基坑支護樁錨支護技術(shù)培訓講義

樁－錨結(jié)構(gòu)支護的基坑工程李象范同濟大學2011年4月一、圍護樁選型1、樁－錨結(jié)構(gòu)與土釘支護的比較與選擇（1）．構(gòu)造（2）變形傾覆①抗拔力不足②材料拉斷③樁短踢腳④樁墻折斷滑移①坑底隆起②地表下陷③攪拌樁折斷④土釘彎曲（3）受力機理①樁—錨：荷載—結(jié)構(gòu)體系水土壓力樁、墻錨桿錨固段分布到穩(wěn)定地層中②土釘支護：原位加固邊坡原位土體抗剪能力邊坡土體自重超前支護抗剪能力滑移面后移土釘對邊坡的加固作用土體改善拉拔作用

(4)方案選擇原則：①安全第一位，造價要重視②周邊環(huán)境要求：變形要求是否嚴格③開挖深度：土釘支護有開挖深度的限制④土質(zhì)情況：錨桿比土釘對地層要求更高⑤施工工藝水平：設(shè)備、操作、技術(shù)要求⑥本地區(qū)以往的工程經(jīng)驗二、樁—錨與樁—撐樁—錨結(jié)構(gòu)受力示意圖1、方案選擇的條件(1).地層錨桿對地層依賴性比較大，地層強度較高時用錨，地層條件較差時用撐。(2).場地錨桿要出用地紅線，場地較開闊時用錨，場地窄小時用撐。(3).平面尺寸基坑尺寸較小時用撐，很大時用錨。(4).平面形狀基坑平面形狀規(guī)則用撐，不規(guī)則、復雜甚至不對稱用錨。(5).對后續(xù)工序的干擾樁—錨：對挖土、土建無干擾，改善勞動條件和工作效率。樁—撐：對挖土、土建有干擾，生產(chǎn)效率較低。(6).質(zhì)量管理、可靠度的要求。2、圍護樁—排樁式支擋結(jié)構(gòu)（1）排樁式擋墻（2）鉆孔灌注樁直徑大于400mm，用鉆機在地層中豎向鉆孔，清孔后，放入鋼筋籠，采用套管法澆筑水下混凝土，一根一根密排的現(xiàn)澆混凝土樁，用圈梁聯(lián)成整體式墻，承受水土壓力。①使用條件：深度7~13m，地層較好時，可以用得更深達16~17m；環(huán)境——②優(yōu)缺點：A、現(xiàn)場澆筑，無擠土效應(yīng)，對周邊環(huán)境影響小；B、與地下連續(xù)墻比較，設(shè)備簡單，造價低，速度快；C、平面布置靈活，可以布置成方形、圓形、不規(guī)則多邊形等；D、圓形截面抗彎剛度大；缺點：A、不隔水，在高水位地層，需另外設(shè)止水帷幕；B、施工期間大量泥漿排放，易造成環(huán)境問題；③施工注意事項：A、須間隔跳打，防止串漿；B、受力鋼筋宜均勻布置，長度方向上部2/3為全籠鋼筋，下部1/3（最大彎距點以下）可減半布置；C、排樁施工順序安排：（3）人工挖孔樁：（3）型鋼水泥土攪拌樁墻連續(xù)攪拌的水泥樁墻內(nèi)，插入H型鋼，形成即能隔水又能承受水土壓力的圍護擋墻，又稱：SMW工法。①使用條件：粘性土粉土砂礫石強風化巖石（單軸抗壓強度小于60MPa）②構(gòu)造型式:樁直徑（mm）內(nèi)插型鋼型號圍檁尺寸要求(mm)650H500×200H500×300高度不應(yīng)小于600，下同寬度不應(yīng)小于900850H700×300寬度不應(yīng)小于11001000H850×300寬度不應(yīng)小于1200③計算：A、H型鋼入土深度DhDh-—基坑抗隆起抗傾覆整體穩(wěn)定性等、內(nèi)力變形要要求等水泥土攪拌入土土深度DcDc—抗管涌（流砂））DC.≥Dh+(0.5-1.0)mB、型鋼間距：L（凈間距）滿足抗彎能力外外，L≤del+H+2e、式中:del—水泥土攪拌樁厚厚度（mm）H—H型鋼高度（mm）e—型鋼形心軸與截截面對稱軸的距距離（mm）C、水土壓力全部部由H型鋼承擔，水泥泥土攪拌樁僅提提高其剛度20%左右，剛度提高高系數(shù):式中：--分別為水泥土攪攪拌樁與H型鋼混合體及H型鋼的彈性模量量（MPa）；—分別為水泥土攪攪拌樁與H型鋼混合體及H型鋼的慣性矩（（mm4）。水泥土剛度系數(shù)數(shù)а取值D、型鋼水泥土攪攪拌墻的彎矩應(yīng)應(yīng)全部由型鋼承承擔，并按下式式驗算型鋼的抗抗彎剛度：式中：—型鋼水泥土攪拌拌墻的彎矩設(shè)計計值（N.mm），可取計算得得到的彎彎矩標準值乘以以相應(yīng)的分項系系數(shù)，一般取1.25；—型鋼沿彎矩作用用方向的截面模模量（mm3）；—型鋼的抗彎強度度設(shè)計值（N/mm2）。型鋼水泥土攪拌拌墻的剪力應(yīng)全全部由型鋼承擔擔，并按下式驗驗算型鋼的抗抗剪強度：式中：—計算剪力設(shè)計值值（N/mm2）；—型鋼水泥土攪拌拌墻的剪力設(shè)計計值（kN），可取計算得得到的彎矩標準準值乘以相應(yīng)的的分項系數(shù)，一一般取1.25；—計算剪應(yīng)力處的的型鋼面積矩（（mm3）；—型鋼沿彎矩作用用方向的截面慣慣性矩（mm4）；—型鋼腹板厚度（（mm）；—鋼材的抗剪強度度設(shè)計值（N/mm2）。④水泥土強度校校核型鋼水泥土攪拌拌墻應(yīng)驗算水泥泥土攪拌樁樁身身局部抗剪承載載力，包括型鋼鋼與水泥土之間間的錯動剪切和和水泥土最薄弱弱截面處的局部部剪切（a）型鋼與水泥土土間錯動（（b）最薄弱截面剪剪切剪切破壞驗算圖圖破破壞驗算算圖攪拌樁局部抗剪剪強度計算示意意圖A、型鋼與水泥土土之間的錯動剪剪切承載力驗算算應(yīng)按下式計算算剪力剪應(yīng)力式中：—型鋼與水泥土之之間單位深度范范圍內(nèi)的錯動剪剪力標準值（N/mm）；—型鋼與水泥土之之間的錯動剪應(yīng)應(yīng)力標準值（N/mm2）；—計算截面處作用用的側(cè)壓力標準準值（N/mm2）—型鋼翼緣之間的的凈距（mm）；—型鋼翼緣處水泥泥土墻體的有效效厚度（mm）；—水泥土抗剪強度度標準值（N/mm2），可取水泥土土無側(cè)限抗壓強強度標準值的，對于淤泥或淤淤泥質(zhì)土層，宜宜取低值；—剪力計算經(jīng)驗系系數(shù)，可取0.6；—水泥土抗剪強度度調(diào)整系數(shù)，可可取1.6。B、如型鋼為隔孔設(shè)設(shè)置時，除了需需驗算型鋼與水水泥土之間的錯錯動剪切承載力外，還應(yīng)應(yīng)按下式計算水水泥土攪拌樁最最薄弱斷面的局局部抗剪強度剪力剪應(yīng)力式中：—水泥土最薄弱截截面處單位深度度范圍內(nèi)的剪力力標準值（N/mm）；—水泥土最薄弱截截面處的局部剪剪應(yīng)力標準值（（N/mm2）；—水泥土最薄弱截截面的凈距（mm）；—水泥土最薄弱截截面處墻體的有有效厚度（mm）。C、設(shè)備與施工步履式機械設(shè)備備履帶式機械設(shè)備備施工流程：（4）全套管鉆孔咬咬合樁（柱狀連連續(xù)墻）①施工設(shè)備：雙雙旋轉(zhuǎn)功力鉆機機，上動力頭驅(qū)驅(qū)動長螺旋鉆桿桿，下動力頭驅(qū)驅(qū)動套管，如土力公司司R-622HD，R-825和CM-120鉆機②施工程序：③使用條件及與與其他方法比較較：注漿補漿或二次注漿鉆鉆孔并清孔孔并清孔沉放鋼筋籠注漿管投放石子技術(shù)特征擋土結(jié)構(gòu)水泥土攪拌樁SMW工法樁鉆孔灌注樁加止水措施形成的組合樁捷程MZ系列全套管鉆孔咬合樁地下連續(xù)墻經(jīng)濟開挖深度(m)6~106~146~1510~2020~40現(xiàn)場要求較少較少一般一般較高施工占地較大小較大小大施工工藝較簡單較復雜較簡單較復雜復雜環(huán)保要求廢土外運少，對環(huán)保影響較小廢土外運少，對環(huán)保影響較小泥漿對環(huán)保影響大噪聲低，無泥漿，對環(huán)保影響小泥漿對環(huán)保影響大整體剛度一般較大較大較大大抗?jié)B漏較好較好一般好好樁(墻)體質(zhì)量較好好一般好好技術(shù)成熟程度熟練熟練熟練熟練較熟練與永久結(jié)構(gòu)關(guān)系臨時結(jié)構(gòu)臨時結(jié)構(gòu)可作為永久結(jié)構(gòu)的一部分可作為永久結(jié)構(gòu)的一部分永久結(jié)構(gòu)或永久結(jié)構(gòu)的一部分與結(jié)構(gòu)抗浮關(guān)系與主體結(jié)構(gòu)抗浮無關(guān)與主體結(jié)構(gòu)抗浮無關(guān)與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，對主體結(jié)構(gòu)抗浮有利與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，對主體結(jié)構(gòu)抗浮有利與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，對主體結(jié)構(gòu)抗浮有利費用低低一般一般高以上對比表明，，在軟土地區(qū)五五種常用的擋土土圍護結(jié)構(gòu)中全全套管鉆孔咬合合樁的綜合技術(shù)術(shù)特性顯優(yōu)。MZ液壓搖動式全套套管灌注樁機配配套設(shè)備示意圖圖③捷程MZ液壓搖動式全套套管鉆機由主機（磨樁機機）、鋼套管、、錘式抓斗和液液壓工作站組成成，由于套管安安設(shè)和拔高，另另需履帶式吊車車。④施工程序全套管鉆孔咬合合樁施工示意圖圖示意圖鉆孔咬合樁配筋筋示意圖（5）日本的柱狀連連續(xù)墻的施工三、樁—錨結(jié)構(gòu)體系設(shè)計計1.作用與樁上的水水土壓力土壓力計算示意意圖（1）原則上講作用用于支護樁（墻墻）上的水土壓壓力，墻前為被被動土壓力，墻墻后為主動土壓壓力。土壓力值值的大小和分布布還取決于支撐撐（錨）的剛度度。所以有些規(guī)規(guī)范，在講到樁樁排結(jié)構(gòu)時，土土壓力應(yīng)進行調(diào)調(diào)整。墻后土壓壓力介于主動土土壓力和靜止土土壓力之間，墻墻后土壓力按彈彈性地基梁取值值—即被動土壓力的的大小與墻（樁樁）的水平位移移y有關(guān)。由于錨桿桿（索）剛度小小于支撐，所以以采用極限狀態(tài)態(tài)—主動極限狀態(tài)和和被動極限狀態(tài)態(tài)比較合適。（2）土壓力計算主動區(qū)土壓力（（地下水位以上上或水土合算））式中，—深度z處作用與支護樁樁上的主動土壓壓力強度標準值值；—第j層土的天然重度度；—第j層土的厚度；—計算點以上的土土層數(shù)；—第i層土的主動土壓壓力系數(shù)；—第i層土的內(nèi)聚力、、內(nèi)摩擦角；—深度z處由地面超載或或附加荷載產(chǎn)生生的附加水平土土壓力標準值；；—深度z處第i層土的被動土壓壓力強度標準值值；—基坑底面所在土土層數(shù)；—第i土層的被動土壓壓力系數(shù)。若采用水土分算算：式中—計算點到地面的的距離；—地下水重度，；；—墻后第i層土中的地下水水位距地面的距距離；—墻前第i層土中的地下水水位距地面的距距離。(3)地面超載、附加加荷載引起的水水平壓力地面超載—地面超載集度的的標準值，通常常取20KPa。附加荷載：外側(cè)側(cè)有埋深d的條形或矩形基基礎(chǔ)荷載當時時—基礎(chǔ)底部附加荷荷載標準值；—基礎(chǔ)埋深；—條形基礎(chǔ)寬度；；—支護樁到基礎(chǔ)的的水平距離。矩形基礎(chǔ)式中，—與基坑邊垂直方方向上的矩形基基礎(chǔ)寬度；—與基坑邊平行方方向上的矩形基基礎(chǔ)寬度。當或或時時，取。。條形（矩形）附附加荷載產(chǎn)生的的附加水平壓力力（4）被動抗力的的計算圍護樁（墻））在水土壓的的作用下，在在基坑開挖部部分隨開挖進進行，樁身逐逐步向坑內(nèi)位位移，而開挖挖面以下的樁樁體向前位移移就使土體被被動壓縮，位位移大到一定定數(shù)量級就產(chǎn)產(chǎn)生被動滑移移，達到被動動土壓力①經(jīng)典被動土土壓力對于砂土類顆顆粒土式中-----基坑開挖面以以下深度處的豎向應(yīng)力力標準值------第i土層的被動抗抗力系數(shù)對于粘性土，，基坑內(nèi)側(cè)水水平抗力標準準為被動土壓力計計算圖②彈性地基梁梁設(shè)計土體的的水平坑力被動的土壓力力的是達到變變形的極限狀狀態(tài)，多數(shù)情情況下水平變變形達不到或或不允許達到到極限狀態(tài)。。水平抗力應(yīng)應(yīng)與圍護樁位位移值大小有有關(guān)，如處于于彈性狀態(tài)，，應(yīng)呈比例，，即P=KSP-----彈性抗力絕對對值(KN/m2)K----彈性抗力系數(shù)數(shù)(KN/m3)S----圍護樁墻的位位移值（m）桿系有限元法法的計算圖根據(jù)不同假定定，樁基側(cè)向向彈性坑力系系數(shù)分布，有有不同分布模模式。常數(shù)法，K----為常數(shù)，不隨隨深度變化M法，K-----隨深度呈正比比例增加C法，K-----埋置淺時，隨隨曲線增加，，深埋時為常常數(shù)K法，K----淺時隨曲線增增加，深埋時時為常數(shù)常數(shù)法、m法、C法，可用同一一個公式概括括即式中，Z----基坑開挖面以以下的深度當=K0(K0為常數(shù))，n=0,即K=K0,即常數(shù)法=m(m為土體彈性比比例系數(shù))，n=1,則K=mZ，即為m法=c，n=0.5時，，即為C法取常用m法，但m法對砂性土比比較合適，豎豎向荷載為零零處（即開挖挖后）抗力為為零，但粘性性土在該處抗抗力不為零，，為杜絕這一一矛盾，引用用一初始計算算深度Z0，即為KH=m(Z+Z0)式中，KH------側(cè)向彈性抗力力系數(shù)m-------土體的彈性比比例系數(shù)z--------開挖面算起深深度Z0-------初始計算深度度KH，m工程現(xiàn)場試驗驗取得，多數(shù)數(shù)情況參考規(guī)規(guī)范、規(guī)程表表格也可采用地勘勘報告的標準準貫入擊數(shù)N，和土體無側(cè)側(cè)限抗壓強度度qu計算彈性抗力力系數(shù)經(jīng)驗公式樁基側(cè)向彈性性抗力系數(shù)的的分布圖（a）常數(shù)法；（（b）m法；（c）c法；（d）k法KH=2x103NKH=(5-8)x102qu（5）土壓力經(jīng)驗驗修正①、提高主動動土壓力周邊環(huán)境要求求嚴格，不允允許圍護產(chǎn)生生較大位移，，達不到主動動壓力壓力的的位移值或②、被動土壓壓力系數(shù)折減減不允許產(chǎn)生較較大位移，將將被動壓力折折減式中Da-----被動土體容許許位移值Dp------被動極限狀態(tài)態(tài)所需位移值值Dp=（0.02～0.04）h0h0-----開挖系數(shù)③、被動土壓力增增大系數(shù)考慮被動土壓壓力土體與圍圍護樁（墻））之間的摩阻阻力，提高被被動土壓力值2、錨桿的支撐撐力（1）單撐（單錨錨）受力體系系兩個未知數(shù)Ra、D，不能直接求求解。可采用等值梁梁法進行求解解求解Ra、Po及上部樁墻彎彎矩圖最終，根據(jù)Ra、t，畫出彎矩圖圖作為設(shè)計錨桿桿的依據(jù)（2）二道或多道道錨桿等反力布置、、等彎矩布置置、程序計算算—理正軟件、同同濟啟明星二層及二層以以上的多支撐撐（錨桿）的的圍護體，第第二層及二層層以上的支撐撐或錨桿的支支護體系是超靜定定結(jié)構(gòu)，必須須作一些假定定才能計算，，如等反力布布置，等彎矩矩布置等。如果考慮到多多支撐體系的的施工過程，，也可逐步將將超靜定問題題化為靜定問問題進行求解解，就像前面所講的等值值梁法那樣。。如假定深基坑坑支護樁布置置有N道錨桿或支撐撐，根據(jù)挖一一層撐一層的的原則，必須須分為N+1次挖土.①第一步，開挖挖一定深度作作第一次錨桿桿；挖深H1，懸臂樁擋墻墻，計算得到到②施工完成第一一道錨桿，挖挖土至第二層層錨桿位置，，挖深H2，單支點擋墻墻，計算得得到③第三步開挖作作第二層錨桿桿，以后再挖挖至第三錨桿桿位置，挖深深H3，二支擋墻，，但T1為已知，又可可按單支撐計計算，計算得得到n第N次開挖挖至Hn，這時為多支支點圍護樁，，但T1、T2……T（N-2）是已知，未知知力僅為，同樣樣照等值梁法法求得。將每個工況情情況的正、負負彎矩比較取取大者。分層層等值梁法，，將超靜定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為靜定問問題解決。第k+1次開挖至坑底底，開挖深度度為Hk，上面作用有有（k-1）個已知支撐撐力。T1、T2……Tk-2，根據(jù)ΣX=OΣΣY=OΣΣM=0求出各支撐力與主主動土壓力平平衡點，即剪剪應(yīng)力為零，，取得最大彎彎矩和；求hKO1,有了即計算得同樣求，求出最大彎矩矩。最終設(shè)計值:嵌固深度hd還取決于穩(wěn)定定性驗算。(3)錨桿布置滑移面外1~2m圓柱型注漿錨錨桿長度式中，—錨桿傾角；—錨固段直徑，，取鉆孔直徑徑的1.2倍；—錨固段穿過的的土層數(shù)；—第i土層與錨固段段的摩阻力；；—抗拔安全系數(shù)數(shù)；—錨固長度對粘粘結(jié)強度的影影響系數(shù)，=10m時，=1；>10m，<1.0；<10m，>1.0。見有關(guān)規(guī)范范①關(guān)于計算方法—第i土層相應(yīng)錨固固段中點埋深深；—錨固段與第i層土體的摩阻阻力，取決于于施工方法—第i土層內(nèi)聚力。。參考地質(zhì)報告告中鉆孔灌注注樁的邊壁摩摩阻力相關(guān)規(guī)范手則則進行拉拔試驗驗通過綜合比較較，取值一次注漿二次注漿②關(guān)于Lm(錨桿長度計算算)剪應(yīng)力的分布布：計算中按按均勻分布，，實際上如下下圖可見，Lm太長無用巖石地層：Lm<6.0m土質(zhì)地層：Lm<10.0m當大于10.0m時，要將進進行折減，，折減系數(shù)0.6-1.0。通常情況下下，12.0m左右還是可以以的。③提高抗拔力力的措施采用更大的直直徑，高壓旋旋噴成孔等。。采用二次壓力力注漿拉力型和拉力力分散型改變錨固體的的形式壓壓力型和和壓力分散型型拉壓分散型④錨桿桿件面面積和錨固體體截面積⑤樁—錨固體系的穩(wěn)穩(wěn)定性（通常常用Krage法）a．Krage法單錨體系Rnmin是維持平衡所所需最小的錨錨桿拉力Rnmin與Nt進行比較Nt＞Rnmin為穩(wěn)定，否則則為不穩(wěn)定為穩(wěn)定系數(shù)多錨體系b．作為深基坑坑工程均需保保證穩(wěn)定性基坑底部抗隆隆起的穩(wěn)定性性在上圖中，考考慮由于墻后后HxD土體自重和Dxq超載不平衡力力作用下，產(chǎn)產(chǎn)生坑底隆起起的可能性滑動力為HxD土體自重和Dxq超載抗滑力為AD段的摩阻力、、BC段摩阻力、CE段摩阻力、樁樁墻入土部分分抗彎能力為樁、墻抗彎彎能力以坑底地基承承載力作為基基礎(chǔ)的抗隆起起分析方法其中（見下圖）c.抗?jié)B流、管涌涌穩(wěn)定性驗算算—底部沒有隔水水層，發(fā)生滲滲流時，不至至將土壤顆粒粒沖走，與動動水壓力有關(guān)關(guān)式中，—臨界水力梯度度；—土顆粒重度；；—天然孔隙比；；—滲流力坡度，，；；—水頭差；—最短滲流路徑徑長度，；；—水平長度，取取帷幕寬度；；—流徑垂直總長長度；m—換算系數(shù)，m=1.5；—安全系數(shù)，。日本資料提供供的經(jīng)驗，只只要插入深度度足夠，就不不會產(chǎn)生管涌涌式中，hw—水頭差；F=1.5；D—帷幕插入深度度⑥幾個問題的的討論A安全系數(shù)樁—錨結(jié)構(gòu)是由多多個安全系數(shù)數(shù)保證的a.結(jié)構(gòu)安全度系系數(shù)b.穩(wěn)定性安全系系數(shù)抗管涌抗隆起抗滑移Krage安全系數(shù)整體穩(wěn)定安全全系數(shù)c.錨桿抗拔力錨桿材料錨桿與水泥漿體水泥漿體與土體其中，關(guān)鍵安全度度—水泥漿體與土體摩摩阻力提供的抗拔拔力國標GB50086—2001關(guān)于錨固體的安全全系數(shù)危害程度最小安全系數(shù)服務(wù)年限<2年服務(wù)年限2年危害輕微，不構(gòu)成公共安全事故1.41.8危害較大，公共安全無問題1.62.0危害大，產(chǎn)生公共安全問題1.82.2其他規(guī)范提供的安安全系數(shù)國家規(guī)范最小安全系數(shù)臨時錨桿永久錨桿瑞士SLA1911.31.51.81.61.82.0美國PTI-Recom2.0英國DD8i1.41.62.02.0國際預應(yīng)力砼協(xié)會Recom2.0日本JSF:DL-881.52.5前蘇聯(lián)Recom2.0中國香港Modelspecir1.61.61.82.0B.施工預應(yīng)力大小土層錨桿都應(yīng)該施施加預拉張力，因因為a.自由段是彎曲的b.剛度小于支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)c.通過施加預應(yīng)力對對錨桿可靠性進行行檢驗預應(yīng)力加多大？鎖定應(yīng)力過大，會會隨著開挖和位移移發(fā)展，產(chǎn)生超張張拉，危險鎖定應(yīng)力過小，起起不到減少位移量量的目的合適的做法：張拉拉到設(shè)計荷載的1.5倍，退到設(shè)計荷載載的0.6~0.8倍鎖定四、樁—錨結(jié)構(gòu)施工鉆孔錨桿桿沉放一一次注漿二二次注漿養(yǎng)養(yǎng)護張張拉鎖鎖定1.鉆孔：傾角15~30