深基坑支护设计.ppt

深基坑支护设计 段仲沅南华大学岩土工程系20110901 第1章绪论1 1基本概念与特点 一 与基坑工程有关的一些基本概念 1基坑 为进行建筑物 构筑物 基础与地下室的施工所开挖的地面以下的空间 地下室 地下车库 地铁车站等 2基坑工程 为保证基坑施工 主体地下结构的安全和周边环境不受损害而采取的支护结构 降水止水 土方开挖和回填等工程的简称 包括勘察 设计 施工 监测等 3基坑侧壁 构成基坑周边土体主动变形的一侧 4基坑周边环境 基坑开挖影响范围内的建 构 筑物 道路 地下设施 地下管线 岩土体 地下水体等的简称 包括 1 影响范围内的建筑物结构类型 层数 基础类型 埋深 基础荷载大小 上部结构现状 2 基坑周边各类地下设施 如自来水 电缆煤气 污水 雨水 热力管线或管道等分布和性状 3 基坑周边和邻近地区地表水和地下水汇流排泄情况 地下水管渗漏情况 对基坑开挖和支护的影响程度 4 四周道路距离 车辆载重等 5 相邻基础施工 6 周边的边坡 河渠及其与基坑关系 7 其他基坑堆载 包括临时材料 车辆 土体 住房等堆载 1 1基本概念与特点 5基坑支护 为保证基坑施工 主体地下结构的安全和周边环境安全 对基坑侧壁和周边环境采样的支挡 加固和保护措施 6排桩 以某种桩型按照队列式排列布置形成的基坑支护结构 7桩锚支护 排桩 圈梁 锚杆 腰梁 桩间护壁结构等组成的基坑支护结构 8水泥土墙 有水泥土桩相互搭接形成格珊 壁状等的重力式挡土结构 9地下连续墙 机械施工成槽 浇灌钢筋混凝土形成的地下墙体 10土钉支护 土钉墙 采用土钉加固的基坑侧壁土体与面层等一起组成的加固结构 包括 土钉 土钉范围内被加固土体 面层等三部分 11土层锚杆 由设置于钻孔内 端部深入稳定土层中的钢筋 钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体 12支撑体系 由围檩 支撑 或锚杆 立柱等结构组成的用于支撑基坑侧壁的结构体系 13冠梁 圈梁 设置在支护结构顶部的钢筋混凝土连续梁 14腰梁 设置在支护结构顶部以下 传递支护结构 锚杆或内支撑支点力的钢筋混凝土梁或钢梁 15支点 锚杆或内支撑对支护结构的水平约束点 16支点刚度系数 锚杆或内支撑对支护结构的水平反作用力与其位移的比值 17组合式支护结构 由排桩 地下连续墙 土钉墙 重力式挡土墙 放坡等多种支护结构组合在一起形成的支护结构 1 1基本概念与特点 18嵌固深度 排桩结构在基坑坑底以下的埋置深度 19嵌固深度设计值 根据基坑侧壁安全等级和支护结构验算条件确定的支护结构嵌入深度的设计值 20地下水控制 为保证支护结构施工 挖土 地下室施工和基坑周边环境安全而采取的排水 降水 截水或回灌措施 21截水帷幕 用于阻截或减少基坑侧壁基坑地下水流入基坑而采用的连续止水体 包括悬挂式 落底式 全封闭式 22人工降水 人为降低基坑及周边一定范围内的地下水位 23信息施工法 根据施工现场的地质情况和监测数据 对地质结论 设计参数进行验证 对施工安全性进行判断并及时修改施工方案的施工方法 24动态设计法 根据信息施工法和现场勘察反馈资料 对地质结论 设计参数 设计方案进行再验证 如果确认与原设计条件变化较大 及时补充 修改原设计的设计方法 25逆作法 自上而下分阶段开挖于支护的一种施工方法 1 1基本概念与特点 二特点 1建筑趋向高层化 基坑深度越大 2基坑开挖面积大 给支撑系统带来较大难度 3软土基坑位移 沉降大 影响周边环境 工程地质条件越来越差 尤其是沿海地区 填海 填湖 淤泥 泥潭 沼泽等 地质条件十分复杂 4深基坑施工周期长 场地狭窄 降雨 重物堆放对基坑稳定不利 5施工方法越来越多 各显神通 周边环境条件越来越复杂 四周建筑物 市政设施越来越密 不仅要保证自身稳定 也不能殃及池鱼 6相邻场地施工 如打桩 降水 挖土 基础浇筑混凝土等工序会相互影响制约 增加协调工作难度 7工程事故时有出现 成功率低 条件好 出现问题 条件差地区也出现问题 三基本功能 1提供地下工程安全施工的空间 2保证主体工程地基和桩基的安全 3保证周边环境安全 包括相邻地铁 隧道 管线 建筑物 构筑物 地下洞室 地下公用设施等等 1 1基本概念与特点 四基坑工程发展 1古老传统课题2综合性的岩土工程问题 涉及土力学强度 稳定 变形问题 涉及土与支护结构相互作用的问题 随着土力学理论 测试技术 计算技术 施工机械 施工技术的发展而发展 3发展 1 Terzaghi和Peck在20世纪40年代就提出预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的中应力法 2 Bjerrum和Eide50年代提出基坑隆起的分析方法 3 60年代奥斯陆和墨西哥城软粘土基坑开始使用仪器监测 并逐步使用 信息化施工技术完善 4 70年代开始制定指导开挖的法规 5 我国70年代之前的基坑较浅 如上海 一般小于4m 80年代基坑开始大量增加 90年代开始制定法规 逆作法施工技术使用 6 由于周边环境越来越复杂 环境保护越来越受到重视 预估变形方法有待发展 现在有赖于有限元等现代分析方法和土工参数的正确选用 单纯常规室内试验不足以满足要求 开始把室内试验 现场测试 监测结果结合 能获得较为满意的结果 1 1基本概念与特点 4基坑支护手段的发展 1 20世纪70年代以前 为传统方法阶段 放坡 桩 挖孔桩 钻孔桩 预制桩 搅拌桩 圆形为主 异型也有 板 槽钢钢板 工字钢板 钢混板 墙 地下连续墙 管 钢管 钢混管 撑 钢支撑 木支撑 沙袋堆撑 沉井 2 70年代以来为改良方法阶段 桩锚 板锚 墙锚 管锚 撑锚等 另外支撑出现圆形或与椭圆形的钢混支撑结构 3 稍晚出现主动支护技术土钉支护 注浆 冻结 逆作法施工技术 信息化施工技术 1 1基本概念与特点 5围护结构分类 1 放坡开挖和简易支护 2 悬臂式围护结构 3 重力式围护结构 4 内撑式围护结构 5 拉锚式围护结构 6 土钉支护 7 其他 门架式 拱式 沉井和 椭 圆形墙 加筋水泥土 冻结法 1 2基坑等级与重要性系数 一基坑等级 一般根据基坑环境 破坏后果 基坑深度 工程地质和地下水条件等划分 各地规范划分标准不一 基坑侧壁安全等级和重要性系数 o JGJ120 99 注 有特殊要求的基坑侧壁安全等级根据具体情况确定 基坑工程安全等级划分 JGJ72 2004 高层建筑岩土工程勘察规范 JGJ72 2004 基坑等级确定说明 1基坑环境条件 指临近既有建 构 筑物 管线 道路的重要性 邻近程度 荷载大小 基础类型和埋深 变形控制要求等 2破坏后果 包括对本工程或周边环境的破坏后果 3工程地质条件复杂程度 按照侧壁软土 砂土层的性质和厚度衡量 4地下水位低 指地下水位低于基坑深度 基坑等级 各地方和行业规范有各自的规定 可参照使用 例 广州地区建筑基坑支护技术规定 GBJ02 98 基坑侧壁安全等级 基坑等级 上海市 基坑工程设计规程 DBJ08 61 97 基坑等级 基坑位于 地铁 隧道等大型地下设施安全保护区范围内 城市生命线工程 对位移有特殊要求的精密仪器使用场所 等建筑物附近的基坑工程按照市府有关文件和规定执行 多为一级 1 3基坑工程勘察 一般与主体工程勘察合并进行 也可在主体工程勘察后 对基坑支护需要的重点项目补充勘察 一勘探点的设置 1勘察范围 根据岩土工程条件和开挖深度确定 一般基坑外1 3倍基坑深度H内均匀布置勘探点 无法布孔时 要调查清楚 软土范围要扩大 2勘探深度 满足支护结构设计和降水要求 坑底以下深度不小于基坑深度H的若干倍 广州与湖北为2倍 上海为2 5倍 或进入中风化或微风化岩层一定深度 有软土和降水需要 钻孔要穿透软土层和含水层 进入底部相对硬土层或隔水层一定深度 基坑深度内遇到基岩 一般孔进入微风化岩层微1 3m 控制孔还需超过基坑底部深度1 3m 控制孔为勘探点数的1 3以上 且每边不少于2个控制孔 3勘探点间距 一般15 30m 遇到暗浜 暗塘 填土和软土等的厚度变化很大时 基岩面起伏很大 结构面 岩溶发育等地质情况复杂时 加密钻孔 每个剖面不少于3个勘探点 1 3基坑工程勘察 二目的和任务 一 岩质基坑 调查为主 以钻探 物探 原位测试 室内试验为辅 基坑施工时应进行施工地质工作 主要内容为 1岩石坚硬程度 2岩石完整程度 3岩石风化程度 4主要结构面 尤其是外倾结构面 的力学性质 产状 延伸长度 结合程度 充填物状态 组合关系 充水状况 与临空面的关系等5坡体含水状况 二 土质基坑1基坑勘察前委托方应该提供的资料 详见基坑环境条件概念 1 邻近建 构 筑物的结构类型 层数 基础类型和埋深 持力层 上部结构现状和要求 2 周边各类地下管线和地下工程情况 3 周边地表水汇集 排泄以及地下管网分布及渗漏情况 4 周边道路等级 荷载等情况 1 3基坑工程勘察 2任务 1 查明基坑周边环境条件 2 查明地层结构与成因类型 岩土层性质 尤其是软土 砂土 其他特殊岩土的分布 产状和性质 3 查明地下水类型 埋藏条件 水位 渗透性 提供基坑治水有关资料 4 提供有关岩土层的物理力学指标及基坑支护设计施工所需的有关参数 5 在取得有关勘察资料的基础上 针对基坑特点 提出建议 A分析地层结构和岩土物理力学性质指标 提出基坑地质模型和破坏模式 B分析地层结构和岩土物理力学性质指标 提出设计施工所需参数和支护结构选型 C地下水控制方法和参数 D监测项目 E应注意问题和防治措施 1 3基坑工程勘察 三测试参数 1岩土常规物理力学试验指标 2固结快剪C 3室内和原位测试的渗透系数k 4三轴固结不排水Ccu cu 5可能还需测试土体变形模量 土体水平抗力系数的比例系数m 6特殊情况下的特殊测试 1 4基坑开挖和支护分类 一开挖分类与内容 有支护开挖 无支护开挖 围护结构 支撑体系 降水工程 土方开挖 地基加固和坡面保护 监测 环境保护 降水工程 土方开挖 地基加固和坡面保护 监测 环境保护 1 4基坑开挖和支护分类 二常见支护方法适用范围和条件 尊重各地规范和成熟经验 例如 建筑基坑支护技术规程 JGJ129 99 二常见支护方法适用范围 广州地区建筑基坑致富技术规定 GJB02 98 1放坡 适用条件 1 基坑周边开阔 满足放坡条件 2 基坑周边土体允许有较大位移 3 开挖面以上一定范围内无地下水或已经降水处理 4 可独立或联合使用 不宜使用条件 1 淤泥和流塑土层 2 地下水高于开挖面或未降水处理 二常见支护方法特点与适用范围 2土钉墙 适用条件 1 岩土条件较好 2 基坑周边土体允许有较大位移 3 已经降水处理或止水处理的岩土 4 开挖深度不宜大于12m 5 地下水位以上为粘土 粉质粘土 粉土和砂土 不宜使用条件 1 土层为富含地下水的岩土层 含水砂土层 且未降水处理2 膨胀土等特殊土层 3 基坑周边有严格控制位移的建筑物 构筑物和地下管线等 二常见支护方法特点与适用范围 3水泥土墙 适用条件 1 基坑开挖深度不宜大于7m 基坑周边土体允许有较大位移2 填土 可塑 流塑粘性土 粉土 粉细砂 松散的中粗砂 3 坡顶超载不大于20kpa 不宜使用条件 1 周边无足够施工场地 2 基坑周边有严格控制位移的建筑物 构筑物和地下管线等 3 墙深度范围内存在富含有机质的淤泥 二常见支护方法特点与适用范围 4排桩 适用条件悬臂 基坑深度不宜大于8m 桩锚 1 场地狭小且需要深开挖 2 周边有严格控制位移的建筑物 构筑物和地下管线等 3 基坑边壁有锚杆设置地下空间 内撑 1 场地狭小且需要深开挖 2 周边有更严格控制位移的建筑物 构筑物和地下管线等 3 基坑周边不允许施工锚杆 不宜使用条件 悬臂 周边有严格控制位移的建筑物 构筑物和地下管线等 桩锚 1 基坑周边不允许施工锚杆 2 锚固段只能锚固在淤泥或土质较差的软土层中 实践中也可以运用 内撑 二常见支护方法特点与适用范围 5地下连续墙 适用条件 适用于严格止水要求以及各类复杂土层的支护工程 适用于任何周边复杂环境的基坑支护工程 不宜使用条件 悬臂式地下连续墙 周边有严格控制位移的建筑物 构筑物和地下管线等 不宜使用 地下连续墙与锚杆联合使用时 下列情况不宜使用 1 基坑周边不允许施工锚杆 2 锚固段只能锚固在淤泥或土质较差的软土层中 三 支护方案选择参考 常见基坑支护方案选用经验王曙光 深基坑支护事故处理经验录 机械工业出版社 四支护方案优化流程 优化步骤 1场地工程地质 水文地质 环境条件分析 工期 设备等 2支护方案选型 确定合理支护形式 3方法优选 方案具体细节优化 4最终优化方案 无支护开挖 上部放坡 下部土钉支护 土钉支护 上部放坡 下部桩支护上部土钉 下部桩支护 单 双排悬臂桩 水泥土墙 锚杆加桩 墙 内支撑加地下连续墙 或密排桩 逆作法施工 上部放坡 下部桩锚上部土钉 下部桩锚土钉加预应力锚杆 支护设计方案优选流程 变形控制不严格 变形控制严格 其他优化经验 1利用基坑空间效应 拐角1 3 1 5基坑边长内 适当减少桩长与配筋 2 尤其是拐角 设置斜撑 角撑 3双排桩和单排桩混合布置 基坑侧壁中间双排 拐角单排 4圈梁 腰梁合二为一 5增大圈梁尺寸 设计方法优化 锚 撑点位置 桩直径与桩间距 锚杆倾角等优化 1 5基坑设计基本要求 一基坑工程内容与流程 基坑工程 基坑勘察与调查 委托勘察单位 工程地质水文地质勘察 环境条件调查 基坑开挖和支护方案的建议 是否降 截水降 截水方案 勘察报告 基坑开挖 支护 降水等技术方案及工期 造价的比较 施工招标 勘察 基坑开挖 支护 降水等技术方案及工期 造价的比较 开挖方法 监测方法 支护方法 降水方法 可能事故预测与防治 对环境的影响 工期 造价 基坑深度超过7m时应经专家委员会审批 初定方案 确定施工单位 N Y 支护结构设计 降止水设计 支护结构设计 降止水 监测设计 设计单位 基坑开挖 支护 降止水的施工组织设计 基坑开挖 支护 降止水等工程的实施 可能险情的应急处理 施工单位 监测 基坑封底 基础施工 验收 Y N 回填 支护结构回收 基础工程竣工 基础工程施工总结 上部结构施工 1 5基坑设计基本要求 二基坑设计原则和极限状态 一 总原则 1安全可靠 满足支护结构本身强度 稳定性 变形要求 2经济合理 在安全可靠的前提下 从工期 造价 材料 设备 人工 环境保护综合分析确定具有明显技术经济效益的方案 3施工便利并保证工期 在安全可靠 经济合理的前提下 最大限度的满足方便施工 例如 合理的支撑布置 便于挖土施工等 缩短工期 4信息化设计和施工 二 一般原则 1重视基本理论的指导作用 2设计要全面 避免漏项 考虑最不利的工况 3做好基坑工程总体方案的选择 4做好地下水和地表水的控制 5软土地区重视 时空效应 精心安排挖土和施工方案 6认真做好监测 预测 及时反馈和采取合理措施 7认真研究地方规范和经验 重大工程专家论证 1 5基坑设计基本要求 三 极限状态分类 1承载能力极限状态 支护结构达到最大承载能力或土体失稳 过大变形导致支护结构和周边环境破坏 2正常使用极限状态 支护结构的变形妨碍地下结构施工 或者影响周边环境的正常使用功能 支护结构均应进行承载能力极限状态的设计计算 一级基坑和对变形有限定的二级基坑 还要进行支护结构和周边环境的变形计算 1 5基坑设计基本要求 三设计内容 一 基坑设计前应收集的资料 1基坑勘察报告 包括水文气象条件等 2邻近建筑物和地下设施的类型 分布 结构特征 基础类新和埋深 对变形要求等3本工程有关的资料 用地界线和红线图 邻近地下管线土 建筑总平面图 地下结构平面图和剖面图 拟建建筑物基础类型以及是否先期施工等等4基坑开挖和支护期间是否有相邻施工 其方法 施工工艺 与本基坑工程的相互影响 5工期 质量 经济等方面的业主要求 1 5基坑设计基本要求 二 设计内容 1工程概况和业主要求 场地岩土工程条件 环境条件 2支护结构方案比较和选型 3支护结构强度和变形计算 4基坑稳定性计算 5抗渗计算 6降水或止水方案 7挖土方案 8监测方案 环境保护要求 1 6基坑施工1 6 1基坑组织设计 一施工组织设计 指导拟建工程进行施工准备和组织实施施工的基本技术经济文件 其任务是对具体拟建工程的施工准备工作和整个的施工工程 在人力和物力 时间和空间 技术和组织上 作出一个合理全面 符合好 快 省 安全要求的计划安排 二要求 1严格按照设计 有关规范进行施工 尤其是强制性条文 地方法规 业主要求 这很关键 2施工组织设计 即施工方案 应根据支护结构形式 地下结构 开挖深度 地质条件 周边环境 工期 气候和地表荷载 现有人员 设备 材料等编制 3开挖顺序 方法与设计工况一致 遵循 开槽支撑 先撑后挖 分层 段 开挖 严禁超挖 的原则 1 6 1基坑组织设计 三施工组织设计内容 1基坑工程概况2施工部署和管理目标 3施工方案 4施工进度计划 5资源使用计划 6施工平面图 7工期 质量 进度控制与保证措施 8文明 安全施工 冬雨期 及环境保护措施 9信息化施工措施 10主要技术经济指标 施工组织设计内容 一 基坑工程概况 1支护结构概况与特点 与基坑工程相关的地下结构及工程结构特点 主要工程量和概算 2施工条件 包括地区自然条件 地形 气候 场地环境条件 基坑周边环境 场地工程地质 水文地质条件 地下障碍物情况及交通情况 二 施工部署和管理目标 1施工准备 包括劳动力准备 施工机具准备 材料 半成品和周转材料准备等 2管理组织机构 工人班组和管理人员组织 3管理目标 质量目标 进度目标 安全管理目标 经济目标等 三 施工方案 1施工顺序及施工起点流向 一般包括常规施工和逆作法 2各主要施工工序的施工方法 3基坑支护工程中的关键技术问题和技术难点三处理和质量要求 施工组织设计内容 四 施工进度计划 包括个分项工程的开 竣工顺序和交叉搭结施工时间的安排 人力物力的平衡 用进度表的形式控制施工时间和进度 五 资源使用计划 1劳动力需求量表 工人 技术人员 管理人员 后勤等等 2施工机械设备需求量表 型号 数量 动力 用途等等 3材料和半成品需计划表 数量 质量 规格 品种 储运等等 六 施工平面图 包括施工所需的临时设施和施工机具 材料堆场的空间布局 可同整个地下结构部分施工统一布置 主要内容应包括 垂直运输布置 材料和半成品的堆场布置 道路和水电线路等管线布置 估算施工用水电量 施工组织设计内容 七 质量控制与保证措施 1建筑材料的质量控制标准 检验制度 保管方法及使用要求 2各个工序 工种的质量控制标准 检验制度和要点 3成品保护 4可能出现的质量问题和防治措施 八 文明 安全施工及环境保护措施 1文明施工和环境保护措施 包括施工噪音控制 废浆废渣清运 基坑垃圾处理 施工灰尘控制 不明物体处理 施工工艺本身的不良效应的控制 如挤土效应 降水等 等 2安全施工措施 包括场地清理 材料堆放 施工设备机具何用电用水的检查 维修与保养 安全培训 管理和持证上岗 场地警示牌 具体施工环节的安全事项等等 3冬期 雨期施工安全技术 施工组织设计内容 九 信息化施工措施 1进度控制及保证措施 2安全控制及保证措施 3风险预测及事故抢险计划措施 4开挖监测及配合监测工作的保证措施与信息反馈系统 5特殊工艺的有关专业措施等 补充自学材料一 基坑工程施工知识 1 6 2基坑施工方案 一施工方案 单位工程或分部 分项 工程中某施工方法的分析 是对施工实施过程中所耗用的劳动力 材料 机械 费用以及工期等在合理组织条件下 进行技术经济分析 力求采用新技术 从中选择最优施工方法即最优方案 对于工程项目中的一些施工难点和关键分部 分项工程 经常编制专门的施工方案 因此 施工方案有包含在施工组织设计里 以及独立编制两种 二施工方案内容 建设工程项目管理规范 GB T50326 2001 1施工流向和施工顺序 2施工阶段划分 3施工方法和设备选择 4安全施工设计 5环境保护内容及方法 1 6 2基坑施工方案 三分项工程单独编制施工方案内容 1编制依据 2分项工程概况和施工条件 说明分项工程的具体情况 选择本方案的优点 因素以及方案施工前应具备的作业条件 3施工总体安排 包括施工准备 劳动力计划 材料计划 人员安排 施工时间 现场布置及流水段的划分 4施工方法工艺流程 施工顺序 四新项目详细介绍 可以附图表直观说明 必要时设计计算 5质量标准 阐明主控项目 一般项目和允许偏差项目的具体根据和要求 注明检测方法和工具 6质量管理要点和控制措施 分析分项工程的要点和难点 制定针对性的施工和控制措施及成品保护措施 7安全 文明 环境保护措施 8其他 1 6 3基坑施工方案和组织设计的关系 一整体和局部关系二指导和被指导关系三两者的区别 1 7基坑常见问题 一目前基坑工程中常见问题存在环节 1勘察 不勘察或不准确 破坏模式选择不当 2设计 1 对地质资料要了解清楚 包括流砂 管涌 暗沟 洞穴 承压水等等 软土和特殊土分布 产状和特征 例如上海饱和砂土和地下防空洞 洞穴存在使桩达不到设计长度 砂土易产生流砂 影响周边民房 产生裂缝 常用高压注浆 旋喷桩 灌黄砂 干水泥等措施并加快施工进度 2 查明周边各类建筑物 地下管线的特征和使用要求 3 选择合适围护结构和支撑系统 坑内加固 井字形支撑加脚撑 圆形和椭圆形钢混封闭框架支撑 钢混支撑需要养护 拆除需要爆破 逐渐被钢结构支撑代替 1 7基坑常见问题 3施工与管理 施工质量问题 超挖问题 施工管理问题 例如 1 支撑结构不合理 施工质量差 如 钢管支撑支点数量少 焊接不牢 使用多年的钢管变形大 变薄等 2 超挖 没做到 开槽支撑 先撑后挖 分层 段 开挖 严禁超挖 不支护就开挖支护结构未达到要求的强度就开挖未分层分段开挖而一挖到底等等3 多家施工方管理协调不力 4 层层分包 偷工减料 4监测和应急处理 监测取消 监测减少 数据分析不认真 分析水平不高 不及时分析发现问题并及时反馈 应急措施不及时 不果断 不到位 1 7基坑常见问题 一目前基坑工程中常见问题 1支护结构选型不当2实际主动土压力值大于设计值 土压力计算模式与地区经验不符合 或者破坏模式比较特殊 应该计算滑坡推力 综合考虑滑坡推力和土压力等1 雨季 涨潮 地下水管渗漏等使地下水位上升 粘聚力和内摩擦角下降基坑侧土压力增大 引起破坏 2 场地顶部堆放建筑材料 挖出的土方堆放 超载引起变形和破坏 3 违规作业 如挖土机离基坑太近 并且反铲挖土 侧压力和变形加大 3防水 排水 降水措施不力 1 时间跨度大 不做坡顶排水沟和挡水墙 不做坡顶护面和坡面防护 轻者冲刷桩间土 重者结构破坏 2 高水位地区未做止水帷幕 基坑降水漏斗范围内沉降破坏 3 周边地下管线年久失修 可能破坏渗漏 没有提前处理 4 止水帷幕设计未考虑地质条件和不同开挖深度 采用同一长度止水帷幕 并且未穿透砂土层 地下水渗漏 土质下降 侧压力增加 地表堆载 1 7基坑常见问题 4锚杆失效 1 锚杆位置不当 位置过低或抗力不足 引起大的变形 2 锚杆长度不够 不能阻挡基坑整体滑移 3 锚固力下降 地面水下渗 水管渗漏 地下水位上升等 使地下水位上升 粘聚力和内摩擦角下降 锚固力下降 4 地基土的冻胀 锚固力下降 5 相邻施工的机械振动和挤土效应使孔隙水压力上升 有效应力下降 砂土液化 粘土触变 锚固力下降 6 锚头锁定失效和腰梁失效 锚固力下降或者丧失 5支撑结构不合理 1 首道支撑位置太低 引起支护结构顶部变形过大 2 支撑间距太稀 受力大而产生弯曲变形甚至断裂 3 支撑支点数少 连接不牢靠 支撑杆件下挠 产生弯曲变形而失去支撑作用 4 基坑尺寸大 钢管支撑 压弯变形 支护结构位移 1 7基坑常见问题 6基坑土体稳定性不足 1 支护结构插入深度不够 Ep不够 2 饱和粉细砂降水引起管涌河流砂 3 坑底承压水造成基坑突涌 7淤泥地基触变 1 饱和淤泥和软土采用捶击法施工挤土桩 造成挤土效应而变形或破坏 2 饱和淤泥和软土未采用降水 挖土和运土引起扰动 变形和破坏 8设计不合理 安全储备过小 1 破坏模式选择不当 因此侧压力计算不准确 2 为节约过大折减主动土压力 减少配筋 当土质不利时 变形过大或者破坏 3 设计人员缺乏经验 许多经验措施 如圈梁 护面等忽略 埋下隐患 1 7基坑常见问题 9施工管理水平低 施工质量差 1 未监测 少监测或监测技术落后或者不合理 2 监测数据分析不够 不能及时预警和采取合理正确的措施 3 施工时随意变更设计 不按照设计和规范施工 4 偷工减料 施工质量差 强度达不到要求 止水帷幕不起作用 5 施工环节协调不力 桩和锚杆强度未达要求就开挖 超挖 一次挖到底等 10勘察结果不准确或未进行基坑勘察 破坏模式判别不准确 参数取值不准确 补充自学材料 基坑常见事故及其预防措施 第2章支护结构荷载2 1库仑土压力 一库仑主动土压力二库仑被动土压力库仑土压力计算见 土力学地基基础 和 边坡工程 库仑主动土压力大小一般比较准确 库仑被动土压力一般因基坑底部达不到被动极限状态 结果偏大 有些设计人员设计时 主动土压力采取库仑土压力 被动土压力采取朗金被动土压力 2 2朗金土压力 一朗金主动土压力二朗金被动土压力朗金土压力计算见 土力学地基基础 朗金主动土压力大小一般稍偏大 偏于安全 朗金被动土压力结果偏小 注意各地规范关于水土分算或者水土合算的规定 2 3建设部基坑规范土压力2 3 1水平荷载标准值 一有关基本规定 1JGJ120 99首选各地经验土压力 没有经验时 才按照该规范计算土压力 2水平荷载标准值相当于主动水土压力 水平抗力标准值相当于被动水土压力 3计算土压力时 C 设计值采用三轴固结不排水剪切试验指标Ccu cu 具有可靠经验时 可采用直剪固结快剪指标 4JGJ120 99坡顶局部超载应力扩散角为45度 5C 标准值的取值 按照勘察报告确定 一些设计人员采用等效内摩擦角计算土压力 即将粘聚力C的贡献叠加在内摩擦角上 将内摩擦角增大 计算土压力时不再考虑粘聚力 C 0 应力扩散角的取值不同规范或教材可能不一样 如边坡坡规范 取45 2 2 3 1水平荷载标准值 6超载垂直应力的简化考虑 1 坡顶均布荷载 直接按照均布荷载大小考虑 2 坡顶局部荷载 应力扩散角为45度 作用范围见图右图中 坡顶局部超载大小为q0 作用宽度为BC宽 即b按照45度扩散原则 FA FB aFA段和E点以下的土体不考虑坡顶局部超载的作用该荷载作用范围为AE段 计算垂直荷载时 大小因为应力扩散 其值变小 q q0 b b 2a A B C D 450 450 450 E 坑底 q0 q b F a 2 3 1水平荷载标准值 当基坑边壁的局部荷载有一定埋深时 如浅基础 上式中q0取基底附加压力 作用范围相应下移一个基础埋深d 见下图 q0 a b q 450 450 a A F 坑底 d 2 3 1水平荷载标准值 基坑上部放坡时 超载的考虑 1 从上部边坡坡脚处开始 按照45度扩散至支护结构上 上部边坡视为超载 大小为q0 2 BC间不受超载影响B点标高处计算超载引起的垂直应力时取零3 A点以下计算超载引起的垂直应力时取q q0 4 AB之间线性分布 AB之间标高垂直应力为 q x b q0式中 x为计算点低于B点的长度 0 x b q0 q0 A B C D E F 450 450 b x b 上部放坡 坑底 2 3 1水平荷载标准值 二砂土和碎石土水平荷载标准值的计算 地下水位以下的砂土因为水压力的缘故 坑底以下水平荷载标准值可能不是矩形分布 坑底 hwa 2 3 1水平荷载标准值 二粉土和粘性土水平荷载标准值的计算 三基坑外侧土体竖向应力标准值的计算 2 3 2基坑内侧水平抗力标准值 hwp 坑底 hi 1 3 hi hi a b hzi hi 1 2 hi 三角形分布 梯形分布 矩形分布 2 3 3常用地表荷载的处理方法 一地表集中荷载折算成均布超载 高大钊 深基坑工程 第二版 机械工业出版社 20021繁重的起重机械 距离支护结构1 5m内 按照60KPa取值 距离支护结构1 5m 3m内 按照40KPa取值 2轻型公路 按照5KPa取值 3重型公路 按照10KPa取值 4铁道 按照20KPa取值 2 3 3常用地表荷载的处理方法 二高层建筑均布荷载取值 机械工业部设计研究院 多层与高层建筑结构设计技术规定 1993 9 2 3 4水平荷载标准值计算实例 h 8m hwa 2m hwp 1m L 16m 坡顶局部超载qo 20kPa 宽度3m 距离基坑边壁1m 粘性土 厚度3m 18kN m3 C 12kPa 120 砂土 厚度8m 20kN m3 C 0 320 粘性土 19kN m3 C 15kPa 180局部超载作用范围为地表以下AB范围即地表下1m至6m范围q 20 3 3 2 1 12kPaKa1 0 66 Ka1 1 2 0 81 Ka2 0 31Ka3 0 53 Ka3 1 2 0 73 Kp1 3 25Kp2 1 89 Kp2 1 2 1 38 qo 20kPa 2m 3m 11m 粘性土 砂土 粘性土 坑底 1m 3m 1m A B 砂土 粘性土 8m 16m 3m 8m 2 3 3水平荷载 抗力标准值计算实例 一土压力强度零点深度 1不考虑超载 2考虑超载 二水平荷载标准值计算 三水平抗力标准值的计算 见黑板详细计算过程 本题如果用朗金公式计算 要求水土分算 怎么计算 作业 2 4渗流状态下水土压力计算 一简化方法 净水压力图 净水压力单独作用在主动区 计算土压力时 地下水位以下取浮重度 被动区和主动区不再单独计算水压力 坑底 Pw hw 主动区和被动区的水位差 Pw w hwPw 最大水压力强度 2 4渗流状态下水土压力计算 二考虑渗流效用的基坑支护结构水土压力的计算 一 基坑支护结构水流效应 有利和不利 1主动区水压力减小 被动区水压力增大 2主动区有效土压力增大 被动区有效土压力减小 3可用贴支护结构面流线的水力坡降作为破裂土体内的流线的水力坡降 主动区渗流力GD wi 方向垂直向下 被动区渗流力方向向上 计算主动区的水土压力时 主动区地下水位以上土体的重度取 地下水位以下土体的重度取 wi 计算被动区的水土压力时 被动区地下水位以上土体的重度取 地下水位以下土体的重度取 wi 二 利用水流连续原理求各层土的水力坡降和水头损失 1水流连续原理 某一流线上各段的流速相等 V k1i1 k2i2 k3i3 kiii 各层土的水力坡度和其渗透系数成反比 2 4渗流状态下水土压力计算 2在水位差 H作用下 各层土的水头损失 hiii Hi hiii H3各分层深度处水土总压力 1 主动土压力强度 有效自重应力 渗流力之和代替有效自重应力 2 被动土压力强度 等于该点的有效自重应力与渗流力之差代替有效自重应力 3 总的主动 被动土压力求和可得 三 水流连续原理求水土压力实例 1水下土层渗透系数之比K2 K3 K4 4 8 60 1 2 152水力坡降关系 与K成反比i2 15i4 i3 7 5i4 3利用 hiii H求水下土层的水力坡降 2 5i2 9i3 7i4 7i4 3i3 8 5求出 i2 0 9i3 0 45i4 0 06 填土 粉细砂 细砂 K2 4 10 4cm s K3 8 10 4cm s K4 6 10 3cm s 1 5m 6 0m 3 0m 7 0m 2 5m 10m 粘性土 2 4渗流状态下水土压力计算 4利用朗金公式求主动区土压力 2 4渗流状态下水土压力计算 5利用朗金公式求被动区土压力 考虑到被动区破裂带宽度比主动区破裂带宽度大 一些学者如龚晓楠等 认为被动区土层的水力坡降为主动区相应土层水力坡降的 0 75 0 8 倍 再考虑安全因素 取被动区土层的水力坡降ii 0 85ii 2 4渗流状态下水土压力计算 6求基坑支护结构的净水压力 2 5动用土压力计算 土压力的调整 一提高的主动土压力 动用的主动土压力介于静止土压力和主动土压力之间 宜按照场地工程条件选用 变形有严格限制的建筑物或地下管线位于 区时 采用Ko计算土压力 位于 区时 采用 Ko Ka 2计算土压力 h 0 5h h 坑底 区采用Ko 区采用0 5 Ko Ka 建筑物 地下管线 2 5动用土压力计算 土压力的调整 二降低的被动土压力 一般来说 支护结构墙体在被动区不允许达到被动极限状态 被动土压力也达不到极限值 降低的被动土压力可以用极限状态时的被动土压力系数Kp乘以一个折减系数Cp计算 方法一 Cp 0 5 0 8 结合经验确定 方法二 利用位移计算折减系数 2 5动用土压力计算 土压力的调整 三板式支护结构被动土压力增大系数Cp 考虑到板式支护结构与被动区土体之间的摩擦贡献 可以将被动区的被动土压力系数乘以一个放大系数 JGJ120 99不考虑 2 6土岩基坑或二元结构基坑支护作用力 建筑基坑工程技术规范 YB9258 971根据具体基坑边坡二元地层结构特征 按照岩体 土层分界或者软土 硬土层分界面计算滑坡推力 滑坡推力计算方法见边坡工程学 2如果基坑支护结构处滑坡推力小于或等于0 则计算土层的水平荷载和抗力 3如果基坑支护结构处滑坡推力大于0 作用在支护结构上的荷载取该滑坡推力加上土层的水平荷载 即 滑坡推力 水土压力讨论 这样做合理吗 4土岩二元结构基坑边坡 基坑各边地质条件不一样 按照各自具体特征分别计算处理 应该首先考虑水平推力的不对称性和整体稳定性 另外 对于坑底以下岩石的侧向抗力 有人按照岩体等效内摩擦角 见勘察报告或者边坡规范 计算三角形分布的被动土压力 也有人按照矩形分布 取岩体的承载力特征值作为抗力 坑底以上的岩石不再考虑主动土压力 只考虑土层的土压力和滑坡推力 岩体或坚硬土层 土压力 滑坡推力 土体或软土层滑块 建立正确的地质模型和可能的多个基坑破坏模式非常重要 基坑破坏模式 不一定只包括土层内部朗金公式所提出的破坏模式 这与基坑侧壁地质模型和岩土层工程性质 地表或浅部荷载特征 尤其是应力集中部位首先破坏 地下管道水和化粪池渗漏软化土体而破坏 地下水渗流效应 侧壁地下工程特征等有关 注意地层 尤其是软土 倾角 厚度变化 注意软土分布和产状变化 软土 第3章悬臂式支护结构3 1悬臂式支护结构的设计步骤 本节主要讲述悬臂式钢筋混凝土支护结构的设计设计内容包括 桩径 桩距 入土深度 桩身配筋 圈梁配筋 变形计算 稳定性验算等 步骤如下 一桩径 桩距 按照经验取值 桩径D 0 6m 有地下水时 桩中心距 1 2 1 5 D 砂土和软土取小值 粘性土取大值 无地下水 降水或者土质较好时 桩中心距 2 2 5 D 对于确定的按经验配筋的桩 其抗弯弯矩可计算 为Mc 根据每米单宽土压力可计算出桩身最大弯矩及设计值M 则桩中心距可取Mc M 排桩支护经验参数 一般当基坑深度h 12m时 灌注桩直径D 0 6 0 8m或稍大 h 12m时 灌注桩直径D 0 8 1 2m 支撑参数经验值 锚杆层数可参照支撑道数 锚杆位置要低于基坑边壁中相邻建筑物的浅基础底部 嵌固深度hd oh广州地区悬臂桩和单支点排桩嵌固深度经验系数 表 3 1悬臂式支护结构的设计步骤 二计算土压力 按照经验土压力或实测土压力 或规范法计算土压力 三入土深度核算 土体分层多时 要假设一个经验入土嵌固深度试算 均质土可以直接计算嵌固深度 hp Epi 1 2 oha Eai 0四最大弯矩计算 先确定剪力为零点 该点以上所有主动 被动土压力对该点求力矩之差 主动 被动土压力的力矩方向不同 求出弯矩设计值 五桩身配筋 按照桩身最大弯矩配筋 六圈梁配筋 圈梁高度一般为桩直径的0 5 0 8倍 且 0 4m 宽度 桩的直径 桩的主筋锚固于圈梁 锚固长度不小于30倍主筋直径 焊接接头分散布置 同一截面接头数不得超过钢筋数的一半 圈梁配筋一般采用构造配筋 一般符合最小配筋率要求 经验值为 0 5 0 8 As As为桩身主筋配筋总面积 当圈梁兼作腰梁时 按照腰梁受力 以最大弯矩按照钢筋混凝土梁计算配筋 七变形估算 有限元法或者弹性地基梁法 一般只能用软件计算 实践中悬臂式排桩只能用于变形控制不严的基坑周边环境 变形靠监测来控制 3 1悬臂式支护结构的设计步骤 3 2悬臂式支护结构的桩身配筋 一桩身配筋基本要求 1桩身均匀配筋基本要求 最小配筋率大于0 42 主筋保护层厚度大于5mm 箍筋直径6 8mm 螺纹状 间距200 300mm 加强筋直径大于等于12mm 间距2 3m 钢筋笼距离孔底一般200 500mm 主筋之间的间距大于 1 2 1 5 dmax dmax为混凝土粗骨料的最大直径 实践中 一般要求主筋间距尽可能大于10cm 均匀配筋时 主筋至少6 162桩身不均匀配筋基本要求 受拉区主筋实际配置圆心角分别为 2 s n 1 n 受压区 2 s m 1 2m n和m分别为受拉区和受压区主筋根数 只配置受拉区主筋时 受拉区主筋最小配筋率大于0 2 至少3根 其他范围内应配置构造钢筋 其直径不宜小于受拉区主筋的1 2 且不小于10mm 构造钢筋的环向间距不应大于圆截面的半径和250mm中的小者 且不少于1根 对于大直径 D 1m a 50mm rs 450mm 基坑支护桩 构造钢筋间距不宜大于250mm 其他要求同均匀配筋 3 2悬臂式支护结构的桩身配筋 保护层 桩的半径r 钢筋圆半径rs 实际钢筋分布长度L r rs 保护层a 2 s Ls L s 2 s s一般取1 6 1 3 相对界限受压区圆心角 b 可内插 3 2悬臂式支护结构的桩身配筋 二配筋方法 方法1 均匀配筋 查表法 核算法 根据计算出来的桩身最大弯矩设计值M 查表得出配筋 要求表中Mc大于等于计算出来的桩身最大弯矩设计值M 配筋在第一列中 刘建航 基坑工程手册 中国建筑工业出版社 1997 P598 602但是 该表系根据旧版混凝土规范得出 新版混凝土规范中 混凝土和钢筋的设计值与旧版有所差别 注意桩身混凝土强度参数不能完全照搬混凝土规范取值 应该乘以施工工艺系数 按照现行桩基础规范 施工工艺系数取值如下 混凝土预制桩 1干作业非挤土灌注桩 挖孔桩 0 9泥浆 套管护壁非挤土灌注桩 部分挤土灌注桩 挤土灌注桩 0 8所以 该表只能参照使用 按照弯矩设计值M查表初步得出一个符合要求的配筋 相当于经验配筋值 然后再按照新版 混凝土结构设计规范 和下面步骤核算 3 2悬臂式支护结构的桩身配筋 1计算得出弯矩设计值M后 根据经验选择一个配筋 或者根据弯矩设计值M查表 刘建航 基坑工程手册 得出初步符合要求的配筋 基于旧规范下 确定此配筋的As A以及此配筋在新规范中的fcm fy 2求系数K fyAs fcmA 3查刘建航 基坑工程手册 P598附录一求 t 4根据公式计算Mc 如果Mc大于等于弯矩设计值 且最小配筋率 主筋间距核算都符合要求 则所选的初步配筋符合要求 否则 加大配筋量 不能超筋 或桩径 或混凝土等级 重新按照上述步骤2 4计算 直至符合要求 5核算最大 最小配筋率 主筋间距是否符合要求 3 2悬臂式支护结构的桩身配筋 方法2 均匀配筋 简化法 即广州 武汉等基坑规范求出弯矩设计值M 然后配筋 步骤 1求出弯矩设计值M 2求m M fcm A r 3根据m查表 得 4求均匀配筋的主筋面积A s A s fcmA fy5As 0 86r rs A s6检查均匀配置的主筋As是否符合最小 最大配筋率的要求 7检查主筋所在圆上主筋间距是否符合大于 1 2 1 5 dmax的要求 不符合要求 增大桩径 混凝土等级或钢筋直径 钢筋直径不宜太粗 主筋HRB335钢筋直径大多在20 28mm之间 再按照上述步骤计算 大多数情况下非悬臂式排桩都采用均匀配筋 方法2和方法3是一些地方规范推荐的配筋方法 采用 3 2悬臂式支护结构的桩身配筋 方法3 不均匀配筋 简化法 一 受拉单边局部均匀配筋 教材查表简化方法条件 符合教材查表条件的受拉单边配筋 受拉钢筋对称布置在合力方向两边各45度方向上 即 s 0 25 在求出配筋面积As后 选定钢筋级别 一般选用HRB335 和直径 一般在20 28mm之间 求出根数n 分布在Ls rs2 s n 1 n长度范围内 步骤相同 但是第三步查表求 时 应该根据m查辅导材料附表7中的续表 然后得 单边配筋量节约将近1 2 但必须分清楚哪边受拉 受拉侧 主筋 构造配筋 900 一般不配 用 步骤 假设 s和 s s 0 5 s 按照经验或主筋间距要求 初步确定As和A s 根据已知的fcm和fy 通过迭代求出 再代入上式求出Mc 当Mc大于弯矩设计值M时 即为所求配筋 否则 增加桩径 混凝土等级 HRB335钢筋直径可适当增加 但一般不宜大于28mm 其他范围内仍需配置构造钢筋 二 双边局部均匀配筋公式 要核算最小配筋率和钢筋间距是否满足要求 不满足间距要求的话 增加桩径 混凝土等级 HRB335钢筋直径适当增加 但不宜大于28mm 否则双边局部均匀配筋 其他范围内仍需配置构造钢筋 单边配筋吊放钢筋笼不如均匀配筋方便 三 弯矩设计值较大时的双边局部配筋 对于弯矩设计值较大 单边配筋可能不满足要求 这是可充分发挥受压区混凝土的功能 1混凝土受压区 c按照下表取值 2选取 s 1 4 1 3 也可稍大 计算受拉区钢筋最大配筋量As1 受拉区钢筋配置在2 s角度范围内 需要核算此时钢筋的间距 当此范围内按照最小间距能布置的钢筋面积A s1小于As1时 取As1 A s1 两者取小值 三 弯矩设计值较大时的双边局部配筋 3计算受拉区钢筋和受压区混凝土的抗弯能力Mu 4弯矩差值 M M Mu 5计算受压区钢筋面积A s 布置受压区钢筋的重心至圆心的距离大于等于受拉区钢筋重心至圆心的距离 6受拉区钢筋面积As A s As1 共n根 布置在2 s n 1 n角度范围内 即 增加的钢筋按照集中钢筋计算 但布置按照圆形布置 两者面积和重心均相同 7核算最小配筋率 钢筋间距要满足要求 否则 调整桩径 钢筋 混凝土等级等参数 3 2悬臂式支护结构的桩身配筋 方法4 JGJ120 99规范编写组推荐方法 求出弯矩设计值M 然后计算配筋 一 仅仅在受拉区 1 6 s 1 3 单边配置钢筋时 其他范围仍需构造配筋 配筋率简化公式为 另外 要核算主筋最小间距和最小 最大配筋率要求 圆形受弯构建仅仅在受拉周边配置受拉钢筋的最大配筋率和面积公式 3 2悬臂式支护结构的桩身配筋 二 均匀配置钢筋 简化公式 3 2悬臂式支护结构的桩身配筋 三 工程常遇设计配置钢筋 已知内力 弯矩 设计值 选择了圆形截面 混凝土等级和钢筋种类 求截面配筋和配筋位置 N M 通过迭代求出 要求 0 286 初值0 286 0 29 0 30 0 31 0 32 求出受拉区和受压区配筋面积后 1 核算配筋率和主筋间距要求是否满足 2 其他区域构造配筋 3 3排桩支护结构的圈梁配筋 排桩支护结构的圈梁配筋目前尚无简单实用的设计方法 下面介绍一种简化方法 经验配筋方法 资料来源 秦四清 深基坑工程优化设计 地震出版社 1999圈梁高度一般为桩直径的0 5 0 8倍 且 0 4m 宽度 桩的直径 桩的主筋锚固于圈梁 锚固长度不小于30倍主筋直径 焊接接头分散布置 同一截面接头数不得