《基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)》PPT課件.pptVIP

第一節(jié) 概 述 第二節(jié) 支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力計算 第三節(jié) 水泥土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計 第四節(jié) 排樁、地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計 第五節(jié) 土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計,第六章 基坑支擋結(jié)構(gòu),第一節(jié)、概 述,一、幾個概念,1、基坑,是為了修筑建筑物的基礎(chǔ)或地下室、埋設(shè)市政工程的管道以及開發(fā)地下空間所開挖的地面以下的坑。,2、基坑工程,是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，構(gòu)成要素較多，包括支護(hù)結(jié)構(gòu)、土體加固、基坑降水、土方開挖和基坑監(jiān)測等。,隨著大量土建工程在地形、地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)的興建，特別是大、中城市高層建筑施工中深、大基坑工程的大量出現(xiàn)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)顯得越來越重要，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算也將直接影響到工程的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)效益。,2019/7/2,6,2019/7/2,7,深圳某基坑,2019/7/2,8,山西某基坑,2019/7/2,9,三門核電站一期工程泵房基坑,2004年10月25日晚8點(diǎn)40分左右，正在開挖作業(yè)的上海中環(huán)線3.5 標(biāo)北虹路地道工地發(fā)生基坑坍塌事故，坍塌范圍長近40米，深約10米，由于發(fā)現(xiàn)及時，未造成人員傷亡。,2007年8月23日，焦作一地基坑壁突然坍塌 1名工人被埋,2009年3月19日下午1時35分左右，正在西寧市商業(yè)巷南市場佳豪廣場工程基坑內(nèi)地坪下12米左右做支護(hù)的8名工人被埋在突然坍塌的邊坡下，經(jīng)過救援人員4個多小時的挖掘，8名工人被發(fā)現(xiàn)全部死亡。事故發(fā)生當(dāng)晚，西寧市立即成立由市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局牽頭的事故調(diào)查組，對事故原因展開全面調(diào)查。初步認(rèn)為，施工單位未按設(shè)計要求施工是發(fā)生此次坍塌事故的主要原因。,2010年12月7日上午8時30分，鄭州市沙口路與興隆鋪路交叉口的一基坑內(nèi)，4名工人正在施工，突然基坑側(cè)面發(fā)生塌方，一名工人被泥土掩埋，不幸身亡。,支擋結(jié)構(gòu)一般由擋土（擋水）和支撐拉錨兩部分組成。前者稱為擋土結(jié)構(gòu)（或圍護(hù)結(jié)構(gòu)），后者稱為支錨結(jié)構(gòu)。 支擋結(jié)構(gòu)類型的劃分方法： 可按擋土結(jié)構(gòu)的剛度、平衡方式分類 也可按支錨結(jié)構(gòu)形式分類 還可按組成支擋結(jié)構(gòu)的建筑材料以及施工方法和所處環(huán)境條件等進(jìn)行分類。,一、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的分類,1、按擋土結(jié)構(gòu)的剛度分類 可分為剛性支擋結(jié)構(gòu)和柔性支擋結(jié)構(gòu)。 所謂剛性支擋結(jié)構(gòu)是指擋土結(jié)構(gòu)的剛度很大，在外荷作用下主要產(chǎn)生剛體位移的支擋結(jié)構(gòu)，如重力式擋土墻、基坑工程中使用的水泥土樁墻等。剛性支擋結(jié)構(gòu)一般以重力作為其主要的平衡力。 所謂柔性支擋結(jié)構(gòu)是指具有一定抗彎能力，在外荷作用下的變形以彈性變形為主的支擋結(jié)構(gòu)，常見的柔性支擋結(jié)構(gòu)有板樁墻、鉆孔灌注樁柱列式擋土墻和地下連續(xù)墻等。,2、按擋土結(jié)構(gòu)的力平衡方式分類 在支擋結(jié)構(gòu)中常見的力平衡方式有重力式、懸臂式（圖6-1a）及支錨式（圖6-lb）。,（a）懸臂式 （b）支錨式 圖6-1 支擋結(jié)構(gòu)的力平衡方式分類,3、按支錨結(jié)構(gòu)的形式分類 支擋結(jié)構(gòu)的支錨形式有外支撐和內(nèi)支撐之分。 內(nèi)支撐方式又可分為水平撐（圖6-2a）、斜撐（圖6-2b）及其組合形式,(a)水平撐 (b)斜撐 圖6-2 常見內(nèi)支撐型式,(a)錨桿式 （b）錨定板式 (c)土釘式 圖6-3常見外支撐型式,外支撐方式中常見的有錨桿式（圖6-3a）、錨定板式（圖6-3b）和土釘式（圖6-3c）。,在基坑施工時，有的有支護(hù)措施，稱為有支護(hù)基坑工程；有的則沒有支護(hù)措施，稱為無支護(hù)基坑工程。 無支護(hù)基坑工程一般是在場地空曠、基坑開挖深度較淺、環(huán)境要求不高的情況下才能采用，如放坡開挖，這時主要應(yīng)考慮邊坡穩(wěn)定和排水問題。 但隨著城市的發(fā)展，建筑物基礎(chǔ)的深度越來越大，建筑物與地下管線越來越密集，可施工的操作空間越來越小，而且周邊環(huán)境要求也越來越高，因此相應(yīng)的基坑工程一般均需要采用支護(hù)結(jié)構(gòu)。 常見的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型有：水泥土墻、排樁或地下連續(xù)墻、土釘墻。,二、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式,圖64 水泥土墻,屬重力式擋土墻，它是依靠擋土墻本身的自重來平衡坑內(nèi)外土壓力差。墻身材料通常采用水泥土攪拌樁、旋噴樁等(見圖64)，由于墻體抗拉和抗剪強(qiáng)度較小，因此墻身需做成厚而重的剛性墻，以確保其強(qiáng)度及穩(wěn)定。 優(yōu)點(diǎn)：水泥土墻具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、施工噪音低、振動小、速度快、截水效果好、造價經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：是寬度大，需占用基地紅線內(nèi)一定面積，而且墻身位移較大。水泥土墻主要適用于軟土地區(qū)、環(huán)境要求不高、開挖深度不大于6m的情況。,(一) 水泥土墻,排樁或地下連續(xù)墻式擋土結(jié)構(gòu)又稱板式支護(hù)結(jié)構(gòu)，由圍護(hù)樁墻和支錨結(jié)構(gòu)組成。其材料一般為型鋼或鋼筋混凝土，能承受較大的內(nèi)力。屬柔性支擋結(jié)構(gòu)。 1、板式支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型 根據(jù)有無支錨結(jié)構(gòu)可分成以下三種類型： (1)懸臂樁墻式擋土結(jié)構(gòu)：不設(shè)置內(nèi)支撐或土層錨桿等，基坑內(nèi)施工方便。由于墻身剛度小，所以內(nèi)力和變形均較大，當(dāng)環(huán)境要求較高時，不宜用于開挖較深基坑(軟土場地中不宜大于5m)。 (2)內(nèi)支撐樁墻式擋土結(jié)構(gòu)：設(shè)置單層或多層內(nèi)支撐可有效地減少圍護(hù)墻體的內(nèi)力和變形，通過設(shè)置多道支撐可用于開挖很深的基坑，但設(shè)置的內(nèi)支撐對土方的開挖以及地下結(jié)構(gòu)的施工帶來較大不便。內(nèi)支撐可以是水平的，也可以是傾斜的。 (3)土層錨桿樁墻式擋土結(jié)構(gòu)：通過固定于穩(wěn)定土層內(nèi)的單層或多層土層錨桿來減少圍護(hù)墻體的內(nèi)力與變形，設(shè)置多層錨桿，可用于開挖深度較大基坑。,(二) 排樁、地下連續(xù)墻式擋土結(jié)構(gòu),(1) 鋼板樁：如圖6-5所示，鋼板樁截面形式有多種，如：拉森U形、H形、Z形、鋼管等。 優(yōu)點(diǎn)：是材料質(zhì)量可靠，軟土中施工速度快、簡單，可重復(fù)使用，占地小，結(jié)合多道支撐，可用于較深基坑。 缺點(diǎn)：是價格較貴，施工噪音及振動大，剛度小，變形大，需注意接頭防水，拔樁容易引起土體移動，導(dǎo)致周圍環(huán)境發(fā)生較大沉降。,圖6-5 鋼板樁,2、圍護(hù)樁墻的類型及特點(diǎn),(2) 鋼筋混凝土板樁：如圖6-6所示，截面有矩形榫槽結(jié)合、工字形薄壁和方形薄壁三種形式。矩形榫槽結(jié)合板樁兩側(cè)設(shè)置陰陽榫槽，打樁后可灌漿，堵塞接頭滲漏。工字形及方形薄壁截面采用預(yù)制和現(xiàn)澆相結(jié)合的制作方式，此外在板樁中間需結(jié)合注漿來防滲。 優(yōu)點(diǎn)：是造價比鋼板樁低。 缺點(diǎn)：是施工不便、工期長、施工噪音、振動大及擠土大，接頭防水性能較差。,圖6-6 鋼筋混凝土板樁,(3)鉆孔灌注樁：作為圍護(hù)樁的幾種平面布置如圖6-7所示，樁徑一般在6001200mm。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，相切搭接排列往往因施工中樁的垂直度不能保證以及樁體縮頸等原因，達(dá)不到自防水效果，因此常采用間隔排列與防水措施相結(jié)合的形式，可以采用深層攪拌樁、旋噴樁或注漿等作為防水措施。,圖6-7 鉆孔灌注樁,優(yōu)點(diǎn)：是施工噪音低，振動小，對環(huán)境影響小，自身剛度、強(qiáng)度較大。 缺點(diǎn)：是施工速度慢，質(zhì)量難控制，需處理泥漿。 鉆孔灌注樁作為圍護(hù)樁在軟土地區(qū)可用于開挖深度在512m（甚至更深）的基坑，但在砂礫層和卵石中施工應(yīng)慎用。 其它如樹根樁、挖孔灌注樁等與鉆孔灌注樁相似。,(4)SMW工法：在水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼或其它種類的受拉材料，形成一種同時具有受力和防滲兩種功能的復(fù)合結(jié)構(gòu)形式，即勁性水泥土攪拌樁法，日本稱為SMW工法。其平面布置形式有多種，如圖6-8。 優(yōu)點(diǎn)是施工噪音低，對環(huán)境影響小，止水效果好，墻身強(qiáng)度高。 缺點(diǎn)是應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，H型鋼不易回收且其造價較高。 凡適合應(yīng)用水泥土攪拌樁的場合均可采用SMW工法，開挖深度可較大。,圖6-8 SMW工法,(5)地下連續(xù)墻：在基坑工程中，地下連續(xù)墻平面布置的幾種形式如圖6-9所示。地下連續(xù)墻壁厚通常有60cm、80cm及100cm，深度可達(dá)數(shù)10m。 優(yōu)點(diǎn)是施工噪音低，振動小，整體剛度大，能自防滲，占地少，強(qiáng)度大。 缺點(diǎn)是施工工藝復(fù)雜，造價高，需處理泥漿。 可以在建筑密集的市區(qū)施工，常用于開挖10m以上的深基坑，還可同時作為主體結(jié)構(gòu)的組成部分。,圖6-9 地下連續(xù)墻,鋼結(jié)構(gòu)：截面一般為單股鋼管、雙股鋼管；單根工字(或槽、H型)鋼，組合工字(或槽、H型)鋼等。安裝、拆卸方便，施工速度快，可周轉(zhuǎn)使用，可加預(yù)應(yīng)力，自重小。缺點(diǎn)是施工工藝要求較高，構(gòu)造及安裝相對較復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)質(zhì)量不易保證，整體性較差。,1.按材料分類 現(xiàn)澆鋼砼：截面一般為矩形。剛度大，強(qiáng)度易保證，施工方便，整體性好，節(jié)點(diǎn)可靠，平面布置形式靈活多變。但澆筑及養(yǎng)護(hù)時間長，圍護(hù)結(jié)構(gòu)暴露狀態(tài)的時間長以及影響工期，此外自重大，拆除支撐有難度且對影響環(huán)境大。,(三)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu),布置方式有多種，如圖6-10所示。 縱橫對撐構(gòu)成井字形：這種布置形式安全穩(wěn)定，整體剛度大。缺點(diǎn)是土方開挖及主體結(jié)構(gòu)施工困難，拆除困難，造價高。往往在環(huán)境要求很高，基坑范圍較大時采用。 井字型集中式布置：挖土及主體結(jié)構(gòu)施工相對較容易。,2.按布置形式分類,缺點(diǎn)是整體剛度及穩(wěn)定性不及井字形布置。 角撐結(jié)合對撐：挖土及主體結(jié)構(gòu)施工較方便。但整體剛度及穩(wěn)定性不及井字形布置的支撐?；拥姆秶^大以及坑角的鈍角太大時不宜采用。,邊桁架：挖土及主體結(jié)構(gòu)施工較方便，但整體剛度及穩(wěn)定性相對較差。適用的基坑范圍不宜太大。 圓形環(huán)梁：較經(jīng)濟(jì)，受力較合理，可節(jié)省鋼筋混凝土用量，挖土及主體結(jié)構(gòu)施工較方便。但坑周荷載不均勻，土性軟硬差異大時慎用。 豎直向斜撐：優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省立柱及支撐材料。缺點(diǎn)：不易控,制基坑穩(wěn)定及變形，與底板及地下結(jié)構(gòu)外墻連接處結(jié)構(gòu)難處理。適用于開挖面積大而挖深小的基坑。 逆筑法節(jié)省材料，基坑變形較小。缺點(diǎn)是對土方開挖及地下整個工程施工組織提出較高的技術(shù)要求。在施工場地受限制，或地下結(jié)構(gòu)上方為重要交通道路時采用。,2019/7/2,28,2019/7/2,29,2019/7/2,30,2019/7/2,31,2019/7/2,32,2019/7/2,33,2019/7/2,34,如圖6-11所示，土層錨桿體系由圍檁、托架及錨桿三部分組成。錨桿頭部將拉桿與圍護(hù)墻牢固地聯(lián)結(jié)起來，使支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的土側(cè)向壓力可靠地傳遞到拉桿上去并將其傳遞給錨固體，錨固體將來自拉桿的力通過摩阻力傳遞給地基穩(wěn)固的地層中去。,(四)土層錨桿的類型及特點(diǎn),土層錨桿優(yōu)點(diǎn)是基坑開敞，坑內(nèi)挖土及地下主體結(jié)構(gòu)施工方便，造價經(jīng)濟(jì)。適用于基坑周圍有較好土層，錨桿施工范圍內(nèi)無障礙物，周圍環(huán)境允許打設(shè)錨桿等條件。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性及變形依賴于錨固的效果。,圖6-11 土層錨桿結(jié)構(gòu),土釘是用來加固或同時錨固現(xiàn)場原位土體的細(xì)長桿件。通常采用土中鉆孔、放入變形鋼筋(即帶肋鋼筋)并沿孔全長注漿的方法做成。土釘依靠與土體之間的界面粘結(jié)力或摩擦力，在土體發(fā)生變形的條件下被動受力，并主要承受拉力作用。土釘也可采用鋼管、角鋼等作為釘體，采用直接擊入的方法置入土中。,（五）土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu),土釘墻是以土釘為主要受力構(gòu)件的邊坡支護(hù)技術(shù)，它由密集的土釘群、被加固的原位土體、噴射混凝土面層和必要的防水系統(tǒng)組成。如圖6-12。,圖612 土釘支護(hù)截面構(gòu)造示意圖,三、支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力與特點(diǎn),作用于基坑擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力大小及分布與許多因素有關(guān)，這也是難以確定土壓力的主要原因。主要有：土的類別及其計算指標(biāo)、計算理論、支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度及位移、有無支點(diǎn)及支點(diǎn)的位置和反力大小、基坑大小及幾何尺寸、地下水位、施工方法、施工工序和施工過程、外界荷載與溫度變化等。,四、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工,（一）井點(diǎn)降水 是在基坑開挖前，在坑內(nèi)四周預(yù)先埋設(shè)深于基坑坑底的一系列井管，利用抽水設(shè)施連續(xù)抽水，在井管周圍形成降水漏斗，使基坑內(nèi)的地下水位低于坑底的降水方法。,（二）土方開挖,五、基坑支護(hù)監(jiān)測及環(huán)境保護(hù),監(jiān)測是指在基坑工程施工過程中，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍地層、附近建筑物、地下管線等的受力和變形進(jìn)行的量測。目的在于確?；庸こ瘫旧淼陌踩瑢又車h(huán)境進(jìn)行有效的保護(hù)，檢驗(yàn)設(shè)計所用參數(shù)及假定的正確性，并為改進(jìn)設(shè)計、提高工程整體水平提供依據(jù)。,第二節(jié) 支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力計算,由該表可以看出，經(jīng)典土壓力理論計算得到的土壓力不能簡單地直接用于計算支護(hù)結(jié)構(gòu)上，應(yīng)根據(jù)具體情況做必要的調(diào)整。,庫侖、朗肯理論計算均采用極限平衡原理，屬于靜態(tài)設(shè)計?；娱_挖后土體動態(tài)平衡狀態(tài)，開挖后土體松弛，且隨時間增長，坑內(nèi)環(huán)境會隨開挖進(jìn)程有所變化。下表給出了經(jīng)典土壓力與支護(hù)結(jié)構(gòu)上土壓力的區(qū)別。,一、作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力,如前所述，用經(jīng)典土壓力理論計算土壓力與作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力有一定差異，其差異大小與很多因素有關(guān)。下圖為不同支點(diǎn)及不同變位時支護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力。下面分幾種不同情況介紹作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力及其分布。,1、自立式重力擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力,此類支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度較大，位移較小，接近于庫侖、朗肯理論對擋土墻的假設(shè)條件，其土壓力一般可挖按庫侖、朗肯理論計算。,2、懸臂式柔性擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力,實(shí)踐證明，此類支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力按朗肯理論計算存在誤差，但通常仍按靜止土壓力及朗肯理論公式進(jìn)行估計，甚至被動區(qū)也同樣采用被動土壓力理論公式來估計，再根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。根?jù)一些模型試驗(yàn)和工程實(shí)測結(jié)果，軟土地區(qū)此類支護(hù)結(jié)構(gòu)的主動土壓力呈三角形分布，其數(shù)值仍可按靜止土壓力計算。,2019/7/2,41,對于一般粘土，實(shí)測主動土壓力往往小于按朗肯土壓力理論計算的結(jié)果。圖示某工程實(shí)測土壓力與朗肯理論計算結(jié)果的對比情況?？梢?，非挖土側(cè)的主動土壓力的合力值小于朗肯理論計算，并且前者的合力作用點(diǎn)也下移；被動區(qū)的上半段的土壓力略大于按朗肯土壓力理論的計算值，下半段的土壓力則明顯明顯小于按朗肯土壓力理論的計算的結(jié)果。,3、具有支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力,(1) 單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力,單支點(diǎn)包括錨定板型單支點(diǎn)和錨桿型單支點(diǎn)兩種。前者主動土壓力由錨定板拉桿和入土部分的被動土壓力共同承擔(dān)。錨定板拉桿和入土部分的被動土壓力合力對支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了兩個支點(diǎn)。實(shí)測的主動土壓力如圖中實(shí)線所示，虛線為理論計算的土壓力分布。二者面積相當(dāng)，為簡化計算仍可按三角形分布來計算。這時，總主動土壓力的作用點(diǎn)比按朗肯、庫侖理論計算的作用點(diǎn)上移，實(shí)際彎矩比理論值要小，但錨定板拉桿的實(shí)際拉力要大些。,2019/7/2,42,錨桿型單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的主動土壓力分布如圖b所示。錨桿以上部分的土壓力基本與理論計算結(jié)果一致；而在錨桿以下部分的土壓力分布則與錨定板型單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)相似。實(shí)際彎矩與理論值要小，偏于安全，而錨桿的實(shí)際拉力要偏小。,(2) 多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力,對于開挖深度較大的基坑，常需要設(shè)置多道支撐，土壓力的大小受設(shè)計采用的每道錨桿的錨固力或每道支撐的支撐力以及擋土結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形大小的影響。所以，多支點(diǎn)柔性擋土支護(hù)的土壓力計算是十分復(fù)雜和困難的，目前多采用經(jīng)驗(yàn)方法。,Terzaghi和Peck模式,注：適用于基坑開挖深度大于16m的基坑, Tschebotarioff模式, 日本鈴木音彥模式,說明：上述有關(guān)學(xué)者建議的土壓力分布模式并非表示某一工況的分布，而是實(shí)測資料中最大土壓力的包絡(luò)圖。按這些土壓力分布模式，對于多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐或錨桿設(shè)計是偏于安全的。試圖用一個對各類支護(hù)結(jié)構(gòu)、各類土體都適用的統(tǒng)一的土壓力分布圖是不現(xiàn)實(shí)的，對于不同剛度、不同變形條件和不同土類的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用各自相應(yīng)的土壓力分布模式。,二、水平荷載與抗力計算,目前較常用的兩種土壓力計算模式： 古典式(傳統(tǒng)式) 我國部分地區(qū)和建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ12099)采用的模式,(1)碎石土、砂土主動土壓力的計算一般按水土分算法進(jìn)行。 當(dāng)計算點(diǎn)位于地下水位以上時：,1、水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值,當(dāng)計算點(diǎn)位于地下水位以下時：,(1)碎石土、砂土主動土壓力的計算一般按水土分算法進(jìn)行。 當(dāng)計算點(diǎn)位于地下水位以上時：,1、水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值,當(dāng)計算點(diǎn)位于地下水位以下時：,式中：,分別為作用于計算點(diǎn)深度zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；第i層土的主動土壓力系數(shù)；試驗(yàn)所確定的第i層固結(jié)不排水剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值；計算參數(shù)；基坑外側(cè)水位深度；計算系數(shù)和土的容重。,(2)粘性土、粉土,注：若按上述公式計算的基坑開挖面以上的土壓力小于零時，應(yīng)取零。,2基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值的確定：,式中：,分別為計算點(diǎn)深度zj處的自重豎向應(yīng)力；當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)地面作用滿布附加荷載q0時(左下圖)，基坑外側(cè)任意深度處附加豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)距支護(hù)結(jié)構(gòu)b1外側(cè)，地面作用有寬度為b0的條形附加荷載q1時(右下圖)，基坑外側(cè)深度CD范圍內(nèi)的附加豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。,2、水平抗力（被動土壓力強(qiáng)度）的計算,(1)砂土、碎石土,基坑內(nèi)側(cè)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下列各式計算：,式中：,分別為作用于計算點(diǎn)深度zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；第i層土的被動土壓力系數(shù)；試驗(yàn)所確定的第i層固結(jié)不排水剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值；計算參數(shù)；基坑外側(cè)水位深度；計算系數(shù)和土的容重。,(2)粉土、粘性土,2019/7/2,50,3、地下水對水平荷載的影響,當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，支護(hù)結(jié)構(gòu)除了受土壓力作用以外，還受到水壓力的作用?？倝毫Φ目紤]方法有分算法和合算法兩種。前者適用于孔隙中存在自由的重力水或土的滲透性較好的情況，適用于砂土、粉土等粗顆粒土。,1. 墻體的寬度和深度：與基坑開挖深度、范圍、地質(zhì)條件、周圍環(huán)境、地面荷載以及基坑等級等有關(guān)。初步設(shè)計時可按經(jīng)驗(yàn)確定，如上海地區(qū)一般墻寬可取為開挖深度的0.60.8倍，坑底以下插入深度可取為開挖深度的0.81.2倍。 初步確定墻體寬度和深度后，要進(jìn)行整體圓弧滑動、抗滑、抗傾覆、抗?jié)B驗(yàn)算以及墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（正截面承載力）驗(yàn)算。 2. 寬度方向的布樁形式：最簡單的形式就是不留空檔，打成實(shí)體，但較浪費(fèi)，為節(jié)約工程量，常做成格柵式。水泥土墻采用格柵布置時，水泥土的置換率對于淤泥不宜小于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；格柵長寬比不宜大于2。 3. 墻體強(qiáng)度：取決于水泥摻合量和齡期。水泥摻合量是指每立方加固體所拌和的水泥重量，常用摻合量為200250kg/m3，一般采用32.5普通硅酸鹽水泥。水泥土圍護(hù)墻體的設(shè)計強(qiáng)度一般要求齡期一個月的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa。為改善水泥土加固體的性能和提高早期強(qiáng)度，可摻入外摻劑（如早強(qiáng)劑、減水劑）。,第三節(jié) 水泥土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計,一、設(shè)計內(nèi)容,4. 其它加強(qiáng)措施 （1）墻頂現(xiàn)澆混凝土路面：厚度不小于150mm，內(nèi)配雙向鋼筋網(wǎng)片，不但便于施工現(xiàn)場運(yùn)輸，也有利于加強(qiáng)墻體整體性，防止雨水從墻頂滲入擋墻格柵而損壞墻體。 （2）墻身插毛竹或鋼筋：插毛竹時，毛竹的小頭直徑不宜小于5cm，長度不宜小于開挖深度，插毛竹能減少墻體位移和增強(qiáng)墻體整體性；插鋼筋時，鋼筋長度一般為12m，由于鋼筋與水泥土接觸面積小，因此所能提供的握裹力有限，但施工方便。 （3）坑底加固：有的場地基坑邊與建筑紅線之間距離有限，不能滿足正常的攪拌樁寬度的要求，這時可考慮減小坑底以上攪拌樁寬度，加寬坑底以下攪拌樁寬度，因?yàn)檫@部分?jǐn)嚢铇犊稍O(shè)置于底板以下，從而增強(qiáng)了穩(wěn)定性，同時也能提高被動區(qū)抗力。,作用于水泥土墻上的側(cè)壓力可按朗金理論計算，即假設(shè)墻面豎直光滑，墻后土面水平，土體處于極限平衡狀態(tài)。地下水位以下的土體側(cè)壓力有合算和分算兩個計算原則。 1. 水土分算就是分別計算土壓力和水壓力，兩者之和即為總的側(cè)壓力。 分算時，需采用有效重度，從理論上講采用有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是正確的，但當(dāng)前工程地質(zhì)勘察報告中極少提供有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，在一些工程實(shí)踐中，常近似地采用三軸固結(jié)不排水或直剪固結(jié)快剪試驗(yàn)峰值指標(biāo)來計算土壓力。 計算水壓力時應(yīng)按墻體的隔水條件和土層滲流條件對地下水的滲流條件作出判斷是處于靜止無滲流狀態(tài)還是發(fā)生繞防滲帷幕底的穩(wěn)定滲流狀態(tài)，以采用不同的水壓力分布模式。 2. 水土合算適用于不透水的粘土層，并采用天然重度。 水土分算得到的墻上作用力比水土合算的大，因此設(shè)計的墻體結(jié)構(gòu)費(fèi)用高，而有些土層一時難以確定其透水性時，則需從安全使用和投資費(fèi)用兩方面作出判斷。,二、土壓力計算,初步確定了墻體的寬度、深度、平面布置之后，應(yīng)進(jìn)行下列計算，以驗(yàn)算設(shè)計是否滿足變形、強(qiáng)度及穩(wěn)定等要求。 水泥土墻的驗(yàn)算主要有以下一些內(nèi)容： （1）抗傾覆驗(yàn)算； （2）抗滑驗(yàn)算； （3）整體圓弧滑動穩(wěn)定驗(yàn)算； （4）抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算； （5）墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算； （6）墻頂水平位移估算 。 計算簡圖如圖所示。,三、穩(wěn)定性驗(yàn)算、強(qiáng)度驗(yàn)算和位移估算,抗傾覆驗(yàn)算常以繞墻趾點(diǎn)A的轉(zhuǎn)動來分析，計算公式為,1. 抗傾覆驗(yàn)算,水泥土樁是一種具有一定剛度的脆性材料。抗壓強(qiáng)度大于抗拉強(qiáng)度，受力性能介于剛性擋土墻和柔性支擋結(jié)構(gòu)之間。為了保證水泥土樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，可以沿用重力式擋土墻的方法驗(yàn)算其抗傾覆、抗滑穩(wěn)定性及整體穩(wěn)定性，用類似計算柔性支擋結(jié)構(gòu)的方法估算其位移和變形。,抗滑驗(yàn)算是指沿圍護(hù)墻體底面的抗滑動驗(yàn)算，驗(yàn)算公式為：,2. 抗滑驗(yàn)算,注意：不宜采用以下公式計算抗滑安全系數(shù),這是因?yàn)楫?dāng)攪拌樁插入深度較大時，Ep常接近于Ea，計算得到的安全系數(shù)偏大，不安全。,水泥土擋墻常用于軟土地基，整體穩(wěn)定驗(yàn)算是一項(xiàng)重要內(nèi)容，可采用瑞典條分法，按圓弧滑動面考慮，土體抗剪強(qiáng)度可采用總應(yīng)力法計算。,3. 整體圓弧滑動穩(wěn)定驗(yàn)算,由于基坑開挖時要求坑內(nèi)無積水，坑內(nèi)外將存在水頭差。當(dāng)坑底下為砂土?xí)r，需驗(yàn)算墻角滲流向上溢出處的滲流坡降，以防止出現(xiàn)流砂現(xiàn)象；當(dāng)坑底為粘性土層而其下有砂土透水層時，也需進(jìn)行滲流驗(yàn)算。 為便于計算，且又能滿足工程要求，可采用以下方法進(jìn)行抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算(圖6-20)。,4. 抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算,（1）壓應(yīng)力驗(yàn)算 式中 0基坑重要性系數(shù)； cs水泥土墻平均重度； z墻頂至計算截面的深度； M單位長度水泥土墻截面彎矩設(shè)計值； W水泥土墻截面模量； fcs水泥土開挖齡期抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。 （2）拉應(yīng)力驗(yàn)算,5、墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算,水泥土墻墻頂水平位移計算是比較復(fù)雜的問題，實(shí)用上一般將樁墻在基坑開挖面處分為上下兩段，見圖6-21。開挖面以上的墻身視為柔性結(jié)構(gòu)，按懸臂梁計算其彈性撓曲變形e；開挖面以下的結(jié)構(gòu)則視為完全埋置樁，樁頭（開挖面處）作用有水平力H0及力矩M0。,樁頭水平位移y0及轉(zhuǎn)角0的計算方法有兩類：一類將墻身視為剛性樁，計算原理見第五章沉井計算；另一類將墻身視為彈性樁，計算原理見第四章水平受荷樁計算。 實(shí)踐中還采用規(guī)范建議的經(jīng)驗(yàn)公式估算墻頂?shù)乃轿灰屏俊?6、墻頂水平位移估算,第四節(jié) 排樁、地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計,一、圍護(hù)樁墻的穩(wěn)定計算,排樁或地下連續(xù)墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)屬柔性支擋結(jié)構(gòu)，下面將從構(gòu)成排樁或地下連續(xù)墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)樁墻、內(nèi)支撐及土層錨桿三方面介紹這種支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算原理。,穩(wěn)定性驗(yàn)算的內(nèi)容有：整體穩(wěn)定性驗(yàn)算；坑底抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算；抗?jié)B驗(yàn)算；坑底土抗承壓水驗(yàn)算。 (1)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：采用圓弧滑動簡單條分法。 (2)坑底抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算：以圍護(hù)樁墻底的平面作為地基極限承載力驗(yàn)算的基準(zhǔn)面，參照普朗特爾和太沙基求地基極限承載力的公式，滑移線形狀如圖所示。該法未考慮墻底以上土體的抗剪強(qiáng)度對抗隆起的影響，也未考慮滑動土體體積力對抗隆起的影響,計算公式為:,圖6-22 坑底抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算圖式,圖6-22 坑底抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算圖式,（3）抗?jié)B驗(yàn)算 當(dāng)圍護(hù)墻體外設(shè)防滲帷幕時，抗?jié)B驗(yàn)算應(yīng)計算至防滲帷幕底；當(dāng)采用圍護(hù)墻自防水時，抗?jié)B驗(yàn)算應(yīng)計算至圍護(hù)墻底。 為便于計算，且又能滿足工程要求，可采用水泥土墻抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算表達(dá)式（611）進(jìn)行相同的驗(yàn)算。,2019/7/2,63,（4）坑底土抗承壓水穩(wěn)定性驗(yàn)算 基坑開挖面以下有承壓水層時，應(yīng)按式(6-14)驗(yàn)算坑底土抗承壓水穩(wěn)定性，見圖6-29。 驗(yàn)算公式中未考慮上覆土層與圍護(hù)樁墻之間的摩擦力影響。,可按平面問題來簡化計算，計算寬度可取排樁的中心距或地連墻單位寬度。目前，在工程實(shí)踐中內(nèi)力變形計算應(yīng)用較多的是極限平衡法和彈性支點(diǎn)法（豎向彈性地基梁法）。 對于懸臂式及支點(diǎn)剛度較小的樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，由于水平變形大，可按如圖6-30(a)所示的極限平衡法計算； 當(dāng)支點(diǎn)剛度較大，樁墻水平位移較小時，可按如圖6-30(b)所示的彈性支點(diǎn)法進(jìn)行計算。,二、圍護(hù)樁內(nèi)力變形計算,(a) 極限平衡法；(b) 彈性支點(diǎn)法 圖 6-30 圍護(hù)樁墻內(nèi)力變形計算圖式,假定作用于圍護(hù)樁墻前后的土壓力達(dá)到被動土壓力和主動土壓力，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行力學(xué)簡化，將超靜定問題作為靜定問題求解。屬于這種類型的如靜力平衡法、等值梁法、太沙基塑性鉸法、等彎矩法和等軸力法等。 極限平衡法有下面三個假定: (1)主/被動土壓力均為與支擋結(jié)構(gòu)變形無關(guān)的已知值，用朗肯或庫侖理論計算；(2)支擋結(jié)構(gòu)剛度為無限大，且不考慮支撐或拉錨的壓縮或拉伸變形；(3)支擋結(jié)構(gòu)的橫向抗力按極限平衡條件求得。,1、極限平衡法,結(jié)構(gòu)主要依靠嵌入坑底內(nèi)的深度平衡上部地面超載、主動土壓力及水壓力所形成的側(cè)壓力。因此，對于此類結(jié)構(gòu)嵌入深度至關(guān)重要。同時需要計算支擋結(jié)構(gòu)所受的最大彎矩，以便進(jìn)行支擋結(jié)構(gòu)的斷面設(shè)計與構(gòu)造。,(1) 懸臂式支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算,如圖所示，無粘性土中嵌入基坑底面的支擋結(jié)構(gòu)在主動土壓力Ea的作用下，支擋結(jié)構(gòu)下部土體中產(chǎn)生一種阻力，其大小等于土壓力與主動土壓力之差，可按土的深度成線性增加的主動土壓力強(qiáng)度pa和被動土壓力強(qiáng)度pp計算。,2019/7/2,67,布魯姆法,布魯姆建議左圖所示的土壓力分布模式可簡化成右圖所示的計算模式，即原來出現(xiàn)在左圖中另一面的陰力以Ri代替，且需要滿足平衡條件：Mc=0，H=0。由于土體阻力是逐漸向下增加的，用計算出的深度x較小，因此，布魯姆建議嵌入深度hi=1.2x+。,2019/7/2,68,開挖側(cè)土壓力的合力Ep為,取C點(diǎn)為矩心并令Mc=0，則,由式(6-20,21