9.1.1 本条规定了配筋砌块剪力墙结构内力及位移分析的基本原则。
分类:条文说明
10.3 监 测
10.3.1 监测剖面及监测点数量应满足监控到填土区的整体稳定性及边界区边坡的滑移稳定性的要求。
10.3.2 本条为强制性条文。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。
根据基坑开挖深度及周边环境保护要求确定基坑的地基基础设计等级,依据地基基础设计等级对基坑的监测内容、数量、频次、报警标准及抢险措施提出明确要求,实施动态设计和信息化施工。本条列为强制性条文,使基坑开挖过程必须严格进行第三方监测,确保基坑及周边环境的安全。
10.3.3 人工挖孔桩降水、基坑开挖降水等都对环境有一定的影响,为了确保周边环境的安全和正常使用,施工降水过程中应对地下水位变化、周边地形、建筑物的变形、沉降、倾斜、裂缝和水平位移等情况进行监测。
10.3.4 预应力锚杆施加的预应力实际值因锁定工艺不同和基坑及周边条件变化而发生改变,需要监测。当监测的锚头预应力不足设计锁定值的70%,且边坡位移超过设计警戒值时,应对预应力锚杆重新进行张拉锁定。
10.3.5 监测项目选择应根据基坑支护形式、地质条件、工程规模、施工工况与季节及环境保护的要求等因素综合而定。对设计等级为丙级的基坑也提出了监测要求,对每种等级的基坑均增加了地面沉降监测要求。
10.3.6 监测值的变化和周边建(构)筑物、管线允许的最大沉降变形是确定监控报警标准的主要因素,其中周边建(构)筑物原有的沉降与基坑开挖造成的附加沉降叠加后,不能超过允许的最大沉降变形值。
爆破对周边环境的影响程度与炸药量、引爆方式、地质条件、离爆破点距离等有关,实际影响程度需对测点的振动速度和频率进行监测确定。
10.3.7 挤土桩施工过程中造成的土体隆起等挤土效应,不但影响周边环境,也会造成邻桩的抬起,严重影响成桩质量和单桩承载力,应实施监控。监测结果反映土体隆起和位移、邻桩桩顶标高及桩位偏差超出设计要求时,应提出处理意见。
10.3.8 本条为强制性条文。本条所指的建筑物沉降观测包括从施工开始,整个施工期内和使用期间对建筑物进行的沉降观测。并以实测资料作为建筑物地基基础工程质量检查的依据之一,建筑物施工期的观测日期和次数,应根据施工进度确定,建筑物竣工后的第一年内,每隔2月~3月观测一次,以后适当延长至4月~6月,直至达到沉降变形稳定标准为止。
10.2 检 验
10.2.1 本条为强制性条文。基槽(坑)检验工作应包括下列内容:
1 应做好验槽(坑)准备工作,熟悉勘察报告,了解拟建建筑物的类型和特点,研究基础设计图纸及环境监测资料。当遇有下列情况时,应列为验槽(坑)的重点:
1)当持力土层的顶板标高有较大的起伏变化时;
2)基础范围内存在两种以上不同成因类型的地层时;
3)基础范围内存在局部异常土质或坑穴、古井、老地基或古迹遗址时;
4)基础范围内遇有断层破碎带、软弱岩脉以及古河道、湖、沟、坑等不良地质条件时;
5)在雨期或冬期等不良气候条件下施工,基底土质可能受到影响时。
2 验槽(坑)应首先核对基槽(坑)的施工位置。平面尺寸和槽(坑)底标高的容许误差,可视具体的工程情况和基础类型确定。一般情况下,槽(坑)底标高的偏差应控制在0mm~50mm范围内;平面尺寸,由设计中心线向两边量测,长、宽尺寸不应小于设计要求。
验槽(坑)方法宜采用轻型动力触探或袖珍贯入仪等简便易行的方法,当持力层下埋藏有下卧砂层而承压水头高于基底时,则不宜进行钎探,以免造成涌砂。当施工揭露的岩土条件与勘察报告有较大差别或者验槽(坑)人员认为必要时,可有针对性地进行补充勘察测试工作。
3 基槽(坑)检验报告是岩土工程的重要技术档案,应做到资料齐全,及时归档。
10.2.2 复合地基提高地基承载力、减少地基变形的能力主要是设置了增强体,与地基土共同作用的结果,所以复合地基应对增强体施工质量进行检验。复合地基载荷试验由于试验的压板面积有限,考虑到大面积荷载的长期作用结果与小面积短时荷载作用的试验结果有一定的差异,故需要对载荷板尺寸限制。条形基础和独立基础复合地基载荷试验的压板宽度的确定宜考虑面积置换率和褥垫层厚度,基础宽度不大时应取基础宽度,基础宽度较大,试验条件达不到时应取较薄厚度褥垫层。
对遇水软化、崩解的风化岩、膨胀性土等特殊土层,不可仅根据试验数据评价承载力等,尚应考虑由于试验条件与实际施工条件的差异带来的潜在风险,试验结果宜考虑一定的折减。
10.2.3 在压实填土的施工过程中,取样检验分层土的厚度视施工机械而定,一般情况下宜按200mm~500mm分层进行检验。
10.2.4 利用贯入仪检验垫层质量,通过现场对比试验确定其击数与干密度的对应关系。
垫层质量的检验可采用环刀法;在粗粒土垫层中,可采用灌水法、灌砂法进行检验。
10.2.5 预压处理的软弱地基,应在预压区内预留孔位,在预压前后堆载不同阶段进行原位十字板剪切试验和取土室内土工试验,检验地基处理效果。
10.2.6 强夯地基或强夯置换地基载荷试验的压板面积应考虑压板的尺寸效应,应采用大压板载荷试验,根据处理深度的大小,压板面积可采用1m2~4m2,压板最小直径不得小于1m。
10.2.7 砂石桩对桩体采用动力触探方法检验,对桩间土采用标准贯入、静力触探或其他原位测试方法进行检验可检测砂石桩及桩间土的挤密效果。如处理可液化地层时,可按标准贯入击数来检验砂性土的抗液化性。
10.2.8、10.2.9 水泥土搅拌桩进行标准贯入试验后对成桩质量有怀疑时可采用双管单动取样器对桩身钻芯取样,制成试块,测试桩身实际强度。钻孔直径不宜小于108mm。由于取芯和试样制作原因,桩身钻芯取样测试的桩身强度应该是较高值,评价时应给予注意。
单桩载荷试验和复合地基载荷试验是检验水泥土搅拌桩质量的最直接有效的方法,一般在龄期28d后进行。
10.2.10 本条为强制性条文。刚性桩复合地基单桩的桩身完整性检测可采用低应变法;单桩竖向承载力检测可采用静载荷试验;刚性桩复合地基承载力可采用单桩或多桩复合地基载荷试验。当施工工艺对地基土承载力影响较小、有地区经验时,可采用单桩静载荷试验和桩间土静载荷试验结果确定刚性桩复合地基承载力。
10.2.11 预制打入桩、静力压桩应提供经确认的桩顶标高、桩底标高、桩端进入持力层的深度等。其中预制桩还应提供打桩的最后三阵锤贯入度、总锤击数等,静力压桩还应提供最大压力值等。
当预制打入桩、静力压桩的入土深度与勘察资料不符或对桩端下卧层有怀疑时,可采用补勘方法,检查自桩端以上1m起至下卧层5d范围内的标准贯入击数和岩土特性。
10.2.12 混凝土灌注桩提供经确认的参数应包括桩端进入持力层的深度,对锤击沉管灌注桩,应提供最后三阵锤贯入度、总锤击数等。对钻(冲)孔桩,应提供孔底虚土或沉渣情况等。当锤击沉管灌注桩、冲(钻)孔灌注桩的入土(岩)深度与勘察资料不符或对桩端下卧层有怀疑时,可采用补勘方法,检查自桩端以上1m起至下卧层5d范围内的岩土特性。
10.2.13 本条为强制性条文。人工挖孔桩应逐孔进行终孔验收,终孔验收的重点是持力层的岩土特征。对单柱单桩的大直径嵌岩桩,承载能力主要取决嵌岩段岩性特征和下卧层的持力性状,终孔时,应用超前钻逐孔对孔底下3d或5m深度范围内持力层进行检验,查明是否存在溶洞、破碎带和软夹层等,并提供岩芯抗压强度试验报告。
终孔验收如发现与勘察报告及设计文件不一致,应由设计人提出处理意见。缺少经验时,应进行桩端持力层岩基原位荷载试验。
10.2.14 本条为强制性条文。单桩竖向静载试验应在工程桩的桩身质量检验后进行。
10.2.15 桩基工程事故,有相当部分是因桩身存在严重的质量问题而造成的。桩基施工完成后,合理地选取工程桩进行完整性检测,评定工程桩质量是十分重要的。抽检方式必须随机、有代表性。常用桩基完整性检测方法有钻孔抽芯法、声波透射法、高应变动力检测法、低应变动力检测法等。其中低应变方法方便灵活,检测速度快,适宜用于预制桩、小直径灌注桩的检测。一般情况下低应变方法能可靠地检测到桩顶下第一个浅部缺陷的界面,但由于激振能量小,当桩身存在多个缺陷或桩周土阻力很大或桩长较大时,难以检测到桩底反射波和深部缺陷的反射波信号,影响检测结果准确度。改进方法是加大激振能量,相对地采用高应变检测方法的效果要好,但对大直径桩,特别是嵌岩桩,高、低应变均难以取得较好的检测效果。钻孔抽芯法通过钻取混凝土芯样和桩底持力层岩芯,既可直观地判别桩身混凝土的连续性,持力层岩土特征及沉渣情况,又可通过芯样试压,了解相应混凝土和岩样的强度,是大直径桩的重要检测方法。不足之处是一孔之见,存在片面性,且检测费用大,效率低。声波透射法通过预埋管逐个剖面检测桩身质量,既能可靠地发现桩身缺陷,又能合理地评定缺陷的位置、大小和形态,不足之处是需要预埋管,检测时缺乏随机性,且只能有效检测桩身质量。实际工作中,将声波透射法与钻孔抽芯法有机地结合起来进行大直径桩质量检测是科学、合理,且是切实有效的检测手段。
直径大于800mm的嵌岩桩,其承载力一般设计得较高,桩身质量是控制承载力的主要因素之一,应采用可靠的钻孔抽芯或声波透射法(或两者组合)进行检测。每个柱下承台的桩抽检数不得少于一根的规定,涵括了单柱单桩的嵌岩桩必须100%检测,但直径大于800mm非嵌岩桩检测数量不少于总桩数的10%。小直径桩其抽检数量宜为20%。
10.2.16.工程桩竖向承载力检验可根据建筑物的重要程度确定抽检数量及检验方法。对地基基础设计等级为甲级、乙级的工程,宜采用慢速静荷载加载法进行承载力检验。
对预制桩和满足高应变法适用检测范围的灌注桩,当有静载对比试验时,可采用高应变法检验单桩竖向承载力,抽检数量不得少于总桩数的5%,且不得少于5根。
超过试验能力的大直径嵌岩桩的承载力特征值检验,可根据超前钻及钻孔抽芯法检验报告提供的嵌岩深度、桩端持力层岩石的单轴抗压强度、桩底沉渣情况和桩身混凝土质量,必要时结合桩端岩基荷载试验和桩侧摩阻力试验进行核验。
10.2.18 对地下连续墙,应提交经确认的成墙记录,主要包括槽底岩性、入岩深度、槽底标高、槽宽、垂直度、清渣、钢筋笼制作和安装质量、混凝土灌注质量记录及预留试块强度检验报告等。由于高低应变检测数学模型与连续墙不符,对地下连续墙的检测,应采用钻孔抽芯或声波透射法。对承重连续墙,检验槽段不宜少于同条件下总槽段数的20%。
10.2.19 岩石锚杆现在已普遍使用。本规范2002版规定检验数量不得少于锚杆总数的3%,为了更好地控制岩石锚杆施工质量,提高检验数量,规定检验数量不得少于锚杆总数的5%,但最少抽检数量不变。
10.1 一般规定
10.1.1 为设计提供依据的试验为基本试验,应在设计前进行。基本试验应加载到极限或破坏,为设计人员提供足够的设计依据。
10.1.2 为验证设计结果或为工程验收提供依据的试验为验收检验。验收检验是利用工程桩、工程锚杆等进行试验,其最大加载量不应小于设计承载力特征值的2倍。
10.1.3 抗拔桩的验收检验应控制裂缝宽度,满足耐久性设计要求。
9.9 地下水控制
9.9.1 在高地下水位地区,深基坑工程设计施工中的关键问题之一是如何有效地实施对地下水的控制。地下水控制失效也是引发基坑工程事故的重要源头。
9.9.3 基坑降水设计时对单井降深的计算,通常采用解析法用裘布衣公式计算。使用时,应注意其适用条件,裘布衣公式假定:(1)进入井中的水流主要是径向水流和水平流;(2)在整个水流深度上流速是均匀一致的(稳定流状态)。要求含水层是均质、各向同性的无限延伸的。单井抽水经一定时间后水量和水位均趋稳定,形成漏斗,在影响半径以外,水位降落为零,才符合公式使用条件。对于潜水,公式使用时,降深不能过大。降深过大时,水流以垂直分量为主,与公式假定不符。常见的基坑降水计算资料,只是一种粗略的计算,解析法不易取得理想效果。
鉴于计算技术的发展,数值法在降水设计中已有大量研究成果,并已在水资源评价中得到了应用。在基坑降水设计中已开始在重大实际工程中应用,并已取得与实测资料相应的印证。所以在设计等级甲级的基坑降水设计,可采用有限元数值方法进行设计。
9.9.6 地下水抽降将引起大范围的地面沉降。基坑围护结构渗漏亦易发生基坑外侧土层坍陷、地面下沉,引发基坑周边的环境问题。因此,为有效控制基坑周边的地面变形,在高地下水位地区的甲级基坑或基坑周边环境保护要求严格时,应进行基坑降水和环境保护的地下水控制专项设计。
地下水控制专项设计应包括降水设计、运营管理以及风险预测及应对等内容:
1 制定基坑降水设计方案:
1)进行工程地下水风险分析,浅层潜水降水的影响,疏干降水效果的估计;
2)承压水突涌风险分析。
2 基坑抗突涌稳定性验算。
3 疏干降水设计计算,疏干井数量,深度。
4 减压设计,当对下部承压水采取减压降水时,确定减压井数量、深度以及减压运营的要求。
5 减压降水的三维数值分析,渗流数值模型的建立,减压降水结果的预测。
6 减压降水对环境影响的分析及应采取的工程措施。
7 支护桩、墙渗漏风险的预测及应对措施。
8 降水措施与管理措施:
1)现场排水系统布置;
2)深井构造、设计、降水井标准;
3)成井施工工艺的确定;
4)降水井运行管理。
深基坑降水和环境保护的专项设计,是一项比较复杂的设计工作。与基坑支护结构(或隔水帷幕)周围的地下水渗流特征及场地水文地质条件、支护结构及隔水帷幕的插入深度、降水井的位置等有关。
9.8 岩体基坑工程
9.8.1~9.8.6 本节给出岩石基坑和岩土组合基坑的设计原则。
9.7 基坑工程逆作法
9.7.4 支护结构与主体结构相结合,是指在施工期间利用地下结构外墙或地下结构的梁、板、柱兼作基坑支护体系,不设置或仅设置部分临时围护支护体系的支护方法。与常规的临时支护方法相比,基坑工程采用支护结构与主体结构相结合的设计施工方法具有诸多优点,如由于可同时向地上和地下施工因而可以缩短工程的施工工期;水平梁板支撑刚度大,挡土安全性高,围护结构和土体的变形小,对周围的环境影响小;采用封闭逆作施工,施工现场文明;已完成的地面层可充分利用,地面层先行完成,无需架设栈桥,可作为材料堆置场或施工作业场;避免了采用大量临时支撑的浪费现象,工程经济效益显著。
利用地下结构兼作基坑的支护结构,基坑开挖阶段与永久使用阶段的荷载状况和结构状况有较大的差别,因此应分别进行设计和验算,同时满足各种工况下的承载力极限状态和正常使用阶段极限状态的设计要求。
支护结构作为主体地下结构的一部分时,地下结构梁板与地下连续墙、竖向支承结构之间的节点连接是需要重点考虑的内容。所谓变形协调,主要指地下结构尚未完工之前,处于支护结构承载状态时,其变形与沉降量及差异沉降均应在限值规定内,保证在地下结构完工、转换成主体工程基础承载时,与主体结构设计对变形和沉降要求一致,同时要求承载转换前后,结构的节点连接和防水构造等均应稳定可靠,满足设计要求。
9.7.5 “两墙合一”的安全性和可靠性已经得到工程界的普遍认同,并在全国得到了大量应用,已经形成了一整套比较成熟的设计方法。“两墙合一”地下连续墙具有良好的技术经济效果;(1)刚度大、防水性能好;(2)将基坑临时围护墙与永久地下室外墙合二为一,节省了常规地下室外墙的工程量;(3)不需要施工操作空间,可减少直接土方开挖量,并且无需再施工换撑板带和进行回填土工作,经济效果明显,尤其对于红线退界紧张或地下室与邻近建(构)筑物距离极近的地下工程,“两墙合一”可大大减小围护体所占空间,具有其他围护形式无可替代的优势;(4)基坑开挖到坑底后,在基础内部结构由下而上施工过程中,“两墙合一”的设计无需再施工地下室外墙,因此比常规两墙分离的工程施工工期要节省,同时也避免了长期困扰地下室外墙浇筑施工过程中混凝土的收缩裂缝问题。
9.7.6 主体地下结构的水平构件用作支撑时,其设计应符合下列规定:
1 结构水平构件与支撑相结合的设计中可用梁板结构体系作为水平支撑,该结构体系受力明确,可根据施工需要在梁间开设孔同,并在梁周边预留止水片,在逆作法结束后再浇筑封闭;也可采用结构楼板后作的梁格体系,在开挖阶段仅浇筑框架梁作为内支撑,梁格空间均可作为出土口,基础底板浇筑后再封闭楼板结构。另外,结构水平构件与支撑相结合设计中也可采用无梁楼盖作为水平支撑,其整体性好、支撑刚度大,且便于结构模板体系的施工。在无梁楼盖上设置施工孔洞时,一般需设置边梁并附加止水构造。无梁楼板一般在梁柱节点位置设置一定长宽的柱帽,逆作阶段竖向支承钢立柱的尺寸一般占柱帽尺寸的比例较小,因此,无梁楼盖体系梁柱节点位置钢筋穿越矛盾相对梁板体系缓和、易于解决。
对用作支撑的结构水平构件,当采用梁板体系且结构开口较多时,可简化为仅考虑梁系的作用,进行在一定边界条件下及在周边水平荷载作用下的封闭框架的内力和变形计算,其计算结果是偏安全的。当梁板体系需考虑板的共同作用,或结构为无梁楼盖时,应采用有限元的方法进行整体计算分析,根据计算分析结果并结合工程概念和经验,合理确定用于结构构件设计的内力。
2 支护结构与主体结构相结合的设计方法中,作为竖向支承的立柱桩其竖向变形应严格控制。立柱桩的竖向变形主要包含两个方面:一方面为基坑开挖卸荷引起的立柱向上的回弹隆起;另一方面为已施工完成的水平结构和施工荷载等竖向荷重的加载作用下,立柱桩的沉降。立柱桩竖向变形量和立柱桩间的差异变形过大时,将引发对已施工完成结构的不利结构次应力,因此在主体地下水平结构构件设计时,应通过验算采取必要的措施以控制有害裂缝的产生。
3 主体地下水平结构作为基坑施工期的水平支撑,需承受坑外传来的水土侧向压力。因此水平结构应具有直接的、完整的传力体系。如同层楼板面标高出现较大的高差时,应通过计算采取有效的转换结构以利于水平力的传递。另外,应在结构楼板出现较大面积的缺失区域以及地下各层水平结构梁板的结构分缝以及施工后浇带等位置,通过计算设置必要的水平支撑传力体系。
9.7.7 竖向支承结构的设计应符合下列规定:
1 在支护结构与主体结构相结合的工程中,由于逆作阶段结构梁板的自重相当大,立柱较多采用承载力较高而断面小的角钢拼接格构柱或钢管混凝土柱。
2 立柱应根据其垂直度允许偏差计入竖向荷载偏心的影响, 偏心距应按计算跨度乘以允许偏差,并按双向偏心考虑。支护结构与主体结构相结合的工程中,利用各层地下结构梁板作为支护结构的水平内支撑体系。水平支撑的刚度可假定为无穷大,因而钢立柱假定为无水平位移。
3 立柱桩在上部荷载及基坑开挖土体应力释放的作用下,发生竖向变形,同时立柱桩承载的不均匀,增加了立柱桩间及立柱桩与地下连续墙之间产生较大沉降的可能,若差异沉降过大,将会使支撑系统产生裂缝,甚至影响结构体系的安全。控制整个结构的不均匀沉降是支护结构与主体结构相结合施工的关键技术之一。目前事先精确计算立柱桩在底板封闭前的沉降或上抬量还有一定困难,完全消除沉降差也是不可能的,但可通过桩底后注浆等措施,增大立柱桩的承载力并减小沉降,从而达到控制立柱沉降差的目的。
9.6 土层锚杆
9.6.1 土层锚杆简称土锚,其一端与支护桩、墙连接,另一端锚固在稳定土层中,作用在支护结构上的水土压力,通过自由端传递至锚固段,对支护结构形成锚拉支承作用。因此,锚固段不宜设置在软弱或松散的土层中,锚拉式支承的基坑支护,基坑内部开敞,为挖土、结构施工创造了空间,有利于提高施工效率和工程质量。
9.6.3 锚杆有多种破坏形式,当依靠锚杆保持结构系统稳定的构件时,设计必须仔细校核各种可能的破坏形式。因此除了要求每根土锚必须能够有足够的承载力之外,还必须考虑包括土锚和地基在内的整体稳定性。通常认为锚固段所需的长度是由于承载力的需要,而土锚所需的总长度则取决于稳定的要求。
在土锚支护结构稳定分析中,往往设有许多假定,这些假定的合理程度,有一定的局限性,因此各种计算往往只能作为工程安全性判断的参考。不同的使用者根据不尽相同的计算方法,采用现场试验和现场监测来评价工程的安全度对重要工程来说是十分必要的。
稳定计算方法依建筑物形状而异。对围护系统这类承受土压力的构筑物,必须进行外部稳定和内部稳定两方面的验算。
1 外部稳定计算
所谓外部稳定是指锚杆、围护系统和土体全部合在一起的整体稳定,见图58a。整个土锚均在土体的深滑裂面范围之内,造成整体失稳。一般采用圆弧法具体试算边坡的整体稳定。土锚长度必须超过滑动面,要求稳定安全系数不小于1.30。
2 内部稳定计算
所谓内部稳定计算是指土锚与支护墙基础假想支点之间深滑动面的稳定验算,见图58b。内部稳定最常用的计算是采用Kranz稳定分析方法,德国DIN4125、日本JSFD1-77等规范都采用此法,也有的国家如瑞典规范推荐用Brows对Kranz的修正方法。我国有些锚定式支挡工程设计中采用Kranz方法。

(a)土体深层滑动(外部稳定) (b)内部稳定
图58 锚杆的整体稳定
9.6.4 锚杆设计包括构件和锚固体截面、锚固段长度、自由段长度、锚固结构稳定性等计算或验算内容。
锚杆支护体系的构造如图59所示。
锚杆支护体系由挡土构筑物、腰梁及托架、锚杆三个部分所组成,以保证施工期间的基坑边坡稳定与安全,见图59。
9.6.5 锚杆预应力筋张拉施工工艺控制系数,应根据锚杆张拉工艺特点确定。当锚杆钢筋或钢绞线为单根时,张拉施工工艺控制系数可取1.0。当锚杆钢筋或钢绞线为多根时,考虑到张拉施工时锚杆钢筋或钢绞线受力的不均匀性,张拉施工工艺控制系数可取0.9。
9.6.6 土层锚杆的锚固段长度及锚杆轴向拉力特征值应根据土层锚杆锚杆试验(附录Y)的规定确定。

图59 锚杆构造
1—构筑物;2—腰梁;3—螺母;4—垫板;5—台座;6—托架;7—套管;8—锚固体;9—钢拉杆;
10—锚固体直径;11—拉杆直径;12—非锚固段长L0;13—有效锚固段长La;14—锚杆全长L
9.5 支护结构内支撑
9.5.1 常用的内支撑体系有平面支撑体系和竖向斜撑体系两种。
平面支撑体系可以直接平衡支撑两端支护墙上所受到的侧压力,且构造简单,受力明确,适用范围较广。但当构件长度较大时,应考虑平面受弯及弹性压缩对基坑位移的影响。此外,当基坑两侧的水平作用力相差悬殊时,支护墙的位移会通过水平支撑而相互影响,此时应调整支护结构的计算模型。
竖向斜撑体系(图57)的作用是将支护墙上侧压力通过斜撑传到基坑开挖面以下的地基上。它的施工流程是:支护墙完成后,先对基坑中部的土层采取放坡开挖,然后安装斜撑,再挖除四周留下的土坡。对于平面尺寸较大,形状不很规则,但深度较浅的基坑采用竖向斜撑体系施工比较简单,也可节省支撑材料。

图57 竖向斜撑体系
1—围护墙;2—墙顶梁;3—斜撑;4—斜撑基础;5—基础压杆;6—立柱;7—系杆;8—土堤
由以上两种基本支撑体系,也可以演变为其他支撑体系。如“中心岛”为方案,类似竖向斜撑方案,先在基坑中部放坡挖土,施工中部主体结构,然后利用完成的主体结构安装水平支撑或斜撑,再挖除四周留下的土坡。
当必须利用支撑构件兼作施工平台或栈桥时,除应满足内支撑体系计算的有关规定外,尚应满足作业平台(或栈桥)结构的承载力和变形要求,因此需另行设计。
9.5.2 基坑支护结构的内力和变形分析大多采用平面杆系模型进行计算。通常把支撑系统结构视为平面框架,承受支护桩传来的侧向力。为避免计算模型产生“漂移”现象,应在适当部位加设水平约束或采用“弹簧”等予以约束。
当基坑周边的土层分布或土性差异大,或坑内挖深差异大,不同的支护桩其受力条件相差较大时,应考虑支撑系统节点与支撑桩支点之间的变形协调。这时应采用支撑桩与支撑系统结合在一起的空间结构计算简图进行内力分析。
支撑系统中的竖向支撑立柱,应按偏心受压构件计算。计算时除应考虑竖向荷载作用外,尚应考虑支撑横向水平力对立柱产生的弯矩,以及土方开挖时,作用在立柱上的侧向土压力引起的弯矩。
9.5.3 本条为强制性条文。当采用内支撑结构时,支撑结构的设置与拆除是支撑结构设计的重要内容之一,设计时应有针对性地对支撑结构的设置和拆除过程中的各种工况进行设计计算。如果支撑结构的施工与设计工况不一致,将可能导致基坑支护结构发生承载力、变形、稳定性破坏。因此支撑结构的施工,包括设置、拆除、土方开挖等,应严格按照设计工况进行。
9.4 设计计算
9.4.1 结构按承载能力极限状态设计中,应考虑各种作用组合,由于基坑支护结构是房屋地下结构施工过程中的一种围护结构,结构使用期短。本条规定,基坑支护结构的基本组合的效应设计值可采用简化计算原则,按下式确定:

式中:γF——作用的综合分项系数;
Gik——第i个永久作用的标准值;
Qjk——第j个可变作用的标准值。
作用的综合分项系数γF可取1.25,但对于轴向受力为主的构件,γF应取1.35。
9.4.2 支护结构的入土深度应满足基坑支护结构稳定性及变形验算的要求,并结合地区工程经验综合确定。按当上述要求确定了入土深度,但支护结构的底部位于软土或液化土层中时,支护结构的入土深度应适当加大,支护结构的底部应进入下卧较好的土层。
9.4.4 基坑工程在城市区域的环境保护问题日益突出。基坑设计的稳定性仅是必要条件,大多数情况下的主要控制条件是变形,从而使得基坑工程的设计从强度控制转向变形控制。
1 基坑工程设计时,应根据基坑周边环境的保护要求来确定基坑的变形控制指标。严格地讲,基坑工程的变形控制指标(如围护结构的侧移及地表沉降)应根据基坑周边环境对附加变形的承受能力及基坑开挖对周围环境的影响程度来确定。由于问题的复杂性,在很多情况下,确定基坑周围环境对附加变形的承受能力是一件非常困难的事情,而要较准确地预测基坑开挖对周边环境的影响程度也往往存在较大的难度,因此也就难以针对某个具体工程提出非常合理的变形控制指标。此时根据大量已成功实施的工程实践统计资料来确定基坑的变形控制指标不失为一种有效的方法。上海市《基坑工程技术规范》DG/TJ 08-61就是采用这种方法并根据基坑周围环境的重要性程度及其与基坑的距离,提出了基坑变形设计控制指标(如表25所示),可作为变形控制设计时的参考。
表25 基坑变形设计控制指标
| 环境保护对象 | 环境保护对象与 基坑距离关系 | 支护结构 最大侧移 | 坑外地表 最大沉降 |
| 优秀历史建筑、有精密仪器与设备的厂房、其他 采用天然地基或短桩基础的重要建筑物、轨道交 通设施、隧道、防汛墙、原水管、 自来水总管、 煤气总管、共同沟等重要建(构)筑物或设施 | s≤H H<s≤2H 2H<s≤4H | 0.18%H 0.3%H 0.7%H | 0.15%H 0.25%H 0.55%H |
| 较重要的自来水管、燃气管、污水管等市政 管线、采用天然地基或短桩基础的建筑物等 | s≤H H<s≤2H | 0.3%H 0.7%H | 0.25%H 0.55%H |
注:1 H为基坑开挖深度,s为保护对象与基坑开挖边线的净距;
2 位于轨道交通设施、优秀历史建筑、重要管线等环境保护对象周边的基坑工程,应遵照政府有关文件和规定执行。
不同地区不同的土质条件,支护结构的位移对周围环境的影响程度不同,各地区应积累工程经验,确定变形控制指标。
2 目前预估基坑开挖对周边环境的附加变形主要有两种方法。一种是建立在大量基坑统计资料基础上的经验方法,该方法预测的是地表沉降,并不考虑周围建(构)筑物存在的影响,可以用来间接评估基坑开挖引起周围环境的附加变形。上海市《基坑工程技术规范》DG/TJ 08-61提出了如图54所示的地表沉降曲线分布,其中最大地表沉降δvm可根据其与围护结构最大侧移δhm的经验关系来确定,一般可取δvm=0.8δhm。
另一种方法是有限元法,但在应用时应有可靠的工程实测数据为依据,且该方法分析得到的结果宜与经验方法进行相互校核,以确认分析结果的合理性。采用有限元法分析时应合理地考虑分析方法、边界条件、土体本构模型的选择及计算参数、接触面的设置、初始地应力场的模拟、基坑施工的全过程模拟等因素。

图54 围护墙后地表沉降预估曲线
δv/δvm—坑外某点的沉降/最大沉降;d/H—坑外地表某点围护墙外侧的距离/基坑开挖深度;a—主影响区域;b—次影响区域
关于建筑物的允许变形值,表26是根据国内外有关研究成果给出的建筑物在自重作用下的差异沉降与建筑物损坏程度的关系,可作为确定建筑物对基坑开挖引起的附加变形的承受能力的参考。
表26 各类建筑物在自重作用下的差异沉降与建筑物损坏程度的关系

3 基坑工程是支护结构施工、降水以及基坑开挖的系统工程,其对环境的影响主要分如下三类:支护结构施工过程中产生的挤土效应或土体损失引起的相邻地面隆起或沉降;长时间、大幅度降低地下水可能引起地面沉降,从而引起邻近建(构)筑物及地下管线的变形及开裂;基坑开挖时产生的不平衡力、软黏土发生蠕变和坑外水土流失而导致周围土体及围护墙向开挖区发生侧向移动、地面沉降及坑底隆起,从而引起紧邻建(构)筑物及地下管线的侧移、沉降或倾斜。因此除从设计方面采取有关环境保护措施外,还应从支护结构施工、地下水控制及开挖三个方面分别采取相关措施保护周围环境。必要时可对被保护的建(构)筑物及管线采取土体加固、结构托换、架空管线等防范措施。
9.4.5 支护结构计算的侧向弹性抗力法来源于单桩水平力计算的侧向弹性地基梁法。用理论方法计算桩的变位和内力时,通常采用文克尔假定的竖向弹性地基梁的计算方法。地基水平抗力系数的分布图式常用的有:常数法、“k”法、“m”法、“c”法等。不同分布图式的计算结果,往往相差很大。国内常采用“m”法,假定地基水平抗力系数(Kx)随深度正比例增加,即Kx=mz,z为计算点的深度,m称为地基水平抗力系数的比例系数。按弹性地基梁法求解桩的弹性曲线微分方程式,即可求得桩身各点的内力及变位值。基坑支护桩计算的侧向弹性抗力法,即相当于桩受水平力作用计算的“m”法。
1 地基水平抗力系数的比例系数m值
m值不是一个定值,与现场地质条件,桩身材料与刚度,荷载水平与作用方式以及桩顶水平位移取值大小等因素有关。通过理论分析可得,作用在桩顶的水平力与桩顶位移X的关系如下式所示:


2 基坑支护桩的侧向弹性地基抗力法,借助于单桩水平力计算的“m”法,基坑支护桩内力分析的计算简图如图55所示。

图55 侧向弹性地基抗力法
1—支护桩
图55中,(a)为基坑支护桩,(b)为基坑支护桩上作用的土压力分布图,在开挖深度范围内通常取主动土压力分布图式,支护桩入土部分,为侧向受力的弹性地基梁(如c所示),地基反力系数取“m”法图形,内力分析时,常按杆系有限元——结构矩阵分析解法即可求得支护桩身的内力、变形解。
当采用密排桩支护时,土压力可作为平面问题计算。当桩间距比较大时,形成分离式排桩墙。桩身变形产生的土抗力不仅仅局限于桩自身宽度的范围内。从土抗力的角度考虑,桩身截面的计算宽度和桩径之间有如表28所示的关系。
表28 桩身截面计算宽度b0(m)
| 截面宽度b或直径d(m) | 圆桩 | 方桩 |
| >1 | 0.9(d+1) | b+1 |
| ≤1 | 0.9(1.5d+0.5) | 1.5b+0.5 |
由于侧向弹性地基抗力法能较好地反映基坑开挖和回填过程各种工况和复杂情况对支护结构受力的影响,是目前工程界最常用的基坑设计计方法。
9.4.6 基坑因土体的强度不足,地下水渗流作用而造成基坑失稳,包括:支护结构倾覆失稳;基坑内外侧土体整体滑动失稳;基坑底土因承载力不足而隆起;地层因地下水渗流作用引起流土、管涌以及承压水突涌等导致基坑工程破坏。本条将基坑稳定性归纳为:支护桩、墙的倾覆稳定;基坑底土隆起稳定;基坑边坡整体稳定;坑底土渗流、突涌稳定四个方面。基坑设计时必须满足上述四方面的验算要求。
1 基坑稳定性验算,采用单一安全系数法,应满足下式要求:

式中:K——各类稳定安全系数;
R——土体抗力极限值;
Sd——承载能力极限状态下基本组合的效应设计值,但其分项系数均为1.0,当有地区可靠工程经验时,分项系数也可按地区经验确定。
2 基坑稳定性验算时,所选用的强度指标的类别,稳定验算方法与安全系数取值之间必须配套。当按附录V进行各项稳定验算时,土的抗剪强度指标的选用,应符合本规范第9.1.6条的规定。
3 土坡及基坑内外土体的整体稳定性计算,可按平面问题考虑,宜采用圆弧滑动面计算。有软土夹层和倾斜岩面等情况时,尚需采用非圆弧滑动面计算。
对不同情况的土坡及基坑整体稳定性验算,最危险滑动面上诸力对滑动中心所产生的滑动力矩与抗滑力矩应符合下式要求:

式中:MS、MR——分别为对于危险滑弧面上滑动力矩和抗滑力矩(kN·m);
KR——整体稳定抗滑安全系数。
MS计算中,当有地下水存在时,坑外土条零压线(浸润线)以上的土条重度取天然重度,以下的土条取饱和重度。坑内土条取浮重度。
验算整体稳定时,对于开挖区,有条件时可采用卸荷条件下的抗剪强度指标进行验算。
4 基坑底隆起稳定性验算,实质上是软土地基承载力不足造成,故用φ=0的承载力公式进行验算。
当桩底土为一般黏性土时,上海市《基坑工程技术规范》DG/TJ 08-61提出了适用于一般黏性土的抗隆起计算公式。
板式支护体系按承载能力极限状态验算绕最下道内支撑点的抗隆起稳定性时(图56),应满足式(8)的要求:

式中:MRLK——抗隆起力矩值(kN·m/m);
MSLK——隆起力矩值(kN·m/m);
α——如图56所示(弧度);
γ——围护墙底以上地基土各土层天然重度的加权平均值(kN/m3);
D——围护墙在基坑开挖面以下的入土深度(m);
D'——最下一道支撑距墙底的深度(m);
Ka——主动土压力系数;
ck、φk——滑裂面上地基土的黏聚力标准值(kPa)和内摩擦角标准值(°)的加权平均值;
h0'——最下一道支撑距地面的深度(m);
qk——坑外地面荷载标准值(kPa);
KRL——抗隆起安全系数。设计等级为甲级的基坑工程取2.5;乙级的基坑工程取2.0;丙级的基坑工程取1.7。
5 桩、墙式支护结构的倾覆稳定性验算,对悬臂式支护结构,在附录V中采用作用在墙内外的土压力引起的力矩平衡的方法验算,抗倾覆稳定性安全系数应大于或等于1.30。

图56 坑底抗隆起计算简图
对于带支撑的桩、墙式支护体系,支护结构的抗倾覆稳定性又称抗踢脚稳定性,踢脚破坏为作用与围护结构两侧的土压力均达到极限状态,因而使得围护结构(特别是围护结构插入坑底以下的部分)大量地向开挖区移动,导致基坑支护失效。本条取最下道支撑或锚拉点以下的围护结构作为脱离体,将作用于围护结构上的外力进行力矩平衡分析,从而求得抗倾覆分项系数。需指出的是,抗倾覆力矩项中本应包括支护结构的桩身抗力力矩,但由于其值相对而言要小得多,因此在本条的计算公式中不考虑。