【经典】建筑深坑支护

建筑深基坑支护建筑之家一、导言□高层建筑基坑的问题□关于基坑的国家政策□危险性较大工程安全专项施工方案（1）挡土设计困难（深度大）；（2）场地狭窄；（3）地下水控制；（4）属临时设施，造价有限；（5）地质复杂，难度增加（地质不均匀、地层千变万化、地下水影响）；（6）业主对问题认识不足。高层建筑基坑的问题：关于基坑的国家政策：（1）制定相应的技术规范规程《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），（冶金部制定了《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）使设计有法可依；（2）规定基坑支护设计必须由有资质的设计单位承担；（3）强化监管，建立施工组织设计方案的审批制度。1）开挖深度超过5m（含5m）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5m（含5m），但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。2）地下暗挖工程：地下暗挖及遇有溶洞、暗河、瓦斯、岩爆、涌泥、断层等地质复杂的隧道工程。危险性较大工程安全专项施工方案包括：3）高大模板工程：水平混凝土构件模板支撑系统高度超过8m，或跨度超过18m，施工总荷载大于10kN/m2，或集中荷载大于15kN的模板支撑系统。4）30m及以上高空作业的工程。5）大江、大河中深水作业的工程。6）城市房屋拆除爆破和其他土石大爆破工程。二、设计原则1、按极限状态理论进行设计2、侧壁安全等级及重要性系数1、按极限状态理论进行设计：（1）承载力极限状态：1）支护结构达最大承载力或土体失稳；2）过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏。（2）正常使用极限状态：1）过大变形妨碍施工；2）过大变形影响周边环境正常使用。2、侧壁安全等级及重要性系数：（1）破坏后严重，一级，结构重要性系数γ0=1.1；（2）破坏后果一般，二级，结构重要性系数γ0=1.0；（3）破坏后果不严重，三级，结构重要性系数γ0=0.9。三、设计内容1、承载能力的计算2、变形验算3、地下水控制估算和验算1、承载能力的计算：（1）土体稳定计算；（2）支护结构压、弯、剪计算；（3）锚杆（或内支撑）承载力及稳定计算；2、变形验算（仅一级基坑或有变形要求的二级基坑需要验算）3、地下水控制估算和验算：（1）抗渗透稳定性验算（2）坑底突涌稳定性验算（3）地下水位控制计算南宁地下水拉控制的做法：1)用旋喷或摆喷构筑止（阻）水帷幕，深度直达泥岩隔水层；2)少量渗漏采用抽排方法解决；3)利用季节时间差，将止水帷幕工程量减到最小，甚至取消。深基坑工程的组成•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、腰梁和台座等组成深基坑工程的技术要求：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；临时性维护结构永久性维护结构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•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•水泥稳定土为材料的水泥搅拌桩；•以钢为材料的钢板桩；•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。四、常用支护结构1、放坡2、排桩3、连续墙4、土钉喷射砼墙5、逆作拱墙6、内支撑7、逆作法8、其他方法1、放坡（1）特点：1）施工简单易行；2）深度宜在5m以内；3）占地面积大；4）造价低廉。（2）构造：1）根据土层选择稳定坡度；2）坡顶、坡脚设置排水沟；3）必要时采用喷射混凝土护面并埋设排水管；4）基坑底部设置集水坑抽水。2、排桩：（1）特点：1）适用面广，1～3级基坑均可使用；2）配合锚杆使用，深度几乎不受限制；3）截水性能好；4）悬臂长度不宜大于5m（软土）；5）可用人工挖孔或机械钻孔；6）造价稍高。15-35旋喷桩腰梁泄水管钢筋混凝土排桩腰梁腰梁冠梁15-3515-35锚固段机械扩孔加压扩孔或堵浆器锚固段锚固段15-35旋喷桩腰梁泄水管钢筋混凝土排桩腰梁腰梁冠梁15-3515-35锚固段机械扩孔加压扩孔或堵浆器锚固段锚固段（2）构造：1）桩体：直径不小于600mm（人工挖孔不小于800mm）；2）冠梁：高度不小于400mm；3）混凝土等级C20以上；4）腰梁：可设多道；5）桩间采用C20以上混凝土填充，或挂网喷射混凝土，并埋设排水管；6）锚杆。锚杆：A、垂直距离不小于2m，水平距离不小于1.5m；B、锚杆锚固体上覆土厚度不宜小于4m；C、锚杆倾角宜15˚~25˚，不得大于45˚；D、锚杆锚固体宜采用水泥浆或水泥砂浆，强度不宜低于M10；E、锚杆自由段长度不宜小于5m，并应超过潜在滑裂面1.5m；F、锚杆锚固体长度不宜小于4m；G、一级和缺乏经验的二级基坑侧壁必须按规定作锚杆试验；H、锚杆种类。锚杆种类：普通锚杆：由钢筋制成，为被动式工作，位移较大。a）临时简易型，注入水泥浆或水泥砂浆，压力0.3～0.5MPa；b）压力注浆，压力2～5MPa，可适当挤土形成扩大区，增加锚固力；c）机械扩孔，增大锚固力。预应力锚杆：由钢绞线制成，为主动式工作，可严格控制位移，腰梁及锚固体达75℅强度且大于15MPa时才能张拉。涂防腐油脂自由段隔离件注浆管光滑套管孔壁扩张件钢绞线孔壁钢绞线密封层注浆管隔离架注浆管锚固段导向头扩张环孔洞直径软管内钢绞线（3）结构计算：1）嵌固深度计算：a、悬臂桩（或连续墙）：b、单支点桩（或连续墙）：c、多层支点桩（或连续墙）采用圆弧滑动简单条分法：0Eh2.1Ehaia0pjp0Eh2.1)hh(TEhaia0dT1c1pjp0sin)wbq(tgcos)wbq(lEciii0kikiii0iik其中：、-最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水剪粘聚力、内摩擦角标准值；li---------第i土条的弧长；bi---------第i土条的宽度；γk-------整体稳定分项系数，取1.3；--------第i土条弧线中点切线与水平线的夹角。ikcik2）结构计算a、力学计算方法i）极限平衡法适用于悬臂桩或单支点桩的简单结构，属静定问题，可手工计算。ii)弹性支点法计算模型精度较高，将桩看作一个竖向弹性地基梁，将每个锚杆当作一个弹性支点，同时将与土侧面的接触面看作是一系列连续的弹性支撑，充分考虑了土的压缩弹性。这种力学模型比较符合实际，但手工很难操作，必须使用计算机求解，国内商品化的软件有理正软件等，可以直接生成施工图。b、效应设计值：按上述方法可求出截面的弯矩、剪力、支点计算值Mc、Vc和Td，再加上结构重要性系数等安全条件，便可求出相应的截面设计值：弯矩设计值：剪力设计值：支点设计值：根据求出的截面弯矩、剪力设计值，可以最后确定截面的大小和配筋。c0M25.1Mc0V25.1Vcj0djT25.1T3）锚杆计算锚杆的规格和大小：其中：Td------结构计算求出的锚杆水平拉力设计值；Nu------锚杆轴向受拉承载力设计值；------锚杆与水平面的倾角。cosNTud3、连续墙：（1）特点：1）适用面广，1～3级基坑均可使用；2）深度不受限度；3）截水性能好；4）刚度大，承载能力强；5）造价高，多为大型工程所采用（逐年增多）；6）属永久性设施，可成为主体结构的一部分；7）对相邻建筑物影响小；8）采用大型机械化连续作业。（2）构造1）须先筑1000－1500mm深混凝土导墙；未施工槽段加劲框接头管纵向加劲桁架已浇筑槽段孔壁2）采用泥浆护壁；3）分段挖槽浇注，每段长4～8m（由钢筋笼吊装能力确定）；4）墙厚度500－1000mm，保护层厚度50～100mm；5）每段采用接头管封堵（也可采用其他如接头箱封堵）；6）浇筑高度应高于墙顶300～500mm，终凝后凿除；7）混凝土等级不低于C20，骨料粒径最大40mm，宜用中砂，含砂量40～45%，水灰比不大于0.6；8）一般需在混凝土中掺入早强减水剂，减少水灰比，增大流动性。上下各1000范围20@125520@25052132@140上下各1000范围32@14020@1255328@14025@140424道剪刀撑架立桁架25324（3）结构计算：与排桩相同，也有商品化软件使用。4、土钉喷射砼墙（1）特点：1）一级基坑不宜采用；2）基坑深度不宜大于12m（最大已达18m）；3）工期短；4）造价低；5）属临时设施；6）坡度不宜大于1：0.1（2）构造：1）钻孔直径70～120mm；2）土钉宜采用HRB335、HRB400级钢筋，直径∅16～32；3）土钉支架∅6@1500；4）注入水泥浆或水泥砂浆，不低于M10；6支架@1500钢板-6X100X100钢筋网片AA6@200X200钢筋网片A-A214@1000-2000双向压筋6@200X2006支架@1500钢板-6X100X100钢筋网片AA6@200X200钢筋网片A-A214@1000-2000双向压筋6@200X200为了增强锚固力，可进行二次挤压注浆：第一次用重力低压（0.4～0.6MPa）或高压（1～2MPa）注浆，保持压力3～5分钟；终凝后2～4小时内再次用高压（2～4MPa）进行二次注浆，保持压力5～8分钟。5）注浆用水泥浆或水泥砂浆，水灰比0.4～0.45；6）土钉长度为开挖深度的0.5～1.2倍，间距约1～2m；7）土钉与水平夹角宜5～20˚，必要时须错开（保持锚固距离）；8）喷射砼土面层宜配∅6～10@150～300钢筋网，砼等级不低于C20,厚度不小于80mm（通常取100mm）；喷射砼分2次进行，第一次在土钉施工前，厚度25～30mm，作为垫层使用；第二次则是在土钉和钢筋挂网完成后，喷完剩余厚度。9）坡面上、下段钢筋网上、下搭接应大于300mm；10）坡顶破脚及坡面均应设置排水沟或排水管。（3）锚杆与土钉的区别：1）锚杆分为自由段和锚固段，自由段全长受力相同；而土钉全长锚固，受力中段大两端小；2）锚杆可施加预应力，可以主动约束土体；土钉不能施加预应力，只能在土体变形