明挖基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、主講：孟杏微主講：孟杏微2010-05-28本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：1、常用的基坑支護(hù)類型；、常用的基坑支護(hù)類型；2、掌握重力式擋墻、排樁與地下連續(xù)墻擋土結(jié)構(gòu)、掌握重力式擋墻、排樁與地下連續(xù)墻擋土結(jié)構(gòu)、土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2010-05-28 基坑基坑是為了修筑建筑物的基礎(chǔ)或地下室、埋設(shè)是為了修筑建筑物的基礎(chǔ)或地下室、埋設(shè)市政工程的管道以及開發(fā)地下空間市政工程的管道以及開發(fā)地下空間( (如地鐵車站、如地鐵車站、地下商場(chǎng)地下商場(chǎng)) )等所開挖的地面以下的坑。等所開挖的地面以下的坑。 基坑支護(hù)工程基坑支護(hù)工程是指在基坑開挖時(shí)，為了保證坑是指在基坑開挖時(shí)，為了保證坑壁不致

2、坍塌、保護(hù)主體地下結(jié)構(gòu)的安全以及使周圍壁不致坍塌、保護(hù)主體地下結(jié)構(gòu)的安全以及使周圍環(huán)境不受損害所采取的工程措施的總稱。環(huán)境不受損害所采取的工程措施的總稱。 在基坑施工時(shí)，有的有支護(hù)措施，稱之為在基坑施工時(shí)，有的有支護(hù)措施，稱之為有支有支護(hù)基坑工程護(hù)基坑工程；有的則沒(méi)有支護(hù)措施，稱之為；有的則沒(méi)有支護(hù)措施，稱之為無(wú)支護(hù)無(wú)支護(hù)基坑工程基坑工程。DEEP EXCAVATIONS 7.1引言引言2010-05-287.1.1 7.1.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu) 支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)是指基坑支護(hù)工程中采用的支護(hù)是指基坑支護(hù)工程中采用的支護(hù)墻體墻體( (包括防滲帷幕包括防滲帷幕) )以及內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)以及內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)(

3、(或土層或土層錨桿錨桿) )等的總稱。等的總稱。2010-05-28 支護(hù)墻體支護(hù)墻體是指承受坑內(nèi)外水、土側(cè)壓力是指承受坑內(nèi)外水、土側(cè)壓力以及內(nèi)支護(hù)反力或錨桿拉力的墻體，是保證以及內(nèi)支護(hù)反力或錨桿拉力的墻體，是保證 坑壁穩(wěn)定坑壁穩(wěn)定 的一種臨時(shí)擋墻結(jié)構(gòu)。的一種臨時(shí)擋墻結(jié)構(gòu)。(1)支護(hù)墻體2010-05-282010-05-282010-05-282010-05-28 內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)是由內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)是由圍梁圍梁、支護(hù)桿件支護(hù)桿件以及以及立柱立柱等組等組成的結(jié)構(gòu)體系，其作用是同坑底被動(dòng)區(qū)土體共同平成的結(jié)構(gòu)體系，其作用是同坑底被動(dòng)區(qū)土體共同平衡支護(hù)墻體外的主動(dòng)區(qū)壓力（包括土壓力、水壓力衡支護(hù)墻體外的主動(dòng)區(qū)

4、壓力（包括土壓力、水壓力及地面荷載引起的側(cè)壓力）。圍梁是一道或幾道沿及地面荷載引起的側(cè)壓力）。圍梁是一道或幾道沿著支護(hù)墻體內(nèi)側(cè)設(shè)置，把支護(hù)墻體所承受的力相對(duì)著支護(hù)墻體內(nèi)側(cè)設(shè)置，把支護(hù)墻體所承受的力相對(duì)均勻地傳遞給內(nèi)支護(hù)桿件的水平向梁支護(hù)桿件，承均勻地傳遞給內(nèi)支護(hù)桿件的水平向梁支護(hù)桿件，承受著圍梁傳來(lái)的軸力和彎矩。立柱的作用一方面是受著圍梁傳來(lái)的軸力和彎矩。立柱的作用一方面是承受支護(hù)及施工承受支護(hù)及施工 荷載的重量，另一方面增加對(duì)支護(hù)荷載的重量，另一方面增加對(duì)支護(hù)桿件的約束。桿件的約束。(2) (2) 內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)2010-05-282010-05-28內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)圍梁圍梁支護(hù)桿件支護(hù)桿件

5、2010-05-28內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)立柱立柱2010-05-282010-05-282010-05-282010-05-28(3) 土層錨桿Soil Nails 土層錨桿是一種一端固定在開土層錨桿是一種一端固定在開挖基坑外的穩(wěn)定挖基坑外的穩(wěn)定 地層內(nèi)，另一端地層內(nèi)，另一端與支護(hù)墻相連接的受拉桿件。其作與支護(hù)墻相連接的受拉桿件。其作用同內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)用同內(nèi)支護(hù)系統(tǒng) ，它不設(shè)置在基，它不設(shè)置在基坑內(nèi)，使基坑內(nèi)有寬敞的工作環(huán)坑內(nèi)，使基坑內(nèi)有寬敞的工作環(huán)境境 。2010-05-282010-05-282010-05-287.1.2 7.1.2 地基加固地基加固 為提高支護(hù)墻被動(dòng)側(cè)土體的強(qiáng)度及模量、減少

6、主為提高支護(hù)墻被動(dòng)側(cè)土體的強(qiáng)度及模量、減少主動(dòng)側(cè)土壓力以及抵抗坑底承壓水等而在支護(hù)。動(dòng)側(cè)土壓力以及抵抗坑底承壓水等而在支護(hù)。2010-05-28從施工工藝上分類往往有從施工工藝上分類往往有(1)(1)水泥土深層攪拌樁；水泥土深層攪拌樁；(2)(2)旋噴樁；旋噴樁；(3)(3)注漿注漿2010-05-282010-05-282010-05-28墻內(nèi)外側(cè)對(duì)地基進(jìn)行加固的措施2010-05-28 7.1.3 7.1.3 井點(diǎn)降水井點(diǎn)降水 在基坑開挖前，在坑內(nèi)四周預(yù)先埋入深于坑底的一在基坑開挖前，在坑內(nèi)四周預(yù)先埋入深于坑底的一系列井管，利用抽水設(shè)備連續(xù)抽水，在井管周圍形成降系列井管，利用抽水設(shè)備連續(xù)抽

7、水，在井管周圍形成降水漏斗，使地下水位低于坑底的降水方法。水漏斗，使地下水位低于坑底的降水方法。2010-05-282010-05-282010-05-282010-05-282010-05-28 7.1.4 7.1.4 開挖過(guò)程開挖過(guò)程 分層分塊將坑底以上土體挖除，開挖順序應(yīng)根據(jù)整個(gè)基坑體分層分塊將坑底以上土體挖除，開挖順序應(yīng)根據(jù)整個(gè)基坑體系的穩(wěn)定等計(jì)算確定。系的穩(wěn)定等計(jì)算確定。2010-05-282010-05-28 7.1.5 7.1.5 施工監(jiān)測(cè)施工監(jiān)測(cè) 監(jiān)測(cè)是指在基坑工程施工過(guò)程中，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)是指在基坑工程施工過(guò)程中，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及其周圍地層、附近建筑物、地下管線等的受力和

8、變形及其周圍地層、附近建筑物、地下管線等的受力和變形進(jìn)行的量測(cè)。其目的主要在于確?；庸こ瘫旧淼陌踩贿M(jìn)行的量測(cè)。其目的主要在于確?；庸こ瘫旧淼陌踩粚?duì)基坑周圍環(huán)境進(jìn)行有效的保護(hù)；檢驗(yàn)設(shè)計(jì)所采用參數(shù)對(duì)基坑周圍環(huán)境進(jìn)行有效的保護(hù)；檢驗(yàn)設(shè)計(jì)所采用參數(shù)及假定的正確性，并為改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高工程整體水平提及假定的正確性，并為改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高工程整體水平提供依據(jù)。供依據(jù)。construction monitoring地下地下施工施工2010-05-28 重力式擋土墻是一種常用的擋土結(jié)構(gòu)，它是依靠擋土墻本身重力式擋土墻是一種常用的擋土結(jié)構(gòu)，它是依靠擋土墻本身的自重來(lái)平衡坑內(nèi)外土壓力差。墻身材料通常采用水泥土攪

9、拌樁、的自重來(lái)平衡坑內(nèi)外土壓力差。墻身材料通常采用水泥土攪拌樁、旋噴樁等，由于墻體抗拉抗剪強(qiáng)度較小，因此墻身需做成厚而重旋噴樁等，由于墻體抗拉抗剪強(qiáng)度較小，因此墻身需做成厚而重的剛性墻以確保其強(qiáng)度及穩(wěn)定。的剛性墻以確保其強(qiáng)度及穩(wěn)定。圖圖7-27.2.17.2.1重力式擋土墻重力式擋土墻2010-05-282010-05-287.4 7.4 重力混凝土擋墻設(shè)計(jì)重力混凝土擋墻設(shè)計(jì)7.4.1.17.4.1.1墻體寬度和深度墻體寬度和深度 墻寬可取為開挖深度的墻寬可取為開挖深度的0.60.60.80.8倍，坑底以下倍，坑底以下插入深度可取為開挖深度的插入深度可取為開挖深度的0.80.81.21.2倍倍

10、7.4.1.2 7.4.1.2 寬度方向布樁形式寬度方向布樁形式 最簡(jiǎn)單的布置形式就是不留空檔，打成實(shí)體，但最簡(jiǎn)單的布置形式就是不留空檔，打成實(shí)體，但這樣做較浪費(fèi)，為節(jié)約工程量，常做成格柵式。這樣做較浪費(fèi)，為節(jié)約工程量，常做成格柵式。2010-05-287.4.1.3 7.4.1.3 墻體強(qiáng)度墻體強(qiáng)度 一般采用一般采用#425#425普通硅酸鹽水泥，水泥土支護(hù)體普通硅酸鹽水泥，水泥土支護(hù)體的強(qiáng)度要求齡期一個(gè)月的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不于小的強(qiáng)度要求齡期一個(gè)月的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不于小0.8 0.8 MPaMPa。7.4 7.4 重力混凝土擋墻設(shè)計(jì)重力混凝土擋墻設(shè)計(jì)2010-05-287.4.1.4 7.4

11、.1.4 其他加強(qiáng)措施其他加強(qiáng)措施 可以考慮減小坑底以上攪拌樁寬度，加寬坑底以可以考慮減小坑底以上攪拌樁寬度，加寬坑底以下攪拌樁寬度。下攪拌樁寬度。(3)(3)墻頂現(xiàn)澆混凝土路面墻頂現(xiàn)澆混凝土路面(1)(1)坑底加固坑底加固(2)(2)墻身插毛竹或鋼筋墻身插毛竹或鋼筋插毛竹能減少墻體位移和增強(qiáng)墻體整體性；插毛竹能減少墻體位移和增強(qiáng)墻體整體性；厚度不小于厚度不小于150mm150mm，內(nèi)配置雙向鋼筋網(wǎng)片，不但，內(nèi)配置雙向鋼筋網(wǎng)片，不但便于施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸，也利于加強(qiáng)墻體整體性，防便于施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸，也利于加強(qiáng)墻體整體性，防止雨水從墻頂滲入擋墻格柵而損壞墻體。止雨水從墻頂滲入擋墻格柵而損壞墻體。2010

12、-05-287.4.27.4.2土壓力計(jì)算土壓力計(jì)算7.4.2.17.4.2.1水土分算原則水土分算原則 水土分算原則是分別計(jì)算土壓力和水壓力。兩者之和即總的側(cè)壓力。這一原則適用于土的滲透性較好的土層，如砂土、粉土和粉質(zhì)粘土。按水土分算原則計(jì)算土壓力時(shí)，采用有效重度。7.4.2.27.4.2.2水土合算原則水土合算原則 水土合算原則是適用于水土合算原則是適用于不透水的粘土層不透水的粘土層，并采，并采用用飽和重度飽和重度。2010-05-287.4.3 7.4.3 基本驗(yàn)算基本驗(yàn)算 在初步確定了墻體的寬度、深度、平面布置及材在初步確定了墻體的寬度、深度、平面布置及材料之后，應(yīng)進(jìn)行下列計(jì)算，以驗(yàn)算

13、設(shè)計(jì)的擋土墻是否料之后，應(yīng)進(jìn)行下列計(jì)算，以驗(yàn)算設(shè)計(jì)的擋土墻是否滿足變形、強(qiáng)度及穩(wěn)定等要求。滿足變形、強(qiáng)度及穩(wěn)定等要求。 重力式水泥土擋墻的驗(yàn)算主要有以下一些內(nèi)容：重力式水泥土擋墻的驗(yàn)算主要有以下一些內(nèi)容： (1)(1)抗傾覆驗(yàn)算；抗傾覆驗(yàn)算； (2)(2)抗滑驗(yàn)算；抗滑驗(yàn)算； (3)(3)抗?jié)B驗(yàn)算；抗?jié)B驗(yàn)算； (4)(4)整體圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算；整體圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算； (5)(5)墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算。墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算。2010-05-282010-05-2812ppqaaE hBWKE h(1)(1)抗傾覆驗(yàn)算抗傾覆驗(yàn)算: :2010-05-287.4.3.2 7.4.3.2 抗滑驗(yàn)算抗滑驗(yàn)算抗滑

14、驗(yàn)算指墻體沿支護(hù)墻底面的抗滑動(dòng)驗(yàn)算，其驗(yàn)抗滑驗(yàn)算指墻體沿支護(hù)墻底面的抗滑動(dòng)驗(yàn)算，其驗(yàn)算公式為算公式為2010-05-287.4.3.37.4.3.3抗?jié)B驗(yàn)算抗?jié)B驗(yàn)算 由于基抗開挖時(shí)要求坑內(nèi)無(wú)積水，坑內(nèi)外將存在水由于基抗開挖時(shí)要求坑內(nèi)無(wú)積水，坑內(nèi)外將存在水頭差。當(dāng)坑底下為砂土?xí)r，需驗(yàn)算墻角滲向上溢出處的頭差。當(dāng)坑底下為砂土?xí)r，需驗(yàn)算墻角滲向上溢出處的滲流坡降，以防止出現(xiàn)流砂現(xiàn)象；當(dāng)坑底為粘性土層而滲流坡降，以防止出現(xiàn)流砂現(xiàn)象；當(dāng)坑底為粘性土層而其下有砂土透水層時(shí)其下有砂土透水層時(shí), ,也需進(jìn)行滲流驗(yàn)算。也需進(jìn)行滲流驗(yàn)算。 抗?jié)B驗(yàn)算也可采用大衛(wèi)登可夫抗?jié)B驗(yàn)算也可采用大衛(wèi)登可夫(Davidenkof

15、f(Davidenkoff) )和費(fèi)和費(fèi)蘭克蘭克(Franke(Franke) )的分段法來(lái)計(jì)算，以平面滲流為出發(fā)點(diǎn)。的分段法來(lái)計(jì)算，以平面滲流為出發(fā)點(diǎn)。2010-05-28(1) (1) 對(duì)于一般地下溝槽開挖工程，可按平面滲流考慮。對(duì)于一般地下溝槽開挖工程，可按平面滲流考慮。計(jì)算步驟：計(jì)算步驟： 接右圖接右圖H/T1H/T1及及2T2/Bj=02T2/Bj=0，可查得，可查得阻力系數(shù)阻力系數(shù)11，再，再由由D/T2D/T2和和2T2/Bj2T2/Bj查查得阻力系數(shù)得阻力系數(shù)22，然后按式然后按式(7-4)(7-4)計(jì)計(jì)算滲入基坑的單寬算滲入基坑的單寬流量：流量：2010-05-2801121

16、vqk h2 112Fhh(7-4)1cFFsJhJDBK出口處出口處A A1 1點(diǎn)的水頭點(diǎn)的水頭出口段平均滲透坡降出口段平均滲透坡降應(yīng)滿足抗?jié)B安全要求應(yīng)滿足抗?jié)B安全要求2010-05-28101212120.81.3vFk hqhh(2)(2)對(duì)于圓形基對(duì)于圓形基坑，墻底出口處坑，墻底出口處溢出水頭溢出水頭h hF F的計(jì)的計(jì)算式為算式為2010-05-281012121212120.751.31.7vFFk hqhhhh(3)(3)對(duì)于方形基坑，對(duì)于方形基坑，每邊中點(diǎn)墻體溢出每邊中點(diǎn)墻體溢出水頭水頭h hF F的計(jì)算式為的計(jì)算式為基坑角點(diǎn)墻體溢出水頭基坑角點(diǎn)墻體溢出水頭hFhF的計(jì)算式為的

17、計(jì)算式為2010-05-28(4)(4)對(duì)于長(zhǎng)方形基坑，可按方形基坑計(jì)算。當(dāng)長(zhǎng)寬對(duì)于長(zhǎng)方形基坑，可按方形基坑計(jì)算。當(dāng)長(zhǎng)寬比接近或大于比接近或大于2 2時(shí)，長(zhǎng)邊中點(diǎn)的溢出水頭可按平面時(shí)，長(zhǎng)邊中點(diǎn)的溢出水頭可按平面滲流考慮。滲流考慮。(5)(5)對(duì)于多邊形基坑，可近似按圓形基坑計(jì)算對(duì)于多邊形基坑，可近似按圓形基坑計(jì)算當(dāng)支護(hù)墻體各排樁的長(zhǎng)度不同時(shí)，可采用最長(zhǎng)一排當(dāng)支護(hù)墻體各排樁的長(zhǎng)度不同時(shí)，可采用最長(zhǎng)一排的樁長(zhǎng)進(jìn)行抗?jié)B驗(yàn)算。的樁長(zhǎng)進(jìn)行抗?jié)B驗(yàn)算。2010-05-28111()costan()sinnni iiiiiiiiZniiiiiclqbKqb7.4.3.4 7.4.3.4 整體圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算整

18、體圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算 水泥土擋墻常用于軟土地基，整體穩(wěn)定驗(yàn)算是水泥土擋墻常用于軟土地基，整體穩(wěn)定驗(yàn)算是一項(xiàng)重要的驗(yàn)算內(nèi)容，可采用瑞典條分法，按圓弧一項(xiàng)重要的驗(yàn)算內(nèi)容，可采用瑞典條分法，按圓弧滑動(dòng)面考慮，并采用等代重度法考慮滲流力的作用，滑動(dòng)面考慮，并采用等代重度法考慮滲流力的作用，土體抗剪強(qiáng)度可采用總應(yīng)力法計(jì)算。計(jì)算公式如下土體抗剪強(qiáng)度可采用總應(yīng)力法計(jì)算。計(jì)算公式如下: :2010-05-28100220026062ujMhBqMhBK7.4.3.57.4.3.5墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算2010-05-28例題例題7-17-1：設(shè)計(jì)擋土墻的尺寸，并進(jìn)行一系列的驗(yàn)算。：設(shè)計(jì)擋土墻的尺寸，并進(jìn)行一系列的驗(yàn)算。2010-05-28210()qcWZDNcNKhDq7.5 7.5 排樁與地下連續(xù)墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)排樁與地下連續(xù)墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以下從構(gòu)成排樁或地下連續(xù)墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)樁墻、以下從構(gòu)成排樁或地下連續(xù)墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)樁墻、內(nèi)支護(hù)及土層錨桿三方面介紹這種支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)支護(hù)及土層錨桿三方面介紹這種支護(hù)結(jié)構(gòu)