基礎(chǔ)工程10章課件

1、建筑基坑支護工程新課內(nèi)容第10章本章提要【本章要求】1.了解建筑基坑支護工程概念、分類；2.掌握基坑維護墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算；3.掌握基坑開挖時土體的穩(wěn)定分析。【本章重點】 基坑維護墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算方法。本章內(nèi)容10.1 概述10.2基坑維護墻體類型及特點10.3 基坑支護工程的設(shè)計原則及內(nèi)容10.4 作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載10.5 排樁式維護墻體的設(shè)計計算方法10.1 概述建筑基坑工程是由以下部分組成。1）基坑開挖工程；2）基坑支護工程及降水工程；對基坑進行周邊的支護及施工降水；3）監(jiān)測及維護工程；對基坑四周的已有建（構(gòu)）筑物、道路和地下管線等相鄰工程進行監(jiān)測和維護；總之基坑工程是一項綜合性工程

2、。10.1 概述 基坑支護的定義：為確保地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護措施，稱之為基坑支護。在基坑施工時，沒有支護措施的基坑工程稱之為無支護基坑工程；有支護措施的基坑工程，稱之為有支護基坑工程（也稱為基坑支護工程）。 10.1 概述10.1 概述10.1 概述 10.1.1基坑工程的組成 土方開挖工程 分層分塊將坑底以上土體挖出，開挖順序應(yīng)根據(jù)整個基坑體系的穩(wěn)定等計算確定。 降水工程 在基坑開挖前，若地下水位高于坑底，應(yīng)將地下水位降于坑底以下0.51.0m，使土方開挖實現(xiàn)“干”作業(yè)。常采用井點降水法。 基坑支護工程 基坑支護工程主要包括維護墻體(包

3、括防滲帷幕)工程及支撐工程組成的。 監(jiān)測工程 監(jiān)測工程是指在基坑工程施工過程中，對基坑維護結(jié)構(gòu)及其周圍地層、附近建筑物、地下管線的受力和變形進行的量測。 10.1 概述 10.1.2基坑支護工程的主要特點 1) 基坑工程大多是臨時性的結(jié)構(gòu),設(shè)計的安全儲備相對小一些,風險較大。2) 基坑工程是一項綜合性很強的系統(tǒng)工程。3) 基坑工程向大深度、大面積方向發(fā)展。4) 設(shè)計、施工難度大。（不利因素多，設(shè)計計算理論不夠成熟。）5）基坑工程易出現(xiàn)事故。（隨機性大，事故突然。是容易有很大風險的工程。）6）基坑工程造價高。 7）基坑工程對周圍環(huán)境影響大。10.1 概述 10.1.3 與基坑工程相關(guān)的規(guī)范及規(guī)程

4、 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程JGJ12099；建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB500072002；土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范CECS22:99；基坑土釘支護技術(shù)規(guī)范CECS96:97；建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范JGJ/T11198及一些地方規(guī)范、規(guī)程等。 10.2基坑維護墻體類型及特點 維護墻體按結(jié)構(gòu)分為重力式擋土墻、排樁式維護墻、土釘墻、地下連續(xù)墻等 。1.重力式擋土墻 重力式擋土墻是一種常用的擋土結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是依靠墻體本身的自重來平衡基坑內(nèi)外的土壓力，通常不設(shè)支撐。 2. 排樁式維護墻排樁式圍護墻是采用排成排的樁組成的墻體。排樁式維護墻體，適用于施工場地狹窄，地質(zhì)條件較差且不能采用攪拌樁進行支護時的情況。

5、10.2基坑維護墻體類型及特點 3. 土釘墻土釘墻是一種新型的基坑支護形式，國內(nèi)外已在許多基坑支護工程中得到了成功的應(yīng)用，并取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟效果。土釘墻支護結(jié)構(gòu)機理可理解為通過在基坑邊坡中設(shè)置土釘，形成加筋土重力式擋土墻，起到擋土的作用， 10.3基坑支護工程的設(shè)計原則及內(nèi)容10.3.1 基坑支護結(jié)構(gòu)極限狀態(tài) 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。按基坑規(guī)程有關(guān)規(guī)定，基坑支護結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可分為兩類：1）承載力極限狀態(tài) 。對應(yīng)于支護結(jié)構(gòu)達到最大承載力或土體失穩(wěn)、過大的變形導致支護結(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

6、響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能。10.3基坑支護工程的設(shè)計原則及內(nèi)容10.3.2 基坑安全等級 根據(jù)基坑支護破壞等危害程度，把基坑分為三個安全等級。 10.3.3 基坑支護工程的設(shè)計原則及計算內(nèi)容 按基坑規(guī)程：基坑支護應(yīng)保證巖土開挖、地下結(jié)構(gòu)施工的安全，并使周圍環(huán)境不受損害。10.3基坑支護工程的設(shè)計原則及內(nèi)容1.基坑支護工程的設(shè)計原則 1）基坑支護應(yīng)規(guī)定其設(shè)計使用期限?；又ёo設(shè)計使用期限不應(yīng)小于一年；2）保障基坑周邊的建（構(gòu)）筑物、地下管線、道路的安全和正常使用；3）保障主體地下結(jié)構(gòu)的施工空間。10.3基坑支護工程的設(shè)計原則及內(nèi)容2. 基坑支護工程計算內(nèi)容根據(jù)承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)

7、的設(shè)計要求，基坑支護應(yīng)按下列規(guī)定進行計算和驗算：1）基坑支護結(jié)構(gòu)均應(yīng)進行承載能力極限狀態(tài)的計算，內(nèi)容包括： 根據(jù)基坑支護形式及其受力特點進行基坑內(nèi)外土體穩(wěn)定性計算； 基坑支護結(jié)構(gòu)的受壓、受彎、受剪承載力計算； 當有錨桿或支撐時，應(yīng)對其進行承載力計算和穩(wěn)定性驗算。10.3基坑支護工程的設(shè)計原則及內(nèi)容2）對于安全等級為一級及對支護結(jié)構(gòu)變形有限定的二級建筑基坑側(cè)壁，尚因?qū)又苓叚h(huán)境及支護結(jié)構(gòu)變形進行驗算。3）地下水控制計算和驗算。如：抗?jié)B穩(wěn)定性驗算、基坑突涌穩(wěn)定性驗算等。10.3基坑支護工程的設(shè)計原則及內(nèi)容10.3.4 基坑支護工程的設(shè)計依據(jù) 基坑開挖及支護設(shè)計應(yīng)具備下列資料： 基坑側(cè)壁安全等級及

8、重要性安全系數(shù) 定基坑的安全等級。 相關(guān)規(guī)范及規(guī)程 基坑支護工程相關(guān)規(guī)范及規(guī)程。 場地巖土工程地質(zhì)勘察資料 1）工程地質(zhì)資料；2）水文地質(zhì)資料；3）周圍環(huán)境資料；4）淺層地下障礙物情況。 場地主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計資料 需要主體結(jié)構(gòu)的用地紅線圖、建筑施工圖、地下結(jié)構(gòu)圖及樁位布置圖等，這些圖對基坑平面設(shè)計布置、支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計及布置、立柱定位等是必不可少的資料。支護結(jié)構(gòu)及支撐、錨桿結(jié)構(gòu)不得超越紅線界限。 施工條件 在設(shè)計基坑維護方案時 ，應(yīng)充分注意到場地的施工條件。 10.4作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載10.4.1作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載分類 作用與支護結(jié)構(gòu)上的水平荷載主要有：1）土壓力；2）水壓力；如靜水壓力、滲

9、流壓力、承壓水壓力等；3）對基坑有影響的荷載；基坑內(nèi)外土的自重（包括地下水）、如鄰近區(qū)域建（構(gòu)）筑物荷載、汽車荷載、吊車荷載、場地堆載及鄰近施工場地施工作用、凍脹及溫度變化等。4）地震產(chǎn)生的垂直和水平荷載；以及其他附加荷載。10.4作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載10.4.2土壓力及水壓力的計算 作用于支護結(jié)構(gòu)上的土壓力、水壓力是一種很重要的荷載。工程上的土壓力一般主要采用朗金土壓力理論計算。計算地下水位以下的水、土壓力，可以采用兩種方法：一種是水土分算方法（有效應(yīng)力法）；一種是水土合算方法（總應(yīng)力法）。10.4作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載1. 水土分算法（有效應(yīng)力法）該方法計算土壓力時，采用浮重度計算；計算

10、水壓力時，按靜水壓力計算。最后相加。對于砂土、粉土宜按水土分算的原則計算。 1）主動土壓力10.4作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載2) 被動土壓力上述這種計算土壓力方法的概念明確，而且有效應(yīng)力原理在土力學中已經(jīng)介紹。因此，今后要逐步統(tǒng)一應(yīng)用有效應(yīng)力原理計算土壓力。10.4作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載2.水土合算方法（總應(yīng)力法）水土壓力合算法是采用土的飽和重度計算總的水、土壓力，是水壓力和土壓力合算的方法。對于地下水位以上或水土合算的土層：1) 主動土壓力10.4作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載2) 被動土壓力3.水土分算法與水土合算法的比較由于無粘性土具有滲透性好的特點，因此不考慮出現(xiàn)孔隙水壓力的問題，其抗剪強度指標應(yīng)

11、采用有效應(yīng)力指標，總應(yīng)力等于有效應(yīng)力。故水土分算的方法適合于無粘性土。對于飽和粘性土，常常采用不排水剪指標，上述兩種方法都可使用。對于粘性土，若采用水土合算法，則需采用不固結(jié)不排水抗剪強度指標；若采用水土分算法，則采用固結(jié)不排水抗剪強度指標。10.5排樁式維護墻體的設(shè)計計算方法當基坑深度不大、環(huán)境條件允許時，可采用不設(shè)支撐的懸臂式排樁維護墻。當基坑深度較大、環(huán)境條件不允許、排樁有較大變形時，排樁維護墻結(jié)構(gòu)一般應(yīng)設(shè)置內(nèi)支撐或坑外錨拉系統(tǒng)。排樁支護結(jié)構(gòu)的計算,包括維護墻體計算、支撐計算與基坑穩(wěn)定性計算等。本節(jié)主要介紹維護墻體的計算,包括排樁式維護墻及地下連續(xù)墻的計算。10.5排樁式維護墻體的設(shè)計計

12、算方法10.5.1 懸臂式排樁維護墻的計算方法 懸臂式排樁維護墻（簡稱板樁墻）的計算方法，采用傳統(tǒng)的板樁計算原理。懸臂板樁墻在基坑底面以上基坑外側(cè)主動土壓力作用下，板樁將向基坑內(nèi)側(cè)傾移，而下部則反方向變位。1. 靜力平衡法所設(shè)計的懸臂式板樁墻要保持穩(wěn)定，應(yīng)使墻體保持靜力平衡狀態(tài)。即水平方向的合力為零；繞墻底端部（自由端）力矩代數(shù)和為零10.5排樁式維護墻體的設(shè)計計算方法根據(jù)水平方向的合力為零的條件，要求單位寬度板樁墻兩側(cè)所受的凈土壓力相平衡（水平方向力的代數(shù)和為零）；且單位寬度板樁墻兩側(cè)所受的凈土壓力對墻底端部力矩代數(shù)和為零。在滿足上述兩個靜力平衡條件時，板樁墻體則處于穩(wěn)定。相應(yīng)的板樁墻入土深

13、度即為保證其穩(wěn)定性所需的最小入土深度。根據(jù)上述靜力平衡條件聯(lián)立可求解最小入土深度，這對設(shè)計板樁墻非常有用。10.5排樁式維護墻體的設(shè)計計算方法2. 布魯姆（Blum）法布魯姆（H.Blum）對靜力平衡法進行了簡化，即將樁底的被動土壓力以一個集中力來代替，對比靜力平衡法，采用布魯姆法解懸臂式板樁墻的入土深度及最大彎矩較為方便。 10.5排樁式維護墻體的設(shè)計計算方法10.5.2 單支點排樁維護墻的計算方法 當基坑開挖深度較大時，懸臂式板樁墻就會顯得支擋無力，樁頂位移就會過大，易出現(xiàn)事故。在這種情況下，需要用水平內(nèi)支撐及錨桿支撐來加強墻體的維護能力。1. 單支點排樁 單支點排樁維護墻 是指在墻上設(shè)置

14、一道水平支撐并形成鉸接的鉸支點，這種墻稱之為單支點排樁圍護墻。單支點墻入土下端的支撐情況與入土深度有關(guān)，因此單支點排樁維護墻的計算與其入土深度有關(guān)。10.5排樁式維護墻體的設(shè)計計算方法2. 單支點排樁入土深度較淺時的平衡法單支點排樁入土深度較淺時，按上述第一種情況，板樁墻可看為在支撐點是鉸支而墻下端為自由的結(jié)構(gòu)，按靜力平衡方法計算，求解樁的入土深度及支撐反力，以便可求解排樁內(nèi)力，設(shè)計排樁。10.5排樁式維護墻體的設(shè)計計算方法3. 單支點排樁入土深度較深時的等值梁法等值梁法適用于單支點排樁入土較深時固定端型排樁，即上述第三種情況。此時樁的入土深度較大，墻前后都出現(xiàn)被動土壓力，排樁入土端可視為固定端，相當于上端簡支下端固定的超靜定梁。它的彎矩已大大減小而出現(xiàn)正負兩個方向的彎矩。工程中常采用此種固定端型排樁，常采用等值梁法來計算。10.5排樁式維護墻體的設(shè)計計算方法10.5.3多支點排樁維護墻計算方法簡介 當土質(zhì)較差，基坑較深時，用單支點排樁維護墻不能滿足要求時，通常采用多支點排樁維護墻結(jié)構(gòu)。目前對多支點排樁維護墻結(jié)構(gòu)的計算方法通常采用等值梁法、連續(xù)梁法、支撐荷載12分擔法、彈性支點法等。 基坑支護 對基坑側(cè)壁土體采用的