明挖基坑支护结构设计

第七章 明挖基坑支护结构设计,主讲：孟杏微,2010-05-28,本章重点、难点： 1、常用的基坑支护类型； 2、掌握重力式挡墙、排桩与地下连续墙挡土结构、土钉墙支护结构设计；,2010-05-28,基坑是为了修筑建筑物的基础或地下室、埋设市政工程的管道以及开发地下空间(如地铁车站、地下商场)等所开挖的地面以下的坑。 基坑支护工程是指在基坑开挖时，为了保证坑壁不致坍塌、保护主体地下结构的安全以及使周围环境不受损害所采取的工程措施的总称。 在基坑施工时，有的有支护措施，称之为有支护基坑工程；有的则没有支护措施，称之为无支护基坑工程。,DEEP EXCAVATIONS,7.1引言,2010-05-28,7.1.1 支护结构,支护结构是指基坑支护工程中采用的支护墙体(包括防渗帷幕)以及内支护系统(或土层锚杆)等的总称。,2010-05-28,支护墙体是指承受坑内外水、土侧压力以及内支护反力或锚杆拉力的墙体，是保证 坑壁稳定 的一种临时挡墙结构。,(1)支护墙体,2010-05-28,2010-05-28,2010-05-28,2010-05-28,内支护系统是由围梁、支护杆件以及立柱等组成的结构体系，其作用是同坑底被动区土体共同平衡支护墙体外的主动区压力（包括土压力、水压力及地面荷载引起的侧压力）。围梁是一道或几道沿着支护墙体内侧设置，把支护墙体所承受的力相对均匀地传递给内支护杆件的水平向梁支护杆件，承受着围梁传来的轴力和弯矩。立柱的作用一方面是承受支护及施工 荷载的重量，另一方面增加对支护杆件的约束。,(2) 内支护系统,2010-05-28,2010-05-28,内支护系统,围梁,支护杆件,2010-05-28,内支护系统,立柱,2010-05-28,2010-05-28,2010-05-28,2010-05-28,(3) 土层锚杆,Soil Nails,土层锚杆是一种一端固定在开挖基坑外的稳定 地层内，另一端与支护墙相连接的受拉杆件。其作用同内支护系统 ，它不设置在基坑内，使基坑内有宽敞的工作环境 。,2010-05-28,2010-05-28,2010-05-28,7.1.2 地基加固,为提高支护墙被动侧土体的强度及模量、减少主动侧土压力以及抵抗坑底承压水等而在支护。,2010-05-28,从施工工艺上分类往往有 (1)水泥土深层搅拌桩； (2)旋喷桩； (3)注浆,2010-05-28,2010-05-28,2010-05-28,墙内外侧对地基进行加固的措施,2010-05-28,7.1.3 井点降水 在基坑开挖前，在坑内四周预先埋入深于坑底的一系列井管，利用抽水设备连续抽水，在井管周围形成降水漏斗，使地下水位低于坑底的降水方法。,2010-05-28,2010-05-28,2010-05-28,2010-05-28,2010-05-28,7.1.4 开挖过程 分层分块将坑底以上土体挖除，开挖顺序应根据整个基坑体系的稳定等计算确定。,2010-05-28,2010-05-28,7.1.5 施工监测 监测是指在基坑工程施工过程中，对基坑支护结构及其周围地层、附近建筑物、地下管线等的受力和变形进行的量测。其目的主要在于确保基坑工程本身的安全；对基坑周围环境进行有效的保护；检验设计所采用参数及假定的正确性，并为改进设计、提高工程整体水平提供依据。,construction monitoring,地下 施工,2010-05-28,重力式挡土墙是一种常用的挡土结构，它是依靠挡土墙本身的自重来平衡坑内外土压力差。墙身材料通常采用水泥土搅拌桩、旋喷桩等，由于墙体抗拉抗剪强度较小，因此墙身需做成厚而重的刚性墙以确保其强度及稳定。,图7-2,7.2.1重力式挡土墙,2010-05-28,2010-05-28,7.4 重力混凝土挡墙设计,7.4.1.1墙体宽度和深度,墙宽可取为开挖深度的0.60.8倍，坑底以下插入深度可取为开挖深度的0.81.2倍,7.4.1.2 宽度方向布桩形式,最简单的布置形式就是不留空档，打成实体，但这样做较浪费，为节约工程量，常做成格栅式。,2010-05-28,7.4.1.3 墙体强度 一般采用#425普通硅酸盐水泥，水泥土支护体的强度要求龄期一个月的无侧限抗压强度不于小0.8 MPa。,7.4 重力混凝土挡墙设计,2010-05-28,7.4.1.4 其他加强措施,可以考虑减小坑底以上搅拌桩宽度，加宽坑底以下搅拌桩宽度。,(3)墙顶现浇混凝土路面,(1)坑底加固,(2)墙身插毛竹或钢筋,插毛竹能减少墙体位移和增强墙体整体性；,厚度不小于150mm，内配置双向钢筋网片，不但便于施工现场运输，也利于加强墙体整体性，防止雨水从墙顶渗入挡墙格栅而损坏墙体。,2010-05-28,7.4.2土压力计算,7.4.2.1水土分算原则 水土分算原则是分别计算土压力和水压力。两者之和即总的侧压力。这一原则适用于土的渗透性较好的土层，如砂土、粉土和粉质粘土。按水土分算原则计算土压力时，采用有效重度。,7.4.2.2水土合算原则 水土合算原则是适用于不透水的粘土层，并采用饱和重度。,2010-05-28,7.4.3 基本验算 在初步确定了墙体的宽度、深度、平面布置及材料之后，应进行下列计算，以验算设计的挡土墙是否满足变形、强度及稳定等要求。 重力式水泥土挡墙的验算主要有以下一些内容： (1)抗倾覆验算； (2)抗滑验算； (3)抗渗验算； (4)整体圆弧滑动稳定验算； (5)墙体结构强度验算。,2010-05-28,2010-05-28,(1)抗倾覆验算:,2010-05-28,7.4.3.2 抗滑验算 抗滑验算指墙体沿支护墙底面的抗滑动验算，其验算公式为,2010-05-28,7.4.3.3抗渗验算 由于基抗开挖时要求坑内无积水，坑内外将存在水头差。当坑底下为砂土时，需验算墙角渗向上溢出处的渗流坡降，以防止出现流砂现象；当坑底为粘性土层而其下有砂土透水层时,也需进行渗流验算。 抗渗验算也可采用大卫登可夫(Davidenkoff)和费兰克(Franke)的分段法来计算，以平面渗流为出发点。,2010-05-28,(1) 对于一般地下沟槽开挖工程，可按平面渗流考虑。计算步骤：,接右图H/T1及2T2/Bj=0，可查得阻力系数1，再由D/T2和2T2/Bj查得阻力系数2，然后按式(7-4)计算渗入基坑的单宽流量：,2010-05-28,(7-4),出口处A1点的水头,出口段平均渗透坡降 应满足抗渗安全要求,2010-05-28,(2)对于圆形基坑，墙底出口处溢出水头hF的计算式为,2010-05-28,(3)对于方形基坑，每边中点墙体溢出水头hF的计算式为,基坑角点墙体溢出水头hF的计算式为,2010-05-28,(4)对于长方形基坑，可按方形基坑计算。当长宽比接近或大于2时，长边中点的溢出水头可按平面渗流考虑。 (5)对于多边形基坑，可近似按圆形基坑计算 当支护墙体各排桩的长度不同时，可采用最长一排的桩长进行抗渗验算。,2010-05-28,7.4.3.4 整体圆弧滑动稳定验算 水泥土挡墙常用于软土地基，整体稳定验算是一项重要的验算内容，可采用瑞典条分法，按圆弧滑动面考虑，并采用等代重度法考虑渗流力的作用，土体抗剪强度可采用总应力法计算。计算公式如下:,2010-05-28,7.4.3.5墙体结构强度验算,2010-05-28,例题7-1：设计挡土墙的尺寸，并进行一系列的验算。,2010-05-28,7.5 排桩与地下连续墙式支护结构设计 以下从构成排桩或地下连续墙式支护结构的支护桩墙、内支护及土层锚杆三方面介绍这种支护结构的设计计算,7.5.1 支护桩墙设计,(1)坑底抗隆起稳定验算,2010-05-28,用Prandtl-Reissner公式,用Terzaghi公式,2010-05-28,（2）抗渗验算 当支护墙体外设防渗帷幕墙时，抗渗验算应计算至防渗帷幕