基坑工程PPT课件.ppt

基坑工程 1概述 2大开挖基坑工程 3深基坑工程 1 1概述 基坑 foundationpit 在建造埋置深度较大的基础或地下工程时 往往需要进行较深的土方开挖 这个由地面向下开挖的地下空间称为基坑 开挖基坑最简单的方法是放坡大开挖 这种方法经济又方便 在空旷地区优先采用 设置围护结构 设置挡土和截水结构 2 基坑支护目的与作用 基坑支护的目的 1 确保基坑开挖和基础结构施工安全 顺利 2 确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用 3 防止地面出现塌陷 坑底管涌发生 基坑支护的作用挡土 挡水 控制边坡变形 基坑工程的基本技术要求 1 安全可靠性 2 经济合理性 3 施工便利性和工期保证性 3 基坑工程特点1 基坑支护体系是临时结构 设计与施工重视不足 风险较大 2 基坑工程具有很强的区域性 基坑工程的支护体系设计与施工及土方开挖都要因地制宜 3 建筑趋向高层化 基坑向大而深方向发展 开挖深度在6到20m很普遍 4 基坑工程对周围环境影响大 在软弱土层中 基坑开挖会产生较大的位移和沉降 对周围建筑物 市政设施和地下管线造成很大的影响 场地狭窄 降雨 重物堆放等都对基坑稳定性不利 5 基坑工程是一项综合性很强的系统工程 如勘察工程 地下工程 结构工程 测控工程等学科和技术相互交叉 协调发展 基坑支护的新技术 新方法发展较快 支护结构方案应实现优化设计 4 1 按开挖深度分 开挖深度H 5m称为深基坑 H 5m为浅基坑 2 按开挖方式分 分为放坡开挖和支护开挖两大类 3 按功能用途分 楼宇基坑 地铁站基坑 市政工程基坑 工业地下厂房基坑等 4 按安全等级分 基坑规程 将基坑支护结构分为三个安全等级 围护结构形式及适用范围 5 5 按支护结构形式分 支护型 将支护墙 排桩 作为主要受力构件 支护型基坑支护包括板桩墙 排桩 地下连续墙等 在基坑较浅时可不设支撑 成悬臂式结构 当基坑较深或对周围地面变形严格限制时 应设水平或斜向支撑 或锚定系统 形成空间力系是发展方向 加固型 充分利用加固土体的强度 加固型包括水泥搅拌桩 高压旋喷桩 注浆和树根桩等 6 钢板桩的打入 7 已打入的钢板桩 8 基坑钢板桩 9 地下连续墙是利用一定的设备和机具 在稳定液护壁条件下 沿已构筑好的导墙钻挖一段深槽 然后吊放钢筋笼入槽 浇注混凝土 筑成一段混凝土墙 再将每个墙段连接起来 形成连续的地下基础构筑物 地下连续墙主要起挡土 挡水 防渗 和承重作用 地下连续墙的成槽方法主要有 冲击法 冲击 回转法 抓斗直接成槽法 冲抓法 多头钻成槽法 双轮铣成槽法等 10 地下连续墙成槽机 11 壁板式地下连续墙施工图片 修筑导墙 12 吊放接头管 13 地下连续墙的钢筋笼 14 15 吊放钢筋笼 16 浇筑混凝土 17 地下连续墙导墙已浇筑 18 地下墙支护的基坑 兼作地下室外墙 19 1 放坡开挖及简易支护 2 悬臂式围护结构 3 重力式围护结构 4 内撑式围护结构 5 拉锚式围护结构 6 土钉墙围护结构 7 其他形式围护结构 常用的基坑围护结构形式 20 1 无围护放坡开挖 21 22 23 2 桩墙支护 桩墙支护结构形式 24 桩墙锚杆基坑支护工程 内支撑基坑支护工程 25 3 重力式支护结构 26 4 土钉墙支护 27 土钉锚管 28 喷射混凝土 29 土钉及喷射混凝土面层 30 5 组合型支护 31 土钉与桩 锚复合支护 土钉 土层锚杆 钻孔灌注桩 防渗帷幕 32 支撑体系 支撑体系是用来支挡围护墙体 承受墙背侧土层及地面超载在围护墙上的侧压力 支撑体系是由支撑 围檩 立柱三部分组成 33 34 钢管撑的应用 南京地铁中心钢管对撑 35 钢管撑的施工过程 未开挖前 36 钢支撑 立柱施工完毕 未开挖前 37 38 开挖后的鸟瞰图 39 40 钢管撑 工期短造价高重复利用 41 两层钢管撑 造价高 42 首层钢砼 二层钢管撑 比较合理 43 44 圆环基坑 受力合理作业空间大 施工要求高需空间分析 45 46 47 钻孔灌注桩 支撑压顶梁 基坑总深度为7 6M左右 设置一道围护支撑 围护支撑中心标高为 2 55m 开挖深度 3 20m 48 49 50 支护结构上的荷载 作用在一般结构上的荷载可分为三类 1 永久荷载 2 可变荷载 3 偶然荷载 作用在支护结构上的荷载主要有 1 土压力 2 水压力 3 影响范围区内建筑物 结构物荷载 5 若支护作为主体结构的一部分时 应考虑地震力 4 施工荷载 汽车 吊车及场地堆载等 6 温度影响和混凝土收缩引起的附加荷载 51 土压力 主动土压力和被动土压力的产生 前提条件是支护结构存在位移 当支护结构没有位移时 则土对支护结构的压力为静止土压力 52 土压力计算公式 主动土压力 被动土压力 53 水压力 水压力 主要根据土质情况确定如何考虑水压力的问题 对于粘性土 土壤的透水性较差 此粘性土产生的侧向压力可采用水土合算的方法 即侧压力为相应深度处竖向土压力与水压力之和乘以侧压力系数 对于砂性土 采用水土分算 即侧压力为相应深度处竖向土压力乘以侧压力系数与该深度处水压力之和 54 2 大开挖基坑工程 定义 大开挖基坑工程是指不采用支撑而采用直立或放坡施工进行开挖的基坑工程 由于其费用低 工期短 是首先要考虑的开挖方式 前提 55 56 2 1竖直开挖 适用于开挖深度不大 无地下水 基坑土质条件较好的场地 竖直开挖时坑壁自然稳定的最大临界深度可按下式估算 57 Ka 主动土压力系数 当基坑侧壁的顶部地表面与水平面夹角 0时 Ka tg2 45 当 0时 采用库伦主动土压力系数 为坑壁土的内摩擦角标准值 宜采用1 2 1 5的安全系数 当基坑附近有超载时 应重新验算 当坑壁因吸水或失水等原因 一旦形成裂缝时 公式不成立 对黄土及具有裂隙的胀缩性土 该式不适用 58 无地下水时直立开槽的允许高度表2 1 59 2 2放坡开挖2 2 1放坡开挖分类 1 无地下水的一般放坡开挖适用于地下水在开挖深度以下 2 明沟排水放坡开挖适用于地下水为潜水型 涌水量较小 坑壁土及坑底土不会产生流砂 管涌 基坑突涌的场地条件 3 井点降水放坡开挖地下水埋深较浅 基坑开挖较深可能产生流砂 管涌 基坑突涌等不良现象时 可采用井点降水放坡开挖 特别注意降水对附近建筑设施产生的不良影响 60 2 2 2放坡开挖坡度确定 1 查表法表对开挖深度不大 基坑周围无较大荷载时 2 Taylor法图该法建立在总应力基础上 并假定黏聚力不随深度而变化 3 条分法图 61 1 查表法exit 62 2 Taylor法exit 边坡的临界高度由下式确定 63 64 3 条分法exit 65 抗滑稳定系数计算公式 该式中抗滑稳定系数是在任意滑动圆心条件下求得的 该滑弧并非最危险滑动面 必须试算 采用陈惠发 美国肯塔基州大学 1980 大量计算的试验 其最危险滑弧两端距坡顶点和坡脚点各为处 且最危险滑弧中心在ab线的垂直平分线上 66 2 3基坑工程地下水的作用与处理2 3 1地下水的基本性质 潜水和承压水储存于地下水位以下的饱水带中 是基坑开挖时工程降水的主要对象 潜水则是指位于饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水 无压水 承压水是指充满于两个隔水层之间的含水层中的水 具有承压性 地下水在土中的流动称为渗流 两点间的水头差与渗透过程长度之比 称为水力坡度 并以I表示 I H1 H2 L 则水力坡度I 1时的渗透速度称为渗透系数K 常用m d m s等表示 UndergroundStructureEngineeringChapter3 67 2 3 2地下水处理方法 归结成两种 一种是降水 第二种是止水 防水帷幕 降水的方法有集水井降水和井点降水两类 井点降水法有轻型井点 喷射井点和电渗井点 管井井点和深井泵等 68 轻型井点 适用于 k 0 1 50m d喷射井点 适用于 k 3 50m d电渗井点 适用于 k 0 1m d管井井点 适用于 K 20 200m d 69 井点降水的作用主要有以下几方面 防止地下水涌入坑内 图a 防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方 图b 使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力 因此 可防止坑底的管涌 图c 降水后 使板桩减少横向荷载 图d 消除了地下水的渗流 防止流砂现象 图e 降低地下水位后 还能使土壤固结 增加地基土的承载能力 70 图井点降水的作用 71 适用于 k 0 1 50m d 72 73 74 75 基坑周边的轻型井点 76 电渗井点布置示意图喷射井点工作示意图 电渗井点适用于 k 0 1m d 喷射井点适用于 k 3 50m d 77 管井井点就是沿开挖的基坑 每隔20 50m设置一个管井 每个管井单独用一台水泵抽水 适用于K 20 200m d 即地下水量大的土层中 此法可降低地下水位5 10m 78 a 无压完整井 b 无压非完整井 c 承压完整井 d 承压非完整井 79 在城市中由于深基坑降水 总会引起地面沉陷 影响邻近建筑物和管线 回灌井点方法可以使地表沉陷减少2 3 因此 采用特定的支护结构 既挡土 又止水 形成防水帷幕为较好选择 但造价较高 防水帷幕常用钻孔压浆成桩法 地下连续墙 板桩 深层搅拌桩墙 80 井点回灌 81 3深基坑工程 82 第四节基坑支护结构设计一 基坑支护工程设计原则1 在满足支护结构自身强度 稳定性和变形要求的同时 确保周围环境的安全 2 在保证安全可靠的前提下 结构设计方案应具有较好的技术经济和环境效应 3 为基坑支护工程施工和基础施工提供最大限度的施工方便 并保证施工安全 83 基坑侧壁的安全等级按破坏后果分为三级 基坑侧壁安全等级 据 建筑基坑支护技术规程 84 二 设计所需资料支护体系设计前应具有下列资料 1 岩土工程勘察报告 2 建筑总平面图 地下结构基础平面图和剖面图 地下管线分布图 3 邻近建筑和地下设施的类型及周边环境状况的资料 4 基坑工程场地的工程地质和水文地质资料 5 土建设计和施工对基坑支护结构的要求 85 基坑工程体系设计内容 1 支护体系的方案比选 2 支护结构的强度 稳定和变形计算 对锚撑结构 包括锚固体系或支撑体系 3 基坑土体内外的稳定性验算 4 止水帷幕结构的设计及支护结构抗渗计算 5 基坑挖土施工组织设计 6 监测设计及应急措施的制定 86 三 悬臂式板桩墙计算悬臂式支挡结构没有支撑和锚杆 完全靠足够的入土深度来平衡上部地面超载 主动土压力及水压力所形成的侧压力而保持稳定 对于悬臂式支挡结构 计算嵌入深度至关重要 同时需计算支挡结构所承受的最大弯矩 以便对支挡结构的断面设计和构造 87 悬臂支护结构 88 悬臂式板桩 地下连续墙 常采用布鲁姆 H Blum 简化计算法 悬臂式板桩墙 89 基坑底面以下的插入深度为 90 规范法 据此求出嵌固深度hd 91 单层支锚板桩墙支护结构因在顶端附近设有一支撑或拉锚 可认为在支锚点处无水平位移而简化为简支支撑 但板桩墙下端的支撑情况则与其入土深度有关 1 入土较浅时单支点板桩墙支护结构计算 方法 平衡法当板桩墙入土深度较浅时 板桩墙前侧的被动土压力全部发挥 板桩墙的底端可能有少量向前位移的现象发生 此时板桩墙前后的被动和主动土压力对支锚点的力矩相等 板桩墙体处于极限平衡状态 板桩墙可看做在支锚点铰支而下端自由的结构 四 单锚式围护结构内力分析 92 取单位计算宽度板桩墙分析 先假设板桩墙的入土嵌固深度D 根据对支点A的力矩平衡条件求得 93 2 入土较深时单支点板桩墙支护结构计算当支护板桩入土深度较深时 板桩墙的底端向后倾斜 板桩墙的前 后侧均出现被动土压力 支护板桩墙在土中处于弹性嵌固状态 相当于超上端简支而下端嵌固的静定梁 工程上常采用等值梁计算 方法 等值梁法计算步骤如下 首先要确定正负弯矩反弯点的位置 实测结果表明净土压力为零点的位置与弯矩零点位置很接近 因此可假定反弯点就在净土压力为零点处 94 计算方法是 等值梁法 等值梁法的关键是如何确定反弯点的位置 对单锚或单撑支护结构 地面以下土压力为零的位置 即主动土压力强度等于被动土压力强度的位置 与反弯点位置较接近 95 96 单层支点支护结构深度计算简图 3 支点力TC1可按下式计算 等值梁法 对反弯点 1 计算土压力 2 基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置 97 嵌固深度Hd设计值可按下式确定 98 4 计算内力和配筋 单层支撑支护结构的最大弯矩 发生在剪力为0处 应根据土压力平衡 求得处的位置y 可得Mmax 弯矩图可按静力平衡条件求得可以分段配筋 也可以按最大弯矩断面通长配筋 99 单支点深埋板桩计算 100 五 多层支撑支护结构设计 101 当土质较差 基坑又较深时 通常采用多层支锚结构 支锚层数及位置则根据土层分布及性质 基坑深度 支护结构刚度和材料强度以及施工要求等因素确定 102 按等值梁法计算 1 应根据分层挖土深度与每层支撑设置的实际施工情况分阶段分层计算 这时假定下层挖土不影响上层支撑计算的水平力