地下結(jié)構(gòu)工程-深基坑工程ppt課件

1、地下構(gòu)造工程地下構(gòu)造工程-深基深基坑工程坑工程 主講教師主講教師 ： 穆保崗穆保崗第03章3深基坑工程 n概述：大量的深基坑工程伴隨著城市高層建筑的開展大量出現(xiàn)。n國外，圓形基坑的深度已達(dá)74m(日本)，直徑最大的達(dá)98m(日本)，而非圓形基坑的深度已到達(dá)地下層法國。n國內(nèi)，上海88層的金茂大廈，基坑平面尺寸為170m150m，基坑開挖深度達(dá)19.5m。上海的匯京廣場，圍護(hù)構(gòu)造與相鄰建筑最近的間隔僅40cm。而無支撐基坑的開挖深度也已到達(dá)了9m。 n兩個功能：一是擋土；二是止水。n基坑支護(hù)分兩類：n支護(hù)型將支護(hù)墻排樁作為主要受力構(gòu)件；n支護(hù)型基坑支護(hù)包括板樁墻、排樁、地下延續(xù)墻等。n在基坑較淺

2、時可不設(shè)支撐，成懸臂式構(gòu)造；n當(dāng)基坑較深或?qū)χ車孛孀冃螄?yán)厲限制時，應(yīng)設(shè)程度或斜向支撐，或錨定系統(tǒng)；構(gòu)成空間力系是開展方向。n加固型充分利用加固土體的強度。n加固型包括水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、注漿和樹根樁等。 基坑側(cè)壁平安等級及重要性系數(shù)基坑側(cè)壁平安等級及重要性系數(shù)0安全等級破壞后果一級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴(yán)重1.10二級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響一般1.00三級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴(yán)重0.903.1 構(gòu)造方案及選擇3.1.1 構(gòu)造類型支護(hù)構(gòu)造類型及其適用范圍 表3

3、-1結(jié) 構(gòu) 形 式適 用 范 圍排樁結(jié)構(gòu)稀疏排樁土質(zhì)較好，地下水位低或降水效果好連續(xù)排樁土質(zhì)差，地下水位高或降水效果差框架式排樁單排樁剛度不能滿足變形要求組合排樁結(jié)構(gòu)排樁加擋板排樁樁距較大，利用擋板傳遞土壓并有一定防滲作用排樁加水泥攪拌樁以水泥攪拌樁互搭組成平面拱代替擋板傳遞土壓力，具有較好防涌效果排樁加水泥防滲墻地下水位較高的軟土地區(qū)排樁或組合排樁加錨桿結(jié)構(gòu)開挖深度較大，排樁或組合排樁結(jié)構(gòu)強度無法滿足要求地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)與地下室墻體合一，防滲性強，施工場地較小，開挖深度大沉井結(jié)構(gòu)軟土地區(qū)重力式擋土墻結(jié)構(gòu)具有一定施工空間，軟土地區(qū)圖31板樁 圖3-2 組合擋土壁圖3-3 單排與雙排樁支護(hù)構(gòu)造圖3

4、-4 接頭管接頭的施工程序a) 開挖槽段； b) 吊放接頭管和鋼筋籠； c) 澆筑砼；d) 拔出接頭管； e) 構(gòu)成接頭3.1.2 支撐體系n支撐體系是用來支擋圍護(hù)墻體，接受墻背側(cè)土層及地面超載在圍護(hù)墻上的側(cè)壓力。 n支撐體系是由支撐、圍檁、立柱三部分組成。 特 點平面尺寸不大，且長短邊長相差不多的基坑宜布置角撐。它的開挖土方空間較大，但變形控制要求不能很高鋼支撐和鋼筋混凝土支撐均可布置；支撐受力明確，安全穩(wěn)定，有利于墻體的變形控制，但開挖土方較為困難多采用鋼筋混凝土支撐；中部形成大空間，有利于開挖土方和主體結(jié)構(gòu)施工多采用鋼筋混凝土支撐；支撐體系受力條件好；開挖空間大，便于施工開挖面積大、深度

5、小的基坑宜采用；在軟弱土層中，不易控制基坑的穩(wěn)定和變形便于土方開挖和主體結(jié)構(gòu)施工，但僅適用于周邊場地具有拉設(shè)錨桿的環(huán)境和地質(zhì)條件3.2 支護(hù)構(gòu)造上的作用3.2.1 土壓力n自動土壓力和被動土壓力的產(chǎn)生，前提條件是支護(hù)構(gòu)造存在位移；n當(dāng)支護(hù)構(gòu)造沒有位移時，那么土對支護(hù)構(gòu)造的壓力為靜止土壓力。 n土壓力的分布與支點的設(shè)置及其數(shù)量都有關(guān)系；懸臂支護(hù)樁土壓力的實測值與按朗肯公式計算值的對比，非挖土側(cè)實測土壓力小于朗肯自動土壓力，即計算結(jié)果偏大。 圖3-5 懸臂支護(hù)樁土壓力分布圖3-6 芝加哥深基坑土壓力實測圖 圖3-7 柏林地道工程土壓力實測圖n土的內(nèi)聚力C、內(nèi)摩擦角值可根據(jù)以下規(guī)定適當(dāng)調(diào)整：n 在井

6、點降低地下水范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)孛嬗信潘头罎B措施時，值可提高20%；n在井點降水土體固結(jié)的條件下，可思索土與支護(hù)構(gòu)造間側(cè)摩阻力影響，將土的內(nèi)聚力c提高20%。土壓力計算公式exitn自動土壓力：n被動土壓力：)245(2)245()(21nnnniiinantgctghqe )245(2)245()(12ninnniinpntgctghqe3.2.2 地面附加荷載傳至n層土底面的豎向荷載qnn1地面滿布均布荷載q0時，任何土層底面處：n2分開擋土構(gòu)造間隔為a時 onqqahnii10nq1niiha1noniibqqbahn(3)作用在面積為 與擋土構(gòu)造平行的地面荷載，分開擋土構(gòu)造間隔時。ahnii

7、10nqahnii10112121)2)(qhbhabbbqniniiin221b(bb 3.2.3 水壓力n水壓力，主要根據(jù)土質(zhì)情況確定如何思索水壓力的問題 。n對于粘性土，土壤的透水性較差，此粘性土產(chǎn)生的側(cè)向壓力可采用水土合算的方法，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力與水壓力之和乘以側(cè)壓力系數(shù)。n對于砂性土，采用水土分算，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力乘以側(cè)壓力系數(shù)與該深度處水壓力之和。對比n砂土簡化計算，將水壓力與土壓力分別計算，并把水看作是：n自動壓力=靜止壓力=被動壓力= h w22110)245(2)245()(hctgtghHhqewa21102)(hKcKahHhqwa3.3 排樁

8、、地下延續(xù)墻n計算自動土壓力和被動土壓力n并確定計算簡圖，確定嵌固深度、內(nèi)力計算；n支護(hù)樁或墻的截面設(shè)計以及壓頂梁的設(shè)計等。 3.3.1 懸臂式支護(hù)構(gòu)造圖n根據(jù)朗肯-庫倫土壓力實際分層計算自動土壓力和被動土壓力；n在此根底上確定圖3-10所示的計算簡圖。圖 n據(jù)此簡圖求出嵌固深度hd;n最大彎矩截面位置及最大彎矩值；n進(jìn)展配筋設(shè)計或承載力計算；n計算支護(hù)構(gòu)造頂端位移。懸臂exit計算簡圖 02 . 1aa0ppijEhEh據(jù)此求出嵌固深度hd ppiaiyEyEMmaxaiapjpEhEh2配筋和撓度計算 n地質(zhì)條件或其它影響要素較為復(fù)雜時，也可按最大彎矩斷面的配筋貫穿全長。n配筋應(yīng)滿足下式條

9、件：n支護(hù)構(gòu)造頂端的程度位移值VVMMc 0c025. 125. 1)(yhS y剪力為零處即D點至基坑底的間隔； 懸臂梁上段構(gòu)造柔性變形值 下段構(gòu)造在彎矩Mmax作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角下段構(gòu)造在彎矩Mmax作用下在D點產(chǎn)生的程度位移 上段構(gòu)造柔性變形下段構(gòu)造在作用下3.3.2 單層支撐支護(hù)構(gòu)造設(shè)計圖n計算方法是“等值梁法。n等值梁法的關(guān)鍵是如何確定反彎點的位置。n對單錨或單撐支護(hù)構(gòu)造，地面以下土壓力為零的位置，即自動土壓力等于被動土壓力的位置，與反彎點位置較接近 。圖exit用等值梁法計算單錨、單支支護(hù)構(gòu)造： 圖3-15 單層支點支護(hù)構(gòu)造深度計算簡圖kpkaee11n3支點力TC1 可按下式計算：

10、n等值梁法，對反彎點：1cT1pc1paca11chhEhEhT1計算土壓力 2基坑底面以下支護(hù)構(gòu)造設(shè)定彎矩零點位置 4 n嵌固深度Hd n設(shè)計值可按n下式確定:02 . 1)(aa0d1T1cppijEhhhTEh5計算內(nèi)力和配筋n單層支撐支護(hù)構(gòu)造的最大彎矩:n發(fā)生在剪力0處，應(yīng)根據(jù)土壓力平衡，求得處的位置y,可得Mmax。n彎矩圖可按靜力平衡條件求得 n可以分段配筋，也可以按最大彎矩斷面通長配筋 .3.3.3 多層錨拉式支護(hù)構(gòu)造設(shè)計 n1)應(yīng)根據(jù)分層挖土深度與每層錨桿設(shè)置的實踐施工情況分階段分層計算，這時假定下層挖土不影響上層錨桿計算的程度力； n2)多層布置時，有等彎矩布置和等反力布置兩

11、種方式；n3懸臂式及單支點支護(hù)構(gòu)造嵌固深度設(shè)計不宜小于 ；多支點支護(hù)構(gòu)造嵌固深度設(shè)計值小于0.2 h時，宜取 。hh3 . 0dhh2 . 0d抗浸透穩(wěn)定條件:n當(dāng)基坑底為碎石土及砂土、基坑內(nèi)排水且作用有浸透水壓力時，側(cè)向截水的排樁、地下延續(xù)墻除應(yīng)滿足上述規(guī)定外，嵌固深度設(shè)計值尚應(yīng)滿足式抗浸透穩(wěn)定條件:)(2 . 1wa0hhhd本卷須知：n1排樁、地下延續(xù)墻程度荷載計算單位；中心距和單位長度；n2有支撐變形計算按彈性支點法計算，支點剛度系數(shù) 及地基土程度抗力系數(shù)m應(yīng)按地域閱歷取值；n 3支撐體系含具有一定剛度的冠梁或其與錨桿混合的支撐體系應(yīng)按支撐體系與排樁、地下延續(xù)墻的空間作用協(xié)同分析方法，

12、計 算內(nèi)力和變形。Tk3.4 土層錨桿n土層錨桿是一種埋入土層深部的受拉桿件，它一端與構(gòu)筑物相連，另一端錨固在土層中。n 3.4.2 錨桿設(shè)計 n1錨桿承載力計算 n2錨桿桿體的截面面積 cosudNT cos ydsfTA cospydfTAp3錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值 n1平安等級為一級及缺乏地域閱歷的二級基坑側(cè)壁，應(yīng)進(jìn)展錨桿的根本實驗，受拉抗力分項系數(shù)可取1.3。n2基坑側(cè)壁平安等級為二級且有臨近工程閱歷時 ：)(2221kks1kssuddclqdlqdNjjiin3. 對于塑性指數(shù)大于17的粘性土層中的錨桿應(yīng)進(jìn)展蠕變實驗。n4錨桿預(yù)加力值鎖定值應(yīng)根據(jù)地層條件及支護(hù)構(gòu)造變形要求確定，宜

13、取為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值的0.500.65倍。n5 自在段計算長度245sin/2145sinkktfll本講要點n重點掌握懸臂式支護(hù)構(gòu)造計算方法和計算要點；n重點掌握單錨、單支支護(hù)構(gòu)造計算方法和計算要點。n掌握錨桿計算方法；n了解多層支撐的計算原那么；3.6 水泥土墻設(shè)計n又稱攪拌樁擋墻 ，利用一種特殊的攪拌頭或鉆頭，鉆進(jìn)地基至一定深度后，噴出固化劑，與地基土強行拌和而構(gòu)成的加固土樁體。nMixed-In-Place Method MIP(美國)nDeep Mixing Method (日本)n固化劑采用水泥或石灰；n適用于加固淤泥質(zhì)土、粘土；n國外最大深度60m ，國內(nèi)1218m；n特

14、點：施工無震動、噪音、無廢水泥漿；n 坑內(nèi)無需支撐拉錨，優(yōu)良的抗?jié)B特性。n支擋高度，國內(nèi)最深9m;水泥墻的構(gòu)造方式n擋墻寬度為0.60.8開挖深度，樁長為開挖深度的1.8-2.2倍。n3.6.1 土壓力計算n計算自動土壓力和被動土壓力n3.6.2 抗傾覆計算n3.6.3 抗滑移計算n3.6.4 墻身應(yīng)力驗算n3.6.5 整體穩(wěn)定計算n普通情況下，使墻體強度不成為設(shè)計的控制條件，而以構(gòu)造和邊坡的整體穩(wěn)定控制設(shè)計。1.土壓力計算墻后自動土壓力 /2245224521222ccHtgtgqHHEa墻前被動土壓力 245tg2245tg2122DpDDDhChE022022012222aaaaaaaa

15、aPzKc KzPc KcPzKccc KK /2245224521222ccHtgtgqHHEa2 抗傾覆計算 圖n按重力式擋墻計算墻體繞前趾A的抗傾覆平安系數(shù) ，不小于(1.01.1). p1p2RDDa0111322()/3hEhEBWMKME HZ3 抗滑移計算 n按重力式擋墻計算墻體沿底面滑動的平安系數(shù)：ap00ctgEEBcWK4.墻身應(yīng)力驗算 n 墻體所驗算截面處的法向應(yīng)力n剪應(yīng)力按下式進(jìn)展 ：KqBWu1KBE 5 整體穩(wěn)定計算k= 1.25n整體穩(wěn)定計算時，將滑動土體與攪拌樁擋墻視為一個整體思索(常選在墻底下0.51.0米處)，采用圓弧滑動法計算圖 ：iniiiiniiiii

16、iniiiWbqWbqlcKsin)(tgcos)(111 構(gòu)造要求n格柵布置時，水泥土的置換率對于淤泥不宜小于0.8，淤泥質(zhì)土不宜小于0.7，普通粘性土及砂土不宜小于0.6；格柵長寬比不宜大于2 ；n樁與樁之間的搭接寬度 ：思索截水作用時，樁的有效搭接寬度不宜小于150mm；當(dāng)不思索截水作用時，搭接寬度不宜小于100mm。n不能滿足要求時，宜采用基坑內(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措施。n攪拌樁擋墻設(shè)計計算實例詳見教材) 3.7 土釘墻n土釘墻由被加固土體、放置在土中的土釘體和放射砼面板組成，構(gòu)成一個以土擋土的重力式擋土墻。 n土釘墻自上而下施工，步步為營，土釘墻是靠

17、土釘?shù)南嗷プ饔脴?gòu)成復(fù)合整體作用。n土層錨桿的失效影響較大，不運用于沒有暫時自穩(wěn)才干的淤泥、飽和脆弱土層。 n圖3-32 土釘墻運用領(lǐng)域na) 托換根底; b) 豎井的擋墻; c) 斜面的擋土墻nd) 斜面穩(wěn)定; e) 和錨桿并用的斜面防護(hù)1 土釘受拉承載力計算jjTTuk025. 1 受拉承載力 受拉荷載規(guī)范值 jjjjjksseTcos/zxka 荷載折減系數(shù) )245(/ tg12tg12tg2kk tg iijjlqTksnsud12 土釘墻承載力計算n采用簡化圓弧滑動條分法 mjjniiiiiniiiTtgbqWssLc1n1k01kcos)(tg)sin(21)cos(k ijjjj

18、 0sin)(100niiiikbqws3 構(gòu) 造 n土釘墻墻面坡度不宜大于1：0.1； n放射混凝土面層宜配置鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑宜為610mm，間距宜為150300mm；n放射混凝土強度等級不宜低于C20，面層厚度不宜小于80mm；n 土釘鋼筋宜采用、級鋼筋，鋼筋直徑宜為1632mm，鉆孔直徑宜為70120mm； 本講要點n重點掌握水泥土擋墻的設(shè)計要點：n荷載、強度、穩(wěn)定傾覆、滑動、整穩(wěn)n土釘墻的設(shè)計要點：土釘承載力和整穩(wěn)3.8 SMWnSMW擋土墻是先施工水泥土擋墻，最后按一定的方式在其中插入型鋼如H鋼，即構(gòu)成一種勁性復(fù)合圍護(hù)構(gòu)造。：n止水好，剛度大，構(gòu)造簡單，型鋼插入深度普通小于攪拌深度，

19、型鋼可回收反復(fù)運用，本錢較低。nSMW適宜的基坑深度為610m，國外開挖深度已達(dá)20m。n要求型鋼間距不能過大，保證水泥土的強度由受剪，受壓控制。 na全位“滿堂；b全位“1隔1nc全位“1隔2；d半位“滿堂；e半位“1隔11型鋼凈間距確實定n保證型鋼間的水泥土在側(cè)向水土壓力作用下不產(chǎn)生彎曲應(yīng)力 ehBlc22 2.水泥土強度校核 221qlQ sel11 dQ“延續(xù)截面剪力型鋼“間隔布置 s2e3e22 dqlAQ驗算拱的軸力強度 22qlN cf2fBqlAN 3.9 逆作拱墻n在基坑周圍場地都允許起拱的條件下基坑各邊長在基坑周圍場地都允許起拱的條件下基坑各邊長L的的起拱矢高起拱矢高 ，可

20、以采用閉合的程度拱圈來支，可以采用閉合的程度拱圈來支擋土壓力以圍護(hù)基坑的穩(wěn)定，采用閉合的程度拱圈來擋土壓力以圍護(hù)基坑的穩(wěn)定，采用閉合的程度拱圈來支擋土壓力以圍護(hù)基坑的穩(wěn)定支擋土壓力以圍護(hù)基坑的穩(wěn)定 ；n拱構(gòu)造是以受壓力為主，能更好地發(fā)揚混凝土抗壓強拱構(gòu)造是以受壓力為主，能更好地發(fā)揚混凝土抗壓強度高的資料特性，而且拱圈支擋高度只需在坑底以上度高的資料特性，而且拱圈支擋高度只需在坑底以上 Lf12. 0 n這個閉合拱圈可以由幾條二次曲線圍成的組合拱圈曲率不延續(xù)，也可以是一個完好的橢圓或蛋形拱圈曲率延續(xù)。n平安可靠，每道拱圈分別接受該道拱圈高度內(nèi)的壓力，不相互影響；n節(jié)省工期，施工方便；n節(jié)省擋土費

21、用，用拱圈支護(hù)的費用僅為用擋土樁的40%60%。而且，基坑越深，經(jīng)濟(jì)效益越顯著。1.截面外形2.拱墻計算0(1)/1.3ktgkpkc k ehqtg逆作拱墻構(gòu)外型式根據(jù)基坑平面外形可采用全封鎖拱墻，也可采用部分拱墻，拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/8，基坑開挖深度h不宜大于12m。當(dāng)基坑開挖深度范圍或基坑底土層為砂土?xí)r，應(yīng)按抗浸透條件驗算土層穩(wěn)定性 ；當(dāng)基底土層為粘性土?xí)r，基坑開挖深度滿足以下抗隆起驗算條件： iaihNRe35. 10均布荷載作用下，圓形閉合拱墻構(gòu)造軸向壓力設(shè)計值 應(yīng)按下式計算： 圓拱的外圈半徑； 拱墻分道計算高度 在分道高度范圍內(nèi)的基坑外側(cè)程度荷載規(guī)范值的平均值。aeihR3 構(gòu)造 n混凝土強度等級不宜低于C25 ；n拱墻截面宜為Z字型，拱壁的上、下端宜加肋梁；n當(dāng)基坑較深且一道Z字型拱墻的支護(hù)高度不夠時，可由數(shù)道拱墻疊合組成；n肋梁，其豎向間距不宜大于2.5m。n圓形拱墻壁厚不應(yīng)小于400mm，其他拱墻壁厚不應(yīng)小于500mm。3.10 逆作法施工n 深地下室的常規(guī)施工是經(jīng)過暫時支護(hù)基坑坑壁，開挖至預(yù)定深度后，澆底板并由下而上施工各層地下室構(gòu)造，待地下室完工后，再逐層進(jìn)展地上構(gòu)造的施工。n利用地下延續(xù)墻采用逆作法施工較深的多層地下室，成為開展的方向，這已在國內(nèi)外到得了顯著的效果。n逆作法施工工藝是先沿建筑物外圍施工地下延續(xù)墻，作為地下室的邊