基坑支護工程專業(yè)知識講座

基坑支護工程專業(yè)知識講座基坑支護工程專業(yè)知識講座第1頁基坑開挖是基礎(chǔ)和地下工程施工中一個古老傳統(tǒng)課題。同時又是一個綜合性巖土工程難題，既包括土力學(xué)中經(jīng)典強度與穩(wěn)定問題，又包含了變形問題，同時還包括到土與支護結(jié)構(gòu)共同作用。實踐證實基坑工程是實踐性很強巖土工程問題?；臃€(wěn)定性、支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形以及周圍地層位移對周圍建筑物和地下管線影響及保護計算分析，當前尚吧能準確地得出定量結(jié)果，不過，相關(guān)地基穩(wěn)定及變形理論，對處理這類實際工程問題依然有非常主要指導(dǎo)意義，故當前在基坑工程實踐中采取理論導(dǎo)向、量測定量和經(jīng)驗判斷三者相結(jié)合方法?；庸こ虖V義上講應(yīng)包含勘察、支護結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、監(jiān)測和周圍環(huán)境保護等幾個方面內(nèi)容?；又ёo工程專業(yè)知識講座第2頁內(nèi)容一、基坑支護設(shè)計二、基坑支護施工三、基坑支護監(jiān)測基坑支護工程專業(yè)知識講座第3頁基坑支護設(shè)計1、概念及現(xiàn)實狀況2、分類與選型3、設(shè)計之前應(yīng)考慮影響原因及應(yīng)具備條件4、設(shè)計內(nèi)容5、土釘墻設(shè)計6、排樁設(shè)計7、設(shè)計文件編制基坑支護工程專業(yè)知識講座第4頁概念與現(xiàn)實狀況建筑基坑：為進行建筑物（包含構(gòu)筑物）基礎(chǔ)與地下室施工所開挖地面以下空間。（《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99））基坑支護：為確保地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周圍環(huán)境安全，對基坑側(cè)壁及周圍環(huán)境采取支擋、加固與保護辦法。（《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99））基坑支護工程專業(yè)知識講座第5頁我國70年代以前基坑都比較淺，上海高層、多層建筑地下室均為4m深單層地下室。80年代后廣東、北京、上海、天津以及其它城市修建深基坑陸續(xù)增加。近十年來，我國建筑業(yè)以驚人速度發(fā)展，每年城鎮(zhèn)完工建筑面積達5億平方米。伴隨大家對建筑工程質(zhì)量、環(huán)境和功效需求不停增加，以及我國人口連續(xù)增加，可耕地面積因人類活動而逐步降低，用地擔心、交通擁擠矛盾在大城市和特大城市日趨突出?？茖W(xué)、合理和連續(xù)利用地下空間，這是我國城市化發(fā)展客觀要求。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，高層建筑越來越多，高層建筑基礎(chǔ)向超大、超深、大跨、大底盤方向發(fā)展?；右蚕虺蟆⒊畎l(fā)展，北京最深基坑26m。（財源中心26m，國瑞城21-24m，北京飯店21m，中銀大廈20m）上海深基坑超出30m?；又ёo工程專業(yè)知識講座第6頁支護結(jié)構(gòu)選型與安全度取值標準一旦基坑坍塌造成后果基坑變形過大造成后果安全系數(shù)取值標準基坑支護工程專業(yè)知識講座第7頁支護結(jié)構(gòu)分類與選型《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）要求：基坑支護工程專業(yè)知識講座第8頁基坑支護工程專業(yè)知識講座第9頁北京地域基坑支護常見方法及適用范圍

1、土釘墻支護結(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：工期短、節(jié)約造價，但引發(fā)邊坡水平位移，及周圍變形較大2、排樁加預(yù)應(yīng)力錨桿支護結(jié)構(gòu)（簡稱護坡樁支護結(jié)構(gòu)）特點：可有效控制邊坡水平位移及周圍變形，但對應(yīng)工期長、造價高3、組合支護結(jié)構(gòu)（護坡樁支護結(jié)構(gòu)+土釘墻支護結(jié)構(gòu)）特點：可一定程度地控制邊坡水平位移及周圍變形，比較全護坡樁支護工期短、節(jié)約造價?；又ёo工程專業(yè)知識講座第10頁4、適用范圍上述支護結(jié)構(gòu)適用范圍主要由以下原因決定1）、周圍建筑物基坑支護影響范圍主要是距離基坑1.0H（H為基坑深度）范圍之內(nèi)，對于對變形敏感主要建筑物（如古建、精密儀器制造建筑）要考慮到1.5H~2.0H（H為基坑深度）范圍。土釘墻支護變形較大，對基坑影響范圍內(nèi)存在建筑物情況下不宜采取。采取護坡樁支護結(jié)構(gòu)要依據(jù)相鄰建筑物對變形要求采取變形控制設(shè)計方法?；又ёo工程專業(yè)知識講座第11頁2）、地質(zhì)情況對于軟弱淤泥質(zhì)土、不易成孔卵礫石層、回填土層較厚時，不宜采取土釘墻支護結(jié)構(gòu)。3）、基坑深度10m可考慮普通土釘支護結(jié)構(gòu)10~15m復(fù)合式土釘墻結(jié)構(gòu)15m以上護坡樁或組合式支護結(jié)構(gòu)基坑支護工程專業(yè)知識講座第12頁設(shè)計之前應(yīng)考慮影響原因及應(yīng)具備條件《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-）第9.1.4條

基坑開挖與支護設(shè)計應(yīng)具備以下資料：

1.巖土工程勘察匯報；

2.建筑總平面圖，地下管線圖，地下結(jié)構(gòu)平面圖和剖面圖；

3.鄰近建筑物和地下設(shè)施類型，分布情況和結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測評價?；又ёo工程專業(yè)知識講座第13頁《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）要求：3.1.4支護結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)水平變形、地下水改變對周圍環(huán)境水平與豎向變形影響，對于安全等級為一級和對周圍環(huán)境變形有限定要求二級建筑基坑側(cè)壁，應(yīng)依據(jù)周圍環(huán)境主要性、對變形適應(yīng)能力及土性質(zhì)等原因確定支護結(jié)構(gòu)水平變形限值。3.1.5當場地內(nèi)有地下水時，應(yīng)依據(jù)場地及周圍區(qū)域工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、周圍環(huán)境情況和支護結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)型式等原因，確定地下水控制方法。當場地周圍有地表水匯流、排瀉或地下水管滲漏時，應(yīng)對基坑采取保護辦法?；又ёo工程專業(yè)知識講座第14頁主要影響原因基坑周圍環(huán)境：基坑開挖影響范圍內(nèi)包含現(xiàn)有建（構(gòu)）筑物、道路、地下設(shè)施、地下管線、巖土體及地下水體等統(tǒng)稱。周圍建（構(gòu)）筑物影響重點考慮地下管線類型施工材料、車輛荷載影響應(yīng)重點考慮土類地下水條件基坑支護工程專業(yè)知識講座第15頁周圍建筑物與支護結(jié)構(gòu)相互影響應(yīng)考慮主要原因基礎(chǔ)與基坑距離建筑物層數(shù)基礎(chǔ)型式基礎(chǔ)埋深周圍建筑物荷載對支護結(jié)構(gòu)作用基坑開挖對周圍建筑物影響基坑支護工程專業(yè)知識講座第16頁JGJ120－99GB50330－支護結(jié)構(gòu)附加荷載基坑支護工程專業(yè)知識講座第17頁重點考慮地下管線類型及影響按破壞后果燃氣、供水、電力、通訊、熱力等管線按對支護結(jié)構(gòu)影響程度污水、雨水、有滲漏供水等管線基坑支護工程專業(yè)知識講座第18頁施工及道路車輛荷載影響施工荷載應(yīng)合理取值（材料堆載、施工荷載、臨建荷載等車輛荷載作用范圍基坑支護工程專業(yè)知識講座第19頁北京地域應(yīng)重點考慮土類軟弱土：淤泥、淤泥質(zhì)土、雜填土、堆填土、高壓縮性土砂土：標貫、含水量卵石：最大粒徑及含量、級配、密實度基坑支護工程專業(yè)知識講座第20頁《建設(shè)工程施工現(xiàn)場安全防護、場容衛(wèi)生、環(huán)境保護及保衛(wèi)消防標準》（DBJ01-83-）1.2.1在基礎(chǔ)施工前及開挖槽、坑、溝土方前，建設(shè)單位必須以書面形式向施工企業(yè)提供詳細與施工現(xiàn)場相關(guān)地下管線資料，施工企業(yè)采取辦法保護地下各類管線?；又ёo工程專業(yè)知識講座第21頁幾個特殊地下水條件地下管線漏水層間水滲流特征分層水降水對沉降影響承壓水引發(fā)基底突涌基坑支護工程專業(yè)知識講座第22頁基坑支護工程專業(yè)知識講座第23頁層間水滲透特征基坑支護工程專業(yè)知識講座第24頁自滲井應(yīng)用基坑支護工程專業(yè)知識講座第25頁設(shè)計內(nèi)容《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-）

第9.1.3條

基坑開挖與支護設(shè)計應(yīng)包含以下內(nèi)容：

1.支護體系方案技術(shù)經(jīng)濟比較和選型；

2.支護結(jié)構(gòu)強度，穩(wěn)定和變形計算；

3.基坑內(nèi)外土體穩(wěn)定性驗算；

4.基坑降水或止水帷幕設(shè)計以及圍護墻抗?jié)B設(shè)計；

5.基坑開挖與地下水改變引發(fā)基坑內(nèi)外土體變形及其對基礎(chǔ)樁，鄰近建筑物和周圍環(huán)境影響；

6.基坑開挖施工方法可行性及基坑施工過程中監(jiān)測要求?；又ёo工程專業(yè)知識講座第26頁《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）要求：3.1.2基坑支護結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可分為以下兩類：1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)、過大變形造成支護結(jié)構(gòu)或基坑周圍環(huán)境破壞；2正常使用極限狀態(tài)：對應(yīng)于支護結(jié)構(gòu)變形已妨礙地下結(jié)構(gòu)施工或影響基坑周圍環(huán)境正常使用功效?；又ёo工程專業(yè)知識講座第27頁3.1.6依據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計要求，基坑支護應(yīng)按以下要求進行計算和驗算：1基坑支護結(jié)構(gòu)均應(yīng)進行承載能力極限狀態(tài)計算，計算內(nèi)容應(yīng)包含：1）依據(jù)基坑支護形式及其受力特點進行土體穩(wěn)定性計算；2）基坑支護結(jié)構(gòu)受壓、受彎、受剪承載力計算；3）當有錨桿或支撐時，應(yīng)對其進行承載力計算和穩(wěn)定性驗算。2對于安全等級為一級及對支護結(jié)構(gòu)變形有限定二級建筑基坑側(cè)壁，尚應(yīng)對基坑周圍環(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：1）抗?jié)B透穩(wěn)定性驗算；2）基坑底突涌穩(wěn)定性驗算；3）依據(jù)支護結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進行地下水位控制計算。

基坑支護工程專業(yè)知識講座第28頁土釘墻設(shè)計概念及發(fā)展土釘墻支護結(jié)構(gòu)三類破壞形式土釘三個破壞部位和抗拔力控制條件怎樣認識計算與設(shè)計關(guān)系土釘墻概念設(shè)計不合理土釘分布形式土釘墻中預(yù)應(yīng)力錨桿合理設(shè)計基坑支護工程專業(yè)知識講座第29頁概念及發(fā)展土釘墻：由土釘加固基坑側(cè)壁土體與護面等組成支護結(jié)構(gòu)。《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）土釘支護屬于土體加筋技術(shù)（SoilReinforcement）一個，其發(fā)展始于上世紀70年代，德國、法國較早地對其進行研究和應(yīng)用，80年代引入我國，主要用于治理滑坡、隧道支護等大型土木工程中，90年代逐步應(yīng)用于高層建筑深基坑工程支護，并得到越來越廣泛應(yīng)用。它含有設(shè)備簡單，易于推廣、成本低、速度快、對場地土層適應(yīng)性強等特點。

基坑支護工程專業(yè)知識講座第30頁

實踐表明,普通粘性土和粉土,較密實人工填土,非渙散砂土、碎石土對土釘墻穩(wěn)定有利,而淤泥質(zhì)土、飽和軟土等對土釘墻穩(wěn)定不利。

適用土類基坑支護工程專業(yè)知識講座第31頁

土釘錨桿被動受力主動受力全長受力滑裂面外錨固段錨固力密布,形成重力式擋土墻數(shù)量少面層不是主要受力個別墻受力很大長3-10m15-45m漿體直徑100(150\200)mm單根受力<100kN400-3000kN(設(shè)計荷載)

土釘與錨桿比較土釘與錨桿比較基坑支護工程專業(yè)知識講座第32頁土釘墻支護結(jié)構(gòu)破壞形式基坑支護工程專業(yè)知識講座第33頁需要強調(diào)幾個觀點：滿足整體穩(wěn)定條件只是土釘墻破壞控制條件之一結(jié)構(gòu)計算和結(jié)構(gòu)強度控制條件是土釘墻計算弱點規(guī)程中一些結(jié)構(gòu)要求是針對一些無法用計算伎倆處理控制條件而要求應(yīng)按照有全部可能實際發(fā)生破壞形式建立計算模型和計算控制條件進行設(shè)計基坑支護工程專業(yè)知識講座第34頁土釘三個破壞部位和抗拔力控制條件基坑支護工程專業(yè)知識講座第35頁釘抗拔力三個控制條件基坑支護工程專業(yè)知識講座第36頁怎樣認識計算與設(shè)計關(guān)系計算只是對實際受力情況近似模擬任何計算方法都有假定條件和適用條件引發(fā)偏差二種原因模型參數(shù)基坑支護工程專業(yè)知識講座第37頁計算模型影響基坑支護工程專業(yè)知識講座第38頁參數(shù)影響穩(wěn)定性分析方法中還有土體抗剪強度參數(shù)c、φ值確實定問題。盡管c、φ值能夠依據(jù)標準試驗方法測定，而實際地質(zhì)勘察匯報上所提供數(shù)據(jù)往往經(jīng)過經(jīng)驗修正，在不一樣地域又有不一樣做法。即使采取了用標準試驗方法得出c、φ值，從理論上說也不一定符合分析方法所需，因為不少土體抗剪強度與其受力路徑有很大關(guān)系，標準試驗給出往往是加載過程下強度指標，而支護滑移面上土體卻是卸載過程下破壞。土釘支護分步施工過程中及時快速支護對于工程穩(wěn)定性有極其主要影響，任何拖延支護過程都會損害土體抗剪能力，這在極限平衡分析方法中也往往得不到反應(yīng)?；又ёo工程專業(yè)知識講座第39頁土釘墻概念設(shè)計相對于土釘墻支護技術(shù)廣泛應(yīng)用，對土釘墻受力機理和計算方法研究不是很成熟，土釘墻設(shè)計應(yīng)采取概念設(shè)計與計算相結(jié)合方法，概念設(shè)計方法是建立在已經(jīng)有工程經(jīng)驗和工程現(xiàn)場測試結(jié)果基礎(chǔ)上。

依據(jù)已經(jīng)有土釘支護工程現(xiàn)場測試結(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土釘在中部；3.單根土釘最大拉力作用點在其長度中部，沿基坑深度方向土釘最大拉力作用點連線形成曲線是潛在最危險滑動面位置。

基坑支護工程專業(yè)知識講座第40頁因為基坑最大位移發(fā)生在基坑頂部，設(shè)計中應(yīng)增加第一道土釘長度，不過第一道土釘往往位于填土中，土質(zhì)渙散或含雜物，施工成孔困難，而且各種市政、通訊等管線往往也埋置在這個深度，所以實際設(shè)計中應(yīng)依據(jù)實際情況及施工能力選擇受力合理且施工可行第一道土釘長度。因為第一道土釘長度往往受到限制，施工中能夠在地面上設(shè)置一道地錨加以填補，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)水平位移時，面層帶動地錨和土釘共同抵抗水平位移。地錨設(shè)置應(yīng)跨越最危險滑動面，不然就失去了地錨存在意義。當設(shè)置地錨跨越最危險滑動面時，地錨不但能減小基坑頂部位移，而且能加大基坑整體穩(wěn)定安全系數(shù)?；又ёo工程專業(yè)知識講座第41頁實測表明沿基坑深度范圍受力最大土釘在中部，所以中部土釘往往決定整體滑動面是否能夠形成，實際設(shè)計中在施工可行情況下應(yīng)加長基坑中部土釘，中部土釘長度通常取大于基坑深度，以預(yù)防最終滑動面形成。

基坑支護工程專業(yè)知識講座第42頁至今尚沒有很好理論能很好地預(yù)估土釘支護位移，有限元法能模擬分步開挖施工過程、預(yù)測邊坡變形并計算出土釘內(nèi)力，但因為計算過程中需要確定較多關(guān)于巖土本構(gòu)模型參數(shù)，而且有限元程序相當復(fù)雜，普通工程應(yīng)用不夠方便，在實際工程中減小基坑變形辦法除了上述設(shè)置地錨外，還能夠采取以下兩種辦法：1.降低分層、分段作業(yè)深度和長度，盡可能縮短從開挖到支護施工時間間隔；2.采取預(yù)應(yīng)力土釘，經(jīng)過擰緊土釘端部高強螺栓，對土釘施加一定預(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，加強該排土釘橫向聯(lián)絡(luò)。通常在進行計算時不考慮對預(yù)應(yīng)力土釘施加預(yù)應(yīng)力，只把它看作普通土釘，所施加預(yù)應(yīng)力作為安全貯備和減小基坑變形結(jié)構(gòu)辦法?；又ёo工程專業(yè)知識講座第43頁不合理土釘長度分布形式基坑支護工程專業(yè)知識講座第44頁復(fù)合土釘墻復(fù)合土釘支護就是把土釘與其它支護形式或施工辦法聯(lián)合應(yīng)用,在確保支護體系安全穩(wěn)定同時滿足某種特殊工程需要,如限制基坑上部變形、阻止邊坡士體內(nèi)水滲出、處理開挖面自立性或阻止基坑地面隆起等。常見復(fù)合土釘支護有三種基礎(chǔ)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。基坑支護工程專業(yè)知識講座第45頁基坑支護工程專業(yè)知識講座第46頁土釘與預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合

當對基坑頂面水平位移和沉降有嚴格要求時,可在土釘支護中配合使用預(yù)應(yīng)力錨桿。預(yù)應(yīng)力錨桿普通施作在基坑頂部第一、二排,對主動區(qū)土體施加初始拉力。適合用于普通地層條件,可滿足不一樣實際工程需要。基坑支護工程專業(yè)知識講座第47頁土釘墻中預(yù)應(yīng)力錨桿合理長度預(yù)應(yīng)力錨桿作用加強土釘墻抗滑能力減小土釘墻位移（通常見在土釘墻上部）增強面層整體性和強度（腰梁）基坑支護工程專業(yè)知識講座第48頁預(yù)應(yīng)力錨桿長度計算舉例鎖定值T0=10