基礎(chǔ)工程-趙明華-第六章

1、內(nèi)容提要內(nèi)容提要 基坑常用支護形式及其特點基坑常用支護形式及其特點 基坑支護結(jié)構(gòu)水土壓力計算基坑支護結(jié)構(gòu)水土壓力計算 懸臂式樁墻設(shè)計計算懸臂式樁墻設(shè)計計算 單支點與多支點樁墻計算單支點與多支點樁墻計算 基坑整體穩(wěn)定性分析基坑整體穩(wěn)定性分析 地下水控制簡介地下水控制簡介n 基本概念基本概念 建筑基坑建筑基坑 指為進行建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)與地下室施工所開挖的地面以下指為進行建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)與地下室施工所開挖的地面以下空間空間 基坑工程基坑工程 指對基坑進行包括土體、降水和開挖在內(nèi)的一系列勘察、設(shè)指對基坑進行包括土體、降水和開挖在內(nèi)的一系列勘察、設(shè)計、施工和檢測等工作計、施工和檢測等工作n 基坑工程特點

2、基坑工程特點 一般為臨時性結(jié)構(gòu)，安全儲備相對較小，風險性較一般為臨時性結(jié)構(gòu)，安全儲備相對較小，風險性較大大 具有很強的區(qū)域性、個案性、綜合性具有很強的區(qū)域性、個案性、綜合性 具有較強的時空效應具有較強的時空效應 對周邊環(huán)境影響較大對周邊環(huán)境影響較大n 設(shè)計施工要求設(shè)計施工要求 滿足支護結(jié)構(gòu)本身強度、變形等安全要求的同時，滿足支護結(jié)構(gòu)本身強度、變形等安全要求的同時，確保周圍環(huán)境的安全確保周圍環(huán)境的安全 保證安全可靠的前提下，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟效益保證安全可靠的前提下，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟效益和環(huán)境效應和環(huán)境效應 為施工提供最大限度的方便（如提供足夠的施工空為施工提供最大限度的方便（如提供足夠的施工

3、空間、地下水位以上施工），并保證施工安全間、地下水位以上施工），并保證施工安全 n 放坡開挖及簡易支護放坡開挖及簡易支護 適合：適合：土質(zhì)好、開挖深度不大、有足夠放坡場所土質(zhì)好、開挖深度不大、有足夠放坡場所圖圖. . 基坑簡易支護基坑簡易支護(a) (a) 土袋或塊石堆砌支護；土袋或塊石堆砌支護； (b) (b) 短樁支護短樁支護短樁土袋n 懸臂式支護結(jié)構(gòu)懸臂式支護結(jié)構(gòu) 特點特點o 依靠足夠的入土深度和結(jié)構(gòu)抗依靠足夠的入土深度和結(jié)構(gòu)抗彎能力維持坑壁穩(wěn)定；彎能力維持坑壁穩(wěn)定；o 水平位移是支護深度的五次方，水平位移是支護深度的五次方，對開挖深度敏感；對開挖深度敏感；適合適合 土質(zhì)較好、開挖深度較

4、淺土質(zhì)較好、開挖深度較淺樁（墻）圖圖. . 懸臂式支護結(jié)構(gòu)懸臂式支護結(jié)構(gòu)n 水泥土樁墻支護結(jié)構(gòu)水泥土樁墻支護結(jié)構(gòu) 特點：特點：用深層攪拌機在地基深部將水泥和土體強制拌和而用深層攪拌機在地基深部將水泥和土體強制拌和而成；成； 適合：適合：軟土區(qū)的淺基坑軟土區(qū)的淺基坑(H6.0m)圖圖. . 隔柵式水泥土樁墻隔柵式水泥土樁墻n 內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu) 特點特點 包括支護樁或墻和內(nèi)支包括支護樁或墻和內(nèi)支撐；撐； 內(nèi)支撐會占用施工空間。內(nèi)支撐會占用施工空間。 適合適合 各種地基土層各種地基土層。內(nèi)支撐樁或墻圖圖. .內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)n 拉錨式支護結(jié)構(gòu)拉錨式支護結(jié)構(gòu) 特點：特點：包括支

5、護樁或墻和錨桿；包括支護樁或墻和錨桿； 適合：適合：不宜用于軟粘土地層中不宜用于軟粘土地層中圖圖. .(a) (a) 地面拉錨地面拉錨 (b) (b) 土層拉錨土層拉錨樁或墻樁或墻地面拉錨錨樁錨桿n 土釘墻支護結(jié)構(gòu)土釘墻支護結(jié)構(gòu) 特點特點 由被加固的原位土體、土釘由被加固的原位土體、土釘和砼面板組成；和砼面板組成； 適合適合 地下水位以上的粘性土、砂地下水位以上的粘性土、砂土和碎石土等，不適合于淤土和碎石土等，不適合于淤泥或淤泥質(zhì)土泥或淤泥質(zhì)土面板土體土釘圖圖. . 土釘支護結(jié)構(gòu)示意圖土釘支護結(jié)構(gòu)示意圖n 其他形式其他形式雙排樁支護結(jié)構(gòu)雙排樁支護結(jié)構(gòu)蓋梁或蓋板后排樁基坑底前排樁連拱式支護結(jié)構(gòu)連

6、拱式支護結(jié)構(gòu)RD水泥攪拌樁鋼筋混凝土樁d逆作拱墻支護結(jié)構(gòu)逆作拱墻支護結(jié)構(gòu)圖圖. .其它結(jié)構(gòu)示意圖其它結(jié)構(gòu)示意圖n 水土壓力特點水土壓力特點 水土壓力隨基坑開挖進程逐步動水土壓力隨基坑開挖進程逐步動態(tài)形成；態(tài)形成； 分布形式主要與支護結(jié)構(gòu)的位移分布形式主要與支護結(jié)構(gòu)的位移形式與位移量有關(guān)，且不完全對應形式與位移量有關(guān)，且不完全對應靜止或主動狀態(tài)；靜止或主動狀態(tài)； 無支錨時一般呈直線分布；有支無支錨時一般呈直線分布；有支錨時，土壓力一般呈上下小、中間錨時，土壓力一般呈上下小、中間大的拋物線或更復雜的分布形式；大的拋物線或更復雜的分布形式； 圖圖. . 理論假設(shè)土壓力理論假設(shè)土壓力與實測對比圖與實測

7、對比圖工程中常采用三角形與經(jīng)驗矩形兩種模式：當墻體位移較大工程中常采用三角形與經(jīng)驗矩形兩種模式：當墻體位移較大時一般采用前者，否則采用后者；時一般采用前者，否則采用后者；基坑內(nèi)外有穩(wěn)態(tài)滲流時宜采用流網(wǎng)法或簡化分布圖計算?；觾?nèi)外有穩(wěn)態(tài)滲流時宜采用流網(wǎng)法或簡化分布圖計算。 圖圖6.9 Terzaghi6.9 Terzaghi-Peck-Peck土壓力分布修正土壓力分布修正 （a a）砂）砂;(b);(b)中等飽和軟粘土；中等飽和軟粘土；(c)(c)硬粘土硬粘土 n 水土壓力計算方法水土壓力計算方法 常采用蘭金土壓力理論計算，并分以下兩種形式：常采用蘭金土壓力理論計算，并分以下兩種形式：水土分算水

8、土分算 分別計算水、土壓力后疊加，其中土壓力取土的分別計算水、土壓力后疊加，其中土壓力取土的g g 、c c 、j j 計算，適用于砂性土和粉土計算，適用于砂性土和粉土。水土合算水土合算 采用土的采用土的g gsat、c ccu、j jcu計算總的水土壓力，適用于粘性計算總的水土壓力，適用于粘性土。土。n 極限平衡法極限平衡法土壓力模式：三角形土壓力模式：三角形入土深入土深t：靜力平衡條件：靜力平衡條件(X0、M0)求解，計算步驟（略）求解，計算步驟（略）樁墻實際嵌深應適當放大樁墻實際嵌深應適當放大 (6-3)由剪力為零求出最大彎矩點深度，進由剪力為零求出最大彎矩點深度，進而求出最大彎矩，再據(jù)

9、此配筋而求出最大彎矩，再據(jù)此配筋 (1.11.2)ctut圖圖. .極限平衡法極限平衡法ep1-ea1zep3-ea3tuhdDEpEpep2-ea2yEq0ABCOn 布魯姆簡化法布魯姆簡化法土壓力模式：三角形土壓力模式：三角形入土深度：靜力平衡條件（入土深度：靜力平衡條件（M0）求解，計算步驟（略）求解，計算步驟（略）樁墻實際嵌深應適當放大樁墻實際嵌深應適當放大 (6-4)由剪力為零求出最大彎矩點深度，進而由剪力為零求出最大彎矩點深度，進而求出最大彎矩，再據(jù)此配筋求出最大彎矩，再據(jù)此配筋 (1.11.4)ctut圖圖. .布魯姆法布魯姆法uha (KP-Ka)thCEpEpOBE4xmtE

10、3E2E1 EA (KP-Ka) 頂端支錨處無位移簡化為一簡支點；底端約束則視入土深而定頂端支錨處無位移簡化為一簡支點；底端約束則視入土深而定 n 入土較淺時入土較淺時 支錨點支錨點A鉸支、下端自由；鉸支、下端自由； 由由MA0求有效嵌深求有效嵌深t 并按式并按式(6-4)適當放大適當放大002()()03apE hhEhhutuhag(KP-Ka)thCEpOBxmtEA(KP-Ka)Rah0圖圖. . 計算簡圖計算簡圖 由由X=0求支點錨固力求支點錨固力Ra：由剪力為零求出最大彎矩點深度：由剪力為零求出最大彎矩點深度：進而求出最大彎矩，再據(jù)此配筋進而求出最大彎矩，再據(jù)此配筋apREE 2(

11、)()ampaERxKKg3max01()()()6amampamME hhuxR hhuxKKxg n 入土較深時入土較深時支錨點支錨點A鉸支、下端嵌固的超靜定梁，按鉸支、下端嵌固的超靜定梁，按 等值梁法計算等值梁法計算確定反彎點確定反彎點O（近似以凈土壓力零點代替）（近似以凈土壓力零點代替）uhag(KP-Ka)thCEpOBtEARah0ttcOCRah+u-h0EhaQ0Q0EptAO圖圖.13 .13 單支點樁墻計算簡圖單支點樁墻計算簡圖 由等值梁由等值梁AO求求Ra和反彎點剪力和反彎點剪力Q0取下段取下段OC為隔離體，由為隔離體，由MC0求求t，并按式，并按式(1)放大放大由等值梁

12、由等值梁AO求算最大彎矩求算最大彎矩Mmax 60()paQtKKg0000()0:()0:aaaE hhuMRhhuE hhMQhhuOA n 土質(zhì)較差，基坑較深時采用，支錨層數(shù)及位置根據(jù)土質(zhì)較差，基坑較深時采用，支錨層數(shù)及位置根據(jù)土層分布與性質(zhì)、基坑深度、支護結(jié)構(gòu)剛度和材料土層分布與性質(zhì)、基坑深度、支護結(jié)構(gòu)剛度和材料強度以及施工要求等因素確定強度以及施工要求等因素確定n 常用分析計算方法：常用分析計算方法： 等值梁法等值梁法 連續(xù)梁法連續(xù)梁法 支撐荷載支撐荷載1/2分擔法分擔法 彈性支點法彈性支點法 有限單元法有限單元法 n 分析目的：分析目的：確定合理的嵌固深度，或驗算所設(shè)計的確定合理的

13、嵌固深度，或驗算所設(shè)計的 支擋結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定和合理支擋結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定和合理n 分析內(nèi)容分析內(nèi)容整體穩(wěn)定性整體穩(wěn)定性踢腳穩(wěn)定性踢腳穩(wěn)定性坑底抗隆起穩(wěn)定性坑底抗隆起穩(wěn)定性基坑抗?jié)B流穩(wěn)定性基坑抗?jié)B流穩(wěn)定性n 分析方法：分析方法：工程地質(zhì)對比法、力學分析法工程地質(zhì)對比法、力學分析法 n 方法：方法：圓弧滑動面簡單條分法，圓弧滑動面簡單條分法，按總應力法計算按總應力法計算 ci、j ji i土條底的粘聚力和內(nèi)摩擦角；土條底的粘聚力和內(nèi)摩擦角； Li i土條底面面積；土條底面面積； Wi i土條重量，按飽和容重計算；土條重量，按飽和容重計算； q qi i土條底面傾角。土條底面傾角。圖圖. .4 4 基坑整體

14、穩(wěn)定性分析基坑整體穩(wěn)定性分析hiRBq0bihd注意：注意：對有軟弱夾層，傾斜基巖面等，宜采用非圓弧滑動面；對有軟弱夾層，傾斜基巖面等，宜采用非圓弧滑動面；當嵌固深度下部存在軟弱土層時，尚應驗算其整體穩(wěn)定性當嵌固深度下部存在軟弱土層時，尚應驗算其整體穩(wěn)定性ii0 iiiiSF0 iii()cos tan1.3()sincLqb WKqb Wqjq n 對象：對象：單單( (多多) )支點結(jié)構(gòu)以支點支點結(jié)構(gòu)以支點( (最下層支點最下層支點) )為轉(zhuǎn)動點的失穩(wěn)為轉(zhuǎn)動點的失穩(wěn) Mp內(nèi)側(cè)被動土壓力對內(nèi)側(cè)被動土壓力對B點的力矩；點的力矩； Ma外側(cè)外側(cè)BD段主動土壓力對段主動土壓力對B點的力矩；點的力矩

15、； Ep 基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力；基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力； ea,b、ea,d基坑外側(cè)基坑外側(cè)B、D點土壓力強度；點土壓力強度； ht 最下層支點離基坑底的距離；最下層支點離基坑底的距離； hd支護結(jié)構(gòu)的嵌固深度。支護結(jié)構(gòu)的嵌固深度。 hhdhtBea,bq0EaEpDeP,dea,d5 . 10 . 1)(3165()32(2dtda,ba,dtpapThheehhEMMK圖圖. .5 5 踢腳計算簡圖踢腳計算簡圖n 分析方法：分析方法：考慮墻體極限彎矩的抗隆起分析法、普朗特爾考慮墻體極限彎矩的抗隆起分析法、普朗特爾（PrandtlPrandtl）與太沙基（）與太沙基（TerzaghiTerzagh

16、i）的抗隆起驗算法）的抗隆起驗算法 考慮墻體極限彎矩的抗隆起分析考慮墻體極限彎矩的抗隆起分析 假定開挖面以下墻體對抗隆起有利，假定開挖面以下墻體對抗隆起有利， 且土體沿墻底按圓弧滑動：滑動力且土體沿墻底按圓弧滑動：滑動力 為土自重為土自重g gh及超載及超載q0；抗滑力為滑；抗滑力為滑 面抗剪強度，要求：面抗剪強度，要求： 基坑底面hdhBCOA地面荷載q0ZEzdzh+q0ddszzzR,LLS,L1.2 1.3MKM圖圖. .6 6抗隆起分析示意抗隆起分析示意圖圖 o 滑動力矩：滑動力矩： o 抗滑力矩：抗滑力矩： Mh基坑底面處墻體極限抵抗彎矩，可取該處墻體設(shè)計彎矩基坑底面處墻體極限抵抗

17、彎矩，可取該處墻體設(shè)計彎矩 注：注：o 采用試算法計算，當求得采用試算法計算，當求得KL為最小時的入土深即為所求嵌固為最小時的入土深即為所求嵌固深度深度hd，該法較適用于中等強度和較軟弱的粘性土，該法較適用于中等強度和較軟弱的粘性土o 由于假定滑動面通過墻底，故由于假定滑動面通過墻底，故hd過小時該假定顯然不合理，與過小時該假定顯然不合理，與實際不符實際不符 2S,L0d1()2Mhq hg12R,Lzdzdzdh000HSSMh dzh dSh dSM太沙基和普朗特爾抗隆起分析太沙基和普朗特爾抗隆起分析 墻底平面為極限承載力的求解基準面，參墻底平面為極限承載力的求解基準面，參照按照按Pran

18、dtl & Terzaghi公式，要求：公式，要求：Prandtl公式公式 ， Terzaghi公式公式 ， 圖圖. .7 7 太沙基和普朗特太沙基和普朗特爾抗隆起算法爾抗隆起算法hdh1(h+hd)+qBq02hd2dqcL1d01.2 1.3()h NcNKhhqgg2tancqq(1)/ tan , tan (45)2NNNejjj23()tan42cqq1(1)/tan , cos(45)22NNNejjjjn 坑底抗流砂穩(wěn)定性坑底抗流砂穩(wěn)定性 流砂：當基坑底部向上的動水壓力流砂：當基坑底部向上的動水壓力(滲滲透力透力) jg g 時產(chǎn)生時產(chǎn)生 近似按緊貼墻體最短路線計算最大滲

19、透近似按緊貼墻體最短路線計算最大滲透力，則抗流砂穩(wěn)定安全系數(shù)應力，則抗流砂穩(wěn)定安全系數(shù)應: hw 墻后地下水位埋深墻后地下水位埋深； g gw 地下水重度，地下水重度，kN/m3。 圖圖. .8 8 基坑抗流砂驗算基坑抗流砂驗算hwhhdwdLSww(2)1.5 2.0()hhhKjhhgggn 基坑底土突涌穩(wěn)定性基坑底土突涌穩(wěn)定性 原因：原因：基底不透水層較薄且其下基底不透水層較薄且其下有較大水壓的滯水層或承壓水層時有較大水壓的滯水層或承壓水層時易發(fā)生易發(fā)生 基坑底土突涌穩(wěn)定性應滿足基坑底土突涌穩(wěn)定性應滿足 hs 不透水層厚度；不透水層厚度； H 承壓水高于含水層頂板的高度承壓水高于含水層頂

20、板的高度。 ， 圖圖. .9 9 基坑底抗突涌基坑底抗突涌穩(wěn)定性驗算穩(wěn)定性驗算Hhs注：注：若坑底土抗突涌穩(wěn)定性不滿足要求，可采用隔水擋若坑底土抗突涌穩(wěn)定性不滿足要求，可采用隔水擋墻隔斷滯水層、加固基坑底部地基等處理措施。墻隔斷滯水層、加固基坑底部地基等處理措施。sTY1.11.3hKHggn 常用的處理措施常用的處理措施一般中粗砂以上粒徑土用水下開挖或堵截法；中砂和細砂土一般中粗砂以上粒徑土用水下開挖或堵截法；中砂和細砂土用井點法和管井法；淤泥或粘土用真空法或電滲法用井點法和管井法；淤泥或粘土用真空法或電滲法當降水危及基坑及周邊環(huán)境時，宜采用截水或回灌法。截水當降水危及基坑及周邊環(huán)境時，宜采用截水或回灌法。截水后基坑中的水量或水壓較大時，宜采用坑內(nèi)降水后基坑中的水量或水壓較大時，宜采用坑內(nèi)降水地下含水層滲透性強且厚度大時，可采用地下含水層滲透性強且厚度大時，可采用“懸掛式豎向截水懸掛式豎向截水坑內(nèi)井點降水坑內(nèi)井點降水”或或“懸掛式豎向截水水平封底懸掛式豎向截水水平封底” ” 止水帷