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1、l在我国，深基坑工程是最近在我国，深基坑工程是最近20多年中迅多年中迅速发展起来的一个领域。速发展起来的一个领域。l以前的几十年中，由于建筑物的高度不以前的几十年中，由于建筑物的高度不高，基础的埋置深度很浅，很少用地下高，基础的埋置深度很浅，很少用地下室，基坑的开挖一般仅作为施工单位的室，基坑的开挖一般仅作为施工单位的施工措施，最多用钢板桩解决问题，没施工措施，最多用钢板桩解决问题，没有专门的设计，也并没有引起工程界太有专门的设计，也并没有引起工程界太多的关注。多的关注。第1页/共164页l20多年来，由于高层建筑、地下空间的发多年来，由于高层建筑、地下空间的发展，深基坑工程的规模之大、深度之
2、深，展，深基坑工程的规模之大、深度之深，成为岩土工程中事故最为频繁，给岩土工成为岩土工程中事故最为频繁，给岩土工程界提出了许多技术难题。程界提出了许多技术难题。l因此也是岩土工程中发展最为活跃的领域因此也是岩土工程中发展最为活跃的领域之一，成为岩土工程的技术热点和难点。之一，成为岩土工程的技术热点和难点。l通过通过20多年的工程实践，在深基坑工程领多年的工程实践，在深基坑工程领域中，取得了很大的进展，主要表现为下域中，取得了很大的进展，主要表现为下面几个方面：面几个方面：第2页/共164页l1.设计思想的更新设计思想的更新l2.施工技术的发展施工技术的发展l3.设计方法的进步设计方法的进步l4
3、.管理制度的建立管理制度的建立l5.标准化工作的开展标准化工作的开展深基坑工程领域的进展深基坑工程领域的进展第3页/共164页设计思想的更新设计思想的更新l1.深深基基坑坑工工程程的的设设计计是是一一个个相相对对独独立立的的设设计计项项目或设计阶段；目或设计阶段；l2.深深基基坑坑工工程程设设计计包包括括方方案案设设计计和和施施工工图图设设计计两两个个阶阶段段，方方案案设设计计阶阶段段的的工工作作是是决决定定性性的的环环节节。基基坑坑工工程程设设计计的的条条件件很很大大程程度度上上取取决决于于施施工工，基基坑坑工工程程设设计计与与施施工工组组织织设设计计的的关关系系异异常常密切，在方案设计时必
4、须统一考虑；密切，在方案设计时必须统一考虑；第4页/共164页l3.深深基基坑坑工工程程设设计计不不仅仅要要满满足足地地下下室室施施工工空空间间和和安安全全的的要要求求，而而更更重重要要的的是是必必须须满满足足保保护护环环境的要求；境的要求；l4.深深基基坑坑工工程程设设计计应应满满足足强强度度和和变变形形两两种种极极限限状状态态，在在许许多多情情况况下下，由由于于环环境境条条件件的的限限制制，满满足足变变形形控控制制的的要要求求比比满满足足强强度度和和稳稳定定性性的的要要求求更更为为严严格格，基基坑坑工工程程的的成成败败经经常常取取决决于于变变形形控制。控制。l5.地地下下水水是是控控制制基
5、基坑坑工工程程性性状状的的重重要要条条件件，水水压压力力占占作作用用于于围围护护结结构构侧侧向向压压力力的的重重要要部部分分，地地下下水水的的动动水水压压力力和和渗渗透透破破坏坏常常常常是是基基坑坑工工程程失失效效的的主主要要原原因因，地地下下水水影影响响是是基基坑坑工工程程设设计计中不确定性最大、控制最困难的问题。中不确定性最大、控制最困难的问题。第5页/共164页施工技术的进步施工技术的进步l1.逆作法施工逆作法施工l逆作法是地上和地下同时施工的方法，逆作法是地上和地下同时施工的方法，又称为逆筑法。逆作法利用先施工的地下连又称为逆筑法。逆作法利用先施工的地下连续墙和中间支承柱承受荷载，从地
6、面逐层下续墙和中间支承柱承受荷载，从地面逐层下挖并从上到下地完成地下室的梁板、楼面工挖并从上到下地完成地下室的梁板、楼面工程，利用上一层的楼板结构作为下一层开挖程，利用上一层的楼板结构作为下一层开挖时的支撑，逐层交替开挖与浇筑楼板结构；时的支撑，逐层交替开挖与浇筑楼板结构；与此同时，逐层向上建造上部结构，使地面与此同时，逐层向上建造上部结构，使地面上和地下可同时进行施工。因此，可以缩短上和地下可同时进行施工。因此，可以缩短工期，降低造价，是一种合理的建筑方法，工期，降低造价，是一种合理的建筑方法，具有明显的经济效益。具有明显的经济效益。第6页/共164页l2.2.冻结技术在基坑工程中的应用冻结
7、技术在基坑工程中的应用l 利用人工制冷技术，使土层中的水利用人工制冷技术，使土层中的水结冰将天然土变成冻土以增加其强度和结冰将天然土变成冻土以增加其强度和稳定性，冻结加固均匀完整，形成一道稳定性，冻结加固均匀完整，形成一道冻土墙，不仅可以承受水土压力和基坑冻土墙，不仅可以承受水土压力和基坑开挖过程中的各种施工荷载，而且可作开挖过程中的各种施工荷载，而且可作为一道防水性很好的止水帷幕，发挥围为一道防水性很好的止水帷幕，发挥围护结构的作用，在冻土墙的保护下进行护结构的作用，在冻土墙的保护下进行地下结构的施工。冻结法施工在采矿工地下结构的施工。冻结法施工在采矿工程中已经得到了广泛的应用，进行了大程中
8、已经得到了广泛的应用，进行了大量的试验研究，积累了丰富的经验。但量的试验研究，积累了丰富的经验。但用于深基坑工程则是近几年的发展。用于深基坑工程则是近几年的发展。第7页/共164页l3.新型设备的引进和新的施工方法的开发新型设备的引进和新的施工方法的开发应用应用l新型设备的引进与新的施工方法的开新型设备的引进与新的施工方法的开发应用开拓了深基坑工程围护结构对更深发应用开拓了深基坑工程围护结构对更深的开挖深度的适应能力。的开挖深度的适应能力。l三轴搅拌机的引进使三轴搅拌机的引进使SMW工法可以工法可以适用于适用于10m以上的开挖深度。以上的开挖深度。l国内最深的基坑的开挖深度目前已经国内最深的基
9、坑的开挖深度目前已经达到达到50m。第8页/共164页设计方法的进步设计方法的进步l1.符合两墙合一使用要求的设计方法符合两墙合一使用要求的设计方法l“两两墙墙合合一一”是是指指围围护护结结构构同同时时作作为为地地下下主主体体结结构构一一部部分分，即即围围护护结结构构墙墙与与地地下下室室外外墙墙合合一一。“两两墙墙合合一一”是是充充分分发发挥挥地地下下连连续续墙墙承承载载作作用用的的一一种种设设计计思思路路，具具有有很很大大的的经经济济意意义义，是是地地下下连连续续墙墙作作为为围围护护结结构构的的发发展展方方向向，正正在在一一些些重重要要的的工工程程中中采采用用。采采取取两两墙墙合合一一设设计
10、计的的基基坑坑工工程程，在在设设计计方方法法上上不不同同于于一一般般的的围围护护结结构构设设计计，对对于于承承载载、防防渗渗、结结构构连连接接都都提提出出了了非非常常高高的的要要求求，推推动动了了基基坑坑工工程程围围护护结结构设计方法的发展。构设计方法的发展。第9页/共164页l2.深基坑工程数值计算方法的发展深基坑工程数值计算方法的发展l 作用于柔性结构上的土压力实际上作用于柔性结构上的土压力实际上是结构与土共同作用的响应，采用有限是结构与土共同作用的响应，采用有限元方法在原理上可以解决这类问题的计元方法在原理上可以解决这类问题的计算，在实现中还有各种困难需要进一步算，在实现中还有各种困难需
11、要进一步去解决，去解决，2020多年来深基坑工程的数值解多年来深基坑工程的数值解计算方法得到了长足的进步。计算方法得到了长足的进步。第10页/共164页l3.计算软件及商业化开发研究计算软件及商业化开发研究l 深基坑工程的设计计算的内容和要深基坑工程的设计计算的内容和要求日益提高，已经必须依靠计算机才能求日益提高，已经必须依靠计算机才能实现深基坑工程设计的计算工作要求。实现深基坑工程设计的计算工作要求。于是，计算程序的开发研究有了很大的于是，计算程序的开发研究有了很大的发展，形成了一些商业化的计算软件。发展，形成了一些商业化的计算软件。l但计算软件只能作为一种工具和手但计算软件只能作为一种工具
12、和手段，段，garbageinto，garbageout.正确的正确的方法应当是计算加工程判断。不能盲目方法应当是计算加工程判断。不能盲目地依赖计算软件。地依赖计算软件。第11页/共164页管理制度的建立管理制度的建立l许多主要的城市都先后建立了不同许多主要的城市都先后建立了不同形式的机构，规定了深基坑工程的设计形式的机构，规定了深基坑工程的设计方案必须经过评审，这一制度的建立为方案必须经过评审，这一制度的建立为深基坑工程走向健康的发展提供了制度深基坑工程走向健康的发展提供了制度的保证。的保证。第12页/共164页标准化工作的开展标准化工作的开展l20年来，在总结工程经验的基础上，年来，在总结
13、工程经验的基础上，许多城市编制了地方的深基坑工程技术许多城市编制了地方的深基坑工程技术规范，二本全国性的深基坑工程技术的规范，二本全国性的深基坑工程技术的行业标准，初步确立了我国深基坑工程行业标准，初步确立了我国深基坑工程的标准化体系，给深基坑工程的设计和的标准化体系，给深基坑工程的设计和施工有章可循，有法可依。施工有章可循，有法可依。第13页/共164页深基坑工程的内涵和技术要求深基坑工程的内涵和技术要求 l深基坑工程深基坑工程是指包括基坑开挖、降水和是指包括基坑开挖、降水和支护结构设计、施工与监测在内的总称。支护结构设计、施工与监测在内的总称。支护结构支护结构则由包括具有挡土、止水功能则由
14、包括具有挡土、止水功能的的围护结构围护结构和维持围护结构平衡的和维持围护结构平衡的支、支、锚体系锚体系两部分组成；支、锚体系是指两部分组成；支、锚体系是指内内支撑体系或锚杆体系支撑体系或锚杆体系，内支撑体系内支撑体系由支由支撑、围檩和立柱等构件组成，撑、围檩和立柱等构件组成，锚杆体系锚杆体系则由锚杆、腰粱和台座等组成。则由锚杆、腰粱和台座等组成。第14页/共164页l对深基坑工程的技术要求包括：对深基坑工程的技术要求包括：l一一深基坑工程的功能要求深基坑工程的功能要求l1.挡土功能挡土功能l2.止水功能止水功能l3.作为地下结构外墙的使用功能作为地下结构外墙的使用功能l二二 环境保护与处理相邻
15、关系的要求环境保护与处理相邻关系的要求l1.控控制制围围护护结结构构位位移移和和坑坑底底隆隆起起对对环环境境的影响的影响l2.控制降低地下水位对环境的影响控制降低地下水位对环境的影响l3.控制土锚对相邻场地的影响控制土锚对相邻场地的影响第15页/共164页深基坑围护结构的类型深基坑围护结构的类型 l按功能划分按功能划分l按围护结构刚度划分按围护结构刚度划分l按围护结构保持稳定方式划分按围护结构保持稳定方式划分l按围护结构的施工工艺与材料划分按围护结构的施工工艺与材料划分第16页/共164页按功能划分按功能划分l按围护结构功能划分为按围护结构功能划分为临时性结构临时性结构和兼有永久和兼有永久性结
16、构功能（性结构功能（两墙合一两墙合一）两类。）两类。l临临时时性性围围护护结结构构的的功功能能比比较较单单一一，设设计计时时只只要要满满足足施施工工围围护护结结构构的的挡挡土土、止止水水和和环环境境保保护护的的要求；要求；l永久性结构除了满足上述施工围护结构的要求永久性结构除了满足上述施工围护结构的要求外，还应满足作为永久性结构的许多要求，例外，还应满足作为永久性结构的许多要求，例如传力、协调变形、防渗等要求。同时还要处如传力、协调变形、防渗等要求。同时还要处理与地下室梁、板、柱的连接构造，对围护结理与地下室梁、板、柱的连接构造，对围护结构的变形也有更严格的要求。构的变形也有更严格的要求。第1
17、7页/共164页按围护结构刚度划分按围护结构刚度划分l按按围围护护结结构构材材料料本本身身的的传传力力特特性性可可以以分分为刚性结构和柔性结构两类。为刚性结构和柔性结构两类。l刚刚性性结结构构围围护护体体材材料料的的抗抗拉拉强强度度很很低低，一一般般不不考考虑虑承承受受弯弯矩矩，其其变变形形的的特特点点主主要要是是平平移移和和转转动动，当当发发生生挠挠曲曲变变形形时时很很容易出现开裂；容易出现开裂；l柔柔性性结结构构围围护护体体材材料料能能承承受受较较大大的的弯弯矩矩和和拉拉应应力力，因因此此可可以以容容许许发发生生较较大大的的挠挠曲而结构不出现裂缝。曲而结构不出现裂缝。第18页/共164页按
18、围护结构保持稳定方式划分按围护结构保持稳定方式划分l按按围围护护结结构构保保持持稳稳定定的的方方式式，可可划划分分为为自自立立式式和和支锚式两类。支锚式两类。l自自立立式式围围护护结结构构可可以以不不依依靠靠支支撑撑或或锚锚杆杆的的传传力力作作用用而而保保持持其其平平衡衡，按按照照保保持持稳稳定定的的机机制制可可以以分分为为重重力力式式和和悬悬臂臂式式两两类类。重重力力式式围围护护结结构构依依靠靠自自身身的的重重力力所所形形成成的的稳稳定定力力矩矩和和摩摩阻阻力力来来抵抵抗抗土土压压力力所所引引起起的的倾倾覆覆和和滑滑移移；悬悬臂臂式式则则依依靠靠插插入入深深度度范范围内土的嵌固作用维持稳定。
19、围内土的嵌固作用维持稳定。l支支锚锚式式围围护护结结构构则则需需要要依依靠靠内内支支撑撑或或土土锚锚才才能能保保持围护结构的稳定。持围护结构的稳定。第19页/共164页主动土压力主动土压力Ea被动抗力被动抗力Ep基底摩阻力基底摩阻力H重力重力G重力式围护结构重力式围护结构第20页/共164页主动土压力主动土压力Ea被动抗力被动抗力Ep被动抗力被动抗力Ep悬臂式围护结构悬臂式围护结构第21页/共164页拉锚拉锚土锚土锚土锚或拉锚土锚或拉锚第22页/共164页支撑支撑立柱立柱立柱桩立柱桩围护墙围护墙围檩围檩坑底坑底加固加固内支撑体系内支撑体系第23页/共164页按围护结构施工工艺与材料划分按围护结
20、构施工工艺与材料划分l按按围围护护结结构构的的施施工工工工艺艺与与材材料料划划分分可可分分为为以以水水泥泥稳稳定定土土为为材材料料的的水水泥泥搅搅拌拌桩桩，以以钢钢为为材材料料的的钢钢板板桩桩和和以以钢钢筋筋混混凝凝土土为为材材料料的的钻钻孔孔灌灌注注桩桩、地地下下连连续续墙墙或或钢钢筋筋混凝土板桩。混凝土板桩。第24页/共164页l围围护护结结构构的的受受力力性性能能与与材材料料密密切切有有关关。用用水水泥泥搅搅拌拌桩桩做做成成的的坝坝体体是是刚刚性性的的、自自立立式式的的。用用钢钢材材或或钢钢筋筋混混凝凝土土制制成成的的围围护护结结构构是是柔柔性性的的，一一般般需需要要采采用用支支锚锚体体
21、系系来来维维持持其其稳稳定定。但但钢钢筋筋混混凝凝土土地地下下连连续续墙墙也也可可以以做做成成如如图图所所示示的的重重力力式式围围护护结结构构；水水泥泥搅搅拌拌桩桩可可以以加加劲劲性性的的型型钢钢成成为为柔柔性性的的围围护护结结构构（SMW工工法法），也也可可以以用用作作柔柔性性的的排排桩桩式式围围护护结结构构的的止止水水帷帷幕。幕。第25页/共164页基坑工程的失效模式与案例基坑工程的失效模式与案例l失效的若干案例失效的若干案例l失效的类型失效的类型第26页/共164页地下连续墙的垮塌地下连续墙的垮塌第27页/共164页l基坑面积基坑面积2600m2，周边长度周边长度260m，开挖深度开挖深
22、度12.35m，采用采用600mm厚、厚、24m深深的地下连续墙，设的地下连续墙，设四道支撑，第一道四道支撑，第一道钢筋混凝土支撑，钢筋混凝土支撑，其余为其余为609mm的的钢管支撑钢管支撑第28页/共164页第29页/共164页第30页/共164页第31页/共164页几点教训几点教训l设计：荷载用标准值，抗力用设计值，设计：荷载用标准值，抗力用设计值，设计表达式两端不匹配，降低了安全度。设计表达式两端不匹配，降低了安全度。钢支撑直接支承在与其斜交的地下连续钢支撑直接支承在与其斜交的地下连续墙上，没有用围檩，更无平衡剪力垛。墙上，没有用围檩，更无平衡剪力垛。l施工：未安设计图纸的要求施工，包括
23、施工：未安设计图纸的要求施工，包括超挖、不及时支撑，坑底没有加固。超挖、不及时支撑，坑底没有加固。第32页/共164页l监测：没有及时发现险情，没有发出警监测：没有及时发现险情，没有发出警报。报。l管理：邻近工程的负责人发现问题，向管理：邻近工程的负责人发现问题，向这个项目的经理提出忠告，但项目经理这个项目的经理提出忠告，但项目经理却置若罔闻，没有引起警觉。事故发生却置若罔闻，没有引起警觉。事故发生前晚，已发现预兆，但没有及时采取工前晚，已发现预兆，但没有及时采取工程措施抢险。程措施抢险。第33页/共164页拱圈围护结构的垮塌拱圈围护结构的垮塌第34页/共164页拱圈逆作法拱圈逆作法第35页/
24、共164页引水渠道基坑开挖边坡失稳引水渠道基坑开挖边坡失稳l4孔箱涵，单孔尺寸为孔箱涵，单孔尺寸为3.25m 3.60m，总长总长75ml地面标高地面标高4.24.7m，设计基坑底面标高设计基坑底面标高5.33m，开挖深度近开挖深度近10ml按三级放坡，从上至下依次为按三级放坡，从上至下依次为1:1.5、1:2和和1:3，变坡处留，变坡处留1.0m宽的马道宽的马道l二级轻型井点降水二级轻型井点降水l采用水冲法施工，泥浆沉淀池设置在基坑顶部采用水冲法施工，泥浆沉淀池设置在基坑顶部南北两侧，距基坑外缘南北两侧，距基坑外缘12m15m第36页/共164页10m高的土坡滑动高的土坡滑动l滑坡发生在挖到
25、基坑底面，浇筑垫层后，滑坡发生在挖到基坑底面，浇筑垫层后，正在绑扎箱涵的钢筋时正在绑扎箱涵的钢筋时l没有进行任何的位移观测，因此没有发没有进行任何的位移观测，因此没有发现滑坡的预兆，突发性的事故现滑坡的预兆，突发性的事故l塌入基坑中的土方塌入基坑中的土方5000立方米立方米，泥面涌泥面涌高高6ml第一级井点向基坑中移动第一级井点向基坑中移动13m第37页/共164页第38页/共164页事故分析事故分析l1.10m的高差形成的压力差超过了软土的承载的高差形成的压力差超过了软土的承载能力；能力；l2.由于坡面非常平缓，滑动的形式是深层滑动，由于坡面非常平缓，滑动的形式是深层滑动，以中点圆的形式破坏
26、；以中点圆的形式破坏；l3.卸载引起负的孔隙水压力，产生强度较高的卸载引起负的孔隙水压力，产生强度较高的假象，随着负压的消散，土的抗剪强度降低，假象，随着负压的消散，土的抗剪强度降低，滑坡并不发生的开挖的同时，而滞后一定的时滑坡并不发生的开挖的同时，而滞后一定的时间；间；l4.没有进行监测的教训。没有进行监测的教训。第39页/共164页土钉墙的垮塌土钉墙的垮塌第40页/共164页第41页/共164页l阳角处土钉墙阳角处土钉墙的破坏的破坏第42页/共164页钢支撑围护结构的失稳钢支撑围护结构的失稳第43页/共164页第44页/共164页第45页/共164页不同类型围护不同类型围护结构接头处及结构
27、接头处及深、浅坑之间深、浅坑之间支档墙的失稳支档墙的失稳第46页/共164页第47页/共164页第48页/共164页基坑工程的失效模式基坑工程的失效模式l1.整体失稳整体失稳l2.坑底隆起坑底隆起l3.围护结构倾覆失稳围护结构倾覆失稳l4.围护结构滑移失稳围护结构滑移失稳l5.围护结构底部地基承载力失稳围护结构底部地基承载力失稳l6.6.“踢脚踢脚”失稳失稳l7.止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏l8.围护结构的结构性破坏围护结构的结构性破坏l9.支、锚体系失稳破坏支、锚体系失稳破坏第49页/共164页整体失稳整体失稳l整体失稳是指在土体中形成了滑动面，整体失
28、稳是指在土体中形成了滑动面，围护结构连同基坑外侧及坑底的土体一围护结构连同基坑外侧及坑底的土体一起丧失稳定性，一般的失稳形态是围护起丧失稳定性，一般的失稳形态是围护结构的上部向坑外倾倒，围护结构的底结构的上部向坑外倾倒，围护结构的底部向坑内移动，坑底土体隆起，坑外地部向坑内移动，坑底土体隆起，坑外地面下陷。面下陷。第50页/共164页第51页/共164页第52页/共164页坑底隆起坑底隆起l坑底隆起是指坑底土体产生向上的塑性变形。坑底隆起是指坑底土体产生向上的塑性变形。基坑开挖以后，坑底向上位移的原因有两种，基坑开挖以后，坑底向上位移的原因有两种，一是卸载引起的一是卸载引起的回弹回弹，其数值较
29、小；另一种，其数值较小；另一种是在开挖引起的压力差作用下土体中产生的是在开挖引起的压力差作用下土体中产生的塑性变形塑性变形，这种变形如果数量较大，表示土，这种变形如果数量较大，表示土体中的塑流已经比较严重，如果围护结构和体中的塑流已经比较严重，如果围护结构和内支撑能形成整体性好的体系，则塑流仅引内支撑能形成整体性好的体系，则塑流仅引起坑外地面下沉，影响环境安全；如果是自起坑外地面下沉，影响环境安全；如果是自立式结构或节点强度差的支撑体系，隆起可立式结构或节点强度差的支撑体系，隆起可能是整体失稳的前兆；如果稳定性不能得到能是整体失稳的前兆；如果稳定性不能得到有效的控制，就会发生整体性失稳。有效的
30、控制，就会发生整体性失稳。第53页/共164页第54页/共164页围护结构倾覆失稳围护结构倾覆失稳l围护结构的倾覆失稳主要发生在重力式结构或围护结构的倾覆失稳主要发生在重力式结构或悬臂式围护结构，重力式结构在坑外主动土压悬臂式围护结构，重力式结构在坑外主动土压力的作用下，围护结构绕其下部的某点转动，力的作用下，围护结构绕其下部的某点转动，围护结构的顶部向坑内倾倒围护结构的顶部向坑内倾倒。抵抗倾覆失稳的。抵抗倾覆失稳的力矩主要由围护结构自身的重力形成，坑底的力矩主要由围护结构自身的重力形成，坑底的被动抗力也是构成抵抗力矩的因素。关于转动被动抗力也是构成抵抗力矩的因素。关于转动中心的位置有不同的看
31、法，传统的方法是将中心的位置有不同的看法，传统的方法是将转转动中心放在围护结构的前趾动中心放在围护结构的前趾，但也有认为绕前，但也有认为绕前趾上面或下面的某一点转动比较合理，特别的趾上面或下面的某一点转动比较合理，特别的软土地区由于基底土比较软弱，在力矩作用下软土地区由于基底土比较软弱，在力矩作用下前趾有下沉的可能前趾有下沉的可能。第55页/共164页第56页/共164页围护结构滑移失稳围护结构滑移失稳l围护结构的滑移失稳亦主要发生在重力围护结构的滑移失稳亦主要发生在重力式结构中，在坑外主动土压力的作用下，式结构中，在坑外主动土压力的作用下，围护结构向坑内平移围护结构向坑内平移。抵抗滑移的阻力
32、。抵抗滑移的阻力主要由围护体底面的摩阻力以及内侧的主要由围护体底面的摩阻力以及内侧的被动土压力构成。当坑底土软弱或围护被动土压力构成。当坑底土软弱或围护结构底部的地基土软化时，墙体发生滑结构底部的地基土软化时，墙体发生滑移失稳。移失稳。第57页/共164页围护结构底部地基承载力失稳围护结构底部地基承载力失稳l重力式围护结构的底面压力过大，地基重力式围护结构的底面压力过大，地基承载力不足引起的失稳。承载力不足引起的失稳。由于在围护结由于在围护结构的外侧还作用着土压力，因此其合力构的外侧还作用着土压力，因此其合力是倾斜的。在倾斜荷载作用下，地基土是倾斜的。在倾斜荷载作用下，地基土发生向坑内的挤出，
33、围护结构产生不均发生向坑内的挤出，围护结构产生不均匀的沉降，可能导致部分围护结构的开匀的沉降，可能导致部分围护结构的开裂损坏裂损坏。第58页/共164页第59页/共164页第60页/共164页“踢脚踢脚”失稳失稳 l在单支撑的基坑中，可能发生在单支撑的基坑中，可能发生挠支撑点挠支撑点转动转动，围护结构上部向坑外倾倒，围护，围护结构上部向坑外倾倒，围护结构的下部向上翻的失稳模式，故形象结构的下部向上翻的失稳模式，故形象地称为地称为“踢脚踢脚”失稳。在多支撑的围护失稳。在多支撑的围护结构中一般不会产生踢脚失稳，除非其结构中一般不会产生踢脚失稳，除非其它支撑都已失效，只有一道支撑起作用它支撑都已失效
34、，只有一道支撑起作用的情况。的情况。第61页/共164页第62页/共164页止水帷幕功能失效和坑底渗透变止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏形破坏l止水帷幕丧失挡水功能，产生止水帷幕丧失挡水功能，产生渗漏、涌水、流渗漏、涌水、流土或流砂土或流砂。由于水土流失使基坑外地面下沉、。由于水土流失使基坑外地面下沉、塌陷，导致邻近建筑物的开裂和损坏。引起围塌陷，导致邻近建筑物的开裂和损坏。引起围护结构止水帷幕功能失效的主要原因是施工因护结构止水帷幕功能失效的主要原因是施工因素，其次是设计因素和材料的因素。由于施工素，其次是设计因素和材料的因素。由于施工质量低劣，止水帷幕有空洞或裂缝，成为漏水质量低劣，止水
35、帷幕有空洞或裂缝，成为漏水的通道是最普遍的现象；止水帷幕设计过短，的通道是最普遍的现象；止水帷幕设计过短，没有全部切断透水层也是漏水的可能原因。没有全部切断透水层也是漏水的可能原因。第63页/共164页l由于止水帷幕失效产生过大的水力坡降由于止水帷幕失效产生过大的水力坡降引起坑底引起坑底渗透变形破坏渗透变形破坏。坑内采用排水。坑内采用排水或降水措施后，造成了坑内外的水头差，或降水措施后，造成了坑内外的水头差，地下水在水头差的作用下向坑内渗流，地下水在水头差的作用下向坑内渗流，在渗流出口处土的细颗粒被带出，或土在渗流出口处土的细颗粒被带出，或土颗粒处于悬浮状态涌出。这种由渗透引颗粒处于悬浮状态涌
36、出。这种由渗透引起的破坏因破坏机理不同而有不同的名起的破坏因破坏机理不同而有不同的名称，如管涌、流砂或流土。如不及时制称，如管涌、流砂或流土。如不及时制止，由渗透变形引起的坑外土体的位移止，由渗透变形引起的坑外土体的位移和陷落是严重的。和陷落是严重的。第64页/共164页第65页/共164页第66页/共164页第67页/共164页围护结构的结构性破坏围护结构的结构性破坏 围护结构的结构性破坏是指围护体本身发生围护结构的结构性破坏是指围护体本身发生开裂、开裂、折断、剪断或压屈折断、剪断或压屈，致使结构失去了承载能力的破，致使结构失去了承载能力的破坏模式。坏模式。l结构性损坏的原因可能是方案性的错
37、误，如支撑体结构性损坏的原因可能是方案性的错误，如支撑体系不当或围护结构不闭合；也可能是设计计算时荷系不当或围护结构不闭合；也可能是设计计算时荷载估计不足或结构材料强度估计过高，支撑或围檩载估计不足或结构材料强度估计过高，支撑或围檩截面不足导致破坏；此外，结构节点处理不当，也截面不足导致破坏；此外，结构节点处理不当，也会因局部失稳而引起整体破坏，特别在钢支撑体系会因局部失稳而引起整体破坏，特别在钢支撑体系中，节点多，加工与安装质量不易控制。节点处理中，节点多，加工与安装质量不易控制。节点处理包括支撑和墙体的连接处，如不设置围檩或连接强包括支撑和墙体的连接处，如不设置围檩或连接强度不够。度不够。
38、第68页/共164页第69页/共164页第70页/共164页支、锚体系失稳破坏支、锚体系失稳破坏l支锚体系的失稳破坏包括两种不同的破坏模支锚体系的失稳破坏包括两种不同的破坏模式。锚杆的破坏主要表现为式。锚杆的破坏主要表现为锚杆的拔出、断锚杆的拔出、断裂或预应力松弛裂或预应力松弛，土锚的破坏大多是局部的，土锚的破坏大多是局部的，群锚的破坏实际上是土体的失稳而并非是锚群锚的破坏实际上是土体的失稳而并非是锚杆的结构性破坏；支撑的失稳很可能是整体杆的结构性破坏；支撑的失稳很可能是整体性的，其形态因体系不同而不同，支撑体系性的，其形态因体系不同而不同，支撑体系大多是超静定的，局部的破坏会造成整体的大多是
39、超静定的，局部的破坏会造成整体的失稳，尤其是钢支撑体系，局部节点的失效失稳，尤其是钢支撑体系，局部节点的失效概率比较大。概率比较大。第71页/共164页第72页/共164页第73页/共164页第74页/共164页深基坑工程方案设计深基坑工程方案设计第75页/共164页方案设计与施工图设计方案设计与施工图设计l深基坑工程设计一般分为总体方案设计深基坑工程设计一般分为总体方案设计和施工图设计两个阶段，总体方案设计和施工图设计两个阶段，总体方案设计的任务是根据主体工程的性质和对地下的任务是根据主体工程的性质和对地下室的使用要求、场地工程地质和水文地室的使用要求、场地工程地质和水文地质条件、相邻环境对
40、基坑施工的制约程质条件、相邻环境对基坑施工的制约程度等因素，选择合适的围护结构与支撑度等因素，选择合适的围护结构与支撑体系、协调基坑工程与主体工程的关系、体系、协调基坑工程与主体工程的关系、控制环境质量，为施工图设计和基坑施控制环境质量，为施工图设计和基坑施工组织计划提供控制性方案。工组织计划提供控制性方案。第76页/共164页基坑工程方案设计基坑工程方案设计l1）确确定定开开挖挖方方案案，包包括括地地下下水水的的处处理理方方案；案；l2）选择围护结构的类型；选择围护结构的类型；l3）选选用用土土层层锚锚杆杆或或内内支支撑撑，选选择择支支撑撑材材料；料；l4）对对土土层层锚锚杆杆或或内内支支撑
41、撑进进行行平平面面和和竖竖向向布置，包括围檩和立柱的布置；布置，包括围檩和立柱的布置；第77页/共164页l5）进进行行各各项项稳稳定定验验算算和和结结构构内内力力计计算算以以确确定定围围护护结结构构、支支撑撑、围围檩檩或或锚锚杆杆的的材材料料强强度度和和截截面面尺尺寸寸，确确定定是是否否需需要要加加固固坑底；进行降水的控制性计算；坑底；进行降水的控制性计算；l6）进进行行变变形形验验算算以以检检验验是是否否满满足足环环境境要要求；求；l7）对施工方案提出要求；对施工方案提出要求；l8）进进行行多多方方案案的的技技术术经经济济比比较较，优优选选方方案。案。第78页/共164页基坑围护设计的依据
42、基坑围护设计的依据l深大基坑的设计是一项综合性的设计工深大基坑的设计是一项综合性的设计工作，它与上部结构（包括地下室）设计、作，它与上部结构（包括地下室）设计、工程地质勘察、地下室施工方案以及周工程地质勘察、地下室施工方案以及周围的自然环境、工程环境和社会环境都围的自然环境、工程环境和社会环境都有密切的关系，因此，在基坑工程设计有密切的关系，因此，在基坑工程设计时必须具备下列几个方面的资料：时必须具备下列几个方面的资料：第79页/共164页基坑工程设计必需的资料基坑工程设计必需的资料l主体结构设计图纸主体结构设计图纸l工程勘察报告工程勘察报告l环境调查资料环境调查资料l基坑周边地区建筑物情况基
43、坑周边地区建筑物情况l基坑周边地区市政设施情况基坑周边地区市政设施情况l基坑周边地区道路情况基坑周边地区道路情况l基坑工程施工条件基坑工程施工条件第80页/共164页方案设计讨论及案例方案设计讨论及案例l开挖方案的选择开挖方案的选择l选择围护结构的类型选择围护结构的类型l支锚体系的选择支锚体系的选择l支撑的平面布置支撑的平面布置l支撑和锚杆的竖向布置支撑和锚杆的竖向布置l立柱的设置立柱的设置l降水降水第81页/共164页开挖方案选择开挖方案选择l放坡开挖放坡开挖l无支撑开挖无支撑开挖l 重力式挡墙重力式挡墙l 悬臂式挡墙悬臂式挡墙l 锚固式挡墙锚固式挡墙l有支撑的开挖有支撑的开挖 l组合型的开
44、挖方案组合型的开挖方案 第82页/共164页放坡开挖放坡开挖l放坡开挖的直接费用最少，而且为主体放坡开挖的直接费用最少，而且为主体工程创造了比较宽敞的施工作业空间，工程创造了比较宽敞的施工作业空间，因而工作面宽，工期也比较短，如果场因而工作面宽，工期也比较短，如果场地条件允许，放坡开挖应该是首选的方地条件允许，放坡开挖应该是首选的方案。制约采用放坡开挖的因素主要是周案。制约采用放坡开挖的因素主要是周围场地和开挖深度的限制。放坡需要占围场地和开挖深度的限制。放坡需要占用比较大的场地，在城市或建成区往往用比较大的场地，在城市或建成区往往没有这个条件。没有这个条件。第83页/共164页l如整体稳定性
45、允许，可以采用放坡开挖方案如整体稳定性允许，可以采用放坡开挖方案时。但有时受场地的限制，只能取用较陡的时。但有时受场地的限制，只能取用较陡的坡度；如坡面的稳定性不能得到保证时，则坡度；如坡面的稳定性不能得到保证时，则可采用喷锚支护或土钉墙的方案。喷锚支护可采用喷锚支护或土钉墙的方案。喷锚支护和土钉墙从受力机理上讲不同于无支撑的自和土钉墙从受力机理上讲不同于无支撑的自立式挡墙，而是属于坡面加固处理的一种方立式挡墙，而是属于坡面加固处理的一种方法，通过加强土体共同受力的方式来保持坡法，通过加强土体共同受力的方式来保持坡面的稳定性，属于自承支护体系。如果坑底面的稳定性，属于自承支护体系。如果坑底土质
46、比较差，整体稳定性不足，则喷锚支护土质比较差，整体稳定性不足，则喷锚支护和土钉墙的方案就不能采用。和土钉墙的方案就不能采用。第84页/共164页无支撑开挖无支撑开挖l当不能采用放坡开挖方案时，必须选用当不能采用放坡开挖方案时，必须选用围围护结构护结构以支承坑外的土体。在可能的条件以支承坑外的土体。在可能的条件下应尽可能采用下应尽可能采用无支撑开挖无支撑开挖的方案，因为的方案，因为这种方案能提供比较开阔的坑内施工条件，这种方案能提供比较开阔的坑内施工条件，便于挖土、运土以及地下室的施工；同时，便于挖土、运土以及地下室的施工；同时，也比较经济。也比较经济。第85页/共164页重力式挡墙重力式挡墙
47、l重力式挡墙是依靠自身的重力维持其稳定的重力式挡墙是依靠自身的重力维持其稳定的围护结构，由于可以采用价格比较低廉的水围护结构，由于可以采用价格比较低廉的水泥土等材料制作，是一种比较经济的方案。泥土等材料制作，是一种比较经济的方案。在开挖深度不大（如软土地区不大于在开挖深度不大（如软土地区不大于67m），），环境对位移的要求可允许有环境对位移的要求可允许有50mm左左右的条件下是右的条件下是首选方案首选方案，但重力式挡墙的宽，但重力式挡墙的宽度比较大，在地下室外墙与红线之间的距离度比较大，在地下室外墙与红线之间的距离过小时就很难放得下宽度较大的重力式挡墙。过小时就很难放得下宽度较大的重力式挡墙。
48、第86页/共164页悬臂式挡墙悬臂式挡墙 l悬臂式挡墙是依靠自身的刚度和强度就能维悬臂式挡墙是依靠自身的刚度和强度就能维持其稳定的围护结构，由于围护结构承受比持其稳定的围护结构，由于围护结构承受比较大的弯矩，需要采用钢筋混凝土材料。当较大的弯矩，需要采用钢筋混凝土材料。当重力式挡墙因场地宽度不够而不能采用时，重力式挡墙因场地宽度不够而不能采用时，悬臂式挡墙就能克服这个缺点，可以在悬臂式挡墙就能克服这个缺点，可以在1.52m的的狭窄范围内安置狭窄范围内安置悬臂式挡墙。但悬臂式悬臂式挡墙。但悬臂式挡墙的挡墙的位移比较大位移比较大，难以满足周边环境的严，难以满足周边环境的严格要求，同时在开挖深度较大
49、时墙身弯矩很格要求，同时在开挖深度较大时墙身弯矩很大，因此适用的开挖深度也不深；使用条件大，因此适用的开挖深度也不深；使用条件不当时可能产生围护结构损坏或严重影响环不当时可能产生围护结构损坏或严重影响环境的事故。境的事故。第87页/共164页锚固式挡墙锚固式挡墙 l锚固式挡墙是依靠锚固式挡墙是依靠锚杆传递的拉力锚杆传递的拉力来维持其稳来维持其稳定的围护结构，对于深基坑可以采用多道锚杆定的围护结构，对于深基坑可以采用多道锚杆来平衡土压力，因而可以适用于开挖得很深的来平衡土压力，因而可以适用于开挖得很深的基坑。锚固式挡墙分为拉锚式和土层锚杆式两基坑。锚固式挡墙分为拉锚式和土层锚杆式两种，拉锚常用于
50、钢板桩顶部的锚固，或作为辅种，拉锚常用于钢板桩顶部的锚固，或作为辅助的锚固措施；土层锚杆要求具有比较好的地助的锚固措施；土层锚杆要求具有比较好的地质条件，同时还必须有足够开阔的场地条件或质条件，同时还必须有足够开阔的场地条件或者容许锚杆可以伸入红线以外的土层中。在软者容许锚杆可以伸入红线以外的土层中。在软土地区，由于土层缺乏足够的锚固力而很少采土地区，由于土层缺乏足够的锚固力而很少采用锚杆，如将锚杆锚固在很深的砂层中，则锚用锚杆，如将锚杆锚固在很深的砂层中，则锚杆的长度很长，也就不是一个经济的方案。杆的长度很长，也就不是一个经济的方案。第88页/共164页有支撑的开挖有支撑的开挖 l在不具备采