基坑工程經(jīng)典講義.ppt

第七章 基坑工程,基礎工程,退出,7.1 概述 7.2支護結構類型及適用范圍 7.3支護結構的設計依據(jù) 7.4水泥攪拌樁支護結構設計 7.5排樁支護結構設計與計算 7.6基坑穩(wěn)定性分析,7.1 概 述,基坑為進行建筑物（包括構筑物）基礎與地下室的施工所開挖的地面以下空間 基坑工程為保證基坑施工以及主體地下結構的安全和周圍環(huán)境不受損害，需對基坑工程進行一系列勘察、設計、施工和檢測工作，這項綜合性工程稱為,基坑工程特點： 1.區(qū)域性工程地質和水文地質條件不同，基坑工程差異很大 2.綜合性基坑工程涉及強度、變形、滲流三個基本課題 3.時空效應支護結構所受荷載（如土壓力）及其產(chǎn)生的應力、變形在時間上、空間上有較強的變異性 4.環(huán)境效應基坑開挖、降水引起周邊場地土應力和地下水改變 5.風險性基坑工程為臨時工程，安全儲備相對較小,基坑側壁安全等級及重要性系數(shù),基坑工程的工作內(nèi)容,基坑技術人員的技能,1.巖土工程知識和經(jīng)驗 2.建筑結構和力學知識 3.施工經(jīng)驗 4.工程所在場地的施工條件和經(jīng)驗,第七章 基坑工程,基礎工程,退出,7.1 概述 7.2支護結構類型及適用范圍 7.3支護結構的設計依據(jù) 7.4水泥攪拌樁支護結構設計 7.5排樁支護結構設計與計算 7.6基坑穩(wěn)定性分析,7.2 支護結構類型及適用范圍,1.常見的支護結構,深基坑支護體系,圍護墻,內(nèi)支撐或土層錨桿,水泥土 攪拌樁擋墻,用于開挖深度57m的基坑。 適用： 軟粘土地段，環(huán)境保護要求不高的情況。 優(yōu)點：施工低噪聲、低振動，結構止水性好， 造價經(jīng)濟。,1.常見圍護墻結構,缺點：圍護擋墻較寬，一般需要34m 布置形式：實體式、空腹式、格構式、拱型或拱型加灌注樁等,鋼板樁,用于開挖深度310m的基坑，用打入法打入土中 既擋土又擋水。 具有較高的可靠性和耐久性，可以回收重復適用。 與多道鋼支撐結合，可適合軟土地區(qū)的較深基坑，施工方便，工期短。,缺點：鋼板樁的剛度比排樁和地下連續(xù)墻小，開挖后擾度變形較大，打拔樁振動噪聲大，容易引起土體移動，導致周圍地基較大沉陷,鉆（沖，挖）灌注樁擋墻,1. 直徑6001000mm，樁長1530m， 組成排樁式擋墻，頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁， 用于開挖深度613m的基坑。 2.優(yōu)點 施工低噪聲、低振動，剛度較大，就地澆筑施工，對周圍環(huán)境影響小， 3.適用： 適合軟弱地層使用 4.缺點： 接頭部分隔水性差,地下連續(xù)墻,用于開挖深度達10m以上的基坑或施工條件較困難情況 采用逆筑法和半逆筑法施工 優(yōu)點：施工低噪聲、低振動，整體剛度較大，就地澆筑施工，對環(huán)境影響小，墻接頭止水效果好等，可以作為永久性結構 適用： 適合于軟弱土層和建筑設施密集的 城市市區(qū)的深基坑。,土釘墻及復合土釘墻,1. 土釘墻支護是由被加固的原位土體、土釘和噴射于坡面上的混凝土面板組成。 2.土釘 土釘一般是通過鉆孔、插筋、注漿來設置的，也可以通過直接打入較粗的鋼管、鋼筋或型鋼 形成 3.適用 適用于地下水位以上的粘性土、砂土和碎石土等地層。對于淤泥或淤泥質土等，常用復合土釘墻， 4.深度一般不超過12m,smw工法,1. smw工法是在深層攪拌水泥土擋墻中插入型鋼或其它芯材形成，同時具有 承載力和防滲兩種功能的支護型式。 2. 適用于軟粘土地層 3.優(yōu)點 施工速度快、對環(huán)境污染小、施工方法簡單，造價低等,支撐結構類型根據(jù)材料：鋼支撐、鋼筋混凝土支撐,支撐體系結構形式：單跨壓桿式支撐、多跨壓桿式支撐,2.內(nèi)支撐方案,單跨壓桿式,多跨壓桿式,支撐布置基本形式：,水平支撐體系,對撐、對撐桁架、斜角撐、角撐桁架、八字撐、邊桁架、邊系桿,3.支護結構選型,（表7-2）,豎向支撐體系,由圍檁、豎向斜撐、斜撐基礎、水平聯(lián)系桿、立柱等組成,（大而淺的基坑）,第七章 基坑工程,基礎工程,退出,7.1 概述 7.2支護結構類型及適用范圍 7.3支護結構的設計依據(jù) 7.4水泥攪拌樁支護結構設計 7.5排樁支護結構設計與計算 7.6基坑穩(wěn)定性分析,7.3 支護結構的設計依據(jù),1.勘察報告 分析場地地層結構和巖土物理力學性質 支護方式建議，計算參數(shù)及支護結構設計原則 地下水控制方式和計算參數(shù) 基坑開挖過程中應注意的問題及其防治措施 施工中應進行的現(xiàn)場檢測項目,2.基坑周邊環(huán)境調(diào)查 地面建筑物，深基坑周圍約三倍基坑開挖深度的影響范圍內(nèi)的建筑結構類型、層數(shù)、基礎類型、埋深、基礎荷載大小等 地下管線，主要指煤氣管、上下水管、電纜及電話線等管線和管道的分布和性狀 地表、地下水，場地周圍地表水的匯流、排泄；地下水管滲漏情況及其對基坑開挖影響程度 道路情況，基坑周圍道路距離及車輛載重情況,3.支護結構設計原則 滿足邊坡和支護結構穩(wěn)定要求，即不產(chǎn)生傾覆、滑移和整體或局部失穩(wěn)；基坑底部不產(chǎn)生隆起、管涌；錨桿系統(tǒng)不至于抗拔失效 滿足支護結構構件不彎曲、剪斷和壓屈 水平位移和地基沉降不超過允許值,第七章 基坑工程,基礎工程,退出,7.1 概述 7.2支護結構類型及適用范圍 7.3支護結構的設計依據(jù) 7.4水泥攪拌樁支護結構設計 7.5排樁支護結構設計與計算 7.6基坑穩(wěn)定性分析,7.4 水泥攪拌樁支護結構設計,深層攪拌樁支護形式,壁狀支護,格柵狀支護,深層攪拌樁支護結構是將攪拌樁相互搭接而成，平面布置可采用壁狀體，如圖。若壁狀的擋土寬度不夠時，可加大寬度，做成格柵狀支護結構。,深層攪拌樁支護結構斷面形式,一、剛性自立式擋墻的破壞模式,水泥土墻的設計,傾覆破壞,地基整體破壞,墻趾外移破壞,作用在擋土墻的力,1.墻身自重：w 2.土壓力：根據(jù)擋土墻的位移確定 主動土壓力pa ； 被動土壓力pp：忽略不計 3.基底反力： 豎向分力： v 水平分力： h,pp,二、水泥攪拌樁擋土墻的計算,1.根據(jù)土質情況和基坑開挖深度h，按經(jīng)驗初定樁長和墻寬,l=（1.82.2）h,b=（1.70.95）h,2.抗滑穩(wěn)定性計算,3.抗傾覆穩(wěn)定性驗算,4.整體穩(wěn)定性驗算當坑底有軟弱土層時,5.墻體應力驗算,正應力,剪應力,按總應力法計算系數(shù)k1.2,p183例題7-1,6.墻體基底地基承載力驗算,7.水泥土擋墻墻頂水平位移的計算,非線性有限元法假定為平面應變問題,經(jīng)驗公式法,彈性地基“m”法,深層攪拌樁構造,采用格柵布置時，水泥土置換率：淤泥0.8，淤泥質土0.7，粘性土和砂土0.6 采用格柵布置時，格柵長寬比2 考慮截水作用時，樁的有效搭接寬度150mm，不考慮 截水作用，有效搭接寬度100mm 當變形不能滿足要求時，采用基坑內(nèi)側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,施工與檢測,采取切割搭接法施工，在搭接處采取加強措施，消除搭接溝縫；切割搭接寬度：旋噴150mm；擺噴150mm；定噴200mm 施工前應進行成樁工藝及水泥摻入量或水泥砂漿配合比試驗，確定相應水泥摻入比或水泥漿水灰比 樁位偏差50mm，垂直度偏差0.5%；設置插筋時，樁身插筋應在樁頂攪拌完成后及時進行，且插筋材料、插入長度、出露長度等均應按計算和構造要求確定 水泥土樁應在施工一周內(nèi)進行開挖檢查或鉆孔取芯等手段檢查成樁質量； 水泥土墻應在設計開挖齡期采用鉆芯法檢測墻身完整性，鉆芯數(shù)量總樁數(shù)的2%且不少于5根，并應根據(jù)設計要求取樣進行單軸抗壓強度試驗,郎肯主動土壓力,主動土壓力系數(shù),墻底處土壓力強度,臨界深度,主動土壓力合力,主動土壓力作用點距墻底的距離,當c=0,無粘性土,朗肯主動土壓力強度,1.無粘性土主動土壓力強度與z成正比，沿墻高呈三角形分布 2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積 3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處,討論：,當c0, 粘性土,粘性土主動土壓力強度包括兩部分,1.土的自重引起的土壓力zka 2.粘聚力c引起的負側壓力2cka,說明：負側壓力是一種拉力，由于土與結構之間抗拉強度很低，受拉極易開裂，在計算中不考慮,負側壓力深度為臨界深度z0,1.粘性土主動土壓力強度存在負側壓力區(qū)（計算中不考慮） 2.合力大小為分布圖形的面積（不計負側壓力部分） 3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處,（以無粘性土為例）,zq,填土表面深度z處豎向應力為(q+z),相應主動土壓力強度,a點土壓力強度,b點土壓力強度,若填土為粘性土，c0,臨界深度z0,z0 0說明存在負側壓力區(qū)，計算中應不考慮負壓力區(qū)土壓力,z0 0說明不存在負側壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計算,8.5.1填土面有均布荷載,墻背直立、填土面水平(朗肯土壓力理論)、連續(xù)均布荷載,朗肯被動土壓力強度,郎肯被動土壓力,被動土壓力系數(shù),被動土壓力合力,1.被動土壓力強度不存在負側壓力區(qū) 2.合力大小為分布圖形的面積 3.合力作用點在圖形的形心,當c=0,無粘性土,朗肯被動土壓力強度,1.無粘性土被動土壓力強度與z成正比，沿墻高呈三角形分布 2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積 3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處,討論：,當c0, 粘性土,粘性土主動土壓力強度包括兩部分,1. 土的自重引起的土壓力zkp 2. 粘聚力c引起的側壓力2ckp,說明：側壓力是一種正壓力，在計算中應考慮,1.粘性土被動土壓力強度不存在負側壓力區(qū) 2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積 3.合力作用點在梯形形心,土壓力合力,【例】如圖所示, 某擋土墻高5m，墻背直立、光滑, 墻后填土面水平，墻頂作用均布荷載. 用朗肯土壓力理論計算擋土墻受到的主動土壓力的大小。,【例】某重力式擋土墻尺寸及墻后填土情況如圖，采用mu30毛石和m5混合砂漿砌筑，已知砌體重度為=22.0kn/m3，驗算該擋土墻穩(wěn)定性是否滿足要求？,7.5 排樁支護結構設計與計算,排樁支護的分類,排列方式,柱列式排樁支護,連續(xù)排樁支護,組合式排樁支護,基坑開挖深度及支擋結構受力,無支撐（懸臂）支護結構 單支撐支護結構 多支撐支護結構,懸臂式排樁支護設計和計算,主動區(qū),被動區(qū),變位示意圖,土壓力分布圖,計算簡圖,布魯特計算圖,（傳統(tǒng)板樁計算方法）,靜力平衡法,板樁前后的土壓力強度分布ean、epn,板樁入土深度,實際嵌入坑底以下入土深度,板樁最大彎矩,布魯姆法,板樁入土深度,解出x,t=u+1.2x,由布魯姆計算曲線，由m、n得出,t=u+1.2l,板樁最大彎矩,p190例題7-2,n,m,1.0 0.9 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0,1.7 1.5 1.3 1.1 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1 0,1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0,單支點排樁支護設計計算,不同入土深度板樁墻的土壓力、彎矩、變形圖,靜力平衡法,取支護單位長度，根據(jù)靜力平衡,等值梁法,等值梁概念,將支護樁視作梁ac，關鍵在于確定b點，根據(jù)經(jīng)驗b點位置與支護樁兩側土壓力強度疊加后的零點b很接近，而b點很好求，因此就近似認為b點為b點，從而在知道土壓力之后就可解出單支撐支護結構內(nèi)力、最大彎矩和支點反力,梁ab為梁ac的等值梁,1.根據(jù)基坑深度、勘察資料，計算主動、被動土壓力強度，求出壓力強度零點b位置，計算b至坑底距離u,2.由等值梁ab根據(jù)平衡方程計算支撐反力ra及b點剪力qb,3.由bg計算板樁入土深度t,4.由等值梁求最大彎矩mmax,p194例題7-3,t0=u+x,t=（1.11.2）t0,計算等值梁ab的剪力q=0點，該點彎矩為mmax,多支點排樁支護設計計算,等值梁法,計算原理與單支點等值梁法相同,p196例題7-4,支撐荷載的1/2分擔法,估算支撐軸力,不考慮樁、墻體支撐變形，每道支撐承受相鄰上下每個半跨的壓力（土壓力、水壓力、地面超載）,l1,l2,l3,l4,l5,x,(l4+l5)/2,7.6 基坑穩(wěn)定性分析,放坡開挖的基坑中，邊坡整體穩(wěn)定性驗算常采用圓弧滑動法 有支護的基坑中： 只設一道支撐的支護，邊坡整體穩(wěn)定性驗算采用圓弧滑動法 設置多道內(nèi)支撐的支護，不用驗算整體穩(wěn)定性,基坑的隆起穩(wěn)定驗算,太沙基派克法,太沙基派克法適用于一般的基坑開挖過程,柯克克里澤爾法,考慮c、的計算方法,當很大時，所需插入深度很小，太沙基分析，當=300時，插入深度d=0，安全系數(shù)k=8,同濟大學汪炳鑒等同時考慮c、因素,基坑的抗?jié)B穩(wěn)定驗算,抗管涌穩(wěn)定性,抗承壓水頭穩(wěn)定性,避免發(fā)生基坑突涌,p203例題7-5,本 章 結 束,退出,課后練習p2047-1、7-2,鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁加土層錨桿,鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐,鋼板樁,鋼板樁形狀,鋼板樁,鋼板樁基坑支護,鋼板樁,鋼板樁加內(nèi)支撐,地下連續(xù)墻,導墻開挖、模版、鋼筋施工,地下連續(xù)墻,導墻開挖、模版、鋼筋施工,導墻采用小鋼模,地下連續(xù)墻,導墻開挖、模版、鋼筋施工,導墻對撐加固,地下連續(xù)墻,導墻開挖、模版、鋼筋施工,導墻回填土,地下連續(xù)墻,成槽施工,地下連續(xù)墻,鋼筋籠制作,鋼筋凹凸接頭,地下連續(xù)墻,鋼筋籠制作,鋼筋籠帶注漿管,地下連續(xù)墻,鋼筋籠制作,主筋上每4m設置一道定位器,地下連續(xù)墻,接頭施工,接頭箱,地下連續(xù)墻,鋼筋籠吊放,履帶吊移動鋼筋籠,地下連續(xù)墻,鋼筋籠制作,最后一節(jié)注漿管安裝,地下連續(xù)墻,鋼筋籠吊放,鋼筋籠下放,地下連續(xù)墻,混凝土澆筑,地下連續(xù)墻,接頭施工,拔接頭箱,在混凝土澆灌結束后58h內(nèi)將接頭管全部拔出,土釘墻,鋼管制作的土釘,土釘墻,鋼管制作的土釘,焊接角鋼支架,土釘墻,鉆機引孔,土釘墻,土釘施工,土釘墻,打管機打入土釘,土釘墻,掛鋼筋網(wǎng),土釘墻,面層