武汉地区的基坑工程简介PPT课件

-,1,武汉地区的基坑工程,LSZ2010/4,发展概况与若干技术问题的探讨,-,2,武汉地区基坑工程发展历程,开始于上世纪90年代初期，迄今已经历将近20年的发展过程。基坑工程的项目愈来愈多，规模愈来愈大。按照送审或论证的项目可反映近10年来的项目增加情况。目前基坑工程涉及以下方面：1、建筑工程；2、地铁车站及其出入口、风道等附属设施，盾构始发及接收竖井等；3、市政工程：管沟、立交下穿道、排水泵站、过江隧道竖井等；3、地下空间开发利用，如人防、商业平战结合工程；4、交通工程，如大型桥梁锚锭基坑。开挖深度愈来愈大，由初期的一层地下室（57m）一逐步增加到2、3、4层地下室（1020m），地铁车站（1520m）。超深基坑问题开始提上议事日程。支护手段由初期放坡、喷锚支护、桩锚支护发展到地连墙加多层内支撑，逆作法施工已经开始应用。土方开挖已经开始采用栈桥垂直运输。,-,3,基坑工程技术发展状况,一、起步阶段：1995年武汉市深基坑工程技术指南二、提高阶段：1998年湖北省深基坑工程技术规定三、相对成熟阶段：2004年湖北省基坑工程技术规程四、总结经验继续提高的阶段：1、2006年武汉市建委发布273号文，即有关基坑工程的技术措施。2、根据管理部门要求和发展的需要，今年将对湖北省深基坑工程技术规定进行修订。3、正在酝酿制订有关超深基坑的技术措施。,-,4,武汉地区基坑工程多年来取得的效果,逐步改变了初期事故多发的局面，事故发生明显减少。迄今未发生房屋倒塌，造成重大经济损失的恶性事故。技术力量得到较快的发展有一批年轻的技术人员成长起来，他们能够承担较复杂的基坑工程的支护设计施工力量得到发展，常用技术手段（如支护、降水、隔渗、检测等）本地单位都有能力承担,-,5,武汉地区深基坑工程中发生的影响较大的事故,-,6,武汉地区深基坑工程中发生的影响较大的事故,（续）,-,7,（续）,武汉地区深基坑工程中发生的影响较大的事故,-,8,武汉地区深基坑工程目前存在的问题,一、基坑工程中的险情仍时有发生，小规模的边坡失稳破坏也未能完全杜绝二、软土分布区坑内工程桩（主要是小口径管桩）被推挤破坏的事例常有生，损失严重三、存在侥幸心理，常有不按设计施工，设计是一套，施工是另一套的情况发生四、设计水平参差不齐，不少设计人员的技术素质有待提高五、建设单位盲目求省，设计单位为中标而违心地降低技术标准，迎合建设单位的要求六、随着基坑工程规模的扩大，技术难度的增加，整体技术水平与先进地区相比较仍有相当差距，有待提高。七、针对基坑工程的勘察资料不完全符合要求。,-,9,设计计算方面存在问题,1、边坡加固的稳定性分析2、桩单元计算主动土压力、桩顶以上土层的等效问题3、初始变形问题4、被动留土工况的计算5、被动区加固6、上下阶支护的相互影响7、内支撑与支护桩（墙）的变形协调8、过渡层突涌9、降水地面沉降问题,-,10,支护设计需要解决的问题及分析方法,两大问题-确保基坑边坡稳定或支护结构的稳定保证坑内施工作业安全、顺利保证坑内工程桩的安全，或保护天然地基土-控制变形，确保环境安全支护设计计算大体有三类方法：-传统结构力学方法-数值方法（有限元）-简化的数值方法（杆件或杆系有限元）,-,11,一、考虑加固作用，调整原土层的c、值二、维持原土层的c、值不变，将加固体作为增强体或抗滑体参与计算1、增强体计算提供水泥土的等效c值，按滑弧通过增强体的截面计算抗力2、抗滑体计算将滑弧以下视为嵌固深度，用“m”法计算抗力,水泥土加固后的稳定性分析,以上两种方法中,前者对于非均匀加固的情况而言似乎不合理,后者则假定前提过于简单,也很不理想.对于重要的基坑工程应慎用.,-,12,水泥掺入比（与加固土的重量比）,28天单轴无侧限抗压强度由试验确定，无试验数据时参照下列经验数据取值,水泥掺量为15%时28天龄期强度：砂土：1.12.0MPa粉土：0.61.1MPa粘性土：0.51.0MPa淤泥质土：0.40.7MPa淤泥：0.30.5MPa,（引自：加筋水泥土桩锚支护技术规程CECS147：2004）,水泥土加固体的强度,-,13,桩(墙)单元计算中的荷载-主动土压力,我们采用的是传统的三角形模式,而国内流行的其它规范和软件几乎均为梯形模式。地方软件与其它软件计算结果比较内力变形偏大这可能是主要原因。但是我们至今并不感到我们的计算有明显偏于保守的情况，不敢轻易改变。对桩顶以上放坡的情况,我们习惯采用桩顶以上等效超载来代替。有专家认为这种处理方式会导致计算内力偏小的后果。实际情况如何有待研究。,-,14,“初始变形”问题,目前的计算方法实际上是假定坡顶建筑物或既有边坡是支护桩设置以后施加上去的。因此即使不开挖，也会算出相当大的位移。如果建筑物是已经建成多年，沉降已趋稳定，或既有边坡是历史的存在，则这种位移肯定是不可能的。姑且将这种变形定名为“初始变形”。处理意见：在后续计算中扣除.,-,15,K=mZ,反压土形状系数，与反压土形状有关，=SFKH/SAGH松弛修正系数，可取0.51.0，根据经验确定,被动区留土对支护桩（墙）变形控制作用的近似计算,中心岛式施工中出现被动区留土的情况，在斜撑未加上之前，支护桩的变形如何计算成为难题。下面是天津的方法:,-,16,说明：1、加固除避开工程桩外，尽可能形成实体2、注意加固体与支护桩墙的紧密连接3、上部空孔段宜适量喷灰（约8%），以免坑内软土过分扰动影响土方施工作业,被动区加固的近似计算,-,17,上下分阶支护的相互影响,上下距离过近，上阶被动抗力将传递至下阶，完全改变下阶的主动土压力，对上阶而言,被动抗力复杂化,可以认为上下阶不相互影响的最小距离，主动、被动朗肯区不重叠,-,18,内支撑与支护桩（墙）的变形协调,目前计算方法存在的问题:1、桩(墙)单元计算与支撑整体平面计算分开，变形难以协调2、支撑整体平面计算需要适当选择约束点，在很多情况下约束点难以恰当地确定。3、在荷载不均衡的情况下，易发生整体漂移或转动，往往出现反向位移已经有单位开发出不需要设置约束点的内支撑分析软件，但未见推广应用。本地武汉工业大学正在进行一项研究，旨在解决这一问题。考虑的原则是维持简化分析方法，不影响软件的实用性。,-,19,考虑桩排纵向约束的内支撑平面分析,建议方法:1、支撑周边的冠梁是受排桩约束的。2、在形成总刚矩阵时对每一冠梁单元施加一项外荷载，其值等于单元位移与刚度系数的乘积，作用方向与位移方向相反。3、刚度系数与桩的嵌固条件有关，可用“m”法估算，也可通过桩单元计算中得到的支撑力与支撑点的水平位移的比值近似确定。惟一假定是排桩刚度是单桩刚度之和。经过初步试算,采用建议方法在大多数情况下可以免除约束设置，得到满意的结果，包括非封闭的局部内支撑。这一方法只能解决约束问题，变形协调问题仍然存在。,-,20,过渡层突涌计算,目前存在分歧:以A-A作为承压水含水层顶板,突涌以B-B作为承压水含水层顶板,不突涌初步意见:不能一概而论，应视过渡层的具体情况而定。从大突涌到小突涌到不突涌也是过渡的。,-,21,降水地面沉降问题,一、降低地下水对周边环境的影响是客观存在的，但对其程度和危害性有不同看法。二、引起地面沉降的原因也有不同意见，通常认为，水头降低后，使土层中的有效应力减小，从而引起土层固结沉降；另一种看法认为上述原因是次要的，导致沉降的主要原因是侧壁隔渗不严密，形成流沙，或者降水井结构有问题，抽水带砂。三、由于土层固结沉降基本上是不可逆的，故某场地经过多次历史降水后再降水引起的沉降不会很大，对此较有共识。四、降水引起的地面沉降与多种因素有关，准确估计很困难。五、在后果难以准确判断的情况下，为了环境安全，对降水的危害宁可信其有，不可信其无。因此我们仍然建议对降水加以控制，能不降则不降，能少降则少降。,-,22,sw=Mswi,hi,Esi,n,i=1,Ms=M1M2（介于0.15至0.81之间）,M1：与土类有关的系数对于一般粘性土M1=0.30.5对于粉质粘土、粉土、粉砂互层M1=0.50.7对于淤泥、淤泥质土M1=0.70.9,M2：与降水维持时间有关的系数维持时间在三个月以内时M2=0.50.7；超过三个月M2=0.70.9,降水引起地面沉降的计算,-,23,某工程降水后周边地面沉降等值线图,1、地面沉降不一定离坑边愈远愈小，与土层特性有关2、降水引起的地面沉降范围远大于支护结构变形影响的范围3、地面沉降与降水延续时间有关4、地面沉降究竟是由于排水固结还是侧壁水土流失引起的至今有不同看法,-,24,结束语,基坑工程被称为土木工程中“最具挑战性的工程”。它牵涉到方方面面，要求从业者具备多种知识与技能，既要有坚实的理论基础，广博的知识，也要有丰富的实际经验，更要有现场临危不乱，处变不惊，驾驭全局，应付紧急事态的能力。希望年轻学子努力学习，打好基础；有志深造者潜心研究，攻克一个一个技术难题，早日投身工程建设，为社会作出贡献！谢谢！下面是关于基坑工程的一般性介绍，需要的同学可以看看。,-,25,基坑工程定义与分类,定义：开挖大于5m或地质条件复杂具有地下室按工程系统：1、建筑工程；2、市政工程：管沟、地铁车站及其出入口、风道等附属设施，盾构始发及接收竖井3、地下空间开发利用4、交通工程按深度分类：1、一般57m；2、中等710m；3、1015m；4、15m（超深）,-,26,重要性等级划分表,-,27,支护设计需要解决的问题,一、确保基坑边坡稳定或支护结构的稳定保证坑内施工作业安全、顺利保证坑内工程桩的安全，或保护天然地基土二、严格控制变形，确保环境安全建筑物地下管线地面交通避免不良社会影响，维护社会的稳定、和谐,-,28,一、特殊土质软土：分布于一级阶地或高阶地中的湖滨低地，厚度数米至20m以上，易引起边坡整体或局部滑移失稳，或导致支护结构大量位移，土方开挖过程中易造成坑内工程桩的偏位、折断，支护及降水管井的损坏。粉土：分布于一级阶地上部粘性土与下部砂性土之间的过渡部位，一级阶地前缘浅部多有分布，易产生侧壁流土砂土：含承压水老粘性土：强度高，但易于浸水软化，导致边坡破坏风化泥岩及其残积土：强度高，但易于浸水软化，导致边坡破坏二、水文地质侧壁渗漏；流土流沙；坑底突涌,武汉地区的地质问题,-,29,基坑支护设计的基础资料（二）主体结构设计资料,一、设计0.00标高二、不同部位的基础埋置深度三、建筑物平面轮廓四、其它，如主楼、裙楼、纯地下室的分布情况，后浇带布置，上下车道位置、底板和楼板是否有错层（标高变化）等,-,30,1筏板和条型基础应以其垫层底为计算深度；2当地下室底板、独立柱基（或承台）深度不一时，如边缘独立柱基（或承台）布置较稀，平行基坑边方向的基础间的净间距与基础边长之比不小于2，可以构造底板垫层底为计算深度，设有基础梁时可以基础梁底为计算深度；否则应以独立基础（或承台）垫层底为计算深度；3对基坑中部开挖面积和深度较大的坑中坑（电梯井、厚承台坑等），应视其与坑边坡脚的距离确定计算深度；如坑中坑的相对深度小于其边线与坡脚的距离，可按分阶边坡计算，分阶支护，否则应视同边缘承台坑确定计算深度；4因换土等原因需要靠近基坑边超挖时，其计算深度应至超挖底部；如超挖范围处于基坑中部，则应按第3款要求确定计算深度；5基坑开挖在既有边坡坡脚附近时，如该坡脚线与基坑开口线距离大于等于实际开挖深度，可以实际开挖深度作为计算深度，将既有边坡作为地面超载；否则应以既有边坡坡顶至开挖底标高的高差作为计算深度，或将既有边坡受开挖影响的范围纳入分析计算。,设计开挖深度的确定,-,31,b,连系梁,边承台,d2b有连系梁时取连系梁底为计算开挖深度H,没有连系梁时取板底为计算开挖深度H,dd按左图原则确定H,坑中坑单独处理,bd取坑中坑底深度为计算开挖深度H,超挖深度,既有边坡,新挖基坑,超挖在坡脚或坡脚附近,取超挖深度为H,超挖在坑的中部,按坑中坑的原则处理,bd从既有边坡顶开始计算开挖深度,bd以新挖基坑深度为计算开挖深度,既有边坡作为地面超载计算,d,b,b,d,d,b,b,确定计算开挖深度图解,-,32,基坑支护设计的基础资料（二）工程地质资料,工程地质地质资料一、岩土分布沿基坑周边的地质剖面垂直边坡方向的土层变化岩层的产状及结构面产状二、岩土参数重度抗剪强度c、（有效应力、总应力）m值（水平向抗力系数随深度增加的比例系数）挡墙基底摩擦系数土与锚杆之间的摩擦系数其它,-,33,基坑支护设计的基础资料（三）水文地质资料,一、地质剖面各土层的渗透系数含水层层顶深度或标高等值线过渡层顶、底深度二、地下水类型上层滞水层间承压水，水头标高及其年变化幅度承压水，水头标高及其年变化幅度,-,34,一、建筑物距离机构类型和完整程度基础类型及埋深二、地下管线类型、埋深危险程度对变形的敏感程度,基坑支护设计的基础资料（四）环境调查资料,-,35,基坑工程实施步骤,一、收集上述资料二、方案比较，选择最佳方案三、设计、计算整体分析计算构件计算四、形成施工图五、施工及施工过程中的跟踪监测六、按照信息化施工原则根据现场情况对原设计进行适当调整七、完工及验收,-,36,支护方案比选,一、放坡开挖，坡面保护二、坡体加固加筋土重力式挡墙水泥土重力式挡墙喷锚支护、复合喷锚支护三、排桩悬臂式、双排桩、锚固式(单层或多层)内支撑式(单层或多层）四地下连续墙悬臂式或撑锚式五围筒圆形、椭圆形、拱形、复合形,-,37,开挖方式与施工顺序