基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算

1、 第二部分基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工，影響因素眾多，不少高層建筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)費(fèi)用已超過工程樁基的費(fèi)用。為此，對待支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工均應(yīng)采取極慎重的態(tài)度，在保證施工安全的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)合理和便于施工。一、支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的荷載支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的荷載一般包括 土壓力 水壓力 墻后地面荷載引起的附加荷載。1 土壓力 主動(dòng)土壓力： 若擋墻在墻后土壓力作用下向前位移時(shí)隨位移增大，墻后土壓力漸減小。當(dāng)位移達(dá)某一數(shù)值時(shí)，土體內(nèi)出現(xiàn)滑裂面，墻后土達(dá)極限平衡狀態(tài)，此時(shí)土壓力稱為主動(dòng)土壓力，以Ea表示。靜止土壓力： 若擋墻在土壓力作用下墻本身不發(fā)生變形和任何位移（移動(dòng)或滑動(dòng)），墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)，

2、則此時(shí)作用在擋墻上的土壓力成為靜止土壓力。以E0表示。(3)被動(dòng)土壓力： 若擋墻在外力作用下墻向墻背向移動(dòng)，隨位移增大，墻所受土的反作用力漸增大，當(dāng)位移達(dá)一定數(shù)值時(shí)，土體內(nèi)出現(xiàn)滑裂面，墻后土處被動(dòng)極限平衡狀態(tài)，此時(shí)土壓力稱為被動(dòng)土壓力，以Ep表示。主動(dòng)土壓力計(jì)算 主動(dòng)土壓力強(qiáng)度 無粘性土粘性土 土壓力分布對于粘性土按計(jì)算公式計(jì)算時(shí)，主動(dòng)土壓力在土層頂部（H=0處）為負(fù)值，即表明出現(xiàn)拉力區(qū)，這在實(shí)際上是不可能發(fā)生的。只計(jì)算臨界高度以下的主動(dòng)土壓力。土壓力分布可計(jì)算此種情況下的臨界高度Zc，進(jìn)而計(jì)算臨界高度以下的主動(dòng)土壓力。被動(dòng)土壓力計(jì)算被動(dòng)土壓力強(qiáng)度 無粘性土粘性土 計(jì)算土壓力時(shí)應(yīng)注意 不同深度

3、處土的內(nèi)聚力C不是一個(gè)常數(shù)，它與土的上覆荷重有關(guān)，一般隨深度的加大而增大，對于暴露時(shí)間長的基坑，土的內(nèi)聚力可由于土體含水量的變化和氧化等因素的影響而減小甚至消失。 、C 值是計(jì)算側(cè)向土壓力的主要參數(shù)，但在工程樁打設(shè)前后的 、C值是不同的。在粘性土中打設(shè)工程樁時(shí)，產(chǎn)生擠土現(xiàn)象，孔隙水壓力急劇升高，對 、C值產(chǎn)生影響。另外，降低地下水位也會使 、C值產(chǎn)生變化。水壓力作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水壓力一般按靜水壓力考慮。有穩(wěn)態(tài)滲流時(shí)按三角形分布計(jì)算。在有殘余水壓力時(shí)，水壓力按梯形分布。水壓力和土壓力 水壓力和土壓力的分算或合算問題。 一般情況下，由于粘性土中水主要是結(jié)晶水和結(jié)合水，宜合算；也可以依據(jù)下述標(biāo)準(zhǔn)判

4、斷。液性指數(shù) :1，宜分算；液性指數(shù) :0，宜合算； 液性指數(shù) ：（ 0，1），按最不利計(jì)算。 在砂性土中土顆粒之間的空隙中充滿的是自由水，受重力作用，為靜水壓力作用，宜分算。合算時(shí)，地下水位以下土的重力密度采用飽和重力密度 ； 分算時(shí)，地下水位以下土的重力密度采用浮重力密度 ; 再另外單獨(dú)計(jì)算靜水壓力，然后相加。 水土分算時(shí)（注意：水壓力所選取的圖形）墻后地面荷載引起附加荷載常見有兩種情況： 墻后有均布荷載； 距離支護(hù)結(jié)構(gòu)一定距離有均布荷載。 墻后有均布荷載如墻后堆有土方、材料等地面均布荷載對支護(hù)結(jié)構(gòu)引起的附加荷載，可按下式計(jì)算： 距離支護(hù)結(jié)構(gòu)一定距離有均布荷載此時(shí)壓應(yīng)力傳到支護(hù)結(jié)構(gòu)上有一空

5、白距離h1 ,在h1之下產(chǎn)生均布的附加應(yīng)力：土壓力合力的計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用以分項(xiàng)系數(shù)表示的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可有兩類： 承載能力極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)1.承載能力極限狀態(tài)： 對應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)或基坑周邊環(huán)境破壞；2.正常使用極限狀態(tài)： 對應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形已妨礙地下結(jié)構(gòu)施工或影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能?；觽?cè)壁安全等級及重要性系數(shù)安全等級破壞后果0一級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或變形過大對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響嚴(yán)重1.10二級支護(hù)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

6、下結(jié)構(gòu)影響一般1.00三級支護(hù)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(yán)重0.90支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算 支護(hù)結(jié)構(gòu)可分為兩類： 重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)（加固型） 非重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)（支擋型） 重力式包括深層攪拌水泥土樁擋墻、旋噴樁帷幕墻 非重力式包括鋼板樁、鋼筋混凝土預(yù)制樁、鉆孔灌注樁（排樁）擋墻、地下連續(xù)墻等。二、重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算 深層攪拌水泥土樁擋墻是用特制的進(jìn)入土深層的深層攪拌機(jī)將噴出的水泥漿固化劑與地基土進(jìn)行原位強(qiáng)制攪拌制成水泥土樁，相互搭接，硬化后即形成具有一定強(qiáng)度的壁狀擋墻，既可擋土又可形成隔水帷幕。 旋噴樁帷幕墻是鉆孔后，將鉆桿從地基土深處逐漸上提，同時(shí)利用插入鉆桿端部的旋

7、轉(zhuǎn)噴嘴，將水泥漿固化劑噴入地基土中，形成水泥土樁，樁體相連形成帷幕墻。 旋噴樁帷幕墻可用作支護(hù)結(jié)構(gòu)擋土，也可用于擋水。 （一） 原理 重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)是依靠結(jié)構(gòu)自身重力來維持極限平衡狀態(tài)的。 （二） 荷載組合 1 土壓力； 2 重力式結(jié)構(gòu)自重； 3 地面超載包括：永久荷載、道路荷載、可變地下水位和施工荷載（施工機(jī)械荷載、材料堆放荷載）以及偶然荷載（地震荷載、人防荷載）。重力式結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容: 1 滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算 2 傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 3.土體整體滑動(dòng)驗(yàn)算 4. 坑底隆起驗(yàn)算 5. 管涌驗(yàn)算重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)主要是深層攪拌水泥土樁墻和旋噴樁帷幕墻，計(jì)算簡圖如圖：重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算（滑

8、動(dòng)穩(wěn)定性）1 滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算2 傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)（整體滑動(dòng)驗(yàn)算）重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算 （基坑隆起）4. 坑底隆起 開挖面以下墻體能起幫助抵抗地基土隆起的作用，宜假定土體沿墻體底面滑動(dòng)，認(rèn)為墻體底面以下為一圓弧，如圖所示。產(chǎn)生滑動(dòng)力的是 和q，抵抗滑動(dòng)的則為土體抗剪強(qiáng)度。三、非重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算 非重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)包括鋼板樁、鋼筋混凝土預(yù)制樁、鉆孔灌注樁擋墻、地下連續(xù)墻等。 常有支撐或拉錨非重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)擋墻的破壞懸臂式擋土結(jié)構(gòu)的計(jì)算 懸臂式擋土結(jié)構(gòu)，對于土的性質(zhì)、荷載大小等非常敏感，它完全依靠足夠的入土深度來保持其穩(wěn)定性，故其基坑深度一般不大于4。 懸臂式擋土結(jié)構(gòu)，對于土的性質(zhì)、荷載大

9、小等非常敏感，它完全依靠足夠的入土深度來保持其穩(wěn)定性，故其基坑深度一般不大于4。 計(jì)算內(nèi)容： 1、嵌固深度 2、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算嵌固深度計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 1、首先尋找最大彎矩作用點(diǎn)。在哪里？ 2、計(jì)算最大彎矩值（驗(yàn)算）。如何計(jì)算？支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的其它方法 1、彈性曲線法 2、豎向彈性地基梁法（基床系數(shù)法） 3、有限元法用等值梁法計(jì)算單錨、單支支護(hù)結(jié)構(gòu)等值梁法用等值梁法計(jì)算單錨、單支支護(hù)結(jié)構(gòu)（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 嵌固深度的計(jì)算計(jì)算內(nèi)力和配筋求單層支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大彎矩Mmax : 發(fā)生在剪力0處，根據(jù)剪力為0 求得Mmax處的位置y，進(jìn)而求得Mmax。 彎矩

10、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 .多錨、多支支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算 按連續(xù)梁計(jì)算（等值梁法） 按工況逐一計(jì)算 什么是工況？四、支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工支護(hù)結(jié)構(gòu)施工一. 支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型（一） 鋼板樁 1.槽鋼鋼板樁 2. 熱軋鎖口鋼板樁（二） 鋼筋混凝土板樁（三） 鉆孔灌注樁擋墻（四） H型鋼支柱（或鋼筋混凝土樁支柱）（五） 地下連續(xù)墻（六） 深層攪拌水泥土樁擋墻（七） 旋噴樁帷幕墻鋼板樁1.槽鋼鋼板樁 由槽鋼并排或正反扣搭接組成。 槽鋼長68m，多用于深度不超過4m的基坑。 頂部宜設(shè)一道支撐或拉錨。 鋼筋混凝土板樁鋼板樁的施工（二） 打設(shè)前準(zhǔn)備工作 1 鋼板樁的檢驗(yàn)和矯正 2

11、 導(dǎo)架安裝 3 沉樁機(jī)械的選擇 打設(shè)鋼板樁可用落錘、汽錘、柴油錘和振動(dòng)錘，前三種皆為沖擊打入法，此法可使樁錘的沖擊力均勻分布，保護(hù)樁頂免受損壞。（三）鋼板樁的打設(shè)和拔除1 打設(shè)方式選擇單獨(dú)打入法 即從板樁墻的一角始，逐塊打設(shè)，直至工程結(jié)束。屏風(fēng)式打入法 即將1020根鋼板樁成排插入導(dǎo)架內(nèi)，呈屏風(fēng)狀，再分批施打。（按屏風(fēng)排數(shù)，分為單屏風(fēng)、雙屏風(fēng)和全屏風(fēng)）（三）鋼板樁的打設(shè)和拔除2 鋼板樁的打設(shè) 吊車對準(zhǔn)插樁，經(jīng)緯儀加以控制，分幾次打入。 注意位置和方向的精度，每打入1m應(yīng)測量一次。3、鋼板樁的拔除 拔樁前要研究鋼板樁拔除順序、拔除時(shí)間和樁孔處理方法。 拔除宜用振動(dòng)錘或振動(dòng)錘與起重機(jī)共同拔除。鉆孔

12、灌注樁擋墻施工 鉆孔灌注樁擋墻施工 鉆孔灌注樁施工時(shí)無振動(dòng)，不會危害周圍建筑物等，造價(jià)低，有優(yōu)越性。 施工速度慢，宜注意質(zhì)量。 鉆孔灌注樁的間距由計(jì)算確定。 鉆孔灌注樁用作支護(hù)樁時(shí)，按鋼筋混凝土正截面受彎構(gòu)件計(jì)算配筋。深層攪拌水泥土樁墻施工（一）施工機(jī)具 1 深層攪拌機(jī) 中心管噴漿方式 葉片噴漿方式 前者的輸漿方式是水泥漿從兩根攪拌軸間的另一根管輸出；后者是使水泥漿從葉片的小孔噴出。 2 配套機(jī)械（灰漿攪拌機(jī)、集料斗、灰漿泵。）（二）施工工藝 定位預(yù)拌下沉制備水泥漿提升、噴漿、攪拌重復(fù)上、下攪拌清洗、移位深層攪拌水泥土樁墻（四）提高水泥土樁擋墻支護(hù)能力的措施 1. 卸載 挖去頂部一部分以減少主

13、動(dòng)土壓力 2. 加筋 可在墻中壓入竹筋等，有助于提高墻體 穩(wěn)定性。 3. 起拱 將水泥土擋墻作成拱形，在拱腳處設(shè)鉆孔灌注樁，可提高其支護(hù)能力。（拱圈支護(hù)？） 4. 擋墻變厚度 對矩形基坑因邊角效應(yīng)，在角部的主動(dòng)土壓力有所減小，故角部可減薄水泥土擋墻的厚度，以節(jié)約投資。五、支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測一、支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)的豎向位移與水平位移； 坑周土體位移； 支撐結(jié)構(gòu)軸力； 臨近建筑物、道路及地下管網(wǎng)等的變形； 地下水位及孔隙水壓力； 基坑底隆起量。二. 支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測常用儀器 支護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的監(jiān)測，主要分為應(yīng)力監(jiān)測與變形監(jiān)測。 應(yīng)力檢測主要用機(jī)械系統(tǒng)和電器系統(tǒng)的儀器。 變形監(jiān)測主要用機(jī)械系統(tǒng)、電器系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)的儀器。（一）變形監(jiān)測儀器 常用的有 經(jīng)緯儀 水準(zhǔn)儀 測斜儀二. 支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測常用儀器 測斜儀是一種測量儀器軸線與鉛直線之間夾角的變化量，進(jìn)行計(jì)算擋墻或土層各點(diǎn)水平位移的儀器。 按工作原理，測斜儀可分為 伺服加速度式 電阻應(yīng)變片式 差動(dòng)電阻式 差動(dòng)電容式 鋼弦式 最常用的是伺服加速度式和電阻應(yīng)變片式。（二）應(yīng)力監(jiān)測儀器 1. 土壓力觀測儀器 土壓力計(jì)