深基坑支护技术深基坑支护技术第二讲1 深基坑支护技术深基坑支护技术1、基坑工程应用：、基坑工程应用：高层建筑的多层地下室、地铁车站、高层建筑的多层地下室、地铁车站、地下车库、地下商场、地下人防工程、桥墩等施工。地下车库、地下商场、地下人防工程、桥墩等施工。 上述工程施工，均需开挖较深的基坑。故其施工需上述工程施工，均需开挖较深的基坑。故其施工需要考虑的问题：要考虑的问题： 基坑开挖方法；基坑开挖方法； 基坑支护与环境保护；基坑支护与环境保护； 基坑地下水控制。基坑地下水控制。22、基坑工程新学科：、基坑工程新学科：是土木工程学科内目前发展最迅是土木工程学科内目前发展最迅速的学科之一。速的学科之一。基坑工程特点：基坑工程特点： 它涉及多个学科；它涉及多个学科；工程地质、岩土力学、工程结构等工程地质、岩土力学、工程结构等 受土质、环境、气候等多变因素影响大；受土质、环境、气候等多变因素影响大； 深、大基坑的投资巨大。深、大基坑的投资巨大。 该学科研究基坑工程的该学科研究基坑工程的设计和施工设计和施工问题，对加快问题，对加快工程进度、保护周围环境能发挥重要作用，从而可带工程进度、保护周围环境能发挥重要作用，从而可带来巨大的经济和社会效益。来巨大的经济和社会效益。 深基坑支护技术深基坑支护技术3第一节第一节 基坑工程的内容、设计原则与安全等级基坑工程的内容、设计原则与安全等级 深基坑支护技术深基坑支护技术4第一节第一节 基坑工程的内容、设计原则与安全等级基坑工程的内容、设计原则与安全等级一、基坑工程的内容一、基坑工程的内容2、支护开挖基坑工程的一般内容：支护开挖基坑工程的一般内容：（1）基坑工程勘察；基坑工程勘察；（2）基坑支护结构的设计和施工；）基坑支护结构的设计和施工；（3）基坑地下水位的控制；）基坑地下水位的控制；（4）基坑土方的开挖和运输；）基坑土方的开挖和运输；（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；（6）基坑周围的环境保护。）基坑周围的环境保护。1、基坑开挖的两类施工工艺：、基坑开挖的两类施工工艺：无支护开挖无支护开挖放坡开挖；放坡开挖；（简单经济，但环境条件需满足）（简单经济，但环境条件需满足）有支护开挖有支护开挖在支护系统保护下的开挖；在支护系统保护下的开挖；（不具备放坡开挖条件时采用（不具备放坡开挖条件时采用）5第一节第一节 基坑工程的内容、设计原则与安全等级基坑工程的内容、设计原则与安全等级二、基坑支护结构的设计原则与方法二、基坑支护结构的设计原则与方法1、基坑支护结构的设计原则：、基坑支护结构的设计原则：（1）安全可靠；安全可靠；（确保基坑施工及周围环境的安全）（确保基坑施工及周围环境的安全）（2）经济合理；）经济合理；（符合造价、工期及环保等方面的经济技术要求）（符合造价、工期及环保等方面的经济技术要求）（3）便利施工。）便利施工。（具有施工的可能性和方便性）（具有施工的可能性和方便性）2、基坑支护结构的设计方法：、基坑支护结构的设计方法：根据建筑基坑支护技术规程根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99，采采用分项系数表示的极限状态设计方法进行设计。即：用分项系数表示的极限状态设计方法进行设计。即： （1）承载能力极限状态；承载能力极限状态；（2）正常使用极限状态。）正常使用极限状态。v 基坑支护结构均应进行基坑支护结构均应进行承载能力承载能力极限状态的计算；极限状态的计算；v 对于安全等级为一级、支护结构变形有限制的二级建筑基坑侧壁，尚应对于安全等级为一级、支护结构变形有限制的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构对基坑周边环境及支护结构变形变形进行验算。进行验算。6第一节第一节 基坑工程的内容、设计原则与安全等级基坑工程的内容、设计原则与安全等级三、基坑支护结构的安全等级三、基坑支护结构的安全等级1、建筑基坑支护技术规程、建筑基坑支护技术规程JGJ120-99对基坑侧壁的安全等级：对基坑侧壁的安全等级： 基坑侧壁的安全等级分为三级，根据不同的安全等级采用对应的重要性系基坑侧壁的安全等级分为三级，根据不同的安全等级采用对应的重要性系数数0 0 （1.1、1.0、0.9）用于支护结构的设计取值用于支护结构的设计取值2、建筑地基基础工程施工质量验收规范、建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002对基坑分级和变对基坑分级和变形监控值的规定：形监控值的规定： 以便于支护结构的施工控制以便于支护结构的施工控制 该规范将基坑分为三个等级，并规定了三个等级的基坑该规范将基坑分为三个等级，并规定了三个等级的基坑变形监控值变形监控值。控。控制项目：制项目： 围护结构围护结构墙顶位移墙顶位移监控值；监控值；（3、6、8cm） 围护结构围护结构墙体最大位移墙体最大位移监控值；监控值； （5、8、10cm） 地面最大沉降地面最大沉降监控值。监控值。 （3、6、10cm）7第二节第二节 基坑工程勘察基坑工程勘察 深基坑支护技术深基坑支护技术8第二节第二节 基坑工程勘察基坑工程勘察一、岩土勘察一、岩土勘察1、勘察要求：、勘察要求：（1）勘察内容勘察内容 ；（满足基坑工程的需要）（满足基坑工程的需要）（2）勘察范围；）勘察范围；（开挖边界以外的范围（开挖边界以外的范围12倍开挖深度倍开挖深度）（3）勘探点的设置。）勘探点的设置。（勘探点间距（勘探点间距2030m、深度、深度 1倍开挖深度倍开挖深度）9第二节第二节 基坑工程勘察基坑工程勘察一、岩土勘察一、岩土勘察2、岩土勘察一般应提供的资料：岩土勘察一般应提供的资料：（1）场地土层的类型、特点、土层性质场地土层的类型、特点、土层性质 ；（2）基坑及围护结构边界附近的不良地质情况；）基坑及围护结构边界附近的不良地质情况；（3）地下水的埋藏情况，土层渗流特性及产生流砂、管涌的可）地下水的埋藏情况，土层渗流特性及产生流砂、管涌的可能性；能性；（4）支护结构设计和施工所需要的土、水指标。）支护结构设计和施工所需要的土、水指标。1）土的常规物理实验指标；）土的常规物理实验指标；2）土的剪切强度指标；（）土的剪切强度指标；（、c值）值）3）室内或原位试验测试的土的渗透系数。）室内或原位试验测试的土的渗透系数。10第二节第二节 基坑工程勘察基坑工程勘察二、水文地质勘察二、水文地质勘察 应提供下列情况和数据：应提供下列情况和数据： （1）地下各含水层和隔水层的分布情况；地下各含水层和隔水层的分布情况； （2）地下各含水层中水的补给情况和动态变化情况，与附近水体连通情况；）地下各含水层中水的补给情况和动态变化情况，与附近水体连通情况； （3）地下各含水层的渗透系数和渗透影响半径；）地下各含水层的渗透系数和渗透影响半径； （4）分析施工过程中水位变化对支护结构和基坑周边环境的影响，提出应）分析施工过程中水位变化对支护结构和基坑周边环境的影响，提出应采取的措施。采取的措施。三、基坑周边环境勘察三、基坑周边环境勘察 包括：基坑影响范围内的建（构）筑物、各类地下设施、周边道路，包括：基坑影响范围内的建（构）筑物、各类地下设施、周边道路，以及邻近地表水汇流和排泻等情况。以及邻近地表水汇流和排泻等情况。11第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介 深基坑支护技术深基坑支护技术12第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介一、支护结构选型一、支护结构选型支护结构支护结构水泥土墙式（深层搅拌混凝土桩墙、高压旋喷桩墙）水泥土墙式（深层搅拌混凝土桩墙、高压旋喷桩墙）排桩与板墙式排桩与板墙式支护结构按工作机理和围护墙形式分下列几种类型：支护结构按工作机理和围护墙形式分下列几种类型：板桩式（钢板桩、砼板桩、型钢横挡板）板桩式（钢板桩、砼板桩、型钢横挡板）排桩式（预制砼桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩）排桩式（预制砼桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩）板墙式（现浇、预制钢筋砼地下连续墙）板墙式（现浇、预制钢筋砼地下连续墙）组合式（加筋水泥土墙、高应力区加筋水泥土墙）组合式（加筋水泥土墙、高应力区加筋水泥土墙）边坡稳定式（土钉墙、锚喷支护）边坡稳定式（土钉墙、锚喷支护）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。13一、支护结构选型一、支护结构选型1、水泥土墙：、水泥土墙：为重力式围护墙，水泥土加固体的防渗系数为重力式围护墙，水泥土加固体的防渗系数 107cm/s，有有挡土、防渗挡土、防渗双重功能。双重功能。 水泥土墙宜用：于坑深水泥土墙宜用：于坑深 6m；基坑侧壁安全等级为一、二级；地基土承基坑侧壁安全等级为一、二级；地基土承载力载力 150kPa的情况。的情况。 水泥土墙的优缺点：水泥土墙的优缺点：优点：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。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：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。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。（一）围护墙选型（一）围护墙选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介14一、支护结构选型一、支护结构选型2、钢板桩：、钢板桩： 有以下两种，刚度较小，支护深度不大，但可重复使用。有以下两种，刚度较小，支护深度不大，但可重复使用。 （一）围护墙选型（一）围护墙选型 （2）热轧锁口钢板桩）热轧锁口钢板桩板桩截面形式有板桩截面形式有U形、形、L形、形、H形、一字形、一字形，有一定挡水能力。常用的形，有一定挡水能力。常用的U形钢板桩（形钢板桩（图图11），多用于周围环），多用于周围环境要求不甚高的深境要求不甚高的深58m的基坑，视支撑（拉锚）加设情况而定。的基坑，视支撑（拉锚）加设情况而定。 （1）槽钢钢板桩槽钢钢板桩简易的钢板桩围护墙，不能防渗。用于深度简易的钢板桩围护墙，不能防渗。用于深度 4m基坑。基坑。 第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介15一、支护结构选型一、支护结构选型3、型钢横挡板：、型钢横挡板：4、钻孔灌注桩：、钻孔灌注桩：图图14 为双排桩加顶梁构成的围护墙为双排桩加顶梁构成的围护墙 （不用支撑，简化施工）不用支撑，简化施工）（一）围护墙选型（一）围护墙选型多用于土质较好，地下水位较低的地区。多用于土质较好，地下水位较低的地区。 这种排桩直径较大，具有刚度大、抗弯能力强、变形小的特点，多用这种排桩直径较大，具有刚度大、抗弯能力强、变形小的特点，多用于深于深7 71515m m，基坑侧壁安全等级为一、二、三级的基坑工程。基坑侧壁安全等级为一、二、三级的基坑工程。在软土地区在软土地区多加内撑（或拉锚），如用悬臂式结构，坑深多加内撑（或拉锚），如用悬臂式结构，坑深55m m。 钻孔灌注桩是排桩式支护结构，为间隔排列，缝隙钻孔灌注桩是排桩式支护结构，为间隔排列，缝隙 100mm，不具备挡水不具备挡水功能；如需要，可另作防水帷幕（功能；如需要，可另作防水帷幕（1.2m厚水泥土桩）。厚水泥土桩）。 （图图13） 由横挡板（多用厚度由横挡板（多用厚度60mm的的木板木板或或预制砼薄板预制砼薄板）、型钢（）、型钢（工字钢工字钢、H型钢型钢）桩组成。桩组成。 （图图12）第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介16一、支护结构选型一、支护结构选型5、挖孔桩：、挖孔桩： 多为人工开挖的大直径桩。挖孔桩宜用于土质较好，地下水多为人工开挖的大直径桩。挖孔桩宜用于土质较好，地下水位较低的地区。如土质松软，地下水位较高，需作混凝土衬圈。位较低的地区。如土质松软，地下水位较高，需作混凝土衬圈。8、土钉墙、土钉墙（图图16）是一种边坡稳定的支护型式。常结合边坡表面挂钢）是一种边坡稳定的支护型式。常结合边坡表面挂钢筋网、并喷射细石砼，构成锚喷支护。用于深筋网、并喷射细石砼，构成锚喷支护。用于深 12m的二、三级非软土基的二、三级非软土基坑。地下水位较高时，应采取降水或截水措施。坑。地下水位较高时，应采取降水或截水措施。7、加筋水泥土墙、加筋水泥土墙（SMW）插入插入H型钢后提高受力性能，多用于深型钢后提高受力性能，多用于深715m的基坑。（的基坑。（图图15）6、地下连续墙：、地下连续墙： 地下连续墙多用于地下连续墙多用于12m以下，安全等级为一、二、三级以下，安全等级为一、二、三级的深基坑；与钻孔灌注桩相比，更有整体性好、抗渗止水的特点。的深基坑；与钻孔灌注桩相比，更有整体性好、抗渗止水的特点。（一）围护墙选型（一）围护墙选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介17一、支护结构选型一、支护结构选型 a. 内撑式支撑内撑式支撑支撑设置在基坑内。支撑设置在基坑内。（钢支撑、砼支撑）（钢支撑、砼支撑） b. 外锚式支撑外锚式支撑支撑锚在基坑外的土层中。支撑锚在基坑外的土层中。（土锚）（土锚） 内支撑体系：内支撑体系：包括包括腰梁腰梁或或冠梁冠梁（围檩围檩）、）、支撑支撑和和立柱立柱。（图18） （二）支撑体系选型（二）支撑体系选型 支撑体系支撑体系是当基坑深度较大时，上述围护墙增设的支承点，以防是当基坑深度较大时，上述围护墙增设的支承点，以防围护墙变形的结构体系。围护墙变形的结构体系。支撑体系的支撑形式可分两类：支撑体系的支撑形式可分两类：第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介18一、支护结构选型一、支护结构选型1、内撑式支撑、内撑式支撑：主要优点主要优点 ： 装拆方便、速度快；装拆方便、速度快； 能尽快发挥支撑作用，减小时间效应，使围护墙变形小；能尽快发挥支撑作用，减小时间效应，使围护墙变形小； 可重复使用，多为租赁方式、专业化施工；可重复使用，多为租赁方式、专业化施工； 可以施加预紧力，并能根据围护墙变形情况，及时调整预紧力值以限制可以施加预紧力，并能根据围护墙变形情况，及时调整预紧力值以限制围护墙变形的发展。围护墙变形的发展。（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型（1）钢支撑）钢支撑包括钢管支撑（多用包括钢管支撑（多用609钢管）、型钢支撑（多用钢管）、型钢支撑（多用H型钢）。（图型钢）。（图1 9、10） 第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介19一、支护结构选型一、支护结构选型1、内撑式支撑：、内撑式支撑：主要优点主要优点 ： 形状多样性形状多样性（可浇筑成直线、曲线构件）（可浇筑成直线、曲线构件）； 整体刚度大，安全可靠整体刚度大，安全可靠（可使围护墙变形小，有利于保护周围环境）（可使围护墙变形小，有利于保护周围环境）； 能方便地变化构件的截面和配筋，以适应其内力的变化。能方便地变化构件的截面和配筋，以适应其内力的变化。（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型（2）混凝土支撑）混凝土支撑根据设计规定的支撑位置，现场支模浇筑而成。根据设计规定的支撑位置，现场支模浇筑而成。混凝土强度等级多为混凝土强度等级多为C30，腰梁和支撑的截面尺寸一般在：腰梁和支撑的截面尺寸一般在：600800mm10001200mm。 现浇混凝土支撑结构，可有多种形状。如：现浇混凝土支撑结构，可有多种形状。如：（附图附图）第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介20一、支护结构选型一、支护结构选型布置要求：布置要求： 支撑系统支撑系统安全安全可靠，可靠，经济经济合理；合理； 不防碍不防碍土方开挖和地下结构施工。土方开挖和地下结构施工。考虑因素：考虑因素： 基坑平面形状、尺寸、开挖深度；基坑平面形状、尺寸、开挖深度； 基坑周围环境保护要求和邻近地下工程情况；基坑周围环境保护要求和邻近地下工程情况； 主体工程地下结构的布置；主体工程地下结构的布置； 土方开挖和地下结构施工顺序和方法。土方开挖和地下结构施工顺序和方法。（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型（3）内支撑的布置：）内支撑的布置：第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介1、内撑式支撑：、内撑式支撑：21一、支护结构选型一、支护结构选型（1）支撑体系在平面上的布置形式：）支撑体系在平面上的布置形式： （a）角撑角撑;（b）对撑对撑;（c）桁架式桁架式;（d）框架式框架式;（e）环形环形（图111）（2）支撑在竖向上的布置）支撑在竖向上的布置：（便于换撑）（便于换撑）见（图112 ） 支撑多数布置在楼盖和底板之上支撑多数布置在楼盖和底板之上 600mm； 多层支撑的竖向间距多层支撑的竖向间距A：人工开挖：人工开挖：A 3m； 机械开挖：机械开挖：A 4m。（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型（3）换撑位置：）换撑位置：底板上表面、楼板标高处。底板上表面、楼板标高处。第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介（3）内支撑的布置：）内支撑的布置：1、内撑式支撑：、内撑式支撑：22一、支护结构选型一、支护结构选型（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型 2、外锚式支撑：、外锚式支撑： （土锚）（土锚） 第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介b. 基坑土锚的应用特点：基坑土锚的应用特点：在土质在土质较好地区，且场外条件允许时可较好地区，且场外条件允许时可用；有利于基坑土方开挖、地下用；有利于基坑土方开挖、地下工程施工，对尺寸较大基坑也较工程施工，对尺寸较大基坑也较经济。经济。a. 土锚的构造：土锚的构造：主要组成：主要组成：锚头、拉杆、锚固体。锚头、拉杆、锚固体。23一、支护结构选型一、支护结构选型（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型 2、外锚式支撑：、外锚式支撑： （土锚）（土锚） 第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介c. 土锚的布置：土锚的布置：根据建筑基坑支护技术规程根据建筑基坑支护技术规程 JGJ120-99 锚固体上覆土层厚度：锚固体上覆土层厚度： 4m； 土锚倾角：土锚倾角：宜为宜为1525，且应，且应 45 ； 土锚间距：土锚间距：上下排垂直间距上下排垂直间距 2m， 水平间水平间距距 1.5m； 自由段长度：自由段长度： 5m，并应超过潜在滑裂面并应超过潜在滑裂面1.5m； 锚固段长度：锚固段长度： 4m； 锚固体宜用水泥浆或水泥砂浆：锚固体宜用水泥浆或水泥砂浆：强度等级强度等级 M1024二、支护结构的围护墙计算二、支护结构的围护墙计算（二）围护墙结构计算（二）围护墙结构计算1、排桩与地下连续墙计算排桩与地下连续墙计算2、水泥土墙计算、水泥土墙计算3、土钉墙计算、土钉墙计算支护结构类型较多，其计算方法也不相同。但所受的荷载和抗力基本相同。支护结构类型较多，其计算方法也不相同。但所受的荷载和抗力基本相同。（一）荷载与抗力计算（一）荷载与抗力计算第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介（三（三）支撑系统计算支撑系统计算25结结 束束26（一）围护墙选型（一）围护墙选型2、钢板桩：、钢板桩： （图11）一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介27（一）围护墙选型（一）围护墙选型3、型钢横挡板：、型钢横挡板： （图12）一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介28（一）围护墙选型（一）围护墙选型4、钻孔灌注桩：、钻孔灌注桩：（图13）一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介29（一）围护墙选型（一）围护墙选型（图14）：一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介30（一）围护墙选型（一）围护墙选型加筋水泥土墙加筋水泥土墙（图15）一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介31（一）围护墙选型（一）围护墙选型土钉墙土钉墙（图16）一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介32（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型内支撑体系：内支撑体系：（图18）一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介33（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型 1、内支撑类型、内支撑类型（1）钢支撑）钢支撑（图19）：一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介34（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型 1、内支撑类型：、内支撑类型：（1）钢支撑）钢支撑： （图110）一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介35（2）混凝土支撑）混凝土支撑（附图）第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介36一、支护结构选型一、支护结构选型（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型2、内支撑的布置：、内支撑的布置：（图（图111）f角撑加对撑角撑加对撑第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介37一、支护结构选型一、支护结构选型（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型2、内支撑的布置：、内支撑的布置：支撑在竖向上的布置支撑在竖向上的布置： （图（图112）第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介38