《基础工程》第八章 基坑工程第一节~第二节

8.1概述8.2围护结构型式及适用范围8.3支护结构上的荷载8.4悬壁式围护结构内力分析8.5单锚式围护结构内力分析8.6基坑的稳定验算第八章基坑工程上海“莲花河畔景苑”在建楼房整体倒塌

6月27日6时左右，上海闵行区“莲花河畔小区”一栋在建13层住宅楼整体倒塌。这是建国以来建筑业最令人恐怖的倒楼事件。

直接原因：（1）紧贴7号楼北侧，在短时间内堆土过高，最高处达10米左右；（2）与此同时，紧邻7号楼南侧的地下车库基坑正在开挖，开挖深度4.6米，大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒。

间接原因：

一、土方堆放不当。在未对天然地基进行承载力计算的情况下，建设单位随意指定将开挖土方短时间内集中堆放于7号楼北侧。

二、是开挖基坑违反相关规定。土方开挖单位，在未经监理方同意、未进行有效监测，不具备相应资质的情况下，也没有按照相关技术要求开挖基坑。

三、是监理不到位。监理方对建设方、施工方的违法、违规行为未进行有效处置，对施工现场的事故隐患未及时报告。

四、是管理不到位。建设单位管理混乱，违章指挥，违法指定施工单位，压缩施工工期；总包单位未予以及时制止。

五、是安全措施不到位。施工方对基坑开挖及土方处置未采取专项防护措施。

六、是围护桩施工不规范。施工方未严格按照相关要求组织施工，施工速度快于规定的技术标准要求。两侧压力差产生的水平力超过了桩基的抗侧能力

骇人听闻的上海倒楼事件令土木人蒙羞，开发商、承包商、监理工程师和负有监管职责的政府官员将被钉在土木建设史的耻辱柱上！杭州地铁塌陷事故

2008年11月15日下午，杭州萧山湘湖段地铁施工现场发生塌陷事故。风情大道长达75m的路面坍塌并下陷15m。行驶中的11辆车陷入深坑，数十名地铁施工人员被埋。事故附近的房屋已被全部推倒陷落的车辆被吊起清理塌陷现场

事故造成21人死亡、24人受伤、直接经济损失4961万元，是中国地铁建设史上最惨痛的事故。21名责任人被究责，其中10人被追究刑事责任。事故直接原因：（1）施工单位违规施工、冒险作业、基坑严重超挖；（2）支撑体系存在严重缺陷且钢管支撑架设不及时；（3）垫层未及时浇筑。（4）监测单位施工监测失效，没有采取有效补救措施。环境原因:现场属于淤泥质粘土,含水流失性强;地下水水位较浅，偏软的土层会导致地下土随着水流发生移动，带动地层变形;10月份出现罕见的连续性降雨,使地底沙土流动性进一步加大;工地东面是土质松软的河岸;工地上方风情大道属于主干道,车流量比较大;工地附近,有个撑塌式污水管漏水,长期漏水的管子造成剥离面的润滑性;掘进太深,通道出口少。

8.1概述基坑的概念：指为进行建筑物基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。青岛市2005年12月颁布《深基坑工程管理规定》：

深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。随着城市建设的发展，地下空间在世界各大城市中得到开发利用。如高层建筑地下室、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等。在我国，地铁及高层建筑的兴建，产生了大量的基坑（深基坑）工程。

基坑工程的概念：为保证基坑施工安全和周围环境不受到损害，对基坑进行一系列勘察、设计、施工和检测等工作，这项综合性的工程称为基坑工程。基坑支护的目的（1）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；（2）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；（3）防止地面出现塌陷、坑底发生管涌。基坑工程的基本技术要求（1）安全可靠性；（2）经济合理性；（3）施工便利性和工期保证性。基坑支护的作用：挡土、截水、控制边坡变形①临时性（地下主体结构施工完成，围护结构即完成任务）：设计与施工重视不足,风险较大。②具有很强的区域性：支护体系设计与施工、土方开挖要因地制宜。③建筑趋向高层化,基坑向大而深方向发展。④基坑工程对周围环境（见下页）产生影响，严重时可能危及它们的安全和正常使用。⑤基坑工程是一项综合性很强的系统工程。如勘察工程,地下工程,结构工程,测控工程等学科和技术相互交叉,协调发展。基坑支护的新技术,新方法发展较快,支护结构方案应实现优化设计。基坑工程的特点基坑周边环境：基坑开挖影响范围内的建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体、地下水体等的简称。包括：1）影响范围内的建筑物结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载大小、上部结构现状（年代）。2）基坑周边各类地下设施，如电缆煤气、污水、雨水、热力管线或管道等分布和性状。3）基坑周边和邻近地区地表水和地下水汇流排泻情况、地下水管渗漏情况、对基坑开挖和支护的影响程度。4）四周道路距离、车辆载重等。5）相邻基础施工。6）周边的边坡、河渠及其与基坑关系。7）其他基坑堆载（包括临时材料、车辆、土体、住房等堆载）

基坑工程内容：1、工程勘察（工程概况和业主要求；场地岩土工程条件、环境条件）；2、支护结构方案比较和选型；3、支护结构强度和变形计算；4、基坑稳定性计算；5、抗渗计算；6、制定降水或止水方案；（地下水位比较高）7、挖土方案；（分层开挖，每层的厚度）8、监测方案、环境保护要求。

围护结构的概念：为保证基坑周围的建筑物、构筑物、地下管线不受损坏，以及满足无水施工条件，所设置的挡土、截水和减少周围土体位移的结构称为围护结构。8.2围护结构型式及适用范围1.分类

1）按开挖深度分：开挖深度H≥5m称为深基坑；H＜5m为浅基坑。

2）按开挖方式分：分为放坡开挖和支护开挖两大类。

3）按功能用途分：楼宇基坑、地铁站基坑、市政工程基坑、工业地下厂房基坑等。

4）按安全等级分：《建筑基坑支护技术规程》将基坑支护结构分为三个安全等级（见下表）。

5）按支护结构形式分：支护型——将支护墙（排桩）作为主要受力构件；加固型——充分利用加固土体的强度。一、围护结构型式基坑支护结构设计应根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）表3.1.3选用相应的侧壁安全等级及重要性系数基坑变形的监控值mm

2.常见形式：

1）放坡开挖及简易支护

2）悬臂式围护结构

3）重力式围护结构

4）内撑式围护结构

5）拉锚式围护结构

6）土钉墙围护结构

7）地下连续墙适用条件：1）基坑周边开阔，满足放坡条件；2）基坑周边土体允许有较大位移；3）开挖面以上一定范围内无地下水或已经降水处理；4）可独立或联合使用。不宜使用条件：1）淤泥和流塑土层；2）地下水高于开挖面或未降水处理；一、放坡开挖及简易支护土袋短桩基坑简易支护土袋或块石支护短桩支护边坡允许坡度值（续）※边坡稳定性验算需要进行边坡稳定性验算的情况有以下几种：①坡顶有堆载；②边坡高度与坡度超出上表所列允许值；③存在软弱结构面的倾斜地层；④岩层和主要结构层面的倾斜方向与边坡的开挖面倾斜方向一致，且两者走向的夹角小于45°。注：①土质边坡的稳定分析可用圆弧滑动法进行分析。

②岩质边坡宜按由软弱夹层或结构面控制的可能滑动面进行验算。二、悬臂式围护结构概念：一切没有支撑和锚固的围护结构均可归属为悬臂式围护结构。受力特征：依靠足够的入土深度和结构的抗弯刚度来挡土和控制墙后土体及结构的变形。常采用形式：钢筋混凝土排桩、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等型式。悬臂式围护结构示意图缺点：对开挖深度十分敏感，容易产生大的变形。适用：土质较好、开挖深度较小的基坑工程。排桩支护适于开挖面积大、深度＞6m、不允许放坡、邻近有建(构)筑物的基坑支护

开挖前在基坑周围设置砼灌注桩，桩的排列有间隔式、双排式和连续式，桩顶设置砼连系梁或锚桩、拉杆。施工方便、安全度好、费用低。悬臂桩的间隔式排桩支护挡土灌注桩排桩支护桩顶连系梁又称冠梁悬臂支护桩钢筋砼灌注桩的排列方式北京神华大厦基坑的交错相间排桩支护直径0.6～1.1m的钻孔灌注桩可用于深7～13m的基坑支护，直径0.5～0.8m的沉管灌注桩可用于深度在10m以内的基坑支护,单层地下室常用0.8～1.2m的人工挖孔灌注桩作支护结构。钢板桩支护

当基坑较深、地下水位较高且未施工降水时，采用板桩作为支护结构，既可挡土、防水，还可防止流砂的发生。板桩支撑可分为无锚板桩(悬臂式板桩)和有锚板桩。常用的钢板桩为U型钢板桩，又称拉森钢板桩。U型钢板桩钢板桩水上围堰三、重力式围护结构主要为水泥土重力围护结构，通常由水泥搅拌桩组成。常采用形式：水泥土和它包围的天然土形成了重力挡土墙，可以维持土体稳定。适用：较浅的、基坑周边场地较宽裕的、对变形控制要求不高的基坑工程。

受力特征：利用墙体或格构自身的稳定挡土与止水。四、内撑式围护结构结构特征：由挡土结构和支撑结构两部分组成；挡土形式：密排钢筋混凝土桩和地下连续墙；支撑结构：有水平支撑和斜支撑两种；适用范围：各种土层和基坑深度。钢管内支撑

钢管支撑一般采用Φ609钢管,用不同壁厚适应不同的荷载.钢管支撑的形式为对撑或角撑,对撑的间距较大时,可设置腹杆形成桁架式支撑钢管内支撑的地面拼装大型深基坑的挡墙＋钢管内支撑支护地铁车站的多道钢管对撑支护大型深基坑的钢管角撑挡墙的腰梁内支撑下的基础工程施工就地制作钢筋砼内支撑内支撑下挖桩间土方格构式立柱

平面尺寸大的内支撑应在交点处设置立柱,立柱宜为格构式柱,以免影响底板穿筋,立柱下端插入工程桩内≮2m,否则应设置专用的桩基础钢筋混凝土支撑五、拉锚式围护结构结构组成：挡土结构和锚固结构；挡土结构：钢板桩、灌注桩排桩、地下连续墙等；拉锚结构：锚杆和地面拉锚；适用范围：砂土或粘土地基。（提供锚杆较大的锚固力，软粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力）

桩顶不设锚桩、拉杆,而是挖至一定深度,每隔一定距离向桩背面斜向打入锚杆,达到强度后,安上横撑,拉紧固定,在桩中间挖土,直至设计深度冠梁悬臂支护桩锚杆及横撑适于大型较深基坑,施工期较长,邻近有建筑物,不允许支护、邻近地基不允许有下沉位移时使用挡土灌注桩与土层锚杆结合支护框架梁+锚杆土层锚杆：由设置于钻孔内、端部深入稳定土层中的钢筋、钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体。锚杆支护

适于较硬土层或破碎岩石中开挖较大较深基坑，邻近有建筑物须保证边坡稳定时采用

是在未开挖的土层立壁上钻孔至设计深度，孔内放入拉杆，灌入水泥砂浆与土层结合成抗拉力强的锚杆，锚杆一端固定在坑壁结构上，另一端锚固在土层中，将立壁土体侧压力传至深部的稳定土层七、土钉墙围护结构对于二、三级基坑工程，可直接采用土钉墙进行支护，土钉支护适用于水位较低的粘土、砂土和粉土，基坑深度，一般在12m以下。

概念：由被加固土、土体中的土钉（螺纹钢筋、型钢等）及附着于坡面厚度约80～100mm的配筋喷射混凝土面板组成，形成类似重力式的挡土墙。土土钉支护的原理：土钉孔内注浆，与土体形成粘结力和摩擦力。当土体发生位移时，通过粘聚力和摩擦力使土钉受拉施工步骤：遵循从上到下分步开挖的原则，即边开挖边支护土钉墙支护

天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉(亦称砂浆锚杆)并与喷射砼面板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙,以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。

⑴开挖工作面：土钉支护应自上而下分段分层进行，分层深度视土层情况而定，工作面宽度不宜＜6m，纵向长度不宜＜l0m。土钉支护施工工艺人工洛阳铲成孔冲击式钢管成孔土层锚杆钻机成孔

⑵喷射第一层砼：为防止土体松弛和崩解，须尽快做第一层喷射砼，厚度不宜＜40～50mm。喷射砼水泥用量≮400kg/m3。

⑶土钉成孔：土钉成孔直径70～120mm、向下倾角15～200，成孔方法和工艺由承包商根据土层条件、设备和经验而定。喷射第一层砼

⑷安设土钉、注浆：土钉有单杆和多杆之分，单杆多为Φ22～32mm的粗螺纹钢筋，多杆一般为2～4根Φ16mm钢筋。采用灰浆泵注浆，土钉注浆可不加压。

⑸挂钢筋网、喷射砼面层：钢筋网通常直径Φ6～10、间距200～300mm，与土钉连接牢固。钢筋与第一层喷射砼的间隙≮20mm。设置双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被覆盖后铺设。砼面板厚度50～100mm。挂钢筋网喷射第一层砼面板喷射第一层砼面板进入下一层土钉支护安设土钉、注浆适用条件：岩土条件较好；基坑周边土体允许有较大位移；已经降水处理或止水处理的岩土；开挖深度不宜大于12m。地下水位以上为粘土、粉质粘土、粉土和砂土；不宜使用条件：土层为富含地下水的岩土层、含水砂土层、且未降水处理膨胀土等特殊土层；基坑周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等；逆作法：在深基坑工程排桩支护结构中，排桩的桩型通常有钻孔桩和人工挖孔桩基坑围护结构按照所用材料其结构形式为（）。A．木桩B．钢桩C．混凝土桩D．碎石桩

适用条件：地下水位以上或降水后的粘土、粉土、杂填土及非松散砂土、碎石土。

结构特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成；

受力特征：由土钉构成支撑体系，喷锚混凝土面板构成挡土体系；土钉锚管

土钉墙面板喷护土钉及喷射混凝土面层八、组合型支护土钉与桩-锚复合支护各种围护结构的适用范围深基坑支护结构构成支护结构挡土部分支撑部分透水挡土结构止水挡土结构自立式桩、墙锚拉支护土层锚杆水平支撑、斜撑环梁支护系统地下连续墙深层搅拌桩、墙深层搅拌桩+灌注桩密排桩+高压喷射桩钢板桩闭合拱圈墙H型钢、工字钢+插板疏排灌注桩+钢丝网水泥抹面密排灌注桩、预制桩双排桩挡土连拱式灌注桩土钉墙地下连续墙定义：

用专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。成槽方法：主要有冲击法、冲击—回转法、抓斗直接成槽法、冲抓法、多头钻成槽法等。

中国第一座地下连续墙，1958年青岛月子口水库建成的桩排式防渗墙。迄今我国各地已建成70多坐防渗墙，其中大部分为槽板式防渗墙。

地下连续墙的成槽深度在50m以内，墙宽与墙体常用