《地基與基礎(chǔ)工程》課件第6章-BW

第6章基坑開挖與降水§6.1概述§6.2基坑支護方法§6.3基坑支護之水土壓力§6.4基坑的穩(wěn)定計算§6.5排樁、地下連續(xù)墻設(shè)計計算§6.6基坑的地下水控制1本章學習要求：

掌握:常用基坑支護方法的原理、特點、適用條件；基坑支護結(jié)構(gòu)受力計算方法；基坑穩(wěn)定性驗算內(nèi)容、方法；基坑地下水控制方法。本章主要參考標準《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-99)第6章基坑開挖與降水2§6.1概述根本概念建筑基坑：為進行建(構(gòu))筑物根底及地下室施工而開挖的地面以下空間?；又苓叚h(huán)境：基坑開挖影響范圍內(nèi)包括既有建(構(gòu))筑物、道路、地下設(shè)施、地下管線、巖土體以及地下水體等體系的統(tǒng)稱。基坑支護：為保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的平安，對基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固和保護措施。3§6.1概述基坑工程：是指為建(構(gòu))筑物根底工程及其他地下工程施工所開展的基坑設(shè)計、開挖、降水、支護、土體加固及監(jiān)測等綜合性工程。4§6.1概述武漢陽邏長江大橋南錨碇深基坑(直徑70m,深61m,采用厚1.5m地下連續(xù)墻

)潤楊大橋北錨碇50m深基坑(矩形平面69m*50m,采用厚1.2m的嵌巖地下連續(xù)墻)5§6.1概述基坑工程的特點常采用臨時支護結(jié)構(gòu)，平安儲藏小，風險高：很強的地域性及個案性；屬綜合性很強的系統(tǒng)工程；涉及結(jié)構(gòu)、巖土、工程地質(zhì)及環(huán)境等多門學科，且與勘察、設(shè)計、施工、檢測等工作環(huán)環(huán)相扣，緊密聯(lián)系。較強的時空效應(yīng)；支護結(jié)構(gòu)荷載及其效應(yīng)的時空變異性對周邊環(huán)境會產(chǎn)生較大影響；開挖、降水均對基坑周邊環(huán)境產(chǎn)生影響6§6.1概述基坑工程的設(shè)計原那么及內(nèi)容6.1.4.1設(shè)計原那么(1)既保證支護結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定性、變形要求，又確保基坑周邊環(huán)境的平安；(2)設(shè)計方案的技術(shù)可行性；(3)設(shè)計方案的經(jīng)濟合理性.6.1.4.2設(shè)計內(nèi)容(1)基坑場地及周邊環(huán)境的詳細勘察；(2)支護體系方案的技術(shù)、經(jīng)濟比照及選型；(3)支護結(jié)構(gòu)設(shè)計及其強度、穩(wěn)定、變形驗算，基坑內(nèi)外土體穩(wěn)定性驗算；7§6.1概述(4)基坑降水、止水帷幕或支護墻抗?jié)B設(shè)計，基坑內(nèi)外土體的變形驗算(抗?jié)B、坑底突涌)；(5)基坑開挖施工方案與監(jiān)測方案設(shè)計?；又ёo設(shè)計的相關(guān)規(guī)定——《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120－993.1.1基坑支護結(jié)構(gòu)應(yīng)以分項系數(shù)表示的極限狀態(tài)設(shè)計表達式進行設(shè)計；3.1.2基坑支護極限狀態(tài)分以下兩類：承載能力極限狀態(tài)：對應(yīng)于支護結(jié)構(gòu)到達最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導致支護結(jié)構(gòu)或基坑周邊環(huán)境破壞。8§6.1概述正常使用極限狀態(tài)：對應(yīng)于支護結(jié)構(gòu)的變形已阻礙地下工程施工或影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能。3.1.3基坑支護設(shè)計應(yīng)按下表選用相應(yīng)的側(cè)壁平安等級及重要性系數(shù)：9§6.1概述3.1.6根據(jù)基坑承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計要求，基坑工程應(yīng)按以下規(guī)定進行計算和驗算：1.基坑工程均應(yīng)進行承載能力極限狀態(tài)計算，內(nèi)容包括：根據(jù)基坑支護形式及其受力特點，進行土體穩(wěn)定性計算；基坑支護結(jié)構(gòu)受壓、受彎、受剪承載力計算;當有錨桿或支撐時，應(yīng)進行其承載力計算和穩(wěn)定性驗算；10§6.1概述2.對平安等級為一級及對支護結(jié)構(gòu)變形有限定的二級基坑側(cè)壁，應(yīng)對周邊環(huán)境及支護結(jié)構(gòu)變形進行驗算。3.地下水控制計算和驗算抗?jié)B透穩(wěn)定性驗算；基坑底突涌穩(wěn)定性驗算；按支護結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進行地下水位控制計算.11§6.2基坑支護方法6.2.0概述

常見的基坑支護結(jié)構(gòu)的類型如下：放坡開挖及簡易支護；懸臂式支護結(jié)構(gòu)；水泥土樁墻支護結(jié)構(gòu)；拉錨式支護結(jié)構(gòu)；土釘墻支護結(jié)構(gòu)；內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)；其他支護結(jié)構(gòu)。12§6.2基坑支護方法放坡開挖及簡易支護原理：按一定坡度，保持土體自穩(wěn)，必要時支護。特點：施工簡便、費用低；挖土及回填土方量大。適用條件：土質(zhì)較好、深度不大、具有充足的施工場地時，坑壁平安等級宜為三級。13§6.2基坑支護方法懸臂式支護結(jié)構(gòu)方法：不設(shè)內(nèi)撐和錨拉結(jié)構(gòu)，靠支護結(jié)構(gòu)入土深度提供支護力，如板樁、排樁墻。原理：靠支護結(jié)構(gòu)足夠的入土深度和抗彎能力提供支護反力，保持側(cè)壁穩(wěn)定。特點：對開挖深度敏感，容易產(chǎn)生較大變形，支護結(jié)構(gòu)彎矩較大。適用條件：地基土質(zhì)較好、開挖深度較淺(通常支護高度<5m)。板樁適用：坑壁平安等級為二、三級；排樁適用：坑壁平安等級為一、二、三級.14§6.2基坑支護方法15§6.2基坑支護方法水泥土樁墻支護結(jié)構(gòu)方法：通過深層攪拌機械將水泥和土拌和成具有一定強度的水泥土樁，作為支護結(jié)構(gòu)。原理：利用攪拌成形的具有一定強度的水泥土樁提供支護力，一種重力擋土墻結(jié)構(gòu)。特點：就地取才，施工方便。適用條件：淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土?；由疃炔灰舜笥?m?？颖谄桨驳燃壱藶槎?、三級16§6.2基坑支護方法17§6.2基坑支護方法拉錨式支護結(jié)構(gòu)方法：擋土結(jié)構(gòu)和外拉結(jié)構(gòu)組合而成的支護結(jié)構(gòu)。擋土結(jié)構(gòu)常采用鋼筋混凝土樁和地下連續(xù)墻。外拉結(jié)構(gòu)常采用地面拉錨和土層錨桿。原理：利用擋土結(jié)構(gòu)和外力結(jié)構(gòu)組合提供支護力。特點：支護力大、施工簡便、經(jīng)濟。適用條件：地面拉錨適用于地面開闊、無障礙的小型基坑；土層錨桿適合于深部有較好土層的地層，不宜用于軟粘土地層?？颖谄桨驳燃壱藶槎?、三級18§6.2基坑支護方法19§6.2基坑支護方法土釘墻支護結(jié)構(gòu)方法：由被加固土體、土釘(細長金屬桿)和噴射混凝土面板組成的支護結(jié)構(gòu)。原理：利用被加固土體、土釘和噴砼面板組合成類似重力擋土墻的結(jié)構(gòu)，提供支護力。特點：施工簡便、適應(yīng)性強、應(yīng)用范圍廣。適用條件：適合于地下水位以上的粘性土、砂土和碎石土地層，不宜用于淤泥或淤泥質(zhì)土?；由疃炔灰舜笥?2m?？颖谄桨驳燃壱藶槎⑷?提示：注意錨桿、土釘在支護機理方面的異同！見周景星教材P265~266!20§6.2基坑支護方法21§6.2基坑支護方法內(nèi)支撐式支護結(jié)構(gòu)方法：“內(nèi)支外護”，由圍護和內(nèi)撐體系組成。圍護體系常用鋼筋混凝土樁、鋼板樁、地下連續(xù)墻。內(nèi)撐體系可采用水平支撐或斜支撐，常采用木方、鋼筋混凝土、鋼管或型鋼等。原理：利用圍護結(jié)構(gòu)和內(nèi)撐結(jié)構(gòu)組成空間受力體系，提供支護力。特點：支護力大、適應(yīng)性強、支撐體系占據(jù)施工空間。適用條件：各種類型地基土；一般與圍護結(jié)構(gòu)共同使用。22§6.2基坑支護方法23§6.2基坑支護方法支撐結(jié)構(gòu)：基坑深度較大，懸臂擋墻強度和變形不能滿足要求時，需增設(shè)支撐系統(tǒng)。支撐結(jié)構(gòu)的分類：平面布置形式：圍檁、水平支撐、立柱組成對撐：貫穿基坑全長或全寬；角撐：基坑角部鄰邊；八字撐：對撐端部；環(huán)形撐.24角撐對撐環(huán)形支撐§6.2基坑支護方法25§6.2基坑支護方法26材料鋼管:優(yōu)點：自重小，裝、拆方便，可復用。隨挖隨撐，可施加預(yù)應(yīng)力。缺點：剛度小，節(jié)點多。設(shè)計、施工不當易變形。鋼筋混凝土:優(yōu)點:剛度大、現(xiàn)澆節(jié)點牢固，可靠性高，適用于平面支撐復雜體系。缺點：自重大、養(yǎng)護時間長、材料不能重復使用，撤除困難?！?.2基坑支護方法27布置要點因地制宜,經(jīng)濟合理：支撐材料與體系布置據(jù)基坑平面形狀和尺寸，綜合技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)化；平安可靠：支撐體系受力明確，充分發(fā)揮桿件的力學性能，在穩(wěn)定性和控制變形方面滿足對周圍環(huán)境保護的設(shè)計標準要求。方便施工：在平安可靠的前提下，體系布置應(yīng)最大限度地方便土方開挖和主體結(jié)構(gòu)快速施工要求。§6.2基坑支護方法28§6.2基坑支護方法地下連續(xù)墻定義：在泥漿護壁條件下，利用專門的成槽機械，在地面開挖狹長的深槽，槽內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，澆注混凝土，形成的地下鋼筋混凝土連續(xù)墻。注：按支護機理，應(yīng)屬懸臂式支護結(jié)構(gòu)，但支護深度大。工程應(yīng)用：基坑圍護結(jié)構(gòu)：擋土、防滲、截水、抗滑；建筑物根底：承受上部結(jié)構(gòu)荷載；用作地下結(jié)構(gòu)邊墻。用于基坑支護時，坑壁平安等級可為一、二、三級.29§6.2基坑支護方法主要工序：修筑導墻；制備泥漿；挖槽；鋼筋籠吊裝；槽段的連接；混凝土澆筑；鎖口管起拔；開挖支護。30§6.2基坑支護方法修筑導墻：導墻作用：挖槽導向、防止槽段上口塌方、存蓄泥漿和作為測量的基準，承受施工荷載。導墻結(jié)構(gòu)：現(xiàn)澆鋼筋混凝土。深度一般1～2m，頂面高出施工地面，防止地面水流入槽段。3132§6.2基坑支護方法制備泥漿：泥漿作用：護壁、攜渣、潤滑.泥漿材料：膨潤土。泥漿性質(zhì)：密度；粘度；失水量；PH值；穩(wěn)定性.33§6.2基坑支護方法挖槽：導桿抓斗；多頭鉆成槽機.34§6.2基坑支護方法鋼筋籠吊裝：應(yīng)采用橫吊梁或吊架；吊點布置和起吊方式要控制鋼筋籠變形。35鋼筋籠吊放36§6.2基坑支護方法槽段連接：直接關(guān)系到墻體抗?jié)B性最常用是接頭管方式。37鎖口管吊放386混凝土澆筑397鎖口管起拔408開挖和支護地鐵車站基坑41§6.2基坑支護方法地下連續(xù)墻的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：施工振動小，噪音低，適于在城市施工；能緊鄰相鄰建筑及地下管線施工，沉降及變位易控制；墻體剛度大、整體性好，結(jié)構(gòu)和地基的變形都較小，既可用于超深圍護結(jié)構(gòu)，也可用于主體結(jié)構(gòu)；為整體連續(xù)結(jié)構(gòu)，墻厚一般≥60cm，鋼筋保護層較大，耐久性好，抗?jié)B性能也較好；可用于逆作法施工42§6.2基坑支護方法缺點：棄土及廢泥漿處理：增加了工程費用，處理不當易污染環(huán)境.地質(zhì)和施工條件的適應(yīng)性:最適于軟塑、可塑粘性土層。地層條件復雜時，施工難度增加，影響工程造價。槽壁坍塌：地下水位急劇上升、護壁泥漿液面急劇下降、有軟弱疏松或砂性夾層、泥漿的性質(zhì)43§6.2基坑支護方法不當或已經(jīng)變質(zhì)、施工管理不當?shù)?，都可引起槽壁坍塌。槽壁坍塌輕那么引起墻體混凝土超方和結(jié)構(gòu)尺寸超出允許的界限，重那么引起相鄰地面沉降、坍塌，危害鄰近建筑和地下管線的平安。44§6.2基坑支護方法地下連續(xù)墻的工程適用條件：基坑深度≥10m；軟土地基或砂土地基；在密集的建筑群中施工基坑，對周圍地面沉降、建筑物的沉降要求須嚴格限制；圍護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合，用作主體結(jié)構(gòu)的一局部，對抗?jié)B有較嚴格要求；采用逆作法施工，內(nèi)襯與護壁形成復合結(jié)構(gòu)的工程。45§6.2基坑支護方法6.2.8SMW(SoilMixingWall)工法連續(xù)墻定義：又稱加勁水泥土地下連續(xù)墻。利用多軸攪拌機鉆進切削土體，同時注入水泥漿液，經(jīng)充分攪拌混合后，再將H型鋼或其他型材插入攪拌樁體內(nèi)，形成地下連續(xù)墻體，作為擋土和止水結(jié)構(gòu).注：本方法亦屬地下連續(xù)墻，屬懸臂式支護。主要工序：導溝開挖，導軌鋪設(shè)；鉆掘攪拌，原位成樁；補強材(H型鋼)置入固定。注意：支護使命結(jié)束，型鋼拔除回收。46§6.2基坑支護方法優(yōu)點：施工對鄰近土體、周圍環(huán)境影響?。粔w連續(xù)性好，具有良好的止水性；構(gòu)造簡單、工期短；造價低；排土少，環(huán)境污染小。適用:土性條件：粘性土、粉土、砂土、砂礫土。成墻厚度550～1300mm(常用600mm)；成墻最大深度目前為65m，視地質(zhì)條件尚可更深。47§6.2基坑支護方法48§6.2基坑支護方法49§6.2基坑支護方法其他形式的支護結(jié)構(gòu)雙排樁支護結(jié)構(gòu)連拱式支護結(jié)構(gòu)逆作拱墻支護結(jié)構(gòu)豎直≤2.5m水平8～10m50§6.2基坑支護方法6.2.10基坑支護方案的比選1.開挖深度≤6m〔一層地下室〕 軟土地區(qū)軟弱土層、地下水位較高時方案1：攪拌樁〔格構(gòu)式〕擋土墻；方案2：灌注樁后加攪拌樁或旋噴樁止水，設(shè)一道支撐；方案3：環(huán)境允許，鋼板樁或預(yù)制混凝土板樁，設(shè)1-2道支撐；方案4：狹長的排管工程采用主柱橫檔板或打設(shè)鋼板樁設(shè)支撐方案5：可應(yīng)用SMW工法 51§6.2基坑支護方法地質(zhì)條件較好、地下水位較低時方案1：場地允許可放坡開挖；方案2：以挖孔灌注樁或鉆孔灌注樁做成懸臂式擋墻，需要時亦可設(shè)一道拉錨或錨桿；方案3：土層適于打樁，同時環(huán)境又允許打樁時，可打設(shè)鋼板樁52§6.2基坑支護方法2.開挖深度6~11m〔二層地下室〕 軟土地區(qū)軟弱土層、地下水位較高時方案1：灌注樁后加攪拌樁或旋噴樁止水，設(shè)一至二道支撐；方案2：圍護結(jié)構(gòu)作永久結(jié)構(gòu)的可采用設(shè)支撐的地連墻；方案3：環(huán)境條件允許時，可打設(shè)鋼板樁，設(shè)二至三道支撐；方案4：可應(yīng)用SMW工法；方案5：較長排管工程，采用鋼板樁，設(shè)3-4道支撐，或灌注樁后加必要的降水帷幕，設(shè)3-4道支撐 53§6.2基坑支護方法地質(zhì)條件較好、地下水位較低時方案1：挖孔灌注樁或鉆孔灌注樁加錨桿或內(nèi)支撐；方案2：鋼板樁支撐并設(shè)數(shù)道拉錨；方案3：較陡的放坡開挖，坡面用噴錨混凝土及錨桿支護，亦可用土釘墻54§6.2基坑支護方法3.開挖深度11~14m〔三層地下室〕 軟土地區(qū)軟弱土層、地下水位較高時方案1：灌注樁后加攪拌樁或旋噴樁止水，設(shè)三至四道支撐；方案2：對于環(huán)境要求高的，或要求圍護結(jié)構(gòu)兼作永久結(jié)構(gòu)的，采用設(shè)支撐的地下連續(xù)墻，可逆筑法，半逆筑法施工；方案3：可應(yīng)用SMW工法；方案4：對于特種地下構(gòu)筑物，在一定條件下可采用沉井〔箱〕.55§6.2基坑支護方法地質(zhì)條件較好、地下水位較低時方案1：挖孔灌注樁或鉆孔灌注樁加錨桿或內(nèi)支撐；方案2：局部地區(qū)地質(zhì)條件差，環(huán)境要求高的可采用地下連續(xù)墻作臨時圍護結(jié)構(gòu)，亦可兼作永久結(jié)構(gòu)，采用順筑法或逆筑法，半逆筑法施工；方案3：可研究應(yīng)用SMW工法56§6.2基坑支護方法4.開挖深度>14m〔四層以上地下室或特殊結(jié)構(gòu)〕軟土地區(qū)軟弱土層、地下水位較高時方案1：有支撐的地下連續(xù)墻作臨時圍護結(jié)構(gòu)，亦可兼作主體結(jié)構(gòu)，采用順筑法或逆筑法，半逆筑法施工；方案2：對于特殊地下構(gòu)筑物，特殊情況下可采用沉井〔箱〕57§6.2基坑支護方法地質(zhì)條件較好、地下水位較低時方案1：有經(jīng)驗、工程實例前提下，可采用挖孔灌注樁或鉆孔灌注樁加錨桿或內(nèi)支撐；方案2：采用地下連續(xù)墻作臨時圍護結(jié)構(gòu)，亦可兼作永久結(jié)構(gòu)，采用順筑法或逆筑法，半逆筑法施工；方案3：可應(yīng)用SMW工法。58§6.3基坑支護之水土壓力土壓力及其影響因素——土力學內(nèi)容6.3.1.1根本概念靜止土壓力：主動土壓力：被動土壓力：59§6.3基坑支護之水土壓力6.3.1.2支護結(jié)構(gòu)上土壓力的影響因素(1)支護結(jié)構(gòu)的變形；(2)基坑開挖支護狀況；(3)土體類別與性質(zhì)；(4)其他因素：基坑開挖時空效應(yīng)；地下水形態(tài)及降排方式；地面堆載、施工設(shè)備超載；相鄰建筑物的影響。60§6.3基坑支護之水土壓力6.3.2支護結(jié)構(gòu)上的水壓力6.3.2.1地下水賦存形態(tài)及土壓力計算(1)上層滯水定義：賦存于包氣帶(地表與潛水面之間的地帶)中局部隔水透鏡體上方的水.特點：分布范圍有限；具有自由水面；受大氣降水、地表水補給，不穩(wěn)定。工程影響：水土壓力計算時，對于弱透水性地層中的上層滯水，可不考慮靜水壓力，按飽和重度計算水土壓力.61§6.3基坑支護之水土壓力承壓水潛水上層潛水包氣帶62§6.3基坑支護之水土壓力(2)潛水定義：賦存于地表下第一隔水層上面的水特點：受大氣降水、地表水補給；具自由水面.工程影響：水壓按靜水壓力計算；潛水位以下的砂層，水土壓力分算，土體重度取有效重度；潛水位以下的弱隔水層，水土壓力合算，土體重度取飽和重度。63§6.3基坑支護之水土壓力(3)承壓水定義：賦存于兩個隔水層之間的有壓水.特點：上下部均有隔水層；承壓,無自由水面.工程影響：基坑下部有承壓水時，有基底土體隆起甚至突涌破壞危險，需驗算滲流穩(wěn)定性。64§6.3基坑支護之水土壓力6.3.2.1基坑內(nèi)排水情況下均勻土層內(nèi)的水壓力基坑開挖過程中水壓力的變化特點：通常采取降、排水措施；基坑內(nèi)外存在水頭差，發(fā)生滲流；水的滲流狀態(tài)與地層滲透系數(shù)、基坑開挖速度等有關(guān)；嚴格來講，基坑內(nèi)外水壓力應(yīng)考慮滲流過程進行計算.65§6.3基坑支護之水土壓力基坑快速開挖、土體滲透性差時：基坑內(nèi)外地下水滲流難以到達穩(wěn)定狀態(tài)，水壓力隨時間不斷變化；簡化方法：按“凈水壓力”計算66§6.3基坑支護之水土壓力考慮滲流時的基坑內(nèi)外水壓力計算：基坑內(nèi)外滲流時水頭損失取決于水力坡降和路徑;支護結(jié)構(gòu)底部內(nèi)、外水壓相等(“凈水壓力”為零)。z水力坡降i67§6.3基坑支護之水土壓力68§6.3基坑支護之水土壓力考慮滲流時基坑內(nèi)外土壓力的計算：滲流對土顆粒產(chǎn)生同方向的“滲流力”；應(yīng)考慮“滲流力”對土體豎向應(yīng)力的改變；土體豎向應(yīng)力直接影響側(cè)向土壓力的大小。關(guān)于考慮滲流時，水、土壓力的計算可參考：湯連生等.考慮地下水滲流的基坑水土壓力計算新圖式[J].巖土力學,2004,25(4):565~569注：該文章第566頁，式(6)中“2”誤“z”，式(6)下面一段中，B點水壓力表達式亦有誤！69§6.3基坑支護之水土壓力6.3.3水土壓力計算6.3.3.1地下水位以上水土壓力計算基坑工程：地表一般呈水平狀態(tài)；計算方法：朗肯(Rankine)土壓力理論基坑外側(cè)：主動土壓力；基坑內(nèi)側(cè)：被動土壓力。注：1〕回憶Rankine、Coulomb土壓力理論的公式由來、適用條件！2〕理解土性分層、頂面存在超載、存在地下水條件下的土壓力計算方法！70§6.3基坑支護之水土壓力6.3.3.1地下水位以下水土壓力計算無粘性土(碎石、砂土等)—水土壓力分算；土取有效重度；土的強度指標：有效應(yīng)力指標。粘性土——水土壓力合算土取飽和重度；土的強度指標：快剪指標.注：分算/合算之關(guān)鍵，在于土體能否自由傳遞靜水壓力！分算、合算涉及土體抗剪強度指標(快剪/慢剪/固結(jié)快剪)選擇，較復雜！71§6.3基坑支護之水土壓力重點推薦的學術(shù)文章：關(guān)于水土壓力的分算與合算:李廣信.基坑支護結(jié)構(gòu)上水土壓力的分算與合算[J].巖土工程學報,2000,22(3):348~352陳愈炯,溫彥峰.基坑支護結(jié)構(gòu)上的水土壓力[J].巖土工程學報,1999,21(2):139~143魏汝龍.再論總應(yīng)力法及水和土壓力——與陳愈教授商榷.巖土工程學報,1999,21(4):509~51072§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.1基坑工程的失效形式基坑整體失穩(wěn)破壞；基坑底土體隆起破壞；圍護結(jié)構(gòu)滑移破壞；圍護結(jié)構(gòu)傾覆破壞；圍護結(jié)構(gòu)底部地基破壞；圍護結(jié)構(gòu)“踢腳”失穩(wěn)；圍護結(jié)構(gòu)的自身結(jié)構(gòu)性破壞；止水帷幕功能失效及坑底滲透變形破壞；支錨體系失穩(wěn)破壞。73§6.4基坑的穩(wěn)定計算基坑壁失穩(wěn),道路塌陷74§6.4基坑的穩(wěn)定計算土釘墻的垮塌75§6.4基坑的穩(wěn)定計算地連墻失穩(wěn)76§6.4基坑的穩(wěn)定計算支撐結(jié)構(gòu)自身破壞77§6.4基坑的穩(wěn)定計算鋼支撐圍護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)78§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.2基坑的一般穩(wěn)定驗算6.4.2.1基坑整體穩(wěn)定性驗算(1)破壞形式：坑壁土體及圍護結(jié)構(gòu)整體滑移，圍護結(jié)構(gòu)上部向坑外傾倒，底部向坑內(nèi)移動，坑底土體隆起，坑外地面下陷?；诱w失穩(wěn)79基坑整體穩(wěn)定性驗算(P190,6-38)(2)驗算公式：以下為根本公式；注意：滑動面過樁體、含水壓力情況下的公式.土體強度指標：快剪指標，或三軸試驗中的不排水強度指標。目的：確定支護結(jié)構(gòu)的嵌固深度80§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.2.2基坑底隆起破壞(1)破壞形式：受基坑內(nèi)外豎向壓力差作用，坑外土體過量沉陷，坑底土體嚴重隆起破壞。通常發(fā)生在軟土基坑中；基坑底部隆起變形較大時，表示土體中的塑已較嚴重，如圍護結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐能形成整體性好的體系，那么塑流僅引起坑外地面下沉，影響環(huán)境平安；如采用自立式結(jié)構(gòu)或節(jié)點強度差的支撐體系，隆起可能是整體失穩(wěn)的前兆；穩(wěn)定性不能得到有效控制，將發(fā)生整體性失穩(wěn)。81§6.4基坑的穩(wěn)定計算(2)驗算方法之一:考慮墻體極限彎矩的抗隆起分析假定:滑動面是過墻底的圓弧面;開挖面下墻體抵抗土體隆起。滑動力矩MS,L:開挖深度以上墻后土重及地表超載.抗滑力矩MR,L:豎向滑動面摩阻力；圓弧滑動面摩阻力；墻體極限抵抗矩.82§6.4基坑的穩(wěn)定計算抗隆起平安系數(shù):KL=MR,L/MS,L≥1.2~1.3計算流程：選定墻體入土的不同嵌固深度；開展抗隆起平安性驗算；KL為最小值時的入土深度為所求嵌固深度.方法適用：適用于中等強度和較軟弱的粘性土地層。83太沙基和普朗特坑底抗隆起穩(wěn)定性驗算(3)驗算方法之二:太沙基和普朗特抗隆起分析假定:墻底平面視為求地基承載力的基準面;參照地基整體滑動破化形態(tài)及承載力公式開展驗算?；瑒恿豈S,L:開挖深度以上墻后土重及地表超載.抗滑力矩MR,L:滑動土體的抗剪強度；墻底平面以上坑內(nèi)土體自重(相當于基底以上超載).84太沙基和普朗特坑底抗隆起穩(wěn)定性驗算抗隆起平安系數(shù):

85基坑底軟土抗隆起穩(wěn)定性驗算(4)驗算方法之三:坑底軟土抗隆起分析抗隆起平安系數(shù):86§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.2.3基坑底滲流穩(wěn)定性驗算(1)破壞形式：流砂或流土破壞：砂土等透水性地層中，受基坑內(nèi)外水頭差作用,水力梯度超過臨界梯度時,出現(xiàn)流砂或流土.坑底土體突涌破壞：坑底以下存在承壓含水層時，隔水層厚度缺乏將無法抵抗含水層水壓力，導致坑底土體突涌。87§6.4基坑的穩(wěn)定計算(2)流砂、流土驗算公式：88§6.4基坑的穩(wěn)定計算(3)坑底土體突涌驗算公式：··hsPw

89§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.2.4圍護結(jié)構(gòu)傾覆失穩(wěn)破壞(1)破壞形式：在坑外主動土壓力的作用下，圍護結(jié)構(gòu)繞其下部的某點轉(zhuǎn)動，圍護結(jié)構(gòu)頂部向坑內(nèi)傾倒破壞。主要發(fā)生在重力或懸臂式圍護結(jié)構(gòu)。(2)說明：抗傾覆力矩：圍護結(jié)構(gòu)自重、坑底被動抗力的力矩。傾覆力矩：墻后主動土壓力、墻底水的揚壓力;關(guān)于轉(zhuǎn)動中心的位置：傳統(tǒng)方法是將轉(zhuǎn)動中心放在圍護結(jié)構(gòu)的前趾；但也有認為繞前趾上面或下面的某一點轉(zhuǎn)動較合理，特別是軟土地區(qū)因基底土較軟弱，前趾有下沉可能。90§6.4基坑的穩(wěn)定計算(3)重力式擋墻抗傾覆穩(wěn)定驗算公式:91§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.2.5圍護結(jié)構(gòu)水平滑移破壞(1)破壞形式：主要發(fā)生在重力式結(jié)構(gòu)中，在坑外主動土壓力作用下，圍護結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)平移。(2)說明：抗滑移的阻力：底面摩阻力、粘聚力、內(nèi)側(cè)被動土壓力?；瑒恿Γ簤笾鲃油翂毫Α⑺畨毫狭?。當坑底土軟弱或圍護結(jié)構(gòu)底部的地基土軟化時，墻體發(fā)生滑移失穩(wěn)92§6.4基坑的穩(wěn)定計算(2)抗水平滑移驗算公式:93§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.2.6基坑支護結(jié)構(gòu)踢腳破壞(1)破壞形式：在側(cè)向水土壓作用下，基坑支護結(jié)構(gòu)繞水平支撐點的轉(zhuǎn)動失穩(wěn)破壞。主要發(fā)生在內(nèi)支撐或錨拉支護體系基坑；單支撐的基坑中，可能發(fā)生撓支撐點轉(zhuǎn)動：圍護結(jié)構(gòu)上部向坑外傾倒、下部向上翻的失穩(wěn)模式，故形象地稱為“踢腳”失穩(wěn)。多支撐的圍護結(jié)構(gòu)中一般不會產(chǎn)生踢腳失穩(wěn)，除非其它支撐都已失效，只有一道支撐起作用的情況。

94§6.4基坑的穩(wěn)定計算(2)踢腳失穩(wěn)驗算公式:Ep95§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.3重力式水泥土擋墻的穩(wěn)定性驗算6.4.3.1抗傾覆穩(wěn)定性驗算——見前文6.4.3.2抗水平滑移穩(wěn)定性驗算——見前文6.4.3.3墻底地基承載力驗算——略6.4.3.4墻身強度驗算——略參見周景星教材P27996§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.4土釘墻的穩(wěn)定性驗算根本概念：土釘墻：采用土釘加固土體與護面等組成的支護結(jié)構(gòu)。土釘：安設(shè)于土體鉆孔內(nèi)，通過灌漿形成受拉桿體，提高土體抗剪強度及整體性的加筋材料.土層錨桿：由設(shè)置于鉆孔內(nèi)，端部深入到穩(wěn)定土層中的鋼筋或鋼絞線與孔內(nèi)注漿體形成的受拉桿體。97§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.4.1整體抗圓弧滑動穩(wěn)定性驗算滑動力：土條自重力(含頂面超載)沿滑動面切向分量.阻滑力：土條底端面上的粘聚力；自重力(含頂面超載)沿滑動面的法向分量引起的摩擦阻力；土釘拉力沿沿滑動面的切向分量，及其法向分量引起的摩擦阻力.98§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.4.1整體抗圓弧滑動穩(wěn)定性驗算99§6.4基坑的穩(wěn)定計算100§6.4基坑的穩(wěn)定計算6.4.4.2土釘?shù)目估畏€(wěn)定性驗算pajsxjszjαj101§6.5排樁、地下連續(xù)墻的設(shè)計計算6.5.1嵌固深度確實定6.5.1.1懸臂式支護結(jié)構(gòu)xt凈土壓線102§6.5排樁、地下連續(xù)墻的設(shè)計計算6.5.1.2具有單層支點的支護結(jié)構(gòu)xt凈土壓線103§6.5排樁、地下連續(xù)墻的設(shè)計計算6.5.1.3《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120-99關(guān)于嵌固深度的規(guī)定3.多層支點排樁、地下連續(xù)墻嵌固深度按圓弧滑動簡單條分法確定(見規(guī)程附錄D)；4.按上述方法確定的懸臂結(jié)構(gòu)、單層支點支護結(jié)構(gòu)的嵌固深度hd<0.3h時，宜取hd＝0.3h

;多層支點結(jié)構(gòu)hd<0.2h，宜取hd＝0.2h.104§6.5排樁、地下連續(xù)墻的設(shè)計計算4.1.2當基坑底為碎石土與砂土，基坑內(nèi)排水且作用有滲透水壓力時，側(cè)向截水的排樁、地下連續(xù)墻的嵌固深度還應(yīng)滿足以下抗?jié)B透穩(wěn)定性條件：例題——自學！例6-1P283-284例6-2P288-289105§6.5排樁、地下連續(xù)墻的設(shè)計計算土層錨桿與支撐體系作用：減小嵌固深度；減小支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力；減小坑壁側(cè)移與墻后地表沉降，減輕對周邊環(huán)境的影響。106§6.5排樁、地下連續(xù)墻的設(shè)計計算6.5.2.1土層錨桿適用：土質(zhì)好(非軟粘土)，有施工條件的場地.錨桿抗拉承載力設(shè)計值確實定1.現(xiàn)場錨桿拉拔試驗法抗拉承載力設(shè)計值＝極限承載力/Fs;適用：坑壁平安等級為一級，或缺乏地區(qū)經(jīng)驗的二級基坑。2.公式計算法適用：具有地區(qū)經(jīng)驗的二級基坑坑壁，以及平安等級為三級的基坑坑壁錨桿長度：107§6.5排樁、地下連續(xù)墻的設(shè)計計算錨桿長度：錨固段.自由段：超過滑動破裂面。108§6.5排樁、地下連續(xù)墻的設(shè)計計算6.5.2.2內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算：結(jié)構(gòu)力學方法立柱：受壓構(gòu)件；腰梁：多跨連續(xù)梁.具體的荷載取值、計算方法參見:《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120-99109§6.6基坑的地下水控制基坑工程中控制地下水的必要性地下水作用：影響巖土性狀、建筑穩(wěn)定和耐久性浮托作用;滲流：潛蝕、流砂、涌土;靜水壓力;物理－化學作用：土體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕地下水控制目的：獲得基坑開挖的干作業(yè)空間；保證基坑邊坡和底板的穩(wěn)定性；保證基坑周邊環(huán)境的平安及正常使用。110§6.6基坑的地下水控制地下水控制的原理與方法原理：截水、防滲：基坑周圍或底部形成止水帷幕排水、降水：需防控降水誘發(fā)的不均勻沉降方法：截水；集水明排；井點降水；回灌；引滲.111§6.6基坑的地下水控制6.6.3截水基坑周圍或底部形成止水帷幕，常用防滲墻。防滲墻：一般應(yīng)深入不透水地層，也可采用懸掛式垂直防滲與坑內(nèi)水平防滲相結(jié)合的方案.常用形式：鋼筋混凝土地連墻;SMW;旋噴樁；攪拌樁；注漿帷幕.112§6.6基坑的地下水控制6.6.4集水明排基坑開挖及根底施工、養(yǎng)護期間，基坑四周開挖集水溝，聚集坑壁及坑底滲水，并引向集水井。特點：設(shè)備簡單，費用低；可單獨使用，也可與其他方法聯(lián)合使用。適用：適用于涌水量不大、坑壁土體較穩(wěn)定的工程；單獨使用時，降水深度不大于5m。為防止抽水引發(fā)流砂，飽和粉細砂層防止采用.113§6.6基坑的地下水控制114§6.6基坑的地下水控制6.6.4降水法基坑周圍地層中，埋設(shè)帶濾管的降水工具，在不擾動土體結(jié)構(gòu)的條件下，抽排地下水。分類：輕型井點；噴射井點；管井井點；深井泵井點;電滲井點。115§6.6基坑的地下水控制輕型井點降水：利用真空作用抽水。系統(tǒng)由濾管、集水總管、連接管和抽水設(shè)備等組成。特點：能有效攔截地下水流入基坑，有利于保持邊坡和樁間土穩(wěn)定。占用場地大、設(shè)備多、投資大。適用條件：粘土、粉土、砂土、填土等滲透系數(shù)較小，k=0.1~20(或50)m/d的地層。降水深度為3～6m時，采用單排井點；6～12m可采用雙排井點。116§6.6基坑的地下水控制117§6.6基坑的地下水控制噴射井點降水；噴射井點一般有噴水和噴氣兩種，井點系統(tǒng)由噴射器、高壓水泵和管路組成。特點：降水深度大、管網(wǎng)復雜、效率低、本錢高。適用條件：粘土、粉土、砂土、填土等滲透系數(shù)較小，k=0.1~20(或50)m/d的地層；適用于降水深度較大(8~20m)的降水工程。粗砂等大粒徑土層中，循環(huán)水流大，經(jīng)濟性差，不宜采用，可采用深井泵。118§6.6基坑的地下水控制噴射井點降水系統(tǒng)：119§6.6基坑的地下水控制管井井點降水又稱大井抽水。利用鉆孔成井，在基坑外側(cè)每隔一定距離設(shè)置一個井管，每個井管安裝一臺或幾個井管合用一臺抽水泵，同時抽水。特點：井壁管直徑一般大于200mm，排水量大、排水效果好、設(shè)備簡單、易于維護。

適用條件：適用于滲透系數(shù)為1(或20)~200m/d的土層；降水深度為3~5m。120§6.6基坑的地下水控制管井井點降水系統(tǒng)：121§6.6基坑的地下水控制深井泵井點降水利用鉆孔成井，多采用單井單泵(潛水泵或深井泵)抽取地下水。特點：排水量大，降水深(可達50m)；不受吸程限制，排水效果好；井距大，對平面布置干擾小。適用條件：適用于中、強透水含水層(如砂礫、砂卵石等)，滲透系數(shù)為10~250m/d；降水深度大于15m的降水工程。122§6.6