城市地下工程深基坑支护结构设计

深基坑支护工程的基本知识

主讲人：xx教授级高工）

单位：xx大学地基处理中心二〇〇八年四月

概论

1、概论

1.1基坑围护体系的作用与要求：

1.1.1作用：为基坑工程土方开挖和地下室施工创造必要的作业条件：挡土、阻水。

1.1.2要求：1)保证基坑四周边坡的稳定性；2)保证基坑四周相邻建筑物、构筑物和地下管线在基坑工程施工期间不受损害；3)保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。

基坑工程特点1.2

基坑工程特点:1)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。

2)基坑工程具有很强的地区性：地质、水文地质条件的不同，土性指标的差异，自然条件的差别（如降雨）都影响到基坑的设计；

3)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；

4)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；放坡开挖

5)

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。1.3

围护结构形式及适用范围

1.3.1放坡开挖

放坡开挖需满足的条件：坡面自立性和边坡整体稳定性；适用条件：杂填土厚或土质相对较好，开挖深度不大（一般3~4米），场地较宽阔；优点：一般费用较低；缺点：占用场地，挖土及回填量大；辅助措施：坡脚堆草袋挡土或用木桩加固。

悬臂式围护结构适用条件：对开挖深度敏感，开挖深度不宜超过4米，个别情况需达到6米时要采用门架式结构；优点：便于挖土；缺点：桩入土深度大，桩身弯距大，增加造价；土体位移大，对相邻建筑产生不良影响。1.3.2悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构安全，由钻孔灌注桩、沉管灌注桩、预制桩或钢板桩组成桩排挡墙。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。1.3.3水泥土重力式围护结构内撑式围护结构1.3.4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

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，我市已具有丰富经验。

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1.3.5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；土钉墙围护结构1.3.6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。门架式围护结构

门架式围护结构属悬臂型，其变形较大。门架式围护结构适用于开挖深度已超过悬臂式围护结构的合理围护深度的基坑工程。

1）门架式围护结构

门架式围护结构示意图如1.3-9所示。目前在工程中常用钢筋混凝土灌注桩、压顶梁和联系梁形成空间门架式围护结构体系。它的围护深度比悬臂式围护结构深。研究表明：前后排桩桩距B小于4d（d为桩径）时，刚架空间效应差；B＞8d时，联系梁只起拉杆作用，刚架空间效应也差。门架式围护结构2）沉井围护结构采用沉井结构形成围护体系。3）SMW工法柱列式挡墙将支承荷载与防渗结合起来，使之同时具有承力与防渗两种功能的支护形式，即是劲性水泥搅拌桩法，日本称为SMW工法，即在水泥土搅拌桩内插入H型钢或者其他种类的受拉材料，形成承力和防水的复合结构（图1.3-10）。

通常认为：水土侧压力全部由型钢单独承担；水泥土桩的作用在于抗渗止水。试验表明，水泥土对型钢的包裹作用提高了型钢的刚度，可起到减少位移的作用。此外，水泥土起到套箍作用，可以防止型钢失稳，对H型钢还可以防止翼缘失稳，这样可使翼缘厚度减小到很薄。

止水降水措施1.4止水降水措施

对于渗透性很小的地基（如宁波许多工程中遇到的情况，k＜10-7cm/s），往往既不降低地下水也不设置止水帷幕，在基坑开挖过程中产生的少量积水采用明沟排水处理。在以下情况下需采取止水措施：1）杂填土厚度大，透水性强，地下水可能流入基坑时；2）基坑临近河流特别是河道变迁不清时，需在围护桩排后设水泥搅拌桩止水帷幕；3）基坑深度大，紧靠基坑有需保护的浅基础建筑物时；对于承压水应注意对排桩施工的影响及防止突涌问题。基坑工程事故类型

基坑工程事故围护结构变形过大造成周围建筑物及地下管线破坏事故

围护体系破坏墙体折断整体失稳基坑隆起踢脚破坏流土破坏锚撑失稳1.5基坑工程事故类型

基坑工程事故类型基坑工程设计要点1.6基坑工程设计要点

1.6.1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：

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。

基坑工程设计要点

国家行业规范《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）的规定：基坑侧壁安全等记及重要性系数

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。这本规范只考虑破坏后果，对基坑深度未作规定。

基坑锄工程币设计仙要点◆上海贸市标巾准《基坑盼工程汇设计宪规程》（DB鼓J0硬8-精16跨-9质7）基坑爹工程陕根据盯其重这要性墨分为盖以下繁三级常：一级运：1）支投护结羽构作华为主施体结豆构的无一部兰分时但；2）基楼坑开得挖深老度大声于、跳等于10米时妖；3）距绸基坑扇边两化倍开尽挖深删度范混围内软有历槐史文公物、白近代舱优秀以建梢筑物破，重仿要管歪线等删需严俯加保庆护时爹；二级滚：除胞一级喇和三巧级以榆外的疮均属腾二级域基坑抗工程劣；三级种：开铁挖深让度小谋于7米，去且周产围环栽境无捆特别澡要求脚时；对于羊抗隆舒起，章抗倾槽覆等猜稳定题性验阵算，艳按不题同等滩级的洋坑基鄙规定岂了不海同的苗安全道系数酸。每个索工程雾应根规据自辫己的吐具体凤情况革，侧锁重于嫌破坏舅产生少的后发果，紧综合题各种榆因素枪决定夺重要站性等坡级及0取值蚁。设计哄原则围护之体系估设计虹要坚盖持安景全、降经济习、方叶便施放工的撒原则晴。1)安全幅：不产善生1.管5中所泼列各郑种围钥护体碧系的滚破坏两；邻近仙基坑鼓的需揉保护冶的建焰筑物宵不致钟因基脖坑变钳形导缴致结附构性允破坏狗或改呀变其斧正常则使用陵状况揉；并洪不致急改变块房屋涌危险麦性鉴奴定等蜘级；不造婚成邻毁近管锣线的载破坏寨；不危饲及工乔程桩蚁的承撞载性窄能。2)经济溜：在训保证叉安全沃的前俭提下靠，经掌过多激方案太对比业，使免单位欢延米忘的造漂价降坑至最雾低。3)方便历施工婆：缩期短工城期既眯产生澡直接驾的经杯济效膨益，碌又对众确保脂基坑蚀的安汁全有利常。1.然6.泪2设计珠原则设计祖内容1)确定板设计国参数a)确定刚开挖柱深度绪：根稍据基斧坑边像承台盾密度语确定个以底陈板、炕地梁警或承胀台底肯（均医含垫凳层）汇为坑迟底设仁计标丸高。b)确定皮土性须指标蒸（、c、）取诵值，蓬对勘那测报立告中数提供妻的平抄均值拣，标拘准值职或建弯议值协进行概分析哭，结犬合本牵地区孝经验馋及工逝程桩鼻、维敞护桩际对土昌体的烈破坏架程度签，选阵择设销计指洞标。c)根据正地质刷剖面北的变砍化和南基坑剩深度枣的变域化以拴及地纪面荷铁载的栗不同轧，划湾分计锈算区篇段。2)选择馆支护镰结构绝类型1.绘6.兽3设计狗内容设计沈内容抗倾岭覆验恨算抗隆溪起验娇算整体闷稳定莲验算抗滑梨移验请算（吼重力华式挡罪墙）桩身沈内力畅计算内支幻玉撑轴贸力计喷算支护赵桩及假坑底撇位移编计算起控首制作槐用的怒指标:3)运用仙已有尤成熟咸应用还经验间的软著件进手行支纳护结纲构计姜划，忧包括码：悬臂差结构宣抗夕倾覆单支市撑支脖护结容构支嵌添固深蛙度，伏用等来值梁好法确会定多支提点支称护结哑构叙整航体稳援定地下抚水位以高的现砂土添地基刊抗渗虾透性茎稳定设计姨内容对土胖方工命程施姨工的敢要求杰；监测至内容抖和监绵测点输布设魔，提堂出报央警指朋标；应急守措施烂；造价怒估算为；支护毯结构名的侧淘压力2.堵1基坑瓣支护掏结构译承受忽的侧球向压季力包治括土尺压力百、水销压力鲜、基安坑周渐围置建筑胜物及世施工纺荷载希引起雹的侧冠向压贤力2.肯2土压布力应说根据香土体领经受貌的侧搏向变慎形条联件来洪确定磁。包辆括静按止土哨压力更、主芝动土傍压力秤、被结动土金压力耗。2、支波护结燥构的够侧压爹力支护剂结构中的侧丝式压力k0—静止始土压乱力k0=卷1－si孤n’’—土的翁有效幸内摩弟擦角达到杠主动断极限宪平衡吼状态引位移彩小1‰际~5笨‰墙高达到孙被动爽极限茎平衡揉状态酱位移岛大4%墙高主动其和被竹动土顺压力良计算2.躺3按朗封肯土忍压力摘理论弱计算研主动位和被援动土所压力主动旷与被闭动土灶压力水压燥力水土垮合算特：对酿淤泥述、淤扮泥质电土可缸采用尿水土反合算合方法违计算抵出土灯压力与，不污单独提计算俘水压环力，参采用睛饱和列重度参。宁类波多耗采用己此种劫算法混。对砂罪类土厨应采五用水扣土分希算。取有值效重蕉度（哥即饱务和重包度-1），喇另加凑水压萌力，业土的盲指标馅取有浇效应必力指给标。2.稠4水压海力抗剪却强度讨指标直剪恳三著轴剪固结突块剪cq固结瞧不排皂水剪cu快剪q不固部结不布排水熟剪uu慢剪s固结炕排水厌剪d快剪召、固喇结块萌剪、厦慢剪孤均与增剪切马过程狗中的坏排水玩有关吃。基坑缓支护惰设计恨值一黄般均皆取固箱快（情直剪沉）或饺固结稼不排平水剪斜指标春（三怨轴）涌。固周快取察峰值浩，（覆试验扑室一驳般按坚峰值辱提出扛。）2.环5土压介力计扩算中磁抗剪驱强度速指标粗的取甩值基坑先工程圣勘察一般俘均包贴含在同主体日建筑田地基薯勘察兼中，透不能吐满足岸时需滋补勘锈。勘察额范围傲：一羽般取晶基坑僚边线犁外相照当于纹基坑妹深度1.良0~间2.辞0倍的范恶围。隐作出搁沿坑润边的蛋地质垮剖面默。勘探不点间鄙距：粮一般10行~3姥0米，赶当地侨层水驰平方悟向上膛变化锡大时茂，应拆加点经。勘探宋点深恒度：奶不少订于基进坑深姜度的2.祸5~愈3.因0倍。一发般均仁应查森明良拥好桩氧端持将力层晶的深般度。取土庆试料论：应慕保证剑在计佳算深驳度内茎每层番土都黄可取职得六叨件以顿上的片物性罢及旱抗令剪强施度指钉标（楼薄层香除外钟）。提供柳土的残渗透垮指标饺。查清旬地下蔑水种批类、单深度储，对旦于承崇压水掏要查秩清隔脸水层扬深度娘，厚套度及纹压力轮水头帽。对有痛机物仰含量竭高的糊土应屡提供枣有机冒质含绵量值影为水栗泥搅卧料桩存挡墙英的适嘉宜将性提私供依屈据。3、基挠坑工得程勘杀察基坑蚊工程勾支护任设计昼提交成内容方案忆设计工说明工程剑概况工程蓬地质健条件基坑午围护暖方案基坑盛排水基坑编施工傍及开复挖要务求基坑墓监测应急豪措施经济奇技术曾分析4、基责坑工平程支旬护设讽计应他提交客的图鞭纸和转说明4.破1文字号说明拣，包厌括：基坑限工程伞支护添设计敌提交尸内容周边钻环境购及基称坑计咬算分团区图基坑壮支护顾总平航面图支撑熊平面眯布置稍图基坑需桩位盾平面台布置煎图支护克桩、推环梁揉、支筋撑换刷撑详励图节点秧详图坑中庙坑支睬护设和计图4.笋2图纸4.诊3计算清书及石计算租成果丑汇总张表;4.发4支撑酬弯矩绪图，宿轴力本图;4.侦5地质僵剖面搏及土蒙工试科验资衰料。基坑讲围护邻方案歪选型按经焰济性克递增蒜排序中的围滨护形教式：馒自然牢放坡波→草咱包叠较袋→皇纯土绿钉墙涌（松器木桩刊复合录土钉枣墙）匹→分宿级放铸坡+搅拌研桩重狼力式天挡墙苹→搅绍拌桩煤复合近土钉宿墙→案拉森其钢板骡桩＋砍钢支踩撑→败沉管述灌注菠桩+内支犁撑（貌拉锚切）→根管桩+内支呀撑（做拉锚招）→康钻孔轨灌注蒜桩+内支宵撑（闸拉锚碰）→档排桩径悬臂裤结构尾。按施拥工工浓期递趋增排策序的获围护暖形式赶：自郊然放亡坡→透草包洽叠袋引→拉舞森钢碑板桩娇＋钢思支撑才→纯本土钉恋墙（性松木确桩复势合土既钉墙埋）→归以预令制桩影（包握括松射木桩共）作叔为围岩护桩桂的排子桩体祝系→分放坡+搅拌恢桩重箩力式服挡墙伞→搅粉拌桩榴复合届土钉说墙→巴以沉宝管灌良注桩极和管杀桩作车为围推护桩将的排唐桩体悦系→非以钻散孔灌暂注桩脱作为蛮围护绿桩的善排桩舟体系旧。注：银本基踩坑围短护选网型方丛法适煮用于游宁波已市区扁和部存分郊辈县（快包括刃海曙库、江依东、叼江北崇、科椅技园庭区、笑东钱陵湖旅卖游渡欣假区耻、鄞茫州、开北仑挪、镇深海、暗象山逮丹城分、余符姚部取分地阻区）盗以及复舟山雹地区熟。基坑叔围护夜方案棉选型胖之自然幕放坡适用贸范围钩：基坑悄计算章开挖堵深度壮一般弄不超亦过3.袜5m（基氏坑计壤算开跨挖深绿度超睡过2m一般拐采用涉两级虹放坡迎），莫地表述杂填魂土和建硬壳哈层较愁厚，辉基坑沸周边栗场地暗开阔朽，有抚一定改或较欢大的辆放坡践条件吗，周均边环组境或逗自身欢工程按桩对厉基坑浇围护眉变形发要求附不高作。优缺会点：这是摧所有唇围护柄方式拳中最哭经济胳的一技种方助案，草是首念选方名案。胸该围剃护的勾优点肝是造胞价最窜便宜观，施宇工进扛度最牛快；朵缺点仪是变态形不坝易控税制浸，容锤易发逢生滑杰坡现故象。基坑倘围护毒方案励选型最之草包断叠袋适用丽范围井：一登般基哪坑计定算开垃挖深疗度不同超过4.伯0m，基染坑周娇边场描地开齿阔，琴有一嚷定或肆较大台的放引坡条爆件，婶周边参环境怨或工阔程桩菠对基消坑围角护变艰形要先求不建高。优缺因点：猫该围友护方鼓式优届点是蝇造价挨便宜揪，因敞没有居需养笑护的荐围护照桩，新施工坛进度懂快；贤缺点趟是基才坑围抛护变艘形较翼难控闯制。基坑陷围护待方案笼选型奋之纯土舅钉墙适用仆范围锹：一樱般基音坑计须算开锐挖深榴度不捞超过4.怜0m，开中挖范侧围内歇和坑偏底附乘近土率性相陈对较病好（寸含水低量不犬大于50％）折，基辞坑周活边场衫地比丹较开请阔，尝有一挨定或纲较大袖的放蛇坡条撑件，模周边屑环境蜓或工余程桩极对基胶坑围耳护变绕形要咐求不防高。优缺扒点：歌该围飞护优剥点是张造价祥比较激便宜珠，土今钉养扎护期留较短荐，因互此施纽奉工进杀度较材快；辜缺点岛是基点坑变销形较沟大，梅容易世发生加整体双稳定至性问龙题。基坑姨围护淋方案松选型锅之分级目放坡+搅拌着桩重炮力式侵挡墙适用月范围吨：基坑蹲计算壶开挖糟深度祖一般昆不超完过6.扑0m，基晨坑周敲边场角地比卸较开按阔，债有一授定的零放坡员条件虹。放必坡的汉台宽度根据轧场地止放坡倍条件蚁和计个算确掉定，仗该方粘案根驶据放扫坡级据数分逝为单独级放喷坡和汽多级战放坡即。优缺造点：该方值案在能舟山还、宁土波地柄区有棒较成财熟的赶施工勉经验勇，挖石土施税工方刻便，栽止水租性能经好，宏大面谊积卸贯土后谦基坑毁围护榆变形指也能洽得到俱有效蒸控制落，没刷有支初撑体奖系，弯施工萌速度科快；显它的润缺点存是基轰坑四墙周要哗有一气定的吊放坡尊范围赴，土挖方开裕挖及贞回填赏量较读大，籍大面爷积放壁坡后馆给施蹲工单蠢位带珠来很寄多不杏便。常另外受水泥殊搅拌士桩施善工质饮量不翻易控仍制给斧围护拐体系锻带来摧不少品风险禾。基坑泊围护瞧方案曲选型联之复合及土钉具墙适用花范围漏：一般肯基坑倡计算膛开挖油深度庄不超蠢过6.标0m，开释挖范前围内迟和坑屯底附拾近土酷性很贩差的论淤泥苹慎用校，基镜坑周滨边场活地比桶较开国阔，王有一象定或虏较大杏的放孝坡条稠件，膝周边疏环境福或工获程桩幻玉对基硬坑围洽护变抱形要位求不评高。扣采用青水泥熄搅拌株桩加烛固坑戚底主装要目温的是点增加鼓坑底渴地基迹土承紫载力队、切盒断滑跨弧面圆防止包纯土讨钉墙歪方案己经常嚷出现丘的整当体失蒜稳问继题。优缺服点：它的由优缺嚷点与娃分级旅放坡偷＋水塞泥搅菌拌桩币方案贯类似吴，与葱后者催相比鬼它对辅基坑表四周顷放坡屠条件棒限制何更低狐，但脑它有拣超越羊红线拜和穿竖越工援程桩虽的问汉题，悄对超越越红贝线要珍求严锈格地股区和夕附近性工程左桩密滩度较暖高的宋部位秀应严贤格控折制土五钉长杏度。基坑毁围护替方案淘选型泥之拉森链钢板昼桩＋水钢支凶撑适用委范围鹊：基坑龄计算帐开挖桐深度演一般戏在4.熟0m～7.输0m多之珍间，闯基坑墓形状购呈有去利于熊支撑仙设置灶的狭果长形茫。一份般这毒种围阳护形券式用摸在市寸政工壤程中武：过储街地唤道、办共同型沟、存管沟哄等部射位。优缺阿点：由燥于拉谱森钢爬板桩盘不需粮要养段护，浑在支哈撑体惰系形铅成后明马上殃可以阀挖土粒，因美此它阴的工寸期较冤短，悠可用住于抢处工期原的工饱程中云。缺叮点是偿由于隆受型映钢截错面尺梦寸影叠响，吓支撑丝式跨度扩不能遥做得词很大嘉，导评致支庄撑密红度过宁高，密不利弓土方帐开挖剖和结桐构施榆工。于另外葛由于但钢板扒桩定睛尺长抢度一没般为12、15忠m，舟安山、眼宁波速大部槽分区住域软狐土土缺性很虫差且烛厚度犹较大涨，计劫算开袭挖深千度较谊深的析基坑桐采用剑一道桑支撑缸的钢娱板桩壮嵌固畅深度像往往吓不足第，只柿能设雄置两古道甚旷至多尿道支签撑，消这样弓就增阳加了矛施工番工期天和难键度。基坑乎围护哲方案闯选型堪之沉管卸灌注百桩+内支阅撑适用载范围鸡：基坑沈计算弯开挖傲深度露一般消在4～7.雹0m之间妈，基深坑周酬边场暂地一沿般不袭是很然开阔养，周秘边环但境对申沉管摆灌注栗桩的孝挤土廊效应现反应妖不是掌很敏奶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