第七章 基坑工程,基礎工程,退出,7.1 概述 7.2支護結構類型及適用范圍 7.3支護結構的設計依據 7.4水泥攪拌樁支護結構設計 7.5排樁支護結構設計與計算 7.6基坑穩定性分析,7.1 概 述,基坑為進行建筑物（包括構筑物）基礎與地下室的施工所開挖的地面以下空間 基坑工程為保證基坑施工以及主體地下結構的安全和周圍環境不受損害，需對基坑工程進行一系列勘察、設計、施工和檢測工作，這項綜合性工程稱為,基坑工程特點： 1.區域性工程地質和水文地質條件不同，基坑工程差異很大 2.綜合性基坑工程涉及強度、變形、滲流三個基本課題 3.時空效應支護結構所受荷載（如土壓力）及其產生的應力、變形在時間上、空間上有較強的變異性 4.環境效應基坑開挖、降水引起周邊場地土應力和地下水改變 5.風險性基坑工程為臨時工程，安全儲備相對較小,基坑側壁安全等級及重要性系數,基坑工程的工作內容,基坑技術人員的技能,1.巖土工程知識和經驗 2.建筑結構和力學知識 3.施工經驗 4.工程所在場地的施工條件和經驗,第七章 基坑工程,基礎工程,退出,7.1 概述 7.2支護結構類型及適用范圍 7.3支護結構的設計依據 7.4水泥攪拌樁支護結構設計 7.5排樁支護結構設計與計算 7.6基坑穩定性分析,7.2 支護結構類型及適用范圍,1.常見的支護結構,深基坑支護體系,圍護墻,內支撐或土層錨桿,水泥土 攪拌樁擋墻,用于開挖深度57m的基坑。 適用： 軟粘土地段，環境保護要求不高的情況。 優點：施工低噪聲、低振動，結構止水性好， 造價經濟。,1.常見圍護墻結構,缺點：圍護擋墻較寬，一般需要34m 布置形式：實體式、空腹式、格構式、拱型或拱型加灌注樁等,鋼板樁,用于開挖深度310m的基坑，用打入法打入土中 既擋土又擋水。 具有較高的可靠性和耐久性，可以回收重復適用。 與多道鋼支撐結合，可適合軟土地區的較深基坑，施工方便，工期短。,缺點：鋼板樁的剛度比排樁和地下連續墻小，開挖后擾度變形較大，打拔樁振動噪聲大，容易引起土體移動，導致周圍地基較大沉陷,鉆（沖，挖）灌注樁擋墻,1. 直徑6001000mm，樁長1530m， 組成排樁式擋墻，頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁， 用于開挖深度613m的基坑。 2.優點 施工低噪聲、低振動，剛度較大，就地澆筑施工，對周圍環境影響小， 3.適用： 適合軟弱地層使用 4.缺點： 接頭部分隔水性差,地下連續墻,用于開挖深度達10m以上的基坑或施工條件較困難情況 采用逆筑法和半逆筑法施工 優點：施工低噪聲、低振動，整體剛度較大，就地澆筑施工，對環境影響小，墻接頭止水效果好等，可以作為永久性結構 適用： 適合于軟弱土層和建筑設施密集的 城市市區的深基坑。,土釘墻及復合土釘墻,1. 土釘墻支護是由被加固的原位土體、土釘和噴射于坡面上的混凝土面板組成。 2.土釘 土釘一般是通過鉆孔、插筋、注漿來設置的，也可以通過直接打入較粗的鋼管、鋼筋或型鋼 形成 3.適用 適用于地下水位以上的粘性土、砂土和碎石土等地層。對于淤泥或淤泥質土等，常用復合土釘墻， 4.深度一般不超過12m,smw工法,1. smw工法是在深層攪拌水泥土擋墻中插入型鋼或其它芯材形成，同時具有 承載力和防滲兩種功能的支護型式。 2. 適用于軟粘土地層 3.優點 施工速度快、對環境污染小、施工方法簡單，造價低等,支撐結構類型根據材料：鋼支撐、鋼筋混凝土支撐,支撐體系結構形式：單跨壓桿式支撐、多跨壓桿式支撐,2.內支撐方案,單跨壓桿式,多跨壓桿式,支撐布置基本形式：,水平支撐體系,對撐、對撐桁架、斜角撐、角撐桁架、八字撐、邊桁架、邊系桿,3.支護結構選型,（表7-2）,豎向支撐體系,由圍檁、豎向斜撐、斜撐基礎、水平聯系桿、立柱等組成,（大而淺的基坑）,第七章 基坑工程,基礎工程,退出,7.1 概述 7.2支護結構類型及適用范圍 7.3支護結構的設計依據 7.4水泥攪拌樁支護結構設計 7.5排樁支護結構設計與計算 7.6基坑穩定性分析,7.3 支護結構的設計依據,1.勘察報告 分析場地地層結構和巖土物理力學性質 支護方式建議，計算參數及支護結構設計原則 地下水控制方式和計算參數 基坑開挖過程中應注意的問題及其防治措施 施工中應進行的現場檢測項目,2.基坑周邊環境調查 地面建筑物，深基坑周圍約三倍基坑開挖深度的影響范圍內的建筑結構類型、層數、基礎類型、埋深、基礎荷載大小等 地下管線，主要指煤氣管、上下水管、電纜及電話線等管線和管道的分布和性狀 地表、地下水，場地周圍地表水的匯流、排泄；地下水管滲漏情況及其對基坑開挖影響程度 道路情況，基坑周圍道路距離及車輛載重情況,3.支護結構設計原則 滿足邊坡和支護結構穩定要求，即不產生傾覆、滑移和整體或局部失穩；基坑底部不產生隆起、管涌；錨桿系統不至于抗拔失效 滿足支護結構構件不彎曲、剪斷和壓屈 水平位移和地基沉降不超過允許值,第七章 基坑工程,基礎工程,退出,7.1 概述 7.2支護結構類型及適用范圍 7.3支護結構的設計依據 7.4水泥攪拌樁支護結構設計 7.5排樁支護結構設計與計算 7.6基坑穩定性分析,7.4 水泥攪拌樁支護結構設計,深層攪拌樁支護形式,壁狀支護,格柵狀支護,深層攪拌樁支護結構是將攪拌樁相互搭接而成，平面布置可采用壁狀體，如圖。若壁狀的擋土寬度不夠時，可加大寬度，做成格柵狀支護結構。,深層攪拌樁支護結構斷面形式,一、剛性自立式擋墻的破壞模式,水泥土墻的設計,傾覆破壞,地基整體破壞,墻趾外移破壞,作用在擋土墻的力,1.墻身自重：w 2.土壓力：根據擋土墻的位移確定 主動土壓力pa ； 被動土壓力pp：忽略不計 3.基底反力： 豎向分力： v 水平分力： h,pp,二、水泥攪拌樁擋土墻的計算,1.根據土質情況和基坑開挖深度h，按經驗初定樁長和墻寬,l=（1.82.2）h,b=（1.70.95）h,2.抗滑穩定性計算,3.抗傾覆穩定性驗算,4.整體穩定性驗算當坑底有軟弱土層時,5.墻體應力驗算,正應力,剪應力,按總應力法計算系數k1.2,p183例題7-1,6.墻體基底地基承載力驗算,7.水泥土擋墻墻頂水平位移的計算,非線性有限元法假定為平面應變問題,經驗公式法,彈性地基“m”法,深層攪拌樁構造,采用格柵布置時，水泥土置換率：淤泥0.8，淤泥質土0.7，粘性土和砂土0.6 采用格柵布置時，格柵長寬比2 考慮截水作用時，樁的有效搭接寬度150mm，不考慮 截水作用，有效搭接寬度100mm 當變形不能滿足要求時，采用基坑內側土體加固或水泥土墻 插筋加混凝土面板及加大嵌固深度等,施工與檢測,采取切割搭接法施工，在搭接處采取加強措施，消除搭接溝縫；切割搭接寬度：旋噴150mm；擺噴150mm；定噴200mm 施工前應進行成樁工藝及水泥摻入量或水泥砂漿配合比試驗，確定相應水泥摻入比或水泥漿水灰比 樁位偏差50mm，垂直度偏差0.5%；設置插筋時，樁身插筋應在樁頂攪拌完成后及時進行，且插筋材料、插入長度、出露長度等均應按計算和構造要求確定 水泥土樁應在施工一周內進行開挖檢查或鉆孔取芯等手段檢查成樁質量； 水泥土墻應在設計開挖齡期采用鉆芯法檢測墻身完整性，鉆芯數量總樁數的2%且不少于5根，并應根據設計要求取樣進行單軸抗壓強度試驗,郎肯主動土壓力,主動土壓力系數,墻底處土壓力強度,臨界深度,主動土壓力合力,主動土壓力作用點距墻底的距離,當c=0,無粘性土,朗肯主動土壓力強度,1.無粘性土主動土壓力強度與z成正比，沿墻高呈三角形分布 2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積 3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處,討論：,當c0, 粘性土,粘性土主動土壓力強度包括兩部分,1.土的自重引起的土壓力zka 2.粘聚力c引起的負側壓力2cka,說明：負側壓力是一種拉力，由于土與結構之間抗拉強度很低，受拉極易開裂，在計算中不考慮,負側壓力深度為臨界深度z0,1.粘性土主動土壓力強度存在負側壓力區（計算中不考慮） 2.合力大小為分布圖形的面積（不計負側壓力部分） 3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底(h-z0)/3處,（以無粘性土為例）,zq,填土表面深度z處豎向應力為(q+z),相應主動土壓力強度,a點土壓力強度,b點土壓力強度,若填土為粘性土，c0,臨界深度z0,z0 0說明存在負側壓力區，計算中應不考慮負壓力區土壓力,z0 0說明不存在負側壓力區，按三角形或梯形分布計算,8.5.1填土面有均布荷載,墻背直立、填土面水平(朗肯土壓力理論)、連續均布荷載,朗肯被動土壓力強度,郎肯被動土壓力,被動土壓力系數,被動土壓力合力,1.被動土壓力強度不存在負側壓力區 2.合力大小為分布圖形的面積 3.合力作用點在圖形的形心,當c=0,無粘性土,朗肯被動土壓力強度,1.無粘性土被動土壓力強度與z成正比，沿墻高呈三角形分布 2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積 3.合力作用點在三角形形心，即作用在離墻底h/3處,討論：,當c0, 粘性土,粘性土主動土壓力強度包括兩部分,1. 土的自重引起的土壓力zkp 2. 粘聚力c引起的側壓力2ckp,說明：側壓力是一種正壓力，在計算中應考慮,1.粘性土被動土壓力強度不存在負側壓力區 2.合力大小為分布圖形的面積，即梯形分布圖形面積 3.合力作用點在梯形形心,土壓力合力,【例】如圖所示, 某擋土墻高5m，墻背直立、光滑, 墻后填土面水平，墻頂作用均布荷載. 用朗肯土壓力理論計算擋土墻受到的主動土壓力的大小。,【例】某重力式擋土墻尺寸及墻后填土情況如圖，采用mu30毛石和m5混合砂漿砌筑，已知砌體重度為=22.0kn/m3，驗算該擋土墻穩定性是否滿足要求？,7.5 排樁支護結構設計與計算,排樁支護的分類,排列方式,柱列式排樁支護,連續排樁支護,組合式排樁支護,基坑開挖深度及支擋結構受力,無支撐（懸臂）支護結構 單支撐支護結構 多支撐支護結構,懸臂式排樁支護設計和計算,主動區,被動區,變位示意圖,土壓力分布圖,計算簡圖,布魯特計算圖,（傳統板樁計算方法）,靜力平衡法,板樁前后的土壓力強度分布ean、epn,板樁入土深度,實際嵌入坑底以下入土深度,板樁最大彎矩,布魯姆法,板樁入土深度,解出x,t=u+1.2x,由布魯姆計算曲線，由m、n得出,t=u+1.2l,板樁最大彎矩,p190例題7-2,n,m,1.0 0.9 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0,1.7 1.5 1.3 1.1 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1 0,1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0,單支點排樁支護設計計算,不同入土深度板樁墻的土壓力、彎矩、變形圖,靜力平衡法,取支護單位長度，根據靜力平衡,等值梁法,等值梁概念,將支護樁視作梁ac，關鍵在于確定b點，根據經驗b點位置與支護樁兩側土壓力強度疊加后的零點b很接近，而b點很好求，因此就近似認為b點為b點，從而在知道土壓力之后就可解出單支撐支護結構內力、最大彎矩和支點反力,梁ab為梁ac的等值梁,1.根據基坑深度、勘察資料，計算主動、被動土壓力強度，求出壓力強度零點b位置，計算b至坑底距離u,2.由等值梁ab根據平衡方程計算支撐反力ra及b點剪力qb,3.由bg計算板樁入土深度t,4.由等值梁求最大彎矩mmax,p194例題7-3,t0=u+x,t=（1.11.2）t0,計算等值梁ab的剪力q=0點，該點彎矩為mmax,多支點排樁支護設計計算,等值梁法,計算原理與單支點等值梁法相同,p196例題7-4,支撐荷載的1/2分擔法,估算支撐軸力,不考慮樁、墻體支撐變形，每道支撐承受相鄰上下每個半跨的壓力（土壓力、水壓力、地面超載）,l1,l2,l3,l4,l5,x,(l4+l5)/2,7.6 基坑穩定性分析,放坡開挖的基坑中，邊坡整體穩定性驗算常采用圓弧滑動法 有支護的基坑中： 只設一道支撐的支護，邊坡整體穩定性驗算采用圓弧滑動法 設置多道內支撐的支護，不用驗算整體穩定性,基坑的隆起穩定驗算,太沙基派克法,太沙基派克法適用于一般的基坑開挖過程,柯克克里澤爾法,考慮c、的計算方法,當很大時，所需插入深度很小，太沙基分析，當=300時，插入深度d=0，安全系數k=8,同濟大學汪炳鑒等同時考慮c、因素,基坑的抗滲穩定驗算,抗管涌穩定性,抗承壓水頭穩定性,避免發生基坑突涌,p203例題7-5,本 章 結 束,退出,課后練習p2047-1、7-2,鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁加土層錨桿,鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁加內支撐,鋼板樁,鋼板樁形狀,鋼板樁,鋼板樁基坑支護,鋼板樁,鋼板樁加內支撐,地下連續墻,導墻開挖、模版、鋼筋施工,地下連續墻,導墻開挖、模版、鋼筋施工,導墻采用小鋼模,地下連續墻,導墻開挖、模版、鋼筋施工,導墻對撐加固,地下連續墻,導墻開挖、模版、鋼筋施工,導墻回填土,地下連續墻,成槽施工,地下連續墻,鋼筋籠制作,鋼筋凹凸接頭,地下連續墻,鋼筋籠制作,鋼筋籠帶注漿管,地下連續墻,鋼筋籠制作,主筋上每4m設置一道定位器,地下連續墻,接頭施工,接頭箱,地下連續墻,鋼筋籠吊放,履帶吊移動鋼筋籠,地下連續墻,鋼筋籠制作,最后一節注漿管安裝,地下連續墻,鋼筋籠吊放,鋼筋籠下放,地下連續墻,混凝土澆筑,地下連續墻,接頭施工,拔接頭箱,在混凝土澆灌結束后58h內將接頭管全部拔出,土釘墻,鋼管制作的土釘,土釘墻,鋼管制作的土釘,焊接角鋼支架,土釘墻,鉆機引孔,土釘墻,土釘施工,土釘墻,打管機打入土釘,土釘墻,掛鋼筋網,土釘墻,面層