土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課件學(xué)習(xí)情境九-設(shè)計(jì)基坑與地下連續(xù)墻工程

目錄1設(shè)計(jì)基坑工程2設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻學(xué)習(xí)單元1設(shè)計(jì)基坑工程設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)（一）有支護(hù)的基坑工程

有支護(hù)的基坑工程一般包括維護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系、土方開挖、降水工程、地基加固、現(xiàn)場監(jiān)測和環(huán)境保護(hù)工程。有支護(hù)的基坑工程還可以分為無支撐維護(hù)和有支撐維護(hù)。

1）無支撐維護(hù)開挖適用于開挖深度較淺、地質(zhì)條件較好、周圍環(huán)境保護(hù)要求較低的基坑工程，具有施工方便、工期短等特點(diǎn)。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)2）有支撐維護(hù)開挖適用于地層軟弱、周圍環(huán)境復(fù)雜、環(huán)境保護(hù)要求較高的深基坑開挖，但開挖機(jī)械的施工活動空間受限，支撐布置需要考慮適應(yīng)主體工程施工，換拆支撐施工較復(fù)雜。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)（二）無支護(hù)放坡基坑工程

無支護(hù)放坡基坑開挖是在空曠施工場地環(huán)境下的一種常見的基坑開挖方法，一般包括降水工程、土方開挖、地基加固及土坡坡面保護(hù)。放坡開挖深度通常限于3～6m，如果大于這一深度，則必須采取分段開挖，分段之間應(yīng)設(shè)置平臺，平臺寬度為2～3m。當(dāng)挖土通過不同土層時，可根據(jù)土層情況改變放坡的坡率及平臺寬度。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)（一）基坑工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容

1)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較；

2)支護(hù)體系的穩(wěn)定性驗(yàn)算；

3)支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定和變形計(jì)算；

4)地下水控制設(shè)計(jì)；

5)對周邊環(huán)境影響的控制設(shè)計(jì)；

6)基坑土方開挖方案；

7)基坑工程的監(jiān)測要求。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)（二）基坑工程設(shè)計(jì)應(yīng)具備的資料

1)巖土工程勘察報(bào)告；

2)建筑物總平面圖、用地紅線圖；

3)建筑物地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料，以及樁基礎(chǔ)或地基處理設(shè)計(jì)資料；

4)基坑環(huán)境調(diào)查報(bào)告，包括基坑周邊建(構(gòu))筑物、地下設(shè)施及地下交通工程等的相關(guān)資料。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)（三）基坑設(shè)計(jì)的要求1.安全可靠性

確?；庸こ贪踩爸車h(huán)境安全。2.經(jīng)濟(jì)合理性

基坑支護(hù)工程在安全可靠的前提下，要從工期設(shè)備材料人工及周圍環(huán)境保護(hù)等多方面綜合研究經(jīng)濟(jì)合理性。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)3.施工便利性和工期保證性

在安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性能滿足的前提下，最大限度滿足便利施工和盡量縮短工期的要求。基坑工程按支護(hù)工程損壞造成破壞的嚴(yán)重性程度，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120—2012)規(guī)定，可分為三級，各自的重要性系數(shù)見表9-1。

1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)（四）基坑工程的設(shè)計(jì)依據(jù)

在基坑工程設(shè)計(jì)的前期工作中，應(yīng)對基坑內(nèi)的主體工程設(shè)計(jì)、場地地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、施工條件、設(shè)計(jì)規(guī)范等進(jìn)行研究和收集，以全面掌握設(shè)計(jì)依據(jù)。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)（一）支撐結(jié)構(gòu)類型

深基坑支護(hù)體系由圍護(hù)墻和土層錨桿兩部分組成。在基坑工程中，基坑結(jié)構(gòu)是承受圍護(hù)墻所傳遞土壓力的結(jié)構(gòu)體系。作用在圍護(hù)墻上的土體水平壓力、水的壓力通過支撐可以有效傳遞和平衡，也可以由坑外設(shè)置的土錨維持其平衡，還能減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移。內(nèi)支撐可以直接平衡坑內(nèi)兩端維護(hù)墻上所受的側(cè)壓力，具有構(gòu)造簡單、傳力明確等特點(diǎn)。土錨設(shè)置在圍護(hù)墻的背后，為挖土和結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造空間，有利于提高施工效率。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)（二）支撐體系的結(jié)構(gòu)形式1單跨壓桿式支撐

當(dāng)基坑平面呈窄長條狀，短邊的長度不大時，所用的支撐桿件在該長度下的極限承載力尚能滿足支護(hù)系統(tǒng)的需要，則采用這種形式具有受力明確、設(shè)計(jì)簡潔、施工安裝方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，如圖9-1(a)所示。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)2.多跨壓桿式支撐

當(dāng)基坑平面尺寸較大，所用支撐桿件在基坑短邊長度下的極限承載力尚不滿足支護(hù)系統(tǒng)要求時，就需要在支撐桿件中部加設(shè)若干支點(diǎn)，在水平支撐桿上加設(shè)垂直支點(diǎn)，組成多跨壓桿式的支撐系統(tǒng)。這種形式的支撐受力也較明確，施工安裝較單跨壓桿式要復(fù)雜，如圖9-1(b)所示。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制

圖9-1支撐結(jié)構(gòu)示意圖(a)單跨壓桿式支撐；(b)多跨壓桿式支撐設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)（三）支撐體系的布置

在工程實(shí)際中，支撐體系的布置設(shè)計(jì)通常應(yīng)考慮以下要求：

1)能夠因地制宜并合理選定支撐材料和支撐體系布置形式，使其綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得以優(yōu)化。

2)支撐體系受力明確，充分協(xié)調(diào)發(fā)揮各桿件的力學(xué)性能，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，能夠在穩(wěn)定性和控制變形方面滿足對周圍環(huán)境保護(hù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)3)支撐體系布置能在安全可靠的前提下，最大限度地滿足土方開挖和主體結(jié)構(gòu)的快速施工要求。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)工程中常用的支撐體系的布置形式如圖9-2所示。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制

圖9-2常用支撐體系的布置形式(a)平面交叉式(單層或多層)支撐；(b)井字式支撐；(c)角(斜)撐式支撐；(d)周邊桁架；(e)圓形環(huán)梁；(f)水平壓桿支撐；(g)圓拱形支撐；(h)斜向支撐；(i)中心島式開挖及支撐；(j)逆作法；(k)錨桿；(l)拉錨(錨破)設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)（一）地下水控制的要求

基坑工程地下水控制應(yīng)防止基坑開挖過程及使用期間的管涌、流砂、坑底突涌及與地下水有關(guān)的坑外地層過度沉降。地下水控制設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：

1)地下工程施工期間，地下水位控制在基坑面以下0.5～1.5m；

2)滿足坑底突涌驗(yàn)算要求；

3)滿足坑底和側(cè)壁抗?jié)B流穩(wěn)定的要求；1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)4)控制坑外地面沉降量及沉降差，保證鄰近建(構(gòu))筑物及地下管線的正常使用。（二）地下水控制的內(nèi)容

1)基坑降水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包括下列內(nèi)容：

（1）確定降水井的布置、井?dāng)?shù)、井深、井距、井徑、單井出水量；

（2）疏干井和減壓井過濾管的構(gòu)造設(shè)計(jì)；1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)

（3）人工濾層的設(shè)置要求；

（4）排水管路系統(tǒng)。2)驗(yàn)算坑底土層的滲流穩(wěn)定性及抗承壓水突涌的穩(wěn)定性。

3)計(jì)算基坑降水域內(nèi)各典型部位的最終穩(wěn)定水位及水位降深隨時間的變化。

4)計(jì)算降水引起的對鄰近建(構(gòu))筑物及地下設(shè)施產(chǎn)生的沉降。

5)回灌井的設(shè)置及回灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)6)滲流作用對支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形的影響。

7)降水施工、運(yùn)營、基坑安全監(jiān)測要求，除對周邊環(huán)境的監(jiān)測外，還應(yīng)包括對水位和水中微細(xì)顆粒含量的監(jiān)測要求。（三）隔水帷幕的設(shè)計(jì)隔水帷幕設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)采用地下連續(xù)墻或隔水帷幕隔離地下水，隔離帷幕滲透系數(shù)宜小于1.0×10－4m豎向截水帷幕深度應(yīng)插入下臥不透水層，其插入深度應(yīng)滿足抗?jié)B流穩(wěn)定的要求。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制設(shè)計(jì)基坑工程基坑工程的分類基坑工程的設(shè)計(jì)

2)對封閉式隔水帷幕，在基坑開挖前應(yīng)進(jìn)行坑內(nèi)抽水試驗(yàn)，并通過坑內(nèi)外的觀測井觀察水位變化、抽水量變化等確認(rèn)帷幕的止水效果和質(zhì)量。

3)當(dāng)隔水帷幕不能有效切斷基坑深部承壓含水層時，可在承壓含水層中設(shè)置減壓井，通過設(shè)計(jì)計(jì)算，控制承壓含水層的減壓水頭，按需減壓，確?？拥淄敛话l(fā)生突涌。對承壓水進(jìn)行減壓控制時，因降水減壓引起的坑外地面沉降不得超過環(huán)境控制要求的地面變形允許值。1基坑支撐方案設(shè)計(jì)地下水的控制學(xué)習(xí)單元2設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件

地下連續(xù)墻，按其填筑的材料分為土質(zhì)墻、鋼筋混凝土墻、預(yù)制鋼筋混凝土板和現(xiàn)澆混凝土的組合或預(yù)制鋼筋混凝土墻板和自凝水泥膨潤土泥漿的組合墻；按成墻方式分為樁排式(由鉆孔灌注樁并排連接形成)、壁板式(采用專用設(shè)備，利用泥漿護(hù)壁在地下開挖深槽，水下澆筑混凝土所形成)和樁壁組合式(將樁排式和壁板式地下連續(xù)墻組合起來使用的連續(xù)墻)；按其用途可分為臨時擋土墻、防滲墻、用作主體結(jié)構(gòu)兼作臨時擋土墻的地下連續(xù)墻。2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件在部分施工環(huán)境下，地下連續(xù)墻支護(hù)具有明顯的優(yōu)越性。其優(yōu)點(diǎn)如下：

1)可以減少工程施工對環(huán)境的影響。施工時振動少，噪聲低，能夠緊鄰相鄰的建筑物及地下管線施工，對沉降及變位較易控制。2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件

2)地下連續(xù)墻的墻體高度大，整體性好，結(jié)構(gòu)和地基的變形都較小，既可用于超深維護(hù)結(jié)構(gòu)，也可用于主體結(jié)構(gòu)。

3)地下連續(xù)墻為整體連續(xù)結(jié)構(gòu)，加上現(xiàn)澆墻壁厚度一般不小于600mm，鋼筋保護(hù)層較大，耐久性好，抗?jié)B性也較好。

4)可實(shí)行逆作法施工，有利于施工安全，加快施工進(jìn)度，降低造價。2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件除以上優(yōu)點(diǎn)外，地下連續(xù)墻還具有以下缺點(diǎn)：

1)棄土及廢泥漿的處理。除增加工程費(fèi)用外，若處理不當(dāng)，會造成新的環(huán)境污染。

2)地質(zhì)條件和施工的適應(yīng)性。地下連續(xù)墻最適應(yīng)的地層為軟塑、可塑的黏性土層。當(dāng)?shù)貙訔l件復(fù)雜時，還會增加施工難度和工程造價。2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件3)槽壁坍塌。地下水位急劇上升，護(hù)壁泥漿液面急劇下降、有軟弱疏松或砂性夾層、泥漿的性質(zhì)不當(dāng)或已變質(zhì)，施工管理不當(dāng)?shù)?，都可引起槽壁坍塌。槽壁坍塌，輕則引起槽壁混凝土超方和結(jié)構(gòu)尺寸超出允許界限，重則引起相鄰地面沉降、坍塌，危害鄰近建筑物或地下管線的安全。4)其造價比鉆孔灌注樁和深層攪拌樁昂貴。2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件

地下連續(xù)墻是用特殊的挖槽設(shè)備在地下構(gòu)筑的連續(xù)墻體，常用于擋土、截水、防滲及承重等。地下連續(xù)墻在城市建設(shè)和公共交通的發(fā)展領(lǐng)域，高層建筑、重型廠房、大型地下設(shè)施和地鐵、橋梁等工程領(lǐng)域廣泛使用。地下連續(xù)墻在基礎(chǔ)工程中的適用條件如下：

1)基坑深度不少于10m；

2)軟土地基或砂土地基；2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件3)在密集建筑群中施工基坑，對周圍地面沉降、建筑物沉降要求須嚴(yán)格限制時，宜用地下連續(xù)墻；

4)維護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合，作為主體結(jié)構(gòu)的一部分，對抗?jié)B有較嚴(yán)格的要求時，宜采用地下連續(xù)墻；

5)采用逆作法施工，內(nèi)襯與護(hù)壁形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的工程。2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件

用專門挖槽機(jī)開挖狹而深的基槽，在槽內(nèi)分段澆筑而成的鋼筋混凝土墻即為地下連續(xù)墻。這種墻可作為擋土墻、防滲墻及高層建筑地下室的外墻。施工時，先修導(dǎo)墻，采用泥漿護(hù)壁、槽內(nèi)挖土，放鋼筋籠，澆筑混凝土，后成墻，依次進(jìn)行下一槽段的施工。墻身完成后再進(jìn)行墻內(nèi)基坑挖土，繼續(xù)完成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)的施工。地下連續(xù)墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下兩種情況：2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件1)作擋土結(jié)構(gòu)用時，墻承受土壓力、水壓力的擋土墻結(jié)構(gòu)計(jì)算，應(yīng)考慮在施工不同階段，墻兩側(cè)壓力的變化情況。

2)作主體承重結(jié)構(gòu)用時，施工階段按擋土墻結(jié)構(gòu)計(jì)算，也要進(jìn)行墻身在各種荷載作用下的強(qiáng)度計(jì)算及墻底地基強(qiáng)度驗(yàn)算。2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件

地下連續(xù)墻的施工需要經(jīng)過以下幾個工藝過程，即導(dǎo)墻、成槽、放接頭管、吊放鋼筋籠、澆筑水下混凝土及拔接頭管成墻等，如圖9-3所示。2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工

圖9-3地下連續(xù)墻施工順序(a)挖導(dǎo)溝、筑導(dǎo)墻；(b)挖槽；(c)吊放接頭管；(d)吊放鋼筋籠；(e)澆灌水下混凝土；(f)拔出接頭管成墻設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件（一）導(dǎo)墻

修筑導(dǎo)墻是地下連續(xù)墻施工的第一道工序，以此保證開挖槽段豎直作導(dǎo)向，并防止機(jī)械上下運(yùn)行時碰壞槽壁。導(dǎo)墻位于地下連續(xù)墻的墻面線兩側(cè)。導(dǎo)墻的施工，通常采用在現(xiàn)場開挖導(dǎo)溝，現(xiàn)場澆筑混凝土。（二）槽段開挖

槽段開挖寬度及內(nèi)外導(dǎo)墻之間的間距。施工時，沿地下連續(xù)墻長度分段開挖槽孔。2地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻的施工設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻的分類及特點(diǎn)地下連續(xù)墻的適用條件（三）制備泥漿

泥漿以膨潤土或細(xì)粒在現(xiàn)場加水?dāng)嚢瓒?，用以平衡?cè)向地下水壓力和土壓力，保持槽壁不致坍塌，并起到攜渣、防滲作用。泥漿液面應(yīng)保持高出地下水位0.5～1.0m