基坑工程技术规范.doc

基坑工程技术规范征求意见稿最新版本的上海规范上海市工程建设规范 基坑工程技术规范 Technical code for excavation engineering (征求意见稿) 2009 年 1 月 上海 前 言 上海市基坑工程设计规程(DBJ08-61-97)颁布十年以来,上海的工程建设飞速发 展,大面积,大深度和紧邻高敏感周边环境的基坑工程大量涌现,尤其是伴随着上海大规模 地下空间的开发,基坑工程的计算理论,设计方法,施工技术与检测手段等都有了相当的进 步,积累了丰富的经验;但同时工程中也出现了一些新的技术问题,都需要及时纳入规范予 以明确. 根据上海市建筑建材业市场管理总站对规范标准的统一考虑和规范总体框架的调整, 计 划将上海市基坑工程设计规程(DBJ08-61-97)修编成上海市基坑工程技术规范. 新版基坑工程技术规范将以基坑工程设计为核心,同时涵盖勘察,施工,监测和检测等 各个方面内容. 目前,规范已完成征求意见稿的编制工作. 一,规范编制的主要原则 新版基坑工程设计规程修编遵循的主要原则如下: 1. 作为基坑工程专项技术标准, 基坑工程技术规范全面涵盖了基坑工程的勘察,设计, 施工,检测与监测内容,覆盖范围从原有的建筑,市政工程进一步扩大到建筑,市政, 港口,水利工程领域.规范编排也相应进行了调整. 2. 基坑工程技术规范作为专项技术标准,与同期开展修订的上海市地基基础设计规 范设计原则及有关内容保持协调一致,并尽量与国家及行业规范,标准在原则及总体 上保持协调. 3. 参考全国及各代表性地区的基坑工程规范, 标准以及原规程在上海地区的使用情况, 基 坑工程技术规范中基坑临时支挡结构,与主体结构相结合的基坑支护结构在基坑施工 期以及地基部分的设计安全水准基本保持不变;与主体结构相结合的基坑支挡结构在永 久使用阶段的设计安全水准与上部结构保持一致. 4. 在基坑工程技术规范中设计表达式采用以分项系数表达的极限状态设计表达式. 5. 根据原规程使用以来大量工程经验的积累和基坑工程技术水平的发展,基坑工程技术 规范对下述技术(包括但不限于)进行了总结和梳理: 1)环境影响问题的分析与对策 2)型钢水泥土搅拌墙,复合土钉墙技术 3)钢板桩技术 II 4)无围檩钢支撑体系等特殊条件下的基坑工程技术 5)支撑系统与支撑立柱 6)基坑土体加固 7)地下水的控制 8)基坑开挖 9)支护结构与主体结构相结合的技术新进展 10)水工基坑工程 二,尚待完善的内容 本次规范修编工作量大,时间紧,为使本次规范编制尽可能完善,编制组目前仍在针对 以下具体技术内容开展工作: 1. 本次规范对水压力,土压力计算方法以及基坑稳定性计算公式均有所调整,基坑稳定性 分项系数尚在深入研究与制定之中. 2. 复合土钉支护有关规定的工程算例校核. 3. 土层锚杆,临水基坑工程,基坑土体加固等技术内容的调整与扩充. 为确保基坑工程设计规范的编制质量,现征求宝贵意见和建议,并请在 2009 年 2 月 15 日前将书面意见(信件,传真或电子邮件方式均可)反馈至编制组.编制组将在广泛征 求各单位和专家意见的基础上,对征求意见稿进行进一步的修改和完善. 联 系 人:戴斌 电 传 话7470,1316 2980 555 真电子信箱:bin_ 地 址:华东建筑设计研究院有限公司,四川中路 220 号 4 楼,200002 III 本规范编写单位和人员如下: 主编单位: 上海市勘察设计行业协会 上海现代建筑设计(集团)有限公司 上海建工(集团)总公司 参编单位: 华东建筑设计研究院有限公司 中船第九设计研究院有限公司 同济大学 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 上海申元岩土工程有限公司 上海工程勘察设计有限公司 上海市基础工程公司 上海市第一建筑有限公司 上海市第二建筑有限公司 上海市第四建筑有限公司 上海市第二市政工程有限公司 上海港湾工程设计研究院 上海市隧道工程轨道交通设计研究院 上海交通大学 参编人员:(名单待拟) 上海市建筑建材业市场管理总站 2009 年 1 月 12 日 IV 上海市工程建设规范基坑工程技术规范征求意见稿 目 次 1. 总则. 1 2. 术语和符号 . 2 2.1 术语 2.2 主要符号3. 基本规定 . 8 4. 岩土勘察与环境调查 . 11 4.1 一般规定 4.2 岩土勘察4.3 岩土测试参数 4.4 岩土勘察成果 4.5 环境调查 5. 土压力和水压力 . 16 5.1 一般规定 5.2 静止土压力 5.3 主动土压力和被动土压力 5.4 水压力 5.5 其它情况下的土压力 6. 基坑稳定性 . 22 6.1 一般规定 6.2 整体稳定性验算 6.3 坑底抗隆起稳定性验算 6.4 抗倾覆稳定性验算 6.5 抗水平滑动稳定性验算 6.6 抗渗流稳定性验算 6.7 抗承压水稳定性验算 7. 复合土钉支护 . 33 7.1 一般规定 7.2 设计计算 7.3 施工 7.4 质量控制与监测 8. 水泥土重力式围护墙 . 41 8.1 一般规定 8.2 设计计算 8.3 施工与检测 上海市标准基坑工程技术规范征求意见稿 9. 板式支护体系围护墙 . 46 9.1 一般规定 9.2 地下连续墙 9.3 灌注桩排桩围护墙 9.4 型钢水泥土搅拌墙 9.5 板桩围护墙 10. 支撑与土层锚杆 . 64 10.1 一般规定 10.2 内支撑结构 10.3 支撑立柱与立柱桩 10.4 土层锚杆 11. 支护结构与主体结构相结合及逆作法 . 72 11.1 一般规定 11.2 两墙合一 11.3 结构水平构件与支撑相结合 11.4 竖向支承构件相结合 12. 管道沟槽基坑工程 . 80 12.1 一般规定 12.2 设计计算 12.3 施工与检测 13. 临水基坑工程 . 85 13.1 一般规定 13.2 设计计算 13.3 施工 14. 基坑土体加固 . 87 14.1 一般规定 14.2 设计与构造 14.3 施工与检测 15. 地下水控制 . 92 15.1 一般规定 15.2 隔水 15.3 集水明排 15.4 基坑降水 15.5 回灌措施 16. 基坑开挖 . 101 16.1 一般规定 16.2 放坡开挖 2 上海市标准基坑工程技术规范征求意见稿 16.3 无内支撑的基坑开挖 16.4 有内支撑的基坑开挖 16.5 基坑暗挖 17. 环境影响的分析与措施 . 106 17.1 一般规定 17.2 基坑开挖对周围环境影响的预估 17.3 基坑周围环境保护措施， 18. 基坑监测 . 111 18.1 一般规定 18.2 监测点布置 18.3 监测方法与技术要求 18.4 监测频率及报警值 18.5 监测资料及成果文件编制 3 1 总则 1.0.1 为使上海地区的基坑工程设计与施工符合安全适用,技术先进,经济合理的原则, 保证基坑及周边环境安全,制定本规范. 1.0.2 本规范适用于上海地区的建筑工程,市政工程,港口工程,水利工程的陆上以及临 水基坑的勘察,设计,施工,检测和监测. 1.0.3 基坑工程应综合考虑工程地质与水文条件,开挖深度,周边环境保护要求,主体结 构类型及施工条件,并结合工程经验,合理设计,精心施工,严格检测和监测. 1.0.4 基坑工程除应符合本规范要求外,尚应符合国家和本市现行有关标准的规定. 1 2 术语和符号 2.1 术语 2.1.1 基坑 foundation pit 为进行工程基础的施工,在地面以下开挖的空间. 2.1.2 基坑工程 excavation engineers 为保证基坑及周边环境安全而采取的围护,支撑,降水,挖土等工程措施的总称. 2.1.3 围护墙 retaining wall 围在基坑周边,能承受作用于基坑侧壁上各种荷载的墙体. 2.1.4 基坑支护结构 excavation support structure 基坑工程中采用的围护墙及支撑(或锚杆)等结构的总称. 2.1.5 基坑周边环境 properities adjacent to an excavation 基坑开挖影响范围内的既有建(构)筑物,道路,地下设施,地下管线,地下水等的总 称. 2.1.6 水土合算 calculate together with water pressure and soil pressure 将作用于围护墙体与土体界面处的水压力及土压力合并,计算支护结构上的作用效应. 2.1.7 水土分算 calculate separate with water pressure and soil pressure 将作用于围护墙体与土体界面处的水压力及土压力分开, 分别计算支护结构上的作用效 应. 2.1.8 放坡开挖 sloped open cut method 基坑内侧形成斜向土坡的挖土方式. 2.1.9 复合土钉支护 compound soil nail wall 由土钉,原状地层,混凝土面层以及隔水帷幕组成的围护墙. 2.1.10 水泥土重力式围护墙 gravity wall formed by deep soil mixing columns 由纵横多列连续搭接的水泥土桩形成的重力式墙体. 2.1.11 地下连续墙 diaphragm wall 以机械施工方法在地面以下成槽后浇灌钢筋混凝土, 或放入预制钢筋混凝土板形成的地 下墙体. 2.1.12 排桩式围护墙 contiguous bored pile wall 2 由现浇钢筋混凝土桩连续排列形成的墙体. 2.1.13 型钢水泥土搅拌墙 soil mixing wall 在连续搭接的水泥土桩内插入型钢形成的墙体. 2.1.14 板桩围护墙 sheet pile wall 由预制钢筋混凝土板桩或钢板桩连续排列形成的墙体. 2.1.15 内支撑结构 internal struct 基坑内部由钢筋混凝土或钢构件组成的用以支撑基坑侧壁的结构. 2.1.16 土层锚杆 anchorages 在土中钻孔,插入钢筋或钢索并灌注水泥浆,使其形成一端与围护墙相连,另一端固定 于土层内的受拉杆体.将围护墙承受的水土压力,通过自由变形杆(索)体传递到稳定地层 中,并锚固于稳定地层的受力体系. 2.1.17 支护结构与主体结构相结合 permanent structures used as supporting structure 基坑工程中的局部或全部结构既是围护, 支撑构件又是主体结构的墙, 梁, 板, 柱构件. 2.1.18 basement 基坑围护墙兼作主体结构的地下室外墙. 2.1.19 逆作法 top-down method 两墙合一 diaphragm wall used as retain wall as well as ouside wall of 由地面开始逐层往下的地下结构施工方法. 2.1.20 流土 running soil 在地下水渗流作用下,土体颗粒随地下水渗流而发生的移动现象. 2.1.21 管涌 sand boiling 在地下水渗流作用下, 土体中的细小颗粒随渗流水通过粗大土颗粒之间的孔隙, 发生移 动或被带出的现象,也称为潜蚀. 2.1.22 地下水控制 ground-water control 为基坑工程施工及保证周边环境安全而采取的排水,降水,止水或回灌等措施. 2.1.23 井点降水 well-point dewatering 在基坑周围埋设深于坑底的井管, 利用抽水设备连续抽水, 使地下水位低于坑底的降水 方法. 2.1.24 隔水帷幕 waterproof curtain 为阻止地下水流入基坑,在基坑开挖前,沿基坑四周设置的隔水围护壁. 3 2.1.25 集水明排 dewatering by gully 在基坑外侧设置集水井和排水沟来排出地表水的方法. 2.1.26 盆式开挖 bermed excavation 先挖除基坑中心部分的土,后挖除基坑周边的土,类似盆状的挖土方式. 2.1.27 岛式开挖 the island excavation method 先挖除基坑周边的土,后挖除基坑中心部分的土,类似岛状的挖土方式. 2.1.28 时空效应 effect of time and space 基坑开挖的空间尺度与无支撑围护墙体的暴露面积和时间对基坑变形产生的影响. 2.2 主要符号 2.2.1 土的物理力学指标 a土的压缩系数; c,cs,cu土的粘聚力; cc土的压缩指数; c土的有效应力粘聚力; ccu 土的总应力粘聚力; Cu土的不均匀系数; e土的天然孔隙比; Es土的压缩模量; E 土的回弹模量; IL土的液性指数; IP土的塑性指数; Kv土的竖向渗透系数; Kh土的侧向渗透系数; OCR土的超固结比; Pc土的先期固结压力; qu土的抗压强度; St土的灵敏度; 土的天然含水量; 土的质量密度; 4 G土粒的比重; 土的重度; w水的重度; ,s,u土的内摩擦角; 土的有效应力内摩擦角; cu土的总应力内摩擦角. 2.2.2 土压力系数和材料系数 Ec混凝土的弹性模量; BL混凝土支撑构件的抗弯刚度; Ka主动土压力系数; Ko静止土压力系数; Kp,Kph被动土压力系数; KB内支撑的压缩弹簧系数; KH土侧向压缩弹簧刚度; KV土竖向压缩弹簧刚度; kH土的侧向基床系数; kV土的竖向基床系数; Pa主动土压力强度; Po静止土压力强度; Pp被动土压力强度; 土的泊松比; 2.2.3 作用,作用效应和承载力 GK水泥土围护墙结构的自重标准值; ESK沿围护墙底面的滑动力标准值; ERK沿围护墙底面的抗滑动力标准值; Fa墙后主动土压力标准值; FP墙前被动土压力标准值; i坑底土的渗流水力坡度; ic坑底土体的临界水力坡度; MRLK抗隆起力矩标准值; MSLK隆起力矩标准值; 5 MSK坑外侧压力产生的对墙底前趾的倾覆力矩标准值; MRK水泥土围护墙自重及坑内侧压力产生的对墙底前趾的稳定力矩标准值; NK土钉轴向拉力标准值; PczK坑底至承压水层顶板间覆盖土层的自重标准值; PwyK承压水水压力标准值; qK地面均布超载标准值; qsik土钉注浆体与土层摩阻力标准值; TR土钉极限抗拔承载力; WK墙体自重标准值; 2.2.4 几何参数 a荷载离基坑边的距离; A支撑构件,土钉或水泥土围护墙体的截面积; B水泥土围护墙的墙体宽度; d桩或钢筋的直径; dnj土钉注浆体直径; D围护墙插入坑底以下的深度; ho基坑开挖深度; l土钉长度或支撑计算长度; J支撑构件的截面惯性矩; S支撑的水平间距; SVj土钉竖向间距; Shj土钉水平向间距; L基坑的最大边长; u格栅型水泥土围护墙的格子周长; 地表斜坡面与水平面的夹角或土钉与水平面的倾角; OH围护墙顶的水平位移. 2.2.5 计算系数 Nq,Nc地基土的承载力系数; GQ综合分项系数; f水泥土加固体土性分项系数; j水泥土加固体强度不均匀性分项系数; 6 RH滑移抗力分项系数; RL隆起抗力分项系数; RQ倾覆抗力分项系数; RS渗流抗力分项系数; RY承压水抗力分项系数; RZ圆弧滑动抗力分项系数; S渗流作用分项系数; Sj土钉抗拔承载力系数; Y承压水作用分项系数; 施工质量影响系数. 2.2.6 其他 水泥土置换率 7 3 3.0.1 1 基本规定 根据基坑的开挖深度等因素,基坑工程安全等级分为以下三级: 基坑开挖深度大于,等于 12 米或基坑围护结构采用支护结构与主体结构相结合时, 属一级安全等级基坑工程; 2 3 3.0.2 基坑开挖深度小于 7 米,属三级安全等级基坑工程; 除一级和三级以外的基坑均属二级安全等级基坑工程. 根据基坑周围环境的重要性程度及其与基坑的距离,基坑工程的环境保护等级分为 以下三级: 表 3.0.2 环境保护对象 轨道交通设施,隧道,防汛墙,共同沟, 煤气总管,原水管,自来水总管,历史 文物,采用天然地基的民宅,近代优秀 建筑等重要建(构)筑物或设施 自来水管,煤气管等市政管线,大型建 筑物及设施 基坑工程的环境保护等级 注: 1 H 为基坑开挖深度; 2 基坑工程环境保护等级可依据基坑各边的不同环境情况分别确定, 并应采用各个环境保护对象中分 别确定的最高环境保护等级作为相应的基坑工程的环境保护等级; 3 若在表中规定的基坑周边范围内不存在相应的环境保护对象, 可将该基坑工程的环境保护等级取为 三级. 一级 基坑工程的环境保护等级 保护对象与基坑净距 s sH Hs2H 2Hs4H sH 二级 H 0.4 时, p H = 4QL m2n H s m 2 + n 2 ( 2 (5.5.2-2) 式中:QL相邻基础底面处的线均布荷载(kN / m ); m,n分别为 a/ Hs,z / Hs 的比值;a,z 见图 5.5.2 ; Hs相邻基础底面以下的围护墙体高度(m) . 图 5.5.2 相邻基础荷载引起的侧向土压力 5.5.3 基坑外侧地面不规则时,作用于围护墙上的土压力按图 5.5.3 中的阴影部分计算.基 ( 坑底面处的主动土压力按(5.5.3-1)式, 5.5.3-2)式及(5.5.3-3)式计算. p a = z cos cos cos 2 cos 2 cos + cos 2 cos 2 (5.5.3-1) p a = K a ( z + h) 2c K a (5.5.3-2) 20 pa = K a ( z + h) 2c K a 式中: 地表斜坡面与水平面间的夹角(o) ; (5.5.3-3) z地表斜坡面延长线与围护墙的交点至基坑底面的距离(m) ; h地表斜坡面延长线与围护墙的交点至地表水平面的距离(m) ; h地表斜坡面延长线与围护墙的交点至围护墙顶端的距离(m) ; 开挖深度范围内土层天然重度的加权平均值(kN/m3). h h z z 图 5.5.3 基坑外层地面不规则时主动土压力的计算图式 z h h 21 6 基坑稳定性 6.1 一般规定 6.1.1 稳定性是基坑设计中的重要内容,各类围护结构,包括板式支护,水泥土重力式围护 和放坡开挖基坑,应验算相关的稳定性内容. 6.1.2 板式支护基坑的稳定性验算内容应包括:整体稳定性,抗倾覆稳定性,坑底抗隆起稳 定性,抗渗流稳定性,抗承压水稳定性. 6.1.3 水泥土重力式围护基坑的稳定性验算内容应包括:整体稳定性,抗倾覆稳定性,坑底 抗隆起稳定性,抗水平滑动稳定性,抗渗流稳定性. 6.1.4 6.1.5 放坡开挖基坑应验算边坡的整体稳定性,对多级放坡尚应验算各级边坡的稳定性. 本章所规定的各项稳定性验算, 土的抗剪强度指标除了特别指明及涉及到土压力计算 应按第 5 章的相关规定取值之外, 应按直剪固结快剪或三轴固结不排水剪的总应力强度指标 选用. 6.2 整体稳定性验算 6.2.1 各类支护形式以及放坡开挖基坑的整体稳定性验算可采用瑞典条分法验算沿最危险 圆弧滑动面的稳定性,应满足式(6.2.1),计算图示见图 6.2.1.考虑渗流作用时,应采用替代 容重法进行计算. GQ (qki bi + Wki ) sin i i =1 n n 1 n cki li + (qki bi + Wki ) cos i tan ki RZ i =1 i =1 (6.2.1-1) li = bi / cos i 式中: GQ 综合分项系数,取 1.0; (6.2.1-2) li 第 i 条土条沿滑弧面的弧长(m); q ki 第 i 条土条处的地面荷载标准值(kN/m); n划分土条的个数; bi 第 i 条土条的宽度(m); 22 Wki 第 i 条土条的自重标准值(kN).不考虑渗流作用时,坑底地下水位以上取天然重度,坑底地下水位以下取浮重度.当考虑渗流作用时,坑底地下水位与 坑外地下水位范围内的土体重度在计算上式左边(滑动力矩)时取饱和重度, 在计算上式右边(抗滑动力矩)时取浮重度; i 第 i 条滑弧中点的切线和水平线的夹角(); cki , ki 分别为第 i 条土条滑动面上地基土的粘聚力标准值(kPa)和内摩擦角标准值 (); RZ 圆弧滑动抗力分项系数.对于水泥土重力式围护,不考虑渗流作用,取 1.0. 对于板式支护体系,不计及支撑或锚杆力的作用,考虑渗流作用,取 1.25. 对于放坡开挖基坑,不考虑渗流作用,取 1.25. 6.2.2 当围护墙墙底以下地基土有软弱夹层时,尚应考虑可能发生的非圆弧滑动面情况. 6.2.3 对于水泥土重力式围护基坑当验算切墙圆弧的整体稳定性时, 可取墙体强度指标标准 值 k = 0 ,ck = (1 15 1 10 )q u ,其中 qu 是水泥土围护体令期为一个月的无侧限抗压强度. 当墙体无侧限抗压强度 qu0.8MPa 时,可不验算切墙圆弧的整体稳定性. 图 6.2.1 整体稳定验算计算图示 6.3 坑底抗隆起稳定性验算 6.3.1 板式支护和水泥土重力式围护基坑,按承载能力极限状态验算坑底抗隆起稳定性时, 应满足下列式子,计算图示见图 6.3.1. 23 GQ 1 (h0 + D ) + qk 1 RL ( 2 DN q + ck N c ) (6.3.1-1) N q = e tan k tan 2 (45 + k / 2) Nc = (Nq 1) / tan k 式中: GQ 综合分项系数,取 1.0; (6.3.1-2) (6.3.1-3) 1 坑外地表至基坑围护墙底各土层天然重度的加权平均值(kN/m3); 2 坑内开挖面至围护墙底各土层天然重度的加权平均值(kN/m3); h0 基坑开挖深度(m); D围护墙在基坑开挖面以下的入土深度(m); q k 坑外地面荷载标准值(kPa); N q , N c 地基土的承载力系数,根据围护墙底的地基土特性计算; ck , k 分别为围护墙底地基土粘聚力标准值(kPa)和内摩擦角标准值(); RL 隆起抗力分项系数,一级安全等级基坑工程取 2.5;二级安全等级基坑工程 取 2.0;三级安全等级基坑工程取 1.7. h0 D 图 6.3.1 坑底抗隆起的地基承载力验算图式 6.3.2 板式支护体系按承载能力极限状态验算绕最下道内支撑(或锚碇)点的抗隆起稳定性 时,应满足下列式子,计算图示见图 6.3.2. GQ M SLk M RLk D h0 RL (6.3.2-1) 24 M RLk = K a tan k D 2 1 1 h0 + q k D h0 + (q k + h0 ) D 2 + D 3 + cos 3 2 4 3 3 1 1 2 2 ( ) sin + sin cos + tan k (q k + h0 ) D 2 + D 3 2 2 2 4 3 2 si