第六章 基坑工程

第六章基坑工程

学习重点：1.围护结构的分类和适用条件；2.悬臂板桩墙和单支撑板桩墙的计算

学习要求：掌握围护结构的分类和适用条件和悬臂板桩墙和单支撑板桩墙计算的基本原理。

第一节概述

一、基本概念

定义：

1.基坑：在建造埋置深度较大的基础或地下工程时，往往需要进行较深的土方开挖。这个由地面向下开挖的地下空间称为基坑。

从地表面开挖基坑，最简单的方法是放坡大开挖。这种方法既经济又方便，在空旷地区应优先采用。如果由于场地的局限性，在基槽平面以外没有足够的空间安

全放坡，或者为了保证基坑周围的建筑物、构筑物以及地下管线不受损坏，又或者为了满足无水条件下施工，需要设置挡土和截水的结构。这种结构称为围护结构。一般来说，围护结构应满足以下三个方面的要求：（1）保证基坑周围未开挖土体的稳定，满足地下结构施工有足够空间的要求。这就要求围护结构要起挡土的作用。

（2）保证基坑周围相邻的建筑物、构筑物和地下管线在地下结构施工期间不受损害。这就要求围护结构能起控制土体变形的作用

（3）保证施工作业面在地下水位以上。这就要求围护结构有截水作用，结合降水、排水等措施，将地下水位降到作业面以下。

总的说来，围护结构都要满足第一和第三个要求。第二个要求要视周围建筑物、构筑物和地下管线的位置、承受变形的能力、重要性和一旦损坏可能发生的后果等方面的因素来决定。

基坑工程包括了围护体系的设置和土方开挖两个方面。土方开挖的施工组织是否合理对围护体系是否成功产生重要影响。不合理的土方开挖方式、步骤和速度有可能导致主体结构桩基础变位，围护结构变形过大，甚至引起围护体系失稳而导致破坏。同时，基坑开挖必然

引起周围土体中的地下水位和应力场的变化，导致周围土体的变形，对相邻建筑物、构筑物和地下管线产生不离队影响。严重时有可能危及它们的安全和正常使用。

总的来说，基坑的开挖深度在基坑工程中是主导因素，基坑场地的地质条件和周围的环境决定支护方案，而基坑的开挖方式对基坑安全直接相关。

第二节围护结构形式及适用范围

一、围护结构形式

围护结构最早采用木桩，现在常用钢筋混凝土桩、地下连续墙、钢板桩等。

常用的基坑围护结构形式有：

1.放坡开挖及简易支护

2.悬臂式围护结构

3.重力式围护结构

4.内撑式围护结构

5.拉锚式围护结构

6其他形式围护结构：主要包括门架式围护结构；沉

井围护结构；加筋水泥土围护结构等。

二、悬臂式围护结构

1. 概念

和锚固的围护结构均可归属悬臂式

围护结构，如图所示。但此处仅仅

指没有支撑和锚固的板桩墙、排桩

墙和地下连续墙等围护结构。悬臂

式围护结构常采用钢架混凝土排

桩、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土

板桩、地下连续墙等形式。钢筋混凝土桩常采用钻孔

灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩和预制桩等。

2.原理

悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯刚

度来挡土和控制墙后土体及结构的变形。

3特点

悬臂式围护结构对开挖深度十分敏感，容易产生大的

变形，有可能对相邻建筑物产生不良的影响。

4适用性

这种结构适用于土质较好，开挖深度较小的基坑。

三、重力式围护结构

1概念

水泥土重力式围护结构示意

图。水泥土重力式围护结构通常

由水泥搅拌桩组成，有时也采用

高压喷射注浆法形成。当基坑开

2.原理

水泥土和它包围的天然土形成了重力挡土墙，可以维持土体的稳定。

3适用性

深层搅拌水泥土桩重力式围护结构常用于软黏土地区开挖深度7.0m 以内的基坑工程。水泥土重力式挡土墙的宽度较大，适用于较浅的、基坑周边场地较宽裕的、对变形控制要求不高的基坑工程。 四、内撑式围护结构

1概念

内撑式围护结构由挡土结构和支撑结构两部分组成。

挡土结构常采用密排钢筋混凝土桩和地下连续墙。

支撑结构有水平支撑和斜支撑两种。

2类型

根据开挖深度，可采用单层或多层水平支撑。当基坑面积大而开挖深度不大时，可采用单层斜撑。

内支撑常采用钢筋混凝土梁、钢管、型钢格构等形式。钢筋混凝土支撑的优点是刚度大，变形小，而钢支撑的优点是材料可回收，且施加预应力较方便。

3适用性

内撑式围护结构可适用于各种土层和基坑深度。

五、拉锚式围护结构

1概念

拉锚式围护结构由挡土结构和锚固部分组成。

挡土结构处理采用与内撑式围护结构相同的结构形

式外，还可采用钢板桩作为挡土结构。

锚固结构有锚杆和地面拉锚两种。

2适用性

采用锚杆结构需要地基土提供较大的锚固力，因而

多用于砂土地基或粘土地基。

六、土钉墙围护结构

土钉墙围护结构的机理可理解为

通过在基坑边坡设置土钉，形成加筋

土重力式挡土墙。

边开挖基坑，边在土坡中设置土钉，

在坡面上铺设钢筋网，并通过喷射混

凝土形成混凝土面板，最终形成土钉墙。

2适用性

土钉墙围护结构适用于地下水位以上或人工降水后

的粘土、粉土、杂填土、以及非松散砂土、碎石土等。

在淤泥质土以及未经降水处理的地下水位以下的土层中

采用土钉墙要谨慎。

第三节板桩墙围堰的计算

在上节介绍的各种围护结构中，多点式内撑围护结构和拉锚式围护结构的内力计算分析复杂，为了模拟分步开挖、换撑和拆撑等施工步骤的影响以及土体弹性塑性变形的影响，往往采用有限元法进行应力和变形的分析，过程相当繁杂，超出了本课范围。本章主要着重介绍悬臂式围护结构和单点支撑式围护结构的内力分析和设计方法。

在基坑开挖时，坑壁常用板桩予以支撑，板桩也用做水中桥梁墩台施工时的围堰结构。

1作用

板桩墙的作用是挡住基坑四周的土体，防止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌，避免渗水过大或形成流沙而影响基础开挖。