高层建筑基础工程5-深基坑开挖与支护ppt课件.ppt

1 第一节概述深基坑工程的特点 深基坑支护工程的设计原则 第五章深基坑开挖与支护 2 特点 1 建筑趋向高层化 基坑向大深度方向发展 2 基坑开挖面积大 长度与宽度有的达数百米 给支撑系统带来较大难度 3 在软弱土层中 基坑开挖会产生较大的位移和沉降 对周围建筑 市政设施和地下管线造成影响 深基坑开挖与支护 深基坑工程特点 3 特点 4 深基坑施工工期长 场地狭窄 降雨 重物堆放等对基坑稳定性不利 5 在相邻场地的施工中 打桩 降水 挖土及浇注混凝土等工序会相互制约与影响 增加协调工作难度 深基坑开挖与支护 深基坑工程特点 4 一 设计状态 深基坑支护结构设计应考虑下列两种极限状态 1 承载力极限状态2 正常使用极限状态 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 5 1 承载力极限状态定义 承载能力极限状态即承载能力破坏极限状态 主要指支护结构和被支护土体的破坏及基坑底失稳 管涌等导致的土体或支护结构破坏 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 6 1 承载力极限状态破坏形式 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 1 挡土结构受弯破坏 7 1 承载力极限状态破坏形式 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 2 嵌入深度不足 挡土结构趾部嵌固被动抗力不够造成的破坏 8 1 承载力极限状态破坏形式 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 3 上述两种现象伴随发生的破坏 9 1 承载力极限状态破坏形式 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 4 锚杆抗拉拔失效及边坡整体失稳 10 1 承载力极限状态破坏形式 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 5 地下水造成的坑底隆起或管涌 11 2 正常使用极限状态定义 正常使用极限状态是指支护结构的变形较大 可能破坏基坑周边环境的平衡状态并产生不良影响的一种极限状态 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 12 二 基坑的安全等级基坑支护结构设计可根据下表选用相应的安全等级及重要性系数 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 13 三 设计内容 1 根据支护形式及其受力特点进行整体及局部稳定性计算 2 基坑支护结构的受压 受弯 受剪承载力计算 3 当有锚杆或内支撑时 应对其进行承载力计算和稳定性验算 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 14 三 设计内容 4 地下水控制设计 5 对于安全等级为一级的基坑 除上述设计内容外 尚应进行支护结构水平位移计算 深基坑开挖与支护 深基坑支护工程设计原则 15 一 支护结构作用深基坑支护的作用 主要有 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 1 节约施工空间 16 一 支护结构作用深基坑支护的作用 主要有 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 2 保护邻近构筑物和地下设施 17 一 支护结构作用深基坑支护的作用 主要有 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 3 减小基底回弹 18 一 支护结构作用深基坑支护的作用 主要有 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 4 利用支护结构进行地下水控制 19 一 支护结构作用深基坑支护的作用 主要有 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 5 利用支护结构作为永久性结构的一部分 20 一 支护结构作用深基坑支护的作用 可慨括为 为主体结构的施工提供安全的 无地下水干扰的施工空间 并对邻近的结构和设施提供可靠保护 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 21 二 支护结构类型 支护结构组成 一般由挡土结构与支撑体系组成 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 22 常用的挡土结构和支撑体系见下图 23 二 支护结构类型 分类 根据其支护方式 结构特征及适用条件 支护结构大致可分为以下几类 1 排桩式结构2 半连续式结构和连续式结构3 围筒结构 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 24 二 支护结构类型 1 排桩式结构组成 桩排式结构由分离排列的单排或多排支护桩组成 分类 根据有无支撑及支撑形式 又可进一步分为 悬臂式 锚固式 单层或多层 和内支撑式 单层或多层 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 25 二 支护结构类型 1 排桩式结构支护桩类型 可采用钻孔灌注桩 人工挖孔桩 预制桩等 桩顶设锁口梁以增加桩排的整体性 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 26 二 支护结构类型 2 半连续式结构和连续式结构半连续式结构 指在桩排式结构的桩之间加隔板 连续式结构 包括钢板桩 搭接钢筋混凝土桩 重力式挡墙 地下连续墙等 这类结构的特点是 整体性好 并有一定的防渗功能 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 27 二 支护结构类型 2 半连续式结构和连续式结构半连续式结构 指在桩排式结构的桩之间加隔板 连续式结构 包括钢板桩 搭接钢筋混凝土桩 重力式挡墙 地下连续墙等 这类结构的特点是 整体性好 并有一定的防渗功能 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 28 二 支护结构类型 2 半连续式结构和连续式结构挡墙成型方式 可采用旋喷 深层搅拌法 混凝土地下连续墙 根据有无支撑又分为 自立式和撑锚式 该结构可作为地下结构墙体 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 29 二 支护结构类型 3 围筒结构适用情况 适用于淤泥质土层中 形状接近圆形 椭圆形或局部有弧形拱段的基坑支护 采用钢筋混凝土连续墙 钻孔灌注桩连续桩排 搭接水泥土桩 并可根据需要采用环形撑梁 特点 可充分利用结构受力的特点 径向位移较小 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 30 二 支护结构类型 支护结构选型需考虑的因素 1 基坑的平面尺寸 开挖深度和基础施工要求 2 地基土层的工程地质情况 包括土层的物理 力学性质 地下水埋藏条件等 3 邻近建筑物的结构情况 距离基坑的远近 基础形式和基坑对邻近建筑物影响程度的限制要求 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 31 二 支护结构类型 支护结构选型需考虑的因素 4 邻近地下管线及其他设施对施工的限制要求 5 施工技术 装备和材料对选用支护结构的可能性 6 工期和定价的优化方案选择 深基坑开挖与支护 第二节深基坑支护类型 32 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 一 土压力及其分布2 侧压力的计算 1 水土压力分算法 2 水土压力合算法 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 33 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 一 土压力及其分布2 侧压力的计算 1 水土压力分算法水土分算法是采用浮重度计算土压力 按静水压力计算水压力 然后两者相加即为总的侧压力 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 34 35 36 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 一 土压力及其分布2 侧压力的计算 1 水土压力分算法优点 概念明确 缺点 在实际使使用时 有时较难于获得有效强度指标 因此在许多情况下采用总应力法计算 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 37 总应力法 式中ka kp 按土的总应力强度指标计算的主动 被动土压力参数 都与 角有关 c 按固结不排水剪 固结快剪 或不固结不排水 快剪 确定的内聚力 内摩擦角 38 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 一 土压力及其分布2 侧压力的计算 2 水土压力合算法水土压力合算法是采用土的饱和重度计算总的水 土压力 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 39 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 一 土压力及其分布2 侧压力的计算 3 墙体位移对土压力的影响挡土墙位移对土压力的影响大致有下列几种情况 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 a 当墙顶固定 下端向外移动时 土压力产生水平拱 呈抛物线 40 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 一 土压力及其分布2 侧压力的计算 3 墙体位移对土压力的影响挡土墙位移对土压力的影响大致有下列几种情况 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 b 当墙上下两端固定 而墙中央向外鼓出时 土压力产生垂直拱 呈马鞍形 41 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 一 土压力及其分布2 侧压力的计算 3 墙体位移对土压力的影响挡土墙位移对土压力的影响大致有下列几种情况 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 c 当墙平行向外移动时 土压力呈抛物线状 42 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 一 土压力及其分布2 侧压力的计算 3 墙体位移对土压力的影响挡土墙位移对土压力的影响大致有下列几种情况 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 d 当墙只是绕下端中心向外倾移时 才会产生一般的主动土压力 43 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 一 土压力及其分布2 侧压力的计算 3 墙体位移对土压力的影响挡土墙位移对土压力的影响大致有下列几种情况 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 e 当墙完全不移动时 才可能产生静止土压力 44 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 一 土压力及其分布2 侧压力的计算 4 支撑 锚杆 结构的土压力的计算用太沙基 佩克包络线计算 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 45 注 当基底下存在较厚软黏土时取0 4 当基底下存在坚硬土层时取1 0 46 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 二 悬臂支护结构的分析与计算1 简述适用条件 在基坑不很深且变形限制不很严格时采用 本身刚度一般较大 计算方法 视为刚性结构 土压力按三角形分布 土压力系数则根据容许位移量选取 最后按静力平衡条件求解 计算内容 确定嵌固深度 计算桩身结构内力和断面配筋 计算变形 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 47 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 二 悬臂支护结构的分析与计算2 嵌固深度的确定方法 采用试算的方法 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 48 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 a 考虑o点的力矩平衡 以桩插入土中的最小入土深度Dmin为未知量 对o点取矩得 b 求解可得Dmin 49 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 c 求桩长l 注 式中 d为经验系数 基底下土质较好时 d取1 2 反之取1 4 50 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 二 悬臂支护结构的分析与计算3 桩身最大弯矩方法 先求剪力为0的点 再求该点弯矩 即为桩身最大弯矩 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 51 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 剪力为0的点 必定满足 桩身最大弯矩为 52 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 二 悬臂支护结构的分析与计算4 注意事项 1 支护结构在黏性土中时 只要其有效运营时间不很长 计算时可用土的不排水剪参数 2 计算中 由于土的黏聚力作用 算出的土压力可能为负值 这与实际工程不相符 在进行总体考虑时 凡土压力为负值的部分 都应人为地对墙体加上适当的水平荷载 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 53 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 三 桩锚支护结构的分析与计算根据支护深度和土质条件 锚杆可设一层或多层 并应避开淤泥 淤泥质土 置于较好的土层中 单层锚杆支护结构多层锚杆支护结构 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 54 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 三 桩锚支护结构的分析与计算单层锚杆支护结构根据桩端支撑条件 可按以下两种假设计算 1 入土部分为自由端 2 入土部分为固定端 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 55 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 三 桩锚支护结构的分析与计算单层锚杆支护结构 1 入土部分为自由端 方法及适用情况 当桩端土质条件较好 桩排的最小入土深度较小时 可将桩端看作自由端 按静力平衡方法确定桩的最小入土深度Dmin和水平方向每延米所需锚固力T 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 56 对A点取矩 据力矩平衡及力的平衡条件可得 其中 由弯矩平衡条件可得Dmin 由力的平衡条件可得锚固力T 57 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 三 桩锚支护结构的分析与计算单层锚杆支护结构 2 入土部分为固定端 方法及适用情况 当桩端土质条件较差 为满足支护桩排稳定所需Dmin值较大时 可将桩端看作固定端 按等值粱法确定Dmin和水平向每延米的固力T 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 58 思路 首先由AK梁的平衡求出锚固力T和K点剪力Vk 然后按Vk值计算KN段长度 59 a 对AK梁 按主 被动土压力强度相等的条件求得D1 b 对A点取矩 据力矩平衡得 c 对KN梁 由绕N点的力矩平衡条件有 60 注明 以上是均质土中单层锚杆水平锚固力及支护桩最小入土深度的确定方法 若为非均质土 可分层计算土压力 然后按同样原理处理 61 一 作用于支护结构上的侧压力的计算 三 桩锚支护结构的分析与计算2 多层锚杆支护结构方法及适用情况 当基坑较深 土质较差 单层锚杆结构不能满足基坑支挡的强度和稳定性要求时 可采用多层锚杆 深基坑开挖与支护 第三节支护设计 62 深基坑开挖与支护 1 多层锚杆支护结构是超静定系统可通过下列假定将求解转化为静定问题求解 各层锚杆所在点均为不动支点 支护桩的下端按简支端考虑 在自上而下逐层计算过程中 某一层锚固力一旦确定 则在后续计算中保持不变 63 深基坑开挖与支护 2 计算步骤 首先假定各层锚杆的最大荷载发生在下一层锚杆装设之前 除最下一层之外 在其他各层锚杆的受力计算中 均以土压力分布图形以及巳求出的上层各锚杆的受力作为外荷载 求出安全系数为1条件下所需嵌固深度 在此基础上利用水平力平衡条件求出该层锚杆的受力 64 深基坑开挖与支护 2 计算步骤 在计算到从上到下倒数第二层锚杆时 算出总的嵌入深度要求 如果最下一层锚杆距槽底的距离大于1m 还要对挡土结构的嵌入深度进行最后检验 要求嵌入深度至少要使得土压力合力为0 否则结构在槽底标高处将发生很大的弯矩 而且最下层锚杆受力也会过大 对上述各施工阶段 验算结构抗弯配筋 65 二 基坑稳定性分析 一 整体稳定性分析1 悬臂式 单层锚杆支护结构 自立式板桩结构需进行整体稳定性验算 2 多层支撑的混合支护结构的整体稳定破坏 实际上是以支撑压屈或松脱落为前导引起的 因此可以认为这一类结构若满足支撑的强度要求 一般不会发