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1、基坑工程,10.1 概 述,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。基坑工程主要包括围护体系的设置和土方开挖两个方面。围护结构通常是一种临时结构，安全储备较小，具有比较大的风险。,围护结构应满足的基本要求保证基坑周围未开挖土体的稳定；保证相邻建筑物的、地下管线的安全，不受损害；保证作业面在地下水位以上。,10.1.2 基坑支护结构的类型及适用条件,围护结构型式及分类,放坡开挖及简易支护,悬臂式围护结构,重力式围护结构,内撑式围护结构,拉锚式围护结
2、构,土钉墙围护结构,其他形式围护结构,放坡开挖及简易支护,边坡高度与坡度控制,边坡允许坡度值,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：坡顶有堆载；边坡高度与坡度超出上表所列允许值；存在软弱结构面的倾斜地层；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。,土质边坡的稳定分析可用圆弧滑动法进行分析。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。,悬臂式围护结构结构特征：无支撑的悬臂围护结构；支撑材料：钢筋混凝土排桩、钢板桩、木板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙、SMW工法桩等；受力特征：利用支撑入土的嵌固作用及结构的
3、自身的抗弯刚度挡土及控制变形；适用条件：土质较好，开挖深度较小的基坑。,深基坑的间隔式排桩支护,9,地下连续墙支护,地下连续墙成槽施工,先建造钢筋砼地下连续墙，达到强度后在墙间用机械挖土。该支护法刚度大、强度高，可挡土、承重、截水、抗渗，可在狭窄场地施工，适于大面积、有地下水的深基坑施工。,槽段的连接,10,导墙施工 导墙施工完 泥浆系统-泥浆池,成槽施工 钢筋笼吊装 锁口管起拔 砼浇筑,11,钢板桩,重力式围护结构结构特征：常用水泥土桩构成重力式挡土构造；支撑材料：水泥搅拌桩、注浆；受力特征：利用墙体或格构自身的稳定挡土与止水；适用条件：宽度较大，开挖较浅，周围场地较宽，对变形要求不高的基坑
4、。,重力式水泥土墙断面图 平面图,13,水泥土搅拌桩施工工艺搅拌桩成桩工艺可采用“一次喷浆、二次搅拌”或“二次喷浆、三次搅拌”工艺，主要依据水泥掺入比及土质情况而定。水泥掺量较小，土质较松时，可用前者，反之可用后者。当采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在作业时也进行注浆，以后再重复上述过程。,图 “一次喷浆、二次搅拌”施工流程a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌； e)重复提升搅拌；f )成桩结束,内撑式围护结构结构特征：由挡土结构与支撑结构两部分组成；支撑材料：挡土材料有钢筋混凝土桩、地下连续墙，支撑材料有钢筋混凝土梁、钢管、型钢等；受力特征：水平支撑、斜支撑，单层支撑
5、、多层支撑；适用条件：各种土层和基坑深度。,内撑式围护结构,15,制作深基坑砼构架,构架支护下 挖桩间土方,构架支护下 逆作法施工,拉锚式围护结构结构特征：由挡土结构与锚固系统两部分组成；支撑材料：可采用内撑式结构相同的材料外，还可以采用钢板桩等；受力特征：由挡土结构与锚固系统共同承担土压力；适用条件：砂土或粘性土地基。,拉锚式围护结构,19,在立壁土层上钻（掏）孔至要求深度，孔内放入钢筋，灌入水泥砂浆或化学浆液，使之与土层结合成抗拉锚杆，将立壁土体侧压力传至稳定土层。,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,基坑锚杆支护施工中,20,锚杆的组成和特点锚杆有
6、三部分组成：头部连接（锚头）、拉杆、锚固体。锚杆承受拉力，一般采用螺纹钢、钢绞线等强度高、延伸率大、疲劳强度高的材料。永久性锚杆尚需进行防腐处理。,21,a）多层锚杆剖面图 b）锚杆与地下墙连结构造图 c）二次灌浆管的布置 土层锚杆构造 1-墙结构；2锚头垫座；3锚头；4-钻孔；5锚拉杆；6锚固体； 7一次灌浆管；8二次灌浆管；9定位器,22,为了均匀分配传到连续墙或柱列式灌注桩上的土压力，减少墙、柱的水平位移和配筋，一端采用锚杆与墙、柱连接，另一端锚固在土层中，用以维持坑壁的稳定。,土钉墙围护结构结构特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成；支撑材料：由土钉及钢筋混凝土面板构成支撑；受力特征：
7、由土钉构成支撑体系，喷锚混凝土面板构成挡土体系；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。,24,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。,钻 孔 插筋、注浆 铺设钢筋网 喷射砼护面,土钉墙支护,25,土钉墙的组成和特点 原理：土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密的细长杆件钉置于原位土体中, 并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作, 形成复合土体。利用复合土体的自稳达到支护目的。 组成：螺纹钢筋+灌浆
8、,a）土钉剖面 b）土钉面层喷锚 c）土钉节点,26,土钉墙适用条件：地下水低于土坡开挖段或经过降水措施后使地下水位低于开挖层的情况。适用于有粘性土、粉性土、含有30%上粘土颗粒的砂土边坡。常用于开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护。,土钉墙特点：（1） 形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力。 （2） 施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加预应力所以设备简单。 （3） 随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短。 （4） 施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。 （5
9、） 土钉墙成本费较其他支护结构显著降低。 （6） 施工噪音、振动小，不影响环境。 （7） 土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大。,27,钢筋混凝土桩,水泥搅拌桩,连拱式支护结构平面图,其他支护结构,高压喷射桩,钻孔灌注桩,灌注桩与高压喷射桩组合支护,型钢,深层搅拌桩,SMW工法桩组合支护,10.1.3 基坑支护工程设计原则与内容,设计依据：建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）设计状态承载能力极限状态：支护结构达到承载力破坏，锚固系统失效或坡体失稳状态；正常使用极限状态：支护结构和边坡的变形达到结构本身或邻近建筑物的正常使用限值或影响耐久实用性能。安全等级根据建筑基坑工程破坏可能造成
10、的后果，基坑工程划分为三个安全等级。,建筑基坑安全等级及重要性系数,基坑设计的主要内容支护体系的方案比较与选型；支护结构的强度、稳定和变形计算；基坑内外土体的稳定性验算；地下水控制设计；施工程序设计；周边环境保护措施；支护结构质量检测和开挖监控项目及报警要求。,基坑设计应具备的资料岩土工程勘察报告；建筑总平面图、地下管线图、地下结构平面和剖面图；土建设计和施工对基坑支护结构的要求；邻近建筑物和地下设施的类型、分布情况和结构质量的检测评价。,10.1.4 支护结构上的荷载,水、土压力计算水、土压力分算方法对于透水性比较大的砂性土和粉土，分别计算作用在围护结构上的土压力（按朗肯土压力理论计算）和水
11、压力（按静水压力计算），然后叠加作用在围护结构上。或：,水、土压力合算方法对于透水性比较差的粘性土地基，采用水、土压力合算的方法计算作用于围护结构上的侧向压力。各项参数的定义见p.298说明。,挡土结构位移对土压力的影响一般的围护结构自身刚度不大，在侧向压力作用下产生较大的相对位移时，对土压力的分布与大小产生影响。一般有以下几种情况：挡土构造不发生位移墙后主动土压力为静止 土压力，土压力分布为三角 形分布。,挡土构造顶部不动，底部向外位移无论位移达到多大，都不能使填土内发生主动破坏，压力为曲线分布，总压力作用点位移墙底以上越H/2处。挡土构造平行向外移动位移的大小未达到足以使填土发生主动破坏时
12、，压力为曲线分布，当位移超过某一值后填土将发生主动破坏，应力成直线分布。,挡土构造上下两端不动，中部发生向外位移墙后主动土压力为马鞍形分布。挡土构造下端不动，上端向外位移无论位移多少，作用在墙背上的压力都按直线分布。当墙上端的移动达到一定数值后，墙后填土会发生主动破坏，此时作用在墙上的土压力称为主动土压力。,10.2 排桩 地下连续墙支护结构 10.2.1 悬臂式围护结构内力分析,计算简图（均质土）,排桩变位,净土压力分布,简化处理后的 净土压力分布,静力平衡法基本原理：随着板桩的入土深度的变化，作用在板桩两侧的净土压力分布也随之发生变化，当作用在板桩两侧的净土压力相等时，板桩处于平衡状态，此
13、时所对应的板桩的入土深度即是保证板桩稳定的最小入土深度。根据板桩的静力平衡条件可以求出该深度。,t,土压力计算（朗肯土压力理论）确定板桩入土深度 t基坑底土压力,地面超载,确定净土压力p=0的深度D,确定深度 h+z1及h+t 处的净土压力,确定最小入土深度 t当板桩入土深度达到最小入土深度 t 时，应满足作用在板桩上的水平力之和等于0，各力距任一点力矩之和等于0的静力平衡条件，建立静力平衡方程，可以求得未知量 z2 及板桩最小入土深度 t ：,求解上述联立方程，可以得到未知值 z2，t（也可以采用试算法计算），为安全起见，计算得到的 t 值还需乘以1.1的安全系数作为设计入土深度，即实际的入
14、土深度=1.1t 。,板桩内力计算计算板桩最大弯矩时，根据在板桩最大弯矩作用点剪力等于0的原理，可以确定发生最大弯矩的位置及最大弯矩值。对于均质无粘性土（c=0，q0=0），根据图示关系，当剪力为0的点位于基坑底面以下深度 b 时，则有：解出b后，即可求得Mmax：,z1,布鲁姆法（均质土）基本原理：布鲁姆法以一个集中力 Ep代替板桩底出现的被动土压力，根据该假定建立静力平衡方程，求出入土深度及板桩内力。计算板桩入土深度 t对板桩底C点取力矩， 由Mc=0得到：,在均质土条件下，净土压力为0的O点深度可根据墙前与墙后土压力强度相等的条件算出（不考虑地下水及顶面均布荷载的影响，c=0，q0=0）
15、：代入前式求解方程后可求得未知量x，板桩的入土深度按下式计算： t = u + 1.2x为便于计算，建立了一套图表，利用该图表，可用图解法确定未知量 x 值，其顺序如下： 令中间变量：,再令：根据求出的m、n值，查图表确定中间变量，从而求得：x= l， t = u + 1.2x,内力计算最大弯矩发生在剪力Q=0 处，如图设O点以下xm处的剪 力Q=0，则有：最大弯矩：,10.2.2 单层支锚桩（墙）计算,顶端支撑的排桩结构，有支撑的支撑点相当于不能移动的简支点，埋入地中的部分，则根据入土深度，浅时为简支，深时为嵌固。在确定板桩的入土深度时，太浅则跨中弯矩比较大，较深时则不经济。比较合理的入土深
16、度为下图所示的第3种状态所处的入土深度。一般按该种状态确定板桩的入土深度 t 。,内力计算方法（均质土）静力平衡法（埋深较浅，下端铰支，前图a计算图式）根据图示所示静力平衡体系，根据A点的力矩平衡方程及水平方向的力平衡方程，可以得到两个方程：,根据上述方程求解出板桩的入土深度 t 及反力 R,对支撑 A 点取力矩平衡方程：,由水平方向的静力平衡方程：,根据剪力为 0 的条件，可以求得最大弯矩的位置：,板桩截面最大弯矩：,等值梁法基本原理：将板桩看成是一端嵌固另一端简支的梁，单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩分布如图所示，如果在弯矩零点位置将梁断开，以简支梁计算梁的内力，则其弯矩与整梁是一致的。将此断梁称为整梁该段的等值梁。对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙，弯矩零点位置与净土压力零点位置很接近，在计算时可以根据净土压力分布首先确定出弯矩零点位置，并在该点处将梁断开，计算两个相连的等值简支梁的弯矩。将这种简化方法称为等值梁法。,
