基坑与边坡工程第1章-绪论

制作人：周勇LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论LanzhouUniversityofTechnology1.1.1基坑工程的基本概念、历史发展及展望基坑：为进行建（构）筑物地下部分的施工由地面向下开挖出的空间。基坑工程：为保证基坑的开挖、主体地下结构的施工和周围环境的安全，而采取的土方开挖、支护和降水工程。深基坑工程：一般指开挖深度超过5m（含5m）的基坑土方开挖、支护、降水工程；或开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，影响毗邻建（构）筑物安全的基坑土方开挖、支护、降水工程。§1.1概述LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论LanzhouUniversityofTechnology基坑支护：为保证地下结构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、加固与保护的措施。（支护结构一般包括：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）央视TVCC基坑工程（排桩+土钉墙）国家大剧院基坑工程（排桩+地下连续墙）LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论基坑的类型基坑的类型主要包括高层、超高层建筑基坑地铁站基坑市政工程地下设施基坑工业基坑LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论基坑工程的内容和特点内容基坑工程勘察支护结构设计和施工基坑土方工程的开挖和运输地下水位控制基坑土方开挖过程中的工程监测和环境保护等基坑开挖工艺：放坡开挖（无支护开挖）简单且经济，在空旷地区或周围环境允许时能保证边坡稳定的条件下应优先选用支护体系下开挖（有支护开挖）费用高，场地空间紧张或周围环境复杂存在临近建（构）筑物基础、地下管线、运输道路等基坑工程涉及土力学、基础工程、结构力学、工程结构、施工技术、监测技术等多学科领域LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论LanzhouUniversityofTechnology特点：a)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b)基坑工程区域性强及土压力理论还不完善c)基坑工程具有明显的环境效应d)基坑工程是综合性很强的系统工程e)基坑工程具有较强的时空效应f)基坑支护的非唯一性LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论基坑工程的历史发展远古时代•最早的放坡开挖和简易木桩围护1943年•Terzaghi和Peck提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法1956年•Bjerrun和Eide给出了分析深基坑底板隆起的方法上世纪60年代•在奥斯陆和墨西哥城软粘土深基坑中使用了仪器进行监测随着大量高层、超高层建筑以及地下工程等的不断涌现，基坑的开挖深度和面积在逐渐加大，基坑围护与开挖技术的复杂程度也在不断提高，促使工程技术人员以新的眼光去审视基坑工程这一古老课题，使许多新理论和新技术得以出现和成熟。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论基坑工程的历史发展70年代以前•基坑深度较小，国内只有少数开挖深度达10m以上的基坑工程80年代•基坑开挖深度不断地增大，复杂程度也不断提高，并积累了很多的设计和施工经验90年代•许多地区已经开始编制深基坑支护设计与施工的有关技术规范和法规近20年•目前深度超过20m基坑已为数不少，一些工业基坑深度甚至超过30m当前，深基坑工程出现的问题越来越多，深基坑的设计与施工不仅引起了业内和职能部门的高度重视，也引起了社会各界的广泛重视。随着土工试验技术的进步以及先进监测技术的应用与计算机技术的普及，设计方法不断革新，施工工艺也日益完善，深基坑工程出现的问题也越来越复杂，迫切要求深基坑工程的理论研究与施工方法进一步革新。国内发展LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论基坑工程的发展展望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”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。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论基坑工程的发展展望土压力的空间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，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。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论基坑工程的发展展望基坑支护结构选型将更加合理合理选择支护型式，采用相应的施工工艺，协调好安全、经济、可行三者之间的关系，是岩土工程界进行深基坑支护设计的关键。深基坑地基土的类别、地下水位的高低、以及周边环境等，都是深基坑支护结构选型时需要考虑的十分重要的因素。如果支护结构型式选择合理，就可以做到整个基坑以及整个建筑物的安全可靠，还可以带来可观的经济与社会效益；如果支护结构型式选择不合理，不但会危及基坑及整个建筑物的安全，还会影响周边环境，所以基坑工程发展的一个必然趋势就是如何使支护结构选型更加合理。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论基坑工程的发展展望a)新技术的推广应用b)人工冻结围护深基坑技术。通过在拟开挖场地周围土体中插入冻结管，以冻结土体形成具有一定结构强度墙体作为基坑施工的围护结构。该技术具有土体强度提高幅度大、防渗性好、适应性强、环境影响小等优点。c)SMW工法。于20世纪70年代在日本问世的SMW（SoilMixingWall）工法，又称劲性水泥土搅拌桩，是把水泥土的止水性能和芯材（一般为H型钢，也可为混凝土等其他劲性材料）的高强度特性有效地组合而成的一种抗渗性好、刚度高、经济的围护结构。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论基坑工程的发展展望基坑工程对周围环境的影响更受重视大量深基坑工程集中在市区，施工场地狭小，施工条件复杂，如何减小基坑开挖对周围建（构）筑物、道路和各种市政设施的影响，发展控制基坑开挖扰动环境的理论和方法将引起人们进一步的关心和重视。人们将更加重视深基坑工程对周围环境的影响研究，包括基坑开挖前周围建筑及市政设施的初始应力场及位移状态的调查评价，基坑开挖对它们引起的附加应力的计算，以及它们抵抗破坏的能力与受害等级的划分等。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论基坑工程的发展展望信息化施工进一步推广鉴于深基坑工程事故的增多，以及由此造成的严重的损失，所以在今后应该大力普及信息化施工。实现信息化施工，可以通过计算机对基坑施工过程中的变形进行监测，提供支护体系及环境的受力状态以及变形数据，并可以及时反馈数据。通过分析数据，适时地进行加固，实现毫米级的变形控制，可以保证基坑工程的稳定安全，发挥它的真正作用。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论LanzhouUniversityofTechnology1.1.2边坡工程基本概念、稳定分析及发展展望边坡：一般指天然边坡（自然斜坡、河流水岸坡、台塬塬边、崩滑流堆积体）以及人工边坡（交通道路、露天采矿、建筑场地与基础工程等所形成）等坡体形态的总称。也可以广义定义为地球表面具有倾向临空的地质体，主要由坡顶、坡面、坡脚及下部一定范围内的坡体组成。边坡构成要素LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论LanzhouUniversityofTechnology边坡工程：为满足工程需要而对自然边坡和人工边坡进行改造，称为边坡工程。水利边坡公路边坡LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论LanzhouUniversityofTechnology露天矿边坡建筑边坡高边坡工程：不同行业高边坡的界定标准是不同的。对于建筑边坡，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330）的规定：对于土质边坡高度大于20m、小于100m或岩质边坡高度大于30m、小于100m的边坡，其边坡高度因素将对边坡稳定性产生重要作用和影响，其边坡稳定性分析和防护加固工程设计应进行个别或特别设计计算，被称为高边坡。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论边坡的形态与分类按边坡成因分类天然边坡人工边坡按构成边坡坡体的岩土性质分类粘性土类边坡碎石类边坡黄土类边坡岩石类边坡LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论边坡的形态与分类按边坡的稳定性程度稳定性边坡基本稳定边坡欠稳定边坡不稳定边坡按边坡的高度高边坡一般边坡LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论边坡的形态与分类根据边坡断面形式直立边坡倾斜式边坡台阶式边坡根据使用年限临时边坡永久边坡工作年限不超过两年的边坡工作年限超过两年的边坡LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论边坡稳定问题边坡稳定是工程建设中经常遇到的问题，例如水库的岸坡、渠道边坡、隧洞进出口边坡、拱坝坝肩边坡以及公路或铁路的路堑边坡等，都涉及到稳定性问题。边坡的失稳，轻则影响工程质量与施工进度；重则造成人员伤亡与国民经济的重大损失。因此，不论土木工程还是水利水电工程，边坡的稳定问题经常成为需要重点考虑的问题。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论边坡稳定影响因素岩土性质岩层的构造与结构水文地质条件地貌因数风化作用气候作用地震作用人为因素一个边坡的失稳往往是多种因素共同作用的结果，这些因素可归结为两大类：一是外界力的作用破坏了岩土体原来的应力平衡状态，如路堑或基坑开挖、路堤填筑或边坡顶面上作用外荷载，以及岩土体内水的渗流力、地震力的作用等，改变原有应力平衡状态，使边坡坍塌；另一是边坡岩土体的抗剪强度由于受外界各种因素的影响而降低，促使边坡失稳破坏，如气候等自然条件使岩土时干时湿、收缩膨胀、冻结融化等，水的渗入、软化效应、地震引起砂土液化等均将造成强度降低。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论边坡在自然与人为因素作用下的破坏形式主要表现为滑坡、滑塌、崩塌和剥落。滑坡（slides）：斜坡部分岩土体在重力作用下，沿一定的软弱面，缓慢地整体向下移动，具有蠕动变形、滑动破坏和渐趋稳定三个阶段，有时也具有高速急剧移动现象；滑塌（slip-slumps）：因开挖、填筑、堆载引起斜坡的滑动或塌落，一般较突然，粘性土类边坡有时也会出现一个变形发展过程；LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论崩塌（fall-slumps）：整个岩土体块脱离母体，突然从较陡的斜坡上崩落、翻转、跳跃、堆落在坡脚，规模巨大的称为山崩，规模较小的称为塌方：剥落（falls）：斜坡岩土长期遭受风化、侵蚀，在冲刷和重力作用下，岩（土）屑（块）不断沿斜坡滚落堆积在坡脚。LanzhouUniversityofTechnology第1章绪论事件造成损失美国布法罗的煤矿废物泥浆挡坝倒塌125人死亡1963年北意大利的Vaiont水库左岸滑坡造成下游2500多人丧生1980年湖北运安盐池河磷矿发生山崩摧毁了矿务局和坑道的全部建筑物，280人死亡1989年华莹市溪口镇因崩塌形成的滑坡、泥石流222人死亡1994年宜宾市兴文县久庆镇，因建设切坡脚，诱发滑坡死亡48人，伤40人1995年330国道青田县茅洋村路段边坡崩塌途经此地至金华大客车被