《深基坑工程》PPT课件.ppt

深基坑工程 1 深基坑工程简介 所谓深基坑工程 就是指采用排桩 地下连续墙 土层锚杆 水泥土墙 土钉墙 SMW工法 逆作拱墙 逆作法施工等基坑支护方式 进行的开挖深度较大的基坑工程 1 深基坑工程简介 深基坑支护措施 混合型支护结构兼有受力和加固 功能一是挡土二是止水 2 支护结构方案选择 支护结构类型 必要时应设置为闭合结构 或在转角处设置斜撑 以增加支护结构整体性 2 支护结构方案选择 支撑体系 支撑体系由支撑 围檩 立柱三部分组成 斜角撑 适用于平面尺寸不大的矩形平面基坑 他的开挖土方空间较大 变形控制要求不高 直撑 钢支撑或钢筋混凝土直撑均可 直撑受力明确 安全稳定 有利于墙体的变形控制 由于占用开挖土方空间 不利于开挖土方施工 2 支护结构方案选择 桁架支撑 多采用钢筋混凝土结构支撑 支护结构中部空间较大 有利于土方的开挖和主体结构开展施工工作面 多采用钢筋混凝土结构支撑 支撑体系整体受力条件较好 支护结构中部空间较大 有利于土方的开挖和主体结构开展施工工作面 圆形支撑 斜支撑 2 支护结构方案选择 多采用钢筋混凝土结构支撑 适用于开挖面积大 开挖深度小的基坑 在软弱土层中 不易控制基坑的稳定和变形 多采用锚杆与锚板结合 适用于土层承载力较高和地质条件较好的基坑场地环境 有利于土方的开挖和主体结构开展施工工作面 斜拉锚杆 3 支护结构上的作用 土压力 作用于支护结构上的作用主要有土压力和水压力 作用于支护结构上的土压力与挡土墙结构上的土压力作用相同 挡土墙也是一种支护结构 土压力分为 主动土压力 静止土压力 被动土压力 要分析土压力 就必须先了解土中应力 土中应力的组成 1 由土体自重引起的自重应力 2 由建筑物荷载在地基土体中引起的附加应力 3 水在孔隙中流动产生的渗透应力 4 由地震或其他振动荷载在土体中引起的振动应力 3 支护结构上的作用 对于单一土层 对于多层土层 对于地下水位以下土层 土中应力的计算 3 支护结构上的作用 朗肯主动土压力的计算 粘性土主动土压力强度 无粘性土主动土压力强度 主动土压力 主动土压力强度包围面积 作用点为强度面积形心处 3 支护结构上的作用 朗肯被动土压力的计算 粘性土被动土压力强度 无粘性土被动土压力强度 被动土压力 被动土压力强度包围面积 作用点为强度面积形心处 3 支护结构上的作用 填土表面有连续均布荷载情况下土压力的计算 1 将均布荷载等效成同重度假象土层 2 按 等效土层 原土层 计算强度 3 计算土压力并确定作用点 3 支护结构上的作用 填土表面有局部均布荷载情况下土压力的计算 1 按无荷载下的情况实际计算强度 3 从局部均布荷载两端开始确定局部荷载强度影响区 并按一定角度反射到墙背及强度面积上 然后局部累加土压力强度 2 计算局部荷载的土压力强度 3 支护结构上的作用 支护结构承受的土压力根据朗肯 库伦土压力理论确定 土的粘聚力c 内摩擦角 则根据地质勘察报告确定 而且要根据规定适当调整 1 在井点降低地下水范围内 当地面有排水和防渗措施时 值可提高20 2 在井点降水土体固结的条件下 可考虑土与支护结构间侧摩阻力影响 将土的粘聚力c提高20 土压力的计算值与实测值之间存在一定差异 3 支护结构上的作用 水压力 水压力就是土颗粒之间的孔隙水压力 它与支护结构刚度及支撑力无关 仅与地下水的补给量 土质类别 支护结构入土深度 排水处理方法等因素有关 粘性土 计算侧压力时采用水土合算的方法 实际情况下 必须根据土质情况切实考虑水压力对侧压力的影响 砂性土 计算侧压力时采用水土分算的方法 土体透水性差 土体透水性好 4 排桩与地下连续墙 悬臂式支护结构 排桩与地下连续墙是常用的基坑支护结构 根据受力情况可分为悬臂式支护结构 单层支撑支护结构 多层支撑支护结构 1 计算支护结构土侧压力 2 求解支护结构嵌固深度注 以结构底部为点求矩 4 排桩与地下连续墙 悬臂式支护结构 3 求支护结构剪力零点 4 求支护结构最大弯矩注 以剪力零点为点取矩 按剪力零点以上主动土压力与被动土压力相等 主动土压力强度面积与被动土压力强度面积相等 时求解剪力零点位置 注意 梯形图要分解求值确定形心 4 排桩与地下连续墙 悬臂式支护结构 5 配筋计算 配筋应按支护结构弯矩图选用 当地质条件复杂时 可按最大弯矩断面配筋布置全长 6 支护结构顶端水平位移 4 排桩与地下连续墙 单层支撑支护结构 单层支撑支护结构通常采用 等值梁法 计算 反弯点 弯矩零点 如何确定 对于单锚或单撑支护结构 其支护结构固端剪力零点与反弯点接近 为简化计算 故通常选取下段剪力零点作为支护结构计算的反弯点 通常将支护结构的嵌固端作为固定端分析 注意固端剪力零点是以支护结构嵌固端为计算单元 4 排桩与地下连续墙 单层支撑支护结构 等值梁法 计算过程 1 求支护结构反弯点 从支护结构嵌固端开始 按主动土压力与被动土压力相等 主动土压力强度面积与被动土压力强度面积相等 时求解反弯点 2 求支护结构支承点力注 以反弯点上段为计算单元 以反弯点为点取矩 4 排桩与地下连续墙 单层支撑支护结构 3 求支护结构嵌固深度 4 计算内力并配筋 按以上计算结果绘制支护结构弯矩图 配筋应按支护结构弯矩图选用 当地质条件复杂时 可按最大弯矩断面配筋布置全长 同样需要满足 4 排桩与地下连续墙 单层支撑支护结构 求解支护结构 反弯点 的简易方法 按照 相似三角形 原理求解 4 排桩与地下连续墙 多层支撑支护结构 对于基坑较深 地质较差 用单层支撑支护结构不能满足支护结构稳定与强度要求时 需采用多层支撑支护结构 多层支撑支护结构同样采用 等值梁法 计算 5 土层锚杆 概述 土层锚杆是一种埋入土层深部的受拉杆件 一端与构筑物相连 另一端锚固在土层中 通常对其施加预应力 以承受由土压力 水压力或活荷载产生的拉力 用以维护构筑物的稳定 地下室抗浮 主要用途 深基坑支挡 5 土层锚杆 概述 锚杆类型 应用领域 斜坡挡土 5 土层锚杆 概述 滑坡治理 边坡稳定 锚固挡墙 5 土层锚杆 抗拔受力机理 土层锚杆以主动滑动面为界 分为锚固段和非锚固段 自由段 施工工艺 土层锚杆受力传递途径 拉力作用杆端 拉力传递杆体 杆体与锚固段水泥砂浆锚固体之间产生握裹力 锚固体与土层孔壁之间产生摩阻力 土层孔壁传力给锚固土层 土层滑动面产生抗剪力 5 土层锚杆 抗拔受力机理 土层锚杆抗拔作用满足条件 1 锚杆本身具有足够截面强度足以承受拉力 2 水泥砂浆锚固体对锚杆的握裹力足以承受拉力 3 锚固段锚孔土层对锚固体的摩阻力足以承受拉力 4 锚固土体在最不利条件下应能保持整体稳定性 抗拔作用决定因素 不同的地质条件 基坑深度 构筑物形式都对抗拔作用有不同的影响 根本因素 锚杆本身具有足够截面强度足以承受拉力 对于岩层嵌固锚杆 抗拔力取决于水泥砂浆锚固体与锚杆之间的握裹力 对于土层嵌固锚杆 抗拔力取决于锚固体与锚固土体之间的极限摩阻力 对于高层锚杆 抗拔力取决于锚固土体的整体稳定性 土体抗剪强度 5 土层锚杆 锚杆设计 1 计算锚杆杆端承载力 安全等级一级及缺乏经验的二级基坑 以锚杆试验值除以抗力分项系数确定 2 确定锚杆轴向承载力 安全等级二级及有临近工程经验基坑 以锚杆验收值确定 安全等级三级基坑 同样以锚杆验收值确定 对于塑性指数大于17的粘性土层 锚杆要进行蠕变试验 3 计算锚杆杆体截面积 5 土层锚杆 锚杆设计 4 计算锚杆自由段长度 5 确定锚杆预加应力值 根据地层条件及支护结构变形要求 宜取锚杆轴向承载力的0 5 0 65倍 5 土层锚杆 锚杆布置原则 1 为了不使锚杆引起地面隆起 最上层锚杆应有必要覆土厚度 即锚杆轴向承载力的竖向分力不得大于覆土土层重量 一般要求上覆土层厚度不得小于4 0m 2 锚杆的布置层数应计算确定 上下两层锚杆布置位置之间的竖向间距不宜小于2 5m 锚杆布置位置之间的横向间距不宜小于2 0m 如果按施工要求需要密集布置 应降低单根锚杆的轴向承载力 3 锚杆与水平面的夹角一般为向下倾斜至少13o 以便利于灌注水泥砂浆 但也不得大于45o 一般根据地层情况选择在15o 35o范围内选定 以便于使锚固段位置处于有利于锚固土层整体稳定的土层中 6 水泥土墙 概述 水泥土墙是由水泥土搅拌桩排列组合搭接而成的墙体支护结构 水泥土搅拌桩是用搅拌机将水泥与地基土拌合后 回填至挖土区 从而达到加固土体的目的 水泥土搅拌桩施工工艺 水泥土搅拌桩挡土结构优点 1 具有良好抗渗性 不需辅助井点降水 2 具有良好经济性 施工技术要求低 工程成本低 3 具有良好环保性 施工期间基本无排污 无振动和噪声的影响 6 水泥土墙 概述 水泥土搅拌桩搭接布置形式 柱式 块式 壁式 格栅式 拱式 6 水泥土墙 土墙设计 1 计算土侧压力 2 抗滑移稳定性验算 3 抗倾覆稳定性验算 对于被动土压力要将梯形分解表示 便于下面计算步骤的方便 抗倾覆验算以土墙前墙趾为倾覆点 6 水泥土墙 土墙设计 如果存在地表荷载 也需计算在内 4 地基稳定性验算 地基稳定性参考 建筑地基基础设计规范 采用圆弧滑动面法验算 对于深埋的挡墙基础 如果能够满足抗滑移和抗倾覆验算要求 一般都能满足地基稳定性要求 可不必验算 6 水泥土墙 土墙设计 5 墙身应力验算 墙身应力验算以基坑坑底为验算平面 通常采用简化验算方式 7 土钉墙 概述 土钉墙是由被加固土体 土钉体 喷射混凝土面板组成的重力式挡土墙 以土挡土 土钉是一种简易锚杆 通常通过钻孔 插筋 注浆来设置 俗称砂浆锚杆 其施工工艺与锚杆施工工艺相同 应用领域 竖井挡墙 托换基础 斜坡挡土 斜面稳定 斜面护坡 7 土钉墙 土钉设计 计算过程与土层锚杆相似 参考课本内容 构造要求 1 土钉墙墙面坡度不宜 1 0 1 2 土钉必须和面层有效连接 应设置承压板或加强钢筋措施 承压板或加强钢筋应与土钉螺栓连接或与钢筋焊接 3 土钉的长度宜为开挖深度的0 5 1 2倍 间距宜为1 2m 与水平面夹角宜为5 20 4 土钉钢筋宜采用 级钢筋 钢筋直径宜为16 32mm 钻孔直径宜为70 120mm 5 注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆 其强度等级不宜 M10 6 喷射混凝土面层宜配置钢筋网 钢筋直径宜为6 10mm 间距宜为150 300mm 混凝土等级不宜 C20 面层厚度不宜 80mm 7 坡面上下段钢筋网搭接长度应 300mm 7 土钉墙 工程实际 土钉墙成孔 7 土钉墙 工程实际 土钉墙插筋 挂钢丝网 7 土钉墙 工程实际 土钉墙主筋焊接 7 土钉墙 工程实际 土钉墙孔内灌浆 7 土钉墙 工程实际 土钉墙孔内灌浆完毕 7 土钉墙 工程实际 土钉墙墙面喷浆 7 土钉墙 工程实际 土钉墙施工完毕 8 SMW工法 概述 SMW工法挡土墙是由水泥搅拌桩挡土墙发展而来 即在水泥土搅拌桩挡土墙中插入型钢 形成劲性复合围护结构 按照型钢配置方式划分截面形式 8 SMW工法 概述 截面形式适用范围 半位 布置充分利用两种材料 型钢与水泥土体 的特性 即型钢的抗拉性和水泥土体的抗压性 受力比较合理 类似于钢筋混凝土构件 尤其水泥土体参与抵抗变形的贡献较大 但是截面的整体刚度较小 比较适合于负弯矩较小的场合 全位 布置较少充分利用两种材料的特性 截面的整体刚度大 结构布置对称 抗弯能力大 但是用钢量较大 优先选用 结构优点 构造简单工艺简单 止水性好可用于地下水位较浅场地 刚度较大材料配置合理 成本较低型钢插入深度小于水泥土体深度型钢可重复利用 8 SMW工法 结构设计 型钢净间距的确定 SMW工法挡墙结构中的水泥土体在型钢的支点作用下 基本是水平向受力构件 如果型钢间距较大 相对应的土侧压力就大 那么型钢的挠度变化就较大 这时型钢之间的水泥土体除了受到剪力 轴力作用外 还受到弯曲作用 由于水泥土体的抗拉强度较小 不能承受较大的弯曲应力 因此要控制好型钢间距 保证水泥土体只在受剪和受压作用范围内 8 SMW工法 结构设计 水泥土强度的校核 水泥土强度的校核要根据型钢的布置情况分别进行分析 1 型钢连续布置 只需要校核型钢翼缘边的水泥土抗剪强度即可 8 SMW工法 结构设计 2 型钢间隔布置 1 校核型钢翼缘边的水泥土抗剪强度 2 校核水泥土搭接处的抗剪强度 3 校核型钢翼缘承载拱压缩力 9 逆作拱墙 概述 挡土拱圈构造及特点 建筑基坑荷载分布为点状 基坑平面都是闭合多边形 且土压力随基坑深度而线性增加 为保证基坑稳定 通常采用闭合的水平拱圈来进行基坑周边土体的围护 拱圈断面一般为Z字形 或由多