《地下結(jié)構(gòu)工程》PPT課件.ppt

,地 下 結(jié) 構(gòu) 工 程,第01章,1. 緒論,地下結(jié)構(gòu)的定義：保留上部地層（山體或土層）的前提下，在開(kāi)挖出能提供某種用途的地下空間內(nèi)修建的結(jié)構(gòu)物，統(tǒng)稱為地下結(jié)構(gòu)。 地下工程分類 ：交通隧道，水工隧洞、礦山巷道、地下倉(cāng)庫(kù)、地下工廠、地下民用與公共建筑、地下市政工程、人防工程、國(guó)防地下工程。玄武湖隧道.ppt,1.1 地下結(jié)構(gòu)型式,地下結(jié)構(gòu)：水平，傾斜（斜井）豎直（豎井）； 水平坑道埋置深度的不同，又分成淺埋和深埋兩種。 結(jié)構(gòu)型式首先由受力條件來(lái)控制，即在一定地質(zhì)條件的土水壓力下和一定的爆炸與地震等動(dòng)載下求出最合理和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)型式。圖 結(jié)構(gòu)型式也受使用要求的制約； 施工方案是決定地下結(jié)構(gòu)型式的重要因素之一。,返回,圖1-1 地下結(jié)構(gòu)型式,北京地鐵王府井車站,廣州地鐵東（山口）楊（箕）區(qū)間隧道,綜合地質(zhì)、使用、施工三因素，地下結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的型式有以下幾種：go,地下結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的型式有以下幾種 （1） 附建式結(jié)構(gòu) 圖 （2） 淺埋式結(jié)構(gòu)圖 （3） 地道式結(jié)構(gòu)圖 （4） 沉井法結(jié)構(gòu) （5） 盾構(gòu)法結(jié)構(gòu)圖 （6） 連續(xù)墻結(jié)構(gòu) 圖 （7） 頂管結(jié)構(gòu)圖 （8） 沉管法結(jié)構(gòu)圖,圖1-2 附建結(jié)構(gòu) exit,圖1-3 淺埋式結(jié)構(gòu)exit,圖1-4 地道式結(jié)構(gòu) 圖1-5 沉井 exit,圖1-6 盾構(gòu)exit,圖1-7 地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)exit,圖1-8 頂管exit,圖1-9 沉管exit,1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容,設(shè)計(jì)分工藝設(shè)計(jì)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、防護(hù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)等。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作一般分初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。,初步設(shè)計(jì)的內(nèi)容,（1） 工程防護(hù)等級(jí)，三防要求與動(dòng)載標(biāo)準(zhǔn)的確定； （2） 確定埋置深度與施工方法； （3） 草算荷載值； （4） 選擇建筑材料； （5） 選定結(jié)構(gòu)型式和布置； （6） 估算結(jié)構(gòu)跨度、高度、頂?shù)装寮斑厜穸鹊戎饕叽纾?（7） 繪制初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖； （8） 估算工程材料數(shù)量及財(cái)務(wù)概算。,技術(shù)設(shè)計(jì),主要是解決結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定、抗裂性等問(wèn)題，并提供施工時(shí)結(jié)構(gòu)各部件的具體細(xì)節(jié)尺寸及連接大樣。 （1） 計(jì)算荷載： （2） 計(jì)算簡(jiǎn)圖： （3） 內(nèi)力分析： （4） 內(nèi)力組合： （5） 配筋設(shè)計(jì)： (6） 繪制結(jié)構(gòu)施工詳圖： （7） 材料、工程數(shù)量和工程財(cái)務(wù)預(yù)算。,1.3 計(jì)算原則,1） 使用規(guī)范 2） 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：確定地下建筑物的荷載、建筑材料的選用、允許考慮由塑性變形引起的內(nèi)力重分布、截面計(jì)算原則、材料強(qiáng)度指標(biāo) 3） 計(jì)算理論 （1）計(jì)算原理：較多地應(yīng)用以文克爾假定的基礎(chǔ)局部變形理論以及以彈性理論為基礎(chǔ)的共同變形理論。說(shuō)明 （ 2）計(jì)算方法：一般結(jié)構(gòu)力學(xué)法，彈性地基梁法，矩陣分析法。,彈性抗力限制了結(jié)構(gòu)的變形，故改善了結(jié)構(gòu)的受力情況， 如圖1-10所示。exit,1.4 本課程的內(nèi)容和任務(wù),本課程是土木工程的一門專業(yè)課。 獲得地下結(jié)構(gòu)工程的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握地下結(jié)構(gòu)工程的技術(shù)性能，應(yīng)用方法及其施工工藝；,本書(shū)將對(duì)各種常見(jiàn)的地下結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行授課： 大開(kāi)挖基坑、深基坑工程、 淺埋式結(jié)構(gòu)、沉井結(jié)構(gòu)、 新奧法隧道、盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)、沉管結(jié)構(gòu)、頂管結(jié)構(gòu) 數(shù)值計(jì)算方法、環(huán)境保護(hù),學(xué)習(xí)方法和考試,先前的基礎(chǔ)學(xué)科需良好掌握； 以理解為主，勤于觀察，理論聯(lián)系實(shí)際； 考試成績(jī)組成：平時(shí)成績(jī)15，卷面成績(jī)85。,本節(jié)要點(diǎn),常見(jiàn)地下結(jié)構(gòu)型式及使用范圍;計(jì)算原則和計(jì)算方法；,2.大開(kāi)挖基坑工程,定義:大開(kāi)挖基坑工程是指不采用支撐而 采用直立或放坡施工進(jìn)行開(kāi)挖的基坑工程；由于其費(fèi)用低，工期短，是首先要考慮的開(kāi)挖方式。,前提,21 豎直開(kāi)挖,適用于開(kāi)挖深度不大、無(wú)地下水、基坑土質(zhì)條件較好的場(chǎng)地。 豎直開(kāi)挖時(shí)坑壁自然穩(wěn)定的最大臨界深度可按下式估算：,Ka主動(dòng)土壓力系數(shù)； 當(dāng)基坑側(cè)壁的頂部地表面與水平面夾角=0時(shí)， Ka=tg2（45- ）； 當(dāng) 0時(shí)，采用朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)， 為坑壁土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值。 宜采用1.21.5的安全系數(shù)； 當(dāng)基坑附近有超載時(shí)，應(yīng)重新驗(yàn)算；當(dāng)坑壁因吸水或失水等原因，一旦形成裂縫時(shí)，公式不成立；對(duì)黃土及具有裂隙的脹縮性土，該式不適用。,無(wú)地下水時(shí)直立開(kāi)槽的允許高度 表2-1,22 放坡開(kāi)挖 221 散坡開(kāi)挖分類,（1） 無(wú)地下水的一般放坡開(kāi)挖 適用于地下水在開(kāi)挖深度以下 。 （2） 明溝排水放坡開(kāi)挖 適用于地下水為潛水型、涌水量較小、坑壁土及坑底土不會(huì)產(chǎn)生流砂、管涌、基坑突涌的場(chǎng)地條件。 （3） 井點(diǎn)降水放坡開(kāi)挖 地下水埋深較淺、基坑開(kāi)挖較深可能產(chǎn)生流砂、管涌、基坑突涌等不良現(xiàn)象時(shí)，可采用井點(diǎn)降水放坡開(kāi)挖。 特別注意降水對(duì)附近建筑設(shè)施產(chǎn)生的不良影響。,222 放坡開(kāi)挖坡度確定con,（1）查表法表 （2） Taylor法圖 （3）條分法圖,（1）查表法exit,(2). Taylor法exit,邊坡的臨界高度由下式確定：例題.doc,采用陳惠發(fā)（美，肯塔基州大學(xué)，1980 (3)條分法exit,2.3 基坑邊坡失穩(wěn)的防止措施,（1）邊坡修坡圖2-3 （2）設(shè)置邊坡護(hù)面圖24 （3）邊坡坡腳抗滑加固圖25 (設(shè)置抗滑樁，旋噴樁，分層注漿法，深層攪拌樁)。con,圖2-3 邊坡修坡,（a）坡頂卸土； （b）坡度減??； (c) 臺(tái)階放坡exit,圖2-4 設(shè)置邊坡護(hù)面exit,圖2-5 基坑邊坡坡腳抗滑加固 exit,24 地下水的處理,241 地下水流的基本性質(zhì) 水力坡度:以I表示，I=（H1-H2）/L， I=1時(shí)的滲透速度稱為土的滲透系數(shù)K，常用m/d、m/s等表示. 動(dòng)水壓力: （kN/m3） 動(dòng)水壓力F等于或大于土的有效重度時(shí)，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，土的抗剪強(qiáng)度等于零，土顆粒將隨著滲流的水一起流動(dòng)，即所謂“流砂”。,242 地下水處理方法,歸結(jié)成兩種： 一種是降水； 第二種是止水防水帷幕。 降水的方法有集水井降水和井點(diǎn)降水兩類 。 井點(diǎn)降水法有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)和電滲井點(diǎn) 、管井井點(diǎn)和深井泵等。,當(dāng)土的滲透系數(shù)K5m/d時(shí)，宜用輕型井點(diǎn)和噴射井點(diǎn)； 當(dāng)K520m/d時(shí),除上述方法外,還可選用管井井點(diǎn)； 當(dāng)K0.1m/d時(shí)，因土的滲透性很差，可在輕型井點(diǎn)管的內(nèi)圈增設(shè)由鋼管或鋼筋做成的電極，通以直流電，促使地下水加速向井點(diǎn)滲透（這種方法稱為電滲井點(diǎn)法）。,井點(diǎn)降水方法優(yōu)先用參考表 表2-3,電滲井點(diǎn)布置示意圖 噴射井點(diǎn)工作示意圖,管井井點(diǎn)就是沿開(kāi)挖的基坑，每隔2050m設(shè) 置一個(gè)管井，每個(gè)管井單獨(dú)用一臺(tái)水泵抽水， 適用于K=20200m/d，即地下水量大的土層中， 此法可降低地下水位510m。,在城市中由于深基坑降水，總會(huì)引起地面沉陷，影響鄰近建筑物和管線。回灌井點(diǎn)方法 可以使地表沉陷減少2/3； 因此，采用特定的支護(hù)結(jié)構(gòu)，既擋土，又止水，形成防水帷幕為較好選擇，但造價(jià)較高。 防水帷幕常用鉆孔壓漿成樁法、地下連續(xù)墻、板樁、深層攪拌樁墻。,本講要點(diǎn),重點(diǎn)掌握豎直開(kāi)挖、放坡開(kāi)挖的計(jì)算方法； 了解邊坡失穩(wěn)的防止措施；,地 下 結(jié) 構(gòu) 工 程,第03章,3深基坑工程,概述：大量的深基坑工程伴隨著城市高層建筑的發(fā)展大量出現(xiàn)。 國(guó)外，圓形基坑的深度已達(dá)74m(日本)，直徑最大的達(dá)98m(日本)，而非圓形基坑的深度已達(dá)到地下層（法國(guó)）。 國(guó)內(nèi)，上海88層的金茂大廈，基坑平面尺寸為170m150m，基坑開(kāi)挖深度達(dá)19.5m。上海的匯京廣場(chǎng)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與相鄰建筑最近的距離僅40cm。而無(wú)支撐基坑的開(kāi)挖深度也已達(dá)到了9m。,兩個(gè)功能：一是擋土；二是止水。 基坑支護(hù)分兩類： 支護(hù)型將支護(hù)墻（排樁）作為主要受力構(gòu)件； 支護(hù)型基坑支護(hù)包括板樁墻、排樁、地下連續(xù)墻等。 在基坑較淺時(shí)可不設(shè)支撐，成懸臂式結(jié)構(gòu)； 當(dāng)基坑較深或?qū)χ車孛孀冃螄?yán)格限制時(shí)，應(yīng)設(shè)水平或斜向支撐，或錨定系統(tǒng)；形成空間力系是發(fā)展方向。,加固型充分利用加固土體的強(qiáng)度。 加固型包括水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、注漿和樹(shù)根樁等。,基坑側(cè)壁安全等級(jí)及重要性系數(shù),3.1 結(jié)構(gòu)方案及選擇3.1.1 結(jié)構(gòu)類型,支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及其適用范圍 表3-1,圖31板樁,圖3-2 組合擋土壁,圖3-3 單排與雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu),圖3-4 接頭管接頭的施工程序 a) 開(kāi)挖槽段； b) 吊放接頭管和鋼筋籠； c) 澆筑砼； d) 拔出接頭管； e) 形成接頭,3.1.2 支撐體系,支撐體系是用來(lái)支擋圍護(hù)墻體，承受墻背側(cè)土層及地面超載在圍護(hù)墻上的側(cè)壓力。 支撐體系是由支撐、圍檁、立柱三部分組成。,3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用 3.2.1 土壓力,主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的產(chǎn)生，前提條件是支護(hù)結(jié)構(gòu)存在位移； 當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)沒(méi)有位移時(shí)，則土對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力為靜止土壓力。 土壓力的分布與支點(diǎn)的設(shè)置及其數(shù)量都有關(guān)系；懸臂支護(hù)樁土壓力的實(shí)測(cè)值與按朗肯公式計(jì)算值的對(duì)比，非挖土側(cè)實(shí)測(cè)土壓力小于朗肯主動(dòng)土壓力，即計(jì)算結(jié)果偏大。,圖3-5 懸臂支護(hù)樁土壓力分布,圖3-6 芝加哥深基坑土壓力實(shí)測(cè)圖 圖3-7 柏林地道工程土壓力實(shí)測(cè)圖,土的內(nèi)聚力C、內(nèi)摩擦角值可根據(jù)下列規(guī)定適當(dāng)調(diào)整： 在井點(diǎn)降低地下水范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)孛嬗信潘头罎B措施時(shí)，值可提高20%； 在井點(diǎn)降水土體固結(jié)的條件下，可考慮土與支護(hù)結(jié)構(gòu)間側(cè)摩阻力影響，將土的內(nèi)聚力c提高20%。,土壓力計(jì)算公式exit,主動(dòng)土壓力： 被動(dòng)土壓力：,3.2.2 地面附加荷載傳至n層土底面的豎向荷載qn,（1）地面滿布均布荷載q0時(shí)，任何土層底面處： （2）離開(kāi)擋土結(jié)構(gòu)距離為a時(shí),(3)作用在面積為 與擋土結(jié)構(gòu)平行）的地面荷載，離開(kāi)擋土結(jié)構(gòu)距離時(shí)。,3.2.3 水壓力,水壓力，主要根據(jù)土質(zhì)情況確定如何考慮水壓力的問(wèn)題 。 對(duì)于粘性土，土壤的透水性較差，此粘性土產(chǎn)生的側(cè)向壓力可采用水土合算的方法，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力與水壓力之和乘以側(cè)壓力系數(shù)。 對(duì)于砂性土，采用水土分算，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力乘以側(cè)壓力系數(shù)與該深度處水壓力之和。,對(duì)比,砂土簡(jiǎn)化計(jì)算，將水壓力與土壓力分別計(jì)算，并把水看作是： 主動(dòng)壓力=靜止壓力=被動(dòng)壓力= h,3.3 排樁、地下連續(xù)墻,計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力 并確定計(jì)算簡(jiǎn)圖，確定嵌固深度、內(nèi)力計(jì)算； 支護(hù)樁或墻的截面設(shè)計(jì)以及壓頂梁的設(shè)計(jì)等。,3.3.1 懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)圖,根據(jù)朗肯-庫(kù)倫土壓力理論分層計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力； 在此基礎(chǔ)上確定圖3-10所示的計(jì)算簡(jiǎn)圖。圖 據(jù)此簡(jiǎn)圖求出嵌固深度hd; 最大彎矩截面位置及最大彎矩值； 進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)或承載力計(jì)算； 計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端位移。,懸臂exit,計(jì)算簡(jiǎn)圖,據(jù)此求出嵌固深度hd,配筋和撓度計(jì)算,地質(zhì)條件或其它影響因素較為復(fù)雜時(shí)，也可按最大彎矩?cái)嗝娴呐浣钬炌ㄈL(zhǎng)。 配筋應(yīng)滿足下式條件： 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端的水平位移值,y剪力為零處即D點(diǎn)至基坑底的距離； 懸臂梁上段結(jié)構(gòu)柔性變形值,下段結(jié)構(gòu)在彎矩Mmax作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角,下段結(jié)構(gòu)在彎矩Mmax作用下在D點(diǎn)產(chǎn)生的水平位移,上段結(jié)構(gòu)柔性變形 下段結(jié)構(gòu)在作用下,3.3.2 單層支撐支護(hù)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)圖,計(jì)算方法是“等值梁法”。 等值梁法的關(guān)鍵是如何確定反彎點(diǎn)的位置。 對(duì)單錨或單撐支護(hù)結(jié)構(gòu)，地面以下土壓力為零的位置，即主動(dòng)土壓力等于被動(dòng)土壓力的位置，與反彎點(diǎn)位置較接近 。,圖exit,用等值梁法計(jì)算 單錨、單支支護(hù)結(jié)構(gòu)：,圖3-15 單層支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu) 深度計(jì)算簡(jiǎn)圖,（3）支點(diǎn)力TC1 可按下式計(jì)算： 等值梁法，對(duì)反彎點(diǎn)：,（1）計(jì)算土壓力 （2）基坑底面以下支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)定彎矩零點(diǎn)位置,（4）,嵌固深度Hd 設(shè)計(jì)值可按 下式確定:,（5）計(jì)算內(nèi)力和配筋,單層支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大彎矩: 發(fā)生在剪力0處，應(yīng)根據(jù)土壓力平衡，求得處的位置y,可得Mmax。 彎矩圖可按靜力平衡條件求得 可以分段配筋，也可以按最大彎矩?cái)嗝嫱ㄩL(zhǎng)配筋 .,3.3.3 多層錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì),1)應(yīng)根據(jù)分層挖土深度與每層錨桿設(shè)置的實(shí)際施工情況分階段分層計(jì)算，這時(shí)假定下層挖土不影響上層錨桿計(jì)算的水平力； 2)多層布置時(shí)，有等彎矩布置和等反力布置兩種模式； 3）懸臂式及單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計(jì)不宜小于 ；多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計(jì)值小于0.2 h時(shí)，宜取 。,抗?jié)B透穩(wěn)定條件:,當(dāng)基坑底為碎石土及砂土、基坑內(nèi)排水且作用有滲透水壓力時(shí)，側(cè)向截水的排樁、地下連續(xù)墻除應(yīng)滿足上述規(guī)定外，嵌固深度設(shè)計(jì)值尚應(yīng)滿足式抗?jié)B透穩(wěn)定條件:,注意事項(xiàng)：,1）排樁、地下連續(xù)墻水平荷載計(jì)算單位；中心距和單位長(zhǎng)度； 2）有支撐變形計(jì)算按彈性支點(diǎn)法計(jì)算，支點(diǎn)剛度系數(shù) 及地基土水平抗力系數(shù)m應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值； 3）支撐體系（含具有一定剛度的冠梁）或其與錨桿混合的支撐體系應(yīng)按支撐體系與排樁、地下連續(xù)墻的空間作用協(xié)同分析方法，計(jì) 算內(nèi)力和變形。,3.4 土層錨桿,土層錨桿是一種埋入土層深部的受拉桿件，它一端與構(gòu)筑物相連，另一端錨固在土層中。,3.4.2 錨桿設(shè)計(jì),1）錨桿承載力計(jì)算 2）錨桿桿體的截面面積,3）錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值,（1）安全等級(jí)為一級(jí)及缺乏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的二級(jí)基坑側(cè)壁，應(yīng)進(jìn)行錨桿的基本試驗(yàn)，受拉抗力分項(xiàng)系數(shù)可取1.3。 （2）基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)且有鄰近工程經(jīng)驗(yàn)時(shí) ：,（3）. 對(duì)于塑性指數(shù)大于17的粘性土層中的錨桿應(yīng)進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)。 （4）錨桿預(yù)加力值（鎖定值）應(yīng)根據(jù)地層條件及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形要求確定，宜取為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值的0.500.65倍。 （5） 自由段計(jì)算長(zhǎng)度,本講要點(diǎn),重點(diǎn)掌握懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法和計(jì)算要點(diǎn)； 重點(diǎn)掌握單錨、單支支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法和計(jì)算要點(diǎn)。 掌握錨桿計(jì)算方法； 理解多層支撐的計(jì)算原則；,3.6 水泥土墻設(shè)計(jì),又稱攪拌樁擋墻 ，利用一種特殊的攪拌頭或鉆頭，鉆進(jìn)地基至一定深度后，噴出固化劑，與地基土強(qiáng)行拌和而形成的加固土樁體。 Mixed-In-Place Method MIP(美國(guó)) Deep Mixing Method (日本) 固化劑采用水泥或石灰； 適用于加固淤泥質(zhì)土、粘土； 國(guó)外最大深度60m ，國(guó)內(nèi)1218m； 特點(diǎn)：施工無(wú)震動(dòng)、噪音、無(wú)廢水泥漿； 坑內(nèi)無(wú)需支撐拉錨，優(yōu)良的抗?jié)B特性。 支擋高度，國(guó)內(nèi)最深9m;,水泥墻的結(jié)構(gòu)形式,擋墻寬度為0.60.8開(kāi)挖深度，樁長(zhǎng)為開(kāi)挖深度的1.8-2.2倍。,3.6.1 土壓力計(jì)算 計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力 3.6.2 抗傾覆計(jì)算 3.6.3 抗滑移計(jì)算 3.6.4 墻身應(yīng)力驗(yàn)算 3.6.5 整體穩(wěn)定計(jì)算 一般情況下，使墻體強(qiáng)度不成為設(shè)計(jì)的控制條件，而以結(jié)構(gòu)和邊坡的整體穩(wěn)定控制設(shè)計(jì)。,1.土壓力計(jì)算,墻后主動(dòng)土壓力,墻前被動(dòng)土壓力,2 抗傾覆計(jì)算 圖,按重力式擋墻計(jì)算墻體繞前趾A的抗傾覆安全系數(shù) ，不小于(1.01.1).,3 抗滑移計(jì)算,按重力式擋墻計(jì)算墻體沿底面滑動(dòng)的安全系數(shù)：,4.墻身應(yīng)力驗(yàn)算,墻體所驗(yàn)算截面處的法向應(yīng)力 剪應(yīng)力按下式進(jìn)行 ：,5 整體穩(wěn)定計(jì)算k= 1.25,整體穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，將滑動(dòng)土體與攪拌樁擋墻視為一個(gè)整體考慮(常選在墻底下0.51.0米處)，采用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算圖 ：,構(gòu)造要求,格柵布置時(shí)，水泥土的置換率對(duì)于淤泥不宜小于0.8，淤泥質(zhì)土不宜小于0.7，一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格柵長(zhǎng)寬比不宜大于2 ； 樁與樁之間的搭接寬度 ：考慮截水作用時(shí)，樁的有效搭接寬度不宜小于150mm；當(dāng)不考慮截水作用時(shí)，搭接寬度不宜小于100mm。 不能滿足要求時(shí)，宜采用基坑內(nèi)側(cè)土體加固或水泥土墻插筋、加混凝土面板及加大嵌固深度等措施。 攪拌樁擋墻設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例（詳見(jiàn)教材),3.7 土釘墻,土釘墻由被加固土體、放置在土中的土釘體和噴射砼面板組成，形成一個(gè)以土擋土的重力式擋土墻。 土釘墻自上而下施工，步步為營(yíng)，土釘墻是靠土釘?shù)南嗷プ饔眯纬蓮?fù)合整體作用。 土層錨桿的失效影響較大，不應(yīng)用于沒(méi)有臨時(shí)自穩(wěn)能力的淤泥、飽和軟弱土層。,圖3-32 土釘墻應(yīng)用領(lǐng)域 a) 托換基礎(chǔ); b) 豎井的擋墻; c) 斜面的擋土墻 d) 斜面穩(wěn)定; e) 和錨桿并用的斜面防護(hù),1 土釘受拉承載力計(jì)算,受拉承載力,受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值,荷載折減系數(shù),2 土釘墻承載力計(jì)算,采用簡(jiǎn)化圓弧滑動(dòng)條分法,3 構(gòu) 造,土釘墻墻面坡度不宜大于1：0.1； 噴射混凝土面層宜配置鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑宜為610mm，間距宜為150300mm； 噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20，面層厚度不宜小于80mm； 土釘鋼筋宜采用、級(jí)鋼筋，鋼筋直徑宜為1632mm，鉆孔直徑宜為70120mm；,本講要點(diǎn),重點(diǎn)掌握水泥土擋墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 荷載、強(qiáng)度、穩(wěn)定（傾覆、滑動(dòng)、整穩(wěn)） 土釘墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：土釘承載力和整穩(wěn),3.8 SMW,SMW擋土墻是先施工水泥土擋墻，最后按一定的形式在其中插入型鋼（如H鋼），即形成一種勁性復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)。： 止水好，剛度大，構(gòu)造簡(jiǎn)單，型鋼插入深度一般小于攪拌深度，型鋼可回收重復(fù)使用，成本較低。 SMW適宜的基坑深度為610m，國(guó)外開(kāi)挖深度已達(dá)20m。 要求型鋼間距不能過(guò)大，保證水泥土的強(qiáng)度由受剪，受壓控制。,（a）全位“滿堂”；（b）全位“1隔1” （c）全位“1隔2”；（d）半位“滿堂”；（e）半位“1隔1”,1型鋼凈間距的確定,保證型鋼間的水泥土在側(cè)向水土壓力作用下不產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,2.水泥土強(qiáng)度校核,“連續(xù)”截面剪力,型鋼“間隔”布置,驗(yàn)算拱的軸力強(qiáng)度,3.9 逆作拱墻,在基坑四周場(chǎng)地都允許起拱的條件下（基坑各邊長(zhǎng)L的起拱矢高 ），可以采用閉合的水平拱圈來(lái)支擋土壓力以圍護(hù)基坑的穩(wěn)定，采用閉合的水平拱圈來(lái)支擋土壓力以圍護(hù)基坑的穩(wěn)定 ； 拱結(jié)構(gòu)是以受壓力為主，能更好地發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度高的材料特性，而且拱圈支擋高度只需在坑底以上,這個(gè)閉合拱圈可以由幾條二次曲線圍成的組合拱圈（曲率不連續(xù)），也可以是一個(gè)完整的橢圓或蛋形拱圈（曲率連續(xù)）。 安全可靠，每道拱圈分別承受該道拱圈高度內(nèi)的壓力，不相互影響； 節(jié)省工期，施工方便； 節(jié)省擋土費(fèi)用，用拱圈支護(hù)的費(fèi)用僅為用擋土樁的40%60%。而且，基坑越深，經(jīng)濟(jì)效益越顯著。,1.截面形狀,2.拱墻計(jì)算,逆作拱墻結(jié)構(gòu)型式根據(jù)基坑平面形狀可采用全封閉拱墻，也可采用局部拱墻，拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/8，基坑開(kāi)挖深度h不宜大于12m。 當(dāng)基坑開(kāi)挖深度范圍或基坑底土層為砂土?xí)r，應(yīng)按抗?jié)B透條件驗(yàn)算土層穩(wěn)定性 ； 當(dāng)基底土層為粘性土?xí)r，基坑開(kāi)挖深度滿足下列抗隆起驗(yàn)算條件：,均布荷載作用下，圓形閉合拱墻結(jié)構(gòu)軸向 壓力設(shè)計(jì)值 應(yīng)按下式計(jì)算：,圓拱的外圈半徑； 拱墻分道計(jì)算高度 在分道高度范圍內(nèi)的基坑外側(cè)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值的平均值。,3 構(gòu)造,混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C25 ； 拱墻截面宜為Z字型，拱壁的上、下端宜加肋梁； 當(dāng)基坑較深且一道Z字型拱墻的支護(hù)高度不夠時(shí)，可由數(shù)道拱墻疊合組成； 肋梁，其豎向間距不宜大于2.5m。 圓形拱墻壁厚不應(yīng)小于400mm，其他拱墻壁厚不應(yīng)小于500mm。,3.10 逆作法施工,深地下室的常規(guī)施工是通過(guò)臨時(shí)支護(hù)基坑坑壁，開(kāi)挖至預(yù)定深度后，澆底板并由下而上施工各層地下室結(jié)構(gòu)，待地下室完工后，再逐層進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)的施工。 利用地下連續(xù)墻采用逆作法施工較深的多層地下室，成為發(fā)展的方向，這已在國(guó)內(nèi)外到得了顯著的效果。,逆作法施工工藝是先沿建筑物外圍施工地下連續(xù)墻，作為地下室的邊墻或基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。 在建筑物內(nèi)部的澆筑中間支承柱，開(kāi)挖土方至第一層地下室底面標(biāo)高，澆注梁及部分的板，該層樓蓋即可作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐系統(tǒng)。然后在梁間沒(méi)有澆板的空檔內(nèi)，向下逐層施工各層地下室結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，在已完成底面梁板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，做上部結(jié)構(gòu)。 地下室封底前，地面上允許施工的層數(shù)要通過(guò)計(jì)算確定。,日本讀賣新聞社大樓 逆作法施工,地上層，地下層，總工期只用了個(gè)月， 比常規(guī)方法縮短了個(gè)月。該工程用2.0m大直 徑鉆孔灌注樁作為中間支承柱，m,共 用根。,逆作法的優(yōu)點(diǎn)：,地下主體結(jié)構(gòu)的梁、板、柱作為擋土墻的橫向支撐； 大幅度縮短工期； 逆作法只開(kāi)挖有效范圍內(nèi)的土方量，減少了大量的土方量； 安全性好，且基本上不受氣候所左右。,不足：,封閉狀態(tài)下的環(huán)境進(jìn)行施工，作業(yè)環(huán)境較差；大型機(jī)械設(shè)備難于進(jìn)場(chǎng)； 地下結(jié)構(gòu)中墻柱的混凝土接搭質(zhì)量較難控制 ； 控制導(dǎo)柱的垂直度和承載力較難； 逆作法側(cè)向剛度較封閉式的小，施工中應(yīng)采取措施，防止一側(cè)連續(xù)墻的過(guò)大變形。,立柱,立柱在逆作施工中具有無(wú)法取代的重要性，立柱設(shè)計(jì)和計(jì)算，為逆作法設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： 1) 立柱位置的設(shè)置 2）立柱負(fù)擔(dān)荷載的計(jì)算 3）允許應(yīng)力的決定 ）立柱樁的設(shè)計(jì)按灌注樁進(jìn)行。 ）上部結(jié)構(gòu)體加固設(shè)計(jì) ）立柱的設(shè)計(jì) ）柱腳根部插入部分的設(shè)計(jì)。,逆作法施工，以地面層的梁板結(jié)構(gòu)是封閉還是敞開(kāi)分為“封閉式逆作法”和“開(kāi)敞式逆作法” 。 我國(guó)第一個(gè)按“封閉式逆作法”施工的試點(diǎn)工程是上海基礎(chǔ)工程科研樓，地上層，地下層。 另一個(gè)為上海電信大樓地下室工程采用了“開(kāi)敝式逆作法”旋工（該工程地下層，地上17層），在南京夫子廟地下商場(chǎng)也采用過(guò)該方法施工。,本講要點(diǎn),掌握SMW方法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)； 了解逆作拱墻的設(shè)計(jì)過(guò)程； 了解逆作法施工。,地 下 結(jié) 構(gòu) 工 程,第04章,上一章要點(diǎn),懸臂支護(hù)、單撐單錨支護(hù)、土層錨桿、 水泥擋土墻、土釘墻、SMW方法、逆作拱墻的設(shè)計(jì)過(guò)程； 了解逆作法施工。,第4章 新奧法與錨噴支護(hù),4.1 概述 4.1.1 新奧法簡(jiǎn)介 奧地利學(xué)者L.V.Rabcewicz二十世紀(jì)60年代出提出了“新奧地利隧道施工法” 。 New Austrian Tunnelling Method簡(jiǎn)稱為“新奧法”（NATM）。 “歐洲隧道掘進(jìn)法”或“收斂約束法”（Convergence Confinement Method）。 新奧法 ：圍巖本身具有“自承”能力，若采用正確的設(shè)計(jì)施工方法，最大限度地發(fā)揮這種自承能力，即可以使得經(jīng)濟(jì)效果達(dá)到最佳 。,要點(diǎn),盡可能不擾動(dòng)周邊圍巖，開(kāi)挖之后及時(shí)進(jìn)行一次支護(hù)，然后視需要進(jìn)行二次支護(hù)。 支護(hù)都是柔性的，以適應(yīng)圍巖的變形。 目前采用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)類比的方法做預(yù)設(shè)計(jì)，再在施工過(guò)程中不斷監(jiān)測(cè)圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變狀況，按其發(fā)展規(guī)律來(lái)調(diào)整支護(hù)措施。,適用條件及要求,深埋、淺埋、中等埋深 均可； 勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、控制各環(huán)節(jié)密切配合； 盡可能地發(fā)揮圍巖的自承作用 ，采用控制爆破（光面爆破、預(yù)裂爆破）。,新奧法的優(yōu)點(diǎn),（1）經(jīng)濟(jì)、快速。 若以面積A為100，設(shè)計(jì)襯砌量B和超挖量的面積C。可以看出，由于采用控制爆破、柔性 薄襯砌，新奧法的開(kāi)挖量為老方法的73（110/151），襯砌量為老方法的20。此外，還可省去全部木模和40以上的混凝土，降低支護(hù)成本30以上 2）安全、適應(yīng)性強(qiáng),表4-1 老方法與新奧法 工程量對(duì)比,新奧法的主要原則,（1）圍巖是洞室的主要承載結(jié)構(gòu)，而不是單純的荷載，它具有一定的自承能力。 （2）盡量保持圍巖原有的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度； （3）盡可能作到適時(shí)支護(hù)。 （4）支護(hù)本身應(yīng)具有薄、柔、與圍巖密貼和早強(qiáng)等特性，支護(hù)施工應(yīng)及時(shí)快速，使圍巖盡快封閉而處于三向受力狀態(tài)。 （5）洞室盡可能為圓形斷面，或由光滑曲線連接而形成的斷面，以避免應(yīng)力集中。 （6）良好的施工組織和施工人員的良好素質(zhì)對(duì)洞室結(jié)構(gòu)施工的安全、經(jīng)濟(jì)非常重要。,4.1.2 錨噴支護(hù)簡(jiǎn)介,錨噴支護(hù)（Shotcrete and Bolting）是采用噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、錨桿噴射混凝土或錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等在毛洞開(kāi)挖后及時(shí)地對(duì)地層進(jìn)行加固的結(jié)構(gòu)。,1）錨噴支護(hù)的優(yōu)點(diǎn),節(jié)省、加快施工進(jìn)度； 符合巖體力學(xué)原理的積極支護(hù)方法 ； 柔性好，它能與圍巖變形一致，從而與之構(gòu)成一個(gè)共同工作的承載體系 ； 錨噴支護(hù)技術(shù)不再把圍巖僅僅視作荷載（松散壓力），同時(shí)還把它視為承載結(jié)構(gòu)的組成部分。錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)承受荷載的性質(zhì)為圍巖的形變壓力。,2）錨噴支護(hù)的適用條件及要求,配合光面爆破等控制爆破技術(shù)，使開(kāi)挖斷面輪廓平整、準(zhǔn)確，便于錨噴成型，并減少回彈量； 減輕爆破對(duì)圍巖的松動(dòng)破壞，維持圍巖強(qiáng)度和自承能力。,4.1.3 新奧法與錨噴支護(hù),不能將新奧法等同于錨噴支護(hù)； 既有密切聯(lián)系又有原則區(qū)別； 錨噴支護(hù)的快速有效的支護(hù)施工手段，才有可能使新奧法的基本原則得以實(shí)現(xiàn)。 不把圍巖看成自承結(jié)構(gòu)，不充分發(fā)揮圍巖本身的作用，即使大量采用錨噴支護(hù)，也不能認(rèn)為是應(yīng)用了新奧法。,4.2 隧道圍巖壓力的確定,4.2.1 圍巖壓力 開(kāi)挖隧道使圍巖原有的平衡狀態(tài)破壞了，對(duì)隧道周圍一定范圍內(nèi)的圍巖產(chǎn)生了不同程度的擾動(dòng)。 支護(hù)結(jié)構(gòu)要阻止圍巖的移動(dòng)、變形，支護(hù)結(jié)構(gòu)就必然要受到圍巖所施加的力，即圍巖壓力 。,初始應(yīng)力,平衡狀態(tài)下的三向應(yīng)力 ：,隧道開(kāi)挖前后的變化,硬巖及軟巖在隧道開(kāi)挖后應(yīng)力重新分布 范圍的大小與地質(zhì)條件有關(guān)，一般為隧道開(kāi)挖跨度的 0.52.5倍。,在堅(jiān)硬、完整巖體中，由于巖體強(qiáng)度高，影響范圍小，巖體能承受周邊急劇增大的應(yīng)力，可使隧道保持穩(wěn)定，一般只有彈性變形而不會(huì)破壞； 而在松軟、破碎巖體中，由于巖體不能承受增大的應(yīng)力，在一定范圍內(nèi)的巖石就要松動(dòng)、破壞并向隧道內(nèi)坍塌。 圍巖壓力類型有垂直壓力、側(cè)壓力和底壓力，,4.2.2 隧道圍巖壓力的確定,1）深埋隧道圍巖壓力的確定 i為每增減1m時(shí)的圍巖壓力增減率。以B5.0m的圍巖垂直均布?jí)毫闇?zhǔn)，當(dāng)B5.0m時(shí)，取i0.2；當(dāng)B5.015.0m時(shí)，取i0.1。,圍巖類別 s,VI :呈巨塊狀整體結(jié)構(gòu)硬質(zhì)巖石, Rb60MPa V :呈大塊狀砌體結(jié)構(gòu)硬質(zhì)巖石, Rb30MPa IV :呈塊（石）碎（石）狀鑲嵌結(jié)構(gòu) III :略具壓密或成巖作用的粘性土 、砂性土 II :濕的一般碎、卵石土，圓礫、角礫土及黃土 I：軟塑狀粘性土及潮濕的粉細(xì)砂等,表4-3 各類圍巖的重度,注：對(duì)類圍巖的老黃土采用16.717.6kN/m3； 對(duì)類圍巖的新黃土采用14.7kN/m3。,表4-4 圍巖水平均布?jí)毫,必須同時(shí)具備下列條件：,（1）H/B1.7，H為隧道開(kāi)挖高度，B為隧道開(kāi)挖寬度。 （2）不產(chǎn)生膨脹力的圍巖及偏壓不顯著的隧道； （3）采用鉆爆法施工的隧道。,2）淺埋隧道圍巖壓力的確定,按荷載等效高度的判定式為： 在新奧法施工的條件下，類圍巖取 ，類圍巖 。,（1）埋深H小于或等于荷載等效高度hq,圍巖壓力完全由上覆巖（土）柱的重力產(chǎn)生，視為均布時(shí)，垂直壓力和水平壓力為：,（2）埋深H大于hq、小于Hp,在這種情況下，隧道上覆土體下滑時(shí)要考慮滑面阻力的影響，否則計(jì)算出的壓力值過(guò)大。,本講要點(diǎn),理解新奧法和噴錨支護(hù)的實(shí)質(zhì)與聯(lián)系； 掌握深埋和淺埋隧道圍巖壓力的計(jì)算。,（2）埋深H大于hq、小于Hp,EFHG巖（土）體下沉，帶動(dòng)兩側(cè)三棱土體（如圖中FDB及ECA）下沉受到阻力T， 整個(gè)土體ABDC下沉?xí)r，又要受到未擾動(dòng)巖（土）體的阻力F； AC或BD表示假定的破裂面 與水平成 角；,T未知 三棱體ECA中，受到三個(gè)力：T F W運(yùn)用正弦定理：,極限狀態(tài)下可以求得 破裂面的夾角,總垂直壓力 ： 簡(jiǎn)化為：,豎向均布荷載和水平側(cè)壓力,4.3 錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu),4.3.1 錨噴支護(hù)的設(shè)計(jì)步驟 5個(gè)步驟進(jìn)行： （1）調(diào)查地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，分析圍巖的穩(wěn)定條件； （2）用工程類比方法選擇支護(hù)類型及設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)錨噴支護(hù)進(jìn)行受力分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算，并提出施工注意事項(xiàng)； （3）支護(hù)施工中，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)地質(zhì)情況的變化，及時(shí)修改設(shè)計(jì)參數(shù)，變更施工工序； （4）支護(hù)完成后，分析隧道的穩(wěn)定狀況，對(duì)其長(zhǎng)期穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)。必要時(shí)，可對(duì)支護(hù)變形和應(yīng)力進(jìn)行量測(cè)，包括施工階段的監(jiān)測(cè)； （5）總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)設(shè)計(jì)與施工。掌握巖體變形、坍塌的規(guī)律之后，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間，采用適當(dāng)?shù)霓k法進(jìn)行支護(hù)。,4.3.2 錨噴支護(hù)的受力分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算,影響因素比較復(fù)雜,多種計(jì)算方法,尚處于半經(jīng)驗(yàn)半理論階段 . 錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)； 噴射混凝土支護(hù)；,1）錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu),全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿：普通水泥砂漿錨桿、早強(qiáng)水泥砂漿錨桿、樹(shù)脂卷錨桿和水泥卷錨桿； 端頭錨固型錨桿；機(jī)械錨固錨桿、樹(shù)脂錨固錨桿、快硬水泥卷錨固錨桿； 摩擦型錨桿 ；縫管錨桿、楔管錨桿、水脹錨桿； 預(yù)應(yīng)力錨桿； 自鉆式錨桿。,（1）錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)算,錨桿的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值,錨桿鋼筋截面面積,錨桿抗拉工作條件系數(shù)，永久性錨桿取0.69， 臨時(shí)性錨桿取0.92；,錨桿錨固體與地層的錨固長(zhǎng)度,錨桿鋼筋與錨固砂漿之間的錨固長(zhǎng)度,鋼筋與錨固砂漿之間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（kPa），應(yīng)由試驗(yàn)確定，當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)可按表4-9取值； 鋼筋與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度工作條件系數(shù)，對(duì)永久性錨桿取0.60，對(duì)臨時(shí)性錨桿取0.72。,錨桿支護(hù)可以根據(jù)不同圍巖的巖層產(chǎn)狀和穩(wěn)定狀況靈活進(jìn)行。 其作用原理主要有聯(lián)結(jié)作用、組合作用和整體加固作用。,（2）錨桿的聯(lián)結(jié)作用,用錨桿將它們聯(lián)合起來(lái)，并將錨桿盡可能深入到穩(wěn)定的巖層中，考慮錨桿承擔(dān)全部不穩(wěn)定巖塊的重量。 錨桿承載力計(jì)算,建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB 503302002）規(guī)定：,用錨桿加固局部不穩(wěn)定塊體時(shí)，錨桿抗力應(yīng)滿足下列要求： a.加固受拉破壞的不穩(wěn)定危巖塊體，錨桿抗拉承載力應(yīng)滿足： b.加固受剪破壞的不穩(wěn)定危巖塊體，錨桿抗剪承載力應(yīng)滿足：,錨桿長(zhǎng)度,錨桿總長(zhǎng)度應(yīng)為錨固段、自由段和外錨段的長(zhǎng)度之和，并應(yīng)滿足下列要求： a.錨桿自由段長(zhǎng)度按外錨頭到潛在滑裂面的長(zhǎng)度計(jì)算；預(yù)應(yīng)力錨桿自由段長(zhǎng)度應(yīng)不小于5m，且應(yīng)超過(guò)潛在滑裂面； b.錨桿錨固段長(zhǎng)度應(yīng)按式（4-22）、（4-23）進(jìn)行計(jì)算，并取其中大值 。,構(gòu)造,土層錨桿的錨固段長(zhǎng)度不應(yīng)小于4m，且不宜大于10m； 巖石錨桿的錨固段長(zhǎng)度不應(yīng)小于3m，且不宜大于45D（D為錨固體直徑）和6.5m，或55D和8m（對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索）；,（3）錨桿的組合作用,錨桿的組合作用是依靠錨桿將數(shù)層薄層的巖層組合在一起，形成組合拱或組合梁，以提高巖層整體的抗剪、抗彎的能力 。,錨桿提供的抗剪力、抗拉力，以及錨桿的錨固力使將要滑動(dòng)的巖塊得以穩(wěn)定，阻止層面的互相錯(cuò)動(dòng)。 錨桿應(yīng)按與巖層層面垂直的方向設(shè)置。如對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力，可提高其支護(hù)效果。,（4）錨桿的整體加固作用,通過(guò)有規(guī)律布置的一系列錨桿，將鄰近的巖體聯(lián)結(jié)在一起，能阻止不穩(wěn)定巖石的滑移，促使巖石之間的間隙面壓緊，同時(shí)使隧道四周一定范圍內(nèi)的圍巖組成一個(gè)承載環(huán)。,由于錨桿支護(hù)力的作用，壓縮帶 獲得徑向支護(hù)力，使壓縮帶中的 巖體處在三向受壓狀態(tài)。,砂漿錨桿的加固作用,砂漿錨桿的承載力可用下式表示,當(dāng)圍巖產(chǎn)生位移時(shí)，錨桿單位長(zhǎng)度上的承載力Ps/L1與 的合力阻止圍巖位移的發(fā)展，產(chǎn)生支護(hù)力，并使在錨桿間的圍巖產(chǎn)生壓縮和成拱作用，提高了圍巖強(qiáng)度并縮小了圍巖的承載跨度（等于錨桿間距），從而達(dá)到穩(wěn)定和加固圍巖的目的。,本講要點(diǎn),掌握圍巖壓力的計(jì)算方法； 理解噴錨支護(hù)的概念； 掌握錨桿支護(hù)的作用與計(jì)算方法；,2）噴射混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu),兩個(gè)方面起支護(hù)作用 ： （1）局部穩(wěn)定原理 （2）整體穩(wěn)定原理 噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20；噴射混凝土1d齡期的抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于5MPa。,（1）局部穩(wěn)定原理,噴射混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)及時(shí)封閉巖層表面的節(jié)理、裂隙，填平或緩和表面的凹凸不平，使隧道內(nèi)的輪廓較為平順，從而提高圍巖節(jié)理、裂隙間的粘結(jié)力、摩阻力和抗剪強(qiáng)度，并減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。 噴射混凝土關(guān)鍵是控制冠石，此時(shí)，噴射混凝土需能承受冠石的重量。,噴層對(duì)局部不穩(wěn)定危巖塊體的抗拉承載力應(yīng)按下式驗(yàn)算（沖切）,噴層工作條件系數(shù)，取0.6； ft噴射混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（kPa）； h噴層厚度 ur不穩(wěn)定危巖塊體出露面的周邊長(zhǎng)度,a）按沖切破壞計(jì)算；b）按撕開(kāi)破壞計(jì)算,整體穩(wěn)定原理,噴射混凝土與圍巖表面緊密貼合，形成組合結(jié)構(gòu)共同工作。 一方面在與圍巖共同承載和變形過(guò)程中對(duì)圍巖提供支護(hù)力，使圍巖變形得到控制，應(yīng)力得以調(diào)整； 另一方面承受來(lái)自圍巖變形引起的形變壓力，從而使圍巖保持穩(wěn)定。,3）新奧法中錨噴聯(lián)合支護(hù)的應(yīng)用 （1）新奧法與錨噴支護(hù),較好的圍巖（如類以上圍巖），可以噴射混凝土為主，錨桿加固以輔； 較差的圍巖，則以錨桿，尤其是預(yù)應(yīng)力錨桿作為主要的巖體加固手段，并與噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土或加鋼拱的鋼筋網(wǎng)噴射混凝土配合使用。,施工步驟,新奧法以及時(shí)的錨噴作為臨時(shí)支護(hù)，稱為第一次襯砌。 第一次襯砌可以起到穩(wěn)定圍巖，控制圍巖應(yīng)力和變形，防止圍巖松馳、坍塌等作用。 待其基本穩(wěn)定后，再加做模注混凝土二次襯砌。 原來(lái)的臨時(shí)支護(hù)（錨噴支護(hù)）成為永久襯砌的一個(gè)組成部分。 二次襯砌基本上不承受荷載或承受很小的荷載，主要是為了滿足隧道結(jié)構(gòu)物的安全、耐久、防水和飾面等的需要。,（2）新奧法中支護(hù)與圍巖共同作用的力學(xué)原理,支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理是圍巖和柔性支護(hù)共同變形、破壞的彈塑性理論。 圍巖為均質(zhì)、各向同性的連續(xù)彈塑性體，巖體在塑性變形、剪切破壞后仍有殘余強(qiáng)度；隧道初始應(yīng)力場(chǎng)為自重應(yīng)力場(chǎng)，側(cè)壓力系數(shù)1；隧道斷面形狀為圓形；在一定的埋深條件下，將隧道看作無(wú)限體中的孔洞問(wèn)題。,“莫爾-庫(kù)倫”準(zhǔn)則作為“塑性判據(jù)”,圍巖的彈塑性狀態(tài),1彈塑性狀態(tài)應(yīng)力分布曲線；2彈性狀態(tài)應(yīng)力分布曲線,彈性區(qū)中任一點(diǎn)的應(yīng)力為,彈性區(qū)中任一點(diǎn)的徑向應(yīng)力； 彈性區(qū)中任一點(diǎn)的切向應(yīng)力； r彈性區(qū)中任一點(diǎn)到隧道中心的徑向距離。 P0原巖應(yīng)力,塑性區(qū)中任一點(diǎn)的應(yīng)力公式為,塑性區(qū)中靠近隧道內(nèi)緣的應(yīng)力，因滿足塑性條件而相對(duì)減小，成為“應(yīng)力降低區(qū)”，而最大的應(yīng)力發(fā)生在圍巖中塑性區(qū)與彈性區(qū)的交界面上。,在彈性區(qū)與塑性區(qū)的交界面上（r=R處）,令兩式分別相等，整理后可得： 支護(hù)力pi越小，則圍巖中出現(xiàn)的塑性區(qū)半徑 R越大； 圍巖中出現(xiàn)的塑性區(qū)半徑R越大，則圍巖對(duì)支護(hù)的形變壓力pa（與支護(hù)力pi相平衡）越小。,巖體的原巖應(yīng)力p0越大，則塑性半徑R就越大。 p0反映圍巖強(qiáng)度性質(zhì)的兩個(gè)指標(biāo)，即粘聚力c和內(nèi)摩擦角越小，巖體強(qiáng)度越低，則塑性半徑R就越大。 新奧法柔性支護(hù)理論的出發(fā)點(diǎn)，是設(shè)計(jì)、施工中采取支護(hù)措施時(shí)要積極利用的，以便使支護(hù)受到盡可能小的形變壓力。,隧道周邊的徑向位移u,隧道周邊徑向位移u的大小，主要取決于支護(hù)力pi。當(dāng)pi減小時(shí)，u增大；反之，u減小。 圍巖位移曲線,圍巖位移、支護(hù)特性曲線,隧道開(kāi)挖后，若支護(hù)非常快，且支護(hù)剛度又很大，隧道周邊圍巖沒(méi)有變形或變形很小，圖中A點(diǎn)取得平衡，支護(hù)需提供很大支護(hù)力pmax；圍巖僅負(fù)擔(dān)產(chǎn)生彈性變形u0的壓力 ； 假如平衡位置由A點(diǎn)移至C點(diǎn)、E點(diǎn)，則形變壓力由pmax減至 、。,若隧道開(kāi)挖后不加支護(hù)，或支護(hù)很不及時(shí)，即允許圍巖自由變形。表現(xiàn)為曲線DB。這時(shí)，隧道周邊位移達(dá)到最大值umax，形變壓力pa很小或接近于零。 圍巖已經(jīng)出現(xiàn)松馳、坍塌 ，圍巖對(duì)支護(hù)的壓力就是松散壓力 ，只能按傳統(tǒng)施工方法施作模注混凝土襯砌。,較佳的支護(hù)工作點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在D點(diǎn)以左附近，如圖中E點(diǎn)。在該點(diǎn)上，圍巖既可產(chǎn)生較大的變形 ，以較多地分擔(dān)巖體壓力（ ），而由支護(hù)分擔(dān)的形變壓力較?。?）；,最重要的便是如何掌握好施作時(shí)間（以圍巖的變形來(lái)判斷）和支護(hù)剛度k（支護(hù)特性曲線的斜率）。 兩次支護(hù)： 首先在隧道開(kāi)挖后，及時(shí)地進(jìn)行初期支護(hù)和封閉 ； 通過(guò)對(duì)圍巖變形的監(jiān)測(cè)，掌握隧道周邊圍巖和支護(hù)的變形情況，待變形基本趨于穩(wěn)定時(shí)，即達(dá)到圖中i點(diǎn)附近時(shí)，再進(jìn)行第二次支護(hù)。,如作內(nèi)層二次襯砌，所承受的形變壓力就更小，或?yàn)榱恪?通過(guò)上述兩次支護(hù)的手段，便可以達(dá)到支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)的合理、經(jīng)濟(jì)、安全的目的。,本講要點(diǎn),理解噴射混凝土的兩種作用； 掌握新奧法與錨噴支護(hù)結(jié)合的原理：難點(diǎn)是理解位移支護(hù)曲線。,（3）新奧法錨噴支護(hù)的結(jié)構(gòu)計(jì)算和支護(hù)監(jiān)控,新奧法支護(hù)設(shè)計(jì)的主要方法有： a.以工程類比為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)法； b.以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量為基礎(chǔ)的監(jiān)控法； c.以理論分析為基礎(chǔ)的計(jì)算法； d.以上3種方法相結(jié)合的綜合法。,新奧法錨噴柔性支護(hù)中，支護(hù)和圍巖緊密貼合，共同工作，支護(hù)和圍巖發(fā)生的破壞主要為剪切破壞。 其穩(wěn)定的喪失常常是由圍巖中產(chǎn)生塑性剪切滑移楔體開(kāi)始的。而錨噴支護(hù)則和其加固的巖體承載環(huán)三者的聯(lián)合作用所提供的支護(hù)力pi來(lái)阻止圍巖中剪切楔體沿滑動(dòng)面向隧道位移。,剪切滑動(dòng)面 曲線方程,新奧法中錨噴支護(hù)的結(jié)構(gòu)計(jì)算是按錨噴支護(hù)對(duì)隧道圍巖的加固作用和支護(hù)作用進(jìn)行計(jì)算。 隧道側(cè)壁巖體的滑移面,以極坐標(biāo)表示，該曲線的方程為,莫爾應(yīng)力圓與莫爾滑動(dòng)包絡(luò)線,錨桿、噴層和巖體的聯(lián)合作用,支護(hù)力的構(gòu)成,沿噴層A處剪切面的抗剪阻力，即噴層給剪切體的水平推力 噴層內(nèi)如設(shè)有鋼筋網(wǎng)（或鋼拱支撐），噴層將增加抗剪支護(hù)力 錨桿所提供的支護(hù)力計(jì)算 支護(hù)結(jié)構(gòu)所提供的支護(hù)力 巖體沿滑面S上提供的支護(hù)阻力,噴層A水平推力,噴層破壞剪切角(與豎向夾角)；,d噴層厚度；,噴層的抗剪強(qiáng)度；,b剪切體總高度。,錨桿,按錨桿體抗拉強(qiáng)度計(jì)算，錨桿的徑向平均支護(hù)力：,砂漿錨桿，可能沿孔壁粘結(jié)面破壞，宜用下式計(jì)算,a 剪切滑面在隧道壁面上的投影,將 的作用面轉(zhuǎn)換成垂直面上的投影，并同 取得平衡，則,支護(hù)結(jié)構(gòu)所提供的支護(hù)力,根據(jù)力的平衡，認(rèn)為 等于支護(hù)結(jié)構(gòu)所提供的支護(hù)力 。,巖體沿滑面S上提供的支護(hù)阻力,尚有剪切體滑面S長(zhǎng)度上的抗剪應(yīng)力和正應(yīng)力的水平分力，其和為 圖形 :,巖體剪切滑面與水平面之平均傾角,剪應(yīng)力和正應(yīng)力 總的支護(hù)力,實(shí)際工作中，支護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定，包括支護(hù)時(shí)間和支護(hù)類型的確定，支護(hù)后變形數(shù)值的判定標(biāo)準(zhǔn)，是否進(jìn)行二次支護(hù)，以及何時(shí)進(jìn)行二次支護(hù)等往往要依靠經(jīng)驗(yàn)確定。,新奧法支護(hù)變形監(jiān)控,1-噴射混凝土；2 -設(shè)錨桿；3-設(shè)模注內(nèi)層二次襯砌；4-測(cè)線 圖4-17 新奧法支護(hù)變形監(jiān)控,標(biāo)準(zhǔn),采用兩次支護(hù)的地下工程，后期支護(hù)的施作，應(yīng)在同時(shí)達(dá)到下列3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行： 隧道周邊水平收斂速度小于0.2mm/d；拱頂或底板垂直位移速度小于0.1mm/d； 隧道周邊水平收斂速度，以及拱頂或底板垂直位移速度明顯下降； 隧道位移相對(duì)值已達(dá)到總相對(duì)位移量的90%以上。 隧道穩(wěn)定的判據(jù)是后期支護(hù)施作后位移速度趨近于零，支護(hù)結(jié)構(gòu)的外力和內(nèi)力的變化速度也應(yīng)趨近于零。,本講要點(diǎn),理解支護(hù)內(nèi)力的計(jì)算內(nèi)容和過(guò)程； 掌握二次支護(hù)判定標(biāo)準(zhǔn)。,地 下 結(jié) 構(gòu) 工 程,第05章,5 淺埋的地下結(jié)構(gòu),當(dāng)垂直土壓力和水平土壓力均隨著深度增加而增加時(shí)，則為淺埋式結(jié)構(gòu). 淺埋的地下結(jié)構(gòu)包括附建式的地下室結(jié)構(gòu)（防空地下室）、隧道的引道結(jié)構(gòu)和一般的淺埋結(jié)構(gòu). 本章著重討論矩形淺埋式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算原理 .,5.1.1防空地下室,大量的住宅和公共建筑物在修建時(shí)，按照國(guó)家的規(guī)定，按比例修建的具有一定防護(hù)要求的建筑物地下室。 承受上部地面建筑傳來(lái)的靜荷載,承受核爆炸沖擊波的動(dòng)力荷載; 平戰(zhàn)結(jié)合； 一般采用梁板結(jié)構(gòu)、板柱結(jié)構(gòu)、箱形結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式。,地道,5.1.2引道結(jié)構(gòu),城市道路系統(tǒng)中立交地道、水底隧道的峒門與地面間的連接段 ，是一種縱向變高度的塹壕。 （1）.墻型支擋結(jié)構(gòu) 應(yīng)用廣泛的是薄壁型擋墻，又可分為懸臂式和扶壁式擋墻。 （2）.槽形支擋結(jié)構(gòu),(a)懸臂式擋墻 （b）扶壁式擋墻 圖51 薄壁型擋墻,其他：,重力型、半重力型（塊石、素混凝土制成）、鋼筋混凝土薄壁擋墻、加筋土型支擋結(jié)構(gòu)、拉錨型支擋結(jié)構(gòu)、地下連續(xù)墻型支擋結(jié)構(gòu)。,槽形支擋結(jié)構(gòu) （整體式引道結(jié)構(gòu)）,靜定結(jié)構(gòu)，其形狀與船塢類似，,其設(shè)計(jì)需要先進(jìn)行抗浮穩(wěn)定計(jì)算，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算。,5.1.3一般淺埋結(jié)構(gòu),淺埋的地鐵車站、地鐵通道、地下工廠、地下醫(yī)院、指揮所等，應(yīng)用廣泛。 一般采用明挖法施工。 為直墻拱、矩形框架和梁板式結(jié)構(gòu) 。,5.2一般淺埋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式 5.2.1直墻拱,半圓拱、割圓拱和拋物線拱,5.2.2矩形閉合框架,(a)單跨(b)雙跨(c)隔墻開(kāi)設(shè)孔洞,(d)梁柱體系(e)多層多跨地下廠房,5.2.3梁板式結(jié)構(gòu),5.3矩形閉合框架的計(jì)算,矩形閉合框架的結(jié)構(gòu)計(jì)算通常包括荷載、內(nèi)力及截面計(jì)算，必要時(shí)尚應(yīng)進(jìn)行抗浮計(jì)算。 5.3.1荷載計(jì)算 靜荷載:自重土壓力和地下水頭壓力； 活荷載:施工活荷載、車輛設(shè)備等荷載 ； 特定荷載 :常規(guī)武器甚至核武器作用下的沖擊荷載。,頂板荷載：,(1). 上部覆土重力 (2). 水壓力： (3). 頂板自重： (4). 特載 頂板總荷載為三者與特載之和：,底板荷載,直線分布，底板上的荷載為結(jié)構(gòu)整體自重、頂板傳下的荷載與特載之和，即:,側(cè)墻荷載,側(cè)墻上的荷載包括有水平向土壓力，水壓力和特載。,折減系數(shù)，依土體透水性而定；對(duì)于砂土,對(duì)于粘土,圖55荷載示意圖,5.3.2內(nèi)力計(jì)算,可將地基視作彈性半無(wú)限平面，作為彈性地基上的框架進(jìn)行分析。 簡(jiǎn)化，本節(jié)將彈性地基上的反力作為荷載作用在閉合框架底部，按照一般平面框架計(jì)算 。,1）計(jì)算簡(jiǎn)圖視為平面應(yīng)變問(wèn)題，,圖57 計(jì)算簡(jiǎn)圖及簡(jiǎn)化,框架的頂?shù)装搴穸榷急葍?nèi)隔墻大得多，中隔墻的剛度相對(duì)較小，將中隔墻一般視為只承受軸力的二力桿，,圖58 縱梁和柱計(jì)算簡(jiǎn)圖,本講要點(diǎn),了解淺埋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式； 掌握矩形閉合框架的計(jì)算簡(jiǎn)圖。,2）截面選擇,計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)需要知道截面尺寸，這在設(shè)計(jì)前是不知道的。所以只有根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假定各個(gè)截面的尺寸，進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，然后驗(yàn)算截面是否合適。若不合格，重復(fù)上述過(guò)程，直至所設(shè)截面合適為止,3)計(jì)算方法,采用位移法計(jì)算，當(dāng)不考慮線位移的影響時(shí)，則以力矩分配法為簡(jiǎn)便。 (1).當(dāng)豎向荷載不平衡時(shí)，可以在底板的結(jié)點(diǎn)上加設(shè)集中力. (2).線位移的確定，一般情況下，框架有幾孔就有幾個(gè)獨(dú)立的線位移。 淺埋式結(jié)構(gòu)上特載的值遠(yuǎn)大于其他荷載，而且，特載的值的計(jì)算是非常粗略的，因此并非非常精確。,集中力的施加,5.3.3截面計(jì)算,以現(xiàn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范為準(zhǔn)。 特載與其他荷載組合： 按照彎矩和軸力對(duì)構(gòu)件承載力進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，需要考慮動(dòng)力荷載作用下材料強(qiáng)度的提高； 按剪力和扭力對(duì)構(gòu)件進(jìn)行承載力驗(yàn)算時(shí)，則不考慮材料強(qiáng)度的提高。,設(shè)有支托的框架結(jié)構(gòu),地下矩形閉合框架結(jié)構(gòu)中的頂板、側(cè)墻和底板均按照偏壓構(gòu)件進(jìn)行截面驗(yàn)算。,5.3.4抗浮計(jì)算,為結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備重量及上部覆土重之和，但對(duì)箱體施工完畢后工況，僅考慮結(jié)構(gòu)自重； 為浮力。,5.4 構(gòu)造要求,5.4.1配筋形式,5.4.2混凝土保護(hù)層厚度,保護(hù)層最小厚度常比地面結(jié)構(gòu)增加5-10mm。通常可按照“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”（GB50010-2002）規(guī)定采用，其環(huán)境類別應(yīng)屬b類。,5.4.3橫向受力鋼筋,鋼筋直徑選取32mm以下，鋼筋的間距一般不大于200mm，不小于70mm，以方便施工。,表51 最小鋼筋配筋率(%),5.4.4縱向分布鋼筋,.4縱向分布鋼筋 在縱向截面，一般配置分布鋼筋，以減少混凝土的收縮、溫差和不均勻沉降的影響。 縱向分布鋼筋的截面面積，一般不應(yīng)小于受力鋼筋截面積的10，同時(shí)，縱向分布鋼筋的配筋率對(duì)頂?shù)装宀灰诵∮?.15%；側(cè)墻不宜小于0.20。,5.4.5箍筋,一般可不配置箍筋,5.4.6剛性節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,增加斜托，斜托的斜度控制在1：3左右比較