基坑支護(hù)設(shè)計(jì)-教學(xué)

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)一、基坑工程的分級(jí)二、基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及需考慮的荷載

三、支護(hù)體系的方案比較和選型

四、基坑支護(hù)的計(jì)算五、基坑支護(hù)內(nèi)支撐方案選擇六、基坑工程的概念設(shè)計(jì)七、工程設(shè)計(jì)實(shí)例隨著上海城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市用地日趨緊張，地下空間的開發(fā)利用及高層建筑深基礎(chǔ)施工都在地面以下一定深度工作。建筑基坑支護(hù)技術(shù)是創(chuàng)造安全可靠的地下施工空間必不可少的一項(xiàng)技術(shù)。基坑工程按重要性分級(jí)。一級(jí)：支護(hù)結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時(shí)；基坑開挖深度大于、等于10米時(shí)；距基坑邊兩倍開挖深度范圍內(nèi)有歷史文物、近代優(yōu)秀建筑、重要管線等需嚴(yán)加保護(hù)時(shí)。三級(jí)：開挖深度小于7米，且周圍環(huán)境無特別要求時(shí)。二級(jí)：除一級(jí)與三級(jí)外。

基坑工程設(shè)計(jì)安全系數(shù)，由基本安全系數(shù)和附加安全系數(shù)的乘積組成?；景踩禂?shù)由計(jì)算模型本身給定，而附加安全系數(shù)根據(jù)基坑重要性確定。二、基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

及需考慮的荷載：

（一）設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.

支護(hù)體系的方案比較和選型；2.

支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形計(jì)算；3.

基坑內(nèi)外土體的穩(wěn)定性計(jì)算；4.

圍護(hù)墻的抗?jié)B驗(yàn)算；5.

降水要求；6.

確定挖土工況；7.

確定環(huán)境保護(hù)的要求和監(jiān)測(cè)內(nèi)容等。（二）需考慮的荷載

1.

水土壓力；側(cè)壓力等于土壓力和水壓力之和。有工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按水土合算計(jì)算側(cè)壓力。2.

一般地面超載；一般為20KN/m2的均面荷載。3.

影響區(qū)范圍內(nèi)建筑、構(gòu)筑物荷載；4.

施工荷載以及鄰近基礎(chǔ)施工的影響，如打樁、基坑開挖等。三、支護(hù)體系的方案比較和選型

1.

板式支護(hù)體系地下連續(xù)墻（鋼筋混凝土板樁等）目前在基坑工程中應(yīng)用的地下連續(xù)墻有以下幾種形式：壁板式T形及Л形地下連續(xù)墻格形地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻槽段接頭形式，有以下幾種：使用接頭管做成的接頭用隔板做成的接頭用預(yù)制件作接頭采用接頭箱做成接頭鋼板止水式接頭鋼筋焊接接頭鉆孔灌注樁（人工挖孔樁、樹根樁等）SMW工法（勁性水泥土地下墻）鋼板樁

2.

重力式擋墻（干噴、濕噴）3.

復(fù)合土釘墻4.放坡開挖5.與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)――逆作法

利用主體地下結(jié)構(gòu)的梁板作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)支撐，且支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻一般與主體地下室的外墻相結(jié)合。應(yīng)預(yù)估圍護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降的適應(yīng)性；另外在地下室澆筑鋼筋混凝土底板之前，地面上的上部結(jié)構(gòu)允許施工的層數(shù)要經(jīng)計(jì)算確定。四、支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算

1.

板式支護(hù)體系①

基坑底部土體的抗隆起穩(wěn)定性和抗?jié)B流或抗管涌穩(wěn)定性驗(yàn)算a.

驗(yàn)算圍護(hù)墻底地基承載力；KWZ＝2.5（一級(jí)基坑）2.0（二級(jí)基坑）1.7（三級(jí)基坑）b.

驗(yàn)算基坑底部土體的抗隆起穩(wěn)定性KL＝2.5（一級(jí)基坑）2.0（二級(jí)基坑）1.7（三級(jí)基坑）c.

圍護(hù)墻底部土體的抗?jié)B流或抗管涌穩(wěn)定性KS＝1.5～2.0基坑底為砂性土、砂質(zhì)粉土或粘性土與粉性土中有明顯薄層粉砂夾層時(shí)取大值。d.

基坑開挖面以下有承壓水時(shí)，驗(yàn)算基坑底部土的抗承壓水頭的穩(wěn)定性Ky＝1.05②

圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算KQ＝1.20（一級(jí)基坑）1.10（二級(jí)基坑）1.05（三級(jí)基坑）③

圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形計(jì)算采用豎向彈性地基梁的基床系數(shù)法。計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮支撐或錨碇點(diǎn)的位移、施工工況及支撐剛度等對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的影響。內(nèi)支撐的壓縮彈簧系數(shù)

作用在圍護(hù)墻上的水土壓力開挖面以下，水平彈簧支座和垂直彈簧支座的壓縮彈簧剛度KH＝kHbhKV＝kVbh開挖面以下三角形區(qū)的水平向基床系數(shù)KH＝mz水平向基床系數(shù)沿深度增大的比例系數(shù)m

可根據(jù)土性，參照下表采用地基土分類

m(kN/m4)

流塑的粘性土1000～2000軟塑的粘性土、松散的粉砂土和砂土2000～4000可塑的粘性土、稍密～中密的粉性土和砂土

4000～6000豎硬的粘性土、密實(shí)的粉性土、砂土

6000～10000水泥土攪拌樁加固，置換率>25%

水泥摻量<8%2000～4000水泥摻量>12%4000～6000④

支撐或錨碇與圍檁體系的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性計(jì)算；⑤

支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)與計(jì)算；⑥

支撐豎向立柱的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性計(jì)算；⑦

圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)兼作工程主體結(jié)構(gòu)時(shí)，尚應(yīng)按照主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所遵循的規(guī)范，驗(yàn)算長期荷載作用時(shí)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形等。2.

重力式擋墻（水泥土圍護(hù)結(jié)構(gòu)）

強(qiáng)度以齡期一月的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，不低于0.8MPa。以下所列安全系數(shù)適用于二級(jí)工程，對(duì)一級(jí)工程應(yīng)乘以1.2系數(shù)，三級(jí)工程乘以0.9系數(shù)。重力式擋墻破壞的四種模式：a.水平滑移破壞b.傾覆破壞c.整體滑移破壞d.樁身彎曲破壞①

整體穩(wěn)定性驗(yàn)算安全系數(shù)最小的滑弧面，其值應(yīng)不小于KZ＝1.0。②

抗?jié)B驗(yàn)算；當(dāng)墻底為砂土、砂質(zhì)粉土或有明顯的砂性土夾層時(shí)取KS＝3.0，其它土層取KS＝2.0。③抗水平滑吩移、抗傾散覆穩(wěn)定性努驗(yàn)算KQ＝1.鍬1，基燃坑邊長景不大于牛20m嗽時(shí)，KQ＝1.回0KHL＝1.掌2，基毯坑邊長味不大于彼20m免時(shí)，KHL＝1.0④墻體坑驕底截面果處的應(yīng)我力驗(yàn)算⑤受谷倉土稀壓力條件銳限制的格旨柵斷面尺委寸的驗(yàn)算⑥圍護(hù)結(jié)構(gòu)彼墻頂水平約位移計(jì)算哄。1.復(fù)合土釘肅墻參照中守華人民依共和國茄行業(yè)標(biāo)客準(zhǔn)《建飽筑基坑桂支護(hù)技秀術(shù)規(guī)程事》JG劇J12斯0－9妖9。①土釘抗拉烤承載力計(jì)汁算；單根土找釘抗拉丈承載力拳計(jì)算；單根土舟釘受拉秀荷載標(biāo)倡準(zhǔn)值計(jì)恭算。②土釘墻整狀體穩(wěn)定性油驗(yàn)算；不同工況見下圓弧滑欲動(dòng)整體穩(wěn)危定性驗(yàn)算令；單根土釘?shù)踉趫A弧滑害裂面外錨王固體與土換體的極限繞抗拉力計(jì)旦算。2.放坡開挖采用簡益單條分翅法進(jìn)行申邊坡穩(wěn)經(jīng)定性驗(yàn)仇算。五、基坑提支護(hù)內(nèi)支兄撐方案選唇擇1.根據(jù)支撐巨材料的分患類按其材敞料可分頃為鋼支啟撐、鋼撓筋混凝蠅土支撐朽、鋼和均鋼筋混報(bào)凝土的球組合支題撐。鋼支撐優(yōu)點(diǎn)：便柜于安裝和接拆除，材食料的消耗那量小，可齒以施加預(yù)謊緊力以合脂理地控制芽基坑變形類，架設(shè)速吃度快。缺點(diǎn)：整方體剛度較橋弱。鋼筋混凝缸土支撐優(yōu)點(diǎn)：久整體剛喘度好，降變形小業(yè)。缺點(diǎn)：匠施工制尚作時(shí)間唱長于鋼撫支撐，寧拆除工戒作比較詳繁重，步材料的緩回收利流用率低眨。2.根據(jù)支撐津平面布置大的分類角撐、炎對(duì)撐、織圓環(huán)支桌撐、邊借桁架支亞撐。雙拼H型板鋼支撐：羽對(duì)撐和角思撐結(jié)合使喉用圓環(huán)支撐對(duì)撐和圓承環(huán)支撐結(jié)慘合使用邊桁架支失撐角撐和鬧圓環(huán)支途撐結(jié)合走使用六、基坑校工程的概不念設(shè)計(jì)與其他壘巖土工遙程問題舅一樣，師基坑工粱程目前衡仍然不芒夠完善盟，不夠士成熟，稅是經(jīng)驗(yàn)索性很強(qiáng)咸的一門澡學(xué)科。完全局限淚于規(guī)范、被規(guī)程的設(shè)盆計(jì)，在實(shí)掩際應(yīng)用中氏會(huì)造成較傲大的浪費(fèi)對(duì)。在以往誰的一些規(guī)槐定中，對(duì)守于一些難晚以確定的家問題往往麻以“根據(jù)豆經(jīng)驗(yàn)確定搶”而由設(shè)息計(jì)人員自刃行確定，惹這對(duì)于具亞有豐富經(jīng)銷驗(yàn)的設(shè)計(jì)岡人員自然伍不難解決身，而對(duì)于捷一般設(shè)計(jì)直人員則難鞏以應(yīng)用。等所以現(xiàn)在土的規(guī)范、改規(guī)程強(qiáng)調(diào)晌一個(gè)唯一喘性，即對(duì)酬某一設(shè)計(jì)耀對(duì)象，規(guī)核范、規(guī)程鋼負(fù)有提供休一種明確歷的設(shè)計(jì)方如法、計(jì)算線模式、參或數(shù)取值的陰責(zé)任，盡鼓管其結(jié)果雷較有豐富春經(jīng)驗(yàn)的設(shè)驚計(jì)人員設(shè)璃計(jì)結(jié)果可老能偏于保舊守些，但涂按規(guī)范、占規(guī)程設(shè)計(jì)訪必能保證口安全。另一方面僚，完全局賺限于規(guī)范希、規(guī)程的綢設(shè)計(jì)，在尖某些特定鼓的工程情唇?jīng)r下，仍拴會(huì)存在工謙程不安全只的隱患。一項(xiàng)設(shè)員計(jì)的優(yōu)偏劣成敗床，設(shè)計(jì)慶思想的紛是否正愿確，有恥時(shí)起決節(jié)定性的頂作用。壟概念設(shè)惕計(jì)就是柱一種設(shè)鴉計(jì)思想券。下面愈就對(duì)基奧坑工程汽的概念代作些初炎步的探篩討。1.有效應(yīng)金力原理對(duì)于飽和炸土，總壓逗力由有效偉應(yīng)力和孔川隙水壓力具兩部分組既成。土中隙的孔隙水裕沒有強(qiáng)度陳，所產(chǎn)生轉(zhuǎn)的水壓力畏沒有方向押性，豎向辯荷載和側(cè)續(xù)荷載總是角相等；土覺顆粒組成淹的骨架則軍有一定的有強(qiáng)度，所來產(chǎn)生的是京有效壓力憂，故主動(dòng)村土壓力系情數(shù)必定小競(jìng)于1.0鑼，被動(dòng)土校壓力系數(shù)朵必定大于愈1.0。盲從這個(gè)概于念出發(fā)，攏計(jì)算水土筐壓力時(shí)，潮有效應(yīng)力鉗法比總應(yīng)魔力法更為玩合理。在羞計(jì)算時(shí)，凍應(yīng)當(dāng)采用煮浮重度和疼有效強(qiáng)度咐指標(biāo)c’趁、φ’，酒應(yīng)進(jìn)行“謹(jǐn)水土分算扛”?！八梁蠅阉恪钡母啪S念不如“請(qǐng)水土分算扁”明確。頭既要合算脾，就得用狠總應(yīng)力法溪。但選用的與之配套敏的強(qiáng)度指聯(lián)標(biāo)時(shí)，仍絕應(yīng)充分理窗解有效應(yīng)欺力原理，識(shí)采用適當(dāng)挑的總應(yīng)力濕法強(qiáng)度指唱標(biāo)c、φ另。有效應(yīng)區(qū)力法的怨c’、亮φ’只捎有一套朱，而總抗應(yīng)力法止的c、建φ有三銜套：不籃排水剪比（UU把）、固判結(jié)不排梨水剪（稻CU）身及排水深剪（C隊(duì)D）。盾由于試牽驗(yàn)時(shí)排敲水條件兵不同，備試驗(yàn)結(jié)盟果差別傭很大。如果不熟派悉有效應(yīng)捎力原理，帳選擇試驗(yàn)席方法時(shí)就茫會(huì)陷入盲割目性。無皂論應(yīng)力路吵徑還是排滿水條件，狼試驗(yàn)條件弊與現(xiàn)場(chǎng)條劣件不可能萌完全一致娃，只能近薦似地選用卷較合理的拾方法。從威現(xiàn)場(chǎng)條件面分析，主構(gòu)動(dòng)區(qū)和被撇動(dòng)區(qū)土體剩剪切時(shí)近穩(wěn)似于不排銹水剪，故脊采用固結(jié)灣不排水剪扁是安全的河。從原理下分析，案“水土熊分算”真優(yōu)于“顏水土合翅算”，唇三軸剪糾優(yōu)于直質(zhì)剪。但示在做實(shí)智際工程濱時(shí)不一渡定如此隨，因?yàn)轲I實(shí)際操瓜作時(shí)，膽三軸試重驗(yàn)費(fèi)時(shí)倍費(fèi)力，懲對(duì)土樣士質(zhì)量要你求高，名對(duì)試驗(yàn)斬人員素員質(zhì)要求溉高，否物則試驗(yàn)搏成果不臉穩(wěn)定，暫甚至反宜而不可槽靠?！跋袼练值趟恪币智鬁y(cè)有事效應(yīng)力踐指標(biāo)c枯’、φ凳’，非毀一般試臨驗(yàn)室能訪做好。應(yīng)直剪試呈驗(yàn)和“逗水土合儲(chǔ)算”雖鍋然合理掏性方面圖有所欠閣缺，但廚簡單易幟行，有炸經(jīng)驗(yàn)時(shí)階也較可押靠。1.地下水。分析基房誠坑工程贈(zèng)失敗的坐原因可步知，直愛接或間屬接與地漏下水有語關(guān)的占證大多數(shù)制。這里扮主要討籠論靜水場(chǎng)壓力和峽地下水俯運(yùn)動(dòng)中民的水頭于損失問證題。強(qiáng)透水性女地層具有嫩靜水壓力奪是眾所周受知，沒有亦爭(zhēng)論的。構(gòu)那么弱透鹿水地層有邁沒有靜水似壓力呢。至其實(shí)松散逼地層中的渡靜水壓力歪原理都是傷相同的，滔水頭或水候壓，與土貫的透水性石是兩回事滅，不能混絨為一談。辣在含水層福中某一深良度設(shè)一測(cè)消壓管，不怖管滲透系暑數(shù)的差別料有多大，罰水頭肯定山是相同的甚，只是達(dá)瞇到這一水咽頭所需的憐時(shí)間不同瓜而已。按達(dá)西定晌律有水力缺梯度才有仆水的流動(dòng)寨，也就是榮說在滲流壺過程中一則定會(huì)產(chǎn)生形水頭損失暮。由圖可招知，當(dāng)膜地下水勺繞止水錯(cuò)帷幕流難動(dòng)時(shí)，鞠其水壓騙力與靜勿水壓力睡不同。貌兩側(cè)水撓壓力抵勵(lì)消后的陶凈壓力糖在坑內(nèi)脈水位標(biāo)瘡高處最濫大，止名水帷幕火底處為嶼零。因此，商設(shè)計(jì)者滑必須牢揉牢掌握織滲流運(yùn)撕動(dòng)的原喘理，當(dāng)爐有穩(wěn)定插滲流時(shí)光進(jìn)行流蜂網(wǎng)分析巾，有利紅于掌握疫基本概睜念，合于理進(jìn)行溉地下水戴控制設(shè)蛾計(jì)。3.從定性興分析到場(chǎng)定量分樹析基坑工程躺設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)音行計(jì)算是靠不可缺少鴉的，但也煌不能盲目癢相信計(jì)算彩。應(yīng)從定緞性的概念貓分析入手牛，抓住關(guān)柴鍵問題，削在定性分美析的基礎(chǔ)茫上進(jìn)行定陡量分析。疊單純定量融計(jì)算的不近可靠有計(jì)跳算模型過船分簡化的嘩原因，也恐有計(jì)算參當(dāng)數(shù)不可靠表的原因。①Coul儉omb和園Rank域ine土控壓力理論爸。應(yīng)用C楚oul主omb禾理論和宰R(shí)an念kin賤e理論鑼時(shí)，必漲須清醒誦地知道氧其假設(shè)法條件，撓必須知剩道這些產(chǎn)條件與安工程實(shí)鍛際有哪西些不一只致的地慮方。例棟如：a.不論C帳oul謙omb孕還是R趙ank晶ine揮，建立度土壓力廊理論時(shí)植，都是隙用于重失力式擋稈墻。都餅是先筑既墻，再棕在墻背府后填土影〔一般棉為無粘囑性土〕崇；而現(xiàn)綠在的基畜坑工程侵，則是竊在土中姑筑墻或梢樁，再疤開挖卸竟荷，墻錘背后是端原狀土鬼。無論冠支擋結(jié)絨構(gòu)的型騾式、土其的性質(zhì)荒、施工四次序、丑土中應(yīng)墻力路徑嫌都有很鈴大不同執(zhí)。b.Coul鵝omb-更Ranb史ine理賴論假定，蛛破裂面是恢平面，破拼壞土契是隊(duì)剛體，這撕與實(shí)際情車況出入較超大。Co極ulom計(jì)b-Ra垮nbin敵e假定的岸墻無限長娘，是平面姿問題，而逗基坑工程跑是空間問招題，在基俗坑轉(zhuǎn)角處芽誤差較大賞。c.無論主動(dòng)汽土壓力還們是被動(dòng)土緒壓力，都桑需要一定醉的位移量稈才能達(dá)到復(fù)，而過大旬的位移量辰對(duì)工程又尖是不容許盒的。達(dá)到吃主動(dòng)土壓倉力狀態(tài)的從位移量約紛（0.0炮01～0巴.01）砍H，達(dá)到撲被動(dòng)土壓豈力狀態(tài)的籍位移量約墻（0.0壞2～0.制06）H賺。實(shí)際動(dòng)刑用的土壓訴力一般為憂靜止與主撤動(dòng)之間或飾靜止也被順動(dòng)之間土昆壓力。d.樁墻在土槐壓力作用凡下變形，冷土壓力重島分布。土士壓力的分召布與樁墻該剛度、支帆撐剛度有椅關(guān)。對(duì)于貧剛度大的棕懸臂式樁吉墻，淺部飛樁土位移倍不同步，找樁與土體震間有縫隙顏，土壓力折的重心下兩移。剛性散轉(zhuǎn)動(dòng)使樁拴墻在某深葬度處發(fā)生守轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)套動(dòng)點(diǎn)以上梨，墻后是征主動(dòng)土壓央力，墻前暈是被動(dòng)與住靜止土壓序力之間；透轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)以職下，墻前踩是主動(dòng)土粘壓力，墻棗后是被動(dòng)找與靜止土泰壓力之間侍。由上可鳳知，C蓄oul攤omb魂-Ra禿nki兔ne土跟壓力理程論與基淹坑工程哪的實(shí)際芽出入相賤當(dāng)大，呼是很容頓易理解高的。如芽果設(shè)計(jì)球得對(duì)這屆些概念叔是清楚堤的，就水不會(huì)過犁分相信穴計(jì)算結(jié)知果了。②土性對(duì)土雪壓力的影敘響：流變路、非飽和刻土從計(jì)算公有式看，土歪壓力的大職小似乎只讀與土的重草度和土的時(shí)抗剪強(qiáng)度金指標(biāo)有關(guān)罵，其實(shí)要等復(fù)雜得多狐。例如軟土貍的流變性喘質(zhì)。它的變訓(xùn)形和強(qiáng)想度都隨柱時(shí)間而帝變化。踐在相當(dāng)倉小的剪月切應(yīng)力厚作用下凡，雖不轉(zhuǎn)增加應(yīng)素力，變?cè)撔慰砷L董期發(fā)展醉，是其嘴蠕變特機(jī)性；變待形速率的是應(yīng)力罩的函數(shù)浴，是其夏粘滯特問性；變速形恒定削，應(yīng)力致隨時(shí)間廣減小，彈是其應(yīng)嘩力松弛每特性；塌在長期餓受荷條棚件下，摸強(qiáng)度隨福時(shí)間而丙改變，息是其長半期強(qiáng)度效特性。劉建航隱院士根炎據(jù)流變凡理論和恥工程經(jīng)團(tuán)驗(yàn)，研斬究了軟孕土基坑梨的時(shí)空卸效應(yīng)。天他認(rèn)為尼，基坑坑的位移耐、土的剪性質(zhì)、圾支撐的衰內(nèi)力都掌是隨時(shí)造間而變逮化的。鐮?wèi)?yīng)注意航控制每援步開挖等的尺寸賴（長度伙和高度?。M光量減小該支撐前洪的暴露擋時(shí)間。1.注重原蠢型監(jiān)測(cè)投和信息谷化施工既然定題量計(jì)算喇不能很攻精確，膝計(jì)算結(jié)素果只能屋給設(shè)計(jì)撤者提供蘿一個(gè)大承概的可蚊能的數(shù)副值，所驗(yàn)以工程丹原型監(jiān)葡測(cè)就顯槐得十分自重要了低。原型猴監(jiān)測(cè)至擁少有以吊下三