1、 基坑工程基坑工程3.1 概概 述述 随着城市建设的发展，地下空间在世界各大城市中得到开随着城市建设的发展，地下空间在世界各大城市中得到开发利用。如高层建筑地下室、地下仓库、地下民防工事以及多发利用。如高层建筑地下室、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等。在我国，地铁及高层建筑的兴建，种地下民用和工业设施等。在我国，地铁及高层建筑的兴建，产生了大量的基坑（深基坑）工程。产生了大量的基坑（深基坑）工程。基坑工程主要包括围护体系的设置和土方开挖两个方面。基坑工程主要包括围护体系的设置和土方开挖两个方面。围护结构通常是一种临时结构，安全储备较小，具有比较大的围护结构通常是一种临时结构，
2、安全储备较小，具有比较大的风险。基坑支护设计使用期限不应小于风险。基坑支护设计使用期限不应小于1年。年。围护结构应满足的基本要求：围护结构应满足的基本要求：保证基坑周围未开挖土体的稳定；保证基坑周围未开挖土体的稳定；保证相邻建筑物的、地下管线的安全，不受损害；保证相邻建筑物的、地下管线的安全，不受损害；保证主体地下结构的施工空间。保证主体地下结构的施工空间。上海浦东绿洲中环中心上海浦东绿洲中环中心 钢管内支撑的优点是施工速度快，装拆方便；缺点是支撑的刚度钢管内支撑的优点是施工速度快，装拆方便；缺点是支撑的刚度略差，基坑支护结构易变形。多道钢内撑有助于控制支护结构变形。略差，基坑支护结构易变形。
3、多道钢内撑有助于控制支护结构变形。水平支撑导墙开挖、模板、钢筋施工导墙采用小钢模导墙导墙导墙回填土泥浆制备工厂泥浆工厂内部泥浆池成槽机地下墙钢筋笼（带注浆管）定位器地下墙钢筋笼凹凸接头履带吊移动钢筋笼地下墙钢筋笼双机抬吊钢筋笼下放注浆管安装混凝土浇筑地下墙接头箱拔接头箱刷壁器地下连续墙外观地下室顶板预留钢筋带水平支撑体系（四道）的地下连续墙水平支撑坑内挖土坑内挖土，栈道转运横向支撑上可作为一般的人行通道拆除最下一道横向支撑3.2 围护结构型式及适用范围围护结构型式及适用范围 围护结构型式及分类围护结构型式及分类放坡开挖及简易支护放坡开挖及简易支护悬臂式围护结构悬臂式围护结构重力式围护结构重力式
4、围护结构内撑式围护结构内撑式围护结构拉锚式围护结构拉锚式围护结构土钉墙围护结构土钉墙围护结构其他形式围护结构其他形式围护结构土袋土袋短桩短桩基坑简易支护基坑简易支护 土袋或块石支护土袋或块石支护 短桩支护短桩支护 放坡开挖及简易支护放坡开挖及简易支护 边坡高度与坡度控制边坡高度与坡度控制岩土类别岩土类别状态及风化程度状态及风化程度允许坡高允许坡高允许坡度允许坡度硬质岩石硬质岩石微风化微风化中等风化中等风化强风化强风化121081：0.101：0.201：0.201：0.351：0.351：0.50软质岩石软质岩石微风化微风化中等风化中等风化强风化强风化8881：0.351：0.501：0.50
5、1：0.751：0.751：1.00砂土砂土中密以上中密以上51：1.00基坑顶面无载重基坑顶面无载重1：1.25基坑顶面有静载基坑顶面有静载1：1.50基坑顶面有动载基坑顶面有动载粉土粉土稍湿稍湿51：0.75基坑顶面无载重基坑顶面无载重1：1.00基坑顶面有静载基坑顶面有静载1：1.25基坑顶面有动载基坑顶面有动载边坡允许坡度值边坡允许坡度值岩土类别岩土类别 状态及风化程度状态及风化程度 允许坡高允许坡高允许坡度允许坡度粉质粘土粉质粘土坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑5541：0.33基坑顶面无载重基坑顶面无载重1：0.50基坑顶面有静载基坑顶面有静载1：0.75基坑顶面有动载基坑顶面有动载1：1
6、.001：1.25基坑顶面无载重基坑顶面无载重1：1.251：1.50基坑顶面无载重基坑顶面无载重粘土粘土坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑5541：0.331：0.751：1.001：1.251：1.251：1.50杂填土杂填土中密、密实的建中密、密实的建筑垃圾土筑垃圾土51：0.751：1.00边坡允许坡度值（续）边坡允许坡度值（续）边坡稳定性验算边坡稳定性验算需要进行边坡稳定性验算的情况有以下几种：需要进行边坡稳定性验算的情况有以下几种：坡顶有堆载；坡顶有堆载；边坡高度与坡度超出上表所列允许值；边坡高度与坡度超出上表所列允许值；存在软弱结构面的倾斜地层；存在软弱结构面的倾斜地层；岩层和主要结构层面
7、的倾斜方向与边坡的开挖面倾斜方岩层和主要结构层面的倾斜方向与边坡的开挖面倾斜方向一致，且两者走向的夹角小于向一致，且两者走向的夹角小于45。土质边坡的稳定分析可用圆弧滑动法进行分析。土质边坡的稳定分析可用圆弧滑动法进行分析。岩质边坡宜按由软弱夹层或结构面控制的可能滑动面进行验算。岩质边坡宜按由软弱夹层或结构面控制的可能滑动面进行验算。p 悬臂式围护结构悬臂式围护结构 结构特征：无支撑的悬臂围护结构；结构特征：无支撑的悬臂围护结构；支撑材料：钢筋混凝土排桩、钢板桩、木板桩、钢筋混支撑材料：钢筋混凝土排桩、钢板桩、木板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙、凝土板桩、地下连续墙、SMW工法桩等；工法桩等；
8、受力特征：利用支撑入土的嵌固作用及结构的自身的抗受力特征：利用支撑入土的嵌固作用及结构的自身的抗弯刚度挡土及控制变形；弯刚度挡土及控制变形；适用条件：土质较好，开挖深度较小的基坑。适用条件：土质较好，开挖深度较小的基坑。p 重力式围护结构重力式围护结构 结构特征：常用水泥土桩构成重力式挡土构造；结构特征：常用水泥土桩构成重力式挡土构造；支撑材料：水泥搅拌桩、注浆；支撑材料：水泥搅拌桩、注浆；受力特征：利用墙体或格构自身的稳定挡土与止水；受力特征：利用墙体或格构自身的稳定挡土与止水；适用条件：宽度较大，开挖较浅，周围场地较宽，对变适用条件：宽度较大，开挖较浅，周围场地较宽，对变形要求不高的基坑。
9、形要求不高的基坑。重力式水泥土墙重力式水泥土墙 断面图断面图 平面图平面图p 内撑式围护结构内撑式围护结构 结构特征：由挡土结构与支撑结构两部分组成；结构特征：由挡土结构与支撑结构两部分组成；支撑材料：挡土材料有钢筋混凝土桩、地下连续墙，支支撑材料：挡土材料有钢筋混凝土桩、地下连续墙，支撑材料有钢筋混凝土梁、钢管、型钢等；撑材料有钢筋混凝土梁、钢管、型钢等；受力特征：水平支撑、斜支撑，单层支撑、多层支撑；受力特征：水平支撑、斜支撑，单层支撑、多层支撑；适用条件：各种土层和基坑深度。适用条件：各种土层和基坑深度。内撑式围护结构内撑式围护结构p 拉锚式围护结构拉锚式围护结构 结构特征：由挡土结构与
10、锚固系统两部分组成；结构特征：由挡土结构与锚固系统两部分组成；支撑材料：可采用内撑式结构相同的材料外，还可以采支撑材料：可采用内撑式结构相同的材料外，还可以采用钢板桩等；用钢板桩等；受力特征：由挡土结构与锚固系统共同承担土压力；受力特征：由挡土结构与锚固系统共同承担土压力；适用条件：砂土或粘性土地基。适用条件：砂土或粘性土地基。拉锚式围护结构拉锚式围护结构p 土钉墙围护结构土钉墙围护结构 结构特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成；结构特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成；支撑材料：由土钉及钢筋混凝土面板构成支撑；支撑材料：由土钉及钢筋混凝土面板构成支撑；受力特征：由土钉构成支撑体系，喷锚混
11、凝土面板构成受力特征：由土钉构成支撑体系，喷锚混凝土面板构成挡土体系；挡土体系；适用条件：地下水位以上或降水后的粘土、粉土、杂填适用条件：地下水位以上或降水后的粘土、粉土、杂填土及非松散砂土、碎石土。土及非松散砂土、碎石土。钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩水泥搅拌桩水泥搅拌桩连拱式支护结构平面图连拱式支护结构平面图高压喷射桩高压喷射桩钻孔灌注桩钻孔灌注桩灌注桩与高压喷射桩组合支护灌注桩与高压喷射桩组合支护型钢型钢深层搅拌桩深层搅拌桩SMW工法桩组合支护工法桩组合支护深基坑支护结构分类深基坑支护结构分类支支护护结结构构挡土部分挡土部分支撑部分支撑部分透水挡土结构透水挡土结构止水挡土结构止水挡土结构 H型
12、钢、工字钢型钢、工字钢+插板插板 疏排灌注桩疏排灌注桩+钢丝网水泥抹面钢丝网水泥抹面 密排灌注桩、预制桩密排灌注桩、预制桩 双排桩挡土双排桩挡土 连拱式灌注桩连拱式灌注桩 土钉墙土钉墙 地下连续墙地下连续墙 深层搅拌桩、墙深层搅拌桩、墙 深层搅拌桩深层搅拌桩+灌注桩灌注桩 密排桩密排桩+高压喷射桩高压喷射桩 钢板桩钢板桩 闭合拱圈墙闭合拱圈墙 自立式桩、墙自立式桩、墙 锚拉支护锚拉支护 土层锚杆土层锚杆 水平支撑、斜撑水平支撑、斜撑 环梁支护系统环梁支护系统3.3 支护结构上的荷载支护结构上的荷载p 水、土压力计算水、土压力计算 水、土压力分算方法水、土压力分算方法 对于透水性比较大的砂性土和
13、粉土，分别计算作用在对于透水性比较大的砂性土和粉土，分别计算作用在围护结构上的土压力（按朗肯土压力理论计算）和水压力围护结构上的土压力（按朗肯土压力理论计算）和水压力（按静水压力计算），然后叠加作用在围护结构上。（按静水压力计算），然后叠加作用在围护结构上。水、土压力合算方法水、土压力合算方法 对于透水性比较差的粘性土地基，采用水、土压力合对于透水性比较差的粘性土地基，采用水、土压力合算的方法计算作用于围护结构上的侧向压力。算的方法计算作用于围护结构上的侧向压力。pak支护结构外侧，第i层土中计算点的主动土压力强度标准值 (kPa)；当 pak H。土钉间距土钉间距 土钉间距：土钉间距：1.2
14、2.0m（软土可（软土可1.0m）；）；垂直间距按土层分布及计算确定；垂直间距按土层分布及计算确定；上下插筋交叉排列上下插筋交叉排列 土钉筋材尺寸土钉筋材尺寸 筋材材料：钢筋、角钢、钢管等；筋材材料：钢筋、角钢、钢管等；钢筋：钢筋：18mm 32mm，级以上螺纹钢筋；级以上螺纹钢筋；角钢：角钢：L15mm50mm50mm；钢管：钢管：50mm。土钉倾角：土钉倾角：020之间之间 倾角小：支护变形小，注浆质量难以控制；倾角小：支护变形小，注浆质量难以控制；倾角大：支护变形大，注浆质量易于控制，利于插入下倾角大：支护变形大，注浆质量易于控制，利于插入下层较好土层。层较好土层。注浆材料：水泥砂浆、水
15、泥浆注浆材料：水泥砂浆、水泥浆 支护面层支护面层 临时性结构：临时性结构：50150mm厚钢筋网喷射混凝土，厚钢筋网喷射混凝土，6mm 8mm的的级钢筋焊成级钢筋焊成150300mm的方格网片；的方格网片；永久性结构：永久性结构：150250mm厚钢筋网喷射混凝土，可设两厚钢筋网喷射混凝土，可设两层钢筋网，分两层喷成。层钢筋网，分两层喷成。土钉支护结构的抗拉承载力计算土钉支护结构的抗拉承载力计算 验算公式验算公式isiknjujkkjyxajkjkujjklqdTtan/tantantancossseTTT.s201)2(451212251 荷载折荷载折减系数减系数j 个土钉位置处基坑个土钉位
16、置处基坑水平荷载标准值水平荷载标准值固结快固结快剪指标剪指标土钉抗拉抗土钉抗拉抗力分项系数力分项系数j 根土钉受拉根土钉受拉荷载标准值荷载标准值j 根土钉受拉根土钉受拉承载力设计值承载力设计值j 根土钉直径根土钉直径lihTuj（+k）/2主动区主动区被动区被动区土的名称土的名称土的状态土的状态qsik填土填土1620淤泥淤泥1016淤泥质土淤泥质土1620粘性土粘性土流塑流塑软塑软塑可塑可塑硬可塑硬可塑硬塑硬塑坚硬坚硬IL10.75 IL 10.50 IL 0.750.25 IL 0.500 IL 0.25IL 0183030404053536565737380粉土粉土稍密稍密中密中密密实密
17、实e0.90.75 e 0.9e 0.75204040606090 土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值土的名称土的名称土的状态土的状态qsik粉细砂粉细砂稍密稍密中密中密密实密实10 N 1515 N 30N30204040606080中砂中砂稍密稍密中密中密密实密实10 N 1515 N 30N30406060707090粗砂粗砂稍密稍密中密中密密实密实10 N 1515 N 30N30609090120120150砾砂砾砂中密中密(密实密实)N15130160 土钉支护结构外部稳定分析土钉支护结构外部稳定分析 抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性验算WHBFtP0q0
18、OEaEaxEaycosLB.ZEBEBqWBMMKEaaxaySRq121131)(210 抗滑移稳定性验算抗滑移稳定性验算cBtanBqWF.EFKtaxth)(210 土钉支护结构内部稳定分析土钉支护结构内部稳定分析 土钉支护结构的内部稳定分析采用圆弧破裂面条分法进土钉支护结构的内部稳定分析采用圆弧破裂面条分法进行分析计算。行分析计算。QihiWiiiR 土钉抗拉力计算土钉抗拉力计算 在土条在土条 i 上作用有土体自重上作用有土体自重 Wi、地表荷载、地表荷载 Qi、土钉抗拉、土钉抗拉力力 Rk、Rk按以下公式计算并取较小者：按以下公式计算并取较小者：按土钉材料强度计算按土钉材料强度计算
19、 按破裂面外土钉抗拔出能力计算按破裂面外土钉抗拔出能力计算 按破裂面内土钉抗拔出能力计算按破裂面内土钉抗拔出能力计算4112/fd.RykkskakqldR0破裂面外土破裂面外土钉锚固长度钉锚固长度10)(RqlldRskak土钉端部与混凝土钉端部与混凝土面板连接处的土面板连接处的极限抗拔力极限抗拔力 土钉支护结构内部稳定验算土钉支护结构内部稳定验算Fs：内部稳定安全系数内部稳定安全系数H6m，Fs1.2；H=612m，Fs1.3；H12m，Fs1.4。iiikhkkiijjkhkkjiiissinQWcosSRcos/ctansinSRtancosQWF)()()(k 排土钉的排土钉的水平间距水平间距补充练习补充练习：按布鲁姆法计算确定图示悬臂式板桩支护的长度按布鲁姆法计算确定图示悬臂式板桩支护的长度 h 及及板桩的最大弯矩板桩的最大弯矩 Mmax。8mq=28kN/m2 c=0=20=17kN/m3 c=0=32=18kN/m3补充练习补充练习：按等值梁法计算确定图示单支撑式板桩支护的长度按等值梁法计算确定图示单支撑式板桩支护的长度 h 及板桩的最大弯矩及板桩的最大弯矩 Mmax。3m6.0mq=10kN/m2 c=10kPa=12=17kN/m3Ra
