《基坑方程支护监测》ppt课件

1、二 支护构造的类型 支护构造由挡土构造、锚撑构造组成。 1. 基坑支护构造的分类 1) 桩、墙式支护构造 桩、墙式支护构造常采用钢板桩、钢筋混凝土板桩、柱列式灌注桩、地下延续墙等。 2) 实体重力式支护构造 实体重力式支护构造常采用水泥土搅拌桩挡墙、高压旋喷桩挡墙、土钉墙等。此类支护构造截面尺寸较大，依托实体墙身的重力起挡土作用，按重力式挡土墙的设计原那么计算。 2. 常用的支护构造形 1) 挡土构造的常用方式 三 、基坑工程特点 1. 综合性强 基坑工程涉及工程地质、土力学、渗流实际、构造工程、施工技术和监测设计等； 2. 暂时性和风险性大 普通，基坑支护是暂时措施，支护构造的平安贮藏较小，

2、风险大；3. 地域性 各地域基坑工程的地质条件不同；4. 环境条件要求严厉 地质、施工要素复杂多变，气候、季节、周围水体均可产生艰苦变化。四 基坑工程设计内容1. 基坑支护构造设计的极限形状 基坑支护构造设计应满足两种极限形状的要求。1) 承载才干极限形状基坑工程的承载才干极限形状要求不出现以下各种情况。(1) 支护构造的构造性破坏挡土构造、锚撑构造折断、压屈失稳，锚杆的断裂等 (2) 基坑内外土体失稳基坑内外土体整体滑动，坑底隆起，构造倾倒或踢脚等破坏方式。(3) 止水帷幕失效坑内出现管涌、流土或流砂。 2) 2) 正常运用极限形状正常运用极限形状 基坑的正常运用极限形状，要求不出现以基坑的

3、正常运用极限形状，要求不出现以下各种情况。下各种情况。 (1) (1) 基坑变形影响基坑正常施工、工程桩产基坑变形影响基坑正常施工、工程桩产生破坏或变位；影响相邻地下构造、相邻建生破坏或变位；影响相邻地下构造、相邻建筑、管线、道路等正常运用。筑、管线、道路等正常运用。 (2) (2) 影响正常运用的外观或变形。影响正常运用的外观或变形。 (3) (3) 因地下水抽降而导致过大的地面沉降。因地下水抽降而导致过大的地面沉降。 2. 2. 基坑支护构造的设计内容基坑支护构造的设计内容 (1) (1) 支护构造体系的选型及地下水控制方式。支护构造体系的选型及地下水控制方式。 (2) (2) 支护构造的

4、强度和变形计算。支护构造的强度和变形计算。 (3) (3) 基坑内外土体稳定性计算。基坑内外土体稳定性计算。 (4) (4) 基坑降水、止水帷幕设计。基坑降水、止水帷幕设计。 (5) (5) 基坑施工监测设计及应急措施的制定。基坑施工监测设计及应急措施的制定。 (6) (6) 施工期能够出现的不利工况验算。施工期能够出现的不利工况验算。 以上设计内容，可以分成三个部分：以上设计内容，可以分成三个部分： 支护构造的强度变形和基坑内外土体稳支护构造的强度变形和基坑内外土体稳定性设计；定性设计； 对基坑地下水的控制设计；对基坑地下水的控制设计； 施工监测，包括对支护构造的监测和周施工监测，包括对支护

5、构造的监测和周边环境的监测。边环境的监测。 第二节 基坑工程设计 2.3.1 支护构造设计的荷载及其组合 (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) 临水支护构造的波浪作用力和水流退落时的浸透力。 (6) 作为永久构造时的相关荷载。其中，对普通支护构造，其荷载主要是土压力、水压力。1. 土压力与水压力1) 静止土压力静止土压力规范值，可按下式计算： e 0ik j hj + q K0i式中： e 0ik 计算点处的静止土压力规范值 (kN/m2)； j 计算点以上第j 层土的重度(kN/m

6、3) ，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取浮重度；hj计算点以上第j 层土的厚度(m)；q地面的均布荷载(kN/m2)；K0i计算点处的静止土压力系数，宜由实验确定。 2) 自动土压力和被动土压力自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、库仑公式参见土力压力的计算，以及朗肯公式、库仑公式参见土力学教材。学教材。 3) 水土分算法水土分算法 按朗肯实际计算自动与被动土压力强度时，按下按朗肯实际计算自动与被动土压力强度时，按下式计算：式计算： 4) 水土合算法 eaikj hj+qKai-2ciKai1

7、/2 epikj hj+qKpi+2ciKpi1/2 式中：eaik、epik计算点处的自动、被动土压力规范值(kN/m2)，当eaik0 时eaik =0； q地面均布荷载(kN/m2)； j 计算点以上第j 层土的重度(kN/m3) ， hj第j 层土的厚度(m)； w 水的重度(kN/m3)； Kai、Kpi计算点处的朗肯自动、被动土压力系数，Kai=tan2(45?i/2)，Kpi=tan2(45+?i/2)； ci、?i计算点处土的总应力抗剪强度目的 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，应经过流网分析计算，计算过程比较繁琐; 其综协作用为：坑外

8、自动区总的水、土压力值减小，这对支护构造的受力来说是有利的；坑内被动区总的水、土压力值仍为减小，这对基坑的稳定性是不利的。 1. 极限平衡法 极限平衡法假设基坑外侧土体处于自动极限平衡形状，基坑内侧土体处于被动极限平衡形状，桩在水、土压力等侧向荷载作用下满足平衡条件。常用的有：静力平衡法和等值梁法。静力平衡法和等值梁法分别适用于特定条件；另外，静力平衡法和等值梁法计算支 护构造内力时假设：(1) 施工自上而下；(2) 上部锚杆内力在开挖下部土时不变；(3) 立柱在锚杆处为不动点。1) 静力平衡法计算悬臂式支护构造悬臂式支护桩主要靠插入土内深度构成嵌固端，以平衡上部土压力、水压力及地面荷载构成的

9、侧压力。静力平衡法假设支护桩在侧向荷载作用下可以产生向坑内挪动的足够的位移，使基坑内外两侧的土体到达极限平衡形状。悬臂桩在自动土压力作用下，绕支护桩上某一点转动，构成在基坑开挖深度范围外侧的自动区及在插入深度区内的被动区，如图2.5 所示 对上述计算图形，H.Blum 建议以图2.6 的图形替代。在插入深度到达旋转点以下部分的作用以一个单力Rc 替代，在满足绕桩脚C 点H 0， c M 0 的条件，求得悬臂桩所需的极限嵌固深度。 支护桩的设计长度L 按下式计算： L=h+x+Kt (2-7) 式中：h基坑深度； x坑底至桩上土压力为零点的间隔； K阅历系数，H.Blum 建议K1.2。 由图2

10、.6 所示的计算简图即可求得桩身各截面的内力，最大弯矩的位置在基坑底面以下，可根据剪力为零的条件确定。 2) 静力平衡法计算锚撑挡土构造 挡土构造入土深度较小或坡脚土体较脆弱时，可视挡土构造下端为自在端，用静力平衡法计算插入深度、内力(如图2.7 所示)。 立柱入土深度可按下式计算： D= Dmin (2-10) 式中：D立柱入土深度(m)； 增大系数，对一、二、三级边坡分别为1.5、1.4、1.3； Dmin挡墙最低一排锚杆设置后，开挖高度为边坡高度时立柱的最小入土深度(m)。 立柱的内力可根据锚固力和作用于支护构造上侧压力按常规方法计算。3) 等值梁法计算锚撑挡土构造挡土构造入土深度较大或

11、为岩层或坡脚土体较巩固时，可视立柱下端为固定端，用等值梁法计算插入深度、内力。对单支点支护桩，如图2.8(d)所示，在BC 段中弯矩图的反弯点D 处切断，并在D 处设置支点构成AD 梁，那么AD 梁的弯矩将坚持不变。因此AD 梁即为AC 梁上AD 段的等值梁。 反弯点的位置通常与基坑底面下土压力等于零的位置相近，因此运用等值梁法计算时常以土压力为零的位置替代，如图2.8(b)、图2.8(c)所示。 等值梁法计算单支点支护桩的步骤如下。如图2.8(b)、图2.8 (c)所示，先求得土压力为零点的D 点的位置，得等值梁AD，求得简支梁AD 的支座反力TA 及Pd。将DC 段视为一简支梁，下部嵌固作

12、用以一个单力Rc 替代，由图2.8(b)按Pd 对C 点的力矩等于DC 段上作用的土压力对C 点的力矩的条件求得x 值，临界插入深度t0 即可求得。对多支点支护桩的等值梁法计算(如图2.9 所示)，原理同等值梁法计算单支点支护桩。 1.3.3 基坑的稳定性分析 基坑工程的稳定性主要表现为以下几种方式： (1) 整体稳定性； (2) 倾覆及滑移稳定性； (3) 基坑底隆起稳定性； (4) 渗流稳定性。 1. 整体稳定性验算 大量工程实际阅历阐明，整体稳定破坏大体是以圆弧滑动破坏面的方式出现，条分法是整体稳定分析最常运用的方法。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

13、： MR/MS1.2 (2-42) 式中：MR抗滑力矩； MS滑动力矩。 对无支护构造的基坑，验算方法见土力学教材。对有支护构造的基坑，需计算圆弧切桩与圆弧经过桩尖时的基坑整体稳定性，圆弧切桩时需思索切桩阻力产生的抗滑作用，即每延米中桩产生的抗滑力矩Mp(如图2.16 所示)，可按下式计算。 对于地下延续墙、重力式支护构造d+d1.0m。 当滑动弧面切于锚杆时，应计入弧外锚杆抗拉力对圆心产生的抗滑力矩。 2. 倾覆及滑移稳定性验算 重力式支护构造的倾覆和滑移稳定性验算的计算简图如图2.17 所示。 。 墙底与土之间的摩擦系数，当无实验资料时，可取：对淤泥质土 0.20.50，黏性土 0.250

14、.4，砂土 0.40.50。桩墙式悬臂支护构造的程度推移和抗整体倾覆稳定验算应满足以下条件，如图2.18所示。 式中：Ep、bp分别为被动侧土压力的合力及合力对支护构造底端的力臂； Ea、ba分别为自动侧土压力的合力及合力对支护构造底端的力臂。桩墙式锚撑支护构造的程度推移和抗整体倾覆稳定验算应满足以下条件，如图2.19所示。 3. 基坑底隆起稳定性验算 对饱和软黏土，抗隆起稳定性的验算是基坑设计的一个主要内容。基坑底土隆起，将会导致支护桩后地面下沉，影响环境平安和正常运用。隆起稳定性验算的方法很多。可按地基规范引荐的以下条件进展验算(如图2.20 所示)： 4. 渗流稳定性验算 当渗流力(或动

15、水压力)大于土的浮重度时，土粒那么处于流动形状，即流土(或流砂)。当 坑底土上部为不透水层，坑底下部某深度处有承压水层时，应进展承压水对坑底土产生突涌稳定性验算，如图2.22 所示。1) 流土(或流砂)稳定性验算渗流力(或动水压力)可由流网计算，也可按以下简化方法计算，如图2.21 所示。2) 突涌稳定性验算按下式验算，如图2.22 所示。 1.3.4 内支撑的内力与截面计算 内支撑构造的常用方式有平面支撑体系和竖向斜撑体系。 普通情况下应优先采用平面支撑体系，对于开挖深度不大、基坑平面尺度较大或外形比较复杂的基坑也可以采用竖向斜撑体系。 普通情况下，平面支撑体系应由腰梁、程度支撑和立柱三部分

16、构件组成。竖向斜撑体系通常由斜撑、腰梁和斜撑根底等构件组成；当斜撑长度大于15m 时，宜在斜撑中部设置立柱。 1. 作用在支撑系统上的荷载及内力分析 1) 荷载 作用在支撑构造上的程度力包括由水、土压力和坑外地面荷载引起的支护桩对腰梁的侧压力;作用在支撑构造上的竖向荷载应包括构造自重和支撑上能够产生的施工活荷载。 2) 内力分析方法 (1) 外形比较规那么的基坑，并采用相互正交体系时，可采取以下简化计算方法： 在程度荷载作用下，现浇混凝土腰梁的内力与变形可按多跨延续梁计算。 (2) 平面外形较为复杂平面支撑体系，宜按平面框架模型计算。 2. 支撑系统构件截面设计 1) 腰梁 腰梁的截面承载力计

17、算，普通情况下可按程度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程度承载力验算。 4) 竖向斜撑竖向斜撑体系应验算以下内容。(1) 预留土坡的稳定性验算。(2) 斜撑截面承载力，近似按轴心受压构件验算，受压计算长度(不设立柱时)取支撑全长。(3) 围檩截面承载力验算，同程度支撑体系的围檩验算方法。(4) 斜撑根底验算，按天然地基上的浅根底的设计方法验算其竖向承载力。(5) 根底压杆可近似按轴心受压构件验算截面承载力。 1.5 基坑工程监测 1.5.1 概述 1. 基坑工程监测的目

18、的、必要性 检验实践与实际(或预测)的符合性，判别工程的平安性；优化设计(包括参数、实际)， 指点后续工程。 2. 基坑工程监测工程与方法概述 1.6 基坑工程实验 1.6.1 锚杆实验 常用的锚杆实验有根本实验(测锚固体与岩土层粘结强度)、验收实验(检验施工能否符合设计)、蠕变实验(丈量软土中锚杆随时间推移而应力下降、变形加大的量值)，其他锚杆实验尚有：群锚效应实验(锚杆间距很小小于10D 或1m 时做，D钻孔直径)、抗震耐力实验、常规性实验(如资料强度、锚头实验等)。锚杆实验在锚固体灌浆强度到达设计强度的90%后进展。本书引见前三种实验。 需多次交换，故应选择运用行程较大者。实验时必需确认变位量测安装在不受拉力影响范 围。由于实验时所加的拉力很大，要思索资料不均、压力计误差等不确定要素而呵斥拉杆 断裂，预先做好防备或平安的措施。 1. 根本实验 根本实验主要目的是确定锚固体与岩土层间粘结强度特征值、锚杆设计参数和施工工艺；在以下情况必需做：采用新工艺、新资料或新技术的锚杆，无锚固工程阅历的岩土层内的锚杆，一级边坡工程的锚杆。 1) 实验设备 实验设备主要有加载安装、量测安装及反力安装三部分。 加载安装