基礎(chǔ)工程課程第五章基坑工程

1、基礎(chǔ)工程課程第五章 基坑工程Excavations概述基坑開挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)擋土擋水（一般都是臨時(shí)性結(jié)構(gòu)）基坑的設(shè)計(jì)內(nèi)容擋土結(jié)構(gòu)的短期側(cè)向穩(wěn)定性側(cè)向土壓力粘土中基坑底部的抗涌起砂土中的管涌破壞（滲流流網(wǎng)）基坑外的地基沉降變形（長(zhǎng)期和短期）建筑基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工中做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確?；舆吰路€(wěn)定、基坑周圍建筑物、道路及地下設(shè)施安全?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)與施工應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、基礎(chǔ)類型、基坑開挖深度、降排水條件、周邊環(huán)境對(duì)基坑側(cè)壁位移的要求、基坑周邊荷載、施工季節(jié)、支護(hù)結(jié)構(gòu)使用期限等因素，做到因地制宜，因時(shí)制宜，合理設(shè)計(jì)、精心施工、嚴(yán)格監(jiān)控。 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)確定相應(yīng)的側(cè)壁安全等級(jí)及重

2、要性系數(shù)。支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其結(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。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)地周圍有地表水匯流、排瀉或地下水管滲漏時(shí)，應(yīng)對(duì)基坑采取保護(hù)措施。對(duì)于安全等級(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。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

3、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。支護(hù)結(jié)構(gòu)選型 支護(hù)結(jié)構(gòu)可根據(jù)基坑周邊環(huán)境、開挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、施工作業(yè)設(shè)備和施工季節(jié)等條件，選用排樁、地下連續(xù)墻、水泥土墻、逆作拱墻、土釘墻、放坡或采用上述型式的組合。水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值 支護(hù)結(jié)構(gòu)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值按當(dāng)?shù)乜煽拷?jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按下列規(guī)定計(jì)算：1、 對(duì)于碎石土及砂土（1）、當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以上時(shí) （2）、當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以下時(shí) 2、 對(duì)于粉土及粘性土基坑開挖基坑開挖應(yīng)根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降排水要求，確定開挖方案?；舆吔缰車孛鎽?yīng)設(shè)排水溝，且應(yīng)避免漏水、滲水進(jìn)入坑內(nèi)；放坡開挖時(shí)，應(yīng)對(duì)坡頂、坡面、坡腳采取降排水措施。基

4、坑周邊嚴(yán)禁超堆荷載。軟土基坑必須分層均衡開挖，層高不宜超過(guò)1m?；娱_挖過(guò)程中，應(yīng)采取措施防止碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu)、工程樁或擾動(dòng)基底原狀土。發(fā)生異常情況時(shí)，應(yīng)立即停止挖土，并應(yīng)立即查清原因和采取措施，方能繼續(xù)挖土。開挖至坑底標(biāo)高后坑底應(yīng)及時(shí)滿封閉并進(jìn)行基礎(chǔ)工程施工。地下結(jié)構(gòu)工程施工過(guò)程中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行夯實(shí)回填土施工。開挖監(jiān)控基坑開挖前應(yīng)作出系統(tǒng)的開挖監(jiān)控方案，監(jiān)控方案應(yīng)包括監(jiān)控目的、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)控報(bào)警值、監(jiān)測(cè)方法及精度要求、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置、監(jiān)測(cè)周期、工序管理和記錄制度以及信息反饋系統(tǒng)等。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)滿足監(jiān)控要求，從基坑邊緣以外1-2倍開挖深度范圍內(nèi)的需要保護(hù)物體均應(yīng)作為監(jiān)控對(duì)象。排樁、地下連續(xù)墻嵌固深度計(jì)

5、算結(jié)構(gòu)計(jì)算排樁、地下連續(xù)墻可根據(jù)受力條件分段按平面問(wèn)題計(jì)算，排樁水平荷載計(jì)算寬度可取排樁的中心距；地下連續(xù)墻可取單位寬度或一個(gè)墻段。截面承載力計(jì)算錨桿計(jì)算支撐體系計(jì)算構(gòu)造水泥土墻嵌固深度計(jì)算 水泥土墻嵌固深度設(shè)計(jì)值hd宜按本規(guī)程圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法確定當(dāng)基坑底為碎石土及砂土、基坑內(nèi)排水且作用有滲透水壓力時(shí)，水泥土墻嵌固深度設(shè)計(jì)值應(yīng)按抗?jié)B透穩(wěn)定條件驗(yàn)算。當(dāng)按上述方法確定的嵌固深度設(shè)計(jì)值hdhh。墻體厚度計(jì)算水泥土墻厚度設(shè)計(jì)b值宜根據(jù)抗傾覆穩(wěn)定條件計(jì)算構(gòu)造: 水泥土墻采用格柵布置時(shí),水泥土的置換率對(duì)于淤泥不宜小于0.8,淤泥質(zhì)土不宜小于0.7,一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格柵長(zhǎng)寬比不宜大于2。水

6、泥土樁與樁之間的搭接寬度應(yīng)根據(jù)擋土及截水要求確定，考慮截水作用時(shí)，樁的有效搭接寬度不宜小于150mm；當(dāng)不考慮截水作用時(shí)，搭接寬度不宜小于100mm。當(dāng)變形不能滿足要求時(shí)，宜采用基坑內(nèi)側(cè)土體加固或水泥土墻插筋加混凝土面板及加大嵌固深度等措施。土釘墻 土釘抗拉承載力計(jì)算土釘墻整體穩(wěn)定性驗(yàn)算構(gòu)造：土釘墻設(shè)計(jì)及構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定:1 土釘墻墻面坡度不宜大于1:0.1；2 土釘必須和面層有效連接，應(yīng)設(shè)置承壓板或加強(qiáng)鋼筋等構(gòu)造措施，承壓板或加強(qiáng)鋼筋應(yīng)與土釘螺栓連接或鋼筋焊接連接；3 土釘?shù)拈L(zhǎng)度宜為開挖深度的0.51.2倍，間距宜為12m，與水平面夾角宜為5 20 ；4 土釘鋼筋宜采用、級(jí)鋼筋，鋼筋直徑宜

7、為1632mm，鉆孔直徑宜為70120mm；5 注漿材料宜采用水泥漿或水泥砂漿，其強(qiáng)度等級(jí)不宜低于M10；6 噴射混凝土面層宜配置鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑宜為610mm，間距宜為150300mm；噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20，面層 厚度不宜小于80mm；7 坡面上下段鋼筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于300mm。逆作拱墻拱墻計(jì)算逆作拱墻結(jié)構(gòu)型式根據(jù)基坑平面形狀可采用全封閉拱墻,也可采用局部拱墻,拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/8,基坑開挖深度h不宜大于12m，當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r(shí)，應(yīng)采取降水或截水措施。地下水控制一般規(guī)定地下水控制的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地及周邊工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和環(huán)

8、境條件并結(jié)合基坑支護(hù)和基礎(chǔ)施工方案綜合分析確定。地下水控制方法可分為集水明排、降水、截水和回灌等型式單獨(dú)或組合使用。當(dāng)因降水而危及基坑及周邊環(huán)境安全時(shí)，宜采用截水或回灌方法。截水后，基坑中的水量或水壓較大時(shí)，宜采用基坑內(nèi)降水。當(dāng)基坑底為隔水層且層底作用有承壓水時(shí)，應(yīng)進(jìn)行坑底突涌驗(yàn)算，必要時(shí)可采取水平封底隔滲或鉆孔減壓措施保證坑底土層穩(wěn)定。集水明排mm；在基坑四周或每隔30-40mm，m以上。溝、井截面根據(jù)排水量確定，排水量V應(yīng)滿足下列要求:V1.5Q 式中 Q基坑總涌水量。抽水設(shè)備可根據(jù)排水量大小及基坑深度確定。當(dāng)基坑側(cè)壁出現(xiàn)分層滲水時(shí)，可按不同高程設(shè)置導(dǎo)水管、導(dǎo)水溝等構(gòu)成明排系統(tǒng)；當(dāng)基坑側(cè)壁

9、滲水量較大或不能分層明排時(shí)，宜采用導(dǎo)水降水方法?；用髋派袘?yīng)重視環(huán)境排水，當(dāng)?shù)乇硭畬?duì)基坑側(cè)壁產(chǎn)生沖刷時(shí)，宜在基坑外采取截水、封堵、導(dǎo)流等措施。降 水降水井宜在基坑外緣采用封閉式布置,井間距應(yīng)大于15倍井管直徑,在地下水補(bǔ)給方向應(yīng)適當(dāng)加密；當(dāng)基坑面積較大、開挖較深時(shí)，也可在基坑內(nèi)設(shè)置降水井。m。降水井的數(shù)量n可按下式計(jì)算：n=1.1(Q/q) 式中 Q基坑總涌水量，可按附錄F計(jì)算；q設(shè)計(jì)單井出水量，可按本規(guī)程第8.3.4條計(jì)算。設(shè)計(jì)單井出水量可按下列規(guī)定確定：1 井點(diǎn)出水能力可按36-60m3/d確定；2 真空噴射井點(diǎn)出水量。截 水截水帷幕的厚度應(yīng)滿足基坑防滲要求，截水帷幕的滲透系數(shù)宜小于1.0

10、10-6cm/s。落底式豎向截水帷幕應(yīng)插入下臥不透水層,其插入深度可計(jì)算。 當(dāng)?shù)叵潞畬訚B透性較強(qiáng),厚度較大時(shí),可采用懸掛式豎向截水與坑內(nèi)井點(diǎn)降水相結(jié)合或采用懸掛式豎向截水與水平封底相結(jié)合的方案。截水帷幕施工方法，工藝和機(jī)具的選擇應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及施工條件等綜合確定。施工質(zhì)量應(yīng)滿足建筑地基處理規(guī)范JGJ79-91的有關(guān)規(guī)定?；?灌回灌可采用井點(diǎn)、砂井、砂溝等?；毓嗑c降水井的距離不宜小于6m?；毓嗑拈g距應(yīng)根據(jù)降水井的間距和被保護(hù)物的平面位置確定。回灌井宜進(jìn)入穩(wěn)定水面下1m，且位于滲透性較好的土層中，過(guò)濾器的長(zhǎng)度應(yīng)大于降水井過(guò)濾器的長(zhǎng)度?；毓嗨靠赏ㄟ^(guò)水位觀測(cè)孔中水位變化進(jìn)行控制和

11、調(diào)節(jié)，不宜超過(guò)原水位標(biāo)高?；毓嗨涓叨瓤筛鶕?jù)灌入水量配置?；毓嗌熬墓嗌傲繎?yīng)取井孔體積的95%，填料宜采用含泥量不大于13%、不均勻系數(shù)在3-5之間的純凈中粗砂。回灌井與降水井應(yīng)協(xié)調(diào)控制?；毓嗨瞬捎们逅??；庸こ碳t線以外怎樣勘察？規(guī)范規(guī)定了23倍基坑深度，但實(shí)際上很多情況是紅線壓到地下室邊，又不可能在紅線以外進(jìn)行鉆孔，實(shí)際上有時(shí)做不到，所以加了收集周邊資料這個(gè)余地，補(bǔ)了這個(gè)漏洞。 液化對(duì)工程有什么危害？土體液化是指飽和狀態(tài)砂土或粉土在一定強(qiáng)度的動(dòng)荷載作用下表現(xiàn)出類似液體的性狀，完全失去強(qiáng)度和剛度的現(xiàn)象。砂土液化造成的災(zāi)害的宏觀表現(xiàn)主要有：砂沸 地震晃動(dòng)過(guò)程中，由于松散飽和粒狀土變密趨勢(shì)產(chǎn)生高

12、孔壓區(qū)，其中的水體形成向上的水流，當(dāng)水頭梯度足夠大時(shí)，水流還將攜帶大量懸浮的土顆粒，如果頂層特別薄或者地基土存在裂縫等缺陷，水流就會(huì)沖開地面，形成砂沸。砂沸的噴出物在噴出口周圍形成圓錐形沉積，類似小的“火山口”。砂沸俗稱噴水冒砂?；潞捅浪惺裁床煌炕轮感逼律系膸r土沿坡內(nèi)一定的軟弱面（帶）作整體地向前向下移動(dòng)的現(xiàn)象。 陡坡上的巖（土）體在重力或其它外力作用下，突然向下崩落的現(xiàn)象稱崩塌。 軟土擠土樁為什么對(duì)工程不利？ 擠土的宏觀工程問(wèn)題：地面隆起鄰近建筑物上抬、下沉和開裂鄰近管線變形、開裂拉斷已沉樁的接頭 擠土的控制性因素：入土樁的截面與建筑物底面積之比Ap/Af 5擠土非常嚴(yán)重 35擠土嚴(yán)

13、重 3擠土一般沉樁速度810套/天保護(hù)建筑物與沉樁區(qū)的安全距離大于1倍樁長(zhǎng)關(guān)于地下水多層水位為什么要分層量測(cè)？怎樣確定防水抗浮水位？流土、管涌、突涌有何不同？水位為什么要分層量測(cè)？在基礎(chǔ)影響深度范圍內(nèi)，有些城市可能遇到幾層地下水。不同層位的地下水之間，水力聯(lián)系和滲流形態(tài)往往各不相同，造成人們難以準(zhǔn)確掌握建筑物場(chǎng)地孔隙水壓力場(chǎng)的分布； 因此需要分層量測(cè)各層動(dòng)水位。怎樣確定抗浮設(shè)防水位？人們發(fā)現(xiàn)地下水的問(wèn)題如此之重要，而一般的工程勘察中幾乎還提供不出太多的數(shù)據(jù)和結(jié)論。隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，地下水的賦存與滲流形態(tài)對(duì)基礎(chǔ)工程的影響日益突出 ；提出了“抗浮設(shè)防水位”的問(wèn)題，對(duì)有條件的地方, 要求能夠在

14、勘察報(bào)告中給出場(chǎng)地的抗浮設(shè)防水位 。什么時(shí)候需要考慮抗浮對(duì)于高層地下室，在使用階段，一般抗浮是沒(méi)有問(wèn)題的；在地下室施工階段，當(dāng)?shù)叵率业膫?cè)墻已經(jīng)做好，如果停止了降水，即浮力已經(jīng)產(chǎn)生，而荷載最小的時(shí)候是最危險(xiǎn)的，但你們這個(gè)高層采用了樁基，樁基本身是能夠承受拉力的，因此也沒(méi)有問(wèn)題；抗浮問(wèn)題比較嚴(yán)重是純地下車庫(kù)，上面沒(méi)有樓房，只覆了些土做綠化，在使用階段很可能抗浮驗(yàn)算通不過(guò)，才需要設(shè)抗浮樁或抗浮錨桿；如果使用階段驗(yàn)算抗浮沒(méi)有問(wèn)題，不需要設(shè)抗浮樁的話，則應(yīng)注意施工期的驗(yàn)算，也就是當(dāng)?shù)叵率业膫?cè)墻已經(jīng)做好，頂板和覆土荷載尚未施加時(shí)，千萬(wàn)不能因?yàn)槭┕げ辉傩枰邓鴮⑵渫Ａ?，如果停了肯定要浮起?lái)；地下室上浮是非

15、常嚴(yán)重的工程事故，上浮時(shí)地下室可能開裂，而且會(huì)傾斜，最終將報(bào)廢，在1990年代，海南曾經(jīng)發(fā)生過(guò)地下室浮出地面的事故。 在勘察報(bào)告中提出場(chǎng)地的抗浮水位，需要進(jìn)行長(zhǎng)期的地下水位觀測(cè)，積累地下水位隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，并分析影響地下水位變化的因素，才能比較可靠地進(jìn)行預(yù)測(cè) ；對(duì)深基坑工程的設(shè)計(jì)與施工，地下水位及地下水滲流特性的影響是十分明顯的，需要進(jìn)行專門的降水設(shè)計(jì)，要求在工程勘察時(shí)提供水文地質(zhì)的必要資料。 流土、管涌、突涌有何不同？當(dāng)向上的動(dòng)水力與土的有效重度相等時(shí)，土顆粒間的壓力就等于零，土顆粒將處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定，這種現(xiàn)象就稱為流土；深層流土造成地面的大量塌陷，房屋的倒塌。 水在砂性土中滲流時(shí)，

16、土中的一些細(xì)小顆粒在動(dòng)水力的作用下，可能通過(guò)粗顆粒的孔隙被水流帶走，這種現(xiàn)象稱為管涌。管涌可以發(fā)生于局部范圍，但也可能逐步擴(kuò)大，最后導(dǎo)致土體失穩(wěn)破壞。發(fā)生管涌的臨界水頭梯度與土的顆粒大小幾及其級(jí)配情況有關(guān)。管涌現(xiàn)象1998長(zhǎng)江洪水的險(xiǎn)情突涌分析承壓水三軸試驗(yàn)指標(biāo)的選用對(duì)試驗(yàn)儀器，地基規(guī)范規(guī)定只能用三軸，完全否定了直剪試驗(yàn)；在勘察規(guī)范中，兩種儀器都有一定的地位；試驗(yàn)方法，地基規(guī)范規(guī)定只能用不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)；而在勘察規(guī)范中可以根據(jù)工程的條件選用不同的試驗(yàn)方法，作為勘察工作應(yīng)主要按照勘察規(guī)范執(zhí)行。地基規(guī)范的規(guī)定當(dāng)采用剪切試驗(yàn)確定時(shí)，應(yīng)選擇三軸壓縮試驗(yàn)中的不固結(jié)不排水試驗(yàn)。對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)壓的地基可采用固結(jié)

17、不排水試驗(yàn)。飽和黏性土應(yīng)采用在土的有效自重壓力下預(yù)固結(jié)的不固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)確定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。分析矛盾在哪里？哪個(gè)規(guī)定更合理、更符合工程的情況？如何選用上述不同的規(guī)定？不是飽和土，能否采用不固結(jié)不排水試驗(yàn)？有很好排水條件的飽和黏性土，該采用不固結(jié)不排水試驗(yàn)嗎？直剪與三軸剪各有什么特點(diǎn)？根據(jù)我國(guó)目前的情況能不能立即廢除直剪試驗(yàn)、全部都采用三軸試驗(yàn)？裝備條件；試驗(yàn)人員的配備；目前的取樣要求。這三個(gè)方面都不具備廢除直剪、全部采用三軸的條件。由剪切速率控制排水程度試驗(yàn)要求：快剪固結(jié)快剪慢剪1. 直剪儀存在許多致命的缺陷，國(guó)外已經(jīng)被淘汰，但我國(guó)還是常規(guī)武器；2. 我國(guó)地基設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)直剪儀的態(tài)度，經(jīng)歷了從限制使用條件到企圖完全淘汰的過(guò)程，但還沒(méi)有具備淘汰的條件；3. 在過(guò)渡的時(shí)間內(nèi)，正確認(rèn)識(shí)直剪儀的問(wèn)題，不致發(fā)生濫用是至關(guān)重要的。直剪試驗(yàn)不適用于低塑性土。 直剪試驗(yàn)也不適用于砂土和軟土。 如89版建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定直剪試驗(yàn)只適用于二級(jí)及三級(jí)建筑物的可塑狀粘性土和飽和度不大于的粉土。 不固結(jié)不排水剪固結(jié)不排水剪排水剪