基坑工程经典讲义.ppt

第七章 基坑工程,基础工程,退出,7.1 概述 7.2支护结构类型及适用范围 7.3支护结构的设计依据 7.4水泥搅拌桩支护结构设计 7.5排桩支护结构设计与计算 7.6基坑稳定性分析,7.1 概 述,基坑为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间 基坑工程为保证基坑施工以及主体地下结构的安全和周围环境不受损害，需对基坑工程进行一系列勘察、设计、施工和检测工作，这项综合性工程称为,基坑工程特点： 1.区域性工程地质和水文地质条件不同，基坑工程差异很大 2.综合性基坑工程涉及强度、变形、渗流三个基本课题 3.时空效应支护结构所受荷载（如土压力）及其产生的应力、变形在时间上、空间上有较强的变异性 4.环境效应基坑开挖、降水引起周边场地土应力和地下水改变 5.风险性基坑工程为临时工程，安全储备相对较小,基坑侧壁安全等级及重要性系数,基坑工程的工作内容,基坑技术人员的技能,1.岩土工程知识和经验 2.建筑结构和力学知识 3.施工经验 4.工程所在场地的施工条件和经验,第七章 基坑工程,基础工程,退出,7.1 概述 7.2支护结构类型及适用范围 7.3支护结构的设计依据 7.4水泥搅拌桩支护结构设计 7.5排桩支护结构设计与计算 7.6基坑稳定性分析,7.2 支护结构类型及适用范围,1.常见的支护结构,深基坑支护体系,围护墙,内支撑或土层锚杆,水泥土 搅拌桩挡墙,用于开挖深度57m的基坑。 适用： 软粘土地段，环境保护要求不高的情况。 优点：施工低噪声、低振动，结构止水性好， 造价经济。,1.常见围护墙结构,缺点：围护挡墙较宽，一般需要34m 布置形式：实体式、空腹式、格构式、拱型或拱型加灌注桩等,钢板桩,用于开挖深度310m的基坑，用打入法打入土中 既挡土又挡水。 具有较高的可靠性和耐久性，可以回收重复适用。 与多道钢支撑结合，可适合软土地区的较深基坑，施工方便，工期短。,缺点：钢板桩的刚度比排桩和地下连续墙小，开挖后扰度变形较大，打拔桩振动噪声大，容易引起土体移动，导致周围地基较大沉陷,钻（冲，挖）灌注桩挡墙,1. 直径6001000mm，桩长1530m， 组成排桩式挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁， 用于开挖深度613m的基坑。 2.优点 施工低噪声、低振动，刚度较大，就地浇筑施工，对周围环境影响小， 3.适用： 适合软弱地层使用 4.缺点： 接头部分隔水性差,地下连续墙,用于开挖深度达10m以上的基坑或施工条件较困难情况 采用逆筑法和半逆筑法施工 优点：施工低噪声、低振动，整体刚度较大，就地浇筑施工，对环境影响小，墙接头止水效果好等，可以作为永久性结构 适用： 适合于软弱土层和建筑设施密集的 城市市区的深基坑。,土钉墙及复合土钉墙,1. 土钉墙支护是由被加固的原位土体、土钉和喷射于坡面上的混凝土面板组成。 2.土钉 土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，也可以通过直接打入较粗的钢管、钢筋或型钢 形成 3.适用 适用于地下水位以上的粘性土、砂土和碎石土等地层。对于淤泥或淤泥质土等，常用复合土钉墙， 4.深度一般不超过12m,smw工法,1. smw工法是在深层搅拌水泥土挡墙中插入型钢或其它芯材形成，同时具有 承载力和防渗两种功能的支护型式。 2. 适用于软粘土地层 3.优点 施工速度快、对环境污染小、施工方法简单，造价低等,支撑结构类型根据材料：钢支撑、钢筋混凝土支撑,支撑体系结构形式：单跨压杆式支撑、多跨压杆式支撑,2.内支撑方案,单跨压杆式,多跨压杆式,支撑布置基本形式：,水平支撑体系,对撑、对撑桁架、斜角撑、角撑桁架、八字撑、边桁架、边系杆,3.支护结构选型,（表7-2）,竖向支撑体系,由围檩、竖向斜撑、斜撑基础、水平联系杆、立柱等组成,（大而浅的基坑）,第七章 基坑工程,基础工程,退出,7.1 概述 7.2支护结构类型及适用范围 7.3支护结构的设计依据 7.4水泥搅拌桩支护结构设计 7.5排桩支护结构设计与计算 7.6基坑稳定性分析,7.3 支护结构的设计依据,1.勘察报告 分析场地地层结构和岩土物理力学性质 支护方式建议，计算参数及支护结构设计原则 地下水控制方式和计算参数 基坑开挖过程中应注意的问题及其防治措施 施工中应进行的现场检测项目,2.基坑周边环境调查 地面建筑物，深基坑周围约三倍基坑开挖深度的影响范围内的建筑结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载大小等 地下管线，主要指煤气管、上下水管、电缆及电话线等管线和管道的分布和性状 地表、地下水，场地周围地表水的汇流、排泄；地下水管渗漏情况及其对基坑开挖影响程度 道路情况，基坑周围道路距离及车辆载重情况,3.支护结构设计原则 满足边坡和支护结构稳定要求，即不产生倾覆、滑移和整体或局部失稳；基坑底部不产生隆起、管涌；锚杆系统不至于抗拔失效 满足支护结构构件不弯曲、剪断和压屈 水平位移和地基沉降不超过允许值,第七章 基坑工程,基础工程,退出,7.1 概述 7.2支护结构类型及适用范围 7.3支护结构的设计依据 7.4水泥搅拌桩支护结构设计 7.5排桩支护结构设计与计算 7.6基坑稳定性分析,7.4 水泥搅拌桩支护结构设计,深层搅拌桩支护形式,壁状支护,格栅状支护,深层搅拌桩支护结构是将搅拌桩相互搭接而成，平面布置可采用壁状体，如图。若壁状的挡土宽度不够时，可加大宽度，做成格栅状支护结构。,深层搅拌桩支护结构断面形式,一、刚性自立式挡墙的破坏模式,水泥土墙的设计,倾覆破坏,地基整体破坏,墙趾外移破坏,作用在挡土墙的力,1.墙身自重：w 2.土压力：根据挡土墙的位移确定 主动土压力pa ； 被动土压力pp：忽略不计 3.基底反力： 竖向分力： v 水平分力： h,pp,二、水泥搅拌桩挡土墙的计算,1.根据土质情况和基坑开挖深度h，按经验初定桩长和墙宽,l=（1.82.2）h,b=（1.70.95）h,2.抗滑稳定性计算,3.抗倾覆稳定性验算,4.整体稳定性验算当坑底有软弱土层时,5.墙体应力验算,正应力,剪应力,按总应力法计算系数k1.2,p183例题7-1,6.墙体基底地基承载力验算,7.水泥土挡墙墙顶水平位移的计算,非线性有限元法假定为平面应变问题,经验公式法,弹性地基“m”法,深层搅拌桩构造,采用格栅布置时，水泥土置换率：淤泥0.8，淤泥质土0.7，粘性土和砂土0.6 采用格栅布置时，格栅长宽比2 考虑截水作用时，桩的有效搭接宽度150mm，不考虑 截水作用，有效搭接宽度100mm 当变形不能满足要求时，采用基坑内侧土体加固或水泥土墙 插筋加混凝土面板及加大嵌固深度等,施工与检测,采取切割搭接法施工，在搭接处采取加强措施，消除搭接沟缝；切割搭接宽度：旋喷150mm；摆喷150mm；定喷200mm 施工前应进行成桩工艺及水泥掺入量或水泥砂浆配合比试验，确定相应水泥掺入比或水泥浆水灰比 桩位偏差50mm，垂直度偏差0.5%；设置插筋时，桩身插筋应在桩顶搅拌完成后及时进行，且插筋材料、插入长度、出露长度等均应按计算和构造要求确定 水泥土桩应在施工一周内进行开挖检查或钻孔取芯等手段检查成桩质量； 水泥土墙应在设计开挖龄期采用钻芯法检测墙身完整性，钻芯数量总桩数的2%且不少于5根，并应根据设计要求取样进行单轴抗压强度试验,郎肯主动土压力,主动土压力系数,墙底处土压力强度,临界深度,主动土压力合力,主动土压力作用点距墙底的距离,当c=0,无粘性土,朗肯主动土压力强度,1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布 2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积 3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处,讨论：,当c0, 粘性土,粘性土主动土压力强度包括两部分,1.土的自重引起的土压力zka 2.粘聚力c引起的负侧压力2cka,说明：负侧压力是一种拉力，由于土与结构之间抗拉强度很低，受拉极易开裂，在计算中不考虑,负侧压力深度为临界深度z0,1.粘性土主动土压力强度存在负侧压力区（计算中不考虑） 2.合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力部分） 3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底(h-z0)/3处,（以无粘性土为例）,zq,填土表面深度z处竖向应力为(q+z),相应主动土压力强度,a点土压力强度,b点土压力强度,若填土为粘性土，c0,临界深度z0,z0 0说明存在负侧压力区，计算中应不考虑负压力区土压力,z0 0说明不存在负侧压力区，按三角形或梯形分布计算,8.5.1填土面有均布荷载,墙背直立、填土面水平(朗肯土压力理论)、连续均布荷载,朗肯被动土压力强度,郎肯被动土压力,被动土压力系数,被动土压力合力,1.被动土压力强度不存在负侧压力区 2.合力大小为分布图形的面积 3.合力作用点在图形的形心,当c=0,无粘性土,朗肯被动土压力强度,1.无粘性土被动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布 2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积 3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处,讨论：,当c0, 粘性土,粘性土主动土压力强度包括两部分,1. 土的自重引起的土压力zkp 2. 粘聚力c引起的侧压力2ckp,说明：侧压力是一种正压力，在计算中应考虑,1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区 2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积 3.合力作用点在梯形形心,土压力合力,【例】如图所示, 某挡土墙高5m，墙背直立、光滑, 墙后填土面水平，墙顶作用均布荷载. 用朗肯土压力理论计算挡土墙受到的主动土压力的大小。,【例】某重力式挡土墙尺寸及墙后填土情况如图，采用mu30毛石和m5混合砂浆砌筑，已知砌体重度为=22.0kn/m3，验算该挡土墙稳定性是否满足要求？,7.5 排桩支护结构设计与计算,排桩支护的分类,排列方式,柱列式排桩支护,连续排桩支护,组合式排桩支护,基坑开挖深度及支挡结构受力,无支撑（悬臂）支护结构 单支撑支护结构 多支撑支护结构,悬臂式排桩支护设计和计算,主动区,被动区,变位示意图,土压力分布图,计算简图,布鲁特计算图,（传统板桩计算方法）,静力平衡法,板桩前后的土压力强度分布ean、epn,板桩入土深度,实际嵌入坑底以下入土深度,板桩最大弯矩,布鲁姆法,板桩入土深度,解出x,t=u+1.2x,由布鲁姆计算曲线，由m、n得出,t=u+1.2l,板桩最大弯矩,p190例题7-2,n,m,1.0 0.9 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0,1.7 1.5 1.3 1.1 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1 0,1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0,单支点排桩支护设计计算,不同入土深度板桩墙的土压力、弯矩、变形图,静力平衡法,取支护单位长度，根据静力平衡,等值梁法,等值梁概念,将支护桩视作梁ac，关键在于确定b点，根据经验b点位置与支护桩两侧土压力强度叠加后的零点b很接近，而b点很好求，因此就近似认为b点为b点，从而在知道土压力之后就可解出单支撑支护结构内力、最大弯矩和支点反力,梁ab为梁ac的等值梁,1.根据基坑深度、勘察资料，计算主动、被动土压力强度，求出压力强度零点b位置，计算b至坑底距离u,2.由等值梁ab根据平衡方程计算支撑反力ra及b点剪力qb,3.由bg计算板桩入土深度t,4.由等值梁求最大弯矩mmax,p194例题7-3,t0=u+x,t=（1.11.2）t0,计算等值梁ab的剪力q=0点，该点弯矩为mmax,多支点排桩支护设计计算,等值梁法,计算原理与单支点等值梁法相同,p196例题7-4,支撑荷载的1/2分担法,估算支撑轴力,不考虑桩、墙体支撑变形，每道支撑承受相邻上下每个半跨的压力（土压力、水压力、地面超载）,l1,l2,l3,l4,l5,x,(l4+l5)/2,7.6 基坑稳定性分析,放坡开挖的基坑中，边坡整体稳定性验算常采用圆弧滑动法 有支护的基坑中： 只设一道支撑的支护，边坡整体稳定性验算采用圆弧滑动法 设置多道内支撑的支护，不用验算整体稳定性,基坑的隆起稳定验算,太沙基派克法,太沙基派克法适用于一般的基坑开挖过程,柯克克里泽尔法,考虑c、的计算方法,当很大时，所需插入深度很小，太沙基分析，当=300时，插入深度d=0，安全系数k=8,同济大学汪炳鉴等同时考虑c、因素,基坑的抗渗稳定验算,抗管涌稳定性,抗承压水头稳定性,避免发生基坑突涌,p203例题7-5,本 章 结 束,退出,课后练习p2047-1、7-2,钻孔灌注桩,钻孔灌注桩加土层锚杆,钻孔灌注桩,钻孔灌注桩加内支撑,钢板桩,钢板桩形状,钢板桩,钢板桩基坑支护,钢板桩,钢板桩加内支撑,地下连续墙,导墙开挖、模版、钢筋施工,地下连续墙,导墙开挖、模版、钢筋施工,导墙采用小钢模,地下连续墙,导墙开挖、模版、钢筋施工,导墙对撑加固,地下连续墙,导墙开挖、模版、钢筋施工,导墙回填土,地下连续墙,成槽施工,地下连续墙,钢筋笼制作,钢筋凹凸接头,地下连续墙,钢筋笼制作,钢筋笼带注浆管,地下连续墙,钢筋笼制作,主筋上每4m设置一道定位器,地下连续墙,接头施工,接头箱,地下连续墙,钢筋笼吊放,履带吊移动钢筋笼,地下连续墙,钢筋笼制作,最后一节注浆管安装,地下连续墙,钢筋笼吊放,钢筋笼下放,地下连续墙,混凝土浇筑,地下连续墙,接头施工,拔接头箱,在混凝土浇灌结束后58h内将接头管全部拔出,土钉墙,钢管制作的土钉,土钉墙,钢管制作的土钉,焊接角钢支架,土钉墙,钻机引孔,土钉墙,土钉施工,土钉墙,打管机打入土钉,土钉墙,挂钢筋网,土钉墙,面层