基坑支護(hù)設(shè)計-教學(xué)

基坑支護(hù)設(shè)計基坑支護(hù)設(shè)計一、基坑工程的分級二、基坑圍護(hù)設(shè)計的內(nèi)容及需考慮的荷載

三、支護(hù)體系的方案比較和選型

四、基坑支護(hù)的計算五、基坑支護(hù)內(nèi)支撐方案選擇六、基坑工程的概念設(shè)計七、工程設(shè)計實例隨著上海城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市用地日趨緊張，地下空間的開發(fā)利用及高層建筑深基礎(chǔ)施工都在地面以下一定深度工作。建筑基坑支護(hù)技術(shù)是創(chuàng)造安全可靠的地下施工空間必不可少的一項技術(shù)?；庸こ贪粗匾苑旨墶Ｒ患墸褐ёo(hù)結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時；基坑開挖深度大于、等于10米時；距基坑邊兩倍開挖深度范圍內(nèi)有歷史文物、近代優(yōu)秀建筑、重要管線等需嚴(yán)加保護(hù)時。三級：開挖深度小于7米，且周圍環(huán)境無特別要求時。二級：除一級與三級外。

基坑工程設(shè)計安全系數(shù)，由基本安全系數(shù)和附加安全系數(shù)的乘積組成?；景踩禂?shù)由計算模型本身給定，而附加安全系數(shù)根據(jù)基坑重要性確定。二、基坑圍護(hù)設(shè)計的內(nèi)容

及需考慮的荷載：

（一）設(shè)計內(nèi)容

1.

支護(hù)體系的方案比較和選型；2.

支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形計算；3.

基坑內(nèi)外土體的穩(wěn)定性計算；4.

圍護(hù)墻的抗?jié)B驗算；5.

降水要求；6.

確定挖土工況；7.

確定環(huán)境保護(hù)的要求和監(jiān)測內(nèi)容等。（二）需考慮的荷載

1.

水土壓力；側(cè)壓力等于土壓力和水壓力之和。有工程經(jīng)驗時，可按水土合算計算側(cè)壓力。2.

一般地面超載；一般為20KN/m2的均面荷載。3.

影響區(qū)范圍內(nèi)建筑、構(gòu)筑物荷載；4.

施工荷載以及鄰近基礎(chǔ)施工的影響，如打樁、基坑開挖等。三、支護(hù)體系的方案比較和選型

1.

板式支護(hù)體系地下連續(xù)墻（鋼筋混凝土板樁等）目前在基坑工程中應(yīng)用的地下連續(xù)墻有以下幾種形式：壁板式T形及Л形地下連續(xù)墻格形地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻槽段接頭形式，有以下幾種：使用接頭管做成的接頭用隔板做成的接頭用預(yù)制件作接頭采用接頭箱做成接頭鋼板止水式接頭鋼筋焊接接頭鉆孔灌注樁（人工挖孔樁、樹根樁等）SMW工法（勁性水泥土地下墻）鋼板樁

2.

重力式擋墻（干噴、濕噴）3.

復(fù)合土釘墻4.放坡開挖5.與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)――逆作法

利用主體地下結(jié)構(gòu)的梁板作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)支撐，且支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻一般與主體地下室的外墻相結(jié)合。應(yīng)預(yù)估圍護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降的適應(yīng)性；另外在地下室澆筑鋼筋混凝土底板之前，地面上的上部結(jié)構(gòu)允許施工的層數(shù)要經(jīng)計算確定。四、支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)的的計算1.板式支護(hù)護(hù)體系①基坑底部部土體的的抗隆起起穩(wěn)定性性和抗?jié)B滲流或抗抗管涌穩(wěn)穩(wěn)定性驗驗算a.驗算圍護(hù)護(hù)墻底地地基承載載力；KWZ＝2.5（（一一級基坑坑）2.0（（二二級基坑坑）1.7（（三三級基坑坑）b.驗算基坑坑底部土土體的抗抗隆起穩(wěn)穩(wěn)定性KL＝2.5（（一級基基坑）2.0（（二二級基坑坑）1.7（（三三級基坑坑）c.圍護(hù)墻底底部土體體的抗?jié)B滲流或抗抗管涌穩(wěn)穩(wěn)定性KS＝1.5～2.0基坑底為為砂性土土、砂質(zhì)質(zhì)粉土或或粘性土土與粉性性土中有有明顯薄薄層粉砂砂夾層時時取大值值。d.基坑開挖挖面以下下有承壓壓水時，，驗算基基坑底部部土的抗抗承壓水水頭的穩(wěn)穩(wěn)定性Ky＝1.05②圍護(hù)墻結(jié)結(jié)構(gòu)的抗抗傾覆穩(wěn)穩(wěn)定性驗驗算KQ＝1.20（（一級級基坑））1.10（（二級基基坑）1.05（（三級基基坑）③圍護(hù)墻結(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)內(nèi)力和變變形計算算采用豎向向彈性地地基梁的的基床系系數(shù)法。。計算時時應(yīng)考慮慮支撐或或錨碇點點的位移移、施工工工況及及支撐剛剛度等對對結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力與變變形的影影響。內(nèi)支撐的的壓縮彈彈簧系數(shù)數(shù)作用在圍圍護(hù)墻上上的水土土壓力開挖面以以下，水水平彈簧簧支座和和垂直彈彈簧支座座的壓縮縮彈簧剛剛度KH＝kHbhKV＝kVbh開挖面以以下三角角形區(qū)的的水平向向基床系系數(shù)KH＝mz水平向基基床系數(shù)數(shù)沿深度度增大的的比例系系數(shù)m可根據(jù)土土性，參參照下表表采用地基土分類

m(kN/m4)

流塑的粘性土1000～2000軟塑的粘性土、松散的粉砂土和砂土2000～4000可塑的粘性土、稍密～中密的粉性土和砂土

4000～6000豎硬的粘性土、密實的粉性土、砂土

6000～10000水泥土攪拌樁加固，置換率>25%

水泥摻量<8%2000～4000水泥摻量>12%4000～6000④支撐或錨錨碇與圍圍檁體系系的結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)力、、變形和和穩(wěn)定性性計算；；⑤支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的構(gòu)件件截面強(qiáng)強(qiáng)度和節(jié)節(jié)點構(gòu)造造設(shè)計與與計算；；⑥支撐豎向向立柱的的結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力、變變形和穩(wěn)穩(wěn)定性計計算；⑦圍護(hù)墻結(jié)結(jié)構(gòu)兼作作工程主主體結(jié)構(gòu)構(gòu)時，尚尚應(yīng)按照照主體結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計所遵循循的規(guī)范范，驗算算長期荷荷載作用用時的結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力力和變形形等。2.重力式擋擋墻（水水泥土圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)）強(qiáng)度以齡齡期一月月的無側(cè)側(cè)限抗壓壓強(qiáng)度為為標(biāo)準(zhǔn)，，不低于于0.8MPa。以下下所列安安全系數(shù)數(shù)適用于于二級工工程，對對一級工工程應(yīng)乘乘以1.2系數(shù)數(shù)，三級級工程乘乘以0.9系數(shù)數(shù)。重力式擋擋墻破壞壞的四種種模式：：a.水水平滑移移破壞b.傾覆覆破壞c.整整體滑移移破壞d.樁樁身彎曲曲破壞①整體穩(wěn)定定性驗算算安全系數(shù)數(shù)最小的的滑弧面面，其值值應(yīng)不小小于KZ＝1.0。②抗?jié)B驗算算；當(dāng)墻底為為砂土、、砂質(zhì)粉粉土或有有明顯的的砂性土土夾層時時取KS＝3.0，其它它土層取取KS＝2.0。③抗水平滑滑移、抗抗傾覆穩(wěn)穩(wěn)定性驗驗算KQ＝1.1，基坑坑邊長不不大于20m時時，KQ＝1.0KHL＝1.2，基坑坑邊長不不大于20m時時，KHL＝1.0④墻體坑底底截面處處的應(yīng)力力驗算⑤受谷倉土土壓力條條件限制制的格柵柵斷面尺尺寸的驗驗算⑥圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)墻頂水水平位移移計算。。1.復(fù)合土釘釘墻參照中華華人民共共和國行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)《建筑筑基坑支支護(hù)技術(shù)術(shù)規(guī)程》》JGJ120－99。①土釘抗拉拉承載力力計算；；單根土釘釘抗拉承承載力計計算；單根土釘釘受拉荷荷載標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值計算算。②土釘墻整整體穩(wěn)定定性驗算算；不同工況況下圓弧弧滑動整整體穩(wěn)定定性驗算算；單根土釘釘在圓弧弧滑裂面面外錨固固體與土土體的極極限抗拉拉力計算算。2.放坡開挖挖采用簡單單條分法法進(jìn)行邊邊坡穩(wěn)定定性驗算算。五、基坑坑支護(hù)內(nèi)內(nèi)支撐方方案選擇擇1.根據(jù)支撐撐材料的的分類按其材料料可分為為鋼支撐撐、鋼筋筋混凝土土支撐、、鋼和鋼鋼筋混凝凝土的組組合支撐撐。鋼支撐優(yōu)點：便便于安裝裝和拆除除，材料料的消耗耗量小，，可以施施加預(yù)緊緊力以合合理地控控制基坑坑變形，，架設(shè)速速度快。。缺點：整整體剛度度較弱。。鋼筋混凝凝土支撐撐優(yōu)點：整整體剛度度好，變變形小。。缺點：施施工制作作時間長長于鋼支支撐，拆拆除工作作比較繁繁重，材材料的回回收利用用率低。。2.根據(jù)支撐撐平面布布置的分分類角撐、對對撐、圓圓環(huán)支撐撐、邊桁桁架支撐撐。雙拼H型型鋼支撐撐：對撐撐和角撐撐結(jié)合使使用圓環(huán)支撐撐對撐和圓圓環(huán)支撐撐結(jié)合使使用邊桁架支支撐角撐和圓圓環(huán)支撐撐結(jié)合使使用六、基坑坑工程的的概念設(shè)設(shè)計與其他巖巖土工程程問題一一樣，基基坑工程程目前仍仍然不夠夠完善，，不夠成成熟，是是經(jīng)驗性性很強(qiáng)的的一門學(xué)學(xué)科。完全局限限于規(guī)范范、規(guī)程程的設(shè)計計，在實實際應(yīng)用用中會造造成較大大的浪費費。在以以往的一一些規(guī)定定中，對對于一些些難以確確定的問問題往往往以“根根據(jù)經(jīng)驗驗確定””而由設(shè)設(shè)計人員員自行確確定，這這對于具具有豐富富經(jīng)驗的的設(shè)計人人員自然然不難解解決，而而對于一一般設(shè)計計人員則則難以應(yīng)應(yīng)用。所所以現(xiàn)在在的規(guī)范范、規(guī)程程強(qiáng)調(diào)一一個唯一一性，即即對某一一設(shè)計對對象，規(guī)規(guī)范、規(guī)規(guī)程負(fù)有有提供一一種明確確的設(shè)計計方法、、計算模模式、參參數(shù)取值值的責(zé)任任，盡管管其結(jié)果果較有豐豐富經(jīng)驗驗的設(shè)計計人員設(shè)設(shè)計結(jié)果果可能偏偏于保守守些，但但按規(guī)范范、規(guī)程程設(shè)計必必能保證證安全。。另一方面，完完全局限于規(guī)規(guī)范、規(guī)程的的設(shè)計，在某某些特定的工工程情況下，，仍會存在工工程不安全的的隱患。一項設(shè)計的優(yōu)優(yōu)劣成敗，設(shè)設(shè)計思想的是是否正確，有有時起決定性性的作用。概概念設(shè)計就是是一種設(shè)計思思想。下面就就對基坑工程程的概念作些些初步的探討討。1.有效應(yīng)力原理理對于飽和土，，總壓力由有有效應(yīng)力和孔孔隙水壓力兩兩部分組成。。土中的孔隙隙水沒有強(qiáng)度度，所產(chǎn)生的的水壓力沒有有方向性，豎豎向荷載和側(cè)側(cè)荷載總是相相等；土顆粒粒組成的骨架架則有一定的的強(qiáng)度，所產(chǎn)產(chǎn)生的是有效效壓力，故主主動土壓力系系數(shù)必定小于于1.0，被被動土壓力系系數(shù)必定大于于1.0。從從這個概念出出發(fā)，計算水水土壓力時，，有效應(yīng)力法法比總應(yīng)力法法更為合理。。在計算時，，應(yīng)當(dāng)采用浮浮重度和有效效強(qiáng)度指標(biāo)c’、φ’，，應(yīng)進(jìn)行“水水土分算”。?！八梁纤恪薄钡母拍畈蝗缛纭八练炙闼恪泵鞔_。既既要合算，就就得用總應(yīng)力力法。但選用用與之配套的的強(qiáng)度指標(biāo)時時，仍應(yīng)充分分理解有效應(yīng)應(yīng)力原理，采采用適當(dāng)?shù)目偪倯?yīng)力法強(qiáng)度度指標(biāo)c、φφ。有效應(yīng)力法的的c’、φ’’只有一套，，而總應(yīng)力法法的c、φ有有三套：不排排水剪（UU）、固結(jié)不不排水剪（CU）及排水水剪（CD））。由于試驗驗時排水條件件不同，試驗驗結(jié)果差別很很大。如果不熟悉有有效應(yīng)力原理理，選擇試驗驗方法時就會會陷入盲目性性。無論應(yīng)力力路徑還是排排水條件，試試驗條件與現(xiàn)現(xiàn)場條件不可可能完全一致致，只能近似似地選用較合合理的方法。。從現(xiàn)場條件件分析，主動動區(qū)和被動區(qū)區(qū)土體剪切時時近似于不排排水剪，故采采用固結(jié)不排排水剪是安全全的。從原理分析，，“水土分算算”優(yōu)于“水水土合算”，，三軸剪優(yōu)于于直剪。但在在做實際工程程時不一定如如此，因為實實際操作時，，三軸試驗費費時費力，對對土樣質(zhì)量要要求高，對試試驗人員素質(zhì)質(zhì)要求高，否否則試驗成果果不穩(wěn)定，甚甚至反而不可可靠?！八镣练炙恪币笄鬁y有效應(yīng)力力指標(biāo)c’、、φ’，非一一般試驗室能能做好。直剪剪試驗和“水水土合算”雖雖然合理性方方面有所欠缺缺，但簡單易易行，有經(jīng)驗驗時也較可靠靠。1.地下水。分析基坑工程程失敗的原因因可知，直接接或間接與地地下水有關(guān)的的占大多數(shù)。。這里主要討討論靜水壓力力和地下水運運動中的水頭頭損失問題。。強(qiáng)透水性地層層具有靜水壓壓力是眾所周周知，沒有爭爭論的。那么么弱透水地層層有沒有靜水水壓力呢。其其實松散地層層中的靜水壓壓力原理都是是相同的，水水頭或水壓，，與土的透水水性是兩回事事，不能混為為一談。在含含水層中某一一深度設(shè)一測測壓管，不管管滲透系數(shù)的的差別有多大大，水頭肯定定是相同的，，只是達(dá)到這這一水頭所需需的時間不同同而已。按達(dá)西定律有有水力梯度才才有水的流動動，也就是說說在滲流過程程中一定會產(chǎn)產(chǎn)生水頭損失失。由圖可知，當(dāng)當(dāng)?shù)叵滤@止止水帷幕流動動時，其水壓壓力與靜水壓壓力不同。兩兩側(cè)水壓力抵抵消后的凈壓壓力在坑內(nèi)水水位標(biāo)高處最最大，止水帷帷幕底處為零零。因此，設(shè)計者者必須牢牢掌掌握滲流運動動的原理，當(dāng)當(dāng)有穩(wěn)定滲流流時進(jìn)行流網(wǎng)網(wǎng)分析，有利利于掌握基本本概念，合理理進(jìn)行地下水水控制設(shè)計。。3.從定性分析到到定量分析基坑工程設(shè)計計時進(jìn)行計算算是不可缺少少的，但也不不能盲目相信信計算。應(yīng)從從定性的概念念分析入手，，抓住關(guān)鍵問問題，在定性性分析的基礎(chǔ)礎(chǔ)上進(jìn)行定量量分析。單純純定量計算的的不可靠有計計算模型過分分簡化的原因因，也有計算算參數(shù)不可靠靠的原因。①Coulomb和Rankine土土壓力理論。。應(yīng)用Coulomb理論論和Rankine理論論時，必須清清醒地知道其其假設(shè)條件，，必須知道這這些條件與工工程實際有哪哪些不一致的的地方。例如如：a.不論Coulomb還是是Rankine，建立立土壓力理論論時，都是用用于重力式擋擋墻。都是先先筑墻，再在在墻背后填土土〔一般為無無粘性土〕；；而現(xiàn)在的基基坑工程，則則是在土中筑筑墻或樁，再再開挖卸荷，，墻背后是原原狀土。無論論支擋結(jié)構(gòu)的的型式、土的的性質(zhì)、施工工次序、土中中應(yīng)力路徑都都有很大不同同。b.Coulomb-Ranbine理理論假定，破破裂面是平面面，破壞土契契是剛體，這這與實際情況況出入較大。。Coulomb-Ranbine假定的墻無無限長，是平平面問題，而而基坑工程是是空間問題，，在基坑轉(zhuǎn)角角處誤差較大大。c.無論主動土壓壓力還是被動動土壓力，都都需要一定的的位移量才能能達(dá)到，而過過大的位移量量對工程又是是不容許的。。達(dá)到主動土土壓力狀態(tài)的的位移量約（（0.001～0.01）H，達(dá)到到被動土壓力力狀態(tài)的位移移量約（0.02～0.06）H。。實際動用的的土壓力一般般為靜止與主主動之間或靜靜止也被動之之間土壓力。。d.樁墻在土壓力力作用下變形形，土壓力重重分布。土壓壓力的分布與與樁墻剛度、、支撐剛度有有關(guān)。對于剛剛度大的懸臂臂式樁墻，淺淺部樁土位移移不同步，樁樁與土體間有有縫隙，土壓壓力的重心下下移。剛性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動使樁墻在在某深度處發(fā)發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動點以上，，墻后是主動動土壓力，墻墻前是被動與與靜止土壓力力之間；轉(zhuǎn)動動點以下，墻墻前是主動土土壓力，墻后后是被動與靜靜止土壓力之之間。由上可知，Coulomb-Rankine土土壓力理論與與基坑工程的的實際出入相相當(dāng)大，是很很容易理解的的。如果設(shè)計計得對這些概概念是清楚的的，就不會過過分相信計算算結(jié)果了。②土性對土壓力力的影響：流流變、非飽和和土從計算公式看看，土壓力的的大小似乎只只與土的重度度和土的抗剪剪強(qiáng)度指標(biāo)有有關(guān)，其實要要復(fù)雜得多。。例如軟土的流流變性質(zhì)。它的變形和強(qiáng)強(qiáng)度都隨時間間而變化。在在相當(dāng)小的剪剪切應(yīng)力作用用下，雖不增增加應(yīng)力，變變形可長期發(fā)發(fā)展，是其蠕蠕變特性；變變形速率是應(yīng)應(yīng)力的函數(shù)，，是其粘滯特特性；變形恒恒定，應(yīng)力隨隨時間減小，，是其應(yīng)力松松弛特性；在在長期受荷條條件下，強(qiáng)度度隨時間而改改變，是其長長期強(qiáng)度特性性。劉建航院士根根據(jù)流變理論論和工程經(jīng)驗驗，研究了軟軟土基坑的時時空效應(yīng)。他他認(rèn)為，基坑坑的位移、土土的性質(zhì)、支支撐的內(nèi)力都都是隨時間而而變化的。應(yīng)應(yīng)注意控制每每步開挖的尺尺寸（長度和和高度），盡盡量減小支撐撐前的暴露時時間。1.注重原型監(jiān)測