基坑工程經(jīng)典講義.ppt

第七章 基坑工程,基礎(chǔ)工程,退出,7.1 概述 7.2支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及適用范圍 7.3支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù) 7.4水泥攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7.5排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 7.6基坑穩(wěn)定性分析,7.1 概 述,基坑為進(jìn)行建筑物（包括構(gòu)筑物）基礎(chǔ)與地下室的施工所開挖的地面以下空間 基坑工程為保證基坑施工以及主體地下結(jié)構(gòu)的安全和周圍環(huán)境不受損害，需對(duì)基坑工程進(jìn)行一系列勘察、設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)工作，這項(xiàng)綜合性工程稱為,基坑工程特點(diǎn)： 1.區(qū)域性工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件不同，基坑工程差異很大 2.綜合性基坑工程涉及強(qiáng)度、變形、滲流三個(gè)基本課題 3.時(shí)空效應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)所受荷載（如土壓力）及其產(chǎn)生的應(yīng)力、變形在時(shí)間上、空間上有較強(qiáng)的變異性 4.環(huán)境效應(yīng)基坑開挖、降水引起周邊場(chǎng)地土應(yīng)力和地下水改變 5.風(fēng)險(xiǎn)性基坑工程為臨時(shí)工程，安全儲(chǔ)備相對(duì)較小,基坑側(cè)壁安全等級(jí)及重要性系數(shù),基坑工程的工作內(nèi)容,基坑技術(shù)人員的技能,1.巖土工程知識(shí)和經(jīng)驗(yàn) 2.建筑結(jié)構(gòu)和力學(xué)知識(shí) 3.施工經(jīng)驗(yàn) 4.工程所在場(chǎng)地的施工條件和經(jīng)驗(yàn),第七章 基坑工程,基礎(chǔ)工程,退出,7.1 概述 7.2支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及適用范圍 7.3支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù) 7.4水泥攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7.5排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 7.6基坑穩(wěn)定性分析,7.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及適用范圍,1.常見的支護(hù)結(jié)構(gòu),深基坑支護(hù)體系,圍護(hù)墻,內(nèi)支撐或土層錨桿,水泥土 攪拌樁擋墻,用于開挖深度57m的基坑。 適用： 軟粘土地段，環(huán)境保護(hù)要求不高的情況。 優(yōu)點(diǎn)：施工低噪聲、低振動(dòng)，結(jié)構(gòu)止水性好， 造價(jià)經(jīng)濟(jì)。,1.常見圍護(hù)墻結(jié)構(gòu),缺點(diǎn)：圍護(hù)擋墻較寬，一般需要34m 布置形式：實(shí)體式、空腹式、格構(gòu)式、拱型或拱型加灌注樁等,鋼板樁,用于開挖深度310m的基坑，用打入法打入土中 既擋土又擋水。 具有較高的可靠性和耐久性，可以回收重復(fù)適用。 與多道鋼支撐結(jié)合，可適合軟土地區(qū)的較深基坑，施工方便，工期短。,缺點(diǎn)：鋼板樁的剛度比排樁和地下連續(xù)墻小，開挖后擾度變形較大，打拔樁振動(dòng)噪聲大，容易引起土體移動(dòng)，導(dǎo)致周圍地基較大沉陷,鉆（沖，挖）灌注樁擋墻,1. 直徑6001000mm，樁長(zhǎng)1530m， 組成排樁式擋墻，頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁， 用于開挖深度613m的基坑。 2.優(yōu)點(diǎn) 施工低噪聲、低振動(dòng)，剛度較大，就地澆筑施工，對(duì)周圍環(huán)境影響小， 3.適用： 適合軟弱地層使用 4.缺點(diǎn)： 接頭部分隔水性差,地下連續(xù)墻,用于開挖深度達(dá)10m以上的基坑或施工條件較困難情況 采用逆筑法和半逆筑法施工 優(yōu)點(diǎn)：施工低噪聲、低振動(dòng)，整體剛度較大，就地澆筑施工，對(duì)環(huán)境影響小，墻接頭止水效果好等，可以作為永久性結(jié)構(gòu) 適用： 適合于軟弱土層和建筑設(shè)施密集的 城市市區(qū)的深基坑。,土釘墻及復(fù)合土釘墻,1. 土釘墻支護(hù)是由被加固的原位土體、土釘和噴射于坡面上的混凝土面板組成。 2.土釘 土釘一般是通過(guò)鉆孔、插筋、注漿來(lái)設(shè)置的，也可以通過(guò)直接打入較粗的鋼管、鋼筋或型鋼 形成 3.適用 適用于地下水位以上的粘性土、砂土和碎石土等地層。對(duì)于淤泥或淤泥質(zhì)土等，常用復(fù)合土釘墻， 4.深度一般不超過(guò)12m,smw工法,1. smw工法是在深層攪拌水泥土擋墻中插入型鋼或其它芯材形成，同時(shí)具有 承載力和防滲兩種功能的支護(hù)型式。 2. 適用于軟粘土地層 3.優(yōu)點(diǎn) 施工速度快、對(duì)環(huán)境污染小、施工方法簡(jiǎn)單，造價(jià)低等,支撐結(jié)構(gòu)類型根據(jù)材料：鋼支撐、鋼筋混凝土支撐,支撐體系結(jié)構(gòu)形式：?jiǎn)慰鐗簵U式支撐、多跨壓桿式支撐,2.內(nèi)支撐方案,單跨壓桿式,多跨壓桿式,支撐布置基本形式：,水平支撐體系,對(duì)撐、對(duì)撐桁架、斜角撐、角撐桁架、八字撐、邊桁架、邊系桿,3.支護(hù)結(jié)構(gòu)選型,（表7-2）,豎向支撐體系,由圍檁、豎向斜撐、斜撐基礎(chǔ)、水平聯(lián)系桿、立柱等組成,（大而淺的基坑）,第七章 基坑工程,基礎(chǔ)工程,退出,7.1 概述 7.2支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及適用范圍 7.3支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù) 7.4水泥攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7.5排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 7.6基坑穩(wěn)定性分析,7.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù),1.勘察報(bào)告 分析場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)和巖土物理力學(xué)性質(zhì) 支護(hù)方式建議，計(jì)算參數(shù)及支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 地下水控制方式和計(jì)算參數(shù) 基坑開挖過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題及其防治措施 施工中應(yīng)進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)項(xiàng)目,2.基坑周邊環(huán)境調(diào)查 地面建筑物，深基坑周圍約三倍基坑開挖深度的影響范圍內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)類型、層數(shù)、基礎(chǔ)類型、埋深、基礎(chǔ)荷載大小等 地下管線，主要指煤氣管、上下水管、電纜及電話線等管線和管道的分布和性狀 地表、地下水，場(chǎng)地周圍地表水的匯流、排泄；地下水管滲漏情況及其對(duì)基坑開挖影響程度 道路情況，基坑周圍道路距離及車輛載重情況,3.支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 滿足邊坡和支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，即不產(chǎn)生傾覆、滑移和整體或局部失穩(wěn)；基坑底部不產(chǎn)生隆起、管涌；錨桿系統(tǒng)不至于抗拔失效 滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件不彎曲、剪斷和壓屈 水平位移和地基沉降不超過(guò)允許值,第七章 基坑工程,基礎(chǔ)工程,退出,7.1 概述 7.2支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及適用范圍 7.3支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù) 7.4水泥攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7.5排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 7.6基坑穩(wěn)定性分析,7.4 水泥攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),深層攪拌樁支護(hù)形式,壁狀支護(hù),格柵狀支護(hù),深層攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是將攪拌樁相互搭接而成，平面布置可采用壁狀體，如圖。若壁狀的擋土寬度不夠時(shí)，可加大寬度，做成格柵狀支護(hù)結(jié)構(gòu)。,深層攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面形式,一、剛性自立式擋墻的破壞模式,水泥土墻的設(shè)計(jì),傾覆破壞,地基整體破壞,墻趾外移破壞,作用在擋土墻的力,1.墻身自重：w 2.土壓力：根據(jù)擋土墻的位移確定 主動(dòng)土壓力pa ； 被動(dòng)土壓力pp：忽略不計(jì) 3.基底反力： 豎向分力： v 水平分力： h,pp,二、水泥攪拌樁擋土墻的計(jì)算,1.根據(jù)土質(zhì)情況和基坑開挖深度h，按經(jīng)驗(yàn)初定樁長(zhǎng)和墻寬,l=（1.82.2）h,b=（1.70.95）h,2.抗滑穩(wěn)定性計(jì)算,3.抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算,4.整體穩(wěn)定性驗(yàn)算當(dāng)坑底有軟弱土層時(shí),5.墻體應(yīng)力驗(yàn)算,正應(yīng)力,剪應(yīng)力,按總應(yīng)力法計(jì)算系數(shù)k1.2,p183例題7-1,6.墻體基底地基承載力驗(yàn)算,7.水泥土擋墻墻頂水平位移的計(jì)算,非線性有限元法假定為平面應(yīng)變問(wèn)題,經(jīng)驗(yàn)公式法,彈性地基“m”法,深層攪拌樁構(gòu)造,采用格柵布置時(shí)，水泥土置換率：淤泥0.8，淤泥質(zhì)土0.7，粘性土和砂土0.6 采用格柵布置時(shí)，格柵長(zhǎng)寬比2 考慮截水作用時(shí)，樁的有效搭接寬度150mm，不考慮 截水作用，有效搭接寬度100mm 當(dāng)變形不能滿足要求時(shí)，采用基坑內(nèi)側(cè)土體加固或水泥土墻 插筋加混凝土面板及加大嵌固深度等,施工與檢測(cè),采取切割搭接法施工，在搭接處采取加強(qiáng)措施，消除搭接溝縫；切割搭接寬度：旋噴150mm；擺噴150mm；定噴200mm 施工前應(yīng)進(jìn)行成樁工藝及水泥摻入量或水泥砂漿配合比試驗(yàn)，確定相應(yīng)水泥摻入比或水泥漿水灰比 樁位偏差50mm，垂直度偏差0.5%；設(shè)置插筋時(shí)，樁身插筋應(yīng)在樁頂攪拌完成后及時(shí)進(jìn)行，且插筋材料、插入長(zhǎng)度、出露長(zhǎng)度等均應(yīng)按計(jì)算和構(gòu)造要求確定 水泥土樁應(yīng)在施工一周內(nèi)進(jìn)行開挖檢查或鉆孔取芯等手段檢查成樁質(zhì)量； 水泥土墻應(yīng)在設(shè)計(jì)開挖齡期采用鉆芯法檢測(cè)墻身完整性，鉆芯數(shù)量總樁數(shù)的2%且不少于5根，并應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求取樣進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),郎肯主動(dòng)土壓力,主動(dòng)土壓力系數(shù),墻底處土壓力強(qiáng)度,臨界深度,主動(dòng)土壓力合力,主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)距墻底的距離,當(dāng)c=0,無(wú)粘性土,朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,1.無(wú)粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布 2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積 3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處,討論：,當(dāng)c0, 粘性土,粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分,1.土的自重引起的土壓力zka 2.粘聚力c引起的負(fù)側(cè)壓力2cka,說(shuō)明：負(fù)側(cè)壓力是一種拉力，由于土與結(jié)構(gòu)之間抗拉強(qiáng)度很低，受拉極易開裂，在計(jì)算中不考慮,負(fù)側(cè)壓力深度為臨界深度z0,1.粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)（計(jì)算中不考慮） 2.合力大小為分布圖形的面積（不計(jì)負(fù)側(cè)壓力部分） 3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處,（以無(wú)粘性土為例）,zq,填土表面深度z處豎向應(yīng)力為(q+z),相應(yīng)主動(dòng)土壓力強(qiáng)度,a點(diǎn)土壓力強(qiáng)度,b點(diǎn)土壓力強(qiáng)度,若填土為粘性土，c0,臨界深度z0,z0 0說(shuō)明存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，計(jì)算中應(yīng)不考慮負(fù)壓力區(qū)土壓力,z0 0說(shuō)明不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計(jì)算,8.5.1填土面有均布荷載,墻背直立、填土面水平(朗肯土壓力理論)、連續(xù)均布荷載,朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,郎肯被動(dòng)土壓力,被動(dòng)土壓力系數(shù),被動(dòng)土壓力合力,1.被動(dòng)土壓力強(qiáng)度不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū) 2.合力大小為分布圖形的面積 3.合力作用點(diǎn)在圖形的形心,當(dāng)c=0,無(wú)粘性土,朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,1.無(wú)粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三角形分布 2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積 3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底h/3處,討論：,當(dāng)c0, 粘性土,粘性土主動(dòng)土壓力強(qiáng)度包括兩部分,1. 土的自重引起的土壓力zkp 2. 粘聚力c引起的側(cè)壓力2ckp,說(shuō)明：側(cè)壓力是一種正壓力，在計(jì)算中應(yīng)考慮,1.粘性土被動(dòng)土壓力強(qiáng)度不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū) 2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積 3.合力作用點(diǎn)在梯形形心,土壓力合力,【例】如圖所示, 某擋土墻高5m，墻背直立、光滑, 墻后填土面水平，墻頂作用均布荷載. 用朗肯土壓力理論計(jì)算擋土墻受到的主動(dòng)土壓力的大小。,【例】某重力式擋土墻尺寸及墻后填土情況如圖，采用mu30毛石和m5混合砂漿砌筑，已知砌體重度為=22.0kn/m3，驗(yàn)算該擋土墻穩(wěn)定性是否滿足要求？,7.5 排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算,排樁支護(hù)的分類,排列方式,柱列式排樁支護(hù),連續(xù)排樁支護(hù),組合式排樁支護(hù),基坑開挖深度及支擋結(jié)構(gòu)受力,無(wú)支撐（懸臂）支護(hù)結(jié)構(gòu) 單支撐支護(hù)結(jié)構(gòu) 多支撐支護(hù)結(jié)構(gòu),懸臂式排樁支護(hù)設(shè)計(jì)和計(jì)算,主動(dòng)區(qū),被動(dòng)區(qū),變位示意圖,土壓力分布圖,計(jì)算簡(jiǎn)圖,布魯特計(jì)算圖,（傳統(tǒng)板樁計(jì)算方法）,靜力平衡法,板樁前后的土壓力強(qiáng)度分布ean、epn,板樁入土深度,實(shí)際嵌入坑底以下入土深度,板樁最大彎矩,布魯姆法,板樁入土深度,解出x,t=u+1.2x,由布魯姆計(jì)算曲線，由m、n得出,t=u+1.2l,板樁最大彎矩,p190例題7-2,n,m,1.0 0.9 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0,1.7 1.5 1.3 1.1 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1 0,1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0,單支點(diǎn)排樁支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算,不同入土深度板樁墻的土壓力、彎矩、變形圖,靜力平衡法,取支護(hù)單位長(zhǎng)度，根據(jù)靜力平衡,等值梁法,等值梁概念,將支護(hù)樁視作梁ac，關(guān)鍵在于確定b點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)b點(diǎn)位置與支護(hù)樁兩側(cè)土壓力強(qiáng)度疊加后的零點(diǎn)b很接近，而b點(diǎn)很好求，因此就近似認(rèn)為b點(diǎn)為b點(diǎn)，從而在知道土壓力之后就可解出單支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、最大彎矩和支點(diǎn)反力,梁ab為梁ac的等值梁,1.根據(jù)基坑深度、勘察資料，計(jì)算主動(dòng)、被動(dòng)土壓力強(qiáng)度，求出壓力強(qiáng)度零點(diǎn)b位置，計(jì)算b至坑底距離u,2.由等值梁ab根據(jù)平衡方程計(jì)算支撐反力ra及b點(diǎn)剪力qb,3.由bg計(jì)算板樁入土深度t,4.由等值梁求最大彎矩mmax,p194例題7-3,t0=u+x,t=（1.11.2）t0,計(jì)算等值梁ab的剪力q=0點(diǎn)，該點(diǎn)彎矩為mmax,多支點(diǎn)排樁支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算,等值梁法,計(jì)算原理與單支點(diǎn)等值梁法相同,p196例題7-4,支撐荷載的1/2分擔(dān)法,估算支撐軸力,不考慮樁、墻體支撐變形，每道支撐承受相鄰上下每個(gè)半跨的壓力（土壓力、水壓力、地面超載）,l1,l2,l3,l4,l5,x,(l4+l5)/2,7.6 基坑穩(wěn)定性分析,放坡開挖的基坑中，邊坡整體穩(wěn)定性驗(yàn)算常采用圓弧滑動(dòng)法 有支護(hù)的基坑中： 只設(shè)一道支撐的支護(hù)，邊坡整體穩(wěn)定性驗(yàn)算采用圓弧滑動(dòng)法 設(shè)置多道內(nèi)支撐的支護(hù)，不用驗(yàn)算整體穩(wěn)定性,基坑的隆起穩(wěn)定驗(yàn)算,太沙基派克法,太沙基派克法適用于一般的基坑開挖過(guò)程,柯克克里澤爾法,考慮c、的計(jì)算方法,當(dāng)很大時(shí)，所需插入深度很小，太沙基分析，當(dāng)=300時(shí)，插入深度d=0，安全系數(shù)k=8,同濟(jì)大學(xué)汪炳鑒等同時(shí)考慮c、因素,基坑的抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算,抗管涌穩(wěn)定性,抗承壓水頭穩(wěn)定性,避免發(fā)生基坑突涌,p203例題7-5,本 章 結(jié) 束,退出,課后練習(xí)p2047-1、7-2,鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁加土層錨桿,鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐,鋼板樁,鋼板樁形狀,鋼板樁,鋼板樁基坑支護(hù),鋼板樁,鋼板樁加內(nèi)支撐,地下連續(xù)墻,導(dǎo)墻開挖、模版、鋼筋施工,地下連續(xù)墻,導(dǎo)墻開挖、模版、鋼筋施工,導(dǎo)墻采用小鋼模,地下連續(xù)墻,導(dǎo)墻開挖、模版、鋼筋施工,導(dǎo)墻對(duì)撐加固,地下連續(xù)墻,導(dǎo)墻開挖、模版、鋼筋施工,導(dǎo)墻回填土,地下連續(xù)墻,成槽施工,地下連續(xù)墻,鋼筋籠制作,鋼筋凹凸接頭,地下連續(xù)墻,鋼筋籠制作,鋼筋籠帶注漿管,地下連續(xù)墻,鋼筋籠制作,主筋上每4m設(shè)置一道定位器,地下連續(xù)墻,接頭施工,接頭箱,地下連續(xù)墻,鋼筋籠吊放,履帶吊移動(dòng)鋼筋籠,地下連續(xù)墻,鋼筋籠制作,最后一節(jié)注漿管安裝,地下連續(xù)墻,鋼筋籠吊放,鋼筋籠下放,地下連續(xù)墻,混凝土澆筑,地下連續(xù)墻,接頭施工,拔接頭箱,在混凝土澆灌結(jié)束后58h內(nèi)將接頭管全部拔出,土釘墻,鋼管制作的土釘,土釘墻,鋼管制作的土釘,焊接角鋼支架,土釘墻,鉆機(jī)引孔,土釘墻,土釘施工,土釘墻,打管機(jī)打入土釘,土釘墻,掛鋼筋網(wǎng),土釘墻,面層