王协群基础工程第六章.ppt

1 第6章基坑工程与围堰工程 2 6 1基坑工程概述 6 1 1基坑工程概念及现状基坑工程是为保护基坑施工 地下结构的安全和周边环境不受损害而采取的支护 基坑土体加固 地下水控制 开挖等工程的总称 包括勘察 设计 施工 监测 试验等 大多数情况下 基坑工程属于临时性工程 并没有引起岩土工程师们的足够重视 因此目前存在概念 理论体系 计算方法等诸多不统一 工程设计保守浪费 国内外基坑工程事故很多 基坑工程的重要性 技术难度日益引起人们的关注 3 6 1 2支护结构的类型 1 基坑支护结构的分类基坑支护结构可以分为以下两类 1 桩 墙式支护结构2 实体重力式支护结构2 常用的支护结构形式 4 6 1 3基坑工程的特点 1 综合性强基坑工程涉及工程地质 土力学 渗流理论 结构工程 施工技术和监测设计等 2 临时性和风险性大一般情况下 基坑支护是临时措施 支护结构的安全储备较小 风险大 3 地区性各地区基坑工程的地质条件不同 同一城市不同区域也有差异 因此 设计要因地制宜 不能简单照搬 4 环境条件要求严格邻近的高大建筑 地下结构 管线 地铁等对基坑的变形限制严格 施工因素复杂多变 气候 季节 周围水体均可产生重大变化 5 6 1 4基坑工程设计内容 1 基坑支护结构设计的极限状态基坑支护结构设计应满足两种极限状态的要求 1 承载能力极限状态2 正常使用极限状态2 基坑支护结构的设计内容 1 支护结构体系的选型及地下水控制方式 2 支护结构的强度和变形计算 3 基坑内外土体稳定性计算 4 基坑降水 止水帷幕设计 5 基坑施工监测设计及应急措施的制定 6 施工期可能出现的不利工况验算 6 6 1 5基坑工程设计依据 基坑工程设计时 首先应掌握以下设计资料 即设计依据 1 岩土工程勘察报告 2 建筑总平面图 工程用地红线图 地下工程的建筑 结构设计图 3 邻近建筑物的平面位置 基础类型及结构图 埋深及荷载 周围道路 地下设施 市政管道及通信工程管线图 基坑周围环境对基坑支护结构系统的设计要求 7 6 1 6支护结构设计计算方法综述 桩 墙式支护结构必须按土与支护结构共同作用的原则进行设计计算 即结构内力与支护结构的刚度 岩土体变形有关 按土与支护结构共同作用的原则进行分析是一个较难的课题 即使采用有限元法 考虑因素多 如模拟开挖过程 得到的结果也多 如可得到坑周土位移 由于土性是复杂多变的 选择完全符合工程特点的土的计算参数是十分困难的 另外 基坑支护结构与土共同工作的条件远较一般基础工程复杂 8 6 2支护结构设计的荷载及其组合 支护结构的荷载应包括下列项目 1 土压力 2 水压力 静水压力 渗流压力 承压水压力 3 基坑周围的建筑物及施工荷载引起的侧向压力 4 温度应力 5 临水支护结构的波浪作用力和水流退落时的渗透力 6 作为永久结构时的相关荷载 其中 对一般支护结构 其荷载主要是土压力 水压力 9 6 2 1土压力与水压力 1 静止土压力静止土压力标准值 可按下式计算 2 主动土压力和被动土压力可按朗肯公式或库仑公式 坑边有超载情况下土压力的计算 以及朗肯公式 库仑公式参见土力学教材 10 3 水土分算法按朗肯理论计算主动与被动土压力强度时 按下式计算4 水土合算法按朗肯理论计算主动与被动土压力强度时 按下式计算 5 渗流作用对土压力的影响在基坑内外存在地下水位差 墙后土体的渗流作用 应通过流网分析计算 计算过程比较繁琐 绘制流网通常较困难 11 3 水土分算法按朗肯理论计算主动与被动土压力强度时 按下式计算4 水土合算法按朗肯理论计算主动与被动土压力强度时 按下式计算 5 渗流作用对土压力的影响在基坑内外存在地下水位差 墙后土体的渗流作用 应通过流网分析计算 计算过程比较繁琐 绘制流网通常较困难 12 6 2 2支护结构设计的荷载组合 支护结构设计的荷载组合 应按照 建筑结构荷载规范 与 建筑结构可靠度设计统一标准 并结合支护结构受力特点进行 在 建筑边坡工程技术规范 GB50330 2002 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 1999 中 支护结构设计的荷载组合并不统一 13 6 3基坑工程设计计算 6 3 1桩墙式支护结构的内力与变形计算1 静力平衡法计算悬臂式支护结构悬臂式支护桩主要靠插入土内深度形成嵌固端 以平衡上部土压力 水压力及地面荷载形成的侧压力 2 静力平衡法计算锚撑挡土结构挡土结构入土深度较小或坡脚土体较软弱时 可视挡土结构下端为自由端 用静力平衡法计算插入深度 内力 3 等值梁法计算锚撑挡土结构挡土结构入土深度较大或为岩层或坡脚土体较坚硬时 可视立柱下端为固定端 用等值梁法计算插入深度 内力 14 6 3 2基坑的稳定性分析 1 整体稳定性验算大量工程实践经验表明 整体稳定破坏大体是以圆弧滑动破坏面的形式出现 条分法是整体稳定分析最常使用的方法 最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求 MR MS 1 2 15 2 倾覆及滑移稳定性验算抗倾覆稳定性按下式验算 3 基坑底隆起稳定性验算 16 4 渗流稳定性验算 1 流土 或流砂 稳定性验算2 突涌稳定性验算 17 6 3 3内支撑的内力与截面计算 1 作用在支撑系统上的荷载及内力分析1 荷载作用在支撑结构上的水平力应包括由水 土压力和坑外地面荷载引起的支护桩对腰梁的侧压力 作用在支撑结构上的竖向荷载应包括结构自重和支撑上可能产生的施工活荷载 2 内力分析方法平面支撑体系 多数情况下 可由腰梁和由支撑形成一个平面闭合框架 作用在平面闭合框架上的荷载 即为支护桩的支撑反力 支撑构件的计算长度 可取支撑构件的中心距 18 2 支撑系统构件截面设计1 腰梁腰梁的截面承载力计算 一般情况下可按水平方向的受弯构件计算 2 支撑支撑截面设计应按偏心受压构件计算 3 立柱立柱的截面设计应按偏心受压构件计算 开挖面以下立柱的竖向承载力可按单桩竖向和水平承载力验算 4 竖向斜撑 19 6 3 4锚杆设计 1 锚杆的可行性根据场地的工程地质及水文地质条件判断是否适宜采用锚杆支护结构 尤其是锚杆对周围环境及邻近场地后期开发使用的影响 土层锚杆宜在土质较好的条件下使用 在未经处理的下列土层中不宜采用 有机质土层 液限L 50 的土层 相对密实度Dr 0 3的土层 2 锚杆布置 1 锚固体的上覆土层的厚度不宜小于4m 锚固区离现有建筑物的距离不小于5 6m 2 锚杆锚固体上下排间距不宜小于2 5m 水平方向间距不宜小于2m 以避免群锚效应 3 锚杆倾角宜为10 35 20 3 锚杆钢筋截面积锚杆钢筋截面积应满足下式的要求 4 锚杆锚固段长度 21 5 锚杆自由段长度计至潜在滑裂面 45 2 且 5m 6 锚杆的稳定性验算锚杆的稳定性验算包括整体稳定性验算 锚杆深部破裂稳定性验算 22 6 3 5土钉墙设计 1 土钉墙的构造土钉墙一般由土钉 面层 泄排水系统等三部分组成 2 土钉墙的承载力验算土钉墙的承载力验算 一般包括以下两部分 1 土钉抗拉承载力验算2 土钉墙整体稳定性验算 23 6 4围堰工程 1 围堰的基本形式及构造1 不过水土石围堰2 过水土石围堰3 混凝土围堰4 钢板桩格型围堰5 草土围堰2 围堰的平面布置与堰