隧道施工技术培训：深基坑工程技术讲座（2013版）

深基坑工程技术,深基坑工程技术讲座内容,一：深基坑工程概述二：深基坑支护结构类型选择三：基坑变形影响因素分析四：深基坑土压力五：基坑支护结构计算方法六：弹性支点法水平抗力系数七：柔性基坑支护变形解析计算八：软土深基坑开挖地表沉降评估方法研究九：地下连续墙关键施工技术十：钻孔咬合桩关键施工技术十一：深基坑工程监测与控制十二：深基坑工程常见事故,一、深基坑工程概述,1.1深基坑工程现状基坑是指地下工程、市政工程、房屋建筑基础工程等施工时开挖的地下坑体。一般深于6m的基坑称为深基坑。为保证深基坑施工、主体地下结构安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水、土体加固和土方开挖与回填以及包括勘察、设计、施工和监测等，统称为基坑工程。,一、深基坑工程概述,基坑工程既是土力学基础工程中一个古老的传统课题，同时又是一个综合性的新型岩土工程难题，涵盖学科众多，如工程地质、基础工程、土力学、水力学、结构力学、材料力学、施工技术等，既涉及到土力学中典型的强度、稳定与变形问题，又涉及到水、土与支护结构的共同作用问题。,一、深基坑工程概述,有支护基坑工程一般包括以下内容：围护结构支撑系统土方开挖降水工程地基加固监测环境保护,一、深基坑工程概述,无支护放坡开挖基坑工程一般包括以下内容：降水工程地基加固及土坡护面土方开挖监测环境保护,一、深基坑工程概述,深基坑工程的发展基于以下背景：地铁、人防、高层建筑地下室、地下车库及商场、大型桥梁、水利水电工程的截流围堰等都会面临深基坑工程问题。20世纪80年代以来，随着我国城市建设中地铁工程、各类建筑与市政工程、交通工程、水利水电工程的快速发展，基坑工程越来越多。,一、深基坑工程概述,尤其是90年代以来，基坑开挖与支护问题已经和正在成为我国建筑工程界的热点问题之一，基坑工程数量、规模、分布急剧增加。,一、深基坑工程概述,目前我国基坑工程呈现以下特征：（1）基坑向大、深方向发展；（2）在软弱地层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线产生严重威胁，基坑设计与施工已经由强度控制向基坑变形控制转化。,一、深基坑工程概述,1.2深基坑工程特点(l)基坑开挖不仅涉及土力学中典型的强度与稳定问题，又涉及变形间题，还涉及土与挡土支护的共同作用间题。深基坑工程是一项综合性的岩土工程难题。,一、深基坑工程概述,1.2深基坑工程特点(2)随着城市高层建筑及地铁工程大量兴起，对深基坑开挖技术提出了更严格的要求，不仅要确保挡土支护结构的强度要求和边坡的稳定，还要满足变形控制的要求，以确保基坑周围的已有建筑物、地下管线及道路等的安全。,一、深基坑工程概述,1.2深基坑工程特点(3)深基坑工程的施工对象是自然土，其性质千变万化，具有很强的地域特征，基坑设计及施工必须充分考虑地域特点及当地经验。,一、深基坑工程概述,1.2深基坑工程特点(4)深基坑工程包含挡土、支护、防水、降水和挖土等五个紧密相连的环节，其中某一环节失效都会导致整个工程的失败。调查表明，深基坑支护体系失效或部分失效导致的安全问题和环境问题约占工程事故总量的10%一15%，高地下水位软土地区可达20%。过大位移并导致相邻建筑物倾斜、道路陷裂、管道断裂错位的实例颇多。,一、深基坑工程概述,1.2深基坑工程特点(5)深基坑工程的计算理论、方法还不完善、不成熟，因此基坑工程的信息化施工即显得更为重要。(6)基坑围护体系是临时结构，不应有过大的安全储备，因此具有风险性。(7)基坑工程具有很强的时空效应。软粘土具有蠕变性，蠕变性将使土体强度降低，作用在围护结构上的土压力随时间变大。,一、深基坑工程概述,(8)基坑工程具有很强的个性：除地区条件的不同外，与基坑相邻的建筑物、构筑物及地下管线的位置，重要性，抗变形的能力，基坑的深度，场地边界条件的制约等都影响到基坑支护体系的设计，使得每个基坑都需作出专门设计；(9)基坑工程的设计与施工紧密相连，土方开挖的施工组织是否合理将对围护体系是否成功产生重要影响。,一、深基坑工程概述,1.3深基坑工程难点(1)一般情况下地铁及高层、超高层建筑都集中在市区，而市区的建筑密度大、人口密集、交通拥挤、施工场地狭小，深基坑工程施工条件很差。,一、深基坑工程概述,1.3深基坑工程难点(2)地质条件不良1)以上海为代表的沿江、沿海地区，表层为沉积饱和软粘土，其地基土强度很低，渗透系数很小，属高压缩性土;2)砂卵石层浅，如成都和北京西郊地区，地表下5、6m埋藏砂卵石层，挡土结构进入砂卵石层有较大难度;3)基岩较浅而其上层为淤泥质土层，如青岛等沿海地区，在这种情况下，要使挡土支护结构既能防渗、又能挡土嵌岩，施工难度较大,一、深基坑工程概述,1.3深基坑工程难点(3)高地下水位的不利影响。有的地区，地下原水位高，常见水位在地表下lm左右，给深基坑工程的施工造成诸多不利影响。,一、深基坑工程概述,1.3深基坑工程难点(4)深基坑开挖所引起的挡土结构的变形是不可避免的，对周围环境势必造成影响。要减小其影响，尤其对软土地区深基坑施工来说，是一个很大的难题。不仅要考虑对邻近建筑物的影响，还要考虑对周围地下的煤气、电缆、电讯、上水和下水等管线的影响。深基坑工程与周围环境的关系应辩证地对待，应采取切合实际的措施将影响降低到允许限度以内。,一、深基坑工程概述,1.3深基坑工程难点(5)鉴于深基坑工程的复杂性和不确定性，迄今对深基坑及其支护结构尚没有一个成熟的计算理论和计算方法，这对深基坑工程的设计和施工来说，也是一个最大的难题。,一、深基坑工程概述,1.3深基坑工程难点(6)岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性，往往造成勘察所得的数据离散性大，且往往难以代表土层的总体情况，给深基坑工程的设计和施工增大了难度。,一、深基坑工程概述,1.4深基坑施工面临主要问题（1）支护结构的变形及稳定性；（2）地面变形；（3）基坑整体稳定及坑底隆起。国内倒塌或出现较大事故的65个深基坑工程实例分析，支护结构产生较大变形的占15.4%，锚杆及内支撑失效占10.7%,降水不当占10.7%，整体失稳、坑底隆起仅占6.1%，环境破坏占9.2%，施工不当占22%，以上综合因素影响或其它原因占25.9%。,一、深基坑工程概述,1.5深基坑支护结构形式及分类挡土支护结构是指在现场条件下不允许基坑维持其自然坡度情况下用于保持基坑开挖面稳定的结构物，其作用是，在挖土过程中使土壁保持稳定。挡土支护结构可按下列规定分类:,一、深基坑工程概述,1.5深基坑支护结构形式及分类(l)重力式挡土支护结构和柔性挡土支护结构重力式挡土支护结构(其厚度与基坑深度为同一数量级)是以其自身重力来维持在侧压力作用下的自身稳定。深层搅拌水泥土桩挡墙及高压旋喷桩帷幕墙等均属于此种结构类型。柔性挡土支护结构其厚度远远小于长度和高度。这种结构除自立(悬臂)式结构外，常与锚拉或支撑杆件相结合，以维持在侧压力作用下的自身稳定。钢板桩、H型钢桩、钢筋混凝土板桩和钻孔灌注桩及地下连续墙等属于此种结构类型。,水泥土重力式围护结构,适用条件：挖土深度不超过6米的软土基坑，场地条件允许时，对有机物含量很高的土要慎用或采取专门措施。优点：坑内无支撑便于挖土，隔水性能好。缺点：位移量较大，养护期较长，杂填土厚度大且含大块石时施工困难。,一、深基坑工程概述,1.5深基坑支护结构形式及分类(2)悬臂式、单支点和多支点挡土支护结构悬臂式挡土支护结构完全依靠嵌入土内足够深度来维持其稳定性，故嵌入深度是关键。对于软土地区，悬臂支护基坑深度一般不大于4m；对属于一般粘性土地区且地下水位较深的地区(东北、华北及西北的大部分地区)，悬臂支护基坑深度一般不大于10m；否则不经济。当基坑深度超过悬臂式支护合理基坑深度时，就必须增设横向支点(锚杆型、锚定板型和内撑型支点)。根据基坑深度和地层土质等条件，设置单支点及多支点(含两支点)，但设置条件，各地区差别较大。北京地区，通常的做法是:基坑深度h15m，则采用多层锚杆。天津地区的通常做法是:h9m，则采用多层锚杆。,柔性支护内撑式围护结构,内撑式围护结构由围护结构体系和内撑体系两部分组成。围护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙和地下连续墙型式。内撑体系可采用水平支撑和斜支撑。根据不同开挖深度可采用单层水平支撑、二层水平支撑及多层水平支撑，分别如图1.3-6（a）（b）及（d）所示。,当基坑平面面积很大，而开挖深度不太大时，可采用单层斜支撑如图1.3-6（c）所示。,内撑式围护结构示意图,内撑式围护结构优缺点,内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管（或型钢）支撑两种。钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好、变形小，而钢管支撑的优点是钢管可以回收，且加预压力方便。内撑式围护结构适用范围广，可适用各种土层和基坑深度。优点：安全度较大。缺点：内支撑给基坑挖土带来不便。如基坑平面形状成近似正方形可采用拱圈作支撑，但需注意土压力的平衡。,拉锚式围护结构,拉锚式围护结构由围护体系和锚固体系两部分组成，围护结构体系同于内撑式围护结构。锚固体系:锚杆式（单层、二层、多层）需地基土提供较大锚固力；地面拉锚式需有足够场地设置锚固物；,拉锚式围护结构示意图,一、深基坑工程概述,1.5深基坑支护结构形式及分类(3)被动和主动制约机制挡土支护结构锚拉式、内撑式和悬臂式等挡土支护结构，均以挡土支护结构承受其后的侧压力，防止土体整体稳定性破坏，属于被动制约稳定机制。土钉墙技术，则在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体，同时增设钢筋网喷射混凝土面层，与土共同作用，构成复合土体，以弥补土体自身强度的不足，增强边坡土体自身稳定性，属于主动制约稳定机制。插筋补强也属这一机制。,土钉墙围护结构,土钉一般通过钻孔、插筋和注浆来设置，传统上称砂浆锚杆。也有采用打入或射入方式设置土钉。边开挖基坑，边在土坡中设置土钉，在坡面上铺设钢筋网，并通过喷射混凝土形成混凝土面板，形成土钉墙围护结构。土钉墙围护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉，形成加筋土重力式挡墙起到挡土作用。土钉墙围护结构示意图如图1.3-8所示。,一、深基坑工程概述,二、基坑工程设计要点,1、基坑工程的安全等级基坑工程的安全等级涉及工程安全及工程造价，合理确定一个工程的安全等级很重要但也比较困难。国内有关规范对这个问题都有规定，其基本精神是一致的，但具体规定略有不同。浙江省建筑地基基础设计规范（DB33/1001-2003）规定为：基坑工程根据其重要性分为三个安全等级：,二、基坑工程设计要点,基坑工程根据其重要性分为三个安全等级：（1）、符合下列条件之一时，属一级基坑工程：1）软土地区基坑开挖大于8m时；2）支护结构作为主体结构的一部分时；3）在基坑开挖影响范围内有重要建（构）筑物或需严加保护的管线时。（2）、开挖深度小于5m，且周围环境无特别要求时，属三级基坑工程；（3）、除一级和三级以外的均属二级基坑工程；（4）、对应于基坑工程安全等级的重要性系数为：一级，0=1.1；二级，0=1.0；三级，0=0.9。,二、基坑工程设计要点,国家行业规范建筑基坑支护技术规程（JGJ1202012）的规定：基坑侧壁安全等记及重要性系数安全等级破坏后果一级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响很严重二级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重三级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响不严重,二、基坑工程设计要点,上海市标准基坑工程设计规程（DBJ08-61-97）基坑工程根据其重要性分为以下三级：一级：1）支护结构作为主体结构的一部分时；2）基坑开挖深度大于、等于10米时；3）距基坑边两倍开挖深度范围内有历史文物、近代优秀建筑物，重要管线等需严加保护时；二级：除一级和三级以外的均属二级基坑工程；三级：开挖深度小于7米，且周围环境无特别要求时；对于抗隆起，抗倾覆等稳定性验算，按不同等级的坑基规定了不同的安全系数。每个工程应根据自己的具体情况，侧重于破坏产生的后果，综合各种因素决定重要性等级及0取值。,二、基坑工程设计要点,深圳市标准深圳市基坑基坑支护技术规范（SJG05-2011),二、基坑工程设计要点,湖北省标准深基坑技术规定DB42/159-1998根据基坑开挖深度、邻近建筑物及管线与坑边距离、工程地质和水文地质条件等将基坑划分三个安全等级。基坑深度大于15米或处于复杂地质条件地层均为一级基坑。复杂地质条件是指有深厚软土或承压水埋藏浅。,二、基坑工程设计要点,2、当前，现行的相关主要标准规范有：JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程YB9258-97建筑基坑工程技术规范GB50497-2009建筑基坑工程监测技术规范DBJ08-61-97上海市标准基坑工程设计规程DBSJG05-2011深圳市标准基坑支护技术规范DB42/159-2004湖北省地方标准基坑工程技术规程GB50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50330-2002建筑边坡工程技术规范CECS222005岩土锚杆（索）技术规程GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范,二、基坑工程设计要点,3基坑工程设计原则（1）基坑支护设计应规定其设计使用期限。基坑支护的设计使用期限不应小于一年。（2）基坑支护应满足下列功能要求：1）保证基坑周边建（构）筑物、地下管线、道路的安全和正常使用；2）保证主体地下结构的施工空间。（3）基坑支护设计时,应综合考虑基坑周边环境和地质条件的复杂程度、基坑深度等因素，明确支护结构的安全等级。对同一基坑的不同部位，可采用不同的安全等级。,二、基坑工程设计要点,（4）、支护结构设计时应采用下列极限状态：承载能力极限状态1）支护结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承受荷载，或出现压屈、局部失稳；2）支护结构及土体整体滑动；3）坑底土体隆起而丧失稳定；4）对支挡式结构，坑底土体丧失嵌固能力而使支护结构推移或倾覆；5）对锚拉式支挡结构或土钉墙，土体丧失对锚杆或土钉的锚固能力；6）重力式水泥土墙整体倾覆或滑移；7）重力式水泥土墙、支挡式结构因其持力土层丧失承载能力而破坏；8）地下水渗流引起的土体渗透破坏。,二、基坑工程设计要点,正常使用极限状态1）造成基坑周边建（构）筑物、地下管线、道路等损坏或影响其正常使用的支护结构位移；2）因地下水位下降、地下水渗流或施工因素而造成基坑周边建（构）筑物、地下管线、道路等损坏或影响其正常使用的土体变形；3）影响主体地下结构正常施工的支护结构位移；4）影响主体地下结构正常施工的地下水渗流。,二、基坑工程设计要点,（5）基坑支护设计应按下列要求设定支护结构的水平位移控制值和基坑周边环境的沉降控制值：1）当基坑开挖影响范围内有建筑物时，支护结构水平位移控制值、建筑物的沉降控制值应按不影响其正常使用的要求确定，并应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007中对地基变形允许值的规定；当基坑开挖影响范围内有地下管线、地下构筑物、道路时，支护结构水平位移控制值、地面沉降控制值应按不影响其正常使用的要求确定，并应符合现行相关规范对其允许变形的规定；,二、基坑工程设计要点,2）当支护结构构件同时用作主体地下结构构件时，支护结构水平位移控制值不应大于主体结构设计对其变形的限值；3）当无本条第1款、第2款情况时，支护结构水平位移控制值应根据地区经验按工程的具体条件确定。,二、基坑工程设计要点,（6）土压力及水压力计算、土的各类稳定性验算时，土、水压力的分、合算方法及相应的土的抗剪强度指标类别应符合下列规定：1）对地下水位以下的粘性土、粘质粉土，可采用土压力、水压力合算方法，土压力计算、土的滑动稳定性验算可采用总应力法；2）对地下水位以下的砂质粉土、砂土和碎石土，应采用土压力、水压力分算方法，土压力计算、土的滑动稳定性验算应采用有效应力法。,二、基坑工程设计要点,（7）基坑工程设计主要内容1）支护体系的方案比较和选型；2）支护结构的强度和变形计算；3）基坑稳定性验算；4）围护墙的抗渗计算；5）地下水控制方案；6）挖土方案；7）监测方案与环境保护要求；8）应急措施。,三、基坑开挖方法,地铁车站常用施工方法：1、明挖顺筑法（放坡明挖法顺筑、明挖法顺筑、铺盖法明挖顺筑）2、盖挖逆筑法（全盖挖逆筑法、半盖挖逆筑法）3、暗挖法（洞桩法暗挖、浅埋暗挖法暗挖）4、明暗挖结合法等,三、基坑开挖方法,1、明挖顺筑法（1）放坡明挖法顺筑：工艺流程:施工准备基坑放坡土方开挖主体结构顺筑施工附属结构施工竣工优点:施工速度快，造价相对较低，防水施工条件好，质量受控。缺点:施工场地及周边环境要求高，需交通疏解，管线迁改、保护，基坑安全要求较高等。,三、基坑开挖方法,（2）明挖法顺筑:工艺流程:施工准备围护结构施工基坑土方开挖及支撑主体结构顺筑施工附属结构施工竣工。优点:施工速度快，造价相对较低，防水施工条件好，质量受控。缺点:施工场地要求高，需交通疏解，管线迁改、悬吊、保护，基坑安全要求高、风险大等。,三、基坑开挖方法,（3）铺盖法明挖顺筑：工艺流程：施工准备围护结构施工基坑铺盖施工基坑土方开挖及支撑主体结构顺筑施工附属结构施工竣工。优点：施工速度快，造价相对较低，防水施工条件好，质量受控，交通疏解影响较小。缺点：需管线迁改、悬吊、保护，基坑安全要求高、风险大等。,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,铺盖法明挖顺筑车站施工（南京地铁二号线上海路站）期间交通组织方案案例,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,2、盖挖逆筑法（1）全盖挖逆筑法工艺流程：施工准备围护结构施工（中立柱施工）顶板以上基坑土方开挖主体结构顶板施工第一层结构土方开挖第一层结构中板施工第n层结构土方开挖第n层结构中板施工附属结构施工竣工。优点:施工场地要求较低，施工安全风险小，交通疏解影响较小。缺点：需管线迁改、支托保护，短期交通疏解，基坑降水要求高。防水施工条件差，工期长。,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,（2）半盖挖逆筑法：工艺流程：施工准备围护结构施工（中立柱施工）顶板以上基坑土方开挖主体结构顶板施工第一层结构土方开挖第一层结构中板施工第n层结构土方开挖及支撑第n层结构顺筑施工附属结构施工竣工。优点：施工场地要求较低，施工安全风险小，交通疏解影响较小。缺点：需管线迁改、支托保护，短期交通疏解，基坑降水要求高，防水施工条件较差，工期较长。,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,3、暗挖法（1）洞桩法暗挖:工艺流程：施工准备围护结构及中立柱导洞施工（底纵横梁导洞施工）围护结构及中立柱施工第一层结构土方开挖及初期支护第一层结构衬砌施工第n层土方开挖及初期支护第n层结构衬砌施工附属结构施工竣工优点:施工场地要求较底，施工安全风险小，交通疏解影响较小。能有效维持地面现状。缺点：基坑降水要求高。防水施工条件差，工期长，造价高。,三、基坑开挖方法,（2）浅埋暗挖法:工艺流程：施工准备竖井施工结构分部暗挖隧道开挖及初期支护施工结构分部暗挖隧道二次衬砌施工附属结构施工竣工优点：施工场地要求较底，施工安全风险小，交通疏解影响较小。能有效维持地面现状。缺点：地质条件要求高。防水施工条件差，施工安全风险较高，工期长，造价高。,三、基坑开挖方法,明挖和盖挖法是施工地铁地下车站的主要方法。明、盖挖修建地铁地下车站较为安全，工期较短，也较经济。做好基坑支护设计与施工是保证安全的关键。,三、基坑开挖方法,基坑开挖与支撑安装施工原则基坑开挖与支撑安装遵循“时空效应”的原理，在开挖过程中掌握好“分层、分部、对称、平衡、限时”五要点，遵循“纵向分段、竖向分层、横向分块、先撑后挖、快速封底施做底板、待底板砼强度达到设计要求后再开挖下一结构流水段土方”的施工原则。,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,三、基坑开挖方法,基坑开挖和支撑安装控制要点（1）土体开挖临时纵向坡度视降水效果决定土体相应稳定临时放坡坡度。（2）当降水效果好时，纵坡不陡于1：3，每次分层开挖厚度不大于2米，减载平台高度不大于4米，长度不小于46米。,三、基坑开挖方法,（3）开挖边坡防护和支撑架设时间控制在612小时内，基坑纵向分段单元开挖长度不大于底板分段长度加4米。（4）土方开挖过程注意保护降水井，保证基坑持续的降水效果。（5）基坑开挖过程专人观察围护结构渗漏水，有渗漏及时封堵。,三、基坑开挖方法,（6）最后20cm土方人工进行开挖，快速封底后及时施做底板和流水段结构。（7）基坑中间有格构柱的，支撑应与横担用钢抱箍进行连接，支撑于横担间用木楔塞紧，如有变形及时进行调节。（8）基坑开挖施工中，加强基坑变形、支撑轴力、地面沉降、管线沉降、建筑物沉降等监测，及时反馈，信息化指导施工。,三、基坑开挖方法,基坑开挖到底后应及时施作垫层砼封底，不允许长时间暴露，并应在最短的时间内将结构底板施作完毕，只有当结构底板砼有了一定的强度后，基坑安全才真正有了保障。地铁深基坑工程施工须以结构底板施工作业线为地铁深基坑工程安全风险控制的关键工序来组织。严格控制地铁深基坑周边荷载。,三、基坑开挖方法,放坡开挖,1.放坡开挖较经济；2.无支撑，作业空间大；3.适合基坑四周空旷且无临近建筑设施；,三、基坑开挖方法,悬臂支护下开挖,1.适合于开挖较浅、地质条件较好、周围环境保护要求较低的基坑工程；2.基坑开挖无支撑干扰，工期较短。,三、基坑开挖方法,重力挡墙支护下开挖,1.适合于开挖较浅基坑工程；2.施工简便、造价经济；3.环境保护要求高、地层较软弱时慎用。,三、基坑开挖方法,挡墙加锚杆支护下开挖,1.适合于锚杆锚固效应较好的地层；2.锚杆施工范围内无障碍物，周边环境允许打设锚杆；3.无内支撑，基坑开挖及主体工程施工方便，工期快，造价也较经济。,二、基坑开挖方法,有支护分层开挖,1.可适用于软弱地基或开挖深度较深基坑；2.按考虑时空效应的开挖、支撑施工工艺，可有效控制基坑变形，适合软土地层、周边环境复杂基坑；3.开挖机械施工空间受限，支撑布置需考虑主体施工要求，换拆支撑施工复杂。,1.适合于开挖面积较大、基坑支撑作业复杂、施工场地紧张基坑；2.基坑中间先开挖、围护结构内侧先留土堤后设斜撑。软弱地层中基坑变形较大；3.支撑用量较省；4.支撑撑于主体部位的结构需验算并作构造处理5.施工缝处理复杂。,三、基坑开挖方法,中心岛式开挖,二、基坑开挖方法,壕沟式开挖,1.适合于开挖面大而全面开挖施工场地困难的基坑；2.地下主体工程需分次施工，围护结构需作二次。,三、基坑开挖方法,逆作法(半逆作法)开挖,1.适用于市区施工场地紧张、地质条件差、周边环境保护要求高基坑2.通常作为基坑围护的地连墙兼作主体结构；3.主体结构地下和地上可同时施工，节约工期，一定条件下可节约造价；4.施工时无需中断地面需交通。,三、基坑开挖方法,沉井(沉箱)开挖,1.用于软弱地层及地下水较丰富的基坑；2.设计及施工合理的条件下，可用于环境保护要求较高的基坑，在一定条件下也可能成本低、工期短。,四、围护结构类型,钢板桩,1.钢板桩系工厂成品，强度、尺寸精度等质量有保证；2.可回拔修正再使用；3.施工方便，工期短；4.设置支撑，可适合与较深基坑；5.施工中须注意接头防水；6.钢板桩刚度小，基坑变形大；打拔桩噪音大，且易导致土体变形、沉陷。,四、围护结构类型,预制混凝土板桩,1.施工方便、快捷，造价低、工期短；2.打桩振动及挤土对周边环境影响大，不适合在建筑密集区使用；接头防水效果差；不适合在硬土地层中施工。,四、围护结构类型,主桩横列板,1.施工方便、造价低、适合于开挖较浅的市政排管工程；2.止水性较差，软弱地基容易产生坑底隆起；基坑开挖变形大。,四、围护结构类型,钻孔灌注桩,1.适用范围广，但砂砾及卵石地层中慎用；2.施工噪音、振动小，对周边环境影响小；3.防水性差，地下水丰富时要结合其它防水措施，如搅拌桩、旋喷桩止水帷幕等；整体刚度不及地连墙；成桩质量与施工工艺关系密切，需作排污处理,四、围护结构类型,挖孔灌注桩,1.施工方便、造价低、工期短、成桩质量易控制；2.施工及劳动保护条件差，存在一定安全风险；3.地下水丰富地层成孔困难。,四、围护结构类型,地下连续墙,1.施工噪音低、振动小、止水效果较好、整体刚度大，对周围环境影响小；2.适合软弱地层及周边建筑密集的深基坑；3.可近邻建筑物及建筑红线施工，可增加场地及建筑物面积使用率；4.泥浆处理、水下混凝土浇筑工艺复杂，造价高；,四、围护结构类型,水泥土搅拌桩挡墙,1.适合于软土地区、环境保护要求不高，深度7m的基坑工程；2.施工低噪声，低振动，结构止水性较好，造价经济；3.围护挡墙较宽，一般需34m，需占用基地红线内一部分面积。,四、围护结构类型,高压旋喷桩挡墙,1.适合于软土地区环境保护要求不很高且挖深小于7m的基坑；2.施工低噪声、低振动，对周围环境影响小，止水性好；3.自立式水泥土挡墙，墙体较厚需占用基坑红线内一部分面积；4.施工需作排污处理，工艺复杂、造价高；,三、围护结构类型,SMW工法桩,1.施工低噪声，对周围环境影响小；结构止水性好，结构强度可靠，适合于各种土层，配以多道支撑，可适用于深基坑；此施工方法作为围护结构具有较大发展前景。,四、围护结构类型,1.灌注桩作受力结构，搅拌桩作止水结构；施工方便、低噪声、低振动，造价经济，止水效果较好；搅拌桩与灌注桩结合可形成连拱型结构，搅拌桩作受力拱，灌注桩作支承拱脚，沿灌注桩竖向设置道数适量的支撑，这种组合式结构可因地制宜取得较好的技术经济效果,灌注桩与搅拌桩结合,四、围护结构类型,沉井,1.沉井施工占地面积小，挖土量少；应用于工程用地与环境条件受到限制或埋深较大的地下构筑物施工中；沉井施工只要措施选择恰当，技术先进，沉井施工法可适用于环境保护要求较高和地质条件较差的基坑工程,五、围护结构选型（挖深6米）,沿海软土地区、地下水较高,方案1：搅拌桩（格构式)挡土墙；方案2：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设一道支撑；方案3：环境允许，可用钢板桩或预制板桩，设12道支撑；方案4：狭长排管工程可采用主柱横挡板。,地质条件较好、地下水较低,方案1：场地允许可放坡开挖；方案2：灌注桩悬臂支护或设一道支撑；方案3：土层适于打桩，而环境又允许时可采用钢板桩；,五、围护结构选型（深611米）,沿海软土地区、地下水较高,方案1：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设一至二道支撑；方案2：围护结构兼做主体结构时，可采用设支撑的地连墙；方案3：环境允许，可用钢板桩，设23道支撑；方案4：可采用SMW工法桩。,地质条件较好、地下水较低,方案1：灌注桩加锚杆或内支撑；方案2：可采用钢板桩支护加数道拉锚；方案3：场地允许可采用较陡的放坡开挖坡面喷锚混凝土及锚杆支护，或采用土钉墙；,五、围护结构选型（深1114米）,沿海软土地区、地下水较高,方案1：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设三至四道支撑；方案2：环境要求高或围护结构兼做主体结构时，可采用设支撑的地连墙；方案3：可采用SMW工法桩。方案4：特殊构筑物特殊情况下可采用沉井（箱）,地质条件较好、地下水较低,方案1：灌注桩加锚杆或内支撑；方案2：条件允许，环境保护要求不高时，可考虑采用放坡开挖，坡面喷锚混凝土及锚杆支护，或采用土钉墙；方案3：可研究应用SMW工法；,五、围护结构选型（深大于14米）,沿海软土地区、地下水较高,方案1：有支撑的地连墙或钻孔咬合桩；方案2：对于特殊地下构筑物，特殊情况下可采用沉井（箱）；,地质条件较好、地下水较低,方案1：有类似工程经验时，可采用灌注桩加锚杆或内支撑；方案2：有支撑的地连墙或钻孔咬合桩；方案3：场地允许，环保要求不高，有类似工程经验，可采用放坡开挖，坡面喷锚混凝土及锚杆支护，或采用土钉墙；,六、支撑结构类型,支撑结构是承受围护墙所传递的水土压力的结构体系，支撑体系包括围檩、支撑、立柱等。挡土应力传递路径为：围护墙围檩支撑；地质条件较好地层中，可用锚杆或拉锚代替支撑。,钢支撑特点,安装、拆除施工方便，可周转使用，支撑中可加预应力，可调整轴力而有效控制围护墙变形；施工工艺要求较高，如节点和支撑结构处理不当，施工支撑不及时不准确，会造成失稳。,钢筋混凝土支撑特点,混凝土支撑刚度大，变形小，强度的安全可靠性强，施工方便，但支撑浇制和养护时间长，围护结构处于无支撑暴露状态的时间长、软土中被动区土体位移大，如对控制变形较高要求时，需对被动区软土进行加固。施工工期长，拆除困难，爆破拆除对周围环境有影响。,六、支撑结构类型,七、支撑布置形式,直交式布置,在软土地层、环境保护要求高条件下，直交式是最常用布置形式；安全稳定，利于控制墙体位移；支撑布置和挖土设备及工艺不协调时，主体结构施工较困难。,七、支撑布置形式,井字型集中式布置,一般采用钢筋混凝土支撑，在环境保护要求不高时，可将直交支撑集中布置成井字型，以方便土方开挖及主体结构施工；,七、支撑布置形式,角撑式布置,方便土方开挖和主体工程施工；整体稳定性及变形控制效果不及水平直交式或井字型集中布置形式；,七、支撑布置形式,边桁架式布置,方便土方开挖和主体工程施工；整体稳定性及变形控制效果不及水平直交式或井字型集中布置形式；,七、支撑布置形式,圆形环梁布置,将支撑体系受力主构件化为圆形结构，受力条件较好；方便土方开挖及主体工程施工；在坑外荷载不均匀、土性软硬差异较大时，此布置形式应慎用。,七、支撑布置形式,垂直对称布置,适用于地铁车站、隧道等长条形基坑；,七、支撑布置形式,竖向斜撑,节省立柱和支撑材料；有利于开挖面积较大而深度较浅的基坑，在软土地层中，不利于控制基坑稳定和变形；,七、支撑布置形式,拉锚,方便土方开挖及主体工程施工；只适用于周围场地具有拉设锚定的环境和地质条件。；,七、支撑布置形式,锚杆,方便土方开挖及主体工程施工；只适用于周围场地具有拉设锚杆的环境和地质条件。；,八、基坑变形控制等级标准（特级),地面沉降及墙侧移控制要求,地面最大沉降量0.1%H；围护墙最大水平位移0.14%H；抗隆起安全系数2.2,环境保护要求,离基坑10米，周围有地铁,共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施必须确保安全,八、基坑变形控制等级标准（一级),地面沉降及墙侧移控制要求,地面最大沉降量0.2%H；围护墙最大水平位移0.3%H；抗隆起安全系数2.0,环境保护要求,离基坑周围H范围内设有重要干线、水管、大型在使用的构筑物、建筑物。,八、基坑变形控制等级标准（二级),地面沉降及墙侧移控制要求,地面最大沉降量0.5%H；围护墙最大水平位移0.7%H；抗隆起安全系数1.5,环境保护要求,离基坑周围H范围内设有较重要的支线管道和一般建筑、设施。,八、基坑变形控制等级标准（三级),地面沉降及墙侧移控制要求,地面最大沉降量1.0%H；围护墙最大水平位移1.4%H；抗隆起安全系数1.2,环境保护要求,在基坑周围30米范围内设有需保护建筑设施和管线、构筑物。,九、支护结构类型选择,9.1选择支护结构类型需考虑的因素（1）基坑开挖深度；（2）边坡允许坡度；（3）坑壁土体物理力学性质；（4）地下水位情况；（5）坑边地表超载范围及大小；（6）周围环境（周边建筑物及管线情况）；（7）基坑允许变形；（8）施工因素（施工单位技术水平和设备状况等）,九、支护结构类型选择,9.2支护结构设计需考虑的荷载（1）水土压力；（2）地面超载；（3）施工荷载；（4）坑边邻近建筑物荷载；（5）当支护结构兼作主体结构时，应考虑人防及地震荷载。,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,九、支护结构类型选择,9.3基坑支护常用类型选择,十、基坑变形影响因素分析,支撑预应力对侧移、沉降影响比较分析,十、基坑变形影响因素分析,支撑预应力对侧移、沉降包络面积影响,十、基坑变形影响因素分析,各基坑变形量对各道支撑预应力敏感度不同基坑变形量对不同支撑预加轴力变化表现出不同的敏感度表中um、vm、A、S分别为支撑预加轴力N引起的支护侧移、地表沉降、侧移面积、沉降面积变化量。,十、基坑变形影响因素分析,支撑预应力对基坑变形影响分析1.连续墙最大侧移及坑周地表最大沉降量对对第一道支撑预加轴力最为敏感；其次是第三道支撑；最后是第二、四道支撑，且二者比较接近。2.支护结构侧移曲线包络面积和地表沉降曲线包络面积对不同支撑预加轴力的敏感度表现出随支撑位置自上而下依次减小。也即二种曲线包络面积对第一道支撑预加轴力的变化最为敏感；其次是第二道支撑；最后是第三道、第四道支撑。,十、基坑变形影响因素分析,支撑刚度对侧移、沉降影响分析为探讨支撑刚度对基坑变形的影响，将各道支撑截面面积按同一比例变化，五种不同的支撑截面面积变化情况见下表，其中：Ai为第i道支撑实际截面面积。,十、基坑变形影响因素分析,支撑刚度对侧移、沉降曲线影响,支撑刚度对侧移、沉降曲线影响,十、基坑变形影响因素分析,支撑刚度对最大侧移、最大沉降影响,十、基坑变形影响因素分析,五种不同支撑刚度下基坑各变形量值,十、基坑变形影响因素分析,支撑刚度对基坑变形影响小结1.随着支撑刚度的增大，支护的位移逐渐减少，但当支撑刚度达到一定量级后，对基坑变形的影响将逐渐衰减。2.当前地铁车站基坑普遍采用的钢管支撑刚度是合适的,十、基坑变形影响因素分析,被动区土体加固对基坑变形影响,十、基坑变形影响因素分析,不同加固宽度连续墙最大侧移、地表最大沉降及相对变化量,注：H0为最终开挖深度,十、基坑变形影响因素分析,加固对基坑变形影响小结1.在保证加固质量的前提下，加固对减小施工期间基坑变形效果显著。加固宽度对基坑变形的影响不成线性关系，随加固宽度的增加，其对基坑变形的影响越来越显著。2.对一般的条形地铁车站基坑，抽条加固是合理的。,十、基坑变形影响因素分析,地面超载作用范围对基坑变形影响作用于坑周超载值按80kN/m2考虑，超载作用的范围即宽度（自连续墙边缘起）设计了五种情况,十、基坑变形影响因素分析,地面超载作用范围对基坑变形影响,十、基坑变形影响因素分析,地面超载作用范围对基坑变形影响,十、基坑变形影响因素分析,超载作用范围对基坑变形影响小结1.坑周超载作用范围对基坑变形有显著影响。但当超载作用范围超过基坑最终开挖深度后，其进一步的影响减弱。2.坑周地面超载使地表最大沉降点移向坑边，随超载作用范围增加，地表最大沉降点又逐渐外移。3.由超载引起的坑周地表附加沉降量在挡墙附近一定距离范围内最大，向坑外逐渐减小，在二倍基坑开挖深度外地表甚至有少量隆起。,十、基坑变形影响因素分析,超载作用深度对基坑变形影响超载值80kN/m2考虑，超载作用范围自连续墙边缘起取12米，设计了四种不同作用深度。,十、基坑变形影响因素分析,超载作用深度对基坑变形影响,十、基坑变形影响因素分析,超载作用深度对基坑变形影响,十、基坑变形影响因素分析,超载作用深度对基坑变形影响小结1.随着超载作用深度的增加，地表沉降量及开挖面以上支护结构水平侧移减小。当超载作用深度超过基坑最终开挖深度后，超载对基坑变形的影响将不再明显。2.随着超载作用深度的增加，侧移曲线包络面积和沉降曲线包络面积近似按双曲线形下降。,十、基坑变形影响因素分析,超载距坑边距离对基坑变形影响超载值80kN/m2考虑，超载作用范围自连续墙边缘起取12米，设计了五种不同距坑边作用距离。,十、基坑变形影响因素分析,超载距坑边距离对基坑变形影响,十、基坑变形影响因素分析,超载距坑边距离对基坑变形影响,十、基坑变形影响因素分析,超载距坑边距离对基坑变形影响小结坑周超载距坑边作用距离对基坑变形影响显著。随着超载作用距离增加，基坑变形（支护结构侧移、地表沉降量）显著减小。当超载作用距离超过基坑最终开挖深度后，超载对基坑变形的影响将不再明显。随着超载作用位置逐渐外移，地表沉降槽最大沉降点位置也逐渐外移。,十一、深基坑土压力,4.1概述作用在挡土支护结构上的侧压力包括土压力、水压力、冰荷载(寒冷地区)、地震力及地面荷载所产生的侧压力等。土压力是作用于挡土支护结构的主要荷载，特别是在大型深基坑工程中若能较准确地估算土压力，对于确保深基坑工程的顺利进行具有十分重要的意义。,十一、深基坑土压力,4.2土压力类型根据挡土结构位移情况，作用在挡土结构上的土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。,十一、深基坑土压力,4.2土压力类型（1）静止土压力当挡土墙静止不动时，即不能移动也不转动，这时土体作用在挡土墙的压力称为静止土压力po。,十一、深基坑土压力,4.2土压力类型（2）主动土压力挡土墙向前移离填土，随着墙的位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力逐渐减小，当墙后土体达到主动极限平衡状态并出现滑动面时，这时作用于墙上的土压力减至最小，称为主动土压力Pa。,十一、深基坑土压力,4.2土压力类型（3）被动土压力挡土墙在外力作用下移向填土，随着墙位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力逐渐增大，当墙后土体达到被动极限平衡状态并出现滑动面时，这时作用于墙上的土压力增至最大，称为被动土压力Pp。,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性（1）朗肯土压力理论朗肯土压力是英国学者朗肯（Rankin）1857年提出的。在其理论推导中，首先作出以下基本假定：1.挡土墙是刚性的墙背垂直；2.挡土墙的墙后填土表面水平；3.挡土墙的墙背光滑，不考虑墙背与填土之间的摩擦力。,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性朗肯土压力计算贝尔（Bell，1915年）把朗肯理论发展成可考虑粘聚力c值的土压力理论。以下为考虑粘聚力的朗金土压力计算公式：pa=ztg2(45-/2)-2ctg(45-/2),十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性粘性土朗肯主动土压力分布,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性朗肯土压力由于没有考虑墙背和填土之间的摩擦力，这样求得的主动土压力值偏大，而被动土压力值则偏小。因此，用朗金土压力理论来设计挡土墙一般偏于安全。,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性（2）库伦土压力理论库伦土压力理论（1773年）假定：挡土墙是刚性的；墙后填土为无粘性土；墙后填土是以一个三角形滑动土楔体的形式，沿墙背和填土土体中某一滑裂平面通过墙踵同时向下发生滑动。根据三角形土楔的力系平衡条件，解出挡土墙墙背所受的总土压力。,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性库伦土压力计算：,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性库伦理论的主要缺点是假定土是理想的以及滑裂面定为平面。在主动土压力与被动土压力的计算中，由于实际滑裂面是曲面，这使得在平面滑裂面假定下的计算结果，导致主动土压力偏小(差值为2-10)；被动土压力显著偏大，差值随内摩擦角的增大而增加，有时相差数倍至十数倍，应用此值偏于不安全。,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性（3）佩克(Peck)、太沙基(Terzaghi)理论佩克、太沙基根据多项工程实测资料，用库仑（或朗肯）主动土压力系数的一部分为依据，在主动土压力到静止土压力基础上，作经验修正，给出了具有支撑的支护结构墙后土压力分布。,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性（4）经典土压力应用于基坑工程局限性库仑和朗肯土压力理论均是根据挡土墙而建立的，而挡土墙与深基坑支护的桩墙是有一定差别的，经典土压力理论用于分析深基坑存在下列一些问题：,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性（4）经典土压力应用于基坑工程局限性1.土压力值与桩（或墙）侧向变形有十分密切的关系，而经典土压力理论计算的结果是极限值，即达到主动极限状态或被动极限状态的接触压力，当围护结构处于正常的工作状态时，这种极限状态往往由于受基坑变形限制不可能出现，因而工作状态时的接触压力并不是极限状态值。,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性（4）经典土压力应用于基坑工程局限性2.库仑和朗肯土压力理论均假设墙后填土为均质无粘性土，或粘性土则被看成散粒体；而基坑开挖的土层一般为杂填土、粘土、粉土、砂土等固结的原状土。一般情况下，桩（或墙）土之间存在摩擦力。,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性（4）经典土压力应用于基坑工程局限性3.库仑、朗肯土压力是针对先有墙后填土的挡土结构；而深基坑支护则是先在地面打桩或成墙，存在静止土压力，当基坑开挖时，支护桩（或墙）一面临空，随着开挖深度的增加，桩（或墙）承受的土压力随桩（或墙）变形而逐渐发生变化，由静止土压力向主动土压力变化,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性（4）经典土压力应用于基坑工程局限性4.库仑和朗肯土压力理论所解决的问题是按平面问题考虑的；而深基坑实际上应该考虑时空效应。,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性（4）经典土压力应用于基坑工程局限性5.实际工程中涉及到的土体一般是多层土，库仑土压力理论则是针对均质土条件提出的。虽可经某些假定将多层土等值转化为均质土，但还是不能完全反映实际情况。同时，库仑土压力给出的是集中力，不便于结构计算。因此，多层土情况下一般采用朗肯土压力方法计算。,十一、深基坑土压力,4.3经典土压力理论及其局限性（4）经典土压力应用于基坑工程局限性6.实测数据偏离于计算结果的另一个重要原因是围护结构变形的影响。经典土压力理论没有考虑挡墙本身的变形，即将挡墙作为完全刚性的。人们在研究土压力分布规律的时候较少注意结构的位移形态对土压力分布的影响。,十一、深基坑土压力,4.4现代土压力理论（1）塑性极限分析理论；（2）弹性理论分析法；（3）应力路径法；（4）有限元数值分析法。,十一、深基坑土压力,4.2影响土压力的因素(1)不同土类中的侧向土压力差异很大。采用同样的计算方法设计的挡土支护结构，对某些土类可能安全度很大，而对另一些土类则可能面临倒塌的危险。因此在没有完全弄清挡土支护结构土压力的性能之前，对不同土类应区别对待。,十一、深基坑土压力,4.2影响土压力的因素(2)土压力与结构的变位有着密切的关系。经典的库伦土压力和朗肯土压力理论仅考虑主动与被动状态；在挡土支护结构变形很小时，要采用静止土压力。,十一、深基坑土压力,4.2影响土压力的因素(3)土压力与挡土支护结构刚度有关。当基坑深度及地层土质等条件均相同的情况下，作用在重力式挡土支护结构和柔性挡土支护结构上的土压力显然不同，这是由于两者刚度相差太大所致。,十一