土方边坡与基坑支护

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。

（中英文）主动土压力Active earth Pressure；静止土压力Earth pressure 【关键词】at rest ;被动土压力Passive earth Pressure；边坡Side 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（ E）。

如图6-3a 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E。

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）。

如图6-3b 所示，挡土墙在填土压力作用下，向着背离a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（土体主动推墙）。

用在墙背上的土压力，称为主动土压力Ea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： Ea <Eo< Ep。

二、影响土压力的因素1、挡土墙的位移。

挡土墙的位移（或转动）方向和位移量的大小，是影响土压力大小的最主要因素。

墙体位移的方向不同，土压力的性质就不同；墙体方向和位移量大小决定着所产生的土压力的大小。

其它条件完全相同，仅仅挡土墙的移动方向相反，土压力的数值相差可达20 倍左右。

2、挡土墙类型。

挡土墙的剖面形状，包括墙背为数值还是倾斜、光滑还是粗糙，都关系采用何种土压力计算理论公式和计算结果。

如果挡土墙的材料采用素混凝土或钢筋混凝土，可认为墙背表面光滑，不计摩擦力；若是砌石挡土墙，则必须计入摩擦力，因而土压力的大小和方向都不相同。

3、填土的性质。

挡土墙后填土的性质，包括填土松密程度即重度、干湿程度（即含水率）、土的强度指标（内摩擦角和粘聚力）的大小，以及填土表面的形状（水平、上斜或下斜）等，都将会影响土压力的大小。

任务二土方边坡与稳定在工程建设中常会遇到土坡稳定性问题，如道路路堤，基坑的放坡开挖和山体边坡等。

边坡由于丧失稳定性而滑动，称为“滑坡”。

如果施工中处理不当，一旦发生滑坡将会造成严重的工程事故，不仅影响工程进度，甚至威及生命安全和工程存亡，应该引起重视。

因此应正确认识土方边坡与稳定方面的相关知识，积极采取必要时的工程措施。

一、土方边坡土坡就是具有倾斜表面的土体。

由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等称为天然土坡。

经过人工开挖，填土工程建造物如基坑、渠道、土坡、路堤等的边坡，通常称为人工土坡。

土坡的外形和各部分名称，如图6-35 所示。

在土体自重和外力作用下，坡体内将产生切应力，当切应力大于土的抗图6-35 土坡的各部分名称剪强度时，即产生剪切破坏，如靠坡面处剪切破坏面积很大，则将产生一部分土体相对另一部分土体滑动的现象，称为滑坡或塌方。

为保证施工时土体的稳定，防止塌方，保证施工安全，当挖土超过一定的深质均匀且地下水位低于基坑（槽）或管沟底标高时，挖方边坡可作成直立土壁而不加支撑，但深度不宜超过下列规定：密实、中密的砂土和碎石类土——1.0m；硬塑、可塑的粉土及粉质粘土——1.25m；硬塑、可塑的粘土和碎石类土（填充物为粘性土）—1.5m；坚硬的粘土—2.0m。

当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑（槽）或管沟底标高时，挖土深度在5m以内不加支撑的边坡最陡坡度应符合表1-3规定，即使按规定放坡，施工中也要随时检查边坡的稳定情况。

深度在5m内的基坑（槽）、管够边坡的最陡坡度（不加支撑）表1—3注：1、静载指堆土或材料等，动载指机械挖土或汽车运输作业等。

静载或动载距挖方边缘的距离应保证边坡直立壁的稳定，堆土或材料应距挖方边缘0.8m以外，高度不超过1.5m。

2、当有成熟的施工经验时，可不受本表限制。

二、影响土方边坡稳定的因素土方边坡稳定在工程上具有很重要的意义，特别要注意外界不利因素对土坡稳定的影响。

影响土方边坡稳定主要有以下因素：1）土坡坡度。

土坡坡度有两种表示方法：一种以高度和水平尺度之比来表示；另一种以坡角θ的大小来表示。

坡角θ越小则土坡越稳定，但不经济；坡角θ越大则土坡越经济，但不安全。

2）土坡高度。

土坡高度H 是指坡脚到坡顶之间的铅直距离。

试验研究表面，对于粘性土坡，其他条件相同时，坡高越小，土坡越稳定。

3）土的性质。

土的性质越好，土坡越稳定。

例如，土的抗剪强度指标：粘聚力C 、内摩擦角Φ值大的土坡比C、Φ值小的土坡稳定。

有时由于地震等原因，使Φ降低或产生孔隙水压力，可能使原来稳定的边坡失稳滑动，地下水位上升，对土坡不利。

4）气象条件。

若天气晴朗，土坡处于干燥状态，土的强度高，土坡的稳定性就好。

若在雨季，尤其是连续大暴雨，大量的雨水入渗，使土的强度降低，可能导致土坡滑动。

5）地下水的渗透。

当土坡中存在与滑动方向一致的渗透力时，对土坡稳定不利。

例如，水库土坝下游土坡可能发生这种情况。

6）震动荷载。

震动荷载，如地震、工程爆破、车辆震动等，会产生附加的震动荷载，降低土坡的稳定性。

震动荷载还可能使土体中的孔隙水压力升高，降低土体的抗剪强度。

震动能量愈大则愈威险。

7）人类活动和生态环境。

人类活动和生态环境，将对土坡的稳定性产生影响。

例如，经过漫长时间形成的天然土坡原本是稳定的，如在土坡上建造房屋，增加了坡上荷载，有可能引起土坡的滑动；如在坡脚建房，为增加平地面积，往往将坡脚的缓坡削平，则土坡更容易失稳发生滑动。

三、土坡滑动失稳的理论分析从影响土方边坡稳定的因素来看，土坡滑动失稳的原因一般有以下两类情况：（l）外界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡状态。

如基坑的开挖，由于地基内自身重力发生变化，改变了土体原来的应力平衡状态；又如路堤的填筑、土坡顶面上作用外荷载、土体内水的渗流、地震力的作用等也都会破坏土体内原有的应力平衡状态，导致土坡坍塌。

（2）土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低，促使土坡失稳破坏。

如外界气候等自然条件的变化，使土时干时湿、收缩膨胀、冻结、融化等，从而使土变松，强度降低；土坡内因雨水的浸入使土湿化，强度降低；土坡附近因打桩、爆破或地震力的作用将引起土的液化或触变，使土的强度降低。

四、施工中边坡失稳的原因与措施根据工程实践调查分析，造成边坡塌方的主要原因有以下几点：1、未按规定放坡土体本身稳定性不够而产生塌方；2、基坑上边缘附近堆物过重，使土体中产生的剪应力超过土体的抗剪强度；3、地面水及地下水渗入边坡土体，使土体的自重增大，抗剪能力降低，从而产生塌方。

因此，防止边坡塌方的主要措施有：1、放足边坡：边坡的留置应合乎规范的要求，其坡度大小，则应根据土壤的性质、水文地质条件、施工方法、开挖深度、工期的长短等因素而定。

施工时应随时观察土壁变化情况。

2、在边坡上堆土方或材料以及使用施工机械时，应保持与边坡边缘有一定安全距离。

当土质良好时，堆土或材料应距挖方边缘0.8m以外，高度不应超过1.5m。

在软土地区开挖时，应随挖随运，以防由于地面加荷引起的边坡塌方。

3、作好排水工作，防止地表水、施工用水和生活废水浸入边坡土体，在雨期施工时，应更加注意检查边坡的稳定性，必要时加设支撑。

当基坑开挖完后，可采用塑料薄膜覆盖，水泥砂浆抹面、挂网抹面或喷浆等方法进行边坡坡面防护，可有效防止边坡失稳。

在土方开挖过程中，应随时观察边坡土体，当出现如裂缝、滑动等失稳迹象时，应暂停施工，必要时将施工人员和机械撤出至安全地点。

同时，应设置观察点，并对土体平面位移和沉降变化作好记录，随后与设计单位联系，研究相应的措施，如排水、支档、减重反压和护坡等方法进行综合治理。

有些情况下，也可采用通风疏干、电渗排水，爆破灌浆，化学加固等方法，改善滑动带岩土的性质，以稳定边坡。

*五、边坡稳定分析简介地基稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算.最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求:MR/MS≥1.2 式中MS---滑动力矩;MR---抗滑力矩.当边坡坡角大于45°,坡高大于8m时,尚应按式MR/MS≥1.2验算坡体稳定性。

在建设场区内，由于施工或其他因素的影响有可能形成滑坡的地段，必须采取可靠的预防措施，防止产生滑坡。