项目6基坑工程

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1、项目6 基坑工程,项目6 基坑工程,【项目概述】,建筑物或构筑物地下部分施工前需开挖基坑，为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周围环境不受损害，要进行支护、降水和开挖，并进行相应的勘察、设计、施工和监测等工作，这项综合性的工程就称为基坑工程。 国外在深基坑工程方面的研究比较早，技术比较成熟。而我国在这方面的研究起步较晚，一直存在着施工技术领先于设计理论的情况。20世纪90年代以来，基坑工程的设计理论和施工技术日益进步，不但涌现出多种符合我国国情的适用的基坑支护方法，而且使得基坑工程的设计理论、计算方法也得到了不断的改进，施工工艺得到了长足进步。,项目6 基坑工程,【项目目标】,项目6 基坑工程

2、,6.1 概述,基坑的开挖方式可分为放坡开挖和支护开挖两大类。放坡开挖施工方便，工期短且较经济，在空旷地区应优先采用。但在建筑物稠密的地区施工时，基坑周围往往没有足够的放坡区域，这时就需要采用支护开挖。无论采用哪一种开挖方式，基坑工程通常都应满足以下三个方面的要求： 1.保证基坑的稳定性，包括基坑整体稳定性、坑底抗隆起和抗渗流稳定性； 2.基坑周围的地面沉降和水平位移应控制在允许范围内，以保证相邻的建筑物、构筑物和地下管线不受损害； 3.采取必要的降水或截水措施，以保证地下工程的施工作业面在地下水位以上。,6.1.1 基坑支护结构的概念,基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑

3、侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。为了在基坑支护工程中做到技术先进，经济合理，确保基坑放坡、基坑周边建筑物道路和地下设施的安全，应综合场地工程地质与水文地质条件、地下室的要求、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境和周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素，因地制宜的选择合理的支护结构形式。,项目6 基坑工程,6.1 概述,6.1.2基坑工程特点,基坑工程是一项综合性很强的系统工程，其内容包括勘察、支护结构设计、施工、监测和周围环境保护等。基坑工程具有如下的特点：,1.设计理论不完善。,2.技术综合性强,3.基坑支护结构属于临时性结构,4.与自然条件及环境条件密切相关,5. 与施工方案密

4、切相关,项目6 基坑工程,6.2 常用支护结构类型及选择,基坑支护结构型式主要有以下几类：,1.放坡开挖及简易支护结构 当地基土性较好，基坑开挖深度不大施工场地条件允许时可采用放坡开挖。为了增加基坑边坡的稳定性，可在坡脚采用换装砂土、堆砌块石等简易围护措施。但挖填土方量太大致使工期长、费用高时，则不宜采用放坡开挖。,图片文字不清,项目6 基坑工程,6.2 常用支护结构类型及选择,2.悬臂式支护结构。 悬臂式(自立式)挡墙不设置支撑或锚杆，完全依靠挡墙的嵌固深度维持其自身的稳定。如右图所示，其型式有板桩墙、排挤墙和地下连续墙。悬臂式挡墙的截和弯矩与水平位移会随着悬臂长度的增加而迅速增大，因此这种

5、开挖方式适用于开挖深度不大(一般在6m以内)、对挡墙水平位移控制要求不严的基坑。,3.重力式支护结构 重力式挡墙是依靠其自重来抵抗土压力、维持自身的稳定性，其型式主要有挖孔填料式挡墙和水泥土挡墙。如右图所示。这类挡墙形式简单、施工方便、造价经济，适用于基坑边缘有一定宽度的施工场地、开挖深度较小(一般在6m以内)、对周围环境保护要求不高的基坑支护。,项目6 基坑工程,6.2 常用支护结构类型及选择,水泥土重力式围护墙的破坏形式主要有以下几种： (1) 由于墙体入土深度不够，或由于墙底土体太软弱，抗剪强度不够等原因，导致墙体及附近土体整体滑移破坏，基底土体隆起。如图（a）；,（2）由于墙体后侧发生

6、挤土施工、基坑边堆载、重型施工机械作用等引起墙后土压力增加、或者由于墙体抗倾覆稳定性不够，导致墙体倾覆，如图（b）； （3）由于墙前被动区土体强度较低、设计抗滑稳定性不够，导致墙体变形过大或整体刚性移动。设计墙体抗压强度、抗剪强度或抗拉强度不够，或者由于施工质量达不到设计要求时，导致墙体压、剪或拉等破坏如图（c）（d）。,项目6 基坑工程,6.2 常用支护结构类型及选择,4.内撑式支护结构。 内撑式挡墙是在基坑内设置一层或数层钢或钢筋混凝土支撑，以减小挡墙的内力和位移。挡墙常采用板桩、排桩或地下连续墙。支撑型式有水平支撑和竖向斜支撑两大类如图6.6所示。内撑体系采用现浇钢筋混凝土杆件、钢管或型

7、钢等。因内撑体系刚度好、变形小，可用于各类土层的基坑工程中。目前在工程中应用的地下连续墙的结构形式主要有壁板式、T型和形地下连续墙、格形地下连续墙、预应力或非预应力U形折板地下连续墙等几种形式。,(1)板式又可分为直线壁板式,(2) T型,(3) 格形地下连续墙,(4)应力或非预应力U形折板地下连续墙,注意行距,项目6 基坑工程,6.2 常用支护结构类型及选择,5.锚杆式支护结构,锚杆式挡墙和锚杆（包括地面拉锚）两部分组成。适用范围与内撑式相似，其特点是不占用坑内空间，方便土方开挖和结构施工，但锚杆的设置需要周围环境允许。当软土层较厚而不足为锚杆提供足够的锚固力时，宜采用内撑式挡墙支护。,锚杆

8、是将受拉杆件的一端（锚固段）固定在稳定地层中，另一端与工程构筑物相联结，用以承受由于土压力、水压力等施加于建筑物的推力，从而利用地层的锚固力以维持构筑物的稳定。锚杆外露于地面的一端用锚头固定。一种情况是锚头直接附着结构上并满足结构的稳定；另一种情况通过梁板、格构或其他部件将锚头施加的应力传递于更为广阔的岩土体面。岩土锚固通过埋设在地层中的锚杆，将结构物与地层紧紧地联系在一起，依赖锚杆与周围地层体的稳定。,与其它支护形式相比，锚杆支护具有以下特点： （1） 提供开阔的施工空间，极大地方便土方开挖和主体结构施工，锚杆施工机械及设备的作业空间不大，适合各种地形及场地。 （2）对岩土体的扰动小，在地层

9、开挖后，能立即提供抗力，且可施加预应力，控制变形发展。 （3）锚杆的作用部位、方向、间距、密度和施工时间可以根据需要灵活调整。 （4）用锚杆代替钢或钢筋混凝土支撑，可以节省大量钢材，减少土方开挖量，改善施工条件，尤其对于面积很大、支撑布置困难的基坑。 （5）锚杆的抗拔能力可通过实验来确定，可保证设计有足够的安全度。,项目6 基坑工程,6.2 常用支护结构类型及选择,6.土钉围护结构,土钉围护结构（土钉墙）是由被加固土、设置于原位土体中的土钉(螺纹钢筋、型钢等)及附着于坡面厚度约80100mm的配筋喷射混凝土面板组成，形成类似重力式墙的挡土墙，以抵抗墙后土压力等荷载，使边坡维持稳定。土钉墙施工设

10、备简单，施工速度快，工程造价低，对环境干扰小，适宜在地下水位以上高度小于12m的基坑边坡围护工程中采用，不适宜在含水丰富的粉细砂、砂砾石层，淤泥质土、淤泥及其他饱和软土层中采用。,主要类型有：,（1）土钉墙+预应力锚杆,（2）土钉墙+止水帷幕,（3）土钉墙+微型桩,（4）土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆,（5）土钉墙+微型桩+预应力锚杆,（6）土钉墙搅拌桩+微型桩,（7）土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆,项目6 基坑工程,6.2 常用支护结构类型及选择,7.水泥土深层搅拌桩挡墙 国内常用深层搅拌法形成重力式挡墙。一般形成格栅状。这类挡土结构的优点是不设支撑，不渗水，并且只需水泥，不要钢材，造价

11、低，但为了保持稳定，一般宽度很大。在日本一般采用SMW工法(SoilMixed wall)，这种方法是在单排搅拌桩内插入H型钢，再配以支撑系统，从而达到既挡土又挡水的目的。如门架式支护结构、拱式组合型支护结构、加筋水泥土支护结构、沉井支护结构等。,8.其他支护结构 如门架式支护结构、拱式组合型支护结构、加筋水泥土支护结构、沉井支护结构等。,项目6 基坑工程,6.3基坑支护结构的计算与设计,早在20世纪40年代Terzaghi和Peck等学者就对基坑开挖的稳定性和支撑的内力等进行了研究并提出了计算方法。20世纪50年代，Bjerrum等又分析了基坑坑底的隆起。20世纪80年代，我国开始出现一些较

12、深的基坑，在上海软土地区出现两层地下室，开挖深度8m左右。基坑多采用钢板桩支护，计算多采用等值梁法、弹性曲线法等简单的方法。,进入20世纪90年代，我国的高层和超高层建筑进入迅速发展的新阶段，工程实践的增多，促进了基坑工程学科的发展，支护结构的形式逐渐多样化。例如，水泥土深层搅拌桩、钻孔灌注桩、挖孔桩、土钉墙和地下连续墙等应用在不同条件的基坑工程中。在计算理论和计算技术方面提高更快，有限元法和计算机的应用，大大提高了计算精度和速度。我国在1999年制定了国家行业标准JGJ1201999建筑基抗支护技术规程。这些法规的出现，将能进一步提高基坑工程的设计和施工水平。,6.3.1基坑工程设计所需资料

13、及设计内容,基坑支护作为一个结构体系，应要满足稳定和变形的要求，即通常规范所说的两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。,项目6 基坑工程,6.3基坑支护结构的计算与设计,基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支护产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。因而，作为设计的计算理论，不但要能计算支护结构的稳定问题，还应计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。,基坑工程设计是应用勘察资料进行支护结构、降水、土方开挖方案、监测和环境保护方案等的设计，基坑工程的设计与施工密切相关，施工工艺、施工顺序、支撑形

14、成与拆除等都会影响计算结果。因此，详细了解各个施工工况对正确进行支护设计十分重要。,在进行基坑工程设计之前，应收集下列资料：岩土工程勘察报告；邻近建筑物和地下设施的类型及分布图；用地界限及红线图、邻近地下管线图、建筑总平面图、地下结构平面和剖面图等。 基坑工程的设计内容： 1.支护体系的方案比较和选型； 2.支护结构的强度和变形计算； 3.基坑稳定性验算； 4.围护墙的抗渗计算； 5.降水方案； 6.挖土方案； 7.监测方案与环境保护要求。,项目6 基坑工程,6.3基坑支护结构的计算与设计,6.3.2 土压力计算,挡土墙上的土压力有三种：（1）静止土压力；（2）主动土压力；（3）被动土压力。

15、朗肯土压力理论是朗肯于1857年提出的，它是假定挡土墙为刚性体，墙背直立、光滑，墙后的土体表面水平且无限延伸，这时墙背和土体内的任意水平面均为主平面，而且在这两个平面上的剪应力为零。作用在该平面上的法向应力即为主应力。朗肯根据墙后土体处于极限平衡状态，应用极限平衡条件，推导出了主动土压力和被动土压力计算公式。 朗肯土压力理论因为没有考虑墙背摩擦力，计算的主动土压力偏小，而被动土压力偏大。,6.3.3 支护结构设计,项目6 基坑工程,6.3基坑支护结构的计算与设计,6.3.3 支护结构设计,深基坑支护结构的设计与计算一般采用“荷载结构”的定量计算与分析方法。以桩、墙式支护结构为例，其设计计算方法

16、主要有极限平衡法、土抗力法和有限单元法。,1.极限平衡法 极限平衡法是目前工程设计人员最常用的方法，其要点是假定作用在支护结构前后的土压力分别达到被动和主动土压力极限，采用经典土力学理论计算出土压力，在此基础上再做某些力学上的简化，把超静定的结构力学问题简化为静定问题求解。等值梁法、静力平衡法、太沙基法和二分之一分割法等部属于此类方法，国内采用较多的是等值梁法和静力平衡法。此类方法难以反映参数变异性对围护结构稳定性的影响。,2.土抗力法 土抗力法又称“地基反力法”、“弹性抗力法”或“竖向弹性地基梁的基床系数法”等。它针对常规设计方法中支护结构内侧被动土压力计算中的问题提出了改进。引用横向抗力的概念，将外侧主动土压力作为水平荷载施加在支护结构上，用弹性地基梁法计算支护结构的变形和内力。内侧土体对支护结构的水平土压力用弹性抗力系数模拟。弹性抗力法除了对被动土压力做了少许修改外，对于常规方法中出现的其他问题并没有解决。另外，计算与实际情况符合与否取决于基床系数的选取，具有很强的经验性。,项目6 基坑工程,6.3基坑支护结构的计算与设计,6.3.3 支护结构设计,3