基坑工程課件

第5章基坑工程Chapter5Foundationpit東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院

SchoolofCivilEngineering,NEFU第5章基坑工程Chapter5Foundation1基本要求：1.了解基坑工程的特點(diǎn)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型、適用條件、設(shè)計(jì)內(nèi)容和原則及基坑地下水控制方法。2.熟悉基坑穩(wěn)定分析、多支點(diǎn)樁墻設(shè)計(jì)計(jì)算方法。3.掌握作用于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上土壓力的計(jì)算方法，以及懸臂式樁墻、單支點(diǎn)樁墻、水泥土墻和土釘墻的基本計(jì)算方法。

基本要求：2一、基坑工程具有以下特點(diǎn)：5.1概述①支護(hù)結(jié)構(gòu)通常都是臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，一般情況下安全儲(chǔ)備相對(duì)較小，風(fēng)險(xiǎn)性較大；②由于場(chǎng)地的工程水文地質(zhì)條件、巖土的工程性質(zhì)以及周邊環(huán)境條件的差異性，基坑工程往往具有很強(qiáng)的地域性特征，因此，它的設(shè)計(jì)和施工必須因地制宜，切忌生搬硬套；③基坑工程是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，它不僅涉及結(jié)構(gòu)、巖土、工程地質(zhì)及環(huán)境等多門學(xué)科，而且勘察、設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)等工作環(huán)環(huán)相扣，緊密相連；④具有較強(qiáng)的時(shí)空效應(yīng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)所受荷載（如土壓力）及其產(chǎn)生的應(yīng)力和變形在時(shí)間上和空間上具有較強(qiáng)的變異性，在軟黏土和復(fù)雜體型基坑工程中尤為突出；⑤對(duì)周邊環(huán)境影響較大，基坑開挖、降水勢(shì)必將引起周邊場(chǎng)地土的應(yīng)力和地下水位發(fā)生改變，使土體產(chǎn)生變形，對(duì)相鄰建（構(gòu)）筑物和地下管線等產(chǎn)生影響，嚴(yán)重者將危及它們的安全和正常使用，大量土方運(yùn)輸也將對(duì)交通和環(huán)境衛(wèi)生產(chǎn)生影響。一、基坑工程具有以下特點(diǎn)：5.1概述①支護(hù)結(jié)構(gòu)通常都是3二、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及適用條件1.放坡開挖及簡(jiǎn)易支護(hù)

放坡開挖是指選擇合理的坡度進(jìn)行開挖，適用于地基土質(zhì)較好、開挖深度不大以及施工現(xiàn)場(chǎng)有足夠放坡場(chǎng)所的工程，可獨(dú)立或與其他支護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合使用。

2.懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)指設(shè)有內(nèi)撐和錨拉的板樁墻、排樁墻和地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。適用于土質(zhì)較好、開挖深度較淺的基坑工程，在軟土場(chǎng)地中不宜大于5m，且當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r(shí)，宜采用降水、排樁加截水帷幕或地下連續(xù)墻。二、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及適用條件1.放坡開挖及簡(jiǎn)易支護(hù)放坡43.水泥土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于深度不宜大于6m的淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土地區(qū)的基坑支護(hù)，水泥土樁施工范圍內(nèi)地基土承載力不宜大于150kPa。

4.內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐常采用木方、鋼筋混凝土或鋼管（或型鋼）做成。內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)適合各種地基土層，但設(shè)置的內(nèi)支撐會(huì)占用一定的施工空間。3.水泥土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于深度不宜大于6m的淤泥、淤泥質(zhì)土等55.拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)土層錨桿因需要土層提供較大的錨固力，適用于深部有較好土層的地層中，一般基坑深度不宜大于12m，不宜用于軟黏土地層。6.土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)適用地下水位以上的黏性土、砂土和碎石土等地層，不宜用于淤泥或淤泥質(zhì)土等軟土場(chǎng)地，一般支護(hù)深度不宜超過12m。5.拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)土層錨桿因需要土層提供較大的錨固力，適用于67.其他支護(hù)結(jié)構(gòu)其他支護(hù)結(jié)構(gòu)形式有雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)、連拱式支護(hù)結(jié)構(gòu)、逆作拱墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、加筋水泥土擋墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)以及各種組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)。支護(hù)結(jié)構(gòu)選型應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)和受力特點(diǎn)，采用有利支護(hù)結(jié)構(gòu)材料受力性狀的型式。軟土場(chǎng)地可采用深層攪拌、注漿、間隔或全部加固等方法對(duì)局部或整個(gè)基坑底土進(jìn)行加固，或采用降水措施提高基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)抗力。7.其他支護(hù)結(jié)構(gòu)其他支護(hù)結(jié)構(gòu)形式有雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)、連拱式支護(hù)7三、基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)原則0.9支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴(yán)重三級(jí)1.0支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響一般二級(jí)1.1支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴(yán)重一級(jí)重要性系數(shù)γ0破壞后果安全等級(jí)基坑側(cè)壁安全等級(jí)及重要性系數(shù)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。三、基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)原則0.9支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變8基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)的基本原則是：①在滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度、穩(wěn)定性和變形要求的同時(shí)，確保周圍環(huán)境的安全；②在保證安全可靠的前提下，設(shè)計(jì)方案應(yīng)具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效應(yīng)；③為基坑支護(hù)工程施工和基礎(chǔ)施工提供最大限度的施工方便，并保證施工安全。四、作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載及土壓力計(jì)算1.水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

對(duì)于碎石土及砂土：當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以上時(shí)：當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以下時(shí)：對(duì)于粉土及黏性土，eajk為當(dāng)按以上規(guī)定計(jì)算的基坑開挖面以上水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于零時(shí)，應(yīng)取零（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值eajk應(yīng)按當(dāng)?shù)乜煽拷?jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按下列規(guī)定計(jì)算基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)的基本原則是：四、作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載及土9（2）基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值σajk計(jì)算：σajk=σrk+σ0k+σ1k

①計(jì)算點(diǎn)深度zj處自重豎向應(yīng)力σrk：σrk=γmjzj計(jì)算點(diǎn)位于基坑開挖面以上時(shí)：計(jì)算點(diǎn)位于基坑開挖面以下時(shí)：σrk=γmhzj

開挖面以下為恒值④上述基坑外側(cè)附加荷載作用于地表以下一定深度時(shí)，將計(jì)算點(diǎn)深度相應(yīng)下移，其豎向應(yīng)力也可按上述規(guī)定確定。②當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)地面作用滿布附加荷載q0時(shí)σ0k=q0

③當(dāng)距支護(hù)結(jié)構(gòu)b1外側(cè)，地表作用有寬度為b0的條形附加荷載q1時(shí)σ1k=q1b0/(b0+2b1)（2）基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值σajk計(jì)算：σajk=σrk102.水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值epjk計(jì)算（1）對(duì)于砂土及碎石土（2）對(duì)于粉土及黏性土作用于基坑底面以下深度zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：σpjk==γmjzj2.水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值epjk計(jì)算111.懸臂式樁墻計(jì)算1）側(cè)向壓力計(jì)算一般用朗金理論來計(jì)算不同深度z處每延米寬度內(nèi)的主、被動(dòng)土壓力強(qiáng)度σa，σp對(duì)于黏性土，式中的內(nèi)摩擦角用等代內(nèi)摩擦角

e代入20°～25°30°～35°40°～45°亞砂土、亞黏土、黏性土15°20°35°淤泥25°30°～35°40°種植土0.8<Sr≤1（飽和）0.5<Sr≤0.8（很濕）0<Sr≤0.5（稍濕）土的潮濕程度土的類別如有地下水或地面水時(shí)，根據(jù)土的透水性和施工方法來考慮靜水壓力對(duì)板樁的作用。5.2排樁、地下連續(xù)墻支護(hù)1.懸臂式樁墻計(jì)算1）側(cè)向壓力計(jì)算一般用朗金理論來計(jì)算不同深122）懸臂式板樁墻計(jì)算

墻身前側(cè)是被動(dòng)土壓力(bcd)，其合力為Ep1，并考慮有一定的安全系數(shù)K(一般取K=2)；在墻身后方為主動(dòng)土壓力(abe)，合力為EA；在樁下端還作用有被動(dòng)土壓力Ep2，計(jì)算時(shí)假定作用在樁端b點(diǎn)；考慮到Ep2的實(shí)際作用位置應(yīng)在樁端以上一段距離，在最后求得板樁的入土深度t后，再適當(dāng)增加10％~40％。按照板樁上所受土壓力計(jì)算出的每延米板樁跨間的最大彎矩（剪力為零處），并以此值設(shè)計(jì)板樁的厚度。懸臂式板樁墻的破壞一般是板樁繞樁底端b點(diǎn)以上的某點(diǎn)o轉(zhuǎn)動(dòng)。2）懸臂式板樁墻計(jì)算墻身前側(cè)是被動(dòng)土壓力(bcd)，其合力132.單支撐（錨碇式）板樁墻計(jì)算

1）下端作為簡(jiǎn)支時(shí)的板樁墻計(jì)算

①最小入土深度t：根據(jù)平衡條件取∑Mo＝0，則得②支撐反力Ts可根據(jù)水平力平衡方程求得，取∑H＝0，則③此外還應(yīng)計(jì)算每延米寬板樁跨間的最大彎矩，并以此Mmax值設(shè)計(jì)板樁的厚度。（σ=Mmax/W≤[σ]）（Q=0時(shí)M=Mmax）2.單支撐（錨碇式）板樁墻計(jì)算1）下端作為簡(jiǎn)支時(shí)的板樁墻計(jì)142）下端作為彈性嵌固支承的板樁墻計(jì)算假定Ep2作用在樁底b點(diǎn)處。入土深度t可按計(jì)算值適當(dāng)增加10％～40％；板樁墻的前側(cè)作用被動(dòng)土壓力Ep1不再考慮安全系數(shù)；由于板樁下端的嵌固點(diǎn)位置不知道，因此，不能用靜力平衡條件直接求解板樁的入土深度t

；板樁下部有一撓曲反彎點(diǎn)c，在c點(diǎn)以上板樁有最大正彎矩，c點(diǎn)以下產(chǎn)生最大負(fù)彎矩，撓曲反彎點(diǎn)c相當(dāng)于彎矩零點(diǎn)；在均勻砂土中，當(dāng)土表面無超載，墻后地下水位較低時(shí)反彎點(diǎn)的深度y與內(nèi)摩擦角的近似關(guān)系－0.007h0.08h0.25hy40°30°20°φ確定反彎點(diǎn)c的位置后，已知c點(diǎn)的彎矩等于零，則將板樁分成oc和cb兩段，根據(jù)平衡條件可求得板樁的入土深度t。1）經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法2）下端作為彈性嵌固支承的板樁墻計(jì)算假定Ep2作用在樁底b點(diǎn)15（2）等值梁法求出土壓力零點(diǎn)K的位置由等值梁AK

Ts由上段梁∑Mk＝0得到；Qk由上段梁∑Ms＝0得到

由等值梁KG求算板樁入土深度，取∑MG＝0由上式求得x后，板樁的最小入土深度為：t＝u＋1.2x由等值梁求算最大彎矩Mmax值。（2）等值梁法求出土壓力零點(diǎn)K的位置由等值梁AKTs由上16計(jì)算如圖所示，采用等值梁法計(jì)算板樁墻的入土深度t，及錨碇拉桿拉力T（基坑開挖深度h＝8m，錨桿位置在地面下1m。）解：由得到由等值梁ak

由等值梁kb，∑Mb=0，板樁埋入土中的深度為求Mmax：先求剪力為零點(diǎn)，即Mmax所在的位置，之后求得Mmax

計(jì)算如圖所示，采用等值梁法計(jì)算板樁墻的入土深度t，及錨碇拉桿173.多支撐板樁墻計(jì)算（1）等彎矩布置（2）等反力布置圖5-20多支撐板樁墻的位移及土壓力分布圖5-21多支撐板樁墻上土壓力的分布圖形a)板樁支撐；b)松砂；c)密砂；d)粘土γH>6cu；e)粘土γH<4cu多支撐板樁墻計(jì)算：連續(xù)梁法、簡(jiǎn)支梁法3.多支撐板樁墻計(jì)算（1）等彎矩布置圖5-20多支撐板185.3水泥土樁墻支護(hù)支護(hù)深度一般不大于6m，如果采用加筋水泥土樁墻等復(fù)合式水泥土樁墻，則支護(hù)深度可達(dá)到15m

1.水泥土樁墻計(jì)算

（1）土壓力計(jì)算對(duì)于水泥土樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，作用在其上的土壓力通常按朗金土壓力理論計(jì)算，但也有按梯形土壓力分布形式計(jì)算的（如圖5-23中虛線）。水壓力的計(jì)算既可按水土壓力合算也可水土壓力分算。（2）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算（3）抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算也可根據(jù)水泥土樁墻結(jié)構(gòu)基底的摩擦系數(shù)進(jìn)行計(jì)算5.3水泥土樁墻支護(hù)支護(hù)深度一般不大于6m，如果采用19（4）墻體厚度計(jì)算①當(dāng)水泥土墻底部位于碎石土或砂土?xí)r②當(dāng)水泥土墻底部位于黏性土或粉土中時(shí)當(dāng)按上述規(guī)定確定的水泥土墻厚度小于0.4h時(shí)宜取0.4h

（4）墻體厚度計(jì)算①當(dāng)水泥土墻底部位于碎石土或砂土?xí)r②當(dāng)20（5）正截面承載力驗(yàn)算①壓應(yīng)力驗(yàn)算：②拉應(yīng)力驗(yàn)算：（5）正截面承載力驗(yàn)算①壓應(yīng)力驗(yàn)算：②拉應(yīng)力驗(yàn)算：215.4土釘墻支護(hù)1.土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)包括土釘?shù)拈L(zhǎng)度、直徑、間距、傾角以及支護(hù)面層厚度等2.土釘墻支護(hù)計(jì)算1）土釘抗拉承載力計(jì)算單根土釘抗拉承載力計(jì)算應(yīng)符合下式要求：1.25γ0Tjk≤TujTjk=ζeajksxj

szj/cosαj對(duì)于基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)的土釘抗拉承載力設(shè)計(jì)值Tuj應(yīng)按試驗(yàn)確定，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為三級(jí)時(shí)可按下式計(jì)算2）土釘墻整體穩(wěn)定性驗(yàn)算5.4土釘墻支護(hù)1.土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定土釘墻支護(hù)結(jié)225.5基坑穩(wěn)定性分析1.基坑整體穩(wěn)定性分析2.支護(hù)結(jié)構(gòu)踢腳穩(wěn)定性分析5.5基坑穩(wěn)定性分析1.基坑整體穩(wěn)定性分析2.支護(hù)結(jié)構(gòu)233.基坑抗隆起穩(wěn)定性分析滑動(dòng)力矩

穩(wěn)定力矩圖5-29板樁支護(hù)的軟體滑動(dòng)面假設(shè)4.基坑抗?jié)B流穩(wěn)定性分析圖5-30基坑抽水后水頭差引起的滲流K·i·γw≤γ′

（1）坑底抗流砂穩(wěn)定性驗(yàn)算3.基坑抗隆起穩(wěn)定性分析滑動(dòng)力矩穩(wěn)定力矩圖5-29板樁24（2）基坑底土突涌穩(wěn)定性（2）基坑底土突涌穩(wěn)定性255.6地下水控制地下水控制方法及適用條件不限0.1~200.0填土、粉土、砂土、碎石土回灌不限不限黏性土、粉土、砂土、碎石土、可溶巖截水含水豐富的潛水、承壓水、裂隙水>51.0~200.0粉土、砂土、碎石土、可溶巖、破碎帶管井<200.1~20.0噴射井點(diǎn)單級(jí)<6；多級(jí)<200.1~20.0真空井點(diǎn)降水上層滯水或水量不大的潛水<57~20.0填土、粉土、黏性土、砂土集水明排水文地質(zhì)特征降水深度/m滲透系數(shù)/m/d土類方法名稱5.6地下水控制地下水控制方法及適用條件不限0.126用于基坑工程的垂直防滲措施主要包括各類防滲墻和灌漿帷幕。防滲墻和灌漿帷幕一般應(yīng)插入下臥的相對(duì)不透水巖土層一定深度，但當(dāng)透水層厚度較大時(shí)，也可以采用懸掛式。1.截水2.積水明排法

集水明排法又稱表面排水法，它是在基坑開挖過程中以及基礎(chǔ)施工和養(yǎng)護(hù)期間，在基坑四周開挖集水溝匯集坑壁及坑底滲水，并引向集水井。單獨(dú)使用時(shí)，降水深度不宜大于5m，否則在坑底容易產(chǎn)生軟化、泥化，坡角出現(xiàn)流砂、管涌，邊坡塌陷，地面沉降等問題。與其他方法結(jié)合使用時(shí)，其主要功能是收集基坑中和坑壁局部滲出的地下水和地面水。用于基坑工程的垂直防滲措施主要包括各類防滲墻和灌漿帷幕。1.273.井點(diǎn)降水輕型井點(diǎn)噴射井點(diǎn)電滲井點(diǎn)管井法4.回灌回灌可采用井點(diǎn)、砂井、砂溝等，一般回灌井與降水井相距不小于6m?；毓嗨擞们逅?，回灌水量可通過水位觀側(cè)孔進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，一般回灌水位不宜高于原地下水位標(biāo)高。3.井點(diǎn)降水輕型井點(diǎn)4.回灌回灌可采用井點(diǎn)、砂井、砂溝等，一285.引滲法在具備多層含水層，并且存在水頭差的情況下，可以用引滲井穿越不同的含水層，將上部的淺層地下水通過引滲井自滲，或者抽滲到下部的含水層中去，使上部疏干，達(dá)到基坑降水的目的。引滲井降水的適用條件為：①工程降水區(qū)內(nèi)存在兩層及兩層以上的含水層，各含水層中地下水的水頭差較大，含水層間存在著穩(wěn)定的相對(duì)隔水層；②引滲進(jìn)入的下伏含水層的導(dǎo)水性要成倍地大于被排水疏干的含水層的透水性，并且下伏含水層厚度應(yīng)大于3.0m，不致造成下伏含水層中水位明顯升高；③引滲進(jìn)入的下伏含水層的頂板埋深要低于基坑底3.0~5.0m；④被排水疏干的含水層中的地下水水質(zhì)滿足環(huán)保要求，不致引起下伏含水層中地下水水質(zhì)的惡化。引滲井的類型有自滲降水和抽滲降水兩種。前者可以用管井或者砂礫井；后者一般用管井。具體布置有垂直引滲和水平引滲兩種。在垂直引滲布置中，引滲井通過穿越不同的含水層達(dá)到降水的目的；在水平引滲布置中，引滲井往往是輻射狀布置形成控制降水區(qū)，可以在同一含水層內(nèi)，也可以穿越兩層含水層，然后引入下伏含水層中5.引滲法在具備多層含水層，并且存在水頭差的情況下，可以用295.7基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與信息化施工1.基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在深基坑施工過程中，只有對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周圍的土體和相鄰的建（構(gòu)）筑物進(jìn)行綜合、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，才能對(duì)工程情況有全面的了解，確保工程順利進(jìn)行?；娱_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?；颖O(jiān)測(cè)項(xiàng)目根據(jù)基坑側(cè)壁安全等級(jí)按P295表5-5執(zhí)行。2.基坑信息化施工信息化施工法是根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)地質(zhì)結(jié)論、設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)施工安全性進(jìn)行判斷并及時(shí)修正施工方案的施工方法。該方法是應(yīng)用系統(tǒng)工程于施工的一種現(xiàn)代施工管理辦法，包括信息采集（監(jiān)測(cè)）、反分析（即分析模型和計(jì)算參數(shù)反演）、正分析（預(yù)測(cè)）以及根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行決策與控制等方面的內(nèi)容5.7基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與信息化施工1.基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在深基坑施工30第5章基坑工程Chapter5Foundationpit東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院

SchoolofCivilEngineering,NEFU第5章基坑工程Chapter5Foundation31基本要求：1.了解基坑工程的特點(diǎn)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型、適用條件、設(shè)計(jì)內(nèi)容和原則及基坑地下水控制方法。2.熟悉基坑穩(wěn)定分析、多支點(diǎn)樁墻設(shè)計(jì)計(jì)算方法。3.掌握作用于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上土壓力的計(jì)算方法，以及懸臂式樁墻、單支點(diǎn)樁墻、水泥土墻和土釘墻的基本計(jì)算方法。

基本要求：32一、基坑工程具有以下特點(diǎn)：5.1概述①支護(hù)結(jié)構(gòu)通常都是臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，一般情況下安全儲(chǔ)備相對(duì)較小，風(fēng)險(xiǎn)性較大；②由于場(chǎng)地的工程水文地質(zhì)條件、巖土的工程性質(zhì)以及周邊環(huán)境條件的差異性，基坑工程往往具有很強(qiáng)的地域性特征，因此，它的設(shè)計(jì)和施工必須因地制宜，切忌生搬硬套；③基坑工程是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，它不僅涉及結(jié)構(gòu)、巖土、工程地質(zhì)及環(huán)境等多門學(xué)科，而且勘察、設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)等工作環(huán)環(huán)相扣，緊密相連；④具有較強(qiáng)的時(shí)空效應(yīng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)所受荷載（如土壓力）及其產(chǎn)生的應(yīng)力和變形在時(shí)間上和空間上具有較強(qiáng)的變異性，在軟黏土和復(fù)雜體型基坑工程中尤為突出；⑤對(duì)周邊環(huán)境影響較大，基坑開挖、降水勢(shì)必將引起周邊場(chǎng)地土的應(yīng)力和地下水位發(fā)生改變，使土體產(chǎn)生變形，對(duì)相鄰建（構(gòu)）筑物和地下管線等產(chǎn)生影響，嚴(yán)重者將危及它們的安全和正常使用，大量土方運(yùn)輸也將對(duì)交通和環(huán)境衛(wèi)生產(chǎn)生影響。一、基坑工程具有以下特點(diǎn)：5.1概述①支護(hù)結(jié)構(gòu)通常都是33二、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及適用條件1.放坡開挖及簡(jiǎn)易支護(hù)

放坡開挖是指選擇合理的坡度進(jìn)行開挖，適用于地基土質(zhì)較好、開挖深度不大以及施工現(xiàn)場(chǎng)有足夠放坡場(chǎng)所的工程，可獨(dú)立或與其他支護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合使用。

2.懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)指設(shè)有內(nèi)撐和錨拉的板樁墻、排樁墻和地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。適用于土質(zhì)較好、開挖深度較淺的基坑工程，在軟土場(chǎng)地中不宜大于5m，且當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r(shí)，宜采用降水、排樁加截水帷幕或地下連續(xù)墻。二、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及適用條件1.放坡開挖及簡(jiǎn)易支護(hù)放坡343.水泥土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于深度不宜大于6m的淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土地區(qū)的基坑支護(hù)，水泥土樁施工范圍內(nèi)地基土承載力不宜大于150kPa。

4.內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐常采用木方、鋼筋混凝土或鋼管（或型鋼）做成。內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)適合各種地基土層，但設(shè)置的內(nèi)支撐會(huì)占用一定的施工空間。3.水泥土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于深度不宜大于6m的淤泥、淤泥質(zhì)土等355.拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)土層錨桿因需要土層提供較大的錨固力，適用于深部有較好土層的地層中，一般基坑深度不宜大于12m，不宜用于軟黏土地層。6.土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)適用地下水位以上的黏性土、砂土和碎石土等地層，不宜用于淤泥或淤泥質(zhì)土等軟土場(chǎng)地，一般支護(hù)深度不宜超過12m。5.拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)土層錨桿因需要土層提供較大的錨固力，適用于367.其他支護(hù)結(jié)構(gòu)其他支護(hù)結(jié)構(gòu)形式有雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)、連拱式支護(hù)結(jié)構(gòu)、逆作拱墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、加筋水泥土擋墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)以及各種組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)。支護(hù)結(jié)構(gòu)選型應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)和受力特點(diǎn)，采用有利支護(hù)結(jié)構(gòu)材料受力性狀的型式。軟土場(chǎng)地可采用深層攪拌、注漿、間隔或全部加固等方法對(duì)局部或整個(gè)基坑底土進(jìn)行加固，或采用降水措施提高基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)抗力。7.其他支護(hù)結(jié)構(gòu)其他支護(hù)結(jié)構(gòu)形式有雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)、連拱式支護(hù)37三、基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)原則0.9支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴(yán)重三級(jí)1.0支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響一般二級(jí)1.1支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴(yán)重一級(jí)重要性系數(shù)γ0破壞后果安全等級(jí)基坑側(cè)壁安全等級(jí)及重要性系數(shù)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。三、基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)原則0.9支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變38基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)的基本原則是：①在滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度、穩(wěn)定性和變形要求的同時(shí)，確保周圍環(huán)境的安全；②在保證安全可靠的前提下，設(shè)計(jì)方案應(yīng)具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效應(yīng)；③為基坑支護(hù)工程施工和基礎(chǔ)施工提供最大限度的施工方便，并保證施工安全。四、作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載及土壓力計(jì)算1.水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

對(duì)于碎石土及砂土：當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以上時(shí)：當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以下時(shí)：對(duì)于粉土及黏性土，eajk為當(dāng)按以上規(guī)定計(jì)算的基坑開挖面以上水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于零時(shí)，應(yīng)取零（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值eajk應(yīng)按當(dāng)?shù)乜煽拷?jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按下列規(guī)定計(jì)算基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)的基本原則是：四、作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載及土39（2）基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值σajk計(jì)算：σajk=σrk+σ0k+σ1k

①計(jì)算點(diǎn)深度zj處自重豎向應(yīng)力σrk：σrk=γmjzj計(jì)算點(diǎn)位于基坑開挖面以上時(shí)：計(jì)算點(diǎn)位于基坑開挖面以下時(shí)：σrk=γmhzj

開挖面以下為恒值④上述基坑外側(cè)附加荷載作用于地表以下一定深度時(shí)，將計(jì)算點(diǎn)深度相應(yīng)下移，其豎向應(yīng)力也可按上述規(guī)定確定。②當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)地面作用滿布附加荷載q0時(shí)σ0k=q0

③當(dāng)距支護(hù)結(jié)構(gòu)b1外側(cè)，地表作用有寬度為b0的條形附加荷載q1時(shí)σ1k=q1b0/(b0+2b1)（2）基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值σajk計(jì)算：σajk=σrk402.水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值epjk計(jì)算（1）對(duì)于砂土及碎石土（2）對(duì)于粉土及黏性土作用于基坑底面以下深度zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：σpjk==γmjzj2.水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值epjk計(jì)算411.懸臂式樁墻計(jì)算1）側(cè)向壓力計(jì)算一般用朗金理論來計(jì)算不同深度z處每延米寬度內(nèi)的主、被動(dòng)土壓力強(qiáng)度σa，σp對(duì)于黏性土，式中的內(nèi)摩擦角用等代內(nèi)摩擦角

e代入20°～25°30°～35°40°～45°亞砂土、亞黏土、黏性土15°20°35°淤泥25°30°～35°40°種植土0.8<Sr≤1（飽和）0.5<Sr≤0.8（很濕）0<Sr≤0.5（稍濕）土的潮濕程度土的類別如有地下水或地面水時(shí)，根據(jù)土的透水性和施工方法來考慮靜水壓力對(duì)板樁的作用。5.2排樁、地下連續(xù)墻支護(hù)1.懸臂式樁墻計(jì)算1）側(cè)向壓力計(jì)算一般用朗金理論來計(jì)算不同深422）懸臂式板樁墻計(jì)算

墻身前側(cè)是被動(dòng)土壓力(bcd)，其合力為Ep1，并考慮有一定的安全系數(shù)K(一般取K=2)；在墻身后方為主動(dòng)土壓力(abe)，合力為EA；在樁下端還作用有被動(dòng)土壓力Ep2，計(jì)算時(shí)假定作用在樁端b點(diǎn)；考慮到Ep2的實(shí)際作用位置應(yīng)在樁端以上一段距離，在最后求得板樁的入土深度t后，再適當(dāng)增加10％~40％。按照板樁上所受土壓力計(jì)算出的每延米板樁跨間的最大彎矩（剪力為零處），并以此值設(shè)計(jì)板樁的厚度。懸臂式板樁墻的破壞一般是板樁繞樁底端b點(diǎn)以上的某點(diǎn)o轉(zhuǎn)動(dòng)。2）懸臂式板樁墻計(jì)算墻身前側(cè)是被動(dòng)土壓力(bcd)，其合力432.單支撐（錨碇式）板樁墻計(jì)算

1）下端作為簡(jiǎn)支時(shí)的板樁墻計(jì)算

①最小入土深度t：根據(jù)平衡條件取∑Mo＝0，則得②支撐反力Ts可根據(jù)水平力平衡方程求得，取∑H＝0，則③此外還應(yīng)計(jì)算每延米寬板樁跨間的最大彎矩，并以此Mmax值設(shè)計(jì)板樁的厚度。（σ=Mmax/W≤[σ]）（Q=0時(shí)M=Mmax）2.單支撐（錨碇式）板樁墻計(jì)算1）下端作為簡(jiǎn)支時(shí)的板樁墻計(jì)442）下端作為彈性嵌固支承的板樁墻計(jì)算假定Ep2作用在樁底b點(diǎn)處。入土深度t可按計(jì)算值適當(dāng)增加10％～40％；板樁墻的前側(cè)作用被動(dòng)土壓力Ep1不再考慮安全系數(shù)；由于板樁下端的嵌固點(diǎn)位置不知道，因此，不能用靜力平衡條件直接求解板樁的入土深度t

；板樁下部有一撓曲反彎點(diǎn)c，在c點(diǎn)以上板樁有最大正彎矩，c點(diǎn)以下產(chǎn)生最大負(fù)彎矩，撓曲反彎點(diǎn)c相當(dāng)于彎矩零點(diǎn)；在均勻砂土中，當(dāng)土表面無超載，墻后地下水位較低時(shí)反彎點(diǎn)的深度y與內(nèi)摩擦角的近似關(guān)系－0.007h0.08h0.25hy40°30°20°φ確定反彎點(diǎn)c的位置后，已知c點(diǎn)的彎矩等于零，則將板樁分成oc和cb兩段，根據(jù)平衡條件可求得板樁的入土深度t。1）經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法2）下端作為彈性嵌固支承的板樁墻計(jì)算假定Ep2作用在樁底b點(diǎn)45（2）等值梁法求出土壓力零點(diǎn)K的位置由等值梁AK

Ts由上段梁∑Mk＝0得到；Qk由上段梁∑Ms＝0得到

由等值梁KG求算板樁入土深度，取∑MG＝0由上式求得x后，板樁的最小入土深度為：t＝u＋1.2x由等值梁求算最大彎矩Mmax值。（2）等值梁法求出土壓力零點(diǎn)K的位置由等值梁AKTs由上46計(jì)算如圖所示，采用等值梁法計(jì)算板樁墻的入土深度t，及錨碇拉桿拉力T（基坑開挖深度h＝8m，錨桿位置在地面下1m。）解：由得到由等值梁ak

由等值梁kb，∑Mb=0，板樁埋入土中的深度為求Mmax：先求剪力為零點(diǎn)，即Mmax所在的位置，之后求得Mmax

計(jì)算如圖所示，采用等值梁法計(jì)算板樁墻的入土深度t，及錨碇拉桿473.多支撐板樁墻計(jì)算（1）等彎矩布置（2）等反力布置圖5-20多支撐板樁墻的位移及土壓力分布圖5-21多支撐板樁墻上土壓力的分布圖形a)板樁支撐；b)松砂；c)密砂；d)粘土γH>6cu；e)粘土γH<4cu多支撐板樁墻計(jì)算：連續(xù)梁法、簡(jiǎn)支梁法3.多支撐板樁墻計(jì)算（1）等彎矩布置圖5-20多支撐板485.3水泥土樁墻支護(hù)支護(hù)深度一般不大于6m，如果采用加筋水泥土樁墻等復(fù)合式水泥土樁墻，則支護(hù)深度可達(dá)到15m

1.水泥土樁墻計(jì)算

（1）土壓力計(jì)算對(duì)于水泥土樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，作用在其上的土壓力通常按朗金土壓力理論計(jì)算，但也有按梯形土壓力分布形式計(jì)算的（如圖5-23中虛線）。水壓力的計(jì)算既可按水土壓力合算也可水土壓力分算。（2）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算（3）抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算也可根據(jù)水泥土樁墻結(jié)構(gòu)基底的摩擦系數(shù)進(jìn)行計(jì)算5.3水泥土樁墻支護(hù)支護(hù)深度一般不大于6m，如果采用49（4）墻體厚度計(jì)算①當(dāng)水泥土墻底部位于碎石土或砂土?xí)r②當(dāng)水泥土墻底部位于黏性土或粉土中時(shí)當(dāng)按上述規(guī)定確定的水泥土墻厚度小于0.4h時(shí)宜取0.4h

（4）墻體厚度計(jì)算①當(dāng)水泥土墻底部位于碎石土或砂土?xí)r②當(dāng)50（5）正截面承載力驗(yàn)算①壓應(yīng)力驗(yàn)算：②拉應(yīng)力驗(yàn)算：（5）正截面承載力驗(yàn)算①壓應(yīng)力驗(yàn)算：②拉應(yīng)力驗(yàn)算：515.4土釘墻支護(hù)1.土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)包括土釘?shù)拈L(zhǎng)度、直徑、間距、傾角以及支護(hù)面層厚度等2.土釘墻支護(hù)計(jì)算1）土釘抗拉承載力計(jì)算單根土釘抗拉承載力計(jì)算應(yīng)符合下式要求：1.25γ0Tjk≤TujTjk=ζeajksxj

szj/cosαj對(duì)于基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)的土釘抗拉承載力設(shè)計(jì)值Tuj應(yīng)按試驗(yàn)確定，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為三級(jí)時(shí)可按下式計(jì)算2）土釘墻整體穩(wěn)定性驗(yàn)算5.4土釘墻支護(hù)1.土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定土釘墻支護(hù)結(jié)525.5基坑穩(wěn)定性分析1.基坑整體穩(wěn)定性分析2.支護(hù)結(jié)構(gòu)踢腳穩(wěn)定性分析5.5基坑穩(wěn)定性分析1.基坑整體穩(wěn)定性分析2.支護(hù)結(jié)構(gòu)533.基坑抗隆起穩(wěn)定性分析滑動(dòng)力矩

穩(wěn)定力矩圖5-29板樁支護(hù)的軟體滑動(dòng)面假設(shè)4.基坑抗?jié)B流穩(wěn)定性分析圖5-30基坑抽水后水頭差引起的滲流K·i·γw≤γ′

（1）坑底抗流砂穩(wěn)定性驗(yàn)算3.基坑抗隆起穩(wěn)定性分析滑動(dòng)力矩穩(wěn)定力矩圖5-29板樁54（2）基坑底土突涌穩(wěn)定性（2）基坑底土突涌穩(wěn)定性555.6地下水控制地下水控制方法及適用條件不限0.1~200.0填土、粉土、砂土、碎石土回灌不限不限黏性土、粉土、砂土、碎石土、可溶巖截水含水豐富的潛水、承壓水、裂隙水>51.0~200.0粉土、砂土、碎石土、可溶巖、破碎帶管井<200.1~20.0噴射井點(diǎn)單級(jí)<6；多級(jí)<200.1~20.0真空井點(diǎn)降水上層滯水或水量不大的潛