地下結(jié)構(gòu)工程ppt課件

1、東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育地 下 結(jié) 構(gòu) 工 程主講教師 ： 穆保崗第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開(kāi)展大量出現(xiàn)。國(guó)外，圓形基坑的深度已達(dá)74m(日本)，直徑最大的達(dá)98m(日本)，而非圓形基坑的深度已到達(dá)地下層法國(guó)。國(guó)內(nèi)，上海88層的金茂大廈，基坑平面尺寸為170m150m，基坑開(kāi)挖深度達(dá)19.5m。上海的匯京廣場(chǎng)，圍護(hù)構(gòu)造與相鄰建筑最近的間隔僅40cm。而無(wú)支撐基坑的開(kāi)挖深度也已到達(dá)了9m。 .兩個(gè)功能：一是擋土；二是止水?；又ёo(hù)分兩類(lèi)：支護(hù)型將支護(hù)墻排樁作為主要受力構(gòu)件；支護(hù)型基坑支護(hù)包括板樁墻、排樁、地下延續(xù)墻等。在基坑較淺時(shí)可不設(shè)支撐，成懸臂式構(gòu)造；當(dāng)基坑較

2、深或?qū)χ車(chē)孛孀冃螄?yán)厲限制時(shí)，應(yīng)設(shè)程度或斜向支撐，或錨定系統(tǒng)；構(gòu)成空間力系是開(kāi)展方向。.加固型充分利用加固土體的強(qiáng)度。加固型包括水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、注漿和樹(shù)根樁等。 .基坑側(cè)壁平安等級(jí)及重要性系數(shù)安全等級(jí)破壞后果一級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過(guò)大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很?chē)?yán)重1.10二級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過(guò)大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響一般1.00三級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過(guò)大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴(yán)重0.90.3.1 構(gòu)造方案及選擇3.1.1 構(gòu)造類(lèi)型支護(hù)構(gòu)造類(lèi)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

3、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(mǎn)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(kāi)挖深度較大，排樁或組合排樁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)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(qiáng)，施工場(chǎng)地較小，開(kāi)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(hù)構(gòu)造.圖3-4 接頭管接頭的施工程序a) 開(kāi)挖槽段； b) 吊放接頭

4、管和鋼筋籠； c) 澆筑砼；d) 拔出接頭管； e) 構(gòu)成接頭.3.1.2 支撐體系支撐體系是用來(lái)支擋圍護(hù)墻體，接受墻背側(cè)土層及地面超載在圍護(hù)墻上的側(cè)壓力。 支撐體系是由支撐、圍檁、立柱三部分組成。 .特 點(diǎn)平面尺寸不大，且長(zhǎng)短邊長(zhǎng)相差不多的基坑宜布置角撐。它的開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)挖空間大，便于施工開(kāi)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

5、土方開(kāi)挖和主體結(jié)構(gòu)施工，但僅適用于周邊場(chǎng)地具有拉設(shè)錨桿的環(huán)境和地質(zhì)條件.3.2 支護(hù)構(gòu)造上的作用3.2.1 土壓力自動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的產(chǎn)生，前提條件是支護(hù)構(gòu)造存在位移；當(dāng)支護(hù)構(gòu)造沒(méi)有位移時(shí)，那么土對(duì)支護(hù)構(gòu)造的壓力為靜止土壓力。 土壓力的分布與支點(diǎn)的設(shè)置及其數(shù)量都有關(guān)系；懸臂支護(hù)樁土壓力的實(shí)測(cè)值與按朗肯公式計(jì)算值的對(duì)比，非挖土側(cè)實(shí)測(cè)土壓力小于朗肯自動(dòng)土壓力，即計(jì)算結(jié)果偏大。 .圖3-5 懸臂支護(hù)樁土壓力分布.圖3-6 芝加哥深基坑土壓力實(shí)測(cè)圖 圖3-7 柏林地道工程土壓力實(shí)測(cè)圖.土的內(nèi)聚力C、內(nèi)摩擦角值可根據(jù)以下規(guī)定適當(dāng)調(diào)整： 在井點(diǎn)降低地下水范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)孛嬗信潘头罎B措施時(shí)，值可提高20%

6、；在井點(diǎn)降水土體固結(jié)的條件下，可思索土與支護(hù)構(gòu)造間側(cè)摩阻力影響，將土的內(nèi)聚力c提高20%。.土壓力計(jì)算公式exit自動(dòng)土壓力：被動(dòng)土壓力：.3.2.2 地面附加荷載傳至n層土底面的豎向荷載qn1地面滿(mǎn)布均布荷載q0時(shí)，任何土層底面處：2分開(kāi)擋土構(gòu)造間隔為a時(shí) .(3)作用在面積為 與擋土構(gòu)造平行的地面荷載，分開(kāi)擋土構(gòu)造間隔時(shí)。.3.2.3 水壓力水壓力，主要根據(jù)土質(zhì)情況確定如何思索水壓力的問(wèn)題 。對(duì)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(duì)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

7、數(shù)與該深度處水壓力之和。.對(duì)比砂土簡(jiǎn)化計(jì)算，將水壓力與土壓力分別計(jì)算，并把水看作是：自動(dòng)壓力=靜止壓力=被動(dòng)壓力= h .3.3 排樁、地下延續(xù)墻計(jì)算自動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力并確定計(jì)算簡(jiǎn)圖，確定嵌固深度、內(nèi)力計(jì)算；支護(hù)樁或墻的截面設(shè)計(jì)以及壓頂梁的設(shè)計(jì)等。 .3.3.1 懸臂式支護(hù)構(gòu)造圖根據(jù)朗肯-庫(kù)倫土壓力實(shí)際分層計(jì)算自動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力；在此根底上確定圖3-10所示的計(jì)算簡(jiǎn)圖。圖 據(jù)此簡(jiǎn)圖求出嵌固深度hd;最大彎矩截面位置及最大彎矩值；進(jìn)展配筋設(shè)計(jì)或承載力計(jì)算；計(jì)算支護(hù)構(gòu)造頂端位移。.懸臂exit.計(jì)算簡(jiǎn)圖 據(jù)此求出嵌固深度hd.配筋和撓度計(jì)算 地質(zhì)條件或其它影響要素較為復(fù)雜時(shí)，也可按最大彎矩

8、斷面的配筋貫穿全長(zhǎng)。配筋應(yīng)滿(mǎn)足下式條件：支護(hù)構(gòu)造頂端的程度位移值 y剪力為零處即D點(diǎn)至基坑底的間隔； 懸臂梁上段構(gòu)造柔性變形值 下段構(gòu)造在彎矩Mmax作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角下段構(gòu)造在彎矩Mmax作用下在D點(diǎn)產(chǎn)生的程度位移 .上段構(gòu)造柔性變形下段構(gòu)造在作用下.3.3.2 單層支撐支護(hù)構(gòu)造設(shè)計(jì)圖計(jì)算方法是“等值梁法。等值梁法的關(guān)鍵是如何確定反彎點(diǎn)的位置。對(duì)單錨或單撐支護(hù)構(gòu)造，地面以下土壓力為零的位置，即自動(dòng)土壓力等于被動(dòng)土壓力的位置，與反彎點(diǎn)位置較接近 。.圖exit.用等值梁法計(jì)算單錨、單支支護(hù)構(gòu)造： 圖3-15 單層支點(diǎn)支護(hù)構(gòu)造深度計(jì)算簡(jiǎn)圖3支點(diǎn)力TC1 可按下式計(jì)算：等值梁法，對(duì)反彎點(diǎn)：1計(jì)算土壓

9、力 2基坑底面以下支護(hù)構(gòu)造設(shè)定彎矩零點(diǎn)位置 .4 嵌固深度Hd 設(shè)計(jì)值可按下式確定:.5計(jì)算內(nèi)力和配筋單層支撐支護(hù)構(gòu)造的最大彎矩: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?cái)嗝嫱ㄩL(zhǎng)配筋 .3.3.3 多層錨拉式支護(hù)構(gòu)造設(shè)計(jì) 1)應(yīng)根據(jù)分層挖土深度與每層錨桿設(shè)置的實(shí)踐施工情況分階段分層計(jì)算，這時(shí)假定下層挖土不影響上層錨桿計(jì)算的程度力； 2)多層布置時(shí)，有等彎矩布置和等反力布置兩種方式；3懸臂式及單支點(diǎn)支護(hù)構(gòu)造嵌固深度設(shè)計(jì)不宜小于 ；多支點(diǎn)支護(hù)構(gòu)造嵌固深度設(shè)計(jì)值小于0.2 h時(shí)，宜取 。.抗浸透穩(wěn)定條件:當(dāng)基坑底為碎石

10、土及砂土、基坑內(nèi)排水且作用有浸透水壓力時(shí)，側(cè)向截水的排樁、地下延續(xù)墻除應(yīng)滿(mǎn)足上述規(guī)定外，嵌固深度設(shè)計(jì)值尚應(yīng)滿(mǎn)足式抗浸透穩(wěn)定條件:.本卷須知：1排樁、地下延續(xù)墻程度荷載計(jì)算單位；中心距和單位長(zhǎng)度；2有支撐變形計(jì)算按彈性支點(diǎn)法計(jì)算，支點(diǎn)剛度系數(shù) 及地基土程度抗力系數(shù)m應(yīng)按地域閱歷取值； 3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、地下延續(xù)墻的空間作用協(xié)同分析方法，計(jì) 算內(nèi)力和變形。.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(jì) 1錨桿承載力計(jì)算 2錨桿桿體的截面面積 .3錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值

11、 1平安等級(jí)為一級(jí)及缺乏地域閱歷的二級(jí)基坑側(cè)壁，應(yīng)進(jìn)展錨桿的根本實(shí)驗(yàn)，受拉抗力分項(xiàng)系數(shù)可取1.3。2基坑側(cè)壁平安等級(jí)為二級(jí)且有臨近工程閱歷時(shí) ：.3. 對(duì)于塑性指數(shù)大于17的粘性土層中的錨桿應(yīng)進(jìn)展蠕變實(shí)驗(yàn)。4錨桿預(yù)加力值鎖定值應(yīng)根據(jù)地層條件及支護(hù)構(gòu)造變形要求確定，宜取為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值的0.500.65倍。5 自在段計(jì)算長(zhǎng)度.本講要點(diǎn)重點(diǎn)掌握懸臂式支護(hù)構(gòu)造計(jì)算方法和計(jì)算要點(diǎn)；重點(diǎn)掌握單錨、單支支護(hù)構(gòu)造計(jì)算方法和計(jì)算要點(diǎn)。掌握錨桿計(jì)算方法；了解多層支撐的計(jì)算原那么；.3.6 水泥土墻設(shè)計(jì)又稱(chēng)攪拌樁擋墻 ，利用一種特殊的攪拌頭或鉆頭，鉆進(jìn)地基至一定深度后，噴出固化劑，與地基土強(qiáng)行拌和而構(gòu)成

12、的加固土樁體。Mixed-In-Place Method MIP(美國(guó))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(guó)外最大深度60m ，國(guó)內(nèi)1218m；特點(diǎn)：施工無(wú)震動(dòng)、噪音、無(wú)廢水泥漿； 坑內(nèi)無(wú)需支撐拉錨，優(yōu)良的抗?jié)B特性。支擋高度，國(guó)內(nèi)最深9m;.水泥墻的構(gòu)造方式擋墻寬度為0.60.8開(kāi)挖深度，樁長(zhǎng)為開(kāi)挖深度的1.8-2.2倍。.3.6.1 土壓力計(jì)算計(jì)算自動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力3.6.2 抗傾覆計(jì)算3.6.3 抗滑移計(jì)算3.6.4 墻身應(yīng)力驗(yàn)算3.6.5 整體穩(wěn)定計(jì)算普通情況下，使墻體強(qiáng)度不成為設(shè)計(jì)的控制條件，而以構(gòu)造和邊坡的整體穩(wěn)定控制設(shè)

13、計(jì)。.1.土壓力計(jì)算墻后自動(dòng)土壓力 墻前被動(dòng)土壓力 .2 抗傾覆計(jì)算 圖按重力式擋墻計(jì)算墻體繞前趾A的抗傾覆平安系數(shù) ，不小于(1.01.1). .3 抗滑移計(jì)算 按重力式擋墻計(jì)算墻體沿底面滑動(dòng)的平安系數(shù)：.4.墻身應(yīng)力驗(yàn)算 墻體所驗(yàn)算截面處的法向應(yīng)力剪應(yīng)力按下式進(jìn)展 ：.5 整體穩(wěn)定計(jì)算k= 1.25整體穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，將滑動(dòng)土體與攪拌樁擋墻視為一個(gè)整體思索(常選在墻底下0.51.0米處)，采用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算圖 ：.構(gòu)造要求格柵布置時(shí)，水泥土的置換率對(duì)于淤泥不宜小于0.8，淤泥質(zhì)土不宜小于0.7，普通粘性土及砂土不宜小于0.6；格柵長(zhǎng)寬比不宜大于2 ；樁與樁之間的搭接寬度 ：思索截水作用時(shí)，樁的

14、有效搭接寬度不宜小于150mm；當(dāng)不思索截水作用時(shí)，搭接寬度不宜小于100mm。不能滿(mǎn)足要求時(shí)，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(jì)計(jì)算實(shí)例詳見(jiàn)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放射砼面板組成，構(gòu)成一個(gè)以土擋土的重力式擋土墻。 土釘墻自上而下施工，步步為營(yíng)，土釘墻是靠土釘?shù)南嗷プ饔脴?gòu)成復(fù)合整體作用。土層錨桿的失效影響較大，不運(yùn)用于沒(méi)有暫時(shí)自穩(wěn)才干的淤泥、飽和脆弱土層。 .圖3-32 土釘墻運(yùn)用領(lǐng)域a) 托換根底; 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(hù).1 土釘受拉承載力

15、計(jì)算受拉承載力 受拉荷載規(guī)范值 荷載折減系數(shù) .2 土釘墻承載力計(jì)算采用簡(jiǎn)化圓弧滑動(dòng)條分法 .3 構(gòu) 造 土釘墻墻面坡度不宜大于1：0.1； 放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；放射混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20，面層厚度不宜小于80mm； 土釘鋼筋宜采用、級(jí)鋼筋，鋼筋直徑宜為1632mm，鉆孔直徑宜為70120mm； .本講要點(diǎn)重點(diǎn)掌握水泥土擋墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：荷載、強(qiáng)度、穩(wěn)定傾覆、滑動(dòng)、整穩(wěn)土釘墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：土釘承載力和整穩(wěn).3.8 SMWSMW擋土墻是先施工水泥土擋墻，最后按一定的方式在其中插入型鋼如H鋼，即構(gòu)成一種勁性復(fù)合圍護(hù)構(gòu)造。：止水好，剛度大，

16、構(gòu)造簡(jiǎn)單，型鋼插入深度普通小于攪拌深度，型鋼可回收反復(fù)運(yùn)用，本錢(qián)較低。SMW適宜的基坑深度為610m，國(guó)外開(kāi)挖深度已達(dá)20m。要求型鋼間距不能過(guò)大，保證水泥土的強(qiáng)度由受剪，受壓控制。 .a全位“滿(mǎn)堂；b全位“1隔1c全位“1隔2；d半位“滿(mǎn)堂；e半位“1隔1.1型鋼凈間距確實(shí)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 .2.水泥土強(qiáng)度校核 “延續(xù)截面剪力.型鋼“間隔布置 驗(yàn)算拱的軸力強(qiáng)度 .3.9 逆作拱墻在基坑周?chē)鷪?chǎng)地都允許起拱的條件下基坑各邊長(zhǎng)L的起拱矢高 ，可以采用閉合的程度拱圈來(lái)支擋土壓力以圍護(hù)基坑的穩(wěn)定，采用閉合的程度拱圈來(lái)支擋土壓力以圍護(hù)基坑的穩(wěn)定 ；拱構(gòu)造是以受壓力為

17、主，能更好地發(fā)揚(yáng)混凝土抗壓強(qiáng)度高的資料特性，而且拱圈支擋高度只需在坑底以上 .這個(gè)閉合拱圈可以由幾條二次曲線(xiàn)圍成的組合拱圈曲率不延續(xù)，也可以是一個(gè)完好的橢圓或蛋形拱圈曲率延續(xù)。平安可靠，每道拱圈分別接受該道拱圈高度內(nèi)的壓力，不相互影響；節(jié)省工期，施工方便；節(jié)省擋土費(fèi)用，用拱圈支護(hù)的費(fèi)用僅為用擋土樁的40%60%。而且，基坑越深，經(jīng)濟(jì)效益越顯著。.1.截面外形.2.拱墻計(jì)算逆作拱墻構(gòu)外型式根據(jù)基坑平面外形可采用全封鎖拱墻，也可采用部分拱墻，拱墻軸線(xiàn)的矢跨比不宜小于1/8，基坑開(kāi)挖深度h不宜大于12m。當(dāng)基坑開(kāi)挖深度范圍或基坑底土層為砂土?xí)r，應(yīng)按抗浸透條件驗(yàn)算土層穩(wěn)定性 ；當(dāng)基底土層為粘性土?xí)r，基

18、坑開(kāi)挖深度滿(mǎn)足以下抗隆起驗(yàn)算條件： .均布荷載作用下，圓形閉合拱墻構(gòu)造軸向壓力設(shè)計(jì)值 應(yīng)按下式計(jì)算： 圓拱的外圈半徑； 拱墻分道計(jì)算高度 在分道高度范圍內(nèi)的基坑外側(cè)程度荷載規(guī)范值的平均值。.3 構(gòu)造 混凝土強(qiáng)度等級(jí)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)基坑較深且一道Z字型拱墻的支護(hù)高度不夠時(shí)，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)施工是經(jīng)過(guò)暫時(shí)支護(hù)基坑坑壁，開(kāi)挖至預(yù)定深度后，澆底板并由下而上施工各層地下室構(gòu)造，待地下室完工后，再逐層進(jìn)展地上構(gòu)造的施工。利用地下延續(xù)墻采用逆作法施工較深的多層地下室，成為開(kāi)展的方向，這已在國(guó)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延續(xù)墻，作為地下室的邊墻或基坑的圍護(hù)構(gòu)造。在建筑物內(nèi)部的澆筑中間支承柱，開(kāi)挖土方至第一層地下室底面標(biāo)高，澆注梁及部分的板，該層樓蓋即可作為地下延續(xù)墻剛度很大的支撐系統(tǒng)。然后在梁間沒(méi)有澆板的空檔內(nèi)，向下逐層施工各層