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1、建筑基坑支护技术讲座建筑基坑支护技术讲座杨杨 斌斌建研地基基础工程有限责任公司建研地基基础工程有限责任公司2005年12月内 容一、支护设计之前应考虑哪些主要影响因素一、支护设计之前应考虑哪些主要影响因素二、土钉墙设计的几个概念问题二、土钉墙设计的几个概念问题三、桩锚支护结构设计的几个概念问题三、桩锚支护结构设计的几个概念问题四、为什么地下水容易引起基坑事故四、为什么地下水容易引起基坑事故五、设计文件编制中存在的主要问题五、设计文件编制中存在的主要问题一、支护结构设计之前应考虑的主要影响因素v周边建筑物的影响周边建筑物的影响v重点考虑的地下管线类型重点考虑的地下管线类型v施工材料、车辆荷载的影
2、响施工材料、车辆荷载的影响v应重点考虑的土类应重点考虑的土类v地下水条件地下水条件周边建筑物与支护结构相互影响应考虑的主要因素v周边建筑物荷载对支护结构的作用周边建筑物荷载对支护结构的作用v基坑开挖对周边建筑物的影响基坑开挖对周边建筑物的影响支护结构的选型与安全度取值原则支护结构的选型与安全度取值原则v一旦基坑坍塌造成的后果v基坑变形过大造成的后果v安全系数取值原则v基础与基坑的距离基础与基坑的距离v建筑物层数建筑物层数v基础型式基础型式v基础埋深基础埋深对周边建筑物影响的实例一对周边建筑物影响的实例一对周边建筑物影响的实例二对周边建筑物影响的实例二重点考虑的地下管线类型及影响按破坏后果按破坏
3、后果燃气、供水、电力、通讯、热力等管线按对支护结构影响程度按对支护结构影响程度污水、雨水、有渗漏的供水等管线施工及道路车辆荷载的影响v施工荷载应合理取值施工荷载应合理取值v车辆荷载的作用范围车辆荷载的作用范围车辆荷载的作用范围车辆荷载的作用范围北京地区应重点考虑的土类v软弱土：软弱土：淤泥、淤泥质土、杂填土、堆填土、高压缩性土v砂土：砂土：标贯、含水量v卵石：卵石：最大粒径及含量、级配、密实度钢花管土钉的优点和用途钢花管土钉的优点和用途几种特殊的地下水条件v地下管线漏水地下管线漏水v层间水的渗流特性层间水的渗流特性v分层水分层水v前期降水对沉降的影响前期降水对沉降的影响v承压水引起的基底突涌承
4、压水引起的基底突涌层间水的渗透特性层间水的渗透特性自渗井的应用自渗井的应用经过两次降水的回弹再压缩应力应变曲线经过两次降水的回弹再压缩应力应变曲线二、土钉墙设计的几个概念问题v土钉墙支护结构三类破坏形式土钉墙支护结构三类破坏形式v土钉的三个破坏部位和抗拔力控制条件土钉的三个破坏部位和抗拔力控制条件v如何认识计算与设计的关系如何认识计算与设计的关系v不合理的土钉分布形式不合理的土钉分布形式v土钉墙中预应力锚杆的合理设计土钉墙中预应力锚杆的合理设计土钉墙支护结构的三类破坏形式土钉墙支护结构的三类破坏形式v结构强度破坏结构强度破坏v整体失稳整体失稳v变形过大变形过大土钉墙支护结构三类破坏形式需要强调
5、的几个观点：需要强调的几个观点：v满足整体稳定条件只是土钉墙的破坏控制条件之一v结构计算和结构强度控制条件是土钉墙计算的弱点v规程中某些构造要求是针对一些无法用计算手段解决的控制条件而规定的v应按照有所有可能实际发生的破坏形式建立计算模型和计算控制条件进行设计不会发生的重力式挡土墙破坏模型不会发生的重力式挡土墙破坏模型土钉的三个破坏部位和抗拔力控制条件土钉的三个破坏部位和抗拔力控制条件土钉抗拔力的三个控制条件土钉抗拔力的三个控制条件刚性地面常发生的裂缝特征刚性地面常发生的裂缝特征计算错误的实例计算错误的实例如何认识计算与设计的关系如何认识计算与设计的关系v计算只是对实际受力状况的近似模拟计算只
6、是对实际受力状况的近似模拟v任何计算方法都有假定条件和适用条件任何计算方法都有假定条件和适用条件引起偏差的二种因素引起偏差的二种因素v模型模型v参数参数不合理的土钉长度分布形式不合理的土钉长度分布形式土钉墙中预应力锚杆的合理长度土钉墙中预应力锚杆的合理长度预应力锚杆的作用预应力锚杆的作用v加强土钉墙的抗滑能力加强土钉墙的抗滑能力v减小土钉墙位移减小土钉墙位移v增强面层整体性和强度增强面层整体性和强度预应力土钉的合理长度预应力土钉的合理长度预应力锚杆长度计算举例预应力锚杆长度计算举例锁定值锁定值T0=100kN锚杆直径锚杆直径d=150mm极限摩阻力极限摩阻力 qs=90kPa安全系数安全系数K
7、=1.6则则土钉的自锁现象土钉的自锁现象三、桩锚支护结构设计的几个概念问题三、桩锚支护结构设计的几个概念问题v桩锚与土钉墙组合结构土压力计算桩锚与土钉墙组合结构土压力计算v锚杆自由段的作用锚杆自由段的作用v锚杆锚固段的合理长度锚杆锚固段的合理长度v护坡桩计算弯距的折减问题护坡桩计算弯距的折减问题桩锚与土钉墙组合结构的土压力计算问题桩锚与土钉墙组合结构的土压力计算问题锚杆自由段的作用锚杆自由段的作用锚杆锚固段的合理长度问题锚杆锚固段的合理长度问题土钉抗拔力的残余强度与峰值强度的关系试验曲线土钉抗拔力的残余强度与峰值强度的关系试验曲线护坡桩计算弯距的折减问题护坡桩计算弯距的折减问题M ， Mc 截
8、面弯距设计值，计算值截面弯距设计值，计算值V， Vc 截面剪力设计值，计算值截面剪力设计值，计算值T ， Tc 支点设计值，计算值支点设计值，计算值极限状态设计表达式极限状态设计表达式 重要性系数重要性系数S 取承载力极限状态的荷载效应组合设计值取承载力极限状态的荷载效应组合设计值R 结构构件的承载力设计值结构构件的承载力设计值 锚杆倾角锚杆倾角N极限极限 取承载力极限状态的荷取承载力极限状态的荷 载效应组合设计值载效应组合设计值 锚杆轴向受拉抗力分项锚杆轴向受拉抗力分项 系数，取系数，取1.3四、为什么地下水容易引起基坑事故发生地下水对基坑安全影响的几种原因：地下水对基坑安全影响的几种原因：
9、v渗透破坏作用渗透破坏作用v降低土的抗剪强度降低土的抗剪强度v影响锚杆的施工质量影响锚杆的施工质量注浆工艺对锚杆承载力影响的试验曲线对比注浆工艺对锚杆承载力影响的试验曲线对比成孔工艺对土钉承载力的试验曲线对比成孔工艺对土钉承载力的试验曲线对比五、设计文件编制的具体要求五、设计文件编制的具体要求v设计文件中应包括的主要内容设计文件中应包括的主要内容v设计文件的层次关系设计文件的层次关系v设计说明应表达的内容设计说明应表达的内容v各种图线的线宽规定各种图线的线宽规定v图的平面定位图的平面定位v剖切符号的应用剖切符号的应用v索引符号的应用索引符号的应用设计文件应包括的内容设计文件应包括的内容v封面封
10、面v图纸目录图纸目录v设计说明设计说明v总平面图总平面图v支护结构平面图、立面图支护结构平面图、立面图v监测点平面图监测点平面图v剖面图、断面图剖面图、断面图v配筋图配筋图v大样图大样图v计算书计算书制图基本要求：制图基本要求：v正确正确v完整完整v清楚清楚 v设计依据v共性要求v图纸上难以表达的内容v支护结构的整体轮廓v支护结构与红线的关系v支护结构与拟建建筑物基础的关系v支护结构周边建筑物、地下管线、道路等的关系v支护结构平面轮廓、平面尺寸v支护结构的平面定位v支护结构剖面分区范围划分v支护结构与剖面图的关系v地面标高、坑底标高v支护结构剖面轮廓、剖面尺寸、标高v支护结构与周边建筑物和地下
11、管线的水平和竖向关系v地层分层柱状图v支护结构与拟建建筑物、地下管线的尺寸关系v配筋图v支护结构与大样图和其它剖面图的关系v剖面图无法表示的细部构造、尺寸、作法等设计文件的层次关系设计文件的层次关系立面图的应用立面图的应用设计说明设计说明施工图设计说明应包括以下内容：施工图设计说明应包括以下内容：v设计依据设计依据 v环境条件环境条件v工程地质和水文地质条件工程地质和水文地质条件v设计原则设计原则v设计方案总体描述设计方案总体描述v设计要求设计要求v施工技术要求施工技术要求v检测要求检测要求v监测要求监测要求v其它说明其它说明设计说明设计说明一一 、 设计依据设计依据v委托方提供的文件委托方提
12、供的文件v地下室平面、剖面图地下室平面、剖面图v地下管线现状图地下管线现状图v周边建筑物关系图周边建筑物关系图v地质勘查报告地质勘查报告v依据的标准依据的标准设计说明设计说明范例：范例：一、设计依据1、深圳湖溪大厦综平面图JS(J)-01(深圳市建筑设计院）2、深圳湖溪大厦基础平面图JS(D)-01(深圳市建筑设计院）3、深圳湖溪大厦基础剖面图JS(D)-02(深圳市建筑设计院）4、深圳湖溪大厦周边道路管线图SZ-01（深圳市政设计院）5、岩土勘察报告SK-05-10(深圳建筑工程勘察研究院）6、深圳地区建筑深基坑支护技术规范（SJGO5-96）7、建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）8
13、、建筑桩基技术规范（JGJ 9494）9、建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)设计说明设计说明二、环境条件二、环境条件v地理位置v影响范围内的建筑物、地下管线、道路等周边环境的描述v其它特殊环境条件设计说明设计说明范例：范例：二、周边环境条件1.拟建场地位于深圳市福田区湖贝路南侧，南侧是多层住宅，西侧东门酒店，基础为浅基础，东侧是东门广场，筏板基础。2.工程概况：本基坑东西向长41m,南北向长约30m，其地下室底板底标高为-5.50m、-7.40 m、-12.70 m,现地面绝对标高约4.5m，基坑开挖深度约5.012.20m。 3.0.00相当于绝对标高5.00m。 设计说明设计说明
14、三、工程地质和水文地质条件三、工程地质和水文地质条件v地形、地面标高等v主要土性及分布情况v地下水条件v其它特殊条件设计说明设计说明范例：范例：三、工程地质和水文地质条件 1、拟建场地原地貌单元属冲洪积阶地，后经人工整平改造，场地内地势平坦，孔口标高变化于4.374.63m。2、根据钻探揭露，场地内分布的地层有人工填土、第四系冲洪积层及残积层，下伏基岩为震旦系变质岩。上述各岩土层的埋藏、分布情况及其主要岩性特征详见勘察报告描述。3、场地水文条件 本场地地下水位标高为2.37，密中砂层透水性强，是场地内主要的含水地层。受大气降水及地表水补给，水位变化因季节而异。设计说明设计说明四、设计原则四、设
15、计原则v安全等级v使用期限v地面荷载等条件的取值或限制v设计考虑的其它原则设计说明设计说明范例：范例：四、设计原则1.设计方案必须确保支护结构的安全，保证基坑周围建筑物、地下管线和市政道路的安全。在现有的施工场地内充分考虑施工的可行性，保证施工的顺利进行。2.支护结构在保证安全的前提下，力求经济、合理，满足国家有关法规和标准要求。3. 基坑周边10m范围内堆载不行超过20kPa。4.安全等级为一级。5.支护结构使用年限为一年。设计说明设计说明五五 设计方案的总体描述设计方案的总体描述v对支护方案的总体描述v采用该方案的思路和理由设计说明设计说明范例：范例：五、设计方案1、从经济及技术上综合考虑
16、，采用土钉墙和钻孔桩加锚杆（支撑）二种支护结构型状。基坑东面及北面因相邻道路，地下管线较多，为保证管网的安全，支护结构应严格控制坡顶位移，采用钻孔桩加锚杆（支撑）支护结构，西面和南面采用土钉墙支护结构。2、根据基坑特定工程地质、水文地质和环境条件，上部地下水主要赋存于中砂层中，在土方施工前，用搅拌桩截水帷幕和桩间三重管高压旋喷桩截断中砂层中的地下水。3、土方开挖时在场地内挖2m2m3m降水坑，在开挖的同时设置污水泵抽水。随开挖深度的增加，逐渐加深降水坑深度。4、基坑开挖时，坑顶四周设排水沟进行外排，每隔一段设一集水池，汇集水排入市政管网前需进行三级沉淀。 设计说明设计说明六六 、设计要求（共性
17、的和图纸不易表达要求）、设计要求（共性的和图纸不易表达要求）v隔水帷幕（降水井）的设计要求v锚杆的设计要求v护坡桩设计要求v冠梁、腰梁、内支撑设计要求v土钉墙设计要求v土方开挖要求v其它设计要求 设计说明设计说明范例：范例：六、设计要求（一）截水帷幕1、搅拌桩桩径500，桩体互相搭接150mm；2、搅拌桩水泥掺量应不小于60kg/m，采用32.5R硅酸盐水泥，水灰比0.50.60 ；3、搅拌桩30天单轴抗压强度不低于1.0MPa,截水帷幕渗透系数小于0.510-6cm/s 。4、旋喷桩桩径1200 ；5、旋喷桩水泥掺量应不小于450kg/m，采用32.5R硅酸盐水泥，水灰比1：1； 设计说明设
18、计说明范例：范例：6、旋喷桩30天单轴抗压强度不低于1.0MPa,渗透系数小于0.510-6cm/s。（二）钻孔灌注桩1、混凝土强度等级为C25;混凝土保护层厚度：50mm。2、配筋见灌注桩钢筋笼配筋图。（三）预应力锚杆 1、钢绞线强度等级为1860N/mm2 ；2、锚杆注浆采用32.5R硅酸盐水泥，水灰比0.450.50。3、锚杆标高、自由段和锚固段长度、承载力、锁定力等设计参数见剖面图。（四）冠梁、腰梁、内支撑1、冠梁、腰梁混凝土强度：C25，保护层厚度：25mm;2、腰梁采用25b型槽钢。设计说明设计说明（五）土钉墙1、土钉采用钢花管土钉；2、土钉注浆采用32.5R硅酸盐水泥，水灰比0.
19、50，注浆水泥用量不小于30kg/m; 3、人工填土中：钢花管土钉设计承载力10kN/m; 粘土层中：钢花管土钉设计承载力14kN/m; 中砂层中：钢花管土钉设计承载力16kN/m。(六）土方开挖要求 1、土钉墙结构应在结构达到70设计强度后进行下一步土方开挖，桩锚结构第一步土方应在桩体强度达到70设计强度后开挖；2、基坑土方开挖必段配合支护结构的施工，土方分层开挖至土钉或锚杆标高下500mm，然后进行土钉、锚杆施工，土钉、锚杆施工完成后，开挖下一层土，依次进行至土方开挖到基底； 设计说明设计说明3、土方开挖严禁超挖，开挖时，挖斗严禁碰撞土钉、锚索锚头、锚索腰梁及支撑梁；4、施工时须做好基坑内
20、滞水和雨水的排除工作。设计说明设计说明七、施工技术要求七、施工技术要求v 施工顺序要求v截水帷幕（降水井）施工技术要求v护坡桩施工技术要求v锚杆施工技术要求v土钉墙施工技术要求v排水沟、集水井施工技术要求设计说明设计说明范例：七、施工技术要求（一）施工顺序：护坡桩施工 截水帷幕施工冠梁施工 土方、土钉墙、锚杆交替施工（二）护坡桩施工1. 灌注桩成孔工艺采用潜水钻；2.施工桩顶标高应高于设计标高300mm以上，冠梁施工前凿去桩顶浮浆，并清理干净；3.钢筋笼主筋搭接采用双面焊时，搭接长度5d; 钢筋笼主筋锚入冠梁长度不小于30d。4.桩垂直度偏差不大于1%，桩位偏差不大于50mm；5.每根桩须在现
21、场制作一组混凝土标准试块，标养后进行28天强度试验。设计说明设计说明 （三）截水帷幕施工搅拌桩:1.帷幕顶标高和底标高详见剖面图；2.搅拌桩垂直度偏差不大于1%；3.桩位的允许偏差为50mm，桩径允许偏差为4%；4.相邻桩施工间隔时间不宜超过2h 。三重管高压旋喷桩:1.桩顶标高和底标高详见剖面图；2.桩垂直度偏差不大于1%；桩位的允许偏差为50mm；桩径允许偏差为4%；3.提升过程中，如孔口不返浆，须停喷至返浆后方可继续提升； 4.提升时，在中砂层与砂质粘土层交接面上下各0.5m须进行二次复喷；5.成桩后一小时内，进行二次补浆。设计说明设计说明 （四）锚杆施工1.锚杆采用套管跟进成孔工艺施工
22、；2.挖土速度要与预应力锚杆施工速度相协调，清土至预应力锚杆标高下500，严禁超挖；3.锚杆锁定前，施工单位应会同有关单位对锚索进行质量验收，通过验收后方可进行锚索张拉索定。（五）土钉墙施工1.土钉采用48，厚3.25钢花管土钉。2.钢花管土钉施工步骤：钢花管制作打入钢花管 一次高压注浆至浆压上升，水泥用量不小于20kg/m 二次注浆至浆压上升，水泥用量不小于10kg/m; 3.挖土速度要与土钉的施工速度相协调，即分层开挖，每次开挖至土钉标高500，严禁超挖；4.钢花管搭接采用316钢筋等分焊接，双面焊，焊缝长5d。 设计说明设计说明（六）集水井、排水沟1.采用MU7.5机制砖，M5.0水泥砂
23、浆砌筑，沟内抹1：2水泥砂浆厚20mm,沟底浇筑C10素砼垫层厚60mm; 2.排水沟沟底排水坡度拟按0.3%坡度保证水流通畅。3.沿排水沟每隔30m设一口集水井。设计说明设计说明八八 检测要求检测要求v检测内容、数量、方法范例：范例：八、检测要求1、灌注桩采用低应变检测桩身完整性，检测数量为总桩数10且不少于5根，如判定桩身缺陷可能影响水平承载力时，应采用钻芯法补充检测，检测数量为总桩数2且不少于3根；2、锚杆抗拔力采用抗拉试验检测，检测数量为5%锚杆总量且不少于3根，拉至设计承载力的1.2倍；3、土钉抗拔力应进行抽查检验，检测数量为土钉总数的1且不少于3根，拉至设计荷载1.2倍。 设计说明
24、设计说明九九 、监测要求、监测要求v监测项目、方法v支护结构和周边环境的变形控制标准v监测频率v超过警戒值时的处理方法v监测单位和人员资质的要求设计说明设计说明范例：范例：九、检测要求1.按基坑支护规范规定应进行基坑、周边建筑物、周围道路管线的沉降位移监测。在基坑四周设置水平位移及沉降监测点。具体布置详见监测点平面布置图；2.基坑支护施工须做好信息化施工工作，通过不断对监测结果的分析以指导整个施工过程。基坑监测由专业人员进行，对监测结果及时进行反馈，发现异常情况及时通知设计人员，以便研究对策。3.警戒值：a.南北两侧坡顶位移警戒值30mm,地面沉降警戒值25mm; b.东西两侧坡顶位移警戒值2
25、5mm,地面沉降警戒值20mm;c.市政道路地面及临近建筑物沉降警戒值20mm。4.成孔施工过程中每三天测量一次；基坑开挖过程中每开挖到一层锚索标高连续监测三天，每天一次；基坑开挖到基底后连续监测三天，每天一次，以后每七天监测一次；整个施工过程中如出现异常情况需每天监测一次，直至稳定。 设计说明设计说明十、其它说明其它说明v应在施工前继续调查、提供和确认的内容应在施工前继续调查、提供和确认的内容v本说明未明确的，按有关规范、规定执行本说明未明确的，按有关规范、规定执行v其它补充说明其它补充说明范例1.施工前须探明地下管网位置，以避免损坏管网；2.除本设计说明确定的质量量检验要求外，未说明部分质量检验要求按国家、行业、地方有关质量检验标准执行。各种图线的线宽规定各种图线的线宽规定图线宽度应用不可见单线结构构件图线宽度应用不可见单线结构构件图线宽度的应用主钢筋线、钢筋混凝土轮廓线、图线宽度的应用主钢筋线、钢筋混凝土轮廓线、 不可见轮廓线不可见轮廓线图的平面定位的应用图的平面定位的应用图的平面定位的应用图的平面定位的应用周边建筑物的尺寸定位周边建筑物的尺寸定位平面图与剖面图之间的相互关系剖切符号平面图与剖面图之间的相互关系剖切符号剖面图与详图之间的相互关系索引符号剖面图与详图之间的相互关系索引符号图之间的相互关系详图符号图之间的相互关系详图符号谢谢大家！谢谢大家！
