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深基坑支护设计地学院勘察与基础工程研究所第1章绪论1.1基本概念与特点•一.与基坑工程有关的一些基本概念：•1.基坑：为进行建筑物（构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下的空间。（地下室、私下车库、地铁车站等）•2.基坑工程：为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周边环境不受损害而采取的支护结构、降水止水、土方开挖和回填等工程的简称。包括勘察、设计、施工、监测等。•3.基坑侧壁：构成基坑周边土体主动变形的一侧。•4.基坑周边环境：基坑开挖影响范围内的建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体、地下水体等的简称。包括：•1）影响范围内的建筑物结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载大小、上部结构现状。•2）基坑周边各类地下设施，如上下水、电缆煤气、污水、雨水、热力管线或管道等分布和性状。•3）基坑周边和邻近地区地表水和地下水汇流排泻情况、地下水管渗漏情况、对基坑开挖和支护的影响程度。•4）四周道路距离、车辆载重等。•5）相邻基础施工。•6）周边的边坡、河渠及其与基坑关系。•7）其他基坑堆载（包括临时材料、车辆、土体、住房等堆载）1.1基本概念与特点•5.基坑支护：为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周边环境安全，对基坑侧壁和周边环境采样的支挡、加固和保护措施。•6.排桩：以某种桩型按照队列式排列布置形成的基坑支护结构。•7.桩锚支护：排桩、圈梁、锚杆、腰梁、桩间护壁结构等组成的基坑支护结构。•8.水泥土墙：有水泥土桩相互搭接形成格珊、壁状等的重力式挡土结构。•9.地下连续墙：机械施工成槽，浇灌钢筋混凝土形成的地下墙体。•10.土钉支护（土钉墙）：采用土钉加固的基坑侧壁土体与面层等一起组成的加固结构。（包括：土钉、土钉范围内被加固土体、面层等三部分）•11.土层锚杆：由设置于钻孔内、端部深入稳定土层中的钢筋、钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体。•12.支撑体系：由围檩、支撑（或锚杆）、立柱等结构组成的用于支撑基坑侧壁的结构体系。•13.冠梁（圈梁）：设置在支护结构顶部的钢筋混凝土连梁。•14.腰梁：设置在支护结构顶部以下，传递支护结构、锚杆或内支撑支点力的钢筋混凝土梁或钢梁。•15.支点：锚杆或内支撑对支护结构的水平约束点。•16.支点刚度系数：锚杆或内支撑对支护结构的水平反作用力与其位移的比值。•17.组合式支护结构：由排桩、地下连续墙、土钉墙、重力式挡土墙、放坡等多种支护结构组合在一起形成的支护结构。1.1基本概念与特点•18.嵌固深度：排桩结构在基坑坑底以下的埋置深度。•19.嵌固深度设计值：根据基坑侧壁安全等级和支护结构验算条件确定的支护结构嵌入深度的设计值。•20.地下水控制：为保证支护结构施工、挖土、地下室施工和基坑周边环境安全而采取的排水、降水、截水或回灌措施。•21.截水帷幕：用于阻截或减少基坑侧壁基坑地地下水流入基坑而采用的连续止水体（包括悬挂式、落底式、全封闭式）•22.人工降水：人为降低基坑及周边一定范围内的地下水位。•23.信息施工法：根据施工现场的地质情况和监测数据，对地质结论、设计参数进行验证，对施工安全性进行判断并及时修改施工方案的施工方法。•24.动态设计法：根据信息施工法和现场勘察反馈资料，对地质结论、设计参数、设计方案进行再验证，如果确认与原设计条件变化较大，及时补充、修改原设计的设计方法。•25.逆作法：自上而下分阶开挖于支护的一种施工方法。1.1基本概念与特点•二.特点：•1建筑趋向高层化，基坑深度越大；•2基坑开挖面积大，给支撑系统带来较大难度；•3软土基坑位移、沉降大，影响周边环境；工程地质条件越来越差，尤其是沿海地区，填海、填湖、淤泥、泥潭、沼泽等，地质条件十分复杂。•4深基坑施工周期长、场地狭窄、降雨、重物堆放对基坑稳定不利；•5施工方法越来越多，各显神通。周边环境条件越来越复杂，四周建筑物、市政设施越来越密，不仅要保证自身稳定，也不能殃及池鱼。•6相邻场地施工，如打桩、降水、挖土、基础浇筑混凝土等工序会相互影响制约，增加协调工作难度。•7工程事故时有出现，成功率低。条件好。出现问题，条件差地区也出现问题。•三.基本功能：•1提供地下工程安全施工的空间；•2保证主体工程地基和桩基的安全；•3保证周边环境安全：包括相邻地铁、隧道、管线、建筑物、构筑物、地下洞室、地下公用设施等等。1.1基本概念与特点•四基坑工程发展：•1古老传统课题•2综合性的岩土工程问题：涉及土力学强度、稳定、变形问题；涉及土与支护结构相互作用的问题，随着土力学理论、测试技术、计算技术、施工机械、施工技术的发展而发展。•3发展：•1）Terzaghi和Peck在20世纪40年代就提出预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的中应力法；•2）Bjerrum和Eide50年代提出基坑隆起的分析方法；•3）60年代奥斯陆和墨西哥城软粘土基坑开始使用仪器监测；并逐步使用，信息化施工技术完善。•4）70年代开始制定指导开挖的法规；•5）我国70年代之前的基坑较浅，如上海，一般小于4m；80年代基坑开始大量增加。90年代开始制定法规。逆作法施工技术使用。•6）由于周边环境越来越复杂，环境保护越来越受到重视，预估变形方法有待发展，现在有赖于有限元等现代分析方法和土工参数的正确选用；单纯常规室内试验不足以满足要求，开始把室内试验、现场测试、监测结果结合，能获得较为满意的结果。1.1基本概念与特点•4基坑支护手段的发展：•1）20世纪70年代以前。为传统方法阶段；•、放坡、桩（挖孔桩、钻孔桩、预制桩、搅拌桩，圆形为主，异型也有）、板（槽钢钢板、工字钢板、钢混板）、墙（地下连续墙）、管（钢管、钢混管）、撑（钢支撑、木支撑、沙袋堆撑）、沉井。•2）70年代以来为改良方法阶段；•桩锚、板锚、墙锚、管锚、撑锚等，另外支撑出现圆形或与椭圆形的钢混支撑结构。•3）稍晚出现主动支护技术•土钉支护、注浆、冻结；•逆作法施工技术、信息化施工技术。1.1基本概念与特点•5围护结构分类：•1）放坡开挖和简易支护；•2）悬臂式围护结构；•3）重力式围护结构；•4）内撑式围护结构；•5）拉锚式围护结构；•6）土钉支护；•7）其他：门架式、拱式、沉井和（椭）圆形墙、加筋水泥土、冻结法、1.2基坑等级与重要性系数•一基坑等级：•一般根据基坑环境、破坏后果、基坑深度、工程地质和地下水条件等划分。各地规范划分标准不一。•基坑侧壁安全等级和重要性系数γo（JGJ120-99）安全等级破坏后果γo一级支护结构破坏、土体失稳或变形过大对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重。1.1二级支护结构破坏、土体失稳或变形过大对基坑周边环境及地下结构施工影响一般。1.0三级支护结构破坏、土体失稳或变形过大对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重。0.9注：有特殊要求的基坑侧壁安全等级根据具体情况确定。基坑工程安全等级划分（JGJ72-2004）安全等级基坑环境、破坏后果、基坑深度、工程地质和地下水条件一级周边环境条件复杂；破坏后果严重；基坑深度h12m；工程地质条件复杂；地下水位很高、条件复杂、对施工影响严重。二级周边环境条件较复杂；破坏后果较严重；基坑深度6mh≤12m；工程地质条件较复杂；地下水位较高、条件较复杂、对施工影响较严重。三级周边环境条件简单；破坏后果不严重；基坑深度h≤6m；工程地质条件简单；地下水位低、条件简单、对施工影响轻微。注：从一级开始，有二项或二项以上，最先符合该基坑等级标准者，即可定位该等级《高层建筑岩土工程勘察规范》（JGJ72-2004）基坑等级确定说明：1基坑环境条件：指临近既有建（构）筑物、管线、道路的重要性、邻近程度、荷载大小、基础类型和埋深、变形控制要求等；2破坏后果：包括对本工程或周边环境的破坏后果；3工程地质条件复杂程度：按照侧壁软土、砂土层的性质和厚度衡量；4地下水位低：指地下水位低于基坑深度；基坑等级•各地方和行业规范有各自的规定，可参照使用。例：•《广州地区建筑基坑支护技术规定》（GBJ02-98）基坑侧壁安全等级等级破坏后果基坑和环境条件一级支护结构破坏或过大变形对基坑周边环境和地下结构施工影响很严重。1基坑深度H≥14m，且3H范围内有重要建（构）筑物、重要管线和道路等市政设施或在1H范围内有非嵌岩桩基础埋深小于H的建筑物。2基坑位于地铁、隧道等大型地下设施安全保护区范围内。二级支护结构破坏或过大变形对基坑周边环境影响一般；对地下结构施工影响严重。除一、三级以外的基坑。三级支护结构破坏或过大变形对基坑周边环境和地下结构施工影响不严重。H＜6m，且周围3H范围内无特殊要求保护的建（构）筑物、管线和道路等市政设施。基坑等级•上海市《基坑工程设计规程》（DBJ08-61-97）基坑等级等级重要性一级1）支护结构作为主体结构的一部分；2）基坑深度H≥10m；3）2H范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护。二级除一、三级以外的基坑。三级H＜7m，且周围环境无特殊要求时。基坑位于：地铁、隧道等大型地下设施安全保护区范围内；城市生命线工程；对位移有特殊要求的精密仪器使用场所；等建筑物附近的基坑工程按照市府有关文件和规定执行。多为一级。1.3基坑工程勘察•一般与主体工程勘察合并进行，也可在主体工程勘察后，对基坑支护需要的重点项目补充勘察。•一勘探点的设置：•1勘察范围：根据岩土工程条件和开挖深度确定。•一般基坑外1~3倍基坑深度H内均匀布置勘探点；无法布孔时，要调查清楚；软土范围要扩大。•2勘探深度：满足支护结构设计和降水要求。•坑底以下深度不小于基坑深度H的若干倍。广州与湖北为2倍；上海为2.5倍；或进入中风化或微风化岩层一定深度。•有软土和降水需要，钻孔要穿透软土层和含水层，进入底部相对硬土层或隔水层一定深度。•基坑深度内遇到基岩，一般孔进入微风化岩层微1~3m；控制孔还需超过基坑底部深度1~3m。控制孔为勘探点数的1/3以上，且每边不少于2个控制孔。•3勘探点间距：•一般15~30m。遇到暗浜、暗塘、填土和软土等的厚度变化很大时、基岩面起伏很大、结构面、岩溶发育等地质情况复杂时，加密钻孔。•每个剖面不少于3个勘探点。1.3基坑工程勘察•二目的和任务：•（一）岩质基坑：•调查为主，以钻探、物探、原位测试、室内试验为辅。基坑施工时应进行施工地质工作。主要内容为：•1岩石坚硬程度；•2岩石完整程度；•3岩石风化程度；•4主要结构面（尤其是外倾结构面）的力学性质、产状、延伸长度、结合程度、充填物状态、组合关系、充水状况、与临空面的关系等•5坡体含水状况。•（二）土质基坑•1基坑勘察前委托方应该提供的资料：（详见基坑环境条件概念）•1）邻近建（构）筑物的结构类型、层数、基础类型和埋深、持力层、上部结构现状和要求。•2）周边各类地下管线和地下工程情况；•3）周边地表水汇集、排泄以及地下管网分布及渗漏情况；•4）周边道路等级、荷载等情况。1.3基坑工程勘察•2.任务：•1）查明基坑周边环境条件；•2）查明地层结构与成因类型、岩土层性质，尤其是软土、砂土、其他特殊岩土的分布、产状和性质；•3）查明地下水类型、埋藏条件、水位、渗透性，提供基坑治水有关资料；•4）提供有关岩土层的物理力学指标及基坑支护设计施工所需的有关参数；•5）在取得有关勘察资料的基础上，针对基坑特点，提出建议：•A分析地层结构和岩土物理力学性质指标，提出基坑地质模型和破坏模式；•B分析地层结构和岩土物理力学性质指标，提出设计施工所需参数和支护结构选型；•C地下水控制方法和参数；•D监测项目；•E应注意问题和防治措施。1.3基坑工程勘察•三测试参数：•1岩土常规物理力学试验指标；•2固结快剪C、φ；•3室内和原位测试的渗透系数k；•4三轴固结不排水Ccu、φcu；•5可能还需测试土体变形模量、土体水平抗力系数的比例系数m；•6特殊情况下的特殊测试。1.4基坑开挖和支护分类•一开挖分类与内容：有支护开挖无支护开挖围护结构支撑体系降水工程土方开挖地基加固和坡面保护监测环境保护降水工程土方开挖地基加固和坡面保护监测环境保护1.4基坑开挖和支护分类•二.常见支护方法适用范围