岩土工程概论(4基坑-学生用)

（H 0 S） W H
则：
S H0 H W
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五、基坑流土例题分析 • 【例】某工程开挖深度为6.0 m的基坑时采用板桩围护结构，
基坑在排水后的稳定渗流流网如图所示。地基土的饱和重度 为19.8 kN/m3 ，地下水位距离地表1.5 m。判断基坑中的a～b 渗流逸出处是否发生流土？ 【解答】
3.2.1 强度破坏
1 支护结构的倾覆破坏：一般是由于地面 荷载过大，或土压力过大引起下部钳固端 失效破坏。 2 支护结构底部向外隆起破坏：一般当基 坑开挖过深，基坑内卸载过多时，容易使 基坑底部向上隆起，导致支护结构破坏。 3 支护结构受弯破坏：当悬臂端过长，而 土压力很大，且受弯承载力计算不足时， 会引起受弯破坏。
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例题分析
【解答】 由流网图可知，地基中流网的等势线数量为n=10 ，总水头差为h=6.0 m－1.5 m=4.5 m，则相邻两 等势线的水头损失为：
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例题分析
【解答】
a～b渗流逸出处的水力梯度iab 可用流网网格 abcd的平均水力梯度近似表示，从流网图中可量 得网格长度l=1.6 m，则
大小的指标。还与水的粘滞性有关。
V－渗透流速m/d或cm/s Darcy定律适合于层流（砂土）。 紊流运动规律：V＝KJ1/2 (非线性)
水力坡降 J＝－dH/dL
2.井的类型：
按其揭露含水层的类型分：
潜水井、承压井
按进水条件分：
完整井、非完整井
a ）无压完整井；b ）无压非完整井；c ）承压完整井；d ）承压非完整井
土的渗透系数 (cm/s)
10-2~l0-5 10-2~l0-5 10-3~10-6
可能降低的水位深度 (m)
3~6 6~12 8~20
电渗井点
深井井管
＜10-6
≥10-5
宜配合其他形式降水使用
＞10
轻型井点降水
(well-point dewatering )
适用于粉砂、细 砂和粉土潜水含 水层。
锚杆支护
（2）根据锚杆的锚固作用阶段定义锚固力 ① 初锚力：安设锚杆时，对锚杆进行拉张而使其具有的作用于围岩 的力称初锚力。 ② 工作锚固力：锚杆安设后，围岩变形，锚固剂发挥粘结作用；或 者杆体与围岩之间摩擦力制约围岩变形，此时锚杆对围岩的作用力 为工作锚固力。 ③ 残余锚固力：当围岩表面和深部的相对变形量超过锚固剂的极限 变形量以后，锚固剂被破坏，工作锚固力丧失。但由于已破坏的锚 固剂仍具有残存粘结强度，钻孔围岩、破坏的锚固剂、锚杆杆体之 间存在摩擦力，锚杆对围岩仍具有约束力，称为残余锚固力。
3.1 深基坑支护结构的类型及适用条件
（４）水泥土深层搅拌桩挡墙：目前国内 常用深层搅拌法形成重力式挡墙。一般形 成格栅状。这类挡土结构的优点是不设支 撑，不渗水，并且只需水泥，不需要钢材， 造价低。但为了保持稳定，一般宽度很大。 （５）地下连续墙：这种结构常用于较深 的基坑，如地铁车站或多层地下停车场等。 其强度与刚度都较高，但造价也高。
分离变量并积分后，得：
M ( H hw ) Q 2.73K lg R lg rw MSW 2.73K lg R lg rw
4.基坑群井涌水量计算:
潜水完整井
2 H 2 hw Q 1.366K lg R lg rw
承压水完整井
M ( H hw ) Q 2.73K lg R lg rw MSW 2.73K lg R lg rw
典型大型深基坑工程简况
工程名称 层数
北京国贸二期
上海金茂 上海恒隆广场 上海明天广场 广州金江大厦 济南银工大厦
39
88 66 58 28 35
基坑深度 围护墙
18
15-20 15-18 17-23 19-22 20
支撑方式
钢
钢筋混凝土 钢砼+钢管 逆作法 钢管 锚杆
钻孔灌注桩
地下连续墙 地下连续墙 地下连续墙 地下连续墙 灌注桩
3.1 深基坑支护结构的类型及适用条件
（３）钻孔灌注桩：钻孔灌注桩作为挡土结构，在桩与桩之间 用旋喷桩或压密注浆进行防渗堵水处理，排桩顶部浇注钢筋混 凝土压顶圈梁，将桩连成整体。 这种支护结构又分为悬臂式、内支撑式和锚固式。 悬臂式：挡土深度视地质条件和桩径而异。其特点是场地开阔、 挖土效率高、比较经济。 内支撑式：在基坑内加钢支撑或钢筋混凝土支撑等。内支撑有 斜支撑和水平支撑。斜支撑适用于支护结构高度不大，所需支 撑力较小的情况，一般为单层。水平支撑可单层设臵，也可分 层设臵。 锚固式：钻孔灌注桩与锚杆技术联合使用，可用于较深的基坑。 其特点是开挖效率高、施工方便，但水泥和钢材用量相对较多。
按杆体锚固段长短
全长锚固
端头锚固
加长锚固
锚杆支护
刚性锚杆 按锚杆杆体的工作特性 可拉伸锚杆 有限可拉伸 按锚杆作用特点 主动式锚杆
被动式锚杆
木锚杆 竹锚杆
按制造锚杆杆体的材料
金属锚杆 （钢筋）混凝土锚杆
聚酯锚杆
锚杆支护
2）锚杆的锚固力 （1）根据锚杆对围岩的约束方式定义锚固力 ① 托锚力：托锚力包括安装锚杆时，通过拧紧螺母产生的锚杆托板 对围岩的预紧力。 ② 粘锚力：粘结剂将围岩与锚杆粘结成整体，由于围岩深部与浅部 变形的差异，锚杆通过粘结剂对围岩施加粘结力来抑制围岩变形。 粘锚力就是锚杆杆体的轴力。 ③ 切向锚固力：围岩的变形大多从岩体的弱面开始，在围压作用下 围岩沿弱面滑动或张开。锚杆体贯穿弱面，限制围岩沿弱面滑动张 开，这种限制力称切向锚固力。
r为
W
1.366K
( 2 H SW ) SW lg R lg rw
h 为群井重心处渗流水头 R为群井影响半径
W
群井半径
把基坑假想为圆形大井,其 引用半径:
rw F
F－基坑面积

R 1.95S
Hk
k－ 单位m/d R- 单位m
三、井点系统设计
1.井点的平面布臵
a）单排布臵；b）双排布臵；c）环形布臵（d）U形布臵
基支护类型
放坡开挖 重力式挡土墙 悬臂式排桩支护结构 支锚式排桩支护结构 SMW（Soil Mixing Wall的缩写）工法 地下连续墙 喷锚支护结构 坑壁拱圈支护结构 组合式支护结构
基坑支护类型
SMW工法是近年来广泛应用于上海、南京软土地 层的一种新型基坑支护施工工法。 该工法首先采用搅拌桩施工对地层进行加固，然 后在水泥土中的水泥尚未凝固时插入型钢，形成 由搅拌桩挡土止水，型钢承受侧向水土压力的支 护结构， 最后在建筑物主体基础施工结束后用吊车将型钢 拔出以重复利用。 该工法具有环保、工效高、造价低、资源消耗少 （型钢可回收利用）、防水支护效果好等优点， 已逐渐在软土地层中推广使用。
课后作业1答案
课后作业2答案
注意：计算时请考虑加权平均和 浮重度的问题 承载力229kPa
3.1 深基坑支护结构的类型及适用条件
• 随着城市高层建筑、地铁和桥梁工程的大量兴建， 产生了大批的深基坑工程。 • 国外：圆形基坑的深度已达到74米（日本），直径 最大达98米（日本），而非圆形基坑的深度已达到 地下9层（法国）； • 国内：上海金茂大厦基坑-平面尺寸为170米*150米， 基坑开挖深度达19.5米。润扬大桥南汊桥北锚碇基坑 的深度达54米，直径60多米。基坑与相邻建筑物的 距离也越来越近，上海的汇京广场，围护结构与相 邻建筑的最近距离仅40厘米。
3.1 深基坑支护结构的类型及适用条件
常见的支护结构有钢板桩、钢筋混凝土板桩、 钻孔灌注桩和水泥土深层搅拌桩挡墙等形式， 具体情况介绍如下： （1）钢板桩：用打入法或振动打入法施工， 工程结束后可回收重复使用。 （２）钢筋混凝土板桩：钢筋混凝土板桩是 预制的钢筋混凝土构件，用打入法就位，并且 相互嵌入。这种板桩有较大的刚度和不透水性， 一般是一次性的。可用于较深且土体较软的基 坑。
一、基坑排水方 法
1.明沟排水 (drainage ditch)
适用于浅基坑强透水
的潜水含水层。
2.井点降水
井点降水是在基坑外或内通过井（孔）把地 下水位降低到所要求的水位。 井点降水常用的方法：电渗法、单(多)层轻 型井点、喷射井点和深井井点
适用范围 降水类型 一级轻型井点 多级轻型井点 喷射井点
3.2.2 稳定性破坏
1 墙后土体整体失稳。主要原因有：基坑 开挖过深、地基过软或大面积堆载。 2 坑底隆起破坏。当地基土软弱、挖土深 度过大或超载时容易引起这种破坏。 3 管涌或流砂。当坑底土层为无粘性的细 颗粒土，如粉土或粉细砂，且坑内外存在 较大水位差时，易出现这种破坏。
第四节 深基坑排水
2.井点的高程布臵
2.井点的高程布臵
3.井点系统设计计算
• 单根井点管进水 量 • 井点管数量 • 井点管深度 • 井点管间距
4.轻型井点的施工程序
井点管埋设
5.环境保护
四、基坑突涌
隔水层的安全厚度： 据 H W H 0 得 H
w H0
若不满足上述厚度， 需降水，使基坑中心 承压水位降深满足：
3.单井涌水量计算
潜水完整井
dy Q＝KAJ＝2πKxy dx
分离变量并积分，
x从rw至R，y从hw至H， 得：
H h Q 1.366K lg R lg rw
2 2 w
(2 H SW ) SW 1.366K lg R lg rw
承压水完整井
dy Q＝KAJ=2πKxM dx
三、喷射井点
喷射井点是井点管内部装有抽水装臵的喷射器，利用输送 高压水（称喷射井点）或高压空气（称喷气井点）的高压水 泵或空气压缩机和排水用的水泵等组成抽水系统，将地下水 抽走。 这种方法不但具有轻型井点所具有的安装迅速、方便的优 点，而且降水效果较好。
• 喷射井点用作深层降水，应用在粉土、 极细砂和粉砂中较为适用。 • 在较粗的砂粒中，由于出水量较大，循 环水流就显得不经济，这时宜采用深井 泵。 • 一般一级喷射井点可降低地下水位8～ 20m，甚至20m以上。