土木建筑地下結(jié)構(gòu)工程PPT課件

1、地地 下下 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 工工 程程 第01章 1. 緒論 地下結(jié)構(gòu)的定義：保留上部地層（山體或土層）的前提下，在開挖出能提供某種用途的地下空間內(nèi)修建的結(jié)構(gòu)物，統(tǒng) 稱為地下結(jié)構(gòu)。 地下工程分類 ：交通隧道，水工隧洞、礦山巷道、地下倉庫、地下工廠、地下民用與公共建筑、地下市政工程、人防 工程、國防地下工程。玄武湖隧道.ppt 1.1 地下結(jié)構(gòu)型式 地下結(jié)構(gòu)：水平，傾斜（斜井）豎直（豎井）； 水平坑道埋置深度的不同，又分成淺埋和深埋兩種。 結(jié)構(gòu)型式首先由受力條件來控制，即在一定地質(zhì)條件的土水壓力下和一定的爆炸與地震等動載下求出最合理和經(jīng)濟的結(jié)構(gòu) 型式。圖 結(jié)構(gòu)型式也受使用要求的制約； 施工方案是決定

2、地下結(jié)構(gòu)型式的重要因素之一。 返回 圖1-1 地下結(jié)構(gòu)型式 北京地鐵王府井車站 廣州地鐵東（山口）楊（箕）區(qū)間隧道 綜合地質(zhì)、使用、施工三因素，地下結(jié)構(gòu)常見的型 式有以下幾種：go 地下結(jié)構(gòu)常見的型式有以下幾種 （1） 附建式結(jié)構(gòu) 圖 （2） 淺埋式結(jié)構(gòu)圖 （3） 地道式結(jié)構(gòu)圖 （4） 沉井法結(jié)構(gòu) （5） 盾構(gòu)法結(jié)構(gòu)圖 （6） 連續(xù)墻結(jié)構(gòu) 圖 （7） 頂管結(jié)構(gòu)圖 （8） 沉管法結(jié)構(gòu)圖 圖1-2 附建結(jié)構(gòu) exit 圖1-3 淺埋式結(jié)構(gòu)exit 圖1-4 地道式結(jié)構(gòu) 圖1-5 沉井 exit 圖1-6 盾構(gòu)exit 圖1-7 地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)exit 圖1-8 頂管exit 圖1-9 沉管exit

3、 1.2 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計分工藝設(shè)計、規(guī)劃設(shè)計、建筑設(shè)計、防護設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備設(shè)計等。 結(jié)構(gòu)設(shè)計工作一般分初步設(shè)計和施工圖設(shè)計兩個階段。 初步設(shè)計的內(nèi)容 （1） 工程防護等級，三防要求與動載標準的確定； （2） 確定埋置深度與施工方法； （3） 草算荷載值； （4） 選擇建筑材料； （5） 選定結(jié)構(gòu)型式和布置； （6） 估算結(jié)構(gòu)跨度、高度、頂?shù)装寮斑厜穸鹊戎饕叽纾?（7） 繪制初步設(shè)計結(jié)構(gòu)圖； （8） 估算工程材料數(shù)量及財務(wù)概算。 技術(shù)設(shè)計 主要是解決結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定、抗裂性等問題，并提供施 工時結(jié)構(gòu)各部件的具體細節(jié)尺寸及連接大樣。 （1） 計算荷載： （2） 計算簡圖： （3）

4、內(nèi)力分析： （4） 內(nèi)力組合： （5） 配筋設(shè)計： (6） 繪制結(jié)構(gòu)施工詳圖： （7） 材料、工程數(shù)量和工程財務(wù)預(yù)算。 1.3 計算原則 1） 使用規(guī)范 2） 設(shè)計標準：確定地下建筑物的荷載、建筑材料的選用、允許考慮由塑 性變形引起的內(nèi)力重分布、截面計算原則、材料強度指標 3） 計算理論 （1）計算原理：較多地應(yīng)用以文克爾假定的基礎(chǔ)局部變形理論以及以彈 性理論為基礎(chǔ)的共同變形理論。說明 （ 2）計算方法：一般結(jié)構(gòu)力學(xué)法，彈性地基梁法，矩陣分析法。 彈性抗力限制了結(jié)構(gòu)的變形，故改善了結(jié)構(gòu)的受力情況， 如圖1-10所示。exit 1.4 本課程的內(nèi)容和任務(wù) 本課程是土木工程的一門專業(yè)課。 獲得地下

5、結(jié)構(gòu)工程的基礎(chǔ)知識，掌握地下結(jié)構(gòu)工程的技術(shù)性能，應(yīng)用方法及其施工工藝； 本書將對各種常見的地下結(jié)構(gòu)工程進行授課： 大開挖基坑、深基坑工程、 淺埋式結(jié)構(gòu)、沉井結(jié)構(gòu)、 新奧法隧道、盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)、沉管結(jié)構(gòu)、頂管結(jié)構(gòu) 數(shù)值計算方法、環(huán)境保護 學(xué)習(xí)方法和考試 先前的基礎(chǔ)學(xué)科需良好掌握； 以理解為主，勤于觀察，理論聯(lián)系實際； 考試成績組成：平時成績15，卷面成績85。 本節(jié)要點 常見地下結(jié)構(gòu)型式及使用范圍;計算原則和計算方法； 2.2.大開挖基坑工程大開挖基坑工程 定義:大開挖基坑工程是指不采用支撐而 采用直立或放坡施工進行開挖的基坑工程；由于其費用低，工期短，是首先要考慮的開挖方式。 前提 21 豎直開

6、挖 適用于開挖深度不大、無地下水、基坑土質(zhì)條件較好的場地。 豎直開挖時坑壁自然穩(wěn)定的最大臨界深度可按下式估算： a c K c H 4 Ka主動土壓力系數(shù)； 當(dāng)基坑側(cè)壁的頂部地表面與水平面夾角=0時， Ka=tg2（45- ）； 當(dāng) 0時，采用朗肯主動土壓力系數(shù)， 為坑壁土的內(nèi)摩擦角標準值。 宜采用1.21.5的安全系數(shù)； 當(dāng)基坑附近有超載時，應(yīng)重新驗算；當(dāng)坑壁因吸水或失水等原因，一旦形 成裂縫時，公式不成立；對黃土及具有裂隙的脹縮性土，該式不適用。 2 無地下水時直立開槽的允許高度 表2-1 土層類別坡高允許值（m） 密實、中密的砂土和碎石類石（充填物為砂 土） 1.00 硬塑、可塑的粘質(zhì)粉

7、土及粉質(zhì)粘土1.25 硬塑、可塑的粘性土和碎石類石（充填物為 粘性土） 1.50 堅硬的粘性土2.00 22 放坡開挖 221 散坡開挖分類 （1） 無地下水的一般放坡開挖 適用于地下水在開挖深度以下 。 （2） 明溝排水放坡開挖 適用于地下水為潛水型、涌水量較小、坑壁土及坑底土不會產(chǎn)生流砂、管 涌、基坑突涌的場地條件。 （3） 井點降水放坡開挖 地下水埋深較淺、基坑開挖較深可能產(chǎn)生流砂、管涌、基坑突涌等不良現(xiàn) 象時，可采用井點降水放坡開挖。 特別注意降水對附近建筑設(shè)施產(chǎn)生的不良影響。 222 放坡開挖坡度確定con （1）查表法表 （2） Taylor法圖 （3）條分法圖 （1）查表法exi

8、t 坑壁土類型狀態(tài) 邊坡高度 6米以內(nèi)10米以內(nèi) 軟質(zhì)巖石 微風(fēng)化10.010.10 中等風(fēng)化10.1010.20 強風(fēng)化10.2010.25 碎石類土 密 實10.2010.25 中 密10.2510.30 稍 密10.3010.40 粘性土 堅 硬10.3510.50 硬 塑10.4510.55 可 塑10.5510.65 粉土Sr 0.510.4510.55 (2). Taylor法exit 邊坡的臨界高度 由下式確定：例 題.doc c NH sc 采用陳惠發(fā)（美，肯塔基州大學(xué)，1980 (3)條分法exit i i T S K 滑動力 抗滑力 iii iiiiiiii QW lUQW

9、lC sin)( tancos)( 2.3 基坑邊坡失穩(wěn)的防止措施 （1）邊坡修坡圖2-3 （2）設(shè)置邊坡護面圖24 （3）邊坡坡腳抗滑加固圖25 (設(shè)置抗滑樁，旋噴樁，分層注漿法，深層攪拌樁)。con 圖2-3 邊坡修坡 （a）坡頂卸土； （b）坡度減??； (c) 臺階放坡exit 圖2-4 設(shè)置邊坡護面exit 圖2-5 基坑邊坡坡腳抗滑加固 exit 24 地下水的處理 241 地下水流的基本性質(zhì) 水力坡度:以I表示，I=（H1-H2）/L， I=1時的滲透速度稱為土的滲透系數(shù)K，常用m/d、m/s等表示. 動水壓力: （kN/m3） 動水壓力F等于或大于土的有效重度時，土顆粒處于懸浮狀

10、態(tài)， 土的抗剪強度等于零，土顆粒將隨著滲流的水一起流動，即所 謂“流砂”。 IF w 242 地下水處理方法 歸結(jié)成兩種： 一種是降水； 第二種是止水防水帷幕。 降水的方法有集水井降水和井點降水兩類 。 井點降水法有輕型井點、噴射井點和電滲井點 、管井井點和深井泵等。 當(dāng)土的滲透系數(shù)K5m/d時，宜用輕型井點和噴射井點； 當(dāng)K520m/d時,除上述方法外,還可選用管井井點； 當(dāng)K20深井泵、噴射井點深井泵 電滲井點布置示意圖 噴射井點工作示意圖 管井井點就是沿開挖的基坑，每隔2050m設(shè) 置一個管井，每個管井單獨用一臺水泵抽水， 適用于K=20200m/d，即地下水量大的土層中， 此法可降低地

11、下水位510m。 在城市中由于深基坑降水，總會引起地面沉陷，影響鄰近建筑物和管線。回灌井點方法 可以使地表沉陷減少2/3； 因此，采用特定的支護結(jié)構(gòu)，既擋土，又止水，形成防水帷幕為較好選擇，但造價較高。 防水帷幕常用鉆孔壓漿成樁法、地下連續(xù)墻、板樁、深層攪拌樁墻。 本講要點 重點掌握豎直開挖、放坡開挖的計算方法； 了解邊坡失穩(wěn)的防止措施； 地地 下下 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 工工 程程 第03章 3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74m(日本)，直徑最大的達98m(日本)， 而非圓形基坑的深度已達到地下層（法國）。 國內(nèi)，上海88層的金茂大廈，

12、基坑平面尺寸為170m150m，基坑開挖深 度達19.5m。上海的匯京廣場，圍護結(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到了9m。 兩個功能：一是擋土；二是止水。 基坑支護分兩類： 支護型將支護墻（排樁）作為主要受力構(gòu)件； 支護型基坑支護包括板樁墻、排樁、地下連續(xù)墻等。 在基坑較淺時可不設(shè)支撐，成懸臂式結(jié)構(gòu)； 當(dāng)基坑較深或?qū)χ車孛孀冃螄栏裣拗茣r，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) 0 安全等 級 破壞后果 一級 支護結(jié)構(gòu)破壞、土體

13、失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及 地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴重 1.10 二級 支護結(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)施工影響不嚴重 0.90 3.1 結(jié)構(gòu)方案及選擇3.1.1 結(jié)構(gòu)類型 支護結(jié)構(gòu)類型及其適用范圍 表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

14、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墻體，承受墻背側(cè)土層及地面超載在圍護墻上的側(cè)壓力。 支

15、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 支護結(jié)構(gòu)上的作用 3.2.1 土壓力 主動土壓力和被動土壓力的產(chǎn)生

16、，前提條件是支護結(jié)構(gòu)存在位 移； 當(dāng)支護結(jié)構(gòu)沒有位移時，則土對支護結(jié)構(gòu)的壓力為靜止土壓力。 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 力小于朗肯主動土壓力，即計算結(jié)果偏大。 圖3-5 懸臂支護樁土壓力分布 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 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%； 在井點降水土體固結(jié)的條件下，可考慮土與支護結(jié)構(gòu)間側(cè)摩阻力影響，將土的內(nèi)聚力c提高20%。 土壓力計算公式exit 主動土壓力： 被動土

17、壓力： ) 2 45(2) 2 45()( 2 1 n n n n i iinan tgctghqe ) 2 45(2) 2 45()( 1 2 n i n n n iinpn tgctghqe 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，任何土層底面處： （2）離開擋土結(jié)構(gòu)距離為a 時 on qq ah n i i 1 0 n q 1 n i i ha 1 non i i b qq bah (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。 ah n i i 1 0 n q ah n i i 1 0 11 21 21 )2)( q

18、 hbhab bb q n i n i ii n 221 b(bb 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 砂土簡化計算，將水壓力與 土壓力分別計算，并把水看 作是： 主動壓力=靜止壓力=被動 壓力= h w 2 2 110 ) 2 45(2) 2 45()(hctgtghHhqe wa 2110 2)(hKcKahHhq

19、wa 3.3 排樁、地下連續(xù)墻 計算主動土壓力和被動土壓力 并確定計算簡圖，確定嵌固深度、內(nèi)力計算； 支護樁或墻的截面設(shè)計以及壓頂梁的設(shè)計等。 3.3.1 懸臂式支護結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)朗肯-庫倫土壓力理論分層計算主動土壓力和被動土壓力； 在此基礎(chǔ)上確定圖3-10所示的計算簡圖。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； 進行配筋設(shè)計或承載力計算； 計算支護結(jié)構(gòu)頂端位移。 懸臂exit 計算簡圖 02.1 aa0pp ij EhEh 據(jù)此求出嵌固深度hd ppiai yEyEM max aiapjp EhEh2 配筋和撓度計算 地質(zhì)條件或其它影響因素較為復(fù)雜時，也可按最大彎矩斷面的

20、配筋貫通全長。 配筋應(yīng)滿足下式條件： 支護結(jié)構(gòu)頂端的水平位移值 VV MM c 0 c0 25.1 25.1 )(yhS y剪力為零處即D點至基坑底的距離； 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 單層支撐支護結(jié)構(gòu) 設(shè)計圖 計算方法是“等值梁法”。 等值梁法的關(guān)鍵是如何確定反彎 點的位置。 對單錨或單撐支護結(jié)構(gòu)，地面以 下土壓力為零的位置，即主動土 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、單支支護結(jié)構(gòu)： 圖3-15 單層支點支

21、護結(jié)構(gòu) 深度計算簡圖 kpka ee 11 （3）支點力TC1 可按下式計 算： 等值梁法，對反彎點： 1cT1 pc1paca1 1c hh EhEh T （1）計算土壓力 （2）基坑底面以下支護結(jié)構(gòu)設(shè)定彎矩零點位置 （4） 嵌固深度Hd 設(shè)計值可按 下式確定: 02.1)( aa0d1T1cpp ij EhhhTEh （5）計算內(nèi)力和配筋 單層支撐支護結(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，也可以按最大彎矩斷面通長配筋 . 3.3.3 多層錨拉式支護結(jié)構(gòu) 設(shè)計 1)應(yīng)根據(jù)分層挖土深度與每層錨桿設(shè)置的實際施

22、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水平力； 2)多層布置時，有等彎矩布置和等反力布置兩種模式； 3）懸臂式及單支點支護結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計不宜小于 ；多支 點支護結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計值小于0.2 h時，宜取 。 hh3.0 d hh2.0 d 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，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)計值尚應(yīng) 滿足式抗?jié)B透穩(wěn)定條件: )(2.1 wa0 hhh d 注意事項： 1）排樁、地下連續(xù)墻水平荷載計算單位；中心距和單位長度； 2）有支撐變形計算按彈性支點法計算，支點剛度系數(shù) 及地基土水平抗

23、力系數(shù)m應(yīng)按 地區(qū)經(jīng)驗取值； 3）支支撐體系（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 算內(nèi)力和變形。 T k 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 1）錨桿承載力計算 2）錨桿桿體的截面面積 cos ud NT cos y d s f T A cos py d f T A p 3）錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值 （1）安全等級為一級及缺乏地區(qū)經(jīng)驗的二級基坑側(cè)壁，應(yīng)進行錨桿的基本試驗，受拉抗力分項系數(shù)可取 1.3。 （2）基坑側(cè)壁安全等級為二級且有鄰

24、近工程經(jīng)驗時 ： )(2 22 1kks1ks s u ddclqdlqdN jjii （3）. 對于塑性指數(shù)大于17的粘性土層中的錨桿應(yīng)進行蠕變試驗。 （4）錨桿預(yù)加力值（鎖定值）應(yīng)根據(jù)地層條件及支護結(jié)構(gòu)變形要求確定，宜取為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計 值的0.500.65倍。 （5） 自由段計算長度 2 45sin/ 2 1 45sin k ktf ll 本講要點 重點掌握懸臂式支護結(jié)構(gòu)計算方法和計算要點； 重點掌握單錨、單支支護結(jié)構(gòu)計算方法和計算要點。 掌握錨桿計算方法； 理解多層支撐的計算原則； 3.6 水泥土墻設(shè)計 又稱攪拌樁擋墻 ，利用一種特殊的攪拌頭或鉆頭，鉆進地基至一定 深度后，噴出

25、固化劑，與地基土強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：施工無震動、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 土壓力計算 計算主動土壓力和被動土壓力 3.6.2 抗傾覆計算 3.6.3 抗滑移計算 3.6.4 墻身應(yīng)力驗算 3.6.5 整體穩(wěn)定計算 一般情況下，使墻

26、體強度不成為設(shè)計的控制條件，而以結(jié)構(gòu)和 邊坡的整體穩(wěn)定控制設(shè)計。 1.土壓力計算 墻后主動土壓力 /2 2 452 2 45 2 1 222 ccHtgtgqHHE a 墻前被動土壓力 2 45tg2 2 45tg 2 1 22 Dp D D D hChE 0 2 2 02 2 0 122 2 2 aaa aa a a a a PzKcK zPcK c Pz K cc cK K /2 2 452 2 45 2 1 222 ccHtgtgqHHE a 2 抗傾覆計算 圖 按重力式擋墻計算墻體繞前趾A的抗傾覆安全系數(shù) ，不小于(1.01.1). p1p2 R D Da0 111 322 () /

27、3 hEhEBW M K MEHZ 3 抗滑移計算 按重力式擋墻計算墻體沿底面滑動的安全系數(shù)： a p00 c tg E EBcW K 4.墻身應(yīng)力驗算 墻體所驗算截面處的法向應(yīng)力 剪應(yīng)力按下式進行 ： K q B W u1 KB E 5 整體穩(wěn)定計算k= 1.25 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考慮(常選在墻底下0.51.0米處)，采用圓弧滑動 法計算圖 ： i n i iii n i iiiii n i ii Wbq Wbqlc K sin)( tgcos)( 1 11 構(gòu)造要求 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0.7，一般粘性土及砂

28、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，樁的有效搭接寬度不 宜小于150mm；當(dāng)不考慮截水作用時，搭接寬度不宜小于100mm。 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。 攪拌樁擋墻設(shè)計計算實例（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?用形成復(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

29、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 1 土釘受拉承載力計算 jj TT uk0 25.1 受拉承載力 受拉荷載標準值 jjjjjk sseTcos/ zxka 荷載折減系數(shù) ) 2 45(/ tg 1 2 tg 1 2 tg 2 k k tg iijj lqT ksn s u d 1 2 土釘墻承載力計算 采用簡化圓弧滑動條分法 m j j n i iiii n i ii TtgbqWssLc 1 n 1 k0 1 k cos)( tg)sin( 2 1 )cos( kijjjj 0sin)( 1 00 n i iiik bqws 3 構(gòu)

30、 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 重點掌握水泥土擋墻的設(shè)計要點： 荷載、強度、穩(wěn)定（傾覆、滑動、整穩(wěn)） 土釘墻的設(shè)計要點：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 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。

31、SMW適宜的基坑深度為610m，國外開挖深度已達 20m。 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。 （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 ehBl c 2 2 2.水泥土強度校核 2 2 1 ql Q s el 1 1 d Q “連續(xù)”截面剪力 型鋼“間隔”布置 s 2e 3 e 2 2 d ql A Q 驗算拱的軸力強度 2 2 ql N c f 2 f B ql A N 3.9 逆作拱墻 在基坑四周場地都允許起拱的條件下（基坑

32、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基坑的穩(wěn) 定，采用閉合的水平拱圈來支擋土壓力以圍護基坑的穩(wěn)定 ； 拱結(jié)構(gòu)是以受壓力為主，能更好地發(fā)揮混凝土抗壓強度高的材 料特性，而且拱圈支擋高度只需在坑底以上 Lf12.0 這個閉合拱圈可以由幾條二次曲線圍成的組合拱圈（曲率不連 續(xù)），也可以是一個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)省擋土費用，用拱圈支護的費用僅為用擋土樁的40%60%。 而且，基坑越深，經(jīng)濟效益越顯著。 1.截面形狀 2.拱墻計算 0 (1) / 1.3 k tg kp

33、k ck e hq tg 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算條件： iai hNRe35.1 0 均布荷載作用下，圓形閉合拱墻結(jié)構(gòu)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)水平荷載標準值的平均值。 a e i h R 3 構(gòu)造 混凝土強度等級不宜低于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

34、且一道Z字型拱墻的支護高度不夠時，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)施工是通過臨時支護基坑坑壁，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 面標高，澆注梁及部分的板，該層樓蓋即可作為

35、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，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，總工期只用了個月， 比常規(guī)方法縮短了個月。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： 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)境進行施工，作業(yè)環(huán)境較差；大型機械設(shè)備難于進場； 地

36、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)計和計算， 為逆作法設(shè)計的主要內(nèi)容： 1) 立柱位置的設(shè)置 2）立柱負擔(dān)荷載的計算 3）允許應(yīng)力的決定 ）立柱樁的設(shè)計按灌注樁進行。 ）上部結(jié)構(gòu)體加固設(shè)計 ）立柱的設(shè)計 ）柱腳根部插入部分的設(shè)計。 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” 。 我國第一個按“封閉式逆作法”施工的試點工程是上?；A(chǔ)工程科研樓， 地上層，地下層。 另一個為上海電信大樓地下室工程

37、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 掌握SMW方法的設(shè)計要點； 了解逆作拱墻的設(shè)計過程； 了解逆作法施工。 地地 下下 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 工工 程程 第04章 上一章要點 懸臂支護、單撐單錨支護、土層錨桿、 水泥擋土墻、土釘墻、SMW方法、逆作拱墻的設(shè)計過程； 了解逆作法施工。 第4章 新奧法與錨噴支護 4.1 概述 4.1.1 新奧法簡介 奧地利學(xué)者L.V.Rabcewicz二十世紀60年代出提出了“新奧地利隧道施工 法” 。 New Austrian Tunnelling Method簡稱為“新奧法”（NATM）。 “歐洲

38、隧道掘進法”或“收斂約束法”（Convergence Confinement Method）。 新奧法 ：圍巖本身具有“自承”能力，若采用正確的設(shè)計施工方 法，最大限度地發(fā)揮這種自承能力，即可以使得經(jīng)濟效果達到最 佳 。 要點 盡可能不擾動周邊圍巖，開挖之后及時進行一次支護，然后視需要進行二次支護。 支護都是柔性的，以適應(yīng)圍巖的變形。 目前采用經(jīng)驗統(tǒng)計類比的方法做預(yù)設(shè)計，再在施工過程中不斷監(jiān)測圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變狀況，按其發(fā)展規(guī)律 來調(diào)整支護措施。 適用條件及要求 深埋、淺埋、中等埋深 均可； 勘測、設(shè)計、施工、控制各環(huán)節(jié)密切配合； 盡可能地發(fā)揮圍巖的自承作用 ，采用控制爆破（光面爆破、預(yù)裂爆破）

39、。 新奧法的優(yōu)點 （1）經(jīng)濟、快速。 若以面積A為100，設(shè)計襯砌量B和超挖 量的面積C?？梢钥闯?，由于采用控制爆 破、柔性 薄襯砌，新奧法的開挖量為老方法的73 （110/151），襯砌量為老方法的20 。此外，還可省去全部木模和40以 上的混凝土，降低支護成本30以上 2）安全、適應(yīng)性強 表4-1 老方法與新奧法 工程量對比 老方法 新奧法 有效使用面積A100100 混凝土襯砌面積B367 超挖面積C153 B+C5110 新奧法的主要原則 （1）圍巖是洞室的主要承載結(jié)構(gòu)，而不是單純的荷載，它具有一定的自承能 力。 （2）盡量保持圍巖原有的結(jié)構(gòu)和強度； （3）盡可能作到適時支護。 （4）

40、支護本身應(yīng)具有薄、柔、與圍巖密貼和早強等特性，支護施工應(yīng)及時快 速，使圍巖盡快封閉而處于三向受力狀態(tài)。 （5）洞室盡可能為圓形斷面，或由光滑曲線連接而形成的斷面，以避免應(yīng)力 集中。 （6）良好的施工組織和施工人員的良好素質(zhì)對洞室結(jié)構(gòu)施工的安全、經(jīng)濟非 常重要。 4.1.2 錨噴支護簡介 錨噴支護（Shotcrete and Bolting）是采用噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、錨桿噴射混凝土或錨桿鋼 筋網(wǎng)噴射混凝土等在毛洞開挖后及時地對地層進行加固的結(jié)構(gòu)。 1）錨噴支護的優(yōu)點 節(jié)省、加快施工進度； 符合巖體力學(xué)原理的積極支護方法 ； 柔性好，它能與圍巖變形一致，從而與之構(gòu)成一個共同工作的承載體系

41、 ； 錨噴支護技術(shù)不再把圍巖僅僅視作荷載（松散壓力），同時還把它視為承載結(jié)構(gòu)的組成部分。錨噴支護結(jié) 構(gòu)承受荷載的性質(zhì)為圍巖的形變壓力。 2）錨噴支護的適用條件及要求 配合光面爆破等控制爆破技術(shù)，使開挖斷面輪廓平整、準確，便于錨噴成型，并減少回彈量； 減輕爆破對圍巖的松動破壞，維持圍巖強度和自承能力。 4.1.3 新奧法與錨噴支護 不能將新奧法等同于錨噴支護； 既有密切聯(lián)系又有原則區(qū)別； 錨噴支護的快速有效的支護施工手段，才有可能使新奧法的基本原則得以實現(xiàn)。 不把圍巖看成自承結(jié)構(gòu)，不充分發(fā)揮圍巖本身的作用，即使大量采用錨噴支護，也不能認為是應(yīng)用了新奧法。 4.2 隧道圍巖壓力的確定 4.2.1

42、圍巖壓力 開挖隧道使圍巖原有的平衡狀態(tài)破壞了，對隧道周圍一定范圍內(nèi)的圍巖產(chǎn)生了不同程度的擾動。 支護結(jié)構(gòu)要阻止圍巖的移動、變形，支護結(jié)構(gòu)就必然要受到圍巖所施加的力，即圍巖壓力 。 初始應(yīng)力 平衡狀態(tài)下的三向應(yīng)力 ： H H zyx z 1 隧道開挖前后的變化 硬巖及軟巖在隧道開挖后應(yīng)力重新分布 范圍的大小與地質(zhì)條件有關(guān)，一般為隧道開挖跨度的 0.52.5倍。 在堅硬、完整巖體中，由于巖體強度高，影響范圍小，巖體能 承受周邊急劇增大的應(yīng)力，可使隧道保持穩(wěn)定，一般只有彈性 變形而不會破壞； 而在松軟、破碎巖體中，由于巖體不能承受增大的應(yīng)力，在一 定范圍內(nèi)的巖石就要松動、破壞并向隧道內(nèi)坍塌。 圍巖壓

43、力類型有垂直壓力、側(cè)壓力和底壓力， 4.2.2 隧道圍巖壓力的確定 1）深埋隧道圍巖壓力的確定 i為每增減1m時的圍巖壓力增減率。以B5.0m的圍巖垂直 均布壓力為準，當(dāng)B60MPa V :呈大塊狀砌體結(jié)構(gòu)硬質(zhì)巖石, Rb30MPa IV :呈塊（石）碎（石）狀鑲嵌結(jié)構(gòu) III :略具壓密或成巖作用的粘性土 、砂性土 II :濕的一般碎、卵石土，圓礫、角礫土及黃土 I：軟塑狀粘性土及潮濕的粉細砂等 表4-3 各類圍巖的重度 圍巖類別 (kN/m3)25.527.424.526.522.524.518.621.616.719.614.716.7 注：對類圍巖的老黃土采用16.717.6kN/m3

44、； 對類圍巖的新黃土采用14.7kN/m3。 表4-4 圍巖水平均布壓力e 圍巖類別 、 e00.15q(0.150.3)q(0.30.5)q(0.51.0)q 必須同時具備下列條件： （1）H/B1.7，H為隧道開挖高度，B為隧道開挖寬度。 （2）不產(chǎn)生膨脹力的圍巖及偏壓不顯著的隧道； （3）采用鉆爆法施工的隧道。 2）淺埋隧道圍巖壓力的確定 按荷載等效高度的判定式為： 在新奧法施工的條件下，類圍巖取 ，類圍巖 。qp hH)5 .20 .2( q h q qp hH5.2 qp hH0.2 （1）埋深H小于或等于荷載等效高度hq 圍巖壓力完全由上覆巖（土）柱的重力產(chǎn)生，視為均布時，垂直壓力

45、和水平壓力為： Hq ) 2 45()tg 2 ( o2 t H He （2）埋深H大于hq、小于Hp 在這種情況下，隧道上覆土體下滑時要考慮滑面阻力的 影響，否則計算出的壓力值過大。 本講要點 理解新奧法和噴錨支護的實質(zhì)與聯(lián)系； 掌握深埋和淺埋隧道圍巖壓力的計算。 （2）埋深H大于hq、小于Hp EFHG巖（土）體下沉，帶動兩側(cè)三棱土體（如圖中FDB及ECA）下沉受到阻力T， 整個土體ABDC下沉?xí)r，又要受到未擾動巖（土）體的阻力F； AC或BD表示假定的破裂面 與水平成 角； T未知 三棱體ECA中，受到三個力：T F W運用正弦定理： sin22TWTWQ 淺 tg2 1 1 h hW

46、)(90sin)sin( o 1 WT 1 o )(90sin )sin( WT cos2 1 2 hT tgtg)tgtg(tg1tg tgtg 極限狀態(tài)下可以求得 破裂面的夾角 總垂直壓力 ： 簡化為： 0 d d tgtg tg)tg1( tgtg 2 tghWTWQ 2 sin2 淺 tgHWQ 2 淺 HBW t )(tgHBHQ t 淺 豎向均布荷載和水平側(cè)壓力 )1(tg B H H B Q q tt 淺 淺 he He 2 1 )( 2 1 21 eee 4.3 錨噴支護結(jié)構(gòu) 4.3.1 錨噴支護的設(shè)計步驟 5個步驟進行： （1）調(diào)查地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，分析圍巖的穩(wěn)定條件； （

47、2）用工程類比方法選擇支護類型及設(shè)計參數(shù)，對錨噴支護進行受力分析 和結(jié)構(gòu)計算，并提出施工注意事項； （3）支護施工中，嚴密監(jiān)測地質(zhì)情況的變化，及時修改設(shè)計參數(shù)，變更施 工工序； （4）支護完成后，分析隧道的穩(wěn)定狀況，對其長期穩(wěn)定性作出評價。必要 時，可對支護變形和應(yīng)力進行量測，包括施工階段的監(jiān)測； （5）總結(jié)經(jīng)驗，改進設(shè)計與施工。掌握巖體變形、坍塌的規(guī)律之后，在恰 當(dāng)?shù)臅r間，采用適當(dāng)?shù)霓k法進行支護。 4.3.2 錨噴支護的受力分析和結(jié)構(gòu)計算 影響因素比較復(fù)雜,多種計算方法,尚處于半經(jīng)驗半理論階段 . 錨桿支護結(jié)構(gòu)； 噴射混凝土支護； 1）錨桿支護結(jié)構(gòu) 全長粘結(jié)型錨桿：普通水泥砂漿錨桿、早強水泥

48、砂漿錨桿、樹脂卷錨 桿和水泥卷錨桿； 端頭錨固型錨桿；機械錨固錨桿、樹脂錨固錨桿、快硬水泥卷錨固錨 桿； 摩擦型錨桿 ；縫管錨桿、楔管錨桿、水脹錨桿； 預(yù)應(yīng)力錨桿； 自鉆式錨桿。 （1）錨桿的設(shè)計計算 錨桿的軸向拉力標準值、設(shè)計值 cos/ tkak HN akQa NN 錨桿鋼筋截面面積 y a s f N A 2 1.1 2 錨桿抗拉工作條件系數(shù)，永久性錨桿取0.69， 臨時性錨桿取0.92； 錨桿錨固體與地層的錨固長度 rb ak a Df N l 1 錨桿鋼筋與錨固砂漿之間的錨固長度 鋼筋與錨固砂漿之間的粘結(jié)強度設(shè)計值（kPa），應(yīng)由試驗確 定，當(dāng)缺乏試驗資料時可按表4-9取值； 鋼筋

49、與砂漿粘結(jié)強度工作條件系數(shù)，對永久性錨桿取0.60， 對臨時性錨桿取0.72。 b a a dfn N l 3 1.1 b f 3 錨桿支護可以根據(jù)不同圍巖的巖層產(chǎn)狀和穩(wěn)定狀況靈活進行。 其作用原理主要有聯(lián)結(jié)作用、組合作用和整體加固作用。 （2）錨桿的聯(lián)結(jié)作用 用錨桿將它們聯(lián)合起來，并將錨桿盡可能深入到穩(wěn)定的巖層 中，考慮錨桿承擔(dān)全部不穩(wěn)定巖塊的重量。 錨桿承載力計算 sin )sin( sin sin 0 0 i i G N G Q 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB 503302002）規(guī)定： 用錨桿加固局部不穩(wěn)定塊體時，錨桿抗力應(yīng)滿足下列要求： a.加固受拉破壞的不穩(wěn)定危巖塊體，錨桿抗拉承載力應(yīng)

50、滿足： b.加固受剪破壞的不穩(wěn)定危巖塊體，錨桿抗剪承載力應(yīng)滿足： 02 1.1GfA Qys 12 1.1)tg(GAcGfA Qssvsv 錨桿長度 錨桿總長度應(yīng)為錨固段、自由段和外錨段的長度之和，并應(yīng)滿足下列要求： a.錨桿自由段長度按外錨頭到潛在滑裂面的長度計算；預(yù)應(yīng)力錨桿自由段長度應(yīng)不小于5m，且應(yīng)超過潛在 滑裂面； b.錨桿錨固段長度應(yīng)按式（4-22）、（4-23）進行計算，并取其中大值 。 構(gòu)造 土層錨桿的錨固段長度不應(yīng)小于4m，且不宜大于10m； 巖石錨桿的錨固段長度不應(yīng)小于3m，且不宜大于45D（D為錨固體直徑）和6.5m，或55D和8m（對預(yù)應(yīng) 力錨索）； （3）錨桿的組合作

51、用 錨桿的組合作用是依靠錨桿將 數(shù)層薄層的巖層組合在一起， 形成組合拱或組合梁，以提高 巖層整體的抗剪、抗彎的能力 。 錨桿提供的抗剪力、抗拉力，以及錨桿的錨固力使將要滑動的巖塊得以穩(wěn)定，阻止層面的互相錯動。 錨桿應(yīng)按與巖層層面垂直的方向設(shè)置。如對錨桿施加預(yù)應(yīng)力，可提高其支護效果。 （4）錨桿的整體加固作用 通過有規(guī)律布置的一系列錨桿，將 鄰近的巖體聯(lián)結(jié)在一起，能阻止不 穩(wěn)定巖石的滑移，促使巖石之間的 間隙面壓緊，同時使隧道四周一定 范圍內(nèi)的圍巖組成一個承載環(huán)。 由于錨桿支護力的作用，壓縮帶 獲得徑向支護力，使壓縮帶中的 巖體處在三向受壓狀態(tài)。 r 砂漿錨桿的加固作用 砂漿錨桿的承載力可用下式

52、表示 )tg( s1sts cDLP 當(dāng)圍巖產(chǎn)生位移時，錨桿單位長度上的承載力Ps/L1與 的合力阻止圍巖位移的發(fā)展，產(chǎn)生支護力，并使在 錨桿間的圍巖產(chǎn)生壓縮和成拱作用，提高了圍巖強度并縮小了圍巖的承載跨度（等于錨桿間距），從而達到穩(wěn) 定和加固圍巖的目的。 t 本講要點 掌握圍巖壓力的計算方法； 理解噴錨支護的概念； 掌握錨桿支護的作用與計算方法； 2）噴射混凝土支護結(jié)構(gòu) 兩個方面起支護作用 ： （1）局部穩(wěn)定原理 （2）整體穩(wěn)定原理 噴射混凝土的設(shè)計強度等級不應(yīng)低于C20；噴射混凝土1d齡期的抗壓強度不應(yīng)低于5MPa。 （1）局部穩(wěn)定原理 噴射混凝土支護結(jié)構(gòu)及時封閉巖層表面的節(jié)理、裂隙，填平

53、或緩和表面的凹凸不平，使隧道內(nèi)的輪廓較為平 順，從而提高圍巖節(jié)理、裂隙間的粘結(jié)力、摩阻力和抗剪強度，并減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。 噴射混凝土關(guān)鍵是控制冠石，此時，噴射混凝土需能承受冠石的重量。 噴層對局部不穩(wěn)定危巖塊體的抗拉承載力應(yīng)按下 式驗算（沖切） 噴層工作條件系數(shù)，取0.6； ft噴射混凝土抗拉強度設(shè)計值（kPa）； h噴層厚度 ur不穩(wěn)定危巖塊體出露面的周邊長度 0 1.16.0Ghuf Qrtc c a）按沖切破壞計算；b）按撕開破壞計算 整體穩(wěn)定原理 噴射混凝土與圍巖表面緊密貼合，形成組合結(jié)構(gòu)共同工作。 一方面在與圍巖共同承載和變形過程中對圍巖提供支護力，使圍巖變形得到控制，應(yīng)力得以調(diào)整；

54、 另一方面承受來自圍巖變形引起的形變壓力，從而使圍巖保持穩(wěn)定。 3）新奧法中錨噴聯(lián)合支護的應(yīng)用 （1）新奧法與錨噴支護 較好的圍巖（如類以上圍巖），可以噴射混凝土為主，錨桿加固以輔； 較差的圍巖，則以錨桿，尤其是預(yù)應(yīng)力錨桿作為主要的巖體加固手段，并與噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)噴射混凝 土或加鋼拱的鋼筋網(wǎng)噴射混凝土配合使用。 施工步驟 新奧法以及時的錨噴作為臨時支護，稱為第一次襯砌。 第一次襯砌可以起到穩(wěn)定圍巖，控制圍巖應(yīng)力和變形，防止圍巖 松馳、坍塌等作用。 待其基本穩(wěn)定后，再加做模注混凝土二次襯砌。 原來的臨時支護（錨噴支護）成為永久襯砌的一個組成部分。 二次襯砌基本上不承受荷載或承受很小的荷載，主

55、要是為了滿足 隧道結(jié)構(gòu)物的安全、耐久、防水和飾面等的需要。 （2）新奧法中支護與圍巖共同作用的力學(xué)原理 支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理是圍巖和柔性支護共同變形、破壞的彈塑性理論。 圍巖為均質(zhì)、各向同性的連續(xù)彈塑性體，巖體在塑性變形、剪切破壞后仍有殘余強度；隧道初始 應(yīng)力場為自重應(yīng)力場，側(cè)壓力系數(shù)1；隧道斷面形狀為圓形；在一定的埋深條件下，將隧道看作無 限體中的孔洞問題。 “莫爾-庫倫”準則作為“塑性判據(jù)” sin1 cos 2 sin1 sin1 31 c 圍巖的彈塑性狀態(tài) 1彈塑性狀態(tài)應(yīng)力分布曲線；2彈性狀態(tài)應(yīng)力分布曲線 彈性區(qū)中任一點的應(yīng)力為 彈性區(qū)中任一點的徑向應(yīng)力； 彈性區(qū)中任一點的切向應(yīng)力； r

56、彈性區(qū)中任一點到隧道中心的徑向距離。 P0原巖應(yīng)力 2 2 2 2 0 2 2 2 2 0 )1( )1( r R r R p r R r R p R e R e r e r e 塑性區(qū)中任一點的應(yīng)力公式為 塑性區(qū)中靠近隧道內(nèi)緣的應(yīng)力，因滿足塑性條件而相對減小，成為“應(yīng)力降低區(qū)”，而最大的應(yīng)力發(fā) 生在圍巖中塑性區(qū)與彈性區(qū)的交界面上。 ctg) sin1 sin1 ()(ctg( ctg)(ctg( sin1 sin2 0 sin1 sin2 0 c r r cp c r r cp i p i p r 在彈性區(qū)與塑性區(qū)的交界面上（r=R處） 令兩式分別相等，整理后可得： 支護力pi越小，則圍巖中

57、出現(xiàn)的塑性區(qū)半徑 R越大； 圍巖中出現(xiàn)的塑性區(qū)半徑R越大，則圍巖對支護的形變壓力pa （與支護力pi相平衡）越小。 ctg)(sin1)(ctg( sin1 sin2 0 0 c R r cpp i sin2 sin1 0 0 ctg )sin1)(ctg( cp cp rR i 巖體的原巖應(yīng)力p0越大，則塑性半徑R就越大。 p0反映圍巖強度性質(zhì)的兩個指標，即粘聚力c和內(nèi)摩擦角越小， 巖體強度越低，則塑性半徑R就越大。 新奧法柔性支護理論的出發(fā)點，是設(shè)計、施工中采取支護措施 時要積極利用的，以便使支護受到盡可能小的形變壓力。 隧道周邊的徑向位移u 隧道周邊徑向位移u的大小，主要取決于支護力pi

58、。當(dāng)pi減小時，u增大；反之，u減小。 圍巖位移曲線 )11( 0 Aru sin sin1 0 00 ctg ctg )sin1()ctg(sin 1 2)ctg(sin 1 cp cp cp E cp E A i )( i pfu 圍巖位移、支護特性曲線 kup a 0 2 2 0 0 1 1 a a r E k 隧道開挖后，若支護非?？?，且支護剛度又很大，隧道周邊圍巖沒有變形或變形很小，圖中A點取得平衡， 支護需提供很大支護力pmax；圍巖僅負擔(dān)產(chǎn)生彈性變形u0的壓力 ； 假如平衡位置由A點移至C點、E點，則形變壓力由pmax減至 、。 C p E p 若隧道開挖后不加支護，或支護很不及

59、時，即允許圍巖自由變形。表現(xiàn)為曲線DB。這時，隧道周邊位移 達到最大值umax，形變壓力pa很小或接近于零。 圍巖已經(jīng)出現(xiàn)松馳、坍塌 ，圍巖對支護的壓力就是松散壓力 ，只能按傳統(tǒng)施工方法施作模注混凝土襯砌。 較佳的支護工作點應(yīng)當(dāng)在D點以左附近，如圖中E點。在該點上，圍巖既可產(chǎn)生較大的變形 ，以 較多地分擔(dān)巖體壓力（ ），而由支護分擔(dān)的形變壓力較小（ ）； )( 0E uu E pp 0 E p 最重要的便是如何掌握好施作時間（以圍巖的變形來判斷）和支護剛 度k（支護特性曲線的斜率）。 兩次支護： 首先在隧道開挖后，及時地進行初期支護和封閉 ； 通過對圍巖變形的監(jiān)測，掌握隧道周邊圍巖和支護的變形

60、情況，待變 形基本趨于穩(wěn)定時，即達到圖中i點附近時，再進行第二次支護。 如作內(nèi)層二次襯砌，所承受的形變壓力就更小，或為零。 通過上述兩次支護的手段，便可以達到支護襯砌結(jié)構(gòu)的合理、經(jīng)濟、安全的目的。 本講要點 理解噴射混凝土的兩種作用； 掌握新奧法與錨噴支護結(jié)合的原理：難點是理解位移支護曲線。 （3）新奧法錨噴支護的結(jié)構(gòu)計算和支護監(jiān)控 新奧法支護設(shè)計的主要方法有： a.以工程類比為基礎(chǔ)的經(jīng)驗法； b.以現(xiàn)場測量為基礎(chǔ)的監(jiān)控法； c.以理論分析為基礎(chǔ)的計算法； d.以上3種方法相結(jié)合的綜合法。 新奧法錨噴柔性支護中，支護和圍巖緊密貼合，共同工作，支護和圍巖發(fā)生的破壞主要為剪切破壞。 其穩(wěn)定的喪失常