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1、深基坑支護工程基本知識培訓,1,概 論,1、概論 1.1 基坑圍護體系的作用與要求：1.1.1 作用：為基坑工程土方開挖和地下室施工創造必要的作業條件：擋土、阻水。1.1.2 要求：1)保證基坑四周邊坡的穩定性；2)保證基坑四周相鄰建筑物、構筑物和地下管線在基坑工程施工期間不受損害；3)保證基坑工程施工作業面在地下水位以上。,2,基坑工程特點,1.2 基坑工程特點:1)基坑圍護體系是臨時結構，不應有過大的安全儲備，因此具有風險性。2)基坑工程具有很強的地區性：地質、水文地質條件的不同，土性指標的差異，自然條件的差別（如降雨）都影響到基坑的設計；3)基坑工程具有很強的個性：除地區條件的不同外，與2、基坑相鄰的建筑物、構筑物及地下管線的位置，重要性，抗變形的能力，基坑的深度，場地邊界條件的制約等都影響到基坑支護體系的設計，使得每個基坑都需作出專門設計；4)基坑工程的設計與施工緊密相連，土方開挖的施工組織是否合理將對圍護體系是否成功產生重要影響；,3,放坡開挖,5)基坑工程具有很強的時空效應。軟粘土具有蠕變性，蠕變性將使土體強度降低，作用在圍護結構上的土壓力隨時間變大。1.3 圍護結構形式及適用范圍 1.3.1 放坡開挖,4,放坡開挖,需滿足的條件：坡面自立性和邊坡整體穩定性；適用條件：雜填土厚或土質相對較好，開挖深度不大（一般34米），場地較寬闊；優點：一般費用較低；缺點：占用場地，挖土及3、回填量大；輔助措施：坡腳堆草袋擋土或用木樁加固。,5,懸臂式圍護結構,適用條件：對開挖深度敏感，開挖深度不宜超過4米，個別情況需達到6米時要采用門架式結構；優點：便于挖土；缺點：樁入土深度大，樁身彎距大，增加造價；土體位移大，對相鄰建筑產生不良影響。,1.3.2 懸臂式圍護結構 依靠足夠的入土深度和結構的抗彎能力來維持整體穩定和結構安全，由鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、預制樁或鋼板樁組成樁排擋墻。,6,水泥土重力式圍護結構,適用條件：挖土深度不超過6米的軟土基坑，場地條件允許時，對有機物含量很高的土要慎用或采取專門措施。優點：坑內無支撐便于挖土，隔水性能好。缺點：位移量較大，養護期較長，雜填土厚度大4、且含大塊石時施工困難。,1.3.3 水泥土重力式圍護結構,7,內撐式圍護結構,1.3.4 內撐式圍護結構 內撐式圍護結構由圍護結構體系和內撐體系兩部分組成。圍護結構體系常采用鋼筋混凝土樁排樁墻和地下連續墻型式。內撐體系可采用水平支撐和斜支撐。根據不同開挖深度可采用單層水平支撐、二層水平支撐及多層水平支撐，分別如圖1.3-6（a）（b）及（d）所示。,當基坑平面面積很大，而開挖深度不太大時，可采用單層斜支撐如圖1.3-6（c）所示。,8,內撐式圍護結構,內撐常采用鋼筋混凝土支撐和鋼管（或型鋼）支撐兩種。鋼筋混凝土支撐體系的優點是剛度好、變形小，而鋼管支撐的優點是鋼管可以回收，且加預壓力方便。內撐5、式圍護結構適用范圍廣，可適用各種土層和基坑深度。優點：安全度較大，我市已具有豐富經驗。缺點：內支撐給基坑挖土帶來不便。如基坑平面形狀成近似正方形可采用拱圈作支撐，但需注意土壓力的平衡。,9,拉錨式圍護結構,1.3.5 拉錨式圍護結構 拉錨式圍護結構由圍護體系和錨固體系兩部分組成，圍護結構體系同于內撐式圍護結構。錨固體系:錨桿式（單層、二層、多層）需地基土提供較大錨固力；地面拉錨式需有足夠場地設置錨固物；,10,土釘墻圍護結構,1.3.6 土釘墻圍護結構 土釘一般通過鉆孔、插筋和注漿來設置，傳統上稱砂漿錨桿。也有采用打入或射入方式設置土釘。邊開挖基坑，邊在土坡中設置土釘，在坡面上鋪設鋼筋網，并通6、過噴射混凝土形成混凝土面板，形成土釘墻圍護結構。土釘墻圍護結構的機理可理解為通過在基坑邊坡中設置土釘，形成加筋土重力式擋墻起到擋土作用。土釘墻圍護結構示意圖如圖1.3-8所示。,11,門架式圍護結構,門架式圍護結構屬懸臂型，其變形較大。門架式圍護結構適用于開挖深度已超過懸臂式圍護結構的合理圍護深度的基坑工程。,1）門架式圍護結構 門架式圍護結構示意圖如1.3-9所示。目前在工程中常用鋼筋混凝土灌注樁、壓頂梁和聯系梁形成空間門架式圍護結構體系。它的圍護深度比懸臂式圍護結構深。研究表明：前后排樁樁距B小于4d（d為樁徑）時，剛架空間效應差；B8d時，聯系梁只起拉桿作用，剛架空間效應也差。,12,門7、架式圍護結構,2）沉井圍護結構 采用沉井結構形成圍護體系。3）SMW工法柱列式擋墻 將支承荷載與防滲結合起來，使之同時具有承力與防滲兩種功能的支護形式，即是勁性水泥攪拌樁法，日本稱為SMW工法，即在水泥土攪拌樁內插入H型鋼或者其他種類的受拉材料，形成承力和防水的復合結構（圖1.3-10）。,通常認為：水土側壓力全部 由型鋼單獨承擔；水泥土樁的作用在于抗滲止水。試驗表明，水泥土對型鋼的包裹作用提高了型鋼的剛度，可起到減少位移的作用。此外，水泥土起到套箍作用，可以防止型鋼失穩，對H型鋼還可以防止翼緣失穩，這樣可使翼緣厚度減小到很薄。,13,止水降水措施,1.4 止水降水措施 對于滲透性很小的地基（8、如寧波許多工程中遇到的情況，k10-7cm/s），往往既不降低地下水也不設置止水帷幕，在基坑開挖過程中產生的少量積水采用明溝排水處理。在以下情況下需采取止水措施：1）雜填土厚度大，透水性強，地下水可能流入基坑時；2）基坑臨近河流特別是河道變遷不清時，需在圍護樁排后設水泥攪拌樁止水帷幕；3）基坑深度大，緊靠基坑有需保護的淺基礎建筑物時；對于承壓水應注意對排樁施工的影響及防止突涌問題。,14,基坑工程事故類型,1.5 基坑工程事故類型,15,基坑工程事故類型,16,基坑工程設計要點,1.6 基坑工程設計要點 1.6.1 基坑工程的安全等級 基坑工程的安全等級涉及工程安全及工程造價，合理確定一個工程9、的安全等級很重要但也比較困難。國內有關規范對這個問題都有規定，其基本精神是一致的，但具體規定略有不同。浙江省建筑地基基礎設計規范（DB33/1001-2003）規定為：基坑工程根據其重要性分為三個安全等級：,17,基坑工程設計要點,基坑工程根據其重要性分為三個安全等級：1、符合下列條件之一時，屬一級基坑工程：1）軟土地區基坑開挖大于8m時；2）支護結構作為主體結構的一部分時；3）在基坑開挖影響范圍內有重要建（構）筑物或需嚴加保護 的管線時。2、開挖深度小于5m，且周圍環境無特別要求時，屬三級基坑工程；3、除一級和三級以外的均屬二級基坑工程；4、對應于基坑工程安全等級的重要性系數為：一級，0=110、.1；二級，0=1.0；三級，0=0.9。,18,基坑工程設計要點,國家行業規范建筑基坑支護技術規程（JGJ12099）的規定：基坑側壁安全等記及重要性系數,注：有特殊要求的建筑基坑側壁安全等級可根據具體情況另行確定。這本規范只考慮破壞后果，對基坑深度未作規定。,19,基坑工程設計要點,上海市標準基坑工程設計規程（DBJ08-16-97）基坑工程根據其重要性分為以下三級：一級：1）支護結構作為主體結構的一部分時；2）基坑開挖深度大于、等于10米時；3）距基坑邊兩倍開挖深度范圍內有歷史文物、近代優秀建 筑物，重要管線等需嚴加保護時；二級：除一級和三級以外的均屬二級基坑工程；三級：開挖深度小于7米11、，且周圍環境無特別要求時；對于抗隆起，抗傾覆等穩定性驗算，按不同等級的坑基規定了不同的安全系數。每個工程應根據自己的具體情況，側重于破壞產生的后果，綜合各種因素決定重要性等級及0取值。,20,設計原則,圍護體系設計要堅持安全、經濟、方便施工的原則。1)安全：不產生1.5中所列各種圍護體系的破壞；鄰近基坑的需保護的建筑物不致因基坑變形導致結構性破壞或改變其正常使用狀況；并不致改變房屋危險性鑒定等級；不造成鄰近管線的破壞；不危及工程樁的承載性能。2)經濟：在保證安全的前提下，經過多方案對比，使單位延米的造價降至最低。3)方便施工：縮短工期既產生直接的經濟效益，又對確保基坑的安全有利。,1.6.2 12、設計原則,21,設計內容,1)確定設計參數 a)確定開挖深度：根據基坑邊承臺密度確定以底板、地梁或承臺底（均含墊層）為坑底設計標高。b)確定土性指標（、c、）取值，對勘測報告中提供的平均值，標準值或建議值進行分析，結合本地區經驗及工程樁、維護樁對土體的破壞程度，選擇設計指標。c)根據地質剖面的變化和基坑深度的變化以及地面荷載的不同，劃分計算區段。2)選擇支護結構類型,1.6.3 設計內容,22,設計內容,抗傾覆驗算抗隆起驗算整體穩定驗算抗滑移驗算（重力式擋墻）樁身內力計算內支撐軸力計算支護樁及坑底位移計算起控制作用的指標:,3)運用已有成熟應用經驗的軟件進行支護結構計劃，包括：,懸臂結構 抗傾13、覆 單支撐支護結構 嵌固深度，用等值梁法確定多支點支護結構 整體穩定地下水位高的砂土地基 抗滲透性穩定,23,設計內容,對土方工程施工的要求；監測內容和監測點布設，提出報警指標；應急措施；造價估算；,24,支護結構的側壓力,2.1 基坑支護結構承受的側向壓力包括土壓力、水壓力、基坑周圍 建筑物及施工荷載引起的側向壓力2.2 土壓力應根據土體經受的側向變形條件來確定。包括靜止土壓力、主動土壓力、被動土壓力。,2、支護結構的側壓力,25,支護結構的側壓力,k0 靜止土壓力 k0=1sin 土的有效內摩擦角達到主動極限平衡狀態 位移小 15 墻高達到被動極限平衡狀態 位移大 4%墻高,26,主動和被14、動土壓力計算,2.3 按朗肯土壓力理論計算主動和被動土壓力,27,主動與被動土壓力,28,水壓力,水土合算：對淤泥、淤泥質土可采用水土合算方法計算出土壓力，不單獨計算水壓力，采用飽和重度。寧波多采用此種算法。對砂類土應采用水土分算。取有效重度（即飽和重度-1），另加水壓力，土的指標取有效應力指標。,2.4 水壓力,29,抗剪強度指標,直剪 三軸剪 固結塊剪 cq 固結不排水剪 cu 快剪 q 不固結不排水剪 uu 慢剪 s 固結排水剪 d 快剪、固結塊剪、慢剪均與剪切過程中的排水有關。基坑支護設計值一般均取固快（直剪）或固結不排水剪指標（三軸）。固快取峰值，（試驗室一般按峰值提出。）,2.5 15、土壓力計算中抗剪強度指標的取值,30,基坑工程勘察,一般均包含在主體建筑地基勘察中，不能滿足時需補勘。勘察范圍：一般取基坑邊線外相當于基坑深度1.02.0倍的范圍。作出沿坑邊的地質剖面。勘探點間距：一般1030米，當地層水平方向上變化大時，應加點。勘探點深度：不少于基坑深度的2.53.0倍。一般均應查明良好樁端持力層的深度。取土試料：應保證在計算深度內每層土都可取得六件以上的物性及 抗剪強度指標（薄層除外）。提供土的滲透指標。查清地下水種類、深度，對于承壓水要查清隔水層深度，厚度及壓力水頭。對有機物含量高的土應提供有機質含量值為水泥攪料樁擋墻的適宜 性提供依據。,3、基坑工程勘察,31,基坑工16、程支護設計提交內容,方案設計說明工程概況工程地質條件基坑圍護方案基坑排水基坑施工及開挖要求基坑監測應急措施經濟技術分析,4、基坑工程支護設計應提交的圖紙和說明,4.1 文字說明，包括：,32,基坑工程支護設計提交內容,周邊環境及基坑計算分區圖基坑支護總平面圖支撐平面布置圖基坑樁位平面布置圖支護樁、環梁、支撐換撐詳圖節點詳圖坑中坑支護設計圖,4.2 圖紙,4.3 計算書及計算成果匯總表;4.4 支撐彎矩圖，軸力圖;4.5 地質剖面及土工試驗資料。,33,基坑圍護方案選型,按經濟性遞增排序的圍護形式：自然放坡草包疊袋純土釘墻（松木樁復合土釘墻）分級放坡+攪拌樁重力式擋墻攪拌樁復合土釘墻拉森鋼板樁鋼17、支撐沉管灌注樁+內支撐（拉錨）管樁+內支撐（拉錨）鉆孔灌注樁+內支撐（拉錨）排樁懸臂結構。按施工工期遞增排序的圍護形式：自然放坡草包疊袋拉森鋼板樁鋼支撐純土釘墻（松木樁復合土釘墻）以預制樁（包括松木樁）作為圍護樁的排樁體系放坡+攪拌樁重力式擋墻攪拌樁復合土釘墻以沉管灌注樁和管樁作為圍護樁的排樁體系以鉆孔灌注樁作為圍護樁的排樁體系。注：本基坑圍護選型方法適用于寧波市區和部分郊縣（包括海曙、江東、江北、科技園區、東錢湖旅游渡假區、鄞州、北侖、鎮海、象山丹城、余姚部分地區）以及舟山地區。,34,基坑圍護方案選型之自然放坡,適用范圍：基坑計算開挖深度一般不超過3.5m（基坑計算開挖深度超過2m一般采用18、兩級放坡），地表雜填土和硬殼層較厚，基坑周邊場地開闊，有一定或較大的放坡條件，周邊環境或自身工程樁對基坑圍護變形要求不高。優缺點：這是所有圍護方式中最經濟的一種方案，是首選方案。該圍護的優點是造價最便宜，施工進度最快；缺點是變形不易控制，容易發生滑坡現象。,35,基坑圍護方案選型之草包疊袋,適用范圍：一般基坑計算開挖深度不超過4.0m，基坑周邊場地開闊，有一定或較大的放坡條件，周邊環境或工程樁對基坑圍護變形要求不高。優缺點：該圍護方式優點是造價便宜，因沒有需養護的圍護樁，施工進度快；缺點是基坑圍護變形較難控制。,36,基坑圍護方案選型之純土釘墻,適用范圍：一般基坑計算開挖深度不超過4.0m，開19、挖范圍內和坑底附近土性相對較好（含水量不大于50），基坑周邊場地比較開闊，有一定或較大的放坡條件，周邊環境或工程樁對基坑圍護變形要求不高。優缺點：該圍護優點是造價比較便宜，土釘養護期較短，因此施工進度較快；缺點是基坑變形較大，容易發生整體穩定性問題。,37,基坑圍護方案選型之分級放坡+攪拌樁重力式擋墻,適用范圍：基坑計算開挖深度一般不超過6.0m，基坑周邊場地比較開闊，有一定的放坡條件。放坡的臺寬根據場地放坡條件和計算確定，該方案根據放坡級數分為單級放坡和多級放坡。優缺點：該方案在舟山、寧波地區有較成熟的施工經驗，挖土施工方便，止水性能好，大面積卸土后基坑圍護變形也能得到有效控制，沒有支撐體系20、，施工速度快；它的缺點是基坑四周要有一定的放坡范圍，土方開挖及回填量較大，大面積放坡后給施工單位帶來很多不便。另外水泥攪拌樁施工質量不易控制給圍護體系帶來不少風險。,38,基坑圍護方案選型之復合土釘墻,適用范圍：一般基坑計算開挖深度不超過6.0m，開挖范圍內和坑底附近土性很差的淤泥慎用，基坑周邊場地比較開闊，有一定或較大的放坡條件，周邊環境或工程樁對基坑圍護變形要求不高。采用水泥攪拌樁加固坑底主要目的是增加坑底地基土承載力、切斷滑弧面防止純土釘墻方案經常出現的整體失穩問題。優缺點：它的優缺點與分級放坡水泥攪拌樁方案類似，與后者相比它對基坑四周放坡條件限制更低，但它有超越紅線和穿越工程樁的問題，21、對超越紅線要求嚴格地區和附近工程樁密度較高的部位應嚴格控制土釘長度。,39,基坑圍護方案選型之拉森鋼板樁鋼支撐,適用范圍：基坑計算開挖深度一般在4.0m7.0m多之間，基坑形狀呈有利于支撐設置的狹長形。一般這種圍護形式用在市政工程中：過街地道、共同溝、管溝等部位。優缺點：由于拉森鋼板樁不需要養護，在支撐體系形成后馬上可以挖土，因此它的工期較短，可用于搶工期的工程中。缺點是由于受型鋼截面尺寸影響，支撐跨度不能做得很大，導致支撐密度過高，不利土方開挖和結構施工。另外由于鋼板樁定尺長度一般為12、15m，舟山、寧波大部分區域軟土土性很差且厚度較大，計算開挖深度較深的基坑采用一道支撐的鋼板樁嵌固深度往22、往不足，只能設置兩道甚至多道支撐，這樣就增加了施工工期和難度。,40,基坑圍護方案選型之沉管灌注樁+內支撐,適用范圍：基坑計算開挖深度一般在47.0m之間，基坑周邊場地一般不是很開闊，周邊環境對沉管灌注樁的擠土效應反應不是很敏感。沉管灌注樁的樁徑可選用426、500或530。優缺點：有支撐圍護的優點是基坑變形較小，缺點是工序多、挖土麻煩、工期較長。與鉆孔灌注樁+支撐相比，該圍護形式造價便宜，施工速度較快；但沉管灌注樁的垂直度控制以及擠土效應造成的樁間距難以控制，從而造成樁間漏水、漏土現象嚴重，對周邊的建筑物、道路、管線等產生不利的影響，而且沉管灌注樁的樁徑較小，本身就是擠土樁，它的變形較鉆孔灌23、注樁大。,41,基坑圍護方案選型之預應力砼管樁+內支撐,適用范圍：基坑計算開挖深度一般在4.07.0m之間，基坑周邊場地一般不是很開闊，周邊環境對管樁的擠土效應反應不是很敏感。優缺點：與沉管灌注樁相比，管樁不需要養護，工期略短，一般用于基坑開挖面積較小或工期要求較緊的工程，但工程造價略高于沉管灌注樁。其它優缺點與沉管灌注樁類似。,42,基坑圍護方案選型之鉆孔灌注樁+內支撐,適用范圍：基坑計算開挖深度沒有限制，一般計算開挖深度大于7.0m的基坑應采用鉆孔灌注樁作為圍護樁。基坑周邊場地不能行走大型施工機械的部位（鉆孔灌注樁中心與周邊障礙物邊的最小距離不小于1.5m）、施工機械高度受限部位（如上有高24、壓線等情況）以及周邊環境對擠土樁的反應敏感部位應選用鉆孔灌注樁。優缺點：它的優點是圍護樁無噪音、無擠土，基坑變形比沉管灌注樁+支撐更小，可靠度高，它的樁徑變化多，對不同開挖深度的基坑可采用不同的樁徑。另外它具有施工機械小而低的特點，對場地要求較低；缺點是工程造價高，有泥漿排放。,43,基坑圍護方案選型之排樁懸臂結構,適用范圍：適用于基坑計算開挖深度不大于5.0m的工程，一般用于其它圍護方案無法實施的部位（如局部工作面不夠、支撐設置不便等部位），一般與其它圍護方案配合使用，該方案很少采用。優缺點：基本沒有優點，缺點造價高、變形大。,44,基坑圍護方案選型之排樁拉錨,適用范圍：一般用于開挖深度在47m之間，且開挖面積較大、支撐設置不便的基坑中，基坑四周在錨桿施工范圍內沒有超越紅線問題或允許超越用地紅線，允許基坑有一定的變形。優缺點（與有支撐體系比較）：工程造價比支撐體系低，且開挖面積越大越有優勢，沒有支撐體系挖土方便，施工進度較快；缺點是基坑變形比有支撐體系大，基坑四周要有土錨桿存在條件，土錨桿留在土中不易清除，給以后地下施工帶來隱患。,45,組合式圍護結構,1、不同樁型之間的組合2、不同圍護形式的組合,46,敬請批評、指正，謝謝！,47,