岩土工程支护绪论

岩土工程支护设计贵州大学资源与环境工程学院左双英2013.3参考书目•程良奎《岩土锚固》,2003•李海光《新型支挡结构设计与工程实例》，2004•苏自约《岩土锚固技术与工程应用》，2004•韩立军《岩土加固技术》，2005•田裕甲《岩土锚固新技术及实践》，2006•赵其华《岩土支挡与锚固工程》，2008•刘宗仁《基坑工程》，2008•杨光华《深基坑支护结构的实用计算方法及其应用》，2004•张永兴《边坡工程学》，2008•郑颖人《边坡与滑坡工程治理》，2010•李志业，曾艳华《地下结构设计原理与方法》，2003•王后裕，陈上明《地下工程动态设计原理》，2008参考规范岩土工程类1．《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)（2009年版）2．《工程岩体分级标准》（GB50218-94）3．《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)4．《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)5．《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)6．《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002J220-2002）7．《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）8．《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）9．《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）10．《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）11.《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）岩土工程类12．《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）13．《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007J124-2007）14．《铁路路基设计规范》（TB10001-2005）15．《铁路路基支挡结构设计规范》（TB10025-2001）16．《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）17．《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）18．《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-2000）19．《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)20．《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）21．《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2003J256-2003）22．《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）23．《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）参考规范参考规范结构工程类1．《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）2．《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）3．《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）4．《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）5．《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）6．《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）7．《混凝土异形柱结构技术规程》（JGJ149-2006）8．《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001、J130-2001）9．《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）10．《多孔砖砌体结构技术规范》（JGJ137-2001、J129-2001）（2002年版）结构工程类11．《水工混凝土结构设计规范》（DL/T5057-1996）12．《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）13．《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）14．《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）15．《水利水电地下工程锚喷支护》（SDJ57-85）16．《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）17．《水利水电工程锚喷支护技术规范》(SL377-2007)参考规范第1章绪论1.1岩土工程问题现状1.2岩土工程支护现状1.3岩土体变形破坏机理1.4岩土支护工程的一般原理1.5岩土支护设计原则第1章绪论1.1岩土工程问题现状1.1.1自然斜坡斜坡破坏系指斜坡岩(土)体中已形成贯通性破坏面时的变动或沿不利结构面组合而发生的滑落等。被贯通性破裂面分割的斜坡岩土体，可以多种运动方式失稳破坏，如滑落、崩落等，从而形成崩塌、滑坡、泥石流等斜坡地面地质灾害。(1)崩塌崩塌是被破裂面切割的陡峻岩质边坡在风化营力、重力、水压力、地震力等作用下发生向临空方向的坠落，崩塌包括了小规模块石的散落和大规模的山(岩)崩。崩塌体通常破碎成碎块堆积于坡脚，形成具有一定天然休止角的岩堆。在一定条件下，可在继续运动过程中发展为碎屑流。(2)滑坡滑坡是斜坡岩土体在重力、水压力、地震力等作用下沿坡体内倾斜破裂面或软弱带整体向下滑动的现象，下滑形成的堆积体称为滑坡体。滑坡可由自然原因引起，如暴雨(台风)、地震等。滑坡也可能由人类工程活动诱发，如工程场地开挖切掉坡脚可造成支撑力不够而失稳，水库蓄水或泄流雨雾可造成下滑力增加以及滑动面弱化而失稳等。(3)泥石流泥石流是斜坡地质灾害的另一种形式。它是由于降水(暴雨、融雪、冰川)而形成的一种夹带大量泥砂、石块等固液混合物质的特殊洪流。它爆发突然，历时短暂，来势凶猛，具有强大的破坏力。泥石流在活动过程中可以冲毁道路和桥梁、淤埋村镇、堵塞河道，对沿途的各种设施、人民生命财产和资源环境造成危害和影响。2010年6月28日关岭滑坡典型泥石流示意图1.1.2人工边坡在人类工程活动中，由于工程本身需要会形成各种边坡，如水利水电工程中坝肩边坡、隧洞进口和出口高切坡；道路工程中的路堑边坡；露天采矿中的开挖边坡；城市深基础施工中的基坑开挖边坡等。(1)水利水电工程高边坡水利水电工程一般处于高山峡谷区，枢纽及其配套工程的边坡开挖高度常超过100m，坡度陡、规模大、高度惊人。高山峡谷区地质环境条件复杂，存在高地应力、深部卸荷作用，使得岩体结构复杂。加上工程期的开挖速度快，岩体的卸荷速率大，卸荷引起了结构面进一步扩展和张开，因此高边坡岩体卸荷松弛特征明显，一般可能因为顺坡岩层或结构面存在而产生整体滑动破坏，或由于多组结构面交切组合而产生局部块体失稳滑落或坠落，或由于高地应力引起的坡面爆皮、松动剥落。水电工程开挖边坡尤其是高边坡的稳定性问题一般较为突出，大部分边坡需要采用支挡和锚固措施来保证工程的顺利进行。澜沧江小湾水电站拱坝坝高292m，拱肩槽边坡开挖高达600m--687m，开挖边坡高度之大在我国乃至世界水电建设史上都是罕见的。三峡永久船闸高边坡，长达4200多米的人工开挖岩质边坡，边坡高度大于120m，最大开挖深度达170rn，不仅开挖边坡高陡，而且整个工程对坡体变形和稳定要求高(闸首部位直立墙边坡的时效变形量5年内不能大于5mm)。(2)路堑路堤边坡（公路或铁路边坡）道路工程一般穿越多个地貌单元，路堑边坡的开挖会遇到不同的工程地质状况，可能有风化岩体，也可能有特殊土，如黄土、膨胀土、软土等。不同的岩土体，在路基施工过程中，路堑边坡开挖可能产生不同的稳定性问题。但不外乎局部塌滑、散落、倾倒、弧形滑动、平面滑动、土体流动等。塌滑破坏主要出现在土质边坡和碎裂结构的岩质边坡中，一般在亚粘土、全强风化的砂岩、页岩、千枚岩构成的高陡边坡上浅表部岩土体会迅速变形而解体破坏；散落主要发生在极为破碎的岩质边坡中，风化破碎的岩石受雨水冲刷或强地震力作用时岩石碎块顺坡落下；倾倒变形一般发生在反倾向岩质边坡和岩层近乎直立的顺向坡中；弧形滑动主要发生在粘土等均质或似均质边坡岩土体中。路堤边坡多属于填方工程，一般有半挖半填和全填方两种类型。常见的路堤边坡的变形破坏有路面不问程度的开裂，或沉降引起的弧形裂缝，或路堤边坡的整体失稳等。路基开挖边坡的稳定性受多种因素影响，包括地层岩性、地质构造、岩土结构和坡形、降雨和气候条件等。对于道路来讲，对沿线复杂多变的地质条件认识不清是造成边坡失稳的主要原因。从而使开挖边披的坡形设计存在隐患，再加上水的作用则可能在施工期或运营期边坡发生失稳。部分基岩边坡开挖后由于抗风化能力斧，导致风化剥落掉块而影响道路安全运行。2010年4月25日台湾“北二高”七堵山体滑坡路段(3)露天采矿边坡露天采矿边坡的变形破坏形式和影响因素与路堑边坡相似，但由于采矿生产的特殊性，它有以下特点：1）采矿边坡稳定性直接威胁采矿人员生命和采矿设备安全，影响和困扰采矿生产的自始至终；2）矿物及矿物资源不但是地质作用及地质变迁的产物，而且赋存于特定的地质环境或地质结构之中，因此只能在既定的工程地质条件下进行开挖及施工；3）露天矿开采初期．为了早投产、少投资，尽可能地少剥离．一般都是采用临时性边坡，只是到露天开采的中后期．才逐渐采用较大边坡角的最终靠帮边坡，露天矿边坡一般亦总是处于不断开挖的动态变化过程；4）可以允许岩体适度的变形甚至破坏，只要这种变形或破坏不致危及矿山的生产产与安全就可认为是稳定的。抚顺西露天矿海州露天矿公园采石场1.1.3基坑工程深基坑开挖是为地下建筑工程提供必要和安全的空间环境条件，为了节约土地，充分利用城市地下空间，必然大量兴建高层建筑和地下工程，因此基坑的深度和规模会不断加大。深基坑开挖边坡由于开挖深度常不能满足自身安全和稳定性要求，一般要进行坑壁支护。因此深基坑开挖与支护(包括必要的降水)统一于基坑工程的整个过程。由于各种复杂的原因，我国基坑工程事故发生率较高，尤其是东南沿海开放城市，其中有的城市较大的基坑工程事故竟占基坑总数的1／3左右。基坑工程事故主要表现为支护结构产生较大位移，支护结构破坏，基坑塌方及大面积滑坡，基坑周围道路开裂和塌陷，与基坑相临的地下设施变位甚至于被破坏，临近的建筑物开裂甚至倒塌等等。广州市海珠城广场的深基坑坍塌事故（2005年7月21日）1.1.4地下工程地下工程：在地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构的工程。如：城市地铁、城市地下商业街、城市地下综合管线、地下车库、地下过街通道、地下人防国防工程、铁路公路隧道、水电站地下厂房、地下储油储气库、地下核废料处理库、地下开采区等。特点：（1）地下工程所承受的荷载条件比地面工程复杂。1）围岩分级多，决定了地下工程围岩压力复杂多样的特点；2）围岩不仅是荷载，也是抵抗变形的载体，与支护结构一起形成共同受力的结构体系；3）不同的施工方法，造成地下结构的受力不同。（2）作业环境特殊，施工难度大，维护费用高。1）施工作业空间有限；2）地下水的影响；3）地下空间相对封闭，需要专门的照明、通风、除湿防潮等措施。（3）受外界影响小，密闭性稳定，抗震能力强。1）内部环境温度稳定，具有良好的储热性能和密闭性，如地下冷库；2）具有良好的抗震性，适宜于特殊精密仪器厂房建设；3）地下工程埋藏于一定深度，对防核爆冲击、毒气沾染等袭击有一定的防护能力，适宜于人防国防工程。（4）节约资源保护环境，是可持续发展的有效途径。1）地下空间资源的合理开发——地铁、地下综合管线、地下停车场、地下商业街；2）提供便利交通——山区隧道与桥梁，缩短线路、减少弯道、减小坡度；瀑布沟水电站地下发电洞室位置图泄洪洞导流洞截流引水隧道尾水隧道•地下水电站地下厂房洞室群武汉长江过江隧道•公路隧道八达岭公路隧道青藏线锡铁山分水岭隧道地下停车场地下交通地下街日本名古屋地下商店杭州宝石山地下会堂1.2岩土工程锚固现状（1）边坡工程放坡、护坡、锚杆、锚索、挡土墙、格构梁、抗滑桩等（2）基坑工程管棚、锚钉墙、桩板墙、地下连续墙等（3）地下工程超前支护：超前锚杆、超前导管、超前注浆管等一次支护：锚杆、锚索、喷射混凝土、钢拱架等二次支护：钢筋混凝土衬砌、块石衬砌等（4）基础工程浅基础：条基、箱型基础、筏板基础等。深基础：挖孔灌注桩、预制桩、碎石复合桩、旋喷桩、深层搅拌桩等绿化加筋挡土墙超前支护隧道內钢肋、挂网、喷混凝土一次支护二次支护洞口模注混凝土1.3岩土体变形破坏机理宏观上岩体和土体是两种性质裁然不同的地质体。岩石相对坚硬，岩体中的结构面和其所处的地应力状态对岩体的稳定性会产生较大影响；而土体相对松软，土体的稳定性主要由它的性状和临空条件决定。另外，岩体广泛出露于高山区，常与水利水电工程、采矿工程发生联系；而土体则分布于平原地区和江河沿岸。城市深基坑工程则多为土体；道路工程由于穿越