基坑围护结构设计(new)教材.ppt

三分院三分院 陈长江陈长江 2014.72014.7 明挖基坑围护结构设计明挖基坑围护结构设计 一、基坑定义及主要设计内容 二、基坑支护结构设计基本原则 三、基坑围护结构设计所需要的基本资料 四、支护结构选型选型 五、地铁基坑常用支护结构形式 六、基坑支撑体系 七、基坑降水 八、地层加固 九、基坑监测 目录目录 根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012给出的 基坑定义：为进行建(构)筑物地下部分的施工由地面向 下开挖出的空间 一、基坑定义及主要设计内容 一、基坑定义及主要设计内容 环境调查及基坑安全等级的确定 围护结构选型 围护结构设计计算 围护结构稳定性验算 节点构造 基坑降水设计 基坑加固设计 基坑监测 1）基坑支护应满足下列功能要求： （1） 保证基坑周边建（构）筑物、地下管线、道路的安全和正常使用； （2 ）保证主体地下结构的施工空间 2）基坑支护设计时, 应综合考虑基坑周边环境和地质条件的复杂程度、基 坑深度等因素，按下表采用支护结构的安全等级对同一基坑的不同部位 ，可采用不同的安全等级 3）支护结构设计时应采用下列极限状态： （1）承载能力极限状态 （2）正常使用极限状态 4）支护结构构件按承载能力极限状态设计时，作用基本组合的综合分项系 数γF不应小于1.25。

对安全等级为一级、二级、三级的支护结构，其结构重 要性系数（γ0）分别不应小于1.1、1.0、0.9各类稳定性安全系数（K）应 按《建筑基坑支护技术规程》规定取值 二、设计原则 二、设计原则 5）基坑支护设计应按下列要求设定支护结构的水平位移控制值和基坑周边 环境的沉降控制值： （1 ）当基坑开挖影响范围内有建筑物时，支护结构水平位移控制值、建筑 物的沉降控制值应按不影响其正常使用的要求确定，并应符合现行国家标 准《建筑地基基础设计规范》GB50007中对地基变形允许值的规定；当基 坑开挖影响范围内有地下管线、地下构筑物、道路时，支护结构水平位移 控制值、地面沉降控制值应按不影响其正常使用的要求确定，并应符合现 行相关规范对其允许变形的规定； （2 ）当支护结构构件同时用作主体地下结构构件时，支护结构水平位移控 制值不应大于主体结构设计对其变形的限值； （ 3） 当无本条第1款、第2款情况时，支护结构水平位移控制值应根据地 区经验按工程的具体条件确定 6）基坑支护应按实际的基坑周边建筑物、地下管线、道路和施工荷载等条 件进行设计设计中应提出明确的基坑周边荷载限值、地下水和地表水控 制等基坑使用要求。

7）基坑支护设计应满足下列主体地下结构的施工要求： （1）基坑侧壁与主体地下结构的净空间和地下水控制应满足主体地下结构 及防水的施工要求； （2） 采用锚杆时，锚杆的锚头及腰梁不应妨碍地下结构外墙的施工； （3） 采用内支撑时，内支撑及腰梁的设置应便于地下结构及防水的施工 二、设计原则 8）支护结构按平面结构分析时，应按基坑各部位的开挖深度、周边环境条 件、地质条件等因素划分设计计算剖面对每一计算剖面，应按其最不利 条件进行计算对电梯井、集水坑等特殊部位，宜单独划分计算剖面 9）基坑支护设计应规定支护结构各构件施工顺序及相应的基坑开挖深度 基坑开挖各阶段和支护结构使用阶段，均应按极限状态进行设计及验算 （10）土压力及水压力计算、土的各类稳定性验算时，土、水压力的分、 合算方法及相应的土的抗剪强度指标类别应符合下列规定： （1）对地下水位以上的各类土，土压力计算、土的滑动稳定性验算时，对 粘性土、粘质粉土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指 标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq，对砂质粉土、砂土、碎石 土，土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c、φ 。

（2） 对地下水位以下的粘性土、粘质粉土，可采用土压力、水压力合算方 法，土压力计算、土的滑动稳定性验算可采用总应力法；此时，对正常固 结和超固结土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu 、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq，对欠固结土，宜采用有效自重 压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标cuu、φuu； 二、设计原则 （10）土压力及水压力计算、土的各类稳定性验算时，土、水压力的分、合算 方法及相应的土的抗剪强度指标类别应符合下列规定： （3） 对地下水位以下的砂质粉土、砂土和碎石土，应采用土压力、水压力分 算方法，土压力计算、土的滑动稳定性验算应采用有效应力法；此时，土的抗 剪强度指标应采用有效应力强度指标c、φ，对砂质粉土，缺少有效应力强度 指标时，也可采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度 指标ccq、φcq代替，对砂土和碎石土，有效应力强度指标φ可根据标准贯入试 验实测击数和水下休止角等物理力学指标取值；土压力、水压力采用分算方法 时，水压力可按静水压力计算；当地下水渗流时，宜按渗流理论计算水压力和 土的竖向有效应力；当存在多个含水层时，应分别计算各含水层的水压力； （4） 有可靠的地方经验时，土的抗剪强度指标尚可根据室内、原位试验得到 的其他物理力学指标，按经验方法确定。

（11） 支护结构设计时，对计算参数取值和计算分析结果，应根据工程经验分 析判断其合理性 （12）主要依据规范： 《地铁设计规范》（GB50157-2013）、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120- 2012、 《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009 、 《复合土钉墙基坑 支护技术规范》GB50739-2011、型钢水泥土搅拌墙技术规程JGJ-T199-2010 、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）、《建筑桩基建筑桩基技术规范 》（JGJ94-2008） 三、基坑围护结构设计所需要的基本资料 工程水文地质资料 ——详勘报告 场地环境条件资料 ——道路红线、路面交通情况、 地下管线资料、周边建、构筑物基础资料等 所建工程的地下室结构、基础桩基图纸 ——地下结构外轮廓（主要由建筑专业确定） 四、支护结构选型要点 1）支护结构选型时，应综合考虑下列因素： （1） 基坑深度； （2） 土的性状及地下水条件； （3） 基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构一旦失效可能产生的 后果； （4） 主体地下结构及其基础形式、基坑平面尺寸及形状； （5 ）支护结构施工工艺的可行性； （ 6 ）施工场地条件及施工季节； （7） 经济指标、环保性能和施工工期。

2）支护结构应按下表选择其形式 各类支护结构的适用条件 四、支护结构选型要点 各类支护结构的适用条件 1） 地下连续墙 （1） 适用地质条件 各种软弱地层以淤泥类软土、饱和砂层为主的地层及周围有重要建筑物的情况 （2） 地下墙的优点 ① 结构的整体刚度和防渗性（止水效果）好； ② 如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，连续墙可较好的控制软土地层的变 形； ③ 常作为主体结构的一部分来考虑；采用机械化作业，施工条件好 （3） 地下墙的缺点 ① 仅作为临时挡土结构时成本较高； ② 在遇到岩层时成槽困难，施工慢，需先冲孔（槽壁孔＜5MPa岩石）； ③ 泥浆易污染环境；对施工机具要求高 五、地铁基坑常用支护结构形式——地下连续墙 （4）地下连续墙设计要点 ①地下连续墙的墙体厚度宜按成槽机的规格，选取600mm、800mm、1000mm或 1200mm ②地下连续墙分幅长度宜取4m～6m当成槽施工可能对周边环境产生不利影响或槽 壁稳定性较差时，应取较小的槽段长度必要时，宜采用搅拌桩对槽壁进行加固 ③地下连续墙的转角处或有特殊要求时，单元槽段的平面形状可采用L形、T形、Z型 等 ④地下连续墙纵向受力钢筋的保护层厚度，在基坑内侧不宜小于50mm，在基坑外侧 不宜小于70mm。

⑤钢筋笼两侧的端部与槽段接头之间、钢筋笼两侧的端部与相邻墙段混凝土接头面 之间的间隙应不大于150mm，纵筋下端500mm长度范围内宜按1：10的斜度向内收口 五、地铁基坑常用支护结构形式——地下连续墙 （4）地下连续墙设计要点 ⑥常用接头形式 通常接头形式分为柔性接头和刚性接头两种形式 规范中规定： 当地下连续墙作为主体地下结构外墙，且需要形成整体墙体时（单一墙），宜采用 刚性接头；刚性接头可采用一字形或十字形穿孔钢板接头、钢筋承插式接头等；在采取 地下连续墙顶设置通长的冠梁、墙壁内侧槽段接缝位置设置结构壁柱、基础底板与地下 连续墙刚性连接等措施时，也可采用柔性接头 由于地铁车站对结构防水等级要求较高，同时结构使用年限为100年，耐久性要求也 很高，因此基本采取内衬墙，使之与地下连续墙组成叠合墙或则复合墙结构形式 复合墙：地下连续墙应作为主体结构外墙的一部分，其内侧应设置混凝土衬墙；二 者之间的结合面应按不承受剪力进行构造设计，永久使用阶段水平荷载作用下的墙体内 力宜按地下连续墙与衬墙的刚度比例进行分配； 五、地铁基坑常用支护结构形式——地下连续墙 （4）地下连续墙设计要点 ⑥常用接头形式 叠合墙：地下连续墙应作为主体结构外墙的一部分，其内侧应设置混凝土衬墙；二 者之间的结合面应按承受剪力进行连接构造设计，永久使用阶段地下连续墙与衬墙应按 整体考虑，外墙厚度应取地下连续墙与衬墙厚度之和。

a直接连接构成接头、b使用锁扣管建成的接头、c使用接头箱建成的接头、d十字钢 板接头、e工字钢板接头、f用隔板建成的接头、d预制构件建成的接头、h其它型式接头 接头传统的锁口管接头和工字形钢板接头从现场的调查情况来，不论是施工的难 易程度还是防水效果，工字形钢板均明显优于锁口管接头，但工字形钢板接头用钢量较 大目前地铁基坑常用的接头形式主要有：锁扣管及型钢接头形式 ⑦地下连续墙墙面垂直度不大于1/300. 五、地铁基坑常用支护结构形式——地下连续墙 1、导墙施工2、连续墙基槽开挖 3、连续墙钢筋笼吊装 （5）地下连续墙现场施工照片 五、地铁基坑常用支护结构形式——地下连续墙 SMW工法：亦称劲性水泥土搅拌桩法，是利用专门的多轴搅拌机就地钻进切削土 体，同时在钻头端部将水泥浆液注入土体，经充分搅拌混合后，再将H型钢或其 他型材插入搅拌桩体内，形成地下连续墙体，利用该墙体直接作为挡土和止水结 构 1）适用地质条件：粘性土、粉土、砂土、砂砾土等土层中应用 五、地铁基坑常用支护结构形式——SMW工法 2）优点： （1）地下连续墙 由自身特性决定，施工时形成大量泥浆需外运处理，而SMW工法 仅在开槽时有少量土方外运。

（2）SMW工法构造简单，施工速度快，可大幅缩短工期 （3）SMW工法作围护结 构与主体结构分离，主体结构侧墙可以施工外防水，与地 下连续墙 相比结构整体性和防水性能均较好，可降低后期维护成本 3）缺点： （1）整体刚度较小，控制变形较差 4)设计要点 （1）型钢水泥土搅拌墙中三轴水泥士搅拌桩的直径宜采用650mm 、850mm 、 1000mm; 内插的塑铜直采用H 型钢 五、地铁基坑常用支护结构形式——SMW工法 4)设计要点 （2）型钢水泥土搅拌墙中的三轴水把土搅拌桩和型钢应持合下列要求: ①搅拌桩28d 龄期元侧限抗压强度不应小于设计要求且不宜小于O.5MPa ②水泥宜采用强度等级不低于P.O42. 5 级的普通硅酸盐水泥，材料用量和水灰比 应结合土质条件和机械性能等指标通过现场试验 确定，并宜符合《型钢水泥土搅 拌墙技术规程JGJ-T199-2010 》中表4. 1. 5 的规定计算水泥用量时，被搅拌 土体的体积可按搅拌桩单桩圆 形截面面积与深度的乘积计算在型钢依靠自重和 必要的辅助设备可插入到位的前提下水灰比宜取小值 ③在填土、淤泥质土等特别软弱的土中以及在较硬的砂性土、在砂砾土中，钻进 速度较慢时，水泥用量宜适当提高。

④内插型钢宜采用Q235B 级钢和Q345B 级钢，规格、型号及有关要求宜按国家现。