地下建筑結(jié)構(gòu)-第12章基坑工程.pptVIP

,深圳大學(xué),地 下 建 筑 結(jié) 構(gòu),第12章,12.1深基坑工程,概述：大量的深基坑工程伴隨著城市高層建筑的發(fā)展大量出現(xiàn)。 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達(dá)到地下層（法國）。 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)結(jié)構(gòu)與相鄰建筑最近的距離僅40cm。而無支撐基坑的開挖深度也已達(dá)到了9m。,設(shè)計(jì)與施工工況緊密相關(guān)，必須保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)在施工全過程中各工況條件下的安全，同時(shí)還要控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其周圍土體的變形，以保證周圍環(huán)境(相鄰建筑及地下公共設(shè)施等)的安全。在安全前提下，設(shè)計(jì)要合理，又能節(jié)約造價(jià)、方便施工、縮短工期。要提高基坑工程的設(shè)計(jì)與施工水平，必須正確選擇土壓力計(jì)算方法和參數(shù)，選擇合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)還要具有豐富的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。,12.1.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的分類,分類： 樁(墻)式圍護(hù)體系； 重力式圍護(hù)體系,樁(墻)式圍護(hù)體系一般有圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)、支撐(或錨桿)結(jié)構(gòu)以及防水帳幕等部分組成。 根據(jù)圍護(hù)墻材料，樁(墻)式圍護(hù)體系又可分為鋼筋混凝土地下連續(xù)墻、柱列式鉆孔灌注樁、鋼板樁和鋼筋混凝土板樁等形式。 根據(jù)對圍護(hù)墻的支撐方式，又可以分為內(nèi)支撐體系和土層錨桿體系兩類。 原理：樁(墻)式圍護(hù)體系的墻體厚度相對較小，通常是借助墻體在開挖面以下的插入深度和設(shè)置在開挖面以上的支撐或錨桿系統(tǒng)來平衡墻后的水、土壓力和維持邊坡穩(wěn)定。對于開挖深度不大的基坑，經(jīng)過驗(yàn)算也可采用無支撐、無錨桿的懸臂式樁(墻)式圍護(hù)體系。,重力式圍護(hù)體系一般是指不用支撐及錨桿的自立式墻體結(jié)構(gòu)，厚度相對較大，主要借助其自重、墻底與地基之間的摩擦力以及墻體在開挖面以下受到的土體被動(dòng)抗力來平衡墻后的水壓力和維持邊坡穩(wěn)定。 在基坑工程中，重力式圍護(hù)體系的墻體在開挖面以下往往需要有一定的埋入深度。目前，在我國各地常用的水泥土圍護(hù)體系以及地下連續(xù)墻一般都?xì)w在重力式圍護(hù)體系中，其受力性能類似于懸臂式的樁(墻)式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，但在板式圍護(hù)結(jié)構(gòu)中一般不計(jì)墻體自重及墻底摩阻力對墻體穩(wěn)定的影響。,12.1.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),1. 外力的不確定性。外力往往隨著環(huán)境條件、施工方法和施工步驟等因素的變化而改變； 2. 變形的不確定性。圍護(hù)墻體的剛度、支撐(或錨桿)體系的布置和構(gòu)件的截面特性、地基土的性質(zhì)、地下水的變化、潛蝕和管涌以及施工質(zhì)量和現(xiàn)場管理水平等等都是產(chǎn)生變形的原因。 3. 土性的不確定性。地基土的非均質(zhì)性(成層)和地基土的特性不是常量 4. 一些偶然變化所引起的不確定因素。施工場地內(nèi)土壓力分布的意外變化、事先沒有掌握的地下障礙物或地下管線的發(fā)現(xiàn)以及周圍環(huán)境的改變等等,12.2 基坑工程的設(shè)計(jì)內(nèi)容,12.2.1 環(huán)境調(diào)查及基坑安全等級,基坑工程圍護(hù)設(shè)計(jì)，首先應(yīng)根據(jù)基坑的深度、地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境條件確定基坑的安全等級，才能開始設(shè)計(jì)。 進(jìn)行基坑工程設(shè)計(jì)前，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的基本資料主要有： (1)工程水文地質(zhì)資料； (2)場地環(huán)境條件資料，包括建筑紅線，周邊地下管線的種類、埋深、使用年限以及場地內(nèi)地下人防等地下障礙物等； (3)所建工程的地下室結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)樁基圖紙等； (4)與施工條件有關(guān)的資料，如對于地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)根據(jù)不同的安全等級提供有關(guān)實(shí)驗(yàn)資料。,對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該與其它建筑設(shè)計(jì)一樣，要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成各項(xiàng)預(yù)定功能，即： (1)能承受在正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種功能； (2)在正常情況下，具有良好的工作性能； (3)在偶然的不利因素發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)仍能保持整體穩(wěn)定。,1. 當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)僅僅作為地下主體工程施工所需要的臨時(shí)性措施時(shí)，其使用時(shí)間不長，一般不超過2年。而一般建筑結(jié)構(gòu)所規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期通常為50年，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的長短父系到對結(jié)構(gòu)材料的耐久性要求和對發(fā)生偶然事件的概率統(tǒng)計(jì)等方面的問題。在地震區(qū)通?？刹豢紤]地震力對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的作用。 2. 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的理論研究目前尚不完備，滿意的工程實(shí)測資料很少，因此還沒有條件能夠像建筑結(jié)構(gòu)那樣通過對材料性能、荷載作用及結(jié)構(gòu)效應(yīng)等方面統(tǒng)計(jì)分析得出結(jié)構(gòu)可靠性的概率指標(biāo)。,建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范(YB925897)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果嚴(yán)重程度,把基坑劃分為不同的安全等級見表12-3 還根據(jù)工程性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、基坑開挖深度及規(guī)模把基坑劃分為復(fù)雜、中等和簡單三種等級,見表12-4,12.2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇和布置,包括圍護(hù)墻體和支撐(或錨桿)結(jié)構(gòu)兩個(gè)體系所用材料和型式的選擇及布置方式。應(yīng)該根據(jù)工程規(guī)模、主體工程特點(diǎn)、場地條件、環(huán)境保護(hù)要求、巖土工程勘察資料、土方開挖方法以及地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)等因素，經(jīng)綜合分析比較、在確保安全可靠的前提下，選擇切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方案。,圍護(hù)墻體和支撐結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)遵循以下原則： (1)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件(包括圍護(hù)墻、隔水帷幕和錨桿)在一般情況下不應(yīng)超出工程用地范圍，否則應(yīng)事先征得政府主管部門或相鄰地塊業(yè)主的同意； (2)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件不能影響主體工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常施工； (3)有條件時(shí)基坑平面形狀盡可能采用受力性能較好的圓形、正多邊形和矩形,12.2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算,通過設(shè)計(jì)計(jì)算確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形，用于驗(yàn)算截面承載力和基坑位移。 要求： 計(jì)算模型 有關(guān)參數(shù) 考慮前段工況,基坑可能的破壞模式,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)將基坑的失穩(wěn)形態(tài)歸納為兩類： 一、因基坑土體強(qiáng)度不足、地下水滲流作用而造成基坑失穩(wěn)，包括基坑內(nèi)外側(cè)土體整體滑動(dòng)失穩(wěn)；基坑底土隆起；地層因承壓水作用，管涌、滲漏等等。 二、因支護(hù)結(jié)構(gòu)(包括樁、墻、支撐系統(tǒng)等)的強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)定性不足引起支護(hù)系統(tǒng)破壞而造成基坑倒塌、破壞。,基坑的第一類失穩(wěn)形態(tài),（1）放坡開挖基坑 由于設(shè)計(jì)不合理坡度太陡，或雨水、管道滲漏等原因造成邊坡滲水導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，引起基坑邊土體整體滑坡,（2）剛性擋土墻基坑,a. 由于墻體的入土深度不足，或由于墻底存在軟弱土層，土體抗剪強(qiáng)度不夠等原因，導(dǎo)致墻體隨附近土體整體滑移破壞 b. 由于基坑外擠土施工如坑外施工擠土樁或者坑外超載作用如基坑邊堆載、重型施工機(jī)械行走等引起墻后土體壓力增加，導(dǎo)致墻體向坑內(nèi)傾覆 c. 當(dāng)坑內(nèi)土體強(qiáng)度較低或坑外超載時(shí)，導(dǎo)致墻底變形過大或整體剛性移動(dòng),（3）內(nèi)支撐基坑,a. 因?yàn)榭拥淄馏w壓縮模量低，坑外超載等原因，致使圍護(hù)墻踢腳產(chǎn)生很大的變形 b. 在含水地層（特別是有砂層、粉砂層或者其他透水性較好的地層），由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水設(shè)施失效，致使大量的水夾帶砂粒涌入基坑，嚴(yán)重的水土流失會造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和地面塌陷 c. 由于基坑底部土體抗剪強(qiáng)度較弱，產(chǎn)生坑底隆起破壞 d. 在承壓含水層上覆隔水層中開挖基坑時(shí)，由于設(shè)計(jì)不合理或者坑底超挖，承壓含水層的水頭壓力沖破基坑底部土層，發(fā)生坑底突涌破壞 e. 在砂層或者粉砂地層中開挖基坑時(shí)，降水設(shè)計(jì)不合理或者井點(diǎn)降水失效后，產(chǎn)生管涌，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致基坑失穩(wěn)； f. 在超大基坑，特別是長條形基坑（如地鐵站、明挖法施工隧道等）內(nèi)分區(qū)放坡挖土，由于放坡較陡、降水等導(dǎo)致滑坡，沖毀坑內(nèi)支撐或立柱，導(dǎo)致基坑破壞,（4）拉錨基坑,a. 由于圍護(hù)墻插入深度不夠，或基坑坑底超挖，導(dǎo)致基坑踢腳破壞 b. 由于設(shè)計(jì)錨桿太短，錨桿和圍護(hù)墻均在滑裂面以內(nèi)，與土體一起呈整體滑移，致使基坑整體滑移破壞,2. 基坑第二類失穩(wěn)形態(tài)根據(jù)破壞類型主要表現(xiàn)為以下幾種,（1）圍護(hù)墻破壞 破壞模式主要是由于設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)造成墻體強(qiáng)度不足引起墻體剪切破壞或折斷，導(dǎo)致基坑整體破壞。,（2）支撐或者拉錨破壞,該類破壞主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)支撐或拉錨強(qiáng)度不足，造成支撐或拉錨破壞，導(dǎo)致基坑失穩(wěn),（3）墻后土體變形過大引起的破壞,該類破壞主要是因?yàn)閲o(hù)墻剛度較小，造成墻后土體產(chǎn)生過大變形，危及基坑周邊既有構(gòu)筑物，或者使錨桿變位，或產(chǎn)生附加應(yīng)力，危及基坑安全,12.2.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算,(1)基坑邊坡總體穩(wěn)定驗(yàn)算。防止因?yàn)閲o(hù)墻插入深度不夠，使基坑邊坡沿著墻底地基中某一滑動(dòng)面產(chǎn)生整體滑動(dòng)。 (2)圍護(hù)墻體抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算。防止開挖面以下地基水平抗力不足，使墻體產(chǎn)生繞前趾傾倒。 (3)圍護(hù)墻底面抗滑移驗(yàn)算。防止墻體底面與地基接觸面上的抗剪強(qiáng)度不足，使墻體底面產(chǎn)生滑移。 (4)基坑圍護(hù)墻前抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算。防止圍護(hù)墻底部地基強(qiáng)度不足，產(chǎn)生向基坑內(nèi)涌土。 (5)抗豎向滲流驗(yàn)算。在地下水較高的地區(qū)，在基坑內(nèi)外水頭差或者坑底以下可能存在的承壓水頭作用下，防止由于地下水豎向滲流使開挖面以下地基土的被動(dòng)抗力和地基承載力失效。 (6)基坑周圍地面沉降及其影響范圍的估計(jì)。,12.2.5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)符合以下條件： (1)方便施工； (2)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與設(shè)計(jì)計(jì)算模型中的假設(shè)條件一致； (3)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)起到防止構(gòu)件局部失穩(wěn)的作用 (4)盡可能減少節(jié)點(diǎn)自身的變形量： (5)與整體穩(wěn)定相關(guān)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置多道防線，同時(shí)要有良好的節(jié)點(diǎn)延性。,12.2.6 其他土工問題,(1)井點(diǎn)降水 (2)土方開挖 (3)監(jiān)測,12.3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算,12.3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型及計(jì)算原則 計(jì)算模型涉及： 結(jié)構(gòu)模型， 水土壓力模型、 穩(wěn)定性分析模型等,對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算一般采用考慮樁（墻）土共同作用的彈性地基上的桿系或框架模型，根據(jù)施工過程中發(fā)生的實(shí)際工況分步進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)考慮施工工況引起的結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐的變形的影響或采用荷載增量法進(jìn)行計(jì)算，即所謂的“先變形、后支撐”的原則。計(jì)算工況包括開挖階段到內(nèi)部結(jié)構(gòu)回筑階段各工況的內(nèi)力組合，最終的位移及內(nèi)力值是各階段之累計(jì)值。,12.3.2 樁(墻)內(nèi)力的計(jì)算分析方法,彈性地基桿系有限單元法 1. 結(jié)構(gòu)理想化 2. 結(jié)構(gòu)離散化 3. 擋土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)滿足變形協(xié)調(diào)條件 4. 單元所受荷載和單元節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系，以單元的勁度矩陣來確定 5. 根據(jù)靜力平衡條件,對于彈性地基梁單元，其勁度矩陣有兩種假定 (1) 在彈性地基梁單元的每一節(jié)點(diǎn)處，各設(shè)置一附加彈性支承桿件，其剛度為： (2) 采用Winkler彈性地基梁單元，其彈性曲線的微分方程式為：,大多數(shù)情況下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系在平面上的布置并非呈平面對稱狀態(tài)，平面上各支撐的內(nèi)力、變形各不相同，需要按平面框架進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。因此實(shí)際上，在這種情況下支護(hù)體系是一個(gè)三維空間受力體系。為簡化設(shè)計(jì)計(jì)算工作量，實(shí)際設(shè)計(jì)往往將其簡化為獨(dú)立的平面支撐系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。 在工程中將圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的支撐體系在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成一個(gè)水平的封閉框架，可以提高它的整體剛度，當(dāng)支撐是一種臨時(shí)結(jié)構(gòu)時(shí)，只需要滿足施工階段的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和工況要求即可，因此在設(shè)計(jì)中可以將結(jié)構(gòu)的幾何布置，盡可能地優(yōu)化，選擇受力性能良好的幾何形式,12.3.3 支撐體系平面框架的計(jì)算,力學(xué)模型和結(jié)構(gòu)分析方法,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般由圍護(hù)體系和支撐體系兩部分組成，嚴(yán)格地講，封閉支撐體系與擋土結(jié)構(gòu)共同組成一空間結(jié)構(gòu)體系，二者共同承受土體的約束及荷載的作用，因此支撐體系的水平位移包括兩部分:第一部分是荷載作用下，支撐體系的變形；第二部分是剛體位移(包括剛體平移及轉(zhuǎn)動(dòng)),內(nèi)支撐系統(tǒng)由水平支撐和豎向支承兩部分組成，深基坑開挖中采用內(nèi)支撐系統(tǒng)的圍護(hù)方式已得到廣泛的應(yīng)用，特別對于軟土地區(qū)基坑面積大、開挖深度深的情況，內(nèi)支撐系統(tǒng)由于具有無需占用基坑外側(cè)地下空間資源、可提高整個(gè)圍護(hù)體系的整體強(qiáng)度和剛度以及可有效控制基坑變形的特點(diǎn)而得到了大量的應(yīng)用,內(nèi)支撐體系的構(gòu)成,圍檁、水平支撐、鋼立柱和立柱樁是內(nèi)支撐體系的基本構(gòu)件，典型的內(nèi)支撐系統(tǒng)示意圖見下圖. 圍檁是協(xié)調(diào)支撐和圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)間受力與變形的重要受力構(gòu)件，其可加強(qiáng)圍護(hù)墻的整體性，并將其所受的水平力傳遞給支撐構(gòu)件，因此要求具有較好的自身剛度和較小的垂直位移。首道支撐的圍檁應(yīng)盡量兼作為圍護(hù)墻的圈梁，必要時(shí)可將圍護(hù)墻墻頂標(biāo)高落低，如首道支撐體系的圍檁不能兼作為圈梁時(shí)，應(yīng)另外設(shè)置圍護(hù)墻頂圈梁。圈梁作用可將離散的鉆孔灌注圍護(hù)樁、地下連續(xù)墻等圍護(hù)墻連接起來，加強(qiáng)了圍護(hù)墻的整體性，對減少圍護(hù)墻頂部位移有利。 水平支撐是平衡圍護(hù)墻外側(cè)水平作用力的主要構(gòu)件，要求傳力直接、平面剛度好而且分布均勻。 鋼立柱及立柱樁的作用是保證水平支撐的縱向穩(wěn)定，加強(qiáng)支撐體系的空間剛度和承受水平支撐傳來的豎向荷載，要求具有較好自身剛度和較小垂直位移。,支撐體系,支撐體系常用型式有單層或多層平面支撐體系和豎向斜撐體系，在實(shí)際工程中，根據(jù)具體情況也可以采用類似的其他形式。 平面支撐體系可以直接平衡支撐兩端圍護(hù)墻上所收到的側(cè)壓力，其構(gòu)造簡單，受力明確，使用范圍廣。但當(dāng)支撐長度較大時(shí)，應(yīng)考慮支撐自身的彈性壓縮以及溫度應(yīng)力等因素對基坑位移的影響。,豎向斜撐體系,豎向斜撐體系的作用是將圍護(hù)墻所受的水平力通過斜撐傳到基坑中部先澆筑好的斜撐基礎(chǔ)上。其施工流程是：圍護(hù)墻完成后，先對基坑中部的土方采用放坡開挖，其后完成中部的斜撐基礎(chǔ)，并安裝斜撐，在斜撐的支擋作用下，再挖除基坑周邊留下的土坡，并完成基坑周邊的主體結(jié)構(gòu)。對于平面尺寸較大，形狀不很規(guī)則的基坑，采用斜支撐體系施工比較方便，也可大幅節(jié)省支撐材料。但墻體位移受到基坑周邊土坡變形、斜撐彈性壓縮以及斜撐基礎(chǔ)變形等多種因素的影響，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)給予合理考慮。此外，土方施工和支撐安裝應(yīng)保證對稱性。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì),支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)包含支撐材料的選擇、結(jié)構(gòu)體系的布置、支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形計(jì)算、支撐構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算、支撐構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及支撐結(jié)構(gòu)的安裝和拆除,水平支撐系統(tǒng)中內(nèi)支撐與圍檁必須形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，有可靠的連接，滿足承載力、變形和穩(wěn)定性要求。 支撐系統(tǒng)的平面布置形式眾多，從技術(shù)上，同樣的基坑工程采用多種支撐平面布置形式均是可行的，但科學(xué)、合理的支撐布置形式應(yīng)是兼顧了基坑工程特點(diǎn)、主體地下結(jié)構(gòu)布置以及周邊環(huán)境的保護(hù)要求和經(jīng)濟(jì)性等綜合因素的和諧統(tǒng)一。,水平支撐系統(tǒng)平面布置原則,長條形基坑工程中，可設(shè)置以短邊方向的對撐體系，兩端可設(shè)置水平角撐體系。 短邊方向的對撐體系可根據(jù)基坑短邊的長度、土方開挖、工期等要求采用鋼支撐或者混凝土支撐，兩端的角撐體系從基坑工程的穩(wěn)定性以及控制變形角度上，宜采用混凝土支撐的形式。,上海浦東恒大小區(qū)基坑工程，基坑形狀呈狹長的手槍狀，基坑?xùn)|西方向長度較長約為240m，西側(cè)南北方向長度約為43m，東側(cè)南北方向長度約為83m。綜合考慮工程周邊環(huán)境、基坑面積及形狀、基坑開挖深度以及工期等因素，支撐系統(tǒng)采用了鋼和混凝土組合支撐的形式，東側(cè)基坑角撐結(jié)合對撐的混凝土支撐形式，西側(cè)基坑采用角部混凝土支撐，短邊設(shè)置鋼支撐對撐的形式。,當(dāng)基坑周邊緊鄰保護(hù)要求較高建（構(gòu)）筑物、地鐵車站或隧道，對基坑工程的變形控制要求較為嚴(yán)格時(shí)，或者基坑面積較小、兩個(gè)方向的平面尺寸大致時(shí)，或者基坑形狀不規(guī)則，其他形式的支撐布置有較大難度時(shí)，宜采用相互正交的對撐布置方式。該布置型式的支撐系統(tǒng)具有支撐剛度大、傳力直接以及受力清楚的特點(diǎn)，適合在變形控制要求高的基坑工程中應(yīng)用。,上海解放日報(bào)新聞業(yè)務(wù)樓基坑地處上海市黃浦區(qū)中心位置，基坑形狀呈不規(guī)則矩形，基坑面積較小約為2300m2，開挖深度約為12m，基坑?xùn)|側(cè)緊鄰一高層建筑物，根據(jù)本基坑的面積、形狀以及周圍的環(huán)境特點(diǎn)，采用了抗側(cè)剛度大、可適應(yīng)不規(guī)則形狀的十字正交布置形式的鋼筋混凝土支撐形式。,當(dāng)基坑面積較大，平面形狀不規(guī)則時(shí)，同時(shí)在支撐平面中需要留設(shè)較大作業(yè)空間時(shí)，宜采用角部設(shè)置角撐、長邊設(shè)置沿短邊方向的對撐結(jié)合邊桁架的支撐體系。該類型支撐體系由于具有較好的控制變形能力、大面積無支撐的出土作業(yè)面以及可適應(yīng)各種形狀的基坑工程，同時(shí)由于支撐系統(tǒng)中對撐、各榀對撐之間具有較強(qiáng)的受力上的獨(dú)立性，易于實(shí)現(xiàn)土方上的流水化施工，此外還具有較好的經(jīng)濟(jì)性，因此幾乎成為上海等軟土地區(qū)首選的支撐平面布置形式，近年來得到極為廣泛的應(yīng)用。,上海虹橋綜合交通樞紐工程東交通中心、磁懸浮基坑工程面積巨大，地下二層區(qū)域長約404m，寬約77136m，基坑開挖深度約1825m，基坑形狀呈不規(guī)則長方形。根據(jù)基坑形狀的特點(diǎn)，采用了兩端角撐中部對撐的支撐布置形式，該布置形式的支撐為流水化施工支撐和土方開挖創(chuàng)造了條件，從而大大加快了基坑工程的施工速度和縮短了施工工期。,基坑平面為規(guī)則的方形、圓形或者平面雖不規(guī)則但基坑兩個(gè)方向的平面尺寸大致相等，或者是為了完全避讓塔樓框架柱、剪力墻等豎向結(jié)構(gòu)以方便施工、加快塔樓施工工期，尤其是當(dāng)塔樓豎向結(jié)構(gòu)采用勁性構(gòu)件時(shí)，臨時(shí)支撐平面應(yīng)錯(cuò)開塔樓豎向結(jié)構(gòu)，以利于塔樓豎向結(jié)構(gòu)的施工，可采用單圓環(huán)形支撐甚至多圓環(huán)形支撐布置方式。,天津響螺灣中鋼大廈項(xiàng)目位于天津市響螺灣地區(qū)，基坑開挖深度達(dá)到1822m，基坑面積達(dá)到2萬m2，是當(dāng)?shù)匾?guī)模最大的基坑工程之一。根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算的需要，本工程內(nèi)部需設(shè)置四道鋼筋混凝土支撐體系。由于平面形狀不規(guī)則，采用較為傳統(tǒng)的角撐、對撐結(jié)合邊桁架布置，需要設(shè)置大量穿越基坑內(nèi)部的桿件，不利于土方的開挖和地下室結(jié)構(gòu)的的施工。因此結(jié)合本工程的平面形狀和塔樓的分布位置，采用雙半圓環(huán)的支撐平面布置體系。雙半圓環(huán)支撐形式的采用，基本上避開了整個(gè)塔樓區(qū)域的所有豎向構(gòu)件，基坑開挖到底后，完成基礎(chǔ)底板施工后，兩個(gè)主要的地面建筑即可在不拆撐的情況下向上施工主體結(jié)構(gòu)，加快整體工期進(jìn)度。,天津響螺灣中鋼大廈基坑 支撐平面示意圖,新華明珠深基坑支護(hù)工程采用組合結(jié)構(gòu)環(huán)形內(nèi)支撐的基坑工程實(shí)景，該基坑支撐采用鋼筋混凝土大圓環(huán)，圓環(huán)直徑68m，其余桿件均采用鋼結(jié)構(gòu)，實(shí)施效果良好。,陽角處理,基坑平面有向坑內(nèi)折角（陽角）時(shí)，陽角處的內(nèi)力比較復(fù)雜，是應(yīng)力集中的部分，稍有疏忽，最容易在該部分出現(xiàn)問題。陽角的處理應(yīng)從多方面進(jìn)行考慮，首先基坑平面的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)陽角，當(dāng)不可避免時(shí)，需作特別的加強(qiáng)，如在陽角的兩個(gè)方向上設(shè)置支撐點(diǎn)，或者可根據(jù)實(shí)際情況將該位置的支撐桿件設(shè)置現(xiàn)澆板，通過增設(shè)現(xiàn)澆板增強(qiáng)該區(qū)域的支撐剛度，控制該位置的變形。無足夠的經(jīng)驗(yàn)可借鑒時(shí)，最好對陽角處的坑外地基進(jìn)行加固，提高坑外土體的強(qiáng)度，以減少圍護(hù)墻體的側(cè)向水土壓力。,12.4 基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,主要是計(jì)算基坑在外荷載作用下是否會喪失穩(wěn)定(簡稱失穩(wěn))，基坑失穩(wěn)的表現(xiàn)形式是多種多樣的，主要有： (1)整體失穩(wěn)破壞； (2)承載力不足導(dǎo)致的破壞； (3)基底滑動(dòng)破壞； (4)基底潛蝕、管涌； (5)滲流； (6)支擋結(jié)構(gòu)破壞； (7)被動(dòng)土壓力喪失等,12.4.1 邊坡穩(wěn)定,所謂邊坡穩(wěn)定是指防止基坑邊坡上的部分土體脫離整體而沿著某一個(gè)面向下滑動(dòng)所需要的安全度。在放坡開挖的基坑中需要控制邊坡穩(wěn)定在沒有支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑中、當(dāng)?shù)鼗畈看嬖谲浫跬翆訒r(shí)，也需要防止在圍護(hù)墻底以下可能產(chǎn)生的深層滑動(dòng)面。,邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)可定義為：,砂性土的邊坡穩(wěn)定,砂性土中邊坡穩(wěn)定只取決于坡角的大小，而與坡的高度或土體的重量無關(guān)。,粘性土邊坡的穩(wěn)定,在粘性上中，邊坡失穩(wěn)時(shí)的滑動(dòng)面近似于圓弧，滑動(dòng)體繞某個(gè)中心向下帶旋轉(zhuǎn)性的滑動(dòng)，在這種情況下的邊坡穩(wěn)定通常采用條分法分析。條分法的基本假定是： (a)邊坡失穩(wěn)時(shí)、滑動(dòng)體沿著一個(gè)近似于圓筒形的滑動(dòng)面下滑。但當(dāng)?shù)鼗熊浫鯅A層時(shí)，可按實(shí)際可能發(fā)生的非圓弧滑動(dòng)面驗(yàn)算。 (b)考慮平面問題。在實(shí)際工程中，可根據(jù)地基情況、邊坡形狀和地面荷載基本相同的原則，把邊坡分成幾個(gè)區(qū)段，在每個(gè)區(qū)段中選取有代表性的斷面作為計(jì)算斷面。 邊坡滑動(dòng)面可以有很多個(gè)，其中最可能產(chǎn)生滑動(dòng)的危險(xiǎn)面要通過試算才能確定。具體步驟可參閱有關(guān)手冊。,12.4.2 基坑抗隆起穩(wěn)定,隨著深基坑逐步向下開挖，坑內(nèi)外的壓力差不斷增大，就有可能會發(fā)生基坑坑底隆起現(xiàn)象。特別在軟粘土地基中開挖時(shí)很容易發(fā)生基坑底土向上隆起現(xiàn)象。由于坑內(nèi)外地基土體的壓力差、使墻背土向基坑內(nèi)推移，造成坑內(nèi)土體向上隆起，坑外地面下沉的變形現(xiàn)象，控制這種現(xiàn)象發(fā)生的驗(yàn)算大致根據(jù)兩種假定，即滑動(dòng)面假定和地基極限承載力假定提出的計(jì)算方法。,圓弧滑動(dòng)抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算,滑動(dòng)面假定,Terzaghi-Peck方法,如圖12-11，在開挖面以下，假定一個(gè)圓弧滑動(dòng)面。根據(jù)在滑動(dòng)面上土的抗剪強(qiáng)度對滑動(dòng)圓弧中心的力矩與墻背開挖面標(biāo)高以上土體重量（包括地面荷載)對滑動(dòng)中心的力矩平衡條件，計(jì)算隆起的安全度。轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置通常認(rèn)為可定在基坑最下一道支撐與圍護(hù)墻的交點(diǎn)處,考慮插入基坑開挖面以下的墻體對抗隆起的作用，隆起滑動(dòng)力矩 和抗隆起力矩 ，可分別按下式計(jì)算：,式中：,則抗隆起安全系數(shù)：,地基極限承載力假定,如圖12-12，當(dāng)開挖面以下形成滑動(dòng)面時(shí)，由于墻后土體下沉，使墻后土在豎直面上的抗剪強(qiáng)度得以發(fā)揮，減少了在開挖面標(biāo)高上墻后土的垂直壓力，其值可按下式估算：,相應(yīng)的垂直分布力為,在飽和軟土中土的抗剪強(qiáng)度,地基極限承載力為,抗隆起的安全系數(shù)：,12.4.3 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.4.4坑底抗?jié)B流穩(wěn)定驗(yàn)算,地下水在巖土體孔隙中的運(yùn)動(dòng)稱為滲流。 地下水滲流按隨時(shí)間變化規(guī)律可分為穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流。穩(wěn)定流為運(yùn)動(dòng)參數(shù)如流速、流向和水位等不隨時(shí)間變化的地下水流動(dòng)。反之，非穩(wěn)定流。絕對意義上的穩(wěn)定流并不存在，常把變化微小的滲流按穩(wěn)定流進(jìn)行分析。 地下水滲流按運(yùn)動(dòng)形態(tài)可分為層流和紊流。層流指在滲流的過程中水的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是有秩序、互不混雜的。反之，稱為紊流。層流服從達(dá)西定律，紊流服從Chezy 公式。,潛蝕,在黃土和巖溶等地區(qū)，滲透水流在較大的水力坡度下容易發(fā)生潛蝕。 當(dāng)土層的不均勻系數(shù)即d60/d10 10 時(shí)，易產(chǎn)生潛蝕； 兩種互相接觸的土層，當(dāng)兩者的滲透系數(shù)之比k1/k22 時(shí)，易產(chǎn)生潛蝕； 當(dāng)水力坡度i5 時(shí)，水流呈紊流狀態(tài)，即產(chǎn)生潛蝕。 潛蝕的防治措施有加固土層如灌漿、人工降低地下水的水力坡度和設(shè)置反濾層等,流砂,流砂是指土體中松散顆粒被地下水飽和后，由于水頭差的存在動(dòng)水壓力即會使這些松散顆粒產(chǎn)生懸浮流動(dòng)的現(xiàn)象。 克服流砂常采取如下措施：進(jìn)行人工降水，使地下水水位降至可能產(chǎn)生流砂的地層以下；設(shè)置止水帷幕如板樁或凍結(jié)法用來阻止或延長地下水的滲徑等,管涌,管涌是地基土在動(dòng)水作用下形成細(xì)小的滲流通道，土顆粒不斷流失而引起地基變形和失穩(wěn)的現(xiàn)象。 發(fā)生管涌的條件為： 土中粗細(xì)顆粒粒徑比D/d 10； 土體的不均勻系數(shù)d60/d10 10； 兩種互相接觸的土層滲透系數(shù)之比k1/k2 23； 滲流梯度大于土體的臨界梯度。,抗?jié)B流穩(wěn)定計(jì)算,任一點(diǎn)總水頭H等于該點(diǎn)位置水頭Z與該點(diǎn)水柱高度h之和,一點(diǎn)孔隙水壓力u等于該點(diǎn)測壓管水柱高度h與水的重度rw的乘積,滲流場存在水頭損失，不同于靜水狀態(tài),（a）H=0，無滲流,（b） H 0，有滲流,取c點(diǎn)為位置水頭零點(diǎn),rwhc,取粘土塊進(jìn)行分析,rwhc,滲流有 水頭損失,考慮安全系數(shù),突涌,突涌是指在基坑底部存在承壓水時(shí)開挖基坑時(shí)將減小含水層上覆不透水層的厚度，當(dāng)它減小到臨界值時(shí)，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板的現(xiàn)象。 其表現(xiàn)形式為： 基坑頂裂，形成網(wǎng)狀或樹枝狀裂縫，地下水從裂縫中涌出，并帶出下部的土顆粒； 基坑底部發(fā)生流砂，從而造成邊坡失穩(wěn)； 基坑發(fā)生類似“沸騰”的噴水現(xiàn)象，使基坑積水，地基土擾動(dòng)。,計(jì)算過程,因?yàn)椋?所以：,k安全系數(shù)，取K1.43。,承壓水屬于靜水狀態(tài),考慮安全系數(shù),對粘土塊受力分析：,防治管涌的措施有： 增加基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度以延長地下水的流線降低水力梯度； 人工降低地下水位，改變地下滲流方向； 在水流溢出處設(shè)置反濾層等。 流砂和管涌的區(qū)別是： 流砂發(fā)生在土體表面滲流逸出處，不發(fā)生于土體內(nèi)部，而管涌既可發(fā)生在滲流逸出處，也可發(fā)生于土體內(nèi)部,12.5 基坑工程的變形計(jì)算,尤其在建筑群中間，基坑設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性僅是必要條件，很多場合主要控制條件是變形?；拥淖冃斡?jì)算比較復(fù)雜，而且不夠成熟。有關(guān)基坑變形控制的要求可參見建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范(YB92597)中的規(guī)定?；幼冃斡?jì)算包括基坑坑底隆起或回彈計(jì)算及基坑圍護(hù)墻外地層變形估算。,基坑變形受到的影響因素較多，在變形的計(jì)算中必須對這些影響加以考慮?；拥淖冃斡?jì)算理論能否較好地反映實(shí)際情況受到很多因素的制約，除圍護(hù)體系本身及周圍土體特性外，較多地受施工因素的影響，計(jì)算參數(shù)難以準(zhǔn)確確定，每一個(gè)計(jì)算理論都有其適用范圍，故計(jì)算中必須充分考慮到這一點(diǎn)。,基坑隆起或回彈變形既是基坑工程安全的重要指標(biāo)，也是控制后建主體結(jié)構(gòu)回彈再壓縮變形的關(guān)鍵數(shù)據(jù)；基坑圍護(hù)墻外地層變形是基坑工程環(huán)境保護(hù)的重要指標(biāo)，也是評價(jià)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是否達(dá)到基坑安全等級要求的重要指標(biāo)，基坑設(shè)計(jì)根據(jù)該指標(biāo)提出周圍環(huán)境的具體保護(hù)措施。,對于基坑變形的估算方法分為理論、經(jīng)驗(yàn)算法和數(shù)值計(jì)算方法。理論、經(jīng)驗(yàn)算法來自于對基坑變形機(jī)理的理論研究和多年來國內(nèi)外基坑工程實(shí)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)。理論、經(jīng)驗(yàn)方法適合于對基坑的變形做出快速估計(jì)并為基坑設(shè)計(jì)與施工中的變形控制提供理論和實(shí)測依據(jù).,實(shí)用計(jì)算法：,基坑開挖時(shí)土體隆起量按下式計(jì)算,基坑再加荷沉降變形,12.5.2 基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形形狀同圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式、剛度、施工方法等都有著密切關(guān)系。Clough and Orourke(1990) 將內(nèi)支撐和錨拉系統(tǒng)的開挖所引致的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形型式歸為三類，第一類為懸臂式位移；第二類為拋物線型位移；第三種為上述兩種型態(tài)的組合。,當(dāng)基坑開挖較淺，還未設(shè)支撐時(shí)，不論對剛性墻體(如水泥土攪拌樁墻，旋噴樁樁墻等)還是柔性墻體(如鋼板樁，地下連續(xù)墻等)，均表現(xiàn)為墻頂位移最大，向基坑方向水平位移，呈懸臂式位移分布，隨著基坑開挖深度的增加，剛性墻體繼續(xù)表現(xiàn)為向基坑內(nèi)的三角形水平位移或平行剛體位移。而一般柔性墻如果設(shè)支撐，則表現(xiàn)為墻頂位移不變或逐漸向基坑外移動(dòng)，墻體腹部向基坑內(nèi)突出，即拋物線型位移,理論上有多道內(nèi)支撐體系的基坑，其墻體變形都應(yīng)為第三類組合型位移形式。但在實(shí)際工程中，深基坑的第一道支撐都接近與地表，同時(shí)大多數(shù)的測斜數(shù)據(jù)都是在第一道支撐施工完成后才開始測量，因此實(shí)測的測斜曲線其懸臂部分的位移較小，都接近于拋物線形位移。,對于墻趾進(jìn)入硬土或風(fēng)化巖層的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部基本沒有位移，而對于墻趾位于軟土中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)插入深度較小時(shí)，墻趾出現(xiàn)較大變形，呈現(xiàn)出“踢腳”形態(tài)。,墻體豎向變位,在實(shí)際工程中，墻體豎向變位量測往往被忽視，事實(shí)上由于基坑開挖土體自重應(yīng)力的釋放，致使墻體有所上升。但影響墻體豎向變形的影響因素較多，支撐、樓板的重量施加又會使墻體下沉。當(dāng)圍護(hù)墻底下因清孔不凈有沉渣時(shí)，圍護(hù)墻在開挖中會下沉，地面也下沉。因此在實(shí)際工程中出現(xiàn)墻體的隆起和下沉都是有可能的。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的不均勻下沉?xí)a(chǎn)生較大的危害，實(shí)際工程中就出現(xiàn)過地下墻不均勻下沉造成冠梁拉裂等情況。而圍護(hù)結(jié)構(gòu)同立柱的差異沉降又會使內(nèi)支撐偏心而產(chǎn)生次生應(yīng)力,坑底隆起變形,在開挖深度不大時(shí)，坑底為彈性隆起，其特征為坑底中部隆起最高( 圖7-3(a)，當(dāng)開挖達(dá)到一定深度且基坑較寬時(shí)，出現(xiàn)塑性隆起，隆起量也逐漸由中部最大轉(zhuǎn)變?yōu)閮蛇叴笾虚g小的形式,12.5.2 基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法首先結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)假定坑外地表沉降曲線，然后根據(jù)地層損失相等的概念，即假定地表沉降槽的面積等于擋土墻水平變形與擋墻圍成的面積相等。這樣，只要計(jì)算得到墻體的變形，即可推算坑外地表的沉降曲線。,根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，地表沉降的兩種典型的曲線形狀如圖7-5所示。三角形地表沉降情況主要發(fā)生在懸臂開挖或圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大的情況下。凹槽形地表沉降情況主要發(fā)生在有較大的入土深度或墻底入土在剛性較大的地層內(nèi)，墻體的變位類同于梁的變位，此時(shí)地表沉降最大值不是在墻的邊緣，而是在距離墻一定距離的位置上。,（a）三角形 （b）指數(shù)曲線 （c）拋物線,三角形沉降曲線一般發(fā)生在圍護(hù)墻位移較大的情況,地表沉降范圍為：,圍護(hù)墻的高度；,墻體所穿越土層的平均內(nèi)摩擦角。,沉陷面積與墻體的側(cè)移面積相等，可得：,指數(shù)曲線,習(xí)題,1.已知基坑開挖深度h=5m，基坑寬度較大，深寬比忽略不計(jì)。支護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度t=5m，坑側(cè)地面荷載q=20kPa，土的重度18kN/m3,粘聚力c=10kPa，內(nèi)摩擦角為零，不考慮地下水的影響。如果取承載力系數(shù)Nc=5.14，Nd=1，試計(jì)算抗隆起的安全系數(shù)k（侯學(xué)淵方法）。,習(xí)題2,習(xí)題2,習(xí)題3,習(xí)題4,某二級基坑場地中上層土為粘土，厚度為8m，重度為19kN/m2,其下為粗砂層，粗砂層中承壓水水位位于地表下2.0m處，如保證基坑坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性，基坑深度不宜大于多少米？（安全系數(shù)取1.1）,兩個(gè)功能：一是擋土；二是止水。 基坑支護(hù)分兩類： 支護(hù)型將支護(hù)墻（排樁）作為主要受力構(gòu)件； 支護(hù)型基坑支護(hù)包括板樁墻、排樁、地下連續(xù)墻等。 在基坑較淺時(shí)可不設(shè)支撐，成懸臂式結(jié)構(gòu)； 當(dāng)基坑較深或?qū)χ車孛孀冃螄?yán)格限制時(shí)，應(yīng)設(shè)水平或斜向支撐，或錨定系統(tǒng)；形成空間力系是發(fā)展方向。,加固型充分利用加固土體的強(qiáng)度。 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)壁安全等級及重要性系數(shù),3.1 結(jié)構(gòu)方案及選擇3.1.1 結(jié)構(gòu)類型,支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及其適用范圍 表3-1,圖31板樁,圖3-2 組合擋土壁,圖3-3 單排與雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu),圖3-4 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) 形成接頭,3.1.2 支撐體系,支撐體系是用來支擋圍護(hù)墻體，承受墻背側(cè)土層及地面超載在圍護(hù)墻上的側(cè)壓力。 支撐體系是由支撐、圍檁、立柱三部分組成。,3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用 3.2.1 土壓力,主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的產(chǎn)生，前提條件是支護(hù)結(jié)構(gòu)存在位移； 當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)沒有位移時(shí)，則土對支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力為靜止土壓力。 土壓力的分布與支點(diǎn)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(shí)測值與按朗肯公式計(jì)算值的對比，非挖土側(cè)實(shí)測土壓力小于朗肯主動(dòng)土壓力，即計(jì)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(shí)測圖 圖3-7 柏林地道工程土壓力實(shí)測圖,土的內(nèi)聚力C、內(nèi)摩擦角值可根據(jù)下列規(guī)定適當(dāng)調(diào)整： 在井點(diǎn)降低地下水范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)孛嬗信潘头罎B措施時(shí)，值可提高20%； 在井點(diǎn)降水土體固結(jié)的條件下，可考慮土與支護(hù)結(jié)構(gòu)間側(cè)摩阻力影響，將土的內(nèi)聚力c提高20%。,土壓力計(jì)算公式exit,主動(dòng)土壓力： 被動(dòng)土壓力：,3.2.2 地面附加荷載傳至n層土底面的豎向荷載qn,（1）地面滿布均布荷載q0時(shí)，任何土層底面處： （2）離開擋土結(jié)構(gòu)距離為a時(shí),(3)作用在面積為 與擋土結(jié)構(gòu)平行）的地面荷載，離開擋土結(jié)構(gòu)距離時(shí)。,3.2.3 水壓力,水壓力，主要根據(jù)土質(zhì)情況確定如何考慮水壓力的問題 。 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)。 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,砂土簡化計(jì)算，將水壓力與土壓力分別計(jì)算，并把水看作是： 主動(dòng)壓力=靜止壓力=被動(dòng)壓力= h,3.3 排樁、地下連續(xù)墻,計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力 并確定計(jì)算簡圖，確定嵌固深度、內(nèi)力計(jì)算； 支護(hù)樁或墻的截面設(shè)計(jì)以及壓頂梁的設(shè)計(jì)等。,3.3.1 懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)圖,根據(jù)朗肯-庫倫土壓力理論分層計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力； 在此基礎(chǔ)上確定圖3-10所示的計(jì)算簡圖。圖 據(jù)此簡圖求出嵌固深度hd; 最大彎矩截面位置及最大彎矩值； 進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)或承載力計(jì)算； 計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端位移。,懸臂exit,計(jì)算簡圖,據(jù)此求出嵌固深度hd,配筋和撓度計(jì)算,地質(zhì)條件或其它影響因素較為復(fù)雜時(shí)，也可按最大彎矩?cái)嗝娴呐浣钬炌ㄈL。 配筋應(yīng)滿足下式條件： 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端的水平位移值,y剪力為零處即D點(diǎn)至基坑底的距離； 懸臂梁上段結(jié)構(gòu)柔性變形值,下段結(jié)構(gòu)在彎矩Mmax作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角,下段結(jié)構(gòu)在彎矩Mmax作用下在D點(diǎn)產(chǎn)生的水平位移,上段結(jié)構(gòu)柔性變形 下段結(jié)構(gòu)在作用下,3.3.2 單層支撐支護(hù)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)圖,計(jì)算方法是“等值梁法”。 等值梁法的關(guān)鍵是如何確定反彎點(diǎn)的位置。 對單錨或單撐支護(hù)結(jié)構(gòu)，地面以下土壓力為零的位置，即主動(dòng)土壓力等于被動(dòng)土壓力的位置，與反彎點(diǎn)位置較接近 。,圖exit,用等值梁法計(jì)算 單錨、單支支護(hù)結(jié)構(gòu)：,圖3-15 單層支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu) 深度計(jì)算簡圖,（3）支點(diǎn)力TC1 可按下式計(jì)算： 等值梁法，對反彎點(diǎn)：,（1）計(jì)算土壓力 （2）基坑底面以下支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)定彎矩零點(diǎn)位置,（4）,嵌固深度Hd 設(shè)計(jì)值可按 下式確定:,（5）計(jì)算內(nèi)力和配筋,單層支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大彎矩: 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。 彎矩圖可按靜力平衡條件求得 可以分段配筋，也可以按最大彎矩?cái)嗝嫱ㄩL配筋 .,3.3.3 多層錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì),1)應(yīng)根據(jù)分層挖土深度與每層錨桿設(shè)置的實(shí)際施工情況分階段分層計(jì)算，這時(shí)假定下層挖土不影響上層錨桿計(jì)算的水平力； 2)多層布置時(shí)，有等彎矩布置和等反力布置兩種模式； 3）懸臂式及單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計(jì)不宜小于 ；多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計(jì)值小于0.2 h時(shí)，宜取 。,抗?jié)B透穩(wěn)定條件:,當(dāng)基坑底為碎石土及砂土、基坑內(nèi)排水且作用有滲透水壓力時(shí)，側(cè)向截水的排樁、地下連續(xù)墻除應(yīng)滿足上述規(guī)定外，嵌固深度設(shè)計(jì)值尚應(yīng)滿足式抗?jié)B透穩(wěn)定條件:,注意事項(xiàng)：,1）排樁、地下連續(xù)墻水平荷載計(jì)算單位；中心距和單位長度； 2）有支撐變形計(jì)算按彈性支點(diǎn)法計(jì)算，支點(diǎn)剛度系數(shù) 及地基土水平抗力系數(shù)m應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值； 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、地下連續(xù)墻的空間作用協(xié)同分析方法，計(jì) 算內(nèi)力和變形。,3.4 土層錨桿,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。,3.4.2 錨桿設(shè)計(jì),1）錨桿承載力計(jì)算 2）錨桿桿體的截面面積,3）錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值,（1）安全等級為一級及缺乏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的二級基坑側(cè)壁，應(yīng)進(jìn)行錨桿的基本試驗(yàn)，受拉抗力分項(xiàng)系數(shù)可取1.3。 （2）基坑側(cè)壁安全等級為二級且有鄰近工程經(jīng)驗(yàn)時(shí) ：,（3）. 對于塑性指數(shù)大于17的粘性土層中的錨桿應(yīng)進(jìn)行蠕變試驗(yàn)。 （4）錨桿預(yù)加力值（鎖定值）應(yīng)根據(jù)地層條件及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形要求確定，宜取為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值的0.500.65倍。 （5） 自由段計(jì)算長度,本講要點(diǎn),重點(diǎn)掌握懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法和計(jì)算要點(diǎn)； 重點(diǎn)掌握單錨、單支支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法和計(jì)算要點(diǎn)。 掌握錨桿計(jì)算方法； 理解多層支撐的計(jì)算原則；,3.6 水泥土墻設(shè)計(jì),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(qiáng)行拌和而形成的加固土樁體。 Mixed-In-Place Method MIP(美國) Deep Mixing Method (日本) 固化劑采用水泥或石灰； 適用于加固淤泥質(zhì)土、粘土； 國外最大深度60m ，國內(nèi)1218m； 特點(diǎn)：施工無震動(dòng)、噪音、無廢水泥漿； 坑內(nèi)無需支撐拉錨，優(yōu)良的抗?jié)B特性。 支擋高度，國內(nèi)最深9m;,水泥墻的結(jié)構(gòu)形式,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。,3.6.1 土壓力計(jì)算 計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力 3.6.2 抗傾覆計(jì)算 3.6.3 抗滑移計(jì)算 3.6.4 墻身應(yīng)力驗(yàn)算 3.6.5 整體穩(wěn)定計(jì)算 一般情況下，使墻體強(qiáng)度不成為設(shè)計(jì)的控制條件，而以結(jié)構(gòu)和邊坡的整體穩(wěn)定控制設(shè)計(jì)。,1.土壓力計(jì)算,墻后主動(dòng)土壓力,墻前被動(dòng)土壓力,2 抗傾覆計(jì)算 圖,按重力式擋墻計(jì)算墻體繞前趾A的抗傾覆安全系數(shù) ，不小于(1.01.1).,3 抗滑移計(jì)算,按重力式擋墻計(jì)算墻體沿底面滑動(dòng)的安全系數(shù)：,4.墻身應(yīng)力驗(yàn)算,墻體所驗(yàn)算截面處的法向應(yīng)力 剪應(yīng)力按下式進(jìn)行 ：,5 整體穩(wěn)定計(jì)算k= 1.25,整體穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，將滑動(dòng)土體與攪拌樁擋墻視為一個(gè)整體考慮(常選在墻底下0.51.0米處)，采用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算圖 ：,構(gòu)造要求,格柵布置時(shí)，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0.7，一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格柵長寬比不宜大于2 ； 樁與樁之間的搭接寬度 ：考慮截水作用時(shí)，樁的有效搭接寬度不宜小于150mm；當(dāng)不考慮截水作用時(shí)，搭接寬度不宜小于100mm。 不能滿足要求時(shí)，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。 攪拌樁擋墻設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例（詳見教材),3.7 土釘墻,土釘墻由被加固土體、放置在土中的土釘體和噴射砼面板組成，形成一個(gè)以土擋土的重力式擋土墻。 土釘墻自上而下施工，步步為營，土釘墻是靠土釘?shù)南嗷プ饔眯纬蓮?fù)合整體作用。 土層錨桿的失效影響較大，不應(yīng)用于沒有臨時(shí)自穩(wěn)能力的淤泥、飽和軟弱土層。,圖3-32 土釘墻應(yīng)用領(lǐng)域 a) 托換基礎(chǔ); b) 豎井的擋墻; c) 斜面的擋土墻 d) 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(jì)算,受拉承載力,受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值,荷載折減系數(shù),2 土釘墻承載力計(jì)算,采用簡化圓弧滑動(dòng)條分法,3 構(gòu) 造,土釘墻墻面坡度不宜大于1：0.1； 噴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； 噴射混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C20，面層厚度不宜小于80mm； 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(diǎn),重點(diǎn)掌握水泥土擋墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 荷載、強(qiáng)度、穩(wěn)定（傾覆、滑動(dòng)、整穩(wěn)） 土釘墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：土釘承載力和整穩(wěn),3.8 SMW,SMW擋土墻是先施工水泥土擋墻，最后按一定的形式在其中插入型鋼（如H鋼），即形成一種勁性復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)。： 止水好，剛度大，構(gòu)造簡單，型鋼插入深度一般小于攪拌深度，型鋼可回收重復(fù)使用，成本較低。 SMW適宜的基坑深度為610m，國外開挖深度已達(dá)20m。 要求型鋼間距不能過大，保證水泥土的強(qiáng)度由受剪，受壓控制。,（a）全位“滿堂”；（b）全位“1隔1” （c）全位“1隔2”；（d）半位“滿堂”；（e）半位“1隔1”,1型鋼凈間距的確定,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,2.水泥土強(qiáng)度校核,“連續(xù)”截面剪力,型鋼“間隔”布置,驗(yàn)算拱的軸力強(qiáng)度,3.9 逆作拱墻,在基坑四周場地都允許起拱的條件下（基坑各邊長L的起拱矢高 ），可以采用閉合的水平拱圈來支擋土壓力以圍護(hù)基坑的穩(wěn)定，采用閉合的水平拱圈來支擋土壓力以圍護(hù)基坑的穩(wěn)定 ； 拱結(jié)構(gòu)是以受壓力為主，能更好地發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度高的材料特性，而且拱圈支擋高度只需在坑底以上,這個(gè)閉合拱圈可以由幾條二次曲線圍成的組合拱圈（曲率不連續(xù)），也可以是一個(gè)完整的橢圓或蛋形拱圈（曲率連續(xù)）。 安全可靠，每道拱圈分別承受該道拱圈高度內(nèi)的壓力，不相互影響； 節(jié)省工期，施工方便； 節(jié)省擋土費(fèi)用，用拱圈支護(hù)的費(fèi)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.截面形狀,2.拱墻計(jì)算,逆作拱墻結(jié)構(gòu)型式根據(jù)基坑平面形狀可采用全封閉拱墻，也可采用局部拱墻，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?jié)B透條件驗(yàn)算土層穩(wěn)定性 ； 當(dāng)基底土層為粘性土?xí)r，基坑開挖深度滿足下列抗隆起驗(yàn)算條件：,均布荷載作用下，圓形閉合拱墻結(jié)構(gòu)軸向 壓力設(shè)計(jì)值 應(yīng)按下式計(jì)算：,圓拱的外圈半徑； 拱墻分道計(jì)算高度 在分道高度范圍內(nèi)的基坑外側(cè)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值的平均值。,3 構(gòu)造,混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C25 ； 拱墻截面宜為Z字型，拱壁的上、下端宜加肋梁； 當(dāng)基坑較深且一道Z字型拱墻的支護(hù)高度不夠時(shí)，可由數(shù)道拱墻疊合組成； 肋梁，其豎向間距不宜大于2.5m。 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,深地下室的常規(guī)施工是通過臨時(shí)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結(jié)構(gòu)，待地下室完工后，再逐層進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)的施工。 利用地下連續(xù)墻采用逆作法施工較深的多層地下室，成為發(fā)展的方向，這已在國內(nèi)外到得了顯著的效果。,逆作法施工工藝是先沿建筑物外圍施工地下連續(xù)墻，作為地下室的邊墻或基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。 在建筑物內(nèi)部的澆筑中間支承柱，開挖土方至第一層地下室底面標(biāo)高，澆注梁及部分的板，該層樓蓋即可作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐系統(tǒng)。然后在梁間沒有澆板的空檔內(nèi)，向下逐層施工各層地下室結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，在已完成底面梁板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，做上部結(jié)構(gòu)。 地下室封底前，地面上允許施工的層數(shù)要通過計(jì)算確定。,日本讀賣新聞社大樓 逆作法施工,地上層，地下層，總工期只用了個(gè)月， 比常規(guī)方法縮短了個(gè)月。該工程用2.0m大直 徑鉆孔灌注樁作為中間支承柱，m,共 用根。,逆作法的優(yōu)點(diǎn)：,地下主體結(jié)構(gòu)的梁、板、柱作為擋土墻的橫向支撐； 大幅度縮短工期； 逆作法只開挖有效范圍內(nèi)的土方量，減少了大量的土方量； 安全性好，且基本上不受氣候所左右。,不足：,封閉狀態(tài)下的環(huán)境進(jìn)行施工，作業(yè)環(huán)境較差；大型機(jī)械設(shè)備難于進(jìn)場； 地下結(jié)構(gòu)中墻柱的混凝土接搭質(zhì)量較難控制 ； 控制導(dǎo)柱的垂直度和承載力較難； 逆作法側(cè)向剛度較封閉式的小，施工中應(yīng)采取措施，防止一側(cè)連續(xù)墻的過大變形。,立柱,立柱在逆作施工中具有無法取代的重要性，立柱設(shè)計(jì)和計(jì)算，為逆作法設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： 1) 立柱位置的設(shè)置 2）立柱負(fù)擔(dān)荷載的計(jì)算 3）允許應(yīng)力的決定 ）立柱樁的設(shè)計(jì)按灌注樁進(jìn)行。 ）上部結(jié)構(gòu)體加固設(shè)計(jì) ）立柱的設(shè)計(jì) ）柱腳根部插入部分的設(shè)計(jì)。,逆作法施工，以地面層的梁板結(jié)構(gòu)是封閉還是敞開分為“封閉式逆作法”和“開敞式逆作法” 。 我國第一個(gè)按“封閉式逆作法”施工的試點(diǎn)工程是上?；A(chǔ)工程科研樓，地上層，地下層。 另一個(gè)為上海電信大樓地下室工程采用了“開敝式逆作法”旋工（該工程地下層，地上17層），在南京夫子廟地下商場也采用過該方法施工。,本講要點(diǎn),掌握SMW方法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)； 了解逆作拱墻的設(shè)計(jì)過程； 了解逆作法施工。,低面背景簡約商務(wù)風(fēng)PPT模板,2015,LOGO,所涉及提供的PPT模板、PPT圖片、PPT圖表等PPT素材大多 來自PPT設(shè)計(jì)大師（PPT原創(chuàng)作者個(gè)人）授權(quán)發(fā)布作品、PPT設(shè)計(jì)公司免費(fèi)作品、互聯(lián)網(wǎng)免費(fèi)共享資源精選以及部分原創(chuàng)作品，分享給PPT愛好者交流學(xué)習(xí) 之用，我們并未授權(quán)您將這些PPT模板、素材、圖片用于任何商業(yè)及其他用途，如果要使用請聯(lián)系原作者并征求作者同意。,204,為什么要進(jìn)行事故分析？,205,2011年15月份各類事故對比,分析說明： 1月TZB酯化崗位員工在分層提取時(shí)，未關(guān)閉通往排污池的排污閥，導(dǎo)致500L料液跑掉，直接經(jīng)濟(jì)損失30000元，占總