围护结构的设计原则与技术措施

单支点排桩 0.5～0.6 0.4～0.5 0.3～0.4 0.3～0.4
硬塑～坚硬土层 强风化软质岩 强风化硬质岩 中风化软质岩
中风化硬质岩
微风化岩
0.3～0.4
0.2～0.3
0.2～0.3
0.1～0.2
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3、多支点排桩的计算 下面以地铁二号线海珠广场车站的基坑围护结构为例，说明其计算过程： 1）概况：
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3、围护结构设计与施工的原则 围护结构设计与施工应遵循根据检测与监测结果进行动态设计、信息化施工相 结合的原则。
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解说： 由于设计、施工不当造成的基坑事故时有发生，人们认识到基坑工程的监测是实现信息化施工、避免事 故发生的有效措施，又是完善、发展设计理论、设计方法和提高施工水平的重要手段。 设计人员应深入现场，了解施工过程，掌握监测信息。根据支护结构的变形、土体及邻近建筑物的水平 位移与沉降等实际情况，及时修改、完善设计。对可能出现的险情应制定有效合理的应急方案。 检测与监测是两个不同的概念，前者是“检查”的“检”，后者是“监督”的“监”。检测是对支护结 构所要使用的原材料遵照有关施工验收标准进行检验；是对支护结构砼灌注桩或者连续墙本身完整性进行 质量检验；是对支护结构土钉墙的土钉抗拉承载力和坡面喷射砼厚度的检查等。而监测是以基坑边缘开挖 深度1～3倍范围内需要保护的建筑物（楼房、过街通道、人行天桥等）、地下管线（电缆管、煤气管、供 水排水管等）为对象，进行变形、沉降、倾斜、裂缝、水平位移等情况的监测。
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一、基本概念 1、什么是围护结构
围护结构又称为基坑支护结构，它是保证地面以下建筑物基坑在岩土层开挖、
地下结构安全施工、并使周围既有建筑物和地下管线不受损害的前提下，由人工 所提供的一种可靠而适用的地下空间屏障。
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2、围护结构设计的内容 围护结构应包括下列设计内容： 1）围护结构方案的技术、经济比较和选型；
支.1 5.1
水平间距 (m) 1.0 1.0 1.0 1.0
支撑预加力 (kN) 150.0 300.0 450.0 500.0
表注：1. H为基坑开挖深度。 2. 当安全等级为二级，且在一般地基1H或软弱地基2H宽度范围 内有建 位移控制值应取0.003H且不大于40㎜ 筑物时，支护结构水平
3. 当在一般地基1H或软弱地基2H宽度范围内有煤气管道、地下铁道等特别重要建筑物时，变形控 制值应按其特殊要求取值。 4. 当在一般地基2H或软弱地基3H宽度范围内均无建筑物或地下管线时，基坑变形控制值可根据基 坑支护结构及后续工序要求放宽取值。
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解说： 在基坑支护工程中，支护结构的变形和周围土体的变形不仅影响支护结构本身的正 常使用，而且关系到结构的建筑限界、周围建筑物、地下管线的安全和正常使用。广
州市曾发生多起因支护结构的变形和周围土体的变形过大而造成围护桩浸入建筑限界
几十厘米、周围建筑物倾斜与开裂、地下管线破裂等工程事故，因此基坑变形的控制 已受到市建委的高度重视。基坑设计人员必须从支护结构的计算和构造两个方面来保 证基坑变形的计算值不超过控制值；现场监测人员严密监测基坑变形，在基坑变形达 到报警值时立即通报有关部门和人员，以便及时采用措施防患于未然。报警值取控制 值的75％～80％，周围环境条件复杂时取较小值，反之取较大值。
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主讲人：楊治興
2006年8月
写在前面的话

2004年进院的年轻朋友们： 根据我院《2004年下半年技术培训计划》的安排，我奉命就“围护结构的设计原则与技术措施”编写 了本拙文。由于水平有限仅供参考，但愿不要污染了你的眼睛。我不准备讲但要求你们看，如果有不明白
的地方，随时恭候与之讨论。
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2、有关规定 1）对于碎石土、砂土、围护结构水平荷载可按水土分算考虑； 2）对于粘性土、粉土、淤泥及淤泥质土围护结构水平荷载可按水土合算考虑； 3）土压力计算时宜采用固结快剪的粘聚力C（kPa）、内摩擦角值； 4） 整体滑移稳定系数1.2 整体倾覆稳定系数1.3 基坑底抗隆起稳定系数1.3 基坑底土层渗流稳定系数1.2；
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3、单层和多层建筑物的地基变形允许值（表三 ）
地基变形允许值
变形特征 中低压缩性土 高压缩性土
砌体承重结构基础的局部倾斜
框架结构 建筑物相邻桩基的沉 降差 砖石墙填充的边排桩 当基础不均匀沉降时 不产生附加应力的结 构 纵向
0.002
0.002l 0.0007l 0.005l 0.004
0.003
0.003 l 0.001 l 0.005 l
桥式吊车轨面的倾斜 （按不调整轨道考虑）
横向
0.003
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解说： 基坑周围地面建筑物的基础型式是影响基坑变形控制值确定的一个重要因素。 地基变形对基础影响造成的后果，既包括基础承载力的降低，也包括基础变形的
发生，基础的变形则包括相对不均匀沉降和相对水平位移。基础的相对不均匀沉
了与《建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）》相一致的结构安全等级。 在设计、施工经验尚待进一步积累的条件下，为了确保基坑安全，当前适当提高 安全等级仍然是十分必要的。
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2、支护结构水平位移和周围地面沉降变形控制值（表二）
安全等级 一级 二级 三级 支护结构水平位移控制 值 0.002H且不大于30㎜ 0.004H且不大于50㎜ 0.025H且不大于150㎜ 周围地面沉降变形控制值 0.0015H且不大于20㎜ 0.003H且不大于40㎜ 0.020H且不大于120㎜
3）基坑相邻建筑物的位置、层数、高度、结构类型、完好程度、竣工时间、基础
类型、埋置深度等； 4）基坑附近地下管线及其它地下埋设物的位置、深度、结构型式及埋设时间等； 5）基坑附近的地面堆载及地面活载情况。
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解说： 充分了解、掌握有关资料，是进行基坑支护结构设计的前提，只有在设计前作 好充分的调查研究，取得全面资料，才能使支护工程设计的周全、可靠，才能保
岩土层代号 <1> <2－1> <2－3> <4－2> <7> <8> 岩土名称 杂填土 淤泥 淤泥质砂 砾砂 强风化岩 中风化岩 重度γ(kN/m3) 19.2 16.3 16.5 18.3 22.0 25.0
表七
内摩擦角(。) 12.5 5.5 26.0 30.0 40.0 50.0
层厚(m) 3.2 8.4 1.8 0.7 9.7 25.0
一级
二级
支护结构破坏、土体失稳 或过大变形对基坑周边环 境及地下结构施工影响严 重 支护结构破坏、土体失稳 或过大变形对基坑周边环 境及地下结构施工影响不 严重
1.0
三级
开挖深度小于6m且在周围3 倍开挖深度范围无特殊要求 保护的建筑物、管线和道路 等市政设施
0.9
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解说：
降会引起建筑物的开裂和倾斜，相对水平位移则会产生建筑物的开裂，两者所造 成的后果都是严重的。由于基坑支护工程的复杂性和理论上的不够成熟，基坑变 形计算值与实测值往往相差较大，设计人员必须深入现场，通过监测取得的实测
值，随时修正原有的设计。
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4、基坑工程设计前应取得下列资料 1）场地的工程地质和水文地质勘查报告； 2）标有建筑红线及用地红线的平面图、地下结构的设计图纸；
基坑工程不同于一般建筑工程，其安全性除体现在支护结构自身的安全外，还
突出地体现在周围建筑物和地下管线的安全性上。基坑支护工程的失败，除直接 造成支护工程本身的损失外，同时还会直接造成对周围环境的破坏性影响以及对 周围居民生命财产的危害。
基坑侧壁安全等级的划分是一个难度很大的问题，很难定量说明，因此，采用
粘聚力C(kPa) 11 7.0 0 0 0 0
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4）支锚参数——表八 支锚参数表 表八
支撑刚度 (MN/m/m) 40.0 80.0 80.0 80.0 相对开挖深度 (m) 0.5 0.5 0.5 0.5 M值(MN/m4) 0.00 2.50 10.92 15.00
可靠、万无一失。也就是说设计必须满足边坡和支护结构稳定性的要求，不得产生倾覆、
滑移和局部失稳；基坑底部不得产生隆起、管涌；支撑体系不得变形、滑动失稳；锚杆或 土钉不得发生抗拔失效。支护结构构件受荷载作用后，不发生强度破坏。降水引起的地基 沉降不影响邻近建筑物或重要管线的正常使用。止水设计应控制因渗漏引起水土流失而造 成地面下沉。围护结构变形不应超过周围环境保护要求的控制值，围护结构当作竖向承重 结构时（如为了结构抗浮而兼作抗拔桩），还需满足竖向承重结构的变形要求。
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二、基本规定 1、基坑侧壁安全等级及重要性系数（表一）——表注：从一级开始，向二级、三级推定，以最先满足为准。 安全等级 破坏后果 支护结构破坏、土体失稳 或过大变形对基坑周边环 境及地下结构施工影响很 严重 基坑和环境条件 基坑开挖深度≥14m且在3倍 开挖深度范围内有重要建筑 物、重要管线和道路等市政 设施或在一倍开挖深度范围 内有非嵌岩桩基础埋深小于 基坑深度的建筑物；基坑位 于地铁、隧道等大型地下设 施安全保护区范围内 除一级和三级以外的基坑工 程 1.1 重要性系数 0
5）当基坑底以下为坚硬土层或岩层时，悬臂排桩(见图一)、单支点排桩（见图二）嵌固深度设计值,
可按以下经验公式确定：
h d 0 h
（式1）
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0 ：基坑侧壁重要性系数，见表一；
h：基坑开挖深度（m）；
支护型式 嵌固段岩性
h d：排桩的嵌固深度（m）；
悬臂排桩 0.7～0.8 0.6～0.7 0.5～0.6 0.4～0.5
2）围护结构的承载力、变形和稳定性计算；
3）确保基坑内外土体的稳定性验算； 4）基坑降水或止水帷幕的选择和要求； 5）基坑开挖顺序和开挖工况的安排及要求； 6）周边环境保护的措施与要求； 7）围护结构质量检测和开挖监控项目及报警要求。
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解说： 基坑支护工程是一种风险性较大的系统工程，其设计与施工必须确保支护结构本身及 周边环境的安全。它既要求围护结构在选型上要技术先进、经济合理，又要在设计上安全
目前围护结构的设计，均以计算软件为工具，但对软件的编程过程却知之甚少，这无形中把人变成了 操作工具的奴隶。输入几个计算参数，结果马上就呈现在你的面前，除了一个“快”字而外，你究竟能学 到什么？ 我认为会用计算软件是出息、能懂得软件编程过程是出色、能自行编程并应用于设计是出众、对各种 计算理论了如指掌既能编程又能处理千变万化的工程事故是出类拔萃。望每一个年轻的同志都向最高的目 标前进！ 谢谢！
地铁二号线海珠广场车站、埋深因受盾构机过珠江及地面绿化所需覆盖层厚度
等因素的制约，车站主体设计为四层地下框架结构。其标准段南北长144m，东西 宽19.7m，总建筑面积14872㎡。 车站的施工方法为明挖顺作法，标准段基坑深24.5m，围护结构为800㎜厚的 地下连续墙，设五道壁厚为12㎜的φ600钢管支撑。连续墙计算时所选用的地质钻 孔为“MBZ3—125”，其钻孔柱状图如表六所示。
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2）基本计算数据： 支护结构形式：地下连续墙（厚度800㎜）； 基坑深度：24.56m；
地面超载：20 kPa；
砼强度等级：C25； 地下水位：取与地面齐平； 侧壁重要性系数：1.10。
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3）各岩土层主要物理力学参数——表七 岩土层物理力学参数表
证施工过程的绝对安全。
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三、基坑支护结构形式及选型（表四） ..\基坑支护结构形式及选型 表四.doc
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四、围护结构的计算 1、计算荷载 1）土压力及水压力；
2）地面堆载及大型车辆的动、静荷载；
3）周边建筑物的作用荷载； 4）施工荷载； 5）温度对支护结构产生的影响。