基坑支護結(jié)構(gòu)的計算

1、 第二部分基坑支護結(jié)構(gòu)的計算支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工，影響因素眾多，不少高層建筑的支護結(jié)構(gòu)費用已超過工程樁基的費用。為此，對待支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工均應(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)濟合理和便于施工。一、支護結(jié)構(gòu)承受的荷載支護結(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 主動土壓力： 若擋墻在墻后土壓力作用下向前位移時隨位移增大，墻后土壓力漸減小。當位移達某一數(shù)值時，土體內(nèi)出現(xiàn)滑裂面，墻后土達極限平衡狀態(tài)，此時土壓力稱為主動土壓力，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（移動或滑動），墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)，

2、則此時作用在擋墻上的土壓力成為靜止土壓力。以E0表示。(3)被動土壓力： 若擋墻在外力作用下墻向墻背向移動，隨位移增大，墻所受土的反作用力漸增大，當位移達一定數(shù)值時，土體內(nèi)出現(xiàn)滑裂面，墻后土處被動極限平衡狀態(tài)，此時土壓力稱為被動土壓力，以Ep表示。主動土壓力計算 主動土壓力強度 無粘性土粘性土 土壓力分布對于粘性土按計算公式計算時，主動土壓力在土層頂部（H=0處）為負值，即表明出現(xiàn)拉力區(qū)，這在實際上是不可能發(fā)生的。只計算臨界高度以下的主動土壓力。土壓力分布可計算此種情況下的臨界高度Zc，進而計算臨界高度以下的主動土壓力。被動土壓力計算被動土壓力強度 無粘性土粘性土 計算土壓力時應(yīng)注意 不同深度

3、處土的內(nèi)聚力C不是一個常數(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，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)滲流時按三角形分布計算。在有殘余水壓力時，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)下述標準判

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，地下水位以下土的重力密度采用飽和重力密度 ； 分算時，地下水位以下土的重力密度采用浮重力密度 ; 再另外單獨計算靜水壓力，然后相加。 水土分算時（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結(jié)構(gòu)引起的附加荷載，可按下式計算： 距離支護結(jié)構(gòu)一定距離有均布荷載此時壓應(yīng)力傳到支護結(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：土壓力合力的計算支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計 深基坑支護結(jié)構(gòu)應(yīng)采用以分項系數(shù)表示的極限狀態(tài)設(shè)計表達式進行設(shè)計。 基坑支護結(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)于支護結(jié)構(gòu)達到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導(dǎo)致支護結(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。基坑側(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

6、下結(jié)構(gòu)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支護結(jié)構(gòu)的計算 支護結(jié)構(gòu)可分為兩類： 重力式支護結(jié)構(gòu)（加固型） 非重力式支護結(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、重力式支護結(jié)構(gòu)計算 深層攪拌水泥土樁擋墻是用特制的進入土深層的深層攪拌機將噴出的水泥漿固化劑與地基土進行原位強制攪拌制成水泥土樁，相互搭接，硬化后即形成具有一定強度的壁狀擋墻，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結(jié)構(gòu)擋土，也可用于擋水。 （一） 原理 重力式支護結(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)計算內(nèi)容: 1 滑動穩(wěn)定性驗算 2 傾覆穩(wěn)定性驗算 3.土體整體滑動驗算 4. 坑底隆起驗算 5. 管涌驗算重力式支護結(jié)構(gòu)計算簡圖重力式支護結(jié)構(gòu)主要是深層攪拌水泥土樁墻和旋噴樁帷幕墻，計算簡圖如圖：重力式支護結(jié)構(gòu)計算（滑

8、動穩(wěn)定性）1 滑動穩(wěn)定性驗算2 傾覆穩(wěn)定性驗算重力式支護結(jié)構(gòu)（整體滑動驗算）重力式支護結(jié)構(gòu)計算 （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，認為墻體底面以下為一圓弧，如圖所示。產(chǎn)生滑動力的是 和q，抵抗滑動的則為土體抗剪強度。三、非重力式支護結(jié)構(gòu)計算 非重力式支護結(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結(jié)構(gòu)擋墻的破壞懸臂式擋土結(jié)構(gòu)的計算 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。 計算內(nèi)容： 1、嵌固深度 2、結(jié)構(gòu)強度計算嵌固深度計算支護結(jié)構(gòu)強度計算 1、首先尋找最大彎矩作用點。在哪里？ 2、計算最大彎矩值（驗算）。如何計算？支護結(jié)構(gòu)計算的其它方法 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算單錨、單支支護結(jié)構(gòu)等值梁法用等值梁法計算單錨、單支支護結(jié)構(gòu)（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 嵌固深度的計算計算內(nèi)力和配筋求單層支撐支護結(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，也可以按最大彎矩斷面通長配筋 .多錨、多支支護結(jié)構(gòu)的計算 按連續(xù)梁計算（等值梁法） 按工況逐一計算 什么是工況？四、支護結(jié)構(gòu)的施工支護結(jié)構(gòu)施工一. 支護結(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)前準備工作 1 鋼板樁的檢驗和矯正 2

11、 導(dǎo)架安裝 3 沉樁機械的選擇 打設(shè)鋼板樁可用落錘、汽錘、柴油錘和振動錘，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。屏風式打入法 即將1020根鋼板樁成排插入導(dǎo)架內(nèi)，呈屏風狀，再分批施打。（按屏風排數(shù)，分為單屏風、雙屏風和全屏風）（三）鋼板樁的打設(shè)和拔除2 鋼板樁的打設(shè) 吊車對準插樁，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、拔除時間和樁孔處理方法。 拔除宜用振動錘或振動錘與起重機共同拔除。鉆孔

12、灌注樁擋墻施工 鉆孔灌注樁擋墻施工 鉆孔灌注樁施工時無振動，不會危害周圍建筑物等，造價低，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算確定。 鉆孔灌注樁用作支護樁時，按鋼筋混凝土正截面受彎構(gòu)件計算配筋。深層攪拌水泥土樁墻施工（一）施工機具 1 深層攪拌機 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 配套機械（灰漿攪拌機、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能力的措施 1. 卸載 挖去頂部一部分以減少主

13、動土壓力 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，可提高其支護能力。（拱圈支護？） 4. 擋墻變厚度 對矩形基坑因邊角效應(yīng)，在角部的主動土壓力有所減小，故角部可減薄水泥土擋墻的厚度，以節(jié)約投資。五、支護結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測一、支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測項目圍護結(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. 支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測常用儀器 支護結(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)力檢測主要用機械系統(tǒng)和電器系統(tǒng)的儀器。 變形監(jiān)測主要用機械系統(tǒng)、電器系統(tǒng)和光學系統(tǒng)的儀器。（一）變形監(jiān)測儀器 常用的有 經(jīng)緯儀 水準儀 測斜儀二. 支護結(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，進行計算擋墻或土層各點水平位移的儀器。 按工作原理，測斜儀可分為 伺服加速度式 電阻應(yīng)變片式 差動電阻式 差動電容式 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