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深基坑工程主讲人：崔德智2011年11月8日一、深基坑工程定义及特点二、深基坑工程常用的主要支护形式1、土钉支护2、锚杆支护3、悬臂桩支护4、地下连续墙支护三、深基坑工程展望深基坑的定义：建设部建质200987号文关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》规定：一般深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。一、深基坑工程定义及特点深基坑的特点：基坑工程主要包括土方开挖和基坑支护，是一项综合性很强的系统工程，同时需要岩土工程和结构工程的专业知识。基坑工程一般具有下述特点：⑴基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性一般情况下，基坑支护是临时措施，地下室主体施工完成时支护体系即完成任务。与永久性结构相比，临时结构的安全储备要求可小一些。基坑支护体系安全储备较小，因此具有较大的风险性。基坑工程施工过程中应进行监测，并应有应急措施。在施工过程中一旦出现险情，需要及时抢救。一、深基坑工程定义及特点。深基坑的危险性深基坑的特点：⑵基坑工程的区域性及土压力特点岩土工程区域性强，岩土工程中的基坑工程区域性更强。同一城市不同区域也有差异。基坑工程的土方开挖，特别是支护体系设计与施工要因地制宜，根据本地情况进行，外地的经验可以借鉴，但不能简单搬用。例如廊坊银河新区项目地勘报告中存在大量的严重液化和中等液化区域，而据廊坊市质检站反应廊坊市其他区域还没有发现有土质液化现象。一、深基坑工程定义及特点深基坑的特点：⑵基坑工程的区域性及土压力特点基坑支护结构都要承受土压力的作用。基坑支护在考虑地下水对土压力的影响时，是采用水土压力分算，还是水土压力合算较符合实际情况，在学术界和工程界认识还不一致。各地对此制定的技术规范也有差异。结构承受的土压力一般介于主动土压力和静止土压力之间或介于被动土压力和静止土压力之间。目前土压力理论还很不完善，在考虑地下水对土压力的影响时，是采用水土压力分算，还是水土压力合算较符合实际情况，在学术界和工程界认识还不一致。各地对此制定的技术规范也有差异。一、深基坑工程定义及特点深基坑的特点：⑶基坑工程具有明显的环境效应基坑工程的土方开挖和支护体系设计与施工不仅与工程地质和水文地质条件有关，基坑开挖势必引起周围地基中地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管线的位置等变化。有时，保护相邻建（构）筑物和市政设施的安全是基坑工程设计与施工的关键。这就决定了基坑工程具有很强的个性。因此，对基坑工程进行分类、对基坑支护结构的允许变形规定统一标准都是比较困难的一、深基坑工程定义及特点一、深基坑工程定义及特点基坑工程安全等级划分标准深基坑的特点：⑷基坑工程综合性强，是系统工程基坑工程涉及土力学中稳定、变形和渗流三个基本问题，三者融溶在一起，需要综合处理。基坑工程主要包括土方开挖和基坑支护两部分。土方开挖的施工组织是否合理将对基坑支护能否成功可能会产生重要影响。不合理的土方开挖方式、步骤和速度可能导致支护结构过大的变形，甚至引起支护体系失稳。在施工过程中应加强监测，力求实行信息化施工。一、深基坑工程定义及特点深基坑支护系统深基坑的特点：⑸基坑工程具有较强的时空效应土体是蠕变体，特别是软粘土具有较强的蠕变性，蠕变能使作用在支护结构上的土压力随时间增大，使土体强度降低，土坡稳定性变小。可见基坑工程具有很强的时间效应。同时，基坑的深度和平面形状对支护体系的稳定性和变形亦有较大影响，在基坑支护体系设计中要注意基坑工程的空间效应。一、深基坑工程定义及特点一、深基坑工程定义及特点考虑时空效应的支护形式经过实践筛选，已形成了我国自己的支护结构体系，对于不同基坑深度和地质条件各有若干技术成熟、安全可靠、经济合理的类型可供选用二、深基坑主要支护形式二、深基坑主要支护形式按照结构支护形式分类表二、深基坑主要支护形式根据以上支护形式分类可知：水泥土搅拌桩和土钉墙是我国目前量大面广的6m以内，乃至10m以内基坑首选的支护结构类型。前者既能挡土又能挡水，常用于沿海及南方地区，后者较多地用于地下水位低的北方地区。对于6~10m深的基坑，除采用水泥土搅拌桩或土钉墙外，常采用钻（冲、挖）孔桩、沉管桩或钢筋砼预制桩等，并可作密排、疏排等各种布置。如需防渗止水时，则辅之以水泥土搅拌桩、化学灌浆或高压喷射注浆而形成止水帷幕，有时亦用钢板桩或H型钢桩。当基坑深度10m时，以地下连续墙，排桩板桩支护结构为主，并根据需要设置支撑、锚杆等。但北京地区已有少数10m以上深的基坑试验成功了土钉支护。土层锚杆支护在我国得到了广泛应用，从一层锚杆到四层锚杆，并且都施加了预应力。二、深基坑主要支护形式下面我们重点讲解工程中最常用的四种支护形式：1、土钉支护2、锚杆支护3、悬臂桩支护4、地下连续墙支护二、深基坑主要支护形式1、土钉支护土钉支护亦称锚喷支护，就是逐层开挖基坑，逐层布置排列较密的土钉（钢筋），强化边坡土体，并在坡面铺设钢筋网，喷射混凝土。相应的支护体称为土钉墙，它由被加固的土体、放置在土体中的土钉与喷射混凝土面板三个紧密结合的部分组成。它的设置有打入法，旋入法，以及先钻孔、后置入、再灌浆三种方法。二、深基坑主要支护形式洛阳铲土钉机二、深基坑主要支护形式二、深基坑主要支护形式廊坊项目四区已施工好土钉二、深基坑主要支护形式1、土钉支护土钉支护的特点：⑴土钉与土体共同形成了一个复合体，合理的利用了土体的自承能力；⑵结构轻柔，有良好的延性和抗震性；⑶施工设备简单；⑷施工占用场地少；⑸工程造价低，经济效益好；⑹容易实现动态设计和信息化施工；⑺对周围环境的干扰小。二、深基坑主要支护形式1、土钉支护土钉支护设计的几个要点：根据土钉墙结构尺寸和工程地质条件，进行土钉的主要参数设计，包括土钉长度、间距、布置、孔径和钢筋直径等。土钉支护的使用范围：用于地下水位以上或经人工降水措施后的杂填土、普通粘土或弱胶结的砂土的基坑支护或边坡加固。一般认为可用于标准贯入击数N值在5以上的砂质土与N值在3以上的粘性土。单独的土钉墙宜用于深度不大于12m的基坑支护或边坡维护，当土钉墙与放坡开挖、土层锚杆联合使用时，深度可以进一步加大。土钉支护不宜用于含水丰富的粉细砂岩、砂砾卵石层和淤泥质土。不得用于没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。二、深基坑主要支护形式2、锚杆支护定义：锚杆是一种新型受拉杆件，它的一端与工程结构物或挡土桩墙联结，另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力或挡土墙的土压力、水压力，它是利用地层的锚固力来达到维持结构物稳定的。二、深基坑主要支护形式2、锚杆支护锚杆支护二、深基坑主要支护形式2、锚杆支护锚杆支护二、深基坑主要支护形式2、锚杆支护锚杆的构造：锚杆由锚头、锚筋和锚固体三部分组成。二、深基坑主要支护形式2、锚杆支护锚固体有三种基本类型。二、深基坑主要支护形式2、锚杆支护锚杆设计的几个要点：⑴调查基坑及周边场地状况，确定工程的重要性等级，选取锚杆支护结构的安全系数。⑵进行工程地质与水文地质调查，选取有关地层参数。⑶设计计算：确定各层锚杆水平力、杆体轴力、锚固段长度、自由段长度、断面尺寸、计算连接锚杆锚头的腰梁的断面尺寸⑷核算桩、墙与锚杆的整体稳定。⑸绘制锚杆施工图。二、深基坑主要支护形式2、锚杆支护锚杆支护的特点：⑴使用锚杆拉结比坑内支撑、挖土拉锚方便。⑵锚杆要有一定的覆盖深度，才能有一定的抗拔力。⑶预应力锚杆能对挡土桩、墙的位移有较好的控制作用。⑷相邻锚杆张拉后应力损失大，应再张拉调整。⑸锚固段的长度应由计算确定。⑹锚杆实际抗拔力应作试验后确定。二、深基坑主要支护形式2、锚杆支护锚杆支护的适用范围：⑴一般粘土、砂土地区皆可应用，软土、淤泥质土地区要试验后应用，主要是抗拔力低。⑵地下水压力较大时应用高压射水钻杆钻孔，并应采用一些措施，防止涌水涌砂。⑶与桩顶圈梁或围囹腰梁相比，可以节约资金。⑷对灌注桩、H型钢桩、地下连续墙等挡土结构，都可配合应用锚杆拉结支护。二、深基坑主要支护形式3、悬臂桩支护定义：悬臂式（自立式）基坑支护是指单纯借助灌注桩、钢板桩、H型钢桩等自身刚度来承受土压力、水压力及上部荷载来求得基坑平衡与稳定的支护结构。不设内支撑、锚杆等。受力机理：悬臂式支护是由基坑底面以下插入深度内的被动土压力来平衡基坑底面以上所受的主动土压力、地面荷载等，从而使板桩、桩墙保持稳定二、深基坑主要支护形式3、悬臂桩支护悬臂桩悬臂桩二、深基坑主要支护形式3、悬臂桩支护悬臂桩支护的特点：⑴无须在基坑内设支撑，也不要桩顶锚拉及使用锚杆。⑵挖土方便，基坑四周支护完成即可挖土，但灌注桩（疏排或密排）须等桩顶连结圈梁做完，方能挖土。⑶根据受力机理，桩的插入深度是主要的，准确计算入土嵌固深度很重要。⑷要计算悬臂桩的最大弯矩，因为：如用钢板桩，则需验算钢板强度；如用灌注桩、连续墙，则需按最大弯矩予以配筋。⑸要核算桩顶的变形，便于检测，达到信息施工目的。二、深基坑主要支护形式3、悬臂桩支护悬臂桩支护的适用范围：⑴各种土质皆可采用。但应计算结构是否稳妥合理。⑵悬臂部分不能太深，即基坑很深时须采取支撑、锚拉、锚杆等措施。悬臂式桩的受力机理二、深基坑主要支护形式4、地下连续墙支护定义：地下连续墙是在基坑四周构筑的具有相当厚度（如800~1200mm）的钢筋混凝土封闭墙，它一般既是建筑物基础的外墙结构，也是基坑的临时维护墙。例如：北四环中关村附近主路支护结构都是地下连续墙。二、深基坑主要支护形式4、地下连续墙支护工艺原理⑴开挖前必须先砌筑起基准作用、防止表面泥土坍落的导墙。⑵利用大型挖抓或钻孔机械开筑单元槽段到预定深度，开挖时用配置好的泥浆护壁，单元槽段一般长4~8m，6m为标准槽段，最长达10m。⑶吊装钢筋进入单元槽段的墙内。⑷水下浇筑混凝土。⑸拔出节点管，准备下一单元槽段施工。二、深基坑主要支护形式4、地下连续墙支护施工工艺流程：二、深基坑主要支护形式地连墙机械挖槽机二、深基坑主要支护形式导墙砌筑泥浆池二、深基坑主要支护形式钢筋笼加工钢筋笼吊装二、深基坑主要支护形式二、深基坑主要支护形式4、地下连续墙支护地下连续墙支护的特点：⑴地下连续墙止水性好，刚度大，既能承受垂直荷载，又能承受土压力、水压力的水平荷载。⑵对相邻建筑物、构筑物的影响甚小。⑶可以施工成任意形状，墙体深度易于控制，可建造刚度很大的墙体。⑷使用机械设备较多，造价较贵。⑸泥浆配制要求高，需建泥浆回收重复使用的系统。⑹如将地下连续墙作为建筑基础结构墙体，可能反而能够适当降低造价。二、深基坑主要支护形式4、地下连续墙支护地下连续墙适用范围：⑴对土质的适应性强，基本适用于所有土质，特别在软土地质条件下更有利于施工。⑵对相邻建筑物较近的工程，特别适宜用地下连续墙。⑶施工时噪音及震动较低，适合于环境要求严格的地区施工。展望：⑴基坑工程规模向更大、更深方向发展；基坑工程的发展反映在基坑工程本身的规模、支护体系设计理论的发展、施工技术和监测技术的进步等方面。深基坑工程中的“深”字已经在规模上反映了基坑工程的发展方向。随着高层和超高层建筑的发展和人们对地下空间的开发和利用日益增多，深基坑工程不仅数量会增多，而且会向更大、更深方向发展。例如：108层高510米的“中国尊”地下4层，基坑开挖深度20多米；国家大剧院；鸟巢；中关村西区办公楼等工程基坑开挖深度都在15米以上三、深基坑工程展望三、深基坑工程展望深大基坑支护三、深基坑工程展望四层地下室基坑支护展望：⑵土压力的空间效应和时间效应将得到进一步的重视深基坑设计理论的发展关键是如何正确计算作用在支护结构上的土压力。常规设计中土压力一般取静止土压力或极限状态下的主动土压力和被动土压力，而作用在支护结构上的实际土压力一般介于它们之间。实际土压力是与支护结构位移、支护结构空间形状有关的，而且还与土体扰动、固结、蠕变有关。人们将重视发展考虑空间效应和时间效应的土压力理论。另外，在支护结构设计中人们将更加重视考虑土与结构相互作用，以及土与结构变形的正确估算