第四章土方工程基坑支护演示文稿课件

1.4 土壁的稳定主要由土体内的摩阻力和粘结力来保持平衡的，一旦土壁的稳定主要由土体内的摩阻力和粘结力来保持平衡的，一旦土体失去平衡，就会造成塌方，不仅会造成人身安全事故，而且会土体失去平衡，就会造成塌方，不仅会造成人身安全事故，而且会影响工期，甚至会危及附近的建筑物，因而土方施工中应保持土壁影响工期，甚至会危及附近的建筑物，因而土方施工中应保持土壁稳定防止塌方。稳定防止塌方。1.5 防止塌方的措施防止塌方的措施1）放足边坡）放足边坡（1）边坡的含义）边坡的含义土方施工中为了保持土壁稳定防止塌方，对土方施工中为了保持土壁稳定防止塌方，对挖方和填方的边缘均应作成一定的坡度，这个倾斜的坡度即为边坡。挖方和填方的边缘均应作成一定的坡度，这个倾斜的坡度即为边坡。（2）表示）表示边坡系数边坡系数m（3）确定边坡系数的大小应考虑的因素：土的种类；水文条件；）确定边坡系数的大小应考虑的因素：土的种类；水文条件；施工方法；开挖深度；工期的长短。施工方法；开挖深度；工期的长短。2）设支护）设支护 4）3）做好施工排水，防止流砂）做好施工排水，防止流砂1.4.3 影响填土压实的因素 填土压实质量与许多因素有关，其中主要影响因素为：填土压实质量与许多因素有关，其中主要影响因素为：压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。1.压实功的影响压实功的影响 填土压实后的干密度与压实机械在其上施加的功有一定的关系。填土压实后的干密度与压实机械在其上施加的功有一定的关系。在开始压实时，土的干密度急剧增加，待到接近土的最大干密度时，在开始压实时，土的干密度急剧增加，待到接近土的最大干密度时，压实功虽然增加许多，而土的干密度几乎没有变化。因此，在实际压实功虽然增加许多，而土的干密度几乎没有变化。因此，在实际施工中，不要盲目过多地增加压实遍数。施工中，不要盲目过多地增加压实遍数。土的密度与压实功的关系示意图实际施工中，对不同的土应根据选择的压实机械和密实度要求选择合理的压实遍数。此外，松土不宜用重型碾压机械直接滚压，否则土层有强烈起伏现象，效率不高。先用轻碾，再用重碾压实就会取得较好效果。2.含水量的影响 在在同同一一压压实实功功条条件件下下，填填土土的的含含水水量量对对压压实实质质量量有有直直接接影影响响。较较为为干干燥燥的的土土，由由于于土土颗颗粒粒之之间间的的摩摩阻阻力力较较大大，因因而而不不易易压压实实。当当土土具具有有适适当当含含水水量量时时，水水起起了了润润滑滑作作用用，土土颗颗粒粒之之间间的的摩摩阻阻力力减减小小，从从而而易易压压实实。各各种种土土壤壤都都有有其其最最佳佳含含水水量量。土土在在这这种种含含水水量量的的条条件件下下，使使用用同同样样的的压压实实功功进进行行压压实实，可可得得到到最最大大干干密密度度。各各种种土土的的最最佳含水量和所能获得的最大干密度，可由击实试验取得。佳含水量和所能获得的最大干密度，可由击实试验取得。图1-60土的含水量对其压实质量的影响施工中，土的含水量与最佳含水量之差可控制在-4%+2%范围内。3.铺土厚度的影响压实作用沿深度的变化压实作用沿深度的变化 土土在在压压实实功功的的作作用用下下，压压应应力力随随深深度度增增加加而而逐逐渐渐减减小小，其其影影响响深深度度与与压压实实机机械械、土土的的性性质质和和含含水水量量等等有有关关。铺铺土土厚厚度度应应小小于于压压实实机机械械压压土土时时的的作作用用深深度度，但但其其中中还还有有最最优优土土层层厚厚度度问问题题，铺铺得得过过厚厚，要要压压很很多多遍遍才才能能达达到到规规定定的的密密实实度度。铺铺得得过过薄薄，则则也也要要增增加加机机械械的的总总压压实实遍遍数数。恰恰当当的的铺铺土土厚厚度度（参参考考表表）能能使土方压实而机械的功耗费最少使土方压实而机械的功耗费最少压实机具压实机具 每层虚铺厚度每层虚铺厚度(mm)压实遍数压实遍数压路机、平碾压路机、平碾 200300 68羊足碾羊足碾 200350 816振动压实机振动压实机 250350 34蛙式夯蛙式夯 200250 34人工夯人工夯 200 34要求要求(1)每层铺士厚度与压实遍数每层铺士厚度与压实遍数（2）含水量调整与橡皮土处理）含水量调整与橡皮土处理 过大过大 翻松、晾晒、掺入干土或石灰；翻松、晾晒、掺入干土或石灰；过小过小 洒水湿润、增加压实功；洒水湿润、增加压实功；橡皮土彻底清除，轻压薄铺。橡皮土彻底清除，轻压薄铺。343深基坑的支护深基坑的支护 3.1深基坑支护的基本要求：确保支护结构能起挡土作用，基坑边坡保持稳定；确保相邻的建（构）筑物、道路、地下管线的安全，不因土体的变形、沉陷、坍塌受到危害；通过排水降水等措施，确保基础施工在地下水位以上进行。在支护结构设计中首先要考虑周边环境的保护，其次要满足本工程地下结构施工的要求，再则应尽可能降低造价、便于施工。上上海海环环球球金金融融中中心心基基础础施施工工地地铁铁车车站站的的深深基基坑坑支支护护 3.2支护结构的选型支护结构包括挡墙和支撑（或拉锚）两部分。挡墙或支撑中任何一部分的选型不当或产生破坏（包括变形过大），都会导致整个支护结构的失败。3.2.1.挡墙的选型（1）钢板桩 1.槽钢钢板桩 2.热轧锁口钢板桩（2）钢筋混凝土板桩（3）钻孔灌注桩挡墙（4）H型钢支柱（或钢筋混凝土桩支柱）（5）地下连续墙（6）深层搅拌水泥土桩挡墙（7）旋喷桩帷幕墙（1）钢板桩 槽钢钢板桩及热轧锁口钢板桩，并排或正反扣搭接打入土中，其顶部宜设一道支撑或拉锚。桩长68m，多用于深度不超过4m的基坑。图导架1-导梁；2-导桩 导架及屏风式打入法1-导桩；2-导梁；3-两端先打入的定位钢板桩（2）钢筋混凝土板桩该板桩截面带企口，有一定的挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永留地基土中。适于36m基坑，但应用较少。钢筋混凝土板桩示意（3）钻孔灌注桩挡墙 常用6001000mm，是支护结构中应用最多的一种。宜形成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁。但施工难以做到相切，挡水效果差。挖孔桩挖孔桩-钢支撑钢支撑（4）H型钢支柱（或钢筋混凝土桩支柱）该类支护结构适用于土质较好、地下水位较低的地区。型钢或支柱按一定间距打入，支柱间设木挡板或其它挡土设施.SMW工法桩又称劲性水泥土搅拌连续墙。该工法是通过机械将原位土与水泥浆按一定比例搅拌混合，并插入型钢或其它劲性材料形成的具有承力和防渗两种功能的连续墙体（5）地下连续墙地下连续墙已是目前深基坑的主要支护结构之一。在地下结构层数多的深基坑的施工非常有利。53（6）、水泥土墙支护（重力式支护结构）组成和特点 水泥土搅拌桩（或称深层搅拌桩）：是重力式围护墙，利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质水泥加固土。水泥土墙宜用：于坑深6m；基坑侧壁安全等级为一、二级；地基土承载力150kPa的情况。水泥土墙的优缺点：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。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。54水泥土搅拌桩施工工艺 搅拌桩成桩工艺可采用“一次喷浆、二次搅拌”或“二次喷浆、三次搅拌”工艺，主要依据水泥掺入比及土质情况而定。水泥掺量较小，土质较松时，可用前者，反之可用后者。当采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示步骤e）作业时也进行注浆，以后再重复d）与e）的过程。图 “一次喷浆、二次搅拌”施工流程 a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌；e)重复提升搅拌；f)成桩结束56 高压喷射旋喷桩 是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基达到加固。特点：施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。适用：高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、粘性土、黄土、碎石土等地基。58 天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉(亦称砂浆锚杆)并与喷射砼面板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙，以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。（7）土钉墙支护土钉墙支护钻钻 孔孔 插筋、注浆插筋、注浆 铺设钢筋网铺设钢筋网 喷射砼护面喷射砼护面土钉墙支护土钉墙支护59 土钉施工 土钉墙适用条件：土钉墙适用条件：地下水低于地下水低于土坡开挖段或经过降水措施后使地土坡开挖段或经过降水措施后使地下水位低于开挖层的情况。适用于下水位低于开挖层的情况。适用于有有粘性土、粉性土、含有粘性土、粉性土、含有30%30%上粘上粘土颗粒的砂土边坡土颗粒的砂土边坡。常用于常用于开挖深度不大、周围相开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护。求不高的基坑支护。土钉墙特点：土钉墙特点：（1 1）形成土钉复合体、形成土钉复合体、显著提显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力。的能力。（2 2）施工设备简单施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加预应力所以设备简单。长度小的多，不加预应力所以设备简单。（3 3）随基坑开挖逐层分段开挖作业，随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或不占或少占单独作业时间少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短。，施工效率高，占用周期短。（4 4）施工不需单独占用场地施工不需单独占用场地，对现场狭小，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。（5 5）土钉墙土钉墙成本费成本费较其他支护结构显著降低。较其他支护结构显著降低。（6 6）施工噪音、振动小施工噪音、振动小，不影响环境。，不影响环境。（7 7）土钉墙本身土钉墙本身变形很小变形很小，对相邻建筑物影，对相邻建筑物影响不大。响不大。6061（8）土层锚杆支护土层锚杆支护 在立壁土层上钻（掏）孔至要求深度，孔内放入钢筋，灌入水泥砂浆或化学浆液，使之与土层结合成抗拉锚杆，将立壁土体侧压力传至稳定土层。适于较硬土适于较硬土适于较硬土适于较硬土层或破碎岩层或破碎岩层或破碎岩层或破碎岩石中开挖较石中开挖较石中开挖较石中开挖较大较深基坑，大较深基坑，大较深基坑，大较深基坑，邻近有建筑邻近有建筑邻近有建筑邻近有建筑物须保证边物须保证边物须保证边物须保证边坡稳定时采坡稳定时采坡稳定时采坡稳定时采用用用用基坑锚杆支护施工中基坑锚杆支护施工中62（1）锚杆的组成和特点 锚杆有三部分组成：头部连接（锚头）、拉杆、锚固体。锚杆承受拉力，一般采用螺纹钢、钢绞线等强度高、延伸率大、疲劳强度高的材料。永久性锚杆尚需进行防腐处理。63 重庆市高切坡，预应力锚索支护重庆市高切坡，预应力锚索支护 为了均匀分配传到连为了均匀分配传到连续墙或柱列式灌注桩上的续墙或柱列式灌注桩上的土压力，减少墙、柱的水土压力，减少墙、柱的水平位移和配筋，平位移和配筋，一端采用一端采用锚杆与墙、柱连接，另一锚杆与墙、柱连接，另一端锚固在土层中端锚固在土层中，用以维，用以维持坑壁的稳定。持坑壁的稳定。土层锚杆支护 64DML-120D1跟管钻进锚索施工设备 65螺旋钻机3.2.2.支撑（拉锚）的选型支撑（拉锚）的选型 当基坑深度较大，悬臂挡墙的强度和变形不能满足要求时，需增设支撑系统。支撑系统有：基坑内支撑、基坑外拉锚（顶部拉锚土层锚杆拉锚）常用的有：钢结构支撑、钢筋混凝土支撑板式支护结构1板桩墙；2围檩；3钢支撑；4斜撑；5拉锚；6土锚杆；7先施工的基础；8竖撑d)土锚式a)水平支撑式b)斜撑式c)拉锚式68制作深基坑砼构架制作深基坑砼构架构架支护下构架支护下挖桩间土方挖桩间土方构架支护下构架支护下逆作法施工逆作法施工混凝土支撑混凝土支撑（附图）包括 强度破坏 稳定性破坏。3.3.1强度破坏强度破坏 1 拉锚破坏或支撑压曲 地面荷载增加过多、3.3支护结构挡墙的破坏支护结构挡墙的破坏土压力过大使拉杆断裂，或锚固失败、腰梁破坏、内支撑受压失稳。2 支护墙体底部走动：支护墙入土深度不够或挖土过深以及水的冲刷均可产生这种破坏。需正确的计算入土深度 3支护墙的平面变形过大或弯曲破坏：支护墙截面过小、土压力估不准、墙后增大量地面荷载或挖土超深，需准确计算最大弯矩值以验算截面。3.3.2.非重力式支护结构的稳定性破坏 1 墙后土体整体滑动失稳：拉锚的长度不够、拉杆锚桩发生圆弧滑动，引起支护结构整体失稳。2 挡墙倾覆（挡墙本身稳定性不足）3 坑底隆起如挖土深度大，由于卸土过多，在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。4 管涌在砂土区，当地下水较高坑较深时，在动水压力作用下，地下水绕过支护墙连砂土一同涌入基坑。76 总结板桩的工程事故，其失败的原因主要有六方面：a)支护结构下部走动；b)拉锚破坏；c)支撑破坏；d)拉锚长度不足；e)板桩失稳弯曲；f)板桩变形及土体沉降板桩的工程事故板桩的工程事故拉锚破坏或拉锚破坏或 支撑破坏是钢板桩上部倾覆支撑破坏是钢板桩上部倾覆锚杆长度不足引起整体滑坡坍塌锚杆长度不足引起整体滑坡坍塌3.3.3、有关事故处理的方法（随时检测监控）、有关事故处理的方法（随时检测监控）卸、撑、堵卸、撑、堵卸：支护结构背后卸载（卸土）卸：支护结构背后卸载（卸土）撑：加设支撑或锚杆，加快垫层施工、加大垫层厚度或混撑：加设支撑或锚杆，加快垫层施工、加大垫层厚度或混 凝土垫层中配筋。凝土垫层中配筋。堵：加快垫层施工（压住轻微流沙）、支护墙前再搭设一堵：加快垫层施工（压住轻微流沙）、支护墙前再搭设一 排钢板桩，在钢板桩与支护墙前进行注浆。排钢板桩，在钢板桩与支护墙前进行注浆。对临近建筑物有沉降控制：设回灌井、跟踪注浆。对临近建筑物有沉降控制：设回灌井、跟踪注浆。北京财源国际中心基坑支护、降水、北京财源国际中心基坑支护、降水、土方及基础桩工程土方及基础桩工程 北北北北京京京京财财财财源源源源国国国国际际际际中中中中心心心心位位位位于于于于朝朝朝朝阳阳阳阳区区区区东东东东长长长长安安安安街街街街延延延延长长长长线线线线，原原原原北北北北京京京京第第第第一一一一机机机机床床床床厂厂厂厂院院院院内内内内。基基基基坑坑坑坑北北北北侧侧侧侧距距距距居居居居民民民民楼楼楼楼最最最最近近近近距距距距离离离离为为为为3.36m3.36m，西西西西 侧侧侧侧 距距距距 丽丽丽丽 晶晶晶晶 苑苑苑苑（2424）层层层层 为为为为 6.9m6.9m。工工工工 程程程程 占占占占 地地地地 面面面面 积积积积9444.8m29444.8m2，总建筑面积，总建筑面积，总建筑面积，总建筑面积23.9623.96万万万万m2m2。该该该该工工工工程程程程基基基基坑坑坑坑开开开开挖挖挖挖长长长长279m279m，宽宽宽宽47-67m47-67m，开开开开挖挖挖挖深深深深度度度度为为为为24.86-26.56m24.86-26.56m。基基基基坑坑坑坑北北北北侧侧侧侧为为为为砖砖砖砖砌砌砌砌挡挡挡挡墙墙墙墙+护护护护坡坡坡坡桩桩桩桩+4+4(5)(5)层层层层锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护体体体体系系系系。西西西西侧侧侧侧、南南南南侧侧侧侧采采采采用用用用连连连连续续续续墙墙墙墙+5+5层层层层锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护体体体体系系系系（丽丽丽丽晶晶晶晶苑苑苑苑部部部部位位位位增增增增加加加加管管管管棚棚棚棚支支支支护护护护）。基基基基坑坑坑坑的的的的东东东东侧侧侧侧、南南南南侧侧侧侧东东东东段段段段采采采采用用用用土土土土钉钉钉钉墙墙墙墙+护护护护坡坡坡坡桩桩桩桩锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护体体体体系系系系。连连连连续续续续墙墙墙墙厚厚厚厚度度度度600-800mm600-800mm，深深深深度度度度20.24-34.1m20.24-34.1m；管管管管棚棚棚棚采采采采用用用用108108钢钢钢钢花花花花管管管管，水水水水平平平平间间间间距距距距1.5m1.5m，竖竖竖竖向向向向间间间间距距距距1.5m1.5m；护护护护坡坡坡坡桩桩桩桩采采采采用用用用800800钢筋砼灌注桩，桩间距均为钢筋砼灌注桩，桩间距均为钢筋砼灌注桩，桩间距均为钢筋砼灌注桩，桩间距均为1.4m1.4m；锚杆长度；锚杆长度；锚杆长度；锚杆长度21-30m21-30m。降水方式采用大口管渗井抽渗结合的闭合降水方案降水方式采用大口管渗井抽渗结合的闭合降水方案降水方式采用大口管渗井抽渗结合的闭合降水方案降水方式采用大口管渗井抽渗结合的闭合降水方案北京财源国际中心基坑支护北京财源国际中心基坑支护西侧丽晶苑采用800mm厚连续墙+5层锚杆支护体系西侧丽晶苑部位支护全景财源国际中心西北角支护全景