鋼板樁在基坑支護中的運用PPT課件

1、 鋼板樁支護作為一種常用基坑的支護方式， 通常用打入或振動打 入法就位，工程結(jié)束后拔出回收， 可 以重復(fù)使用。常用的有槽鋼板樁 和“拉 森”鋼板樁，鋼板樁是通過熱軋或者冷 彎工藝軋制成片狀的鋼樁體，樁與樁 之間 通過鎖口相扣連成整體，是以承 受水平力為主的擋土、擋水的 圍護結(jié) 構(gòu) 。 鋼板樁的工程特性及發(fā)展現(xiàn)狀在王 懷忠首席關(guān)于鋼板樁技術(shù)應(yīng)用和展 望的材料中已經(jīng)作了詳盡的介紹， 這里不再贅述。 第1頁/共26頁 大直徑圓型單排鋼板樁圍堰支護應(yīng)用第2頁/共26頁 鋼板樁在橋墩圍堰施工中運用第3頁/共26頁 鋼板樁擋土墻在鐵路工程中的應(yīng)用第4頁/共26頁 鋼板樁在河道整治工程中的應(yīng)用第5頁/共26

2、頁鋼板樁在近海圍堰施工中的應(yīng)用第6頁/共26頁 鋼板樁在日本五藏野線的地基耐震補強應(yīng)用第7頁/共26頁 基坑工程根據(jù)開挖深度等因素，安全等級分為三級。、一級安全等級：基坑開挖深度12m或者基坑圍護結(jié)構(gòu)采用支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合時；、三級安全等級：基坑開挖深度7m；、除一級和三級以外的基坑均屬于二級安全等級基坑。 我國目前在設(shè)計，施工中通常以基坑挖深 作為劃分深基坑和淺基坑的界限。一、常用深基坑支護的結(jié)構(gòu)類型一、常用深基坑支護的結(jié)構(gòu)類型（上海市基坑技術(shù)規(guī)范）、復(fù)合土釘支護（適用于開挖深度6m的三級基坑）；、 水泥土重力式圍護墻（適用于開挖深度7m）； 、板式支護體系圍護墻（地下連續(xù)墻、灌注樁排

3、樁、型鋼水泥土攪拌墻、鋼板樁及混凝土板樁等） 、支撐與土層錨桿（樁 錨（內(nèi)支撐）支護、預(yù)應(yīng)力錨桿支護） 5、支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的逆作法 第8頁/共26頁二鋼板樁支護的常用型式二鋼板樁支護的常用型式 鋼板樁支護的常用型式有懸臂式、錨拉式和支撐式等三種。三鋼板樁的主要結(jié)構(gòu)型式三鋼板樁的主要結(jié)構(gòu)型式 鋼板樁簡易的型式為槽鋼、工字鋼等型鋼，采用正反扣組成，由于抗彎、防滲能力較弱，且生產(chǎn)定尺為 ，一般只用于較淺（）的基坑。 正式的熱軋鎖口鋼板樁，型式有 型、型、一字型、 型和組合型等，其中以 型應(yīng)用最多，可用于 深的基坑。國產(chǎn)的鋼板樁有鞍型和包型拉森式（）鋼板樁。拉森型鋼樁長度一般為 ，根據(jù)需要可

4、以焊接接長。接長應(yīng)先對焊，再焊接加強板，最后調(diào)直。 第9頁/共26頁bsthbhbstbtbb U型Z型 一字型trsbhyy 型組合型第10頁/共26頁 四、鋼板樁支護計算和驗算的主要內(nèi)容（上海市基坑技術(shù)規(guī)范） 板式支護體系中，圍護墻的內(nèi)力和變形宜采用豎向彈性地基梁法計算。計算時應(yīng)考慮支撐和錨碇點的位移、施工工況及支撐剛度對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響。 鋼板樁的內(nèi)力和變形計算； 整體穩(wěn)定性驗算； 抗傾覆穩(wěn)定性驗算； 坑底抗隆起穩(wěn)定性驗算； 抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算； 基坑外地表變形的估算； 第11頁/共26頁五、基坑支護計算方法簡介五、基坑支護計算方法簡介5.15.1古典分析方法古典分析方法（1） 靜力平

5、衡法（自由端法） 適用于底端自由支撐的懸臂式擋土結(jié)構(gòu)和單錨式擋土結(jié)構(gòu)，當(dāng)擋土結(jié)構(gòu)入土深度不太深時，結(jié)構(gòu)底端可視為非嵌固，即底端自由支撐，利用水平方向合力為零以及水平力對錨系點的彎矩和為零求解擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。（2）等值梁法（假想鉸法） 假定擋土結(jié)構(gòu)彈性曲線反彎點即假想鉸的位置。擋土結(jié)構(gòu)分為上下兩段，上部為簡支梁，下部為一次超靜定結(jié)構(gòu)，按照彈性結(jié)構(gòu)的連續(xù)梁求解擋土結(jié)構(gòu)的彎矩、剪力和支撐軸力。（3）塑性鉸法 假定擋土結(jié)構(gòu)在橫撐（除第一道支撐）支點和開挖面處形成塑性鉸，從而解得擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。5.25.2解析分析方法解析分析方法 第12頁/共26頁 將擋土結(jié)構(gòu)分為有限個區(qū)間，建立彈性微分方程，再根據(jù)邊

6、界條件和連續(xù)條件，求解擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和支撐軸力。（1）山肩幫男法；（2）彈性法；（3）彈塑性法 早期的古典分析方法和解析方法由于在理論上存在各自的局限性而難以滿足復(fù)雜的基坑工程的設(shè)計要求，現(xiàn)已應(yīng)用的很少。5.35.3數(shù)值分析方法數(shù)值分析方法（1）平面彈性地基梁法（桿系有限元法） 將單位寬度的擋土結(jié)構(gòu)作為豎向放置的彈性地基梁，支撐和錨桿簡化為彈性支座，基坑內(nèi)開挖面一下土體采用彈簧模擬，開挖面以下影響深度范圍內(nèi)為三角形分布，其下分土層按矩形分布。擋土結(jié)構(gòu)外側(cè)作用已知的水壓力和土壓力。（2）平面連續(xù)介質(zhì)有限元法 以上兩種方法適合于分析諸如地鐵車站等狹長形基坑，對于有明顯空間效應(yīng)和不規(guī)則形狀的基坑有必

7、要利用三維分析方法。（3）空間彈性地基板法（4）三維連續(xù)介質(zhì)有限元法 第13頁/共26頁 同濟啟明星深基坑支護工程結(jié)構(gòu)分析軟件JK系列包括： 深基坑支擋結(jié)構(gòu)分析計算軟件FRWS 2008；內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)分析計算軟件BSC v4.0 ； 樁基礎(chǔ)設(shè)計計算分析軟件 PILE2009 ；基坑開挖環(huán)境影響分析軟件 JK3E ； 土釘墻專用分析計算軟件 Nail ；深基坑（復(fù)合）重力式擋墻結(jié)構(gòu)分析計算軟件GRW-f v3.0 ；SLOPE邊坡穩(wěn)定分析計算軟件 ；SCSF天然地基沉降計算軟件等。一、深基坑支擋結(jié)構(gòu)分析計算軟件一、深基坑支擋結(jié)構(gòu)分析計算軟件FRWS 簡介簡介 FRWS是用于深基坑擋土結(jié)構(gòu)的分析計算

8、軟件 ，并與深基坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)分析計算軟件BSC接口。包括：彈性擋土結(jié)構(gòu)分析（地下連續(xù)墻、灌注樁、板樁等擋土結(jié)構(gòu)等）； 重力式擋土墻分析；SMW工法；土釘墻設(shè)計分析；錨桿驗算分析；基坑周邊地表沉降預(yù)估;反分析與動態(tài)設(shè)計；荷載與邊界條件選擇；降水計算分析等模塊。 FRWS4.0演示第14頁/共26頁 二、FRWS 彈性擋土結(jié)構(gòu)分析軟件計算原理 FRWS 彈性擋土結(jié)構(gòu)分析運用側(cè)向彈性地基反力法，工程界亦稱“彈性抗力法”，“地基反力法”，“豎向彈性地基梁的基床系數(shù)法”等。 該法由水平力作用的單樁解析推演而來。通常側(cè)向彈性地基梁計算，基床系數(shù)采用m法的假定，按桿系有限元方法求得支護樁的內(nèi)力和變形。 側(cè)向

9、彈性地基反力法能較好地反應(yīng)基坑開挖和回筑過程各種工況和復(fù)雜情況對支護結(jié)構(gòu)受力的影響。如：施工過程中的基坑開挖，支撐設(shè)置，失效或者拆除，荷載變化，預(yù)加壓力，結(jié)構(gòu)與地層的相互作用及開挖過程中土體剛度變化的影響，支撐結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)及支護結(jié)構(gòu)與支撐體系的共同作用等。 側(cè)向彈性地基反力法的計算精度主要取決于一些基本計算參數(shù)的確定是否符合實際，如基床系數(shù)，墻背和墻前土壓力的分布，支撐的剛度等。第15頁/共26頁計算流程第16頁/共26頁三、FRWS彈性擋土結(jié)構(gòu)（鋼板樁）模塊主要功能2.1各工況的位移和內(nèi)力計算（m法、常數(shù)法、混合法）2.2按用戶要求模擬任意開挖方式下的擋土結(jié)構(gòu)性態(tài)，開挖、加撐、拆撐和換撐等

10、工況2.3計算內(nèi)支撐和錨桿的水平剛度系數(shù)2.4加撐工況下可考慮預(yù)加軸力（或稱預(yù)緊力等）的影響2.5可進行墻底抗隆起驗算、坑底抗隆起驗算、抗管涌驗算、整體穩(wěn)定性驗算2.6帶支撐圍護結(jié)構(gòu)的抗傾覆驗算和極限平衡嵌固深度驗算2.7圍護結(jié)構(gòu)最小入土深度計算2.8繪制位移內(nèi)力包絡(luò)圖第17頁/共26頁四、FRWS彈性擋土結(jié)構(gòu)（鋼板樁）模塊主要參數(shù)介紹（1）、支擋結(jié)構(gòu)：使巖土邊坡保持穩(wěn)定，控制位移而建造的結(jié)構(gòu)物。（2）、重度：單位體積巖土所承受的重力，為巖土的密度與重力加速度的乘積。（3）、 i 第i 層土的三軸固結(jié)不排水剪切試驗內(nèi)摩擦角峰值；Ci第i 層土的三軸固結(jié)不排水剪切試驗粘聚力峰值（4）、m :地基

11、土水平向基床系數(shù)沿深度增大的比例系數(shù)m=(0.2 2 c)/d (d為基底地面位移量估計值1020mm)（5）、支撐水平剛度系數(shù)kT。kT=2EAsa/(Ls) 式中與支撐松馳有關(guān)的系數(shù)，取0.81.0；E支撐構(gòu)件材料的彈性模量；A支撐構(gòu)件斷面面積；L支撐構(gòu)件的受壓計算長度；s支撐的水平間距；sa計算寬度。第18頁/共26頁（6）、土壓力計算原則 基坑工程中，地下水位以下的土體側(cè)壓力計算有水土分算與水土合算。 6.1水土分算原則：分別計算土壓力和水壓力，兩者之和即為總的側(cè)壓力，這一原則適用于土孔隙中存在自由重力水的情況或者土的滲透性較好的情況，一般適用于砂土、粉性土和粉質(zhì)黏土。6.2水土合算原

12、則：空隙中不存在自由的重力水，以結(jié)合水的形式存在，不傳遞靜水壓力，以土粒和孔隙水共同組成的土體作為對象，直接用土的飽和重度計算側(cè)壓力，這一原則適用于不透水的黏土層。第19頁/共26頁算例一：寶鋼二高爐爐缸冷卻水系統(tǒng)改造工程算例一：寶鋼二高爐爐缸冷卻水系統(tǒng)改造工程 基坑支護基坑支護第20頁/共26頁算例二：寶鋼寬厚板地下循環(huán)水管改造基坑支護算例二：寶鋼寬厚板地下循環(huán)水管改造基坑支護第21頁/共26頁算例三：某基坑工程鋼板樁支護算例三：某基坑工程鋼板樁支護第22頁/共26頁1、目前基坑支護設(shè)計商業(yè)軟件眾多，如理正和啟明星等，軟件的使用替代了傳統(tǒng)的手算，又解決了手算無法實現(xiàn)的復(fù)雜計算問題，給巖土工程

13、師設(shè)計提供了方便。同時各款商用軟件良莠不齊，有些軟件還存在錯漏，設(shè)計師也常常發(fā)現(xiàn)不同的軟件計算結(jié)果不同。30年前，同濟大學(xué)俞調(diào)梅教授對電算提出不“Garbage into, garbage out”的警示。輸入計算機運算的數(shù)據(jù)至關(guān)重要，如果輸入的數(shù)據(jù)沒有工程意義，即使計算機再精確，輸出的結(jié)果也是垃圾，沒有任何工程意義。而輸入的數(shù)據(jù)是否具有工程意義，與巖土工程師的基本理論、工程經(jīng)驗和綜合判斷有關(guān)。2、基坑支護工程的設(shè)計和施工過程中的幾點提醒：2.1對地質(zhì)條件和周邊環(huán)境進行充分考察，根據(jù)周邊環(huán)境的要求制定出經(jīng)濟合理的支護方案，并據(jù)此提出支護結(jié)構(gòu)的水平位移和鄰近地層的垂直沉降標(biāo)準(zhǔn)； 第23頁/共26頁2.2 基坑設(shè)計階段，要根據(jù)基坑所在場地的工程地質(zhì)報告、土工試驗結(jié)果、原位標(biāo)貫試驗結(jié)果、土層含水量、區(qū)域地層參數(shù)的取值經(jīng)驗等綜合選??； 2.3在分析支護結(jié)構(gòu)受力和變形時，應(yīng)充分考慮施工的每一階段支護結(jié)構(gòu)體系和外面荷載的變化，同時要考慮施工工藝的變化，挖土次序和位置的變化，支撐和留土?xí)r間的變化等； 2.4基坑設(shè)計人員應(yīng)充分認識到在基坑施工過程中還會遇到很多設(shè)計階段難以預(yù)測到的問題，因此，設(shè)計人員應(yīng)密切和施工人員聯(lián)系，全面把握施工進展?fàn)顩r，及時處理施工中遇到的意外情況； 2.5基坑施工過程中應(yīng)該制定完備的監(jiān)測方案，監(jiān)測結(jié)果應(yīng)及時總結(jié)，