基坑工程

6.基坑工程26.基坑工程内容提要基坑常用支护形式及其特点基坑支护结构水土压力计算悬臂式桩墙设计计算单支点与多支点桩墙计算基坑整体稳定性分析地下水控制简介36.基坑工程基本概念建筑基坑指为进行建（构）筑物基础与地下室施工所开挖的地面以下空间基坑工程指对基坑进行包括土体、降水和开挖在内的一系列勘察、设计、施工和检测等工作6.1.1基坑工程概念及特点46.基坑工程6.1.1基坑工程概念及特点基坑工程特点一般为临时性结构，安全储备相对较小，风险性较大具有很强的区域性、个案性、综合性具有较强的时空效应对周边环境影响较大56.基坑工程6.1.1基坑工程概念及特点设计施工要求满足支护结构本身强度、变形等安全要求的同时，确保周围环境的安全保证安全可靠的前提下，具有较好的技术经济效益和环境效应为施工提供最大限度的方便（如提供足够的施工空间、地下水位以上施工），并保证施工安全66.基坑工程6.1.2常用形式及适用条件放坡开挖及简易支护适合：土质好、开挖深度不大、有足够放坡场所图６.１基坑简易支护(a)土袋或块石堆砌支护；(b)短桩支护76.基坑工程6.1.2常用形式及适用条件悬臂式支护结构特点•依靠足够的入土深度和结构抗弯能力维持坑壁稳定；•水平位移是支护深度的五次方，对开挖深度敏感；适合土质较好、开挖深度较浅图６.２悬臂式支护结构86.基坑工程6.1.2常用形式及适用条件水泥土桩墙支护结构特点：用深层搅拌机在地基深部将水泥和土体强制拌和而成；适合：软土区的浅基坑(H≤6.0m)图６.３隔栅式水泥土桩墙96.基坑工程6.1.2常用形式及适用条件内撑式支护结构特点包括支护桩或墙和内支撑；内支撑会占用施工空间。适合各种地基土层。图６.４内支撑支护结构106.基坑工程6.1.2常用形式及适用条件拉锚式支护结构特点：包括支护桩或墙和锚杆；适合：不宜用于软粘土地层中图６.５(a)地面拉锚(b)土层拉锚116.基坑工程6.1.2常用形式及适用条件土钉墙支护结构特点由被加固的原位土体、土钉和砼面板组成；适合地下水位以上的粘性土、砂土和碎石土等，不适合于淤泥或淤泥质土图６.６土钉支护结构示意图126.基坑工程其他形式双排桩支护结构连拱式支护结构逆作拱墙支护结构图６.７其它结构示意图6.1.2常用形式及适用条件136.基坑工程水土压力特点水土压力随基坑开挖进程逐步动态形成；分布形式主要与支护结构的位移形式与位移量有关，且不完全对应静止或主动状态；无支锚时一般呈直线分布；有支锚时，土压力一般呈上下小、中间大的抛物线或更复杂的分布形式；6.2支护结构侧向水土压力计算图６.８理论假设土压力与实测对比图146.基坑工程6.2支护结构侧向水土压力计算工程中常采用三角形与经验矩形两种模式：当墙体位移较大时一般采用前者，否则采用后者；基坑内外有稳态渗流时宜采用流网法或简化分布图计算。图6.9Terzaghi-Peck土压力分布修正（a）砂;(b)中等饱和软粘土；(c)硬粘土156.基坑工程6.2支护结构侧向水土压力计算水土压力计算方法常采用兰金土压力理论计算，并分以下两种形式：水土分算分别计算水、土压力后叠加，其中土压力取土的g'、c'、j'计算，适用于砂性土和粉土。水土合算采用土的gsat、ccu、jcu计算总的水土压力，适用于粘性土。166.基坑工程6.3悬臂式桩墙计算极限平衡法土压力模式：三角形入土深t：静力平衡条件(∑X＝0、∑M＝0)求解，计算步骤（略）桩墙实际嵌深应适当放大(6-3)由剪力为零求出最大弯矩点深度，进而求出最大弯矩，再据此配筋图６.１０极限平衡法176.基坑工程6.3悬臂式桩墙计算布鲁姆简化法土压力模式：三角形入土深度：静力平衡条件（∑M＝0）求解，计算步骤（略）桩墙实际嵌深应适当放大(6-4)由剪力为零求出最大弯矩点深度，进而求出最大弯矩，再据此配筋图６.１１布鲁姆法186.基坑工程6.4单支点桩墙计算顶端支锚处无位移简化为一简支点；底端约束则视入土深而定入土较浅时支锚点A铰支、下端自由；由∑MA＝0求有效嵌深t并按式(6-4)适当放大图６.１２计算简图196.基坑工程6.4单支点桩墙计算由∑X=0求支点锚固力Ra：由剪力为零求出最大弯矩点深度：进而求出最大弯矩，再据此配筋206.基坑工程6.4单支点桩墙计算入土较深时支锚点A铰支、下端嵌固的超静定梁，按等值梁法计算确定反弯点O（近似以净土压力零点代替）图６.13单支点桩墙计算简图216.基坑工程6.4单支点桩墙计算由等值梁AO求Ra和反弯点剪力Q0取下段OC为隔离体，由∑MC＝0求t，并按式(1)放大由等值梁AO求算最大弯矩Mmax226.基坑工程6.5多支点桩墙计算土质较差，基坑较深时采用，支锚层数及位置根据土层分布与性质、基坑深度、支护结构刚度和材料强度以及施工要求等因素确定常用分析计算方法：等值梁法连续梁法支撑荷载1/2分担法弹性支点法有限单元法236.基坑工程6.6基坑稳定性分析分析目的：确定合理的嵌固深度，或验算所设计的支挡结构是否稳定和合理分析内容整体稳定性踢脚稳定性坑底抗隆起稳定性基坑抗渗流稳定性分析方法：工程地质对比法、力学分析法246.基坑工程6.6.1基坑整体稳定性分析方法：圆弧滑动面简单条分法，按总应力法计算ci、ji—i土条底的粘聚力和内摩擦角；Li—i土条底面面积；Wi—i土条重量，按饱和容重计算；qi—i土条底面倾角。图６.１4基坑整体稳定性分析注意：对有软弱夹层，倾斜基岩面等，宜采用非圆弧滑动面；当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应验算其整体稳定性256.基坑工程6.6.2踢脚稳定性分析对象：单(多)支点结构以支点(最下层支点)为转动点的失稳Mp—内侧被动土压力对B点的力矩；Ma—外侧BD段主动土压力对B点的力矩；Ep—基坑内侧被动土压力；ea,b、ea,d—基坑外侧B、D点土压力强度；ht—最下层支点离基坑底的距离；hd—支护结构的嵌固深度。图６.１5踢脚计算简图266.基坑工程分析方法：考虑墙体极限弯矩的抗隆起分析法、普朗特尔（Prandtl）与太沙基（Terzaghi）的抗隆起验算法考虑墙体极限弯矩的抗隆起分析假定开挖面以下墙体对抗隆起有利，且土体沿墙底按圆弧滑动：滑动力为土自重gh及超载q0；抗滑力为滑面抗剪强度，要求：6.6.3坑底抗隆起稳定性分析图６.１6抗隆起分析示意图276.基坑工程•滑动力矩：•抗滑力矩：Mh—基坑底面处墙体极限抵抗弯矩，可取该处墙体设计弯矩注：•采用试算法计算，当求得KL为最小时的入土深即为所求嵌固深度hd，该法较适用于中等强度和较软弱的粘性土•由于假定滑动面通过墙底，故hd过小时该假定显然不合理，与实际不符6.6.3坑底抗隆起稳定性分析286.基坑工程太沙基和普朗特尔抗隆起分析墙底平面为极限承载力的求解基准面，参照按Prandtl&Terzaghi公式，要求：Prandtl公式，Terzaghi公式，6.6.3坑底抗隆起稳定性分析图６.１7太沙基和普朗特尔抗隆起算法296.基坑工程坑底抗流砂稳定性流砂：当基坑底部向上的动水压力(渗透力)j≥g'时产生近似按紧贴墙体最短路线计算最大渗透力，则抗流砂稳定安全系数应:••hw—墙后地下水位埋深；gw—地下水重度，kN/m3。6.6.4基坑渗流稳定性分析图６.１8基坑抗流砂验算306.基坑工程6.6.4基坑渗流稳定性分析基坑底土突涌稳定性原因：基底不透水层较薄且其下有较大水压的滞水层或承压水层时易发生基坑底土突涌稳定性应满足hs—不透水层厚度；H—承压水高于含水层顶板的高度。，图６.１9基坑底抗突涌稳定性验算注：若坑底土抗突涌稳定性不满足要求，可采用隔水挡墙隔断滞水层、加固基坑底部地基等处理措施。316.基坑工程常用的处理措施一般中粗砂以上粒径土用水下开挖或堵截法；中砂和细砂土用井点法和管井法；淤泥或粘土用真空法或电渗法当降水危及基坑及周边环境时，宜采用截水或回灌法。截水后基坑中的水量或水压较大时，宜采用坑内降水地下含水层渗透性强且厚度大时，可采用“悬挂式竖向截水＋坑内井点降水”或“悬挂式竖向截水＋水平封底”止水帷幕通常采用水泥搅拌桩、旋喷桩等，其形式有二：含水层较薄，穿过含水层插入隔水层或不透水层中；含水层较厚，悬吊在透水层中6.7地下水控制326.基坑工程地下水控制方法集水明排法降水法：轻型井点法、喷射～、管井～和深井泵～截水和回灌技术：回灌沟、回灌井选择降水方法时应注意充分调查含水层的埋藏条件及其水位或水压、透水性及富水性、地下水的排泄能力场地周围地下水的利用情况场地条件(周围建筑物及道路情况、地下水管线埋设情况)6.7地下水控制336.基坑工程6.7地下水控制井点降水与回灌沟回灌井点降水与井点回灌图６.２0地下水控制示意图346.基坑工程附等值梁概念一端固支，一端简支的梁(图a)b点为弯矩反弯点(图b)若在b点切开为两段梁，并规定b点为左端梁的简支点，则ab段内的弯矩保持不变，简支梁ab称之为ac梁ab段的等值梁。附图等值梁法基本原理