基坑支護(hù)工程講座一-PPT課件

1、基坑支護(hù)工程講座（一）王曙光中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基所2019年8月內(nèi)容一、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)二、基坑支護(hù)施工三、基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)1、概念及現(xiàn)狀2、分類(lèi)與選型3、設(shè)計(jì)之前應(yīng)考慮的影響因素及應(yīng)具備的條件 4、設(shè)計(jì)內(nèi)容5、土釘墻設(shè)計(jì)6、排樁的設(shè)計(jì)7、設(shè)計(jì)文件的編制 概念與現(xiàn)狀建筑基坑：為進(jìn)行建筑物（包括構(gòu)筑物）基礎(chǔ)與地下室的施工所開(kāi)挖的地面以下空間?；又ёo(hù)：為保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對(duì)基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護(hù)措施。近十年來(lái)，我國(guó)建筑業(yè)以驚人的速度發(fā)展，每年城鎮(zhèn)竣工的建筑面積達(dá)5億平方米。隨著人們對(duì)建筑的工程質(zhì)量、環(huán)境和功能需求的不斷增長(zhǎng)，以及我國(guó)人口持續(xù)增長(zhǎng)，可耕地

2、面積因人類(lèi)活動(dòng)而逐漸減少，用地緊張、交通擁擠的矛盾在大城市和特大城市日趨突出?？茖W(xué)、合理和持續(xù)利用地下空間，這是我國(guó)城市化發(fā)展的客觀要求。充分利用土地資源，在建筑工程中節(jié)能省地、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，高層建筑越來(lái)越多，高層建筑的基礎(chǔ)向超大、超深、大跨、大底盤(pán)方向發(fā)展。基坑也向超大、超深發(fā)展，北京最深的基坑26m。（財(cái)源中心26m，國(guó)瑞城21-24m，北京飯店21m，中銀大廈20m） 支護(hù)結(jié)構(gòu)分類(lèi)與選型建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-99）規(guī)定：北京地區(qū)基坑支護(hù)常用方法及適用范圍 1、土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)普通土釘墻、復(fù)合式土釘墻(指加帶預(yù)應(yīng)力錨桿+梁、柱或微型樁) 特點(diǎn)：工期短、節(jié)省造價(jià)，但引起邊坡水平

3、位移，及周邊變形較大2、排樁加預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱(chēng)護(hù)坡樁支護(hù)結(jié)構(gòu)）特點(diǎn)：可有效控制邊坡水平位移及周邊變形，但相應(yīng)工期長(zhǎng)、造價(jià)高 3、組合支護(hù)結(jié)構(gòu)（ 護(hù)坡樁支護(hù)結(jié)構(gòu)+土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)）特點(diǎn)：可一定程度地控制邊坡水平位移及周邊變形，比較全護(hù)坡樁支護(hù)工期短、節(jié)省造價(jià)。4、適用范圍上述支護(hù)結(jié)構(gòu)的適用范圍主要由下列因素決定1）、周邊建筑物基坑支護(hù)的影響范圍主要是距離基坑1.0H（H為基坑深度）的范圍之內(nèi)，對(duì)于對(duì)變形敏感的重要建筑物（如古建、精密儀器制造建筑）要考慮到 1 .5H2 .0H（H為基坑深度）的范圍。土釘墻支護(hù)變形較大，對(duì)基坑影響范圍內(nèi)存在建筑物的情況下不宜采用。采用護(hù)坡樁支護(hù)結(jié)構(gòu)要根據(jù)相鄰

4、建筑物對(duì)變形的要求采用變形控制的設(shè)計(jì)方法。2）、地質(zhì)情況對(duì)于軟弱的淤泥質(zhì)土、不易成孔的卵礫石層、回填土層較厚時(shí)，不宜采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。3）、基坑深度10m 可考慮普通土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)1015m 復(fù)合式土釘墻結(jié)構(gòu)15m以上 護(hù)坡樁或組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前應(yīng)考慮的影響因素及應(yīng)具備的條件 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2019）第9.1.4條 基坑開(kāi)挖與支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)具備下列資料：1.巖土工程勘察報(bào)告；2.建筑總平面圖，地下管線(xiàn)圖，地下結(jié)構(gòu)的平面圖和剖面圖；3.鄰近建筑物和地下設(shè)施的類(lèi)型，分布情況和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測(cè)評(píng)價(jià)。建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-99）規(guī)定：3.1.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其

5、結(jié)構(gòu)水平變形、地下水的變化對(duì)周邊環(huán)境的水平與豎向變形的影響，對(duì)于安全等級(jí)為一級(jí)和對(duì)周邊環(huán)境變形有限定要求的二級(jí)建筑基坑側(cè)壁，應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境的重要性、對(duì)變形的適應(yīng)能力及土的性質(zhì)等因素確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形限值。3.1.5 當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)有地下水時(shí)，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地及周邊區(qū)域的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境情況和支護(hù)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)型式等因素，確定地下水控制方法。當(dāng)場(chǎng)地周?chē)械乇硭畢R流、排瀉或地下水管滲漏時(shí)，應(yīng)對(duì)基坑采取保護(hù)措施。主要影響因素基坑周邊環(huán)境：基坑開(kāi)挖影響范圍內(nèi)包括既有建（構(gòu)）筑物、道路、地下設(shè)施、地下管線(xiàn)、巖土體及地下水體等的統(tǒng)稱(chēng)。周邊建（構(gòu)）筑物的影響重點(diǎn)考慮的地下管線(xiàn)類(lèi)型施工材料、車(chē)輛荷載的

6、影響應(yīng)重點(diǎn)考慮的土類(lèi)地下水條件周邊建筑物與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互影響應(yīng)考慮的主要因素基礎(chǔ)與基坑的距離建筑物層數(shù)基礎(chǔ)型式基礎(chǔ)埋深周邊建筑物荷載對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑物的影響JGJ12099GB503302019支護(hù)結(jié)構(gòu)附加荷載支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型與安全度取值原則一旦基坑坍塌造成的后果基坑變形過(guò)大造成的后果安全系數(shù)取值原則重點(diǎn)考慮的地下管線(xiàn)類(lèi)型及影響按破壞后果燃?xì)?、供水、電力、通訊、熱力等管線(xiàn)按對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)影響程度污水、雨水、有滲漏的供水等管線(xiàn)施工及道路車(chē)輛荷載的影響施工荷載應(yīng)合理取值（材料堆載、施工荷載、臨建荷載等）車(chē)輛荷載的作用范圍北京地區(qū)應(yīng)重點(diǎn)考慮的土類(lèi)軟弱土：淤泥、淤泥質(zhì)土、雜填土、堆填土、高壓

7、縮性土砂土：標(biāo)貫、含水量卵石：最大粒徑及含量、級(jí)配、密實(shí)度幾種特殊的地下水條件地下管線(xiàn)漏水層間水的滲流特性分層水降水對(duì)沉降的影響承壓水引起的基底突涌層間水的滲透特性自滲井的應(yīng)用設(shè)計(jì)內(nèi)容 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2019）第9.1.3條 基坑開(kāi)挖與支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)包括下列內(nèi)容：1.支護(hù)體系的方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和選型；2.支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，穩(wěn)定和變形計(jì)算；3.基坑內(nèi)外土體的穩(wěn)定性驗(yàn)算；4.基坑降水或止水帷幕設(shè)計(jì)以及圍護(hù)墻的抗?jié)B設(shè)計(jì)；5.基坑開(kāi)挖與地下水變化引起的基坑內(nèi)外土體的變形及其對(duì)基礎(chǔ)樁，鄰近建筑物和周邊環(huán)境的影響；6.基坑開(kāi)挖施工方法的可行性及基坑施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)要求。建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)

8、程（JGJ120-99）規(guī)定：3.1.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可分為下列兩類(lèi)：1 承載能力極限狀態(tài):對(duì)應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過(guò)大變形導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)或基坑周邊環(huán)境破壞；2 正常使用極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形已妨礙地下結(jié)構(gòu)施工或影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能。3.1.6 根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求，基坑支護(hù)應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算：1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容應(yīng)包括：1）根據(jù)基坑支護(hù)形式及其受力特點(diǎn)進(jìn)行土體穩(wěn)定性計(jì)算；2）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的受壓、受彎、受剪承載力計(jì)算；3）當(dāng)有錨桿或支撐時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行承載力計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算。2 對(duì)于

9、安全等級(jí)為一級(jí)及對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形有限定的二級(jí)建筑基坑側(cè)壁，尚應(yīng)對(duì)基坑周邊環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行驗(yàn)算。3 地下水控制計(jì)算和驗(yàn)算：1）抗?jié)B透穩(wěn)定性驗(yàn)算；2）基坑底突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算；3）根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地下水位控制計(jì)算。 土釘墻的設(shè)計(jì) 概念及發(fā)展土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)三類(lèi)破壞形式土釘?shù)娜齻€(gè)破壞部位和抗拔力控制條件如何認(rèn)識(shí)計(jì)算與設(shè)計(jì)的關(guān)系土釘墻的概念設(shè)計(jì)不合理的土釘分布形式土釘墻中預(yù)應(yīng)力錨桿的合理設(shè)計(jì)概念及發(fā)展土釘墻：由土釘加固的基坑側(cè)壁土體與護(hù)面等組成的支護(hù)結(jié)構(gòu)。土釘支護(hù)屬于土體加筋技術(shù)（Soil Reinforcement）的一種，其發(fā)展始于上世紀(jì)70年代，德國(guó)、法國(guó)較早地對(duì)其進(jìn)行研究和應(yīng)用，80年代

10、引入我國(guó)，主要用于治理滑坡、隧道支護(hù)等大型土木工程中，90年代逐漸應(yīng)用于高層建筑的深基坑工程的支護(hù)，并得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它具有設(shè)備簡(jiǎn)單，易于推廣、成本低、速度快、對(duì)場(chǎng)地土層的適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。 實(shí)踐表明,一般粘性土和粉土,較密實(shí)的人工填土,非松散的砂土、碎石土對(duì)土釘墻穩(wěn)定有利,而淤泥質(zhì)土、飽和軟土等對(duì)土釘墻穩(wěn)定不利。 適用的土類(lèi) 土 釘 錨 桿被動(dòng)受力 主動(dòng)受力全長(zhǎng)受力 滑裂面外錨固段的錨固力密布,形成重力式擋土墻 數(shù)量少面層不是主要受力部分 墻受力很大長(zhǎng)3-10m 15-45m漿體直徑100(150200)mm單根受力100kN 400-3000kN(設(shè)計(jì)荷載) 土釘與錨桿的比較土釘與錨桿

11、的比較土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞形式需要強(qiáng)調(diào)的幾個(gè)觀點(diǎn)：滿(mǎn)足整體穩(wěn)定條件只是土釘墻的破壞控制條件之一結(jié)構(gòu)計(jì)算和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制條件是土釘墻計(jì)算的弱點(diǎn)規(guī)程中某些構(gòu)造要求是針對(duì)一些無(wú)法用計(jì)算手段解決的控制條件而規(guī)定的應(yīng)按照有所有可能實(shí)際發(fā)生的破壞形式建立計(jì)算模型和計(jì)算控制條件進(jìn)行設(shè)計(jì)土釘?shù)娜齻€(gè)破壞部位和抗拔力控制條件釘抗拔力的三個(gè)控制條件如何認(rèn)識(shí)計(jì)算與設(shè)計(jì)的關(guān)系計(jì)算只是對(duì)實(shí)際受力狀況的近似模擬任何計(jì)算方法都有假定條件和適用條件引起偏差的二種因素模型參數(shù)計(jì)算模型的影響參數(shù)的影響穩(wěn)定性分析方法中還有土體抗剪強(qiáng)度參數(shù) c 、值的確定問(wèn)題。盡管 c 、值可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定，而實(shí)際地質(zhì)勘察報(bào)告上所提供的數(shù)據(jù)往往

12、經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)修正，在不同地區(qū)又有不同的做法。即使采用了用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法得出的 c 、值，從理論上說(shuō)也不一定符合分析方法所需，因?yàn)椴簧偻馏w的抗剪強(qiáng)度與其受力途徑有很大關(guān)系，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)給出的往往是加載過(guò)程下的強(qiáng)度指標(biāo)，而支護(hù)滑移面上的土體卻是卸載過(guò)程下的破壞。土釘支護(hù)分步施工過(guò)程中的及時(shí)快速支護(hù)對(duì)于工程的穩(wěn)定性有極其重要的影響，任何拖延支護(hù)過(guò)程都會(huì)損害土體抗剪能力，這在極限平衡分析方法中也往往得不到反映。土釘墻的概念設(shè)計(jì)相對(duì)于土釘墻支護(hù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)土釘墻的受力機(jī)理和計(jì)算方法的研究不是很成熟，土釘墻設(shè)計(jì)應(yīng)采用概念設(shè)計(jì)與計(jì)算相結(jié)合的方法，概念設(shè)計(jì)方法是建立在已有工程經(jīng)驗(yàn)和工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果基礎(chǔ)上的。 根據(jù)

13、已有的土釘支護(hù)工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果：1.基坑最大位移發(fā)生在基坑頂部；2.沿基坑深度范圍受力最大的土釘在中部；3.單根土釘最大拉力作用點(diǎn)在其長(zhǎng)度的中部，沿基坑深度方向土釘最大拉力作用點(diǎn)的連線(xiàn)形成的曲線(xiàn)是潛在最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的位置。 由于基坑最大位移發(fā)生在基坑頂部，設(shè)計(jì)中應(yīng)增加第一道土釘?shù)拈L(zhǎng)度，但是第一道土釘往往位于填土中，土質(zhì)松散或含雜物，施工成孔困難，并且各種市政、通訊等管線(xiàn)往往也埋置在這個(gè)深度，因此實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況及施工能力選擇受力合理且施工可行的第一道土釘長(zhǎng)度。由于第一道土釘?shù)拈L(zhǎng)度往往受到限制，施工中可以在地面上設(shè)置一道地錨加以彌補(bǔ)，地錨鋼筋和面層鋼筋有效連接使其成為整體，在基坑發(fā)生向坑內(nèi)

14、的水平位移時(shí)，面層帶動(dòng)地錨和土釘共同抵抗水平位移。地錨的設(shè)置應(yīng)跨越最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，否則就失去了地錨存在的意義。當(dāng)設(shè)置的地錨跨越最危險(xiǎn)滑動(dòng)面時(shí)，地錨不僅能減小基坑頂部位移，而且能加大基坑的整體穩(wěn)定安全系數(shù)。實(shí)測(cè)表明沿基坑深度范圍受力最大的土釘在中部，因此中部土釘往往決定整體滑動(dòng)面是否能夠形成，實(shí)際設(shè)計(jì)中在施工可行的情況下應(yīng)加長(zhǎng)基坑中部的土釘，中部土釘?shù)拈L(zhǎng)度通常取大于基坑深度，以防止最終滑動(dòng)面的形成。 至今尚沒(méi)有較好的理論能較好地預(yù)估土釘支護(hù)的位移，有限元法能模擬分步開(kāi)挖的施工過(guò)程、預(yù)測(cè)邊坡變形并計(jì)算出土釘內(nèi)力，但由于計(jì)算過(guò)程中需要確定較多關(guān)于巖土本構(gòu)模型的參數(shù)，并且有限元程序相當(dāng)復(fù)雜，一般工程應(yīng)用

15、不夠方便，在實(shí)際工程中減小基坑變形的措施除了上述設(shè)置地錨外，還可以采用以下兩種措施：1. 減少分層、分段作業(yè)的深度和長(zhǎng)度，盡量縮短從開(kāi)挖到支護(hù)的施工時(shí)間間隔；2. 采用預(yù)應(yīng)力土釘，通過(guò)擰緊土釘端部的高強(qiáng)螺栓，對(duì)土釘施加一定的預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力土釘在面層處設(shè)置一道混凝土腰梁，加強(qiáng)該排土釘?shù)臋M向聯(lián)系。通常在進(jìn)行計(jì)算時(shí)不考慮對(duì)預(yù)應(yīng)力土釘施加的預(yù)應(yīng)力，只把它看作普通土釘，所施加的預(yù)應(yīng)力作為安全儲(chǔ)備和減小基坑變形的構(gòu)造措施。不合理的土釘長(zhǎng)度分布形式復(fù)合土釘墻復(fù)合土釘支護(hù)就是把土釘與其他支護(hù)形式或施工措施聯(lián)合應(yīng)用 , 在保證支護(hù)體系安全 穩(wěn)定的同時(shí)滿(mǎn)足某種特殊的工程需要 , 如限制基坑上部的變形、阻止邊坡士體

16、內(nèi)水的滲出、 解決開(kāi)挖面的自立性或阻止基坑地面隆起等。常用的復(fù)合土釘支護(hù)有三種基本形式 : 土釘與預(yù)應(yīng)力錨桿、土釘與微型鋼管樁、土釘與攪拌樁 ( 止水帷幕 ) 聯(lián)合應(yīng)用 。土釘與預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合 當(dāng)對(duì)基坑頂面的水平位移和沉降有嚴(yán)格要求時(shí) , 可在土釘支護(hù)中配合使用預(yù)應(yīng)力錨桿 。預(yù)應(yīng)力錨桿一般施作在基坑頂部的第一、二排 , 對(duì)主動(dòng)區(qū)土體施加初始拉力。適用于一般的地層條件 , 可滿(mǎn)足不同實(shí)際工程的需要。土釘墻中預(yù)應(yīng)力錨桿的合理長(zhǎng)度預(yù)應(yīng)力錨桿的作用加強(qiáng)土釘墻的抗滑能力減小土釘墻位移（通常用在土釘墻的上部）增強(qiáng)面層整體性和強(qiáng)度（腰梁）預(yù)應(yīng)力錨桿長(zhǎng)度計(jì)算舉例鎖定值T0=100kN錨桿直徑d=150mm極限摩阻力 qs=90kPa安全系數(shù)K=1.6則土釘與微型鋼管樁聯(lián)合 基坑開(kāi)挖前 , 在開(kāi)挖線(xiàn)外側(cè)垂直打入鋼管 , 在鋼管內(nèi)高壓注入水泥漿 , 形成沿基坑開(kāi)挖線(xiàn)以一定間距分布的一排微型樁。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中 , 仍按照土釘支護(hù)的施作方法 , 分 層開(kāi)挖 , 分步設(shè)置土釘和噴射混凝土面層 , 并與微型樁連接成整體。一般鋼管直徑為48-108, 常用的為48, 直徑較小 , 施工時(shí)極易打入土中 , 施工較 方便、速度快。這種形式適用于土質(zhì)松散、自立性較差的地層情況 , 對(duì)于限制基坑的變形、 增加邊坡的穩(wěn)定性是十分有利的 , 但不能起到止水隔水的作用。土釘與攪拌樁 ( 止水帷幕 ) 聯(lián)合 基坑開(kāi)