基坑围护结构.ppt

,地下结构工程,第12章,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,21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：,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，采用朗肯主动土压力系数，为坑壁土的内摩擦角标准值。宜采用1.21.5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。,无地下水时直立开槽的允许高度表2-1,22放坡开挖221散坡开挖分类,（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。,222放坡开挖坡度确定con,（1）查表法表（2）Taylor法图（3）条分法图,（1）查表法exit,(2).Taylor法exit,边坡的临界高度由下式确定：例题.doc,采用陈惠发（美，肯塔基州大学，1980(3)条分法exit,2.3基坑边坡失稳的防止措施,（1）边坡修坡图2-3（2）设置边坡护面图24（3）边坡坡脚抗滑加固图25(设置抗滑桩，旋喷桩，分层注浆法，深层搅拌桩)。con,图2-3边坡修坡,（a）坡顶卸土；（b）坡度减小；(c)台阶放坡exit,图2-4设置边坡护面exit,图2-5基坑边坡坡脚抗滑加固exit,24地下水的处理,241地下水流的基本性质水力坡度:以I表示，I=（H1-H2）/L，I=1时的渗透速度称为土的渗透系数K，常用m/d、m/s等表示.动水压力:（kN/m3）动水压力F等于或大于土的有效重度时，土颗粒处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土颗粒将随着渗流的水一起流动，即所谓“流砂”。,242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。,当土的渗透系数K5m/d时，宜用轻型井点和喷射井点；当K520m/d时,除上述方法外,还可选用管井井点；当K0.1m/d时，因土的渗透性很差，可在轻型井点管的内圈增设由钢管或钢筋做成的电极，通以直流电，促使地下水加速向井点渗透（这种方法称为电渗井点法）。,井点降水方法优先用参考表表2-3,电渗井点布置示意图喷射井点工作示意图,管井井点就是沿开挖的基坑，每隔2050m设置一个管井，每个管井单独用一台水泵抽水，适用于K=20200m/d，即地下水量大的土层中，此法可降低地下水位510m。,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。,3深基坑工程,概述：大量的深基坑工程伴随着城市高层建筑的发展大量出现。国外，圆形基坑的深度已达74m(日本)，直径最大的达98m(日本)，而非圆形基坑的深度已达到地下层（法国）。国内，上海88层的金茂大厦，基坑平面尺寸为170m150m，基坑开挖深度达19.5m。上海的汇京广场，围护结构与相邻建筑最近的距离仅40cm。而无支撑基坑的开挖深度也已达到了9m。,两个功能：一是挡土；二是止水。基坑支护分两类：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。,基坑侧壁安全等级及重要性系数,3.1结构方案及选择3.1.1结构类型,支护结构类型及其适用范围表3-1,图31板桩,图3-2组合挡土壁,图3-3单排与双排桩支护结构,图3-4接头管接头的施工程序a)开挖槽段；b)吊放接头管和钢筋笼；c)浇筑砼；d)拔出接头管；e)形成接头,3.1.2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。,3.2支护结构上的作用3.2.1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。土压力的分布与支点的设置及其数量都有关系；悬臂支护桩土压力的实测值与按朗肯公式计算值的对比，非挖土侧实测土压力小于朗肯主动土压力，即计算结果偏大。,图3-5悬臂支护桩土压力分布,图3-6芝加哥深基坑土压力实测图图3-7柏林地道工程土压力实测图,土的内聚力C、内摩擦角值可根据下列规定适当调整：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%；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，将土的内聚力c提高20%。,土压力计算公式exit,主动土压力：被动土压力：,3.2.2地面附加荷载传至n层土底面的竖向荷载qn,（1）地面满布均布荷载q0时，任何土层底面处：（2）离开挡土结构距离为a时,(3)作用在面积为与挡土结构平行）的地面荷载，离开挡土结构距离时。,3.2.3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。,对比,砂土简化计算，将水压力与土压力分别计算。主动压力=静止压力=被动压力=h,3.3排桩、地下连续墙,计算主动土压力和被动土压力并确定计算简图，确定嵌固深度、内力计算；支护桩或墙的截面设计以及压顶梁的设计等。,3.3.1悬臂式支护结构图,根据朗肯-库伦土压力理论分层计算主动土压力和被动土压力；在此基础上确定图3-10所示的计算简图。图据此简图求出嵌固深度hd;最大弯矩截面位置及最大弯矩值；进行配筋设计或承载力计算；计算支护结构顶端位移。,悬臂exit,计算简图,据此求出嵌固深度hd,配筋和挠度计算,地质条件或其它影响因素较为复杂时，也可按最大弯矩断面的配筋贯通全长。配筋应满足下式条件：支护结构顶端的水平位移值,y剪力为零处即D点至基坑底的距离；悬臂梁上段结构柔性变形值,下段结构在弯矩Mmax作用下产生的转角,下段结构在弯矩Mmax作用下在D点产生的水平位移,上段结构柔性变形,3.3.2单层支撑支护结构设计图,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，即主动土压力等于被动土压力的位置，与反弯点位置较接近。,图exit,用等值梁法计算单锚、单支支护结构：,图3-15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,（4）,嵌固深度Hd设计值可按下式确定:,（5）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.,3.3.3多层锚拉式支护结构设计,1)应根据分层挖土深度与每层锚杆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锚杆计算的水平力；2)多层布置时，有等弯矩布置和等反力布置两种模式；3）悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计不宜小于；多支点支护结构嵌固深度设计值小于0.2h时，宜取。,抗渗透稳定条件:,当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙除应满足上述规定外，嵌固深度设计值尚应满足式抗渗透稳定条件:,注意事项：,1）排桩、地下连续墙水平荷载计算单位；中心距和单位长度；2）有支撑变形计算按弹性支点法计算，支点刚度系数及地基土水平抗力系数m应按地区经验取值；3）支撑体系（含具有一定刚度的冠梁）或其与锚杆混合的支撑体系应按支撑体系与排桩、地下连续墙的空间作用协同分析方法，计算内力和变形。,3.4土层锚杆,土层锚杆是一种埋入土层深部的受拉杆件，它一端与构筑物相连，另一端锚固在土层中。,3.4.2锚杆设计,1）锚杆承载力计算2）锚杆杆体的截面面积,3）锚杆轴向受拉承载力设计值,（1）安全等级为一级及缺乏地区经验的二级基坑侧壁，应进行锚杆的基本试验，受拉抗力分项系数可取1.3。（2）基坑侧壁安全等级为二级且有邻近工程经验时：,（3）.对于塑性指数大于17的粘性土层中的锚杆应进行蠕变试验。（4）锚杆预加力值（锁定值）应根据地层条件及支护结构变形要求确定，宜取为锚杆轴向受拉承载力设计值的0.500.65倍。（5）自由段计算长度,本讲要点,重点掌握悬臂式支护结构计算方法和计算要点；重点掌握单锚、单支支护结构计算方法和计算要点。掌握锚杆计算方法；理解多层支撑的计算原则；,上一讲的回顾,水泥土挡墙的设计要点：荷载、强度、稳定（倾覆、滑动、整稳）土钉墙的设计要点：土钉承载力和整稳,3.8SMW,SMW挡土墙是先施工水泥土挡墙，最后按一定的形式在其中插入型钢（如H钢），即形成一种劲性复合围护结构。：止水好，刚度大，构造简单，型钢插入深度一般小于搅拌深度，型钢可回收重复使用，成本较低。SMW适宜的基坑深度为610m，国外开挖深度已达20m。要求型钢间距不能过大，保证水泥土的强度由受剪，受压控制。,（a）全位“满堂”；（b）全位“1隔1”（c）全位“1隔2”；（d）半位“满堂”；（e）半位“1隔1”,1型钢净间距的确定,保证型钢间的水泥土在侧向水土压力作用下不产生弯曲应力,2.水泥土强度校核,“连续”截面剪力,型钢“间隔”布置,验算拱的轴力强度,3.9逆作拱墙,在基坑四周场地都允许起拱的条件下（基坑各边长L的起拱矢高），可以采用闭合的水平拱圈来支挡土压力以围护基坑的稳定，采用闭合的水平拱圈来支挡土压力以围护基坑的稳定；拱结构是以受压力为主，能更好地发挥混凝土抗压强度高的材料特性，而且拱圈支挡高度只需在坑底以上,这个闭合拱圈可以由几条二次曲线围成的组合拱圈（曲率不连续），也可以是一个完整的椭圆或蛋形拱圈（曲率连续）。安全可靠，每道拱圈分别承受该道拱圈高度内的压力，不相互影响；节省工期，施工方便；节省挡土费用，用拱圈支护的费用仅为用挡土桩的40%60%。而且，基坑越深，经济效益越显著。,1.截面形状,2.拱墙计算,逆作拱墙结构型式根据基坑平面形状可采用全封闭拱墙，也可采用局部拱墙，拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8，基坑开挖深度h不宜大于12m。当基坑开挖深度范围或基坑底土层为砂土时，应按抗渗透条件验算土层稳定性；当基底土层为粘性土时，基坑开挖深度满足下列抗隆起验算条件：,均布荷载作用下，圆形闭合拱墙结构轴向压力设计值应按下式计算：,圆拱的外圈半径；拱墙分道计算高度在分道高度范围内的基坑外侧水平荷载标准值的平均值。,3构造,混凝土强度等级不宜低于C25；拱墙截面宜为Z字型，拱壁的上、下端宜加肋梁；当基坑较深且一道Z字型拱墙的支护高度不够时，可由数道拱墙叠合组成；肋梁，其竖向间距不宜大于2.5m。圆形拱墙壁厚不应小于400mm，其他拱墙壁厚不应小于500mm。,3.10逆作法施工,深地下室的常规施工是通过临时支护基坑坑壁，开挖至预定深度后，浇底板并由下而上施工各层地下室结构，待地下室完工后，再逐层进行地上结构的施工。利用地下连续墙采用逆作法施工较深的多层地下室，成为发展的方向，这已在国内外到得了显著的效果。,逆作法施工工艺是先沿建筑物外围施工地下连续墙，作为地下室的边墙或基坑的围护结构。在建筑物内部的浇筑中间支承柱，开挖土方至第一层地下室底面标高，浇注梁及部分的板，该层楼盖即可作为地下连续墙刚度很大的支撑系统。然后在梁间没有浇板的空档内，向下逐层施工各层地下室结构。与此同时，在已完成底面梁板结构的基础上，做上部结构。地下室封底前，地面上允许施工的层数要通过计算确定。,日本读卖新闻社大楼逆作法施工,地上层，地下层，总工期只用了个月，比常规方法缩短了个月。该工程用2.0m大直径钻孔灌注桩作为中间支承柱，m,共用根。,逆作法的优点：,地下主体结构的梁、板、柱作为挡土墙的横向支撑；大幅度缩短工期；逆作法只开挖有效范围内的土方量，减少了大量的土方量；安全性好，且基本上不受气候所左右。,不足：,封闭状态下的环境进行施工，作业环境较差；大型机械设备难于进场；地下结构中墙柱的混凝土接搭质量较难控制；控制导柱的垂直度和承载力较难；逆作法侧向刚度较封闭式的小，施工中应采取措施，防止一侧连续墙的过大变形。,立柱,立柱在逆作施工中具有