第六章基坑工程

第六章

基坑工程6.1

概述6.2

排桩、地下连续墙结构6.3

水泥土桩墙支护结构*6.4

土钉支护结构*6.5

基坑稳定性分析6.6

地下水控制简介*本章提要及要求本章重点介绍基坑的常用支护形式及其适用条件、作用于支护结构上的荷载、桩墙式支护结构的设计计算方法和基坑稳定性分析方法；简单介绍水泥土桩墙和土钉墙支护的设计原理，以及基坑地下水控制方法。要求掌握基坑常用支护形式的特点及其选型；重点掌握基坑支护结构上水平荷载的计算方法，悬臂式和单支点桩墙式支护结构的设计计算方法；熟悉基坑稳定性验算方法；了解多支点桩墙支护、水泥土桩墙和土钉墙支护的设计计算方法，以及基坑开挖地下水控制方法。

基本概念建筑基坑：建筑基坑系指为进行建（构）筑物基础与地下室施工所开挖的地面以下空间。基坑支护与基坑工程：基坑支护是指为保证地下主体结构施工和基坑周边环境的安全，对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施。而基坑工程则是为实施基坑支护所进行的勘察、设计与施工活动的总称。一、基坑工程概念及特点6.1

概

述

基坑工程特点一般为临时性结构，安全储备相对较小，风险性较大具有很强的区域性、个案性具有较强的时空效应对周边环境（比如道路、房建、管线、地下工程等）影响较大是一项综合性很强的系统工程一、基坑工程概念及特点6.1

概

述

放坡开挖及简易支护构成：合理坡度放坡+简单坡面防护，必要时加简易支护特点：施工简便，费用低，但挖填方量大、占地面积大适合：土质好、开挖深度不大、有足够放坡场所二、常用支护形式及适用条件基坑简易支护6.1

概

述

放坡开挖及简易支护二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述悬臂式桩墙支护结构构成：植入坑底足够深度且具有足够刚度的桩墙。特点：①

以桩墙自身的抗弯能力来维持坑壁稳定；②

可为基础施工提供最大空间，且不妨碍周边地下空间利用；③

基坑水平位移对开挖深度很敏感(位移量是基坑深度的五次方)。适合：地层土质较好、开挖深度较

浅的基坑工程悬臂式支护结构二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述悬臂式桩墙支护结构二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述内撑式支护结构构成：由支护桩(墙)+内支撑等组件构成特点：①

不妨碍周边空间利用；②

内支撑会占用施工空间；③

能较好地控制基坑变形。适合：

各种地基土层。

内撑式支护结构二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述内撑式支护结构二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述内撑式支护结构二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述锚拉式支护结构构成：支护桩(墙)+

锚杆(索)等组件

特点：①

可为下部结构施工提供足够的空间；②

需有足够的地面和地下空间设置锚杆，

设置的锚杆会影响地层空间后续利用；适合：①

适于深部有较好岩土地层；②

不宜用于软粘土地层中。

二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述锚拉式支护结构内锚头外锚头自由段锚拉式支护结构：基坑全景

二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述锚拉式支护结构：锚杆(索)施工二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述锚拉式支护结构：锚索组装二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述锚拉式支护结构：腰梁施工二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述锚拉式支护结构：锚杆(索)张拉、锁定二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述锚拉式支护结构：面板施工二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述土钉墙支护结构构成：由被加固的原位土体、土钉和砼面板等组成特点：①

土钉间距小，全长粘结注浆；②

实时原位加固，土钉被动受力，

需要一定位移才能发挥作用。适合：地下水位以上粘土、砂土等，但不适合淤泥质土等软土地层。

二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述土钉墙支护结构全长注浆土钉墙支护结构二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述土钉墙支护结构：开挖、钻孔、插入钢筋二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述土钉墙支护结构：挂网、喷射混凝土二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述水泥土桩墙支护结构构成：是由深层搅拌机在原地将水泥和土强制拌和形成的水泥土桩搭接而成。也可在水泥土中插入型钢而形成劲性水泥土桩墙(SMW工法)。特点：①

桩墙体是水泥与土产生一系列物理化学反应后的水泥土；②

利用桩墙体自重来维持基坑稳定。适合：软土区6.0m内浅坑

。

（H）隔栅式水泥土桩墙二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述水泥土桩墙支护结构二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述杭州地铁秋涛路出入口维护结构（SMW桩+内支撑）其他形式及组合式支护结构双排桩支护结构连拱式支护结构逆作拱墙支护结构二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述其他形式及组合式支护结构土钉墙+预应力锚杆(索)=复合土钉墙土钉墙+桩锚式(或内支撑式)支护结构放坡+预应力锚杆(或桩锚式、内支撑式)支护结构双排桩+预应力锚杆(或内支撑式)支护结构逆作拱墙+预应力锚杆(或内支撑式)支护结构二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述其他形式及组合式支护结构

二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述放坡/土钉支护+桩锚式支护结构其他形式及组合式支护结构

二、常用支护形式及适用条件6.1

概

述土钉墙+预应力锚杆预应力锚杆土钉基坑支护工程设计原则既保证支护结构本身的安全，又确保周围环境的安全；在保证工程安全条件下，又具有良好的经济、社会效应；为基坑工程施工与基础的施工提供最大限度的方便。基坑支护结构极限状态承载力极限状态：支护结构达到最大承载力能力,或者土体失稳、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：支护结构的变形已妨碍地下结构的施工或者影响周边环境的正常使用功能。三、基坑支护工程设计原则和设计内容6.1

概

述基坑支护工程安全等级（按破坏后果分三级）基坑工程勘察设计内容基坑内场地及周边环境勘察；基坑支护体系方案技术经济比选；支护结构强度、稳定和变形以及坑内外土体稳定性验算；基坑降水、止水措施及其设计；基坑开挖施工及施工监（检）测设计。安全等级一级二级三级破坏后果影响严重影响一般影响不严重重要性系数

01.11.00.96.1

概

述三、基坑支护工程设计原则和设计内容土压力ea,s水压力ea,w土层支护结构四、作用于支护结构上的荷载及土压力支护结构上的荷载土体的土压力地下水水压力道路车辆荷载施工荷载建构筑物荷载其他附加荷载水平荷载6.1

概

述四、作用于支护结构上的荷载及土压力6.1

概

述土压力的特点土压力随基坑开挖进程逐步动态形成；土压力分布形式主要与支护结构的位移形式及位移量有关，且不完全对应静止或主动状态；无支锚时土压力一般呈直线分布；有支锚时呈上下小、中间大的抛物线分布或更复杂形式。侧压力分布工程中常采用三角形分布或者经验型矩形分布模式：

当墙体位移较大时应采用前者，否则可采用后者；基坑内外有稳态渗流时宜采用流网法或其简化分布图计算。“水土分算”法与“水土合算”法“水土分算”法（g'、c'、j'）：分别计算土压力、水压力，

然后叠加；砂土、砂质粉土可按“水土分算”法。“水土合算”法（gsat、ccu、jcu或

ccq、jcq）：按饱和重度

计算总水土压力。黏土、黏质粉土可采用“水土合算”法。四、作用于支护结构上的荷载及土压力6.1

概

述《建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012》相关规定一般情况下，采用朗金土压力理论计算土压力：在土压力影响范围内，存在相邻建筑物地下墙等稳定的界面时，可采用库伦土压力理论计算界面内有限滑楔体产生的主动土压力。四、作用于支护结构上的荷载及土压力6.1

概

述ea滑裂面《建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012》相关规定需严格限制支护结构水平位移时，支护结构的外侧土压力宜取为静止土压力；当有可靠经验时，可采用支护结构与土相互作用的方法计算土压力；采用线性土压力分布形式四、作用于支护结构上的荷载及土压力6.1

概

述浅基础(对沉降敏感)ea=K0

一、概述适用条件施工场地狭窄、地质条件较差；基坑较深，且对开挖引起的变形控制较严。桩型与排列方式桩型：挖孔桩、钻孔灌注桩、预制钢筋砼板桩、钢板桩等。排列：6.2排桩、地下连续墙支护结构分析计算方法传统的经典方法（不能计算结构位移，但可手算）极限平衡法：只适用于悬臂式、单支点支护结构。布鲁姆简化计算法：适用于悬臂式支护结构。等值梁与连续梁法：适用于单支点、或多支点式支护结构。弹性支点法（能计算结构位移，一般不可手算）工程界又称为弹性抗力法或地基反力法。可适用于悬臂式、单支点和多支点支护结构的受力和变形分析。有限单元法分杆系和实体有限单元法。可适用各种工况和支护结构形式。一、概述6.2排桩、地下连续墙支护结构二、悬臂式桩墙计算受力变形特性与计算模式土压力分布模式：三角形6.2

排桩、地下连续墙支护结构极限平衡法布鲁姆法有限元计算结果PaPpPp

净土压力极限平衡法①

计算桩墙底端后侧主动土压力

ea3及前侧被动土压力ep3，然后

迭加求出第一个土压力为零点

O距基坑底面的距离u；②计算O点以上土压力合力

E，

求出

E作用点至O点距离

y;③根据作用在支护结构上水平力的平衡条件(

X＝0)和绕桩墙底力矩平衡条件(

M＝0)可得：二、悬臂式桩墙计算6.2

排桩、地下连续墙支护结构极限平衡法④求解该方程，求出桩墙有效嵌固深度t，而实际工程设计入土深度tc可按如下式计算：⑤计算桩墙最大弯矩Mmax：根

据最大弯矩点剪力为零，求出最大弯矩点D离基坑底距离d，

再根据D点以上所有力对D点取矩，求得Mmax，再据此配筋。大于1的系数二、悬臂式桩墙计算6.2

排桩、地下连续墙支护结构布鲁姆(Blum)法①计算t：②

设计入土深度tc：③计算桩墙最大弯矩

Mmax：按剪力为零点弯矩最大求出最大弯矩点距土压力为零点O的距离xm，进而求得

Mmax，再据此配筋。二、悬臂式桩墙计算6.2

排桩、地下连续墙支护结构三、单支点桩(墙)计算入土较浅时，下端自由①

有效嵌固深度t：由

MA=

0求得t，②设计入土深度tc：

③

支锚力Ra：④计算桩墙最大弯矩Mmax：按剪力为零点弯矩最大求出最大弯矩点距土压力为零点O的距离xm，进而求得

Mmax，再据此配筋。6.2

排桩、地下连续墙支护结构入土较深时，下端固支等值梁法基本原理

：一根一端固定另一端简支梁ac，其上弯矩的反弯点在b点，即该点弯矩为零。如果在b点将梁切开，并且规定b点为左端梁的简支点，这样在ab段内的弯矩将保持不变，由此，简支梁ab

称为

ac梁中ab段的等值梁。三、单支点桩(墙)计算6.2

排桩、地下连续墙支护结构入土较深时，下端固支计算步骤

：①

确定弯矩反弯点位置：

近似按净土压力零点定；②

由等值梁

AO

根据静力

与力矩平衡条件求支点

反力Ra和O点剪力Q0；③

取桩墙下段OC为隔离体，由∑Mc＝0求得有效嵌固深度t

；④

由等值梁AO求算最大弯矩Mmax，并据此配筋。三、单支点桩(墙)计算6.2

排桩、地下连续墙支护结构

连续梁法：

四、多支点桩(墙)计算*净土压力为0点6.2

排桩、地下连续墙支护结构

弹性支点法（能计算出桩或墙体的内力和变形）：

可采用杆系有限元法求解。四、多支点桩(墙)计算6.2

排桩、地下连续墙支护结构6.3水泥土桩墙支护结构*计算内容土压力计算抗倾覆稳定性验算抗滑移稳定性验算墙体(拉、压、剪)应力验算基底地基承载力验算基坑整体稳定性验算计算模型按重力式挡墙计算6.3水泥土桩墙支护结构*抗滑移稳定性验算

Rt抗倾覆稳定性验算

um6.3水泥土桩墙支护结构*墙体应力验算拉应力验算：压应力验算：剪应力验算:

6.3水泥土桩墙支护结构*验算截面弯矩水泥土墙重度水泥土轴心抗压强度支护结构重要性系数荷载综合分项系数墙体材料抗剪断系数，取0.4～0.5zGiEakiEpki拉应力区压应力区B主要设计内容选定土钉支护结构参数；土钉抗力设计验算；土钉墙稳定性验算。土钉支护结构主要设计参数土钉长度、间距、倾角、孔径；土钉筋材；浆材及注浆参数；土钉支护面层参数(钢丝网、面层厚度、…)。6.4土钉支护结构*土钉墙支护结构土钉墙稳定性验算6.4土钉支护结构*土钉抗力设计验算Rk,j为第j根土钉抗拔力标准值：Nk,j为第j根土钉轴向拉力标准值：钉-土极限粘结强度土钉直径土钉的水平、垂直间距主动土压力强度标准值土钉倾角6.4

土钉支护结构*轴向拉力调整系数墙面倾斜时主动土压力折减系数滑裂面外土钉长度6.5

基坑稳定性验算一、基坑整体稳定性验算二、支护结构踢脚稳定性验算三、基坑底抗隆起稳定性验算四、基坑抗渗流稳定性验算计算方法：圆弧滑动条分法。计算公式：注意事项：当桩(墙)端有软弱下卧层时，滑动面应由圆弧与软土层面

组成的复合滑动面；对于锚拉式支护，应计入超过滑动面后部分锚杆的抗滑作用。一、基坑整体稳定性验算软土层6.5

基坑稳定性验算WiuiLibiq0二、支护结构踢脚稳定性验算计算对象

对单(多)支点结构，验算以(最下层)支点为转动点时支护结构的稳定性。计算公式6.5

基坑稳定性验算太沙基和普朗特法

①普朗特法：②太沙基法：规范法《建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012）推荐普朗特法，[KL]=1.4~1.8。三、基坑底抗隆起稳定性验算6.5

基坑稳定性验算当坑底为软土层：应验算绕最下层支点圆弧的滑动稳定性

6.5

基坑稳定性验算三、基坑底抗隆起稳定性验算软土四、基坑抗渗流稳定性验算坑底抗流沙稳定性

坑底抗突涌稳定性可取[KTY]=1.16.5

基坑稳定性验算6.6地下水控制简介地下水控制方法分类地下水控制截水井点降水(强制式)水泥搅拌桩帷幕；高压旋喷或摆喷注浆帷幕；地下连续墙；咬合式排桩。真空井点(轻型井点)降水；喷射井点降水；管井井点降水；深井井点降水；电渗井点降水。集水明排：排水沟和集水井降排水法(重力式)搅拌桩或旋喷桩+支护桩旋喷桩+支护桩6.6地下水控制简介截水法布桩形式水泥搅拌桩和高压旋喷桩帷幕：摆喷桩帷幕：咬合式截水帷幕：轻型井点降水轻型井点系统由井点管、连接管、集水总管及抽水设备等组成。沿基坑周围以一定的间距埋入井点管(下端为滤管)，在地面上用水平铺设的集水总管将各井点管连接起来，在一定位置设置真空泵和离心泵，开动真空泵和离心泵，