地下結(jié)構(gòu)工程之三深基坑工程（PPT79頁）

1、,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）。 國內(nèi)，上海88層的金茂大廈，基坑平面尺寸為170m150m，基坑開挖深度達(dá)19.5m。上海的匯京廣場，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與相鄰建筑最近的距離僅40cm。而無支撐基坑的開挖深度也已達(dá)到了9m。潤揚(yáng)大橋南汊橋北錨錠開挖深度達(dá)54m。,基坑支護(hù)的兩個功能：一是擋土；二是止水。 從擋土角度，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。

2、在基坑較淺時可不設(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，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、注漿和樹根樁等。 止水可用止水帷幕或降低地下水位等方法。,基坑側(cè)壁安全等級及重要性系數(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),排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部應(yīng)設(shè)置連續(xù)閉合圈梁，在基坑面積較大時還應(yīng)在轉(zhuǎn)角處設(shè)置斜撐，以增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。,圖3-4 地下連續(xù)墻及接頭管接頭的施工程序 a) 開挖槽段； b

3、) 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。圍檁和立柱是根據(jù)基坑具體規(guī)模、變形要求的不同而設(shè)置的。,支撐體系,3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用3.2.1 土壓力,支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的土壓力與土的性質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度以及施工方法等有關(guān)。 主動土壓力和被動土壓力的產(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)沒有位移時，則土對支護(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)測值與按朗肯公式計算值的對比

4、，非挖土側(cè)實(shí)測土壓力小于朗肯主動土壓力，即計算結(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)測圖 圖3-7 柏林地道工程土壓力實(shí)測圖,實(shí)測可見，土壓力的分布已不再是三角形了。,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，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%。,支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的土側(cè)壓力根據(jù)朗肯-庫倫理論確定。,經(jīng)修正后，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力，應(yīng)分層按土的重力密度、內(nèi)摩擦角、粘聚力進(jìn)行計算。,土壓力計算公式exit,第n層土底面對支護(hù)結(jié)構(gòu)的主動土

5、壓力： 第n層土底面對支護(hù)結(jié)構(gòu)的被動土壓力：,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，任何土層底面處： （2）寬度為b的條形荷載離開擋土結(jié)構(gòu)距離為a時,不考慮內(nèi)摩擦角的影響，按45o角擴(kuò)散。,(3)作用在面積為 與擋土結(jié)構(gòu)平行）的地面荷載，離開擋土結(jié)構(gòu)距離a時。,3.2.3 水壓力,水壓力，通常情況下主要根據(jù)土質(zhì)情況確定如何考慮水壓力的問題 。 對于粘性土，土壤的透水性較差，因此粘性土產(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)。 對于砂性土，土壤的透水性良好，采用水土分算，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓

6、力乘以側(cè)壓力系數(shù)與該深度處水壓力之和。,水壓力就是土顆粒之間的孔隙水壓力，它與支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度及支撐力大小無關(guān)，但與地下水的補(bǔ)給量、土質(zhì)類別、支護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度、排水處理方法等許多因素有關(guān)。,對比,為簡化計算，將水壓力與土壓力分別計算，并把水看作是： 主動壓力=靜止壓力=被動壓力= h,如圖地下水位以下的側(cè)向力可按照下式計算。只是加上了水,3.3 排樁、地下連續(xù)墻,主要內(nèi)容有：計算主動土壓力和被動土壓力并確定計算簡圖，確定嵌固深度、內(nèi)力計算；支護(hù)樁或墻的截面設(shè)計以及壓頂梁的設(shè)計等。,3.3.1 懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu) 圖,根據(jù)朗肯-庫倫土壓力理論分層計算主動土壓力和被動土壓力； 在此基礎(chǔ)上確定圖3-10所

7、示的計算簡圖。圖 據(jù)此簡圖求出嵌固深度hd; 最大彎矩截面位置及最大彎矩值； 進(jìn)行配筋設(shè)計或承載力計算； 計算支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端位移。,懸臂exit,計算簡圖,據(jù)此求出嵌固深度hd,exit,在實(shí)際工程設(shè)計中，必須對抗滑移、抗傾覆、抗隆起和抗管涌同時進(jìn)行驗(yàn)算，故上式一般取,配筋和撓度計算,地質(zhì)條件或其它影響因素較為復(fù)雜時，也可按最大彎矩斷面的配筋貫通全長。 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,對下段結(jié)構(gòu)在最大彎矩作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角和位移，可

8、按建筑樁基技術(shù)規(guī)范中推薦的m法進(jìn)行計算,上段結(jié)構(gòu)柔性變形，假定以剪力等于零處為固定端并按懸臂梁進(jìn)行計算,3.3.2 單層支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖,計算方法是“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，即主動土壓力等于被動土壓力的位置，與反彎點(diǎn)位置較接近 。,圖exit,用等值梁法計算單錨、單支支護(hù)結(jié)構(gòu)：,圖3-15 單層支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu) 深度計算簡圖,（3）支點(diǎn)力TC1 可按下式計算： 等值梁法，對反彎點(diǎn)：,（1）計算土壓力 （2）基坑底面以下支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)定彎矩零點(diǎn)位置,至基坑底面的距離hc1可按下式確定：,（4）,嵌固深度hd 設(shè)計值可按 下式

9、確定:,（5）計算內(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，求得剪力0處的位置y，進(jìn)一步可算得Mmax。 彎矩圖可按靜力平衡條件求得 可以分段配筋，也可以按最大彎矩斷面通長配筋 .,3.3.3 多層錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計,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算，這時假定下層挖土不影響上層錨桿計算的水平力； 2)多層布置時，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)計不宜小于 ；多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計值小于0.2 h時，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，側(cè)向

10、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)計值尚應(yīng)滿足式抗?jié)B透穩(wěn)定條件:,0為基坑重要性系數(shù),注意事項(xiàng)：,1）排樁、地下連續(xù)墻水平荷載計算單位：排樁取中心距，地下連續(xù)墻取單位長度； 2）有支撐變形計算按彈性支點(diǎn)法計算，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 算內(nèi)力和變形。 4）支點(diǎn)結(jié)構(gòu)第j層支點(diǎn)力設(shè)計值Tdj=1.250Tcj。,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。通常對其施加預(yù)應(yīng)力。,3.4

11、.2 錨桿設(shè)計,1）錨桿承載力計算 2）錨桿桿體的截面面積,普通鋼筋截面面積,預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積,3）錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值,（1）安全等級為一級及缺乏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的二級基坑側(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)壁安全等級為二級且有鄰近工程經(jīng)驗(yàn)時 ：,（3）對于塑性指數(shù)大于17的粘性土層中的錨桿應(yīng)進(jìn)行蠕變試驗(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)計值的0.500.65倍。 5）自由段計算長度,本講要點(diǎn),重點(diǎn)掌握懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)計算方法和計算要點(diǎn)； 重點(diǎn)掌握單錨、單支支護(hù)結(jié)構(gòu)計算方法和計算要點(diǎn)。 掌握錨桿計算方法

12、； 理解多層支撐的計算原則；,3.6 水泥土墻設(shè)計,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) 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； 國外最大深度60m ，國內(nèi)1218m； 特點(diǎn)：施工無震動、噪音、無廢水泥漿； 坑內(nèi)無需支撐拉錨，優(yōu)良的抗?jié)B特性。 支擋高度，國內(nèi)最深9m;,水泥墻的結(jié)構(gòu)形式,擋墻寬度為0.60.8開挖深度，樁長為開挖深度的1.8-2.2倍。,3.6.1 土壓力計算 計算主動土壓力和被動

13、土壓力 3.6.2 抗傾覆計算 3.6.3 抗滑移計算 3.6.4 墻身應(yīng)力驗(yàn)算 3.6.5 整體穩(wěn)定計算 一般情況下，使墻體強(qiáng)度不成為設(shè)計的控制條件，而以結(jié)構(gòu)和邊坡的整體穩(wěn)定控制設(shè)計。,1.土壓力計算,墻后主動土壓力,墻前被動土壓力,2 抗傾覆計算 圖,按重力式擋墻計算墻體繞前趾A的抗傾覆安全系數(shù) ，不小于(1.01.1).,3 抗滑移計算,按重力式擋墻計算墻體沿底面滑動的安全系數(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)定計算k= 1.25,整體穩(wěn)定計算時，將滑動土體與攪拌樁擋墻視為一個整體考慮(常選在墻底下0.51.0米處)，采用圓弧滑動法計算圖

14、：,構(gòu)造要求,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 ； 樁與樁之間的搭接寬度 ：考慮截水作用時，樁的有效搭接寬度不宜小于150mm；當(dāng)不考慮截水作用時，搭接寬度不宜小于100mm。 不能滿足要求時，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)計計算實(shí)例（詳見教材),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，形成一個以土擋土的重力式擋土墻。 土釘墻自上而下施工，步步為營，土釘墻是靠土釘?shù)南嗷プ饔眯纬蓮?fù)合整體作用。 當(dāng)錨桿密度小時，個別土

15、層錨桿的失效影響較大。不應(yīng)用于沒有臨時自穩(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 土釘墻承載力計算,采用簡化圓弧滑動條分法按下式進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算,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)度等級不宜低于C20，面層厚度不宜小于80mm； 土釘鋼筋宜采用、級鋼筋，鋼筋直徑宜為1632mm，鉆孔直徑宜為70120mm；

16、 注漿材料強(qiáng)度等級不低于M10； 坡面上下段鋼筋網(wǎng)搭接長度應(yīng)大于300mm； 土釘?shù)拈L度宜為開挖深度的0.5-1.2倍，間距宜為1-2m，與水平面夾角宜為5-20o。 承壓板與土釘、加強(qiáng)鋼筋螺栓連接或焊接。,本講要點(diǎn),重點(diǎn)掌握水泥土擋墻的設(shè)計要點(diǎn)： 荷載、強(qiáng)度、穩(wěn)定（傾覆、滑動、整穩(wěn)） 土釘墻的設(shè)計要點(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，國外開挖深度已達(dá)20m。 要求型鋼

17、間距不能過大，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,在基坑四周場地都允許起拱的條件下（基坑各邊長L的起拱矢高 ），可以采用閉合的水平拱圈來支擋土壓力以圍護(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,這個閉合拱圈可以

18、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，基坑開挖深度h不宜大于12m。 當(dāng)基坑開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

19、壓力設(shè)計值 應(yīng)按下式計算：,圓拱的外圈半徑； 拱墻分道計算高度 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，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。 拱墻結(jié)構(gòu)水平方向應(yīng)通長雙面配筋，總配筋率不應(yīng)小于0.7%。,3.10 逆作法施工,深地下室的常規(guī)施工是通過臨時支護(hù)基坑坑壁，開挖至預(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，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