搜索
深基坑工程设计同济大学高大钊内容深基坑工程总论深基坑工程方案设计深基坑工程总论深基坑工程的若干事故实例地下连续墙围护结构的垮塌钢支撑的失稳工程桩的倾斜采用拱圈结构深基坑的垮塌土钉墙的垮塌深基坑工程总论1.深基坑工程技术要求；2.深基坑围护结构类型；3.深基坑工程的失效模式；4.深基坑工程的安全等级与设计、施工要求；5.深基坑围护结构设计荷载；6.深基坑设计表达式及安全控制标准；深基坑工程的技术要求深基坑工程是指包括基坑开挖、降水和支护结构设计、施工与监测在内的总称。支护结构则由包括具有挡土、止水功能的围护结构和维持围护结构平衡的支、锚体系两部分组成；支、锚体系是指内支撑体系或锚杆体系，内支撑体系由支撑、围檩和立柱等构件组成，锚杆体系则由锚杆、腰粱和台座等组成。对深基坑工程的技术要求包括：一深基坑工程的功能要求1.挡土功能2.止水功能3.作为地下结构外墙的使用功能二环境保护与处理相邻关系的要求1.控制围护结构位移和坑底隆起对环境的影响2.控制降低地下水位对环境的影响3.控制土锚对相邻场地的影响深基坑工程的功能要求为什么要做深基坑工程？由地下室的施工引起的问题：挡土和止水的功能－临时性的结构物作为深基坑围护结构的地下连续墙可以同时用作地下结构的永久性外墙的使用功能挡土功能放坡开挖和支护开挖虽是两种可供选择的开挖方案，但放坡开挖的适用范围有限，因为深基坑的放坡范围过大，城市不可能提供太大的放坡空间；深基坑放坡所增加的土方量也比较大；如在软土地区更由于可能产生深层滑动的制约，在深基坑中放坡开挖的风险很大。因此深基坑工程大多采用支护开挖的方案。深基坑设置支护结构（一般包括围护结构和支锚体系两部分）的目的是阻止基坑外侧土体的坍塌，为基础施工提供安全的工作空间。支护结构的功能是挡土，对基础施工空间来说具有防护的作用，统称为支护结构，但将围护结构和支锚体系加以区别可更确切地表达其在基坑工程中的不同作用。根据挡土的要求，围护结构不一定是连续密闭的，在土的强度比较高的地区，采用间隔式的围护结构就足以起到挡土的作用；但在软土地区，由于土的强度低，土压力比较大，则需要设置连续排列的围护结构才有足够的强度抵抗土压力的作用和防止软土在侧向压力作用下通过支挡的间隙绕流。不同地区、不同土类、不同开挖深度的基坑，根据挡土的功能要求可以选择不同的围护结构型式和支锚体系的类型。止水功能在地下水位比较高的地区，为了使施工作业的空间比较干燥，必须采取坑内排水或降低地下水位的措施。如在坑内降低地下水位则造成了坑内外的水位差，地下水在水头压力的作用下从坑外流向坑内，不仅不能保持坑内的干燥，而且还会产生管涌、流砂等渗透变形，危及基坑的安全。在这种情况下，要求围护结构同时具有止水的功能，能阻止地下水流向坑内，以保证坑内的施工作业条件。实现围护结构止水功能的条件，一方面是要求围护结构本身要有一定的隔水性能，可以同时起止水帷幕的作用，另一方面是要求设置的止水帷幕有足够的长度，或者能切入不透水层，或者能将水头梯度减少到不会发生危害的数值。有些类型的围护结构可以同时具有挡土和止水的功能，如地下连续墙；但有些挡土结构物却不具有止水的作用，如排桩式围护结构，此时就需要设置止水帷幕，采用两种材料的复合结构。作为地下结构外墙的使用功能在软土地区，深基坑工程的围护结构造价很高，特别如地下连续墙有时可达数千万之巨，如果仅用作施工时的临时性围护结构，在地下室施工完毕以后就丧失了使用价值，确实非常可惜。为了充分利用地下连续墙的使用价值，提出了将围护结构同时作为地下室外墙的设计要求，这种设想无疑是具有经济意义的。在这种条件下，支护结构就具有地下室外墙的使用功能要求，即永久性的止水功能、永久性的挡土作用以及传递建筑物荷载的功能。对于同时具有地下室外墙使用功能要求的围护结构，其设计和施工的技术要求和一般围护结构不同，技术难度比较大，也比较复杂，需要作专门的研究。环境保护与处理相邻关系的要求1.控制围护结构位移和坑底隆起对环境的影响2.控制降低地下水位对环境的影响3.控制土锚对相邻场的影响控制围护结构位移和坑底隆起对环境的影响基坑开挖对土体来说是一种卸荷作用，打破了土体原来的平衡状态，土体就会产生各种形态的位移，在基坑内部，表现为围护结构的水平位移和坑底的隆起，尽管设置了围护体的支、锚结构，但围护结构连同周围的土体仍然有不同程度的水平位移；坑底的隆起是一种向上的位移，产生的原因一是深层土的卸荷回弹，二是由开挖形成的压力差导致的土体塑流。由于土体是连续体，坑底的隆起和围护结构的水平位移必然导致坑外土体产生沉降和水平位移，带动相邻建筑物或市政设施发生倾斜或挠曲，这些附加的变形使结构构件或管道可能产生开裂，影响使用，危及安全。控制降低地下水位对环境的影响基坑开挖时必须采取坑内排水或降低地下水位的措施以获得干燥的施工工作空间。如采用坑外降水会使大范围的地下水位下降；如在坑内降水而围护结构不具有止水的功能，或止水功能失效，则也会引起坑外地下水位下降；基坑的开挖深度越深，地下水位下降越多，影响的范围也就越大。当采用坑内降水方案而止水帷幕能有效工作时，坑外的地下水位不会明显下降，对相邻建筑物不会构成威胁。地下水位下降造成土体有效应力增加，产生大范围的地面沉降，在影响范围内的建筑物和市政设施就要受到不同程度的损害。因此在软土地区通常都采用止水帷幕来防止坑外地下水位的下降，在基坑工程设计和施工时，必须充分重视止水帷幕的质量，密切监控坑外地下水位的变化。控制土锚对相邻场地的影响对坑内的施工条件来说，采用土锚比内支撑更为有利，可以减少对挖土和浇筑基础的干扰。因此在地质条件比较好的的地方，大量采用土锚；而在软土地区，由于软土无法提供足够的锚固力，很少采用土锚。但除了上述技术方面的考虑之外，采用土锚时还应充分注意其对相邻关系的影响，除非建筑场地十分空旷，土锚能完全设置在建筑红线范围以内。建筑红线是法定的建筑界限，不仅限定地面建筑的范围，而且也不容许地下的设施超出红线范围。在一般情况下，土锚的锚固段常常超出红线，亦即已经进入相邻场地的范围，如果相邻场地进行地下的施工或设置桩体，土锚就成为其地下障碍物，因此可能产生相邻的纠纷。从民法的角度来看，采用的土锚如已进入相邻场地范围，则已经侵犯了相邻场地业主的合法权益，相邻场地业主可以诉诸法律。深基坑围护结构的类型按功能划分按围护结构刚度划分按围护结构保持稳定方式划分按围护结构的施工工艺与材料划分按功能划分按围护结构功能划分为临时性结构和兼有永久性结构功能（两墙合一）两类。临时性围护结构的功能比较单一，设计时只要满足施工围护结构的挡土、止水和环境保护的要求；永久性结构除了满足上述施工围护结构的要求外，还应满足作为永久性结构的许多要求，例如传力、协调变形、防渗等要求。同时还要处理与地下室梁、板、柱的连接构造，对围护结构的变形也有更严格的要求。按围护结构刚度划分按围护结构材料本身的传力特性可以分为刚性结构和柔性结构两类。刚性结构围护体材料的抗拉强度很低，一般不考虑承受弯矩，其变形的特点主要是平移和转动，当发生挠曲变形时很容易出现开裂；柔性结构围护体材料能承受较大的弯矩和拉应力，因此可以容许发生较大的挠曲而结构不出现裂缝。按围护结构保持稳定方式划分按围护结构保持稳定的方式，可划分为自立式和支锚式两类。自立式围护结构可以不依靠支撑或锚杆的传力作用而保持其平衡，按照保持稳定的机制可以分为重力式和悬臂式两类。重力式围护结构依靠自身的重力所形成的稳定力矩和摩阻力来抵抗土压力所引起的倾覆和滑移；悬臂式则依靠插入深度范围内土的嵌固作用维持稳定。支锚式围护结构则需要依靠内支撑或土锚才能保持围护结构的稳定。主动土压力Ea被动抗力Ep基底摩阻力H重力G重力式围护结构主动土压力Ea被动抗力Ep被动抗力E´p悬臂式围护结构拉锚土锚土锚或拉锚支撑立柱立柱桩围护墙围檩坑底加固内支撑体系按围护结构施工工艺与材料划分按围护结构的施工工艺与材料划分可分为以水泥稳定土为材料的水泥搅拌桩，以钢为材料的钢板桩和以钢筋混凝土为材料的钻孔灌注桩、地下连续墙或钢筋混凝土板桩。围护结构的受力性能与材料密切有关。用水泥搅拌桩做成的坝体是刚性的、自立式的。用钢材或钢筋混凝土制成的围护结构是柔性的，一般需要采用支锚体系来维持其稳定。但钢筋混凝土地下连续墙也可以做成如图所示的重力式围护结构；水泥搅拌桩可以加劲性的型钢成为柔性的围护结构（SMW工法），也可以用作柔性的排桩式围护结构的止水帷幕。地下连续墙作重力式基坑工程的失效模式1.整体失稳2.坑底隆起3.围护结构倾覆失稳4.围护结构滑移失稳5.围护结构底部地基承载力失稳6.“踢脚”失稳7.止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏8.围护结构的结构性破坏9.支、锚体系失稳破坏整体失稳整体失稳是指在土体中形成了滑动面，围护结构连同基坑外侧及坑底的土体一起丧失稳定性，一般的失稳形态是围护结构的上部向坑外倾倒，围护结构的底部向坑内移动，坑底土体隆起，坑外地面下陷。（50）上海，基坑宽10m，长度超过200m，开挖深度10m左右23地下连续墙，宽度80cm，长度20m两道钢筋混凝土支撑挖土接近设计标高时12幅地下连续墙发生整体滑移，坑底隆起，第二道支撑大部分剪断，第一道支撑拉脱跌落，坑外地面下沉最大达4m被动区抗力不足，土体失稳坑底隆起坑底隆起是指坑底土体产生向上的塑性变形。基坑开挖以后，坑底向上位移的原因有两种，一是卸载引起的回弹，其数值较小；另一种是在开挖引起的压力差作用下土体中产生的塑性变形，这种变形如果数量较大，表示土体中的塑流已经比较严重，如果围护结构和内支撑能形成整体性好的体系，则塑流仅引起坑外地面下沉，影响环境安全；如果是自立式结构或节点强度差的支撑体系，隆起可能是整体失稳的前兆；如果稳定性不能得到有效的控制，就会发生整体性失稳。(56)台北，开挖深度13.6m21厚度700mm的地下连续墙，长度24m开挖至坑底发生破坏，四周土地陷落4m，建筑物向外倾倒，坑底桩上升2~4m，开挖面下的土层上升2~4m，连续墙底向内位移2m场地处于故河道填土区，坑底软弱，属隆起破坏围护结构倾覆失稳围护结构的倾覆失稳主要发生在重力式结构或悬臂式围护结构，重力式结构在坑外主动土压力的作用下，围护结构绕其下部的某点转动，围护结构的顶部向坑内倾倒。抵抗倾覆失稳的力矩主要由围护结构自身的重力形成，坑底的被动抗力也是构成抵抗力矩的因素。关于转动中心的位置有不同的看法，传统的方法是将转动中心放在围护结构的前趾，但也有认为绕前趾上面或下面的某一点转动比较合理，特别的软土地区由于基底土比较软弱，在力矩作用下前趾有下沉的可能。（12）上海，主楼28层，主楼基坑深9.4m，群楼坑深6.1m6深坑用灌注桩，800，长度18m浅坑用搅拌桩，厚度2700mm，深、浅基坑之间用搅拌桩800×600角支撑与对撑支撑3处断裂，墙体倒塌，矮墙前倾位移2.9m，工程桩最大位移3.75m，倾斜20插入深度不足，深坑局部搅拌桩墙体安全系数不足，未形成封闭系统围护结构滑移失稳围护结构的滑移失稳亦主要发生在重力式结构中，在坑外主动土压力的作用下，围护结构向坑内平移。抵抗滑移的阻力主要由围护体底面的摩阻力以及内侧的被动土压力构成。当坑底土软弱或围护结构底部的地基土软化时，墙体发生滑移失稳。围护结构底部地基承载力失稳重力式围护结构的底面压力过大，地基承载力不足引起的失稳。由于在围护结构的外侧还作用着土压力，因此其合力是倾斜的。在倾斜荷载作用下，地基土发生向坑内的挤出，围护结构产生不均匀的沉降，可能导致部分围护结构的开裂损坏。（21）中山市，开挖4m基坑，2m填土下为8～15m淤泥，含水量67％10粉喷桩重力式围护结构，墙宽2.8m，桩长8m开挖至设计标高后围护结构后坡体出现裂缝及沉降，在坑内离墙3～4m处坑底隆起，挡墙倾斜；围护结构底部位于淤泥上，承载力不足“踢脚”失稳在单支撑的基坑