深基坑工程設(shè)計(jì)與計(jì)算20111029

1、一、深基坑總體方案二、設(shè)計(jì)控制原則三、圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì) 四、連接與節(jié)點(diǎn)構(gòu)造五、深基坑計(jì)算六、基坑監(jiān)測(cè)七、施工方案八、對(duì)周邊環(huán)境影響分析及加固 深基坑工程總體方案主要有順作法和逆作法兩種基本形式，在同一個(gè)基坑中也可組合使用。 順作法一般在基坑周邊設(shè)置板式支護(hù)結(jié)構(gòu)，在坑內(nèi)設(shè)置幾道臨時(shí)水平內(nèi)支撐體系，分層開(kāi)挖并架設(shè)支撐直至坑底，澆筑混凝土底板后，由下而上逐層施工各層地下結(jié)構(gòu)并拆除支撐。 逆作法利用先施工的地下連續(xù)墻和中間支撐柱承受荷載，從地面逐層下挖，同時(shí)從上到下完成地下室的梁、板結(jié)構(gòu)，利用上一層的結(jié)構(gòu)梁板作為下一層開(kāi)挖時(shí)的支撐。逆作法可分為全逆作法。半逆作法、部分逆作法等多種形式。 逆作法設(shè)計(jì)要

2、點(diǎn)： (1) 逆作法的梁板重量較常規(guī)順作法的支撐重量要大得多，因此立柱和立柱樁的承載能力需很大； (2) 逆作法的連續(xù)墻、立柱樁均為永久結(jié)構(gòu)，需結(jié)合主體梁板柱進(jìn)行設(shè)計(jì)和預(yù)留預(yù)埋。一級(jí)基坑主要控制指標(biāo)如下：(1) 地面最大沉降量0.1%H ；(2) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移0.14%H；(3) KL1.8；二級(jí)基坑主要控制指標(biāo)：(1) 地面最大沉降量0.2%H ；(2) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移0.3%H；(3) KL1.6；基坑圍護(hù)型式主要有：(1) 放坡+土釘：H10m；(2) 水泥土攪拌墻：H5m；(3) 鋼板樁：環(huán)境影響較大；(4) SMW工法樁；(5) 鉆孔灌注樁、咬合樁；(6) 地下連續(xù)墻；

3、圍護(hù)體結(jié)合混凝土支撐、鋼支撐、錨桿體系即形成基坑圍護(hù)。1 1、基坑圍護(hù)的主要型式、基坑圍護(hù)的主要型式圍護(hù)型式的選擇主要根據(jù)基坑深度來(lái)確定，但同時(shí)必須考慮到周邊環(huán)境條件等因素。施工機(jī)械凈距、凈高要求：（1）工法樁：施工機(jī)械較大，一般需側(cè)墻外5m凈距，凈高20m以上；（2）旋噴樁：施工機(jī)械很小，一般無(wú)凈距、凈高限制；（3）咬合樁：側(cè)墻外凈距2m即可，凈高11m以上即可施工；（4）鉆孔樁+止水帷幕：側(cè)墻外凈距需3m以上，凈高10m左右即可施工；（5）連續(xù)墻：側(cè)墻一側(cè)凈距一般需12m方可吊裝鋼筋籠（條件較苛刻時(shí)可局部放寬該要求），側(cè)墻另一側(cè)外凈距一般需3m。2 2、圍護(hù)型式選擇要點(diǎn)、圍護(hù)型式選擇要點(diǎn)放

4、坡開(kāi)挖：(1) 場(chǎng)地周邊開(kāi)闊，開(kāi)挖深度較淺時(shí)采用；(2) 蘇州地層一般5m深以內(nèi)基坑可采用一級(jí)放坡，8m以上需采用兩級(jí)放坡；(3) 由于放坡錨桿會(huì)侵入周邊道路影響管線，且難以清除，現(xiàn)蘇州園區(qū)已不允許采用放坡+錨桿支護(hù)。支撐布置型式一般有：1）對(duì)撐結(jié)合角撐；2）對(duì)撐結(jié)合角撐、邊桁架：適用性較強(qiáng)；3）環(huán)撐：要求整個(gè)支撐體系同時(shí)形成剛度；4）拋撐：適用于深度不大，但面積較大的基坑；P2P3P4P5P6P7P9P10P12P13P14P16P18P20P21P22P23P1P17P11P15PVPUPTPSPRPQPNPMPCPBPLPKPJPHPGPFPEPDPAPP3 3、支撐布置選型、支撐布置選

5、型支撐布置原則：1）第一道支撐中心距地面一般11.5m；2）最下一道支撐中心距基底一般34m；3）混凝土支撐豎向間距一般46m，鋼支撐35m，從上到下間距應(yīng)逐漸減?。?）支撐距其下方樓板凈距應(yīng)在500mm以上；5）對(duì)于粉土粉砂層較厚的地層范圍，宜適當(dāng)減小支撐距離；6）混凝土支撐水平間距一般89m，鋼支撐3m左右；3 3、支撐布置選型、支撐布置選型坑中坑一般圍護(hù)型式有：1）加固+放坡；2）懸臂式支護(hù)；3）板式支護(hù)+內(nèi)支撐；4 4、坑中坑圍護(hù)、坑中坑圍護(hù)1 1、連續(xù)墻與主體結(jié)構(gòu)連接、連續(xù)墻與主體結(jié)構(gòu)連接地下室樓板與連續(xù)墻連接示意圖（單一墻）地下室樓板與連續(xù)墻連接示意圖（單一墻）地下室底板與連續(xù)墻連

6、接示意圖（單一墻）地下室底板與連續(xù)墻連接示意圖（單一墻）按連續(xù)墻的功能劃分，其型式有：1）復(fù)合墻：連續(xù)墻與混凝土內(nèi)墻之間采用防水層隔離，內(nèi)墻在使用階段僅承受水壓力；2）疊合墻：主體內(nèi)墻（一般400-600厚）與連續(xù)墻貼合鑿毛，界面抗剪能力約0.7MPa；且主體底板鋼筋需錨入連續(xù)墻，其它樓板鋼筋錨入主體內(nèi)墻；3）單一墻：連續(xù)墻單獨(dú)作為主體內(nèi)墻，一般在連續(xù)墻內(nèi)預(yù)留環(huán)梁插筋，主體底板鋼筋直接錨入連續(xù)墻；混凝土圍檁與連續(xù)墻連接平面示意圖2 2、圍檁與連續(xù)墻連接、圍檁與連續(xù)墻連接深基坑圍檁一般特點(diǎn)：1）基坑一般設(shè)有角撐，圍檁需承受水平剪力；2）圍檁自重較大；3 3、連續(xù)墻接頭構(gòu)造：、連續(xù)墻接頭構(gòu)造：連續(xù)

7、墻接頭常用的有：1）鎖口管接頭：用于周邊環(huán)境一般的基坑工程；2）型鋼接頭：用于城區(qū)、周邊環(huán)境復(fù)雜的基坑工程；l按基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程進(jìn)行抗隆起、抗傾覆、抗?jié)B流、抗承壓水驗(yàn)算，初步確定圍護(hù)墻的嵌入深度；當(dāng)按照地鐵車站技術(shù)要求驗(yàn)算坑底抗隆起時(shí)，固結(jié)快剪指標(biāo)C、值應(yīng)乘以0.70.85的折減系數(shù)；l基坑圍護(hù)墻的內(nèi)力計(jì)算采用豎向彈性地基梁法；l施工期間地面超載一般按20kPa考慮；l施工階段土壓力取主動(dòng)土壓力，粘性土按水土合算，砂性土按水土分算考慮，分別按各層土的C、固結(jié)快剪試驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算；l使用階段土壓力取靜止土壓力，各土層均按水土分算；使用階段的荷載增量為靜止土壓力與主動(dòng)土壓力的差值，該荷載增量所產(chǎn)生的內(nèi)

8、力與施工階段最終的內(nèi)力疊加即為使用階段內(nèi)力；l支撐體系計(jì)算將支撐與圍檁作為整體，按平面受力的框架進(jìn)行內(nèi)力、變形分析。 1、設(shè)計(jì)計(jì)算條件2、斷面計(jì)算（單元計(jì)算 ） 在理正深基坑軟件單元計(jì)算模塊中，依次輸入基本信息、土層信息、支錨信息后即可進(jìn)行計(jì)算；然后進(jìn)行圍護(hù)墻（樁）的分段配筋。 兩個(gè)問(wèn)題：1）、計(jì)算文件的編輯；2）、支錨剛度的取值：K=2aEA/L/S，此為單寬支錨剛度，支撐水平間距相應(yīng)應(yīng)取為1m。 在理正深基坑軟件整體計(jì)算模塊中，依次進(jìn)行：方案設(shè)計(jì)：輸入地下室及支撐信息；網(wǎng)線布置：導(dǎo)入基坑邊線及支撐軸線；支護(hù)布置：定義分區(qū)支護(hù)數(shù)據(jù)；內(nèi)撐布置：布置各層支撐，輸出布置圖；結(jié)果查詢：內(nèi)力、變形結(jié)果

9、；構(gòu)件歸并：對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分別設(shè)計(jì)和配筋；工程量統(tǒng)計(jì)：計(jì)算工程量3、整體計(jì)算 四、圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算基坑整體計(jì)算模型 平面支撐體系計(jì)算方法：1）在理正深基坑軟件中可直接得到結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力；2）一般的計(jì)算也可以通過(guò)斷面計(jì)算得到各道支撐的單位內(nèi)力后，在SAP84中建立支撐、圍檁體系的平面模型，對(duì)圍檁施加支撐內(nèi)力。4、平面支撐體系計(jì)算 構(gòu)件計(jì)算方法：1）圍護(hù)墻、樁按受彎構(gòu)件計(jì)算承載力，連續(xù)墻還需驗(yàn)算裂縫，外側(cè)裂縫寬度0.2mm，內(nèi)側(cè)0.3mm；2）支撐按照壓彎構(gòu)件計(jì)算，彎矩包括平面內(nèi)的彎矩和自重、棧橋荷載產(chǎn)生的豎向彎矩；3）鋼立柱一般采用格構(gòu)式，按壓彎構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算；4）立柱樁承載力的計(jì)算：

10、老規(guī)范：豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=u*（qsik*Li）；（qsik為第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值）；豎向承載力設(shè)計(jì)值R=Quk/1.67；要求豎向荷載設(shè)計(jì)值NR。 新規(guī)范：?jiǎn)螛稑O限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk= u*（qsik*Li）；單樁豎向承載力特征值Ra=Quk/2；要求豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值NkRa。即N5mm/d連續(xù)2d以上25mm2圍護(hù)墻深層水平位移(基坑北側(cè))3mm/d連續(xù)2d以上20mm3立柱樁頂沉降20mm4坑外水位下降500mm/d1000mm5地下管線變形（沉降）2mm/d20mm；相鄰兩測(cè)點(diǎn)差8mm6臨近建筑物沉降3mm/d連續(xù)2d以上15mm；附加傾斜17支撐軸力實(shí)測(cè)軸力超過(guò)支撐允許

11、承載力70%時(shí)一般當(dāng)監(jiān)測(cè)值達(dá)到設(shè)計(jì)值的50%時(shí)，需進(jìn)行預(yù)警；80%時(shí)報(bào)警。若監(jiān)測(cè)值達(dá)到上表中界限須及時(shí)報(bào)警，應(yīng)引起各有關(guān)方面重視，及時(shí)處理，同時(shí)根據(jù)具體情況加密監(jiān)測(cè)。 監(jiān)測(cè)頻率與報(bào)警值：監(jiān)測(cè)頻率與報(bào)警值： 深大基坑一般需根據(jù)基坑的形狀、支撐布置及周邊環(huán)境保護(hù)要求進(jìn)行分區(qū)分塊，將超大基坑分成若干個(gè)區(qū)域，依次進(jìn)行流水開(kāi)挖，以達(dá)到減小基坑變形、保護(hù)周邊環(huán)境、加快施工的目的。 設(shè)計(jì)一般只提出施工方案，在總包單位進(jìn)場(chǎng)后將對(duì)施工方案另行深化設(shè)計(jì)。 根據(jù)國(guó)家規(guī)范及蘇州地鐵1號(hào)線的有關(guān)要求，并參照鄰近地區(qū)規(guī)范，圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要環(huán)境保護(hù)控制指標(biāo)如下：三、支護(hù)方案設(shè)計(jì)(1) 地鐵結(jié)構(gòu)絕對(duì)沉降量及水平位移量20mm

12、(包括各種加載和卸載的最終位移量)；(2) 基坑施工期間，地鐵結(jié)構(gòu)沉降量及水平位移量10mm；(3) 區(qū)間隧道隧道變形曲線的曲率半徑R15,000m；相對(duì)變曲12500；(4) 由建筑物荷載及注漿等施工因素而引起的地鐵結(jié)構(gòu)外壁附加荷載20kPa；(5) 由于打樁振動(dòng)、爆炸產(chǎn)生的震動(dòng)引起的峰值速度2.5cm/s；(6) 由降水等施工因素引起的坑外地下水位變化速率500mm/天，累計(jì)值1000mm；(7) 地表沉降不大于0.10%H（一級(jí)控制標(biāo)準(zhǔn)）；(8) 管線位移控制在20mm以內(nèi)。1 1、環(huán)境保護(hù)控制指標(biāo)、環(huán)境保護(hù)控制指標(biāo) 基坑周邊分布有建構(gòu)筑物、地下室、地鐵車站、區(qū)間隧道或重要管線時(shí)，一般要

13、求采用數(shù)值計(jì)算對(duì)基坑周邊保護(hù)對(duì)象的沉降及變形進(jìn)行分析。 一般先采用斷面計(jì)算的方法得到初步的變形結(jié)果，再進(jìn)一步采用三維有限元進(jìn)行整體分析計(jì)算。計(jì)算軟件一般有Midas-GTS、Plaxis、Flac等。簡(jiǎn)單的斷面計(jì)算一般采用Midas-GTS和Plaxis進(jìn)行。地鐵結(jié)構(gòu)水平變位云圖地鐵結(jié)構(gòu)豎向變位云圖2 2、對(duì)環(huán)境影響的斷面計(jì)算、對(duì)環(huán)境影響的斷面計(jì)算 地鐵-基坑-圍護(hù)3D模型（開(kāi)挖結(jié)束） 八、周邊環(huán)境保護(hù)3 3、三維整體數(shù)值計(jì)算、三維整體數(shù)值計(jì)算基坑圍護(hù)連續(xù)墻變位云圖基坑圍護(hù)連續(xù)墻水平變位云圖（X向，t=8） u最大變位量為29.7mm，發(fā)生在東側(cè)坑中坑附近的連續(xù)墻中下部?；訃o(hù)連續(xù)墻水平變位

14、云圖（Y向，t=8） u最大變位量為23.5mm，發(fā)生在南側(cè)連續(xù)墻的中下部。八、周邊環(huán)境保護(hù)地鐵區(qū)間主體結(jié)構(gòu)變位云圖地鐵站主體結(jié)構(gòu)水平變位云圖（Y向，t=8）u區(qū)間底板最大水平變位為6.3mm，向南；頂板最大水平變位為1.9mm，向北。地鐵站主體結(jié)構(gòu)豎向變位云圖（Z向，t=8） u區(qū)間結(jié)構(gòu)最大上隆量為2.8mm，最大下沉量為1.0mm。八、周邊環(huán)境保護(hù)基坑、地鐵區(qū)間整體變位過(guò)程八、周邊環(huán)境保護(hù) 為減小基坑在開(kāi)挖過(guò)程中的側(cè)向變形及坑外沉降對(duì)周邊環(huán)境的影響，一般可采用如下措施：(1)坑內(nèi)加固：增大基坑開(kāi)挖過(guò)程中開(kāi)挖面以下土體的彈簧剛度，減小變形；一般加固深度為第二道支撐以下，攪拌樁水泥摻量不大于16%，其上采用10%12%水泥摻量的攪拌樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；(2)坑外加固：攪拌樁、旋