基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算

1、1第二部分基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工，影響因素眾多，不少高層建筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)費(fèi)用已超過工程樁基 的費(fèi)用。為此，對待支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工均應(yīng)采取極慎重的態(tài)度，在保證施工安全的 前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)合理和便于施工。一、支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的荷載 支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的荷載一般包括-土壓力-水壓力 -墻后地面荷載引起的附加荷載。1 土壓力主動土壓力：若擋墻在墻后土壓力作用下向前位移時(shí)隨位移增大，墻后土壓力漸減小。當(dāng)位移 達(dá)某一數(shù)值時(shí)，土體內(nèi)出現(xiàn)滑裂面，墻后土達(dá)極限平衡狀態(tài)，此時(shí)土壓力稱為主動土壓 力，以 Ea表示。fl/AEiij/fift+小儈裂面靜止土壓力：若擋墻在土壓力作用下墻本身不發(fā)生變形和任何位

2、移（移動或滑動），墻后填土 處于彈性平衡狀態(tài)，則此時(shí)作用在擋墻上的土壓力成為靜止土壓力。以E0 表示。被動土壓力:2若擋墻在外力作用下墻向墻背向移動，隨位移增大，墻所受土的反作用力漸增 大，當(dāng)位移達(dá)一定數(shù)值時(shí)，土體內(nèi)出現(xiàn)滑裂面，墻后土處被動極限平衡狀態(tài)，此時(shí)土壓 力稱為被動土壓力，以 Ep 表示。主動土壓力計(jì)算?主動土壓力強(qiáng)度?無粘性土PQ- yHtan2（45 -手）-2c * tan（ 45 一）-yHKa-塔yHKoo粘性土= /Htan2（4?-出）一2c tan（ 45 一 彳）=yHK廠2c長土壓力分布對于粘性土按計(jì)算公式計(jì)算時(shí)，主動土壓力在土層頂部( H=0 處)為負(fù)值，即3P(

3、l= -2c tan( 45 - 中表明出現(xiàn)拉力區(qū)，這在實(shí)際上是不可能發(fā)生的。只計(jì)算臨界高度以下的主動土壓力4土壓力分布可計(jì)算此種情況下的臨界高度 Zc,進(jìn)而計(jì)算臨界高度以下的主動土壓力Pa=7(H-Zc)Ka被動土壓力計(jì)算被動土壓力強(qiáng)度?無粘性土5Pp= yHtan2(45 + ：-) =yHK粘性土Pp- yHtan2(45 +) +2ctan(45 + )=徂匚+2。罠計(jì)算土壓力時(shí)應(yīng)注意?不同深度處土的內(nèi)聚力 C 不是一個(gè)常數(shù)，它與土的上覆荷重有關(guān)，一般隨深度 的加大而增大，對于暴露時(shí)間長的基坑，土的內(nèi)聚力可由于土體含水量的變化和 氧化等因素的影響而減小甚至消失。?、C 值是計(jì)算側(cè)向土壓

4、力的主要參數(shù)，但在工程樁打設(shè)前后的、C 值是不同的。在粘性土中打設(shè)工程樁時(shí)，產(chǎn)生擠土現(xiàn)象，孔隙水壓力急劇升高， 對、C 值產(chǎn)生影響。另外，降低地下水位也會使、C 值產(chǎn)生變化。水壓力作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水壓力一般按靜水壓力考慮。有穩(wěn)態(tài)滲流時(shí)按三角形分布計(jì)算。在有殘余水壓力時(shí), 水壓力按梯形分布。6水壓力和土壓力?水壓力和土壓力的分算或合算問題? 一般情況下，由于粘性土中水主要是結(jié)晶水和結(jié)合水，宜合算; 標(biāo)準(zhǔn)判斷。液性指數(shù)：1 宜分算；液性指數(shù)：W0,宜合算；液性指數(shù)：（0, 1）,按最不利計(jì)算。?在砂性土中土顆粒之間的空隙中充滿的是自由水，受重力作用, 用，宜分算。合算時(shí)，地下水位以下土的重力密度

5、采用飽和重力密度也可以依據(jù)下述為靜水壓力作?分算時(shí)， 地下水位以下土的重力密度采用浮重力密度 靜水壓力，然后相加。?水土分算時(shí)（注意：水壓力所選取的圖形）;再另外單獨(dú)計(jì)算7匕二yH匚-k國+人兀坊朋樣;+也水土合算時(shí)：Pa=rHKa-2c坊二人小心十2応墻后地面荷載引起附加荷載常見有兩種情況：墻后有均布荷載q;距離支護(hù)結(jié)構(gòu)一定距離有均布荷載q。墻后有均布荷載q如墻后堆有土方、材料等地面均布荷載對支護(hù)結(jié)構(gòu)引起的附加荷載，可按下式計(jì)算工1距離支護(hù)結(jié)構(gòu)一定距離有均布荷載q此時(shí)壓應(yīng)力傳到支護(hù)結(jié)構(gòu)上有一空白距離hl，在 hl 之下產(chǎn)生均布的附加應(yīng)力：8支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)?深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用以分項(xiàng)系數(shù)表示的

6、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)?基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可有兩類：-承載能力極限狀態(tài)-正常使用極限狀態(tài)1承載能力極限狀態(tài)：心；合力工作用點(diǎn)至樁、墻底的距離心合力丫 6 作用點(diǎn)至墻底的距離h.心分別為基坑挖深 和樁墻入土深度工比工乙：分別為被動土壓 力合力和主動土壓力合力h= taii（ 45+二）9對應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)或基坑周邊環(huán) 境破壞；2正常使用極限狀態(tài)：10對應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形已妨礙地下結(jié)構(gòu)施工或影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能。基坑側(cè)壁安全等級及重要性系數(shù)安全等級破壞后果丫 0一級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或變形過大對基坑周邊環(huán)境 及地下結(jié)構(gòu)施工影響嚴(yán)重1.

7、10二級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境 及地下結(jié)構(gòu)影響一般1.00三級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境 及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴(yán)重0.90支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算?支護(hù)結(jié)構(gòu)可分為兩類:-重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)（加固型）-非重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)（支擋型）?重力式包括深層攪拌水泥土樁擋墻、旋噴樁帷幕墻?非重力式包括鋼板樁、鋼筋混凝土預(yù)制樁、鉆孔灌注樁（排樁）擋墻、地下連續(xù) 墻等。二、重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算深層攪拌水泥土樁擋墻是用特制的進(jìn)入土深層的深層攪拌機(jī)將噴出的水泥漿固化劑與 地基土進(jìn)行原位強(qiáng)制攪拌制成水泥土樁，相互搭接，硬化后即形成具有一定強(qiáng)度的壁狀 擋墻，既可擋土又可形成隔水帷幕。旋噴樁帷幕

8、墻是鉆孔后，將鉆桿從地基土深處逐漸上提，同時(shí)利用插入鉆桿端部的旋 轉(zhuǎn)噴嘴，將水泥漿固化劑噴入地基土中，形成水泥土樁，樁體相連形成帷幕墻。旋噴樁帷幕墻可用作支護(hù)結(jié)構(gòu)擋土，也可用于擋水。?（一）原理 重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)是依靠結(jié)構(gòu)自身重力來維持極限平衡狀態(tài)的。?（二）荷載組合-1 土壓力；-2 重力式結(jié)構(gòu)自重；-3 地面超載包括：永久荷載、道路荷載、可變地下水位和施工荷載（施工機(jī)械荷載、材料堆放荷載）以及偶然荷載（地震荷載、人防荷載）。重力式結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容：? 1 滑動穩(wěn)定性驗(yàn)算? 2 傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算11F-/ + E pK L=-Kk:抗滑動穩(wěn)宦丈個(gè)系數(shù)3W墻體自重;女基底墻體與土的摩擦系數(shù);Ep被動土

9、壓力合力: 回E主動土壓力合力。2 傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算r_ 心+EphpK .抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù);W墻體自重：b墻體厚度之半;? 3土體整體滑動驗(yàn)算? 4.坑底隆起驗(yàn)算? 5.管涌驗(yàn)算重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)主要是深層攪拌水泥土樁墻和旋噴樁帷幕墻，計(jì)算簡圖如圖:重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算（滑動穩(wěn)定性）1 滑動穩(wěn)定性驗(yàn)算心和ha分別為和瓦對墻趾A點(diǎn)的力臂。A；1 112重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)（整體滑動驗(yàn)算）13于水泥摻量少， 故將 其看作提高了強(qiáng)度的 部分土體， 進(jìn)行土體 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算（基坑隆起） 4.坑底隆起開挖面以下墻體能起幫助抵抗地基土隆起的作用， 宜假定土體沿墻體底面滑動，

10、認(rèn) 為墻體底面以下為一圓弧，如圖所示。產(chǎn)生滑動力的是和 q,抵抗滑動的則為土體抗剪強(qiáng)度。EO、土體整體滑動驗(yàn)算水泥土樁擋墻由14對于非理想粘性土，土的抗剪強(qiáng)度為:T- a tan(p+cAB面上&應(yīng)為水平側(cè)壓力，取r= aftancp + c -(7Z+ q ) Katm甲 +cr v= er，ftanp c=(Q F十卩 Qgin a ) sin2atan(p +(q #十y D sina) sinacosa Ktanp cntfftTZ- atan(p + c二yDsin atan(p + /Dsin_a cos aK和Ianp + c將滑動力矩與抗滑力矩分別對圓心O取矩，得抗滑動

11、力矩H77Mr二JezdZ D + rda Q + Jk000將上式積分并整理后得Ai2+ qH D + ；qfD工十D丿23滑動力姬M+ q)D27H-2Mr= Ki( tan0司樁墻底以上基坑內(nèi)側(cè)各土層被動土壓力強(qiáng)度和樁墻底以上基坑外側(cè)各土層主動土壓力強(qiáng)度和-當(dāng)確定懸臂式及單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計(jì)值（構(gòu)造要求）碼小于03H時(shí),宜取hd= 0.3/7當(dāng)基坑底為碎石土及砂土，基坑內(nèi)排水且作用有滲透壓力時(shí)，嵌固深度設(shè)計(jì)值還應(yīng)滿足下式抗?jié)B穩(wěn)定條件:打A 1 2兒（力一九）懸臂無支撐| 省墻，其壓力分11ft?為主動土壓 力，是三角形分 布，被動土壓力 也是三角形分布 4E心*-E21h幽：地血至

12、地”F水位的高度h:基坑挖深支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算? 1、首先尋找最大彎矩作用點(diǎn)。22在哪里？?2、計(jì)算最大彎矩值（驗(yàn)算）如何計(jì)算？支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的其它方法? 1、彈性曲線法? 2、豎向彈性地基梁法（基床系數(shù)法） ? 3、有限元法用等值梁法計(jì)算單錨、單支支護(hù)結(jié)構(gòu)端簡支，彎矩圖的正負(fù)彎 矩在（:點(diǎn)轉(zhuǎn)折，若將甜b梁 在 （:點(diǎn)切斷*并于C點(diǎn)加一 自由支承形成M梁，則 梁上的彎矩將保持不變， 即稱昶梁為Hb梁上機(jī)段上 的等值梁。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 近用等值梁法計(jì)算單錨、單支支護(hù)結(jié)構(gòu)（1）計(jì)算土壓力圖中丹b梁一端定一計(jì)算方法

13、是等值梁法 S等值梁法的關(guān)鍵是如何確定反彎點(diǎn)的位置栓等值梁法23單層支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡倏(2)基坑底面以下支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)定彎矩零點(diǎn)位置e eQ1 tf I k6o24 (3)支點(diǎn)力TCI可按下式計(jì)算；二等值梁袪.對反彎點(diǎn)取矩：耳 兒iE肚細(xì)垃城知T札嵌固深度的計(jì)算25計(jì)算內(nèi)力和配筋 求單層支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大彎矩 Mmax :?發(fā)生在剪力 0 處，根據(jù)剪力為 0 求得 Mmax 處的位置 y,進(jìn)而求得 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配筋.多錨、多支支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算?按連續(xù)梁計(jì)算（等值梁法）?按工況逐一計(jì)算 什么是工況？四、支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工支護(hù)結(jié)構(gòu)施工一.

14、支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型（一） 鋼板樁1 槽鋼鋼板樁2.熱軋鎖口鋼板樁（二）鋼筋混凝土板樁（三）鉆孔灌注樁擋墻（四）H 型鋼支柱（或鋼筋混凝土樁支柱）（五）地下連續(xù)墻（六）深層攪拌水泥土樁擋墻（七）旋噴樁帷幕墻鋼板樁1槽鋼鋼板樁 由槽鋼并排或正反扣搭接組成。槽鋼長 68m,多用于深度不超過 4m 的基坑頂部宜設(shè)一道支撐或拉錨嵌固深度町設(shè)計(jì) 值可按下式確定：262熱軋鎖口鋼板樁其形式有U型、Z型、一字型魯H型和組合型。n u型I z型/c_字型25-C鋼筋混凝土板樁該板樁截面帶企口， 有一定的擋水作用. 頂部設(shè)圈梁， 用后不再拔除， 永留地基 土中口適于 m基坑*但應(yīng)用較少。鋼板樁的施工（二） 打設(shè)前準(zhǔn)備

15、工作1 鋼板樁的檢驗(yàn)和矯正2 導(dǎo)架安裝3 沉樁機(jī)械的選擇打設(shè)鋼板樁可用落錘、汽錘、柴油錘和振動錘，前三種皆為沖擊打入法，此法可 使樁錘的沖擊力均勻分布，保護(hù)樁頂免受損壞。（三） 鋼板樁的打設(shè)和拔除 1 打設(shè)方式選擇單獨(dú)打入法 即從板樁墻的一角始，逐塊打設(shè)，直至工程結(jié)束。屏風(fēng)式打入法 即將 1020 根鋼板樁成排插入導(dǎo)架內(nèi)，呈屏風(fēng)狀，再分批施打（按屏風(fēng)排數(shù)，分為單屏風(fēng)、雙屏風(fēng)和全屏風(fēng)）（三）鋼板樁的打設(shè)和拔除2 鋼板樁的打設(shè)吊車對準(zhǔn)插樁，經(jīng)緯儀加以控制，分幾次打入。注意位置和方向的精度，每打入 1m 應(yīng)測量一次。3、鋼板樁的拔除拔樁前要研究鋼板樁拔除順序、拔除時(shí)間和樁孔處理方法。27拔除宜用振動

16、錘或振動錘與起重機(jī)共同拔除。28鉆孔灌注樁擋墻施工? 鉆孔灌注樁擋墻施工? 鉆孔灌注樁施工時(shí)無振動，不會危害周圍建筑物等，造價(jià)低，有優(yōu)越性。? 施工速度慢，宜注意質(zhì)量。? 鉆孔灌注樁的間距由計(jì)算確定。? 鉆孔灌注樁用作支護(hù)樁時(shí)，按鋼筋混凝土正截面受彎構(gòu)件計(jì)算配筋。 深層攪拌水泥土樁墻施工（一）施工機(jī)具1 深層攪拌機(jī) 中心管噴漿方式 葉片噴漿方式 前者的輸漿方式是水泥漿從兩根攪拌軸間的另一根管輸出；后者是使水泥漿從葉 片的小孔噴出。2 配套機(jī)械（灰漿攪拌機(jī)、集料斗、灰漿泵。） （二）施工工藝定位 預(yù)拌下沉 制備水泥漿 提升、噴漿、攪拌 重復(fù)上、下攪拌 清洗、移 位 深層攪拌水泥土樁墻（四）提高水

17、泥土樁擋墻支護(hù)能力的措施1. 卸載 挖去頂部一部分以減少主動土壓力2. 加筋 可在墻中壓入竹筋等，有助于提高墻體 穩(wěn)定性。3. 起拱 將水泥土擋墻作成拱形，在拱腳處設(shè)鉆孔灌注樁，可提高其支護(hù)能力。 （拱圈支護(hù)？）4. 擋墻變厚度 對矩形基坑因邊角效應(yīng)，在角部的主動土壓力有所減小，故角部 可減薄水泥土擋墻的厚度，以節(jié)約投資。五、支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測 一、支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)的豎向位移與水平位移；坑周土體位移；支撐結(jié)構(gòu)軸力； 臨近建筑物、道路及地下管網(wǎng)等的變形； 地下水位及孔隙水壓力；基坑底隆起量。二 . 支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測常用儀器 支護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的監(jiān)測，主要分為應(yīng)力監(jiān)測與變形監(jiān)測。應(yīng)力檢測主要用機(jī)械系統(tǒng)和電器系統(tǒng)的儀器。變形監(jiān)測主要用機(jī)械系統(tǒng)、電器系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)的儀器。一）變形監(jiān)測儀器常用的有經(jīng)緯儀水準(zhǔn)儀測斜儀二. 支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測常用儀器 測斜儀是一種測量儀器軸線與鉛直線之間夾角的變化量，進(jìn)行計(jì)算擋墻或土層各 點(diǎn)水平位移的儀器。按工作原理，測斜儀可分為伺服加速度式29