地下工程施工支擋施工

地下工程施工支擋施工第一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二章基坑支檔開(kāi)挖上海地鐵2號(hào)線河南路站施工現(xiàn)場(chǎng)第二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、基坑支擋開(kāi)挖分類(lèi)簡(jiǎn)易支撐樁板支撐鋼檔板支撐預(yù)制砼支撐鋼管檔板支撐木板＋縱梁I、H鋼＋擋板柱列式壁式灌注樁地下連續(xù)墻穩(wěn)定液固化墻攪拌水泥土墻支擋結(jié)構(gòu)預(yù)制方式現(xiàn)澆方式第三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、支擋結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介（1）1、簡(jiǎn)易支擋一般用于局部開(kāi)挖、短時(shí)期、小規(guī)模。

方法：一邊自穩(wěn)開(kāi)挖，一邊用木擋板和縱梁控制地層坍塌。

特點(diǎn)：剛性小、易變形、透水。第四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、支擋結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介（2）2、樁板支擋以I、H型鋼為主樁，間距1～2m。

方法：機(jī)械打入地層中、或鉆孔修筑；隨著開(kāi)挖在主樁間插入擋板。用于良好地層的淺層開(kāi)挖。

特點(diǎn)：剛性小、透水、插入基底部分是不連續(xù)的

樁板支擋平面形狀第五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、支擋結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介（3）3、鋼擋板支擋采用U、Z、H等型狀的鋼擋板。方法：一邊在接頭處接合，一邊連續(xù)機(jī)械打入地層中，或鉆孔修筑、壓入等方法形成連續(xù)壁。特點(diǎn)：隔水性好、插入基底部分是連續(xù)的，可用于軟弱地層施工，施工噪聲大。鋼擋板平面形狀第六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、支擋結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介（4）4、鋼管擋板支擋

方法：在鋼管側(cè)部設(shè)接頭，一邊與接頭接合，一邊連續(xù)打入地層中，形成連續(xù)地中壁的方法。一般要開(kāi)挖定為溝，寬度為1.2m，深度為1.2～1.8m。特點(diǎn)：不透水、插入基底部分是連續(xù)的，剛性大于鋼板，適合于軟弱地層大規(guī)模開(kāi)挖，為提高剛性，可向鋼管內(nèi)灌入混凝土或砂漿等。打入地層噪聲大。

鋼管擋板接頭形式第七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、支擋結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介（5）5、柱列式地下連續(xù)墻方法：是用鉆孔機(jī)械鉆孔，在其中放入鋼筋籠、H、I等型鋼，并灌注砂漿，形成地下連續(xù)墻。特點(diǎn)：該方法修筑的支擋結(jié)構(gòu)剛性大、震動(dòng)小、噪聲低，適用于城市中修筑地下工程。

柱列式地下連續(xù)墻布置形式第八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計(jì)與計(jì)算（1）1、施工設(shè)計(jì)內(nèi)容與原則內(nèi)容：圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)、挖土方案、換撐措施、降水方案、地基加固等。是互相關(guān)聯(lián)的。原則：安全經(jīng)濟(jì)可靠實(shí)用簡(jiǎn)便第九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（2）2、施工設(shè)計(jì)的一般步驟前期工作：

1）了解工程環(huán)境、熟悉工程設(shè)計(jì)意圖

2）了解施工條件，研究工程地質(zhì)及工程水文情況設(shè)計(jì)與規(guī)劃：3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式及支撐體系的規(guī)劃制定（根據(jù)工程需要和開(kāi)挖深度，初擬入土深度、結(jié)構(gòu)形式和尺寸）

4）地層中水、土壓力，地面超載，反力系數(shù)k的確定（砂性土：水、土分算；黏性土：水土合算）

5）圍護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度的決定——穩(wěn)定性分析（整體、隆起、涌管、底鼓、槽壁的穩(wěn)定性驗(yàn)算）

6）修正圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式（包括增加支撐、入土深度、地基加固、降水等）第十頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算：7）內(nèi)力計(jì)算、強(qiáng)度驗(yàn)算

8）變位計(jì)算《＝允許值？編制施工用圖：

9）施工圖設(shè)計(jì)

10）施工說(shuō)明

11）細(xì)部設(shè)計(jì)施工12）施工交底第十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（4）3、荷載計(jì)算1）土壓力與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變位關(guān)系

靜止土壓開(kāi)挖后的靜土壓支撐變位變形后的土壓

第十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（5）2）粘土地層產(chǎn)生的側(cè)壓力滲透系數(shù)小，地下水溶于土中，計(jì)算時(shí)采用水土合算，一般采用朗金土壓力公式：主動(dòng)土壓力：被動(dòng)土壓力：

Pb＝∑rihitg2(450-Фi/2)-2citg(450-Фi/2)(kPa)Pp＝∑rihitg2(450+Фi/2)-2citg(450+Фi/2)(kPa)ri---各土層的天然容重（KN/m3）hi---各土層的厚度（m）ci、Фi---各土層的粘聚力（kPa）,內(nèi)摩擦角（0）第十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（6）3）砂性土地層產(chǎn)生的側(cè)壓力滲透系數(shù)大，將水土分開(kāi)計(jì)算，土壓力采用朗金土壓力計(jì)算；水壓力采用全水壓力計(jì)算。土壓力：

水壓力：（1）作用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的凈水壓力，墻底處水壓力為零。Pb＝∑rihitg2(450-Фi/2)-2citg(450-Фi/2)(kPa)ri---地下水以上土層用天然容重；地下水以下用浮容重；（KN/m3）hi---各土層的厚度（m）ci、Фi---各土層的粘聚力（kPa）,內(nèi)摩擦角（0）第十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（7）rw－水的容重

(2)滲透情況下的水壓力

（圖中實(shí)線為穩(wěn)定的水壓）

UCjiHdUC=2(H+i-j)(d-i)/(2d+H-i-j)хrwjiHdUcrw(H+d-j)

Ucrw(d+i)UC=2(H+d-j)(d-i)/(2d+H-i-j)хrw第十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（8）4）地面超載引起的側(cè)壓力（1）均布荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力（2）集中荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力

m>0.4時(shí)σh＝（1.77V/H2)хm2хn2/(m2+n2)2m≤0.4時(shí)σh＝（0.28V/H2)хn2/(0.16+n2)2qσhσh＝qtg2(450-Фi/2)(kPa)HZσhV集中荷載X=mHZ=nH第十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（9）

（3）線荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力

m>0.4時(shí)

σh＝(4/π×q/H)×[(m2×n)/(m2+n2)2]

m≤0.4時(shí)

σh＝(q/H)×[0.203n/(0.16+n2)2]

HZσhq線荷載X=mHZ=nH第十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（10）5）、地層反力系數(shù)的確定單道及多道支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)力計(jì)算一般采用豎向彈性地基梁方法。即：

σx=kxx基坑開(kāi)挖面以下土層的水平抗力σx等于該點(diǎn)地層反力系數(shù)kx與該點(diǎn)水平位移x的乘積。

kx

一般采用三種不同形式：常數(shù)法m法k法第十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（11）（1）常數(shù)法假定地層反力系數(shù)沿深度方向均勻分布，是我國(guó)學(xué)者張有齡30年代提出的；偏于安全。（2）m法假定kx隨深度呈正比增加。（3）k法假定第一橫向位移點(diǎn)以下為常數(shù)，以上呈正比增加。

地層反力系數(shù)kx值土性粘性土或粉性土砂性土淤泥質(zhì)軟中等硬極松松中等密實(shí)kx（Kn/m3）3000～1500015000～3000030000～150000150000以上3000～1500015000～3000030000～100000100000以上第十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（12）6）圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析——入土深度的確定為保證基坑的穩(wěn)定性，支擋結(jié)構(gòu)必須深入到基底以下某一深度，這段長(zhǎng)度稱為入土深度。為了節(jié)省工程造價(jià)，在保證安全的前提下，應(yīng)盡量減少入土深度。入土深度不夠，出現(xiàn)的工程問(wèn)題主要有：整體失穩(wěn)、隆起失穩(wěn)、管涌失穩(wěn)、底鼓失穩(wěn)等。支撐強(qiáng)度剛度不夠整體滑動(dòng)失穩(wěn)踢腳引起隆起失穩(wěn)管涌失穩(wěn)承壓水引起底鼓失穩(wěn)不透水層第二十頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（13）討論：（1）對(duì)于第一種情況，只要保證支撐強(qiáng)度和剛度。（2）按抗基坑整體滑動(dòng)失穩(wěn)的穩(wěn)定條件，確定入土深度有關(guān)邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法，土力學(xué)中已介紹，不再?gòu)?fù)述。主要介紹繞某點(diǎn)的整體失穩(wěn)驗(yàn)算方法：在整體失穩(wěn)時(shí)，坑底被動(dòng)側(cè)產(chǎn)生被動(dòng)土壓力，則：安全系數(shù)為：

F=(PpLp)/(PaLa)≥（1.05~1.2)

求Pa時(shí)，不計(jì)上部土壓力。Pp支撐點(diǎn)LpDLaPa第二十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（14）（3）根據(jù)基坑隆起的穩(wěn)定性條件確定入土深度產(chǎn)生隆起失穩(wěn)，取決于地質(zhì)條件，入土深度，結(jié)構(gòu)形狀等。經(jīng)驗(yàn)公式、方法較多，只介紹考慮C、Ф的抗隆起法：參考Prandtl、Terzaghi的地基承載力公式，有下列抗隆起安全系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式：

Ks=(r2DNg+CNc）/[r1（H+D)+q]≥1.7~2.5D--入土深度（m）

H--開(kāi)挖深度（m)r1--坑外各層天然容重點(diǎn)加權(quán)平均值（kN/m2)r2--坑底下各層天然容重點(diǎn)加權(quán)平均值（kN/m2)C--坑底下的內(nèi)聚力（kN/m2）

q

--地面荷載（kN/m2)Ng、NC--地基承載系數(shù)BτHDr2Dr1（H+D)+q第二十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（15）用Pranddtl:Nq=tg2(450+Ф/2)τtgФ

NC=(Ng-1)1/tgФ用Terzghi:Ng=?[e(3/4π－Ф/2)tgФ]/[cos(450+Ф/2)]NC=(Ng-1)1/tgФ要求：K≥1.7~2.5本方法可適用于各類(lèi)土質(zhì)條件。第二十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（16）（4）根據(jù)抗管涌的穩(wěn)定條件確定入土深度當(dāng)基坑面以下的土為松軟的砂土層時(shí)，沒(méi)有向上的滲透水壓，由此產(chǎn)生的動(dòng)水坡度大于砂土層的極限動(dòng)水坡度時(shí)，砂土顆粒就處于冒出狀態(tài)，基坑底面喪失穩(wěn)定，這種現(xiàn)象稱為管涌。

增大入土深度，即增加流線長(zhǎng)度，降低動(dòng)水坡度，因此，增大入土深度對(duì)防止管涌是有利的。目前使用較多的是如下經(jīng)驗(yàn)式：流線hwD砂性土第二十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（17）當(dāng)符合下列條件時(shí)，基坑穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生管涌。

i<icKs=1.5~2.0(不發(fā)生管涌的安全系數(shù)）

i–動(dòng)水坡度i=hw/Lhw--坑內(nèi)外水頭差（m)L--產(chǎn)生水頭損失的最短流線長(zhǎng)度（m)L≈hw+2Dic=(Gs-1)/(1+e)-----極限動(dòng)水坡度

Gs--土顆粒密度e--土的孔隙水第二十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（18）（5）抗底鼓穩(wěn)定性分析當(dāng)土重不足以抵擋下部水壓時(shí)，基底隆起，墻體會(huì)失穩(wěn)。穩(wěn)定性驗(yàn)算按下列規(guī)則進(jìn)行：

a.考慮上覆土重量與滯水層水壓的平衡。當(dāng)安全系數(shù)>1.05時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生隆起。

b.不滿足時(shí)，可考慮上覆土重量與支護(hù)結(jié)構(gòu)摩擦力與滯水層的平衡。摩擦力一般由工程條件確定。土作用于支擋結(jié)構(gòu)上的正壓力采用主動(dòng)土壓力。偏于安全

c.若還不滿足，應(yīng)采用其它工程措施防止失穩(wěn)。如：用隔水擋墻隔斷滯水層、用深井點(diǎn)降水、用抗拔樁等。有壓水滯水層不透水層底鼓第二十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（19）4、支擋結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法（1）計(jì)算工況二道支撐一道支撐一道支撐一道支撐底板混凝土底板混凝土頂板混凝土

開(kāi)挖至第一支撐點(diǎn)開(kāi)挖至第二支撐點(diǎn)開(kāi)挖至基底底板澆注、折第二支撐頂板澆注、完畢第二十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（20）（2）計(jì)算方法[有四大分類(lèi)]1)古典方法：[假想梁法、1/2分割法、太沙基法等]特點(diǎn)：土壓力已知，不考慮墻體變位和支撐變形。

2）支撐軸力、墻體彎距、變位不隨開(kāi)挖過(guò)程而變化方法

[山肩幫男法]特點(diǎn)：土壓力已知，考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)變位，不考慮支撐變形

3)支撐軸力、墻體彎距、變位隨開(kāi)挖過(guò)程而變化的方法

[彈性法、彈塑性法、塑性法、疊加法]特點(diǎn)：土壓力已知，考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)變位，不考慮支撐變形

4）共同變形理論[森重龍馬法等]特點(diǎn)：土壓力隨墻體變位而變化，考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)變位，考慮支撐變形

介紹幾種常用的方法。其它參考有關(guān)專著。第二十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（21）

（3）假想梁法（又稱等值梁法）假定：擋墻在基底以下有一假想鉸，假想鉸將擋墻分為二段假想梁，上部為簡(jiǎn)支梁，下部為一超靜定結(jié)構(gòu)，可求擋墻內(nèi)力。該方法關(guān)鍵問(wèn)題為假想點(diǎn)的位置，一般有三種方法。

a.假定為被動(dòng)土壓力的合力點(diǎn)；

b.假定為主、被動(dòng)土壓力相等的點(diǎn)；c.采用工程經(jīng)驗(yàn)建議值。假想鉸位置假想鉸位置第二十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（22）工程建議值砂性土粘性土假想鉸位置N<0.6hQ=0.4hN<152≤N<10Q=0.3h15≤N<3010≤N<20Q=0.2h30≤N20≤NQ=0.1h第三十頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（23）（4）1/2分割法假定：每道支撐承受跨中到跨中那部分水土壓力。則：每道支撐就等于所分擔(dān)的水土壓圖面積，在支撐軸力確定后，不難求出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。一支撐二支撐L1L2/2L2/2L3/2L3/2水土壓力圖第三十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（24）（5）太沙基法假定：擋墻受力后，在每道橫支撐交點(diǎn)以及基底處形成塑性鉸。注意：（第一道橫支撐除外）由此擋墻成為靜定的連續(xù)梁?？捎?jì)算內(nèi)力。一支撐二支撐水土壓力第三十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（1）1、樁板支擋施工

基本方法：以I、H型鋼為主樁，一般采用50#、55#和60#的大型型鋼，按設(shè)計(jì)位（一般樁間距1～2m）。基坑開(kāi)挖前，在地面用沖擊式打樁機(jī)沿基坑設(shè)計(jì)邊線逐根打入地下、或鉆孔修筑；隨挖土方隨在樁間插入5cm厚的水平木背板，以擋住樁間土體。適用條件：適用于良好的淺埋地層明挖施工，粘性土、砂性土和粒徑不大于10cm的砂卵石地層，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，必須配合人工降水措施。打樁時(shí)。施工噪聲一般都在100db以上，大大超過(guò)環(huán)保法規(guī)定的限值，因此，這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)只宜于郊區(qū)距居民點(diǎn)較遠(yuǎn)的基坑施工中。第三十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（2）

工字鋼樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)第三十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（3）支撐局部第三十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（3）2、連續(xù)鋼板樁（管）支護(hù)施工鋼板樁常用斷面型式，多為U形或Z形。我國(guó)地下鐵道施工中多用U形鋼板樁，其沉放和拔除方法、使用的機(jī)械均與型鋼樁相同;

構(gòu)成方法則分為單層鋼板樁圍堰、雙層鋼板樁圍堰及屏風(fēng)等。在較深基坑施工時(shí)，為保證其垂直度又方便施工，并使其能封閉合攏，多采用屏風(fēng)式構(gòu)造。

第三十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（4）

鋼板樁施工第三十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、支擋結(jié)構(gòu)的施工（6）適用條件：

鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)適用于粘性土、砂性土和粒徑不大于10cm的砂卵石地層，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，必須配合人工降水措施。而且打樁時(shí)，施工噪聲一般都在100db以上，大大超過(guò)環(huán)保法規(guī)定的限值