第五章-深基坑支护.ppt

Slogan here第五章第五章 深基坑支护结构施工深基坑支护结构施工v一、深基坑工程的内容一、深基坑工程的内容v基坑土方开挖的施工工艺一般有两种：放坡基坑土方开挖的施工工艺一般有两种：放坡开挖（无支护开挖）和在支护体系保护下的开挖（无支护开挖）和在支护体系保护下的开挖（有支护开挖）。前者既简单又经济，开挖（有支护开挖）。前者既简单又经济，但需具备放坡开挖的条件，即基坑不太深而但需具备放坡开挖的条件，即基坑不太深而且具备基坑平面之外有足够的空间供放坡之且具备基坑平面之外有足够的空间供放坡之用。建筑密度很大的城市中心地带，往往不用。建筑密度很大的城市中心地带，往往不具备基坑放坡开挖的条件，所以只能采用支具备基坑放坡开挖的条件，所以只能采用支护结构保护下的垂直开挖或基本垂直开挖。护结构保护下的垂直开挖或基本垂直开挖。v深基坑支护概述深基坑支护概述2v在有支护开挖的情况下，基坑工程一般包在有支护开挖的情况下，基坑工程一般包括如下内容：括如下内容：v（1）基坑工程勘察；）基坑工程勘察；v（2）基坑支护结构的设计与施工；）基坑支护结构的设计与施工；v（3）控制基坑地下水位；）控制基坑地下水位；v（4）基坑土方工程的开挖与运输；）基坑土方工程的开挖与运输；v（5）基坑土方开挖过程中的工程监测；）基坑土方开挖过程中的工程监测；v（6）基坑周围的环境保护。）基坑周围的环境保护。3v（一）深基坑支护结构的作用（一）深基坑支护结构的作用v支护结构，通常作为临时性结构，当基础施工完毕即失去作用。有些支护结构的材料可以回收利用，如钢板桩和一些临时性的工具式支撑。也有一些支护结构属于永久支护，即可以作为基础结构的组成部分，例如地下连续墙一般可以作为复合式地下室外墙。v不管是哪一类支护结构，均具有挡土、挡水和保护环境的作用，保护基础工程在施工安全的前提下，尽力做到经济合理和便于施工。v第一节、深基坑支护分类与选型第一节、深基坑支护分类与选型45常常用用的的支支护护结结构构体体系系排桩式排桩式土钉墙土钉墙喷锚支护喷锚支护钢管桩钢管桩挖孔灌注桩挖孔灌注桩钢板桩钢板桩板墙式板墙式板桩式板桩式组合式组合式粉体喷射注浆桩墙粉体喷射注浆桩墙钻孔灌注桩钻孔灌注桩高压喷射注浆桩墙高压喷射注浆桩墙深层搅拌水泥土桩墙深层搅拌水泥土桩墙逆作拱墙式逆作拱墙式边坡稳定式边坡稳定式排桩与板墙式排桩与板墙式水泥挡土墙式水泥挡土墙式现浇地下连续墙现浇地下连续墙灌注桩与灌注桩与水泥土桩结合水泥土桩结合加筋水泥土围护墙加筋水泥土围护墙型钢横挡板型钢横挡板支护结构主要由支护结构主要由围护墙围护墙和和支撑体系支撑体系组成。组成。加筋水泥土墙加筋水泥土墙66深基坑的支护深基坑的支护深基坑支护的基本要求：确保支护结构能起挡土作用，基坑边坡保持稳定；确保相邻的建（构）筑物、道路、地下管线的安全，不因土体的变形、沉陷、坍塌受到危害；通过排水降水等措施，确保基础施工在地下水位以上进行。在支护结构设计中首先要考虑周边环境的保护，其次要满足本工程地下结构施工的要求，再则应尽可能降低造价、便于施工。上上海海环环球球金金融融中中心心基基础础施施工工地地铁铁车车站站的的深深基基坑坑支支护护支护结构选型表支护结构选型表（二）支护结构选型（二）支护结构选型781、排桩墙支护 基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制而不能采用搅拌桩支护，开挖深度在610米左右时，即可采用排桩支护。排桩支护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩。（1）排桩墙的平面布置形式柱列式排桩支护柱列式排桩支护连续排桩支护连续排桩支护组合式排桩支护组合式排桩支护连续排桩支护连续排桩支护连续排桩支护连续排桩支护连续排桩支护连续排桩支护2024/5/22 周三9（2）排桩墙结构形式 无支撑支护结构 单支撑支护结构 多支撑支护结构（3）排桩墙设计计算（见教材P22）（4）排桩墙施工（5）排桩墙施工检测2024/5/22 周三10（1）挡土灌注桩支护挡土灌注桩支护适于开挖面积适于开挖面积适于开挖面积适于开挖面积大、深度大于大、深度大于大、深度大于大、深度大于6m6m6m6m、不允许放、不允许放、不允许放、不允许放坡、邻近有建坡、邻近有建坡、邻近有建坡、邻近有建（构）筑物的（构）筑物的（构）筑物的（构）筑物的基坑支护。基坑支护。基坑支护。基坑支护。开挖前在基坑周围设置砼灌注桩，桩的排列有间隔式、双排式和连续式，桩顶设置砼连系梁或锚桩、拉杆。施工方便、安全度好、费用低。缺点：止水性差。为防止水土流失，也可在灌注桩之间加粉喷桩。深基坑的间隔式排桩支护深基坑的间隔式排桩支护2024/5/22 周三11（2）挡土灌注桩与土层锚杆结合支护挡土灌注桩与土层锚杆结合支护适于大型较深适于大型较深基坑基坑,施工期较施工期较长长,邻近有建筑邻近有建筑物物,不允许支护不允许支护,邻近地基邻近地基不允不允许许有下沉位移有下沉位移时使用时使用 桩顶不设锚桩、拉杆，而是挖至一定深度，每隔一定距离向桩背面斜向打入锚杆，达到强度后，安上横撑，拉紧固定，在桩中间挖土，直至设计深度。深基坑的间隔式排桩支护深基坑的间隔式排桩支护桩顶连系梁桩顶连系梁悬臂支护桩悬臂支护桩锚杆及横撑锚杆及横撑2024/5/22 周三二、地下连续墙施工二、地下连续墙施工1、地下连续墙概述、地下连续墙概述地下连续墙施工工艺，是在工程开挖土方之前，用特制的挖槽机械在泥浆（又称触变泥浆、安定液、稳定液等）护壁的情况下每次开挖一定长度（一个单元槽段）的沟槽，待开挖至设计深度并清除沉淀下来的泥渣后，把地面上加工好的钢筋骨架（一般称为钢筋笼）用起重机械吊放入充满泥浆的沟槽内，用导管向沟槽内浇筑混凝土。混凝土由沟槽底部开始逐渐向上浇筑，并将泥浆置换出来，待混凝土浇至设计标高后，一个单元槽段即施工完毕。各个单元槽段之间由特制的接头连接，形成连续的地下钢筋混凝土墙。12v若地下连续墙为封闭状，则基坑开挖后，地下连续墙既可挡土又可防水，为地下工程施工提供条件。地下连续墙也可以作为建筑的外墙承重结构，两墙合一，则大大提高了施工的经济效益。在某些条件下，地下连续墙与“逆筑法”技术共同使用是深基础很有效的施工方法，会大大提高施工的工效。13v2、地下连续墙的特点地下连续墙的特点v（一）地下连续墙的优点（一）地下连续墙的优点1.减少工程施工对环境的影响。施工时振动少，噪音低；能减少工程施工对环境的影响。施工时振动少，噪音低；能够紧邻相邻的建筑物及地下管线施工，对沉降及变位较易控够紧邻相邻的建筑物及地下管线施工，对沉降及变位较易控制；制；v2.地下连续墙的墙体刚度大、整体性好，结构变形小，既可地下连续墙的墙体刚度大、整体性好，结构变形小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构；用于超深围护结构，也可用于主体结构；v3.地下连续墙为整体连续结构，加上现浇墙壁厚度一般地下连续墙为整体连续结构，加上现浇墙壁厚度一般60cm，钢筋保护层较大，耐久性好，抗渗性能也较好；，钢筋保护层较大，耐久性好，抗渗性能也较好；v4.可实行逆筑法施工，有利于施工安全，加快施工速度，降可实行逆筑法施工，有利于施工安全，加快施工速度，降低造价。低造价。v5.适用于多种地基条件。地下连续墙对地基的适用范围很广，适用于多种地基条件。地下连续墙对地基的适用范围很广，从软弱的冲积地层到中硬的地层、密实的砂砾层等地基都可从软弱的冲积地层到中硬的地层、密实的砂砾层等地基都可以建造地下连续墙。以建造地下连续墙。v6.占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间。占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间。14v（二）地下连续墙的缺点（二）地下连续墙的缺点v1.弃土及废泥浆的处理。除增加工程费用外，若处弃土及废泥浆的处理。除增加工程费用外，若处理不当，会造成新的环境污染；理不当，会造成新的环境污染；v2.地质条件和施工的适应性。地下连续墙最适应的地质条件和施工的适应性。地下连续墙最适应的地层为软塑、可塑的粘性土层。当地层条件复杂地层为软塑、可塑的粘性土层。当地层条件复杂时，还会增加施工难度和影响工程造价；时，还会增加施工难度和影响工程造价；v3.地下连续墙只是用作基坑支护结构，则造价较高，地下连续墙只是用作基坑支护结构，则造价较高，不够经济。不够经济。v4.需进一步研究提高地下连续墙墙身接缝处抗渗、需进一步研究提高地下连续墙墙身接缝处抗渗、抗漏能力；提高施工精度和墙身垂直度的方法和抗漏能力；提高施工精度和墙身垂直度的方法和措施。措施。15v（三）地下连续墙的适用条件（三）地下连续墙的适用条件v地下连续墙是一种比钻孔灌筑桩和深层搅拌桩造价地下连续墙是一种比钻孔灌筑桩和深层搅拌桩造价昂贵的结构形式，其在基础工程中的适用条件有：昂贵的结构形式，其在基础工程中的适用条件有：v1.基坑深度基坑深度10m；v2.软土地基或砂土地基软土地基或砂土地基；v3.在密集的建筑群中施工基坑，对周围地面沉降、建在密集的建筑群中施工基坑，对周围地面沉降、建筑物的沉降要求须严格限制时，宜用地下连续墙；筑物的沉降要求须严格限制时，宜用地下连续墙；v4.围护结构与主体结构相结合，用作主体结构的一部围护结构与主体结构相结合，用作主体结构的一部分，对抗渗有较严格要求时，宜用地下连续墙；分，对抗渗有较严格要求时，宜用地下连续墙；v5.采用逆筑法施工，地下室外墙的内衬与地下钢筋混采用逆筑法施工，地下室外墙的内衬与地下钢筋混凝土连续墙护壁形成复合结构的工程。凝土连续墙护壁形成复合结构的工程。16v（四）地下连续墙的分类（四）地下连续墙的分类v地下连续墙按其填筑的材料，分为土质墙、混凝土墙、钢筋混凝土墙（现浇和预制）和组合墙（预制钢筋混凝土墙板和现浇混凝土的组合，或预制钢筋混凝土墙板和自凝水泥膨润土泥浆的组合）；按其成墙方式，分为桩排式、壁板式、桩壁组合式；按其用途，分为临时挡土墙、防渗墙、用作主体结构兼作临时挡土墙的地下连续墙。v1.桩排式地下连续墙，实际就是钻孔灌注桩并排连接所形成的地下连续墙。其设计与施工可归类于钻孔灌注桩，本章不作详细讨论。v2.壁板式地下连续墙，采用专用设备，利用泥浆护壁在地下开挖深槽，水下浇筑混凝土，形成地下连续墙。如图3-32所示。v3.桩壁组合式地下连续墙，即将上述桩排式和壁板式地下连续墙组合起来使用的地下连续墙。1718193、水泥土墙支护（重力式支护结构）（1）组成和特点 水泥土搅拌桩（或称深层搅拌桩）：是重力式围护墙，利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质水泥加固土。水泥土墙宜用：于坑深6m；基坑侧壁安全等级为二、三级；地基土承载力150kPa的情况。水泥土墙的优缺点：优点：由于坑内无支撑，便于机械化快速挖土；挡土又防渗，比较经济。缺点：不宜用于深基坑；位移相对较大；墙体厚度大，有时受周围环境限制。2024/5/22 周三20 高压喷射旋喷桩 是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基达到加固。特点：施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。适用：高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、粘性土、黄土、碎石土等地基。2024/5/22 周三21水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩2024/5/22 周三22南京市级机关33层住宅楼，地下室一层，挖深6m，水泥土搅拌桩支护技术23 塔架式 桅杆式 履带式24 天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉(亦称砂浆锚杆)并与喷射砼面板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙，以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。4、土钉墙支护土钉墙支护钻钻 孔孔 插筋、注浆插筋、注浆 铺设钢筋网铺设钢筋网 喷射砼护面喷射砼护面土钉墙支护土钉墙支护2024/5/22 周三25（1）土钉墙的组成和特点 原理：土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密的细长杆件钉置于原位土体中,并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作,形成复合土体。利用复合土体的自稳达到支护目的。组成：螺纹钢筋+灌浆a a）土钉剖面）土钉剖面 b b）土钉面层喷锚）土钉面层喷锚 c c）土钉节点）土钉节点2024/5/22 周三26 土钉施工 土钉墙适用条件：土钉墙适用条件：地下水低于地下水低于土坡开挖段或经过降水措施后使地土坡开挖段或经过降水措施后使地下水位低于开挖层的情况。适用于下水位低于开挖层的情况。适用于有有粘性土、粉性土、含有粘性土、粉性土、含有30%30%上粘上粘土颗粒的砂土边坡土颗粒的砂土边坡。常用于常用于开挖深度不大、周围相开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护。求不高的基坑支护。土钉墙特点：土钉墙特点：（1 1）形成土钉复合体、形成土钉复合体、显著提显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力。的能力。（2 2）施工设备简单施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加预应力所以设备简单。长度小的多，不加预应力所以设备简单。（3 3）随基坑开挖逐层分段开挖作业，随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或不占或少占单独作业时间少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短。，施工效率高，占用周期短。（4 4）施工不需单独占用场地施工不需单独占用场地，对现场狭小，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。（5 5）土钉墙土钉墙成本费成本费较其他支护结构显著降低。较其他支护结构显著降低。（6 6）施工噪音、振动小施工噪音、振动小，不影响环境。，不影响环境。（7 7）土钉墙本身土钉墙本身变形很小变形很小，对相邻建筑物影，对相邻建筑物影响不大。响不大。2024/5/22 周三272024/5/22 周三282024/5/22 周三除去前面介绍的几种比较常用高层建筑深基坑支护形式外，除去前面介绍的几种比较常用高层建筑深基坑支护形式外，还有几种支护结构形式在某些工程中应用。还有几种支护结构形式在某些工程中应用。一、一、SMW工法工法（一）（一）SMW工法工艺原理工法工艺原理SMW是是Soil Mixing Wall的缩写。的缩写。SMW工法连续墙于工法连续墙于1976年在日本问世。年在日本问世。SMW工法是以多轴型钻掘搅拌机在工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体（图定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体（图3-97）。）。5、其他支护结构介绍、其他支护结构介绍2024/5/22 周三292024/5/22 周三30（二）（二）SMW工法施工工艺工法施工工艺SMW工法施工顺序如下：工法施工顺序如下：1.导沟开挖：确定是否有障碍物及做泥水沟。导沟开挖：确定是否有障碍物及做泥水沟。2.置放导轨。置放导轨。3.设定施工标志。设定施工标志。4.SMW钻拌：钻掘及搅拌，重复搅拌，提升时钻拌：钻掘及搅拌，重复搅拌，提升时搅拌。搅拌。5.置放应力补强材（置放应力补强材（H型钢）。型钢）。6.固定应力补强材。固定应力补强材。7.施工完成施工完成SMW。2024/5/22 周三31（三）（三）SMW工法主要特点工法主要特点1.施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉、房屋施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。2.钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点，随着钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系强化剂与土得到充分钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌，而且墙体全长无接缝，从而使它可比传统的连续搅拌，而且墙体全长无接缝，从而使它可比传统的连续墙具有更可靠的止水性，其渗透系数墙具有更可靠的止水性，其渗透系数K可达可达10-7cm/s。3.它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、100以上卵石以上卵石及单轴抗压强度及单轴抗压强度60MPa以下的岩层应用。以下的岩层应用。4.可成墙厚度可成墙厚度5501300mm,常用厚度常用厚度600mm；成墙最；成墙最大深度目前为大深度目前为65m,视地质条件尚可施工至更深。视地质条件尚可施工至更深。5.所需工期较其他工法为短，在一般地质条件下，每一所需工期较其他工法为短，在一般地质条件下，每一台班可成墙台班可成墙7080。6.废土外运量远比其他工法为少。废土外运量远比其他工法为少。2024/5/22 周三32二、旋喷桩挡墙二、旋喷桩挡墙 旋喷桩兴起于二十世纪七十年代的高压喷射注浆法，旋喷桩兴起于二十世纪七十年代的高压喷射注浆法，八、九十年代在全国得到全面发展和应用。实践证八、九十年代在全国得到全面发展和应用。实践证明此法对处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙明此法对处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等有良好的效果。土、人工填土和碎石土等有良好的效果。旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基达到加固。固结体，从而使地基达到加固。2024/5/22 周三332024/5/22 周三34三、逆作拱墙三、逆作拱墙当基坑平面形状适合时，可采用拱墙作为围护墙。拱当基坑平面形状适合时，可采用拱墙作为围护墙。拱墙有圆形闭合拱墙、椭圆形闭合拱墙和组合拱墙。对墙有圆形闭合拱墙、椭圆形闭合拱墙和组合拱墙。对于组合拱墙，可将局部拱墙视为两铰拱。于组合拱墙，可将局部拱墙视为两铰拱。拱墙截面宜为拱墙截面宜为z字型字型(图图3-99)，拱壁的上、下端宜加肋，拱壁的上、下端宜加肋梁梁(图图3-99a)；当基坑较深，一道；当基坑较深，一道z字型拱墙不够时，可字型拱墙不够时，可由数道拱墙叠合组成由数道拱墙叠合组成(图图3-99b)，或沿拱墙高度设置数，或沿拱墙高度设置数道肋梁道肋梁(图图3-99c)，肋梁竖向间距不宜小于，肋梁竖向间距不宜小于2.5m。亦可。亦可不加设肋梁而用加厚肋壁不加设肋梁而用加厚肋壁(图图3-99d)的办法解决。的办法解决。2024/5/22 周三352024/5/22 周三36圆形拱墙壁厚不宜小于圆形拱墙壁厚不宜小于400mm，其他拱墙壁厚不，其他拱墙壁厚不宜小于宜小于500mm。混凝土强度等级不宜低于。混凝土强度等级不宜低于C25。拱墙水平方向应通长双面配筋，钢筋总配筋率不拱墙水平方向应通长双面配筋，钢筋总配筋率不小于小于0.7。拱墙在垂直方向应分道施工，每道施工高度视土拱墙在垂直方向应分道施工，每道施工高度视土层直立高度而定，不宜超过层直立高度而定，不宜超过2.5m。待上道拱墙合。待上道拱墙合拢且混凝土强度达到设计强度的。拢且混凝土强度达到设计强度的。70后，才可后，才可进行下道拱墙施工。上下两道拱墙的竖向施工缝进行下道拱墙施工。上下两道拱墙的竖向施工缝应错开，错开距离不宜小于应错开，错开距离不宜小于2m。拱墙宜连续施工，。拱墙宜连续施工，每道拱墙施工时间不宜超过每道拱墙施工时间不宜超过36h。逆作拱墙宜用于基坑侧壁安全等级为三级者；淤逆作拱墙宜用于基坑侧壁安全等级为三级者；淤泥和淤泥质土场地不宜应用；拱墙轴线的矢跨比泥和淤泥质土场地不宜应用；拱墙轴线的矢跨比不宜小于不宜小于l8；基坑深度不宜大于；基坑深度不宜大于12m；地下水位；地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。2024/5/22 周三37 随着基坑深度的增加，悬臂挡墙在强度和变形方面不随着基坑深度的增加，悬臂挡墙在强度和变形方面不能满足要求时，可在坑内加设支撑或坑外拉锚。能满足要求时，可在坑内加设支撑或坑外拉锚。支撑结构可承受挡墙所传递的土压力、水压力，它受力合支撑结构可承受挡墙所传递的土压力、水压力，它受力合理、安全可靠、能有效地控制围护墙的变形，减少围护构理、安全可靠、能有效地控制围护墙的变形，减少围护构件跨度，降低内力和变形，使支护体系造价经济、受力合件跨度，降低内力和变形，使支护体系造价经济、受力合理。但是，内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支理。但是，内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。采用坑外模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。采用坑外拉锚（如土锚），虽然坑内施工无任何阻挡，但软土地区拉锚（如土锚），虽然坑内施工无任何阻挡，但软土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定的长度，在建筑物密土锚的变形较难控制，且土锚有一定的长度，在建筑物密集地区若超出红线需专门申请。土质较好的地区，易优先集地区若超出红线需专门申请。土质较好的地区，易优先发展土锚；软土地区，易优先采用内支撑。发展土锚；软土地区，易优先采用内支撑。一、支撑体系选型一、支撑体系选型2024/5/22 周三38 支护结构的内支撑体系包括腰梁或冠梁（围支护结构的内支撑体系包括腰梁或冠梁（围檩）、支撑、立柱。腰梁固定在围护墙上，将檩）、支撑、立柱。腰梁固定在围护墙上，将围护墙承受的侧压力传给支撑（纵、横两个方围护墙承受的侧压力传给支撑（纵、横两个方向）。支撑是受压构件，长度超过一定限度时向）。支撑是受压构件，长度超过一定限度时稳定性不好，所以中间需要加设立柱，立柱下稳定性不好，所以中间需要加设立柱，立柱下端需稳固，立柱插入工程桩内，实在对不准工端需稳固，立柱插入工程桩内，实在对不准工程桩，只得另外专门设置桩（灌注桩）。程桩，只得另外专门设置桩（灌注桩）。2024/5/22 周三39（一）支撑体系结构型式（一）支撑体系结构型式支撑体系按其受力可以分为单跨压杆式支撑、多跨压杆式支撑体系按其受力可以分为单跨压杆式支撑、多跨压杆式支撑、双向多跨压杆式支撑、水平桁架式支撑、水平框架支撑、双向多跨压杆式支撑、水平桁架式支撑、水平框架式支撑、大直径环梁及边桁架相结合的支撑和斜撑等类型。式支撑、大直径环梁及边桁架相结合的支撑和斜撑等类型。这些支撑系统在实践中都有各自的特点和不足之处。常见这些支撑系统在实践中都有各自的特点和不足之处。常见的内支撑结构形式有以下几种：的内支撑结构形式有以下几种：（1）单跨压杆式支撑（图）单跨压杆式支撑（图3-14（a）。当基坑平面呈窄）。当基坑平面呈窄长条状、短边的长度不很大时，所用支撑杆件在该长度下长条状、短边的长度不很大时，所用支撑杆件在该长度下的极限承载力尚能满足支护系统的需要，则采用这个形式的极限承载力尚能满足支护系统的需要，则采用这个形式具有受力明确、设计简洁、施工安装灵活方便等优点。具有受力明确、设计简洁、施工安装灵活方便等优点。（2）多跨压杆式支撑（图）多跨压杆式支撑（图3-14（b）。当基坑平面尺寸）。当基坑平面尺寸较大，所用支撑杆件在基坑短边长度下的极限承载力尚不较大，所用支撑杆件在基坑短边长度下的极限承载力尚不能满足支护系统的要求时，就需要在支撑杆件中部加设若能满足支护系统的要求时，就需要在支撑杆件中部加设若干支点，给水平支撑杆加设垂直支点，就组成了多跨压杆干支点，给水平支撑杆加设垂直支点，就组成了多跨压杆式的支撑系统。这种形式的支撑受力也较明确，施工安装式的支撑系统。这种形式的支撑受力也较明确，施工安装较单跨压杆式来得复杂。较单跨压杆式来得复杂。2024/5/22 周三40 a单跨压杆式支撑 b多跨压杆式支撑图3-14支撑结构示意图2024/5/22 周三41支撑体系的布置形式在基坑工程中是技术要求较高支撑体系的布置形式在基坑工程中是技术要求较高的一项设计，支撑体系布置设计应考虑以下要求：的一项设计，支撑体系布置设计应考虑以下要求：1.能够因地制宜合理选定支撑材料和支撑体系布置能够因地制宜合理选定支撑材料和支撑体系布置形式，使其综合技术经济指标得以优化；形式，使其综合技术经济指标得以优化；2.支撑体系受力明确，充分协调发挥各杆件的力学支撑体系受力明确，充分协调发挥各杆件的力学性能，安全可靠，经济合理、能够在稳定性和控制性能，安全可靠，经济合理、能够在稳定性和控制变形方面满足对周围环境保护的设计标准要求；变形方面满足对周围环境保护的设计标准要求；3.支撑体系布置能在安全可靠的前提下，最大限度支撑体系布置能在安全可靠的前提下，最大限度地方便土方开挖和主体结构的快速施工要求。地方便土方开挖和主体结构的快速施工要求。（二）内支撑体系的布置形式（二）内支撑体系的布置形式2024/5/22 周三42常用支撑体系的布置形式2024/5/22 周三43图3-15 常用支撑体系的布置形式2024/5/22 周三44二、支撑体系的合理布置要点二、支撑体系的合理布置要点内支撑体系布置时一般应注意以下几内支撑体系布置时一般应注意以下几点要求：点要求：1.支撑材料和类型支撑材料和类型2.支撑道数支撑道数3.支撑体系的平面布置支撑体系的平面布置4.支撑立柱桩支撑立柱桩2024/5/22 周三45六、深基坑支护结构设计荷载六、深基坑支护结构设计荷载作用在支护结构上的荷载包括主动土压力、静水作用在支护结构上的荷载包括主动土压力、静水压力，以及由地面堆载、车辆、临近建筑物自重压力，以及由地面堆载、车辆、临近建筑物自重和施工机械等产生的压力。和施工机械等产生的压力。2024/5/22 周三462024/5/22 周三472024/5/22 周三482024/5/22 周三492024/5/22 周三5051深基坑支护结构设计程序深基坑支护结构设计程序1 1、收集资料、收集资料2 2、确定维护体系形式、确定维护体系形式3 3、对维护体系进行优化设计、对维护体系进行优化设计4 4、监测方案设计、监测方案设计5 5、设计审查、设计审查深基坑工程的若干事故实例深基坑工程的若干事故实例地下连续墙围护结构的垮塌地下连续墙围护结构的垮塌钢支撑的失稳钢支撑的失稳工程桩的倾斜工程桩的倾斜采用拱圈结构深基坑的垮塌采用拱圈结构深基坑的垮塌土钉墙的垮塌土钉墙的垮塌2024/5/22 周三522024/5/22 周三532024/5/22 周三542024/5/22 周三552024/5/22 周三562024/5/22 周三572024/5/22 周三582024/5/22 周三592024/5/22 周三602024/5/22 周三612024/5/22 周三62基坑工程的失效模式基坑工程的失效模式l1.整体失稳整体失稳 l2.坑底隆起坑底隆起 l3.围护结构倾覆失稳围护结构倾覆失稳 l4.围护结构滑移失稳围护结构滑移失稳 l5.围护结构底部地基承载力失稳围护结构底部地基承载力失稳 l6.6.“踢脚踢脚”失稳失稳 l7.止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏l8.围护结构的结构性破坏围护结构的结构性破坏l9.支、锚体系失稳破坏支、锚体系失稳破坏63整体失稳整体失稳l整体失稳是指在土体中形成了滑动面，整体失稳是指在土体中形成了滑动面，围护结构连同基坑外侧及坑底的土体一围护结构连同基坑外侧及坑底的土体一起丧失稳定性，一般的失稳形态是围护起丧失稳定性，一般的失稳形态是围护结构的上部向坑外倾倒，围护结构的底结构的上部向坑外倾倒，围护结构的底部向坑内移动，坑底土体隆起，坑外地部向坑内移动，坑底土体隆起，坑外地面下陷。面下陷。6465坑底隆起坑底隆起l坑底隆起是指坑底土体产生向上的塑性变形。坑底隆起是指坑底土体产生向上的塑性变形。基坑开挖以后，坑底向上位移的原因有两种，基坑开挖以后，坑底向上位移的原因有两种，一是卸载引起的一是卸载引起的回弹回弹，其数值较小；另一种，其数值较小；另一种是在开挖引起的压力差作用下土体中产生的是在开挖引起的压力差作用下土体中产生的塑性变形塑性变形，这种变形如果数量较大，表示土，这种变形如果数量较大，表示土体中的塑流已经比较严重，如果围护结构和体中的塑流已经比较严重，如果围护结构和内支撑能形成整体性好的体系，则塑流仅引内支撑能形成整体性好的体系，则塑流仅引起坑外地面下沉，影响环境安全；如果是自起坑外地面下沉，影响环境安全；如果是自立式结构或节点强度差的支撑体系，隆起可立式结构或节点强度差的支撑体系，隆起可能是整体失稳的前兆；如果稳定性不能得到能是整体失稳的前兆；如果稳定性不能得到有效的控制，就会发生整体性失稳。有效的控制，就会发生整体性失稳。6667围护结构倾覆失稳围护结构倾覆失稳l围护结构的倾覆失稳主要发生在重力式结构或围护结构的倾覆失稳主要发生在重力式结构或悬臂式围护结构，重力式结构在坑外主动土压悬臂式围护结构，重力式结构在坑外主动土压力的作用下，围护结构绕其下部的某点转动，力的作用下，围护结构绕其下部的某点转动，围护结构的顶部向坑内倾倒围护结构的顶部向坑内倾倒。抵抗倾覆失稳的。抵抗倾覆失稳的力矩主要由围护结构自身的重力形成，坑底的力矩主要由围护结构自身的重力形成，坑底的被动抗力也是构成抵抗力矩的因素。关于转动被动抗力也是构成抵抗力矩的因素。关于转动中心的位置有不同的看法，传统的方法是将中心的位置有不同的看法，传统的方法是将转转动中心放在围护结构的前趾动中心放在围护结构的前趾，但也有认为绕前，但也有认为绕前趾上面或下面的某一点转动比较合理，特别的趾上面或下面的某一点转动比较合理，特别的软土地区由于基底土比较软弱，在力矩作用下软土地区由于基底土比较软弱，在力矩作用下前趾有下沉的可能前趾有下沉的可能。6869围护结构滑移失稳围护结构滑移失稳l围护结构的滑移失稳亦主要发生在重力围护结构的滑移失稳亦主要发生在重力式结构中，在坑外主动土压力的作用下，式结构中，在坑外主动土压力的作用下，围护结构向坑内平移围护结构向坑内平移。抵抗滑移的阻力。抵抗滑移的阻力主要由围护体底面的摩阻力以及内侧的主要由围护体底面的摩阻力以及内侧的被动土压力构成。当坑底土软弱或围护被动土压力构成。当坑底土软弱或围护结构底部的地基土软化时，墙体发生滑结构底部的地基土软化时，墙体发生滑移失稳。移失稳。70围护结构底部地基承载力失稳围护结构底部地基承载力失稳l重力式围护结构的底面压力过大，地基重力式围护结构的底面压力过大，地基承载力不足引起的失稳。承载力不足引起的失稳。由于在围护结由于在围护结构的外侧还作用着土压力，因此其合力构的外侧还作用着土压力，因此其合力是倾斜的。在倾斜荷载作用下，地基土是倾斜的。在倾斜荷载作用下，地基土发生向坑内的挤出，围护结构产生不均发生向坑内的挤出，围护结构产生不均匀的沉降，可能导致部分围护结构的开匀的沉降，可能导致部分围护结构的开裂损坏裂损坏。7172“踢脚踢脚”失稳失稳 l在单支撑的基坑中，可能发生在单支撑的基坑中，可能发生挠支撑点挠支撑点转动转动，围护结构上部向坑外倾倒，围护，围护结构上部向坑外倾倒，围护结构的下部向上翻的失稳模式，故形象结构的下部向上翻的失稳模式，故形象地称为地称为“踢脚踢脚”失稳。在多支撑的围护失稳。在多支撑的围护结构中一般不会产生踢脚失稳，除非其结构中一般不会产生踢脚失稳，除非其它支撑都已失效，只有一道支撑起作用它支撑都已失效，只有一道支撑起作用的情况。的情况。7374止水帷幕功能失效和坑底渗透变止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏形破坏l 止水帷幕丧失挡水功能，产生止水帷幕丧失挡水功能，产生渗漏、涌水、流渗漏、涌水、流土或流砂土或流砂。由于水土流失使基坑外地面下沉、。由于水土流失使基坑外地面下沉、塌陷，导致邻近建筑物的开裂和损坏。引起围塌陷，导致邻近建筑物的开裂和损坏。引起围护结构止水帷幕功能失效的主要原因是施工因护结构止水帷幕功能失效的主要原因是施工因素，其次是设计因素和材料的因素。由于施工素，其次是设计因素和材料的因素。由于施工质量低劣，止水帷幕有空洞或裂缝，成为漏水质量低劣，止水帷幕有空洞或裂缝，成为漏水的通道是最普遍的现象；止水帷幕设计过短，的通道是最普遍的现象；止水帷幕设计过短，没有全部切断透水层也是漏水的可能原因。没有全部切断透水层也是漏水的可能原因。75l由于止水帷幕失效产生过大的水力坡降由于止水帷幕失效产生过大的水力坡降引起坑底引起坑底渗透变形破坏渗透变形破坏。坑内采用排水。坑内采用排水或降水措施后，造成了坑内外的水头差，或降水措施后，造成了坑内外的水头差，地下水在水头差的作用下向坑内渗流，地下水在水头差的作用下向坑内渗流，在渗流出口处土的细颗粒被带出，或土在渗流出口处土的细颗粒被带出，或土颗粒处于悬浮状态涌出。这种由渗透引颗粒处于悬浮状态涌出。这种由渗透引起的破坏因破坏机理不同而有不同的名起的破坏因破坏机理不同而有不同的名称，如管涌、流砂或流土。如不及时制称，如管涌、流砂或流土。如不及时制止，由渗透变形引起的坑外土体的位移止，由渗透变形引起的坑外土体的位移和陷落是严重的。和陷落是严重的。76777879围护结构的结构性破坏围护结构的结构性破坏 围护结构的结构性破坏是指围护体本身发生围护结构的结构性破坏是指围护体本身发生开裂、开裂、折断、剪断或压屈折断、剪断或压屈，致使结构失去了承载能力的破，致使结构失去了承载能力的破坏模式。坏模式。l结构性损坏的原因可能是方案性的错误，如支撑体结构性损坏的原因可能是方案性的错误，如支撑体系不当或围护结构不闭合；也可能是设计计算时荷系不当或围护结构不闭合；也可能是设计计算时荷载估计不足或结构材料强度估计过高，支撑或围檩载估计不足或结构材料强度估计过高，支撑或围檩截面不足导致破坏；此外，结构节点处理不当，也截面不足导致破坏；此外，结构节点处理不当，也会因局部失稳而引起整体破坏，特别在钢支撑体系会因局部失稳而引起整体破坏，特别在钢支撑体系中，节点多，加工与安装质量不易控制。节点处理中，节点多，加工与安装质量不易控制。节点处理包括支撑和墙体的连接处，如不设置围檩或连接强包括支撑和墙体的连接处，如不设置围檩或连接强度不够。度不够。808182支、锚体系失稳破坏支、锚体系失稳破坏l支锚体系的失稳破坏包括两种不同的破坏模支锚体系的失稳破坏包括两种不同的破坏模式。锚杆的破坏主要表现为式。锚杆的破坏主要表现为锚杆的拔出、断锚杆的拔出、断裂或预应力松弛裂或预应力松弛，土锚的破坏大多是局部的，土锚的破坏大多是局部的，群锚的破坏实际上是土体的失稳而并非是锚群锚的破坏实际上是土体的失稳而并非是锚杆的结构性破坏；支撑的失稳很可能是整体杆的结构性破坏；支撑的失稳很可能是整体性的，其形态因体系不同而不同，支撑体系性的，其形态因体系不同而不同，支撑体系大多是超静定的，局部的破坏会造成整体的大多是超静定的，局部的破坏会造成整体的失稳，尤其是钢支撑体系，局部节点的失效失稳，尤其是钢支撑体系，局部节点的失效概率比较大。概率比较大。83848586基坑设计的表达式及设计原则基坑设计的表达式及设计原则l基基坑坑设设计计由由两两部部分分组组成成，一一部部分分是是涉涉及及土土体体稳稳定定性性的的验验算算；另另一一部部分分是是围围护护结结构构、支支撑撑或或锚锚