土方邊坡與基坑支護(hù)

1、.項(xiàng)目三 土方邊坡與基坑支護(hù)【職業(yè)能力目標(biāo)】基坑是建筑工程的一部分，尤其是對(duì)深基坑開挖與支護(hù)問題，引起了各方面的廣泛重視。由于影響其工程質(zhì)量的因素復(fù)雜，因此，在基坑工程施工中，處理不當(dāng)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)一些意外的情況，給工程造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，應(yīng)了解土壓力的類型，熟悉其影響因素，土方邊坡的穩(wěn)定分析， 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及選型原則，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞形式與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。【關(guān)鍵詞】（中英文）主動(dòng)土壓力Active earth Pressure；靜止土壓力Earth pressure at rest ;被動(dòng)土壓力 Passive earth Pressure；邊坡 Side slo

2、pe任務(wù)一 土壓力的類型與影響因素在建筑工程地基與基礎(chǔ)施工中，為了防止土坡發(fā)生滑動(dòng)和坍塌，需用各種類型的擋土結(jié)構(gòu)物加以支擋。支擋結(jié)構(gòu)物的典型代表就是擋土墻，它是用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性，或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的支擋結(jié)構(gòu)物。要想解決好基坑支護(hù)問題，需要我們學(xué)習(xí)相關(guān)的一些理論知識(shí)。 一、土壓力的類型 土壓力是指由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來自墻后填土的側(cè)向壓力。土壓力的確定是擋土支護(hù)施工設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。1、土壓力試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室里通過擋土墻的模型試驗(yàn)，可以測(cè)得當(dāng)擋土墻產(chǎn)生不同方向的位移時(shí)，將產(chǎn)生三種不同性質(zhì)的土壓力。在一個(gè)長(zhǎng)方形的模型

3、槽中部插上一塊剛性擋板，在板的一側(cè)安裝壓力盒，填上土；板的另一側(cè)臨空。在擋板靜止不動(dòng)時(shí)，測(cè)得板上的土壓力為E0 ；如果將擋板向離開土體的臨空方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則土壓力逐漸減小，當(dāng)墻后土體發(fā)生滑動(dòng)時(shí)達(dá)到最小值，測(cè)得板上的土壓力為E a ；反之，將擋板推向填土方向則土壓力逐漸增大， 圖6-2 墻身位移與土壓力的關(guān)系當(dāng)墻后土體發(fā)生滑動(dòng)時(shí)達(dá)到最大值，測(cè)得板上的土壓力為Ep。土壓力隨擋板移動(dòng)而變化的情況如圖6-2 所示。2、土壓力種類上述土壓力試驗(yàn)表明，根據(jù)擋土墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，可將土壓力分為以下三種。，可以將土壓力分為以下三種情況。1) 靜止土壓力（ E0）。如圖6-3a 所示，擋

4、土墻在墻后填土的推力作用下，不發(fā)生任何方向的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土體沒有破壞，而處于彈性平衡狀態(tài)，作用于墻背的水平壓力稱為靜止土壓力E0。例如，地下室外墻在樓面和內(nèi)隔墻的支撐作用下幾乎無位移發(fā)生，作用在外墻面上的土壓力即為靜止土壓力。2) 主動(dòng)土壓力（ E a）。如圖6-3b 所示，擋土墻在填土壓力作用下，向著背離土體方向發(fā)生移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土體由于側(cè)面所受限制的放松而有下滑的趨勢(shì)，土體內(nèi)潛在滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力增加，使作用在墻背上的土壓力逐漸減小。當(dāng)擋土墻的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，墻后土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)，此時(shí)作用在墻背上的土壓力，稱為主動(dòng)土壓力Ea（土體主動(dòng)推墻）。圖6-3 土壓力的類型

5、3）被動(dòng)土壓力（ Ep）。如圖6-3c 所示，當(dāng)擋土墻在較大的外力作用下，向著土體的方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土體由于受到擠壓，有向上滑動(dòng)的趨勢(shì)，土體內(nèi)潛在滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力反向增加，使作用在墻背上的土壓力逐漸增大。當(dāng)擋土墻的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，墻后土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)，此時(shí)作用在墻背上的土壓力，稱為被動(dòng)土壓力Ep（土體被動(dòng)地被墻推移）。靜止土壓力的計(jì)算主要應(yīng)用彈性理論的方法；主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的計(jì)算主要應(yīng)用朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論以及由此發(fā)展起來的一些近似方法及圖解法。試驗(yàn)研究表明，在相同條件下，主動(dòng)土壓力小于靜止土壓力，而靜止土壓力又小于被動(dòng)土壓力，即： Ea <Eo&

6、lt; Ep。二、影響土壓力的因素1、擋土墻的位移。擋土墻的位移（或轉(zhuǎn)動(dòng)）方向和位移量的大小，是影響土壓力大小的最主要因素。墻體位移的方向不同，土壓力的性質(zhì)就不同；墻體方向和位移量大小決定著所產(chǎn)生的土壓力的大小。其它條件完全相同，僅僅擋土墻的移動(dòng)方向相反，土壓力的數(shù)值相差可達(dá)20 倍左右。2、擋土墻類型。擋土墻的剖面形狀，包括墻背為數(shù)值還是傾斜、光滑還是粗糙，都關(guān)系采用何種土壓力計(jì)算理論公式和計(jì)算結(jié)果。如果擋土墻的材料采用素混凝土或鋼筋混凝土，可認(rèn)為墻背表面光滑，不計(jì)摩擦力；若是砌石擋土墻，則必須計(jì)入摩擦力，因而土壓力的大小和方向都不相同。3、填土的性質(zhì)。擋土墻后填土的性質(zhì)，包括填土松密程度即

7、重度、干濕程度（即含水率）、土的強(qiáng)度指標(biāo)（內(nèi)摩擦角和粘聚力）的大小，以及填土表面的形狀（水平、上斜或下斜）等，都將會(huì)影響土壓力的大小。任務(wù)二 土方邊坡與穩(wěn)定在工程建設(shè)中常會(huì)遇到土坡穩(wěn)定性問題，如道路路堤，基坑的放坡開挖和山體邊坡等。邊坡由于喪失穩(wěn)定性而滑動(dòng)，稱為“滑坡”。 如果施工中處理不當(dāng)，一旦發(fā)生滑坡將會(huì)造成嚴(yán)重的工程事故，不僅影響工程進(jìn)度，甚至威及生命安全和工程存亡，應(yīng)該引起重視。因此應(yīng)正確認(rèn)識(shí)土方邊坡與穩(wěn)定方面的相關(guān)知識(shí)，積極采取必要時(shí)的工程措施。一、土方邊坡土坡就是具有傾斜表面的土體。由于地質(zhì)作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等稱為天然土坡。經(jīng)過人工開挖，填土工程建造物如基坑、渠

8、道、土坡、路堤等的邊坡，通常稱為人工土坡。土坡的外形和各部分名稱，如圖6-35 所示。在土體自重和外力作用下，坡體內(nèi)將產(chǎn)生切應(yīng)力，當(dāng)切應(yīng)力大于土的抗 圖6-35 土坡的各部分名稱 剪強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生剪切破壞，如靠坡面處剪切破壞面積很大，則將產(chǎn)生一部分土體相對(duì)另一部分土體滑動(dòng)的現(xiàn)象，稱為滑坡或塌方。為保證施工時(shí)土體的穩(wěn)定，防止塌方，保證施工安全，當(dāng)挖土超過一定的深度時(shí)，應(yīng)留置一定的坡度。土方邊坡的坡度依其高度H與底寬度B之比來表示（圖13），邊坡可以做成直線形邊坡、階梯形邊坡及折線形邊坡。1直線形；2折線形；3階梯形圖13土方放坡土方邊坡坡度=式中 m=稱為坡度系數(shù)（14）根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)工程施工

9、質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)X的規(guī)定，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好，土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑（槽）或管溝底標(biāo)高時(shí)，挖方邊坡可作成直立土壁而不加支撐，但深度不宜超過下列規(guī)定：密實(shí)、中密的砂土和碎石類土1.0m；硬塑、可塑的粉土及粉質(zhì)粘土1.25m；硬塑、可塑的粘土和碎石類土（填充物為粘性土）1.5m；堅(jiān)硬的粘土2.0m。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好，土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑（槽）或管溝底標(biāo)高時(shí)，挖土深度在5m以內(nèi)不加支撐的邊坡最陡坡度應(yīng)符合表1-3規(guī)定，即使按規(guī)定放坡，施工中也要隨時(shí)檢查邊坡的穩(wěn)定情況。深度在5m內(nèi)的基坑（槽）、管夠邊坡的最陡坡度（不加支撐） 表13 土 的 類 別邊坡坡度（高寬）坡頂無荷載坡頂有靜荷載坡頂有動(dòng)荷載 中密

10、的砂土 中密的碎石類土（充填物為砂土） 應(yīng)塑的粉土 中密的碎石類土（充填物為粘性土） 硬塑的粉質(zhì)粘土、粘土 老黃土 軟土（經(jīng)井點(diǎn)降水后）1:1.001:0.751:0.671:0.501:1.331:0.101:1.001:1.251:1.001:0.751:0.671:0.501:0.25-1:1.501:1.251:1.001:0.751:0.671:0.33-注：1、靜載指堆土或材料等，動(dòng)載指機(jī)械挖土或汽車運(yùn)輸作業(yè)等。靜載或動(dòng)載距挖方邊緣的距 離應(yīng)保證邊坡直立壁的穩(wěn)定，堆土或材料應(yīng)距挖方邊緣0.8m以外，高度不超過1.5m。2、當(dāng)有成熟的施工經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可不受本表限制。二、影響土方邊坡穩(wěn)定的

11、因素土方邊坡穩(wěn)定在工程上具有很重要的意義，特別要注意外界不利因素對(duì)土坡穩(wěn)定的影響。影響土方邊坡穩(wěn)定主要有以下因素：1）土坡坡度。土坡坡度有兩種表示方法：一種以高度和水平尺度之比來表示；另一種以坡角的大小來表示。坡角越小則土坡越穩(wěn)定，但不經(jīng)濟(jì)；坡角越大則土坡越經(jīng)濟(jì)，但不安全。2）土坡高度。土坡高度H 是指坡腳到坡頂之間的鉛直距離。試驗(yàn)研究表面，對(duì)于粘性土坡，其他條件相同時(shí)，坡高越小，土坡越穩(wěn)定。3）土的性質(zhì)。土的性質(zhì)越好，土坡越穩(wěn)定。例如，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：粘聚力C、內(nèi)摩擦角值大的土坡比C、值小的土坡穩(wěn)定。有時(shí)由于地震等原因，使降低或產(chǎn)生孔隙水壓力，可能使原來穩(wěn)定的邊坡失穩(wěn)滑動(dòng)，地下水位上升，對(duì)

12、土坡不利。4）氣象條件。若天氣晴朗，土坡處于干燥狀態(tài)，土的強(qiáng)度高，土坡的穩(wěn)定性就好。若在雨季，尤其是連續(xù)大暴雨，大量的雨水入滲，使土的強(qiáng)度降低，可能導(dǎo)致土坡滑動(dòng)。5）地下水的滲透。當(dāng)土坡中存在與滑動(dòng)方向一致的滲透力時(shí)，對(duì)土坡穩(wěn)定不利。例如，水庫土壩下游土坡可能發(fā)生這種情況。6）震動(dòng)荷載。震動(dòng)荷載，如地震、工程爆破、車輛震動(dòng)等，會(huì)產(chǎn)生附加的震動(dòng)荷載，降低土坡的穩(wěn)定性。震動(dòng)荷載還可能使土體中的孔隙水壓力升高，降低土體的抗剪強(qiáng)度。震動(dòng)能量愈大則愈威險(xiǎn)。7）人類活動(dòng)和生態(tài)環(huán)境。人類活動(dòng)和生態(tài)環(huán)境，將對(duì)土坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。例如，經(jīng)過漫長(zhǎng)時(shí)間形成的天然土坡原本是穩(wěn)定的，如在土坡上建造房屋，增加了坡上荷載

13、，有可能引起土坡的滑動(dòng)；如在坡腳建房，為增加平地面積，往往將坡腳的緩坡削平，則土坡更容易失穩(wěn)發(fā)生滑動(dòng)。三、土坡滑動(dòng)失穩(wěn)的理論分析從影響土方邊坡穩(wěn)定的因素來看，土坡滑動(dòng)失穩(wěn)的原因一般有以下兩類情況： （l）外界力的作用破壞了土體內(nèi)原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)。如基坑的開挖，由于地基內(nèi)自身重力發(fā)生變化，改變了土體原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)；又如路堤的填筑、土坡頂面上作用外荷載、土體內(nèi)水的滲流、地震力的作用等也都會(huì)破壞土體內(nèi)原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，導(dǎo)致土坡坍塌。 （2）土的抗剪強(qiáng)度由于受到外界各種因素的影響而降低，促使土坡失穩(wěn)破壞。如外界氣候等自然條件的變化，使土?xí)r干時(shí)濕、收縮膨脹、凍結(jié)、融化等，從而使土變松，強(qiáng)度降低；

14、土坡內(nèi)因雨水的浸入使土濕化，強(qiáng)度降低；土坡附近因打樁、爆破或地震力的作用將引起土的液化或觸變，使土的強(qiáng)度降低。四、施工中邊坡失穩(wěn)的原因與措施根據(jù)工程實(shí)踐調(diào)查分析，造成邊坡塌方的主要原因有以下幾點(diǎn)： 1、未按規(guī)定放坡 土體本身穩(wěn)定性不夠而產(chǎn)生塌方； 2、基坑上邊緣附近堆物過重，使土體中產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過土體的抗剪強(qiáng)度； 3、地面水及地下水滲入邊坡土體，使土體的自重增大，抗剪能力降低，從而產(chǎn)生塌方。 因此，防止邊坡塌方的主要措施有： 1、放足邊坡：邊坡的留置應(yīng)合乎規(guī)X的要求，其坡度大小，則應(yīng)根據(jù)土壤的性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、施工方法、開挖深度、工期的長(zhǎng)短等因素而定。施工時(shí)應(yīng)隨時(shí)觀察土壁變化情況。 2、在

15、邊坡上堆土方或材料以及使用施工機(jī)械時(shí)，應(yīng)保持與邊坡邊緣有一定安全距離。當(dāng)土質(zhì)良好時(shí)，堆土或材料應(yīng)距挖方邊緣0.8m以外，高度不應(yīng)超過1.5m。在軟土地區(qū)開挖時(shí)，應(yīng)隨挖隨運(yùn)，以防由于地面加荷引起的邊坡塌方。 3、作好排水工作，防止地表水、施工用水和生活廢水浸入邊坡土體，在雨期施工時(shí)，應(yīng)更加注意檢查邊坡的穩(wěn)定性，必要時(shí)加設(shè)支撐。 當(dāng)基坑開挖完后，可采用塑料薄膜覆蓋，水泥砂漿抹面、掛網(wǎng)抹面或噴漿等方法進(jìn)行邊坡坡面防護(hù)，可有效防止邊坡失穩(wěn)。在土方開挖過程中，應(yīng)隨時(shí)觀察邊坡土體，當(dāng)出現(xiàn)如裂縫、滑動(dòng)等失穩(wěn)跡象時(shí)，應(yīng)暫停施工，必要時(shí)將施工人員和機(jī)械撤出至安全地點(diǎn)。同時(shí)，應(yīng)設(shè)置觀察點(diǎn)，并對(duì)土體平面位移和沉降變

16、化作好記錄，隨后與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，研究相應(yīng)的措施，如排水、支檔、減重反壓和護(hù)坡等方法進(jìn)行綜合治理。有些情況下，也可采用通風(fēng)疏干、電滲排水，爆破灌漿，化學(xué)加固等方法，改善滑動(dòng)帶巖土的性質(zhì)，以穩(wěn)定邊坡。*五、邊坡穩(wěn)定分析簡(jiǎn)介地基穩(wěn)定性可采用圓弧滑動(dòng)面法進(jìn)行驗(yàn)算.最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面上諸力對(duì)滑動(dòng)中心所產(chǎn)生的抗滑力矩與滑動(dòng)力矩應(yīng)符合下式要求: MR/MS1.2  式中  MS-滑動(dòng)力矩;  MR-抗滑力矩.當(dāng)邊坡坡角大于45°,坡高大于8m時(shí),尚應(yīng)按式MR/MS1.2驗(yàn)算坡體穩(wěn)定性。在建設(shè)場(chǎng)區(qū)內(nèi)，由于施工或其他因素的影響有可能形成滑坡的地段

17、，必須采取可靠的預(yù)防措施，防止產(chǎn)生滑坡。對(duì)具有發(fā)展趨勢(shì)并威脅建筑物安全使用的滑坡，應(yīng)及早整治，防止滑坡繼續(xù)發(fā)展。必須根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及施工影響等因素，認(rèn)真分析滑坡可能發(fā)生或發(fā)展的主要原因，可采取下列防治滑坡的處理措施：  1.排水：應(yīng)設(shè)置排水溝以防止地面水浸入滑坡地段，必要時(shí)尚應(yīng)采取防滲措施。在地下水影響較大的情況下，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，做好地下排水工程；  2.支擋：根據(jù)滑坡推力的大小、方向及作用點(diǎn)，可選用重力式抗滑擋墻、阻滑樁及其他抗滑結(jié)構(gòu)。抗滑擋墻的基底及阻滑樁的樁端應(yīng)埋置于滑動(dòng)面以下的穩(wěn)定土(巖)層中。必要時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算墻頂以上的土(巖)體從

18、墻頂滑出的可能性；  3.卸載：在保證卸載區(qū)上方及兩側(cè)巖土穩(wěn)定的情況下，可在滑體主動(dòng)區(qū)卸載，但不得在滑體被動(dòng)區(qū)卸載；  4.反壓：在滑體的阻滑區(qū)段增加豎向荷載以提高滑體的阻滑安全系數(shù)。四、土坡穩(wěn)定分析的幾個(gè)問題1. 關(guān)于挖方邊坡和天然邊坡人工挖出和天然存在的土坡是在天然地層中形成的，但與人工填筑土坡相比有獨(dú)特之處。對(duì)均質(zhì)挖方土坡和天然土坡穩(wěn)定性分析，與人工填筑土坡相比，求得的安全系數(shù)比較符合實(shí)測(cè)結(jié)果，但對(duì)于超固結(jié)裂隙粘土，算得的安全系數(shù)雖遠(yuǎn)大于1，表面上看來已穩(wěn)定，實(shí)際上都已破壞，這是由超固結(jié)粘土的特性決定的。隨著剪切變形的增加，抗剪強(qiáng)度增大到峰值強(qiáng)度，

19、隨后降至殘余值，特別是粘聚力下降較大，甚至接近于零，這些特性對(duì)土坡穩(wěn)定性有很大影響。2. 關(guān)于圓弧滑動(dòng)法該法把滑動(dòng)面簡(jiǎn)單地當(dāng)做圓弧，并認(rèn)為滑動(dòng)土體是剛性的，沒有考慮分條之間的推力，或只考慮分條間水平推力（畢肖普公式），故計(jì)算結(jié)果不能完全符合實(shí)際，但由于計(jì)算概念明確，且能分析復(fù)雜條件下土坡穩(wěn)定性，所以在各國(guó)實(shí)踐中普遍使用。由均質(zhì)粘土組成的土坡，該方法可使用，但由非均質(zhì)粘土組成的土坡，如壩基下存在軟弱夾層或土石壩等，其滑動(dòng)面形狀發(fā)生很大變化，應(yīng)根據(jù)具體情況，采用非圓弧法進(jìn)行計(jì)算比較。不論用哪一種方法都必須考慮滲流的作用。3. 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)選用問題選用的土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是否合理，對(duì)土坡穩(wěn)定性分析結(jié)

20、果有密切關(guān)系。應(yīng)結(jié)合邊坡實(shí)際加荷情況，填料性質(zhì)和排水條件等，合理選用土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。4. 安全系數(shù)選用問題從理論上講，處于極限平衡狀態(tài)的土坡，其安全系數(shù)K1，所以：若設(shè)計(jì)土坡時(shí)的K>1，就應(yīng)滿足穩(wěn)定要求。但實(shí)際工程中，有些土坡安全系數(shù)K>1，還是發(fā)生了滑動(dòng)；而有些土坡安全系數(shù)K1，卻是穩(wěn)定的。這是因?yàn)橛绊懓踩禂?shù)的因素很多，如抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用、計(jì)算方法的選擇、計(jì)算條件的選擇等。目前對(duì)土坡穩(wěn)定容許安全系數(shù)的數(shù)值，各部門尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，選用時(shí)要注意計(jì)算方法、強(qiáng)度指標(biāo)和容許安全系數(shù)必須相互配合，并要根據(jù)工程不同情況，結(jié)合當(dāng)?shù)匾延薪?jīng)驗(yàn)加以確定。5. 成層土土坡或地表面有堆載等復(fù)雜情況下土

21、坡穩(wěn)定性分析當(dāng)土坡滑動(dòng)體由兩層或更多土層組成時(shí)，滑動(dòng)面往往貫穿多個(gè)土層。土坡穩(wěn)定性分析時(shí)，土體自重的應(yīng)該根據(jù)滑動(dòng)體的具體組成，采用相應(yīng)的重度計(jì)算；抗剪強(qiáng)度也應(yīng)該依據(jù)實(shí)際情況分段采用相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算。當(dāng)?shù)乇砻嬗卸演d時(shí)，按劃分后的土條，將堆載分?jǐn)偟较鄳?yīng)的土條頂面。土坡穩(wěn)定性分析時(shí)，將堆載作為豎直向的力，計(jì)入相應(yīng)的平衡方程。6土坡穩(wěn)定的允許高度建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)XGB50007-2002 規(guī)定：邊坡的坡度允許值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，參照同類土層穩(wěn)定坡度確定，當(dāng)土質(zhì)良好且均允勻，可按表6-6 確定。表6-6土質(zhì)邊坡的坡度允許值土坡失穩(wěn)是土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生顯著改變的結(jié)果，土坡穩(wěn)定性分析的實(shí)質(zhì)就是土的

22、抗剪強(qiáng)度問題的實(shí)際應(yīng)用。影響土坡穩(wěn)定的因素很多，如抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用、計(jì)算方法的選擇、計(jì)算條件的選擇等。目前對(duì)土坡穩(wěn)定容許安全系數(shù)的數(shù)值，各部門尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，選用時(shí)要注意計(jì)算方法、強(qiáng)度指標(biāo)和容許安全系數(shù)必須相互配合，并根據(jù)工程情況，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。任務(wù)三 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及選型原則城市高層建筑的迅速發(fā)展，地下停車場(chǎng)、人防工程、地鐵等工程都需要深基坑開挖，加上基坑周圍通常存在交通要道、已建建筑或管線等各種構(gòu)筑物，無疑增加了基坑開挖的難度。而要保護(hù)基坑及其周邊建、構(gòu)筑物的安全使用，支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理選擇是關(guān)鍵。我們知道，一般的基坑支護(hù)大多是臨時(shí)結(jié)構(gòu)、投資太大也易造成浪費(fèi)，但支護(hù)結(jié)構(gòu)不安全又勢(shì)必會(huì)造

23、成工程事故。因此，如何安全、合理地選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)并根據(jù)基坑工程的特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)是基坑工程要解決的主要內(nèi)容。以下簡(jiǎn)單介紹當(dāng)前基坑工程中常見的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及不同地基土條件下的基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)選型原則。一、基坑支護(hù)的類型及其特點(diǎn)和適用X圍1、放坡開挖 放坡開挖是根據(jù)基坑具體施工條件和不同土質(zhì)的要求放足邊坡進(jìn)行土方開挖。適用于周圍場(chǎng)地開闊，周圍無重要建筑物的情況。其要求邊坡土體穩(wěn)定，位移控制嚴(yán)格，由于不需支擋材料，經(jīng)濟(jì)性好，但回填土方較大。2、排樁支護(hù)由于其對(duì)各種地質(zhì)條件的適應(yīng)性、施工簡(jiǎn)單易操作且設(shè)備投入一般不是很大，在我國(guó)排樁式支護(hù)是應(yīng)用較多的一種。排樁通常多用于坑深715m的基坑二程，做成

24、排樁擋墻，頂部澆筑砼圈梁，它具有剛度較大、抗彎能力強(qiáng)、變形相對(duì)較小，施工時(shí)無振動(dòng)、噪音小，無擠土現(xiàn)象，對(duì)周圍環(huán)境影響小等特點(diǎn)。當(dāng)工程樁也為灌注樁時(shí)，可以同步施工，從而有利于施工組織、工期短。當(dāng)開挖影響深度內(nèi)地下水位高且存在強(qiáng)透水層時(shí)，需采用隔水措施或降水措施。當(dāng)開挖深度較大或?qū)吰伦冃我髧?yán)格時(shí)，需結(jié)合錨拉系統(tǒng)或支撐系統(tǒng)使用。排樁支護(hù)一般造價(jià)較高。3、深層攪拌水泥土圍護(hù)墻 深層攪拌水泥土圍護(hù)墻是采用深層攪拌機(jī)就地將土和輸入的水泥漿強(qiáng)行攪拌,形成連續(xù)搭接的水泥土柱狀加固體擋墻。水泥土圍護(hù)墻優(yōu)點(diǎn):由于一般坑內(nèi)無支撐,便于機(jī)械化快速挖土;具有擋土、止水的雙重功能;一般情況下較經(jīng)濟(jì);施工中無振動(dòng)、無噪

25、音、污染少、擠土輕微,因此在鬧市區(qū)內(nèi)施工更顯出優(yōu)越性。水泥土圍護(hù)墻的缺點(diǎn):首先是位移相對(duì)較大,尤其在基坑長(zhǎng)度大時(shí),為此可采取中間加墩、起拱等措施以限制過大的位移;其次是厚度較大,只有在紅線位置和周圍環(huán)境允許時(shí)才能采用,而且在水泥土攪拌樁施工時(shí)要注意防止影響周圍環(huán)境。 4、高壓旋噴樁 高壓旋噴樁所用的材料亦為水泥漿,它是利用高壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合形成水泥土加固體,相互搭接形成排樁,用來擋土和止水。高壓旋噴樁的施工費(fèi)用要高于深層攪拌水泥土樁,但其施工設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、占地少,并且施工機(jī)具的振動(dòng)很小,噪音也較低,不會(huì)對(duì)周圍建筑物帶來振動(dòng)的影響和產(chǎn)生噪音等公害,它可

26、用于空間較小處,但施工中有大量泥漿排出,容易引起污染。對(duì)于地下水流速過大的地層,無填充物的巖溶地段永凍土和對(duì)水泥有嚴(yán)重腐蝕的土質(zhì),由于噴射的漿液無法在注漿管周圍凝固,均不宜采用該法。 5、鋼板樁 鋼板樁有平板形和波浪形兩種，采用帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼，依靠鎖口或鉗口相互咬合連接，形成鋼板樁支護(hù)鋼板樁之間通過鎖口互相連接，形成一道連續(xù)的擋墻，同時(shí)也具有較好的隔水能力。鋼板樁截面積小，易于打入。U形、z形等波浪式鋼板樁截面抗彎能力較好。鋼板樁在基礎(chǔ)施工完畢后還可拔出重復(fù)使用。鋼板樁支護(hù)適于軟弱場(chǎng)地地基和地下水位高且水量豐富的地區(qū)，具有強(qiáng)度高、阻水、施工簡(jiǎn)便、快捷等特點(diǎn)，懸臂時(shí)以H4m為宜。缺點(diǎn)一是

27、一次投入鋼材多；二是不能完全擋水和對(duì)土中的細(xì)小顆粒阻擋效果不佳，在地下水位高的地區(qū)還需采取隔水或降水措施；三是抗彎能力較弱，支護(hù)剛度小，開挖后變形較大。因此基坑深度4m時(shí),通常在樁頂部設(shè)置一道支撐或錨拉。施工工藝簡(jiǎn)單但對(duì)設(shè)備要求較高，在同等條件下一般比其他支護(hù)形式工期短，造價(jià)相對(duì)較高。目前，也有用由槽鋼正反扣搭接或并排組成的一種簡(jiǎn)易鋼板樁圍護(hù)墻。槽鋼長(zhǎng)68m ,型號(hào)由計(jì)算確定。其特點(diǎn)為:槽鋼具有良好的耐久性,基坑施工完畢回填土后可將槽鋼拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能擋水和土中的細(xì)小顆粒,在地下水位高的地區(qū)需采取隔水或降水措施;抗彎能力較弱,多用于深度4m的較淺基坑或溝槽,頂部宜設(shè)置一

28、道支撐或拉錨;支護(hù)剛度小,開挖后變形較大。 6、 鋼筋混凝土板樁 鋼筋混凝土板樁具有施工簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)周期短等特點(diǎn),曾在基坑中廣泛應(yīng)用,但由于鋼筋混凝土板樁的施打一般采用錘擊方法,振動(dòng)與噪音大,同時(shí)沉樁過程中擠土也較為嚴(yán)重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工廠預(yù)制,再運(yùn)至工地,成本較灌注樁等略高。但由于其截面形狀及配筋對(duì)板樁受力較為合理并且可根據(jù)需要設(shè)計(jì),目前已可制作厚度較大(如厚度達(dá)500mm 以上) 的板樁,并有液壓靜力沉樁設(shè)備,故在基坑工程中仍是支護(hù)板墻的一種使用形式。 7、鉆孔灌注樁 鉆孔灌注樁圍護(hù)墻是排樁式中應(yīng)用最多的一種,在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用。其多用于坑深715m 的基

29、坑工程,在我國(guó)北方土質(zhì)較好地區(qū)已有89m 的臂樁圍護(hù)墻。鉆孔灌注樁支護(hù)墻體的特點(diǎn)有:施工時(shí)無振動(dòng)、無噪音等環(huán)境公害,無擠土現(xiàn)象,對(duì)周圍環(huán)境影響小;墻身強(qiáng)度高,剛度大,支護(hù)穩(wěn)定性好,變形小;當(dāng)工程樁也為灌注樁時(shí),可以同步施工,從而施工有利于組織、方便、工期短;樁間縫隙易造成水土流失,特別時(shí)在高水位軟粘土質(zhì)地區(qū),需根據(jù)工程條件采取注漿、水泥攪拌樁、旋噴樁等施工措施以解決擋水問題;適用于軟粘土質(zhì)和砂土地區(qū),但是在砂礫層和卵石中施工困難應(yīng)該慎用;樁與樁之間主要通過樁頂冠梁和圍檁連成整體,因而相對(duì)整體性較差,當(dāng)在重要地區(qū),特殊工程及開挖深度很大的基坑中應(yīng)用時(shí)需要特別慎重。 8、地下連續(xù)墻 通常連續(xù)墻的厚

30、度為600mm、800mm、1000mm，也有厚達(dá)1200mm的，但較少使用。地下室連續(xù)墻作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，墻體剛度大，集擋土、截水、防滲和承重于一體，是支護(hù)結(jié)構(gòu)中最強(qiáng)的支護(hù)型式。適用于地質(zhì)條件差和復(fù)雜，基坑深度大，周邊環(huán)境要求較高的基坑。地下連續(xù)墻可作為地下室墻體的組成部分，對(duì)于開挖量大、基坑深的工程更顯出獨(dú)特的優(yōu)越性，是一種很有前途的基坑支護(hù)方式，但需專用機(jī)具設(shè)備，機(jī)械化程度比較高，它的采用宜與內(nèi)襯結(jié)合后做為地下室外墻使用，從而降低支護(hù)結(jié)構(gòu)的成本。地下連續(xù)墻的優(yōu)越性早巳為世界公認(rèn)，在大深度基坑和復(fù)雜的工程環(huán)境下非它莫屬。唯其造價(jià)較高，施工要求專用設(shè)備，在選用時(shí)需綜合考慮。9、土釘墻土釘墻是

31、一種邊坡穩(wěn)定式的支護(hù), 屬于一種原位加固技術(shù)。它由原位土體、設(shè)置在土體中的土釘和噴射砼面層組成，土釘墻適用于地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、粘性土和砂土的基坑開挖支護(hù)工程。但一般不適用于汗水豐富的粉細(xì)砂層，卵礫石層和淤泥質(zhì)土，不應(yīng)用于沒有臨時(shí)自穩(wěn)能力的淤泥層。目前報(bào)導(dǎo)土釘墻支護(hù)的最大深度已達(dá)l6米。與錨桿聯(lián)合支護(hù)時(shí)開挖深度更大。 土釘墻主要用于土質(zhì)較好地區(qū),我國(guó)華北和華東北部一帶應(yīng)用較多,目前我國(guó)南方地區(qū)亦有應(yīng)用,有的已用于坑深10m 以上的基坑,穩(wěn)定可靠、施工簡(jiǎn)便且工期短、效果較好、經(jīng)濟(jì)性好、在土質(zhì)較好地區(qū)應(yīng)積極推廣。10、 SMW工法 SMW工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法,即在水泥土樁內(nèi)

32、插入H 型鋼等(多數(shù)為H 型鋼,亦有插入拉森式鋼板樁、鋼管等) ,將承受荷載與防滲擋水結(jié)合起來,使之成為同時(shí)具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻。SMW 支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)特點(diǎn)主要為:施工時(shí)基本無噪音,對(duì)周圍環(huán)境影響小;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠,凡是適合應(yīng)用水泥土攪拌樁的場(chǎng)合都可使用,特別適合于以粘土和粉細(xì)砂為主的松軟地層;擋水防滲性能好,不必另設(shè)擋水帷幕;可以配合多道支撐應(yīng)用于較深的基坑;此工法在一定條件下可代替作為地下圍護(hù)的地下連續(xù)墻,在費(fèi)用上如果能夠采取一定施工措施成功回收H 型鋼等受拉材料;則大大低于地下連續(xù)墻,因而具有較大發(fā)展前景。 二、基坑支護(hù)選型基坑支護(hù)型式的合理選擇，是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的的首要

33、工作，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，周邊環(huán)境的要求及不同支護(hù)型式的特點(diǎn)、造價(jià)等綜合確定?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的選型必須滿足安全可行、經(jīng)濟(jì)合理、保護(hù)環(huán)境、施工便捷這四個(gè)基本原則。一般當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好，周邊環(huán)境要求較寬松時(shí)，可以采用柔性支護(hù)，如土釘墻等；當(dāng)周邊環(huán)境要求高時(shí)，應(yīng)采用較剛性的支護(hù)型式，以控制水平位移，如排樁或地下連續(xù)墻等。同樣，對(duì)于支撐的型式，當(dāng)周邊環(huán)境要求較高地質(zhì)條件較差時(shí)，采用錨桿容易造成周邊土體的擾動(dòng)并影響周邊環(huán)境的安全，應(yīng)采用內(nèi)支撐型式較好；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件特別差，基坑深度較深，周邊環(huán)境要求較高時(shí)，可采用地下連續(xù)墻加逆作法這種最強(qiáng)的支護(hù)型式?；又ёo(hù)最重要的是要保證周邊環(huán)境的安全。 總之，基坑支護(hù)是一種

34、特殊的結(jié)構(gòu)方式，具有很多的功能。不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)適應(yīng)于不同的水文地質(zhì)條件，因此，要根據(jù)具體問題，具體分析，從而選擇經(jīng)濟(jì)適用的支護(hù)結(jié)構(gòu)。任務(wù)四 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞形式與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在建筑基坑施工時(shí)，為確保施工安全，防止塌方事故發(fā)生，必須對(duì)開挖的建筑基坑采取支護(hù)措施。近幾年來，高層建筑的迅速興起，促進(jìn)了深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展。各地在深基坑開挖和支護(hù)技術(shù)方面積累了豐富的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝不斷涌現(xiàn)。但是，現(xiàn)在的城市建筑間距很小，用地緊X，給基礎(chǔ)工程施工帶來很大的難度，給周圍環(huán)境帶來極大威脅，也相應(yīng)地增加了施工工期和施工費(fèi)用。而且，原來的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)原則、運(yùn)算公式、施工工藝

35、，已不符合深基坑開挖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，導(dǎo)致一些基坑工程出現(xiàn)事故，造成巨大的損失。因此，基坑支護(hù)的安全問題問題引起工程技術(shù)人員的高度重視。一、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞形式：基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞或失效有多種形式，任何一種控制條件不能滿足都有可能造成支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體破壞或支護(hù)功能的喪失。支護(hù)結(jié)構(gòu)方案制定時(shí)應(yīng)全面考慮這些破壞因素，施工過程也要觀察和監(jiān)測(cè)各種不同的破壞跡象，一旦發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)采取有效措施，避免在某一個(gè)環(huán)節(jié)上處理不當(dāng)而造成通盤失敗。這些破壞和失效形式歸納起來主要包括： （一）支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力破壞 1、護(hù)坡樁或地下連續(xù)墻的受彎、受剪承載能力： 2、支撐和支撐立柱的承載能力； 3、錨桿或土釘?shù)?/p>

36、杭拔承載力； 4、腰梁或受力冠梁的受彎、受剪承載力； 5、結(jié)構(gòu)各連接件的受壓、受剪承載力等。 （二）支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)破壞和土的隆起破壞 根據(jù)不同的支護(hù)型式特點(diǎn)，其整體失穩(wěn)的破壞形式為： 1、當(dāng)樁墻錨桿結(jié)構(gòu)滑動(dòng)面向外延伸發(fā)展時(shí)，使其滑動(dòng)面以外的錨桿錨固長(zhǎng)度減小，或最危險(xiǎn)滑動(dòng)面出現(xiàn)在錨桿以外，造成滑動(dòng)面以內(nèi)土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)一起滑移失穩(wěn)； 2、對(duì)于各種支護(hù)結(jié)構(gòu)，由于支護(hù)結(jié)構(gòu)下面土的承載力不夠，產(chǎn)生沿支護(hù)結(jié)構(gòu)底面的滑動(dòng)面，土體向幕坑內(nèi)滑動(dòng)，基坑外土體下沉，基底隆起； 3、重力式結(jié)構(gòu)自身的抗傾覆或抗滑移能力不夠，使重力式結(jié)構(gòu)傾覆或向基坑內(nèi)水平滑移； 4、土釘墻的滑弧穩(wěn)定能力不足，土釘拔出，產(chǎn)生邊坡整體滑動(dòng)；或滑動(dòng)面發(fā)展到土釘以外，使上釘和土體一起滑移。（三）支護(hù)結(jié)構(gòu)位移和地面沉降過大基坑周邊地面的過大沉降，特別是不均勻沉降會(huì)導(dǎo)致沉降影響X圍內(nèi)建筑物和道路的下沉、結(jié)構(gòu)開裂、門窗變形，也會(huì)導(dǎo)致剛性地下管線接頭處的斷裂或損壞，嚴(yán)重時(shí)可使這些建筑物、地下管線失去使用功能而報(bào)廢，而基坑周邊地面一般為不均勻沉降。影響基坑周邊地面沉降的因素主要有以下幾點(diǎn)：1)由于支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移連帶著基坑周邊土體的水平變形和垂直變形； 2)在地下水位高于基坑面的場(chǎng)地上，由于施工降水或基坑開挖引起的地下水位下降，降水影響X圍土的有效應(yīng)力增加，使土層