深基坑支护设计.ppt

1、深基坑支护设计,段仲沅 南华大学岩土工程系 20110901,第1章 绪论 1.1基本概念与特点,一、与基坑工程有关的一些基本概念： 1基坑：为进行建筑物（构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下的空间。（地下室、地下车库、地铁车站等） 2基坑工程：为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周边环境不受损害而采取的支护结构、降水止水、土方开挖和回填等工程的简称。包括勘察、设计、施工、监测等。 3基坑侧壁：构成基坑周边土体主动变形的一侧。 4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

2、、基础荷载大小、上部结构现状。 2）基坑周边各类地下设施，如自来水、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泄情况、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）,1.1基本概念与特点,5基坑支护：为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周边环境安全，对基坑侧壁和周边环境采样的支挡、加固和保护措施。 6排桩：以某种桩型按照队列式排列布置形成的基坑支护结构。 7桩锚支护：排桩、圈梁、锚杆、腰梁、桩间护

3、壁结构等组成的基坑支护结构。 8水泥土墙：有水泥土桩相互搭接形成格珊、壁状等的重力式挡土结构。 9地下连续墙：机械施工成槽，浇灌钢筋混凝土形成的地下墙体。 10土钉支护（土钉墙）：采用土钉加固的基坑侧壁土体与面层等一起组成的加固结构。（包括：土钉、土钉范围内被加固土体、面层等三部分） 11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。 12支撑体系：由围檩、支撑（或锚杆）、立柱等结构组成的用于支撑基坑侧壁的结构体系。 13冠梁（圈梁）：设置在支护结构顶部的钢筋混凝土连续梁。 14腰梁：设置在支护结构顶部以下，传递支护结构、锚杆或内支撑支点力的钢筋混凝土梁

4、或钢梁。 15支点：锚杆或内支撑对支护结构的水平约束点。 16支点刚度系数：锚杆或内支撑对支护结构的水平反作用力与其位移的比值。 17组合式支护结构：由排桩、地下连续墙、土钉墙、重力式挡土墙、放坡等多种支护结构组合在一起形成的支护结构。,1.1基本概念与特点,18嵌固深度：排桩结构在基坑坑底以下的埋置深度。 19嵌固深度设计值：根据基坑侧壁安全等级和支护结构验算条件确定的支护结构嵌入深度的设计值。 20地下水控制：为保证支护结构施工、挖土、地下室施工和基坑周边环境安全而采取的排水、降水、截水或回灌措施。 21截水帷幕：用于阻截或减少基坑侧壁基坑地下水流入基坑而采用的连续止水体（包括悬挂式、落底

5、式、全封闭式） 22人工降水：人为降低基坑及周边一定范围内的地下水位。 23信息施工法：根据施工现场的地质情况和监测数据，对地质结论、设计参数进行验证，对施工安全性进行判断并及时修改施工方案的施工方法。 24动态设计法：根据信息施工法和现场勘察反馈资料，对地质结论、设计参数、设计方案进行再验证，如果确认与原设计条件变化较大，及时补充、修改原设计的设计方法。 25逆作法：自上而下分阶段开挖于支护的一种施工方法。,1.1基本概念与特点,二特点： 1建筑趋向高层化，基坑深度越大； 2基坑开挖面积大，给支撑系统带来较大难度； 3软土基坑位移、沉降大，影响周边环境；工程地质条件越来越差，尤其是沿海地区，

6、填海、填湖、淤泥、泥潭、沼泽等，地质条件十分复杂。 4深基坑施工周期长、场地狭窄、降雨、重物堆放对基坑稳定不利； 5施工方法越来越多，各显神通。周边环境条件越来越复杂，四周建筑物、市政设施越来越密，不仅要保证自身稳定，也不能殃及池鱼。 6相邻场地施工，如打桩、降水、挖土、基础浇筑混凝土等工序会相互影响制约，增加协调工作难度。 7工程事故时有出现，成功率低，条件好，出现问题，条件差地区也出现问题。 三基本功能： 1提供地下工程安全施工的空间； 2保证主体工程地基和桩基的安全； 3保证周边环境安全：包括相邻地铁、隧道、管线、建筑物、构筑物、地下洞室、地下公用设施等等。,1.1基本概念与特点,四基坑

7、工程发展： 1古老传统课题 2综合性的岩土工程问题：涉及土力学强度、稳定、变形问题；涉及土与支护结构相互作用的问题，随着土力学理论、测试技术、计算技术、施工机械、施工技术的发展而发展。 3发展： 1）Terzaghi和Peck在20世纪40年代就提出预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的中应力法； 2）Bjerrum和Eide50年代提出基坑隆起的分析方法； 3）60年代奥斯陆和墨西哥城软粘土基坑开始使用仪器监测；并逐步使用，信息化施工技术完善。 4）70 年代开始制定指导开挖的法规； 5）我国70年代之前的基坑较浅，如上海，一般小于4m；80年代基坑开始大量增加。90年代开始制定法规。逆作法施工技

8、术使用。 6）由于周边环境越来越复杂，环境保护越来越受到重视，预估变形方法有待发展，现在有赖于有限元等现代分析方法和土工参数的正确选用；单纯常规室内试验不足以满足要求，开始把室内试验、现场测试、监测结果结合，能获得较为满意的结果。,1.1基本概念与特点,4基坑支护手段的发展： 1）20世纪70年代以前，为传统方法阶段； 放坡、 桩（挖孔桩、钻孔桩、预制桩、搅拌桩，圆形为主，异型也有）、板（槽钢钢板、工字钢板、钢混板）、墙（地下连续墙）、管（钢管、钢混管）、撑（钢支撑、木支撑、沙袋堆撑）、沉井。 2）70年代以来为改良方法阶段； 桩锚、板锚、墙锚、管锚、撑锚等，另外支撑出现圆形或与椭圆形的钢混支

9、撑结构。 3）稍晚出现主动支护技术 土钉支护、注浆、冻结； 逆作法施工技术、信息化施工技术。,1.1基本概念与特点,5围护结构分类： 1）放坡开挖和简易支护； 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）土钉支护； 7）其他：门架式、拱式、沉井和（椭）圆形墙、加筋水泥土、冻结法、,1.2基坑等级与重要性系数,一基坑等级： 一般根据基坑环境、破坏后果、基坑深度、工程地质和地下水条件等划分。各地规范划分标准不一。 基坑侧壁安全等级和重要性系数o（JGJ120-99）,注：有特殊要求的基坑侧壁安全等级根据具体情况确定。,基坑工程安全等级划分（JGJ72

10、-2004）,高层建筑岩土工程勘察规范 （JGJ 72-2004）基坑等级确定说明： 1基坑环境条件：指临近既有建（构）筑物、管线、道路的重要性、邻近程度、荷载大小、基础类型和埋深、变形控制要求等； 2破坏后果：包括对本工程或周边环境的破坏后果； 3工程地质条件复杂程度：按照侧壁软土、砂土层的性质和厚度衡量； 4地下水位低：指地下水位低于基坑深度；,基坑等级,各地方和行业规范有各自的规定，可参照使用。例： 广州地区建筑基坑支护技术规定（GBJ02-98）基坑侧壁安全等级,基坑等级,上海市基坑工程设计规程（DBJ08-61-97）基坑等级,基坑位于： 地铁、隧道等大型地下设施安全保护区范围内；

11、城市生命线工程； 对位移有特殊要求的精密仪器使用场所； 等建筑物附近的基坑工程按照市府有关文件和规定执行。 多为一级。,1.3基坑工程勘察,一般与主体工程勘察合并进行，也可在主体工程勘察后，对基坑支护需要的重点项目补充勘察。 一勘探点的设置： 1勘察范围：根据岩土工程条件和开挖深度确定。 一般基坑外13倍基坑深度H内均匀布置勘探点；无法布孔时，要调查清楚；软土范围要扩大。 2勘探深度：满足支护结构设计和降水要求。 坑底以下深度不小于基坑深度H的若干倍。广州与湖北为2倍；上海为2.5倍；或进入中风化或微风化岩层一定深度。 有软土和降水需要，钻孔要穿透软土层和含水层，进入底部相对硬土层或隔水层一定

12、深度。 基坑深度内遇到基岩，一般孔进入微风化岩层微13m；控制孔还需超过基坑底部深度13m。控制孔为勘探点数的1/3以上，且每边不少于2个控制孔。 3勘探点间距： 一般1530m。遇到暗浜、暗塘、填土和软土等的厚度变化很大时、基岩面起伏很大、结构面、岩溶发育等地质情况复杂时，加密钻孔。 每个剖面不少于3个勘探点。,1.3基坑工程勘察,二目的和任务： （一）岩质基坑： 调查为主，以钻探、物探、原位测试、室内试验为辅。基坑施工时应进行施工地质工作。主要内容为： 1岩石坚硬程度； 2岩石完整程度； 3岩石风化程度； 4主要结构面（尤其是外倾结构面）的力学性质、产状、延伸长度、结合程度、充填物状态、组

13、合关系、充水状况、与临空面的关系等 5坡体含水状况。 （二）土质基坑 1基坑勘察前委托方应该提供的资料：（详见基坑环境条件概念） 1）邻近建（构）筑物的结构类型、层数、基础类型和埋深、持力层、上部结构现状和要求。 2）周边各类地下管线和地下工程情况； 3）周边地表水汇集、排泄以及地下管网分布及渗漏情况； 4）周边道路等级、荷载等情况。,1.3基坑工程勘察,2任务： 1）查明基坑周边环境条件； 2）查明地层结构与成因类型、岩土层性质，尤其是软土、砂土、其他特殊岩土的分布、产状和性质； 3）查明地下水类型、埋藏条件、水位、渗透性，提供基坑治水有关资料； 4）提供有关岩土层的物理力学指标及基坑支护设

14、计施工所需的有关参数； 5）在取得有关勘察资料的基础上，针对基坑特点，提出建议： A分析地层结构和岩土物理力学性质指标，提出基坑地质模型和破坏模式； B分析地层结构和岩土物理力学性质指标，提出设计施工所需参数和支护结构选型； C地下水控制方法和参数； D监测项目； E应注意问题和防治措施。,1.3基坑工程勘察,三测试参数： 1岩土常规物理力学试验指标； 2固结快剪C、； 3室内和原位测试的渗透系数k； 4三轴固结不排水Ccu、cu； 5可能还需测试土体变形模量、土体水平抗力系数的比例系数m； 6特殊情况下的特殊测试。,1.4基坑开挖和支护分类,一开挖分类与内容：,有支护开挖,无支护开挖,围护结

15、构,支撑体系,降水工程,土方开挖,地基加固和坡面保护,监测,环境保护,降水工程,土方开挖,地基加固和坡面保护,监测,环境保护,1.4基坑开挖和支护分类,二常见支护方法适用范围和条件： 尊重各地规范和成熟经验。例如： 建筑基坑支护技术规程（JGJ129-99）,二常见支护方法适用范围,广州地区建筑基坑致富技术规定（GJB02-98）： 1放坡： 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；,二常见支护方法特点与适用范

16、围,2土钉墙： 适用条件： 1）岩土条件较好； 2）基坑周边土体允许有较大位移； 3）已经降水处理或止水处理的岩土； 4）开挖深度不宜大于12m。 5）地下水位以上为粘土、粉质粘土、粉土和砂土； 不宜使用条件： 1）土层为富含地下水的岩土层、含水砂土层、且未降水处理 2）膨胀土等特殊土层； 3）基坑周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等；,二常见支护方法特点与适用范围,3水泥土墙： 适用条件： 1）基坑开挖深度不宜大于7m，基坑周边土体允许有较大位移 2）填土、可塑流塑粘性土、粉土、粉细砂、松散的中粗砂； 3）坡顶超载不大于20kpa。 不宜使用条件： 1）周边无足够施工场地； 2）基

17、坑周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等； 3）墙深度范围内存在富含有机质的淤泥；,二常见支护方法特点与适用范围,4排桩： 适用条件 悬臂：基坑深度不宜大于8m。 桩锚：1）场地狭小且需要深开挖； 2）周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等； 3）基坑边壁有锚杆设置地下空间； 内撑：1）场地狭小且需要深开挖； 2）周边有更严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等； 3）基坑周边不允许施工锚杆。 不宜使用条件： 悬臂：周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等。 桩锚：1）基坑周边不允许施工锚杆； 2）锚固段只能锚固在淤泥或土质较差的软土层中。 （实践中也可以运用） 内撑：,

18、二常见支护方法特点与适用范围,5地下连续墙： 适用条件： 适用于严格止水要求以及各类复杂土层的支护工程；适用于任何周边复杂环境的基坑支护工程。 不宜使用条件： 悬臂式地下连续墙：周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等，不宜使用。 地下连续墙与锚杆联合使用时：下列情况不宜使用。 1）基坑周边不允许施工锚杆； 2）锚固段只能锚固在淤泥或土质较差的软土层中。,三、支护方案选择参考,常见基坑支护方案选用经验 王曙光深基坑支护事故处理经验录，机械工业出版社，,四支护方案优化流程,优化步骤： 1场地工程地质、水文地质、环境条件分析、工期、设备等； 2支护方案选型，确定合理支护形式； 3方法优选，方

19、案具体细节优化； 4最终优化方案。,无支护开挖,上部放坡，下部土钉支护,土钉支护,上部放坡，下部桩支护 上部土钉，下部桩支护,单、双排悬臂桩、水泥土墙,锚杆加桩、墙,内支撑加地下连续墙（或密排桩） 逆作法施工,上部放坡，下部桩锚 上部土钉，下部桩锚 土钉加预应力锚杆,支护设计方案优选流程,变形控制不严格,变形控制严格,其他优化经验： 1利用基坑空间效应，拐角1/31/5基坑边长内，适当减少桩长与配筋； 2（*尤其是拐角）设置斜撑、角撑； 3双排桩和单排桩混合布置。基坑侧壁中间双排，拐角单排； 4圈梁、腰梁合二为一。 5增大圈梁尺寸。 设计方法优化： 锚、撑点位置、桩直径与桩间距、锚杆倾角等优化

20、。,1.5基坑设计基本要求,一基坑工程内容与流程：,基坑工程,基坑勘察与调查,委托勘察单位,工程地质 水文地质勘察,环境条件调查,基坑开挖和支护 方案的建议,是否降、截水 降、截水方案,勘察报告,基坑开挖、支护、降水等技术方案 及工期、造价的比较,施工招标,勘察,基坑开挖、支护、降水等技术方案 及工期、造价的比较,开挖 方法,监测 方法,支护 方法,降水 方法,可能事故 预测与防治,对环境 的影响,工期,造价,基坑深度超过7m时 应经专家委员会 审批,初定方案,确定施工单位,N,Y,支护结构设计、降止水设计,支护结构设计、降止水、 监测设计,设计单位,基坑开挖、支护、降止水 的施工组织设计,基

21、坑开挖、支护、降止水 等工程的实施,可能险情的 应急处理,施工单位,监测,基坑封底、基础施工,验收,Y,N,回填、支护结构回收,基础工程竣工,基础工程施工总结,上部结构施工,1.5基坑设计基本要求,二基坑设计原则和极限状态： （一）总原则： 1安全可靠：满足支护结构本身强度、稳定性、变形要求。 2经济合理：在安全可靠的前提下，从工期、造价、材料、设备、人工、环境 保护综合分析确定具有明显技术经济效益的方案。 3施工便利并保证工期：在安全可靠、经济合理的前提下，最大限度的满足方便施工（例如：合理的支撑布置、便于挖土施工等），缩短工期。 4信息化设计和施工。 （二）一般原则： 1重视基本理论的指导

22、作用； 2设计要全面，避免漏项，考虑最不利的工况； 3做好基坑工程总体方案的选择； 4做好地下水和地表水的控制； 5软土地区重视“时空效应“，精心安排挖土和施工方案； 6认真做好监测、预测，及时反馈和采取合理措施； 7认真研究地方规范和经验。重大工程专家论证。,1.5基坑设计基本要求,（三）极限状态分类： 1承载能力极限状态：支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致 支护结构和周边环境破坏。 2正常使用极限状态：支护结构的变形妨碍地下结构施工， 或者影响周边环境的正常使用功能。 支护结构均应进行承载能力极限状态的设计计算， 一级基坑和对变形有限定的二级基坑，还要进行支护结构和周边环境的

23、变形计算。,1.5基坑设计基本要求,三设计内容： （一）基坑设计前应收集的资料： 1基坑勘察报告（包括水文气象条件等） 2邻近建筑物和地下设施的类型、分布、结构特征、基础类新和埋深、对变形要求等 3本工程有关的资料：用地界线和红线图、邻近地下管线土、建筑总平面图、 地下结构平面图和剖面图、拟建建筑物基础类型以及是否先期施工等等 4基坑开挖和支护期间是否有相邻施工，其方法、施工工艺、与本基坑工程的相互影响。 5工期、质量、经济等方面的业主要求。,1.5基坑设计基本要求,（二）设计内容： 1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

24、基坑稳定性计算； 5抗渗计算； 6降水或止水方案； 7挖土方案； 8监测方案、环境保护要求。,1.6基坑施工1.6.1基坑组织设计,一施工组织设计： 指导拟建工程进行施工准备和组织实施施工的基本技术经济文件。 其任务是对具体拟建工程的施工准备工作和整个的施工工程，在人力和物力、时间和空间、技术和组织上，作出一个合理全面，符合好、快、省、安全要求的计划安排。 二要求： 1严格按照设计、有关规范进行施工；尤其是强制性条文、地方法规、业主要求，这很关键。 2施工组织设计（即施工方案）应根据支护结构形式、地下结构、开挖深度、地质条件、周边环境、工期、气候和地表荷载、现有人员、设备、材料等编制； 3开挖

25、顺序、方法与设计工况一致，遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层（段）开挖、严禁超挖”的原则。,1.6.1基坑组织设计,三施工组织设计内容： 1基坑工程概况 2施工部署和管理目标； 3施工方案； 4施工进度计划； 5资源使用计划； 6施工平面图； 7工期、质量、进度控制与保证措施； 8文明、安全施工、冬雨期、及环境保护措施； 9信息化施工措施； 10主要技术经济指标。,施工组织设计内容,（一）基坑工程概况：1支护结构概况与特点，与基坑工程相关的地下结构及工程结构特点，主要工程量和概算。 2施工条件：包括地区自然条件、地形、气候、场地环境条件、基坑周边环境、场地工程地质、水文地质条件、地下障碍物情况及交

26、通情况。 （二）施工部署和管理目标： 1施工准备：包括劳动力准备、施工机具准备、材料、半成品和周转材料准备等。 2管理组织机构：工人班组和管理人员组织。 3管理目标：质量目标、进度目标、安全管理目标、经济目标等。 （三）施工方案： 1施工顺序及施工起点流向，一般包括常规施工和逆作法。 2各主要施工工序的施工方法。 3基坑支护工程中的关键技术问题和技术难点三处理和质量要求。,施工组织设计内容,（四）施工进度计划： 包括个分项工程的开、竣工顺序和交叉搭结施工时间的安排、人力物力的平衡、用进度表的形式控制施工时间和进度。 （五）资源使用计划： 1劳动力需求量表（工人、技术人员、管理人员、后勤等等）；

27、 2施工机械设备需求量表（型号、数量、动力、用途等等）； 3材料和半成品需计划表（数量、质量、规格、品种、储运等等）； （六）施工平面图： 包括施工所需的临时设施和施工机具、材料堆场的空间布局，可同整个地下结构部分施工统一布置。 主要内容应包括：垂直运输布置、材料和半成品的堆场布置、道路和水电线路等管线布置，估算施工用水电量。,施工组织设计内容,（七）质量控制与保证措施： 1建筑材料的质量控制标准、检验制度、保管方法及使用要求； 2各个工序、工种的质量控制标准、检验制度和要点； 3成品保护； 4可能出现的质量问题和防治措施。 （八）文明、安全施工及环境保护措施： 1文明施工和环境保护措施：包括

28、施工噪音控制、废浆废渣清运、基坑垃圾处理、施工灰尘控制、不明物体处理、施工工艺本身的不良效应的控制（如挤土效应、降水等）等； 2安全施工措施：包括场地清理、材料堆放、施工设备机具何用电用水的检查、维修与保养、安全培训、管理和持证上岗、场地警示牌、具体施工环节的安全事项等等； 3冬期、雨期施工安全技术；,施工组织设计内容,（九）信息化施工措施： 1进度控制及保证措施； 2安全控制及保证措施； 3风险预测及事故抢险计划措施； 4开挖监测及配合监测工作的保证措施与信息反馈系统； 5特殊工艺的有关专业措施等。,补充自学材料一：基坑工程施工知识,1.6.2基坑施工方案,一施工方案： 单位工程或分部（分项

29、）工程中某施工方法的分析，是对施工实施过程中所耗用的劳动力、材料、机械、费用以及工期等在合理组织条件下，进行技术经济分析，力求采用新技术，从中选择最优施工方法即最优方案。对于工程项目中的一些施工难点和关键分部、分项工程，经常编制专门的施工方案。 因此，施工方案有包含在施工组织设计里，以及独立编制两种。 二施工方案内容： 建设工程项目管理规范（GB/T50326-2001） 1施工流向和施工顺序； 2施工阶段划分； 3施工方法和设备选择； 4安全施工设计； 5环境保护内容及方法。,1.6.2基坑施工方案,三分项工程单独编制施工方案内容： 1编制依据； 2分项工程概况和施工条件： 说明分项工程的具

30、体情况，选择本方案的优点、因素以及方案施工前应具备的作业条件。 3施工总体安排： 包括施工准备、劳动力计划、材料计划、人员安排、施工时间、现场布置及流水段的划分。 4施工方法工艺流程、施工顺序、四新项目详细介绍。可以附图表直观说明，必要时设计计算。 5质量标准： 阐明主控项目、一般项目和允许偏差项目的具体根据和要求，注明检测方法和工具。 6质量管理要点和控制措施： 分析分项工程的要点和难点，制定针对性的施工和控制措施及成品保护措施。 7安全、文明、环境保护措施； 8其他。,1.6.3基坑施工方案和组织设计的关系,一整体和局部关系 二指导和被指导关系 三两者的区别：,1.7基坑常见问题,一目前基

31、坑工程中常见问题存在环节： 1勘察：不勘察或不准确；破坏模式选择不当。 2设计： 1）对地质资料要了解清楚（包括流砂、管涌、暗沟、洞穴、承压水等等、软土和特殊土分布、产状和特征） 例如上海饱和砂土和地下防空洞，洞穴存在使桩达不到设计长度，砂土易产生流砂，影响周边民房，产生裂缝，常用高压注浆、旋喷桩、灌黄砂、干水泥等措施并加快施工进度。 2）查明周边各类建筑物、地下管线的特征和使用要求； 3）选择合适围护结构和支撑系统。 坑内加固、井字形支撑加脚撑、圆形和椭圆形钢混封闭框架支撑、钢混支撑需要养护，拆除需要爆破，逐渐被钢结构支撑代替。,1.7基坑常见问题,3施工与管理： 施工质量问题、超挖问题、施

32、工管理问题。例如： 1）支撑结构不合理，施工质量差；如：钢管支撑支点数量少、焊接不牢、使用多年的钢管变形大、变薄等。 2）超挖：没做到“开槽支撑、先撑后挖、分层（段）开挖、严禁超挖”， 不支护就开挖 支护结构未达到要求的强度就开挖 未分层分段开挖而一挖到底等等 3）多家施工方管理协调不力； 4）层层分包，偷工减料； 4监测和应急处理： 监测取消、监测减少、数据分析不认真、分析水平不高，不及时分析发现问题并及时反馈； 应急措施不及时、不果断、不到位。,1.7基坑常见问题,一目前基坑工程中常见问题： 1支护结构选型不当 2实际主动土压力值大于设计值，土压力计算模式与地区经验不符合。或者破坏模式比较

33、特殊，应该计算滑坡推力，综合考虑滑坡推力和土压力等 1）雨季、涨潮、地下水管渗漏等使地下水位上升，粘聚力和内摩擦角下降基坑侧土压力增大，引起破坏； 2）场地顶部堆放建筑材料、挖出的土方堆放；超载引起变形和破坏； 3）违规作业：如挖土机离基坑太近，并且反铲挖土，侧压力和变形加大； 3防水、排水、降水措施不力： 1）时间跨度大，不做坡顶排水沟和挡水墙，不做坡顶护面和坡面防护，轻者冲刷桩间土，重者结构破坏。 2）高水位地区未做止水帷幕，基坑降水漏斗范围内沉降破坏； 3）周边地下管线年久失修，可能破坏渗漏，没有提前处理； 4）止水帷幕设计未考虑地质条件和不同开挖深度，采用同一长度止水帷幕，并且未穿透砂

34、土层。,地下水渗漏，土质下降，侧压力增加,地表堆载,1.7基坑常见问题,4锚杆失效： 1）锚杆位置不当，位置过低或抗力不足，引起大的变形； 2）锚杆长度不够，不能阻挡基坑整体滑移； 3）锚固力下降：地面水下渗、水管渗漏、地下水位上升等，使地下水位上升，粘聚力和内摩擦角下降，锚固力下降； 4）地基土的冻胀，锚固力下降； 5）相邻施工的机械振动和挤土效应使孔隙水压力上升，有效应力下降，砂土液化，粘土触变，锚固力下降； 6）锚头锁定失效和腰梁失效，锚固力下降或者丧失； 5支撑结构不合理： 1）首道支撑位置太低，引起支护结构顶部变形过大； 2）支撑间距太稀，受力大而产生弯曲变形甚至断裂； 3）支撑支点

35、数少，连接不牢靠，支撑杆件下挠，产生弯曲变形而失去支撑作用； 4）基坑尺寸大，钢管支撑，压弯变形，支护结构位移；,1.7基坑常见问题,6基坑土体稳定性不足： 1）支护结构插入深度不够，Ep不够； 2）饱和粉细砂降水引起管涌河流砂； 3）坑底承压水造成基坑突涌。 7淤泥地基触变： 1）饱和淤泥和软土采用捶击法施工挤土桩，造成挤土效应而变形或破坏； 2）饱和淤泥和软土未采用降水，挖土和运土引起扰动，变形和破坏。 8设计不合理，安全储备过小： 1）破坏模式选择不当；因此侧压力计算不准确； 2）为节约过大折减主动土压力，减少配筋，当土质不利时，变形过大或者破坏； 3）设计人员缺乏经验，许多经验措施，如

36、圈梁、护面等忽略，埋下隐患。,1.7基坑常见问题,9施工管理水平低、施工质量差： 1）未监测、少监测或监测技术落后或者不合理； 2）监测数据分析不够，不能及时预警和采取合理正确的措施； 3）施工时随意变更设计，不按照设计和规范施工； 4）偷工减料，施工质量差，强度达不到要求，止水帷幕不起作用； 5）施工环节协调不力：桩和锚杆强度未达要求就开挖；超挖、一次挖到底等。 10勘察结果不准确或未进行基坑勘察，破坏模式判别不准确，参数取值不准确。,补充自学材料：基坑常见事故及其预防措施,第2章 支护结构荷载2.1库仑土压力,一库仑主动土压力 二库仑被动土压力 库仑土压力计算见土力学地基基础和边坡工程。

37、库仑主动土压力大小一般比较准确； 库仑被动土压力一般因基坑底部达不到被动极限状态，结果偏大； 有些设计人员设计时，主动土压力采取库仑土压力，被动土压力采取朗金被动土压力。,2.2朗金土压力,一朗金主动土压力 二朗金被动土压力 朗金土压力计算见土力学地基基础 朗金主动土压力大小一般稍偏大，偏于安全； 朗金被动土压力结果偏小。 注意各地规范关于水土分算或者水土合算的规定。,2.3建设部基坑规范土压力 2.3.1水平荷载标准值,一有关基本规定： 1JGJ120-99首选各地经验土压力，没有经验时，才按照该规范计算土压力。 2水平荷载标准值相当于主动水土压力，水平抗力标准值相当于被动水土压力。 3计算

38、土压力时，C、设计值采用三轴固结不排水剪切试验指标Ccu、cu 。具有可靠经验时，可采用直剪固结快剪指标。 4JGJ120-99坡顶局部超载 应力扩散角为45度。 5 C、标准值的取值： 按照勘察报告确定。 一些设计人员采用等效内摩擦角计算土压力，即将粘聚力C的贡献叠加在内摩擦角上，将内摩擦角增大，计算土压力时不再考虑粘聚力，C=0。,应力扩散角的取值不同规范 或教材可能不一样， 如边坡坡规范：取45+/2,2.3.1水平荷载标准值,6超载垂直应力的简化考虑： 1）坡顶均布荷载： 直接按照均布荷载大小考虑。 2）坡顶局部荷载： 应力扩散角为45度。作用范围见图 右图中，坡顶局部超载大小 为q0

39、，作用宽度为BC宽，即b 按照45度扩散原则， FA=FB=a FA段和E点以下的土体不考虑 坡顶局部超载的作用 该荷载作用范围为AE段。 计算垂直荷载时，大小因为 应力扩散，其值变小： q= (q0b)/(b+2a),A,B,C,D,450,450,450,E,坑底,q0,q,b,F,a,2.3.1水平荷载标准值,当基坑边壁的局部荷载有一定埋深时，如浅基础，上式中 q0取基底附加压力，作用范围相应下移一个基础埋深d，见下图。,q0,a,b,q,450,450,a,A,F,坑底,d,2.3.1水平荷载标准值,基坑上部放坡时，超载的考虑： 1）从上部边坡坡脚处开始，按照45度扩散至支护结构上，

40、上部边坡视为超载，大小为q0， 2）BC间不受超载影响 B点标高处计算超载引起的垂直应力时取零 3）A点以下计算超载引起的垂直应力时 取q=q0， 4）AB之间线性分布。 AB之间标高垂直应力为： q=(x/b) q0 式中： x为计算点低于B点的长度，0 xb。,q0,q0,A,B,C,D,E,F,450,450,b,x,b,上部放坡,坑底,2.3.1水平荷载标准值,二砂土和碎石土水平荷载标准值的计算：,地下水位以下的砂土因为水压力的缘故，坑底以下水平荷载标准值可能不是矩形分布。,坑底,hwa,2.3.1水平荷载标准值,二粉土和粘性土水平荷载标准值的计算：,三基坑外侧土体竖向应力标准值的计算

41、：,2.3.2基坑内侧水平抗力标准值,hwp,坑底,hi,(1/3)hi,hi,a,b,hzi,hi,(1/2)hi,三角形分布,梯形分布,矩形分布,2.3.3常用地表荷载的处理方法,一地表集中荷载折算成均布超载： 高大钊：深基坑工程第二版，机械工业出版社，2002 1繁重的起重机械： 距离支护结构1.5m内，按照60KPa取值；距离支护结构1.5m3m内，按照40KPa取值； 2轻型公路： 按照5KPa取值； 3重型公路： 按照10KPa取值； 4铁道： 按照20KPa取值；,2.3.3常用地表荷载的处理方法,二高层建筑均布荷载取值： 机械工业部设计研究院：多层与高层建筑结构设计技术规定，1

42、993.9,2.3.4水平荷载标准值计算实例,h= 8m，hwa=2m，hwp=1m，L=16m。坡顶局部超载qo=20kPa，宽度3m，距离基坑边壁1m。 粘性土，厚度3m，=18kN/m3；C=12kPa；=120 砂土，厚度8m， =20kN/m3；C=0；=320 粘性土=19kN/m3；C=15kPa；=180 局部超载作用范围为 地表以下AB范围 即地表下1m至6m范围 q=203/(3+21)=12kPa Ka1=0.66，（ Ka1）1/2=0.81， Ka2=0.31 Ka3=0.53 ，（ Ka3）1/2=0.73， Kp1=3.25 Kp2=1.89 ，（ Kp2）1/2

43、=1.38，,qo=20kPa,2m,3m,11m,粘性土,砂土,粘性土,坑底,1m,3m,1m,A,B,砂土,粘性土,8m,16m,3m,8m,2.3.3水平荷载、抗力标准值计算实例,一土压力强度零点深度： 1不考虑超载： 2 考虑超载： 二水平荷载标准值计算： 三水平抗力标准值的计算： 见黑板详细计算过程。 本题如果用朗金公式计算，要求水土分算，怎么计算作业,2.4渗流状态下水土压力计算,一简化方法：,净水压力图。净水压力单独作用在主动区。 计算土压力时，地下水位以下取浮重度，被动区和主动区不再单独计算水压力。,坑底,Pw,hw：主动区和被动区的水位差,Pw=whw Pw：最大水压力强度,

44、2.4渗流状态下水土压力计算,二考虑渗流效用的基坑支护结构水土压力的计算： （一）基坑支护结构水流效应：有利和不利。 1主动区水压力减小，被动区水压力增大。 2主动区有效土压力增大，被动区有效土压力减小。 3可用贴支护结构面流线的水力坡降作为破裂土体内的流线的水力坡降。主动区渗流力GD=wi，方向垂直向下.被动区渗流力方向向上。 计算主动区的水土压力时，主动区地下水位以上土体的重度取,地下水位以下土体的重度取（+wi）, ； 计算被动区的水土压力时，被动区地下水位以上土体的重度取, 地下水位以下土体的重度取（-wi）, ； （二）利用水流连续原理求各层土的水力坡降和水头损失。 1水流连续原理某

45、一流线上各段的流速相等。 V=k1i1=k2i2=k3i3=.=kiii 各层土的水力坡度和其渗透系数成反比。,2.4渗流状态下水土压力计算,2在水位差H作用下，各层土的水头损失：hiii Hi=hiii=H 3各分层深度处水土总压力： 1）主动土压力强度：有效自重应力+渗流力之和代替有效自重应力。 2）被动土压力强度：等于该点的有效自重应力与渗流力之差代替有效自重应力。 3）总的主动、被动土压力求和可得。 （三）水流连续原理求水土压力实例： 1 水下土层渗透系数之比 K2：K3：K4=4：8：60= 1：2：15 2 水力坡降关系：与K成反比 i2=15i4， i3=7.5i4， 3 利用h

46、iii=H求水下土层的水力坡降: 2.5i2+9i3+7i4+7i4+3i3=8.5 求出：i2=0.9 i3=0.45 i4=0.06,填土,粉细砂,细砂,K2=410-4cm/s,K3=810-4cm/s,K4=610-3cm/s,1.5m,6.0m,3.0m,7.0m,2.5m,10m,粘性土,2.4渗流状态下水土压力计算,4利用朗金公式求主动区土压力：,2.4渗流状态下水土压力计算,5利用朗金公式求被动区土压力： 考虑到被动区破裂带宽度比主动区破裂带宽度大，一些学者如龚晓楠等，认为被动区土层的水力坡降为主动区相应土层水力坡降的（0.750.8）倍。再考虑安全因素，取被动区土层的水力坡降

47、ii*=0.85ii，,2.4渗流状态下水土压力计算,6求基坑支护结构的净水压力：,2.5动用土压力计算（土压力的调整）,一提高的主动土压力： 动用的主动土压力介于静止土压力和主动土压力之间，宜按照场地工程条件选用。 变形有严格限制的建筑物或地下管线位于区时，采用Ko计算土压力；位于区时，采用(Ko+Ka）/2计算土压力。,h,0.5h,h,坑底,区采用Ko 区采用 0.5(Ko+Ka),建筑物,地下管线,2.5动用土压力计算（土压力的调整）,二降低的被动土压力： 一般来说，支护结构墙体在被动区不允许达到被动极限状态，被动土压力也达不到极限值。降低的被动土压力可以用极限状态时的被动土压力系数K

48、p乘以一个折减系数Cp计算。 方法一： Cp=0.50.8，结合经验确定。 方法二：利用位移计算折减系数,2.5动用土压力计算（土压力的调整）,三板式支护结构被动土压力增大系数Cp： 考虑到板式支护结构与被动区土体之间的摩擦贡献，可以将被动区的被动土压力系数乘以一个放大系数：,JGJ120-99不考虑,2.6土岩基坑或二元结构基坑支护作用力,建筑基坑工程技术规范YB9258-97 1根据具体基坑边坡二元地层结构特征，按照岩体土层分界或者软土硬土层分界面计算滑坡推力；滑坡推力计算方法见边坡工程学； 2如果基坑支护结构处滑坡推力小于或等于0，则计算土层的水平荷载和抗力； 3如果基坑支护结构处滑坡推

49、力大于0，作用在支护结构上的荷载取该滑坡推力加上土层的水平荷载。 即：滑坡推力+水土压力 讨论：这样做合理吗？ 4土岩二元结构基坑边坡，基坑各边地质条件不一样，按照各自具体特征分别计算处理。应该首先考虑水平推力的不对称性和整体稳定性。 另外，对于坑底以下岩石的侧向抗力，有人按照岩体等效内摩擦角（见勘察报告或者边坡规范）计算三角形分布的被动土压力；也有人按照矩形分布，取岩体的承载力特征值作为抗力。 坑底以上的岩石不再考虑主动土压力，只考虑土层的土压力和滑坡推力。,岩 体 或 坚 硬 土 层,土压力,滑坡推力,土体或软土层滑块,建立正确的地质模型和可能的多个基坑破坏模式非常重要。 基坑破坏模式，不

50、一定只包括土层内部朗金公式所提出的破坏模式。这与基坑侧壁地质模型和岩土层工程性质、地表或浅部荷载特征（尤其是应力集中部位首先破坏）、地下管道水和化粪池渗漏软化土体而破坏、地下水渗流效应、侧壁地下工程特征等有关。,注意地层（尤其是软土）倾角、厚度变化。,注意软土分布和产状变化,软土,第3章 悬臂式支护结构3.1悬臂式支护结构的设计步骤,本节主要讲述悬臂式钢筋混凝土支护结构的设计 设计内容包括：桩径、桩距、入土深度、桩身配筋、圈梁配筋、变形计算、稳定性验算等。 步骤如下： 一桩径、桩距：按照经验取值。 桩径D0.6m； 有地下水时，桩中心距（1.21.5）D，砂土和软土取小值。粘性土取大值； 无地

51、下水、降水或者土质较好时，桩中心距（22.5）D； 对于确定的按经验配筋的桩，其抗弯弯矩可计算，为Mc，根据每米单宽土压力可计算出桩身最大弯矩及设计值M，则桩中心距可取Mc/ M。,排桩支护经验参数,一般当基坑深度h12m时，灌注桩直径D =0.60.8m或稍大；h12m时，灌注桩直径D =0.81.2m。,支撑参数经验值（锚杆层数可参照支撑道数）,锚杆位置要低于基坑边壁中相邻建筑物的浅基础底部。,嵌固深度hdoh 广州地区悬臂桩和单支点排桩嵌固深度经验系数表,3.1悬臂式支护结构的设计步骤,二计算土压力：按照经验土压力或实测土压力、或规范法计算土压力。 三入土深度核算：土体分层多时，要假设一

52、个经验入土嵌固深度试算。均质土可以直接计算嵌固深度。 hpEpi-1.2ohaEai0 四最大弯矩计算：先确定剪力为零点，该点以上所有主动、被动土压力对该点求力矩之差。（主动、被动土压力的力矩方向不同），求出弯矩设计值。 五桩身配筋：按照桩身最大弯矩配筋。 六圈梁配筋： 圈梁高度一般为桩直径的0.50.8倍，且0.4m；宽度桩的直径。桩的主筋锚固于圈梁，锚固长度不小于30倍主筋直径。焊接接头分散布置，同一截面接头数不得超过钢筋数的一半。 圈梁配筋一般采用构造配筋，一般符合最小配筋率要求，经验值为（0.50.8）As。As为桩身主筋配筋总面积。 当圈梁兼作腰梁时，按照腰梁受力，以最大弯矩按照钢筋

53、混凝土梁计算配筋。 七变形估算： 有限元法或者弹性地基梁法。一般只能用软件计算。实践中悬臂式排桩只能用于变形控制不严的基坑周边环境。变形靠监测来控制。,3.1悬臂式支护结构的设计步骤,3.2悬臂式支护结构的桩身配筋,一桩身配筋基本要求： 1桩身均匀配筋基本要求： 最小配筋率大于0.42%； 主筋保护层厚度大于5mm； 箍筋直径68mm，螺纹状，间距200300mm；加强筋直径大于等于12mm，间距23m； 钢筋笼距离孔底一般200500mm； 主筋之间的间距大于（1.21.5）dmax， dmax为混凝土粗骨料的最大直径。实践中，一般要求主筋间距尽可能大于10cm。 均匀配筋时，主筋至少616

54、 2桩身不均匀配筋基本要求： 受拉区主筋实际配置圆心角分别为：2s(n-1)/n； 受压区：2s(m-1)/2m。n和m分别为受拉区和受压区主筋根数。 只配置受拉区主筋时，受拉区主筋最小配筋率大于0. 2%，至少3根；其他范围内应配置构造钢筋，其直径不宜小于受拉区主筋的1/2，且不小于10mm，构造钢筋的环向间距不应大于圆截面的半径和250mm中的小者，且不少于1根。对于大直径（D1m，a=50mm，rs450mm ）基坑支护桩，构造钢筋间距不宜大于250mm。 其他要求同均匀配筋。,3.2悬臂式支护结构的桩身配筋,保护层、桩的半径r、钢筋圆半径rs、实际钢筋分布长度L：,r,rs,保护层a,

55、2s,Ls,Ls,2s,s一般取1/61/3,相对界限受压区圆心角b,可内插,3.2悬臂式支护结构的桩身配筋,二配筋方法： 方法1：均匀配筋-查表法+核算法。 根据计算出来的桩身最大弯矩设计值M ，查表得出配筋，要求表中Mc大于等于计算出来的桩身最大弯矩设计值M 。配筋在第一列中。 刘建航基坑工程手册中国建筑工业出版社，1997，P598602 但是，该表系根据旧版混凝土规范得出，新版混凝土规范中，混凝土和钢筋的设计值与旧版有所差别。 注意桩身混凝土强度参数不能完全照搬混凝土规范取值，应该乘以施工工艺系数：按照现行桩基础规范，施工工艺系数取值如下： 混凝土预制桩：1 干作业非挤土灌注桩（挖孔桩

56、）：0.9 泥浆、套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩：0.8 所以，该表只能参照使用，按照弯矩设计值M查表初步得出一个符合要求的配筋（相当于经验配筋值），然后再按照新版混凝土结构设计规范和下面步骤核算。,3.2悬臂式支护结构的桩身配筋,1计算得出弯矩设计值M后，根据经验选择一个配筋，或者根据弯矩设计值M 查表（刘建航基坑工程手册）得出初步符合要求的配筋。（基于旧规范 下），确定此配筋的As、A以及此配筋在新规范中的fcm、fy； 2求系数K=(fyAs)/(fcmA) 3查刘建航基坑工程手册P598附录一求、 t; 4根据公式计算Mc，如果Mc大于等于弯矩设计值，且最小配筋率、主

57、筋间距 核算都符合要求，则所选的初步配筋符合要求，否则，加大配筋量（不能超 筋）、或桩径、或混凝土等级，重新按照上述步骤24计算，直至符合要求。,5核算最大、最小配筋率、主筋间距是否符合要求。,3.2悬臂式支护结构的桩身配筋,方法2：均匀配筋-简化法。即广州、武汉等基坑规范 求出弯矩设计值M，然后配筋。 步骤： 1求出弯矩设计值M； 2求m=M/(fcm.A.r) 3根据m查表，得； 4求均匀配筋的主筋面积As：As=(fcmA)/fy 5 As=(0.86r/rs) As 6检查均匀配置的主筋As是否符合最小、最大配筋率的要求； 7检查主筋所在圆上主筋间距是否符合大于（1.21.5）dmax的要求。 不符合要求，增大桩径、混凝土等级或钢筋直径（钢筋直径不宜太粗，主筋HRB335钢筋直径大多在2028mm之间），再按照上述步骤计算。 大多数情况下非悬臂式排桩都采用均匀配筋， 方法2和方法3是一些地方规范推荐的配筋方法。,采用,3.2悬臂式支护结构的桩身配筋,方法3：不均匀配筋-简化法。 （一） 受拉单边局部均匀配筋：教材查表简化方法条件： 符合教材查表条件的受拉单边配筋，受拉钢筋对称布置在合力方向两边各45度方向上。 即：s=0.25 ，在求出配筋面积As后，选定钢筋级别（一般选用HRB335）和直径（一