《基坑工程》PPT课件.pptVIP

基坑工程施工（一）,建筑工程系,目录,任务1 挡土结构,任务2 基坑支护形式与选型,任务3 基坑降水工程,任务4 基坑支护方案,任务 1,挡土结构,挡土结构,基本概念； 挡土墙基本构造； 土压力理论； 几种常见土压力分析与计算； 稳定分析与计算,支护结构的设计和施工，影响因素众多，不少高层建筑的支护结构费用已超过工程桩基的费用。为此，对待支护结构的设计和施工均应采取极慎重的态度，在保证施工安全的前提下，尽量做到经济合理和便于施工。,一、挡土结构,垮塌的重力式挡墙,失稳的立交桥加筋土挡土墙,垮塌的护坡挡墙,什么是挡土结构物? 什么是土压力? 影响土压力的因素? 挡土结构物类型对土压力分布的影响?,基本概念,一 、挡土结构物（挡土墙） 土坡：土坡分为天然土坡和人工土坡，由于某些外界不利因素，土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性。,1、挡土墙(概念） 是指支承路基填土或山坡土体、防止填 土或土体变形失稳的构造物。 2、专用术语（构造）：在挡土墙横断面中，与被支承土体直接接触的部位称为墙背；与墙背相对的、临空的部位称为墙面；与地基直接接触的部位称为墙底；与基底相对的、墙的顶面称为墙顶；基底的前端称为墙趾；基底的后端称为墙踵。,(a)重力式挡土墙 (b)悬臂式挡土墙 (c)扶壁式挡土墙(d)锚杆、锚定板挡土墙 (e)板桩墙,3、挡土墙分类,挡土墙类型 按材料分类: 刚性挡土墙、柔性挡土墙,挡土墙防止土体坍塌的构筑物。,按常用的结构形式分： 重力式、悬壁式、扶臂式、锚式挡土墙,土压力：,A、土压力的类型,土压力,挡土墙后的填土因自重或外荷作用对墙背产生的侧向压力。,主动土压力,静止土压力,被动土压力,混凝土挡土墙及复合排水管,柔性支护结构,板桩变形,基坑支撑上的土压力,变形,土压力分布,地下建筑物,发生在土体内部或者与土相邻的结构物上的压力竖向土压力,新填土,B,外土柱,内土柱,等沉面,沟埋式,上埋式,土压力的影响因素(重点）,土的性质 挡土墙的移动方向 挡土墙和土的相对位移量 土体与墙之间的摩擦 挡土墙类型及形式,本章要讨论的中心问题,刚性挡土墙上的土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布及合力作用点。,在影响土压力的诸多因素中,墙体位移条件是最主要的因素。墙体位移的方向和相对位移量决定着所产生的土压力的性质和土压力的大小。,三、土压力类型,3.被动土压力 （Passive earth pressure),墙体位移和土压力性质,1.静止土压力 （Earth pressure at rest),2.主动土压力 （Active earth pressure),墙体位移对土压力的影响,挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙体是否发生位移以及位移的方向。其中有三种特定情况下的土压力，即静止土压力、主动土压力和被动土压力。 挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。,当d =D/H=0 时 （如地下室） E=E0,1. 静止土压力,2. 主动土压力,墙体外移， 土压力逐渐减小， 当土体破坏，达到极限平衡状态时所对应的土压力 (最小),3. 被动土压力,墙体内移， 土压力逐渐增大， 当土体破坏， 达到极限平衡状态 时所对应的土压力 (最大),（1）重力式挡土墙,材料：块石或素混凝土砌筑； 稳定：自身重力维持，尺寸大； 形式：仰斜式、垂直式、俯斜式； 特点：结构简单，施工方便， 就地取材； 应用：一般土坡的挡护， 墙身抗拉强度低， 墙高不宜过大；,重力式挡土墙结构 平衡示意图,常见挡土墙构造,墙顶,墙趾,墙踵,墙基,墙背,墙面,重力式 挡土墙按墙背倾斜形式又可分为如下三种形式： 试比较土压力大小，适用条件？,a.仰斜式,b.垂直式,c.俯斜式,Ea1,Ea2,Ea1,（2）悬臂式 挡土墙,材料：钢筋混凝土； 稳定：悬臂板上填土重力 维持； 形式：由立臂、墙趾悬臂、 墙踵悬臂三块板组成； 特点：根据钢筋砼力学特性， 结构尺寸小，墙高大； 应用：市政工程，厂矿材 料储库。,（3）扶臂式 挡土墙,材料：钢筋混凝土； 稳定：悬臂板与扶臂板上 填土重力维持； 形式：墙高很大时，立臂 加扶臂墙体抗弯； 特点：钢筋砼力学特性， 结构尺寸小，墙高大； 应用：市政工程，厂矿材 料储库。,扶臂,（4）其它形式 挡土墙,锚定板,拉杆,灌浆锚杆（土钉）,墙面板,锚定板、锚杆桩墙,建成后的坡间挡土墙,2、重力式挡土墙构造尺寸,构造尺寸,墙顶宽度：,砌石：H/12 且0.5m 混凝土：0.20.4m,墙底宽度：,H/3H/2,墙基埋深：,d 0.5 m土质地基或0.3 m软基岩,墙面坡度：,仰斜式：1：0.050.25,垂直式：1：0.4,墙背坡度：,仰斜式： 1：0.25,墙底逆坡：,土质地基： 1：10 岩石地基： 1：5,设计方法： 依此初步拟定结构尺寸，进行稳定性验算。,仰斜式,垂直式,挡土墙排水条件；不宜采用粘性土，墙后填土宜选择透水性较强的填料，墙后填土均应分层夯实；每隔1020m应设置一道伸缩缝，伸缩缝宽可取20mm；,墙后排水构造,泄水孔,排水明沟,滤水层,盲沟,黏土夯实,黏土夯实,500,泻水孔,孔径：100 间距：23m 外斜：5%,滤水层：级配砂石,防水层：黏土夯实,填土质量,砂石或黏土（参块石）分层夯实,墙体每隔1020m设置沉降缝,重力式挡土墙构造示意图,三、挡土墙土压力类型,【案例1】挡土墙高7m，墙背竖直、光滑，墙后填土面水平，并作用有均布荷载q20kPa，各土层物理力学性质指标如图所示。试计算该挡土墙墙背总侧压力及其作用点位置，并绘出侧压力分布图。,四、解决土压力的计算问题,支护结构土压力计算,支护结构土压力计算主动土压力,土压力：,A、土压力的类型,土压力,挡土墙后的填土因自重或外荷作用对墙背产生的侧向压力。,主动土压力,静止土压力,被动土压力,支护结构土压力计算被动土压力,填土表面有均布荷载,无粘性土,特殊情况下的土压力计算,几种情况下的土压力计算,特殊情况下的土压力计算成层填土,不同性质土层因不同，计算时分别采用不同的土压力系数，分层面处竖向应力不变，而土压力有突变：,思考：？ a2上 a2下,填土为成层土时的土压力计算,墙后填土有地下水,填土中有地下水时的土压力计算,有地下水时，墙后压力由土压力和静水压力共同组成（合力增大，影响墙体稳定，故墙体设排水孔），地下水位以下取有效重度计算：,墙脚处 压应力,墙后压力合力：土压力+静水压力,【例5-1】某挡土墙高6m，墙背垂直光滑，填土表面作用有均布荷载，墙后填土共分两层，物理力学性质指标如图示，地下水位深2m，求挡土墙受的总压力。,【分析】根据设计条件，应用朗肯理论计算：,墙顶处主动土压力强度：,主动土压力系数：,填土分层处主动土压力强度：,地下水位面处主动土压力强度：,墙脚处主动土压力强度：,墙脚处水压力压力强度：,单位墙长主动土压力合力（土压力图形面积）：,水压力合力：,墙背受总侧向压力：,？合力作用点与方向,计算假定： 墙后填土处于极限平衡状态并沿某一滑动面形成滑动土契体； 墙后填土为无粘性土（c=0)； 滑动契体沿墙背及过墙踵的平面滑动； 墙与填土均为刚性。,六、库仑土压力理论,一、主动土压力,设墙高为h,填土面倾角 ，墙背与填土摩擦角为 ，如下图，滑动土契体在G、 R、 Ea三力作用处于主动极限静力平衡状态（土契体向下滑动）：,库仑主动土压力计算图,土压力作用方向：与墙背法线方向成 角。 土压力强度分布：沿墙高呈三角形分布。,墙后深度z点处主动土压力强度：,由力三角形正弦定律得土压力合力：,Ka主动土压力系数（P67） （由 、 、 、 确定 ）,式中,填土对墙背的摩擦角； 墙背与水平面的夹角； 墙后填土面的倾角； 填土内摩擦角。,土对墙背的摩擦角,被动土压力,如下图，墙背在外力作用下，向后移动或转动滑动，土契体在G、 R、 Ea三力作用下处于被动极限静力平衡状态，同理得被动土压力强度与合力计算公式：,Kp被动土压力系数（P68） （由 、 、 、 确定 ）,库仑主动土压力计算图,土压力作用方向：与墙背法线方向成 角。 土压力强度分布：沿墙高呈三角形分布。,讨论：,库仑理论计算主动土压力接近实际情况，适于设计填土为无粘性的重力式挡土墙；被动土压力库仑理论误差大，一般不用。,【案例】挡土墙高7m，墙背竖直、光滑，墙后填土面水平，并作用有均布荷载q20kPa，各土层物理力学性质指标如图所示。试计算该挡土墙墙背总侧压力及其作用点位置，并绘出侧压力分布图。,第一层底部的土压力强度：,【解】：因墙背竖直、光滑，填土面水平，符合朗肯条件,填土表面的土压力强度：,第二层顶部的土压力强度：,又设临界深度为z0，则有：,第二层底水压力强度：,各点土压力强度绘于图中，总侧压力为：,第二层底部的土压力强度：,作用点至墙底的距离为(或按材料力学求截面形心方法计算)：,五、土坡稳定分析,具有倾斜面的土体,项目 30,【案例3】某挡土墙高5m，墙背垂直光滑，填土表面作用有均布荷载，= 18kN/m3 ， =30， c1=0。采用MU30毛石M5混合砂浆砌筑，基底摩擦系=0.5，砌体重度= 22kN/m3 。试验算挡土墙稳定性。,解决重力式挡土墙的稳定性验算问题,抗滑移稳定验算示意图,1.抗滑移稳定验算,挡土墙受力,土 压 力 墙体重力,受力分析：,沿墙底滑动面将力分解为正压力与滑动力：,抗滑稳定安全系数：,土对墙摩擦系数,抗倾稳定验算示意图,2.抗倾覆稳定验算,挡土墙受力,土 压 力 墙体重力,对墙趾点将力分解为竖向力与水平力：,抗滑稳定安全系数：,【案例】某挡土墙高5m，墙背垂直光滑，填土表面作用有均布荷载，= 18kN/m3 ， =30， c1=0。采用MU30毛石M5混合砂浆砌筑，基底摩擦系=0.5，砌体重度= 22kN/m3 。试设计挡土墙构造尺寸。,【分析】根据设计条件，应用朗肯理论计算：,根据构造要求拟定断面尺寸：,墙顶宽度：0.8m H/12(0.5m),墙底宽度：3.0m H/3 H/2,取1m墙长为计算单元计算自重：,G1=0.53.01.022=33kN,4.5m,0.5m,0.8m,G1,G2,G3,G4,3.0m,1.7m,0.8m,0.2m,0.3m,G2=1/21.74.51.0 22=84.15kN,G3=0.84.51.0 22=79.2kN,G4=0.24.51.018=16.2kN,G= G1 + G2 + G3 + G4 =212.55kN,取1m墙长为计算单元计算土压力：,Ea