基坑工程.ppt

第2章基坑工程●2.1基坑工程概述●2.1.1基坑工程概念及现状●2.1.2支护结构的类型●2.1.3基坑工程特点●2.1.4基坑工程设计内容●2.1.5基坑工程设计依据●2.1.6支护结构设计计算方法综述●2.2基坑工程勘察●2.3基坑工程设计●2.3.1支护结构设计的荷载及其组合●2.3.2桩墙式支护结构的内力、变形及配筋计算●2.3.3基坑的稳定性分析●2.3.4内支撑的内力与截面计算第2章基坑工程●2.3.5锚杆设计●2.3.6土钉墙设计●2.3.7重力式水泥土挡墙设计●2.3.8地下水控制●2.3.9地面变形控制●2.4基坑工程施工●2.4.1桩墙式支护结构的施工●2.4.2重力式水泥土挡墙的施工●2.4.3土钉墙的施工重力式水泥土挡墙设计●2.4.4锚杆的施工●2.4.5内支撑的施工地面变形控制●2.5基坑工程监测第2章基坑工程●2.5.1概述●2.5.2支撑轴力量测●2.5.3土压力量测●2.5.4孔隙水压力量测●2.5.5位移量测●2.6基坑工程试验●2.6.1锚杆试验●2.6.2土钉试验●2.7习题●2.1基坑工程概述●2.1.1基坑工程概念及现状基坑工程是为保护基坑施工、地下结构的安全和周边环境不受损害而采取的支护、基坑土体加固、地下水控制、开挖等工程的总称，包括勘察、设计、施工、监测、试验等。导致基坑工程事故的主要原因如下:(1)设计理论不完善。许多计算方法尚处于半经验阶段，理论计算结果尚不能很好反映工程实际情况。(2)设计者概念不清、方案不当、计算漏项或错误。广州市海珠广场工地基坑坍塌事件广州海珠城广场工程7月21日发生深基坑坍塌事故，造成2人死亡、4人受伤，基坑南侧楼房部分坍塌。目前有关部门正按照事故调查的程序调查事故的原因。据介绍，在该工程深基坑开挖施工中，建设单位严重违反法定程序。海珠城广场工程位于广州市江南大道与江南西路十字路口的东南角，为地下5层、地上39层的房地产项目，总建筑面积约13万平方米。工程建设单位是广州市南谊房地产开发有限公司，基坑支护施工单位是广东省机施公司，基坑底板及主体工程施工承包单位是汕头建安实业（集团）有限公司，工程设计单位是广州承总设计院，基坑施工没有监理单位。据悉，该工程自2002年10月31日在未领取建筑工程施工许可证情况下开始基坑开挖和支护施工，中间多次停工，直到今年7月7日才由广州市建委发给建筑工程施工许可证。事故发生时，该工程正在进行地下室底板施工。7月21日中午12时左右，基坑南边支护结构坍塌，基坑东南角的斜撑脱落，基坑支护坍塌范围约104．55延米，面积约2007平方米，南面海员宾馆的基础桩折断滑落，住宅楼基桩近基坑面外露并发生变形，7月22日凌晨零时35分，南侧的海员宾馆部分倒塌。事故发生后，广东省委、省政府高度重视，中共中央政治局委员、省委书记张德江、省委副书记、省长黄华华作出重要指示，广州市政府、海珠区政府以及广州市建委、市安监局等有关职能部门立即组织开展抢救工作。广东省建设厅即时组织人员前往查看事故现场和了解情况。在组织抢救的同时，广州市建委、市建设工程安全监督站、建设科技委办公室以及海珠区的相关部门立即开展了对事故的调查，并初步确定事故的原因。首先是工程设计方案存在问题。据介绍，早在上报施工设计方案时，市建设科技委已经提出，基坑设计深度达16．2米，存在五大安全隐患，要求调整方案，但是建设单位拒绝调整。更为严重的是基坑设计深度达16．2米，而实际开挖的深度达20．3米，超挖4．1米，造成原支护桩成为吊脚桩，失去了支护能力，为事故的发生埋下了隐患。其次是基坑施工超时限。按照规定，基坑支护的安全期限应该在一年内，但是该基坑从2002年10月31日就开始开挖和支护施工，到事故发生时已有两年零九个月，远远超过了基坑的安全年限。第三是严重超载。据施工现场的人员介绍，事故发生时，在基坑的边沿有多部施工机械正在施工，重量超过140吨，导致基坑滑坡，引起坍塌。第四是建设单位严重违规，长时间无证施工，对于有关部门的警告置若罔闻，是此次事故发生的重要原因。接受记者采访的有关部门强调说，这只是根据事故发生后各方面反映的情况得出的初步调查结果，最后的结论以及如何处理还要等待事故的调查报告。杭州萧山湘湖段地铁基坑事故破坏图、塌陷的道路拆除塌陷的房屋2008年11月15日15时20分，杭州萧山湘湖段地铁施工现场发生塌陷事故。风情大道坍塌形成了一个长75米、宽21米、深15.5米的深坑，附近的河流决堤，河水倒灌，一度水深达6米多。正在路面行驶的11辆车陷入深坑，数十名地铁施工人员被埋，遇难工人数达到21名，同时造成了风情大道中断，距事故现场仅一墙之隔的萧山区城西小学，校园东边的围墙已全部垮塌。附近民房倾斜破坏，地面下管线破坏等一系列连锁破坏效应。应急演练(3)设计、施工人员经验不足。实践表明，工程经验在决定基坑支护设计方案和确保施工安全中起着举足轻重的作用。●2.1.2支护结构的类型支护结构由挡土结构、锚撑结构组成。当支护结构不能起到止水作用时，可同时设置止水帷幕或采取坑内外降水。1.基坑支护结构的分类1)桩、墙式支护结构2)实体重力式支护结构2.常用的支护结构形式1)挡土结构的常用形式如图2.1和图2.2所示。钢板桩支护地下连续墙钢筋网水泥土搅拌桩人工挖孔桩GxGy图2.1挡土结构的类型土钉墙构造沉井完成的土钉墙图2.2支撑结构的常用形式上海青年文化活动中心地下结构工程―三角形基坑支撑施工技术●2.1.3基坑工程特点1.综合性强2.临时性和风险性大3.地区性4.环境条件要求严格●2.1.4基坑工程设计内容1.基坑支护结构设计的极限状态基坑支护结构设计应满足两种极限状态的要求。1)承载能力极限状态基坑工程的承载能力极限状态要求不出现以下各种状况。(1)支护结构的结构性破坏——挡土结构、锚撑结构折断、压屈失稳，锚杆的断裂、拔出，挡土结构地基基础承载力不足等使结构失去承载能力的破坏形式。(2)基坑内外土体失稳——基坑内外土体整体滑动，坑底隆起，结构倾倒或踢脚等破坏形式。(3)止水帷幕失效——坑内出现管涌、流土或流砂。bbb2)正常使用极限状态基坑的正常使用极限状态，要求不出现以下各种状况。(1)基坑变形影响基坑正常施工、工程桩产生破坏或变位；影响相邻地下结构、相邻建筑、管线、道路等正常使用。(2)影响正常使用的外观或变形。(3)因地下水抽降而导致过大的地面沉降。bbb2.基坑支护结构的设计内容(1)支护结构体系的选型及地下水控制方式。(2)支护结构的强度和变形计算。(3)基坑内外土体稳定性计算。(4)基坑降水、止水帷幕设计。(5)基坑施工监测设计及应急措施的制定。(6)施工期可能出现的不利工况验算。软土地区的深基坑坑底以下土层较软，加固坑内被动区土体，可减小支护桩入土深度、基坑变形。加固范围由计算或类似工程经验确定。加固的方法常用喷射注浆、深层搅拌。深层搅拌局部加固的形式如图2.3所示。bbb图2.3深层搅拌局部加固的形式●2.1.5基坑工程设计依据基坑工程设计时，首先应掌握以下设计资料(即设计依据)。(1)岩土工程勘察报告。区别基坑工程的安全等级进行专门的岩土工程勘察，或与主体建筑勘察一并进行，但应满足基坑工程勘察的深度和要求。区别基坑工程的规模和地质环境条件复杂程度进行分阶段勘察和施工勘察。具体要求详见有关章节。(2)建筑总平面图、工程用地红线图、地下工程的建筑、结构设计图。(3)邻近建筑物的平面位置，基础类型及结构图、埋深及荷载，周围道路、地下设施、市政管道及通信工程管线图、基坑周围环境对基坑支护结构系统的设计要求。在基坑工程的设计中，支护结构、降水井、观测井及止水帷幕、锚拉系统等构件，均不得超越工程用地红线范围。●2.1.6支护结构设计计算方法综述实体重力式支护结构按重力式挡土墙的设计原则计算，主要涉及支承挡墙自重的地基承载力及稳定验算，而稳定验算以条分法为主。桩、墙式支护结构必须按土与支护结构共同作用的原则进行设计计算，即结构内力与支护结构的刚度、岩土体变形有关。按土与支护结构共同作用的原则进行分析是一个较难的课题，即使采用有限元法(考虑因素多，如模拟开挖过程；得到的结果也多，如可得到坑周土位移)，由于土性是复杂多变的，选择完全符合工程特点的土的计算参数是十分困难的；另外，基坑支护结构与土共同工作的条件远较一般基础工程复杂。目前，支护结构计算的静力平衡法和等值梁法还在广泛使用于桩、墙式支护结构。这些方法都未考虑土与结构的相互作用，显然只是在特定条件下方可使用——实际应仅用于地层条件及环境条件较好的小型基坑。●2.2基坑工程勘察勘察是准确认识基坑的需要，是基坑工程设计的依据，也是基坑工程事故的多发点。建筑边坡的勘探范围应包括不小于岩质边坡高度或不小于1.5倍土质边坡高度以及可能对建(构)筑物有潜在安全影响的区域。控制性勘探孔的深度应穿过最深潜在滑动面进入稳定层不小于5m，并应进入坡脚地质剖面最低点和支护结构基底下不小于3m。边坡工程勘察报告应包括下列内容:(1)在查明边坡工程地质和水文地质条件的基础上，确定边坡类别和可能的破坏形式。(2)提供验算边坡稳定性、变形和设计所需的计算参数值。(3)评价边坡的稳定性，并提出潜在的不稳定边坡的整治措施和监测方案的建议。(4)对需进行抗震设防的边坡应根据区划提供设防烈度或地震动参数。(5)提出边坡整治设计、施工注意事项的建议。(6)对所勘察的边坡工程是否存在滑坡(或潜在滑坡)等不良地质现象，以及开挖或构筑的适宜性做出结论。(7)对安全等级为一、二级的边坡工程应提出沿边坡开挖线的地质纵、横剖面图。地质环境条件复杂、稳定性较差的边坡宜在勘察期间进行变形监测，并宜设置一定数量的水文长观孔。边坡工程勘察前应取得以下资料(1)附有坐标和地形的拟建建(构)筑物的总平面布置图。(2)拟建建(构)筑物的性质、结构特点及可能采取的基础形式、尺寸和埋置深度。(3)边坡高度、坡底高程和边坡平面尺寸。(4)拟建场地的整平标高和挖方、填方情况。(5)场地及其附近已有的勘察资料和边坡支护型式与参数。(6)边坡及其周边地区的场地等环境条件资料。边坡工程勘察应查明下列内容(1)地形地貌特征。(2)岩土的类型、成因、性状、覆盖层厚度、基岩面的形态和坡度、岩石风化和完整程度。(3)岩、土体的物理力学性能。(4)主要结构面(特别是软弱结构面)的类型和等级、产状、发育程度、延伸程度、闭合程度、风化程度、充填状况、充水状况、组合关系、力学属性和与临空面的关系。(5)气象、水文和水文地质条件。(6)不良地质现象的范围和性质。(7)坡顶邻近(含基坑周边)建(构)筑物的荷载、结构、基础形式和埋深，地下设施的分布和埋深。建筑边坡工程的气象资料收集、水文调查和水文地质勘察应满足下列要求:(1)收集相关气象资料、最大降雨强度和十年一遇最大降水量，研究降水对边坡稳定性的影响。(2)收集历史最高水位资料，调查可能影响边坡水文地质条件的工业和市政管线、江河等水源因素，以及相关水库水位调度方案资料。(3)查明对边坡工程产生重大影响的汇水面积、排水坡度、长度和植被等情况。建筑边坡工程的气象资料收集、水文调查和水文地质勘察应满足下列要求:(4)查明地下水类型和主要含水层分布情况。(5)查明岩体和软弱结构面中地下水情况。(6)调查边坡周围山洪、冲沟和河流冲淤等情况。(7)论证孔隙水压力变化规律和对边坡应力状态的影响。●2.3基坑工程设计●2.1.6支护结构设计计算方法综述支护结构的荷载应包括下列项目(1)土压力。(2)水压力(静水压力、渗流压力、承压水压力)。(3)基坑周围的建筑物及施工荷载引起的侧向压力。(4)温度应力。(5)临水支护结构的波浪作用力和水流退落时的渗透力。(6)作为永久结构时的相关荷载。其中，对一般支护结构，其荷载主要是土压力、水压力。1.土压力与水压力大量工程实践结果表明，在基坑支护结构中，当结构发生一定位移时，可按古典土压理论计算主动土压力和被动土压力；当支护结构的位移有严格限制时，按静止土压力取值；当按变形控制原则设计支护结构时，土压力可按支