基礎(chǔ)工程基坑工程第三節(jié)

8.4懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度破壞支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定破壞※破壞形式1整理課件※支護(hù)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)規(guī)定設(shè)計(jì)依據(jù)：?建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程?〔JGJ120-99〕設(shè)計(jì)狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)：支護(hù)結(jié)構(gòu)到達(dá)承載力破壞，錨固系統(tǒng)失效或坡體失穩(wěn)狀態(tài)；正常使用極限狀態(tài)：支護(hù)結(jié)構(gòu)和邊坡的變形到達(dá)結(jié)構(gòu)本身或鄰近建筑物的正常使用限值或影響耐久實(shí)用性能。平安等級根據(jù)建筑基坑工程破壞可能造成的后果，基坑工程劃分為三個平安等級。2整理課件安全等級破壞后果重要性系數(shù)γ0一級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞或土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周圍環(huán)境和地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴(yán)重1.10二級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞或土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周圍環(huán)境影響一般，但對地下結(jié)構(gòu)施工影響嚴(yán)重1.00三級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞或土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周圍環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴(yán)重0.90建筑基坑平安等級及重要性系數(shù)3整理課件※基坑設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容支護(hù)體系的方案比較與選型；支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定和變形計(jì)算；基坑內(nèi)外土體的穩(wěn)定性驗(yàn)算；地下水控制設(shè)計(jì)；施工程序設(shè)計(jì)；周邊環(huán)境保護(hù)措施；支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測和開挖監(jiān)控工程及報(bào)警要求。4整理課件※基坑設(shè)計(jì)應(yīng)具備的資料巖土工程勘察報(bào)告；建筑總平面圖、地下管線圖、地下結(jié)構(gòu)平面和剖面圖；土建設(shè)計(jì)和施工對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的要求；鄰近建筑物和地下設(shè)施的類型、分布情況和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測評價。5整理課件1.受力特征：※一般懸臂梁是指有固端的懸臂。〔1〕固定端位置不確定，每個截面都發(fā)生位移和轉(zhuǎn)角變形?！?〕嵌入坑底以下局部作用力分布復(fù)雜。2.簡化計(jì)算原那么：〔1〕取某一單元體〔樁〕或單位長度進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算；〔2〕假定構(gòu)件整體失穩(wěn)，并對兩側(cè)荷載分布進(jìn)行假設(shè)；〔3〕按靜定性問題處理。一、懸臂圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖6整理課件3.擋土結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力：根據(jù)實(shí)測結(jié)果，其實(shí)際受力如左圖：地面坑底ABCDP1P2P3Edh(a)4.對兩側(cè)荷載的假設(shè)：〔1〕懸臂樁兩測土質(zhì)均勻，荷載圖形有一定規(guī)律性。便與應(yīng)用解析法求解，可以給出三種情況的計(jì)算簡圖：

①對于沙土，c=0，結(jié)構(gòu)下端右側(cè)為三角形分布，如圖（a）；7整理課件②同樣為沙土，c=0，但下端右側(cè)為集中力

，如圖（b）；③對于粘性土，c≠0，與圖（b）相似?？拥椎孛鍭BEhd(b)坑底地面ABEdhh0(c)8整理課件〔2〕懸臂式圍護(hù)樁處于不同土層或有地下水時：一般不能直接用公式表達(dá)，可以試算求解。且認(rèn)為底部右側(cè)被動土壓力為，未知量也只有，。圖8-8（a）坑底地面ABEhd圖8-8(b)xCe9整理課件二、內(nèi)力分析1.確定計(jì)算簡圖及計(jì)算參數(shù)：2.嵌入深度確實(shí)定：整體穩(wěn)定整體失穩(wěn)（臨界狀態(tài)）；臨界深度最小深度（穩(wěn)定）。另外要確定降水方案，以確定水壓力分布；還要看是否有地面堆載等。計(jì)算簡圖如圖8-7、圖8-8。10整理課件計(jì)算原理：假定深度“d〞，且主動土壓力對E點(diǎn)的矩符合下式：先假定一個嵌入深度d,進(jìn)行試算，直到上式相等時得到的d，即為嵌入深度〔臨界深度〕d。思考：為什么在上式中沒有體現(xiàn)的作用？圖8-8（a）dE11整理課件坑底地面ABEhd圖8-8(b)xCe※有效嵌入深度：現(xiàn)行計(jì)算一般將簡圖簡化為圖8-8〔b〕的形式，其中c點(diǎn)為主動和被動土壓力的等值點(diǎn)〔分界點(diǎn)〕，這樣實(shí)際埋深應(yīng)按下式計(jì)算：（1）對于圖8-7(a)的情況，由求得d值；（2）對于圖8-7(b)、(c)的情況，由求得d值。對于土質(zhì)單一的情況，可以簡化為圖8-7的形式，且：12整理課件三、內(nèi)力及強(qiáng)度計(jì)算1.當(dāng)土層為非均質(zhì)時，以剪應(yīng)力為零的點(diǎn)確定最大彎矩的點(diǎn)，假設(shè)主、被動土壓力分別處于i、j層時，那么：

由剪力Q＝0用試算法確定最大彎矩和截面位置，且彎矩為：13整理課件2.當(dāng)土層為均質(zhì)時：①計(jì)算簡圖如圖8-7〔a〕、〔b〕的情況，且c=0，由剪力為零確定最大彎矩所處位置，因此：坑底地面ABEhy設(shè)：由上式可求得最大彎矩所在截面位置：則最大彎矩為：14整理課件根據(jù)最大彎矩設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的截面(截面尺寸、配筋等)。②圖8-7〔c〕的情形：c≠0坑底地面ABEyhh0(c)由剪力為零確定最大彎矩所處位置，因此：因：那么支護(hù)的最大彎矩值：15整理課件四、位移計(jì)算根本假設(shè)：先在坑底附近選一基準(zhǔn)點(diǎn)O，其上段按懸臂梁計(jì)算，下段按彈性地基梁計(jì)算，那么：16整理課件Ahdhph0haEPEaRa(a)計(jì)算簡圖：如〔a〕、〔b〕所示，其分別代表砂性土和粘性土。適用條件：入土較淺、底端自由支承的單錨式擋土結(jié)構(gòu)。一、平衡法(自由端法)8.5單錨式圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

可采用以下方法確定最小入土深度d和水平向每延米所需錨固力Ra變形方式：擋土結(jié)構(gòu)在土壓力作用下繞錨固點(diǎn)A轉(zhuǎn)動，且底端向坑內(nèi)移動，產(chǎn)生“踢腳〞。17整理課件擋土結(jié)構(gòu)維持穩(wěn)定，應(yīng)滿足以下條件：〔1〕所有水平力之和等于零，即：〔2〕所有水平力對錨固點(diǎn)A的彎矩等于零，即：Ahdhph0haEPEaRa(a)對于圖（a）的情況：18整理課件hahpEPRaEa(b)由：可以求得嵌固深度d?？梢郧蟮缅^固拉力Ra。由：然后由Ra并求得擋土結(jié)構(gòu)內(nèi)力。同理，亦可以確定嵌固深度，錨固拉力，以及擋土結(jié)構(gòu)內(nèi)力。其中：注意：當(dāng)確定嵌固深度后，還應(yīng)驗(yàn)算抗滑移、抗傾覆、抗隆起和管涌等。對于圖〔b〕所示情況：19整理課件附圖等值梁法基本原理※b點(diǎn)為彎矩反彎點(diǎn)(圖b)※假設(shè)在b點(diǎn)切開為兩段梁，并規(guī)定b點(diǎn)為左端梁的簡支點(diǎn)，那么ab段內(nèi)的彎矩保持不變，簡支梁ab稱之為ac梁ab段的等值梁。

※一端固支，一端簡支的梁(圖a)補(bǔ)充：等值梁概念20整理課件二、等值梁法1.根本原理：將板樁看成是一端嵌固另一端簡支的梁，單支撐擋墻下端為彈性嵌固時，其彎矩分布如下圖，如果在彎矩零點(diǎn)位置將梁斷開，以簡支梁計(jì)算梁的內(nèi)力，那么其彎矩與整梁是一致的。將此斷梁稱為整梁該段的等值梁。BGhtREaEa2Ah0aDBGCuxΔxt0γ(kp-ka)x21整理課件對于下端為彈性支撐的單支撐擋墻，彎矩零點(diǎn)位置與凈土壓力零點(diǎn)位置很接近，在計(jì)算時可以根據(jù)凈土壓力分布首先確定出彎矩零點(diǎn)位置，并在該點(diǎn)處將梁斷開，計(jì)算兩個相連的等值簡支梁的彎矩。將這種簡化方法稱為等值梁法。2.計(jì)算步驟①計(jì)算凈土壓力分布根據(jù)凈土壓力分布確定凈土壓力為0的B點(diǎn)位置，利用下式算出B點(diǎn)距基坑底面的距離u〔c=0，q0=0〕：22整理課件②計(jì)算支撐反力Ra及剪力QB。以B點(diǎn)為力矩中心：

RaABBQBQBGE’phtREaEp′Ea2Ah0aDBGCuxΔxt0γ(kp-ka)x以A點(diǎn)為力矩中心：23整理課件③計(jì)算板樁的入土深度由等值梁BG取G點(diǎn)的力矩平衡方程：可以求得：

板樁的最小入土深度：t0=u+x，考慮一定的富?？梢匀。簍=(1.1~1.2)t0④求出等值梁的最大彎矩根據(jù)最大彎矩處剪力為0的原理，求出等值梁上剪力為0的位置，并求出最大彎矩Mmax。24整理課件8.6基坑穩(wěn)定驗(yàn)算一、驗(yàn)算內(nèi)容

1.驗(yàn)算內(nèi)容：邊坡整體穩(wěn)定、抗隆起穩(wěn)定和抗?jié)B流穩(wěn)定等。2.驗(yàn)算方法：邊坡整體穩(wěn)定主要是采用瑞典圓弧法以及畢肖普法．抗隆起穩(wěn)定主要采用太沙基公式，該法適于體何土質(zhì)．抗?jié)B流穩(wěn)定主要是驗(yàn)算管涌和流砂25整理課件二、基坑抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算1.分析目的和意義：保持基坑穩(wěn)定、控制基坑邊形雙重意義。2.分析根本要求：用承載力確定抗隆起平安系數(shù)。將基坑底作為求極限承載力的基準(zhǔn)面，其滑動線形狀如圖示，在d深處，兩側(cè)分別作用：太沙基和普朗特爾抗隆起算法26整理課件采用極限承載力公式，那么抗隆起平安系數(shù)為：Prandtl公式：Terzaghi公式：該方法適用各種土質(zhì)，但采用公式不同，平安系數(shù)會有所不同。另外考慮土體側(cè)面剪應(yīng)力的影響，平安系數(shù)可取小一點(diǎn)兒。另外，還有考慮墻體極限彎矩的抗隆起分析方法等。

27整理課件1.7基坑常見問題一目前基坑工程中常見問題存在環(huán)節(jié)：1勘察：不勘察或不準(zhǔn)確；破壞模式選擇不當(dāng)。2設(shè)計(jì)：1〕對地質(zhì)資料要了解清楚〔包括流砂、管涌、暗溝、洞穴、承壓水等等、軟土和特殊土分布、產(chǎn)狀和特征〕例如上海飽和砂土和地下防空洞，洞穴存在使樁達(dá)不到設(shè)計(jì)長度，砂土易產(chǎn)生流砂，影響周邊民房，產(chǎn)生裂縫，常用高壓注漿、旋噴樁、灌黃砂、干水泥等措施并加快施工進(jìn)度。2〕查明周邊各類建筑物、地下管線的特征和使用要求；3〕選擇適宜圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐系統(tǒng)?？觾?nèi)加固、井字形支撐加腳撐、圓形和橢圓形鋼混封閉框架支撐、鋼混支撐需要養(yǎng)護(hù)，撤除需要爆破，逐漸被鋼結(jié)構(gòu)支撐代替。28整理課件1.7基坑常見問題3施工與管理：施工質(zhì)量問題、超挖問題、施工管理問題。例如：1〕支撐結(jié)構(gòu)不合理，施工質(zhì)量差；如：鋼管支撐支點(diǎn)數(shù)量少、焊接不牢、使用多年的鋼管變形大、變薄等。2〕超挖：沒做到“開槽支撐、先撐后挖、分層〔段〕開挖、嚴(yán)禁超挖〞，不支護(hù)就開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)未到達(dá)要求的強(qiáng)度就開挖未分層分段開挖而一挖到底等等3〕多家施工方管理協(xié)調(diào)不力；4〕層層分包，偷工減料；4監(jiān)測和應(yīng)急處理：監(jiān)測取消、監(jiān)測減少、數(shù)據(jù)分析不認(rèn)真、分析水平不高，不及時分析發(fā)現(xiàn)問題并及時反響；應(yīng)急措施不及時、不果斷、不到位。29整理課件1.7基坑常見問題一目前基坑工程中常見問題：1支護(hù)結(jié)構(gòu)選型不當(dāng)2實(shí)際主動土壓力值大于設(shè)計(jì)值，土壓力計(jì)算模式與地區(qū)經(jīng)驗(yàn)不符合?；蛘咂茐哪Ｊ奖容^特殊，應(yīng)該計(jì)算滑坡推力，綜合考慮滑坡推力和土壓力等1〕雨季、漲潮、地下水管滲漏等使地下水位上升，粘聚力和內(nèi)摩擦角下降基坑側(cè)土壓力增大，引起破壞；2〕場地頂部堆放建筑材料、挖出的土方堆放；超載引起變形和破壞；3〕違規(guī)作業(yè)：如挖土機(jī)離基坑太近，并且反鏟挖土，側(cè)壓力和變形加大；3防水、排水、降水措施不力：1〕時間跨度大，不做坡頂排水溝和擋水墻，不做坡頂護(hù)面和坡面防護(hù)，輕者沖刷樁間土，重者結(jié)構(gòu)破壞。2〕高水位地區(qū)未做止水帷幕，基坑降水漏斗范圍內(nèi)沉降破壞；3〕周邊地下管線年久失修，可能破壞滲漏，沒有提前處理；4〕止水帷幕設(shè)計(jì)未考慮地質(zhì)條件和不同開挖深度，采用同一長度止水帷幕，并且未穿透砂土層。30整理課件地下水滲漏，土質(zhì)下降，側(cè)壓力增加地表堆載31整理課件1.7基坑常見問題4錨桿失效：1〕錨桿位置不當(dāng)，位置過低或抗力缺乏，引起大的變形；2〕錨桿長度不夠，不能阻擋基坑整體滑移；3〕錨固力下降：地面水下滲、水管滲漏、地下水位上升等，使地下水位上升，粘聚力和內(nèi)摩擦角下降，錨固力下降；4〕地基土的凍脹，錨固力下降；5〕相鄰施工的機(jī)械振動和擠土效應(yīng)使孔隙水壓力上升，有效應(yīng)力下降，砂土液化，粘土觸變，錨固力下降；6〕錨頭鎖定失效和腰梁失效，錨固力下降或者喪失；5支撐結(jié)構(gòu)不合理：1〕首道支撐位置太低，引起支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部變形過大；2〕支撐間距太稀，受力大而產(chǎn)生彎曲變形甚至斷裂；3〕支撐支點(diǎn)數(shù)少，連接不牢靠，支撐桿件下?lián)?，產(chǎn)生彎曲變形而失去支撐作用；4〕基坑尺寸大，鋼管支撐，壓彎變形，支護(hù)結(jié)構(gòu)位移；32整理課件1.7基坑常見問題6基坑土體穩(wěn)定性缺乏：1〕支護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度不夠，Ep不夠；2〕飽和粉細(xì)砂降水引起管涌河流砂；3〕坑底承壓水造成基坑突涌。7淤泥地基觸變：1〕飽和淤泥和軟土采用捶擊法施工擠土樁，造成擠土效應(yīng)而變形或破壞；2〕飽和淤泥和軟土未采用降水，挖土和運(yùn)土引起擾動，變形和破壞。8設(shè)計(jì)不合理，平安儲藏過小：1〕破壞模式選擇不當(dāng)；因此側(cè)壓力計(jì)算不準(zhǔn)確；2〕為節(jié)約過大折減主動土壓力，減少配筋，當(dāng)土質(zhì)不利時，變形過大或者破壞；3〕設(shè)計(jì)人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，許多經(jīng)驗(yàn)措施，如圈梁、護(hù)面等忽略，埋下隱患。33整理課件1.7基坑常見問題9施工管理水平低、施工質(zhì)量差：1〕未監(jiān)測、少監(jiān)測或監(jiān)測技術(shù)落后或者不合理；2〕監(jiān)測數(shù)據(jù)分析不夠，不能及時預(yù)警和采取合理正確的措施；3〕施工時隨意變更設(shè)計(jì)，不按照設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)施工；4〕偷工減料，施工質(zhì)量差，強(qiáng)度達(dá)不到要求，止水帷幕不起作用；5〕施工環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)不力：樁和錨桿強(qiáng)度未達(dá)要求就開挖；超挖、一次挖到底等。10勘察結(jié)果不準(zhǔn)確或未進(jìn)行基坑勘察，破壞模式判別不準(zhǔn)確，參數(shù)取值不準(zhǔn)確。補(bǔ)充自學(xué)材料：基坑常見事故及其預(yù)防措施34整理課件35整理課件例題2：某單支撐板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)如圖示，試用等值梁法計(jì)算板樁長度及板樁內(nèi)力。1m9.0muEaaq=28kN/m2

c=6kPaφ=20°γ=18kN/m3xx0Ra36整理課件解：①土壓力計(jì)算②u的計(jì)算37整理課件③Ra、QB的計(jì)算38整理課件④入土深度t的計(jì)算取t=13.0m，板樁長=10+13=23m⑤內(nèi)力計(jì)算求Q=0的位置x039整理課件40整理課件二常見支護(hù)方法特點(diǎn)與適用范圍5地下連續(xù)墻：適用條件：適用于嚴(yán)格止水要求以及各類復(fù)雜土層的支護(hù)工程；適用于任何周邊復(fù)雜環(huán)境的基坑支護(hù)工程。不宜使用條件：懸臂式地下連續(xù)墻：周邊有嚴(yán)格控制位移的建筑物、構(gòu)筑物和地下管線等，不宜使用。地下連續(xù)墻與錨桿聯(lián)合使用時：以下情況不宜使用。1〕基坑周邊不允許施工錨桿；2〕錨固段只能錨固在淤泥或土質(zhì)較差的軟土層中。41整理課件結(jié)構(gòu)形式適用條件排樁或地下連續(xù)墻1．適用于基坑側(cè)壁安全等級一、二、三級2．懸臂式結(jié)構(gòu)在軟土場地中不宜大于5m3．當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r，宜采用降水、排樁加截水帷幕或地下連續(xù)墻水泥土墻1．基坑側(cè)壁安全等級宜為二、三級2．水泥土樁施工范圍內(nèi)地基承載力不宜大于150kPa3．基坑深度不宜大于6m土釘墻1．基坑側(cè)壁安全等級宜為二、三級的非軟土場地2．基坑深度不宜大于12m3．當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r，應(yīng)采取降水或截水措施逆作拱墻1．基坑側(cè)壁安全等級宜為二、三級2．淤泥和淤泥質(zhì)土場地不宜采用3．拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/84．基坑深度不宜大于12m放坡1．基坑側(cè)壁安全系數(shù)等級宜為三級2．施工場地應(yīng)滿足放坡條件3．可獨(dú)立或與上述其他結(jié)構(gòu)結(jié)合適用4．當(dāng)?shù)叵滤桓哂谄履_時，應(yīng)采取降水措施

支護(hù)結(jié)構(gòu)選型表

42整理課件武漢綠地中心武漢綠地中心由主樓、裙樓和兩棟副樓組成，總建筑面積71萬平方米，其中地上52萬平方米，地下19萬平方米。主樓高606米，地上125層，地下6層。工程建成后將是華中第一、中國第二、世界第三高樓，是武漢市城市新名片。基坑工程實(shí)例43整理課件基坑深度23-30m，基坑面積約36000m2，高速電梯井最大開挖深度40m，采用厚1200mm、深49-58m落底式地連墻加5~6道內(nèi)支撐。是亞洲最深、最大的基坑工程。44整理課件2021年7月31日全面開工，至2021年8月30日完成地下連續(xù)墻165幅，全長970米，工程樁完成2186根，工程攻克了地連墻“兩墻合一〞施工要求高、垂直度控制達(dá)1/600、單幅地連墻最深57米、單幅最重達(dá)86噸鋼筋籠一次吊裝成功，取得了一系列科研成果，得到中國業(yè)界同行的高度認(rèn)可。2021年9月22日進(jìn)行第一次底板澆筑施工，意味著地下室土方開挖結(jié)束〔開挖總量約100萬m3〕。底板澆筑共5塊，總面積1.2萬平方米，約2個足球場大，共需澆筑3.8萬立方米混凝土。其中，主樓底板最厚8米，需一次性澆筑3萬立方米混凝土，是國內(nèi)一次性澆筑成型面積最大的底板。底板澆筑施工完成后，將開始地下室施工，預(yù)計(jì)2021年全面完工。45整理課件武漢綠地中心效果圖〔正面〕46整理課件

世紀(jì)財(cái)富中心基坑支護(hù)工程位于大北窯國貿(mào)北，嘉里中心與漢威大廈之間?；娱L160米