1、 深基坑工程深基坑工程课程目标 1 1认识和了解深基坑支护的特点，掌握深认识和了解深基坑支护的特点，掌握深基坑工程的基本理论知识和分析计算方法；基坑工程的基本理论知识和分析计算方法； 2. 2. 培养学生解决实际工程问题的能力；培养学生解决实际工程问题的能力；课程主要内容：课程主要内容： 介绍深基坑开挖与支护的主要特点，国内介绍深基坑开挖与支护的主要特点，国内外深基坑工程的发展现状；外深基坑工程的发展现状； 掌握作用在基坑支护结构上的荷载。掌握作用在基坑支护结构上的荷载。 学习常见的基坑支护结构的设计施工方法，学习常见的基坑支护结构的设计施工方法，包括悬臂桩、单层及多层锚杆档土桩、土包括悬臂桩
2、、单层及多层锚杆档土桩、土层锚杆、土钉支护等。层锚杆、土钉支护等。 掌握基坑工程降水设计的基本原理和计算掌握基坑工程降水设计的基本原理和计算方法。方法。 1. 深基坑工程的特点深基坑工程的特点2. 深基坑开挖深基坑开挖3. 支护结构形式支护结构形式4. 深基坑工程的设计内容和要求深基坑工程的设计内容和要求5. 基坑支护设计的基本规定基坑支护设计的基本规定6. 基坑监测基坑监测第一章第一章 概述概述深基坑工程的特点深基坑工程的特点 深基坑：深基坑： 开挖深度超过开挖深度超过5m5m（含（含5m5m）或地下室三层以）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过上（含三层），或深度虽未超过5m5m（含
3、（含5m5m），但地质条件和周围环境及地下管线），但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。极其复杂的工程。 符合上述条件的基坑都属于深基坑。符合上述条件的基坑都属于深基坑。 基坑工程一般特点基坑工程一般特点 1. 基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有 较大的风险性2. 基坑工程具有很强的区域性和个性(地质、场地)3. 基坑支护结构所承受的土压力特点4. 基坑工程具有明显的环境效应(生活、地层)5. 基坑工程综合性强，是系统工程(知识、工程)6. 基坑工程具有较强的时空效应深基坑的工程环境深基坑的工程环境 要保护周边构筑物的安全使用要保护周边构筑物的安全使用 一般的基坑支护大多是临时
4、结构一般的基坑支护大多是临时结构 如何安全、合理地选择合适的支护结构如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。是基坑工程要解决的主要内容。 降水设计降水设计 在工程实践中，一般采用理论导向、量在工程实践中，一般采用理论导向、量测定量和经验判断三者相结合的方法。测定量和经验判断三者相结合的方法。 基坑工程是理论与实践并重的技术，具有基坑工程是理论与实践并重的技术，具有高风险性高风险性 全面、高精度的监测是保证基坑工程安全全面、高精度的监测是保证基坑工程安全的透视眼。施工过程中也应紧密结合监测的透视眼。施工过程
5、中也应紧密结合监测结果，及时调整施工方案，做到信息化施结果，及时调整施工方案，做到信息化施工工深基坑开挖深基坑开挖放坡开挖放坡开挖 适用于硬质、可塑性粘土和良好性砂土适用于硬质、可塑性粘土和良好性砂土 需要核算边坡表面的稳定性需要核算边坡表面的稳定性 砂质地基：坡角主要取决于砂的内摩擦角砂质地基：坡角主要取决于砂的内摩擦角 ，特别注意降水特别注意降水 粘性土地基：稳定性主要取决于滑动计算，粘性土地基：稳定性主要取决于滑动计算，其安全系数要求为其安全系数要求为1.11.3 斜面高度，通常限于斜面高度，通常限于36米米 放坡开挖放坡开挖支护开挖支护开挖 支护开挖支护开挖 适用于土质软弱、场地狭窄、
6、开挖深度较适用于土质软弱、场地狭窄、开挖深度较大大 人工开挖和机械开挖人工开挖和机械开挖 3 支护结构形式支护结构形式放坡开挖放坡开挖支护结构包括支护结构包括: :挡墙和支撑（或拉锚）两部分挡墙和支撑（或拉锚）两部分（1 1）支护结构）支护结构 地下连续墙地下连续墙 混凝土灌注桩混凝土灌注桩 水泥土桩墙水泥土桩墙 土钉墙土钉墙 逆作拱墙逆作拱墙 其它形式其它形式地地下下连连续续墙墙地下连续墙地下连续墙 地下连续墙可兼作地下室外墙，一般集地下连续墙可兼作地下室外墙，一般集挡挡土、承重、止水和防渗土、承重、止水和防渗功能于一身。对多功能于一身。对多种地质条件和复杂的施工环境适应能力较种地质条件和复
7、杂的施工环境适应能力较强强 适用于基坑侧壁安全等级一、二、三级适用于基坑侧壁安全等级一、二、三级 最深己用于约最深己用于约35m35m深开挖基坑工程。常用墙深开挖基坑工程。常用墙厚厚0.60.6、0.80.8、1.01.0和和1.21.2米米 不足之处在于单体造价较高。不足之处在于单体造价较高。混混凝凝土土灌灌注注桩桩 悬臂式结构在软土场地中不宜大于悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m5m， 但与土层锚杆共同使用后，则适用于基坑但与土层锚杆共同使用后，则适用于基坑侧壁安全等级一、二、三级。侧壁安全等级一、二、三级。 是目前深基坑工程中应用最多的一种支护是目前深基坑工程中应用最多的一种支护结构形式
8、结构形式 成孔方式主要有机械钻孔和人工挖孔两种成孔方式主要有机械钻孔和人工挖孔两种 混凝土灌注桩混凝土灌注桩水水泥泥土土桩桩墙墙水泥土桩墙水泥土桩墙 插入型钢一般采用插入型钢一般采用H H型钢、槽钢或拉森板桩。型钢、槽钢或拉森板桩。通常内插型钢在施工结束后可拔除回收通常内插型钢在施工结束后可拔除回收SWMSWM法。法。 一般用于深度不超过一般用于深度不超过13m13m的基坑工程的基坑工程 基坑侧壁安全等级宜为二、三级基坑侧壁安全等级宜为二、三级 主要用于软土地区，具有抗渗防水和挡土主要用于软土地区，具有抗渗防水和挡土的性能，施工便利，并且较为经济。的性能，施工便利，并且较为经济。 土钉墙土钉墙
9、 施工简便，节省工期，经济效益好，是基施工简便，节省工期，经济效益好，是基坑的首选型式坑的首选型式 基坑深度不宜大于基坑深度不宜大于12m12m 当地下水位高于基坑底面时，应采取降水当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施或截水措施 基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地场地土钉墙土钉墙逆作拱墙逆作拱墙逆作拱墙逆作拱墙 基坑深度不大于基坑深度不大于12m12m、基坑侧壁安全等级、基坑侧壁安全等级宜为二、三级宜为二、三级 淤泥和淤泥质土场地不宜采用淤泥和淤泥质土场地不宜采用 发挥混凝土受压的特性，节约钢材和投资发挥混凝土受压的特性，节约钢材和投资 场地
10、周围须有较大空间场地周围须有较大空间 ，施工要求严格，施工要求严格 环梁支护结构体系环梁支护结构体系 钢板桩钢板桩（2）支撑）支撑 当基坑深度较大，悬臂挡墙的强度和变当基坑深度较大，悬臂挡墙的强度和变形不能满足要求时，需增设支撑系统。形不能满足要求时，需增设支撑系统。 支撑系统有支撑系统有 基坑内支撑基坑内支撑 基坑外拉锚（顶部拉锚、土层锚杆拉锚）基坑外拉锚（顶部拉锚、土层锚杆拉锚） 常用的有常用的有 钢结构支撑钢结构支撑 钢筋混凝土支撑钢筋混凝土支撑钢支撑钢支撑钢筋混凝土支撑钢筋混凝土支撑钢混凝土组合支撑钢混凝土组合支撑圆环梁的直径圆环梁的直径66m，圆内无支撑，外与钢管连接，圆内无支撑，外
11、与钢管连接4 深基坑工程的设计内容和要求深基坑工程的设计内容和要求 收集下列资料：收集下列资料： 岩土工程勘察报告；岩土工程勘察报告； 邻近建筑物和地下设施及地下管网的类型邻近建筑物和地下设施及地下管网的类型和分布图；和分布图； 用地界线及红线图、建筑总平面图、地下用地界线及红线图、建筑总平面图、地下结构平面图和剖面图等结构平面图和剖面图等 设计内容，一般应包括：设计内容，一般应包括： 支护结构的方案比较和选型；支护结构的方案比较和选型； 支护结构的内力和变形计算；支护结构的内力和变形计算； 基坑稳定性验算；基坑稳定性验算； 结构长度（高度）设计及截面尺寸和配筋结构长度（高度）设计及截面尺寸和
12、配筋验算；验算； 降水设计；降水设计； 挖土方案；挖土方案； 监测方案和环保要求。监测方案和环保要求。 5 5 基坑支护设计的基本规定基坑支护设计的基本规定 基坑支护结构应采用分项系数表示的极限状态设计表基坑支护结构应采用分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。达式进行设计。(1)承载能力极限状态承载能力极限状态 对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构破坏或基坑周边环境破坏；(2)正常使用极限状态正常使用极限状态 对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。承载能力极限状态承载能力极限状态安全安全等级等级 破破 坏坏 后后 果果一级一级支护
13、结构破坏、土体失稳或过大变形对基支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工坑周边环境及地下结构施工影响很严重。影响很严重。1.101.10二级二级支护结构破坏对基坑周边环境支护结构破坏对基坑周边环境影响很小影响很小，但对本工程地下结构施工但对本工程地下结构施工影响严重。影响严重。1.001.00三级三级支护结构破坏对基坑周边环境影响及支护结构破坏对基坑周边环境影响及地下结构施工地下结构施工影响不严重。影响不严重。0.950.95基坑基坑支护结构设计应根据支护结构设计应根据 建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99JGJ120-99） 表表3.1.33.1.
14、3选用相应的侧壁安全等级及重选用相应的侧壁安全等级及重要性系数要性系数结构形式结构形式适用条件适用条件排桩或地排桩或地下连续墙下连续墙1 1适用于基坑侧壁安全等级一、二、三级适用于基坑侧壁安全等级一、二、三级2 2悬臂式结构在软土场地中不宜大于悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m5m3 3当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙 水泥土墙水泥土墙1 1基坑侧壁安全等级宜为二、三级基坑侧壁安全等级宜为二、三级2 2水泥土桩施工范围内地基承载力不宜大于水泥土桩施工范围内地基承载力不宜大于150kPa150kPa3
15、 3基坑深度不宜大于基坑深度不宜大于6m 6m 土钉墙土钉墙1 1基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地2 2基坑深度不宜大于基坑深度不宜大于12m12m3 3当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施 逆作拱墙逆作拱墙1 1基坑侧壁安全等级宜为二、三级基坑侧壁安全等级宜为二、三级2 2淤泥和淤泥质土场地不宜采用淤泥和淤泥质土场地不宜采用3 3拱墙轴线的矢跨比不宜小于拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/81/84 4基坑深度不宜大于基坑深度不宜大于12m 12m 放坡放坡1 1基坑侧壁安全系数等级宜为三级基坑侧
16、壁安全系数等级宜为三级2 2施工场地应满足放坡条件施工场地应满足放坡条件3 3可独立或与上述其他结构结合适用可独立或与上述其他结构结合适用4 4当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施 支护结构选型表支护结构选型表 第二章第二章 荷载与抗力荷载与抗力 1. 水平荷载水平荷载2. 水平抗力水平抗力1 1 水平荷载水平荷载 （1 1）支护结构承受的荷载）支护结构承受的荷载 支护结构承受的荷载一般包括支护结构承受的荷载一般包括土压力土压力水压力水压力墙后地面荷载引起的附加荷载。墙后地面荷载引起的附加荷载。(2)土压力Ea-E0+外力Ep滑裂面主动土压力主动土压力静止土
17、压力静止土压力被动土压力被动土压力朗肯主动朗肯主动土压力- 第i层土的主动土压力系数aiikaiajkajkKcKe2aiK)245(02ikaitgKajk-作用在深度 jz处的竖向力标准值， okkajk（3.4.1-1） （3.4.2-1） -基坑外测任意深度由地面超载产生的竖向应力标准值 okk-计算点深度jz处的自重竖向应力标准值 自重竖向应力标准值自重竖向应力标准值1 1）当计算点在基坑底面以上时：）当计算点在基坑底面以上时：jmjkz（3.4.2-2） -计算点深度jz以上土的加权平均重度 mj2 2）当计算点在基坑底面以下时：）当计算点在基坑底面以下时： hmhjk（3.4.2
18、-3） mh-基坑底面以上土的加权平均重度 -支护结构顶面至坑底的距离 h 对于粘性土按计算公式计算时，主动土对于粘性土按计算公式计算时，主动土压力在土层顶部（压力在土层顶部（H=0H=0处）为负值，即处）为负值，即)245(2tgcea表明出现拉力区，这在实际上是不可能发表明出现拉力区，这在实际上是不可能发生的。可计算临界高度以下的主动土压力：生的。可计算临界高度以下的主动土压力：粘性土粘性土临界高度临界高度ZcZcZcZcaKc2aCCaKZHtgZHe)()245()(2aCaKZHe)(H H)245(2tgcZC可计算此种情况下的临界高度可计算此种情况下的临界高度ZcZc，进而计算临
19、界高度以下的主动土进而计算临界高度以下的主动土压力。压力。（3） 水压力砂性土（水土分算）水平荷载标准值计算图 （a）水压力计算 wwaiwhze)(（b）水减重作用 waiwawajwaKhme)(mj ：当zjh时，取zj； 当zjh时，取h； wa：当hwah时，取 1； 当hwah时，取零； 砂性土中的水土压力（2）当计算点位于地下水位以下时waiwawajwaiaiikaiajkajkKhmhzKcKe)()(2 （3.4.1-2） （4） 地面超载 有三种情况： 墙后有均布荷载 距离支护结构一定距离有均布荷载 距离支护结构一定距离有一定宽度的均布荷载q。墙后有均布荷载 如墙后堆有土
20、方、材料等地面均布荷载对支护结构引起的附加荷 载 ， 可 按 下 式 计算： 2eaqKe2q qH H1e2eokq0 （3.4.2-4）距离支护结构一定距离距离支护结构一定距离 距离有均布荷载此时距离有均布荷载此时压应力传到支护结构上有压应力传到支护结构上有一空白距离一空白距离h h1 1 , ,在在h h1 1之下之下产生均布的附加应力：产生均布的附加应力：)245()245(211tgqetglhl l1 11hq qH He e1 1e e2 2245当距支护结构当距支护结构b b1 1外侧，地外侧，地表作用有宽度为表作用有宽度为b b0 0的条形的条形附加荷载附加荷载q q1 1时
21、，基坑外侧时，基坑外侧深度深度CDCD范围内的附加竖向范围内的附加竖向应力值应力值1k1k可按下式确定：可按下式确定：地面上均布荷载在一定宽度范围内地面上均布荷载在一定宽度范围内011012kbqbb（3.4.2-53.4.2-5）几种集中荷载折算为均布荷载 繁重的起重机械：距桩1.5m内按60kPa取值；距桩1.53.5m，按40kPa取值；轻型公路：按5kPa取值；重型公路：按10kPa取值；铁道:按20kPa取值。 碎石土和砂土按水土分算原则计算，例如：对于重度为的均匀砂土，按水土分算原则，其主动土压力应为： 22ajkwawjwaaiikaijwawjaiikaijwajwaaiweh
22、zhKcKzhz KcKzhzhK以有效重度计算的土压力水压力基坑内侧水平抗力标准值基坑内侧水平抗力标准值epjk宜按下列规定计算：宜按下列规定计算： 1）对于砂土及碎石土，基坑内侧水平抗力标准值按下对于砂土及碎石土，基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：列规定计算： 21pjkpjkpiipijwppiweKcKzhK式中：pjk作用于基坑底面以下深度为Zj的竖向应力标 准值， ，其中mj为深度zj以上 土的加权平均天然重度； Kpi第i层土的被动土压力系数， pjkmjjz2tan452ikpiK2 水平抗力水平抗力（3.5.1-1 2 2）对于粉土及粘性土基）对于粉土及粘性土基坑内侧水平
23、抗力标准值宜按坑内侧水平抗力标准值宜按下式计算：下式计算：2pjkpjkpiikpieKcK粉土和粘性土按水土合粉土和粘性土按水土合算原则计算。算原则计算。引水渠道基坑开挖边坡失稳引水渠道基坑开挖边坡失稳 4孔箱涵，单孔尺寸为孔箱涵，单孔尺寸为3.25m 3.60m，总长，总长75m 地面标高地面标高4.24.7m，设计基坑底面标高，设计基坑底面标高5.33m，开挖深度近，开挖深度近10m 按三级放坡，从上至下依次为按三级放坡，从上至下依次为1:1.5 、 1:2 和和1:3，变坡处留变坡处留1.0m宽的马道宽的马道 二级轻型井点降水二级轻型井点降水 采用水冲法施工，泥浆沉淀池设置在基坑顶部南
24、采用水冲法施工，泥浆沉淀池设置在基坑顶部南北两侧，距基坑外缘北两侧，距基坑外缘12m15m10m高的土坡滑动高的土坡滑动 滑坡发生在挖到基坑底面，浇筑垫层后，滑坡发生在挖到基坑底面，浇筑垫层后，正在绑扎箱涵的钢筋时正在绑扎箱涵的钢筋时 没有进行任何的位移观测，因此没有发现没有进行任何的位移观测，因此没有发现滑坡的预兆，突发性的事故滑坡的预兆，突发性的事故 塌入基坑中的土方塌入基坑中的土方5000立方米，泥面涌高立方米，泥面涌高6m 第一级井点向基坑中移动第一级井点向基坑中移动13m事故分析事故分析 1. 10m的高差形成的压力差超过了软土的承载能的高差形成的压力差超过了软土的承载能力；力； 2. 由于坡面非常平缓，滑动的形式是深层滑动，由于坡面非常平缓，滑动的形式是深层滑动，以中点圆的形式破坏；以中点圆的形式破坏； 3. 卸载引起负的孔隙水压力，产生强度较高的假卸载引起负的孔隙水压力，产生强度较高的假象，随着负压的消散，土的抗剪强度降低，滑坡象，随着负压的消散，土的抗剪强度降低，滑坡并不发生的开挖的同时，而滞后一定的时间；并不发生的开挖的同时，而滞后一定的时间； 4. 没有进行监测的教训。没有进行监测的教训。
