第三节高层建筑施工-深基坑支护工程

1、高层建筑施工高层建筑施工徐训武汉理工大学2022年3月4日星期五2/49第三节 深基坑支护工程本节主要内容1、基坑工程的主要内容3、基坑支护工程的特点4、基坑设计的基本规定5、基坑支护结构的类型2、基坑支护的目的6、支护结构水平荷载2022年3月4日星期五3/49第三节 深基坑支护工程1、基坑工程的主要内容基坑勘测基坑土方的开挖和运输地下水位的控制土方开挖过程中的工程监测和环境保护支护结构的设计和施工主要内容2022年3月4日星期五4/49第三节 深基坑支护工程2、基坑支护的目的2.2、目的u保证地下管线及道路安全u防止坑外土方沉陷、坍塌，保证基坑内土方挖到预定标高及基础和地下室工程的顺利施工

2、。u保证相邻建筑物安全基坑支护：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档、加固与保护措施。2.1、定义2022年3月4日星期五5/49第三节 深基坑支护工程3、基坑支护工程的特点3.2、基坑支护工程的技术综合性3.3、基坑支护工程的复杂性及不确定性3.1、基坑支护工程的临时性3.4、基坑支护工程的地域性u一种影响-围护结构前后水头差很大，土的渗透性较好时，考虑渗流力对土压力和水压力的影响。u二种土压力-主动土压力与被动土压力u三种变形-围护结构向坑内位移变形，围护结构后地面下沉变形，坑底膨胀变形。2022年3月4日星期五6/49第三节 深基坑支护工程4、基坑设计的

3、基本规定保证安全的前提条件下，尽量合理节省工程投资4.1、基坑支护结构设计极限状态建筑基坑支护技术规程（JGJ120）u承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏。u正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。2022年3月4日星期五7/49第三节 深基坑支护工程4、基坑设计的基本规定基坑侧壁安全等级及重要性系数4.2、基坑侧壁安全等级安全等级破坏后果重要性系数0一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及

4、地下结构施工影响一般1.00三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.90注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定。2022年3月4日星期五8/49第三节 深基坑支护工程4、基坑设计的基本规定基坑变形的监控值4.2、基坑侧壁安全等级安全等级围护结构墙顶位移监控值围护结构墙体最大位移监控值地面最大沉降监控值一级305030二级608060三级801001002022年3月4日星期五9/49第三节 深基坑支护工程4、基坑设计的基本规定4.2、基坑侧壁安全等级基坑侧壁安全等级划分标准： 符合下列情况之一的为一级基坑：A、重要工程或支护结构作为主体

5、的一部分；B、开挖深度大于10m；C、与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；D、基坑范围内有历史文化、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑；2022年3月4日星期五10/49第三节 深基坑支护工程4、基坑设计的基本规定4.2、基坑侧壁安全等级基坑侧壁安全等级划分标准： 三级基坑为开挖深度小于7m，且周围环境无特别要求时的基坑。 除一级和三级基坑工程以外的，均属于二级基坑，基坑工程安全等级，一级最重要，二级次之，最后是三级基坑。2022年3月4日星期五11/49第三节 深基坑支护工程4、基坑设计的基本规定4.3、支护结构计算和验算C、当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力和稳定性验算

6、。 根据承载能力极限状态的设计要求，应进行下列计算和验算：A、根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定计算；B、基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；2022年3月4日星期五12/49第三节 深基坑支护工程4、基坑设计的基本规定4.3、支护结构计算和验算 根据正常使用极限状态的设计要求，应进行下列计算和验算：对于安全等级为一级及对基坑变形有限定的二级建筑基坑侧壁，还应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。2022年3月4日星期五13/49第三节 深基坑支护工程4、基坑设计的基本规定4.3、支护结构计算和验算C、根据基坑支护结构设计要求进行地下水位控制计算。 地下水的控制和计算：A、抗渗稳定

7、性验算；B、基坑底突涌稳定性验算；2022年3月4日星期五14/49第三节 深基坑支护工程4、基坑设计的基本规定4.3、支护结构计算和验算 支护结构的水平变形限值确定计算：基坑变形的监控值安全等级围护结构墙顶位移监控值围护结构墙体最大位移监控值地面最大沉降监控值一级305030二级608060三级801001002022年3月4日星期五15/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型支护结构水泥土挡墙式深层搅拌水泥土桩墙高压旋喷桩墙排桩与板墙式板桩式钢板桩混合土板桩型钢横挡板排桩式钢管桩、预制混凝土桩钻孔灌注桩挖空灌注桩板墙式现浇地下连续墙预制装配式地下连续墙组合式高应力区加筋水泥土墙加

8、筋水泥土桩边坡稳定式土钉墙喷灌支护逆作拱墙式2022年3月4日星期五16/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1、排桩或地下连续墙排桩或地下连续墙支护结构是在基坑开挖前，研基坑四周以一定间距（或连续）打入或就地浇注桩体（连续墙），形成桩体队列（桩体队列与支撑或拉锚组成的结构）抵抗外侧土体和地下水的侧压力，形成档土结构。5.1.1、桩墙A、钢板桩截面形式：U型，Z型，H型2022年3月4日星期五17/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.1、桩墙截面形式：U型2022年3月4日星期五18/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.1、桩墙截面形式：

9、Z型2022年3月4日星期五19/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.1、桩墙截面形式：H型2022年3月4日星期五20/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.1、桩墙A、钢板桩截面形式：U型，Z型，H型优点：材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快，简便，有一定的挡水能力，可多次重复使用，费用较低缺点：普通钢板桩刚度不够大，用于较深基坑时支撑（或拉锚）工作量大，否则变形较大，在透水性较好的土层中不能完全挡水，拔除时易带土，如处理不当引起土层移动，危害周边环境。2022年3月4日星期五21/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.1、桩

10、墙B、型钢横挡板亦称桩板式支护结构，由工字钢（或H型钢）桩和横挡板组成，再加上围檩、支撑等形成的一种支护体系。横挡板直接承受土压力和水压力，并传给钢桩，在通过围檩传至支撑或拉锚。横挡板长度取决于工字钢桩的间距，厚度由计算确定，多用厚度60mm的木板或预制钢筋混凝土薄板。适用范围：可用于黏土、砂土等土质较好、地下水位较低的地区。2022年3月4日星期五22/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.1、桩墙C、钻孔灌注桩2022年3月4日星期五23/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.1、桩墙C、钻孔灌注桩桩直径：500-1000mm桩长：15-20m抗弯能力强

11、，变形相对较小，经济效益较好，用于开挖深度6-10m的基坑适用范围：钻孔灌注桩多为间隔排列式，不具备挡水功能，适用于地下水位较深、土质较好的地区。在地下水位较高的地区应用时，需另做止水帷幕2022年3月4日星期五24/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.1、桩墙D、人工挖孔灌注桩2022年3月4日星期五25/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.1、桩墙D、人工挖孔灌注桩桩孔采用人工开挖，多为大直径桩，抗弯能力强，刚度大。在施工过程中易于检查土层情况、成孔及混凝土的施工质量可靠，但施工条件差，劳动强度高。2022年3月4日星期五26/49第三节 深基坑支护

12、工程5、基坑支护结构的类型5.1.1、桩墙E、地下连续墙在基坑开挖前，沿基坑四周，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖一定长度的深槽，然后下钢筋笼浇筑混凝土而形成单元混凝土墙，各单元利用特制的接头连接，从而形成地下连续墙。地下连续墙具有档土，防水抗渗和承重三种功能，能适应任何土质，特别是软土地基，且对周围环境影响小，但造价高。2022年3月4日星期五27/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.2、支撑（拉锚）2022年3月4日星期五28/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.1.2、支撑（拉锚）支撑如为悬臂结构，结构内力和变形随基坑深度增加急剧增大，使围护构件截面

13、迅速加大，增加围护造价。内支撑受力合理，安全可靠，易于控制围护墙的变形，但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来不便。土锚拉结围护墙，坑内施工无任何阻挡，但在软土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定的长度，在基坑外必须有一定的范围才能应用。土质好的地区，具备锚杆施工设备和技术，应发展土锚；在软土地区，为便于控制围护墙的变形，应以内支撑为主。2022年3月4日星期五29/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.2、水泥土墙水泥土墙支护结构是指由水泥土桩相互搭接形成的格栅状、壁状等形式的重力式结构。水泥土搅拌桩，高压喷射注浆桩等。2022年3月4日星期五30/49第三节

14、深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.2.1、深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，利用水泥和软土之间所产生的物理化学反应，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙，利用其本身的重量和刚度来进行档土的围护墙。优点：坑内可以无支撑，便于机械化快速挖土；具有档土，止水双重功能；比较经济缺点：位移相对较大，尤其在基坑长度大时；厚度较大；水泥土搅拌施工时可能影响周围环境。2022年3月4日星期五31/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.2.1、深层搅拌水泥土围护墙2022年3月4日星期五32/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型

15、5.2.2、高压旋喷注浆桩高压旋喷注浆桩是利用旋转的喷嘴高压将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成桩排，用来档土和止水。施工费用高于深层搅拌桩，但可以用于空间较小地方施工。施工时要控制好上提速度、喷嘴压力和水泥喷射量。2022年3月4日星期五33/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.2.2、高压旋喷注浆桩2022年3月4日星期五34/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.2.3、组合式墙（SMW工法挡墙）组合式墙是在水泥土搅拌桩内插入H型钢等（多数为H型钢，也可以是插入拉森式钢板桩，钢管等），将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗

16、渗两种功能的支护结构的围护桩。2022年3月4日星期五35/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.3、土钉墙土钉：是置入现场原位土体中以较密间距排列的细长杆件，如钢筋或钢管等，通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体。原理：土钉沿通长与周围土体接触，与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形的条件下，通过与土体接触面的黏结力或摩檫力，使土钉被动受拉，并主要通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。2022年3月4日星期五36/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.4、逆作拱墙逆作拱墙是指沿基坑周边分层、分段将基坑开挖成圆、椭圆及其他曲线平面，并沿基坑侧壁分层、分段逆作钢筋混凝土

17、拱墙，利用拱体承受土侧压力的拱墙，称为逆作拱墙。结构受力以受压为主，能充分发挥混凝土材料的受力性能，构造简单，采取分层分段开挖、分层分段逆作支护的方法，支护结构水平位移小，适用于非超软土、低地下水场地。2022年3月4日星期五37/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.4、逆作拱墙2022年3月4日星期五38/49第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型5.5、放坡开挖当基坑深度较浅，周围无紧邻的重要建筑且施工场地允许时，无须进行基坑支护，可采取此开挖方法。此时坑内无支撑，坑内土方机械作业面宽敞去障碍，但地下水位较高时，必须采取降低地下水措施。2022年3月4日星期五39/4

18、9第三节 深基坑支护工程5、基坑支护结构的类型结构型式适用条件排桩或地下连续墙1、适应于基坑侧壁安全等级一、二、三级2、悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m3、当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙水泥土墙1、基坑侧壁安全等级宜为二、三级2、基坑深度不宜大于6m3、水泥地桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kpa土钉墙1、基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地2、基坑深度不宜大于12m3、当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施逆作拱墙1、基坑侧壁安全等级宜为二、三级2、淤泥和淤泥质土场地不宜采用3、拱墙轴线的矢高比不宜小于1/84、基坑深度不宜大于12m5、

19、地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施放坡1、基坑侧壁安全等级宜为三级2、施工场地应满足放坡条件3、可独立或与上述其他结构结合使用4、当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施支护结构选型表2022年3月4日星期五40/49第三节 深基坑支护工程6、支护结构水平荷载静止土压力墙体在施工过程中土体不受扰动，并在使用过程中不发生位移或位移变动微小时，作用于墙体的土压力就是静止土压力。当墙体在墙后土体作用下，发生背离土体方向的变位（水平位移或转动），土压力减小，达到极限平衡状态时的最小压力为主动土压力。墙体在外力作用下，发生向土体方向的变位（水平位移或转动），土压力增加，达到极限平衡状态时的最大土压

20、力为被动土压力。主动土压力被动土压力2022年3月4日星期五41/49第三节 深基坑支护工程6、支护结构水平荷载静止土压力墙体侧向水平位移0.00005h（h为基坑开挖深度）或墙体转动y/h0.00005（y为墙体转动产生的水平位移）（欧洲地基基础规范规定）对于刚性墙体，背离土体方向挡土墙顶部的位移达到墙高的0.1%-0.5%时，砂性填土的土压力就降低到主动土压力对于刚性墙体，当向土体方向挡土墙顶部的位移达到墙高的5%左右或更大时，砂性填土的土压力就增加到被动土压力主动土压力被动土压力2022年3月4日星期五42/49第三节 深基坑支护工程6、支护结构水平荷载支护结构实际土压力处在主动土压力和

21、被动土压力之间，其大小取决于支护结构的位移和变形。对于实际工程，主动土压力一般容易达到，但由于施工监测对土体变位的限制，不容许墙体到达极限状态，因此，被动土压力值将低于被动极限值，主动土压力值将高于主动极限值。对于非刚性墙体，由于墙体的变形会引起土压力的重分布，土压力的分布不同于刚性墙体。2022年3月4日星期五43/49第三节 深基坑支护工程6、支护结构水平荷载6.1.1、对于碎石土及砂土6.1、支护结构水平荷载标准值A、计算点位于地下水位以上时aiikaiajkajkKcKe2B、计算点位于地下水位以下时 waiwawajwajaiikaiajkajkKhmhzKcKe2（1）（2）2022年3月4日星期五44/49第三节 深基坑支护工程6、支护结构水平荷载6.1.1、对于碎石土及砂土Kai-第i层的主动土压力系数，Kai=tan2(45-ik/2)ik-三轴试验确定的第i层土固结不排水剪内摩擦角标准值()。cik-三轴试验确定的第i层土固结不排水剪黏聚力标准值(MPa)。zj-计算点深度(m)。mj-计算参数，当zjh时，取零。w-水的重度