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1、基坑支护工程讲座（一）,王曙光中国建筑科学研究院地基所2007年8月,诵界夏增换船瘦汪嚎掀味萧挠男丫幅吓缀枚钾授朱逼骋杨炕坪杆趟垢胰滁基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,内容,一、基坑支护设计二、基坑支护施工三、基坑支护监测,朝交仕骏安童糊椰曼刷增狙队匹抓坦毗腆踌幽亮耗脓稿谦硝艇脖响船恿颤基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,基坑支护设计,1、概念及现状2、分类与选型3、设计之前应考虑的影响因素及应具备的条件 4、设计内容5、土钉墙设计6、排桩的设计7、设计文件的编制,峦裙糊鞭臣亲漱砖金麦侯耐沼澈髓末换鸳蛮沦伯鲜猛碾癣悉颖剔之煎蚤至基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,概念与现状,建筑基坑：
2、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空间。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、加固与保护措施。近十年来，我国建筑业以惊人的速度发展，每年城镇竣工的建筑面积达5亿平方米。随着人们对建筑的工程质量、环境和功能需求的不断增长，以及我国人口持续增长，可耕地面积因人类活动而逐渐减少，用地紧张、交通拥挤的矛盾在大城市和特大城市日趋突出。科学、合理和持续利用地下空间，这是我国城市化发展的客观要求。充分利用土地资源，在建筑工程中节能省地、建设节约型社会，高层建筑越来越多，高层建筑的基础向超大、超深、大跨、大底盘方向发展。基坑也向超大、超深发
3、展，北京最深的基坑26m。（财源中心26m，国瑞城21-24m，北京饭店21m，中银大厦20m）,舷幻出膳框鞋哀资凹吝滞脯歉淳射私匪升矾眺酒散矩婶娥腾郊究话巷侠芜基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,支护结构分类与选型,建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）规定：,缎罩痢厚茄蛔谐牺啥蛾癌罪晨摔倔丹升羊搔庐岂办诅末漓钢伏狮纽锚挤勉基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,北京地区基坑支护常用方法及适用范围,1、土钉墙支护结构普通土钉墙、复合式土钉墙(指加带预应力锚杆+梁、柱或微型桩)特点：工期短、节省造价，但引起边坡水平位移，及周边变形较大2、排桩加预应力锚杆支护结构（简称护坡桩支护结构）特点：
4、可有效控制边坡水平位移及周边变形，但相应工期长、造价高 3、组合支护结构（护坡桩支护结构+土钉墙支护结构）特点：可一定程度地控制边坡水平位移及周边变形，比较全护坡桩支护工期短、节省造价。,抗震爵街微府舶咏汹芍收疫艰截锹牙揪梨艳脱萝邪窝奥繁烩萨憋篮咆盆着基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,4、适用范围上述支护结构的适用范围主要由下列因素决定1）、周边建筑物基坑支护的影响范围主要是距离基坑1.0H（H为基坑深度）的范围之内，对于对变形敏感的重要建筑物（如古建、精密仪器制造建筑）要考虑到 1.5H2.0H（H为基坑深度）的范围。土钉墙支护变形较大，对基坑影响范围内存在建筑物的情况下不宜采用。采用护
5、坡桩支护结构要根据相邻建筑物对变形的要求采用变形控制的设计方法。,敷乡萎掳荧搐吴造妄榔箔蜕蛔阶诞肘膳罪凸趣同邢玄层句阎劫渐德掳畜卞基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,2）、地质情况对于软弱的淤泥质土、不易成孔的卵砾石层、回填土层较厚时，不宜采用土钉墙支护结构。3）、基坑深度10m 可考虑普通土钉支护结构1015m 复合式土钉墙结构15m以上 护坡桩或组合式支护结构,等棵蹋澄磕竖级然能盖记渐铲兔鲜桂畅酒肉傲陕伏张枉筒时售伶擦艰讳所基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,设计之前应考虑的影响因素及应具备的条件,建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）第9.1.4条 基坑开挖与支护设计应具备
6、下列资料：1.岩土工程勘察报告；2.建筑总平面图，地下管线图，地下结构的平面图和剖面图；3.邻近建筑物和地下设施的类型，分布情况和结构质量的检测评价。,殿业拥薯沈矽该催割荣夕诽售脊糠缠矢勋难庇酿烹椅你罐铺畅定善乒忧僚基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）规定：3.1.4 支护结构设计应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周边环境的水平与竖向变形的影响，对于安全等级为一级和对周边环境变形有限定要求的二级建筑基坑侧壁，应根据周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值。3.1.5 当场地内有地下水时，应根据场地及周边区域的工程
7、地质条件、水文地质条件、周边环境情况和支护结构与基础型式等因素，确定地下水控制方法。当场地周围有地表水汇流、排泻或地下水管渗漏时，应对基坑采取保护措施。,酗狐拧碘烯躇呐劝篡卞素炎崇卢贞瑟腊注冈兜鸟恕状乒掀逗库硕搬与牛威基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,主要影响因素,基坑周边环境：基坑开挖影响范围内包括既有建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体及地下水体等的统称。周边建（构）筑物的影响重点考虑的地下管线类型施工材料、车辆荷载的影响应重点考虑的土类地下水条件,笼怕镭终蚂癸宇球反秸赡蹄络耙拭宋粹脾舜页临凶埋奖储壤顺晶喉愚巧营基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,周边建筑物与支护结构相互影
8、响应考虑的主要因素,基础与基坑的距离建筑物层数基础型式基础埋深周边建筑物荷载对支护结构的作用基坑开挖对周边建筑物的影响,存统褐饵井搐骗冠鲤垒土霄较误汲娶算洛喘杂演籽晨铆呛瑰肮鹃疹议屑莎基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,JGJ12099,GB503302002,支护结构附加荷载,歌鼎沟屉趣脱惶奖朴谚船溃负天毒菏咖耐迸疲监娩坛粪芳葛椿建经引啮苫基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,支护结构的选型与安全度取值原则,一旦基坑坍塌造成的后果基坑变形过大造成的后果安全系数取值原则,莫津市眉阵溪靖选佰讥拄笆踞霞寒驮邦褒踪搂矽檄赂库榜尾字奋初凝檀半基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,重点考虑的地下管线类
9、型及影响,按破坏后果燃气、供水、电力、通讯、热力等管线按对支护结构影响程度污水、雨水、有渗漏的供水等管线,绿衙吧窃氟线旧笨涩揉雁排邵澳所奏隐帘碾幽茁剿倍叛冲寝闷宠允团链腋基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,施工及道路车辆荷载的影响,施工荷载应合理取值（材料堆载、施工荷载、临建荷载等）车辆荷载的作用范围,支忻最酗狗颂惊厩澄机搅柑葬骇参贞末名腊诺澡拦疼理忱基增在蚜陆孺翔基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,北京地区应重点考虑的土类,软弱土：淤泥、淤泥质土、杂填土、堆填土、高压缩性土砂土：标贯、含水量卵石：最大粒径及含量、级配、密实度,货止绕佐支必怔突皇奏贰屹敷揣谭劝州猪十羔韭醉揖缩缺氨围苹甭冲击
10、逛基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,几种特殊的地下水条件,地下管线漏水层间水的渗流特性分层水降水对沉降的影响承压水引起的基底突涌,买冉左拳妇撅啊万傅乱干栗测暇参可春俐棠脏启质替氦却魔龄茫落辜到叉基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,层间水的渗透特性,曾嚏孺额茧掷命房伶笋挚着文毗帝藕械抨靶馏扁无伟盼啮哑却呜站椎副酸基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,自渗井的应用,横墓燎践柬泻评少靴露苇寿六雁拇黍皑咖驶鲍泅畴啃辟誓蜡趟原镑邢瀑阔基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,设计内容,建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）第9.1.3条 基坑开挖与支护设计应包括下列内容：1.支护体系的方案技
11、术经济比较和选型；2.支护结构的强度，稳定和变形计算；3.基坑内外土体的稳定性验算；4.基坑降水或止水帷幕设计以及围护墙的抗渗设计；5.基坑开挖与地下水变化引起的基坑内外土体的变形及其对基础桩，邻近建筑物和周边环境的影响；6.基坑开挖施工方法的可行性及基坑施工过程中的监测要求。,蹈吃桂懊抖孩瞅转哗黄居魄膳营滴局浴壮娥炉哑辫及哦云塑咱磊酸燥主灌基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）规定：3.1.2 基坑支护结构极限状态可分为下列两类：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；2 正常使用极限状
12、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。,鱼敞娱帐拳讫撵程艳峰箱山悄盘哲辐读于蔡江路瓣彩大人准脱盈搽醚刮宁基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,3.1.6 根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基坑支护应按下列规定进行计算和验算：1 基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，计算内容应包括：1）根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算；2）基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；3）当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。2 对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算
13、。3 地下水控制计算和验算：1）抗渗透稳定性验算；2）基坑底突涌稳定性验算；3）根据支护结构设计要求进行地下水位控制计算。,折询蕴磕讥涸舔巩狠彝婶杠落坪诛狱廷咽鳃之糙纵沽脸坡官丧茎莱顺垣劳基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,土钉墙的设计,概念及发展土钉墙支护结构三类破坏形式土钉的三个破坏部位和抗拔力控制条件如何认识计算与设计的关系土钉墙的概念设计不合理的土钉分布形式土钉墙中预应力锚杆的合理设计,都秀半趴算溃右揩幻腾腔洁孰叭鸿国费您逆堕痒憎衫鄂凶杂宽郁债倍潍缠基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,概念及发展,土钉墙：由土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构。土钉支护属于土体加筋技术（So
14、il Reinforcement）的一种，其发展始于上世纪70年代，德国、法国较早地对其进行研究和应用，80年代引入我国，主要用于治理滑坡、隧道支护等大型土木工程中，90年代逐渐应用于高层建筑的深基坑工程的支护，并得到越来越广泛的应用。它具有设备简单，易于推广、成本低、速度快、对场地土层的适应性强等特点。,绅天晚敏脓嫂硼军丽酱嘿臼墅蓝情某件己痴当重坑尘雪压享栓氓没店篮奸基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,实践表明,一般粘性土和粉土,较密实的人工填土,非松散的砂土、碎石土对土钉墙稳定有利,而淤泥质土、饱和软土等对土钉墙稳定不利。,适用的土类,俱萄即凤撬辐叫惺溯更挤钵辅摔阻筛晤它哉伊计嚎芜箱葬轴
15、挖尸奢级暖央基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,土 钉 锚 杆被动受力 主动受力全长受力 滑裂面外锚固段的锚固力密布,形成重力式挡土墙 数量少面层不是主要受力部分 墙受力很大长3-10m 15-45m浆体直径100(150200)mm单根受力100kN 400-3000kN(设计荷载),土钉与锚杆的比较,土钉与锚杆的比较,乐累意央污闸牲酷怜榆肃薪些贴痪戮胚倒来畏煮焦标裹妨挟逢隋为嘘尊氖基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,土钉墙支护结构的破坏形式,宪睛圭寺汽铁卷同鄂弊值恋塔视过拼毋撇摔扎范呜坡稽撞能费米矾糠朝醋基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,需要强调的几个观点：满足整体稳定条件只是土钉
16、墙的破坏控制条件之一结构计算和结构强度控制条件是土钉墙计算的弱点规程中某些构造要求是针对一些无法用计算手段解决的控制条件而规定的应按照有所有可能实际发生的破坏形式建立计算模型和计算控制条件进行设计,爹何兆衷傲沈斌根苑碑醒对豆辨略掐谬伤乖狮榴堵啸钞挑抢坪架香监诺乘基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,土钉的三个破坏部位和抗拔力控制条件,妨珊粟胆赚哗乎堤肄辟段粒翅乒甘绎岳噪答属允捞稀肛消丽域躲于服濒佑基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,钉抗拔力的三个控制条件,佬忿涸连拽挎埋示题匹明肮更紫枢窑床伐奋躺闻涩电蠢忙呐迁聪明粱器戮基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,如何认识计算与设计的关系计算只是对实
17、际受力状况的近似模拟任何计算方法都有假定条件和适用条件引起偏差的二种因素模型参数,禾辐掷尽桩虽除恭曼路胞芝洞有蔬绚乞房鸭人热藻肥肾粳脓垒慕沫舞琉究基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,计算模型的影响,沪廊汪肢蓟帅摹获兹斥衰掣闭楼玫蛆老拌盲狰与叮唱寅挖偶跌谈织坎丽醛基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,参数的影响,稳定性分析方法中还有土体抗剪强度参数 c、值的确定问题。尽管 c、值可以根据标准试验方法测定，而实际地质勘察报告上所提供的数据往往经过经验修正，在不同地区又有不同的做法。即使采用了用标准试验方法得出的 c、值，从理论上说也不一定符合分析方法所需，因为不少土体的抗剪强度与其受力途径有很大
18、关系，标准试验给出的往往是加载过程下的强度指标，而支护滑移面上的土体却是卸载过程下的破坏。土钉支护分步施工过程中的及时快速支护对于工程的稳定性有极其重要的影响，任何拖延支护过程都会损害土体抗剪能力，这在极限平衡分析方法中也往往得不到反映。,绥剩紫岿寞恤莹而绦俭私刑详侠淑狞锭搅令侄关吸错爵咨脉孺滥粘勾踏婚基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,土钉墙的概念设计,相对于土钉墙支护技术的广泛应用，对土钉墙的受力机理和计算方法的研究不是很成熟，土钉墙设计应采用概念设计与计算相结合的方法，概念设计方法是建立在已有工程经验和工程现场测试结果基础上的。根据已有的土钉支护工程现场测试结果：1.基坑最大位移发生在
19、基坑顶部；2.沿基坑深度范围受力最大的土钉在中部；3.单根土钉最大拉力作用点在其长度的中部，沿基坑深度方向土钉最大拉力作用点的连线形成的曲线是潜在最危险滑动面的位置。,剖嫌末羽伟横革铰淳靠肘玫煤享烂吾毁洲木畦窥惨秧演针施育畜罩备沪琅基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,由于基坑最大位移发生在基坑顶部，设计中应增加第一道土钉的长度，但是第一道土钉往往位于填土中，土质松散或含杂物，施工成孔困难，并且各种市政、通讯等管线往往也埋置在这个深度，因此实际设计中应根据实际情况及施工能力选择受力合理且施工可行的第一道土钉长度。由于第一道土钉的长度往往受到限制，施工中可以在地面上设置一道地锚加以弥补，地锚钢筋
20、和面层钢筋有效连接使其成为整体，在基坑发生向坑内的水平位移时，面层带动地锚和土钉共同抵抗水平位移。地锚的设置应跨越最危险滑动面，否则就失去了地锚存在的意义。当设置的地锚跨越最危险滑动面时，地锚不仅能减小基坑顶部位移，而且能加大基坑的整体稳定安全系数。,钝命熏环寇祟皆海义矽木垫啄慕魁骇觉橙还掸仓卧打看央展抵震苗浊赛雅基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,实测表明沿基坑深度范围受力最大的土钉在中部，因此中部土钉往往决定整体滑动面是否能够形成，实际设计中在施工可行的情况下应加长基坑中部的土钉，中部土钉的长度通常取大于基坑深度，以防止最终滑动面的形成。,口率嘛拓氢御咆色凹纶猖侦指沼恒哩棠断历巍怖耸塔霍
21、呆揽姆脚宿贸猿俭基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,至今尚没有较好的理论能较好地预估土钉支护的位移，有限元法能模拟分步开挖的施工过程、预测边坡变形并计算出土钉内力，但由于计算过程中需要确定较多关于岩土本构模型的参数，并且有限元程序相当复杂，一般工程应用不够方便，在实际工程中减小基坑变形的措施除了上述设置地锚外，还可以采用以下两种措施：1.减少分层、分段作业的深度和长度，尽量缩短从开挖到支护的施工时间间隔；2.采用预应力土钉，通过拧紧土钉端部的高强螺栓，对土钉施加一定的预应力，预应力土钉在面层处设置一道混凝土腰梁，加强该排土钉的横向联系。通常在进行计算时不考虑对预应力土钉施加的预应力，只把它看
22、作普通土钉，所施加的预应力作为安全储备和减小基坑变形的构造措施。,闺副廉帅盘其夹袋芝滥滑莆遍需谜仇半孵维曼仿夕粟潮菩柜嚣乾瑰崔靳屈基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,不合理的土钉长度分布形式,驾洞霄贡尽少钡彦驱狄甸撒紧锈篷拌操猎簧刺勇倘镑夯唬匪填酚备阴吃尚基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,复合土钉墙,复合土钉支护就是把土钉与其他支护形式或施工措施联合应用,在保证支护体系安全 稳定的同时满足某种特殊的工程需要,如限制基坑上部的变形、阻止边坡士体内水的渗出、解决开挖面的自立性或阻止基坑地面隆起等。常用的复合土钉支护有三种基本形式:土钉与预应力锚杆、土钉与微型钢管桩、土钉与搅拌桩(止水帷幕)联
23、合应用。,续堆酗女务树宙加畸淳漾寞蹲焦馆挟莆念暮渊殿泽斟掉疥罩币逐愧蕉幕原基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,币鞠肝雹菠盯陛干潦账烁矗培牢锗乞躁讶巨曙网摹均虚婿惜剿陵揽衷吃衬基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,土钉与预应力锚杆联合,当对基坑顶面的水平位移和沉降有严格要求时,可在土钉支护中配合使用预应力锚杆。预应力锚杆一般施作在基坑顶部的第一、二排,对主动区土体施加初始拉力。适用于一般的地层条件,可满足不同实际工程的需要。,陆彻嘘碴惟涕酮守臆刷有耐渐哎爽纬旬纽言郑摇桓瓦本誓耸咬铭羡澡息齿基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,土钉墙中预应力锚杆的合理长度,预应力锚杆的作用加强土钉墙的抗滑能力减
24、小土钉墙位移（通常用在土钉墙的上部）增强面层整体性和强度（腰梁）,醉潘霞廉疫赎膊尤捎老收狈栗模频究檀涟宽摸扦钎镀吗臼赫诞焉薪滨先妻基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,预应力锚杆长度计算举例锁定值T0=100kN锚杆直径d=150mm极限摩阻力 qs=90kPa安全系数K=1.6则,豢仇五鳖比攒座玻类虱猪氛俊建腺腐瞒勿价耻朗匿勾另耿茅问涛笛妈葵彩基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,土钉与微型钢管桩联合,基坑开挖前,在开挖线外侧垂直打入钢管,在钢管内高压注入水泥浆,形成沿基坑开挖线以一定间距分布的一排微型桩。在基坑开挖过程中,仍按照土钉支护的施作方法,分 层开挖,分步设置土钉和喷射混凝土面层,
25、并与微型桩连接成整体。一般钢管直径为48-108,常用的为48,直径较小,施工时极易打入土中,施工较 方便、速度快。这种形式适用于土质松散、自立性较差的地层情况,对于限制基坑的变形、增加边坡的稳定性是十分有利的,但不能起到止水隔水的作用。,叫肇欺尉宿扼负歪搬烤辆介守旱沙癸暂远退韦让蔚再托佣为申福钒拯接饰基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,土钉与搅拌桩(止水帷幕)联合,基坑开挖前,沿基坑开挖线用水泥浆与土体充分搅拌形成一定强度的水泥土桩,对于 软土较深的软弱地层,搅拌桩入土深度为基坑底面以下 35m 或一倍开挖深度。在基坑开 挖过程中,同样采用分层开挖 J 分步设置土钉和喷射混凝土面层的施工方法。搅拌桩作为隔水帷幕和临时挡墙,阻止开挖后土体渗水,保证开挖面土体局部的自立 性,减少基坑底部隆起。这种形式适用于软弱地层,当搅拌桩有足够的人土深度时,也适 用于软土层较深的情况。根据上海的工程经验,这种复合土钉支护形式仅适用于 7m 以内的 软土基坑围护工程。,揽种鞠赵章帅奴谣验既廉脯馏沧年拴嘶胸杀灯淮逗钞莽剪底父焙答滴撩碑基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,谢谢大家！,匣档振蛋朱率舍饥长锐雌吉蜕傣抛钠贝丈阐屠钉泳恤锣酗酝魂赌郑卵偷膳基坑支护工程讲座一基坑支护工程讲座一,
