深基坑支护设计研究.pptx

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1、1,中粮置地规划设计部华润对标小组 时代明、孟莹莹、石学丽、钱隆健2012.10,华 润 对 标 研 究 报 告,深基坑支护设计研究2013年5月,深基坑工程在项目建设中是一个事故多发，造价较高的领域。随着我司涉及深基坑的项目逐渐增多，对如何在确保基坑安全的基础上，合理控制工程造价，做好深基坑的支护设计就凸显出重要的现实意义。本文从深基坑的特点出发，重点阐述了支护设计的内容、影响因素和原则，常用支护形式以及部分典型基坑事故案例分析。供城市公司参考，欢迎指正。,前 言,2,目 录,3,一、深基坑的概念和特点二、深基坑支护设计内容三、深基坑支护设计主要影响因素分析四、深基坑支护设计重要原则五、常用

2、支护形式六、深基坑事故案例及分析,一、深基坑的概念及特点,4,根据建设部2009年印发的87号文危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知规定：深基坑是指开挖深度超过5m（含5m）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5m，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程,工程勘察 围护结构设计 围护结构施工 地下水控制 基坑监测 土方挖填,深基坑的概念,深基坑工程的内容,烟台大悦城基坑,1、基坑支护体系一般是临时结构 安全储备较小，具有较大的风险性；施工过程应监测；对设计、施工、管理要求高2、岩土工程条件有很强的区域性 工程地质条件差异性大：如软粘土地基、黄土地基等，有时同一城市不同区域也有

3、差异 水文地质条件差异性大：要因地制宜，根据本地情况进行3、周边场地条件影响大 相邻建筑物和地下管线的位置，抵御变形的能力、重要性，以及周围场地状况对基坑设计及施工影响巨大。有时保护相邻建筑物和市政设施的安全是基坑设计与施工的关键4、具有很强的时空效应 深基坑的空间大小和平面形状对基坑支护体系的稳定性和变形有较大影响。土的蠕变性导致变形增大，抗剪强度降低，具有时间效应,5,一、深基坑的概念及特点,深基坑工程的特点,5、综合性强 需要岩土工程知识，结构工程知识，土力学理论（稳定变形渗流）、工程监测、施工技术的综合6、系统性强 支护结构设计、支护结构施工、土方开挖、地下结构施工是一个系统工程。不合

4、理的土方开挖、步骤和速度可能导致主体结构桩基变位、支护结构过大的变形，甚至引起支护体系失稳而导致破坏7、对环境影响较大 深基坑开挖势必引起周围地基地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对周围建（构）筑物和地下管线产生影响，严重的将危及其正常使用或安全,6,一、深基坑的概念及特点,深基坑工程的特点,支护方案综合比选（依据场地工程地质、水文地质、用地红线、周边环境、地下结构施工图等资料）基坑支护结构和支护体系的稳定和变形设计计算 地下水控制体系的设计计算 基坑工程施工环境效应评估 提出基坑挖土施工组织要求 提出基坑工程监测要求以及相关报警值 提出处理突发状况的应急措施的要求,7,支

5、护设计基本内容,二、深基坑支护设计内容,基坑支护设计依据工程概况和周围环境条件分析工程地质和水文地质条件分析基坑支护方案比选，确定支护形式支护体系设计计算（设计参数的选用说明、计算方法说明、计算结果并附图）基坑支护体系设计图纸（基坑总平面图、典型地质剖面图、支护结构和地下水控制施工详图、监测方案图）基坑工程施工要求（支护结构和止水帷幕施工要求、基坑降水要求、基坑挖土施工组织要求等）监测内容、要求及相关的报警值应急措施等,8,支护设计完成文件,二、深基坑支护设计内容,岩土工程条件是确定支护方法、开挖方法、降水方法及地基加固方法等设计的基本依据。其中，影响支护设计的主要因素如下:（1）场地土层条件

6、 地层构成情况、土层的分类和分布、土的物理性质和参数 土层是否具有膨胀性、湿陷性、触变性以及地震液化性、冻胀性和湿化性等 土层中软弱结构面层的分布及其性状、填充情况、粗糙度及组合关系 场地内是否有岩溶、土洞以及其他地下洞穴的存在和分布情况,9,一、岩土工程条件,三、深基坑支护设计主要影响因素分析,（2）场地地下水条件 各含水层（包括上层滞水）的水位高度及升降规律 各含水层的补给、动态变化及其与附近大小水体的联通关系 土层中水的竖向和水平向渗透系数 潜水、承压水的水质水压及地下贮水层的水流速度、流向,10,一、岩土工程条件,三、深基坑支护设计主要影响因素分析,基坑开挖卸载带来相邻基础的沉降和水平

7、位移会对周围建筑物、构筑物、道路管线及地下设施带来影响，因此，工程的周边环境会对支护设计产生重要影响。（1）基坑周围临近建筑的状况 周围建筑物的分布状况；周围建筑物与基坑边线、建筑红线的平面距离；周围建筑物的性质、结构形式及各种建筑物对于不同沉降差的敏感度。（2）周围管线与地下构筑物设施状况 邻近地下管道的使用功能、重要性、相对位置、埋深、埋设年代、构造和结构形式，以及它们可以承受的变形，沉降，都将在很大程度上影响支护结构的设计。（主要是煤气、上下水管道、电缆、热力管道和通讯电缆）,11,二、周边环境状况,三、深基坑支护设计主要影响因素分析,（3）周围道路状况 周围道路性质、类型、宽度；交通状

8、况、规则；道路路面结构、基础及损坏的修复方法。（4）邻近地区对地面沉降很敏感的建筑设施 烟囱、锅炉、电视塔、医疗设施、化工装置、精密仪表设备、桥梁、铁路及信号机桩等的基础。（5）地下障碍 废旧管道的管径、长度、埋深、贮水量、管道结构状况；废旧的水井、桥梁以及工业或建筑垃圾坑等。,12,二、周边环境状况,三、深基坑支护设计主要影响因素分析,施工条件也将影响基坑支护结构的设计，主要有以下几个方面：(1)施工地段的交通、行政、商业及特殊情况，是否允许进行封闭施工，对工程设备是否有要求；(2)施工地段是否对噪音和振动有限制，这可决定能否采用锤击式、爆破式等方法(3)是否具备有场地可供钢筋笼制作、施工设

9、备停放、施工车辆进出及布置车道和土方材料堆场；(4)当地常规施工设备、方法、技术情况。在安全可靠经济合理的前提下，因地制宜确定设计方案，使设计能与当地的施工方法、设备技术相适应；,13,三、施工条件,三、深基坑支护设计主要影响因素分析,设计依据主要是指以下两方面：(1)基坑支护的设计必须依据国家及地区现行的有关规定、技术规范、规程，特别应注意地方特殊的规定及要求。(2)积极调研和吸取当地相似基坑工程的成功与失败的原因、经验和教训，在基坑设计中应以此为重要设计依据。,14,四、有关的工程设计依据,三、深基坑支护设计主要影响因素分析,除了以上提及的一些因素外，还有许多控制因素在基坑支护设计时必须考

10、虑：（1）地下室的建造层数，开挖深度，基坑面积及形状，施工方法、造价、工期以及上部主体工程造价、工期等指标（2）基坑工程的支护是否作为主体工程的永久结构，这也会对基坑支护的设计产生很大的影响（3）研究基坑开挖方式的可靠性和合理性（有时支护结构强度和变形峰值在土方开挖过程中出现）（4）分期实施的大型主体工程及基坑工程，其工程施工进度安排和相邻影响应进行技术分析，提出适应于分期施工的总体方案,15,五、其他重要影响因素,三、深基坑支护设计主要影响因素分析,1、提倡概念设计，重视工程实践经验 土力学的理论与计算方法不能解决基坑工程中出现的所有问题，也不能提供精确的计算结果，只有结合实际工程经验加以应

11、用才是最好的选择。2、设计计算时避免漏项，且应考虑各种不利条件下的工况 地层参数及抗力系数的选用应理论与当地经验相结合；对可能遇到的雨季、冻胀等自然条件的变化，尚应考虑强度降低的可能；对于不同方法加固后的计算指标，目前只能根据试验和当地经验来确定3、做好基坑总体方案的选择。坚持保证支护体系安全可靠、环境保护、方便施工、经济性的原则。应依据工程实际情况，认真分析支护体系的主要矛盾，是支护体系的稳定问题，还是支护体系的变形问题，还是地下水控制问题，依据主要矛盾合理选择基坑支护形式。,16,四、深基坑支护设计重要原则,4、重视地下、地表水的控制 地下水的处理是基坑工程需要考虑的首要因素,设计时要充分

12、考虑地下水的影响，特别是承压水的影响在地下水位高和透水性强的地层中，必须确定可靠的隔水或降水方案，在施工隔水帷幕时，需要选用与地层相适应的施工工艺，确保形成连续的隔水帷幕。5、采取信息化施工措施 根据基坑安全等级和复杂程度，选择多种监测方法，确定变形的预警值和控制值，发现异常情况，采取相应的应急预案，防止事态恶化，在原因分析清楚后作出可靠的加固方案，防止变形或滑动继续发展；在基坑施工和维护使用期间，应严格控制地表附加荷载不超过设计要求，做好交接交底工作。,17,四、深基坑支护设计重要原则,土钉支护是当放坡不能满足坡体的稳定时，向坡体内打入土钉，以提高坡体的稳定性的技术土钉墙主要特点：充分利用土

13、体自身强度和自稳能力，但对土质和地下水条件要求较高 应用广泛、工法成熟，施工快、造价低 土体发生一定的变形后，土钉墙才发挥其抗力，变形较大,18,1、土钉支护,五、常用支护形式,钻孔,铺设钢筋网,插筋、注浆,喷砼面层,土钉墙的坡度1、直立2、斜坡3、分级放坡土钉类型：1、钻孔注浆型2、直接打入型3、打入注浆型,19,1、土钉支护,五、常用支护形式,1、拓宽了土钉支护的使用范围2、坡体的抗滑阻力主要仍来自于土体的抗剪强度,20,2、复合土钉支护,五、常用支护形式,土钉与预应力锚杆或疏排桩复合支护1、对自稳能力较差的土层可预设搅拌桩，微型钢管桩等形式2、地下水以下可用止水帷幕,21,2、复合土钉支

14、护,五、常用支护形式,减小变形,节约造价,重力式水泥土墙是以结构自身重力来维持支护结构在侧向水、土压力作用下的稳定重力式水泥土墙特点：1、侧移控制能力相对较弱2、一般以水泥作为主要固化剂。能适用 于淤泥质土、黏土、粉土、砂土等3、充分利用原地基土，无需内支撑，方便施工4、具备止水和支护的双重作用 典型支护结构剖面图,22,3、重力式水泥土墙,五、常用支护形式,平面布置 竖向布置,23,3、重力式水泥土墙,五、常用支护形式,典型基坑平面总体布置,24,3、重力式水泥土墙,五、常用支护形式,提高支护结构性能的若干措施：加设压顶钢筋混凝土板墙体拉压区设置加劲材料被动区加固墙体加墩或起拱,型钢水泥土墙

15、是在连续套接形成的水泥土墙体内插入型钢形成的复合挡土、截水结构按水泥土墙生成方式：1、原位搅拌法(SMW工法、TRD工法)2、置换法(CRM工法、钻孔后注浆连续墙)SMW工法特点：1、内插型钢可以事后拔除2、适用土层范围广 3、环境影响小、施工快4、相对连续墙，变形较大(弯剪均由型钢承担)5、施工搅拌桩桩架过高、稳定差，成墙垂直度偏低,25,4、型钢水泥土搅拌墙,五、常用支护形式,型钢水泥土墙剖面(SMW工法),TRD工法特点：1、施工深度远大于SMW工法(可达60米)2、成墙垂直度高、成墙连续、质量可靠3、可施工倾斜的水泥搅拌墙体4、转角施工困难,26,4、型钢水泥土搅拌墙,五、常用支护形式

16、,型钢水泥土墙剖面(TRD工法),排桩支护体系是由排桩、排桩加锚杆或支撑组成的支护结构体系，目前应用最广泛的支护结构形式之一。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。,27,5、排桩支护体系,五、常用支护形式,间隔式排桩支护,连续排桩支护,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,排桩的平面布置图形式,排桩支护体系的几种选型如下：1、悬臂式排桩特点：无锚杆和支撑，但内力分布不理想，顶点位移大2、锚拉式排桩特点：锚杆布置灵活，可使支护桩内力分布均匀；配合预应力锚杆，能控制住水平变形；基坑无障碍，开挖方便；支护结构受力与开挖步骤有关；,28,5、排桩支护体

17、系,五、常用支护形式,(a)悬臂式排桩(b)锚拉式排桩,下列情况不宜采用锚拉式结构：锚固力不足、土层蠕变、周边地下构筑物妨碍、锚固端浆液不能形成完整固结体、锚杆施工会损害周边构筑物等情况,29,5、排桩支护体系,五、常用支护形式,间隔锚拉式排桩支护,锚杆及横撑,桩顶连系梁,间隔式排桩止水性差，应依据场地的水土条件采用可靠的措施来防止水土流失,3、支撑式排桩特点：适用范围广、变形控制能力强。但不方便基坑及地下室施工,30,5、排桩支护体系,五、常用支护形式,支撑式排桩,挖孔桩+钢支撑,钢板桩支护特点：钢板桩边缘带有联动装置，即锁口 适用于柔软地基，施工简便 止水性能好，可以重复使用板桩长度一般规

18、格有6m、9m、12m、15m,31,5、排桩支护体系,五、常用支护形式,钢板桩+钢支撑,4、双排桩特点：是一种刚架结构形式，内力分布及变形明显优于悬臂式排桩，但占用 场地较宽,32,5、排桩支护体系,五、常用支护形式,双排桩常用布置形式,双排桩,33,5、排桩支护体系,五、常用支护形式,几种圆截面支护桩经济配筋方式,常用的地下连续墙形式有：整片式钢筋笼混凝土壁板式地下连续墙、咬合桩连续墙、及型钢混凝土地下连续墙。地下连续墙特点：其刚度有利于控制基坑变形，特别适用于场地 狭小，对变形要求严格的基坑工程 抗渗能力强且具有竖向承载力，可以实现两墙 合一，也可用于逆作法施工，缩短工期 造价较高，但对

19、开挖深度很大，且需截断深层 含水层的基坑工程，采用地下连续墙支护能体 现较好的优势,34,6、地下连续墙,五、常用支护形式,抓斗式成槽机-地下连续墙,35,6、地下连续墙,五、常用支护形式,支腿式地下连续墙,采用内支撑系统的深基坑工程，一般由围护体系和内支撑体系组成。内支撑的形式丰富多样：按材料分：钢筋混凝土支撑、钢支撑、钢混组合支撑按布置分：单层、多层、斜撑,36,内支撑形式,五、常用支护形式,典型内支撑系统平面图、剖面图,正交支撑：受力明确、支撑刚度大、变形控制能力最强、挖土空间小。可以钢管和型钢代替混凝土支撑构件。,37,内支撑形式,五、常用支护形式,正交支撑形式,对撑+角撑：受力明确、

20、各块支撑受力相对独立、支撑和挖土可流水作业、出土空间大。可以钢管和型钢代替混凝土,38,内支撑形式,五、常用支护形式,对撑结合角撑形式,对撑+角撑+边桁架：各块支撑受力相对独立、支撑和挖土可流水作业、出土空间大 适用形状复杂的基坑，特别是在软土地区应用广泛,39,内支撑形式,五、常用支护形式,对撑角撑结合边桁架形式,圆环支撑形式：材料利用充分、受力合理、经济性好 出土最方便、对施工技术 及管理能力要求高 下方土层需待支撑达到强 度后方可开挖,40,内支撑形式,五、常用支护形式,圆环支撑形式,圆环+半环组合支撑：适应大面积及异形基坑的特点、尤其是L形基坑,41,内支撑形式,五、常用支护形式,圆环

21、与半环组合支撑形式,中心岛+斜支撑形式：适用面积巨大、开挖较浅基坑，能大幅节省支撑和立柱、经济性显著 利用中心岛底板设置斜撑，使得盆边地下室结构施工相对复杂,42,内支撑形式,五、常用支护形式,中心岛结合斜支撑形式,事故原因：止水帷幕因遇横穿管线障碍采用高压旋喷桩，施工质量不可靠造成帷幕渗漏,造成了坑外地基水土流失，路面塌陷和基坑内涌水。,43,六、深基坑事故案例及分析,案例 一,应重视旋喷桩在遇到地下障碍物时的可靠性问题,事故原因：双轴深层搅拌桩施工质量控制不佳，造成止水帷幕质量缺陷，随着基坑开挖，基坑内外存在水头差，在水压力作用下，冲破止水帷幕，造成基坑渗漏及水土流失，坑内涌水。,44,六

22、、深基坑事故案例及分析,案例 二,应重视开挖过程中，基坑内外水压差的问题,事故原因：基坑面以下存在承压含水层，而基坑降水减压未达到设计要求即进行坑中坑土方开挖，造成基坑突涌现象。,45,六、深基坑事故案例及分析,案例 三,应重视基坑下承压含水层,事故原因：在软土地基进行土方开挖过程中，土方卸载速度过快、临时坡比控制不当，造成大量的工程管桩产生偏位、折断现象。,46,六、深基坑事故案例及分析,案例 四,应重视基坑挖土施工组织要求,事故原因：在具有近十年填龄的黄土回填土中，因基坑外大量堆堆载及降水侵蚀双重作用导致边坡塌方。,47,六、深基坑事故案例及分析,案例 五,应重视基坑周边施工临时堆载,事故

23、原因：因基坑暴露时间过长（超过6个月），加之降雪及降雨作用使主动区土体抗剪强度削弱，导致边坡滑坡。,48,六、深基坑事故案例及分析,案例 六,应重视基坑周边雨水疏排,事故原因：基坑内大气降雨积水未得到有效疏排，且基坑底浸泡时间过长，削弱了被动区土体强度，导致边坡局部失稳。,49,六、深基坑事故案例及分析,案例 七,应重视基坑内雨水疏排,事故原因：基坑开挖深度近10m，且基坑影响深度范围内土层主要为深厚的流塑状粉质粘土淤泥质粉质粘土，支护结构整体刚度较弱，加之支撑梁强度未达设计要求，产生剪切破坏。采取措施：1、80cm砼反压。2、加设钢支撑。3、支撑梁加固,50,六、深基坑事故案例及分析,案例

24、八,支撑结构刚度应能满足变形控制要求,事故原因：在土方开挖过程中挖土设备碰撞立柱，加之立柱顶与支撑梁钢筋间焊接质量较差，使立柱与支撑梁脱离，造成立柱偏位。,51,六、深基坑事故案例及分析,案例 九,重视土方开挖时对支护结构成品的保护,事故原因：在软土地区，基坑开挖临时坡比较陡，对立柱产生偏压，造成立柱偏移，使支撑跨度增加，引起支撑开裂。,52,六、深基坑事故案例及分析,案例 十,严格控制临时坡比，避免临时坡体失稳造成坡体滑移，引起立柱及工程桩偏位,事故原因：软土地区土的流变性明显，挖土高差达7.6米。造成立柱桩变形移位，最大达1.2米。另外支撑梁未采取路基箱梁等保护措施，机械在上行走，导致梁开裂。,53,六、深基坑事故案例及分析,案例 十一,应重视挖土施工组织要求，比如对流变明显土质可以要求土方对称开挖,