基坑工程教学PPT.ppt

第十章 基坑工程,10.1。1 基本概念 基坑：是指为了修筑建筑物（包括构筑物）的基础与地下室、埋设市政工程管道以及开发地下空间（如地下车站、商场等）所开挖的地面以下的空间。 基坑支护：是指为保护地下结构及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境所采取的支挡、加固及保护等工程措施。 周边环境：基坑开挖影响范围内包括既有建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体及地下水体的通称。 基坑侧壁：构成基坑围体的某一侧面。 支撑体系：由钢或钢筋混凝土构件组成的用以支撑基坑侧壁的结构体系。,基坑工程的特点 1.多为临时性结构，安全储备小、风险大； 2.区域性强，具有很强的个性，与地质、结构、工况、环境条件等密切相关； 3.技术综合性强； 岩土工程知识和经验 建筑结构和力学知识 施工经验 工程所在地的施工条件和经验 4.土压力的特点； 5.很强的时空效应。,10.1.2 基坑工程的类型及适用条件,(1) 放坡开挖简易支护, (2) 悬臂式支护结构,1、无支撑或锚杆施工，工 期较短； 2、适合开挖较浅工程、地 质条件好、环境保护低的基坑； 3、对土的性质和荷载大小 较敏感； 4、坑顶水平位移及结构本 身变形较大。,(3) 水泥土重力式围护结构 1、水泥土相互咬合较好，比较均匀，桩体连续性好，强度较高； 2、即可挡土也可隔水； 3、适合任何平面形状，施工简便； 4、坑顶水平位移，需要较大的坑顶宽度。 5、环境保护要求高，地层软弱时慎用。,(4) 内撑式支护结构,（5）拉锚式支护结构,（6）土钉墙支护结构,10.1.3基坑支护工程设计原则和设计内容,安全可靠性：确保基坑和周边环境的安全 经济合理性 施工便利性 工期保证性 技术先进性,基坑工程规划、设计、施工及检测内容,（1）基坑内建筑场地勘察和基坑周边环境勘察。 （2）支护体系方案技术经济比较和选型。 （3）支护结构的强度、稳定和变形以及基坑内外土体的稳定性验算。 （4）基坑降水和止水帷幕设计以及支护墙的抗渗设计。 （5）基坑开挖施工方案和施工检测设计。,10.1.4 作用于支护结构上的荷载及土压力计算,作用于支护结构上的荷载通常有：土压力、水压力、施工荷载、地震荷载及其它荷载。 其计算方法有“水土分算”法和“水土合算”法。砂性土和粉土适合水土分算法，粘性土适合水土合算法。 工程上通常按朗金土压力理论计算，实际工程中土压力和水压力随着开挖过程逐渐变化，是动态的。根据土的软硬不同，呈现下面三种不同的分布规律。,10.2 排桩、地下连续墙支护结构,排桩：是指以某种桩型按队列式布置组成的基 坑支护结构。 地下连续墙：是指用机械施工方法成槽浇注钢筋混凝土形成的地下墙体。,常用钢板桩截面,10.2.1 悬臂式桩(墙)计算,(1) 极限平衡法 也叫静力平衡法，墙前 为被动土应力，墙后 为主动土应力。当 单位宽度板桩墙两 侧所受的净土压力相等 时，板桩墙处于稳定， 相应的板桩入土深度 即为保证板桩稳定性 所需的最小入土深度。,静力平衡条件为：x=0和m=0 1)计算桩底墙后主动土压力ea3及墙前被动土压力ep3，然后求出土压力为零的点。 2)计算o点以上土压力合力 e,求出其位置。 3)计算o点处墙前及墙后土压力ea1及ep1 4)计算桩底墙后主动土压力ea2及墙前被动土压力ep2 5)根据静力平衡条件为：x=0和m=0,上两式中只有z和t两个未知数，求解可解出t 安全起见，实际嵌入基坑底面下的入土深度为,6)计算桩(墙)最大弯矩mmax,(2) 布鲁姆简化计算法,简化图如上图，桩底部后侧被动土压力以集中力 代替，由桩底部c点的力矩平衡条件：,因,代入上式可得, 插入深度增大系数，通常取1.11.4,可求得最大弯矩点距土压力点为零点0的距离为,而此处的最大弯矩为：,10.2.2 单层支锚桩（墙）计算,在支护结构顶端设一支撑，可简化为一铰连接，但桩下端的支承情况与入土深度有关。 (1)入土较浅时单支点桩（墙）支护结构的计算,根据最大弯矩处的剪力为零，求出剪力为零的位置,求出最大弯矩,(2) 入土较深进单支点桩（墙）支护结构的计算 当桩入土较深时，桩前后均出现被动土压力区，相当于上端简支下端固端的超静定梁，工程上用等值梁计算,弯矩的反弯点在b点，该点弯矩为零，取ab段为等值梁,图a 等值梁法基本原理,图b 等值梁法简化计算,1）确定反弯点的位置 2）求支点反力和o点剪力,3）求出有效深度,10.2.3 多支点桩（墙）计算 计算方法：等值 梁法、连续梁法、1/2分担法、弹性支点法、有限元法,(1)连续梁法 计算简图简化成多跨连续梁 （2）支撑荷载的1/2分割法 每道支撑承担相邻两个半跨的土压力值，最大支座弯矩为,m=ql2/10,对于基坑工程，为了确保施工阶段基坑的稳定性 ，都必须将墙伸入到基底下某一深度，这段长度称谓入土深度。对于板桩墙之类的围护结构，入土的哪部分材料是可以回收的，但对于地下墙工程，入土部分则无法回收，因此，为了节省造价，保证施工安全的前提下，应尽量减短入土深度。归纳起来主要是基坑的整体失稳、隆起失稳、管涌失稳、底鼓失稳等几方面的问题。,10.5 基坑的稳定性分析,10.5.2 基坑整体稳定性分析,对直立土坡进行稳定性分析，确定支护结构的嵌固深度。,10.5.3 基护结构踢脚稳定性分析,mp-基坑内侧被动土压力对b点的力矩 ma-基坑外侧bd段主动土压力对b点的力矩,在水平力作用下，基坑内土体可能因踢脚破坏而出现不稳定现象。破坏时以支点b为转动点。,ep,ea,10.5.4 基坑底抗隆起稳定性分析,（1）考虑墙体极限弯矩的抗隆起稳定分析 基坑开挖会不会引起隆起，取决于地质条件，入土深度及基坑尺寸形状等。 产生滑动的力为土体重量及地面超载。 抵抗滑动力则为滑动面上土体的抗剪强度。,ab: bc: ce:,将抗滑力和滑动力分别对园心0点取力矩，可以得出书上10.40和10.41公式,（2）太沙基和普朗德尔抗隆起稳定分析,nc,nd-地基承载力系数,(1)基坑抗流砂稳定性,当基坑面以下的土为疏松的砂性土时，而且又作用着向上的参透水压，如果由此产生的动水坡度大于砂土层的极限动水坡度时，砂土颗粒就会处于冒出状态，基