深基坑的支护结构课件（PPT75）

深基坑的支护护结构采用深基坑随随着基础埋深深加大给施工工带来很多困困难，尤其在在城市建筑物物密集地区，，施工场地的的狭小，邻近近建筑物、道道路和管线纵纵横交错，多多数情况下不不能放坡开挖挖，需要采用用支护结构，，这就是本章章所要研究的的问题。支护结构的设设计和施工，，影响因素众众多，不少高高层建筑的支支护结构费用用已超过工程程桩基的费用用。为此，对对待支护结构构的设计和施施工均应采取取极慎重的态态度，在保证证施工安全的的前提下，尽尽量做到经济济合理和便于于施工。第一节支支护结构的的选型支护结构包括括挡墙和支撑撑（或拉锚））两部分。档墙或支撑中中任何一部分分的选型不当当或产生破坏坏（包括变形形过大），都都会导致整个个支护结构的的失败。支护结构的型型式放坡开挖悬臂式支护结结构内撑式支护结结构拉锚式支护结结构土钉墙支护结结构环梁护壁支护护结构其它形式支护护结构一.挡墙的选型（一）钢钢板桩1.槽钢钢板桩2.热轧锁口钢板板桩（二）钢钢筋混凝土板板桩（三）钻钻孔灌注桩挡挡墙（四）H型钢支柱（或或钢筋混凝土土桩支柱）（五）地地下连续墙（六）深深层搅拌水泥泥土桩挡墙（七）旋旋喷桩帷幕墙墙常用Φ600—1000mm，是支护结构构中应用最多多的一种。宜宜形成排桩挡挡墙，顶部浇浇筑钢筋混凝凝土圈梁。但但施工难以做做到相切，挡挡水效果差。。（三）钻孔孔灌注桩挡墙墙该类支护结构构适用于土质质较好、地下下水位较低的的地区。型钢钢或支柱按一一定间距打入入，支柱间设设木挡板或其其它挡土设施施。（四）H型钢支柱（钢钢筋混凝土桩桩支柱柱）、木挡挡板支护墙深层搅拌水泥泥土桩挡墙是是用特制的进进入土深层的的深层搅拌机机将喷出的水水泥浆固化剂剂与地基土进进行原位强制制搅拌制成水水泥土桩，相相互搭接，硬硬化后即形成成具有一定强强度的壁状挡挡墙，既可挡挡土又可形成成隔水帷幕。。（六）深深层搅拌水泥泥土桩挡墙（旋喷桩帷幕墙墙是钻孔后，，将钻杆从地地基土深处逐逐渐上提，同同时利用插入入钻杆端部的的旋转喷嘴，，将水泥浆固固化剂喷入地地基土中，形形成水泥土桩桩，桩体相连连形成帷幕墙墙。旋喷桩帷幕墙墙可用作支护护结构挡墙，，也可用于挡挡水。（七）旋旋喷桩帷幕墙墙当基坑深度较较大，悬臂挡挡墙的强度和和变形不能满满足要求时，，需增设支撑撑系统。支撑系统有基坑内支撑基坑外拉锚（（顶部拉锚土土层锚杆拉锚锚）常用的有钢结构支撑钢筋混凝土支支撑二.支撑（拉锚））的选型钢管支撑示意意图(一)钢结构支撑2型钢支撑型钢支撑主要要采用H型钢，用螺栓栓连接，为工工具式钢支撑撑，现场组装装方便，可重重复使用。第二节支支护结构计算算一.支护结构的破破坏形式和计计算内容支护结构可分分为两类：重力式支护结结构非重力式支护护结构重力式包括深深层搅拌水泥泥土桩挡墙旋喷桩帷幕墙墙非重力式包括括钢板桩、钢钢筋混凝土预预制桩、钻孔孔灌注桩挡墙墙、地下连续续墙等。包括强度破破坏稳稳定定性破坏。Ⅰ强度度破破坏坏（（非非重重力力式式））1拉锚锚破破坏坏或或支支撑撑压压曲曲地面面荷荷载载增增加加过过多多、、（一一））非非重重力力式式支支护护结结构构挡挡墙墙的的破破坏坏土压压力力过过大大使使拉拉杆杆断断裂裂，，或锚锚固固失失败败、、腰腰梁梁破破坏坏、、内内支支撑撑受受压压失失稳稳。。Ⅰ强度度破破坏坏（（非非重重力力式式））2支护护墙墙体体底底部部走走动动支支护护墙墙入入土土深深度度不不够够或或挖挖土土过过深深以以及及水水的的冲冲刷刷均均可可产产生生这这种种破破坏坏。。需正正确确的的计计算算入入土土深深度度（一一））非非重重力力式式支支护护结结构构挡挡墙墙的的破破坏坏3支护护墙墙的的平平面面变变形形过过大大或或弯弯曲曲破破坏坏支支护护墙墙截截面面过过小小、、土土压压力力估估不不准准、、墙墙后后增增大大量量地地面面荷荷载载或或挖挖土土超超深深，，需需准准确确计计算算最最大大弯弯矩矩值值以以验验算算截截面面。。（一一））非非重重力力式式支支护护结结构构挡挡墙墙的的破破坏坏Ⅰ强度度破破坏坏（（非非重重力力式式））Ⅱ非重重力力式式支支护护结结构构的的稳稳定定性性破破坏坏1墙后后土土体体整整体体滑滑动动失失稳稳拉锚锚的的长长度度不不够够、、软粘粘腿腿发发生生圆圆弧弧滑动动，，引引起起支支护护结构构整整体体失失稳稳。。（一一））非非重重力力式式支支护护结结构构挡挡墙墙的的破破坏坏Ⅱ非重重力力式式支支护护结结构构的的稳稳定定性性破破坏坏2挡墙墙倾倾覆覆3坑底底隆隆起起如挖挖土土深深度度大大，，由由于于卸土土过过多多，，在在墙墙后后土土重及及地地面面荷荷载载作作用用下下引起起坑坑底底隆隆起起。。（一一））非非重重力力式式支支护护结结构构挡挡墙墙的的破破坏坏Ⅱ非重重力力式式支支护护结结构构的的稳稳定定性性破破坏坏4管涌涌在砂砂土土区区，，当当地地下下水水较高高坑坑较较深深时时，，在在动动水压压力力作作用用下下，，地地下下水绕绕过过支支护护墙墙连连砂砂土土一同同涌涌入入基基坑坑。。（一一））非非重重力力式式支支护护结结构构挡挡墙墙的的破破坏坏（二二））重重力力式式支支护护结结构构的的破破坏坏重力力式式支支护护结结构构的的破破坏坏包包括括强度度破破坏坏稳定定性性破破坏坏其强强度度破破坏坏只只是是水水泥泥土土抗抗剪剪强强度度不不足足，，产产生生剪剪切切破破坏坏，，为为此此需需验验算算最最大大剪剪应应力力处处的的墙墙身身应应力力。。（二二））重重力力式式支支护护结结构构的的破破坏坏重力力式式支支护护结结构构的的稳稳定定性性破破坏坏包包括括：：1.倾覆覆2.滑移移3.土体体整整体体滑滑动动失失稳稳4.坑底底隆隆起起5.管涌涌二非非重重力力式式支支护护结结构构计计算算（一一））支支护护结结构构承承受受的的荷荷载载支护护结结构构承承受受的的荷荷载载一一般般包包括括土压压力力水压压力力墙后后地地面面荷荷载载引引起起的的附附加加荷荷载载。。二非非重重力力式式支支护护结结构构计计算算1土压压力力⑴主主动动土土压压力力：若若挡挡墙墙在在墙墙后后土土压压力力作作用用下下向向前前位位移移时时随随位位移移增增大大，，墙墙后后土土压压力力渐渐减减小小。。当当位位移移达达某某一一数数值值时时，，土土体体内内出出现现滑滑裂裂面面，，墙墙后后土土达达极极限限平平衡衡状状态态，，此此时时土土压压力力称称为为主主动动土土压压力力，，以以Ea表示示。。Ea-Δ滑裂裂面面二非非重重力力式式支支护护结结构构计计算算⑵静止止土土压压力力：若若挡挡墙墙在土土压压力力作作用用下下墙墙本本身身不发发生生变变形形和和任任何何位位移移（移移动动或或滑滑动动）），，墙墙后后填土土处处于于弹弹性性平平衡衡状状态态，，则此此时时作作用用在在挡挡墙墙上上的的土压压力力成成为为静静止止土土压压力力。。以E0表示示。。E0二非非重重力力式式支支护护结结构构计计算算(3)被动动土土压压力力：：若若挡挡墙墙在在外外力力作作用用下下墙墙向向墙墙背背向向移移动动，，随随位位移移增增大大，，墙墙所所受受土土的的反反作作用用力力渐渐增增大大，，当当位位移移达达一一定定数数值值时时，，土土体体内内出出现现滑滑裂裂面面，，墙墙后后土土处处被被动动极极限限平平衡衡状状态态，，此此时时土土压压力力称称为为被被动动土土压压力力，，以以Ep表示示。。+Δ外力力Ep滑裂裂面面对于于粘粘性性土土按按计计算算公公式式计计算算时时，，主主动动土土压压力力在在土土层层顶顶部部（（H=0处））为为负负值值，，即即表明明出出现现拉拉力力区区，，这这在在实实际际上上是是不不可可能能发发生生的的。。可可计计算算临临界界高高度度以以下下的的主主动动土土压压力力：：土压压力力分分布布土压压力力表表示示悬臂臂式式挡挡土土结结构构，，对对于于土土的的性性质质、、荷荷载载大大小小等等非非常常敏敏感感，，它它完完全全依依靠靠足足够够的的入入土土深深度度来来保保持持其其稳稳定定性性，，故故其其高高度度一一般般不不大大于于4ｍ。。为了了施施工工的的安安全全，，支支撑撑和和锚锚杆杆宜宜根根据据最最大大土土压压力力计计算算，，即即根根据据实实测测压压力力曲曲线线的的包包络络线线来来确确定定。。该该包包络络线线近近似似梯梯形形或或矩矩形形，，与与库库伦伦理理论论计计算算的的三三角角形形土土压压力力不不同同。。土压压力力分分布布⑴悬臂臂无无支支撑撑挡挡墙墙，，其其压压力力分分布布为为主主动动土土压压力力，，是是三三角角形形分分布布，，被被动动土土压压力力也也是是三三角角形形分分布布。。被动动土土压压力力主动动土土压压力力土压压力力分分布布⑵多支支撑撑或或多多拉拉锚锚的的挡挡墙墙背背面面上上的的土土压压力力分分布布图图形形砂砂土土为为梯梯形形，，粘粘土土土土压压力力分分布布图图是是稍稍复复杂杂的的三三角角形形。。土压压力力分分布布悬臂臂挡挡土土墙墙所所承承受受的的主动动土土压压力力完完全全由由其其底部部的的被被动动土土压压力力来来平衡衡；；而锚锚定定板板单单支支点点的的挡挡土结结构构，，其其主主动动土土压压力则则由由锚锚定定板板拉拉杆杆和和底部部的的被被动动土土压压力力共共同承承受受，，加加以以平平衡衡。。TEa1Ea2EP土压压力力分分布布不同同深深度度处处土土的的内内聚聚力力C不是是一一个个常常数数，，它它与与土土的的上上覆覆荷荷重重有有关关，，一一般般随随深深度度的的加加大大而而增增大大，，对对于于暴暴露露时时间间长长的的基基坑坑，，土土的的内内聚聚力力可可由由于于土土体体含含水水量量的的变变化化和和氧氧化化等等因因素素的的影影响响而而减减小小甚甚至至消消失失。。φ、C值是是计计算算侧侧向向土土压压力力的的主主要要参参数数，，但但在在工工程程桩桩打打设设前前后后的的φ、C值是是不不同同的的。。在在粘粘性性土土中中打打设设工工程程桩桩时时，，产产生生挤挤土土现现象象，，孔孔隙隙水水压压力力急急剧剧升升高高，，对对φ、C值产产生生影影响响。。另另外外，，降降低低地地下下水水位位也也会会使使φ、C值产产生生变变化化。。2.水压压力力ABCEHF在有有残残余余水水压压力力时时，，水压压力力按按梯梯形形分分布布。。水压压力力和和土土压压力力水压压力力和和土土压压力力的的分分算算或或合合算算问问题题，，目目前前均均采采用用。。一般般情情况况下下，，由由于于粘粘性性土土中中水水主主要要是是结结晶晶水水和和结结合合水水，，宜宜合合算算;在砂砂性性土土中中土土颗颗粒粒之之间间的的空空隙隙中中充充满满的的是是自自由由水水，，受受重重力力作作用用，，为为静静水水压压力力作作用用，，宜宜分分算算。。水压压力力和和土土压压力力合算算时时，，地地下下水水位位以以下下土土的的重重力力密密度度采采用用饱饱和和重重力力密密度度γsat；分算算时时，，地地下下水水位位以以下下土土的的重重力力密密度度采采用用浮浮重重力力密密度度;另外外单单独独计计算算静静水水压压力力，，按按三三角角形形分分布布考考虑虑。。3.墙后后地地面面荷荷载载引引起起附附加加荷荷载载有三三种种情情况况：：⑴墙墙后后有有均均布布荷荷载载ｑｑ⑵距距离离支支护护结结构构一一定定距距离离有有均均布布荷荷载载ｑｑ⑶距距离离支支护护结结构构一一定定距距离离有有集集中中荷荷载载ＰＰ（（如如塔塔吊吊、、混混凝凝土土泵泵车车等等））由由ＰＰ引引起起的的附附加加荷荷载载分分布布在在支支护护结结构构的的一一定定范范围围ｈｈ2上。⑴墙后有均均布荷载载ｑ如墙后堆堆有土方方、材料料等地面面均布荷荷载对支支护结构构引起的的附加荷荷载，可可按下式式计算：：qH⑵距离支护护结构一一定距离有均均布荷载载ｑ此时时压应力力传到支支护结构构上有一一空白距距离h1,在h1之下产生生均布的的附加应应力：l1qHe1e23.墙后地面面荷载引引起附加加荷载⑶距离支护护结构一一定距离有有集中荷荷载Ｐ（如塔塔吊、混混凝土泵车等等）由ＰＰ引起的附加加荷载分分布在支护结结构的一一定范围ｈ2上。HPl2h2φ非重力式式支护结结构的计计算深基坑支支护结构构应采用用以分项项系数表表示的极极限状态态设计表表达式进进行设计计。基坑支护护结构极极限状态态可有两两类：承载能力力极限状状态正常使用用极限状状态非重力式式支护结结构的计计算1.承载能力力极限状状态：对应于支支护结构构达到最最大承载载能力或或土体失失稳、过过大变形形导致支支护结构构或基坑坑周边环环境破坏坏；2.正常使用用极限状状态：对应于支支护结构构的变形形已妨碍碍地下结结构施工工或影响响基坑周周边环境境的正常常使用功功能。基坑侧壁壁安全等等级及重重要性系系数安全等级

破坏后果γ0一级支护结构破坏、土体失稳或变形过大对基坑周边环境及地下结构施工影响严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构影响一般1.00三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.90（二）悬悬臂桩墙墙的计算算排桩、地地下连续续墙嵌固固深度设设计值宜宜按下列列规定：：1.悬臂式支支护结构构嵌固深深度设计计值hd宜按下式式确定：：桩墙底以以上基坑坑内侧各各土层被被动土压压力强度度和桩墙底以以上基坑坑外侧各各土层主主动土压压力强度度和悬臂桩墙墙的计算算合力作用点至至桩、墙底的距距离合力作用点至至桩、墙墙底的距距离h、分别为基基坑挖深深和桩墙墙入土深深度hhpEa1Ea2Ea4Ea3∑EaEP1EP2∑EP分别为被被动土压压力合力力和主动动土压力力合力支护结构构计算当确定悬悬臂式及及单支点点支护结结构嵌固固深度设设计值（（构造要要求）当基坑底底为碎石石土及砂砂土，基基坑内排排水且作作用有渗渗透压力力时，嵌嵌固深度度设计值值还应满满足下式式抗渗稳稳定条件件：单支点支支护结构构计算单层支点点结构支支点力及嵌固深深度计算算支点力：基坑坑底面以以下支护结构设设定弯矩矩零点至基坑底底面距离离hCl按下式确定定h单支点支支护结构构计算单层支点点结构支支点力及及嵌固深深度计算算支点力Tcl按下式计计算支点至基基坑底面面的距离离基坑底面面至设定定弯矩零零点位置置的位置置分别为合合力作作用点至至设定弯弯矩零点点的距离离（三）支支护结构构计算的的其它方方法1等值梁法法2弹性曲线线法3竖向弹性性地基梁梁法（基基床系数数法）4有限元法法等值梁法法图中ab梁一端固固定一端端简支，，弯矩图图的正负负弯矩在在c点转折，，若将ab梁在c点切断，，并于c点加一自自由支承承形成ac梁，则ac梁上的弯弯矩将保保持不变变，即称称ac梁为ab梁上ac段上的等等值梁。。等值梁原原理ababc等值梁法法介绍等值值梁法：：如ab梁一端固固定，一一端简支支，弯矩矩图的正正负弯矩矩在c点转折。。若将ab梁在c点切断，，并在c点置一自自由支承承，形成成ac梁，则ac梁上的弯弯矩将保保持不变变，则称称ac梁为ab梁上ac段的等值值梁。HAPaBCD等值梁法法HAPaBCDPaP0等值梁板桩上土压力分布图板桩弯矩图等值梁法法用等值梁梁计算板板桩，先先要知道道正负弯弯矩的转转折点的的位置。。因板桩桩地面下下土压力力等于0的位置，，接近正正负弯矩矩的转折折点，为为简化即即用土压压力等于于0的位置代代替它。。P0Pa三重重力式支支护结构构计算（一）原原理重重力式式支护结结构是依依靠结构构自身重重力来维维持极限限平衡状状态的。。（二）荷荷载组组合1土压力；；2重力式结结构自重重；3地面超载载包括：：永久荷荷载、道道路荷载载、可变变地下水水位和施施工荷载载（施工工机械荷荷载、材材料堆放放荷载））以及偶偶然荷载载（地震震荷载、、人防荷荷载）。。（三）重重力式结结构计算算内容1滑动稳定定性验算算2倾覆稳定定性验算算3.土体整体体滑动验验算4.坑底隆起起验算5.管涌验算算重力式支支护结构构计算简简图重力式支支护结构构主要是深深层搅拌拌水泥土桩桩墙和旋旋喷桩帷幕幕墙，计计算简图如如图：EaEpBbbA（三）重重力式支支护结构构计算（（滑动稳稳定性））1滑动稳定定性验算算墙体自重重；基底墙体体与土的的摩擦系系数；被动土压压力合力力；主动土压压力合力力。（三）重重力式支支护结构构计算（（倾覆稳稳定性））2倾覆稳定定性验算算墙体自重重；墙体厚度度之半；；分别为对对墙墙趾A点的力臂臂。抗倾覆稳稳定安全全系数；；（三）重重力式支支护结构构（整体体滑动验验算）3.土体整体体滑动验验算水泥泥土桩挡挡墙由于于水泥掺掺量少，，故将其其看作提提高了强强度的部部分土体体，进行行土体整整体稳定定性验算算。R·重力式支支护结构构计算（（基坑坑隆起））4.坑底隆起起开挖面以以下墙体体能起帮帮助抵抗抗地基土土隆起的的作用，，宜假定定土体沿沿墙体底底面滑动动，认为为墙体底底面以下下为一圆圆弧，如如图所示示。产生生滑动力力的是和和q,抵抗滑动动的则为为土体抗抗剪强度度。qzABOCDHE重力式支支护结构构计算(基坑隆起起）对于非理理想粘性性土，土土的抗剪剪强度AB面上应应为为水平侧侧压力，，取抗隆起安安全系数数重力式支支护结构构计算（（基坑隆隆起）为达稳定定，避免免基坑隆隆起，必必须满足足如如要要严格控控制地面面沉降，，则需增增加挡墙墙入土深深度，或或进行坑坑底土体体加固，，提高土土体抗剪剪强度，，使该系系数达到到1.5～2.0。5管涌验算算当基坑地地下水的的向上渗渗流力时时土土颗粒处于悬浮浮状态，，于是坑坑底产生管管涌现象象。不发生生管涌涌的条条件应应为：：重力式式支护护结构构计算算（管管涌验验算））tj钢板桩桩的施施工（二））打打设前前准备备工作作1钢板桩桩的检检验和和矫正正2导架安安装3沉桩机机械的的选择择打设钢钢板桩桩可用用落锤锤、汽汽锤、、柴油油锤和和振动动锤，，前三三种皆皆为冲冲击打打入法法，此此法可可使桩桩锤的的冲击击力均均匀分分布，，保护护桩顶顶免受受损坏坏。钢板桩桩的施施工（三））钢板板桩的的打设设和拔拔除1打设方方式选选择⑴单独独打入入法即即从板板桩墙墙的一一角始始，逐逐块打打设，，直至至工程程结束束。⑵屏风风式打打入法法即即将将10～20根钢板板桩成成排插插入导导架内内，呈呈屏风风状，，再分分批施施打。。（按按屏风风排数数，分分为单单屏风风、双双屏风风和全全屏风风）钢板桩桩的施施工4钢板桩桩的拔拔除拔桩前前要研研究钢钢板桩桩拔除除顺序序、拔拔除时时间和和桩孔孔处理理方法法。拔除宜宜用振振动锤锤或振振动锤锤与起起重机机共同同拔除除。二钻钻孔孔灌注注桩挡挡墙施施工钻孔灌灌注桩桩挡墙墙施工工（主要要在第第五章章介绍绍）钻孔灌灌注桩桩施工工时无无振动动，不不会危危害周周围建建筑物物等，，造价价低，，有优优越性性。施工速速度慢慢，宜宜注意意质量量。钻孔灌灌注桩桩的间间距由由计算算确定定。钻孔灌灌注桩桩用作作支护护桩时时，按按钢筋筋混凝凝土正正截面面受弯弯构件件计算算配筋筋。三深深层层搅拌拌水泥泥土桩桩墙施施工（一））施工工机具具1深层搅搅拌机机中心管管喷浆浆方式式叶片喷喷浆方方式前者的的输浆浆方式式是水水泥浆浆从两两根搅搅拌轴轴间的的另一一根管管输出出；后后者是是使水水泥浆浆从叶叶片的的小孔孔喷出出。2配套机机械（（灰浆浆搅拌拌机、、集料料斗、、灰浆浆泵。。）三深深层层搅拌拌水泥泥土桩桩墙施施工（二））施工工工艺艺定位—预拌下下沉—制备水水泥浆浆—提升、、喷浆浆、搅搅拌—重复上上、下下搅拌拌—清洗、、移位位三.深层搅搅拌水水泥土土桩挡挡墙（三））水泥泥土的的配合合比水泥土土的抗抗压