深基坑工程教案

课程教案课程名称：深基坑支护技术任课教师：所属院部：建筑工程与艺术设计学院教学班级：土木1403 班教学时间：2016—2017学年第二学期湖南工学院课程基本信息1第一章绪论1.1基坑工程现状一、本次课主要内容本章介绍了基坑工程的特点、现状及发展，且着重介绍了基坑工程中围护结构的常用形式及基坑工程的理论分析。

二、教学目的与要求了解基坑工程的现状；熟悉基坑工程的发展概况；掌握基坑工程中围护结构常用形式、基坑工程的理论分析及基坑工程的特点。

三、教学重点难点重点：常见的支挡体系有：钻孔灌注桩围护、地下连续墙、SMW工法桩、拉森钢板桩。

难点：基坑工程理论分析方法有：古典分析方法、解析方法、数值分析方法。

四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

五、作业与习题布置讨论：基坑工程有哪些特点。

作业：完成P15第二大题2第1章绪论1.1 基坑工程现状近年来，我国深基坑工程呈现出新的特点，主要表现为：（1）基坑的面积越来越大，主楼与裙楼连成一片、大面积地下车库、地下商业与休闲中心一体化开发的模式频频出现，使得面积在10000～50000ｍ2 的基坑越来越多。

（2）基坑的开挖深度越来越大，开挖深度为20～30ｍ的基坑越来越多。

（3）基坑场地紧凑，有些地方紧贴红线，使得基坑周边几无施工场地。

（4）基坑周边环境复杂敏感，临近大量管线、建筑与地铁构筑物等。

大城市中的基坑工程往往周边建筑物密集、地下管线众多、环境保护要求高，因此，基坑支护结构除满足自身强度要求外，还须满足变形要求，将基坑周边土体的变形控制在允许范围之内，保证基坑周围的建（构）筑物和管线的正常使用，从而使得基坑工程的设计及施工从强度控制转向了变形控制。

1.2 基坑工程发展概况基坑工程是实用性、经验性极强的学科。

近年来的工程实践既有大量成功的经验，也有失败的教训，更有一系列有待进一步解决的问题。

目前，我国基坑越来越深，环保要求更加严格，这就需要工程技术人员以更加严谨的科学态度，在工程实践中不断总结、创新，提高技术水平，为我国基坑工程技术的发展做出贡献。

基坑的类型主要包括以下几种：（1）高层、超高层建筑深基坑我国已建和在建高层、超高层建筑的基坑深度，已由6～8ｍ发展到20ｍ以上，基坑的平面尺寸也越来越大。

（2）地铁站基坑北京、上海、广州、天津、青岛、南京、沈阳等均有地铁在建，这些地铁沿线地下车站百余座多采用明挖法施工。

（3）市政工程地下设施基坑近几年来各地兴建了许多大型市政地下设施，例如：上海人民广场地下车库和商场，建筑面积50000m2；上海合流污水治理工程彭约浦泵站是目前世界最大的污水治理泵站，基坑深达26.45ｍ；哈尔滨奋斗路地下街长300ｍ，宽16ｍ。

（4）工业基坑我国目前已有不少规模较大的工业基坑，例如：宝钢热轧厂铁皮坑深32ｍ，浦东耀华皮尔金顿浮法玻璃溶窖坑，亚洲最高烟囱北仑港电厂240ｍ的高烟囱基坑等。

31.3 围护结构常用形式基坑支护体系一般包括两个部分：挡土体系和止水降水体系。

基坑支护结构一般要承受土压力和水压力，起到挡土和挡水的作用。

一般情况下支护结构和止水帷幕共同形成止水体系。

但尚有两种情况：一种是止水帷幕自成止水体系；另一种是支护结构本身也起止水帷幕的作用，如水泥土重力式挡土墙和地下连续墙等。

1.3.1 放坡开挖及土钉墙放坡开挖分为有支护和无支护两种方式，土钉墙虽然在情况特殊时采用直立开挖，但在一般情况下也会设置一定的开挖坡度，故从施工原理上也属于放坡开挖的一种。

放坡开挖的设计原则是通过选择安全合理的开挖坡度和支护参数，使开挖后的土体依靠自身或在土钉加固后能保持施工期的稳定。

由于基坑敞开式施工，因此具有施工简便、工期短、造价较经济等优点。

由于无须支撑体系，也可为主体结构施工提供宽敞的作业空间。

放坡开挖主要适用于土质较好的浅基坑，要求基坑周围没有重要的影响建筑，并需要有足够的施工场地，适用的基坑开挖深度一般在5m以内，配合土钉墙和矮挡土墙，在地质较好的无水基坑也有高度达到10m左右的案例。

1.3.2 水泥土重力式挡土墙水泥土重力式挡土墙是指使用水泥搅拌设备，以水泥系材料为固化剂，在基坑周边就地将原状土强制搅拌，以形成具有一定强度和止水性能的柱状加固挡土墙，其截面一般采用相互搭接的格栅形式。

水泥土重力式基坑开挖深度一般不超过７ｍ，除了具有放坡开挖的施工作业空间开阔的优点外，更具有良好的止水性能和土层适用范围，对于地下水位较高和淤泥质软土地质的浅基坑具有明显优势。

其缺点是位移相对较大，红线宽度较大，当基坑周边存在重要建（构）筑物时，应慎重选用。

1.3.3 悬臂式支护结构悬臂式支护结构常采用钢筋混凝土桩、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等形式。

值得关注的是，钢筋混凝土咬合桩和ＳＭＷ工法目前已经被广泛使用，钢筋混凝土桩常采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩及预制桩等。

悬臂式支护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构安全。

悬臂式结构对开挖深度非常敏感，容易产生较大的变形，对相邻建（构）筑物易产生不良影响。

悬臂式结构适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。

41.3.4 拉锚式支护结构拉锚式支护结构由支护结构体系和锚固体系两部分组成。

支护结构体系类似于内支撑支护结构，常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙两种。

锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。

随着基坑深度不同，锚杆式也可分为单层锚杆、双层锚杆和多层锚杆。

地面拉锚式支护结构需要足够多的场地设置锚桩或其他锚固物。

1.3.5 内撑式支护结构内撑式支护结构的含义可用“外护内支”四个字表述。

“外护”是指用支护结构对外挡住边坡土体、防止地下水渗漏；“内支”是指利用内支撑系统为支护结构的稳定提供足够的支撑力，内撑式支护结构的竖向支承结构一般为柱式受力，主要是保证水平支撑的纵向稳定，加强支撑体系的空间刚度和承受水平支撑传来的竖向荷载，要求具有较好的自身刚度和较小的竖向位移。

而水平支撑结构在发挥其支撑功能时是梁式受力，主要是平衡支护墙外侧水平作用力，要求传力直接、平面刚度好而且分布均匀。

内撑式支护结构由支护结构体系与支撑体系两部分组成。

支护结构体系常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙。

支撑体系可采用水平支撑和斜支撑，根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑、双层水平支撑及多层水平支撑。

常见的支挡体系有以下几种：（1）钻孔灌注桩围护。

（2）地下连续墙。

（3）SMW工法桩。

（4）拉森钢板桩。

1.4 基坑工程理论分析方法以内撑式围护结构分析方法为例，主要有以下方法：1.古典分析方法挡土结构内力分析的古典方法主要包括平衡法、等值梁法和塑性铰法等。

（1）平衡法，又称自由端法，要点是采用经典土力学理论计算主动土压力和被动土压力，然后根据力矩平衡条件计算桩的入土深度以满足整体稳定，再验算挡土墙抗倾覆、抗滑移稳定性。

其适用于底端自由支撑的悬臂式挡土结构和单支点挡土结构。

（2）等值梁法，又称假想铰法，可以求解多支撑（锚杆）的挡土结构内力。

首先假定挡土结构弹性曲线反弯点即假想铰的位置。

假想铰的弯矩为零，于是可把挡土结构划分为上下两段，上部为简支梁，下部为一次超静定结构，这样即可按照弹性结构的连续梁求解挡土结构的弯矩、剪力和支撑轴力。

5（3）塑性铰法，假定挡土结构在横撑（除第一道撑）支点和开挖面处形成塑性铰，从而解得挡土结构内力。

2.解析方法挡土结构内力分析的解析方法是通过将挡土结构分成有限个区间，建立弹性微分方程，再根据边界条件和连续条件，求解挡土结构内力和支撑轴力。

常见的解析方法主要有山肩邦男法、弹性法和弹塑性法。

3.数值分析方法目前常用的分析方法主要有平面弹性地基梁法和平面连续介质有限元方法。

（1）平面弹性地基梁法。

本法的基本假定是将单位宽度的挡土墙作为竖向放置的弹性地基梁，支撑和锚杆简化为弹簧支座，基坑内开挖面以下土体采用弹簧模拟，挡土结构外侧作用已知的水压力和土压力。

（2）平面连续介质有限元方法。

本法一般是在整个基坑中寻找具有平面应变特征的断面进行分析，土体采用平面应变单元来模拟。

挡土结构，如地下连续墙等板式结构需要承受弯矩，可用梁单元来模拟。

支撑、锚杆等只能承受轴向力的构件采用杆件单元模拟。

1.5 基坑工程的特点基坑工程是一个高难度的岩土工程技术课题，其影响因素较多，与场地条件、地层情况、水文地质条件、施工管理、现场监测及相邻建筑场地的施工相互影响等密切相关，同时基坑工程又是一个复杂的、与众多学科相关的交叉学科，涉及土力学、水文地质、工程地质、结构力学、施工技术等知识，它要求研究的问题较多，不但要研究土的强度、变形、稳定性问题，还要研究土与结构的相互作用；同时还需研究施工方法及施工过程对岩土体的影响和制约，变形反馈对结构设计的控制等重要问题。

目前我国基坑工程具有以下特点：（1）建筑趋向高层化，基坑开挖深度越来越深。

（2）基坑开挖面积大，长度与宽度有的达数百米，给支撑系统带来较大的难度。

（3）在软弱的土层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线产生严重威胁。

（4）基坑施工工期长、场地狭窄，降雨、重物堆放等对基坑稳定性影响很大。

（5）在相邻场地的施工中，打桩、降水、挖土及基础浇筑混凝土等工序会相互制约与影响，增加协调工作的难度。

（6）基坑支护形式具有多样性。

迄今为止，支护形式有数十种。

按结构受力特点来划分，基坑支护类型可划分为以下三类：6（1）被动受力支护结构。

（2）主动受力支护结构。

（3）组合形式。

对基坑工程的研究可以从不同的角度进行分类，从研究手段来区分，可以分为试验研究、理论分析和数值计算三种。

教学后记：7 第2章深基坑工程的基本规定一、本次课主要内容主要介绍基坑工程的基本规定，包括设计内容、设计管理和水平荷载计算与稳定性验算。

二、教学目的与要求了解：基坑工程的一些基本规定；熟悉:设计原则及设计内容；掌握:水平荷载的计算方法和稳定性验算。

讨论：基坑设计内容有哪些。

三、教学重点难点水平荷载的计算方法和稳定性验算;四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

五、作业与习题布置讨论：基坑设计内容有哪些。

作业：完成P34第二大题第2题82.1 设计原则及设计内容2.1.1 设计原则在进行基坑工程设计时，应考虑以下几个方面：1.基本原则在基坑工程设计中，要坚持保证支护体系安全可靠、保护环境、方便施工和经济性的原则。

首先要保证支护体系在基坑土方开挖和地下结构工程施工过程中安全可靠，不产生失稳，变形在控制范围内。

与此同时应保证在基坑土方开挖和地下结构工程施工过程中基坑周边市政道路、地下管线、周边建（构）筑物的变形在允许范围内。

2.基坑工程安全等级基坑工程可根据支护体系破坏可能产生的后果（包括危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响的严重性，以及对周围环境，如邻近建筑物、地下市政设施、地铁等影响）采用不同的安全等级。