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基坑工程叙述题20题1. 基坑工程的基本组成和设计计算内容基坑工程的基本组成基坑:为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。基坑工程： 基坑开挖：开挖后产生多个临空面,构成基坑围体,围体的某一侧面称为基坑侧壁. 基坑支护retaining and protecting：为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。 周边环境：基坑开挖影响范围内包括既有建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体及地下水体等的统称。设计计算内容 基坑工程设计计算包括三个部分的内容，即稳定性验算、结构内力计算和变形计算。l 稳定性验算是指分析土体或土体与围护结构一起保持稳定性的能力，包括整体稳定性、边坡稳定性计算、重力式挡墙的抗倾覆稳定及抗滑移稳定、坑底抗隆起稳定和抗渗流稳定等，基坑工程设计必须同时满足这几个方面的稳定性。l 结构内力计算为结构设计提供内力值，包括弯矩、剪力等，不同体系的围护结构，其内力计算的方法是不同的；由于围护结构常常是多次超静定的，计算内力时需要对具体围护结构进行简化，不同的简化方法得到的内力不会相同，需要根据工程经验加以判断；l 变形计算的目的则是为了减少对环境的影响，控制环境质量，变形计算内容包括围护结构的侧向位移、坑外地面的沉降和坑底隆起等项目。2. 围护结构类型及其与开挖深度的关系1.放坡开挖：土质好，开挖深度不大（34m）2.自立式挡墙：水泥土重力式挡土墙（软土地层中不超过7m、环境保护要求低）土钉墙/复合土钉墙（开挖小于5m/12m、周边环境保护要求不高）3.板式支护体系：基坑周边围护体支撑体系围护体：地下连续墙（最深已用于35m）排桩（咬合桩）（钻孔灌注排桩）(在大于15m很少用)SMW（型钢水泥土搅拌墙）(支撑体系: 内支撑体系、梁板结构 锚杆3. 复合土钉墙的类型及适用条件1.土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆：适用于地下水位丰富，周边环境对降水敏感的工程，以及土质较差，基坑开挖较浅的工程（止水帷幕），严格的变形要求（锚杆）2.土钉墙+预应力锚杆：允许降水，严格的变形要求3.土钉墙+微型桩+预应力锚杆：红线与周围建筑物距离很近，土质自稳性差，开挖前需对土质加固（微型桩）4.土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆：基坑深度大，变形要求严格，地质条件和环境条件复杂4. 板式围护结构的常用类型与特点1. 钢板桩：采用定型轧制的钢板桩构件连续布置，并通过构件边缘设置的通长锁口，相互咬合形成既能止水又能共同承力的连续壁，具有施工简单，投资经济的特点。钢板桩本身刚度相对较小，变形控制能力较弱。2. 型钢水泥土搅拌墙（SMW）:在水泥土搅拌桩中插入型钢或其他芯材形成的同时具有支护和防渗两种功能的围护形式。插入型钢一般采用H型钢、槽钢或拉森板桩。通常内插型钢在施工结束后可拔除回收。3. 钻孔灌注排桩：以队列式间隔布置钢筋混凝土钻孔灌注桩作为主要的挡土结构，围护体刚度较大，外侧需设置封闭的止水帷幕。4. 地下连续墙：地下连续墙可兼作地下室外墙，一般集挡土、承重、止水和防渗功能于一身，对多种地质条件和复杂的施工环境适应能力较强，不足之处在于单体造价较高5. 钢支撑与混凝土支撑的优缺点及使用条件1. 钢筋混凝土支撑：系统布置形式多种多样，可用于平面形状较复杂的基坑。混凝土支撑刚度相对较大，对于减小周边土体变形有利。在混凝土支撑上架设栈桥也相对简单。缺点是需要在强度达到一定值后方可形成支撑，工期长；爆破拆除对周边有一定影响。2. 钢支撑：通常情况下采用相互正交、均匀布置的对撑或对撑桁架体系。钢支撑系统构件可以回收重复利用，减少资源浪费。施工架设速度快，拆撑方便。施加预应力可以在一定程度上根据监测情况调控基坑变形。基坑长度超过100米施工难度大。6. 顺作法与逆作法的概念与优缺点逆作法的概念：先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。顺作法概念：先挖到坑底，并做好支护，然后从坑底逐步向上做1.顺作法的优点 施工便捷、工艺技术要求不高 基坑面积不大时，技术经济性较好 成熟与最常用的深基坑设计与实施方法不足： 大量临时内支撑的设置，增加了基坑的造价 大跨度的支撑杆件削弱了支撑整体刚度 受温度应力与混凝土收缩的影响明显 临时支撑的拆除影响工期与环境2.逆作法的优点 围护体、支撑及立柱均采用主体结构，避免了资源浪费，经济效益显著，有利于资源节约 结构替代水平支撑，支撑刚度大，利于控制变形，保护周边环境 避免了支撑设置拆除所产生的二次变形影响 可上下同时施工，工程形象进度良好，缩短施工周期采用封闭、逆作施工，施工现场文明，利于城市建设 是超大面积、超深基坑工程更为安全、可靠、经济、合理的设计施工方法7. 基坑安全等级与划分方法基坑工程的安全等级按开挖深度分三级：12m按周边环境重要性：根据保护对象的重要性和到基坑的相对距离（s/H），也分为三级8. 水土分算与水土合算的概念和适用条件水土分算概念：分别计算土压力和水压力，两者之和即总的侧压力。适用条件：适用于土孔隙中存在自由的重力水的情况或土的渗透性较好的情况，一般适用于砂土、粉性土和粉质粘土。水土合算概念：认为土孔隙中不存在自由的重力水，而存在结合水，它不传递静水压力，以土粒与孔隙水共同组成的土体作为对象，直接用土的饱和重度计算侧压力。适用条件：适用于不透水的粘土层。9. 土压力计算中土体强度参数的取值方法土的抗剪强度:极限平衡状态(土体未达到极限抗剪强度就开始破坏)10. 水泥土重力式挡墙稳定性计算（看onenote）1.整体稳定性分析:采用瑞典条分法验算沿最危险圆弧滑动面的稳定性2.抗倾覆稳定性分析3.抗水平滑动稳定性验算4.坑底抗隆起稳定性验算:5.抗渗流稳定性验算:6.抗承压水稳定性验算:11. 内支撑地下连续墙稳定性计算（看onenote）1.整体稳定性验算:2.抗倾覆稳定性验算:3.抗坑底隆起稳定性验算:4.抗渗流稳定性验算:5.抗承压水稳定性验算:12. 弹性地基梁法的计算模式、参数取值与优缺点计算模式：1.平面弹性地基梁法假定挡土结构为平面应变问题，取单位宽度的挡土墙作为竖向放置的弹性地基梁2.支撑和锚杆简化为弹簧支座；坑内开挖面以下土体用弹簧模拟3.挡土结构外侧作用已知的水压力和土压力。4.考虑土体的分层（m值不同）及水平支撑的存在等实际情况，需沿着竖向将弹性地基梁划分成若干单元参数取值：1.支撑刚度：对于采用十字交叉对撑钢筋混凝土支撑或钢支撑（KBi=EA/SL）,采用主体结构的梁板作为水平支撑（KBi=EA/L)2.水平弹簧支座（土弹簧）刚度:基坑开挖面或地面以下，水平弹簧支座的压缩弹簧刚度KH=khbh地基水平向基床系数kh=A0+kzn当有土的标准贯入击数N值时可用经验公式求水平向基床系数：kh=2000N kN/m3弹性地基法的优点与不足优点：概念清楚、计算简便、可以得到位移和内力缺点：空间问题、位移约束假设、土体的内力和变形（平面弹性地基梁法应用于有明显空间效应的深基坑工程时，由于模型作了过多的简化而不能反映实际结构的空间变形性状，在设计中就有可能造成资源浪费或安全隐患。因此对于具有明显空间效应的深基坑工程，其支护结构的计算就有必要作为空间问题来求解。）13. 基坑工程的基本变形形态特征1.围护墙体变形:1.墙体水平变形:悬臂式位移抛物线型位移组合位移 2.墙体竖向变形2.坑底隆起变形:开挖深度不大时，坑底为弹性隆起，其特征为坑底中部隆起最高开挖达到一定深度且基坑较宽时，出现塑性隆起，隆起量也逐渐由中部最大转变为两边大中间小的形式对于较窄的基坑或长条形基坑，仍是中间大，两边小分布3.地表沉降:1.地表沉降形态:三角形地表沉降（发生在悬臂开挖或围护结构变形较大的情况）凹槽形地表沉降（发生在有较大的入土深度或墙底入土在刚性较大的地层内）14. 基坑降水的作用和常见降水方法（疏干和承压水）作用：防止基坑底面与坡面渗水，保证坑底干燥，便于施工。增加边坡和坑底的稳定性，防止边坡或坑底的土层颗粒流失，防止流砂产生。减少被开挖土体含水量，便于机械挖土、土方外运、坑内施工作业。有效提高土体的抗剪强度与基坑稳定性。对于放坡开挖而言，可提高边坡稳定性。对于支护开挖，可增加被动区土抗力，减少主动区土体侧压力，从而提高支护体系的稳定性和强度保证，减少支护体系的变形。减少承压水头对基坑底板的顶托力，防止坑底突涌或隆起破坏。疏干:轻型井点(含多级轻型井点)降水、喷射井点降水、电渗井点降水、管井降水(管材可采用钢管、混凝土管、PVC硬管等)、真空管井降水承压水降水:(1)坑内减压降水：隔水帷幕进入承压含水层长度L不小于承压含水层厚度的1/2，或不小于10.0m完全进入承压含水层（2）坑外减压降水：未进入承压含水层进入长度远小于承压含水层厚度，且不超过5.0m (3)坑内-坑外联合减压降水:当现场客观条件不能完全满足前述关于坑内减压降水或坑外减压降水的选用条件时采用15. 基坑降水的环境影响及控制对策造成地面不均匀沉降，附近建筑物及地下管线的损坏控制对策：1.在降水前认真做好对周围环境的调研工作：工程地质与水文地质情况，地下贮水体，管线分布，周围地面和建筑物情况 2.合理使用井点降水，尽可能减少对周围环境的影响：防范抽水带走土层中的细颗粒，适当放缓降水漏斗线的坡度，井点连续运转尽量避免间歇和反复抽水，防范流砂，在贮水体设置挡水帷幕，对管线密集处采用坑内降水 3.降水场地外侧设置挡土帷幕，减小降水影响范围 4.降水场地外缘设置回灌水系统16. 土钉墙的组成部分和特点土钉墙主要由土钉及周围岩土体、面层和排水系统组成。土钉墙支护的特点：1、能合理地利用土体的自承能力，将土体作为支护结构的不可分割部分；2、结构轻型，柔性大，有良好的抗震性和延性；3、施工便捷、安全，土钉的制作与成孔简单易行，且灵活机动，便于根据现场监测的变形数据和特殊情况，及时变更设计；4、施工不需单独占用场地，对于施工场地狭小、放坡困难、有相邻建筑、大型护坡施工设备不能进场时，该技术显示出独特的优越性；5、稳定可靠，支护后边坡位移小，水平位移一般为基坑深度的0.10.2，最大不超过0.3，超载能力强；6、总工期短，可以随开挖随支护，基本不占用施工工期；7、费用低，经济，与其他支护类型相比，工程造价降低1040左右。17. 岛式开挖和盆式开挖的特点与适用条件基坑岛式土方开挖：特点：岛式土方开挖的概念先开挖基坑周边的土方，挖土过程中在基坑中部形成类似岛状的土体，然后再开挖基坑中部的土方，这种挖土方式通常称为岛式土方开挖。适用条件：岛式土方开挖的适用范围岛式土方开挖适用于支撑系统沿基坑周边布置且中部留有较大空间的基坑。边桁架与角撑相结合的支撑体系、圆环形桁架支撑体系、圆形围檩体系的基坑采用岛式土方开挖较为典型。基坑盆式土方开挖（1）盆式土方开挖的概念先开挖基坑中部的土方，挖土过程中在基坑中部形成类似盆状的土体，然后再开挖基坑周边的土方，这种挖土方式通常称为盆式土方开挖。（2）盆式土方开挖的适用范围盆式土方开挖适用于基坑中部无支撑或支撑较为密集的大面积基坑。18. 板式围护结构的类型和适用条件1. 钢板桩：可用于开挖深度不超过10m的基坑工程2. 型钢水泥土搅拌桩（SMW）：13m3. 钻孔灌注排桩：超过15m很少用4. 地下连续墙：最深已用于35m的基坑工程，常用宽度0.6m，0.8m，1.0m，1.2m19. SMW的定义和优缺点定义：在连续套接的三轴水泥土搅拌桩或等厚度水泥土搅拌墙体内插入型钢形成的复合挡土隔水结构内插入型钢形成的复合挡土截水结构优点:1、施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。2、钻杆具有螺旋推进翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌，而且墙体全长无接缝，它比传统的连续墙具有更可靠的止水性。3、它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土等土层中应用。4、可成墙厚度550-1300毫米，常用厚度600毫米；成墙最大深度目前为65米，视地质条件尚可施工至更深。5、所需工期较其他工法短。在一般地质条件下，为地下连续墙的三分之一。6、废土外运量远比其他工法少。7、型钢可回收，四周可不作防护，造价明显降低，加快了工