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1、mAAA深基坑工程讲座-高大钊 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望内内 容容l深基坑工程总论深基坑工程总论l深基坑工程方案设计深基坑工程方案设计l深基坑工程设计计算深基坑工程设计计算l深基坑工程施工图设计深基坑工程施工图设计深基坑工程总论深基坑工程总论深基坑工程的若干事故实例深基坑工程的若干事故实例l地下连续墙围护结构的垮塌地下连续墙围护结构的垮塌l钢支撑的失稳钢支撑的失稳l工程桩的倾斜工程桩的倾斜l采用拱圈结构深基坑的垮塌采用拱圈结构深基坑的垮塌l土
2、钉墙的垮塌土钉墙的垮塌深基坑工程总论深基坑工程总论l1.深基坑工程的技术要求；深基坑工程的技术要求；l2.深基坑围护结构的类型；深基坑围护结构的类型；l3.深基坑工程的失效模式；深基坑工程的失效模式；l4.深深基基坑坑工工程程的的安安全全等等级级与与设设计计、施施工工要求；要求；l5.深基坑围护结构的设计荷载；深基坑围护结构的设计荷载；l6.深基坑设计表达式及安全控制标准；深基坑设计表达式及安全控制标准；深基坑工程的技术要求深基坑工程的技术要求 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
3、支护结构则由包括具有挡土、止水功能则由包括具有挡土、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。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
4、环境保护与处理相邻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深深基坑工程的功能要求基坑工程的功能要求l为什么要做深基坑工程？为什么要做深基坑工程？l由地下室的施工引起的问题：由地下室的施工引起的问题：l挡土和止水的功能临时性的结构物挡土和止水的功能临时性的结构物l作作为为深深基基坑坑围围护护结结构构的的地地下下连连续续墙墙可可以以同同时时用用作作地地下下结结构构的的永永久久性性外外墙墙的的使使用用功能功
5、能 挡土功能挡土功能l放坡开挖和支护开挖虽是两种可供选择放坡开挖和支护开挖虽是两种可供选择的开挖方案，但放坡开挖的适用范围有的开挖方案，但放坡开挖的适用范围有限，因为深基坑的放坡范围过大，城市限，因为深基坑的放坡范围过大，城市不可能提供太大的放坡空间；深基坑放不可能提供太大的放坡空间；深基坑放坡所增加的土方量也比较大；如在软土坡所增加的土方量也比较大；如在软土地区更由于可能产生深层滑动的制约，地区更由于可能产生深层滑动的制约，在深基坑中放坡开挖的风险很大。在深基坑中放坡开挖的风险很大。l因此深基坑工程大多采用支护开挖的方因此深基坑工程大多采用支护开挖的方案。深基坑设置案。深基坑设置支护结构支护
6、结构（一般（一般包括围包括围护结构和支锚体系护结构和支锚体系两部分）的目的是阻两部分）的目的是阻止基坑外侧土体的坍塌，为基础施工提止基坑外侧土体的坍塌，为基础施工提供安全的工作空间。供安全的工作空间。l支护结构的功能是挡土，对基础施工空支护结构的功能是挡土，对基础施工空间来说具有防护的作用，统称为支护结间来说具有防护的作用，统称为支护结构，但将围护结构和支锚体系加以区别构，但将围护结构和支锚体系加以区别可更确切地表达其在基坑工程中的不同可更确切地表达其在基坑工程中的不同作用。作用。l根据挡土的要求，围护结构不一定是连根据挡土的要求，围护结构不一定是连续密闭的，在土的强度比较高的地区，续密闭的，
7、在土的强度比较高的地区，采用间隔式的围护结构就足以起到挡土采用间隔式的围护结构就足以起到挡土的作用；但在软土地区，由于土的强度的作用；但在软土地区，由于土的强度低，土压力比较大，则需要设置连续排低，土压力比较大，则需要设置连续排列的围护结构才有足够的强度抵抗土压列的围护结构才有足够的强度抵抗土压力的作用和防止软土在侧向压力作用下力的作用和防止软土在侧向压力作用下通过支挡的间隙绕流。通过支挡的间隙绕流。l不同地区、不同土类、不同开挖深度的不同地区、不同土类、不同开挖深度的基坑，根据挡土的功能要求可以选择不基坑，根据挡土的功能要求可以选择不同的围护结构型式和支锚体系的类型。同的围护结构型式和支锚体
8、系的类型。止水功能止水功能 l在地下水位比较高的地区，为了使施工作在地下水位比较高的地区，为了使施工作业的空间比较干燥，必须采取坑内排水或业的空间比较干燥，必须采取坑内排水或降低地下水位的措施。如在坑内降低地下降低地下水位的措施。如在坑内降低地下水位则造成了坑内外的水位差水位则造成了坑内外的水位差，地下水，地下水在水头压力的作用下从坑外流向坑内，不在水头压力的作用下从坑外流向坑内，不仅不能保持坑内的干燥，而且还会产生管仅不能保持坑内的干燥，而且还会产生管涌、流砂等渗透变形，危及基坑的安全。涌、流砂等渗透变形，危及基坑的安全。在这种情况下，在这种情况下，要求围护结构同时具有止要求围护结构同时具有
9、止水的功能，能阻止地下水流向坑内，以保水的功能，能阻止地下水流向坑内，以保证坑内的施工作业条件。证坑内的施工作业条件。l实现围护结构止水功能的条件，一方面是实现围护结构止水功能的条件，一方面是要求围护结构本身要有一定的要求围护结构本身要有一定的隔水性能隔水性能，可以同时起止水帷幕的作用，另一方面是可以同时起止水帷幕的作用，另一方面是要求设置的止水帷幕有足够的长度，或者要求设置的止水帷幕有足够的长度，或者能切入不透水层，或者能能切入不透水层，或者能将水头梯度减少将水头梯度减少到不会发生危害的数值到不会发生危害的数值。l有些类型的围护结构可以同时具有挡土有些类型的围护结构可以同时具有挡土和止水的功
10、能，如地下连续墙；但有些挡和止水的功能，如地下连续墙；但有些挡土结构物却不具有止水的作用，如排桩式土结构物却不具有止水的作用，如排桩式围护结构，此时就需要设置止水帷幕，采围护结构，此时就需要设置止水帷幕，采用两种材料的复合结构。用两种材料的复合结构。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在软土地区，深基坑工程的围护结构造价在软土地区，深基坑工程的围护结构造价很高，特别如地下连续墙有时可达数千万很高，特别如地下连续墙有时可达数千万之巨，如果仅用作施工时的临时性围护结之巨，如果仅用作施工时的临时性围护结构，在地下室施工完毕以后就丧失了使用构，在地下室施工完毕以后就丧失了使用价值，
11、确实非常可惜。为了充分利用地下价值，确实非常可惜。为了充分利用地下连续墙的使用价值，提出了将围护结构同连续墙的使用价值，提出了将围护结构同时作为地下室外墙的设计要求，这种设想时作为地下室外墙的设计要求，这种设想无疑是具有经济意义的。无疑是具有经济意义的。l在在这这种种条条件件下下，支支护护结结构构就就具具有有地地下下室室外外墙墙的的使使用用功功能能要要求求，即即永永久久性性的的止止水水功功能能、永永久久性性的的挡挡土土作作用用以以及及传传递递建建筑筑物荷载的功能。物荷载的功能。l对于同时具有地下室外墙使用功能要对于同时具有地下室外墙使用功能要求的围护结构，其设计和施工的技术要求的围护结构，其设
12、计和施工的技术要求和一般围护结构不同，技术难度比较求和一般围护结构不同，技术难度比较大，也比较复杂，需要作专门的研究。大，也比较复杂，需要作专门的研究。环境保护与处理相邻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.控制土锚对相邻场的影响控制土锚对相邻场的影响控制围护结构位移和坑底隆起控制围护结构位移和坑底隆起对环境的影响对环境的影响l基坑开挖对土体来说是一种卸荷作用，打基坑开挖对土体来说是一种卸荷作用，打破了土体原来的平衡状态，土体就会产生破了土体原
13、来的平衡状态，土体就会产生各种形态的位移，在基坑内部，表现为围各种形态的位移，在基坑内部，表现为围护结构的护结构的水平位移水平位移和坑底的和坑底的隆起隆起，尽管设，尽管设置了围护体的支、锚结构，但围护结构连置了围护体的支、锚结构，但围护结构连同周围的土体仍然有不同程度的水平位移；同周围的土体仍然有不同程度的水平位移；l坑底的隆起是一种向上的位移，产生的坑底的隆起是一种向上的位移，产生的原因一是深层土的卸荷回弹，二是由开原因一是深层土的卸荷回弹，二是由开挖形成的压力差导致的土体塑流。由于挖形成的压力差导致的土体塑流。由于土体是连续体，坑底的隆起和围护结构土体是连续体，坑底的隆起和围护结构的水平位
14、移必然导致坑外土体产生沉降的水平位移必然导致坑外土体产生沉降和水平位移，带动相邻建筑物或市政设和水平位移，带动相邻建筑物或市政设施发生倾斜或挠曲，这些附加的变形使施发生倾斜或挠曲，这些附加的变形使结构构件或管道可能产生开裂，影响使结构构件或管道可能产生开裂，影响使用，危及安全。用，危及安全。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 l基坑开挖时必须采取坑内排水或降低地下水基坑开挖时必须采取坑内排水或降低地下水位的措施以获得干燥的施工工作空间。位的措施以获得干燥的施工工作空间。如采如采用坑外降水会使大范围的地下水位下降；如用坑外降水会使大范围的地下水位下降；如在坑内降水而围护结构
15、不具有止水的功能，在坑内降水而围护结构不具有止水的功能，或止水功能失效，则也会引起坑外地下水位或止水功能失效，则也会引起坑外地下水位下降；基坑的开挖深度越深，地下水位下降下降；基坑的开挖深度越深，地下水位下降越多，影响的范围也就越大。当采用坑内降越多，影响的范围也就越大。当采用坑内降水方案而止水帷幕能有效工作时，坑外的地水方案而止水帷幕能有效工作时，坑外的地下水位不会明显下降，对相邻建筑物不会构下水位不会明显下降，对相邻建筑物不会构成威胁。成威胁。l地下水位下降造成土体有效应力增加，地下水位下降造成土体有效应力增加，产生大范围的产生大范围的地面沉降地面沉降，在影响范围内，在影响范围内的建筑物和
16、市政设施就要受到不同程度的建筑物和市政设施就要受到不同程度的损害。的损害。l因此在软土地区通常都采用止水帷幕来因此在软土地区通常都采用止水帷幕来防止坑外地下水位的下降，在基坑工程防止坑外地下水位的下降，在基坑工程设计和施工时，必须充分重视止水帷幕设计和施工时，必须充分重视止水帷幕的质量，的质量，密切监控坑外地下水位的变化密切监控坑外地下水位的变化。控制土锚对相邻场地的影响控制土锚对相邻场地的影响 l对坑内的施工条件来说，采用土锚比内对坑内的施工条件来说，采用土锚比内支撑更为有利，可以减少对挖土和浇筑支撑更为有利，可以减少对挖土和浇筑基础的干扰。因此在地质条件比较好的基础的干扰。因此在地质条件比
17、较好的的地方，大量采用土锚；而在软土地区，的地方，大量采用土锚；而在软土地区，由于软土无法提供足够的锚固力，很少由于软土无法提供足够的锚固力，很少采用土锚。但除了上述技术方面的考虑采用土锚。但除了上述技术方面的考虑之外，采用土锚时还应充分注意其对相之外，采用土锚时还应充分注意其对相邻关系的影响，除非建筑场地十分空旷，邻关系的影响，除非建筑场地十分空旷，土锚能完全设置在建筑红线范围以内。土锚能完全设置在建筑红线范围以内。l建筑红线是法定的建筑界限，不仅限定地建筑红线是法定的建筑界限，不仅限定地面建筑的范围，而且也不容许地下的设施面建筑的范围，而且也不容许地下的设施超出红线范围。在一般情况下，土锚
18、的锚超出红线范围。在一般情况下，土锚的锚固段常常超出红线，亦即已经进入相邻场固段常常超出红线，亦即已经进入相邻场地的范围，如果相邻场地进行地下的施工地的范围，如果相邻场地进行地下的施工或设置桩体，土锚就成为其地下障碍物，或设置桩体，土锚就成为其地下障碍物，因此可能产生相邻的纠纷。从民法的角度因此可能产生相邻的纠纷。从民法的角度来看，采用的土锚如已进入相邻场地范围，来看，采用的土锚如已进入相邻场地范围，则已经侵犯了相邻场地业主的合法权益，则已经侵犯了相邻场地业主的合法权益，相邻场地业主可以诉诸法律。相邻场地业主可以诉诸法律。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
19、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，
20、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。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
21、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。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
22、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。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。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拉锚拉锚土锚土锚土锚或拉锚土锚或拉锚支撑支撑
23、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按围护结构施工工艺与材料划分按围护结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。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
24、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。地下连续墙作重力式地下连续墙作重力式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
25、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
26、坑内移动，坑底土体隆起，坑外地面下陷。面下陷。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
27、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。有效的控制，就会发生整体性失稳。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
28、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。围护结构滑移失稳围护结构滑移失稳l围
29、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。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。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
30、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，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。“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
31、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，只有一道支撑起作用的情况。的情况。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
32、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。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
33、粒处于悬浮状态涌出。这种由渗透引颗粒处于悬浮状态涌出。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。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误，如支撑体结构性损坏的原因可
34、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。支、锚体系失稳破坏支、锚体系失
35、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
36、系，局部节点的失效概率比较大。概率比较大。安全等级与设计、施工要求安全等级与设计、施工要求l确定安全等级的原则确定安全等级的原则l考虑划分安全等级的因素考虑划分安全等级的因素l已有规范对安全等级的划分标准已有规范对安全等级的划分标准l不同安全等级基坑工程的设计及施工要不同安全等级基坑工程的设计及施工要求求l基坑设计的表达式及设计原则基坑设计的表达式及设计原则l关于安全系数的规定关于安全系数的规定确定安全等级的原则确定安全等级的原则 l1.基基坑坑工工程程大大多多数数是是临临时时性性的的，其其安安全全度度和耐久性的要求低于一般的结构工程；和耐久性的要求低于一般的结构工程；l2.围围护护结结构构失
37、失效效对对周周围围环环境境影影响响的的重重要要性性甚于围护结构本身；甚于围护结构本身；l3.在在许许多多情情况况下下，变变形形的的控控制制高高于于强强度度控控制。制。考虑划分安全等级的因素考虑划分安全等级的因素l1.基坑的基坑的开挖深度开挖深度l由由于于土土压压力力与与深深度度的的平平方方成成正正比比，基基坑坑深深度度越越大大，围围护护结结构构的的内内力力与与变变形形都都相相应应急急剧剧增增大大，支支锚锚结结构构的的轴轴力力也也随随之之增增大大。无无论论对对于于围围护护结结构构本本身身的的安安全全或或对对环环境境的的影影响响都都增增加加了了技技术术难难度度，工工程程的的重重要要性性和和失失效效
38、带带来来的的危危害害性性都都加加大大了了，对对于于深深基基坑坑应提高对设计和施工的技术要求；应提高对设计和施工的技术要求；l2.土质条件土质条件l在在相相同同开开挖挖深深度度的的条条件件下下，土土质质越越差差，抗抗剪剪强强度度低低，侧侧土土压压力力增增大大，结结构构内内力力加加大大，对对环环境境的的影影响响也也越越大大，控控制制的的要要求必须相应提高；求必须相应提高；l3.地下水位地下水位l地地下下水水对对基基坑坑围围护护结结构构的的安安全全与与使使用用具具有有决决定定性性的的作作用用，如如果果地地下下水水位位很很深深，则则技技术术难难度度和和工工程程的的危危险险性性都都要要小小得得多多；在在
39、地地下下水水位位高高的的地地方方，降降水水会会形形成成地地面面的的沉沉降降和和损损害害相相邻邻建建筑筑物物，如如果果设设置置止止水水帷帷幕幕，则则使使围围护护结结构构承承受受很很大大的的水水压压力力，同同时时增增加加了了渗渗透透变变形形的的危危险险性性，因此必须提高对设计和施工的要求；因此必须提高对设计和施工的要求；l4.相相邻邻建建筑筑物物与与设设施施的的重重要要性性以以及及对对变变形的承受能力形的承受能力l相邻建筑物的重要性增大，对变形控相邻建筑物的重要性增大，对变形控制的要求更严格，安全等级就越高，例制的要求更严格，安全等级就越高，例如在地下铁道邻近地区开挖基坑时，常如在地下铁道邻近地区
40、开挖基坑时，常需要提高设计的安全度以保证地下铁道需要提高设计的安全度以保证地下铁道的安全运行；对于变形十分敏感的建筑的安全运行；对于变形十分敏感的建筑物或设施，也必须物或设施，也必须严格控制变形严格控制变形，提高，提高对设计施工的要求。对设计施工的要求。规范对安全等级的划分标准规范对安全等级的划分标准l现现有有各各部部门门和和地地方方的的基基坑坑工工程程规规范范已已经经提提出出了了基基坑坑工工程程安安全全等等级级的的划划分分方方法法，见见下下表表，表表中中出出现现的的差差别别反反映映了了地地区区的的地地质质条条件件和和经经验验的的不不同同以以及及规规范范覆覆盖盖面面的的不不同同，地地方方规规范
41、范针针对对性性强强，可可以以规规定定得得具具体体一一些些，而而全全国国性性的的规规范范只只能能规规定定得原则些。得原则些。不同安全等级基坑工程的设计不同安全等级基坑工程的设计及施工要求及施工要求l为了统一设计标准，对不同的工程区别为了统一设计标准，对不同的工程区别对待，需要制定设计依据的控制标准。对待，需要制定设计依据的控制标准。有些规范对基坑工程划分了安全等级，有些规范对基坑工程划分了安全等级，但有的规范不主张划分安全等级。下面但有的规范不主张划分安全等级。下面主要讨论按安全等级确定的设计施工要主要讨论按安全等级确定的设计施工要求求。l从地方规范的规定可以看出，对基坑从地方规范的规定可以看出
42、，对基坑围护设计的要求主要按变形控制，对围护设计的要求主要按变形控制，对不同安全等级的基坑提出不同数量的不同安全等级的基坑提出不同数量的变形控制值，安全等级越高，变形控变形控制值，安全等级越高，变形控制值越小。变形控制值有两种不同方制值越小。变形控制值有两种不同方法，一种是法，一种是按水平位移的数值控制按水平位移的数值控制，另一种是另一种是按水平位移与围护结构高度按水平位移与围护结构高度的相对比值控制的相对比值控制。l其实这两种不同的控制方法表示了其实这两种不同的控制方法表示了不同的控制侧重点，相对比值用于不同的控制侧重点，相对比值用于控制围护结构本身能处于安全的工控制围护结构本身能处于安全的
43、工作状态，与安全系数相配合以保持作状态，与安全系数相配合以保持围护结构的安全；水平位移的绝对围护结构的安全；水平位移的绝对值用于将围护结构对相邻建筑物的值用于将围护结构对相邻建筑物的影响控制在许可的范围以内。影响控制在许可的范围以内。l对于面向全国的规范，由于各地地对于面向全国的规范，由于各地地质条件相差悬殊，很难如地方规范质条件相差悬殊，很难如地方规范那样对变形作出具体的规定，建筑那样对变形作出具体的规定，建筑基坑工程技术规范在编制过程中曾基坑工程技术规范在编制过程中曾分别邻近有无永久性建筑物给出了分别邻近有无永久性建筑物给出了变形控制值，但在最终颁布时删去变形控制值，但在最终颁布时删去了这
44、些内容。作为一种经验的总结了这些内容。作为一种经验的总结还是有参考价值。还是有参考价值。基坑设计的表达式及设计原则基坑设计的表达式及设计原则l基基坑坑设设计计由由两两部部分分组组成成，一一部部分分是是涉涉及及土土体体稳稳定定性性的的验验算算；另另一一部部分分是是围围护护结结构构、支支撑撑或或锚锚杆杆的的结结构构设设计计。前前一一种种验验算算时时，主主要要的的荷荷载载和和抗抗力力都都是是由由土土体体产产生生的的；后后一一种种设设计计的的荷荷载载主主要要由由土土体体引引起起的的，而而抗抗力力是是由由结结构构材材料料提提供供的的。这这两两种种设设计计表表达达式式中中的的荷荷载载和和抗抗力力项项的的物
45、物理理意意义义不不同同、性性质质不不同同，安安全全控控制制的的标标准也不相同。准也不相同。l从表可以看出，对稳定性验算，各规范从表可以看出，对稳定性验算，各规范所采用的设计方法基本相同，都是安全所采用的设计方法基本相同，都是安全系数方法。虽然安全系数设计方法不符系数方法。虽然安全系数设计方法不符合设计统一标准关于概率极限状态设计合设计统一标准关于概率极限状态设计原则的要求，但在设计表达式的两边都原则的要求，但在设计表达式的两边都采用标准值表示设计变量，设计体系内采用标准值表示设计变量，设计体系内部封闭，尚不致造成误解和错误。但是部封闭，尚不致造成误解和错误。但是围护结构墙身设计、支撑截面设计和
46、锚围护结构墙身设计、支撑截面设计和锚杆截面设计的情况就不一样了，设计表杆截面设计的情况就不一样了，设计表达式两边物理量的性质不同，需要在基达式两边物理量的性质不同，需要在基坑规范中加以协调。坑规范中加以协调。l在围护结构、支撑或锚杆的结构设计表在围护结构、支撑或锚杆的结构设计表达式中，必须充分注意荷载和抗力的统达式中，必须充分注意荷载和抗力的统一。这是因为，产生结构内力的荷载主一。这是因为，产生结构内力的荷载主要是由土形成的，所求得的土压力和结要是由土形成的，所求得的土压力和结构内力都是标准值，但材料的强度采用构内力都是标准值，但材料的强度采用现行的混凝土结构规范的设计值，则设现行的混凝土结构
47、规范的设计值，则设计表达式的两端是不一致的，必须采取计表达式的两端是不一致的，必须采取一定的调整措施加以平衡。一定的调整措施加以平衡。l如果采用现行地基基础规范中关于土压如果采用现行地基基础规范中关于土压力的计算方法和结构内力计算方法强度力的计算方法和结构内力计算方法强度结构的内力，同时采用现行混凝土结构结构的内力，同时采用现行混凝土结构规范中的材料强度设计值进行截面强度规范中的材料强度设计值进行截面强度验算和配筋，忽视了两者之间在设计原验算和配筋，忽视了两者之间在设计原则上的差异，就降低了结构的安全度，则上的差异，就降低了结构的安全度，留下了隐患。留下了隐患。关于安全系数的规定关于安全系数的
48、规定l各规范对设计安全系数的规定很不一致，各规范对设计安全系数的规定很不一致，符号和术语也并不一致，在使用时务必符号和术语也并不一致，在使用时务必充分注意区别。各规范对不同的验算模充分注意区别。各规范对不同的验算模式所规定的安全系数允许值见下表。由式所规定的安全系数允许值见下表。由于各规范都按自己的符号术语系统规定于各规范都按自己的符号术语系统规定其物理意义，选用各不相同的安全水准其物理意义，选用各不相同的安全水准和各种系数，读者在使用这些规范时，和各种系数，读者在使用这些规范时，只能认定执行一本规范的规定，切忌几只能认定执行一本规范的规定，切忌几本规范混用。本规范混用。深基坑围护结构的设计荷
49、载深基坑围护结构的设计荷载l基基坑坑工工程程设设计计的的荷荷载载不不同同于于一一般般的的结结构构物物，作作用用于于围围护护结结构构上上的的荷荷载载主主要要是是侧侧向向压压力力包包括括土土压压力力和和水水压压力力。其其它它的的一一些些作作用用，如如地地面面的的施施工工荷荷载载、相相邻邻建建筑筑物物的的基基底底荷荷载载等等垂垂直直荷荷载载也也都都通通过过侧侧向向压压力力的的形形式式作作用用于于围围护护结结构构；相相邻邻场场地地的的沉沉桩桩挤挤土土作作用用，也也以以水水平平压压力力的的形形式式传传给给围围护护结结构构；直直接接作作用用于于围围护护结结构构上上的的垂垂直直荷荷载载很很少少，主主要要是是
50、作作用用于于内内支支撑上的一些施工机械。撑上的一些施工机械。l作用于围护结构上的侧向荷载都是非标作用于围护结构上的侧向荷载都是非标准的荷载，其值是不确定的、不稳定的，准的荷载，其值是不确定的、不稳定的，受施工条件和环境条件的影响非常大，受施工条件和环境条件的影响非常大，预估的荷载与实际产生的荷载可能相差预估的荷载与实际产生的荷载可能相差很远，荷载的确定是基坑工程设计中最很远，荷载的确定是基坑工程设计中最为困难而又十分重要的环节。为困难而又十分重要的环节。l作用于围护结构的侧向土压力作用于围护结构的侧向土压力 l作用于围护结构的水压力作用于围护结构的水压力 l施工荷载施工荷载l永久性荷载永久性荷