《基坑工程》課件.ppt

1、第八章 基坑工程,基坑工程是一個古老而又有時代特點的巖土工程課題。同時又是一個綜合性的巖土工程難題，既涉及土力學(xué)中強度與穩(wěn)定問題，又包含了變形問題，同時還涉及到土與支護結(jié)構(gòu)的共同作用。,8.1 概述,杭州地鐵基坑事故,北京地鐵基坑事故,蘇州某基坑事故,深基坑工程特點,基坑圍護體系是臨時結(jié)構(gòu)，安全儲備小，風(fēng)險大 基坑工程具有很強的區(qū)域性 基坑工程具有很強的個性 基坑工程綜合性強 基坑工程具有較強的時空效應(yīng) 基坑工程是系統(tǒng)工程 基坑工程的環(huán)境效應(yīng),8.1 概述,基坑圍護體系的作用,創(chuàng)造基坑工程土方開挖的作業(yè)條件和地下室施工條件，要求基坑圍護體系起到擋土和地下室在無水條件下施工的作用。 在基坑開挖和

2、地下室施工過程中，保證基坑相鄰建筑物、構(gòu)筑物和地下管線的安全及正常使用，要求基坑圍護體系能限制周圍土體的變形，使其不會對相鄰建筑物、構(gòu)筑物和地下管線，以及主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)產(chǎn)生損害。,基坑圍護體系的要求,保證基坑四周邊坡的穩(wěn)定性，滿足地下室施工有足夠空間的要求。也就是說基坑圍護體系要能起到擋土的作用，這是土方開挖和地下室施工的必要條件。 保證基坑四周相鄰建筑物、構(gòu)筑物和地下管線在基坑工程施工期間不受損害。這要求在圍護體系施工、土方開挖及地下室施工過程中控制土體的變形，使基坑周圍地面沉降和水平位移控制在容許范圍以內(nèi)。 保證基坑工程施工作業(yè)面在地下水位以上。圍護體系通過截水、降水、排水等措施，保證基坑工

3、程施工作業(yè)面在地下水位以上。,基坑開挖分類,基坑工程根據(jù)其開挖和施工方法可分為: 無支護開挖 有支護開挖 有支護的基坑工程可進一步分為: 無支撐圍護 有支撐圍護,1.安全可靠性 確保基坑工程的安全以及周圍環(huán)境的安全。 2.經(jīng)濟合理性 基坑工程在支護結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下，要從工期、材料、設(shè)備、人工以及環(huán)境保護等多方面綜合研究經(jīng)濟合理性。 3.施工便利性和工期保證性 在安全可靠經(jīng)濟合理的原則下，最大限度地滿足便利施工和縮短工期的要求。,支護體系選用原則,基坑圍護體系,基坑圍護體系一般包括兩部分： 擋土體系和止水降水體系 基坑圍護結(jié)構(gòu)一般要承受土壓力和水壓力，起到擋土和擋水的作用。 一般情況下圍護結(jié)

4、構(gòu)和止水帷幕共同形成止水體系。 止水帷幕自成止水體系 圍護結(jié)構(gòu)本身也起止水帷幕的作用，如水泥土重力式擋墻和地下連續(xù)墻等。,圍護體系型式,放坡開挖及簡易圍護； 懸臂式圍護結(jié)構(gòu)； 重力式圍護結(jié)構(gòu)； 內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu)； 拉錨式圍護結(jié)構(gòu)； 土釘墻圍護結(jié)構(gòu)； 其它型式圍護結(jié)構(gòu)。主要有門架式圍護結(jié)構(gòu)；拱式組合型圍護結(jié)構(gòu)；噴錨網(wǎng)圍護結(jié)構(gòu)；沉井圍護結(jié)構(gòu)；加筋水泥土墻圍護結(jié)構(gòu)；凍結(jié)法圍護等。,放坡開挖,放坡開挖是選擇合理的基坑邊坡以保證在開挖過程中邊坡的穩(wěn)定性，包括坡面的自立性和邊坡整體穩(wěn)定性。 放坡開挖適用于地基土質(zhì)較好，開挖深度不深，以及施工現(xiàn)場有足夠放坡場所的工程。放坡開挖一般費用較低，能采用放坡開挖應(yīng)盡量

5、采用放坡開挖。有時雖有足夠放坡的場所，但挖土及回填土方量大，考慮工期、工程費用并不合理，也不宜采用放坡開挖。,懸臂式支護結(jié)構(gòu),懸臂式支護結(jié)構(gòu)常采用鋼筋混凝土樁排樁墻、木板樁、鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、地下連續(xù)墻等型式。懸臂式圍護結(jié)構(gòu)依靠足夠的人土深度和結(jié)構(gòu)的抗彎能力來維持整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)的安全懸臂式結(jié)構(gòu)對開挖深度很敏感，容易產(chǎn)生較大的變形，對相鄰建(構(gòu))筑物產(chǎn)生不良影響。懸臂式圍護結(jié)構(gòu)適用于土質(zhì)較好、開挖深度較淺的基坑工程。,水泥土重力式支護結(jié)構(gòu),目前在工程中用得較多的水泥土重力式圍護結(jié)構(gòu)，常采用深層攪拌法形成，有時也采用高壓噴射注 漿法形成。為了節(jié)省投資，常采用格構(gòu)體系。水泥土與其包圍的天然土形

6、成重力式擋墻支擋周圍土體，保持基坑邊坡穩(wěn)定。 重力式圍護結(jié)構(gòu)常用于軟粘土地區(qū)開挖深度約在6.0m以內(nèi)的基坑工程。水泥土抗拉強度低，水泥土重力式圍護結(jié)構(gòu)適用于較淺的基坑工程，其變形也比較大。,內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu),內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu)由圍護結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)撐體系兩部分組成。圍護結(jié)構(gòu)體系常采用鋼筋混 凝土樁排樁墻和地下連續(xù)墻型式。內(nèi)撐體系可采用水平支撐和斜支撐。根據(jù)不同開挖深度又可采用單層水平支撐、二層水平支撐及多層水平支撐 內(nèi)撐常采用鋼筋混凝土支撐和鋼管(或型鋼)支撐兩種。鋼筋混凝土支撐體系的優(yōu)點是剛度好、變形小，而鋼管文撐的優(yōu)點是鋼管可以回收、且加預(yù)壓力方便。,常用支撐體系的布置形式,a平面交叉式(單層或多層

7、)支撐；b井字式支撐；c角(斜)撐式支撐； d周邊桁架；e圓形環(huán)梁；f水平壓桿支撐；g圓拱形支撐；h豎向斜撐； i中心島式開挖及支撐j逆作法；k錨桿；l拉錨(錨破)；m組合式支撐。,拉錨式支護結(jié)構(gòu),拉錨式圍護結(jié)構(gòu)由圍護結(jié)構(gòu)體系和錨固體系兩部分組成。錨固體系可分為錨桿式和地面拉錨式兩種。隨基坑深度不同，錨桿式也可分為單層錨桿、二層錨桿和多層錨桿。地面拉錨式需要有足夠的場地設(shè)置錨樁。錨桿式需要地基土能提錨桿較大的錨固力。錨桿式較適用于砂土地基，或粘土地基。由于軟粘土地基不能提供錨桿較大的錨固力，所以很少使用。,土釘墻支護結(jié)構(gòu),土釘一般通過鉆孔、插筋和注漿來設(shè)置，傳統(tǒng)上稱砂漿錨桿。也有采用打入或射人

8、方式設(shè)置土釘。邊開挖基坑，邊在土坡中設(shè)置土釘。在坡面上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，并通過噴射混凝土形成混凝土面板，形成土釘墻圍護結(jié)構(gòu)。土釘墻圍護結(jié)構(gòu)的機理可理解為通過在基坑邊坡中設(shè)置土釘，形成加筋土重力式擋墻起到擋土作用。土釘墻圍護適用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、雜填土及非松散砂土、卵石土等，不適用于淤泥質(zhì)土及未經(jīng)降水處理地下水位以下的土層地基中基坑圍護。,其它形式支護結(jié)構(gòu),門架式支護結(jié)構(gòu) 拱式組合型支護結(jié)構(gòu) 噴錨網(wǎng)支護結(jié)構(gòu),加筋水泥土擋墻支護 放坡開挖與排樁墻 放坡開挖與內(nèi)撐排樁墻,被動區(qū)土質(zhì)改良,對基坑圍護體系被動區(qū)土質(zhì)改良、降低地下水位等措施可有效改善圍護結(jié)構(gòu)的受力性狀。 被動區(qū)土質(zhì)情況對

9、圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定影響較大，若被動區(qū)土質(zhì)很軟弱，可采用被動區(qū)土質(zhì)良來加固，以增大被動區(qū)土壓力。被動區(qū)土質(zhì)改良范圍一般深度取36m，寬度取59m，可對該區(qū)域軟土進行全面改良，也可部分改良。若部分改良。被動區(qū)土質(zhì)改良常采用深層攪拌法、高壓噴射注漿法和壓力注漿法。,常見的支護結(jié)構(gòu)類型,作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載,地基土產(chǎn)生的土壓力； 地下水產(chǎn)生水壓力； 基坑頂面的超載（鄰近建筑物、汽車、吊車 及場地堆載等）； 地震產(chǎn)生的垂直和水平荷載； 溫度影響和混凝土收縮引起的附加荷載。,作用與支護結(jié)構(gòu)上的土壓力是比較難于準(zhǔn)確計算的荷載。在設(shè)計計算和參數(shù)取值上常常采用經(jīng)驗和偏于安全的方法。一般情況下支護設(shè)計中不計地震產(chǎn)生

10、的影響。,土 壓 力,主動土壓力 靜止土壓力 被動土壓力,土壓力的大小及其分布規(guī)律是同支護結(jié)構(gòu)的水平位移方向和大小、土的性質(zhì)、支護結(jié)構(gòu)物的剛度及高度等因素有關(guān)。作用與支護結(jié)構(gòu)上的土壓力可分為以下三種：,？,土壓力計算,主動土壓力,被動土壓力,朗肯土壓力理論,水土合算與水土分算,總應(yīng)力強度指標(biāo) C、f 水土合算,有效應(yīng)力強度指標(biāo) C、f 水土分算,水平荷載和水平抗力,有地下水位時土壓力的計算,地下水位對土壓力的影響，具體表現(xiàn)在： (1) 地下水位以下填土重量將因受到水的浮力而減小計算土壓力時應(yīng)用浮容重； (2) 地下水對填土的強度指標(biāo)c、的影響。一般認為對砂性土的影響可以忽略；但對粘性填土，地下

11、水將使c、值減小從而使土壓力增大； (3) 地下水對墻背產(chǎn)生靜水壓力作用。,水土合算 粘性土 水土分算 無粘性土,止水、降水體系和排水措施,為了保證土方開挖和地下室施工處于“干”狀態(tài)，常需要通過降低地下水位或配以設(shè)置止水帷幕使地下水位在基坑底面0.51.0m以下。降低地下水位也有利于基坑圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止流土、管涌、坑底隆起引起破壞。對于滲透性很小的地基也可既不降低地下水位也不設(shè)置止水帷幕，在基坑開挖過程中產(chǎn)生的少量積水采用明溝排水處理。 基坑工程中應(yīng)用較多的止水帷幕有三種形式：深層攪拌法水泥土止水帷幕，高壓噴射注漿法水泥土止水帷幕和素混凝土地下連續(xù)墻止水帷幕。 除設(shè)置豎向止水帷幕外有時還

12、需設(shè)置水平向止水帷幕，以防止流土、坑底隆起等造成破壞。當(dāng)有承壓水時，更應(yīng)重視。 降低地下水位常采用井點降水。常見的有單(多)層輕型井點、噴射井點和深井井點降水等。,基坑底面水平向止水帷幕,深層攪拌法水泥土樁止水帷幕 高壓噴射注漿法水泥土止水帷幕,滲透力 當(dāng)hlh2時，土中水處于靜止?fàn)顟B(tài)，無滲流發(fā)生。 貯水器向上提升，使hl h2，由于存在水頭差土中產(chǎn)生向上的滲流。水頭差h是土體中滲流所損失的能量。能量損失說明土粒對水流給以阻力；反之滲流必然對每個土顆粒有推動、摩擦和拖曳的作用力，稱之為滲透力，可定義為每單位土體內(nèi)土顆粒所受的滲流作用力，用 j表示。,滲透破壞試驗 滲透力概念,滲透力和滲透變形,

13、滲透力 j = w i 滲透力是一種體積力，量綱與w相同。滲透力的大小和水力坡降成正比，其方向與滲流方向一致。,ic / w 它是土體開始發(fā)生流土破壞時的水力坡降。,臨界水力坡降,土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞稱滲透變形 (或稱滲透破壞)。如土層剝落，地面隆起，細顆放被水帶出以及出現(xiàn) 集中滲流通道等。 土的滲透變形類型就單一土層來說主要有流土和管涌兩種基本型式。 1.流土 在向上的滲透水流作用下，表層土局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時 發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象稱為流土。只要水力坡降達到一定的大小，都會 發(fā)生流土破壞。 2.管涌 在滲透水流作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動以

14、至流失；隨著土的孔隙不斷擴大，滲透流速不斷增加較粗的顆粒也相 繼被水流逐漸帶走，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌 陷，這種現(xiàn)象稱為管涌。管涌破壞一般有個時間發(fā)展過程，是一種漸進 性質(zhì)的破壞。管涌發(fā)生在一定級配的無粘性土中，發(fā)生的部位可以在滲 流逸出處，也可以在土體內(nèi)部，故也稱之為滲流的潛蝕現(xiàn)象。,土的滲透變形(或稱滲透破壞),土的滲透變形的發(fā)生和發(fā)展過程有其內(nèi)因和外因。內(nèi)因是土的顆粒組成 和結(jié)構(gòu),即幾何條件；外因是水力條件，即作用于土體滲透力的大小。 1.流土可能性的判別 任何土，包括粘性土或無粘性土,在自下而上的滲流逸出處，只要滿足 滲透坡降大于臨界水力坡降這一個事實，均要發(fā)生流

15、土。 可按下列條件，判別流土的可能性： i ic 土體發(fā)中流土破壞 i= ic 土體處于臨界狀態(tài),滲流破壞類型的判別,級配良好的土和 級配不良的土哪 一種土易發(fā)生管涌?,土是發(fā)生管涌，首先決定于土的性質(zhì)。一般粘性土(分散性土例外) 只會發(fā)生流土而不會發(fā)生管涌，故屬于非管涌土；無粘性土中產(chǎn)生管涌 必須具備下列兩個條件。 (1)幾何條件 土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑必須大于細顆粒的直徑，才可能讓細 顆粒在其中移動，這是管涌產(chǎn)生的必要條件。 (2)水力條件 滲透力能夠帶動細顆粒在孔隙間滾動或移動是發(fā)生管涌的水力條件， 可用管涌的水力坡降表示。 流土現(xiàn)象發(fā)生在土體表面滲流滲出處，不發(fā)生在土體內(nèi)部。而管涌

16、 現(xiàn)象可以發(fā)生在滲流逸出處，也可以發(fā)生于土體的內(nèi)部。,2 管涌可能性的判別,基坑土方開挖,開挖機械的選擇 土方開挖程序，基坑開挖必須遵循“由上而下，先撐后挖，分層開挖”的原則 施工現(xiàn)場平面布置，減少基坑邊緣地面荷載 降、排水措施及冬季、雨季、汛期施工措施的擬定 合理施工監(jiān)測計劃和信息化施工方案的擬定 合理應(yīng)急措施的擬定,基坑工程監(jiān)測,基坑工程監(jiān)測是基坑工程施工中的一個重要環(huán)節(jié)，組織良好的監(jiān)測能夠?qū)⑹┕ぶ懈鞣矫嫘畔⒓皶r反饋給基坑開挖組織者，根據(jù)對信息的分析，可對基坑工程圍護體系變形及穩(wěn)定狀態(tài)加以評價，并預(yù)測進一步挖土施工后將導(dǎo)致的變形及穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)展。根據(jù)預(yù)測判定施工對周圍環(huán)境造成影響的程度，以

17、制定進一步施工策略，實現(xiàn)所謂信息化施工。,監(jiān)測目的,通過監(jiān)測成果分析預(yù)估基坑工程圍護體系本身的安全度，保證施工過程中圍護體系的安全。 通過監(jiān)測成果分析預(yù)估基坑工程開挖對相鄰建(構(gòu))筑物的影響，確保相鄰建(構(gòu))物和各種市政設(shè)施的安全和正常工作。 通過監(jiān)測成果分析檢驗圍護體系設(shè)計計算理論和方法的可靠性，為進一步改進設(shè)計計算方法提供依據(jù)。,監(jiān)測項目,監(jiān)測成果,基坑工程環(huán)境效應(yīng),基坑工程環(huán)境效應(yīng)包括圍護結(jié)構(gòu)和工程樁施工、降低地下水位、基坑土方開挖各階段對周圍環(huán)境的影響，主要表現(xiàn)在下述幾方面： 基坑土方開挖引起圍護結(jié)構(gòu)變形以及降低地下水位造成基坑四周地面產(chǎn)生沉降、不均勻沉降和水平位移，導(dǎo)致影響相鄰建(構(gòu)

18、)筑物及市政管線的正常使用，甚至破壞； 圍護結(jié)構(gòu)和工程樁若采用擠土樁或部分?jǐn)D土樁，施工過程中擠土效應(yīng)將對鄰近建(構(gòu))筑物及市政管線產(chǎn)生不良影響； 基坑開挖土方運輸可能對周圍交通運輸產(chǎn)生不良影響； 視施工機械和工藝情況可能對周圍環(huán)境產(chǎn)生施工噪聲污染和環(huán)境衛(wèi)生污染(如由泥漿處理不當(dāng)引起等)； 因設(shè)計、施工不當(dāng)或其他原因造成圍護體系破壞，導(dǎo)致相鄰建(構(gòu))筑物及市政設(shè)施破壞。,變形控制標(biāo)準(zhǔn),連續(xù)墻監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn),基坑工程事故分類,基坑工程事故類型很多。在水土壓力作用下，圍護結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞，圍護結(jié)構(gòu)型式不同，破壞形式也有差異。滲流可能引起流土、突涌，造成破壞。圍護結(jié)構(gòu)變形過大，引起周圍建筑物及地下管線破壞也

19、屬基坑工程事故。,支護體系破壞基本形式,(a)墻體折斷破壞；(b)整體失穩(wěn)破壞；(c)基坑隆起破壞； (d)踢腳失穩(wěn)破壞；(e)流土破壞；(f )支撐體系失穩(wěn)破壞,水泥土攪拌樁的破壞模式,傾覆破壞：由于墻身入土太淺或?qū)挾炔蛔?，?dāng)?shù)孛娑演d過多或重載車輛在坑邊頻繁行駛，都可能導(dǎo)致傾覆破壞。 地基整體破壞 ：當(dāng)開挖深度較大，基底土又十分軟弱時，特別當(dāng)?shù)孛娲嬖诖罅慷演d(堆土)時，地基土連同支擋結(jié)構(gòu)一起滑動。地基整體破壞造成的危害極大，往往伴隨著地面大量下陷及坑底隆起，也可能推動坑內(nèi)主體結(jié)構(gòu)工程樁一起位移。 墻址外移破壞 ：當(dāng)擋土結(jié)構(gòu)插入深度不夠，坑底土太軟或因管涌及流砂所削弱，可能發(fā)生墻趾外移所引起的

20、破壞。,事故的原因分析,1.勘察設(shè)計的失誤 2.水處理不當(dāng) 3.施工因素 4.其他方面,事故前兆,懸臂式圍護結(jié)構(gòu)過大的內(nèi)傾位移 內(nèi)撐或錨桿圍護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)發(fā)生較大向內(nèi)凸變形 邊坡失穩(wěn) 基底隆起 滲流破壞 坑底突涌 周圍地面沉降 其他,基坑事故防范措施,施工偷工減料或造價太低，造成圍護結(jié)構(gòu)質(zhì)量低劣，引發(fā)基坑工程事故。 設(shè)計安全儲備不足，樁人土深度不夠，是常見的發(fā)生圍護結(jié)構(gòu)傾斜或踢腳失穩(wěn)的原因。 對侵入相鄰場地和建筑物下部，影響施工或基礎(chǔ)安全的錨桿，應(yīng)在確保安全條件下，分別情況，采取人工切斷、機械抓斗鏟除等方法處理，或拆卸錨桿。同時，要考慮拆卸錨桿后，圍護結(jié)構(gòu)的安全措施。 為防止兩相鄰基坑施工互相影響