土方与基坑支护工程

基坑支护工程主讲：刘德良编写：李海涛时间：2009年2月基坑支护设计《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）规定，基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计方法进行设计。基坑支护结构极限状态可分为下列两类：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；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。一、基坑支护结构的极限状态二、基坑支护结构的安全等级安全等级破坏结果重要性系数γ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边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边环境及地下结构施工影响不严重0.90《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）规定，基坑侧壁的安全等级分为三级，如下表所示：支护结构（包括围护墙和支撑）按其工作机理和围护墙的形式可分为下列几种类型：水泥土挡墙式——深层搅拌水泥土挡墙、高压旋喷桩墙排桩与板墙式——板桩式：钢板桩、混凝土板桩、型钢横挡板排桩式：钢管桩、预制混凝土桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩

板墙式：现浇地下连续墙、预制装配式地下连续墙组合式：加筋水泥土桩、高压力区加筋水泥土墙边坡稳定式——土钉墙、喷罐支护逆作拱墙式三、支护结构的类型和组成《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99规定四、支护结构的选型1、周边建筑物与支护结构相互影响应考虑的主要因素：基础与基坑的距离建筑物层数基础型式基础埋深周边建筑物荷载对支护结构的作用基坑开挖对周边建筑物的影响五、支护结构设计之前应考虑的主要影响因素2、重点考虑的地下管线类型及影响按破坏后果燃气、供水、电力、通讯、热力等管线按对支护结构影响程度污水、雨水、有渗漏的供水等管线3、施工及道路车辆荷载的影响施工荷载应合理取值车辆荷载的作用范围4、几种特殊的地下水条件地下管线漏水；层间水的渗流特性分层水；前期降水对沉降的影响；承压水引起的基底突涌。1、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第9.1.3条规定基坑开挖与支护设计应包括下列内容：支护体系的方案技术经济比较和选型；支护结构的强度，稳定和变形计算；基坑内外土体的稳定性验算；基坑降水或止水帷幕设计以及围护墙的抗渗设计；基坑开挖与地下水变化引起的基坑内外土体的变形及其对基础桩，邻近建筑物和周边环境的影响；基坑开挖施工方法的可行性及基坑施工过程中的监测要求。六、支护结构设计内容2、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）第3.1.6条规定：根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基坑支护应按下列规定进行计算和验算：（1）基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，计算内容应包括：根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算；基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。（2）对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。（3）地下水控制计算和验算：抗渗透稳定性验算；基坑底突涌稳定性验算；根据支护结构设计要求进行地下水位控制计算。基坑支护结构的施工一、一般规定1、在基坑(槽)或管沟工程等开挖施工中，现场不宜进行放坡开挖，当可能对邻近建(构)筑物、地下管线、永久性道路产生危害时，应对基坑(槽)、管沟进行支护后再开挖。2、基坑(槽)、管沟开挖前应做好下述工作：应制定施工方案、环境保护措施、监测方案，经审批后方可施工。应对降水、排水措施进行设计，系统应经检查和试运转，一切正常时方可开始施工。对围护结构的验收合格后方可进行土方开挖。3、土方开挖的顾序、方法必须与设计工况相一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。4、基坑(槽)、管沟的挖土应分层进行。在施工过程中基坑(槽)、管沟边堆置土方不应超过设计荷载，挖方时不应碰撞或损伤支护结构、降水设施。5、基坑(槽)、管沟土方施工中应对支护结构、周围环境进行观察和监测，如出现异常情况应及时处理，待恢复正常后方可继续施工。6、基坑(槽)、管沟开挖至设计标高后，应对坑底进行保护，经验槽合格后，方可进行垫层施工。对特大型基坑，宜分区分块挖至设计标高，分区分块及时浇筑垫层。必要时，可加强垫层。7、基坑(槽)、管沟土方工程验收必须确保支护结构安全和周围环境安全为前提。1、一般规定用于基坑开挖施工应采取从上到下分层修建的施工工序；应在地表和支护内部设置适宜的排水系统以导地表径流和地表、地下渗透水；应随开挖随支护，以减少边坡变形；土钉支护用于软土中,基坑开挖深度不宜超过6.0m；在不良土体中施工时，宜采用土钉一预应力锚杆、土钉一止水桩等复合土钉支护。二、锚杆及土钉墙施工2、土钉支护设计及构造应符合下列规定：土钉支护墙面坡度不宜大于1：0.1；土钉必须和面层有效连接，应设置承压板或加强钢筋等构造措施，承压板或加强钢筋应与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接；土钉的长度宜为开挖深度的0.8～1.5倍，密实砂土可取低值，软土应取高值且大于1.2；间距宜为1.0～2.0m，与水平面夹角宜为5一20度；土钉钢筋宜采用Ⅱ，Ⅲ级钢筋，钢筋直径宜为16—32mm，钻孔直径宜为70～120mm；

注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜低于M10；喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为6～1Omm，间距宜为150—300mm喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度不宜小于80mm；坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm。3、锚杆应符合下列规定：锚杆锚固体上下排的间距不宜小于2.5m，水平的间距不宜小于1.5m。锚杆锚固体覆土厚度不宜小于4.0m。倾角以15°-35°为宜；锚杆宜用普通低碳钢，锚杆的长度超过10m，中部应设张紧器．锚杆的受拉材料可采用钢筋或钢绞线，选用时要根据锚杆使用年限，同时要考虑钢材年锈蚀量(取0.03～0.04mm／y)。123复合土钉墙技术是90年代研究成功的一项深基坑支护技术。是将普通土钉墙与一种或几种单项支护技术或截水技术有机组合成的符合支护截水体系。分为加强型土钉墙、截水型土钉墙、截水加强型土钉墙。1、机械边坡修整、开挖2、土钉成孔3、混凝土加固4、复合土钉墙施工工艺5476适用范围：可用于回填土、淤泥质土、粘性土、砂土、粉土层等；可在不降水条件下采用，解决了由环境限制不宜人工降水的难题；也可垂直开挖与支护，在狭小场地方便施工；在深度20米内的深基坑均可灵活、合理的推广使用。目前在北京、上海、深圳、广州、浙江、南京、武汉等地广泛应用。4、铺设钢筋网5、井点降水与喷射混凝土6、土钉成孔7、管内混凝土注浆4、土钉成孔施工宜符合如下规定：孔深允许偏差±50mm；孔径允许偏差±5mm孔距允许偏差±5Omm；成孔倾角偏差±5％。5、喷射混凝土作业应符合下列规定：喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，一次喷射厚度不宜小于40mm；喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离宜为O.6～1.Om，喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间根据气温确定，宜为3～7h。

6、喷射混凝土面层中的钢筋网铺设应符合下列规定：钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层厚度不宜小于20mm；采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第凝土覆盖后铺设；钢筋网与土钉应连接牢固。7、土钉注浆材料应符合下列规定：注浆材料宜选用水泥浆或水泥砂浆；水泥浆的水灰比宜为0.5，水泥砂浆配合比宜为1.1～1.2(重量比)，水灰比宜为0.38～0.45。8、注浆作业应符合以下规定：注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净；注浆时，注浆管应插至距孔底250～500mm处，孔口部位宜设置止浆塞及排气管；土钉钢筋应设定位支架。9、土钉支护应按下列规定进行质量检测：土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，不宜少于土钉总数的1％，且不应少于3根；墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测，不应少于3点。项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1锚杆土钉长度mm±30用钢尺量2锚杆锁定力设计要求现场实测一般项目1锚杆或土钉位置mm±100用钢尺量2钻孔倾斜度°±1测钻机倾角3浆体强度设计要求试样送检4注浆量大于理论计算浆量检查计量数据5土钉墙面厚度mm±10用钢尺量6墙体强度设计要求试样送检锚杆及土钉墙支护工程质量检验标准三、内支撑体系施工内支撑体系包括腰（冠）梁、支撑和立柱。其施工应符合下述要求：（1）支撑结构的安装与排除顺序，应同基坑支护结构的计算工况一致。必须严格遵守先支撑后开挖的原则。（2）立柱穿过主体结构底板以及支撑结构穿越主体结构地下室外墙的部位，应采用止水构造措施。内支撑主要分钢支撑与钢筋混凝土支撑两类。（1）钢支撑施工钢支撑常用H型钢支撑与钢管支撑。当基坑平面尺较大时，支撑长度超过15m时，需设立柱来支撑水平支撑。立柱通常用钢立柱，长细比一般小于25，立柱最好做成格构式。钢立柱不能支撑于地基上，而需支撑在立柱桩上。钢支撑皆用钢腰梁，钢腰梁多用H型钢或双拼槽钢等，通过设于围护墙上的钢牛腿或锚固于墙内的吊筋加以固定。钢腰梁分段长度不宜小于支撑间距的2倍。钢支撑受力构件的长细比不宜大于75，联系构件的长细比不宜大于120。（2）混凝土支撑施工混凝土支撑亦多用钢立柱，立柱与钢支撑相同。腰梁与支撑整体浇筑，在平面内形成整体。位于围护墙顶部的冠梁，多与围护墙体浇筑，位于桩身处的腰梁亦通过桩身预埋筋和吊筋加以固定。支撑受力钢筋在腰梁内锚固长度要不小于30d。要待支撑混凝土强度达到不小于80%设计强度时，才允许开挖支撑以下的土方。支撑和腰梁浇筑时的底模，挖土开始后要及时去除。支撑如穿越外墙，要设止水片。在浇筑地下室结构时如要换撑，亦需底板、楼板的混凝土强度达到不小于设计强度的80%以后才允许换撑。钢、混凝土支撑系统工程质量检验标准项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1支撑位置：标高平面㎜㎜30100水准仪钢尺量2预加应力kN±50油泵读数或传感器一般项目1腰梁（围檩）标高㎜30水准仪2立柱桩3立柱位置：标高平面㎜㎜3050水准仪钢尺量4开挖超深（开槽放支撑不在此范围）㎜＜200水准仪5支撑安装时间设计要求用钟表估测钢管支撑型钢支撑逆作楼板支撑钢筋混凝土支撑金港大厦腰梁深基坑的监测1、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、监没点的布置、监测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统等。2、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。3、位移观测基准点数量不应少于两点，且应设在影响范围以外。

一、一般规定4、监测项目在基坑开控前应测得初始值，且不应少于两次。5、基坑监测项目的监控报警值应根据监测对象的有关规范及支护结构设计要求确定。6、各项监测的时间间隔可根据施工进程确定。当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时，应加密观测次数。当有事故征兆时，应连续监测。7、基坑开挖监测过程中，应根据设计要求提交阶段性监测结果报告。基坑平面和高程监控点的测量。监测岩土体所受到的施工作用、各类荷载的大小，以及在这些荷载作用下岩土和挡土支护结构的变形性状。挡土支护结构和边坡土体的应力测量。监测深基坑开挖后对周围环境的影响。地下水动态。二、监测对象与内容监测工作应严格按监测任务书执行。监测数据必须可靠。监测必须及时。应按照工程具体情况预先设定报警标准。应有完整的观测记录、图表、曲线和监测报告。三、监测的基本要求1、地表沉降观测需要预设的点位有：测区外稳定地段建立三个基准点组成水准网；测区内适量的观测基点；重点部位的观测点。基准点与观测基点的简易做法是，在混凝土墩上插一短钢筋使其固定，钢筋出露3—5公分，钢筋头上刻出十字丝，十字交叉点可作为基准点或观测基点。观测点可用射钉枪打入坑边、路面等观测部位来设置。四、监测点位预埋2、支护桩顶水平位移观测需要预设的点位有：控制点、基准点与观测点。控制点与基准点的埋设方法与上同，或可使用同一点。水平位移观测点可在制作钢筋笼时一根主筋长出3—5公分，在上面定点即可。3、深层水平位移观测(测斜)在预定位置钻孔埋设或在支护桩内绑扎固定随桩埋设，PVC测斜管直径为70mm，埋深通常与桩长相同或略短，管内有互成90°的四个导槽，埋设时使其中一对互成180°的导槽与土体变形方向一致（与基坑边垂直），并将开口封好。在预定位置钻孔埋设或在支护桩内绑扎固定埋设时使其中一对互成180°的导槽与土体变形方向一致（与基坑边垂直），并将开口封好4、土压力、孔隙水压力量测使用钢弦式土压力盒，在埋设位置处先钻孔，再将土压力盒固定在导管上埋入孔中，土压力盒光面朝向土面，用细砂填塞缝隙。测量导线引出地面并用软管套PVC管固定保护。钢弦式土压力盒

使用钢弦式孔隙水压力计，在埋设位置处先钻孔。埋设前将孔压计浸入清水中24小时以上，检查其防水绝缘性能，然后放入钻孔中，用细砂填塞缝隙，测量导线引出