項目6基坑工程項目6基坑工程【項目概述】建筑物或構筑物地下部分施工前需開挖基坑，為保證基坑施工、主體地下結構的安全和周圍環(huán)境不受損害，要進行支護、降水和開挖，并進行相應的勘察、設計、施工和監(jiān)測等工作，這項綜合性的工程就稱為基坑工程。

國外在深基坑工程方面的研究比較早，技術比較成熟。而我國在這方面的研究起步較晚，一直存在著施工技術領先于設計理論的情況。20世紀90年代以來，基坑工程的設計理論和施工技術日益進步，不但涌現出多種符合我國國情的適用的基坑支護方法，而且使得基坑工程的設計理論、計算方法也得到了不斷的改進，施工工藝得到了長足進步。項目6基坑工程【項目目標】項目6基坑工程6.1概述基坑的開挖方式可分為放坡開挖和支護開挖兩大類。放坡開挖施工方便，工期短且較經濟，在空曠地區(qū)應優(yōu)先采用。但在建筑物稠密的地區(qū)施工時，基坑周圍往往沒有足夠的放坡區(qū)域，這時就需要采用支護開挖。無論采用哪一種開挖方式，基坑工程通常都應滿足以下三個方面的要求：1.保證基坑的穩(wěn)定性，包括基坑整體穩(wěn)定性、坑底抗隆起和抗?jié)B流穩(wěn)定性；2.基坑周圍的地面沉降和水平位移應控制在允許范圍內，以保證相鄰的建筑物、構筑物和地下管線不受損害；3.采取必要的降水或截水措施，以保證地下工程的施工作業(yè)面在地下水位以上。6.1.1基坑支護結構的概念基坑支護是為保證地下結構施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護措施。為了在基坑支護工程中做到技術先進，經濟合理，確保基坑放坡、基坑周邊建筑物道路和地下設施的安全，應綜合場地工程地質與水文地質條件、地下室的要求、基坑開挖深度、降排水條件、周邊環(huán)境和周邊荷載、施工季節(jié)、支護結構使用期限等因素，因地制宜的選擇合理的支護結構形式。項目6基坑工程6.1概述6.1.2基坑工程特點基坑工程是一項綜合性很強的系統工程，其內容包括勘察、支護結構設計、施工、監(jiān)測和周圍環(huán)境保護等?；庸こ叹哂腥缦碌奶攸c：1.設計理論不完善。2.技術綜合性強3.基坑支護結構屬于臨時性結構4.與自然條件及環(huán)境條件密切相關5.與施工方案密切相關項目6基坑工程6.2常用支護結構類型及選擇基坑支護結構型式主要有以下幾類：1.放坡開挖及簡易支護結構當地基土性較好，基坑開挖深度不大．施工場地條件允許時可采用放坡開挖。為了增加基坑邊坡的穩(wěn)定性，可在坡腳采用換裝砂土、堆砌塊石等簡易圍護措施。但挖填土方量太大致使工期長、費用高時，則不宜采用放坡開挖。圖片文字不清項目6基坑工程6.2常用支護結構類型及選擇

2.懸臂式支護結構。

懸臂式(自立式)擋墻不設置支撐或錨桿，完全依靠擋墻的嵌固深度維持其自身的穩(wěn)定。如右圖所示，其型式有板樁墻、排擠墻和地下連續(xù)墻。懸臂式擋墻的截和彎矩與水平位移會隨著懸臂長度的增加而迅速增大，因此這種開挖方式適用于開挖深度不大(一般在6m以內)、對擋墻水平位移控制要求不嚴的基坑。3.重力式支護結構重力式擋墻是依靠其自重來抵抗土壓力、維持自身的穩(wěn)定性，其型式主要有挖孔填料式擋墻和水泥土擋墻。如右圖所示。這類擋墻形式簡單、施工方便、造價經濟，適用于基坑邊緣有一定寬度的施工場地、開挖深度較小(一般在6m以內)、對周圍環(huán)境保護要求不高的基坑支護。項目6基坑工程6.2常用支護結構類型及選擇水泥土重力式圍護墻的破壞形式主要有以下幾種：

(1)由于墻體入土深度不夠，或由于墻底土體太軟弱，抗剪強度不夠等原因，導致墻體及附近土體整體滑移破壞，基底土體隆起。如圖（a）；

（2）由于墻體后側發(fā)生擠土施工、基坑邊堆載、重型施工機械作用等引起墻后土壓力增加、或者由于墻體抗傾覆穩(wěn)定性不夠，導致墻體傾覆，如圖（b）；

（3）由于墻前被動區(qū)土體強度較低、設計抗滑穩(wěn)定性不夠，導致墻體變形過大或整體剛性移動。設計墻體抗壓強度、抗剪強度或抗拉強度不夠，或者由于施工質量達不到設計要求時，導致墻體壓、剪或拉等破壞如圖（c）（d）。項目6基坑工程6.2常用支護結構類型及選擇4.內撐式支護結構。內撐式擋墻是在基坑內設置一層或數層鋼或鋼筋混凝土支撐，以減小擋墻的內力和位移。擋墻常采用板樁、排樁或地下連續(xù)墻。支撐型式有水平支撐和豎向斜支撐兩大類如圖6.6所示。內撐體系采用現澆鋼筋混凝土桿件、鋼管或型鋼等。因內撐體系剛度好、變形小，可用于各類土層的基坑工程中。目前在工程中應用的地下連續(xù)墻的結構形式主要有壁板式、T型和П形地下連續(xù)墻、格形地下連續(xù)墻、預應力或非預應力U形折板地下連續(xù)墻等幾種形式。

(1)板式又可分為直線壁板式(2)T型(3)格形地下連續(xù)墻(4)應力或非預應力U形折板地下連續(xù)墻注意行距項目6基坑工程6.2常用支護結構類型及選擇5.錨桿式支護結構錨桿式擋墻和錨桿（包括地面拉錨）兩部分組成。適用范圍與內撐式相似，其特點是不占用坑內空間，方便土方開挖和結構施工，但錨桿的設置需要周圍環(huán)境允許。當軟土層較厚而不足為錨桿提供足夠的錨固力時，宜采用內撐式擋墻支護。錨桿是將受拉桿件的一端（錨固段）固定在穩(wěn)定地層中，另一端與工程構筑物相聯結，用以承受由于土壓力、水壓力等施加于建筑物的推力，從而利用地層的錨固力以維持構筑物的穩(wěn)定。錨桿外露于地面的一端用錨頭固定。一種情況是錨頭直接附著結構上并滿足結構的穩(wěn)定；另一種情況通過梁板、格構或其他部件將錨頭施加的應力傳遞于更為廣闊的巖土體面。巖土錨固通過埋設在地層中的錨桿，將結構物與地層緊緊地聯系在一起，依賴錨桿與周圍地層體的穩(wěn)定。與其它支護形式相比，錨桿支護具有以下特點：（1）提供開闊的施工空間，極大地方便土方開挖和主體結構施工，錨桿施工機械及設備的作業(yè)空間不大，適合各種地形及場地。（2）對巖土體的擾動小，在地層開挖后，能立即提供抗力，且可施加預應力，控制變形發(fā)展。（3）錨桿的作用部位、方向、間距、密度和施工時間可以根據需要靈活調整。（4）用錨桿代替鋼或鋼筋混凝土支撐，可以節(jié)省大量鋼材，減少土方開挖量，改善施工條件，尤其對于面積很大、支撐布置困難的基坑。

（5）錨桿的抗拔能力可通過實驗來確定，可保證設計有足夠的安全度。項目6基坑工程6.2常用支護結構類型及選擇6.土釘圍護結構土釘圍護結構（土釘墻）是由被加固土、設置于原位土體中的土釘(螺紋鋼筋、型鋼等)及附著于坡面厚度約80~100mm的配筋噴射混凝土面板組成，形成類似重力式墻的擋土墻，以抵抗墻后土壓力等荷載，使邊坡維持穩(wěn)定。土釘墻施工設備簡單，施工速度快，工程造價低，對環(huán)境干擾小，適宜在地下水位以上高度小于12m的基坑邊坡圍護工程中采用，不適宜在含水豐富的粉細砂、砂礫石層，淤泥質土、淤泥及其他飽和軟土層中采用。主要類型有：（1）土釘墻+預應力錨桿（2）土釘墻+止水帷幕（3）土釘墻+微型樁

（4）土釘墻+止水帷幕+預應力錨桿

（5）土釘墻+微型樁+預應力錨桿（6）土釘墻＋攪拌樁+微型樁

（7）土釘墻+止水帷幕+微型樁+預應力錨桿項目6基坑工程6.2常用支護結構類型及選擇7.水泥土深層攪拌樁擋墻國內常用深層攪拌法形成重力式擋墻。一般形成格柵狀。這類擋土結構的優(yōu)點是不設支撐，不滲水，并且只需水泥，不要鋼材，造價低，但為了保持穩(wěn)定，一般寬度很大。在日本一般采用SMW工法(SoilMixedwall)，這種方法是在單排攪拌樁內插入H型鋼，再配以支撐系統，從而達到既擋土又擋水的目的。如門架式支護結構、拱式組合型支護結構、加筋水泥土支護結構、沉井支護結構等。8.其他支護結構如門架式支護結構、拱式組合型支護結構、加筋水泥土支護結構、沉井支護結構等。項目6基坑工程6.3基坑支護結構的計算與設計早在20世紀40年代．Terzaghi和Peck等學者就對基坑開挖的穩(wěn)定性和支撐的內力等進行了研究并提出了計算方法。20世紀50年代，Bjerrum等又分析了基坑坑底的隆起。20世紀80年代，我國開始出現一些較深的基坑，在上海軟土地區(qū)出現兩層地下室，開挖深度8m左右?；佣嗖捎娩摪鍢吨ёo，計算多采用等值梁法、彈性曲線法等簡單的方法。進入20世紀90年代，我國的高層和超高層建筑進入迅速發(fā)展的新階段，工程實踐的增多，促進了基坑工程學科的發(fā)展，支護結構的形式逐漸多樣化。例如，水泥土深層攪拌樁、鉆孔灌注樁、挖孔樁、土釘墻和地下連續(xù)墻等應用在不同條件的基坑工程中。在計算理論和計算技術方面提高更快，有限元法和計算機的應用，大大提高了計算精度和速度。我國在1999年制定了國家行業(yè)標準JGJ120—1999《建筑基抗支護技術規(guī)程》。這些法規(guī)的出現，將能進一步提高基坑工程的設計和施工水平。6.3.1基坑工程設計所需資料及設計內容

基坑支護作為一個結構體系，應要滿足穩(wěn)定和變形的要求，即通常規(guī)范所說的兩種極限狀態(tài)的要求，即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。項目6基坑工程6.3基坑支護結構的計算與設計基坑支護設計相對于承載力極限狀態(tài)要有足夠的安全系數，不致使支護產生失穩(wěn)，而在保證不出現失穩(wěn)的條件下，還要控制位移量，不致影響周邊建筑物的安全使用。因而，作為設計的計算理論，不但要能計算支護結構的穩(wěn)定問題，還應計算其變形，并根據周邊環(huán)境條件，控制變形在一定的范圍內。基坑工程設計是應用勘察資料進行支護結構、降水、土方開挖方案、監(jiān)測和環(huán)境保護方案等的設計，基坑工程的設計與施工密切相關，施工工藝、施工順序、支撐形成與拆除等都會影響計算結果。因此，詳細了解各個施工工況對正確進行支護設計十分重要。在進行基坑工程設計之前，應收集下列資料：巖土工程勘察報告；鄰近建筑物和地下設施的類型及分布圖；用地界限及紅線圖、鄰近地下管線圖、建筑總平面圖、地下結構平面和剖面圖等?；庸こ痰脑O計內容：1.支護體系的方案比較和選型；2.支護結構的強度和變形計算；3.基坑穩(wěn)定性驗算；4.圍護墻的抗?jié)B計算；5.降水方案；6.挖土方案；7.監(jiān)測方案與環(huán)境保護要求。項目6基坑工程6.3基坑支護結構的計算與設計6.3.2土壓力計算擋土墻上的土壓力有三種：（1）靜止土壓力；（2）主動土壓力；（3）被動土壓力。朗肯土壓力理論是朗肯于1857年提出的，它是假定擋土墻為剛性體，墻背直立、光滑，墻后的土體表面水平且無限延伸，這時墻背和土體內的任意水平面均為主平面，而且在這兩個平面上的剪應力為零。作用在該平面上的法向應力即為主應力。朗肯根據墻后土體處于極限平衡狀態(tài)，應用極限平衡條件，推導出了主動土壓力和被動土壓力計算公式。朗肯土壓力理論因為沒有考慮墻背摩擦力，計算的主動土壓力偏小，而被動土壓力偏大。6.3.3支護結構設計項目6基坑工程6.3基坑支護結構的計算與設計6.3.3支護結構設計深基坑支護結構的設計與計算一般采用“荷載——結構”的定量計算與分析方法。以樁、墻式支護結構為例，其設計計算方法主要有極限平衡法、土抗力法和有限單元法。1.極限平衡法極限平衡法是目前工程設計人員最常用的方法，其要點是假定作用在支護結構前后的土壓力分別達到被動和主動土壓力極限，采用經典土力學理論計算出土壓力，在此基礎上再做某些力學上的簡化，把超靜定的結構力學問題簡化為靜定問題求解。等值梁法、靜力平衡法、太沙基法和二分之一分割法等部屬于此類方法，國內采用較多的是等值梁法和靜力平衡法。此類方法難以反映參數變異性對圍護結構穩(wěn)定性的影響。2.土抗力法土抗力法又稱“地基反力法”、“彈性抗力法”或“豎向彈性地基梁的基床系數法”等。它針對常規(guī)設計方法中支護結構內側被動土壓力計算中的問題提出了改進。引用橫向抗力的概念，將外側主動土壓力作為水平荷載施加在支護結構上，用彈性地基梁法計算支護結構的變形和內力。內側土體對支護結構的水平土壓力用彈性抗力系數模擬。彈性抗力法除了對被動土壓力做了少許修改外，對于常規(guī)方法中出現的其他問題并沒有解決。另外，計算與實際情況符合與否取決于基床系數的選取，具有很強的經驗性。項目6基坑工程6.3基坑支護結構的計算與設計6.3.3支護結構設計3.有限元法有限元法可以從空間、時間上比較全面地反映各種因素(固結、滲流、流變)對支護結構及周圍土體應力、位移的影響，直接解得杖體側向位移和地表沉降及土體雙層沉降，還可以對分級開挖施工過程進行模擬。有限元法是科研的主要計算手段。4.基坑支護結構設計原則：(1)基坑支護結構應采用以分項系數表示的極限狀態(tài)設計表達式進行設計。(2)基坑支護結構極限狀態(tài)可分為下列兩類：承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)(3)支護結構設計應考慮其結構水平變形、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)境有限定要求的二級建筑基坑側壁，應根據周邊環(huán)境的重要性、對變形的適應能力及土的性質等因素確定支護結構的水平變形限值。(4)當場地內有地下水時，應根據場地及周邊區(qū)域的工程地質條件、水文地質條件、周邊環(huán)境情況和支護結構與基礎型式等因素，確定地下控制方法。當場地周圍有地表水匯流、排瀉或地下水管滲漏時，應對基坑采取保護措施。項目6基坑工程6.3基坑支護結構的計算與設計(5)根據承載能力極限狀態(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基坑支護結構均應進行承載能力極限狀態(tài)的計算，計算內容應包括：①根據基坑支護形式及其受力特點進行土體穩(wěn)定性計算；②基坑支護結構的受壓、受彎、受剪承載力計算；③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構變形有限定的二級建筑基坑側壁，尚應對基坑周邊環(huán)境及支護結構變形進行驗算。③地下水控制計算和驗算a.抗?jié)B透穩(wěn)定性驗算；b.基坑底突涌穩(wěn)定性驗算；c.根據支護結構設計要求進行地下水位控制計算；(6)基坑支護設計內容應包括對支護結構計算和驗算、質量檢測及施工監(jiān)控的要求。(7)當有條件時，基坑應采用局部或全部放坡開挖，放坡坡度應滿足其穩(wěn)定性要求。6.3.3支護結構設計項目6基坑工程6.4基坑穩(wěn)定性分析基坑穩(wěn)定性分析是基坑支護設計的重要內容之一，其目的在于對給定的支護結構形式設計出合理的嵌固深度，或驗算擬定支擋結構的設計是否穩(wěn)定和合理?；拥姆€(wěn)定性不同于支護結構的抗滑移、傾覆穩(wěn)定性，當基坑失穩(wěn)時，支護結構可能同時喪失整體穩(wěn)定，也有可能仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，僅基坑底出現隆起、流土等。其內容包括：基坑整體穩(wěn)定性驗算、基坑底抗隆起穩(wěn)定性驗算和基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算等；6.4.1基坑整體穩(wěn)定性驗算基坑整體穩(wěn)定性分析實際上是對支護結構的直立土坡進行穩(wěn)定性分析，通過分析確定支護結構的嵌固深度，如水泥土樁墻、多層支點排樁和地下連續(xù)墻的嵌固深度。基坑整體穩(wěn)定性計算方法，采用圓弧滑動面簡單條分法，按總應力法計算。取單位墻寬分折（如圖），基坑支護結構整體穩(wěn)定性安全系數應滿足：

基坑整體穩(wěn)定性分析項目6基坑工程6.4基坑穩(wěn)定性分析6.4.2基坑底抗隆起穩(wěn)定性驗算基坑底抗隆起的驗算方法很多，下面主要介紹普朗特與太沙基的抗隆起驗算方法。將墻底面的平面作為求極限承載力的基準面，參照普朗特和太沙基的地基承載力公式，其滑動線形狀如圖所示。建議采用下式進行抗隆起安全系數驗算，以求得支護結構的嵌固深度：太沙基和普朗特抗隆起計算法項目6基坑工程6.4基坑穩(wěn)定性分析6.4.3基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算

在地下水豐富、滲流系數較大的地區(qū)進行支護開挖時，通常要在基坑內降水，由于基坑內外水位差導致基坑外的地下水繞過圍護墻下端向基坑內滲流。在軟粘土地基中滲流力往往使地基產生突發(fā)性的泥流涌出，從而出現管涌現象。以上現象發(fā)生后，使基坑內土體向上推移，基坑外地面產生下沉，墻前被動土壓力減少甚至喪失，危及支護結構的穩(wěn)定。驗算抗?jié)B流穩(wěn)定的基本原則是:使基坑內土體的有效壓力大于地下水的滲透力?；涌?jié)B流穩(wěn)定性驗算包括坑底抗流砂穩(wěn)定性驗算和坑底土抗突涌穩(wěn)定性驗算。1.坑底抗流砂穩(wěn)定性抗流砂穩(wěn)定安全系數應滿足基坑底抗流砂穩(wěn)定性驗算基坑底抗突涌穩(wěn)定性驗算2.基坑底土突涌穩(wěn)定性如果在基底下的不透水層較薄，而且在不透水層下面存在承壓水層時，當上覆土重不足以抵擋下部的水壓時，基坑底土體將會發(fā)生突涌破壞(反壓頂破)項目6基坑工程6.5基坑工程施工對周邊及環(huán)境的影響基坑工程施工對周邊建筑物、地鐵隧道、大型地下管線等造成的損傷或破壞性影響，不僅會因其重大的經濟損失，更將造成嚴重的社會及政治影響，且其損失是不可挽回的。另一方面，缺乏研究和正確的認識又往往存在夸大基坑工程對周邊環(huán)境影響程度的傾向，使得這種環(huán)境條件下的基坑工程設計和施工異常保守，導致工程造價偏高，浪費大量人力和物力資源，不利于基坑工程的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)約型社會的建設。因此，城市環(huán)境條件下的基坑工程既是一個技術問題也是一個社會問題，必須引起足夠重視。近些年，基坑工程的環(huán)境條件日趨復雜，常常有由于基坑施工而引起建筑物或地下管線破壞的現象發(fā)生，而基坑支護結構并無破壞現象，因此基坑支護結構除滿足強度要求外，還要滿足基坑周邊環(huán)境的變形控制要求，即設計由傳統的強度控制轉變?yōu)樽冃慰刂?。對于復雜條件下的基坑工程，需要全面掌握周邊環(huán)境的狀況，采用合理的分析方法分析基坑開挖可能對周邊環(huán)境的影響，施工中對周邊環(huán)境設置安全監(jiān)測系統并進行全過程監(jiān)控，必要時采取相關的措施實施對周邊環(huán)境的保護。項目6基坑工程6.5基坑工程施工對周邊及環(huán)境的影響6.5.1基坑工程的環(huán)境效應基坑工程具有環(huán)境效應是指基坑開挖勢必引起周圍地基地下水位的變化和應力場的改變，導致周圍地基土體的變形，對周圍建（構）筑物和地下管線產生影響，嚴重的將危及其正常使用或安全。大量土方外運也將對交通和棄土點環(huán)境產生影響。

1.地下水位下降引起的環(huán)境效應基坑開挖對地下水的處理有兩條途徑：基坑降水和基坑止水。為保證施工作業(yè)面的需要，對基坑直接猩猩坑內降水或坑外降水或設置止水帷幕，隔斷坑外地下水，形成水頭差，錨桿施工可能發(fā)生溢水漏砂，降低地下水位引起的環(huán)境效應表現為：地面沉降、基坑坍塌、基土開裂。2.支護結構變形和位移引起的環(huán)境效應支護結構的變形主要表現為水平和豎向變形，當基坑開挖較淺時，支護結構主要為水平變位，隨著開挖深度的增加，土壓力增大，支護結構變位逐漸回復，地表變形范圍增大，最大變位量也增大，基坑深度再加深時，基坑應力釋放量增大，往往會在成地下支護結構發(fā)生變形和位移引起的環(huán)境效應表現形式為：基坑失穩(wěn)、基坑隆起和臨近建筑設施破壞。3.支護結構施工引起的環(huán)境效應支護結構施工的過程，一方面是對基坑采取安全防護的過程，另一方面是對基坑側壁和地質環(huán)境進行破壞的過程。支護結構施工引起的環(huán)境效應主要表現為：擠土效應、振動效應、環(huán)境化學效應。項目6基坑工程6.5基坑工程施工對周邊及環(huán)境的影響6.5.2基坑工程對周邊建筑物的影響基坑周圍的建筑物包括一般有：多層或高層建筑、地鐵車站、隧道等。基坑工程的施工，必定會對周圍建筑物產生一定影響?？赡墚a生的影響有以下幾方面：1.支護結構的設置和坑內土方開挖會使土體應力狀況改變并發(fā)生變形，引起基坑周邊緊鄰建筑物的不均勻沉降，出現裂縫和傾斜。2.放坡開挖時，由于地表水疏排不當，邊坡土體浸水飽和，強度急劇降低，使邊坡局部破壞或整體失穩(wěn)滑移，隨之破壞，而滑移區(qū)的建筑物則嚴重傾斜、下陷以致倒塌。當隔滲、降水措施不力或失效時，會發(fā)生基土滲流破壞，如基地管涌流土、側壁水土流失、土層掏空等，從而引起地面建筑物急劇沉降。當長時間、大幅度降低深層地下水時，會引起大面積的地面沉降，或是上層滯水、潛水排向基坑，水位降低，從而鄰近建筑物沉降、變形開裂。3.當支護結構突然失效，也會對相鄰建筑物產生影響。打、拔鋼管樁的噪聲、振動以及拔樁時，土體松動變形對周圍居民生活和建筑的影響也不容忽視。另外，采用擠土樁作為支護結構時，打樁施工也會給鄰近建筑物造成損害的可能。4.在超出地界設置錨桿、土釘等設施，會給鄰近場地已有或擬建的建筑物地基基礎造成危害或施工障礙。5.當采用噴錨支護時，在軟弱土層（淤泥、淤泥質土）施工過程中，會