地下工程施工：支擋施工

1、第二章 基坑支檔開挖縱梁橫撐地下水面地下工程第二章 基坑支檔開挖上海地鐵2號線河南路站施工現(xiàn)場一、基坑支擋開挖分類簡易支撐樁板支撐鋼檔板支撐預制砼支撐鋼管檔板支撐木板縱梁I、H鋼擋板柱列式壁式灌注樁地下連續(xù)墻穩(wěn)定液固化墻攪拌水泥土墻支擋結(jié)構(gòu)預制方式現(xiàn)澆方式二、支擋結(jié)構(gòu)形式簡介（1）1、簡易支擋 一般用于局部開挖、短時期、小規(guī)模。 方法：一邊自穩(wěn)開挖，一邊用木擋板和縱梁控制地層坍塌。 特點：剛性小、易變形、透水。二、支擋結(jié)構(gòu)形式簡介（2）2、樁板支擋 以I、H型鋼為主樁，間距12m。 方法：機械打入地層中、或鉆孔修筑；隨著開挖在主樁間插入擋板。用于良好地層的淺層開挖。 特點：剛性小、透水、插入基

2、底部分是不連續(xù)的 樁板支擋平面形狀二、支擋結(jié)構(gòu)形式簡介（3）3、鋼擋板支擋采用U、Z、H等型狀的鋼擋板。方法：一邊在接頭處接合，一邊連續(xù)機械打入地層中，或鉆孔修筑、壓入等方法形成連續(xù)壁。特點：隔水性好、插入基底部分是連續(xù)的，可用于軟弱地層施工，施工噪聲大。鋼擋板平面形狀二、支擋結(jié)構(gòu)形式簡介（4）4、 鋼管擋板支擋 方法：在鋼管側(cè)部設(shè)接頭，一邊與接頭接合，一邊連續(xù)打入地層中，形成連續(xù)地中壁的方法。一般要開挖定為溝，寬度為1.2m，深度為1.21.8m。特點：不透水、插入基底部分是連續(xù)的，剛性大于鋼板，適合于軟弱地層大規(guī)模開挖，為提高剛性，可向鋼管內(nèi)灌入混凝土或砂漿等。打入地層噪聲大。 鋼管擋板接

3、頭形式二、支擋結(jié)構(gòu)形式簡介（5）5、柱列式地下連續(xù)墻方法：是用鉆孔機械鉆孔，在其中放入鋼筋籠、H、I等型鋼，并灌注砂漿，形成地下連續(xù)墻。特點：該方法修筑的支擋結(jié)構(gòu)剛性大、震動小、噪聲低，適用于城市中修筑地下工程。 柱列式地下連續(xù)墻布置形式三、支擋結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計與計算（1）1、施工設(shè)計內(nèi)容與原則內(nèi)容：圍護結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)、挖土方案、換撐措施、降水方案、地基加固等。是互相關(guān)聯(lián)的。原則： 安全 經(jīng)濟 可靠 實用 簡便三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（2）2、施工設(shè)計的一般步驟前期工作： 1）了解工程環(huán)境、熟悉工程設(shè)計意圖 2）了解施工條件，研究工程地質(zhì)及工程水文情況設(shè)計與規(guī)劃：3）圍護結(jié)構(gòu)形式及支撐體系的規(guī)劃

4、制定（根據(jù)工程需要和開挖深度，初擬入土深度、結(jié)構(gòu)形式和尺寸） 4）地層中水、土壓力，地面超載，反力系數(shù)k的確定 （ 砂性土：水、土分算； 黏性土：水土合算） 5）圍護結(jié)構(gòu)入土深度的決定穩(wěn)定性分析（整體、隆起、涌管、底鼓、槽壁的穩(wěn)定性驗算） 6）修正圍護結(jié)構(gòu)的形式 （包括增加支撐、入土深度、地基加固、降水等）三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（3）圍護結(jié)構(gòu)計算：7）內(nèi)力計算、強度驗算 8）變位計算允許值？編制施工用圖： 9）施工圖設(shè)計 10）施工說明 11）細部設(shè)計施工 12）施工交底三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（4）3、荷載計算1）土壓力與圍護結(jié)構(gòu)的變位關(guān)系 靜止土壓 開挖后的靜土壓 支撐變位 變形后的土壓

5、 三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（5）2）粘土地層產(chǎn)生的側(cè)壓力滲透系數(shù)小，地下水溶于土中，計算時采用水土合算，一般采用朗金土壓力公式：主動土壓力：被動土壓力： Pbrihitg2(450-i/2)-2citg(450-i/2) (kPa)Pprihitg2(450+i/2)-2citg(450+i/2) (kPa)ri- 各土層的天然容重（KN/m3）hi- 各土層的厚度 （m）ci、i-各土層的粘聚力（kPa）,內(nèi)摩擦角（0）三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（6）3）砂性土地層產(chǎn)生的側(cè)壓力滲透系數(shù)大，將水土分開計算，土壓力采用朗金土壓力計算；水壓力采用全水壓力計算。 土壓力： 水壓力：（1）作用于圍護結(jié)構(gòu)

6、上的凈水壓力，墻底處水壓力為零。Pbrihitg2(450-i/2)-2citg(450-i/2) (kPa)ri- 地下水以上土層用天然容重；地下水以下用浮容重；（KN/m3）hi- 各土層的厚度 （m）ci、i-各土層的粘聚力（kPa）,內(nèi)摩擦角（0）三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（7）rw水的容重 (2) 滲透情況下的水壓力 （圖中實線為穩(wěn)定的水壓） UCjiHdUC=2(H+i-j)(d-i)/(2d+H-i-j)rwjiHdUcrw(H+d-j) Ucrw(d+i)UC=2(H+d-j)(d-i)/(2d+H-i-j)rw三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（8）4）地面超載引起的側(cè)壓力（1）均布荷載

7、產(chǎn)生的側(cè)壓力（2）集中荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力 m 0.4時h（1.77V/H2)m2n2/(m2+n2)2 m 0.4時h（0.28V/H2)n2/(0.16+n2)2qhh qtg2(450-i/2) (kPa)HZhV集中荷載X=mHZ= n H三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（9） （3）線荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力 m 0.4時 h(4/q / H)(m2n)/(m2+n2)2 m 0.4時 h(q/H)0.203n/(0.16+n2)2 HZhq線荷載X=mHZ= n H三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（10）5）、地層反力系數(shù)的確定單道及多道支撐的圍護結(jié)構(gòu)，內(nèi)力計算一般采用豎向彈性地基梁方法。即： x= kx x

8、基坑開挖面以下土層的水平抗力x等于該點地層反力系數(shù)kx與該點水平位移x的乘積。 kx 一般采用三種不同形式：常數(shù)法m法k法三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（11）（1）常數(shù)法 假定地層反力系數(shù)沿深度方向均勻分布，是我國學者張有齡30年代提出的；偏于安全。（2）m法假定kx隨深度呈正比增加。（3）k法假定第一橫向位移點以下為常數(shù)，以上呈正比增加。 地層反力系數(shù)kx值土 性粘性土或粉性土砂性土淤泥質(zhì)軟中等硬極松松中等密實 kx（Kn/m3）300015000150003000030000150000150000以上300015000150003000030000100000100000以上三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)

9、計與計算（12）6）圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析入土深度的確定為保證基坑的穩(wěn)定性，支擋結(jié)構(gòu)必須深入到基底以下某一深度，這段長度稱為入土深度。為了節(jié)省工程造價，在保證安全的前提下，應盡量減少入土深度。入土深度不夠，出現(xiàn)的工程問題主要有： 整體失穩(wěn)、隆起失穩(wěn)、管涌失穩(wěn)、底鼓失穩(wěn)等。支撐強度剛度不夠 整體滑動失穩(wěn) 踢腳引起隆起失穩(wěn) 管涌失穩(wěn) 承壓水引起底鼓失穩(wěn)不透水層三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（13）討論：（1）對于第一種情況，只要保證支撐強度和剛度。（2）按抗基坑整體滑動失穩(wěn)的穩(wěn)定條件，確定入土深度有關(guān)邊坡穩(wěn)定計算方法，土力學中已介紹，不再復述。主要介紹繞某點的整體失穩(wěn)驗算方法：在整體失穩(wěn)時，坑底被動側(cè)產(chǎn)生被

10、動土壓力，則：安全系數(shù)為： F =(PpLp) / (PaLa)（1.051.2) 求Pa時，不計上部土壓力。Pp支撐點LpDLaPa三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（14）（3）根據(jù)基坑隆起的穩(wěn)定性條件確定入土深度產(chǎn)生隆起失穩(wěn)，取決于地質(zhì)條件，入土深度，結(jié)構(gòu)形狀等。經(jīng)驗公式、方法較多，只介紹考慮C、的抗隆起法：參考Prandtl 、 Terzaghi的地基承載力公式，有下列抗隆起安全系數(shù)經(jīng)驗公式： Ks=(r2DNg+CNc）/r1（H+D)+q 1.72.5 D - 入土深度 （m） H - 開挖深度 （m) r1 - 坑外各層天然容重點加權(quán)平均值（kN/m2) r2 - 坑底下各層天然容重點加權(quán)

11、平均值（kN/m2) C - 坑底下的內(nèi)聚力（kN/m2） q - - 地面荷載（kN/m2)Ng、NC - 地基承載系數(shù)BHDr2Dr1（H+D)+q三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（15）用Pranddtl: Nq = tg2(450+/2)tg NC = ( Ng-1)1/tg用Terzghi: Ng = e(3/4/2)tg/cos(450+/2) NC = ( Ng-1)1/tg要求：K1.72.5本方法可適用于各類土質(zhì)條件。三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（16）（4）根據(jù)抗管涌的穩(wěn)定條件確定入土深度當基坑面以下的土為松軟的砂土層時，沒有向上的滲透水壓，由此產(chǎn)生的動水坡度大于砂土層的極限動水坡度時

12、，砂土顆粒就處于冒出狀態(tài)，基坑底面喪失穩(wěn)定，這種現(xiàn)象稱為管涌。 增大入土深度，即增加流線長度， 降低動水坡度，因此，增大入土 深度對防止管涌是有利的。目前 使用較多的是如下經(jīng)驗式：流線hwD砂性土三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（17）當符合下列條件時，基坑穩(wěn)定，不會發(fā)生管涌。 i 1.05 時，不會產(chǎn)生隆起。 b. 不滿足時，可考慮上覆土重量與支護結(jié)構(gòu)摩擦力與滯水層的平衡。摩擦力一般由工程條件確定。 土作用于支擋結(jié)構(gòu)上的正壓力采用主動土壓力。偏于安全 c. 若還不滿足，應采用其它工程措施防止失穩(wěn)。如： 用隔水擋墻隔斷滯水層、用深井點降水、用抗拔樁等。有壓水 滯水層不透水層底鼓三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算

13、（19）4、支擋結(jié)構(gòu)的計算方法（1）計算工況二道支撐一道支撐一道支撐一道支撐底板混凝土底板混凝土頂板混凝土 開挖至第一支撐點 開挖至第二支撐點 開挖至基底 底板澆注、折第二支撐 頂板澆注、完畢三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（20）（2）計算方法 有四大分類 1) 古典方法： 假想梁法、1/2分割法、太沙基法等特點：土壓力已知，不考慮墻體變位和支撐變形。 2）支撐軸力、墻體彎距、變位不隨開挖過程而變化方法 山肩幫男法特點：土壓力已知，考慮圍護結(jié)構(gòu)變位，不考慮支撐變形 3)支撐軸力、墻體彎距、變位隨開挖過程而變化的方法 彈性法、彈塑性法、塑性法、疊加法特點：土壓力已知，考慮圍護結(jié)構(gòu)變位，不考慮支撐變形

14、4）共同變形理論 森重龍馬法等特點：土壓力隨墻體變位而變化，考慮圍護結(jié)構(gòu)變位，考慮支撐變形 介紹幾種常用的方法。其它參考有關(guān)專著。三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（21） （3）假想梁法 （又稱等值梁法） 假定：擋墻在基底以下有一假想鉸，假想鉸將擋墻分為 二段假想梁，上部為簡支梁，下部為一超靜定結(jié)構(gòu)，可 求擋墻內(nèi)力。 該方法關(guān)鍵問題為假想點的位置，一般有三種方法。 a. 假定為被動土壓力的合力點； b.假定為主、被動土壓 力相等的點；c.采用工程經(jīng)驗建議值。假想鉸位置假想鉸位置三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（22）工程建議值三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（23）（4）1/2 分割法假定：每道支撐承受跨中到跨中那部

15、分水土壓力。則：每道支撐就等于所分擔的水土壓圖面積，在支撐軸力確定后，不難求出圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。一支撐二支撐L1L2/2L2/2L3/2L3/2水土壓力圖三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算（24）（5）太沙基法假定：擋墻受力后，在每道橫支撐交點以及基底處形成塑性鉸。注意：（第一道橫支撐除外）由此擋墻成為靜定的連續(xù)梁?？捎嬎銉?nèi)力。一支撐二支撐水土壓力四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（1）1、樁板支擋施工 基本方法：以I、H型鋼為主樁，一般采用50#、55#和60#的大型型鋼，按設(shè)計位（一般樁間距12m）。基坑開挖前，在地面用沖擊式打樁機沿基坑設(shè)計邊線逐根打入地下、或鉆孔修筑；隨挖土方隨在樁間插入5cm厚的水平木背板，以擋

16、住樁間土體。適用條件：適用于良好的淺埋地層明挖施工，粘性土、砂性土和粒徑不大于10 cm 的砂卵石地層，當?shù)叵滤惠^高時，必須配合人工降水措施。 打樁時。 施工噪聲一般都在100db以上，大大超過環(huán)保 法規(guī)定的限值，因此，這種圍護結(jié)構(gòu)只宜于郊區(qū)距居民 點較遠的基坑施工中。四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（2） 工字鋼樁圍護結(jié)構(gòu)支護四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（3）支撐局部四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（3）2、連續(xù)鋼板樁（管）支護施工 鋼板樁常用斷面型式，多為U形或Z形。我國地下鐵道施工中多用U形鋼板樁，其沉放和拔除方法、使用的機械均與型鋼樁相同; 構(gòu)成方法則分為單層鋼板樁圍堰、雙層鋼板樁圍堰及屏風等。在較深基坑施工時，為保證其

17、垂直度又方便施工，并使其能封閉合攏，多采用屏風式構(gòu)造。四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（4） 鋼板樁施工四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（6）適用條件： 鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)適用于粘性土、砂性土和粒徑不大于10 cm的砂卵石地層，當?shù)叵滤惠^高時，必須配合人工降水措施。而且打樁時，施工噪聲一般都在100db以上，大大超過環(huán)保法規(guī)定的限值，因此，這種圍護結(jié)構(gòu)與工字樁一樣只宜于郊區(qū)距居民點較遠的基坑施工中。四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（7）鋼板樁的打入 1）單獨打入法 這是最普通的施工法，板樁是一根根地打入土中。施工法速度快，樁架高度相對可低一些，但是容易傾斜，對此可在一根樁打入后，把它與前一根焊牢，既防止傾斜又避免被后打的樁帶入土中。 2）屏風式打入法 將1020根板樁插入土中一定深度，使樁機來回錘擊，并使兩端的一組樁先打到要求深度再將中間部分的板樁順次打入。這種屏風施工法可防止板樁的傾斜與轉(zhuǎn)動，對要求閉合的圍護結(jié)構(gòu)，常采用此法。 缺點是施工速度比單樁施工法慢且樁架較高。四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（5）鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（8）鋼板樁的拔除 基坑回填后，一般要拔除鋼板樁，以便重復使用。拔除鋼板樁前，要仔細研究拔樁方法、拔樁順序、拔樁時間及土孔處理。否則，由于拔樁的振動影響，以及拔樁帶土過多引起的