土力學與地基基礎課件學習情境九-設計基坑與地下連續(xù)墻工程

目錄1設計基坑工程2設計地下連續(xù)墻學習單元1設計基坑工程設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計（一）有支護的基坑工程

有支護的基坑工程一般包括維護結構、支撐體系、土方開挖、降水工程、地基加固、現場監(jiān)測和環(huán)境保護工程。有支護的基坑工程還可以分為無支撐維護和有支撐維護。

1）無支撐維護開挖適用于開挖深度較淺、地質條件較好、周圍環(huán)境保護要求較低的基坑工程，具有施工方便、工期短等特點。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計2）有支撐維護開挖適用于地層軟弱、周圍環(huán)境復雜、環(huán)境保護要求較高的深基坑開挖，但開挖機械的施工活動空間受限，支撐布置需要考慮適應主體工程施工，換拆支撐施工較復雜。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計（二）無支護放坡基坑工程

無支護放坡基坑開挖是在空曠施工場地環(huán)境下的一種常見的基坑開挖方法，一般包括降水工程、土方開挖、地基加固及土坡坡面保護。放坡開挖深度通常限于3～6m，如果大于這一深度，則必須采取分段開挖，分段之間應設置平臺，平臺寬度為2～3m。當挖土通過不同土層時，可根據土層情況改變放坡的坡率及平臺寬度。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計（一）基坑工程設計的內容

1)支護結構體系的方案和技術經濟比較；

2)支護體系的穩(wěn)定性驗算；

3)支護結構的承載力、穩(wěn)定和變形計算；

4)地下水控制設計；

5)對周邊環(huán)境影響的控制設計；

6)基坑土方開挖方案；

7)基坑工程的監(jiān)測要求。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計（二）基坑工程設計應具備的資料

1)巖土工程勘察報告；

2)建筑物總平面圖、用地紅線圖；

3)建筑物地下結構設計資料，以及樁基礎或地基處理設計資料；

4)基坑環(huán)境調查報告，包括基坑周邊建(構)筑物、地下設施及地下交通工程等的相關資料。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計（三）基坑設計的要求1.安全可靠性

確?；庸こ贪踩爸車h(huán)境安全。2.經濟合理性

基坑支護工程在安全可靠的前提下，要從工期設備材料人工及周圍環(huán)境保護等多方面綜合研究經濟合理性。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計3.施工便利性和工期保證性

在安全可靠性和經濟性能滿足的前提下，最大限度滿足便利施工和盡量縮短工期的要求。基坑工程按支護工程損壞造成破壞的嚴重性程度，根據《建筑基坑支護技術規(guī)程》(JGJ120—2012)規(guī)定，可分為三級，各自的重要性系數見表9-1。

1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計（四）基坑工程的設計依據

在基坑工程設計的前期工作中，應對基坑內的主體工程設計、場地地質條件、周邊環(huán)境、施工條件、設計規(guī)范等進行研究和收集，以全面掌握設計依據。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計（一）支撐結構類型

深基坑支護體系由圍護墻和土層錨桿兩部分組成。在基坑工程中，基坑結構是承受圍護墻所傳遞土壓力的結構體系。作用在圍護墻上的土體水平壓力、水的壓力通過支撐可以有效傳遞和平衡，也可以由坑外設置的土錨維持其平衡，還能減少支護結構的位移。內支撐可以直接平衡坑內兩端維護墻上所受的側壓力，具有構造簡單、傳力明確等特點。土錨設置在圍護墻的背后，為挖土和結構施工創(chuàng)造空間，有利于提高施工效率。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計（二）支撐體系的結構形式1單跨壓桿式支撐

當基坑平面呈窄長條狀，短邊的長度不大時，所用的支撐桿件在該長度下的極限承載力尚能滿足支護系統(tǒng)的需要，則采用這種形式具有受力明確、設計簡潔、施工安裝方便靈活等優(yōu)點，如圖9-1(a)所示。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計2.多跨壓桿式支撐

當基坑平面尺寸較大，所用支撐桿件在基坑短邊長度下的極限承載力尚不滿足支護系統(tǒng)要求時，就需要在支撐桿件中部加設若干支點，在水平支撐桿上加設垂直支點，組成多跨壓桿式的支撐系統(tǒng)。這種形式的支撐受力也較明確，施工安裝較單跨壓桿式要復雜，如圖9-1(b)所示。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計1基坑支撐方案設計地下水的控制

圖9-1支撐結構示意圖(a)單跨壓桿式支撐；(b)多跨壓桿式支撐設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計（三）支撐體系的布置

在工程實際中，支撐體系的布置設計通常應考慮以下要求：

1)能夠因地制宜并合理選定支撐材料和支撐體系布置形式，使其綜合技術經濟指標得以優(yōu)化。

2)支撐體系受力明確，充分協(xié)調發(fā)揮各桿件的力學性能，安全可靠，經濟合理，能夠在穩(wěn)定性和控制變形方面滿足對周圍環(huán)境保護的設計標準要求。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計3)支撐體系布置能在安全可靠的前提下，最大限度地滿足土方開挖和主體結構的快速施工要求。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計工程中常用的支撐體系的布置形式如圖9-2所示。1基坑支撐方案設計地下水的控制

圖9-2常用支撐體系的布置形式(a)平面交叉式(單層或多層)支撐；(b)井字式支撐；(c)角(斜)撐式支撐；(d)周邊桁架；(e)圓形環(huán)梁；(f)水平壓桿支撐；(g)圓拱形支撐；(h)斜向支撐；(i)中心島式開挖及支撐；(j)逆作法；(k)錨桿；(l)拉錨(錨破)設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計（一）地下水控制的要求

基坑工程地下水控制應防止基坑開挖過程及使用期間的管涌、流砂、坑底突涌及與地下水有關的坑外地層過度沉降。地下水控制設計應滿足下列要求：

1)地下工程施工期間，地下水位控制在基坑面以下0.5～1.5m；

2)滿足坑底突涌驗算要求；

3)滿足坑底和側壁抗?jié)B流穩(wěn)定的要求；1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計4)控制坑外地面沉降量及沉降差，保證鄰近建(構)筑物及地下管線的正常使用。（二）地下水控制的內容

1)基坑降水系統(tǒng)設計應包括下列內容：

（1）確定降水井的布置、井數、井深、井距、井徑、單井出水量；

（2）疏干井和減壓井過濾管的構造設計；1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計

（3）人工濾層的設置要求；

（4）排水管路系統(tǒng)。2)驗算坑底土層的滲流穩(wěn)定性及抗承壓水突涌的穩(wěn)定性。

3)計算基坑降水域內各典型部位的最終穩(wěn)定水位及水位降深隨時間的變化。

4)計算降水引起的對鄰近建(構)筑物及地下設施產生的沉降。

5)回灌井的設置及回灌系統(tǒng)設計。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計6)滲流作用對支護結構內力及變形的影響。

7)降水施工、運營、基坑安全監(jiān)測要求，除對周邊環(huán)境的監(jiān)測外，還應包括對水位和水中微細顆粒含量的監(jiān)測要求。（三）隔水帷幕的設計隔水帷幕設計應符合下列規(guī)定：

1)采用地下連續(xù)墻或隔水帷幕隔離地下水，隔離帷幕滲透系數宜小于1.0×10－4m豎向截水帷幕深度應插入下臥不透水層，其插入深度應滿足抗?jié)B流穩(wěn)定的要求。1基坑支撐方案設計地下水的控制設計基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設計

2)對封閉式隔水帷幕，在基坑開挖前應進行坑內抽水試驗，并通過坑內外的觀測井觀察水位變化、抽水量變化等確認帷幕的止水效果和質量。

3)當隔水帷幕不能有效切斷基坑深部承壓含水層時，可在承壓含水層中設置減壓井，通過設計計算，控制承壓含水層的減壓水頭，按需減壓，確?？拥淄敛话l(fā)生突涌。對承壓水進行減壓控制時，因降水減壓引起的坑外地面沉降不得超過環(huán)境控制要求的地面變形允許值。1基坑支撐方案設計地下水的控制學習單元2設計地下連續(xù)墻設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件

地下連續(xù)墻，按其填筑的材料分為土質墻、鋼筋混凝土墻、預制鋼筋混凝土板和現澆混凝土的組合或預制鋼筋混凝土墻板和自凝水泥膨潤土泥漿的組合墻；按成墻方式分為樁排式(由鉆孔灌注樁并排連接形成)、壁板式(采用專用設備，利用泥漿護壁在地下開挖深槽，水下澆筑混凝土所形成)和樁壁組合式(將樁排式和壁板式地下連續(xù)墻組合起來使用的連續(xù)墻)；按其用途可分為臨時擋土墻、防滲墻、用作主體結構兼作臨時擋土墻的地下連續(xù)墻。2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件在部分施工環(huán)境下，地下連續(xù)墻支護具有明顯的優(yōu)越性。其優(yōu)點如下：

1)可以減少工程施工對環(huán)境的影響。施工時振動少，噪聲低，能夠緊鄰相鄰的建筑物及地下管線施工，對沉降及變位較易控制。2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件

2)地下連續(xù)墻的墻體高度大，整體性好，結構和地基的變形都較小，既可用于超深維護結構，也可用于主體結構。

3)地下連續(xù)墻為整體連續(xù)結構，加上現澆墻壁厚度一般不小于600mm，鋼筋保護層較大，耐久性好，抗?jié)B性也較好。

4)可實行逆作法施工，有利于施工安全，加快施工進度，降低造價。2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件除以上優(yōu)點外，地下連續(xù)墻還具有以下缺點：

1)棄土及廢泥漿的處理。除增加工程費用外，若處理不當，會造成新的環(huán)境污染。

2)地質條件和施工的適應性。地下連續(xù)墻最適應的地層為軟塑、可塑的黏性土層。當地層條件復雜時，還會增加施工難度和工程造價。2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件3)槽壁坍塌。地下水位急劇上升，護壁泥漿液面急劇下降、有軟弱疏松或砂性夾層、泥漿的性質不當或已變質，施工管理不當等，都可引起槽壁坍塌。槽壁坍塌，輕則引起槽壁混凝土超方和結構尺寸超出允許界限，重則引起相鄰地面沉降、坍塌，危害鄰近建筑物或地下管線的安全。4)其造價比鉆孔灌注樁和深層攪拌樁昂貴。2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件

地下連續(xù)墻是用特殊的挖槽設備在地下構筑的連續(xù)墻體，常用于擋土、截水、防滲及承重等。地下連續(xù)墻在城市建設和公共交通的發(fā)展領域，高層建筑、重型廠房、大型地下設施和地鐵、橋梁等工程領域廣泛使用。地下連續(xù)墻在基礎工程中的適用條件如下：

1)基坑深度不少于10m；

2)軟土地基或砂土地基；2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件3)在密集建筑群中施工基坑，對周圍地面沉降、建筑物沉降要求須嚴格限制時，宜用地下連續(xù)墻；

4)維護結構與主體結構相結合，作為主體結構的一部分，對抗?jié)B有較嚴格的要求時，宜采用地下連續(xù)墻；

5)采用逆作法施工，內襯與護壁形成復合結構的工程。2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件

用專門挖槽機開挖狹而深的基槽，在槽內分段澆筑而成的鋼筋混凝土墻即為地下連續(xù)墻。這種墻可作為擋土墻、防滲墻及高層建筑地下室的外墻。施工時，先修導墻，采用泥漿護壁、槽內挖土，放鋼筋籠，澆筑混凝土，后成墻，依次進行下一槽段的施工。墻身完成后再進行墻內基坑挖土，繼續(xù)完成基礎結構及上部結構的施工。地下連續(xù)墻的結構設計應考慮以下兩種情況：2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件1)作擋土結構用時，墻承受土壓力、水壓力的擋土墻結構計算，應考慮在施工不同階段，墻兩側壓力的變化情況。

2)作主體承重結構用時，施工階段按擋土墻結構計算，也要進行墻身在各種荷載作用下的強度計算及墻底地基強度驗算。2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件

地下連續(xù)墻的施工需要經過以下幾個工藝過程，即導墻、成槽、放接頭管、吊放鋼筋籠、澆筑水下混凝土及拔接頭管成墻等，如圖9-3所示。2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工

圖9-3地下連續(xù)墻施工順序(a)挖導溝、筑導墻；(b)挖槽；(c)吊放接頭管；(d)吊放鋼筋籠；(e)澆灌水下混凝土；(f)拔出接頭管成墻設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件（一）導墻

修筑導墻是地下連續(xù)墻施工的第一道工序，以此保證開挖槽段豎直作導向，并防止機械上下運行時碰壞槽壁。導墻位于地下連續(xù)墻的墻面線兩側。導墻的施工，通常采用在現場開挖導溝，現場澆筑混凝土。（二）槽段開挖

槽段開挖寬度及內外導墻之間的間距。施工時，沿地下連續(xù)墻長度分段開挖槽孔。2地下連續(xù)墻的設計地下連續(xù)墻的施工設計地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點地下連續(xù)墻的適用條件（三）制備泥漿

泥漿以膨潤土或細粒在現場加水攪拌而成，用以平衡側向地下水壓力和土壓力，保持槽壁不致坍塌，并起到攜渣、防滲作用。泥漿液面應保持高出地下水位0.5～1.0m