基坑支护工程讲座(一).ppt

基坑支护工程讲座(一)，中国建筑科学研究院的基地是2007年11月基础和地下工程施工的古老传统课题。 同时也是综合岩土工程的难题，除土力学典型强度和稳定问题外，包括变形问题，也涉及土与支护结构的共同作用。 实践证明基坑工程是一个实践性强的岩土工程问题。 基坑稳定性、支护结构的内力和变形，以及周围地层位移对周围建筑物和地下管线的影响和保护计算分析，目前可以得到准确的定量结果，但地基稳定和变形理论对于解决这些实际工程问题具有重要的指导意义基坑工程广义上应包括勘察、支护结构设计、施工、监测和周围环境保护等几个方面的内容。 内容包括：一、基坑支护设计二、基坑支护工程三、基坑支护监测、基坑支护设计一、概念与现状二、分类与选型三、设计前应考虑的影响因素和应具备的条件四、设计内容五、土墙设计六、打桩设计七、设计文件编制、概念与现状、建筑基坑：为建筑物(包括构筑物)基础与地下室施工开挖的地面以下(建筑基坑支护技术规程 (JGJ120-99 ) )基坑支护：为保证地下结构施工和基坑周边环境的安全，基坑侧壁和周边环境采用的支护、加固和保护措施。 (建筑基坑支护技术规程 (JGJ120-99 ) )我国70年代以前的基坑很浅，上海的高层大厦、多层大厦的地下室都是4m深的单层地下室。 80年代以来，在广东、北京、上海、天津和其他城市建造的深基坑不断增加。 近十年来，我国建筑业以惊人的速度发展，每年城镇竣工建筑面积达5亿平方米。 随着人们对建筑工程质量、环境和功能需求的增加以及我国人口的增加，耕地面积随着人类活动逐渐减少，用地紧张、交通拥挤的矛盾在大城市和特大城市越来越突出。 科学合理可持续利用地下空间，是我国城市化发展的客观要求。 充分利用土地资源，在建筑工程中建设节能节约型社会，高层建筑越来越多，高层建筑的基础向巨大、超深、大跨度、大底盘的方向发展。 坑也发展成超大型、超深度，是北京最深的坑26m。 (财源中心26米，国瑞城21-24m米，北京饭店21米，中银大厦20米)上海深基坑超过30米。支护结构选型和安全度取值原则、基坑塌陷引起基坑变形过大结果安全系数取值原则、支护结构分类和选型、建筑基坑支护技术规程 (JGJ120-99 )规定：北京地区基坑支护常用方法和适用范围1、土钉墙支护结构普通土钉墙、 复合式土钉墙(指带有预应力锚杆的梁、柱或小桩)的特点：工期短，节约成本，但引起边坡水平位移，周边变形大2，拔桩预应力锚杆支护结构(边坡水平位移和周边变形可有效控制) 复合支护结构(边坡桩支护结构的土钉墙支护结构)特征：可以在一定程度上控制边坡水平的位移和周边变形，比较整体，4、适用范围的上述支护结构的适用范围主要由以下因素决定1 )，周边建筑物支护的影响范围主要在距基坑1.0H(H为基坑深度)的范围内， 对变形敏感的重要建筑物(例如古建筑、精密仪器制造建筑)考虑1.5H2.0H(H为坑深)的范围。 土钉墙支护变形大，在基坑影响范围内存在建筑物时，不宜采用。 采用坡口桩支护结构，必须根据相邻建筑物变形要求采用变形控制的设计方法。2 )、地质状况较弱的泥质土、不易出洞的卵砾层、回填土层较厚的，不得采用土钉墙支护结构。 3 )、基坑深度10m可考虑普通土钉支护结构1015m的复合式土钉支护结构15m以上的坚固桩或复合式支护结构，设计前应考虑的影响因素和应具备的条件，建筑地基基础设计规范 (GB50007-2002 )第9.1.4条的基坑开挖和支护设计应具备以下资料2、建筑总平面图、地下管线图、地下结构平面图和剖面图3 .邻近建筑物和地下设施类型、分布情况和结构质量检测评价。 应当考虑结构水平变形、地下水变化对周围环境水平和垂直变形的影响，建筑基坑支护技术规程 (JGJ120-99 )对于安全等级一级和周围环境变形有限的二级建筑基坑的侧壁，基于周围环境的重要性、对变形的适应力、土的性质等因素来确定支护结构的水平变形限值3.1.5当场有地下水的，应根据场所和周边地区的工程地质条件、水文地质条件、周边环境状况和支护结构和基础形式等因素，决定地下水控制方法。 当场周围地表水汇合，泄泻、地下水管泄漏时，应对基坑采取保护措施。 主要影响因素、基坑周边环境：基坑开挖的影响范围包括现有建筑物、公路、地下设施、地下管线、岩土体及地下水体等总称。 周边建筑物影响应重点考虑的地下管线型施工材料、车辆荷载影响应重点考虑的土地下水条件、周边建筑物与支护结构相互影响应重点考虑的因素、基坑距离建筑物层数基础型基坑埋深周边建筑物荷载对支护结构作用坑开挖的影响、JGJ120-99、 对GB50330-2002支护结构施加载荷，重点考虑地下管线的类型和影响，受破坏结果气体、供水、电力、通信、热等管线影响支护结构的污水、雨水、有泄漏的供水等管线、施工和道路车辆载荷的影响， 施工荷载应合理取值(材料沉积、施工荷载、临建荷载等车辆荷载作用范围，北京地区应重点考虑的土类软土：泥、泥质土、杂填土、填土、高压缩性砂土：标贯、含水量砾：最大粒径和含量、梯度、致密度，建设工程施工现场安全防护、场容卫生、环境保护及保卫消防标准 (DBJ01-83-2003 ) 1.2.1在基础工程前和挖沟、坑、沟土前，建设部门应当向施工企业书面提供有关施工现场的详细地下管线资料。 某些特殊的地下水条件，地下管道漏水层间水渗透特性层降水影响沉降的加压水引起的基础突入，层间水渗透特性，渗井应用，设计内容，建筑地基基础设计规范 (GB50007-2002 )第9.1.3条的基坑开挖与支护设计应当包括：1.支护系统的方案技术经济2 .支护结构强度、稳定和变形计算3 .基坑内外土体稳定性管理4 .基坑降水或止水帷幕设计和围墙防渗设计5 .基坑开挖和地下水变化对基坑内外土体变形和基桩、建筑物和周边环境的影响6 .基坑开挖施工的可行性和基坑施工中的监测要求。 建筑基坑支护技术规程 (JGJ120-99 )规定：3.1.2基坑支护结构的极限状态分为以下两种： 1承载力极限状态：支护结构因最大承载力或土体失稳、过大变形而对支护结构或基坑周围环境造成破坏； 2正常使用极限状态：支护结构的变形妨碍了地下结构的施工，影响了基坑周边环境的正常使用功能。3.1.6基于承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基坑支护应按照以下规定进行计算和管理： 1基坑支护结构应进行承载能力极限状态的计算，计算内容：1)基坑支护形式及其受力特性应进行土体稳定性的计算2 )基坑支护结构的压迫、弯曲、抗剪2对安全等级为一级和支护结构变形受限的二级建筑基坑侧壁，管理基坑周边环境和支护结构的变形。 3地下水控制计算和管理：1)耐渗透稳定性管理2 )坑底的突入稳定性管理3 )根据支撑结构设计要求进行地下水位控制计算。 土钉墙设计、概念与发展土钉墙支护结构三大破坏部位和抗拔力控制条件如何在计算与设计关系上合理设计土钉墙概念不合理的土钉墙预应力锚杆，概念与发展，土钉墙：由加固到土钉墙的基坑侧壁土体和支护面等组成的支护结构。 建筑基坑支护技术规程 (JGJ120-99 )土钉支护是土钉支护技术(SoilReinforcement )的一种，其发展始于1970年代，德国、法国早期进行研究和应用，80年代引进我国，主要用于滑坡、隧道支护等大型土木工程，90年具有设备简单、易推广、成本低、速度快、对现场土层适应性强等特点。 实践表明，一般粘性土和粉土是比较密集的人工填土，松散的土砂、碎石土有利于土钉墙的稳定，泥质土、饱和软土等不利于土钉墙的稳定。 适用的土类土钉被动受力主动受力全长受力滑裂面外锚固段锚固力密集，形成重力式挡土墙数量少的面层，主要受力部分的壁受力不大的长度为3-10m15-45m浆料直径100(150 200)mm单根受力100kN400-3000kN (设计负荷)，土钉与锚杆的比较，土钉与锚杆的比较， 土钉墙支撑结构破坏形式应强调的几点观点：满足总体稳定条件是土钉墙破坏控制条件之一的结构计算和结构强度控制条件是针对土钉墙计算弱点规程中的一些结构要求不能由计算手段解决的控制条件规定的， 必须根据实际可能发生的破坏形式建立计算模型和计算控制条件进行设计，脚心三个破坏部位和作为抗拔力控制条件的钉子抗拔力三个控制条件如何识别计算与设计的关系计算， 实际受力情况的近似模拟任何计算方法都有假定条件和适用条件引起偏差的两个因素模型参数，计算模型的影响、参数的影响、稳定性分析方法都存在土体抗剪强度参数c、值的确定问题。 c、的值可以根据标准的试验方法进行测量，但实际地质调查报告中提供的数据经验性地被修正，不同地区有不同的做法。 即使采用通过标准的试验方法得到的c、的值，理论上也不一定符合分析方法。 由于许多土体的抗剪强度与其受力途径有很大关系，标准试验给出了加载中的强度指标，但支护滑面上的土体是卸载中的破坏。 土钉支护梯级施工中的及时快速支护对工程稳定性有着非常重要的影响，在任何延伸支护过程中损害土体剪切能力，往往不能反映在极限平衡分析方法中。 土钉墙概念设计对于土钉墙支护技术的广泛应用，土钉墙受力机理和计算方法的研究尚不成熟，土钉墙设计应采用概念设计与计算相结合的方法，概念设计方法基于现有工程经验和工地测试结果。现有土钉支护施工现场测试结果表明：1.基坑最大位移发生在基坑顶部2 .沿基坑深度范围受力最大的土钉位于中部3 .一个土钉最大拉伸作用点位于其长度的中部，在基坑深度方向连接土钉最大拉伸作用点的曲线是潜在最危险折面的基坑的最大位移发生在基坑顶部，设计中应增加最初的土钉长度，但最初的土钉位于填土中，土质松动、含有垃圾，造孔困难，各种市政、通信等管线也多埋在这一深度内，因此在实际设计中应根据实际情况和施工能力由于最初土钉的长度经常受到限制，施工过程中可在地面上安装锚定加固，锚定钢筋和表面层钢筋有效连接成为整体，发生向坑内的水平位移时，表面层可同时抵抗锚定和土钉的水平位移。 锚杆的设置必须越过最危险的折动面。 不那样的话锚就失去了存在的意义。 设置的锚跨越最危险的折动面时，锚不仅可以减小坑顶部的位移，还可以增大坑整体的稳定安全系数。 据实测，沿坑深度范围受力最大的土钉在中部，因此中部土钉多决定整体折动面能否形成，在实际设计中可施工时，应加长坑中部的土钉。 中部土钉支护长度大于基坑深度，防止最终折面形成。 迄今为止，不好的理论不能很好地估计土钉支护的位移，有限元法可以模拟分段开挖的施工过程，预测边坡变形，计算出土钉内力，但由于计算过程中需要确定很多有关岩土结构模型的参数，有限元程序相当复杂， 一般工程应用不充分，在实际工程中减少基坑变形的措施除了设置上述锚杆外，还可以采取以下两种措施：1.层次、逐步减少作业的深度和长度，尽量缩短从挖掘到支护施工的时间间隔2 .采用预应力土钉， 通过拧紧土钉端部的高强度螺栓，对土钉施加一定的预应力，预应力土钉在表面层设置混凝土腰梁，加强该排土钉的横向联系。 通常，在计算时不考虑预应力土钉上施加的预应力，只将其视为普通土钉，将施加的预应力作为安全储备和减少基坑变形的结构措施。 不合理的土钉长度分布形式、复合土钉墙、复合土钉支护结合其他支护形式和施工措施应用，在保证支护体系安全稳定的同时，如限制基坑上部变形、阻止边坡人员体内渗水、解决挖掘面自立性、阻止基坑地面隆起等。 常用的复合土钉支护有三种基本形式：土钉和预应力锚索、土钉和微型钢管桩、土钉和搅拌桩(止水帷幕)。 土钉与预应力锚杆联合，对基坑顶面水平位移和沉降要求严格的，可以在土钉支护中配合预应力锚杆。 预应力锚索一般作用于基坑顶部第一、第二排，对活动区土体施加初始张力。 适用于一般地层条件，可满足不同实际工程的需要。 土钉墙预应力锚杆的合理长度，在预应力锚杆的作用下加强土钉墙的滑动阻力以减少土钉墙的位移(通常在土钉墙顶部使用)， 预应力锚杆长度的计算以锁定值T0=100kN锚杆直径d=150mm极限摩擦阻力qs=90kPa安全系数K=1.6为例，基桩与小型钢管桩联合，在基坑开挖前，向开挖线外侧垂直打入钢管，向钢管内高压注入水泥浆， 在沿基坑开挖线形成恒定基坑开挖过程中，仍按土钉支护施工方法分层开挖，逐步设置土钉和喷射混凝土层，与微桩形成一体。 一般钢管直径48-108，常用48，直径小，施工时易侵入土中，施工方便，速度快。该形式适用于土质松弛、自立性差的地层情况，有利于