第5章 基坑工程

1、第第5章章 基坑工程基坑工程Chapter 5 Foundation pit東北林業(yè)大學東北林業(yè)大學 土木工程學院土木工程學院 School of Civil Engineering, NEFU基本要求：基本要求：1.了解基坑工程的特點，基坑支護結(jié)構(gòu)的類型、適了解基坑工程的特點，基坑支護結(jié)構(gòu)的類型、適用條件、設計內(nèi)容和原則及基坑地下水控制方法。用條件、設計內(nèi)容和原則及基坑地下水控制方法。2.熟悉基坑穩(wěn)定分析、多支點樁墻設計計算方法。熟悉基坑穩(wěn)定分析、多支點樁墻設計計算方法。3.掌握作用于基坑支護結(jié)構(gòu)上土壓力的計算方法，掌握作用于基坑支護結(jié)構(gòu)上土壓力的計算方法，以及懸臂式樁墻、單支點樁墻、水泥土

2、墻和土釘墻以及懸臂式樁墻、單支點樁墻、水泥土墻和土釘墻的基本計算方法。的基本計算方法。 一、基坑工程具有以下特點：支護結(jié)構(gòu)通常都是臨時性結(jié)構(gòu)，一般情況下安全儲備相對較小，風險性較大；由于場地的工程水文地質(zhì)條件、巖土的工程性質(zhì)以及周邊環(huán)境條件的差異性，基坑工程往往具有很強的地域性特征，因此，它的設計和施工必須因地制宜，切忌生搬硬套；基坑工程是一項綜合性很強的系統(tǒng)工程，它不僅涉及結(jié)構(gòu)、巖土、工程地質(zhì)及環(huán)境等多門學科，而且勘察、設計、施工、檢測等工作環(huán)環(huán)相扣，緊密相連；具有較強的時空效應，支護結(jié)構(gòu)所受荷載（如土壓力）及其產(chǎn)生的應力和變形在時間上和空間上具有較強的變異性，在軟黏土和復雜體型基坑工程中尤

3、為突出；對周邊環(huán)境影響較大，基坑開挖、降水勢必將引起周邊場地土的應力和地下水位發(fā)生改變，使土體產(chǎn)生變形，對相鄰建（構(gòu)）筑物和地下管線等產(chǎn)生影響，嚴重者將危及它們的安全和正常使用，大量土方運輸也將對交通和環(huán)境衛(wèi)生產(chǎn)生影響。 二、基坑支護結(jié)構(gòu)的類型及適用條件1.1.放坡開挖及簡易支護放坡開挖及簡易支護 放坡開挖是指選擇合理的坡度進行開挖，適用于地基土質(zhì)較好、開挖深度不大以及施工現(xiàn)場有足夠放坡場所的工程，可獨立或與其他支護結(jié)構(gòu)結(jié)合使用。 2.2.懸臂式支護結(jié)構(gòu)懸臂式支護結(jié)構(gòu) 指設有內(nèi)撐和錨拉的板樁墻、排樁墻和地下連續(xù)墻支護結(jié)構(gòu)。適用于土質(zhì)較好、開挖深度較淺的基坑工程，在軟土場地中不宜大于5m，且當?shù)?/p>

4、下水位高于基坑底面時，宜采用降水、排樁加截水帷幕或地下連續(xù)墻。 3.3.水泥土墻支護結(jié)構(gòu)水泥土墻支護結(jié)構(gòu)適用于深度不宜大于6m的淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土地區(qū)的基坑支護，水泥土樁施工范圍內(nèi)地基土承載力不宜大于150kPa。 4.4.內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐常采用木方、鋼筋混凝土或鋼管（或型鋼）做成。內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)適合各種地基土層，但設置的內(nèi)支撐會占用一定的施工空間。 5.5.拉錨式支護結(jié)構(gòu)拉錨式支護結(jié)構(gòu)土層錨桿因需要土層提供較大的錨固力，適用于深部有較好土層的地層中，一般基坑深度不宜大于12m，不宜用于軟黏土地層。 6.6.土釘墻支護結(jié)構(gòu)土釘墻支護結(jié)構(gòu) 土釘墻支護結(jié)構(gòu)適用地下水位以上的黏性

5、土、砂土和碎石土等地層，不宜用于淤泥或淤泥質(zhì)土等軟土場地，一般支護深度不宜超過12 m。 7.7.其他支護結(jié)構(gòu)其他支護結(jié)構(gòu)其他支護結(jié)構(gòu)形式有雙排樁支護結(jié)構(gòu)、連拱式支護結(jié)構(gòu)、逆作拱墻支護結(jié)構(gòu)、加筋水泥土擋墻等支護結(jié)構(gòu)以及各種組合式支護結(jié)構(gòu)。 支護結(jié)構(gòu)選型應考慮結(jié)構(gòu)的空間效應和受力特點，采用有利支護結(jié)構(gòu)材料受力性狀的型式。軟土場地可采用深層攪拌、注漿、間隔或全部加固等方法對局部或整個基坑底土進行加固，或采用降水措施提高基坑內(nèi)側(cè)被動抗力。 三、基坑支護工程設計原則0.9支護結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴重三級1.0支護結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下

6、結(jié)構(gòu)施工影響一般二級1.1支護結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴重一級重要性系數(shù)0破 壞 后 果安全等級基坑側(cè)壁安全等級及重要性系數(shù)根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設計要求，基坑支護應按下列規(guī)定進行計算和驗算：（1）基坑支護結(jié)構(gòu)均應進行承載能力極限狀態(tài)的計算，計算內(nèi)容應包括： 根據(jù)基坑支護形式及其受力特點進行土體穩(wěn)定性計算； 基坑支護結(jié)構(gòu)的受壓、受彎、受剪承載力計算； 當有錨桿或支撐時，應對其進行承載力計算和穩(wěn)定性驗算。（2）對于安全等級為一級及對支護結(jié)構(gòu)變形有限定的二級建筑基坑側(cè)壁，尚應對基坑周邊環(huán)境及支護結(jié)構(gòu)變形進行驗算。（3）地下水控制計算和驗算：

7、抗?jié)B透穩(wěn)定性驗算； 基坑底突涌穩(wěn)定性驗算； 根據(jù)支護結(jié)構(gòu)設計要求進行地下水位控制計算。 基坑支護工程設計的基本原則是： 在滿足支護結(jié)構(gòu)本身強度、穩(wěn)定性和變形要求的同時，確保周圍環(huán)境的安全； 在保證安全可靠的前提下，設計方案應具有較好的技術(shù)經(jīng)濟和環(huán)境效應； 為基坑支護工程施工和基礎施工提供最大限度的施工方便，并保證施工安全。 四、作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載及土壓力計算1.1.水平荷載標準值計算水平荷載標準值計算 對于碎石土及砂土： 當計算點位于地下水位以上時： ajkajkaiikai2eKcK當計算點位于地下水位以下時： ajkajkaiikaijwajwawaaiw2eKcKzhmhK對于粉土及

8、黏性土，eajk為 ajkajkaiikai2eKcK當按以上規(guī)定計算的基坑開挖面以上水平荷載標準值小于零時，應取零 （1）支護結(jié)構(gòu)水平荷載標準值eajk應按當?shù)乜煽拷?jīng)驗確定，當無經(jīng)驗時可按下列規(guī)定計算（2）基坑外側(cè)豎向應力標準值ajk計算： ajk=rk+0k+1k 計算點深度zj處自重豎向應力rk： rk=mjzj 計算點位于基坑開挖面以上時： 計算點位于基坑開挖面以下時： rk=mhzj 開挖面以下為恒值 上述基坑外側(cè)附加荷載作用于地表以下一定深度時，將計算點深度相應下移，其豎向應力也可按上述規(guī)定確定。 當支護結(jié)構(gòu)外側(cè)地面作用滿布附加荷載q0時 0k= q0 當距支護結(jié)構(gòu)b1外側(cè)，地表作

9、用有寬度為b0的條形附加荷載q1時 1k=q1b0/(b0+2b1) 2.2.水平抗力標準值計算水平抗力標準值計算 基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標準值epjk計算 （1）對于砂土及碎石土 pjkpjkpiikpijwppiw21eKcKzhK（2）對于粉土及黏性土 pjkpjkpiikpi2eKcK作用于基坑底面以下深度zj處的豎向應力標準值可按下式計算： pjk =mjzj 1.1.懸臂式樁墻計算懸臂式樁墻計算1）側(cè)向壓力計算）側(cè)向壓力計算一般用朗金理論朗金理論來計算不同深度z處每延米每延米寬度內(nèi)的主、被動土壓力強度a，p2aatan452zzK2pptan452zzK對于黏性土，式中的內(nèi)摩擦角用等代內(nèi)

10、摩擦角等代內(nèi)摩擦角 e 代入 202530354045亞砂土、亞黏土、黏性土152035淤泥25303540種植土0.8Sr1（飽和）0.5Sr0.8（很濕）06cu；e)粘土H51.0200.0粉土、砂土、碎石土、可溶巖、破碎帶管井200.120.0噴射井點單級6；多級200.120.0真空井點降水上層滯水或水量不大的潛水5720.0填土、粉土、黏性土、砂土集水明排水文地質(zhì)特征降水深度/m滲透系數(shù)/m/d土類方法名稱用于基坑工程的垂直防滲垂直防滲措施主要包括各類防滲墻和灌漿帷幕。防滲墻和灌漿帷幕一般應一般應插入下臥的相對不透水巖插入下臥的相對不透水巖土層一定深度土層一定深度，但當透水層厚度較

11、大時，也可以采用懸掛式。1.1.截水截水2.2.積水明排法積水明排法 集水明排法又稱表面排水法，它是在基坑開挖過程中以及基礎施工和養(yǎng)護期間，在基坑四周開挖集水溝匯集坑壁及坑底滲水，并引向集水井。 單獨使用時，降水深度不宜大于5 m，否則在坑底容易產(chǎn)生軟化、泥化，坡角出現(xiàn)流砂、管涌，邊坡塌陷，地面沉降等問題。與其他方法結(jié)合使用時，其主要功能是收集基坑中和坑壁局部滲出的地下水和地面水。 3.3.井點降水井點降水輕型井點噴射井點電滲井點管井法 4.4.回灌回灌回灌可采用井點、砂井、砂溝等，一般回灌井與降水井相距不小于6m?；毓嗨擞们逅?，回灌水量可通過水位觀側(cè)孔進行控制和調(diào)節(jié)，一般回灌水位不宜高于原

12、地下水位標高。 5.5.引滲法引滲法 在具備多層含水層，并且存在水頭差的情況下，可以用引滲井穿越不同的含水層，將上部的淺層地下水通過引滲井自滲，或者抽滲到下部的含水層中去，使上部疏干，達到基坑降水的目的。 引滲井降水的適用條件為：工程降水區(qū)內(nèi)存在兩層及兩層以上的含水層，各含水層中地下水的水頭差較大，含水層間存在著穩(wěn)定的相對隔水層；引滲進入的下伏含水層的導水性要成倍地大于被排水疏干的含水層的透水性，并且下伏含水層厚度應大于3.0m，不致造成下伏含水層中水位明顯升高；引滲進入的下伏含水層的頂板埋深要低于基坑底3.05.0m；被排水疏干的含水層中的地下水水質(zhì)滿足環(huán)保要求，不致引起下伏含水層中地下水水

13、質(zhì)的惡化。引滲井的類型有自滲降水和抽滲降水兩種。前者可以用管井或者砂礫井；后者一般用管井。具體布置有垂直引滲和水平引滲兩種。在垂直引滲布置中，引滲井通過穿越不同的含水層達到降水的目的；在水平引滲布置中，引滲井往往是輻射狀布置形成控制降水區(qū)，可以在同一含水層內(nèi)，也可以穿越兩層含水層，然后引入下伏含水層中 1.1.基坑現(xiàn)場監(jiān)測基坑現(xiàn)場監(jiān)測在深基坑施工過程中，只有對基坑支護結(jié)構(gòu)、基坑周圍的土體和相鄰的建（構(gòu)）筑物進行綜合、系統(tǒng)的監(jiān)測，才能對工程情況有全面的了解，確保工程順利進行。 基坑開挖前應作出系統(tǒng)的開挖監(jiān)控方案，監(jiān)控方案應包括監(jiān)控目的、監(jiān)測項目、監(jiān)控報警值、監(jiān)測方法及精度要求、監(jiān)測點的布置、監(jiān)測周期、工序管理和記錄制度以及信息反饋系統(tǒng)等。監(jiān)測點的布置應滿足監(jiān)控要求，從基坑邊緣以外12倍開挖深度范圍內(nèi)的需