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深基坑工程讲座 （二）,同济大学 高大钊 2010年5月 上海,深基坑工程在我国的发展 深基坑施工技术的进步 深基坑工程的失效模式与事故案例 深基坑工程的设计控制要求 深基坑工程方案设计 深基坑工程的监测与控制,深基坑工程方案设计,方案设计与施工图设计,深基坑工程设计一般分为总体方案设计和施工图设计两个阶段，总体方案设计的任务是根据主体工程的性质和对地下室的使用要求、场地工程地质和水文地质条件、相邻环境对基坑施工的制约程度等因素，选择合适的围护结构与支撑体系、协调基坑工程与主体工程的关系、控制环境质量，为施工图设计和基坑施工组织计划提供控制性方案。,基坑工程方案设计,1） 确定开挖方案，包括地下水的处理方案； 2） 选择围护结构的类型； 3） 选用土层锚杆或内支撑，选择支撑材料； 4） 对土层锚杆或内支撑进行平面和竖向布置，包括围檩和立柱的布置；,5） 进行各项稳定验算和结构内力计算以确定围护结构、支撑、围檩或锚杆的材料强度和截面尺寸，确定是否需要加固坑底；进行降水的控制性计算； 6） 进行变形验算以检验是否满足环境要求； 7） 对施工方案提出要求； 8） 进行多方案的技术经济比较，优选方案。,基坑围护设计的依据,深大基坑的设计是一项综合性的设计工作，它与上部结构（包括地下室）设计、工程地质勘察、地下室施工方案以及周围的自然环境、工程环境和社会环境都有密切的关系，因此，在基坑工程设计时必须具备下列几个方面的资料：,主体结构设计图纸,基坑工程的规模和技术要求，很大程度上取决于主体工程，主体工程地下室的面积、层数和使用要求决定了基坑的大小、深度以及基坑设计的难易程度。 对于围护结构不作为永久性结构一部分的基坑工程，设计基坑时至少应有建筑物的总平面图、地下室结构的平面和剖面图、桩位图，以明确基坑边线与红线的关系、基坑底面的标高、基桩位置、地下室外墙尺寸、地下室各层楼面的标高等主要参数。,对于围护结构兼作主体工程永久性结构的基坑工程设计，更需要与上部结构设计密切配合，应具备完整的工程设计资料，包括完整的建筑设计和结构设计文件和图纸、地下室主体结构的使用要求及防水要求和地下结构及地面主体建筑的施工方案。,工程勘察报告,（1）提供基坑工程设计所需的土工参数指标，如供计算土压力之用的抗剪强度指标、土层的渗透系数等；如果计算土压力问题的抗剪强度指标取值方法与其他土工问题不同，则应专门给出符合基坑工程设计要求的抗剪强度指标； （2）评价地下水对基坑工程的影响，对降水或截水的必要性和可能性进行论证，提出降水或截水方案的建议；,（3）对基坑方案提出初步的建议，并论证实施这些建议方案的条件和设计、施工应注意的问题； （4）评价场地周边的环境条件对基坑开挖、支护、降水（截水）的要求以及基坑开挖、支护、降水（截水）、回灌对周边环境的可能影响。提出基坑工程的设计、施工应注意的问题和应采取的保护措施； （5）对施工过程中形成流砂、流土、管涌及整体失稳等渗透破坏现象的可能性进行评价并提出预防措施；,（6）提供场地地下障碍物（如防空洞、废基础、废管道等）的分布范围、埋藏深度、分散程度以及挖除处理方法的建议； （7）提供场地平整时回填土的情况，包括回填材料、密实度及在场地的分布情况以及暗浜的分布范围及其深度； （8）提供各种必要的图件和表格。,环境调查资料,基坑开挖引起的周边地面沉降和水平位移会对邻近建筑物、道路和市政管线造成不良的影响，在基坑工程设计时应当采取必要的措施，把这种不良影响减少到最低程度。因此需要在设计前对环境情况作充分的调查，了解基坑周边邻近建筑物和市政设施的基本情况，研究它们对土体变形的承受能力和敏感程度，以便根据环境的要求选择合适的设计方案和施工方案，确定施工控制的标准。,基坑周边地区建筑物情况,调查的范围应根据周围建筑物的实际情况确定，一般在基坑外缘以外2050m范围内的建筑物都必须予以调查，浅基坑用下限，深基坑用上限。如果周边相邻建筑物采用的是桩基，则基坑开挖对它的影响可能很小；如果是对变形很敏感的建筑物，或重要的、保护性的建筑物，即使已经超出这个范围，也需要加以了解。,调查的内容包括建筑物的分布情况；建筑物与基坑边线的距离，与红线的距离；建筑物的平面尺寸、层数、高度，建筑物的性质，结构特点和基础型式与基础埋深；在基坑开挖前建筑物已有的裂缝和倾斜等情况，通过测量、拍照片、录象或描述予以记录，并对开裂部位，裂缝的走向和长度作出标记，以便与开挖以后的可能变化进行比较。,基坑周边地区市政设施情况,市政设施包括地下管线（煤气、上水、下水、动力电缆、通讯电缆等五大管线，在集中供热的地区还有热力管道）及变电站、泵房、分压站等设施，地下构筑物（地下铁道、地下车库、地下人行通道等）。市政设施的种类很多，情况各异，需要区别不同类型的特点，有侧重地进行调查。,在地下管线中，煤气管线最为敏感，一旦有所损坏，后果非常严重。不同年代的管道，接头的方法不同，对差异沉降的承受能力也各不相同，尤其是年代久远的煤气管道更容易折断破裂。因此在调查中要收集管径、管材、壁厚、管压、埋设年代、接头方式等资料 。,基坑周边地区道路情况,调查周边地区道路的数量、性质、类型、路面结构和宽度；也要了解道路交通流量、通行规则（单行道、双行道、禁止停车等）；道路路面的损坏情况及已经修复的情况。,基坑工程施工条件,基坑工程设计方案的可行性及施工的质量主要取决于施工条件，施工条件包括施工装备和检测设备、施工队伍的经验、技术水平与管理水平。对于重大工程的深基坑，在基坑设计时应已明确主要的施工单位，并有总包单位或施工单位的人员参与基坑设计方案的讨论。对于尚未明确施工单位的项目，则应根据当地已经成熟的施工方法和设备条件进行方案设计。,开挖方案选择,基坑工程设计方案的第一步是选择开挖方案，各种不同的开挖方法适用于不同的场合，不同的开挖方法对围护结构和支撑体系也提出不同的要求。,开挖方案选择,放坡开挖 无支撑开挖 重力式挡墙 悬臂式挡墙 锚固式挡墙 有支撑的开挖 组合型的开挖方案,放坡开挖,放坡开挖的直接费用最少，而且为主体工程创造了比较宽敞的施工作业空间，因而工作面宽，工期也比较短，如果场地条件允许，放坡开挖应该是首选的方案。制约采用放坡开挖的因素主要是周围场地和开挖深度的限制。放坡需要占用比较大的场地，在城市或建成区往往没有这个条件。,由于坡体不可避免地会产生一定的位移，如果在场地附近有建筑物或市政管线不能承受较大的变形，亦常常限制了放坡开挖方法的采用；开挖深度也是一个制约条件，但开挖深度是相对于土质而言的，如土质比较好，坡度可以比较陡，占用场地也比较小，深度限制就不那么明显；在软土地区，由于土质软弱，放坡开挖深度就不能太深。,如整体稳定性允许，可以采用放坡开挖方案时。但有时受场地的限制，只能取用较陡的坡度；如坡面的稳定性不能得到保证时，则可采用喷锚支护或土钉墙的方案。喷锚支护和土钉墙从受力机理上讲不同于无支撑的自立式挡墙，而是属于坡面加固处理的一种方法，通过加强土体共同受力的方式来保持坡面的稳定性，属于自承支护体系。如果坑底土质比较差，整体稳定性不足，则喷锚支护和土钉墙的方案就不能采用。,无支撑开挖,当不能采用放坡开挖方案时，必须选用围护结构以支承坑外的土体。在可能的条件下应尽可能采用无支撑开挖的方案，因为这种方案能提供比较开阔的坑内施工条件，便于挖土、运土以及地下室的施工；同时，也比较经济。,重力式挡墙,重力式挡墙是依靠自身的重力维持其稳定的围护结构，由于可以采用价格比较低廉的水泥土等材料制作，是一种比较经济的方案。在开挖深度不大（如软土地区不大于67m），环境对位移的要求可允许有50mm左右的条件下是首选方案，但重力式挡墙的宽度比较大，在地下室外墙与红线之间的距离过小时就很难放得下宽度较大的重力式挡墙。,悬臂式挡墙,悬臂式挡墙是依靠自身的刚度和强度就能维持其稳定的围护结构，由于围护结构承受比较大的弯矩，需要采用钢筋混凝土材料。当重力式挡墙因场地宽度不够而不能采用时，悬臂式挡墙就能克服这个缺点，可以在1.52m的狭窄范围内安置悬臂式挡墙。但悬臂式挡墙的位移比较大，难以满足周边环境的严格要求，同时在开挖深度较大时墙身弯矩很大，因此适用的开挖深度也不深；使用条件不当时可能产生围护结构损坏或严重影响环境的事故。,锚固式挡墙,锚固式挡墙是依靠锚杆传递的拉力来维持其稳定的围护结构，对于深基坑可以采用多道锚杆来平衡土压力，因而可以适用于开挖得很深的基坑。锚固式挡墙分为拉锚式和土层锚杆式两种，拉锚常用于钢板桩顶部的锚固，或作为辅助的锚固措施；土层锚杆要求具有比较好的地质条件，同时还必须有足够开阔的场地条件或者容许锚杆可以伸入红线以外的土层中。在软土地区，由于土层缺乏足够的锚固力而很少采用锚杆，如将锚杆锚固在很深的砂层中，则锚杆的长度很长，也就不是一个经济的方案。,有支撑的开挖,在不具备采用土层锚杆条件的场地，深基坑只能采取有支撑开挖的方案，但是深基坑的平面尺寸一般都比较大，给支撑的设置带来了困难；由于支撑和挖土的工序互相交叉，形成许多各具特色的支护开挖方案。,分层开挖分层支护法,这是最基本的方法，按照结构受力分析和便于施工的原则布置每道支撑的位置，在深度方向分层挖土与支撑设置交替施工。 挖第1层土 浇筑第1道支撑 挖第2层土 浇筑第2道支撑 挖第3层土 浇筑底板。,工况1,工况2,工况3,工况4,工况5,工况6,设计时要按照上述工况进行分别验算，施工时要严格按照设计规定的程序实施，才能保证围护结构的稳定性和控制变形。在平面上按设定的挖土与设置支撑流程由一侧向另一侧推进，也可以由中部向两侧推进，但每一层作业作为一个工况考虑进行计算，忽略平面上流程的时间差对围护结构受力的影响。,中心岛法,对于平面面积很大的基坑，采用分层开挖、分层支护的方法在技术和经济上都不太合理。由于支撑的长度很长，为了增大支撑刚度，需要加大支撑截面和侧向支撑，使支撑的造价很高，而且一层平面的挖土量也很大，前后延续的时间比较长，这就需要在平面上加以划分。,中心岛法是平面划分的一种考虑，它结合将厚底板分设后浇带的划分，将平面分成两个部分，中心部分先施工，此时先施工的面积比较小，而且具有放坡的余地，可以在坑内按照放坡办法施工，在中心部分浇筑底板以及地下室的部分结构（如核心筒、剪力墙或柱）以后，再分层开挖四周的留土，分层将支撑连接到已建成的底板或地下室的构件上去。,第一阶段，放坡，浇筑中间部分地下室 第二阶段，对周围部分采用分层开挖分层支撑方法施工,组合型的开挖方案,在方案设计时，可以根据工程的具体情况将上述几种方法加以组合，以发挥各自的优点，形成最经济合理的方案。可以在立面上组合，也可以在平面上组合。,立面组合主要是指为了减少围护结构支承的开挖深度，将围护结构顶面的标高压低后形成上部是放坡，下部是支锚的组合断面。围护结构顶面标高压低以后，可以减少围护结构的工程量，减少支锚的数量；上部的处理方法视标高降低的数量和土质条件而定，以保持上部开挖面的稳定为原则。如降低1 m左右，可以不放坡，采用砖砌挡墙保护；如标高压低较多，则可采取放坡的办法，也可以采用喷锚护坡的办法。立面组合的方案可以有效地减少基坑工程的难度，明显降低造价。,立面组合,平面组合是指在基坑的几个侧面采用不同的方法，根据各个侧面场地宽余程度的不同，采取不同的方法。在场地比较宽敞的部位尽可能采用放坡的办法，场地能容纳重力式的地方尽量采用重力式挡墙，在实在放不下重力式挡墙的部位才采用排桩式。这样做的目的是为了节省造价，但在技术上带来了一定的困难，主要是在不同型式的结构连接处需要做好构造处理，这些部位往往是最薄弱的环节，也是最容易产生事故的地方。,实例14 组合型的开挖方案,工程名称： 上海东方明珠广播电视塔 地点： 上海浦东 基坑尺寸： 基底面积2700m2，开挖深度12.5m，局部电梯井部位深度19.5m 围护结构： 采用二次开挖，三级支护，二级降水的方案。先在地面设置第一级轻型井点，然后将基坑大开挖至5.3m，放坡1:1.5， 土坡采用细石混凝土护坡，在5.3m基坑内进行沉桩和打设钢板桩；沿坡脚布置第二级轻型井点，进行第二阶段挖土，按先撑后挖原则设置二道内支撑，完成12.5m的基坑开挖，最后对深坑进行第三级支护。,支撑情况： 二道钢支撑 实测结果： 边坡水平位移不大于50mm，钢板桩上口水平位移不大于50mm，下部位移较大，局部达400mm，立柱最大上拔量120mm 比较造价： 费用为常规深基坑施工的三分之一 挖土速度： 工期为常规深基坑施工的三分之一 方案评述： 对于场地周围环境要求不高的基坑工程，在立面上采取放坡和钢板桩支护相结合的方案，将深基坑转化为开挖深度相对较浅的基坑，技术难度和工程量都有降低，从而缩短了工期，大幅度降低造价，这个方案的思路是可取的。,选择围护结构的类型,确定了开挖方案以后，根据开挖方案的要求选择围护结构，从总体来说，围护结构按材料和施工方法大体分为三种类型，即水泥土搅拌桩、排桩式围护结构和地下连续墙。 选择围护结构时应考虑开挖深度、地质条件、地下水条件、施工条件和工程要求等因素综合确定。,如按单方造价，连续墙每一立方米的费用明显地高于排桩，这是因为连续墙施工设备的费用比较高的缘故，根据上海市1990年代的建筑工程预算定额，地下连续墙施工时成槽机设备的费用相当于灌注桩施工钻机费用的2倍。可见在适宜于用排桩的场合采用地下连续墙是不经济的，只有在开挖深度很大，环境要求特别高，采用排桩式围护结构非常不合理时才采用地下连续墙作围护结构；为了充分发挥地下连续墙的作用，提高经济效益，将地下连续墙围护结构兼作永久性结构的一部分是比较合理的方案。,SMW工法,在水泥搅拌桩体内加劲性型钢，形成组合结构的围护结构墙体，这种在日本已成熟应用的方法称为SMW工法，它组合了型钢受力水泥土止水的各自优点，截面比较小，适应性强。在我国推广使用的主要障碍是型钢造价高，一些单位致力于研究将型钢在工后拔出的技术，已取得进展。,灌注桩加强的搅拌桩墙体,在水泥搅拌桩墙体的两侧或一侧加钻孔灌注桩，形成组合断面以实现对深度大于7 m的深基坑采用无内支撑的重力式挡墙（改良的重力式挡墙）或简易支撑的挡墙方案。开始时，在水泥土中加筋作为一种技术措施采用，用廉价的毛竹插入水泥土中。发展至采用钻孔灌注桩加筋已经不是一种技术措施，而是一种组合结构，这种方案的最大优点是造价便宜。但这种复合型的结构内力计算方法尚需进一步研究，钻孔灌注桩的布置原则也需进一步明确。,实例15 水泥搅拌桩墙体加钻孔灌注桩 工程名称： 上海新亚汤臣大酒店 地点：上海浦东 基坑尺寸：基底面积6000m2，开挖深度8.6m，局部开挖深度11.2m； 围护结构：宽度4.25.2m的重力式挡墙，墙身每隔3m设置一根直径600mm的钻孔灌注桩加强； 支撑情况：在地面下2.5m处设置钢筋混凝土环形支撑。,实测结果： 实测最大水平位移32mm 方案评述： 在水泥搅拌桩重力式挡墙中采用钻孔灌注桩加强，并可以设置支撑以避免重力式挡墙位移过大的缺点；在8.6m开挖深度的基坑中，一般的排桩支护需要设置二道支撑，而在复合式的围护结构中只需一道支撑，可以节省造价，且水平位移也不大。,双排桩模型试验,由双排钻孔灌注桩和桩顶圈梁形成的字形断面，构成无支锚的悬臂式围护结构，可用于较大的开挖深度而有宽敞的施工条件；这种结构型式的计算尚未形成统一的方法，国内曾经做过模型试验，得到比较好的规律。,模型桩采用直径为30mm的黄铜管，桩长1.8m，单排桩距60mm，双排桩的排距取为桩距的2倍和4倍，即120mm和240mm两种。试验得到的桩体水平位移曲线见图，当开挖深度为1.4m时的桩顶水平位移值见表 。从图示曲线可以看出，单排桩和双排桩的变形曲线形态有很大的差别，由于桩顶刚性连接梁的制约，限制了桩顶的转角，尤如刚架的变形。模型试验数据充分说明了双排桩可以有效地减少桩的水平位移。,单排桩,双排桩，排距1.2m,双排桩，排距2.4m,通过模型试验对双排桩的内力分析，得出不同排距的双排桩弯矩分布图如图所示。当排距为120mm时，前排桩和后排桩的弯矩仅有一些数量的差别而没有性质的差别；但排距为240mm的双排桩前后桩桩身弯矩方向相反，桩的外侧受拉，与前排桩有性质的根本区别，说明后排桩在桩顶受到由前排桩传来的拉力，起了锚拉的作用而不是悬臂挡土的作用。,模型试验的结果显示，双排桩的排距是影响结构体系性能的重要因素，在排距较小时，前、后排桩共同作为悬臂桩承受荷载，能减少变形和内力的余地不大；当排距足够大时，前、后排桩的作用及受力状态不同，后排桩并不作为悬臂桩发挥作用，而起了拉锚的作用。因此对于不同排距的双排桩，要根据结构特点的不同，采用不同的计算方法。,后排桩发挥了拉锚的作用,前、后排桩只起悬臂作用,实例16 双排桩支护工程 工程名称： 北京安外华侨公寓 地点： 北京安定门外大街 基坑尺寸： 长119m，宽21.9m，周长281.8m，开挖深度14.04m； 围护结构：东、北两侧先以10.6的坡度放坡开挖至7.0m处，再做直径为600mm的钻孔灌注桩，双排梅花形布置；桩长13.20m，桩间距2.0m，排距1.20m，桩嵌入土深度为5.56m；圈梁宽1800m，高500m；,支撑情况： 无支撑 方案评述： 该项目采用双排桩悬臂支护的方案，省去了土层锚杆，可以缩短工期一个月，节省工程造价50万元。不失为一种具有新意的支护方案，在其它地方，也有过类似的设计，但不如北京在试验研究的基础上，设计概念清楚，提出了计算的方法，比较系统和完整。,组合型的重力式围护结构,由地下连续墙构成的T字形断面或字形断面，成为自立式围护结构。如上海耀华皮尔金顿浮法玻璃熔窑无支撑格形地下连续墙工程。大型玻璃熔窑是浮法生产线的关键部位，平面尺寸为90m×50m，开挖深度为13m。围护结构采用由T字形槽段组成的格形结构，由内墙、外墙、剪力墙、墙顶圈梁和格内的土体共同承受水平荷载，成为重力式结构。,实例17 无支撑格形地下连续墙 工程名称： 上海耀华皮尔金顿浮法玻璃熔窑 地点：上海浦东 基坑尺寸： 长90m，宽50m，周长280m，开挖深度12.8m 围护结构： 内墙采用厚度为0.8m的T形槽段和肋墙组成，翼墙长6.0m，深22m；肋墙长2.5m，厚0.6m，深15.1m。外墙由T形槽段和板墙组成，墙厚0.6m。剪力墙厚度为0.6m。 支撑情况： 无支撑 实测结果： 外墙墙顶水平位移110mm，内墙墙顶水平位移80mm外墙最大沉降19mm，内墙最大沉降6mm；,比较造价：与钢筋混凝土角对撑比较节省一半造价；与型钢支撑相比可节省造价 30%； 挖土速度： 13.5万土方，用32天完成，平均每天4500 m3，最高7000m3 方案评述： 无支撑格形地下连续墙围护结构是一种依靠格内土体自重增加稳定性的重力式挡墙。其结构由内墙、外墙和剪力墙组成，可以认为，内墙是直接承受水土压力的主要挡土结构，通过剪力墙与外墙连接，剪力墙的作用相当于拉杆，而外墙相当于锚碇墙；但实际上是具有一定刚度的整体结构与格内土体共同作用。基坑开挖时墙顶位移大于有内支撑的基坑，但不影响安全和使用，且能缩短工期，节省造价。,平面分区方案,平面分区开挖的目的是为了总体上满足工期要求或者为了分期投资的目的。 平面分区包括地下室同一个平面和不同底标高两种不同的情况。 但分区开挖必须设置区域之间的分隔围护结构，这部分费用是额外增加的，比整体开挖肯定费用贵。需要进行技术经济比较才能确定。,案例18.金茂大厦基坑分区复合顺作法,基坑开挖面积20000m2，地下三层，基坑开挖至-15.1m，四道支撑。 为了不使裙房的基坑施工影响主楼的工期，采用主楼和裙房分区开挖施工方案。 裙房外围采用地下连续墙，两墙合一。主楼与裙房之间用钻孔灌注桩分隔，准备后期拆除，打通地下室。 主楼裙房都采用顺作法施工。,案例19.环球金融中心基坑分区顺逆作,基坑开挖面积22500m2，地下三层，基坑开挖至-18.45m，四道支撑。 也采用主楼和裙房分区开挖施工方案。 裙房外围采用地下连续墙，两墙合一。主楼与裙房之间用钻孔灌注桩分隔，准备后期拆除，打通地下室。 采用主楼顺作，裙房逆作的方法施工，可以节省支撑。,支、锚体系的选择,当无法采用自立式挡墙（包括重力式和悬臂式）时，必须采用内支撑或锚杆体系来平衡土压力，以维持围护结构的稳定性。 锚杆要受场地条件和地质条件的限制，而内支撑的适应性比较强；由于锚杆体系对坑内施工的干扰比较少，因此当具备可以采用锚杆体系的条件时，一般首选锚杆方案；,在不具备采用锚杆体系的条件时，才考虑采取内支撑体系，但内支撑对坑内挖土和浇筑地下室的干扰比较大，在选用支撑的材料和形式时要根据施工要求，采取合适的布置方案，尽量减少对坑内施工的干扰。 按深基坑支撑的受力特征，支撑体系实际上是一个空间体系，但设计时通常将它分解为平面支撑体系和立柱分别计算；对于开挖深度不大的基坑或基坑的某些局部，可以布置竖向斜撑或竖向斜撑体系。,案例 20 软土地基采用锚杆的基坑工程 工程名称： 惠通科技城 地点： 上海浦东 基坑尺寸： 基坑面积11000m2，周长430m，开挖深度6.5m，平面形状不规则； 围护结构： 直径800mm的钻孔灌注桩，间距1.0m，长度为15.0m、17.0m和19.0m三种，水泥搅拌桩防渗帷幕长10.0m； 支撑情况： 采用一层锚杆，锚杆总长度16.0和17.0m，锚固段长度6.0m，锚固在淤 泥层中，土层的内摩擦角为14.4，粘聚力为19.6 kPa；,实测结果： 最大水平位移为4050mm； 方案评述： 在软土地区采用土层锚杆支护的工程不多，这是一个技术上成功的实例。但从经济性来看，在开挖深度67m的基坑中采用排桩加土锚的费用并不比水泥搅拌桩重力式挡墙便宜，除非因场地比较狭窄，在地下室外墙与建筑红线之间无法设置重力式挡墙，而又不适合采用内支撑方案的基坑工程。,案例 21 软土地基采用锚杆的基坑工程 工程名称： 太平广场花园 地点： 广东东莞市 基坑尺寸： 长125m，宽40m，周长330m，开挖深度6.4m 围护结构： 西侧和北侧按13放坡，南侧采用11.5放坡喷锚支护，东侧采用700mm，直径的钻孔灌注桩，间距700mm，桩长16.5m； 支撑情况： 钻孔灌注桩采用一道锚杆，锚固段长度4m，锚杆总长度12m，锚固在淤 泥层中，土层的内摩擦角为6.3，粘聚力为7.42 kPa；,实测结果：围护墙中部开挖后2个月的最大水平位移为85mm； 方案评述： 作为基坑围护结构支护的局部处理，本例是成功的，在软土中采用锚固方案又是大胆的；本例三侧放坡，唯东侧因离城市交通干线距离不足3m而采用排桩支护，在这3m范围内，地上有一条高压供电线通过，地下有上水和下水管道；实施结果未见影响道路或市政管线的报道，但围护结构最大水平位移达85mm，比悬臂结构的位移并不少多少，可见在软土中采用锚杆来减少围护结构的水平位移是作用不大的。,内支撑材料的选择,支撑的平面布置,支撑的平面布置时应考虑支撑材料的性质、基坑的开挖深度、基坑面积大小与平面形状、挖土与出土方案以及环境对变形控制的要求等因素，通常应考虑几种不同的布置方案进行比较、论证，选择最佳方案采用。钢支撑和钢筋混凝土支撑的材料刚度和节点构造有较大的差异，平面布置时考虑问题的侧重面也不相同。,钢支撑,钢支撑的平面布置可采取下列形式： （1）一般情况宜优先采用相互正交、均匀布置的平面对撑体系； （2）对于长条形的基坑可采用简单的对撑体系，加适当的横撑，并在基坑四角设置水平角撑； （3）钢支撑与围护结构连接处应设置围檩（又称腰梁）； （4）当相邻支撑之间水平距离较大时，应在支撑端部设置八字撑（又称琵琶撑）以减小围檩的计算跨距，八字撑宜左右对称，长度不宜大于9 m，与围檩之间的夹角宜为60。,钢筋混凝土支撑,钢筋混凝土支撑可以采用下列不同的组合，灵活布置： （1）在比较长的基坑边可布置边桁架以增强水平向的刚度； （2）在不正交的基坑角上可布置桁架式斜撑以适应不同角点的部位； （3）对于需要留出较大的作业空间时，可采用对撑和斜撑桁架组成的平面体系，也可以采用平面拱形支撑和桁架式边撑组成的体系，后者特别适用于平面接近于正方形的基坑；,（4）相邻支撑之间的水平距离应满足土方工程的施工要求，通常不宜小于4 m，当采用机械挖土时，不宜小于8 m； （5）沿围檩长度方向水平支撑点的间距，对于钢围檩不宜大于4 m；对于钢筋混凝土支撑不宜大于9 m； （6）钢筋混凝土支撑可以组合成各种形状的支撑体系。,实例22.大直径圆形钢筋混凝土内支撑之一 工程名称： 万都大厦 地点： 上海虹桥开发区 主体结构： 54层主楼，4层裙房，2层地下室 基坑尺寸： 长137.9m，宽112.3m，周长476m，基坑面积1255m2，开挖深度12.8m 支撑尺寸： 两道圆形钢筋混凝土内支撑，直径92.3m，平面布置见图 实测结果： 上道圆形支撑平均轴力17500kN；下道圆形支撑平均轴力19500kN；平行位移3.9 6.7mm；立柱平均上浮23.8mm；围护结构（排桩）最大沉降22.7mm，水平位移6.7mm；管线最大沉降47.1mm。,比较造价： 与钢筋混凝土角对撑比较节省一半造价；与型钢支撑相比可节省造价30%； 挖土速度： 13.5万土方，用32天完成，平均每天4500 m3，最高7000m3 方案评述： 圆形钢筋混凝土内支撑是一种受力性能好、布置合理的支撑体系；所形成的敞开空间，为挖土和混凝土浇筑施工提供了非常方便的条件，同时又减少了混凝土支撑的工程量节省造价、缩短了工期，是一举数得的事。,实例23. 大直径圆形钢筋混凝土内支撑之二 工程名称： 天津今晚报大厦 地点： 天津南开区 主体结构： 38层主塔楼，2层地下室 基坑尺寸： 平面不规则，最大尺寸为长134m，宽115m，周长500m，开挖深度9m 围护结构： 钻孔灌注桩，桩径800mm，桩长19.7m 支撑尺寸： 一道圆形钢筋混凝土内支撑，直径66m，断面2000mm×1000mm，36根放射形钢管支撑。,实测结果：钢管支撑轴力1500kN2000kN 圆形支撑变形为50 30mm 坑底回弹量24mm 围护结构（排桩）最大位移112mm，一般在4070mm 管线最大沉降47.1mm 方案评述： 天津与上海同时发展了圆环形内支撑体系，这两个实录有异曲同工之妙。,支撑和锚杆的竖向布置,锚杆锚固体上下排间距不宜小于2.5 m，水平方向间距不宜小于1.5 m。锚杆锚固体的上覆土层厚度不宜小于4.0 m。倾斜锚杆的倾角以15 35为宜。 支撑的竖向布置比锚杆复杂得多，因为内支撑的位置不仅取决于满足围护结构稳定和变形的要求，而且在很大程度还受控于地下室梁板构件的位置以及施工最小空间的要求。,支撑的竖向布置应遵循下列规定： （1） 在竖向平面内，水平支撑的层数与标高应根据开挖深度、围护结构类型、工程地质条件及地下室的建筑布置和施工的方案，结合围护结构的计算结果和地下室建筑剖面综合确定； （2）上、下层水平支撑轴线应布置在同一竖向平面内；竖向相邻支撑的水平净距不宜小于3 m，当采用机械下坑开挖及运输时，不宜小于4m；,（3） 设定的各层水平支撑标高不能妨碍主体工程地下室结构构件的施工； （4） 第一道水平支撑的围檩可同时作为围护结构墙顶的圈梁，为降低计算深度，可以放低墙顶圈梁的标高，但不宜低于自然地面以下3 m； （5） 当为多道支撑时，最下一道支撑的标高在不影响主体结构底板施工的条件下，应尽可能降低。,实例24. 三围檩二支撑的钢筋混凝土内支撑体系 工程名称： 外滩京城 地点： 上海北京东路 主体结构： 建筑面积213,376m2； 基坑尺寸： 基坑面积13万m2，开挖深度12.5m，局部14.25m； 支撑尺寸： 两道钢筋混凝土内支撑，第2道支撑与两道围檩连接见图 ； 比较造价： 与3道支撑方案相比，节省造价803万元；,挖土速度： 16万土方，用88天完成，平均每天2500 m3，最高每天4500m3，与3道支撑方案相比缩短挖土工期5个月。 方案评述： 支撑竖向布置方案既要满足围护结构变形和强度的要求，间距不能太大；但必须便于机械化施工，为了满足汽车在支撑上通行的净空要求，需要加大支撑竖向间距。将一道支撑支承在两道围檩上，既加大支撑的竖向间距，又不改变围护结构的计算支点间距，本例是一个创造，改变了支撑布置的固有格局。,支撑与围檩连接的节点,立柱的设置,立柱是内支撑体系的竖向受力杆件，承受内支撑体系的重量，为了保持支撑体系的稳定，应具有一定的刚度和强度，并和支撑在节点处固定连接以形成支撑体系的整体刚度。,立柱的设置应符合下列要求： （1）立柱应布置在纵横向支撑的交点处或桁架式支撑的节点位置上，并应避开主体结构梁、柱及剪力墙的位置。立柱的间距一般不宜超过15 m； （2） 为了不影响底板绑扎钢筋和浇筑混凝土，立柱宜采用型钢格构式截面，使钢筋从中通过并能灌入混凝土； （3）为了防止在底板与立柱连接处渗水，应设置止水钢板；,（4）立柱下端应支承在较好的土层上，开挖面以下的插入深度应满足支撑结构对立柱承载力和变形的要求；在软土地区，立柱应支承在桩上，可以利用工程桩支承立柱； （5）要处理好支撑与立柱的节点，尤其是钢支撑与立柱的节点构造需要专门设计。,斜撑的布置,当悬臂式挡墙的水平位移过大时，可以设置竖向斜撑，斜撑的优点是坑内的施工空间比较大，而且节省支撑材料。斜撑特别适用于平面尺寸比较大而开挖深度相对比较浅的基坑，由于基坑的平面尺寸大，如设置对撑则支撑的长度很长；如基坑的深度过大，斜撑就不一定经济。,斜撑在基坑底部需要用基础平衡反力，通常可以利用已经浇筑的底板承受反力。但这只有在中心岛法施工开挖留土时才有可能利用底板；在对围护结构进行补强加固时，斜撑是经常采用的一种措施，因此斜撑通常采用型钢或组合型钢截面的支撑。 布置斜撑时应符合下列规定： （1）竖向斜撑体系通常由斜撑、腰梁和斜撑基础等构件组成，当斜撑长度大于15 m时，宜在斜撑中部设置立柱；,（2）竖向斜撑宜均匀、对称布置，水平间距不大于6m； （3）斜撑与基坑底面之间的夹角一般不大于35 ，在地下水位较高的地区不宜大于26，并与基坑内留土的边坡相一致； （4）斜撑基础与围护结构墙体之间的水平距离不应小于围护结构插入深度的1.5倍； （5）斜撑与腰粱、斜撑与基础、腰粱与围护结构之间的连接应满足斜撑水平分力和垂直分力的传递要求。,斜撑,降水方案,降水是在地下水位比较高的地区进行基坑工程设计时面临的一个重要问题。采取何种方案主要取决于水文地质条件及周边环境的要求。从施工来说则要求提供一个比较干燥的坑内施工环境，为此应使地下水位低于基坑底面0.51.0m左右。如地下水位高于这个位置，需要采取降水的措施，降水的方法很多，都可以达到这个目的。,选择降水方案时应考虑以下几个问题： 1. 基坑降水深度的要求； 2. 场地地质条件，土层的渗透特性，地下水的类型、流向和补给条件； 3. 环境条件，场地周围的建筑物和市政管线的位置、类型、对沉降的要求； 4. 气象条件，雨季、特别是暴雨季节和暴雨量；,5. 施工单位所拥有的降水设备和数量； 6. 电源条件，需保证有稳定的电源或备用电源，以免断电时基坑积水而坍塌。,降水方法的选择,轻型井点,轻型井点按抽水机组类型分为干式真空泵轻型井点、射流轻型井点和隔膜泵轻型井点三种，其参考数据见表。轻型井点的降水深度不超过6m，当降水深度要求超过6m时，采用单级轻型井点不能满足要求，采用多级轻型井点需要增加机具数量和基坑面积，往往不经济，此时宜采用喷射井点。,喷射井点,喷射井点是根据射流原理制造的，由喷嘴喷出的高压水，在喷嘴周围形成负压，将土层中的水抽至井点中，形成汽水溶液，由高速水流的动能将其排出地表。喷射井点在渗透系数为350m/d的砂土中最为有效，在渗透系数为0.13m/d的粉土和淤泥质土中效果也很显著。但不适用于渗透系数小于0.1m/d。,电渗、自渗和深井井点,电渗井点是利用粘性土的电渗特性，在直流电场中，土中水流向阴极管集中排走，用以降低饱和粘土中的地下水位。 自渗井适用于排除土层中的滞水，这种滞水主要来自生活用水的排放或下水道的渗漏。 管井井点和深井井点适用于渗透系数比较大的土层，特别是深井井点，由于将潜水泵或深井泵安置在滤水层部位，特别适用于涌水量大、深层的砂土层，降水深度可达50m。,降 水,降水是在地下水位比较高的地区进行基坑工程设计时面临的一个重要问题。采取何种方案主要取决于水文地质条件及周边环境的要求。从施工来说则要求提供一个比较干燥的坑内施工环境，为此应使地下水位低于基坑底面0.51.0m左右。如地下水位高于这个位置，需要采取降水的措施，降水的方法很多，都可以达到这个目的。,降水设计内容,1. 降水设计要求 2. 降水方法的选择 3. 降水井的布设 4. 降水系统设计 5. 降水效果预测 6. 防范井点降水不良影响的措施,降水设计要求,1. 基坑开挖及地下结构施工期间，地下水位保持在基坑底以下0.51.0m； 2. 深部承压水不引起坑底隆起； 3. 降水期间邻近建筑物及地下管线正常使用； 4. 基坑边坡的稳定性。,降水方法的选择,轻型井点,喷射井点,电渗井点,管井井点 结构,降水井的布设,平面布设,1. 坑宽小于6m，深度小于6m时，一般可用单排井点； 2. 坑宽大于6m时，宜采用双排井点； 3. 基坑宽度小于40m时，采用环形井点系统； 4. 基坑宽度大于40m时，采用多环形井点，在中央加一排或多排井点。,降水系统设计,包括井深、井数、井距、井的结构及单井出水量的计算。 需要根据不同的水文地质条件、基坑工程特点和降水的要求，区别不同的渗流特征，采用不同的方法进行设计计算。,降水的三种类型,基坑隔水帷幕深入隔水层（即含水层底板）中，井点降水 以疏干基坑内的地下水为目的。 由于隔水帷幕的作用，基坑内外地下水无水力联系。降水时基坑外地下水位不受影响。 这类井点降水影响范围小。 地下水渗流特征：为全封闭含水层，抽水时地下水处于非稳定流状态。,隔水帷幕进入承压含水层顶板中，井点降水以降低基坑下部承压含水层的水头，防止基坑底部隆起或突涌。 隔水帷幕未将基坑内外承压含水层分隔开。 地下水渗流特征：由于不受隔水帷幕的影响，基坑内外地下水连续相通。 井点降水的影响范围比较大，但降水漏斗平缓，降水引起的地面沉降为均匀沉降。 隔水帷幕不影响地下水渗流，渗流计算可以借鉴地下水动力学中有关公式计算。,隔水帷幕位于降水含水层中上部，基坑内外承压含水层大部分被隔水帷幕隔开，仅含水层底部未被隔开。 井点降水的前期以降低基坑下部承压含水层的水头为目的，后期以疏干承压含水层为目的。 地下水渗流特征：由于受隔水帷幕的阻挡，上部基坑内外地下水不连续，底部含水层连续相通，地下水呈三维流态。 只能采用三维数字模拟计算，或者采用二维解析公式计算。,选择降水方案时应考虑以下几个问题： 1. 基坑降水深度的要求； 2. 场地地质条件，土层的渗透特性，地下水的类型、流向和补给条件； 3. 环境条件，场地周围的建筑物和市政管线的位置、类型、对沉降的要求； 4. 气象条件，雨季、特别是暴雨季节和暴雨量； 5. 施工单位所拥有的降水设备和数量； 6. 电源条件，需保证有稳定的电源或备用电源，以免断电时基坑积水而坍塌。,实例25 上海外环越江隧道,工程概况：基坑由连接井和风井组成，连续墙入土深度42m46m，开挖最大深度30.35m。 降水要求：要求疏干三层含水层的地下水。 连接井布设六口降水井与二口观测井， 风井布设十二口降水井与一口观测井。,降水孔的布设,降水井、观测井的结构图,井深：连接井50m，风井47m，降水井开孔直径700mm，井管直径273mm，滤管总长度20m。 采用18台水泵,每台出水能力10m3/h。 持续七个半月降水，连接井中水位降至26m，风井降至22m，基坑内实现了干施工。 地面