深基坑工程設計與計算20111029

1、一、深基坑總體方案二、設計控制原則三、圍護結構選型與設計 四、連接與節(jié)點構造五、深基坑計算六、基坑監(jiān)測七、施工方案八、對周邊環(huán)境影響分析及加固 深基坑工程總體方案主要有順作法和逆作法兩種基本形式，在同一個基坑中也可組合使用。 順作法一般在基坑周邊設置板式支護結構，在坑內設置幾道臨時水平內支撐體系，分層開挖并架設支撐直至坑底，澆筑混凝土底板后，由下而上逐層施工各層地下結構并拆除支撐。 逆作法利用先施工的地下連續(xù)墻和中間支撐柱承受荷載，從地面逐層下挖，同時從上到下完成地下室的梁、板結構，利用上一層的結構梁板作為下一層開挖時的支撐。逆作法可分為全逆作法。半逆作法、部分逆作法等多種形式。 逆作法設計要

2、點： (1) 逆作法的梁板重量較常規(guī)順作法的支撐重量要大得多，因此立柱和立柱樁的承載能力需很大； (2) 逆作法的連續(xù)墻、立柱樁均為永久結構，需結合主體梁板柱進行設計和預留預埋。一級基坑主要控制指標如下：(1) 地面最大沉降量0.1%H ；(2) 圍護結構最大水平位移0.14%H；(3) KL1.8；二級基坑主要控制指標：(1) 地面最大沉降量0.2%H ；(2) 圍護結構最大水平位移0.3%H；(3) KL1.6；基坑圍護型式主要有：(1) 放坡+土釘：H10m；(2) 水泥土攪拌墻：H5m；(3) 鋼板樁：環(huán)境影響較大；(4) SMW工法樁；(5) 鉆孔灌注樁、咬合樁；(6) 地下連續(xù)墻；

3、圍護體結合混凝土支撐、鋼支撐、錨桿體系即形成基坑圍護。1 1、基坑圍護的主要型式、基坑圍護的主要型式圍護型式的選擇主要根據基坑深度來確定，但同時必須考慮到周邊環(huán)境條件等因素。施工機械凈距、凈高要求：（1）工法樁：施工機械較大，一般需側墻外5m凈距，凈高20m以上；（2）旋噴樁：施工機械很小，一般無凈距、凈高限制；（3）咬合樁：側墻外凈距2m即可，凈高11m以上即可施工；（4）鉆孔樁+止水帷幕：側墻外凈距需3m以上，凈高10m左右即可施工；（5）連續(xù)墻：側墻一側凈距一般需12m方可吊裝鋼筋籠（條件較苛刻時可局部放寬該要求），側墻另一側外凈距一般需3m。2 2、圍護型式選擇要點、圍護型式選擇要點放

4、坡開挖：(1) 場地周邊開闊，開挖深度較淺時采用；(2) 蘇州地層一般5m深以內基坑可采用一級放坡，8m以上需采用兩級放坡；(3) 由于放坡錨桿會侵入周邊道路影響管線，且難以清除，現蘇州園區(qū)已不允許采用放坡+錨桿支護。支撐布置型式一般有：1）對撐結合角撐；2）對撐結合角撐、邊桁架：適用性較強；3）環(huán)撐：要求整個支撐體系同時形成剛度；4）拋撐：適用于深度不大，但面積較大的基坑；P2P3P4P5P6P7P9P10P12P13P14P16P18P20P21P22P23P1P17P11P15PVPUPTPSPRPQPNPMPCPBPLPKPJPHPGPFPEPDPAPP3 3、支撐布置選型、支撐布置選

5、型支撐布置原則：1）第一道支撐中心距地面一般11.5m；2）最下一道支撐中心距基底一般34m；3）混凝土支撐豎向間距一般46m，鋼支撐35m，從上到下間距應逐漸減小；4）支撐距其下方樓板凈距應在500mm以上；5）對于粉土粉砂層較厚的地層范圍，宜適當減小支撐距離；6）混凝土支撐水平間距一般89m，鋼支撐3m左右；3 3、支撐布置選型、支撐布置選型坑中坑一般圍護型式有：1）加固+放坡；2）懸臂式支護；3）板式支護+內支撐；4 4、坑中坑圍護、坑中坑圍護1 1、連續(xù)墻與主體結構連接、連續(xù)墻與主體結構連接地下室樓板與連續(xù)墻連接示意圖（單一墻）地下室樓板與連續(xù)墻連接示意圖（單一墻）地下室底板與連續(xù)墻連

6、接示意圖（單一墻）地下室底板與連續(xù)墻連接示意圖（單一墻）按連續(xù)墻的功能劃分，其型式有：1）復合墻：連續(xù)墻與混凝土內墻之間采用防水層隔離，內墻在使用階段僅承受水壓力；2）疊合墻：主體內墻（一般400-600厚）與連續(xù)墻貼合鑿毛，界面抗剪能力約0.7MPa；且主體底板鋼筋需錨入連續(xù)墻，其它樓板鋼筋錨入主體內墻；3）單一墻：連續(xù)墻單獨作為主體內墻，一般在連續(xù)墻內預留環(huán)梁插筋，主體底板鋼筋直接錨入連續(xù)墻；混凝土圍檁與連續(xù)墻連接平面示意圖2 2、圍檁與連續(xù)墻連接、圍檁與連續(xù)墻連接深基坑圍檁一般特點：1）基坑一般設有角撐，圍檁需承受水平剪力；2）圍檁自重較大；3 3、連續(xù)墻接頭構造：、連續(xù)墻接頭構造：連續(xù)

7、墻接頭常用的有：1）鎖口管接頭：用于周邊環(huán)境一般的基坑工程；2）型鋼接頭：用于城區(qū)、周邊環(huán)境復雜的基坑工程；l按基坑工程設計規(guī)程進行抗隆起、抗傾覆、抗?jié)B流、抗承壓水驗算，初步確定圍護墻的嵌入深度；當按照地鐵車站技術要求驗算坑底抗隆起時，固結快剪指標C、值應乘以0.70.85的折減系數；l基坑圍護墻的內力計算采用豎向彈性地基梁法；l施工期間地面超載一般按20kPa考慮；l施工階段土壓力取主動土壓力，粘性土按水土合算，砂性土按水土分算考慮，分別按各層土的C、固結快剪試驗指標計算；l使用階段土壓力取靜止土壓力，各土層均按水土分算；使用階段的荷載增量為靜止土壓力與主動土壓力的差值，該荷載增量所產生的內

8、力與施工階段最終的內力疊加即為使用階段內力；l支撐體系計算將支撐與圍檁作為整體，按平面受力的框架進行內力、變形分析。 1、設計計算條件2、斷面計算（單元計算 ） 在理正深基坑軟件單元計算模塊中，依次輸入基本信息、土層信息、支錨信息后即可進行計算；然后進行圍護墻（樁）的分段配筋。 兩個問題：1）、計算文件的編輯；2）、支錨剛度的取值：K=2aEA/L/S，此為單寬支錨剛度，支撐水平間距相應應取為1m。 在理正深基坑軟件整體計算模塊中，依次進行：方案設計：輸入地下室及支撐信息；網線布置：導入基坑邊線及支撐軸線；支護布置：定義分區(qū)支護數據；內撐布置：布置各層支撐，輸出布置圖；結果查詢：內力、變形結果

9、；構件歸并：對構件進行分別設計和配筋；工程量統(tǒng)計：計算工程量3、整體計算 四、圍護結構計算基坑整體計算模型 平面支撐體系計算方法：1）在理正深基坑軟件中可直接得到結構的變形和內力；2）一般的計算也可以通過斷面計算得到各道支撐的單位內力后，在SAP84中建立支撐、圍檁體系的平面模型，對圍檁施加支撐內力。4、平面支撐體系計算 構件計算方法：1）圍護墻、樁按受彎構件計算承載力，連續(xù)墻還需驗算裂縫，外側裂縫寬度0.2mm，內側0.3mm；2）支撐按照壓彎構件計算，彎矩包括平面內的彎矩和自重、棧橋荷載產生的豎向彎矩；3）鋼立柱一般采用格構式，按壓彎構件進行強度計算和穩(wěn)定性驗算；4）立柱樁承載力的計算：

10、老規(guī)范：豎向極限承載力標準值Quk=u*（qsik*Li）；（qsik為第i層土的極限側阻力標準值）；豎向承載力設計值R=Quk/1.67；要求豎向荷載設計值NR。 新規(guī)范：單樁極限承載力標準值Quk= u*（qsik*Li）；單樁豎向承載力特征值Ra=Quk/2；要求豎向荷載標準值NkRa。即N5mm/d連續(xù)2d以上25mm2圍護墻深層水平位移(基坑北側)3mm/d連續(xù)2d以上20mm3立柱樁頂沉降20mm4坑外水位下降500mm/d1000mm5地下管線變形（沉降）2mm/d20mm；相鄰兩測點差8mm6臨近建筑物沉降3mm/d連續(xù)2d以上15mm；附加傾斜17支撐軸力實測軸力超過支撐允許

11、承載力70%時一般當監(jiān)測值達到設計值的50%時，需進行預警；80%時報警。若監(jiān)測值達到上表中界限須及時報警，應引起各有關方面重視，及時處理，同時根據具體情況加密監(jiān)測。 監(jiān)測頻率與報警值：監(jiān)測頻率與報警值： 深大基坑一般需根據基坑的形狀、支撐布置及周邊環(huán)境保護要求進行分區(qū)分塊，將超大基坑分成若干個區(qū)域，依次進行流水開挖，以達到減小基坑變形、保護周邊環(huán)境、加快施工的目的。 設計一般只提出施工方案，在總包單位進場后將對施工方案另行深化設計。 根據國家規(guī)范及蘇州地鐵1號線的有關要求，并參照鄰近地區(qū)規(guī)范，圍護結構設計主要環(huán)境保護控制指標如下：三、支護方案設計(1) 地鐵結構絕對沉降量及水平位移量20mm

12、(包括各種加載和卸載的最終位移量)；(2) 基坑施工期間，地鐵結構沉降量及水平位移量10mm；(3) 區(qū)間隧道隧道變形曲線的曲率半徑R15,000m；相對變曲12500；(4) 由建筑物荷載及注漿等施工因素而引起的地鐵結構外壁附加荷載20kPa；(5) 由于打樁振動、爆炸產生的震動引起的峰值速度2.5cm/s；(6) 由降水等施工因素引起的坑外地下水位變化速率500mm/天，累計值1000mm；(7) 地表沉降不大于0.10%H（一級控制標準）；(8) 管線位移控制在20mm以內。1 1、環(huán)境保護控制指標、環(huán)境保護控制指標 基坑周邊分布有建構筑物、地下室、地鐵車站、區(qū)間隧道或重要管線時，一般要

13、求采用數值計算對基坑周邊保護對象的沉降及變形進行分析。 一般先采用斷面計算的方法得到初步的變形結果，再進一步采用三維有限元進行整體分析計算。計算軟件一般有Midas-GTS、Plaxis、Flac等。簡單的斷面計算一般采用Midas-GTS和Plaxis進行。地鐵結構水平變位云圖地鐵結構豎向變位云圖2 2、對環(huán)境影響的斷面計算、對環(huán)境影響的斷面計算 地鐵-基坑-圍護3D模型（開挖結束） 八、周邊環(huán)境保護3 3、三維整體數值計算、三維整體數值計算基坑圍護連續(xù)墻變位云圖基坑圍護連續(xù)墻水平變位云圖（X向，t=8） u最大變位量為29.7mm，發(fā)生在東側坑中坑附近的連續(xù)墻中下部?；訃o連續(xù)墻水平變位

14、云圖（Y向，t=8） u最大變位量為23.5mm，發(fā)生在南側連續(xù)墻的中下部。八、周邊環(huán)境保護地鐵區(qū)間主體結構變位云圖地鐵站主體結構水平變位云圖（Y向，t=8）u區(qū)間底板最大水平變位為6.3mm，向南；頂板最大水平變位為1.9mm，向北。地鐵站主體結構豎向變位云圖（Z向，t=8） u區(qū)間結構最大上隆量為2.8mm，最大下沉量為1.0mm。八、周邊環(huán)境保護基坑、地鐵區(qū)間整體變位過程八、周邊環(huán)境保護 為減小基坑在開挖過程中的側向變形及坑外沉降對周邊環(huán)境的影響，一般可采用如下措施：(1)坑內加固：增大基坑開挖過程中開挖面以下土體的彈簧剛度，減小變形；一般加固深度為第二道支撐以下，攪拌樁水泥摻量不大于16%，其上采用10%12%水泥摻量的攪拌樁進行補強；(2)坑外加固：攪拌樁、旋