基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計原則第一頁，共35頁。§4.2

基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計原則4.2.1基坑工程的分級

4.2.2基坑支護設(shè)計要求

4.2.3基坑支護結(jié)構(gòu)選型

4.2.4基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載

4.2.5基坑支護設(shè)計文件內(nèi)容第二頁，共35頁。

4.2.1

基坑工程的分級安全等級

破壞后果一級支護結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或變形過大對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴重1.10二級支護結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或變形過大對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響一般1.00三級支護結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或變形過大對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴重0.90建設(shè)部規(guī)范《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）基坑側(cè)壁安全等級及重要性系數(shù)

注：有特殊要求的基坑側(cè)壁安全等級根據(jù)具體情況確定。第三頁，共35頁?！陡邔咏ㄖr土工程勘察規(guī)范》（JGJ72-2004）安全等級基坑環(huán)境、破壞后果、基坑深度、工程地質(zhì)和地下水條件一級周邊環(huán)境條件復(fù)雜；破壞后果嚴重；基坑深度h>12m；工程地質(zhì)條件復(fù)雜；地下水位很高、條件復(fù)雜、對施工影響嚴重。二級周邊環(huán)境條件較復(fù)雜；破壞后果較嚴重；基坑深度6m<h≤12m；工程地質(zhì)條件較復(fù)雜；地下水位較高、條件較復(fù)雜、對施工影響較嚴重。三級周邊環(huán)境條件簡單；破壞后果不嚴重；基坑深度h≤6m；工程地質(zhì)條件簡單；地下水位低、條件簡單、對施工影響輕微。注：從一級開始，有二項或二項以上，最先符合該基坑等級標準者，即可定位該等級基坑等級確定說明：1、基坑環(huán)境條件：指臨近既有建（構(gòu)）筑物、管線、道路的重要性、鄰近程度、荷載大小、基礎(chǔ)類型和埋深、變形控制要求等；2、破壞后果：包括對本工程或周邊環(huán)境的破壞后果；3、工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度：按照側(cè)壁軟土、砂土層的性質(zhì)和厚度衡量；4、地下水位低：指地下水位低于基坑深度；第四頁，共35頁。各地方和行業(yè)規(guī)范有各自的規(guī)定，可參照使用。例：《北京地區(qū)建筑基坑支護技術(shù)規(guī)定》（DB11-489-2007）基坑側(cè)壁安全等級第五頁，共35頁。

同一基坑周邊條件不同可分別劃分為不同的安全等級。相鄰建筑基礎(chǔ)與基坑相對關(guān)系示意圖第六頁，共35頁。

4.2.2

基坑支護設(shè)計要求一、基坑支護結(jié)構(gòu)應(yīng)采用以分項系數(shù)表示的極限狀態(tài)設(shè)計表達式進行設(shè)計。

二、基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足以下兩種極限狀態(tài)的要求：1、承載能力極限狀態(tài)基坑工程的承載能力極限狀態(tài)要求不出現(xiàn)以下各種狀況。(1)支護結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞——擋土結(jié)構(gòu)、錨撐結(jié)構(gòu)折斷、壓屈失穩(wěn)，錨桿的斷裂、拔出，擋土結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)承載力不足等使結(jié)構(gòu)失去承載能力的破壞形式。(2)基坑內(nèi)外土體失穩(wěn)——基坑內(nèi)外土體整體滑動，坑底隆起，結(jié)構(gòu)傾倒或踢腳等破壞形式。(3)止水帷幕失效——坑內(nèi)出現(xiàn)管涌、流土或流砂。第七頁，共35頁。

4.2.2

基坑支護設(shè)計要求2、正常使用極限狀態(tài)基坑的正常使用極限狀態(tài)，要求不出現(xiàn)以下各種狀況。(1)基坑變形影響基坑正常施工、工程樁產(chǎn)生破壞或變位；影響相鄰地下結(jié)構(gòu)、相鄰建筑、管線、道路等正常使用。(2)影響正常使用的外觀或變形。(3)因地下水抽降而導(dǎo)致過大的地面沉降。第八頁，共35頁。

4.2.2

基坑支護設(shè)計要求三、支護結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)水平變形、地下水的變化對周邊環(huán)境的水平與豎向變形的影響，對于安全等級為一級和對周邊環(huán)境變形有限定要求的二級建筑基坑側(cè)壁，應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境的重要性、對變形的適應(yīng)能力及土的性質(zhì)等因素確定支護結(jié)構(gòu)的水平變形限值。四、當場地內(nèi)有地下水時，應(yīng)根據(jù)場地及周邊區(qū)域的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境情況和支護結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)型式等因素，確定地下水控制方法。當場地周邊有地表水匯流、排瀉或地下水管滲漏時，應(yīng)對基坑采取保護措施。第九頁，共35頁。

4.2.2

基坑支護設(shè)計要求五、根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計要求，基坑支護應(yīng)按下列規(guī)定進行計算和驗算：

1．基坑支護結(jié)構(gòu)均應(yīng)進行承載能力極限狀態(tài)的計算，計算內(nèi)容應(yīng)包括：

1）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；

2）基坑支護結(jié)構(gòu)的受壓、受彎、受剪承載力計算；

3）當有錨桿或支撐時，應(yīng)對其進行承載力計算和穩(wěn)定性驗算。第十頁，共35頁。

4.2.2

基坑支護設(shè)計要求

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(yīng)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：

1）抗?jié)B透穩(wěn)定性驗算：

2）基坑底突涌穩(wěn)定性驗算；

3）根據(jù)支護結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進行地下水位控制計算。

第十一頁，共35頁。

4.2.2

基坑支護設(shè)計要求

六、基坑支護設(shè)計還應(yīng)包括質(zhì)量檢測及施工監(jiān)控的要求等內(nèi)容，并制定應(yīng)急預(yù)案。七、支護設(shè)計應(yīng)選擇符合支護結(jié)構(gòu)實際條件的計算工況，特別要對施工期可能出現(xiàn)的不利工況進行驗算，并在確認參數(shù)的合理性、計算結(jié)果的可靠性后，方可將計算結(jié)果用于設(shè)計。第十二頁，共35頁。八、基坑支護設(shè)計、施工應(yīng)取得以下基本資料：1、建筑場地及其周邊，地表至基坑底面下一定深度范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)、土（巖）的物理力學(xué)性質(zhì)，地下水分布、含水層性質(zhì)、滲透系數(shù)和施工期地下水位可能的變化等資料；２標有建筑紅線、施工紅線的總平面圖及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖；３建筑場地內(nèi)及周邊的地下管線、地下設(shè)施的位置、深度、結(jié)構(gòu)形式、埋設(shè)時間及使用現(xiàn)狀；4.2.2基坑支護設(shè)計要求第十三頁，共35頁。

4.2.2

基坑支護設(shè)計要求４鄰近已有建筑的位置、層數(shù)、高度、結(jié)構(gòu)類型、完好程度、已建時間、基礎(chǔ)類型、埋置深度、主要尺寸、基礎(chǔ)距基坑側(cè)壁的凈距等；５基坑周圍的地面排水情況，地面雨水、污水、上下水管線排入或漏入基坑的可能性及其管理控制體系資料；６施工期間基坑周邊的地面堆載及車輛、設(shè)備的動、靜載情況等。第十四頁，共35頁。

4.2.3

基坑支護結(jié)構(gòu)選型基坑支護結(jié)構(gòu)選型的依據(jù)：1周邊環(huán)境條件；2開挖深度；3工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件；4施工作業(yè)設(shè)備；5施工季節(jié)及施工工期；6工程造價。第十五頁，共35頁?；又ёo結(jié)構(gòu)選型表：結(jié)構(gòu)型式適用條件排樁或地下連續(xù)墻1）適用于1、2、3級基坑；2）懸臂式結(jié)構(gòu)在軟土中不宜大于5m；3級基坑為主；3）地下水位高于坑底時，應(yīng)采用降水、截水、或地下連續(xù)墻；水泥土墻1）基坑等級為2、3級；2）水泥土樁施工范圍內(nèi)軟土地基承載力不宜大于150kPa；3）基坑深度不宜大于6m。土釘墻1）基坑等級為2、3級的非軟土場地（否則用復(fù)合土釘支護）；2）基坑深度不宜大于12m（實踐中已突破此范圍），否則應(yīng)采用復(fù)合土釘支護（結(jié)合放坡、微型樁、攪拌樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等）。3）地下水位高于坑底時，應(yīng)采用降水、截水措施。逆作拱墻1）基坑等級為2、3級；2）淤泥和淤泥質(zhì)土場地不宜；3）拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/8；4）基坑深度不宜大于12m；（實踐中已突破此范圍）。5）地下水位高于坑底時，應(yīng)采用降水、截水措施。放坡1）基坑等級宜為3級；2）施工場地應(yīng)滿足放坡條件；3）可獨立或與其他支護方法聯(lián)合使用；4）地下水位高于坑底時，應(yīng)采用降水措施。以上型式可組合使用。第十六頁，共35頁。無支護開挖上部放坡，下部土釘支護土釘支護上部放坡，下部樁支護上部土釘，下部樁支護單、雙排懸臂樁、水泥土墻錨桿加樁、墻內(nèi)支撐加地下連續(xù)墻（或密排樁）逆作法施工上部放坡，下部樁錨上部土釘，下部樁錨土釘加預(yù)應(yīng)力錨桿支護設(shè)計方案優(yōu)選流程變形控制不嚴格變形控制嚴格第十七頁，共35頁。4.2.4

基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載設(shè)計荷載土壓力水壓力一般地面超載影響區(qū)內(nèi)建筑（構(gòu)筑）物荷載施工荷載、鄰近施工影響其他第十八頁，共35頁。4.2.4.1支護結(jié)構(gòu)的側(cè)向土壓力計算一、支護結(jié)構(gòu)上的側(cè)向土壓力計算關(guān)于基坑樁墻側(cè)向土壓力計算模式很多，主要采用的有以下兩大類：（1）以Rankine、Coulomb等理論公式計算的土壓力；使用時應(yīng)注意地基土的c、φ的取值。計算時還應(yīng)考慮地面荷載、地面不規(guī)則幾何形狀等對樁墻側(cè)土壓力的影響。土壓力與水壓力可分開計算，也可合并計算；合并計算時地下水以下土的重度取飽和含水重度，降水后土層按稍濕狀態(tài)考慮。對于粘性土，可忽略粘聚力，適當增加內(nèi)摩擦角來計算。（2）由土壓力計等測定換算的實測值為基礎(chǔ)的土壓力分布模型(圖示法)或側(cè)壓系數(shù)法，圖示法中采用較多的是Terzaghi-Peck所建議的土壓力分布模型法。第十九頁，共35頁。

砂土層軟-中硬土層硬黏土層

土壓力計算圖（Terzaghi-Peck所建議的模型法）第二十頁，共35頁。二、水土壓力的分算與合算p’p’+pwMpw1、水土分算：對于透水性較強的土，如碎石土、砂土，采用水土分算。側(cè)壓力計算時，土體重度用浮重度，再加上靜水壓力?？拥椎孛娴叵滤幻鎕z第二十一頁，共35頁。psatM坑底地面地下水位面hz二、水土壓力的分算與合算2、水土合算：對于透水性較弱的土，如粉土、粘性土，采用水土合算。側(cè)壓力計算時，土體重度用飽和重度，不再單獨計算水壓力。第二十二頁，共35頁。三、規(guī)范法（一）有關(guān)基本規(guī)定1、JGJ120-99首選各地經(jīng)驗土壓力，沒有經(jīng)驗時，才按照該規(guī)范計算土壓力。2、水平荷載標準值相當于主動水土壓力，水平抗力標準值相當于被動水土壓力。3、JGJ120-99坡頂局部超載

應(yīng)力擴散角為45度。應(yīng)力擴散角的取值不同規(guī)范或教材可能不一樣，如邊坡規(guī)范：取45+φ/2第二十三頁，共35頁。4、超載垂直應(yīng)力的簡化考慮：1）坡頂均布荷載：直接按照均布荷載大小考慮。2）坡頂局部荷載：

應(yīng)力擴散角為45度。作用范圍見圖右圖中，坡頂局部超載大小為q0，作用寬度為BC寬，即b按照45度擴散原則，F(xiàn)A=FB=aFA段和E點以下的土體不考慮坡頂局部超載的作用該荷載作用范圍為AE段。計算垂直荷載時，大小因為應(yīng)力擴散，其值變小：q=(q0×b)/(b+2a)ABCD450450450E坑底q0qbFa第二十四頁，共35頁。3）當基坑邊壁的局部荷載有一定埋深時，如淺基礎(chǔ)，上式中q0取基底附加壓力，作用范圍相應(yīng)下移一個基礎(chǔ)埋深d。q0abq450450aAF坑底d第二十五頁，共35頁。4）基坑上部放坡時，超載的考慮：（1）從上部邊坡坡腳處開始，按照45度擴散至支護結(jié)構(gòu)上，上部邊坡視為超載，大小為q0（2）BC間不受超載影響B(tài)點標高處計算超載引起的垂直應(yīng)力時取零。（3）A點以下計算超載引起的垂直應(yīng)力時取q=q0

（4）AB之間線性分布。AB之間標高垂直應(yīng)力為：

q=(x/b)×q0式中：x為計算點低于B點的長度，0≤x≤b。q0q0ABCDEF450450bxb上部放坡坑底第二十六頁，共35頁。（二）砂土和碎石土水平荷載標準值的計算(1)計算點位于地下水位以上時

(2)計算點位于地下水位以下時式中：Kai

——

第i層土主動土壓力系數(shù)；

——

作用于深度zj處豎向應(yīng)力標準值kN；

——

計算點深度m；

——

計算參數(shù)，當，??；當，??；

——

基坑外側(cè)水位深度m；

——

計算系數(shù)，當時，取1；當時，取0；

——水的重度kN/m3。第二十七頁，共35頁。（三）粉土和粘性土水平荷載標準值的計算當按以上規(guī)定計算的基坑開挖面以上水平荷載標淮值小于零時，應(yīng)取零。（四）基坑外側(cè)土體豎向應(yīng)力標準值σajk計算

σajk=σrk+σ0k+σ1k

（1）計算點深度zj處自重應(yīng)力σrk(a)計算點位于基坑開挖面以上時

σrk=γmjzj

式中γmj——深度zj以上土的加權(quán)平均重度；

(b)位于開挖面以下

σrk=γhmh

式中：γhm——開挖面以上土的加權(quán)平均重度第二十八頁，共35頁。

（2）當支護結(jié)構(gòu)外側(cè)地面滿布附加荷載q0

時(見圖)，基坑外側(cè)任意深度附加豎向應(yīng)力標準值σ0k可按下式確定：

σ0k=q0

式中q0——地面均布荷載(kN/m2)。（3）當距支護結(jié)構(gòu)b1