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1、基坑支护设计、施工、检测与监测,杨生贵 中国建筑科学研究院地基基础研究所 2011年11月,地基基础研究所,内容提要,1 基坑支护结构选型及设计要点 2 基坑工程设计、施工中值得关注的一些问题 3 基坑工程的质量检测 4 基坑监测 5 基坑支护设计文件（技术文件）的主要内容 6 国家技术标准中关于基坑工程的强制性条文,END,1 国家行业标准建筑基坑支护技术规程JGJ120现状,国家行业标准建筑基坑支护技术规程JGJ12099（现行版） 国家行业标准建筑基坑支护技术规程 JGJ120（修订版）(报批阶段)主要内容 修订版规程总体框架,JGJ120-99（现行版）,1999年9月1日现在,支挡式
2、支护结构常用形式,悬臂式桩、墙结构 桩、墙锚杆结构 桩、墙内支撑结构 组合结构 双排桩、墙结构（刚架） 逆作法 其他结构,支挡式结构悬臂式,支挡式结构锚拉式,支挡式结构内支撑式,支挡式结构双排桩刚架,支挡式结构支护与主体结构结合及逆作法,（a） （b） （c） 地下连续墙与地下结构外墙结合的形式 （a）单一墙； （b）重合墙； （c）复合墙 1地下连续墙；2主体结构；3楼面结构；4衬垫材料,支挡式结构组合式1,支挡式结构组合式2,支挡式结构选型与布置,应满足主体地下结构的施工要求： 1 基坑侧壁与主体地下结构的净空间和地下水控制应满足主体地下结构及防水的施工要求； 2 采用锚杆时，锚杆的锚头及
3、腰梁不应妨碍地下结构外墙的施工； 3 采用内支撑时，内支撑及腰梁的设置应便于地下结构及防水的施工。 支护结构选型时，应综合考虑下列因素： 1 基坑深度； 2 土的性状及地下水条件； 3 基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构一旦失效可能产生的后果； 4 主体地下结构及其基础形式、基坑平面尺寸及形状； 5 支护结构施工工艺的可行性； 6 施工场地条件及施工季节； 7 经济指标、环保性能和施工工期。,支挡式结构计算、验算内容,荷载计算 结构内力、变形计算 嵌固段土体水平承载力验算（倾覆、滑移、踢脚） 整体滑动稳定性验算 基坑底抗隆起稳定性 挡土构件（钢筋砼护坡桩、型钢护坡桩、地下连续墙等）截面
4、承载力计算 锚杆（土钉）抗拔、受拉承载力计算，腰梁截面承载力计算 支撑构件（钢、钢筋砼）截面承载力计算 渗透稳定性验算 基坑周边环境（建筑物、地下管线、道路等）变形预测,支挡式结构荷载计算,特殊情况下的土压力问题,特殊情况下的土压力问题,挡土构件受力分析,结构分析时考虑锚杆或支撑的设置与拆除,计算示例,内支撑结构受力分析,内支撑结构一般按平面结构进行分析，挡土结构传至内支撑的荷载应取挡土结构分析时得出的支点力；对挡土结构和内支撑结构分别进行分析时，应考虑其相互之间的变形协调.,水平支撑：简单对撑(钢、钢混),水平支撑：桁架,水平支撑：钢混环梁网格,返回目录,双排桩刚架受力分析,嵌固段土体水平承
5、载力验算,整体滑动稳定性验算,基坑底抗隆起稳定性验算,渗透稳定性,挡土构件（钢筋砼护坡桩、型钢护坡桩、地下连续墙等）截面承载力计算,钢筋砼构件：国家标准混凝土结构设计规范GB50010 ； 钢构件：国家标准钢结构设计规范BG50017 。,锚杆承载力计算,锚杆腰梁内力计算,基坑周边环境（建筑物、地下管线、道路等）变形预测,支挡式结构构造、节点设计,钢筋砼、钢结构构件构造要求 钢支撑与冠梁、腰梁连接构造 腰梁与护坡桩、墙的连接构造 内支撑立柱与支撑构件的连接构造 护坡桩桩间土护面 钢腰梁台座以及与护坡桩的连接构造 锚杆间距、长度基本构造要求,土钉墙常用形式,单一土钉墙 复合土钉墙,土钉墙,1-土
6、钉；2喷射混凝土面层,复合土钉墙,(a) (b) 复合土钉墙的形式 （a）垂直土钉墙+微型桩或水泥土桩+预应力锚杆； （b）土钉墙+预应力锚杆 1-土钉；2预应力锚杆；3喷射混凝土面层；4微型桩或水泥土桩,土钉墙与支挡式结构的组合,土钉墙(复合土钉墙)整体滑动稳定性验算,土钉墙坑底抗隆起稳定性验算,土钉承载力计算,土钉墙结构构造、节点,重力式挡墙,放坡,地下水控制,截水 降水 集水明排 强调地下水的环境影响问题、强调地下水控制对地下水资源的保护,截水地下连续墙,地下连续墙槽段柔性接头,地下连续墙槽段刚性接头,地下连续墙可以做到一墙多用。地下结构施工阶段，地下连续墙的功能是基坑支护、截水，建筑物
7、使用阶段，地下连续墙可作为地下结构的外墙，必要时，地下连续墙尚可作为建筑物的竖向承重结构。因此，相对其它基坑支护形式而言，地下连续墙是隔水效果最好、安全性最高、资源消耗最少、保护环境最佳、占地最小、整体工期最短(逆作法)的支护结构形式。,截水护坡桩+桩间旋喷桩（联合式）,截水水泥土桩+型钢（联合式）,截水护坡桩水泥土截水帷幕(独立式),（1排或2排）,2 基坑工程中值得关注的一些问题,2.1如何准确理解、正确使用标准规范 2.2考虑可持续发展的基坑方案选型 2.3基坑支护结构计算问题 2.4基坑截水结构的选型、质量控制及事故预防 2.5关于锚杆的选型 2.6土抗剪强度指标的选取及可靠性、合理性
8、分析判断 2.7设计应考虑正常施工偏差对工程质量的影响 2.8冻胀与冻融对基坑的影响 2.9施工过程中对地质条件的验证及处理 2.10施工过程中的地下水处理,返回目录,2.1如何准确理解、正确使用标准规范,1）标准规范的作用 目前我们国家的工程建设技术标准分为四级，即：国家标准（GB*）、行业标准（如建工JG*）、地方标准（DB*）及企业标准（QB*）。其中又分为强制性与推荐性标准（标准号前有“T”字）。我国标准编制管理原则是行业标准、地方标准及企业标准必须遵守、满足国标的基本要求并严于、高于国标，除非是地方标准中针对地方气候、地域等特点制定的特有的条文。规范条文主要是明确、规定、强调必须要遵
9、守、执行的一般、基本要求，即为体现技术先进，经济合理，保护环境、安全适用原则下的“最低”要求。技术标准规范的另一个作用就是引领技术进步，即要及时将保证工程建设安全、经济合理，保护环境、成熟的技术纳入规范，同时限制、淘汰落后技术。,2.1如何准确理解、正确使用标准规范,2）准确、全面、系统掌握基坑工程相关标准规范各自特点、体系 标准尚未“标准”，规范有待“规范”。 目前我国的岩土工程技术标准种类繁多、各自为政。据初步统计，不包括各省市的地方标准，岩土工程方面的国家、行业标准就有200多种，其中各行业规范自成体系，形成了名词术语、岩土分类、参数、公式、设计理论的高度不一致。基坑工程是岩土工程的一个
10、分支，毫无例外。目前涉及基坑工程内容的比较常用的一部分全国性标准有：国家行业标准建筑基坑支护技术规程JGJ120-99、国家行业标准建筑基坑工程技术规范YB9258-97、国家标准建筑边坡工程技术规范GB50330-2002、中国工程建设标准化协会标准基坑土钉支护技术规程CECS96：97、中国工程建设标准化协会标准岩土锚杆（索）技术规程CESC 22：2005、国家军用标准土钉支护技术规范GJB5055-2006、国家标准建筑地基基础设计规范GB50007-2002、国家标准岩土工程勘察规范GB50021-2001、国家标准锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086-2001、国家行业标准高层
11、建筑岩土工程勘察规程JGJ72-2004等等。地方上，北京、上海、天津、广东、深圳、浙江、湖北等地，均编制了具有当地特色的方标准。 这些技术标准存在的诸多不一致，给工程技术人员应用规范带来困惑，甚至因理解错误导致事故。技术标准的一致和协调是建设行业管理部门及编制部门的事，姑且不论。现只探讨工程技术人员如何在如此纷繁的技术标准中保持清醒的头脑，合理应用、不犯错误。 基坑支护的设计计算，应使用同一本标准的体系，最好不要几本标准体系混用。在参考多本规范时，不能只看术语、符号的外表，而必须掌握其实质的含义和准确的概念。有的术语或符号字面相同，但在不同的标准中概念和意义不同；有的同一个概念和意义，在不同
12、的标准中采用了不同的术语或符号。,锚杆参数在不同标准中的含义,不同标准中的荷载分项系数取值,不同标准中的锚杆安全系数取值,基坑稳定性验算中计算方法、土工参数、安全系数的配套,国内各级别的基坑工程技术标准中，均有基坑稳定性验算的规定。但是，对于同一种稳定问题，各本标准要求的安全系数不尽相同，有的甚至差别巨大。究其原因，第一是稳定性验算方法、土工参数、安全系数之间需要配套，第二大概是因各本标准所依据的资料来源、工程经验的差异。例如，同样是以Prandtl经典地基极限承载力公式为基础的抗隆起验算，国家标准建筑地基基础设计规范GB50007-2002规定，土的抗剪强度采用十字板试验或三轴不固结不排水试
13、验确定，安全系数不小于1.6，而上海市地方标准基坑工程设计规程DBJ08-61-97规定，土的抗剪强度采用采用直剪固结快剪参数，安全系数为2.5、2.0、1.7(一级、二级、三级)。因此，在岩土工程中要重视各种分析方法的适用条件。在稳定分析中，强调所采用的稳定分析方法、分析中所采用的土工参数、土工参数的测定方法、分析中采用的安全系数是相互配套的。若采用的稳定分析方法不同，则采用的安全系数值不同；在应用同一稳定分析方法时，采用不同的方法测定的土工参数，采用的安全系数亦不同。岩土工程的许多分析方法都是来自工程经验的积累和案例分析，而不是来自精确的理论推导。,2.2考虑可持续发展的基坑方案选型,(1
14、)以材料消耗最小为目标的基坑方案选型 (a).一墙多用的地下连续墙方案。 (b).型钢水泥土搅拌墙。 (c).钢支撑方案。 (2)基坑方案选型需有利于地下空间的开发利用 (3) 基坑方案选型与地下水环境保护,2.3基坑支护结构的计算问题,目前基坑支护设计计算的商业软件众多，软件可代替传统的手算，又解决了手算无法实现的复杂计算问题，给岩土工程师设计计算提供了方便。但是，当前基坑工程领域有过分依靠软件的倾向，惟软件是从，常常会得出一些啼笑皆非、不合常理的结果来。30年前，同济大学俞调梅教授曾对电子计算机的作用提出了不要“Garbage into ,garbage out” 的警世名言。俞教授认为输
15、入计算机运算的数据是至关重要的,如果输入的数据没有工程意义，即使计算机再精确,输出的结果也是垃圾,没有任何工程意义。而输入的数据是否具有工程意义，与岩土工程师的基本理论、工程经验、综合判断有关。 此外，目前众多的基坑支护设计商业软件良莠不齐，其中有些软件还存在着错漏，设计时也常常发现不同的软件其计算结果不同，这就更加需要岩土工程师具有一双火眼金睛，需要建立在理论基础之上的丰富的实战经验。 “不求计算精确,只求判断正确”顾宝和大师 “理论导向，实测定量，经验判断，检测验证”刘建航院士 “基坑设计无论怎么算都是错的，成功的设计就是将错就错！”,2.4基坑截水结构的选型、质量控制及事故预防,截水是当
16、前基坑工程地下水控制的主要手段之一，常见的截水结构主要有混凝土、水泥土。混凝土截水结构有地下连续墙和咬合式排桩，截水结构、挡土结构合二为一。水泥土系的截水结构通常叫作截水帷幕，常用施工方法有水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、搅拌喷射注浆法、注浆法等。冻结法形成的冻土墙是一种特殊的截水结构，在特点的情况下亦有应用。以上截水结构，都是由先后施工的截水单元相互搭接形成的。截水单元本身的质量缺陷、单元之间的搭接缺陷都将导致截水失败。全国各地，只要有基坑截水的，几乎都有截水失败事例的报道。可见，基坑截水问题的严峻性和严重性。这些事故的发生，主要有截水结构的设计选型、质量缺陷和应急预防措施不力。 (1)截水结构的选型和设计，需重点考虑漏水的后果、含水层的土性、地下水特性、支护结构形式、施工条件等因素。对于漏水后果严重（如建筑物、公共设施损坏等）的基坑，对施工质量无十分把握的截水结构，如水泥土系的截水结构，不宜少于2道防线。选择的截
