土力学与地基基础课件学习情境九-设计基坑与地下连续墙工程

目录1设计基坑工程2设计地下连续墙学习单元1设计基坑工程设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计（一）有支护的基坑工程

有支护的基坑工程一般包括维护结构、支撑体系、土方开挖、降水工程、地基加固、现场监测和环境保护工程。有支护的基坑工程还可以分为无支撑维护和有支撑维护。

1）无支撑维护开挖适用于开挖深度较浅、地质条件较好、周围环境保护要求较低的基坑工程，具有施工方便、工期短等特点。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计2）有支撑维护开挖适用于地层软弱、周围环境复杂、环境保护要求较高的深基坑开挖，但开挖机械的施工活动空间受限，支撑布置需要考虑适应主体工程施工，换拆支撑施工较复杂。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计（二）无支护放坡基坑工程

无支护放坡基坑开挖是在空旷施工场地环境下的一种常见的基坑开挖方法，一般包括降水工程、土方开挖、地基加固及土坡坡面保护。放坡开挖深度通常限于3～6m，如果大于这一深度，则必须采取分段开挖，分段之间应设置平台，平台宽度为2～3m。当挖土通过不同土层时，可根据土层情况改变放坡的坡率及平台宽度。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计（一）基坑工程设计的内容

1)支护结构体系的方案和技术经济比较；

2)支护体系的稳定性验算；

3)支护结构的承载力、稳定和变形计算；

4)地下水控制设计；

5)对周边环境影响的控制设计；

6)基坑土方开挖方案；

7)基坑工程的监测要求。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计（二）基坑工程设计应具备的资料

1)岩土工程勘察报告；

2)建筑物总平面图、用地红线图；

3)建筑物地下结构设计资料，以及桩基础或地基处理设计资料；

4)基坑环境调查报告，包括基坑周边建(构)筑物、地下设施及地下交通工程等的相关资料。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计（三）基坑设计的要求1.安全可靠性

确保基坑工程安全及周围环境安全。2.经济合理性

基坑支护工程在安全可靠的前提下，要从工期设备材料人工及周围环境保护等多方面综合研究经济合理性。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计3.施工便利性和工期保证性

在安全可靠性和经济性能满足的前提下，最大限度满足便利施工和尽量缩短工期的要求。基坑工程按支护工程损坏造成破坏的严重性程度，根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—2012)规定，可分为三级，各自的重要性系数见表9-1。

1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计（四）基坑工程的设计依据

在基坑工程设计的前期工作中，应对基坑内的主体工程设计、场地地质条件、周边环境、施工条件、设计规范等进行研究和收集，以全面掌握设计依据。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计（一）支撑结构类型

深基坑支护体系由围护墙和土层锚杆两部分组成。在基坑工程中，基坑结构是承受围护墙所传递土压力的结构体系。作用在围护墙上的土体水平压力、水的压力通过支撑可以有效传递和平衡，也可以由坑外设置的土锚维持其平衡，还能减少支护结构的位移。内支撑可以直接平衡坑内两端维护墙上所受的侧压力，具有构造简单、传力明确等特点。土锚设置在围护墙的背后，为挖土和结构施工创造空间，有利于提高施工效率。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计（二）支撑体系的结构形式1单跨压杆式支撑

当基坑平面呈窄长条状，短边的长度不大时，所用的支撑杆件在该长度下的极限承载力尚能满足支护系统的需要，则采用这种形式具有受力明确、设计简洁、施工安装方便灵活等优点，如图9-1(a)所示。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计2.多跨压杆式支撑

当基坑平面尺寸较大，所用支撑杆件在基坑短边长度下的极限承载力尚不满足支护系统要求时，就需要在支撑杆件中部加设若干支点，在水平支撑杆上加设垂直支点，组成多跨压杆式的支撑系统。这种形式的支撑受力也较明确，施工安装较单跨压杆式要复杂，如图9-1(b)所示。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计1基坑支撑方案设计地下水的控制

图9-1支撑结构示意图(a)单跨压杆式支撑；(b)多跨压杆式支撑设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计（三）支撑体系的布置

在工程实际中，支撑体系的布置设计通常应考虑以下要求：

1)能够因地制宜并合理选定支撑材料和支撑体系布置形式，使其综合技术经济指标得以优化。

2)支撑体系受力明确，充分协调发挥各杆件的力学性能，安全可靠，经济合理，能够在稳定性和控制变形方面满足对周围环境保护的设计标准要求。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计3)支撑体系布置能在安全可靠的前提下，最大限度地满足土方开挖和主体结构的快速施工要求。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计工程中常用的支撑体系的布置形式如图9-2所示。1基坑支撑方案设计地下水的控制

图9-2常用支撑体系的布置形式(a)平面交叉式(单层或多层)支撑；(b)井字式支撑；(c)角(斜)撑式支撑；(d)周边桁架；(e)圆形环梁；(f)水平压杆支撑；(g)圆拱形支撑；(h)斜向支撑；(i)中心岛式开挖及支撑；(j)逆作法；(k)锚杆；(l)拉锚(锚破)设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计（一）地下水控制的要求

基坑工程地下水控制应防止基坑开挖过程及使用期间的管涌、流砂、坑底突涌及与地下水有关的坑外地层过度沉降。地下水控制设计应满足下列要求：

1)地下工程施工期间，地下水位控制在基坑面以下0.5～1.5m；

2)满足坑底突涌验算要求；

3)满足坑底和侧壁抗渗流稳定的要求；1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计4)控制坑外地面沉降量及沉降差，保证邻近建(构)筑物及地下管线的正常使用。（二）地下水控制的内容

1)基坑降水系统设计应包括下列内容：

（1）确定降水井的布置、井数、井深、井距、井径、单井出水量；

（2）疏干井和减压井过滤管的构造设计；1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计

（3）人工滤层的设置要求；

（4）排水管路系统。2)验算坑底土层的渗流稳定性及抗承压水突涌的稳定性。

3)计算基坑降水域内各典型部位的最终稳定水位及水位降深随时间的变化。

4)计算降水引起的对邻近建(构)筑物及地下设施产生的沉降。

5)回灌井的设置及回灌系统设计。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计6)渗流作用对支护结构内力及变形的影响。

7)降水施工、运营、基坑安全监测要求，除对周边环境的监测外，还应包括对水位和水中微细颗粒含量的监测要求。（三）隔水帷幕的设计隔水帷幕设计应符合下列规定：

1)采用地下连续墙或隔水帷幕隔离地下水，隔离帷幕渗透系数宜小于1.0×10－4m竖向截水帷幕深度应插入下卧不透水层，其插入深度应满足抗渗流稳定的要求。1基坑支撑方案设计地下水的控制设计基坑工程基坑工程的分类基坑工程的设计

2)对封闭式隔水帷幕，在基坑开挖前应进行坑内抽水试验，并通过坑内外的观测井观察水位变化、抽水量变化等确认帷幕的止水效果和质量。

3)当隔水帷幕不能有效切断基坑深部承压含水层时，可在承压含水层中设置减压井，通过设计计算，控制承压含水层的减压水头，按需减压，确保坑底土不发生突涌。对承压水进行减压控制时，因降水减压引起的坑外地面沉降不得超过环境控制要求的地面变形允许值。1基坑支撑方案设计地下水的控制学习单元2设计地下连续墙设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件

地下连续墙，按其填筑的材料分为土质墙、钢筋混凝土墙、预制钢筋混凝土板和现浇混凝土的组合或预制钢筋混凝土墙板和自凝水泥膨润土泥浆的组合墙；按成墙方式分为桩排式(由钻孔灌注桩并排连接形成)、壁板式(采用专用设备，利用泥浆护壁在地下开挖深槽，水下浇筑混凝土所形成)和桩壁组合式(将桩排式和壁板式地下连续墙组合起来使用的连续墙)；按其用途可分为临时挡土墙、防渗墙、用作主体结构兼作临时挡土墙的地下连续墙。2地下连续墙的设计地下连续墙的施工设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件在部分施工环境下，地下连续墙支护具有明显的优越性。其优点如下：

1)可以减少工程施工对环境的影响。施工时振动少，噪声低，能够紧邻相邻的建筑物及地下管线施工，对沉降及变位较易控制。2地下连续墙的设计地下连续墙的施工设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件

2)地下连续墙的墙体高度大，整体性好，结构和地基的变形都较小，既可用于超深维护结构，也可用于主体结构。

3)地下连续墙为整体连续结构，加上现浇墙壁厚度一般不小于600mm，钢筋保护层较大，耐久性好，抗渗性也较好。

4)可实行逆作法施工，有利于施工安全，加快施工进度，降低造价。2地下连续墙的设计地下连续墙的施工设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件除以上优点外，地下连续墙还具有以下缺点：

1)弃土及废泥浆的处理。除增加工程费用外，若处理不当，会造成新的环境污染。

2)地质条件和施工的适应性。地下连续墙最适应的地层为软塑、可塑的黏性土层。当地层条件复杂时，还会增加施工难度和工程造价。2地下连续墙的设计地下连续墙的施工设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件3)槽壁坍塌。地下水位急剧上升，护壁泥浆液面急剧下降、有软弱疏松或砂性夹层、泥浆的性质不当或已变质，施工管理不当等，都可引起槽壁坍塌。槽壁坍塌，轻则引起槽壁混凝土超方和结构尺寸超出允许界限，重则引起相邻地面沉降、坍塌，危害邻近建筑物或地下管线的安全。4)其造价比钻孔灌注桩和深层搅拌桩昂贵。2地下连续墙的设计地下连续墙的施工设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件

地下连续墙是用特殊的挖槽设备在地下构筑的连续墙体，常用于挡土、截水、防渗及承重等。地下连续墙在城市建设和公共交通的发展领域，高层建筑、重型厂房、大型地下设施和地铁、桥梁等工程领域广泛使用。地下连续墙在基础工程中的适用条件如下：

1)基坑深度不少于10m；

2)软土地基或砂土地基；2地下连续墙的设计地下连续墙的施工设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件3)在密集建筑群中施工基坑，对周围地面沉降、建筑物沉降要求须严格限制时，宜用地下连续墙；

4)维护结构与主体结构相结合，作为主体结构的一部分，对抗渗有较严格的要求时，宜采用地下连续墙；

5)采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。2地下连续墙的设计地下连续墙的施工设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件

用专门挖槽机开挖狭而深的基槽，在槽内分段浇筑而成的钢筋混凝土墙即为地下连续墙。这种墙可作为挡土墙、防渗墙及高层建筑地下室的外墙。施工时，先修导墙，采用泥浆护壁、槽内挖土，放钢筋笼，浇筑混凝土，后成墙，依次进行下一槽段的施工。墙身完成后再进行墙内基坑挖土，继续完成基础结构及上部结构的施工。地下连续墙的结构设计应考虑以下两种情况：2地下连续墙的设计地下连续墙的施工设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件1)作挡土结构用时，墙承受土压力、水压力的挡土墙结构计算，应考虑在施工不同阶段，墙两侧压力的变化情况。

2)作主体承重结构用时，施工阶段按挡土墙结构计算，也要进行墙身在各种荷载作用下的强度计算及墙底地基强度验算。2地下连续墙的设计地下连续墙的施工设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件

地下连续墙的施工需要经过以下几个工艺过程，即导墙、成槽、放接头管、吊放钢筋笼、浇筑水下混凝土及拔接头管成墙等，如图9-3所示。2地下连续墙的设计地下连续墙的施工

图9-3地下连续墙施工顺序(a)挖导沟、筑导墙；(b)挖槽；(c)吊放接头管；(d)吊放钢筋笼；(e)浇灌水下混凝土；(f)拔出接头管成墙设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件（一）导墙

修筑导墙是地下连续墙施工的第一道工序，以此保证开挖槽段竖直作导向，并防止机械上下运行时碰坏槽壁。导墙位于地下连续墙的墙面线两侧。导墙的施工，通常采用在现场开挖导沟，现场浇筑混凝土。（二）槽段开挖

槽段开挖宽度及内外导墙之间的间距。施工时，沿地下连续墙长度分段开挖槽孔。2地下连续墙的设计地下连续墙的施工设计地下连续墙地下连续墙的分类及特点地下连续墙的适用条件（三）制备泥浆

泥浆以膨润土或细粒在现场加水搅拌而成，用以平衡侧向地下水压力和土压力，保持槽壁不致坍塌，并起到携渣、防渗作用。泥浆液面应保持高出地下水位0.5～1.0m