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1、1建筑基坑支护工程建筑基坑支护工程 讲座讲座 20111 概述概述在建筑物密集的城市中兴建高层建筑、地下车库、地铁时，往往需要在狭窄的场地上开挖深基坑。由于场地的限制，在基坑平面外没有足够的空间安全放坡，人们不得不设计规模较大的开挖支护体系，以确保施工的顺利进行，这是现在的岩土工程师不得不面对的问题。随着高层建筑的大量修建及旧城改造的推进，对基坑开挖与支护技术提出了更高的要求，不仅要保证边坡的稳定，而且要满足变形控制的要求，以确保基坑周围的建筑物、地下设施等的安全，这就要求设计人员重视、研究、改进深基坑开挖与支护技术。在大多数情况下，深基坑开挖与支护属于临时性的工程，因而没有引起岩土工程师足够
2、的重视。除设计保守浪费外，国内外都有支护工程失败的例子。美国某城市一 15 米深的基坑开挖与支护工程中，由于基坑边的供水管变形过大发生断裂，大量的泄水导致了基坑侧壁坍塌，直接经济损失达50万美元，施工工期延长 3 个月。又如上海倒楼事件。基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖，是一项综合性很强的系统工程。它要求 岩土工程和结构工程技术人员密切配合。基坑 支护体系是临时结构，在地下工程施工完成后就不再需要。基基坑坑工工程程具具有有以以下下特特点点（1） 基基坑坑支支护护体体系系是是临临时时结结构构 ，安全储备较小，具有较大的风险性。基坑工程施工过程中应进行监测，并应有应急措施。在施工过
3、程中一旦出现险情，需要及时抢救。（2） 基基坑坑工工程程具具有有很很强强的的区区域域性性 。如软黏土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件 不同的地基中基坑工程差异性很大。同一城市不同区域也有差异（如沈阳南北的差异） 。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖都要因地制宜，根据本地情况进行，外地的经验可以借鉴，但不能简单搬用。2（3） 基基坑坑工工程程具具有有很很强强的的个个性性 。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质水文地质条件有关，还与基坑相邻建（构）筑物和地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性，以及周围场地条件等有关。有时保护相邻建（构）筑物和 市政设施的安全是基坑工程设计
4、与施工的关键。这就决定了基坑工程具有很强的个性。因此，对基坑工程进行分类、对支护结构允许变形规定统一标准都是比较困难的。（4）基基坑坑工工程程综综合合性性强强 。基坑工程不仅需要岩土工程知识，也需要结构工程知识，需要土力学理论、测试技术、计算技术及施工机械、施工技术的综合。（5）基基坑坑工工程程具具有有较较强强的的时时空空效效应应 。基坑的深度和平面形状对基坑支护体系的稳定性和变形有较大影响。在基坑支护体系设计中要注意基坑工程的空间效应。土体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性，作用在支护结构上的土压力随时间变化。蠕变将使土体强度降低，土坡稳定性变小。所以对基坑工程的时间效应也必须给予充分的重视。
5、（6）基基坑坑工工程程是是系系统统工工程程 。基坑工程主要包括支护体系设计和土方开挖两部分。土方开挖的施工组织是否合理将对支护体系是否成功具有重要作用。不合理的土方开挖、步骤和速度可能导致主体结构桩基变位、支护结构过大的变形，甚至引起支护体系失稳而导致破坏。同时在施工过程中，应加强监测，力求实行信息化施工。（7）基基坑坑工工程程具具有有环环境境效效应应 。基坑开挖势必引起周围地基地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对周围建（构）筑物和地下管线产生影响，严重的将危及其正常使用或安全。大量土方外运也将对交通和弃土点环境产生影响。深基坑的定义：建设部建质号文关于印发 危险性较大的分
6、部分项工程安全管理办法的通知 规定：一一般般深深基基坑坑是是指指开开挖挖深深度度超超过过 5 5 米米（含含 5 5米米）或或地地下下室室三三层层以以上上（含含三三层层），或或深深度度虽虽未未超超过过5 5 米米，但但地地质质条条件件和和周周围围环环境境及及地地下下管管线线特特别别复复杂杂的的工工程程 。另外，基坑和基槽都是用来建筑建筑物的基础的 ,只是平面形状不同而已.基坑是方形或者比较接近方形 ;,基槽是长条形状的 ,而且有时候比较长 .你3要掌握的是它们的形状的区别 。基基坑坑是是指指底底面面积积在在 2 27 7 平平方方米米以以内内（不不是是 2 20 0）, ,且且底底长长边边小小
7、于于三三倍倍短短边边的的为为基基坑坑。基槽是指槽槽底底宽宽度度在在 3 3 米米以以内内, ,且且槽槽长长大大于于 3 3 倍倍槽槽宽宽的的为为基基槽槽 。也就是说，一般定义深基坑为： 底底面面积积在在 2 27 7 平平方方米米以以内内（不不是是 2 20 0），且且底底长长边边小小于于三三倍倍短短边边，开开挖挖深深度度超超过过5 5 米米（含含 5 5 米米）或或地地下下室室三三层层以以上上（含含三三层层），或或深深度度虽虽未未超超过过 5 5 米米，但但地地质质条条件件和和周周围围环环境境及及地地下下管管线线特特别别复复杂杂的的工工程程。2 基坑支护结构的作用及类型基坑支护结构的作用及类
8、型2.1 作用：作用： 支护的作用主要有以下几个方面：2.1 .1 节约施工空间节约施工空间在施工现场不容许放坡时，使用支护结构可将开挖空间限制在主体结构基础平面周边不大的范围。2.1.2 保护相邻已有建筑物和地下设施的安全保护相邻已有建筑物和地下设施的安全2.1.3减小基底隆起减小基底隆起由于开挖卸荷，基坑和其周围的土体会发生回弹变形和隆起，严重时可造成基底抗隆起失效。合理地设计支护结构可使这种变形大大减小。 （如动漫大桥支护）2.1.4利用支护结构进行地下水控制利用支护结构进行地下水控制地下水控制是指施工降水、施工隔水。施工降水可能导致相邻建筑物产生过大沉降而影响其使用功能。此时还需采用局
9、部回灌工艺。在进行支护结构设计时应考虑这部分功能。2.1.5利用支护结构作为永久性结构的一部分利用支护结构作为永久性结构的一部分如作为主体结构地下室的外墙等。这是一种节约的途径，值得提倡。但在设计中必须考虑各方面因素，对支护结构的位移应严格控制。概括地说，支护结构的作用是：为主体结构的施工提供即安全又无地下水为主体结构的施工提供即安全又无地下水干扰的施工空间，并对相邻建筑物和设施提供可靠的保证干扰的施工空间，并对相邻建筑物和设施提供可靠的保证。基坑开挖可分为：放坡开挖与支护开挖两类。放坡开挖通常适用于空旷的场地。不适用于建筑物密集的城区。42.2 类型：类型：支护开挖包括两种类型：加固型与支挡
10、型。无论哪种类型都与被支护的土体接触并承受着土压力和水压力的作用。常见的支护类型如下：2.2.1加固型支护（1） 水泥搅拌桩加固法水泥搅拌桩加固法水泥搅拌法是软土加固的一种有效方法。国内用于开挖工程首先是上海四平路地下车库的基坑支护工程。获得成功后很快在上海地区推广开来。其优点是（1）施工无环境污染（无噪音、无振动、无排污） ， （2）造价低， （3）防渗性好。加固原理是：利用具有一定强度的水泥搅拌桩互相搭接组成格构体系，从而使边坡滑动土体范围内德土体得到加固，加固土体按重力式挡土墙计算。（2）高压喷射注浆加固法（）高压喷射注浆加固法（Heigh presure jet grout pile）
11、高压喷射注浆加固法的加固原理同水泥搅拌桩加固法，但其固结强度则高的多，因此其宽度可小些，当基坑为圆形时（井筒、水池等）可利用拱效应进一步减小加固厚度。（3）注浆加固法（）注浆加固法（ grouting）加固原理是：用气压、液压或电化学方法将水泥浆液或化学浆液注入土体孔隙中以改善地基土的物理力学性质，达到加固土体和防渗的目的。（4）树根桩加固法（或称土锚，）树根桩加固法（或称土锚，Root pile）加固原理是：使可能破坏土体与树根桩网构成一个桩土复合体，它具有良好的整体稳定性，以抵抗土压力、水压力和地面超载。（5）土钉（）土钉（soil nails）定义是：置入现场原位土体中以较密间距排列的细
12、长杆件，如钢筋或钢管。加固原理是：土钉沿通长都与土体接触，与周围土体形成一个组合体，通过土钉与土体的摩擦力使土体得以稳定。其受力类似重力式挡土墙。2.2.2支挡型支护（1） 稀桩排支挡结构稀桩排支挡结构当边坡土质较好而地下水位又较低时，可利用土拱作用，以稀排支挡边坡，如北京地区及沈阳地区许多地方采用这种形式支挡。5（2） 连续桩排支挡连续桩排支挡软土地基，特别是饱和软土，不能形成土拱，因此桩排必须连续密布。密排的桩可以相互搭接，或在桩身混凝土强度尚未形成时，在相邻桩间做一根素混凝土桩，将桩排连接起来，形成一种即挡土又防渗的简易连续墙。（3） 框架式桩排支挡框架式桩排支挡当土质软弱或开挖深度大时
13、，单排桩横向刚度不能满足控制变形要求时，可采用双排或多排桩，通过桩顶连梁形成门式刚架。这种框架式桩排有很大的侧向刚度，可以有效地限制边坡的侧向变形。（4） 组合式桩排支挡组合式桩排支挡A、桩板组合桩板组合，实际上也是一种稀桩排支挡，只是桩距较大，利用挡板将桩间土压力传给主桩，同时起到一定的防渗作用。B、桩与水泥土组合桩与水泥土组合，以水泥搅拌桩相互搭接组成平面拱代替挡板，把侧压力传给主桩，这种支挡结构具有很好的防渗效果，施工方便。C、桩排与水泥土防渗墙组合，桩排与水泥土防渗墙组合，在地下水位高的软土地区，防渗是基坑支护的重要一环，采用稀桩排挡土，水泥搅拌桩防渗是一种经济有效的支护形式。2.3
14、地下连续墙地下连续墙（如地铁 2#线展览馆站）优点：对周围环境影响小；对土层条件适应性强；墙体长度可任意调节。适用于各种深度的基坑开挖，还可将临时结构与永久结构相结合，从而可降低工程造价。抗弯刚度大、防渗性能强、整体性能好等优点。深度可达30m。2.4 沉井支挡沉井支挡优点：对周围环境影响小；对土层条件适应性强；可将沉井结构作为基础与地下室的一部分，适用于施工场地狭小，周围环境限制严格的情况。抗弯刚度大、防渗性能强、整体性能好等优点。62.5 钢板桩支挡钢板桩支挡（动漫桥的桥墩施工）这种结构形式在国外最为常用，其主要优点是：能承受较大的动应力；重量相对较轻；可重复利用；有较长的使用寿命；可焊接
15、接长。但钢板桩在打入时产生较大的噪音，而且在拔桩时可使周围软土地基上的建筑物产生附加沉降。钢板桩的断面形状和接头如图所示。3 支撑体系支撑体系支撑体系视其空间的位置，可以分为两大类：3.1 内支撑系统（如地铁 2#线展览馆站）支撑的位置在开挖空间范围内，有斜撑与横撑两种。如图所示。斜撑 横撑3.2 外支撑系统（如沈阳的大多数工地）外支撑设于被支护土体内，常见的有锚杆系统（锚索）与拉锚系统，如图所示。锚杆一般向下倾斜 1045，锚杆的有效锚固长度在岩层中一般不小于4m，在稳定土层中宜 910m。支撑系统实际上承受的都是轴向力，内支撑承受的是压力，存在压杆稳定问题，外支撑承受的是拉力。在挡土结构与
16、支撑构件之间，常有腰梁连接，腰梁也可看做支撑体系的组成部分，其作用是传递支撑力，并将挡土结构与支撑体系连成整体，只有挡土结构而无支撑体系时，便形成悬臂支护结构。4 深基坑工程常见事故深基坑工程常见事故4.1 与挡土结构有关的事故与挡土结构有关的事故（1）挡土结构施工不良；深度不到位；灌注桩缩颈断桩；混凝土出现7“蜂窝” “狗洞” ；钢筋笼插入深度不够；（2）挡土墙漏水致使墙背土流失；（3）挡土墙异常变形；挡土墙断面或强度不足，侧压力值计算偏小被动土压力计算偏大，各段挖土超挖及基底隆起涌砂等均可引起挡土墙异常变形。4.2 与施工阶段有关的事故与施工阶段有关的事故（1）坡顶荷载考虑不当引起侧压力增大；（如挖土机在坡顶作业，坡顶堆载过大，未考虑相邻建筑物荷载等。 ）（2）各阶段挖土超挖引起土压力增大；（如集水坑开挖过深等）4.3 事故原因事故原因（1）调查阶段周围环境调查不详细；临近建筑物的基础情况不明；地下管线及地下构筑物调查不足；地质
