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河南理工大学本科毕业设计第一章绪论1第一章绪论1.1基坑支护概述1.1.1概述建筑基坑（buildingfoundationpit）是指为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下的空间。开挖后，产生多个临空面，构成基坑围体，围体的某一侧面称为基坑侧壁（sideoffoundationpit）。基坑的开挖必然对周边环境造成一定的影响，影响范围内的既有建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体及地下水体等，统称为基坑周边环境（surroundingsaroundfoundationpit）。为保证地下结构是施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施，这就是基坑支护（retainingandprotectingforfoundationexcavation）。改革开放以前，基础埋深较浅，基坑开挖深度一般在5m以内，一般建筑基坑均可采用放坡开挖或用少量钢板桩支护。随着大量高层建筑的建造及地下空间的开发，同时也为了满足高层建筑抗震和抗风等结构要求，地下室由一层发展到多层，相应的基坑开挖深度也越来越深，如北京中国国家大剧院基坑最深处达35m。当前，中国的深基坑工程在数量、开挖深度、平面尺寸以及使用领域等方面都得到高速发展，深、大基坑已非常常见，放坡开挖或少量钢板桩已经难于保证地下结构施工及基坑周边环境的安全。为此，实践中已发展多种支护方式，如排桩（pilesinrow）：即以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构；水泥土墙（cement-soilwall）：即有水泥土桩互相搭接形成格栅状、壁状等形式的重力式结构；土钉墙（soilnailingwall）：即采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构，以及上述方式的各种组合支护方式。河南理工大学本科毕业设计第一章绪论21.1.2现代基坑工程发展的一般特点近年来我国基坑工程呈现出新的特点，主要表现如下：1.建筑趋向高层化，基坑向大深度方向发展；2.基坑开挖面积大，长度与宽度有的达数百米，给支撑系统带来较大的难度；3.在软弱的土层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响；4.深基坑施工工期长、场地狭隘，降雨、重物堆放等对基坑稳定性不利；5.在相邻场地的施工中，打桩、降水、挖土及基础浇注混凝土等工序会相互制约与影响，增加协调工作的难度。1.1.3支护技术内容基坑支护技术包括基坑的勘察、设计、施工及监测技术，同时包括地下水的控制（groundwatercontrolling）（指为保证支护结构施工、基坑挖土、地下室施工及基坑周边环境安全而采取的排水、降水、截水或回灌措施）和土方开挖等。基坑支护技术是基础和地下工程施工中的一个传统课题，同时又是一个综合性的岩土工程难题，即涉及土力学中典型的强度、稳定及变形问题，还涉及土与结构共同作用问题、基坑中的时空效应问题以及结构计算问题。其设计与施工完全是相互依赖、密不可分的。施工的每一个阶段，随着施工工艺、开挖位置和次序、支撑和开挖时间等变化，结构体系和外部荷载都在变化，都对支护结构的内力产生直接的影响，每一个施工工况的数据都可能影响支护结构的稳定和安全。只有设计与施工人员密切配合，加强监测分析，及早发现和解决问题，总结经验，才能使基坑工程难题得到有效的解决，也只有这样，设计理论和施工技术才能得到较快的发展。因此，建筑物基坑支护设计与施工技术是一门从实践中发展起来的技术，也是实践性非常强的学科，随着土力学、计算技术、测试仪器及施工技术等的进步而逐步完善。河南理工大学本科毕业设计第一章绪论31.2基坑支护设计原则1.2.1基坑支护的设计要求基坑支护作为一个结构体系，应要满足稳定和变形的要求，即通常规范所说的两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态，对基坑支护来说就是支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用极限状态则是指支护结构的变形或是由于开挖引起周边土体产生的变形过大，影响正常使用，但未造成结构的失稳。因此，基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支护产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。因而，作为设计的计算理论，不但要能计算支护结构的稳定问题，还应计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关，这就是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分，对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的，则应控制小变形，此即为通常的一级基坑的位移要求；对于周边空旷，无构筑物需保护的，则位移量可大一些，理论上只要保证稳定即可，此即为通常所说的三级基坑的位移要求；介于一级和三级之间的，则为二级基坑的位移要求。对于一级基坑的最大水平位移，一般宜不大于30mm，对于较深的基坑，应小于0.3%H，H为基坑开挖深度。对于一般的基坑，其最大水平位移也宜不大于50mm。一般最大水平位移在30mm内地面不致有明显的裂缝，当最大水平位移在40-50mm内会有可见的地面裂缝，因此，一般的基坑最大水平位移应控制不大于50mm为宜，否则会产生较明显的地面裂缝和沉降，感观上会产生不安全的感觉。一般较刚性的支护结构，如挡土桩、连续墙加内支撑体系，其位移较小，可控制在30mm之内，对于土钉支护，地质条件较好，且采用超前支护、预应河南理工大学本科毕业设计第一章绪论4力锚杆等加强措施后可控制较小位移外，一般会大于30mm。基坑支护是一种特殊的结构方式，具有很多的功能。不同的支护结构适应于不同的水文地质条件，因此，要根据具体问题，具体分析，从而选择经济适用的支护结构。1.2.2极限状态设计基坑支护结构应采用分项表示的极限状态设计表达式进行设计，基坑支护结构极限状态分为下列两类。1.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或基坑周边环境破坏。一般情况下，支护结构上的作用效应和结构抗力，应符合下式要求：0RS（1.1）式中S——结构的作用效应R——结构的抗力2.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。这种状态主要表现为支护结构的变形影响地下室周边墙施工及基坑周边环境的正常使用，支护结构的变形和裂缝应符合下列要求：dSC（1.2）式中Sd——变形、裂缝等荷载效应的设计值；C——设计对变形、裂缝等规定的相应限值。1.2.3侧壁安全等级及重要性系数根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）中采用了结构安全等级划分的基本方法，按支护结构的破坏后果氛围很严重、严重、不严重三种情况分别对应于三中安全等级，其重要性系数的选用与《建筑结构可靠度设计统一标准》河南理工大学本科毕业设计第一章绪论5（GB50068—2001）相一致，见表1-1.表1-1基坑侧壁安全等级和重要性系数安全等级破坏后果0一级支护机构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重1.10二级支护机构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般1.00三级支护机构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.901.3基坑工程的围护结构和支撑类型无论是高层建筑还是地铁的深基坑工程，由于都是在城市中进行开挖，基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容，要保护其周边构筑物的安全使用。而一般的基坑支护大多又是临时结构、投资太大也易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此，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是基坑工程要解决的主要内容。以下简单介绍当前基坑工程中常见的支护结构类型及不同地基土条件下的基坑工程支护结构选型原则。1.3.1基坑工程的围护结构（1）放坡开挖适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制无严格要求，价钱最便宜，回填土方较大。（2）水泥土深层搅拌围护墙采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土河南理工大学本科毕业设计第一章绪论6柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点：由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济；施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微，因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点：首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时，为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。适用于淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土、粉土、素填土等土层，一般应用于开挖深度3m～6m等不大于8m的基坑工程。（3）土钉及复合土钉土钉通常采用钻孔后放入带肋钢筋并沿孔全长注浆的方法施工。它依靠与土体之间的粘结力或摩擦力，在土体发生变形时被动承受拉力作用。一般由密集的土钉群和喷射混凝土面层组成。复合土钉支护采用相互搭接的单排或双排具有一定强度的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩作为止水帷幕，然后分层开挖土体、设置土钉。土钉一般适用于地下水位以上的可塑、硬塑或坚硬的黏性土且深度小于6m的基坑。复合土钉适用于有松散砂土和软土的地层。（4）高压旋喷桩高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆，它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来挡土和止水。高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩，但其施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动很小，噪音也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害，它可用于空间较小处，但施工中有大量泥浆排出，容易引起污染。对于地下水流速过大的地层，无填充物的岩溶地段永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质，由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固，均不宜采用该法。（5）槽钢钢板桩这是一种简易的钢板桩围护墙，由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6～8m，型号由计算确定。其特点为：槽钢具有良好的耐久性，基坑施工完毕回填河南理工大学本科毕业设计第一章绪论7土后可将槽钢拔出回收再次使用；施工方便，工期短；不能挡水和土中的细小颗粒，在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施；抗弯能力较弱，多用于深度≤4m的较浅基坑或沟槽，顶部宜设置一道支撑或拉锚；支护刚度小，开挖后变形较大。钢板桩为柔性围护结构，变形较大，一般适用于开挖深度小于7m的基坑工程。（6）钢筋混凝土板桩钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点，曾在基坑中广泛应用，但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法，振动与噪音大，同时沉桩过程中挤土也较为严重，在城市工程中受到一定限制。此外，其制作一般在工厂预制，再运至工地，成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计，目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm以上)的板桩，并有液压静力沉桩设备，故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。（7）钻孔灌注桩钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。钻孔灌注桩支护墙体的特点有：施工时无振动、无噪音等环境公害，无挤土现象，对周围环境影响小；墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小；当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短；桩间缝隙易造成水土流失，特别时在高水位软粘土质地区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题；适用于软粘土质和砂土地区，但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用；桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体，因而相对整体性较差，当在重要地区，特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。（8）地下连续墙地下连续墙一般采用成槽机械在泥浆护壁的条件下开挖成槽，然后吊放钢筋笼并浇筑混凝土成槽段，通过接头将槽段间连成墙体。地下连续墙施工时振动少、噪声低，能够紧邻相近的