土方边坡与基坑支护全解

《土方边坡与基坑支护全解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土方边坡与基坑支护全解（16页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上项目三 土方边坡与基坑支护【职业能力目标】基坑是建筑工程的一部分，尤其是对深基坑开挖与支护问题，引起了各方面的广泛重视。由于影响其工程质量的因素复杂，因此，在基坑工程施工中，处理不当时可能会出现一些意外的情况，给工程造成一定的经济损失。通过本项目的学习，应了解土压力的类型，熟悉其影响因素，土方边坡的稳定分析，基坑支护结构的类型及选型原则，基坑支护结构的破坏形式与现场监测。【关键词】（中英文）主动土压力Active earth Pressure；静止土压力Earth pressure at rest ;被动土压力 Passive earth Pressure；边坡 Si

2、de slope任务一 土压力的类型与影响因素 在建筑工程地基与基础施工中，为了防止土坡发生滑动和坍塌，需用各种类型的挡土结构物加以支挡。支挡结构物的典型代表就是挡土墙，它是用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的支挡结构物。要想解决好基坑支护问题，需要我们学习相关的一些理论知识。 一、土压力的类型 土压力是指由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。土压力的确定是挡土支护施工设计的重要依据。1、土压力试验在实验室里通过挡土墙的模型试验，可以测得当挡土墙产生不同方向的位移时，将产生三种不同性质的土压力。在一

3、个长方形的模型槽中部插上一块刚性挡板，在板的一侧安装压力盒，填上土；板的另一侧临空。在挡板静止不动时，测得板上的土压力为E0 ；如果将挡板向离开土体的临空方向移动或转动时，则土压力逐渐减小，当墙后土体发生滑动时达到最小值，测得板上的土压力为E a ；反之，将挡板推向填土方向则土压力逐渐增大， 图6-2 墙身位移与土压力的关系当墙后土体发生滑动时达到最大值，测得板上的土压力为Ep。土压力随挡板移动而变化的情况如图6-2 所示。2、土压力种类上述土压力试验表明，根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，可将土压力分为以下三种。，可以将土压力分为以下三种情况。1) 静止土压力（ E0 ）。如图6

4、-3a 所示，挡土墙在墙后填土的推力作用下，不发生任何方向的移动或转动时，墙后土体没有破坏，而处于弹性平衡状态，作用于墙背的水平压力称为静止土压力E0 。例如，地下室外墙在楼面和内隔墙的支撑作用下几乎无位移发生，作用在外墙面上的土压力即为静止土压力。2) 主动土压力（ E a ）。如图6-3b 所示，挡土墙在填土压力作用下，向着背离土体方向发生移动或转动时，墙后土体由于侧面所受限制的放松而有下滑的趋势，土体内潜在滑动面上的剪应力增加，使作用在墙背上的土压力逐渐减小。当挡土墙的移动或转动达到一定数值时，墙后土体达到主动极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力，称为主动土压力Ea （土体主动推墙）。

5、图6-3 土压力的类型3）被动土压力（ Ep）。如图6-3c 所示，当挡土墙在较大的外力作用下，向着土体的方向移动或转动时，墙后土体由于受到挤压，有向上滑动的趋势，土体内潜在滑动面上的剪应力反向增加，使作用在墙背上的土压力逐渐增大。当挡土墙的移动或转动达到一定数值时，墙后土体达到被动极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力，称为被动土压力Ep（土体被动地被墙推移）。静止土压力的计算主要应用弹性理论的方法；主动土压力和被动土压力的计算主要应用朗肯土压力理论和库仑土压力理论以及由此发展起来的一些近似方法及图解法。试验研究表明，在相同条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，即：

6、 Ea Eo1，就应满足稳定要求。但实际工程中，有些土坡安全系数K1，还是发生了滑动；而有些土坡安全系数K1，却是稳定的。这是因为影响安全系数的因素很多，如抗剪强度指标的选用、计算方法的选择、计算条件的选择等。目前对土坡稳定容许安全系数的数值，各部门尚无统一标准，选用时要注意计算方法、强度指标和容许安全系数必须相互配合，并要根据工程不同情况，结合当地已有经验加以确定。5. 成层土土坡或地表面有堆载等复杂情况下土坡稳定性分析当土坡滑动体由两层或更多土层组成时，滑动面往往贯穿多个土层。土坡稳定性分析时，土体自重的应该根据滑动体的具体组成，采用相应的重度计算；抗剪强度也应该依据实际情况分段采用相应的

7、抗剪强度指标计算。当地表面有堆载时，按划分后的土条，将堆载分摊到相应的土条顶面。土坡稳定性分析时，将堆载作为竖直向的力，计入相应的平衡方程。6土坡稳定的允许高度建筑地基基础设计规范GB50007-2002 规定：边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层稳定坡度确定，当土质良好且均允匀，可按表6-6 确定。表6-6土质边坡的坡度允许值土坡失稳是土体内部应力状态发生显著改变的结果，土坡稳定性分析的实质就是土的抗剪强度问题的实际应用。影响土坡稳定的因素很多，如抗剪强度指标的选用、计算方法的选择、计算条件的选择等。目前对土坡稳定容许安全系数的数值，各部门尚无统一标准，选用时要注意计算方法、强度指

8、标和容许安全系数必须相互配合，并根据工程情况，结合当地经验确定。任务三 基坑支护结构的类型及选型原则城市高层建筑的迅速发展，地下停车场、人防工程、地铁等工程都需要深基坑开挖，加上基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，无疑增加了基坑开挖的难度。而要保护基坑及其周边建、构筑物的安全使用，支护结构的合理选择是关键。我们知道，一般的基坑支护大多是临时结构、投资太大也易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此，如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。以下简单介绍当前基坑工程中常见的支护结构类型及不同地基土条件下的基坑工程

9、支护结构选型原则。一、基坑支护的类型及其特点和适用范围 1、放坡开挖 放坡开挖是根据基坑具体施工条件和不同土质的要求放足边坡进行土方开挖。适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物的情况。其要求边坡土体稳定，位移控制严格，由于不需支挡材料，经济性好，但回填土方较大。2、排桩支护由于其对各种地质条件的适应性、施工简单易操作且设备投入一般不是很大，在我国排桩式支护是应用较多的一种。排桩通常多用于坑深715m的基坑二程，做成排桩挡墙，顶部浇筑砼圈梁，它具有刚度较大、抗弯能力强、变形相对较小，施工时无振动、噪音小，无挤土现象，对周围环境影响小等特点。当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，从而有利于施工组织、工

10、期短。当开挖影响深度内地下水位高且存在强透水层时，需采用隔水措施或降水措施。当开挖深度较大或对边坡变形要求严格时，需结合锚拉系统或支撑系统使用。排桩支护一般造价较高。3、深层搅拌水泥土围护墙 深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点:由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点:首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时,为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;其次是厚度较大,只有在

11、红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。 4、高压旋喷桩 高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆,它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体,相互搭接形成排桩,用来挡土和止水。高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩,但其施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少,并且施工机具的振动很小,噪音也较低,不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害,它可用于空间较小处,但施工中有大量泥浆排出,容易引起污染。对于地下水流速过大的地层,无填充物的岩溶地段永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质,由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固,均不宜采用该法。

12、5、钢板桩 钢板桩有平板形和波浪形两种，采用带锁口或钳口的热轧型钢，依靠锁口或钳口相互咬合连接，形成钢板桩支护钢板桩之间通过锁口互相连接，形成一道连续的挡墙， 同时也具有较好的隔水能力。钢板桩截面积小，易于打入。U形、z形等波浪式钢板桩截面抗弯能力较好。钢板桩在基础施工完毕后还可拔出重复使用。钢板桩支护适于软弱场地地基和地下水位高且水量丰富的地区，具有强度高、阻水、施工简便、快捷等特点，悬臂时以H4m为宜。缺点一是一次投入钢材多；二是不能完全挡水和对土中的细小颗粒阻挡效果不佳，在地下水位高的地区还需采取隔水或降水措施；三是抗弯能力较弱，支护刚度小，开挖后变形较大。因此基坑深度4m时,通常在桩顶

13、部设置一道支撑或锚拉。施工工艺简单但对设备要求较高，在同等条件下一般比其他支护形式工期短，造价相对较高。目前，也有用由槽钢正反扣搭接或并排组成的一种简易钢板桩围护墙。槽钢长68m ,型号由计算确定。其特点为:槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施;抗弯能力较弱,多用于深度4m的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度小,开挖后变形较大。 6、 钢筋混凝土板桩 钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振

14、动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工厂预制,再运至工地,成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计,目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm 以上) 的板桩,并有液压静力沉桩设备,故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。 7、钻孔灌注桩 钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。其多用于坑深715m 的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有89m 的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变

15、形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。 8、地下连续墙 通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的，但较少使用。地下室连续墙作为基坑支护结构，墙体刚度大，集挡土、截水、防渗和承重于一体，是支护结构中最强的支护型式。适

16、用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑。地下连续墙可作为地下室墙体的组成部分，对于开挖量大、基坑深的工程更显出独特的优越性，是一种很有前途的基坑支护方式，但需专用机具设备，机械化程度比较高，它的采用宜与内衬结合后做为地下室外墙使用，从而降低支护结构的成本。地下连续墙的优越性早巳为世界公认，在大深度基坑和复杂的工程环境下非它莫属。唯其造价较高，施工要求专用设备， 在选用时需综合考虑。9、土钉墙 土钉墙是一种边坡稳定式的支护, 属于一种原位加固技术。它由原位土体、设置在土体中的土钉和喷射砼面层组成，土钉墙适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和砂土的基坑开挖支护工程。

17、但一般不适用于汗水丰富的粉细砂层，卵砾石层和淤泥质土，不应用于没有临时自稳能力的淤泥层。目前报导土钉墙支护的最大深度已达l6米。与锚杆联合支护时开挖深度更大。 土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深10m 以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。10、 SMW工法 SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入H 型钢等(多数为H 型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等) ,将承受荷载与防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW 支护结构的支护特点主

18、要为:施工时基本无噪音,对周围环境影响小;结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层;挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H 型钢等受拉材料;则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。 二、基坑支护选型 基坑支护型式的合理选择，是基坑支护设计的的首要工作，应根据地质条件，周边环境的要求及不同支护型式的特点、造价等综合确定。基坑支护结构系统的选型必须满足安全可行、经济合理、保护环境、施工便捷这四个基本原则。一般当地质条件较好

19、，周边环境要求较宽松时，可以采用柔性支护，如土钉墙等；当周边环境要求高时，应采用较刚性的支护型式，以控制水平位移，如排桩或地下连续墙等。同样，对于支撑的型式，当周边环境要求较高地质条件较差时，采用锚杆容易造成周边土体的扰动并影响周边环境的安全，应采用内支撑型式较好；当地质条件特别差，基坑深度较深，周边环境要求较高时，可采用地下连续墙加逆作法这种最强的支护型式。基坑支护最重要的是要保证周边环境的安全。 总之，基坑支护是一种特殊的结构方式，具有很多的功能。不同的支护结构适应于不同的水文地质条件，因此，要根据具体问题，具体分析，从而选择经济适用的支护结构。任务四 基坑支护结构的破坏形式与现场监测在建

20、筑基坑施工时，为确保施工安全，防止塌方事故发生，必须对开挖的建筑基坑采取支护措施。近几年来，高层建筑的迅速兴起，促进了深基坑支护技术的发展。各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验，新技术、新结构、新工艺不断涌现。但是，现在的城市建筑间距很小，用地紧张，给基础工程施工带来很大的难度，给周围环境带来极大威胁，也相应地增加了施工工期和施工费用。而且，原来的深基坑支护结构的设计理论、设计原则、运算公式、施工工艺，已不符合深基坑开挖与支护结构的实际情况，导致一些基坑工程出现事故，造成巨大的损失。因此，基坑支护的安全问题问题引起工程技术人员的高度重视。一、基坑支护结构的破坏形式：基坑支护

21、结构的破坏或失效有多种形式，任何一种控制条件不能满足都有可能造成支护结构的整体破坏或支护功能的丧失。支护结构方案制定时应全面考虑这些破坏因素，施工过程也要观察和监测各种不同的破坏迹象，一旦发现问题后及时采取有效措施，避免在某一个环节上处理不当而造成通盘失败。这些破坏和失效形式归纳起来主要包括： （一）支护结构构件的承载能力破坏 1、护坡桩或地下连续墙的受弯、受剪承载能力： 2、支撑和支撑立柱的承载能力； 3、锚杆或土钉的杭拔承载力； 4、腰梁或受力冠梁的受弯、受剪承载力； 5、结构各连接件的受压、受剪承载力等。 （二）支护结构的整体失稳破坏和土的隆起破坏 根据不同的支护型式特点，其整体失稳的破

22、坏形式为： 1、当桩墙锚杆结构滑动面向外延伸发展时，使其滑动面以外的锚杆锚固长度减小，或最危险滑动面出现在锚杆以外，造成滑动面以内土体和支护结构一起滑移失稳； 2、对于各种支护结构，由于支护结构下面土的承载力不够，产生沿支护结构底面的滑动面，土体向幕坑内滑动，基坑外土体下沉，基底隆起； 3、重力式结构自身的抗倾覆或抗滑移能力不够，使重力式结构倾覆或向基坑内水平滑移； 4、土钉墙的滑弧稳定能力不足，土钉拔出，产生边坡整体滑动；或滑动面发展到土钉以外，使上钉和土体一起滑移。（三）支护结构位移和地面沉降过大基坑周边地面的过大沉降，特别是不均匀沉降会导致沉降影响范围内建筑物和道路的下沉、结构开裂、门窗

23、变形，也会导致刚性地下管线接头处的断裂或损坏，严重时可使这些建筑物、地下管线失去使用功能而报废，而基坑周边地面一般为不均匀沉降。影响基坑周边地面沉降的因素主要有以下几点：1)由于支护结构水平位移连带着基坑周边土体的水平变形和垂直变形； 2)在地下水位高于基坑面的场地上，由于施工降水或基坑开挖引起的地下水位下降，降水影响范围土的有效应力增加，使土层产生固结变形而引起地面下沉； 3)由于支护结构施工对土的扰动变形，如地下连续墙或护坡桩成糟成孔时的流砂、涌泥、塌孔，锚杆或土钉成孔时孔的压缩、塌孔等。特别是在砂土、软土和有地下水渗流时较为严重。 （四）地下水作用下土的渗透破坏 地下水位高于基坑面或地层

24、中有承压含水层的场地上，当有水的渗流时，应防止坑底和侧壁土的渗流破坏。土的渗流破坏的形式主要有流土、管涌破坏，以及基底下有承压含水层的地层条件下使较薄的上层隔水土层被顶破而产生的突涌破坏。基坑降水或基坑侧壁采用截水帷幕后，能防止侧壁的渗透破坏，增加地下水的渗透路径长度和减小基底的渗流水力坡度，从而减小渗透破坏发生的可能性。基坑下采用旋喷桩、搅拌桩等方法进行封底加固，能防止基底突涌。二、基坑支护结构的现场监测一般来说，基坑开挖施工监测的目的是：根据现场监测数据与设计值（或预测值）进行比较，如超过某个限值就采取工程措施，防止支护结构破坏和环境事故发生；用监测数据指导现场施工，进行信息化施工使施工组

25、织得以优化；把监测数据用于优化设计，使支护结构的设计既安全又经济合理。当前，基坑支护设计尚无成熟的方法用以计算基坑周围的土体变形，施工中通过准确及时的监测，可以指导基坑开挖和支护，有利于及时采取应急措施，避免或减轻破坏性的后果。基坑工程监测方案，应根据场地条件和开挖支护的施工设计确定，主要监测项目有：1、支护结构的变形、内力；包括基坑围护桩（墙）的水平变位（水平位移和测斜），支护结构支撑轴力或锚杆拉力，各立柱桩的隆起沉降量和水平位移，围护桩（墙）的内力等。2、基坑周边的地面变形，基坑外侧土体的分层沉降和土体倾斜。3、邻近工程和地下设施的变形，包括地下各种管道、线缆等的沉降、位移，周边建筑物、道

26、路的沉降、位移和倾斜等。4、基坑内外侧地下水位、孔隙水压力及水土压力。5、基坑回弹，渗漏、冒水、冲刷、管涌等情况。三、基坑监测注意事项1、基坑开挖前应做出系统的开挖监测方案。2、监测点的布置应满足监控要求，开挖深度范围内需要保护的物体，从基坑边缘均应作为监控对象。3、基坑工程监测项目可根据基坑侧壁安全等级及结构形式按下表2-11选择。表2-11基坑监测项目4、位移观测基准点数量不应少于两点，且应设在影响范围以外。5、监测项目在基坑开挖前应测得初始值，且不应少于两次。6、基坑监测项目的监控报警应根据监测对象的有关规范及支护结构设计要求确定。7、各项监测的时间间隔可根据施工进度确定。当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时，应加密观测次数。当有事故征兆时，应连续监测。基坑开挖监测过程中，应根据设计要求提交阶段性监测结果报告。工程结束时应提交完整的监测报告。总之，基坑工程施工时应密切关注两个方面的问题：一是基坑支护结构的稳定与安全；二是基坑开挖对周围环境的影响。为做好信息化施工，在基坑开挖及地下结构施工期间，应进行各种监测工作，以便及时发现问题，采取措施，确保基坑支护结构和周围环境的安全。专心-专注-专业