土方基坑支护与降水工

土方基坑支护与降水工第1页/共32页支撑体系：由钢或钢筋混凝土构件组成的用以支撑基坑侧壁的结构体系。

冠梁：设置在支护结构顶部的钢筋混凝土连梁。腰梁：设置在支护结构顶部以下传递支护结构与锚杆或内支撑支点力的钢筋混凝土梁或钢梁。

支点：锚杆或支撑体系对支护结构的水平约束点。支点刚度系数：锚杆或支撑体系对支护结构的水平向反作用力与其位移的比值。嵌固深度：桩墙结构在基坑开挖底面以下的埋置深度。

嵌固深度设计值：根据基坑侧壁安全等级及支护结构验算条件确定的支护结构嵌固深度的设计值。

地下水控制：为保证支护结构施工、基坑挖土、地下室施工及基坑周边环境安全而采取的排水、降水、截水或回灌措施。

截水帷幕用于阻截或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采用的连续止水体。第2页/共32页

土方工程第3页/共32页1.1

概述1.1.1土的工程分类八大类（16个级别）：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石。1.1.2土的工程性质1.土的可松性：自然状态下的土，经开挖，其体积因松散而增加，虽经回填压实，仍不能恢复成原来的体积。——最终可松性系数——最初可松性系数第4页/共32页2．土的密度：⑴天然密度：指土在天然状态下单位体积的质量（kg/m3）。⑵土的干密度：指单位体积土中固体颗粒的质量，即土体孔隙中无水时的单位土重（kg/m3）

。指土中水的质量与土的固体颗粒质量之比。3．土的含水量：第5页/共32页1.2土方工程机械化施工1.5.1推土机：作业方法：下坡推土法；并列推土；槽形推土；多铲集运；铲刀上附加侧板。适用范围：场地清理、场地平整、开挖深度不大的基坑、回填土等。1.5.2单斗挖土机：正铲、反铲、抓铲、拉铲。1．正铲挖土机：工作特点：前进向上，强制切土。适用范围：基坑内作业、3m以上无地下水的干燥基坑。停机面以上、含水量30％以下、一～四类土的大型基坑开挖。作业方式：正向挖土、侧向卸土；正向挖土、后方卸土。第6页/共32页2．反铲挖土机：

工作特点：后退向下、强制切土。适用范围：开挖停机面以下、一至三类的砂土或粘土，最大挖土深度4~6m。基坑、基槽、管沟等。作业方式：沟端开挖；沟侧开挖。3．抓铲挖土机：工作特点：直上直下、自重切土。适用范围：停机面以下、开挖较松软的土（一～二类土），窄而深的基坑、沉井，特别是水下挖土。作业方式：立于作业面一侧。4．拉铲挖土机：工作特点：后退向下、自重切土。适用范围：停机面以下、一至三类土，较大基坑、沟渠，挖取水下泥土。填筑路基、堤坝、河道清淤。作业方式：沟端开挖；沟侧开挖。第7页/共32页正铲挖掘机反铲挖掘机抓铲挖掘机拉铲挖掘机第8页/共32页1.2基坑工程1.3.1土方边坡及其稳定：m=B/H，m——坡度系数m的物理意义：当基坑深为1米时，边坡宽度的大小。边坡可以做成：直线形、折线形、踏步形。1.边坡坡度图BH第9页/共32页影响边坡系数m大小的因素：2.⑴土质；⑵挖土深度；⑶施工期间边坡上的荷载；⑷土的含水率及排水情况；⑸边坡的留置时间。*土含水量增加，对边坡稳定的影响：土含水量增加，将增大土的自重，从而使剪应力增加；土含水量增加，土颗粒间粘结力减小，土的抗剪强度降低。第10页/共32页坡度大小可通过计算求得对于地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方深度在5m以内，不加支撑的边坡的最陡坡度应按下表的规定。

第11页/共32页1.3.2土壁支护：三种类型：加固型支护、支挡型支护、混合型支护。1.加固型支护：是对基坑边坡滑动棱体范围及其附近土体进行加固，改善其物理力学性能，使其成为具有一定强度和稳定性的土体结构，从而保证土体结构，并兼有抗渗作用。按施工方法分：◆

深层搅拌水泥土桩墙支护；

◆

高压喷射旋喷桩支护。2.支挡型支护：是利用设置在基坑土壁上的支挡构件承受土壁的侧压力及其他荷载，保持土体结构的稳定。按施工方法分：土钉支护（土钉墙）；土层锚杆支护；排桩式支护；板桩支护；钢木支撑。第12页/共32页第13页/共32页第14页/共32页第15页/共32页第16页/共32页第17页/共32页第18页/共32页第19页/共32页*若按受力状态分：横撑式支撑、板桩式支护结构（悬臂式、支撑式）、重力式支护结构（如：地下砼连续墙）。⑴重力式水泥土墙：水泥土墙是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩），而构成重力式支护结构。重力式水泥土墙支护结构的设计包括：①整体稳定；②抗倾覆稳定；③抗滑移稳定；④位移；⑤其他：验算抗渗、墙体应力、地基强度。第20页/共32页⑵板桩：1．板桩设计的五要素：板桩工程事故失败的主要原因：●

入土深度不够，在土压力的作用下，板桩的入土部分走动而出现坑壁滑坡；●

板桩本身刚度不够，在土压力作用下失稳弯曲；●

支撑或拉锚的强度不够；●

拉锚长度不足，锚碇失去作用而使土体滑动；

●

板桩位移过大，造成周边环境的破坏。★

入土深度；★截面弯矩；★支点反力；★拉锚长度；★板桩位移。第21页/共32页基坑支护结构设计与选型

设计原则:《建筑基坑支护技术规程》规定，在基坑开挖支护结构的设计中，为满足挡土结构的稳定性及保证对临近建筑物和设施不造成损害，应防止承载能力极限状态和正常使用极限状态的发生。。所谓承载能力极限状态，是指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。以锚杆式支护结构为例，破坏极限状态可分为以下两类，其他类型挡土结构可以以此类推。第一类承载能力极限状态为支挡结构本身和被支护土体的破坏，包括：

1)支挡结构弯曲破坏；

2)支挡结构嵌入深度不足，墙前被动土压力小于墙后主动土压力造成的破坏或由整体滑动引起的破坏；

3)锚杆锚固深度不足，抗拔承载力不够，锚杆被拔出，以及边坡的整体失稳；

4)地下水冲刷或管涌造成的破坏等。第二类承载能力极限状态即由于支挡结构位移过大，造成临近建筑物和设施的结构性破坏或周围环境的破坏。

《建筑基抗支护技术规程》规定的正常使用极限状态是指对应于支护结构的位移和变形影响了其本身或周围建筑物与设施的正常使用功能，或在支护结构发生超过允许的地下水的渗漏或流砂等现象，这类极限状态同样应引起重视。第22页/共32页基坑支护结构设计应根据下表选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。安全等级破坏后果γ0一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周变环境及地下结构施工影响很严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周变环境及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变环境及地下结构施工影响不严重0.90第23页/共32页基坑支护结构选型

支护结构可根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，选用排桩、地下连续墙、水泥土墙、逆作拱墙、土钉墙、锚杆或采用上述型式的组合。

结构型式适用条件排桩或地下连续墙1．适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．水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kPa3．基坑深度不宜大于6m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．拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/84．基坑深度不宜大于12m5．地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施第24页/共32页基坑开挖与支护监控

基坑开挖前应作出系统的开挖监控方案，监控方案应包括监控目的、监测项目、监控报警值、监测方法及精度要求、监测点的布置、监测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统等。监测点的布置应满足监控要求，从基坑边缘以外1—2倍开挖深度范围内的需要保护物体均应作为监控对象。第25页/共32页1.3.4降水降水方法：集水坑降水法、井点降水法。1．集水坑降水法：是在基坑开挖过程中，沿坑底周围或中央开挖有一定坡度的排水沟，在坑底每隔一定距离设一个集水坑，地下水通过排水沟流入集水坑中，然后用水泵抽走。适用范围：面积较小、土质较好、粗颗粒土层或粘性土层、降水深度不大的基坑（槽）开挖工程。⑴集水坑的设置：⑵抽水设备：离心泵、潜水泵、软轴水泵。第26页/共32页⑶流砂的产生与防治：①产生的原因：②防治方法：◆

改变动水压力方向；◆

减小动水压力，增大渗流路径。

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GDρh1Fρh2Fh1Lh2TLF第27页/共32页2．井点降水法：3．轻型井点：⑴轻型井点设备：管路系统：滤管、井点管、弯联管、总管。抽水设备：真空泵、射流泵、隔膜泵。井点类型K(m/d)H(m)轻型井点0.1~503~6（6~12）喷射井点0.1~28~20电渗井点＜0.1管井井点20~2003~5深井井点10~250＞15第28页/共32页⑵轻型井点布置：①平面布置：单排线状布置：B＜6m双排线状布置；环状布置。②高程布置：L第29页/共32页基坑防护临边防护：1、深度超过2米的基坑施工，其临边应设置防止人及物体滚落基坑的安全防护措施。2、基坑周边必须设置防护栏杆。上下通道：人员上下基坑应有专用通道。作业环境：1、基坑内作业应有安全立足点2、垂直交叉作业必