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1、第第5章章 基坑工程基坑工程Chapter 5 Foundation pit东北林业大学东北林业大学 土木工程学院土木工程学院 School of Civil Engineering,NEFU基本要求：基本要求：1.了解基坑工程的特点，基坑支护结构的类型、适了解基坑工程的特点，基坑支护结构的类型、适用条件、设计内容和原则及基坑地下水控制方法。用条件、设计内容和原则及基坑地下水控制方法。2.熟悉基坑稳定分析、多支点桩墙设计计算方法。熟悉基坑稳定分析、多支点桩墙设计计算方法。3.掌握作用于基坑支护结构上土压力的计算方法，掌握作用于基坑支护结构上土压力的计算方法，以及悬臂式桩墙、单支点桩墙、水泥土墙
2、和土钉墙以及悬臂式桩墙、单支点桩墙、水泥土墙和土钉墙的基本计算方法。的基本计算方法。一、基坑工程具有以下特点：5 5.1 .1 概述概述概述概述支护结构通常都是临时性结构，一般情况下安全储备相对较小，风险性较大；由于场地的工程水文地质条件、岩土的工程性质以及周边环境条件的差异性，基坑工程往往具有很强的地域性特征，因此，它的设计和施工必须因地制宜，切忌生搬硬套；基坑工程是一项综合性很强的系统工程，它不仅涉及结构、岩土、工程地质及环境等多门学科，而且勘察、设计、施工、检测等工作环环相扣，紧密相连；具有较强的时空效应，支护结构所受荷载（如土压力）及其产生的应力和变形在时间上和空间上具有较强的变异性，
3、在软黏土和复杂体型基坑工程中尤为突出；对周边环境影响较大，基坑开挖、降水势必将引起周边场地土的应力和地下水位发生改变，使土体产生变形，对相邻建（构）筑物和地下管线等产生影响，严重者将危及它们的安全和正常使用，大量土方运输也将对交通和环境卫生产生影响。二、基坑支护结构的类型及适用条件1.1.放坡开挖及简易支护放坡开挖及简易支护 放坡开挖是指选择合理的坡度进行开挖，适用于地基土质较好、开挖深度不大以及施工现场有足够放坡场所的工程，可独立或与其他支护结构结合使用。2.2.悬臂式支护结构悬臂式支护结构 指设有内撑和锚拉的板桩墙、排桩墙和地下连续墙支护结构。适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程，在软土
4、场地中不宜大于5m，且当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙。3.3.水泥土墙支护结构水泥土墙支护结构适用于深度不宜大于6m的淤泥、淤泥质土等软土地区的基坑支护，水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kPa。4.4.内撑式支护结构内撑式支护结构内支撑常采用木方、钢筋混凝土或钢管（或型钢）做成。内支撑支护结构适合各种地基土层，但设置的内支撑会占用一定的施工空间。5.5.拉锚式支护结构拉锚式支护结构土层锚杆因需要土层提供较大的锚固力，适用于深部有较好土层的地层中，一般基坑深度不宜大于12m，不宜用于软黏土地层。6.6.土钉墙支护结构土钉墙支护结构 土钉墙支护结构适用
5、地下水位以上的黏性土、砂土和碎石土等地层，不宜用于淤泥或淤泥质土等软土场地，一般支护深度不宜超过12 m。7.7.其他支护结构其他支护结构其他支护结构形式有双排桩支护结构、连拱式支护结构、逆作拱墙支护结构、加筋水泥土挡墙等支护结构以及各种组合式支护结构。支护结构选型应考虑结构的空间效应和受力特点，采用有利支护结构材料受力性状的型式。软土场地可采用深层搅拌、注浆、间隔或全部加固等方法对局部或整个基坑底土进行加固，或采用降水措施提高基坑内侧被动抗力。三、基坑支护工程设计原则0.9支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重三级1.0支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周
6、边环境及地下结构施工影响一般二级1.1支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重一级重要性系数0破 坏 后 果安全等级基坑侧壁安全等级及重要性系数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：根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算；基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；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。（3）地下水控制计算和验
7、算：抗渗透稳定性验算；基坑底突涌稳定性验算；根据支护结构设计要求进行地下水位控制计算。基坑支护工程设计的基本原则是：在满足支护结构本身强度、稳定性和变形要求的同时，确保周围环境的安全；在保证安全可靠的前提下，设计方案应具有较好的技术经济和环境效应；为基坑支护工程施工和基础施工提供最大限度的施工方便，并保证施工安全。四、作用于支护结构上的荷载及土压力计算1.1.水平荷载标准值计算水平荷载标准值计算 对于碎石土及砂土：当计算点位于地下水位以上时：当计算点位于地下水位以下时：对于粉土及黏性土，eajk为 当按以上规定计算的基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时，应取零（1）支护结构水平荷载标准值eaj
8、k应按当地可靠经验确定，当无经验时可按下列规定计算（2）基坑外侧竖向应力标准值ajk计算：ajk=rk+0k+1k 计算点深度zj处自重竖向应力rk：rk=mjzj 计算点位于基坑开挖面以上时：计算点位于基坑开挖面以下时：rk=mhzj 开挖面以下为恒值 上述基坑外侧附加荷载作用于地表以下一定深度时，将计算点深度相应下移，其竖向应力也可按上述规定确定。当支护结构外侧地面作用满布附加荷载q0时 0k=q0 当距支护结构b1外侧，地表作用有宽度为b0的条形附加荷载q1时 1k=q1b0/(b0+2b1)2.2.水平抗力标准值计算水平抗力标准值计算 基坑内侧水平抗力标准值epjk计算（1）对于砂土及
9、碎石土（2）对于粉土及黏性土 作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值可按下式计算：pjk=mjzj 1.1.悬臂式桩墙计算悬臂式桩墙计算1）侧向压力计算）侧向压力计算一般用朗金理论朗金理论来计算不同深度z处每延米每延米宽度内的主、被动土压力强度a，p对于黏性土，式中的内摩擦角用等代内摩擦角等代内摩擦角 e 代入 202530354045亚砂土、亚黏土、黏性土152035淤泥25303540种植土0.8Sr1（饱和）0.5Sr0.8（很湿）06cu；e)粘土H51.0200.0粉土、砂土、碎石土、可溶岩、破碎带管井200.120.0喷射井点单级6；多级200.120.0真空井点降水上层滞水
10、或水量不大的潜水5720.0填土、粉土、黏性土、砂土集水明排水文地质特征降水深度/m渗透系数/m/d土类方法名称用于基坑工程的垂直防渗垂直防渗措施主要包括各类防渗墙和灌浆帷幕。防渗墙和灌浆帷幕一般应一般应插入下卧的相对不透水岩插入下卧的相对不透水岩土层一定深度土层一定深度，但当透水层厚度较大时，也可以采用悬挂式。1.1.截水截水2.2.积水明排法积水明排法 集水明排法又称表面排水法，它是在基坑开挖过程中以及基础施工和养护期间，在基坑四周开挖集水沟汇集坑壁及坑底渗水，并引向集水井。单独使用时，降水深度不宜大于5 m，否则在坑底容易产生软化、泥化，坡角出现流砂、管涌，边坡塌陷，地面沉降等问题。与其
11、他方法结合使用时，其主要功能是收集基坑中和坑壁局部渗出的地下水和地面水。3.3.井点降水井点降水轻型井点喷射井点电渗井点管井法 4.4.回灌回灌回灌可采用井点、砂井、砂沟等，一般回灌井与降水井相距不小于6m。回灌水宜用清水，回灌水量可通过水位观侧孔进行控制和调节，一般回灌水位不宜高于原地下水位标高。5.5.引渗法引渗法 在具备多层含水层，并且存在水头差的情况下，可以用引渗井穿越不同的含水层，将上部的浅层地下水通过引渗井自渗，或者抽渗到下部的含水层中去，使上部疏干，达到基坑降水的目的。引渗井降水的适用条件为：工程降水区内存在两层及两层以上的含水层，各含水层中地下水的水头差较大，含水层间存在着稳定
12、的相对隔水层；引渗进入的下伏含水层的导水性要成倍地大于被排水疏干的含水层的透水性，并且下伏含水层厚度应大于3.0m，不致造成下伏含水层中水位明显升高；引渗进入的下伏含水层的顶板埋深要低于基坑底3.05.0m；被排水疏干的含水层中的地下水水质满足环保要求，不致引起下伏含水层中地下水水质的恶化。引渗井的类型有自渗降水和抽渗降水两种。前者可以用管井或者砂砾井；后者一般用管井。具体布置有垂直引渗和水平引渗两种。在垂直引渗布置中，引渗井通过穿越不同的含水层达到降水的目的；在水平引渗布置中，引渗井往往是辐射状布置形成控制降水区，可以在同一含水层内，也可以穿越两层含水层，然后引入下伏含水层中 5 5.7 7
13、 基坑现场监测与信息化施工基坑现场监测与信息化施工基坑现场监测与信息化施工基坑现场监测与信息化施工1.1.基坑现场监测基坑现场监测在深基坑施工过程中，只有对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻的建（构）筑物进行综合、系统的监测，才能对工程情况有全面的了解，确保工程顺利进行。基坑开挖前应作出系统的开挖监控方案，监控方案应包括监控目的、监测项目、监控报警值、监测方法及精度要求、监测点的布置、监测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统等。监测点的布置应满足监控要求，从基坑边缘以外12倍开挖深度范围内的需要保护物体均应作为监控对象。基坑监测项目根据基坑侧壁安全等级按P295表5-5执行。2.2.基坑信息化施工基坑信息化施工信息化施工法是根据施工现场的地质情况和监控数据，对地质结论、设计参数进行验证，对施工安全性进行判断并及时修正施工方案的施工方法。该方法是应用系统工程于施工的一种现代施工管理办法，包括信息采集（监测）、反分析（即分析模型和计算参数反演）、正分析（预测）以及根据预测结果进行决策与控制等方面的内容