页数：162页文件大小：5.18 MB来源： 高层建筑施工ppt课件
本课件讲解基坑工程，从基坑工程概念、支护结构类型与设计内容出发，展开土压力与水压力计算、桩墙式支护结构内力与稳定性分析，并介绍锚杆、土钉墙、地下水控制与施工监测。
2.1 基坑工程概述
2.1.1基坑工程概念及现状基坑工程是为保护基坑施工、地下结构的安全和周边环境不受损害而采取的支护、基坑土体加固、地下水控制、开挖等工程的总称，包括勘察、设计、施工、监测、试验等。导致基坑工程事故的主要原因如下:(1)设计理论不完善。许多计算方法尚处于半经验阶段，理论计算结果尚不能很好反映工程实际情况。(2)设计者概念不清、方案不当、计算漏项或错误。
(3)设计、施工人员经验不足。实践表明，工程经验在决定基坑支护设计方案和确保施工安全中起着举足轻重的作用。2.1.2支护结构的类型支护结构由挡土结构、锚撑结构组成。当支护结构不能起到止水作用时，可同时设置止水帷幕或采取坑内外降水。1.基坑支护结构的分类1)桩、墙式支护结构2)实体重力式支护结构。
2.常用的支护结构形式1)挡土结构的常用形式如图2.1和图2.2所示。
图2.1挡土结构的类型。
图2.2支撑结构的常用形式。
2.1.3 基坑工程特点
1.综合性强2.临时性和风险性大3.地区性4.环境条件要求严格2.1.4基坑工程设计内容。
1.基坑支护结构设计的极限状态基坑支护结构设计应满足两种极限状态的要求。1)承载能力极限状态基坑工程的承载能力极限状态要求不出现以下各种状况。(1)支护结构的结构性破坏——挡土结构、锚撑结构折断、压屈失稳，锚杆的断裂、拔出，挡土结构地基基础承载力不足等使结构失去承载能力的破坏形式。(2)基坑内外土体失稳——基坑内外土体整体滑动，坑底隆起，结构倾倒或踢脚等破坏形式。(3)止水帷幕失效——坑内出现管涌、流土或流砂。
2)正常使用极限状态基坑的正常使用极限状态，要求不出现以下各种状况。(1)基坑变形影响基坑正常施工、工程桩产生破坏或变位；影响相邻地下结构、相邻建筑、管线、道路等正常使用。(2)影响正常使用的外观或变形。(3)因地下水抽降而导致过大的地面沉降。
2.基坑支护结构的设计内容(1)支护结构体系的选型及地下水控制方式。(2)支护结构的强度和变形计算。(3)基坑内外土体稳定性计算。(4)基坑降水、止水帷幕设计。(5)基坑施工监测设计及应急措施的制定。(6)施工期可能出现的不利工况验算。软土地区的深基坑坑底以下土层较软，加固坑内被动区土体，可减小支护桩入土深度、基坑变形。加固范围由计算或类似工程经验确定。加固的方法常用喷射注浆、深层搅拌。深层搅拌局部加固的形式如图2.3所示。
图2.3深层搅拌局部加固的形式。
2.1.5 基坑工程设计依据
(3)邻近建筑物的平面位置，基础类型及结构图、埋深及荷载，周围道路、地下设施、市政管道及通信工程管线图、基坑周围环境对基坑支护结构系统的设计要求。在基坑工程的设计中，支护结构、降水井、观测井及止水帷幕、锚拉系统等构件，均不得超越工程用地红线范围。
2.1.6 支护结构设计计算方法综述
实体重力式支护结构按重力式挡土墙的设计原则计算，主要涉及支承挡墙自重的地基承载力及稳定验算，而稳定验算以条分法为主。桩、墙式支护结构必须按土与支护结构共同作用的原则进行设计计算，即结构内力与支护结构的刚度、岩土体变形有关。按土与支护结构共同作用的原则进行分析是一个较难的课题，即使采用有限元法(考虑因素多，如模拟开挖过程；得到的结果也多，如可得到坑周土位移)，由于土性是复杂多变的，选择完全符合工程特点的土的计算参数是十分困难的；另外，基坑支护结构与土共同工作的条件远较一般基础工程复杂。
目前，支护结构计算的静力平衡法和等值梁法还在广泛使用于桩、墙式支护结构。这些方法都未考虑土与结构的相互作用，显然只是在特定条件下方可使用——实际应仅用于地层条件及环境条件较好的小型基坑。
2.2 基坑工程勘察
勘察是准确认识基坑的需要，是基坑工程设计的依据，也是基坑工程事故的多发点。建筑边坡的勘探范围应包括不小于岩质边坡高度或不小于1.5倍土质边坡高度以及可能对建(构)筑物有潜在安全影响的区域。控制性勘探孔的深度应穿过最深潜在滑动面进入稳定层不小于5m，并应进入坡脚地质剖面最低点和支护结构基底下不小于3m。
建筑边坡工程的气象资料收集、水文调查和水文地质勘察应满足下列要求:(1)收集相关气象资料、最大降雨强度和十年一遇最大降水量，研究降水对边坡稳定性的影响。(2)收集历史最高水位资料，调查可能影响边坡水文地质条件的工业和市政管线、江河等水源因素，以及相关水库水位调度方案资料。(3)查明对边坡工程产生重大影响的汇水面积、排水坡度、长度和植被等情况。
建筑边坡工程的气象资料收集、水文调查和水文地质勘察应满足下列要求:(4)查明地下水类型和主要含水层分布情况。(5)查明岩体和软弱结构面中地下水情况。(6)调查边坡周围山洪、冲沟和河流冲淤等情况。(7)论证孔隙水压力变化规律和对边坡应力状态的影响。
2.3 基坑工程设计
2.1.6支护结构设计计算方法综述支护结构的荷载应包括下列项目(1)土压力。(2)水压力(静水压力、渗流压力、承压水压力)。(3)基坑周围的建筑物及施工荷载引起的侧向压力。(4)温度应力。(5)临水支护结构的波浪作用力和水流退落时的渗透力。(6)作为永久结构时的相关荷载。其中，对一般支护结构，其荷载主要是土压力、水压力。
1.土压力与水压力大量工程实践结果表明，在基坑支护结构中，当结构发生一定位移时，可按古典土压理论计算主动土压力和被动土压力；当支护结构的位移有严格限制时，按静止土压力取值；当按变形控制原则设计支护结构时，土压力可按支护结构与土相互作用原理确定，也可按地区经验确定；当土层有地下水时，无黏性土一般不考虑出现孔隙水压力，土压力采用水土分算法，总应力、有效应力抗剪强度指标相同；当土层有地下水时，一般不考虑渗流作用对土压力的影响；有地区经验时，土压力的分布可按可靠的地区工程经验确定。土压力的水土分算法或是水土合算法涉及的问题比较多，难以作出简单的结论，各地也有各自不同的工程经验.。
1)静止土压力静止土压力标准值，可按下式计算：(2-1)式中：——计算点处的静止土压力标准值(kN/m2)；——计算点以上第j层土的重度(kN/m3)，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取浮重度；hj——计算点以上第j层土的厚度(m)；q——地面的均布荷载(kN/m2)；K0i——计算点处的静止土压力系数，宜由试验确定，当无试验条件时，对砂土可取0.34～0.45，对黏性土可取0.5～0.7。
2)主动土压力和被动土压力可按朗肯公式或库仑公式；坑边有超载情况下土压力的计算，以及朗肯公式、库仑公式参见土力学教材(2-2)3)水土分算法按朗肯理论计算主动与被动土压力强度时，按下式计算：(2-3)。
式中：eaik、epik——计算点处的主动、被动土压力标准值(kN/m2)，当eaik＜0时eaik=0；q——地面均布荷载(kN/m2)；——计算点以上第j层土的重度(kN/m3)，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取浮重度——水的重度(kN/m3)；c′i、′i——计算点处土的有效应力抗剪强度指标(kPa、˚)。Kai=tan2(45˚－′i/2)，hj——第j层土的厚度(m)；zi——地下水位至计算点的深度(m)；Kai、Kpi——计算点处的朗肯主动、被动土压力系数，Kpi=tan2(45˚+′i/2)；。
4)水土合算法按朗肯理论计算主动与被动土压力强度时，按下式计算：(2-4)(2-5)。
式中：eaik、epik——计算点处的主动、被动土压力标准值(kN/m2)，当eaik＜0时eaik=0；q——地面均布荷载(kN/m2)；——计算点以上第j层土的重度(kN/m3)，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取饱和重度；——水的重度(kN/m3)；Kpi=tan2(45˚+i/2)；i——计算点处土的总应力抗剪强度指标(kPa、˚)。hj——第j层土的厚度(m)；Kai、Kpi——计算点处的朗肯主动、被动土压力系数，Kai=tan2(45˚－i/2)，Ci,。
5)渗流作用对土压力的影响从流网图可以看出，坑外高地下水位处的水流，基本上是向下竖向渗流，经桩底向上达基坑底部，由渗流而产生的渗流压力，按渗流方向产生的渗流力的作用，在基坑外侧主动区的土颗粒受渗流力的作用，使有效应力增大，而水压力减小。在基坑内侧被动区则使有效应力减小而水压力增大。其综合作用为：坑外主动区总的水、土压力值减小，这对支护结构的受力来说是有利的；坑内被动区总的水、土压力值仍为减小，这对基坑的稳定性是不利的。
【例2.1】基坑深8m，坑外地下水在地面下1m，坑内地下水在坑底面，坑边满布地面超载q=10kN/m2。地下水位以上=18kN/m3=8°；地下水位以下sat=18.5kN/m3，锚杆位于地面下3m。不固结不排水抗剪强度指标c=12kPa、=15°用等值梁法求桩的设计嵌入深度D、Mmax不固结不排水抗剪强度指标c=10kPa、解(1)采用水土合算法的荷载。坑外地下水位以上主动土压力：令得h0=1.3m>1m；。
设临界深度在坑外地下水位以下x(m)，则，x=0.7m地面下深度z>0.7m处土所产生的主动土压力：==－0.3+10.9z－18.4=10.9z－18.7kPa地面超载所产生的主动土压力：坑外深度1.0m以上，坑外深度1.0m下，=5.9kPa。qKai=10=7.6kPa；qKai=10。
坑内坑底下深度y处被动土压力：==31.4y+31.3kPa支护结构的荷载标准值分布如图2.10所示。(2)求反弯点位置(设反弯点在坑内坑底下深度处)31.4+31.3=10.9z―18.7+5.9，z=+8，所以=2.1m。
(3)由简支梁得锚杆水平力标准值Ha1k、简支梁另一支座反力标准值Pd1k如下。(2.1+8―3)Ha1k+1/2×(31.4×2.1)×2.1×1/3×2.1+31.3×2.1×1/2×=1/2×(10.9×2.1+68.5)×(2.1+8―1―0.7)×1/3×(2.1+8―1―0.7)+7.6×1×(8―0.5+2.1)+5.9×(7+2.1)×1/2×(7+2.1)7.1Ha1k+117.5=1074.7+73.0+244.3Ha1k=179.5kN/mPd1k=1/2×(10.9×2.1+68.5)×(2.1+8―1―0.7)+7.6×1+5.9×(7+2.1)―1/2×(31.4×2。
.1)×2.1―31.3×2.1―186.0=383.8+7.6+53.7―69.2―179.5―65.7=130.7kN/m。
(4)求桩的设计嵌入深度D。设反弯点距挡土桩底tn，tn=y―2.1；参照“等值梁法计算简图”及“等值梁法计算单支点支护桩简图”：挡土桩前土压力合力作用点距挡土桩底b=tn/3，则[(31.4y+31.3)－(10.9y+68.5)]tn/2×tn/3=Pd1ktn20.5tn2+5.8tn－942.0=0tn=6.6mD=Dmin=1.3×(2.1+6.6)=11.3m。
(5)求桩的设计弯矩Mmax。反弯点位置不变，荷载采用设计值。求锚杆水平力设计值Ha1：(2.1+8―3)Ha1+1/2×(31.4×2.1)×1.2×2.1×1/3×2.1+31.3×2.1×1/2×2.1×1.2=1/2×(10.9×2.1+68.5)×1.2×(2.1+8―1―0.7)×1/3×(2.1+8―1―0.7)+7.6×1.4×1×(8―0.5+2.1)+5.9×1.4×(7+2.1)×1/2×(7+2.1)7.1Ha1+117.5×1.2=1074.7×1.2+73.0×1.4+244.3×1.4Ha1=224.3kN/m。
(a)水土合算法(b)水土分算法图2.4支护结构的土压力标准值分布。
2.支护结构设计的荷载组合支护结构设计的荷载组合，应按照《建筑结构荷载规范》与《建筑结构可靠度设计统一标准》，并结合支护结构受力特点进行。在《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)、《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—1999)中，支护结构设计的荷载组合并不统一。以下(1)～(6)为《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)对支护结构设计的规定：见本书37页。
2.3.2 桩墙式支护结构的内力、变形及配筋计算
1)静力平衡法计算悬臂式支护结构悬臂式支护桩主要靠插入土内深度形成嵌固端，以平衡上部土压力、水压力及地面荷载形成的侧压力。静力平衡法假设支护桩在侧向荷载作用下可以产生向坑内移动的足够的位移，使基坑内外两侧的土体达到极限平衡状态。悬臂桩在主动土压力作用下，绕支护桩上某一点转动，形成在基坑开挖深度范围外侧的主动区及在插入深度区内的被动区，如图2.5所示。
(a)支护桩的变位示意图(b)桩两侧的主动区和被动区(c)土压力的计算简图图2.5悬臂式支护桩的土压力分布图。
对上述计算图形，H.Blum建议以图2.6的图形代替。在插入深度达到旋转点以下部分的作用以一个单力Rc代替，在满足绕桩脚C点＝0，支护桩的设计长度L按下式计算：L=h+x+Kt(2-7)式中：h——基坑深度；x——坑底至桩上土压力为零点的距离；K——经验系数，H.Blum建议K＝1.2。＝0的条件，求得悬臂桩所需的极限嵌固深度。
图2.6悬臂支护桩在无粘性土中的土压力分布图由图2.6所示的计算简图即可求得桩身各截面的内力，最大弯矩的位置在基坑底面以下，可根据剪力为零的条件确定。
2)静力平衡法计算锚撑挡土结构挡土结构入土深度较小或坡脚土体较软弱时，可视挡土结构下端为自由端，用静力平衡法计算插入深度、内力(如图2.7所示)。(a)第j层锚杆水平分力(b)立柱嵌入深度图2.7静力平衡法计算简图。
锚杆水平分力可按下式计算：式中：Haj——第j层锚杆水平分力设计值(kN)；Hai——第i层锚杆水平分力设计值(kN)；Eaj——挡墙后主动土压力合力设计值(kN)；Epj——坡脚地面以下挡墙前被动土压力合力设计值(立柱在坡脚地面以下岩土层内的被动侧向压力)(kN)；。
最小入土深度Dmin可按下式计算确定：式中：EaK——挡墙后主动土压力合力标准值(kN)；EpK——挡墙前被动土压力合力标准值(kN)；HaiK——第i层锚杆水平合力标准值(kN)；an——EaK作用点到HanK作用点的距离(m)；b——EpK作用点到HanK作用点的距离(m)；an——HaiK作用点到HanK作用点的距离(m)。立柱入土深度可按下式计算：D=Dmin。
式中：D——立柱入土深度(m)；ξ——增大系数，对一、二、三级边坡分别为1.5、1.4、1.3；Dmin——挡墙最低一排锚杆设置后，开挖高度为边坡高度时立柱的最小入土深度(m)。立柱的内力可根据锚固力和作用于支护结构上侧压力按常规方法计算。3)等值梁法计算锚撑挡土结构对单支点支护桩，如图2.8(d)所示，在BC段中弯矩图的反弯点D处切断，并在D处设置支点形成AD梁，则AD梁的弯矩将保持不变。因此AD梁即为AC梁上AD段的等值梁。
(a)等值梁原理(b)桩上土压力分布(c)等值梁示意图(d)弯矩图示意图2.8等值梁法计算单支点支护桩简图。
反弯点的位置通常与基坑底面下土压力等于零的位置相近，因此应用等值梁法计算时常以土压力为零的位置代替，如图2.8(b)图2.8(c)所示。等值梁法计算单支点支护桩的步骤如下如图2.8(b)、图2.8(c)所示，先求得土压力为零点的D点的位置，得等值梁AD，求得简支梁AD的支座反力TA及Pd。将DC段视为一简支梁，下部嵌固作用以一个单力Rc代替，由图2.8(b)按Pd对C点的力矩等于DC段上作用的土压力对C点的力矩的条件求得x值，临界插入深度t0即可求得。对多支点支护桩的等值梁法计算(如图2.9所示)，原理同等值梁法计算单支点支护桩。
(a)第j层锚杆水平分力(b)立柱嵌入深度图2.9等值梁法计算简图坡脚地面以下立柱反弯点到坡脚地面的距离Yj可按下式计算：eaK－epK=0(2-11)式中：eaK——挡墙后主动土压力标准值(kN/m)；epK——挡墙前被动土压力标准值(kN/m)。
第j层锚杆的水平分力可按下式计算：式中：aj——Eaj作用点到反弯点的距离(m)；aaj——Haj作用点到反弯点的距离(m)；aai——Hai作用点到反弯点的距离(m)。以上第j层锚杆的水平分力Haj，由j=1，2，3，…，j–1等逐步计算而得(相应求j–1次Yj)；当求Haj时假设1～j–1层锚杆的水平分力不变。
j=n时，Yj=Yn，等值梁在反弯点处的支点力为与单支点支护桩求临界插入深度t0相同的原理，可求立柱的最小入土深度Dmin：Dmin=Yn+tn(2-13)(2-14)式中：b——EpK作用点到反弯点的距离(m)。立柱设计嵌入深度可按式(2-10)计算。
【例2.2】基坑深8m，坑外地下水在地面下1m，坑内地下水在坑底面，坑边满布地面超载q=10kN/m2。地下水位以上不固结不排水抗剪强度指标c=10kPa，=8°；地下水位以下不固结不排水抗剪强度指标c=12kPa，锚杆位于地面下3m。用等值梁法求桩的设计嵌入深度D、Mmax。=18kN/m3，=18.5kN/m3，=15°。解(1)采用水土合算法的荷载。坑外地下水位以上主动土压力：令得h0=1.3m>1m；。
地面超载所产生的主动土压力：坑外深度1.0m以上，qKai==7.6kPa；坑外深度1.0m下，=5.9kPa。qKai=坑内坑底下深度y处被动土压力：==31.4y+31.3kPa。
支护结构的荷载标准值分布如图2.10所示。(2)求反弯点位置(设反弯点在坑内坑底下深度处)。+31.3=10.9z―18.7+5.9，z=+8，所以(3)由简支梁得锚杆水平力标准值Ha1k、简支梁另一支座反力标准值Pd1k：(2.1+8－3)Ha1k+1/2×(31.4×2.1+31.3)×2.1×1/3×2.1=1/2×(10.9×2.1+68.5)×(2.1+8―1―0.7)×1/3×(2.1+8―1―0.7)+7.6×1×(8―0.5+2.1)+5.9×(7+2.1)×1/2×(7+2.1)7.1Ha1k+71.5=1074.7+73.0+244.3Ha1k=186.0kN/mPd1k=1。
/2×(10.9×2.1+68.5)×(2.1+8－1－0.7)+7.6×1+5.9×(7+2.1)－1/2×(31.4×2.1+31.3)×2.1－186.0=383.8+7.6+53.7－102.1－186.0=157.0kN/m31.4=2.1m。
图2.10支护结构的荷载标准值分布。
(4)求桩的设计嵌入深度D。设反弯点距挡土桩底tn，tn=y－2.1；参照“等值梁法计算简图”及“等值梁法计算单支点支护桩简图”：挡土桩前土压力合力作用点距挡土桩底b=tn/3，则[(31.4y+31.3)－(10.9y+68.5)]tn/2×tn/3=Pd1ktn20.5tn2+5.8tn－942.0=0tn=6.6mD=Dmin=1.3×(2.1+6.6)=11.3m(5)求桩的设计弯矩Mmax。反弯点位置不变，荷载采用设计值。
Mmax=Ha1×(x1－3)－1/2×(10.9x1－18.7)×1.2×(x1－1－0.7)×1/3×(x1－1－0.7)－7.6×1.4×1×(x1－0.5)－5.9×1.4×(x1－1)×1/2(x1－1)=905.2－305.6－68.1－143.8=387.7(kN·m/m)2.弹性抗力法弹性抗力法也称为土抗力法或侧向弹性地基反力法，将支护桩作为竖直放置的弹性地基梁，支撑简化为与支撑刚度有关的二力杆弹簧；土对支护桩的抗力(地基反力)用弹簧来模拟(文克尔假定)，地基反力的大小与支护桩的变形成正比。其计算简图如图2.11所示。
图2.11弹性抗力法计算简图。
对于如图2.11所示的支护结构的计算模式，微分方程将有下面两种具体形式(1)在基坑开挖面以上(0≤z≤H)：(2-18)(2)在基坑开挖面以下(z≥H)：(2-19)式中：z——支护结构顶至计算点的距离(m)；bs——载荷计算宽度(m)，地下连续墙和水泥土墙取单位宽度，排桩取桩中心距；y——计算点水平位移(m)。
弹性地基杆系有限元法一般步骤如下(1)将桩、墙沿竖向划分为n个单元，则有n+1个节点个数。(2)计算桩、墙单元的刚度矩阵，并组装梁的总刚度矩阵(3)计算支撑(或拉锚)刚度矩阵(4)计算地基刚度矩阵(5)组装支护结构总刚度矩阵(6)计算总的荷载向量(7)高斯法解总平衡方程，得位移向量(8)将回代总平衡方程，求出各节点处桩、墙内力及支撑力(或拉锚力)。
3.钢筋混凝土护坡桩配筋计算1)按钢筋混凝土受弯构件计算当截面内纵向钢筋数量不少于6根时，钢筋混凝土受弯构件配筋计算公式为:(2-37)(2-38)式中：A——圆形截面积；As——全部纵向钢筋的截面面积；r——圆形截面的半径；rs——纵向钢筋重心所在圆周的半径；fc——轴心抗压强度设计值；fy——钢筋抗拉强度设计值；。
——对应于受压区混凝土截面面积的圆心角(rad)与2的比值；——纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，=1.25―，当>0.625时，取=0；——混凝土构件受压区应力图的应力值取为轴心抗压强度设计值fc乘以系数，当混凝土强度等级不超过C50时当混凝土强度等级为C80时M——护坡桩弯矩设计值。=1，=0.94，其间按线性内插法确定；。
以上方程组可通过试算求解；另外可按以下方法计算(按经验估算As→求系数K=fyAs/fcA→由第二式或查表2-1求→把带入第一式左边求承载力(记为Mc)，若Mc小于弯矩设计值，=1)：则重设As，重复以上步骤，直至Mc大于弯矩设计值，则得护坡桩配筋As。2)钢筋混凝土护坡桩配筋计算99规程方法简介截面受拉区内纵向钢筋不少于三根的圆形截面的情况，沿截面受拉区和受压区周边配置局部均匀纵向钢筋或集中纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土桩(如图2.15所示)，其正截面受弯承载力可按99规程以下公式计算。
≤(2-39)(2-40)图2.15配置局部均匀配筋和集中配筋的圆形截面。
式中：——对应于受压区混凝土截面面积的圆心角(rad)与2的比值，应满足下列要求：≥；另外应满足≥1/3.5，否则第二式应按下式计算：≤(2-41)——矩形截面的相对界限受压区高度，rs——纵向钢筋所在圆周的半径；r——圆形截面的半径；——对应于周边均匀受拉钢筋的圆心角(rad)与2的比值；值宜在l/6～l/3之间选取，通常可取定值0.25；。
——对应于周边均匀受压钢筋的圆心角(rad)与2的比值，≤0.5A——构件截面面积；Asr、A′sr——均匀配置在圆心角、Asc、A′sc——集中配置在圆心角、面积范围内的纵向受拉、受压钢筋截面面积；ysc、y′sc——纵向受拉、受压钢筋截面面积Asr、A′sr的重心至圆心的距离；fy——普通钢筋的抗拉强度设计值；fcm——混凝土弯曲抗压强度设计值；宜取受拉、受压钢筋截面面积；内沿周边的纵向的混凝土弓形。
2.3.3 基坑的稳定性分析
基坑工程的稳定性主要表现为以下几种形式：(1)整体稳定性；(2)倾覆及滑移稳定性；(3)基坑底隆起稳定性；(4)渗流稳定性。
1.整体稳定性验算大量工程实践经验表明，整体稳定破坏大体是以圆弧滑动破坏面的形式出现，条分法是整体稳定分析最常使用的方法。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：MR——抗滑力矩MS——滑动力矩。(2-42)。
对无支护结构的基坑，验算方法见土力学教材。对有支护结构的基坑，需计算圆弧切桩与圆弧通过桩尖时的基坑整体稳定性，圆弧切桩时需考虑切桩阻力产生的抗滑作用，即每延米中桩产生的抗滑力矩Mp(如图2.16所示)，可按下式计算。图2.16有支护结构的基坑整体稳定性验算。
(2-43)式中：Mp——每延米中的桩产生的抗滑力矩(kN·m/m)；——桩与滑弧切点至圆心连线与垂线的夹角；Mc——每根桩身的抗弯弯矩(kN·m/单桩)；hi——切桩滑弧面至坡面的深度(m)；γ——hi范围内土的重度(kN/m3)；Kp、Ka——土的被动与主动土压力系数；d——桩径(m)；Δd——两桩间的净距(m)。对于地下连续墙、重力式支护结构d+Δd＝1.0m。
2.倾覆及滑移稳定性验算重力式支护结构的倾覆和滑移稳定性验算的计算简图如图2.17所示:图2.17重力式支护结构倾覆及滑移稳定验算计算简图。
(2-44)式中：Ka——抗倾覆安全系数，Ka≥1.3；ba——主动土压力合力点至墙底的距离(m)；bp——被动土压力合力点至墙底的距离(m)；W——重力式支护体的重力(kN/m)；B——重力式支护体的宽度(m)；Ea——主动土压力(kN/m)；Ep——被动土压力(kN/m)。
抗滑移稳定性按下式验算：式中：Kh——抗滑移安全系数，Kh≥1.2；——墙底与土之间的摩擦系数，当无试验资料时，可取：对淤泥质土＝0.2～0.50，黏性土＝0.25～0.4，砂土＝0.4～0.50。(2-45)桩墙式悬臂支护结构的水平推移和抗整体倾覆稳定验算应满足下列条件，如图2.18所示。
≥(2-46)(2-47)≥式中：Ep、bp——分别为被动侧土压力的合力及合力对支护结构底端的力臂；Ea、ba——分别为主动侧土压力的合力及合力对支护结构底端的力臂。
3.基坑底隆起稳定性验算对饱和软黏土，抗隆起稳定性的验算是基坑设计的一个主要内容。基坑底土隆起，将会导致支护桩后地面下沉，影响环境安全和正常使用。隆起稳定性验算的方法很多。可按地基规范推荐的以下条件进行验算(如图2.20所示)：图2.20基坑底隆起稳定性验算。
≥1.6(2-50)式中：Nc——承载力系数，条形基础时Nc=5.14；τ0——抗剪强度，由十字板试验或三轴不固结不排水试验确定(kPa)；γ——土的重度(kN/m3)；t——支护结构入土深度(m)；h——基坑开挖深度(m)；q——地面荷载(kPa)。以上公式依据Terzaghi地基承载力公式而来：pu=γtNq+cNc+1/2γbNγ，=0时，Nc=5.14，Nq=1，Nγ=0。
4.渗流稳定性验算1)流土(或流砂)稳定性验算渗流力(或动水压力)可由流网计算，也可按以下简化方法计算，如图2.21所示。图2.21流土(或流砂)稳定性验算。
试验证明，流土(或流砂)首先发生在离坑壁大约为挡土结构嵌入深度一半的范围内(hd/2)，近似地按紧贴挡土结构的最短路线来计算最大渗流力，则渗流力(或动水压力)j(可另外考虑安全系数)为(2-51)式中：——坑内外水头差(m)；hd——挡土结构入土深(m)；γw——水的重度(kN/m3)。上式表明了要避免发生流土(或流砂)的挡土结构最小嵌入深度。
2)突涌稳定性验算按下式验算，如图2.22所示图2.22突涌稳定性验算。
≥1.1(2-52)式中：γm——透水层以上土的饱和重度(kN/m3)；t+Δt——透水层顶面距基坑底面的深度(m)；Pw——含水层水压力(kPa)。2.3.4内支撑的内力与截面计算1.作用在支撑系统上的荷载及内力分析1)荷载2)内力分析方法。
2.支撑系统构件截面设计1)腰梁2)支撑3)立柱4)竖向斜撑2.3.5锚杆设计。
锚杆是在岩土层中钻孔，再在孔中安放钢拉杆，并在拉杆尾部一定长度范围内注浆，形成锚固体，形成抗拔锚杆，如图2.23所示。图2.23锚杆。
1.锚杆的可行性根据场地的工程地质及水文地质条件判断是否适宜采用锚杆支护结构，尤其是锚杆对周围环境及邻近场地后期开发使用的影响。土层锚杆宜在土质较好的条件下使用，在未经处理的下列土层中不宜采用：>50%的土层；(1)有机质土层；(2)液限(3)相对密实度Dr<0.3的土层。
2.锚杆布置(1)锚固体的上覆土层的厚度不宜小于4m，锚固区离现有建筑物的距离不小于5～6m。(2)锚杆锚固体上下排间距不宜小于2.5m，水平方向间距不宜小于2m，以避免群锚效应。(3)锚杆倾角宜10°～35°。3.锚杆钢筋截面积锚杆钢筋截面积应满足下式的要求：≥(2-53)。
4.锚杆锚固段长度取式(2-54)、式(2-55)的大值，且介于4～10m(2-54)≥≥(2-55)。
5.锚杆自由段长度日本有关锚固工法认为当锚固段过长时，随着应力不断增加从靠近边坡面处锚固端开始，灌浆体与地层界面的黏结逐渐软化或脱开，此时可发生裂缝沿界面向深部发展现象。随着锚固效应弱化，锚杆抗拔力并不与锚固长度增加成正比，采用过长的锚固长度，并不能提高锚固力；锚固段长度设计过短时，由于实际施工期锚固区地层局部强度可能降低，或岩体中存在不利组合结构面时，锚固段被拔出的危险性增大。45+计至潜在滑裂面(/2)，且≥5m。
6.锚杆的稳定性验算锚杆的稳定性验算包括整体稳定性验算、锚杆深部破裂稳定性验算，如图2.24所示。前者见本章“基坑的稳定性分析”。锚杆深部破裂稳定性验算常用Kranz法(德国1953年)，如图2.25所示。图2.24锚杆深部破裂图2.25单层锚杆深部破裂稳定性验算的Kranz法。
图2.25中：bc为深部破裂线(b取挡土结构底端，c为锚固体中点)；cd称假想墙(cd铅直)，、E1(主动土压力)、Ea(主动土压力)、F(反力)、锚固体(及其周围土)对滑动土体的作用力Rtmax。由滑动土体的极限平衡可得Rtmax。单层锚杆深部破裂不发生的条件为：为摩擦角；滑动土体的作用力有G(自重)、≥(2-56)式中：Rtmax——锚固体所能承受的最大拉力(kN)；Nt——锚杆设计轴向拉力(kN)。2.3.6土钉墙设计。
式中：1.25——荷载综合分项系数；——基坑重要性系数，查规程JGJ120—1999表；Tjk——第j根土钉受拉荷载标准值，Tjk=eajksxjszj/cos——斜面土钉墙荷载折减系数，eajk——第j个土钉位置处的基坑水平荷载标准值；sxj、szj——第j根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距；aj——第j根土钉与水平面的夹角。——土钉墙坡面与水平面的夹角；。
Tuj——第j根土钉抗拉承载力设计值，对于基坑侧壁安全等级为二级的土钉抗拉承载力设计值应按试验确定，基坑侧壁安全等级为三级时可按下式计算，如图2.28所示。；——土钉抗拉抗力分项系数，取1.3；dnj——第j根土钉锚固体直径；qsik——土钉穿越第i层土土体与锚固体极限摩阻力标准值，应由现场试验确定.li——第i根土钉在直线破裂面外穿越第i稳定土体内的长度，破裂面与水平面的夹角为。
图2.28土钉抗拉承载力计算简图2)土钉墙整体稳定性验算。
土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面，采用圆弧滑动简单条分法，如图2.29所示，按下式进行整体稳定性验算。图2.29土钉墙整体稳定性验算简图。
≥0(2-58)2.3.7重力式水泥土挡墙设计1.嵌固深度1)整体稳定条件水泥土墙嵌固深度计算值宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定，如图2.30所示。
图2.30水泥土墙嵌固深度计算简图≥0(2-59)。
式中：cik、bi——第i土条的宽度；wi——作用于滑裂面上第i土条的重量，按上覆土层的天然土重计算；——第i土条弧线中点切线与水平线夹角。——最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水(快)剪粘聚力、内摩擦角标准值；li——第i土条的弧长；——整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取1.3；。
2)当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，水泥土墙嵌固深度设计值hd应按照抗渗透稳定条件验算(推导过程略)：hd≥(h-hwa)(2-62)式中：——基坑重要性系数，查规程；h——坑深；hwa——地下水埋深。当按上述1)、2)方法确定的嵌固深度设计值小于0.4h时，宜取0.4h。
2.墙体厚度当水泥土墙底部位于碎石土或砂土时墙体厚度设计值宜按下式确定，如图2.31所示。(a)砂土及碎石土(b)粉土及黏性土。
b≥(2-63)当水泥土墙底部位于粘性土或粉土时墙体厚度设计值宜按下式确定：b≥(2-64)式中：——水泥土墙底以上基坑外侧水平荷载标准值合力之和；ha——合力作用点至水泥土墙底的距离；——水泥土墙底以上基坑内侧水平抗力标准值的合力之和；。
hp——合力作用点至水泥土墙底的距离；——水泥土墙体平均重度；——水的重度；hwa——基坑外侧水位深度；hwp——基坑内侧水位深度。前者为抗倾覆稳定条件，后者为经验公式。当按上述规定确定的水泥土墙厚度小于0.4h时宜取0.4h。3.正截面承载力1)压应力验算≤(2-65)。
2)拉应力验算≤上式中自重荷载分项系数、基坑重要性系数取1，水泥土抗拉强度设计值等于0.06抗压强度设计值。(2-67)2.3.8地下水控制基坑工程的地下水控制通常采用两种方法：(1)基坑降水；(2)基坑止水。
基坑降水包括(1)明排水法(2)井点降水法基坑止水是用地下连续墙及喷射注浆、深层搅拌或注浆形成截水墙或底板，阻止地下水流入基坑；基坑止水往往还需要在基坑内降水。竖向止水帷幕穿过透水层进入不透水层或弱透水层1～2m。当坑底土体中存在承压水时，可在坑底设置水平止水帷幕；但一般可在承压水层中设置减压井以降低承压水头(当承压水头高、水量大时可设置水平止水帷幕、设置减压井组合)。
2.3.9 地面变形控制
(4)钢管或型钢作支撑应施加预应力，预应力水平可取设计支撑轴力的30%～50%。(5)当基坑变形不能满足坑外周边环境控制要求时，应对被影响的建筑物、构筑物和各类管线采取防范的措施，如土体加固、结构托换、架空管线等。(6)在地下水位高的地区，支护体系必须有良好的止水系统，当有渗漏发生时，必须及时采取有效的堵漏措施。2.施工措施(1)加快施工速度、缩短基坑暴露时间(指开挖至设计标高到底板浇注完成的时间)。(2)密切注意坡高大、雨期施工、排水不畅、坡顶堆载、坡脚扰动等不利因素的影响。(3)防止降雨或施工用水通过地面或多或少的微裂缝渗入土体，降低土体的强度和增加土压力。
2.4 基坑工程施工
2.4.1桩墙式支护结构的施工1.桩墙式支护结构的构造要求(1)现浇钢筋混凝土支护结构的混凝土强度等级不得低于C20。(2)桩墙式支护结构的顶部应设圈梁，如图2.33所示，其宽度应大于桩、墙的厚度。桩、墙顶嵌入圈梁的深度不宜小于50mm；桩、墙内竖向钢筋锚入圈梁内的长度宜按受拉锚固要求确定。
(3)支撑和腰梁，如图2.34所示的纵向钢筋直径不宜小于16mm；箍筋直径不应小于8mm。图2.34腰梁的设置1—灌注桩竖向钢筋2—拉吊筋3—腰梁4—环形钢板5—小牛腿6—支撑7—顶部圈梁8—钢板9—拉吊筋10—混凝土支撑主筋11—钢腰梁12—钢牛腿13—支撑14—型钢柱挡土结构。
2.灌注桩挡土结构施工概述灌注桩挡土结构主要有钻(冲)孔灌注桩、人工挖孔灌注桩，布置形式可分为密排、疏排、双排，如图2.35所示，疏排桩、双排桩可与止水帷幕结合使用。图2.35灌注桩挡土结构布置形式。
3)泥浆3.地下连续墙施工1)地下连续墙施工工艺过程修筑导墙→挖槽→吊放接头管(箱)、吊放钢筋笼→浇注混凝土。2)导墙的形式与作用4)挖槽5)清底6)钢筋笼吊放7)单元墙段的接头常用的施工接头有以下几种。(1)接头管(2)接头箱接头。
图2.41接头管接头的施工过程。
(a)开挖槽段(b)吊放接头管和钢筋笼(c)浇筑混凝土(d)拔出接头管(e)形成接头1—导墙2—已浇筑混凝土的单元槽段3—开挖的槽段4—未开挖的槽段5—接头管6—钢筋笼7—正浇注混凝土的单元槽段8—接头管拔出后形成的圆孔图2.42接头箱接头的施工过程。
(a)插入接头箱(b)吊放钢筋笼(c)浇筑混凝土(d)吊出接头箱(e)吊放后一个槽段的钢筋笼(f)浇筑后一个槽段的混凝土形成整体接头1—接头箱2—焊在钢筋笼端部的钢板图2.43所示用U形接头管与滑板式接头箱施工的钢板接头，是另一种整体式接头的做法。图2.43U形接头管与滑板式接头箱。
(3)隔板式接头图2.44隔板式接头带有接头钢筋的榫形隔板式接头，能使各单元墙段形成一个整体，是一种较好的接头方式。但插入钢筋笼较困难，且接头处混凝土的流动亦受到阻碍，施工时要特别加以注意。
8)结构接头地下连续墙与内部结构的楼板、柱、梁、底板等连接的结构接头，常用的有下列几种：(1)预埋连接钢筋法。如图2.45所示。连接钢筋弯折后预埋在地下连续墙内，待内部土体开挖后露出墙体时，凿开预埋连接钢筋处的墙面，将露出的预埋连接钢筋弯成设计形状、连接。考虑到连接处往往是结构的薄弱处，设计时一般使连接筋有20%的富余。
图2.45预埋连接钢筋法1—预埋的连接钢筋2—焊接处3—地下连续墙4—后浇结构中受力钢筋5—后浇结构。
(2)预埋连接钢板法。这是一种钢筋间接连接的接头方式，如图2.46所示。预埋连接钢板放入并与钢筋笼固定。浇筑混凝土后凿开墙面使预埋连接钢板外露，用焊接方式将后浇结构中的受力钢筋与预埋连接钢板焊接。图2.46预埋连接钢板法1—预埋连接钢板2—焊接处3—地下连续墙4—后浇结构5—后浇结构中的受力钢筋。
(3)预埋剪力连接件法。剪力连接件的形式有多种，如图2.47所示。剪力连接件先预埋在地下连续墙内，然后弯折出来与后浇结构连接。图2.47预埋剪力连接件法1—预埋剪力连接件2—地下连续墙3—后浇结构。
9)地下连续墙的规范要求地下连续墙的常用厚度为600～800mm，已建工程中最大厚度1200mm。墙厚除满足设计要求外，还需结合成槽机械的规格决定，不宜小于600mm。地下连续墙单元墙段(槽段)的长度、形状，应根据整体平面布置、受力特性、槽壁稳定性、环境条件和施工要求等因素综合确定。地下室逆作法施工时，楼盖、梁和板整体浇筑作为水平支撑体系，应符合承载力、刚度及抗裂要求。
4.逆作法施工逆作法又称逆筑法。1)逆作法的工艺原理与优缺点与传统施工方法比较，用逆作法施工多层地下室有下述优点：(1)缩短工程施工的总工期。带多层地下室的高层建筑，如采用传统方法施工，其总工期为地下结构工期加地上结构工期，再加装修等所占之工期。(2)基坑变形小，相邻建筑物等沉降少。(3)便底板设计趋向合埋。(4)可节省支护结构的支撑。
2)逆作法的特殊施工技术3)地下室结构浇筑地下室结构是由上而下分层浇筑的。地下室结构的浇筑方法有以下两种:(1)利用土模浇筑梁板(a)用钢模板组成粱模(b)模用土胎膜图2.51逆作法施工时的梁、板模板。
(2)利用支模方式浇筑梁板4)垂直运输孔洞的留设逆作法施工是在顶部楼盖封闭条件下进行，在进行地下各层地下室结构施工时，须进行施工设备、土方、模板、钢筋、混凝土等的上下运输，所以须预留一个或几个上下贯通的垂直运输通道。为此，在设计时就要在适当部位预留一些从地面直通地下室底层的施工孔洞。亦可利用楼梯间或无楼板处做为垂直运输孔洞。
2.4.2 重力式水泥土挡墙的施工
常用的水泥土挡墙支护结构的布置形式如图2.55所示。可以通过在未结硬的墙体中插入钢管、钢筋、型钢、木棒、竹筋等方法来提高水泥土挡墙支护结构的刚度(抗弯强度)，有时也可用砂、碎石等置换格栅式结构中的土，以增加结构的稳定性。图2.55水泥土挡墙支护结构的常用布置形式(a)壁式(b)格栅式(c)拱式(d)设置型钢式(e)填料式。
1.水泥土搅拌桩水泥土搅拌法是利用水泥为固化剂，通过特制的机械(型号有多种，SJB系列深层搅拌机如图2.56所示，另配套灰浆泵、桩架等)，在地基深处就地将原位土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌，形成水泥土桩。图2.56SJB系列深层搅拌机1—输浆管2—外壳3—出水口4—进水口5—电动机6—导向滑块7—减速器8—搅拌轴9—中心管10—横向系统11—球形阀12—搅拌头。
水泥土搅拌桩施工步骤由于湿法和干法的施工设备不同而略有差异。其主要步骤应为(1)搅拌机械就位、调平；(2)预搅下沉至设计加固深度；(3)边喷浆(粉)、边搅拌提升直至预定的停浆(灰)面；(4)重复搅拌下沉至设计加固深度；(5)根据设计要求，喷浆(粉)或仅搅拌提升直至预定的停浆(灰)面；(6)关闭搅拌机械。2.高压喷射注浆桩高压水泥浆(或其他硬化剂)的通常压力为15MPa以上，通过喷射头上一或两个直径约2mm的横向喷嘴向土中喷射，使水泥浆与土搅拌混合，形成桩体。
图2.57高压喷射注浆桩施工工艺流程(a)单管法(b)二重管法(c)三重管法图2.58单管法、二重管法的喷射管(a)单管法(b)二重管法。
3.水泥土墙的规范要求2.4.3土钉墙的施工1.土钉墙构造的规范要求(1)土钉墙墙面坡度不宜大于1∶0.1；(2)土钉必须和面层有效连接，应设置承压板或加强钢筋等构造措施，承压板或加强钢筋应与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接；(3)土钉的长度宜为开挖深度的0.5～1.2倍，间距宜为l～2m，与水平面夹角宜为5°～20°；(4)土钉钢筋宜采用I、II级钢筋，钢筋直径宜为16～32mm，钻孔直径宜为70～120mm；。
(5)注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜低于M10；(6)喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为6～l0mm，间距宜为150～300mm；喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度不宜小于80mm；(7)坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm。(8)当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施；土钉墙墙顶应采用砂浆或混凝土护面，坡顶和坡脚应设排水措施，坡面上可根据具体情况设置泄水孔。2.施工与检测的规范要求(1)上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工。(2)基坑开挖和土钉墙施工应按设计要求自上而下分段分层进行。在机械开挖后，应辅以人工修整坡面，坡面平整度的允许偏差宜为±20mm，在坡面喷射混凝土支护前，应清除坡面虚土。
(3)土钉墙施工可按下列顺序进行。①应按设计要求开挖工作面，修整边坡，埋设喷射混凝土厚度控制标志。②喷射第一层混凝土。③钻孔安设土钉、注浆，安设连接件。④绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土。⑤设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。(4)土钉成孔施工宜符合下列规定。①孔深允许偏差±50mm。②孔径允许偏差±5mm。③孔距允许偏差±100mm。④成孔倾角偏差±5%。
(5)喷射混凝土作业应符合下列规定。①喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，一次喷射厚度不宜小于40mm。②喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离宜为0.6～1.0m。③喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间根据气温确定，宜为3～7。(6)喷射混凝土面层中的钢筋网铺设应符合下列规定。①钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层厚度不宜小于20mm。②采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设。③钢筋网与土钉应连接牢固。
(7)土钉注浆材料应符合下列规定。①注浆材料宜选用水泥浆或水泥砂浆；水泥浆的水灰比宜为0.5，水泥砂浆配合比宜为1∶1～1∶2(质量比)，水灰比宜为0.38～0.45。②水泥浆、水泥砂浆应拌合均匀，随拌随用，一次拌合的水泥浆、水泥砂浆应在初凝前用完。(8)注浆作业应符合以下规定。①注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净；注浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路。②注浆时，注浆管应插至距孔底250～500mm处，孔口部位宜设置止浆塞及排气管；③土钉钢筋应设定位支架。
(9)土钉墙应按下列规定进行质量检测。①土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，试验数量不宜少于土钉总数的l%，且不应少于3根。②墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测，钻孔数宜每100m2墙面积一组，每组不应少于3点。3.其他技术要点1)施工前的准备2)钻孔3)土钉制作和安放4)注浆5)喷射混凝土6)土钉的张拉与锁定。
2.4.4 锚杆的施工
图2.59TK式履带钻机4.灌浆通过灌浆管用压浆泵或泥浆泵，压力0.3～4MPa。水泥砂浆浆体的灰砂比宜0.8～1.5，水灰比宜0.38～0.5。浆体强度应符合设计，并由试块检验。灌浆管为钢管或胶管，随拉杆入孔，随着灌浆拔出孔外。
5.张拉锁定锚杆张拉在锚固体强度大于20MPa并达到设计强度的80%后进行。边坡规范要求超张拉：1.05～1.1设计预应力值→设计预应力值,锁定由锚具实现。外锚头涂防腐材料或外包混凝土。2.4.5内支撑的施工支撑在坑内土面挖槽安装。当要在支撑顶面开行挖土机械时，支撑顶面低于坑内土面25cm左右，并架设通道板。一般在混凝土强度达到80%设计强度后，开挖支撑以下的土方。支撑穿越工程结构时，应设止水结构。钢支撑施加预压力时，应注意对相临支撑的影响。支撑长度超过30m，一般要在支撑两端同时加压。预压力宜为30%～60%支撑轴力。支撑的拆除，可用大锤、机械，甚至爆破。
2.5 基坑工程监测
2.5.1概述1.基坑工程监测的目的、必要性检验实际与理论(或预测)的符合性，判断工程的安全性；优化设计(包括参数、理论)，指导后续工程。2.基坑工程监测项目与方法概述见表2-2。
表2-2基坑工程监测项目与方法概述备注监测方法监测项目监测对象验证计算的荷载、内力、变形土压力计、孔隙水压力计、测斜仪、应变计，钢筋计，水准仪等侧压力、弯曲应力、变形挡墙支护结构验证计算的内力应变计、钢筋计，传感器轴力、弯曲应力支撑(锚杆)验证计算的内力应变计、钢筋计，传感器轴力、弯曲应力围檩观测坑底隆起的项目之一水准仪沉降、抬起立柱观测基坑周围地面变形水准仪、经纬仪，测斜仪沉降、隆起、裂缝基坑周围地面周围环境及其他通常的观测水准仪、经纬仪等沉降、抬起、位移、裂缝等邻近建(构)筑物观测地下管线变形水准仪、经纬仪，测斜仪沉降、抬起、位移地下管线等观测坑底隆起的项目之一水准仪沉降、隆起基坑底面观测深部土层位移测斜仪位移深部土层观测降水，回灌等效果水位观测仪、孔隙水压力计水位变化、孔隙水压地下水。
本页含表格（表2-2），源文件为粘连文本，暂未还原为真表格，建议对照原图补充。
2.5.2 支撑轴力量测
支撑轴力量测常用应力或应变传感器、钢筋计、电阻应变片，如图2.60所示(a)振弦式(b)电阻应变式图2.60钢筋计构造示意图。
2.5.3 土压力量测
目前使用较多的是钢弦式双膜土压力计，如图2.61所示。土压力计又称土压力盒图2.61钢弦式双膜土压力计的构造1—刚性板2—弹性薄板3—传力轴4—弦夹5—钢弦。
钢弦式双膜土压力计的工作原理：当表面刚性板受到土压力作用后，通过传力轴将作用力传至弹性薄板，使之产生挠曲变形，同时也使嵌固在弹性薄板上的两根钢弦柱偏转，使钢弦应力发生变化，钢弦的自振频率也相应变化，利用钢弦频率仪中的激励装置使钢弦起振并接收其振荡频率，使用预先标定的压力―频率曲线，即可换算出土压力值。
2.5.4 孔隙水压力量测
测量孔隙水压力用的孔隙水压力计，其形式、工作原理与土压力计相似，只是前者多了一块透水石，使用较多的亦为钢弦式孔隙水压力计，如图2.62所示。图2.62钢弦式孔隙水压力计构造。
2.5.5 位移量测
1.水准仪、经纬仪水准仪用于测量地面、地层内各点及构筑物施工前后的标高变化。经纬仪用于测量地面及构筑物施工控制点的水平位移2.深层沉降观测标、回弹标为精确地直接在地表测得不同深度土层的压缩量或膨胀量，须在这些地层埋设深层沉降观测标(简称深标)，并引出地面。深标由电标杆、保护管、扶正器、标头、标底等组成，如图2.63所示。其测定原理：被观测地层的压缩或膨胀引起标底的上下运动，从而推动标杆在保护管内自由滑动，通过观测标头的上下位移量可知被观测层的竖向位移量。
图2.63深标结构示意图1—标头2—108保护管3—50标杆4—扶正器5—塞线6—标底。
3.电测分层沉降仪电测分层沉降仪通常需在土体中埋设一根竖管(波纹管或硬塑料管)，隔一定深度设置一个沉降环。电测探头能测得沉降环随土体的沉降，如图2.65所示。图2.65分层沉降仪。
4.测斜仪测斜仪量测仪器轴线与铅垂线之间夹角的变化量，进而计算土层各点的水平位移。常见的测斜仪有电阻应变片式、滑线电阻式、差动变压器式、伺服式及伺服加速度计式等。电阻应变片式测斜仪的构造如图2.66所示。图2.66电阻应变片式测斜仪的构造。
2.6 基坑工程试验
2.6.1锚杆试验1.基本试验基本试验主要目的是确定锚固体与岩土层间粘结强度特征值、锚杆设计参数和施工工艺；在以下情况必须做：采用新工艺、新材料或新技术的锚杆，无锚固工程经验的岩土层内的锚杆，一级边坡工程的锚杆。
1)试验设备(1)加载装置(2)量测装置(3)反力装置2)试验标准(1)锚杆基本试验的地质条件、锚杆材料和施工工艺等应与工程锚杆一致。(2)基本试验时最大的试验荷载不宜超过锚杆杆体承载力准值的0.9倍。(3)试验锚杆的锚固长度和锚杆根数应符合下列规定。
(4)锚杆基本试验应采用循环加、卸荷法，并应符合下列规定。每级荷载施加或卸除完毕后，应立即测读变形量。在每次加、卸荷时间内应测读锚头位移2次，连续2次测读的变形量：岩石锚杆均小于0.01mm，砂质土、硬黏性土中锚杆小于0.1mm时，可施加下一基荷载。加卸荷等级与位移观测间隔时间宜按表2-3确定。(5)试验中出现下列情况之一时可视为破坏，应终止加载：锚头位移不收敛，锚固体从岩土层中拔出或锚杆从锚固体中拔出；锚头总位移量超过设计允许值；土层锚杆试验中后一级荷载产生的锚头位移增量，超过上一级荷载位移增量的2倍。
(6)试验完成后，应根据试验数据绘制荷载―位移(Q-s)曲线、荷载―弹性位移(Q-se)曲线和荷载―塑性位移(Q-sp)曲线。
表2-3锚杆基本试验加循环卸荷等级与位移观测间隔时间预估破坏荷载的百分数(%)加荷标准循环数每级卸载量累计加载量每级加载量10202050202010第一循环102020207020202010第二循环1020202020902020202010第三循环102020202010100102020202010第四循环555555555555观测时间(min)。
本页含表格（表2-3），源文件为粘连文本，暂未还原为真表格，建议对照原图补充。
(7)锚杆弹性变形不应小于自由段长度变形计算值的80%，且不应大于自由段长度与1/2锚固段长度之和的弹性变形计算值。(8)锚杆极限承载力基本值取破坏荷载前一级的荷载值；在最大试验荷载作用下未达到(5)规定的破坏标准时，锚杆极限承载力取最大荷载值为基本值。(9)当锚杆试验数量为3根，各根极限承载力值的最大差值小于30%时，取最小值作为锚杆的极限承载力标准值；若最大差值超过30%应增加试验数量，按95%的保证概率计算锚杆极限承载力标准值。(10)基本试验的钻孔，应钻取芯样进行岩石力学性能试验。
2.验收试验验收试验设备与基本试验相同。验收试验标准如下。(1)验收试验锚杆的数量取每种类型锚杆总数的5%(自由段位于I、II或III类岩石内时取总数的3%)，且均不得少于5根。(2)验收试验的锚杆应随机抽样。质监、监理、业主或设计单位对质量有疑问的锚杆也应抽样做验收试验。(3)试验荷载值对临时性锚杆为0.95Asfy(4)前三级荷载可按试验荷载值的20%施加，以后按10%施加，达到试验荷载值后观测10min，然后卸荷到试验荷载值的0.1倍并测出锚头位移。加载时的测读时间见表2-3。(5)锚杆试验完成后应绘制锚杆荷载―位移(Q-s)曲线。
(6)满足下列条件时，试验的锚杆为合格：①加载到设计荷载后变形稳定。②符合基本试验锚杆弹性变形标准。(7)当验收锚杆不合格时应按锚杆总数的30%重新抽检；若再有锚杆不合格时应全数进行检验。(8)锚杆总变形量应满足设计允许值，且应与地区经验基本一致。3.蠕变试验概述为了判明永久性锚杆拉紧力的下降，蠕变可能来自锚固体与地基之间的蠕变特性，也可能来自锚杆区间的压密收缩，应在设计荷载下长期量测张拉力与变位量，以便于决定什么时候需要做再拉紧。对于设置在岩层和粗粒土里的锚杆，没有蠕变问题。但对于设置在软土里的锚杆，必需做蠕变试验，判定可能发生的蠕变变形是否在容许范围内。
2.6.2 土钉试验
土钉试验的内容和方法基本与锚杆试验相同。2.7习题基坑深8m，坑外地下水在地面下1m，坑内地下水在坑底面，坑边满布地面超载q=20kN/m2。地下水位以上γ=18kN/m3，不固结不排水抗剪强度指标c=25kPa、不固结不排水抗剪强度指标c=20kPa、=12º(有效应力抗剪强度桩中心距1000mm，锚杆位于地面下3m。=14º；地下水位以下sat=20kN/m3指标c′=23kPa、′=13º；假设地下水位上、下为均一粘性土，采用水土合算法的荷载)。设计钢筋混凝土桩桩身直径d=800mm，。
(1)求支护结构的荷载分布；(2)用等值梁法求桩的设计嵌入深度、Mmax；(3)验算支护结构的抗倾覆稳定；(4)u=0.4，验算支护结构的抗水平推移稳定；(5)设计土锚的钢筋截面积、锚固段长、自由段长(深部破裂验算选作，δ=0)，土锚的倾角13°、间距=2桩距，钢绞线fpy=1170MPa，γ0=1，frb=50kPa，fb=2.95MPa。
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