深基坑工程樁錨支護設(shè)計計算理論及應(yīng)用課件

深基坑工程樁錨支護設(shè)計

計算理論及應(yīng)用

1第1章緒論

第2章樁錨支護設(shè)計計算理論與分析

第3章樁錨支護工程的降水設(shè)計與監(jiān)測技術(shù)

第4章深基坑支護工程實例第5章總結(jié)與展望2第1章緒論

1.1深基坑支護方法的分類及特點

（1）基坑圍護體系是臨時結(jié)構(gòu)，具有較大的風(fēng)險性（2）基坑工程具有很強的區(qū)域性

（3）基坑工程具有很強的特性

（4）基坑工程具有很強的綜合性

（5）基坑工程和土壓力具有很強的相關(guān)性（6）基坑工程具有較強的時空效應(yīng)

（7）基坑工程是系統(tǒng)工程（8）基坑工程的周邊環(huán)境較復(fù)雜（9）基坑圍護方法多

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近幾年來，高層建筑與市政建設(shè)處于大發(fā)展時期，由于設(shè)計與施工隊伍對當(dāng)?shù)氐幕邮┕ぬ攸c不夠熟悉，因而發(fā)生了一些事故。為避免這些事故的發(fā)生，應(yīng)從如下幾方面進行總結(jié)，并改進這些方面的工作。

（1）設(shè)計方面（2）施工方面（3）監(jiān)測方面

基坑支護設(shè)計中的主要問題是穩(wěn)定性和變形問題，現(xiàn)在對支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計算的常規(guī)方法一般是按彈性地基梁理論，采用等值梁法或連續(xù)梁法。其缺陷和不足是：①土體是各向異性、非均質(zhì)、非連續(xù)的介質(zhì)，不完全是彈性體。②深基坑開挖是一個卸荷過程，基坑開挖后邊界條件改變，亦即穩(wěn)定性分析未考慮應(yīng)力路徑變化對土體強度及變形性質(zhì)的影響。③特別是對于軟土，基坑開挖后支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性應(yīng)考慮軟土長期流變的影響。④對于不同的土類別，采用同一種穩(wěn)定分析計算方法，不盡合理。⑤僅考慮了支護結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性，而往往忽略了支護結(jié)構(gòu)與邊坡上體作為一個整體的整體邊坡穩(wěn)定性。⑥深基坑變形破壞類型的劃分一般是按傾覆、整體滑移，強度破壞、踢腳底鼓、管涌、變形過大、地面開裂沉陷等來劃分，這是否缺乏科學(xué)性和系統(tǒng)性。5第2章樁錨支護設(shè)計計算理論與分析

2.1深基坑邊坡的變形破壞模式

當(dāng)基坑坑壁采用樁（墻）錨、樁（墻）撐式支護結(jié)構(gòu)時，深基坑可能發(fā)生三種形式的變形破壞：⑴支護樁（墻）入土深度不足，支護樁（墻）下部出現(xiàn)“踢腳”⑵錨桿的錨固力或支撐力不足，使錨桿拉出或使支撐“壓屈”；⑶支護樁（墻）強度不足出現(xiàn)剪斷破壞。當(dāng)基坑坑壁采用噴錨（土釘墻）支護時，基坑可能發(fā)生以下三種形式的變形破壞：⑴錨桿或土釘長度不足，基坑邊坡土體沿朗肯主動破裂面發(fā)生變形破壞；⑵個別錨桿或土釘?shù)目拱瘟Σ蛔?，被從土體內(nèi)拉出；⑶錨桿（土釘）與面層鋼筋聯(lián)接不牢固，與面層鋼筋拉脫。

62.2支護結(jié)構(gòu)選型

武漢地區(qū)深基坑支護結(jié)構(gòu)的主要型式如下：

1)放坡開挖2)懸臂樁3)水泥土重力式擋土墻

4)樁錨式支護結(jié)構(gòu)5)內(nèi)支撐式支護結(jié)構(gòu)

6)噴錨支護（土釘墻）7)綜合措施

2.3土層錨桿的內(nèi)力計算

錨桿的承載力式中：Qu__錨桿極限承載力；rb__錨桿錨固體半徑；La—錨桿錨固段長度；τu錨桿周圍土體的抗剪強度72.4支護結(jié)構(gòu)水平荷載與抗力計算

2.4.1超載作用下支護結(jié)構(gòu)水平荷載與抗力計算模式圖2-1水平荷載與抗力計算模式92.4.2支護結(jié)構(gòu)水平荷載標準值

圖2-2水平荷載標準值計算簡圖102.4.3支護結(jié)構(gòu)水平抗力標準值計算

圖2－5水平抗力標準值計算簡圖112.5.2多支點支護結(jié)構(gòu)計算計算簡圖圖2-8支點力圖2-9嵌固深度hd計算簡圖13圖2-11多支點支護結(jié)

構(gòu)內(nèi)力計算簡圖圖2-12逐層開挖支撐（拉錨）力不變等值梁法計算簡圖142.5.3結(jié)構(gòu)內(nèi)力及截面承載力計算

5)排樁及支撐體系混凝土結(jié)構(gòu)的承載力應(yīng)按下列規(guī)定計算：(1)正截面受彎及斜截面受剪承載力計算以及縱向鋼筋、箍筋的構(gòu)造要求，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GBJ10的有關(guān)規(guī)定；(2)圓形截面正截面受彎承載力應(yīng)按下列規(guī)定計算：沿截面受拉區(qū)和受壓區(qū)周邊配置局部均勻縱向鋼筋或集中縱向鋼筋的圓形截面鋼筋混凝土樁（圖2-14），其正截面受彎承載力可按下列公式計算：15總結(jié)基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算思路如下：

(1)若設(shè)計某一段，則應(yīng)己知該段各土層的厚度、γ、c、φ、K、及q0、q1、b0、b1，選取該段重要性系數(shù)γ0，設(shè)定該段樁長初值為h+hd，若樁長不滿足下列要求，則應(yīng)加大樁長，直至滿足為止；

(2)由式(2-4)～(2-7)計算基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標準值；

(3)由2.4.2節(jié)的公式計算支護結(jié)構(gòu)水平荷載標準值；

(4)由式(2-11)計算作用于基坑底面以下深度處的豎向應(yīng)力標準值；

(5)由2.4.3節(jié)的公式計算基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標準值；

(6)對懸臂式支擋結(jié)構(gòu)，按式(2-14)確定懸臂式支護結(jié)構(gòu)嵌入深度設(shè)計值hd，若滿足，則可確定樁長；若不滿足要求，則應(yīng)加大樁長，直至滿足為止；

(7)由式(2-15)驗算抗?jié)B透穩(wěn)定條件；

(8)由式(2-16、17)計算支擋結(jié)構(gòu)彎矩計算值及剪力計算值；

(9)由式(2-34、35)計算支擋結(jié)構(gòu)截面彎矩設(shè)計值及截面剪力設(shè)計值；(10)由式(2-37～43)進行支擋結(jié)構(gòu)截面尺寸(如直徑)及配筋等設(shè)計；

17(11)對單層支點支護結(jié)構(gòu)，先按式(2-18)確定基坑底面以下支護結(jié)構(gòu)設(shè)定彎矩零點位置至基坑底面的距離；

(12)由式(2-19)計算支點力；

(13)由式(2-20)確定嵌固深度設(shè)計值；

(14)由式(2-25)計算支點支護結(jié)構(gòu)彎矩計算值及剪力計算值；

(15)按上面第(9)、(10)步進行單層支點支護結(jié)構(gòu)截面尺寸及配筋等設(shè)計；

(16)對多層支點支護結(jié)構(gòu)，先按式(2-21)、(2-22)確定嵌固深度計算值；

(17)由式(2-24)計算嵌固深度設(shè)計值；

(18)按彈性支點法計算多支點支護結(jié)構(gòu)支點力計算值；或按逐層開挖支撐力不變等值梁法由式(2-27、29、31)計算支點力計算值；

(19)由式(2-25)計算多層支點支護結(jié)構(gòu)彎矩計算值及剪力計算值；

(20)由式(2-25)計算支點結(jié)構(gòu)第層支點力設(shè)計值；

(21)按上面第(9)、(10)步進行多層支點支護結(jié)構(gòu)截面尺寸及配筋等設(shè)計；

(22)由2.5.4節(jié)的公式和規(guī)定進行錨桿承載力計算，確定錨桿桿體的截面面積，確定錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值，計算錨桿自由段長度，進行錨桿長度、間距、傾角等設(shè)計；對于內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，應(yīng)進行強度驗算、穩(wěn)定性及細長比驗算等。

18第三章樁錨支護工程的降水設(shè)計與監(jiān)測技術(shù)

3.1深基坑工程降水設(shè)計

降水基本理論

設(shè)計基坑降水系統(tǒng)需要選用滲流公式確定井的數(shù)目、間距、深度、直徑以及井的出水量等。選用滲流公式時，要根據(jù)基坑的深度，考慮場地的水文地質(zhì)條件，即地下水的類型、補給源及井的結(jié)構(gòu)等。根據(jù)地下水有無壓力，水井分為無壓井和承壓井。當(dāng)水井布置在具有潛水自由面的含水層中時，稱為無壓井；當(dāng)水井布置在承壓含水層中時,稱為承壓井。當(dāng)水井底部達到不透水層時稱為完整井，否則稱為非完整井。各類井的涌水量計算方法都不同。1857年，法國水力學(xué)家Dupuit首先研究出地下水涌水的理論。這些理論雖與實際情況有出入，但直到現(xiàn)在還廣泛地被應(yīng)用著。他研究了完整承壓井和完整潛水井的涌水情況，并作了如下假定：①含水層為均質(zhì)和各向同性；②水流為層流；③流動條件為穩(wěn)定流或非穩(wěn)定流；④水井出水量不隨時間變化；

193.2樁錨支護工程的監(jiān)測技術(shù)

工程監(jiān)測的目的及重要性主要表現(xiàn)在：

(1)將監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù)與理論計算值比較以判斷原施工參數(shù)取值是否合理，以便調(diào)整下一步施工參數(shù)，做好信息化施工。

(2)將監(jiān)測結(jié)果信息反饋優(yōu)化設(shè)計，使之更符合實際，使支護結(jié)構(gòu)設(shè)計更加經(jīng)濟、安全。

(3)積累基坑工程施工、設(shè)計優(yōu)化的實際資料，指導(dǎo)今后設(shè)計施工。

深基坑支護工程監(jiān)測技術(shù)主要包括以下幾個方面：

1)支護結(jié)構(gòu)的監(jiān)測（1）水平位移監(jiān)測。根據(jù)基坑大小，一般每間隔6-8m布設(shè)一個監(jiān)測點，在關(guān)鍵部位適當(dāng)加密布點?？紤]到施工場地狹窄、測點常被阻擋的實際情況，可用位移收斂計、經(jīng)緯儀、伸縮計等多種方法進行監(jiān)測。（2）傾斜監(jiān)測。根據(jù)支護結(jié)構(gòu)受力及周邊環(huán)境等因素，在關(guān)鍵的地點鉆孔布設(shè)測斜管，用高精度測斜儀定期進行監(jiān)測，也可在基坑開挖過程中在支護結(jié)構(gòu)側(cè)面用經(jīng)緯儀觀測，以掌握支護結(jié)構(gòu)在各開挖施工階段的傾斜變化情況，及時提供支護結(jié)構(gòu)深度—水平位移—時間的變化曲線及分析計算結(jié)果。（3）沉降監(jiān)測?？砂闯Ｒ?guī)方法用DSI型精密水準儀對支護結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位進行監(jiān)測。212)周邊環(huán)境的監(jiān)測

3)確定監(jiān)測周期及頻率

4)設(shè)定預(yù)警值

5）監(jiān)測結(jié)果的分析與評價

6）險情預(yù)報

7）提出合理化措施

（1）在支護結(jié)構(gòu)水平位移速率和累計位移較大時，分別增設(shè)鋼管水平角支撐、加密支撐、及時安裝支撐構(gòu)件、跳槽開挖、停止超挖、先支撐后開邊支撐邊開挖、在擋土結(jié)構(gòu)的背后挖土卸荷或加設(shè)樹根樁等。

（2）對較復(fù)雜的周邊環(huán)境，為保證支護結(jié)構(gòu)的位移較小，對錨桿施加足夠的預(yù)應(yīng)力，或在水平鋼管支撐安設(shè)時用千斤頂施加預(yù)應(yīng)力頂緊支護結(jié)構(gòu)。

（3）對鄰近較重要的建筑物及地下煤氣管道等進行灌漿加固等措施。對滲漏、管涌等要引流堵漏，壓密注漿水堵漏，降水堵漏，鋼絲網(wǎng)水泥砂漿護壁等。對周邊地面澆注混凝土薄層，增設(shè)排水通道，對周邊土體裂縫及時用水泥砂漿封閉，以防地表水往下滲流。

（4）對變更設(shè)計、施工方案的分析評價和建議。22第四章深基坑支護工程實例

4.1工程概況

武漢RDR國際廣場主體工程為3棟塔樓，其中2棟28層，1棟24層，裙樓6層，地下二層?？偨ㄖ娣e67405m2，地下總建筑面積8296m2，基坑占地面積約5000m2，平面形狀近似矩形。本工程設(shè)計正負零標高約相當(dāng)于絕對標高21.20m，基礎(chǔ)承臺墊層底標高為-10.70m至-9.20m，電梯井局部基礎(chǔ)承臺墊層底標高為-11.40m?；又苓厡嶋H最大開挖深度為9.9-8.4m。

該場地周邊現(xiàn)有建（構(gòu)）筑物、地下管網(wǎng)、道路等具體情況如下：北側(cè)：基坑北側(cè)緊鄰江大路，坑壁距道路邊線最近處7.0m，且有電信溝、煤氣管道、排水管道。東側(cè)：基坑?xùn)|側(cè)緊鄰黃孝河路，坑壁距道路邊線8.5m，且有電信溝、煤氣管道、排水管道，距黃孝河排水箱涵12m。南側(cè)：南側(cè)基坑邊線距武漢市交通委員會武漢交通信息中心約11m；西側(cè)：為規(guī)劃道路，距擬建建筑物邊線約25-30m外有兩棟8-9的砼結(jié)構(gòu)住宅樓。234.2深基坑支護方案的選擇支護方案比選的原則是：首先根據(jù)地層、開挖深度、周邊環(huán)境的不同詳細對基坑支護分段，然后對每一段按由簡單到復(fù)雜、由低價到高價的先后順序進行試算、比較，同時兼顧工期及其它工程條件，最后選擇最佳的方案。綜合考慮本基坑工程的各項條件，經(jīng)過充分的比較、論證、試算后，確定本基坑工程支護方案的總體思路如下：以排樁+預(yù)應(yīng)力錨桿作為主要支護手段，輔助坡頂減載、坑內(nèi)坡腳留設(shè)反壓土體、外設(shè)加強樁、止水帷幕、坑內(nèi)深井降水等手段，確保支護體系的完善。對已施工的支護樁充分利用，原支護樁不能滿足要求時，采取加錨或加樁等措施予以補強。本工程擬采用坑內(nèi)深井降水、坑壁深層攪拌止水、坑內(nèi)明排相結(jié)合的地下水處理措施。深井降水不可避免的會引起場地周邊地面一定的沉降量，但根據(jù)多年來在武漢市從事深基坑工程方面的經(jīng)驗，可以通過以下兩個方面來將其負面影響降低到最小程度：⑴優(yōu)化設(shè)計⑵合理安排抽水時間254.3支護設(shè)計

由于場地內(nèi)各段土層厚度有一定的變化，故分段概化為5種地層剖面分別計算?，F(xiàn)將DE段和FG段概化地層圖示如下：2629圖4.74-4(DE)剖面樁錨設(shè)計計算結(jié)果30圖4.74-4(DE)剖面樁錨設(shè)計計算結(jié)果

圖4.74-4(DE)剖面樁錨設(shè)計計算結(jié)果31

圖4.8支護樁大樣圖32圖4.9樁錨支護結(jié)構(gòu)立面圖33放坡噴錨設(shè)計

樁頂平均放坡深度按2.4-3.0m計算。該段坡面設(shè)計坡率為1：0.5，坡腳設(shè)0.5-2.5m寬平臺（見表4.3）。設(shè)計錨桿2排，錨桿長度為4.5m-9.0，錨桿直徑110mm，水平間距1.3-1.5m，垂直間距1.0-1.3m，主筋為1Φ20。34

35圖4.13基坑抗隆起分析圖4.12DE段樁頂放坡噴錨支護36

噴錨面層設(shè)計

噴面采用噴射砼，砼設(shè)計強度為C20，厚度8cm-10cm，配比為水泥：砂：石子＝1：2：1.5，水灰比為0.4～0.5，采用標號不低于32.5Mpa的普通硅酸鹽水泥、粒徑不大于2.5mm的中細砂和粒徑小于5mm的瓜米石。鋼筋網(wǎng)規(guī)格為Φ6.5＠200×200，加強筋為Φ16圓鋼。將各排錨桿、加強筋焊成網(wǎng)絡(luò),以增加面層剛度。上下段鋼筋網(wǎng)搭接長度應(yīng)大于20cm。圖4.15基坑噴錨支護大樣圖374.4基坑降水設(shè)計為使本基坑既經(jīng)濟安全又盡量減少基坑降水可能的環(huán)境影響，結(jié)合場地地質(zhì)條件，對本基坑采用減壓降水法?；咏邓O(shè)計時需要有一定的安全系數(shù)，對本基坑取1.0-2.0米水頭的安全系數(shù)。則本基坑降水設(shè)計時需要將場內(nèi)的承壓水水頭降低至標高9.00米（大開挖部分）-8.0米（電梯井部分），即降水設(shè)計時考慮將場內(nèi)承壓水水頭降低10.0米-11.0米。此為本基坑降水設(shè)計目標由于降水井所抽取的地下水主要為砂層中的地下水，根據(jù)該層顆粒特征、含水層滲透性能及經(jīng)濟分析,基坑內(nèi)降水井單井抽水量設(shè)計為80T/h，由此可知所需的降水井?dāng)?shù)目為： 17000t/dn＝──────────≈9口 80t/h×24h/d

9口降水井在基坑中的布置見下圖：

3839基坑降水后地面沉降預(yù)測等值線圖404.5基坑監(jiān)測方案設(shè)計

監(jiān)測的目的是根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)計值（或預(yù)測值）進行比較，如超過某個限值就采取工程措施，防止支護結(jié)構(gòu)破壞和環(huán)境事故的發(fā)生。用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工，進行信息化施工，使施工組織設(shè)計得以優(yōu)化。

監(jiān)測項目包括：⑴基坑邊坡土體和支護樁水平位移；⑵基坑邊坡土體和支護樁沉降變形；⑶周邊道路、管網(wǎng)、建筑物沉降變形；⑷基坑邊坡深層土體位移；⑸裂縫監(jiān)測。

監(jiān)測要求如下：基坑開挖前布設(shè)基準點、基坑周邊道路管網(wǎng)沉降點，并進行基點聯(lián)測和沉降點基礎(chǔ)數(shù)據(jù)觀測。并布設(shè)好測斜孔，基坑開挖前進行初始值監(jiān)測?；娱_挖第一層土之前每3天觀測一次，開挖以下土層應(yīng)每