明挖基坑支護結構設計

1、主講：孟杏微主講：孟杏微2010-05-28本章重點、難點：本章重點、難點：1、常用的基坑支護類型；、常用的基坑支護類型；2、掌握重力式擋墻、排樁與地下連續(xù)墻擋土結構、掌握重力式擋墻、排樁與地下連續(xù)墻擋土結構、土釘墻支護結構設計；土釘墻支護結構設計；2010-05-28 基坑基坑是為了修筑建筑物的基礎或地下室、埋設是為了修筑建筑物的基礎或地下室、埋設市政工程的管道以及開發(fā)地下空間市政工程的管道以及開發(fā)地下空間( (如地鐵車站、如地鐵車站、地下商場地下商場) )等所開挖的地面以下的坑。等所開挖的地面以下的坑。 基坑支護工程基坑支護工程是指在基坑開挖時，為了保證坑是指在基坑開挖時，為了保證坑壁不致

2、坍塌、保護主體地下結構的安全以及使周圍壁不致坍塌、保護主體地下結構的安全以及使周圍環(huán)境不受損害所采取的工程措施的總稱。環(huán)境不受損害所采取的工程措施的總稱。 在基坑施工時，有的有支護措施，稱之為在基坑施工時，有的有支護措施，稱之為有支有支護基坑工程護基坑工程；有的則沒有支護措施，稱之為；有的則沒有支護措施，稱之為無支護無支護基坑工程基坑工程。DEEP EXCAVATIONS 7.1引言引言2010-05-287.1.1 7.1.1 支護結構支護結構 支護結構支護結構是指基坑支護工程中采用的支護是指基坑支護工程中采用的支護墻體墻體( (包括防滲帷幕包括防滲帷幕) )以及內支護系統(tǒng)以及內支護系統(tǒng)(

3、(或土層或土層錨桿錨桿) )等的總稱。等的總稱。2010-05-28 支護墻體支護墻體是指承受坑內外水、土側壓力是指承受坑內外水、土側壓力以及內支護反力或錨桿拉力的墻體，是保證以及內支護反力或錨桿拉力的墻體，是保證 坑壁穩(wěn)定坑壁穩(wěn)定 的一種臨時擋墻結構。的一種臨時擋墻結構。(1)支護墻體2010-05-282010-05-282010-05-282010-05-28 內支護系統(tǒng)是由內支護系統(tǒng)是由圍梁圍梁、支護桿件支護桿件以及以及立柱立柱等組等組成的結構體系，其作用是同坑底被動區(qū)土體共同平成的結構體系，其作用是同坑底被動區(qū)土體共同平衡支護墻體外的主動區(qū)壓力（包括土壓力、水壓力衡支護墻體外的主動區(qū)

4、壓力（包括土壓力、水壓力及地面荷載引起的側壓力）。圍梁是一道或幾道沿及地面荷載引起的側壓力）。圍梁是一道或幾道沿著支護墻體內側設置，把支護墻體所承受的力相對著支護墻體內側設置，把支護墻體所承受的力相對均勻地傳遞給內支護桿件的水平向梁支護桿件，承均勻地傳遞給內支護桿件的水平向梁支護桿件，承受著圍梁傳來的軸力和彎矩。立柱的作用一方面是受著圍梁傳來的軸力和彎矩。立柱的作用一方面是承受支護及施工承受支護及施工 荷載的重量，另一方面增加對支護荷載的重量，另一方面增加對支護桿件的約束。桿件的約束。(2) (2) 內支護系統(tǒng)內支護系統(tǒng)2010-05-282010-05-28內支護系統(tǒng)圍梁圍梁支護桿件支護桿件

5、2010-05-28內支護系統(tǒng)內支護系統(tǒng)立柱立柱2010-05-282010-05-282010-05-282010-05-28(3) 土層錨桿Soil Nails 土層錨桿是一種一端固定在開土層錨桿是一種一端固定在開挖基坑外的穩(wěn)定挖基坑外的穩(wěn)定 地層內，另一端地層內，另一端與支護墻相連接的受拉桿件。其作與支護墻相連接的受拉桿件。其作用同內支護系統(tǒng)用同內支護系統(tǒng) ，它不設置在基，它不設置在基坑內，使基坑內有寬敞的工作環(huán)坑內，使基坑內有寬敞的工作環(huán)境境 。2010-05-282010-05-282010-05-287.1.2 7.1.2 地基加固地基加固 為提高支護墻被動側土體的強度及模量、減少

6、主為提高支護墻被動側土體的強度及模量、減少主動側土壓力以及抵抗坑底承壓水等而在支護。動側土壓力以及抵抗坑底承壓水等而在支護。2010-05-28從施工工藝上分類往往有從施工工藝上分類往往有(1)(1)水泥土深層攪拌樁；水泥土深層攪拌樁；(2)(2)旋噴樁；旋噴樁；(3)(3)注漿注漿2010-05-282010-05-282010-05-28墻內外側對地基進行加固的措施2010-05-28 7.1.3 7.1.3 井點降水井點降水 在基坑開挖前，在坑內四周預先埋入深于坑底的一在基坑開挖前，在坑內四周預先埋入深于坑底的一系列井管，利用抽水設備連續(xù)抽水，在井管周圍形成降系列井管，利用抽水設備連續(xù)抽

7、水，在井管周圍形成降水漏斗，使地下水位低于坑底的降水方法。水漏斗，使地下水位低于坑底的降水方法。2010-05-282010-05-282010-05-282010-05-282010-05-28 7.1.4 7.1.4 開挖過程開挖過程 分層分塊將坑底以上土體挖除，開挖順序應根據(jù)整個基坑體分層分塊將坑底以上土體挖除，開挖順序應根據(jù)整個基坑體系的穩(wěn)定等計算確定。系的穩(wěn)定等計算確定。2010-05-282010-05-28 7.1.5 7.1.5 施工監(jiān)測施工監(jiān)測 監(jiān)測是指在基坑工程施工過程中，對基坑支護結構監(jiān)測是指在基坑工程施工過程中，對基坑支護結構及其周圍地層、附近建筑物、地下管線等的受力和

8、變形及其周圍地層、附近建筑物、地下管線等的受力和變形進行的量測。其目的主要在于確?；庸こ瘫旧淼陌踩?；進行的量測。其目的主要在于確?；庸こ瘫旧淼陌踩?；對基坑周圍環(huán)境進行有效的保護；檢驗設計所采用參數(shù)對基坑周圍環(huán)境進行有效的保護；檢驗設計所采用參數(shù)及假定的正確性，并為改進設計、提高工程整體水平提及假定的正確性，并為改進設計、提高工程整體水平提供依據(jù)。供依據(jù)。construction monitoring地下地下施工施工2010-05-28 重力式擋土墻是一種常用的擋土結構，它是依靠擋土墻本身重力式擋土墻是一種常用的擋土結構，它是依靠擋土墻本身的自重來平衡坑內外土壓力差。墻身材料通常采用水泥土攪

9、拌樁、的自重來平衡坑內外土壓力差。墻身材料通常采用水泥土攪拌樁、旋噴樁等，由于墻體抗拉抗剪強度較小，因此墻身需做成厚而重旋噴樁等，由于墻體抗拉抗剪強度較小，因此墻身需做成厚而重的剛性墻以確保其強度及穩(wěn)定。的剛性墻以確保其強度及穩(wěn)定。圖圖7-27.2.17.2.1重力式擋土墻重力式擋土墻2010-05-282010-05-287.4 7.4 重力混凝土擋墻設計重力混凝土擋墻設計7.4.1.17.4.1.1墻體寬度和深度墻體寬度和深度 墻寬可取為開挖深度的墻寬可取為開挖深度的0.60.60.80.8倍，坑底以下倍，坑底以下插入深度可取為開挖深度的插入深度可取為開挖深度的0.80.81.21.2倍倍

10、7.4.1.2 7.4.1.2 寬度方向布樁形式寬度方向布樁形式 最簡單的布置形式就是不留空檔，打成實體，但最簡單的布置形式就是不留空檔，打成實體，但這樣做較浪費，為節(jié)約工程量，常做成格柵式。這樣做較浪費，為節(jié)約工程量，常做成格柵式。2010-05-287.4.1.3 7.4.1.3 墻體強度墻體強度 一般采用一般采用#425#425普通硅酸鹽水泥，水泥土支護體普通硅酸鹽水泥，水泥土支護體的強度要求齡期一個月的無側限抗壓強度不于小的強度要求齡期一個月的無側限抗壓強度不于小0.8 0.8 MPaMPa。7.4 7.4 重力混凝土擋墻設計重力混凝土擋墻設計2010-05-287.4.1.4 7.4

11、.1.4 其他加強措施其他加強措施 可以考慮減小坑底以上攪拌樁寬度，加寬坑底以可以考慮減小坑底以上攪拌樁寬度，加寬坑底以下攪拌樁寬度。下攪拌樁寬度。(3)(3)墻頂現(xiàn)澆混凝土路面墻頂現(xiàn)澆混凝土路面(1)(1)坑底加固坑底加固(2)(2)墻身插毛竹或鋼筋墻身插毛竹或鋼筋插毛竹能減少墻體位移和增強墻體整體性；插毛竹能減少墻體位移和增強墻體整體性；厚度不小于厚度不小于150mm150mm，內配置雙向鋼筋網片，不但，內配置雙向鋼筋網片，不但便于施工現(xiàn)場運輸，也利于加強墻體整體性，防便于施工現(xiàn)場運輸，也利于加強墻體整體性，防止雨水從墻頂滲入擋墻格柵而損壞墻體。止雨水從墻頂滲入擋墻格柵而損壞墻體。2010

12、-05-287.4.27.4.2土壓力計算土壓力計算7.4.2.17.4.2.1水土分算原則水土分算原則 水土分算原則是分別計算土壓力和水壓力。兩者之和即總的側壓力。這一原則適用于土的滲透性較好的土層，如砂土、粉土和粉質粘土。按水土分算原則計算土壓力時，采用有效重度。7.4.2.27.4.2.2水土合算原則水土合算原則 水土合算原則是適用于水土合算原則是適用于不透水的粘土層不透水的粘土層，并采，并采用用飽和重度飽和重度。2010-05-287.4.3 7.4.3 基本驗算基本驗算 在初步確定了墻體的寬度、深度、平面布置及材在初步確定了墻體的寬度、深度、平面布置及材料之后，應進行下列計算，以驗算

13、設計的擋土墻是否料之后，應進行下列計算，以驗算設計的擋土墻是否滿足變形、強度及穩(wěn)定等要求。滿足變形、強度及穩(wěn)定等要求。 重力式水泥土擋墻的驗算主要有以下一些內容：重力式水泥土擋墻的驗算主要有以下一些內容： (1)(1)抗傾覆驗算；抗傾覆驗算； (2)(2)抗滑驗算；抗滑驗算； (3)(3)抗?jié)B驗算；抗?jié)B驗算； (4)(4)整體圓弧滑動穩(wěn)定驗算；整體圓弧滑動穩(wěn)定驗算； (5)(5)墻體結構強度驗算。墻體結構強度驗算。2010-05-282010-05-2812ppqaaE hBWKE h(1)(1)抗傾覆驗算抗傾覆驗算: :2010-05-287.4.3.2 7.4.3.2 抗滑驗算抗滑驗算抗滑

14、驗算指墻體沿支護墻底面的抗滑動驗算，其驗抗滑驗算指墻體沿支護墻底面的抗滑動驗算，其驗算公式為算公式為2010-05-287.4.3.37.4.3.3抗?jié)B驗算抗?jié)B驗算 由于基抗開挖時要求坑內無積水，坑內外將存在水由于基抗開挖時要求坑內無積水，坑內外將存在水頭差。當坑底下為砂土時，需驗算墻角滲向上溢出處的頭差。當坑底下為砂土時，需驗算墻角滲向上溢出處的滲流坡降，以防止出現(xiàn)流砂現(xiàn)象；當坑底為粘性土層而滲流坡降，以防止出現(xiàn)流砂現(xiàn)象；當坑底為粘性土層而其下有砂土透水層時其下有砂土透水層時, ,也需進行滲流驗算。也需進行滲流驗算。 抗?jié)B驗算也可采用大衛(wèi)登可夫抗?jié)B驗算也可采用大衛(wèi)登可夫(Davidenkof

15、f(Davidenkoff) )和費和費蘭克蘭克(Franke(Franke) )的分段法來計算，以平面滲流為出發(fā)點。的分段法來計算，以平面滲流為出發(fā)點。2010-05-28(1) (1) 對于一般地下溝槽開挖工程，可按平面滲流考慮。對于一般地下溝槽開挖工程，可按平面滲流考慮。計算步驟：計算步驟： 接右圖接右圖H/T1H/T1及及2T2/Bj=02T2/Bj=0，可查得，可查得阻力系數(shù)阻力系數(shù)11，再，再由由D/T2D/T2和和2T2/Bj2T2/Bj查查得阻力系數(shù)得阻力系數(shù)22，然后按式然后按式(7-4)(7-4)計計算滲入基坑的單寬算滲入基坑的單寬流量：流量：2010-05-2801121

16、vqk h2 112Fhh(7-4)1cFFsJhJDBK出口處出口處A A1 1點的水頭點的水頭出口段平均滲透坡降出口段平均滲透坡降應滿足抗?jié)B安全要求應滿足抗?jié)B安全要求2010-05-28101212120.81.3vFk hqhh(2)(2)對于圓形基對于圓形基坑，墻底出口處坑，墻底出口處溢出水頭溢出水頭h hF F的計的計算式為算式為2010-05-281012121212120.751.31.7vFFk hqhhhh(3)(3)對于方形基坑，對于方形基坑，每邊中點墻體溢出每邊中點墻體溢出水頭水頭h hF F的計算式為的計算式為基坑角點墻體溢出水頭基坑角點墻體溢出水頭hFhF的計算式為的

17、計算式為2010-05-28(4)(4)對于長方形基坑，可按方形基坑計算。當長寬對于長方形基坑，可按方形基坑計算。當長寬比接近或大于比接近或大于2 2時，長邊中點的溢出水頭可按平面時，長邊中點的溢出水頭可按平面滲流考慮。滲流考慮。(5)(5)對于多邊形基坑，可近似按圓形基坑計算對于多邊形基坑，可近似按圓形基坑計算當支護墻體各排樁的長度不同時，可采用最長一排當支護墻體各排樁的長度不同時，可采用最長一排的樁長進行抗?jié)B驗算。的樁長進行抗?jié)B驗算。2010-05-28111()costan()sinnni iiiiiiiiZniiiiiclqbKqb7.4.3.4 7.4.3.4 整體圓弧滑動穩(wěn)定驗算整

18、體圓弧滑動穩(wěn)定驗算 水泥土擋墻常用于軟土地基，整體穩(wěn)定驗算是水泥土擋墻常用于軟土地基，整體穩(wěn)定驗算是一項重要的驗算內容，可采用瑞典條分法，按圓弧一項重要的驗算內容，可采用瑞典條分法，按圓弧滑動面考慮，并采用等代重度法考慮滲流力的作用，滑動面考慮，并采用等代重度法考慮滲流力的作用，土體抗剪強度可采用總應力法計算。計算公式如下土體抗剪強度可采用總應力法計算。計算公式如下: :2010-05-28100220026062ujMhBqMhBK7.4.3.57.4.3.5墻體結構強度驗算墻體結構強度驗算2010-05-28例題例題7-17-1：設計擋土墻的尺寸，并進行一系列的驗算。：設計擋土墻的尺寸，并進行一系列的驗算。2010-05-28210()qcWZDNcNKhDq7.5 7.5 排樁與地下連續(xù)墻式支護結構設計排樁與地下連續(xù)墻式支護結構設計以下從構成排樁或地下連續(xù)墻式支護結構的支護樁墻、以下從構成排樁或地下連續(xù)墻式支護結構的支護樁墻、內支護及土層錨桿三方面介紹這種支護結構的設計計算內支護及土層錨桿三方面介紹這種支護結構