基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

地下結(jié)構(gòu)工程第8章8.1．深基坑工程概述：大量的深基坑工程伴隨著城市高層建筑的發(fā)展大量出現(xiàn)。國外，圓形基坑的深度已達(dá)74m(日本)，直徑最大的達(dá)98m(日本)，而非圓形基坑的深度已達(dá)到地下９層（法國）。國內(nèi)，上海88層的金茂大廈，基坑平面尺寸為170m×150m，基坑開挖深度達(dá)19.5m。上海的匯京廣場，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與相鄰建筑最近的距離僅40cm。而無支撐基坑的開挖深度也已達(dá)到了9m。兩個功能：一是擋土；二是止水?；又ёo(hù)分兩類：支護(hù)型——將支護(hù)墻（排樁）作為主要受力構(gòu)件；支護(hù)型基坑支護(hù)包括板樁墻、排樁、地下連續(xù)墻等。在基坑較淺時可不設(shè)支撐，成懸臂式結(jié)構(gòu)；當(dāng)基坑較深或?qū)χ車孛孀冃螄?yán)格限制時，應(yīng)設(shè)水平或斜向支撐，或錨定系統(tǒng)；形成空間力系是發(fā)展方向。加固型——充分利用加固土體的強度。加固型包括水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、注漿和樹根樁等?；觽?cè)壁安全等級及重要性系數(shù)

安全等級破壞后果

一級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴(yán)重1.10二級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響一般1.00三級支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴(yán)重0.908.1結(jié)構(gòu)方案及選擇8.1.1結(jié)構(gòu)類型支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及其適用范圍表3-1結(jié)構(gòu)形式適用范圍排樁結(jié)構(gòu)稀疏排樁土質(zhì)較好，地下水位低或降水效果好連續(xù)排樁土質(zhì)差，地下水位高或降水效果差框架式排樁單排樁剛度不能滿足變形要求組合排樁結(jié)構(gòu)排樁加擋板排樁樁距較大，利用擋板傳遞土壓并有一定防滲作用排樁加水泥攪拌樁以水泥攪拌樁互搭組成平面拱代替擋板傳遞土壓力，具有較好防涌效果排樁加水泥防滲墻地下水位較高的軟土地區(qū)排樁或組合排樁加錨桿結(jié)構(gòu)開挖深度較大，排樁或組合排樁結(jié)構(gòu)強度無法滿足要求地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)與地下室墻體合一，防滲性強，施工場地較小，開挖深度大沉井結(jié)構(gòu)軟土地區(qū)重力式擋土墻結(jié)構(gòu)具有一定施工空間，軟土地區(qū)圖8－1板樁

圖8-2組合擋土壁圖8-3單排與雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)圖8-4接頭管接頭的施工程序a)開挖槽段；b)吊放接頭管和鋼筋籠；c)澆筑砼；d)拔出接頭管；e)形成接頭8.1.2支撐體系支撐體系是是用來支擋擋圍護(hù)墻體體，承受墻墻背側(cè)土層層及地面超超載在圍護(hù)護(hù)墻上的側(cè)側(cè)壓力。支撐體系是是由支撐、、圍檁、立立柱三部分分組成。特點平面尺寸不大，且長短邊長相差不多的基坑宜布置角撐。它的開挖土方空間較大，但變形控制要求不能很高鋼支撐和鋼筋混凝土支撐均可布置；支撐受力明確，安全穩(wěn)定，有利于墻體的變形控制，但開挖土方較為困難多采用鋼筋混凝土支撐；中部形成大空間，有利于開挖土方和主體結(jié)構(gòu)施工多采用鋼筋混凝土支撐；支撐體系受力條件好；開挖空間大，便于施工開挖面積大、深度小的基坑宜采用；在軟弱土層中，不易控制基坑的穩(wěn)定和變形便于土方開挖和主體結(jié)構(gòu)施工，但僅適用于周邊場地具有拉設(shè)錨桿的環(huán)境和地質(zhì)條件8.2支護(hù)結(jié)構(gòu)上上的作用8.2.1土壓力主動土壓力力和被動土土壓力的產(chǎn)產(chǎn)生，前提提條件是支護(hù)結(jié)構(gòu)存存在位移；當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)沒有位移時，則土對對支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的壓力為為靜止土壓力力。土壓力的分分布與支點點的設(shè)置及及其數(shù)量都都有關(guān)系；；懸臂支護(hù)護(hù)樁土壓力力的實測值值與按朗肯肯公式計算算值的對比比，非挖土土側(cè)實測土土壓力小于于朗肯主動動土壓力，，即計算結(jié)果偏偏大。圖8-5懸臂支護(hù)樁樁土壓力分分布圖8-6芝加哥深基基坑土壓力力實測圖圖圖8-7柏林地道工工程土壓力力實測圖土的內(nèi)聚力力C、內(nèi)摩擦角角φ值可根據(jù)下下列規(guī)定適適當(dāng)調(diào)整：：在井點降低地地下水范圍內(nèi)，當(dāng)當(dāng)?shù)孛嬗信排潘头罎B滲措施時，，φ值可提高20%；在井點降水土土體固結(jié)的條件下，，可考慮土土與支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)間側(cè)摩摩阻力影響響，將土的內(nèi)聚聚力c提高20%。土壓力計算算公式exit主動土壓力力：被動土壓力力：8.2.2地面附加荷荷載傳至n層土底面的的豎向荷載載qn（1）地面滿布布均布荷載載q0時，任何土土層底面處處：（2）離開擋土土結(jié)構(gòu)距離離為a時:(3)作用在面積積為與與擋土結(jié)結(jié)構(gòu)平行））的地面荷荷載，離開開擋土結(jié)構(gòu)構(gòu)距離時。。8.2.3水壓力水壓力，主主要根據(jù)土質(zhì)情情況確定如何考考慮水壓力力的問題。。對于粘性土，土壤的透透水性較差差，此粘性性土產(chǎn)生的的側(cè)向壓力力可采用水土合算的方法，即即側(cè)壓力為為相應(yīng)深度度處豎向土土壓力與水水壓力之和和乘以側(cè)壓壓力系數(shù)。。對于砂性土，采用水土分算，即側(cè)壓力力為相應(yīng)深深度處豎向向土壓力乘乘以側(cè)壓力力系數(shù)與該該深度處水水壓力之和和。對比砂土簡化計計算，將水水壓力與土土壓力分別別計算。主動壓力=靜止壓力=被動壓力=h8.3排樁、地下下連續(xù)墻計算主動土土壓力和被被動土壓力力并確定計算算簡圖，確確定嵌固深深度、內(nèi)力力計算；支護(hù)樁或墻墻的截面設(shè)設(shè)計以及壓壓頂梁的設(shè)設(shè)計等。8.3.1懸臂式支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)朗肯-庫倫土壓力理論論分層計算主動動土壓力和被動動土壓力；在此基礎(chǔ)上確定定圖8-10所示的計算簡圖圖。據(jù)此簡圖求出嵌嵌固深度hd;最大彎矩截面位位置及最大彎矩矩值；進(jìn)行配筋設(shè)計或或承載力計算；；計算支護(hù)結(jié)構(gòu)頂頂端位移。懸臂計算簡圖據(jù)此求出嵌固深深度hd配筋和撓度計算算地質(zhì)條件或其它它影響因素較為為復(fù)雜時，也可可按最大彎矩斷斷面的配筋貫通通全長。配筋應(yīng)滿足下式式條件：支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端的的水平位移值y——剪力為零處即D點至基坑底的距距離；——懸臂梁上段結(jié)構(gòu)構(gòu)柔性變形值——下段結(jié)構(gòu)在彎矩矩Mmax作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角——下段結(jié)構(gòu)在彎矩矩Mmax作用下在D點產(chǎn)生的水平位位移上段結(jié)構(gòu)柔性變變形8.3.2單層支撐支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)

設(shè)計計算方法是“等值梁法”。等值梁法的關(guān)鍵鍵是如何確定反彎點點的位置。對單錨或單撐支支護(hù)結(jié)構(gòu)，地面面以下土壓力為為零的位置，即主動土壓力等等于被動土壓力力的位置，與反反彎點位置較接接近。用等值梁法計算算

單錨、單支支支護(hù)結(jié)構(gòu)：圖8-15單層支點支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)深度計算簡圖（3）支點力TC1可按下式計算：：等值梁法，對反反彎點：（1）計算土壓力（（2）基坑底面以下下支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)定定彎矩零點位置置（4）嵌固深度Hd設(shè)計值可按下式確定:（5）計算內(nèi)力和配配筋單層支撐支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的最大彎矩矩:發(fā)生在剪力0處，應(yīng)根據(jù)土壓壓力平衡，求得得處的位置y,可得Mmax。彎矩圖可按靜力力平衡條件求得得可以分段配筋，也可以按最大大彎矩斷面通長配筋.8.3.3多層錨拉式支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)

設(shè)計1)應(yīng)根據(jù)分層挖土土深度與每層錨錨桿設(shè)置的實際際施工情況分階階段分層計算，，這時假定下層層挖土不影響上上層錨桿計算的的水平力；2)多層布置時，有有等彎矩布置和和等反力布置兩兩種模式；3）懸臂式及單支支點支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌嵌固深度設(shè)計不不宜小于；；多支支點支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌嵌固深度設(shè)計值值小于0.2h時，宜取。。抗?jié)B透穩(wěn)定條件件:當(dāng)基坑底為碎石石土及砂土、基基坑內(nèi)排水且作作用有滲透水壓壓力時，側(cè)向截截水的排樁、地地下連續(xù)墻除應(yīng)應(yīng)滿足上述規(guī)定定外，嵌固深度度設(shè)計值尚應(yīng)滿滿足式抗?jié)B透穩(wěn)穩(wěn)定條件:注意事項：1）排樁、地下連連續(xù)墻水平荷載載計算單位；中心距和單位長長度；2）有支撐變形計計算按彈性支點點法計算，支點剛度系數(shù)及及地基基土水平抗力系系數(shù)m應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗取取值；3）支撐體系（含具有有一定剛度的冠冠梁）或其與錨錨桿混合的支撐撐體系應(yīng)按支撐撐體系與排樁、、地下連續(xù)墻的的空間作用協(xié)同同分析方法，計計算內(nèi)力和變變形。8.4土層錨桿土層錨桿是一種種埋入土層深部部的受拉桿件，，它一端與構(gòu)筑筑物相連，另一一端錨固在土層層中。8.4.2錨桿設(shè)計1）錨桿承載力計計算2）錨桿桿體的截截面面積3）錨桿軸向受拉拉承載力設(shè)計值值（1）安全等級為一一級及缺乏地區(qū)區(qū)經(jīng)驗的二級基基坑側(cè)壁，應(yīng)進(jìn)進(jìn)行錨桿的基本本試驗，受拉抗抗力分項系數(shù)可可取1.3。（2）基坑側(cè)壁安全全等級為二級且且有鄰近工程經(jīng)經(jīng)驗時：（3）.對于塑性指數(shù)大大于17的粘性土層中的的錨桿應(yīng)進(jìn)行蠕蠕變試驗。（4）錨桿預(yù)加力值值（鎖定值）應(yīng)應(yīng)根據(jù)地層條件件及支護(hù)結(jié)構(gòu)變變形要求確定，，宜取為錨桿軸軸向受拉承載力力設(shè)計值的0.50~0.65倍。（5）自由段計算算長度8.8SMWSMW擋土墻是先施工工水泥土擋墻，，最后按一定的的形式在其中插插入型鋼（如H鋼），即形成一一種勁性復(fù)合圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)。：止水好，剛度大大，構(gòu)造簡單，，型鋼插入深度度一般小于攪拌拌深度，型鋼可可回收重復(fù)使用用，成本較低。。SMW適宜的基坑深度度為6～10m，國外開挖深度度已達(dá)20m。要求型鋼間距不不能過大，保證證水泥土的強度度由受剪，受壓壓控制。（a）全位“滿堂”；（b）全位“1隔1”（c）全位“1隔2”；（d）半位“滿堂”；（e）半位“1隔1”1型鋼凈間距的確確定保證型鋼間的水水泥土在側(cè)向水水土壓力作用下下不產(chǎn)生彎曲應(yīng)應(yīng)力2.水泥土強度校核核“連續(xù)”截面剪力型鋼“間隔”布置驗算拱的軸力強強度8.9逆作拱墻在基坑四周場地地都允許起拱的的條件下（基坑坑各邊長L的起拱矢高）），可以采用閉合的水平拱圈圈來支擋土壓力以圍圍護(hù)基坑的穩(wěn)定定，采用閉合的的水平拱圈來支支擋土壓力以圍圍護(hù)基坑的穩(wěn)定定；拱結(jié)構(gòu)是以受壓壓力為主，能更更好地發(fā)揮混凝凝土抗壓強度高高的材料特性，，而且拱圈支擋擋高度只需在坑坑底以上這個閉合拱圈可可以由幾條二次次曲線圍成的組組合拱圈（曲率不連續(xù)），也可以是一一個完整的橢圓圓或蛋形拱圈（（曲率連續(xù)）。安全可靠，每道道拱圈分別承受受該道拱圈高度度內(nèi)的壓力，不不相互影響；節(jié)省工期，施工工方便；節(jié)省擋土費用，，用拱圈支護(hù)的的費用僅為用擋擋土樁的40%~60%。而且，基坑越越深，經(jīng)濟(jì)效益益越顯著。1.截面形狀2.拱墻計算逆作拱墻結(jié)構(gòu)型型式根據(jù)基坑平平面形狀可采用用全封閉拱墻，，也可采用局部部拱墻，拱墻軸軸線的矢跨比不不宜小于1/8，基坑開挖深度度h不宜大于12m。當(dāng)基坑開挖深度度范圍或基坑底底土層為砂土?xí)r時，應(yīng)按抗?jié)B透透條件驗算土層層穩(wěn)定性；當(dāng)基底土層為粘粘性土?xí)r，基坑坑開挖深度滿足足下列抗隆起驗算條件件：均布荷載作用下下，圓形閉合拱拱墻結(jié)構(gòu)軸向壓力設(shè)計值應(yīng)按下式計算：：圓拱的外圈半徑徑；拱墻分道計算算高度在分道高度范范圍內(nèi)的基坑坑外側(cè)水平荷荷載標(biāo)準(zhǔn)值的的平均值。8.10構(gòu)造混凝土強度等等級不宜低于于C25；拱墻截面宜為為Z字型，拱壁的的上、下端宜宜加肋梁；當(dāng)基坑較深且且一道Z字型拱墻的支支護(hù)高度不夠夠時，可由數(shù)數(shù)道拱墻疊合合組成；肋梁，其豎向向間距不宜大大于2.5m。圓形拱墻壁厚厚不應(yīng)小于400mm，其他拱墻壁壁厚不應(yīng)小于于500mm。8.11逆作法施工深地下室的常常規(guī)施工是通通過臨時支護(hù)護(hù)基坑坑壁，，開挖至預(yù)定定深度后，澆澆底板并由下下而上施工各各層地下室結(jié)結(jié)構(gòu)，待地下下室完工后，，再逐層進(jìn)行行地上結(jié)構(gòu)的的施工。利用地下連續(xù)續(xù)墻采用逆作法施工較深的多層地地下室，成為為發(fā)展的方向向，這已在國國內(nèi)外到得了了顯著的效果果。逆作法施工工工藝是先沿建建筑物外圍施工地下連續(xù)續(xù)墻，作為地下室室的邊墻或基基坑的圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)。在建筑物內(nèi)部部的澆筑中間間支承柱，開開挖土方至第第一層地下室室底面標(biāo)高，，澆注梁及部部分的板，該該層樓蓋即可可作為地下連續(xù)墻剛剛度很大的支支撐系統(tǒng)。然后在梁間沒沒有澆板的空空檔內(nèi)，向下下逐層施工各各層地下室結(jié)結(jié)構(gòu)。與此同時，在已完成底底面梁板結(jié)構(gòu)構(gòu)的基礎(chǔ)上，做上部結(jié)構(gòu)構(gòu)。地下室封底前前，地面上允允許施工的層層數(shù)要通過計算確定定。日本讀賣新聞聞社大樓逆逆作作法施工地上９層，地地下６層，總總工期只用了了２２個月，，比常規(guī)方法法縮短了６個個月。該工程程用2.0m大直徑鉆孔灌灌注樁作為中中間支承柱，，Ｌ＝３０m,共用３５根。。逆作法的優(yōu)點點：地下主體結(jié)構(gòu)構(gòu)的梁、板、、柱作為擋土土墻的橫向支支撐；大幅度縮短工工期；逆作法只開挖挖有效范圍內(nèi)內(nèi)的土方量，，減少了大量量的土方量；；安全性好，且且基本上不受受氣候所左右右。不足：封閉狀態(tài)下的的環(huán)境進(jìn)行施施工，作業(yè)環(huán)環(huán)境較差；大