石：最大粒径及含量、级配、密实度基坑支护工程专业知识讲座第20页《建设工程施工现场安全防护、场容卫生、环境保护及保卫消防标准》（DBJ01-83-）1.2.1在基础施工前及开挖槽、坑、沟土方前，建设单位必须以书面形式向施工企业提供详细与施工现场相关地下管线资料，施工企业采取办法保护地下各类管线。基坑支护工程专业知识讲座第21页几个特殊地下水条件地下管线漏水层间水渗流特征分层水降水对沉降影响承压水引发基底突涌基坑支护工程专业知识讲座第22页基坑支护工程专业知识讲座第23页层间水渗透特征基坑支护工程专业知识讲座第24页自渗井应用基坑支护工程专业知识讲座第25页设计内容《建筑地基基础设计规范》（GB50007-）

第9.1.3条

基坑开挖与支护设计应包含以下内容：

1.支护体系方案技术经济比较和选型；

2.支护结构强度，稳定和变形计算；

3.基坑内外土体稳定性验算；

4.基坑降水或止水帷幕设计以及围护墙抗渗设计；

5.基坑开挖与地下水改变引发基坑内外土体变形及其对基础桩，邻近建筑物和周围环境影响；

6.基坑开挖施工方法可行性及基坑施工过程中监测要求。基坑支护工程专业知识讲座第26页《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）要求：3.1.2基坑支护结构极限状态可分为以下两类：1承载能力极限状态:对应于支护结构到达最大承载能力或土体失稳、过大变形造成支护结构或基坑周围环境破坏；2正常使用极限状态：对应于支护结构变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周围环境正常使用功效。基坑支护工程专业知识讲座第27页3.1.6依据承载能力极限状态和正常使用极限状态设计要求，基坑支护应按以下要求进行计算和验算：1基坑支护结构均应进行承载能力极限状态计算，计算内容应包含：1）依据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算；2）基坑支护结构受压、受弯、受剪承载力计算；3）当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。2对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周围环境及支护结构变形进行验算。3地下水控制计算和验算：1）抗渗透稳定性验算；2）基坑底突涌稳定性验算；3）依据支护结构设计要求进行地下水位控制计算。

基坑支护工程专业知识讲座第28页土钉墙设计概念及发展土钉墙支护结构三类破坏形式土钉三个破坏部位和抗拔力控制条件怎样认识计算与设计关系土钉墙概念设计不合理土钉分布形式土钉墙中预应力锚杆合理设计基坑支护工程专业知识讲座第29页概念及发展土钉墙：由土钉加固基坑侧壁土体与护面等组成支护结构。《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）土钉支护属于土体加筋技术（SoilReinforcement）一个，其发展始于上世纪70年代，德国、法国较早地对其进行研究和应用，80年代引入我国，主要用于治理滑坡、隧道支护等大型土木工程中，90年代逐步应用于高层建筑深基坑工程支护，并得到越来越广泛应用。它含有设备简单，易于推广、成本低、速度快、对场地土层适应性强等特点。

基坑支护工程专业知识讲座第30页

实践表明,普通粘性土和粉土,较密实人工填土,非涣散砂土、碎石土对土钉墙稳定有利,而淤泥质土、饱和软土等对土钉墙稳定不利。

适用土类基坑支护工程专业知识讲座第31页

土钉锚杆被动受力主动受力全长受力滑裂面外锚固段锚固力密布,形成重力式挡土墙数量少面层不是主要受力个别墙受力很大长3-10m15-45m浆体直径100(150\200)mm单根受力<100kN400-3000kN(设计荷载)

土钉与锚杆比较土钉与锚杆比较基坑支护工程专业知识讲座第32页土钉墙支护结构破坏形式基坑支护工程专业知识讲座第33页需要强调几个观点：满足整体稳定条件只是土钉墙破坏控制条件之一结构计算和结构强度控制条件是土钉墙计算弱点规程中一些结构要求是针对一些无法用计算伎俩处理控制条件而要求应按照有全部可能实际发生破坏形式建立计算模型和计算控制条件进行设计基坑支护工程专业知识讲座第34页土钉三个破坏部位和抗拔力控制条件基坑支护工程专业知识讲座第35页钉抗拔力三个控制条件基坑支护工程专业知识讲座第36页怎样认识计算与设计关系计算只是对实际受力情况近似模拟任何计算方法都有假定条件和适用条件引发偏差二种原因模型参数基坑支护工程专业知识讲座第37页计算模型影响基坑支护工程专业知识讲座第38页参数影响稳定性分析方法中还有土体抗剪强度参数c、φ值确实定问题。尽管c、φ值能够依据标准试验方法测定，而实际地质勘察汇报上所提供数据往往经过经验修正，在不一样地域又有不一样做法。即使采取了用标准试验方法得出c、φ值，从理论上说也不一定符合分析方法所需，因为不少土体抗剪强度与其受力路径有很大关系，标准试验给出往往是加载过程下强度指标，而支护滑移面上土体却是卸载过程下破坏。土钉支护分步施工过程中及时快速支护对于工程稳定性有极其主要影响，任何拖延支护过程都会损害土体抗剪能力，这在极限平衡分析方法中也往往得不到反应。基坑支护工程专业知识讲座第39页土钉墙概念设计相对于土钉墙支护技术广泛应用，对土钉墙受力机理和计算方法研究不是很成熟，土钉墙设计应采取概念设计与计算相结合方法，概念设计方法是建立在已经有工程经验和工程现场测试结果基础上。

依据已经有土钉支护工程现场测试结果：1.基坑最大位移发生在基坑顶部；2.沿基坑深度范围受力最大土钉在中部；3.单根土钉最大拉力作用点在其长度中部，沿基坑深度方向土钉最大拉力作用点连线形成曲线是潜在最危险滑动面位置。

基坑支护工程专业知识讲座第40页因为基坑最大位移发生在基坑顶部，设计中应增加第一道土钉长度，不过第一道土钉往往位于填土中，土质涣散或含杂物，施工成孔困难，而且各种市政、通讯等管线往往也埋置在这个深度，所以实际设计中应依据实际情况及施工能力选择受力合理且施工可行第一道土钉长度。因为第一道土钉长度往往受到限制，施工中能够在地面上设置一道地锚加以填补，地锚钢筋和面层钢筋有效连接使其成为整体，在基坑发生向坑内水平位移时，面层带动地锚和土钉共同抵抗水平位移。地锚设置应跨越最危险滑动面，不然就失去了地锚存在意义。当设置地锚跨越最危险滑动面时，地锚不但能减小基坑顶部位移，而且能加大基坑整体稳定安全系数。基坑支护工程专业知识讲座第41页实测表明沿基坑深度范围受力最大土钉在中部，所以中部土钉往往决定整体滑动面是否能够形成，实际设计中在施工可行情况下应加长基坑中部土钉，中部土钉长度通常取大于基坑深度，以预防最终滑动面形成。

基坑支护工程专业知识讲座第42页至今尚没有很好理论能很好地预估土钉支护位移，有限元法能模拟分步开挖施工过程、预测边坡变形并计算出土钉内力，但因为计算过程中需要确定较多关于岩土本构模型参数，而且有限元程序相当复杂，普通工程应用不够方便，在实际工程中减小基坑变形办法除了上述设置地锚外，还能够采取以下两种办法：1.降低分层、分段作业深度和长度，尽可能缩短从开挖到支护施工时间间隔；2.采取预应力土钉，经过拧紧土钉端部高强螺栓，对土钉施加一定预应力，预应力土钉在面层处设置一道混凝土腰梁，加强该排土钉横向联络。通常在进行计算时不考虑对预应力土钉施加预应力，只把它看作普通土钉，所施加预应力作为安全贮备和减小基坑变形结构办法。基坑支护工程专业知识讲座第43页不合理土钉长度分布形式基坑支护工程专业知识讲座第44页复合土钉墙复合土钉支护就是把土钉与其它支护形式或施工办法联合应用,在确保支护体系安全稳定同时满足某种特殊工程需要,如限制基坑上部变形、阻止边坡士体内水渗出、处理开挖面自立性或阻止基坑地面隆起等。常见复合土钉支护有三种基础形式:土钉与预应力锚杆、土钉与微型钢管桩、土钉与搅拌桩(止水帷幕)联合应用。基坑支护工程专业知识讲座第45页基坑支护工程专业知识讲座第46页土钉与预应力锚杆联合

当对基坑顶面水平位移和沉降有严格要求时,可在土钉支护中配合使用预应力锚杆。预应力锚杆普通施作在基坑顶部第一、二排,对主动区土体施加初始拉力。适合用于普通地层条件,可满足不一样实际工程需要。基坑支护工程专业知识讲座第47页土钉墙中预应力锚杆合理长度预应力锚杆作用加强土钉墙抗滑能力减小土钉墙位移（通常见在土钉墙上部）增强面层整体性和强度（腰梁）基坑支护工程专业知识讲座第48页预应力锚杆长度计算举例锁定值T0=10