巖土支擋與錨固工程

前言（ih）、課程性質巖土工程主要問題（1） 地基穩(wěn)定問題一一沉降與變形一一《基礎工程與地基處理》（《地基處理技術》等）（2） 斜坡穩(wěn)定問題一一破壞模式與防護技術一一《支擋結構設計與施工》、《地質災害治理工程設計》、《巖土支擋與錨固工程》等（3） 圍巖（硐室）穩(wěn)定問題變形破壞與防治《隧道工程》、《巷道支護技術》、《巖土錨固工程》等（4） 涉水的巖土問題：水庫、堤岸、港口、碼頭、海岸等《拋石基礎？》、《壩體設計與施工？》研究人類工程活動與地質環(huán)境（工程地質條件）之間的相互作用，以便正確評價、合理利用、有效改造和完善保護地質環(huán)境。二、支擋結構設計的基本方法研究對象：工程地質問題L斜坡穩(wěn)定穩(wěn)定（部分圍巖穩(wěn)定） 改造與加固為目的。變形程度時間效應研究內容：應用工程地質分析的原理和方法，獲取巖土體及其變形破壞特點和變形破壞機理的地質信息；以巖土支擋與錨固為主要手段，依據(jù)結構構造物與巖土體的作用特點，應用巖土力學、結構力學等的理論與方法，解決不同性狀的巖土體的穩(wěn)定性問題。研究方法：地質分析、原理分析、力學分析第1章巖土支擋設計的基本原理（3h）概述需支擋或加固的巖土體：各類滑坡、潛在不穩(wěn)定斜坡、人工開挖邊坡（含深基坑）、隧道及地下硐室、港口碼頭等巖土體失穩(wěn)破壞模式取決于巖土體所處的地質環(huán)境、物理力學性質、內外動力作用（制約與影響因素）等自然斜坡：崩（塌）、滑（坡）、泥（石流）人工邊坡：水利水電工程高邊坡、路堤路塹邊坡、露天礦邊坡、深基坑等硐室圍巖：《工程地質分析原理》巖土體失穩(wěn)破壞機理巖土介質：巖質邊坡（硐室圍巖）、土質邊坡、成因條件（堆積、坡積、風積等）受力條件：應力狀態(tài)、應力歷史、堆（載）卸（荷）條件影響因素：降雨、臺風、人類活動比如巖質邊坡的破壞模型有：（1）滑移-壓致拉裂、（2）滑移-拉裂、（3）滑移-彎曲、（4）彎曲-拉裂、（5）拉裂-剪出、及其組合模型等；土質邊坡的破壞模型有：（1）均質土坡的圓弧滑動、（2）順層土體沿軟弱面蠕變、（3）沿基巖面滑動、（4）裂隙土體的崩落破壞等。1.1.3支擋與錨固的一般原理1.1.4巖土支擋與錨固工程的主要結構類型解決巖土體穩(wěn)定性的基本途徑：提供支撐力、設置阻滑體、錨固不穩(wěn)定體（、改良巖土體）支擋結構使巖土體保持穩(wěn)定、控制位移（或變形）而建造的結構物（體）常見支擋結構類型有：（1） 擋土墻：重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、加筋土；（2） 擋土樁：懸臂樁、拉錨樁等；（3） 抗滑樁：（4） 地下連續(xù)墻:常見錨固工程類型有:(1)系統(tǒng)錨桿(2)全長粘結型錨桿(3)端頭錨固型錨桿(4)摩擦型錨桿(5)管式錨桿和自鉆式錨桿(6)預應力錨桿（錨索支擋和錨固共冋作用類型有：(1)錨拉樁、錨定板式擋土墻(2)預應力格構錨(3)土釘墻(4)噴錨支護(5)柔性防護網(wǎng)支護支擋與錨固設計原則1.2.1設計方法工程設計：諸多不確定前提下，按照已知有限條件（工期、費用、安全性等） ，確定當時認為最為合理的方法（措施）。要求設計人員：對影響結構因素的認識、巖土內在規(guī)律的把握、對涉及結果可靠性的分析設計方法發(fā)展概況：安全系數(shù)法=:概率極限狀態(tài)設計法（可靠度設計）目前巖土設計方法：工程類比法、安全系數(shù)法、概率極限狀態(tài)設計法（可靠度設計）（1） 工程類比法即經(jīng)驗設計法，包括直接類比法和間接類比法，輔之以量測法和理論驗算法工程實踐中采用較為廣泛的設計方法，各類規(guī)范明確！（2） 安全系數(shù)法安全系數(shù)的認識一一概念安全系數(shù)不是定量表示安全性的尺度！3）概率極限狀態(tài)設計法概念：以可靠度為設計目標、以概率論為基礎、以設計目標（結構或構件）達到某種功能（如抗剪性、抗彎性等）要求的極限狀態(tài)為依據(jù)、結構設計計算方法。以后巖土工程設計的主流方向！小計：巖土體及其防治工程結構穩(wěn)定性分析多采用——安全系數(shù)法；支擋工程結構設計采用——概率極限狀態(tài)設計法噴錨支護目前一般采用——工程類比法1.2.2設計階段與設計等級（1）設計階段：取決于工程任務（目標）與工作程度，不同行業(yè)又有不同建筑工程領域（港口工程）：可行性方案設計、初步設計、施工圖設計公路工程領域：可行性設計（又分預可和工可）、初步設計、施工圖設計水利水電工程（鐵路工程）：預可行性規(guī)劃設計、可行性方案設計、初步設計（初測）、施工圖設計（定測）四個階段地質災害領域：可行性方案設計、初步設計、施工圖設計（2）不同設計階段的設計目標項目決策后，巖土工程設計一般進行初步設計和施工圖設計了。大型和重要工程，初步設計前，應進行設計方案的優(yōu)選！可研階段設計：必要性論證、可行性分析、方案對比、經(jīng)濟技術分析等初設階段設計：對可研推薦方案進行論證、對工程方案進行分解、提出具體工程實現(xiàn)步驟、提出相關工程參數(shù)、進行結構設計計算、編制報告與圖件，進行工程概算。初設文件的深度要求：①應符合已審定的設計方案；②能據(jù)以確定土地征用范圍；③能據(jù)以準備主要設備及材料；應提供工程設計概算，作為審批確定項目投資的依據(jù)；能據(jù)以進行施工圖設計能據(jù)以進行施工準備。施工圖設計：細化施工圖、提出施工技術、施工組織和安全措施的要求、滿足工程施工和工程招標要求，編制以結構為主體的細部圖圖件及說明，進行工程預算。施工圖設計文件的深度要求：能據(jù)以進行施工與安裝；能據(jù)以安排材料、設備訂貨和非標制作；能據(jù)以編制施工圖預算；能據(jù)以進行工程驗收。（3）設計等級（安全等級）務必熟記的幾類巖土設計系數(shù)：滑坡防治工程：安全系數(shù)有抗滑、抗傾覆、抗剪斷公路路塹邊坡工程設計：建筑邊坡工程設計：水利水電工程邊坡：極限狀態(tài)設計原則基本要求：安全性、適用性、耐久性一般原則：與工程結構的設計原則一致《工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》（GB50153-92）1.2.4荷載及其作用效應組合（1）荷載的種類A、 巖土體自重：天然重度、浮重、飽和重度等B、 土壓力：主動土壓力、被動土壓力、靜止土壓力C、 水壓力：靜水壓力和動水壓力（滲透水壓力）D地震作用力：地震系數(shù)（地震加速度除以重力加速度）乘以巖土體重力E、其他作用力：風載、雪載、車輛荷載、波浪壓力、臨時施工荷載、溫度影響等（2）荷載作用效應組合第2章土壓力與滑坡推力（6h）概述巖土體作用力（變形破壞）規(guī)律的認識——變形機理、受力特征、結構形式等正確、合理確定巖土壓力或者說巖土體作用在支擋結構上的力的大小、方向、分布、變化規(guī)律等，是我們做巖土支擋與錨固結構設計的第一步，也是最為關鍵的一步！土壓力計算（1）靜止土壓力（2）主動土壓力（3）被動土壓力2.2.1靜止土壓力計算2.2.2朗肯土壓力計算朗肯（英國），1857年提出。基本假定：擋土墻墻背豎直、光滑；墻后土體表面水平并無限延長。土體內任意水平面與墻背均為主平面（即該平面上無剪應力作用），作用于兩平面的正應力均為主應力圖2-5朗肯土壓力計算圖式2.2.3庫倫土壓力計算庫倫（法國）1773年提出，基本假定：①擋土墻墻后為砂土（c=0）；②擋土墻墻后土體產生主動或被動土壓力時，土體形成滑動楔體，其滑裂面為通過墻踵的平面。庫倫土壓力理論根據(jù)滑動楔體處于極限平衡狀態(tài)時，應用靜力平衡條件求解得主動土壓力與被動土壓力。2.2.4第二破裂面計算法產生條件：①墻背傾角必須大于第二破裂面的傾角；②投影在墻背上的力所產生的下滑力必須小于墻背處的抗滑力。土壓力計算小結庫倫理論與朗肯理論的適用條件P37實踐中，用庫倫公式計算主動土壓力，用朗肯公式計算被動土壓力規(guī)范推薦的土壓力計算方法特殊條件下的土壓力計算2.4.1超載作用下的土壓力計算

2.4.2墻后土體分層時的土壓力計算2.4.3有地下水作用下的土壓力計算2.4.4折線型墻背土壓力計算2.4.5有限范圍內土體的土壓力計算2.4.6土體表面不規(guī)則時的土壓力計算土壓力圖解法Poncelet法、Culmann法2.5.1基本原理2.5.2圖解步驟不同結構物作用時土壓力的分布與計算土壓力計算中的參數(shù)取值2.7.1有效應力法與總應力法用等效內摩擦角計算主動土壓力第3章?lián)跬翂τ嬎闩c設計（4h）擋土墻的基本類型重力式擋土墻設計3.2.1概述重力式擋土墻是以擋土墻的自身重力來維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定，課用石砌或混凝土建成。課根據(jù)其墻背的坡度分為仰視、垂直、俯視三種類型。①按土壓力理論，仰斜背墻的主動土壓力最小，而俯斜墻背的主動土壓力最大，垂直墻背承受的土壓力介于兩者之間。②若擋土墻修建時需要開挖，因仰斜墻背可與開挖的臨時邊坡相結合，而俯斜墻背后需要回填土，對于支擋挖方工程的邊坡，以仰斜墻背為好，反之，如果是填方工程，應采用俯斜墻背或垂直墻背，以便填土夯實。個別情況下，為減小土壓力，采用仰斜墻也是可行的，但應該注意墻背附近的回填土質量。當墻前原有地形較平坦，用仰斜墻背比較合理，若原有地形較陡，用仰斜墻背會使墻身增高很多，此時應當采用垂直或俯斜墻。綜上所述，邊坡需要開挖時，仰斜墻施工方便，土壓力小墻身截面經(jīng)濟，設計時應優(yōu)先選用仰斜墻。而填方路堤或邊坡，則宜優(yōu)先選用直墻或俯斜墻。3.2.2重力式擋土墻設計1）抗滑移穩(wěn)定性驗算2）抗傾覆穩(wěn)定性驗算3）地基承載力驗算（基地壓力及偏心驗算）4）墻身強度驗算（5）其他需要驗算的項軟弱下臥層驗算整體穩(wěn)定性驗算3.2.3重力式擋土墻構造3.2.4擋土墻填料選擇由土壓力計算理論可知，填料的內摩擦角越大，主動土壓力就越?。欢盍系闹囟仍酱?，主動土壓力就越大。因此應選擇內摩擦角大、重度小的填料，應優(yōu)先采用砂類土、碎（礫）石土填筑。具有透水性好，抗剪強度大且穩(wěn)定、易排水，能顯著減少主動土壓力。一般不采用粘性土，對于重要的、高度較大的擋土墻，不應用粘土做填料。3.2.5擋土墻的排水措施（1）墻身排水措施墻身排水主要是為了排除墻后積水。在擋土墻背側應設置200-400伽的反濾層，孔洞附近1m范圍內應加厚至400-600伽，通常在墻身適當高度處設置一排或數(shù)排泄水孔。如圖3-9（2）地表排水措施凡擋土墻后有較大的面積或山坡，則應在填土頂面、離擋土墻適當?shù)木嚯x設截水溝，把坡上、外部徑流截斷排除。重力式擋土墻施工施工時應注意以下事項懸臂式與扶壁式擋土墻設計3.3.1懸臂式擋土墻構造3.3.2懸臂式擋土墻設計懸臂式擋土墻設計，分為墻身截面尺寸擬定以及混凝土結構設計兩部分。確定墻身的斷面尺寸，是通過試算法來進行的，其做法是先擬定截面的試算尺寸，計算作用其上的土壓力，通過穩(wěn)定驗算來確定墻踵板和墻趾板的長度。鋼筋混凝土結構設計，則是對已經(jīng)確定的墻身截面尺寸進行內力計算和鋼筋設計。在配筋設計時，可能會調整截面尺寸，特別是墻身的厚度。懸臂式擋土墻，一般也以墻長方向取1延米計算。3.3.2.1墻身截面尺寸的擬定：2）墻趾板長度墻趾板的長度，根據(jù)全墻抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)、基底合力偏心距e限制和基底地基承載力等要求來確定。3.2.2.2土壓力計算3.3.2.3墻身內力計算1）立板的內力2）墻踵板的內力3）墻趾板的內力3.3.2.4墻身鋼筋混凝土配筋設計懸臂式擋土墻的立板和底板，按受彎構件設計。除構件正截面受彎承載力、受剪承載斜截面力外，還要進行裂縫寬度驗算。2）底板鋼筋設計3.3.3扶壁式擋土墻構造3.3.4扶壁式擋土墻設計（1）立板的內力計算2）墻踵板的內力計算（3）扶壁的內力計算加筋土擋土墻設計加筋土擋土墻由墻面板、基礎、拉筋（筋帶）和填料等部分組成。工作原理是依靠填料與拉筋之間的摩擦力，來平衡墻面所承受的水平土壓力（即加筋土擋土墻的內部穩(wěn)定），并以拉筋、填料的復合結構抵抗拉筋尾部填料所產生的土壓力（即加筋土擋土墻的外部穩(wěn)定），從而保證了擋土墻的穩(wěn)定。3.4.1加筋土擋土墻構造面板面板的主要作用是防止拉筋間填土從側向擠出，保證拉筋、填料、墻面板構成一個具有一定形狀的整體。應具有足夠的強度，保證拉筋端部土體的穩(wěn)定。拉筋拉筋對于加筋土擋土墻至關重要，應具備較高抗拉強度，延伸率小，蠕變變形小，有較好的柔性，與填土間有較大的摩阻力，抗腐蝕，便于制作，價格低廉的特性。拉筋與面板的連接面板與拉筋之前除了有必須的堅固可靠連接，還應有與拉筋相同的耐腐蝕性。填料填料為加筋土擋土墻的主體材料，必須易于填注和壓實，與拉筋之間有可靠的摩擦阻力，不應對拉筋有腐蝕性。墻面板下基礎基礎采用混凝土灌注或漿砌片石砌筑。一般為矩形，高，寬。頂面可做凹槽，以利于安裝層面板。3.4.1.6沉降縫與伸縮縫通常每隔10-20m設置沉降縫，在地基情況變化處以及墻高變化處也應設沉降縫。伸縮縫與沉降縫通常設置在一起。3.4.1.7帽石與欄桿帽石應突出墻面3-5帽石應突出墻面3-5cm,作1m的錯臺。應保證上級墻加筋土擋土墻頂面，一般設置混凝土或鋼筋混凝土帽石。用是約束墻面板，為保證人身安全應設置欄桿，高。排水設計斷面設置加筋土擋土墻較高時，將擋土墻分級。兩級之間設不小于的基礎承載力要求，必要時在基礎板下設石灰土人工地基。3.4.2加筋土加固機理當前分析加筋土的強度有兩種觀點：①把加筋土看成組合材料，認為加筋土是復合體結構（亦稱錨定式結構），用摩擦原理來解釋分析。②把加筋土視為均質的各向異性材料，即認為加筋土是復合材料結構，用莫爾-庫倫理論來解釋分析，稱為準粘聚力原理。3.4.2.1摩擦原理解釋3.4.2.2莫爾-庫倫理論解釋3.4.3加筋土擋土墻設計一．破裂面的確定本節(jié)主要考慮把筋、土分開考慮的設計計算方法，加筋土擋土墻面板后填料中的破裂面（簡稱破裂面或滑面）的形狀和位置是確定筋條截面和長度的重要依據(jù)。．拉筋的受力三．基本假定墻面板承受填料產生的主動土壓力，每塊面板承受其相應范圍的主動土壓力，將由墻面板上拉筋有效摩擦阻力即抗拔力來平衡。擋土墻內部加筋體分為滑動區(qū)和穩(wěn)定區(qū)，這兩區(qū)分界面為土體的破裂面，破裂面可按折線法來確定。拉筋與填料之間的摩擦系數(shù)在拉筋全長范圍內相同。壓在拉筋有效長度上的填料自重及荷載對拉筋均產生有效的摩擦阻力。四．土壓力的確定A．墻后填料產生的主動土壓力p1iB?墻頂面上荷載產生的水平土壓力強度 p五．作用在拉筋上的豎向壓應力六．墻面板設計七．拉筋設計3）拉筋截面設計②鋼筋混凝土拉筋八．拉筋抗拔穩(wěn)定性計算九．全墻整體穩(wěn)定驗算3.4.4加筋土擋土墻施工（1）基坑施工（2）面板制作及安裝（3）填土工程（4）拉筋鋪設第4章基坑支護結構計算與設計（6h）概述基坑支護的體系的要求包括保證基坑四周邊坡的穩(wěn)定性，滿足基礎施工有足夠空間的要求，保證基坑四周相鄰建筑物、構筑物和地下管線在施工期間不收損害③保證基坑工程施工作業(yè)面在地下水位以上。4.1.1支護結構類型有：重力式擋土結構懸臂式支護結構單（多）支點混合支護結構土釘墻支護結構其他形式支護結構4.1.2支護結構的破壞形式4.1.3基坑側壁安全等級及其重要性系數(shù)4.1.4支護結構的選用原則基坑支護結構內力計算特點及現(xiàn)狀4.1.6水、土壓力的計算（1）水平荷載標準值當按以上規(guī)定計算的基坑開挖面以上水平荷載標準值小于零時應取零2）水平抗力標準值懸臂式支護結構設計計算常用于鋼筋混凝土排樁、木板樁、鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、地下連續(xù)墻等。4.2.1計算原理4.2.2嵌固深度的計算（2）布魯姆法求嵌固深度4.2.3截面承載力計算4.2.4穩(wěn)定性驗算（1）整體抗滑穩(wěn)定性驗算（3）基坑滲流穩(wěn)定性驗算當上部為不透水層，基坑下部某深度處有承壓水時，基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算單支撐撞墻設計計算單支撐撞墻支護體系的構成4.3.1.1支護體系各組成部分4.3.1.2支撐材料、形式的選擇和布置（1）支撐材料對撐和角撐都成為支撐，支撐按材料種類可分為現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐體系，鋼支撐體系兩種。（2）支撐形式（3）單層支撐的合理位置單支撐（錨拉）支護結構的嵌固類型根據(jù)不同的變形情況，將樁墻的下端視為自由支撐和固定支撐兩種情況單支撐（錨拉）支護結構的內力計算（1）古典鋼板樁計算理論（2）彈性支點法（3）共同變形理論4.3.3.2等值梁法4.3.3.3彈性支撐法多層支撐樁墻設計計算441支撐的布置等彎矩布置等反力布置442等值梁法4.4?3支撐荷載的-分擔法24.4?4考慮開挖過程的計算方法F面為《建筑基坑支護技術規(guī)程》建議的彈性支點，其為考慮開挖過程的彈性支點法:地下連續(xù)墻4.5.2地下連續(xù)墻施工(1)單元槽段的劃分(2)導墻

4.5.3地下連續(xù)墻深基坑施工監(jiān)測內容包括：（1）地下連續(xù)墻監(jiān)測（2）支撐系統(tǒng)監(jiān)測（3）土工監(jiān)測（4）水工監(jiān)測（5）環(huán)境監(jiān)測（6）溫度監(jiān)測4.5.4多支撐地連墻實測土壓力分布模式基坑開挖過程中土壓力延深度變化形式從概念上歸為幾種模式4.5.5土壓力實際分布形式對結構安全的影響分析（1）計算假定以及計算模型簡化（2）計算結果土釘墻的計算與設計4.6.1概述4.6.2土釘墻的分析方法（1）極限平衡法（2）有限元法3）工程簡化分析法4.6.3土釘墻的設計4.6.3.1土釘墻的設計內容與步驟設計步驟：（1）初擬土釘墻參數(shù)（2）土釘墻內部穩(wěn)定性分析（3）土釘墻整體穩(wěn)定性分析（4）構造及排水系統(tǒng)設計（5）現(xiàn)場檢測和質量控制設計4.6.3.2土釘墻設計一般原則4.6.3.3王步云法土釘幾何尺寸設計4.6.3.3《鐵路路基支擋結構設計規(guī)范》方法4.6.4現(xiàn)場監(jiān)測與信息施工第5章抗滑樁計算與設計（6h）概述作用在抗滑樁上的力5.2.1滑坡推力5.2.2樁前土抗力設置抗滑樁后，當抗滑樁受到滑坡推力的作用產生變形時，樁會擠壓其前的巖土體，這部分巖土體必然給樁一個抗力。樁前滑體的抗力與滑坡的性質和樁前滑體的穩(wěn)定性等因素有關，試驗表明，樁前滑體的體積越大，抗剪強度越高，滑動面越平緩，粗糙，樁前滑體抗力越大；反之，越小。另外，還與是否存在多層滑面有關。5.2.3錨固段巖土的抗力抗滑樁由于變形，擠壓錨固段樁側的巖土體，同樣樁側巖土體會有反力，抗滑樁主要是通過錨固段巖土體提供的抗力來平衡滑坡推力，保持穩(wěn)定。錨固段抗力通常按彈性地基系數(shù)法計算。抗滑樁的設置原則（1）樁的剖面布置（2）樁的平面布置（3）樁的截面形狀（4）其他布置抗滑樁的