深基坑工程课件2

计算以 确定围护结构、支撑、围檩或锚杆的材 料强度和截面尺寸，确定是否需要加固 坑底；进行降水的控制性计算； 6） 进行变形验算以检验是否满足环境要 求； 7） 对施工方案提出要求； 8） 进行多方案的技术经济比较，优选方 案。
方案设计讨论及案例



因地下水引起的基坑内事故
承压水水头
墙缝渗漏涌砂 集水坑漏砂 桩周管涌 钻探孔管涌 近 墙 处 流 砂
砂质土层（滞水层）
粘质土层（加压层） 承压含水层
止水帷幕功能失效和坑底渗透变 形破坏

止水帷幕丧失挡水功能，产生渗漏、涌水、流 土或流砂。由于水土流失使基坑外地面下沉、 塌陷，导致邻近建筑物的开裂和损坏。引起围 护结构止水帷幕功能失效的主要原因是施工因 素，其次是设计因素和材料的因素。由于施工 质量低劣，止水帷幕有空洞或裂缝，成为漏水 的通道是最普遍的现象；止水帷幕设计过短， 没有全部切断透水层也是漏水的可能原因。
第一阶段，放坡，浇筑中间部分地下室 第二阶段，对周围部分采用分层开挖分层支撑方 法施工
地下室梁板
支撑
底板
组合型的开挖方案

在方案设计时，可以根据工程的具体情 况将上述几种方法加以组合，以发挥各 自的优点，形成最经济合理的方案。可 以在立面上组合，也可以在平面上组合。
组合型的开挖方案

在方案设计时，可以根据工程的具体情 况将上述几种方法加以组合，以发挥各 自的优点，形成最经济合理的方案。可 以在立面上组合，也可以在平面上组合。

为简化计算，近似地取紧贴桩墙的最短路线来 计算最大渗透力： 故不发生流土的条件变为：

或

桩墙埋入坑底的深度如满足上述公式，则不会 发生流砂。
围护结构的结构性破坏
围护结构的结构性破坏是指围护体本身发生开裂、 折断、剪断，致使结构失去了承载能力的破坏模式。

结构性损坏的原因可能是方案性的错误，如支撑体 系不当或围护结构不闭合；也可能是设计计算时荷 载估计不足或结构材料强度估计过高，支撑或围檩 截面不足导致破坏；此外，结构节点处理不当，也 会因局部失稳而引起整体破坏，特别在钢支撑体系 中，节点多，加工与安装质量不易控制。节点处理 包括支撑和墙体的连接处，如不设置围檩或连接强 度不够。
要防止渗透破坏，则要求： ' Kj （3-54） 式中 ' — 土有效重度； j — 渗流力（动水压力）； K — 安全系数，视挡土结 构的性质和土质而定，一般 取1.5~2.0。

试验和事故都表明，渗流往 往首先发生在离坑壁大约为 桩入土深度一半（t/2）的范 围内，如图3-75所示。
整体失稳

整体失稳是指在土体中形成了滑动面， 围护结构连同基坑外侧及坑底的土体一 起丧失稳定性，一般的失稳形态是围护 结构的上部向坑外倾倒，围护结构的底 部向坑内移动，坑底土体隆起，坑外地 面下陷。
内部稳定性验算
内部稳定性验算
内部稳定分析验算
内部稳定分析采用条分法，计算公式为：
围护结构倾覆失稳

由于止水帷幕失效产生过大的水力坡降 引起坑底渗透变形破坏。坑内采用排水 或降水措施后，造成了坑内外的水头差， 地下水在水头差的作用下向坑内渗流， 在渗流出口处土的细颗粒被带出，或土 颗粒处于悬浮状态涌出。这种由渗透引 起的破坏因破坏机理不同而有不同的名 称，如管涌、流砂或流土。如不及时制 止，由渗透变形引起的坑外土体的位移 和陷落是严重的。
坑底隆起

坑底隆起是指坑底土体产生向上的塑性变形。 基坑开挖以后，坑底向上位移的原因有两种， 一是卸载引起的回弹，其数值较小；另一种 是在开挖引起的压力差作用下土体中产生的 塑性变形，这种变形如果数量较大，表示土 体中的塑流已经比较严重，如果围护结构和 内支撑能形成整体性好的体系，则塑流仅引 起坑外地面下沉，影响环境安全；如果是自 立式结构或节点强度差的支撑体系，隆起可 能是整体失稳的前兆；如果稳定性不能得到 有效的控制，就会发生整体性失稳。
中心岛法

对于平面面积很大的基坑，采用分层开 挖、分层支护的方法在技术和经济上都 不太合理。由于支撑的长度很长，为了 增大支撑刚度，需要加大支撑截面和侧 向支撑，使支撑的造价很高，而且一层 平面的挖土量也很大，前后延续的时间 比较长，这就需要在平面上加以划分。

中心岛法是平面划分的一种考虑，它结合 将厚底板分设后浇带的划分，将平面分成 两个部分，中心部分先施工，此时先施工 的面积比较小，而且具有放坡的余地，可 以在坑内按照放坡办法施工，在中心部分 浇筑底板以及地下室的部分结构（如核心 筒、剪力墙或柱）以后，再分层开挖四周 的留土，分层将支撑连接到已建成的底板 或地下室的构件上去。
基坑工程的失效模式及稳定性验算
地下连续墙大的垮塌
马路开裂
土钉墙的垮塌
基坑工程的失效模式
1. 整体失稳 2. 围护结构倾覆失稳 3. 围护结构滑移失稳 4. 围护结构底部地基承载力失稳 5. “踢脚”失稳 6. 坑底隆起 7. 止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏 8. 坑底被承压水顶破 9. 围护结构的结构性破坏 10. 支、锚体系失稳破坏
有支撑的开挖

在不具备采用土层锚杆条件的场地，深 基坑只能采取有支撑开挖的方案，但是 深基坑的平面尺寸一般都比较大，给支 撑的设置带来了困难；由于支撑和挖土 的工序互相交叉，形成许多各具特色的 支护开挖方案。
分层开挖分层支护法
这是最基本的方法，按照结构受力分析
和便于施工的原则布置每道支撑的位置， 在深度方向分层挖土与支撑设置交替施工。

重力式围护结构的底面压力过大，地基 承载力不足引起的失稳。由于在围护结 构的外侧还作用着土压力，因此其合力 是倾斜的。在倾斜荷载作用下，地基土 发生向坑内的挤出，围护结构产生不均 匀的沉降，可能导致部分围护结构的开 裂损坏。
“踢脚”失稳

在单支撑的基坑中，可能发生挠支撑点 转动，围护结构上部向坑外倾倒，围护 结构的下部向上翻的失稳模式，故形象 地称为“踢脚”失稳。在多支撑的围护 结构中一般不会产生踢脚失稳，除非其 它支撑都已失效，只有一道支撑起作用 的情况。
挖第1层土
浇筑第1道支撑 挖 第2层土 浇筑第2道支撑 挖第3层 土 浇筑底板。
工况1
工况2
工况3
工况4
工况5
工况6

设计时要按照上述工况进行分别验算， 施工时要严格按照设计规定的程序实施， 才能保证围护结构的稳定性和控制变形。 在平面上按设定的挖土与设置支撑流程 由一侧向另一侧推进，也可以由中部向 两侧推进，但每一层作业作为一个工况 考虑进行计算，忽略平面上流程的时间 差对围护结构受力的影响。
锚固式挡墙

锚固式挡墙是依靠锚杆传递的拉力来维持其稳 定的围护结构，对于深基坑可以采用多道锚杆 来平衡土压力，因而可以适用于开挖得很深的 基坑。锚固式挡墙分为拉锚式和土层锚杆式两 种，拉锚常用于钢板桩顶部的锚固，或作为辅 助的锚固措施；土层锚杆要求具有比较好的地 质条件，同时还必须有足够开阔的场地条件或 者容许锚杆可以伸入红线以外的土层中。在软 土地区，由于土层缺乏足够的锚固力而较少采 用锚杆，如将锚杆锚固在很深的砂层中，则锚 杆的长度很长，也就不是一个经济的方案。
无支撑开挖

当不能采用放坡开挖方案时，必须选用围 护结构以支承坑外的土体。在可能的条件 下应尽可能采用无支撑开挖的方案，因为 这种方案能提供比较开阔的坑内施工条件， 便于挖土、运土以及地下室的施工；同时， 也比较经济。
重力式挡墙

重力式挡墙是依靠自身的重力维持其稳定的 围护结构，由于可以采用价格比较低廉的水 泥土等材料制作，是一种比较经济的方案。 在开挖深度不大（如软土地区不大于6～ 7m），环境对位移的要求可允许有50mm左 右的条件下是首选方案，但重力式挡墙的宽 度比较大，在地下室外墙与红线之间的距离 过小时就很难放得下宽度较大的重力式挡墙。
开挖方案的选择 选择围护结构的类型 支锚体系的选择 支撑的平面布置 支撑和锚杆的竖向布置 立柱的设置 降水
开挖方案选择



放坡开挖 无支撑开挖 重力式挡墙 悬臂式挡墙 锚固式挡墙 有支撑的开挖 组合型的开挖方案
放坡开挖

放坡开挖的直接费用最少，而且为主体 工程创造了比较宽敞的施工作业空间， 因而工作面宽，工期也比较短，如果场 地条件允许，放坡开挖应该是首选的方 案。制约采用放坡开挖的因素主要是周 围场地和开挖深度的限制。放坡需要占 用比较大的场地，在城市或建成区往往 没有这个条件。
平面分区方案

平面分区开挖的目的是为了总体上满足 工期要求或者为了分期投资的目的。 平面分区包括地下室同一个平面和不同 底标高两种不同的情况。 但分区开挖必须设置区域之间的分隔围 护结构，这部分费用是额外增加的，比 整体开挖肯定费用贵。需要进行技术经 济比较才能确定。
外部稳定分析验算
以土钉原位加固土体，当土钉达到一定密度时所 形成的复合体就会出现类似锚定板群锚现象中的破裂 面后移现象，在土钉加固范围内形成一个“土墙”， 在内部自身稳定得到保证的情况下，它的作用类似重 力式挡墙，因此，可用重力式挡墙的稳定性分析方法 对土钉墙进行分析。
围护结构底部地基承载力失稳
土锚或拉锚
拉锚
土锚
内支撑体系
支撑 立柱 围檩
围护墙 坑底 加固 立柱桩
深基坑工程方案设计
基坑工程方案设计



1） 确定开挖方案，包括地下水的处理方 案； 2） 选择围护结构的类型； 3） 选用土层锚杆或内支撑，选择支撑材 料； 4） 对土层锚杆或内支撑进行平面和竖向 布置，包括围檩和立柱的布置；
围护结构滑移失稳

围护结构的滑移失稳亦主要发生在重力 式结构中，在坑外主动土压力的作用下， 围护结构向坑内平移。抵抗滑移的阻力 主要由围护体底面的摩阻力以及内侧的 被动土压力构成。当坑底土软弱或围护 结构底部的地基土软化时，墙体发生滑 移失稳。