《基坑工程技术规程》修订有关问题.ppt

1、,基坑工程技术规程修订有关问题介绍 L.S.Z 2013年 6月,关于修订的背景,在武汉市及湖北省建设工程中，深基坑开挖问题提上议事日程大致始于上世纪90年代初期，迄今大约有20年左右。有关基坑工程的技术标准也应运而生，并随着时间推移和建设规模的扩大而累次升版。现行湖北省地方标准（基坑工程技术规程DB42 159-2004）的前身最早为武汉市1995年颁布的武汉市深基坑工程技术指南。1998年，升格为省标深基坑工程技术规定。2004年再次修订为基坑工程技术规程，即现行规程。其中指南与规定由已故工程院院士刘广润主编。自指南问世至今，已有17年了，现行规程实施至今也有7年了。 就武汉市而言，大批高

2、层、超高层楼宇的兴建、城市交通（轻轨、地铁）建设的全面铺开以及大规模地下空间开发利用还是近五、六年之内的事情，也就是现行规程颁布以后的事情。就全省而言，情况也大体如此。这五、六年之内基坑工程规模的扩大，开挖深度的增加是以往难以相比的。在这期间，我们遇到了许多以往没有遇到的问题，引进采用了不少以往没有采用过的支护技术和工法，也发生了因深开挖、降水导致的比以往更为突出的环境问题。因此，认真总结这几年来的工程实践经验教训，对现行规程进行修订，以便更好地指导今后的工程实践，无疑是必要的。,武汉市深基坑工程技术指南1995 深基坑工程技术规定 1998 基坑工程技术规程 2004 基坑工程技术规程 20

3、11-2012,此次修订的主要想法,1、现行规程是随着本地区基坑工程的长期实践的而逐步形成的。本地有关专家和从事基坑工程的设计、施工单位一致认为现行规程具有简单、可操作性强的特点。基坑工程集中的武汉市多年来没有发生过恶性事故，安全度的把握比较适度。因此对现行规程可以保持总的格局，主要计算理论模式、方法不必修改，安全度标准基本维持不变。 2、对现行规程尚未解决的而实际工程中经常遇到的问题应予以适当的补充（如被动区留土时的变形计算、被动区加固的设计等）。对少数条款中欠妥的规定应予以修改。 3、对现行规程中未纳入而目前已经应用的新技术、新方法（如逆作法、型钢水泥土搅拌墙等）应予以补充。 4、对于目前

4、认识尚未统一处理难度较大的问题（如降水与环境保护的关系）暂不作硬性规定，留待以后解决。对有些属于各地处理的问题（如对锚杆使用的限制、需要进行专题研究的基坑工程）留待各地管理部门自行规定。,修订重点内容简介,1、关于岩土工程勘察 2、关于岩土压力计算 3、关于被动区留土的计算 4、关于水平变形控制标准 5、关于壁悬嵌岩桩（“吊脚桩”）的设计 6、关于双排桩设计 7、关于内支撑设计 8、关于水泥土挡墙设计 9、关于被动区加固 10、关于地下水控制 11、其它新补充章节,关于岩土工程勘察,1、要求对自地面至坑底以下2倍基坑深度范围内的土层进行合理划分，综合指标（如承载力）差别大于30%时应单独分层；

5、水平方向有趋势性变化时可分区段划分亚层。原因在于目前勘察资料对浅部土层分层偏粗，对设计影响很大。 2、要求对黏性土与粉土、粉砂交互层土的c、可按三者的比例综合取值，同时提供三者中的最小值。原因在于设计时需要根据不同情况取值。考虑顺层剪切时取小值，考虑水平力和变形时取综合值。,关于土层强度参数c 、值,一、 c 、 值对于支护结构设计至关重要，随着基坑规模的扩大，这一点愈来愈明显。往往一两度之差就关系到数以百万计的资金投入。 二、不同试验方法会得到不同的结果 1、不同试验方法 排水剪与不排水剪 固结与不固结 不同规范规程有不同的规定。 2、通常固结不排水剪的结果比不固结不排水剪大。按福州经验：

6、cu=uu(1+9/uu) ccu= cuu(1 +2.5/cuu) (适用于uu11以下的软土) 三、使用不同参数应采用不同的计算模式、安全系数。 三、土样扰动的影响不容忽视 土样扰动导致不固结不排水剪结果降低，相反导致固结不排水剪结果偏高。 四、武汉地区大多数勘察报告提供的 c 、 参数为直剪结果。,如何排除土样扰动影响 根据魏汝龙先生的研究, 取样扰动对土的强度影响特别大。对于快剪，扰动可使强度参数大大降低，对于固结快剪则相反，扰动将导致强度参数偏高。在连云港、深圳赤湾、广深高速公路的对比试验表明，用固定活塞薄壁取土器取样试验可使快剪强度提高4060%，固快指标降低1015%。（见魏汝龙

7、固结快剪试验中的几个问题一文） 一、尽可能采用高质量取土器。 二、试验前对土试样进行恢复原位应力的预压。 三、参照规程的c、参数表，勘察评价时注意状态描述、各种试验结果、承载力评价之间的相互关系。 四、建设单位应重视勘察，给勘察从事细致工作的足够时间和经费。,关于抗剪强度指标的综合意见 一、比较一致的看法是采用什么样的强度参数应与计算模式、安全系数配套。 二、本规程主要依据武汉地区多年的经验，按照我们所采用的各种计算模式和方法，认为首选的是直接快剪或自重应力下预固结的三轴不排水剪cuu、uu。 固结快剪ccu、cu数值偏高，用于土水合算结果偏于不安全。 对于软土，未经预固结的三轴uu试验结果往

8、往偏低，偏于保守，因此需要在试验前对试样进行自重应力下的固结。 三、近几年的工程实践表明，当支护桩、墙底部仍为饱和软弱黏性土时,由于深部土层试样取出地面后扰动过大，一般直剪试验结果往往严重偏低，从而大大增加桩、墙的嵌固深度。此时，对受开挖卸荷影响不大的深部正常固结土可采用在原位应力下预固结后的剪切试验c、值进行计算，以消除土样扰动的部分影响。如有可靠经验也可采用固结快剪ccu、cu值,乘以适当的折减系数。 四、随着工程规模的扩大，这个问题的重要性将越来越明显。希望今后多积累经验，在下一次修订时能更好地解决这个问题。,关于岩土压力计算,明确抗剪强度参数取值： 对土层的抗剪强度指标可取直剪快剪值。

9、武汉地区目前剪力力试验一般有直剪快剪和三轴快剪两种，固结快剪很少见，岩土工程勘察规范要求的恢复原位应力固结后进行试验基本上未能实行。多年来，基坑支护设计都是采用直剪快剪数据，而三轴快剪公认偏低无法使用。可以说本地区多年的经验基本上是基于直剪快剪数据建立起来的，这次修订维持不变且予以明确规定。 补充 1、岩层的侧向压力应通过结构面分析按块体平衡方法计算。对强风化软质岩和破碎岩可取等效内摩擦角按按土层公式计算。对中、微风化的中硬岩或硬质岩，如不存在足以引起岩体滑移的不利结构面，则可不计主动侧向压力，被动侧可视为刚性层，在弹性抗力法计算中用极大刚度系数模拟。 2、补充：参照其它规范补充有限范围土体土

10、压力计算。,土压力分布模式,上海规范按不同支护形式分别采用不同的主动土压力分布模式。 对于水泥土挡墙和悬臂桩、墙采用型土压力分布图式，是传统的土压力分布模式；对于带撑、锚的桩、墙采用型土压力分布图式，是实测土压力分布的近似简化分布模式。,湖北规程则不分支护形式，均采用型土压力分布。 不同计算模式适应于不同的参数，用同样的参数去对比各外地软件的计算结果往往难以说明什么问题。,JGJ-120 土压力分布模式的变更,关于土压力分布模式，新版JGJ-120比前版有改变。前版采用梯形分布abc，现改为三角形分布abc。但是，同时增加了被动区抗力初始值ps0，ps0也就是右边bcc那一块，方向相反，所以实

11、际上土压力分布仍然是前版的梯形分布abc ，并没有增加。但被动抗力有较大变化，增加初始值ps0后，被动抗力要大很多，这一改变可能导致支护桩的嵌固深度减少。,关于超载分类,按照分布情况可分为：集中荷载、局部分布荷载、无限均布荷载。,按照超载引起的效果可分为：常驻荷载、当前荷载。说明如下： 常驻荷载：指基坑开挖前历史长期存在的荷载，如紧邻坑边的地 基沉降已经稳定的建筑物，自然地形稳定边坡转换的 超载 当前荷载：指坡顶堆载、车辆运输荷载以及支护结构上部开挖边 坡转换的超载等,开挖前长期存在的稳定边坡,开挖前长期存在的建筑物,右边所示是常驻荷载的两种情况。对这类荷载应进行初始工况的计算，假定开挖深度为

12、零，得到的位移应在累计位移中扣除,先打支护桩后建楼，即使不开挖，桩也会偏移,楼房早已存在，沉降已经稳定，后打支护桩，不开挖，桩不会偏移,常驻荷载,当前荷载,先打支护桩后堆土，即使不开挖，桩也会偏移,既有稳定边坡，在坡脚打支护桩，不开挖，桩不会偏移,关于水平变形控制标准,维持原定以绝对值而不用相对值控制的规定不变，但对一级基坑的控制值进行了细分。共分为三挡，即30mm、40mm、50mm。 总的原则是对多数一级基坑维持40mm，少数环境条件特别严峻的基坑从严取30mm，对环境条件宽松的一级基坑从宽取50mm。 对三级基坑由原来的100mm改为80mm。,关于变形控制标准问题的说明,水平位移与坡高

13、的比值（%）,0.5,0,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,坡顶各点至坡肩距离与坡高的比值,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,Peck对支护效果的分区 (1969）,Peck对支护效果按水平位移分为三个区：区为支护效果良好；区为支护效果一般；区为支护效果差。这一评价似乎侧重于边坡和支护结构的稳定，而对变形后果及环境保护要求反映不足。 如果我们对这一分区加以调整，以0.5%为界将区一分为二（右图蓝线），将-1区定为效果良好， -2区定为效果一般， 区定为效果差， 区定为危险，则比较符合实际工程要求。,对于变形控制究竟是按相对值还是绝对值的问题，曾经进行过一

14、番思考。考虑采用相对值存在的问题（基坑浅时过严，基坑深时过松），最后仍决定按绝对值控制，只是根据不同的环境条件对具体标准作了一些调整。需要注意的是规程提出的标准是上限，某些特殊保护对象可能有更严格的要求，仍然应予以满足。,-1,-2,第一工况,第二工况,第三工况,两道支撑分工况计算示意 反转荷载法,第一工况： 开挖至第一层支撑施工深度 第二工况： 设置第一层支撑，开挖至第二层支撑施工深度 第三工况： 设置第二层支撑，开挖至坑底 第四工况： 浇筑底板，利用第二层楼板换撑，拆除第二层支撑 第五工况 利用第一层楼板换撑，拆除第一层支撑,第四工况,第五工况,被动区留土情况下的土压力和变形计算是用经典理

15、论难以解决的问题。参考外地资料和本地区的经验，提出坑底被动区留土时支护结构的变形可根据经验采用以下方法近似计算： 1、考虑留土的抗力作用，调整其 m（或 kh）值； 2、考虑留土的平衡作用，扣减部分主动土压力。 这两种方法只能是实用方法，由于还不够成熟，具体方法在条文说明中介绍。,关于被动区留土的计算,o,A,B,C,D,E,F,Z1,Z2,ZX,Kh = m (Z-Z0),式中: m- 计算深度所在土 层的m值; Z -计算点深度; Z0-按以下条件分段 取值: 深度AB范围内: Z0=Z1 深度BC范围内: Z0=Zx 深度C点以下: Z0=Z2 Zx - 按右图几何关 系计算确定.,G,

16、BE、DF、CG 均与水平线呈45-/2角,被动区留土时的”m”法计算实用方法示意之一,（调整kh法）,（b）,A,B,E,F,HC、GD均与水平线呈45+/2角,C,O,O,D,被动区留土时的”m”法计算实用方法示意之二,（平衡土压力法）,1、 假定留土产生的土压力部分地抵消右侧主动土压力，可称之为“平衡土压力” 。 2、考虑平衡土压力，右侧主动土压力净值计算如下： a）OA段、DE段按常规计算。 b）AB段 c）BC段 q 为留土全高度的土自重压力 d）CD段 按图示插值计算。 3、C、D 点深度按右图几何关系计算确定。,G,H,h,OA,（c）,关于悬壁嵌岩桩（“吊脚桩”）,悬壁嵌岩桩（

17、“吊脚桩”）是岩土组合边坡支护可能采用的一种形式，最近武汉地铁有的基坑也用到这种桩。山区工作的同志希望能在修订规程中有所反映，因此在桩锚支护一节中加上了几条，对这种桩的设计提出了若干原则要求。这些要求是根据实际工程方案论证中专家意见综合而来的。“吊脚桩”一词是俗称，意思并不确切，经考虑命名为“悬壁嵌岩桩”可能更合适一些。,悬壁嵌岩桩（“吊脚桩”）的设计,（a）嵌岩桩支护示意图,（b）悬壁嵌岩桩支护示意图,锁脚锚杆,喷锚,钢管,土层,土层,软质岩或破碎岩,中硬岩或硬质岩,悬壁嵌岩桩是否可靠，与底部岩体状况关系密切，实际应用中务必谨慎。 岩体破碎、强风化或极软岩质时不应采用；如为较完整的中硬岩、硬

18、质岩可以采用，但应注意满足有关构造要求。其中锁脚锚杆至关重要，一般不能省略；竖向钢管视情况设置；岩石喷锚密度、深度根据岩层完整程度确定。 施工现场最好有地质人员配合。,关于双排桩设计,我们与2003年提出了考虑双排桩桩间土的计算模型，并纳入现行规程的条文说明中。经过这几年的实践，认为这一模型是基本合理的，因此修订后纳入正文。稍有不同的是原模型将桩间土仅模拟为压缩弹簧，现将桩间土划分为实体单元，既能反映桩间土传递水平力的作用，也能抗力桩间土的剪切刚度的贡献。 除计算模型外，还补充了双排桩的抗滑、抗倾覆稳定性计算及嵌固深度的确定，使双排桩的设计趋于完整。,双排桩的几种计算模型,建研院早期模型,DB

19、42前版推荐模型 JGJ-120现版模型,DB42现版模型,关于双排桩的应用,一、全部双排桩 1、在坑底土质条件较好的情况下悬臂支护深度可达1012m,变形可控制在20mm左右。 2、若坑底存在软弱土层，应配合被动区加固。 3、无内支撑，施工方便，有利于缩短工期，但工程造价需要提高3050%。 二、部分双排桩 1、用于减少部分内支撑，如右图减少中间的对顶撑，扩大坑内作业空间。 2、工程造价介于全单排全双排之间。 三、构造要求 1、前后排距宜为34倍桩径。 2、前后排之间的桩间土应进行加固，有利于控制变形，并兼有隔渗作用 。 3、前后排桩纵向可为一对一，有时也可前二后一。 4、处理好前后桩与顶部

20、横梁的联结。,关于水泥土挡墙设计,一、增加变截面挡墙，对其构造要求和设计计算作出了规定。变截面挡墙在实际工程中的应用甚至比等截面挡墙更多。当坑底有一定厚度的软土时，挡墙必须深置于下部较好土层上，墙高因此增加。墙高增加，墙宽必须随之增加。因主动区受场地限制，墙体只好向坑内被动区方向扩展，因而形成了跨于主、被动区之间的变截面挡墙。这种形式挡墙的构造与计算与等截面挡墙相比有所不同，有必要作出相应的规定。 二、对格构式挡墙的使用作了一定的限制。武汉地区不乏挡墙支护失效的实例，因采用格构式整体性难以保证是其主要原因。因此我们原则上不主张在软弱土层中设置格构式挡墙。如果采用格构式，至少应保证较高的置换率。

21、格构布置应首先保证一定的肋宽和肋的贯通（指垂直边坡方向）。 三、取消大高宽比的“挡墙”。这种“挡墙”高而瘦，工作性状介于桩与墙之间，似桩非桩，似墙非墙。现行版规程提出了对这种“挡墙”的计算方法，但问题较多。这种“挡墙”多出现在坑底软土厚度很大的情况，此时采用挡墙并不合适，采用刚性桩加被动区加固更合理一些。,变截面挡墙应满足： 1、B0.6H 2、B1 0.6H1 3、H22B2,挡墙结合被动区加固： A区视为挡墙 B区视为加固土层,水泥土重力式挡墙截面的有关规定,内支撑计算中的问题,一、桩（墙）单元计算与支撑系统整体计算之间的变形协调问题,桩（墙）单元计算得出支撑力,以支撑力作为围压进行支撑系

22、统整体计算,变形大体协调,结束,变形不协调，调整刚度系数重新进行单元计算,二、出现反向位移 在没有严重的不均衡不对称的情况下一般不应出现反向位移。如果出现，说明该侧有由主动状态转变为被动状态的趋势，可逐步人为提高该侧的围压值，再进行计算，直至不发生反向位移为止。但应注意围压值提高不能超过该侧被动土压力。,三、内支撑计算中的约束处理问题 这是一个初学者较难处理的问题，特别是在基坑平面不规则的情况下。处理不当将使计算结果严重失真。建议开发可不人为设定约束的计算程序，但不能过于繁杂，否则难以普及推广。,考虑桩（墙）纵向约束的计算方法（建议）,约束力=kp （-）,1、冠梁或与桩（墙）联结牢固的围檩的

23、纵向位移是受到桩墙约束的。 2、如右图所示，设冠梁单元向右位移，则桩排必然产生一个与位移方向相反的阻力（即约束力），其大小与位移量有关，方向则与位移相反。 3、将约束力项加入总体平衡方程组中即可消除方程的病态，得出正常解答。,此方法已经经过编程试行，证明是可行的。关键在于如何确定不同情况下的排桩刚度系数kp值。希望多积累工程实测资料，为确定刚度系数kp值提供依据。,冠梁单元示意,关于被动区加固,被动区加固是目前武汉地区在深厚软土分布地带常用的支护措施。根据多年经验，专列一节，提出裙边加固和两边对顶两种加固方式。裙边加固应用情况较多，武汉地区一般要求加固宽度较大，目的是为了对支护桩（墙）起到变形控制作用。两边对顶的加固方式适合于狭长基坑，加固体受力比较明确，可按暗撑设计。,被动区加固效果取决于施工质量，现在有不少加固成功的工程实例，也有一些加固效果很差的实例，差别在于对于施工是否进行了严格的控制。加固一般要求采用实腹式，除避开工程桩外，尽可能相互搭接咬合，特别是垂直边坡方向应尽可能连续贯通，保证力的有效传递。,关于地下水控制问题认识的现状,一、对环境影响