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1、中铁五局城市轨道交通工程分公司中铁五局城市轨道交通工程分公司 深基坑支护结构 2011年11月7日 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 1 前言 2支护结构的选型 3挡墙的选型 4支撑 拉锚 的选型 5 支护结构计算 6重力式支护结构计算 7 支护结构施工 8 支护结构检测 一 前言 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 补偿性基础 即以天然地面到建筑物基础埋置深度之间的土体 重量 来补偿一部分建筑物的荷重 故高层基础埋深均较大 但 基础埋深加大给施工带来很多困难 尤其是在城市建筑物密集地 区 施工现场附近有建筑物 道路和地下管线纵横交错 很多情 况下不允许采用较经济的放坡开挖 而需要在人工
2、支护条件下进 行基坑开挖 应力圆与土的抗剪强度 二 支护结构的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 支护结构包括挡墙和支撑 或拉锚 两部分 挡墙或支撑中任何一部分的选型不当或产生破坏 包括变形过 大 都会导致整个支护结构的失败 支护结构的型式 放坡开挖 悬臂式支护结构 内撑式支护结构 拉锚式支护结构 土钉墙支护结构 环梁护壁支护结构 其它形式支护结构 三 挡土墙的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 1 挡墙的类型 1 槽钢钢板桩 2 热轧锁口钢板桩 3 钢筋混凝土板桩 4 钻孔灌注桩挡墙 5 H型钢支柱 或钢筋混凝土桩支柱 6 地下连续墙 7 深层搅拌水泥土桩挡墙 8 旋喷桩
3、帷幕墙 三 挡土墙的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 2 钢板桩 1 槽钢钢板桩 由槽钢并排或正反扣搭接组成 槽钢长6 8m 多用于深度不 超过4m的基坑 顶部宜设一道支撑或拉锚 槽钢钢板桩 三 挡土墙的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 2 热轧锁口钢板桩 由槽钢并排或正反扣搭接组成 槽钢长6 8m 多用于深度不 超过4m的基坑 顶部宜设一道支撑或拉锚 热轧锁口钢板桩 三 挡土墙的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 3 钢筋混凝土板桩 该板桩截面带企口 有一定的挡水作用 顶部设圈梁 用后不 再拔除 永留地基土中 适于3 6m基坑 但应用较少 钢筋混凝土板桩
4、三 挡土墙的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 4 钻孔灌注桩挡墙 常用 600 1000mm 是支护结构中应用最多的一种 宜形成排 桩挡墙 顶部浇筑钢筋混凝土圈梁 但施工难以做到相切 挡水 效果差 钻孔灌注桩档墙 三 挡土墙的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 5 H型钢支柱 钢筋混凝土桩支柱 木挡板支护墙 该类支护结构适用于土质较好 地下水位较低的地区 型钢或 支柱按一定间距打入 支柱间设木挡板或其它挡土设施 H型钢钢支柱 钢钢筋混凝土桩桩支柱 木挡挡板支护墙护墙 三 挡土墙的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 6 地下连续墙 地下连续墙已是目前深基坑的
5、主要支护结构之一 在地下结 构层数多的深基坑的施工非常有利 地下连续墙常是采用 逆筑 法 的支护结构的首选 天津市的华联商厦 紫金花园 鸿吉大厦 津汇广场等很多 工程均采用地下连续墙方法施工 三 挡土墙的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 7 深层搅拌水泥土桩挡墙 深层搅拌水泥土桩挡墙是用特制的进入土深层的深层搅拌机将 喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制搅拌制成水泥土桩 相互搭接 硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙 既可挡土又 可形成隔水帷幕 深层搅拌水泥土桩挡墙 三 挡土墙的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 8 地下连续墙 旋喷桩帷幕墙是钻孔后 将钻杆从地基土深
6、处逐渐上提 同时 利用插入钻杆端部的旋转喷嘴 将水泥浆固化剂喷入地基土中 形成水泥土桩 桩体相连形成帷幕墙 旋喷桩帷幕墙可用作支护结构挡墙 也可用于挡水 四 支撑 拉锚 的选型 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 当基坑深度较大 悬臂挡墙的强度和变形不能满足要求时 需 增设支撑系统 支撑系统有 基坑内支撑 基坑外拉锚 顶部拉锚土层锚杆拉锚 常用的有 钢结构支撑 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 4 1 钢结构支撑 1 钢管支撑 四 支撑 拉锚 的选型 钢结构支撑 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 4 2 型钢支撑 型钢支撑主要采用H型钢 用螺栓连接 为工具式钢支撑 现场组装 方便 可
7、重复使用 4 2 1 钢筋混凝土支撑 有角撑 对撑 桁架式支撑 还有圆形 拱形和椭圆形等形状的支 撑 四 支撑 拉锚 的选型 圆形支撑 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 1 支护结构的破坏形式和计算内容 支护结构可分为两类 1 重力式支护结构 2 非重力式支护结构 重力式包括深层搅拌水泥土桩挡墙 1 旋喷桩帷幕墙 2 非重力式包括钢板桩 钢筋混凝土预制桩 钻孔灌注桩挡 墙 地下连续墙等 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 2 非重力式支护结构挡墙的破坏 包括 强度破坏 稳定性破坏 1 强度破坏 非重力式 1 拉锚破坏或支撑压曲 地面荷载增加过多 土压力过大使 拉
8、杆断裂 或锚固失败 腰梁破坏 内支撑受压失稳 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 2 强度破坏 非重力式 2 支护墙体底部走动支护墙入土深度 不够或挖土过深以及水的冲刷均可产生 这种破坏 需正确的计算入土深度 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 强度破坏 非重力式 1 支护墙的平面变形过大或弯曲破坏 支护墙截面过小 土压力估不准 墙后 增大量地面荷载或挖土超深 需准确计 算最大弯矩值以验算截面 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 4 非重力式支护结构的稳定性破坏 1 墙后土体整体滑动失稳拉锚的长度 不够 软粘腿发生圆弧滑动 引起支
9、护 结构整体失稳 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 非重力式支护结构的稳定性破坏 1 挡墙倾覆 2 坑底隆起如挖土深度大 由于卸 土过多 在墙后土重及地面荷载作用下 引起坑底隆起 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 6 非重力式支护结构的稳定性破坏 1 管涌 在砂土区 当地下水较高坑较深时 在动水压力作用下 地下水绕过支护墙 连砂土一同涌入基坑 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 3 重力式支护结构的破坏 重力式支护结构的破坏包括 1 强度破坏 2 稳定性破坏 其强度破坏只是水泥土抗剪强度不足 产生剪切破坏 为此需验 算最大
10、剪应力处的墙身应力 重力式支护结构的稳定性破坏包括 1 倾覆 2 滑移 3 土体整体滑动失稳 4 坑底隆起 5 管涌 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 4 非重力式支护结构的破坏 5 4 1支护结构承受的荷载 支护结构承受的荷载一般包括 1 土压力 2 水压力 墙后地面荷载引起的附加荷载 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 4 2 土压力 1 主动土压力 若挡墙在墙后土压力作用下向前位移时随位移增大 墙后土压 力渐减小 当位移达某一数值时 土体内出现滑裂面 墙后土达极 限平衡状态 此时土压力称为主动土压力 以Ea表示 五 支护结构计算 主动土压
11、力示意图 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 2 静止土压力 若挡墙在土压力作用下墙本身不发生变形和任何位移 移动或滑 动 墙后填土处于弹性平衡状态 则此时作用在挡墙上的土压力 成为静止土压力 以 表示 五 支护结构计算 静止土压力示意图 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 被动土压力 若挡墙在外力作用下墙向墙背向移动 随位移增大 墙所受 土的反作用力渐增大 当位移达一定数值时 土体内出现滑裂面 墙后土处被动极限平衡状态 此时土压力称为被动土压力 以 表示 五 支护结构计算 被动土压力示意图 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 4 3 主动土压力表示 主动土压力强度 无粘性土 五
12、 支护结构计算 粘性土 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 土压力分布 对于粘性土按计算公式计算时 主动土压力在土层顶部 H 0处 为负值 即 五 支护结构计算 表明出现拉力区 这在实际上是不可能发生的 可计界高 度以下的主动土压力 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 4 4 被动土压力表示 被动土压力强度 无粘性土 五 支护结构计算 粘性土 悬臂式挡土结构 对于土的性质 荷载大小等非常敏感 它完全 依靠足够的入土深度来保持其稳定性 故其高度一般不大于4m 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 4 5 土压力分布 1 悬臂无支撑挡墙 其压力分布为主动土压力 是三角形分 布 被动土压
13、力也是三角形分布 五 支护结构计算 土压力的分布 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 2 多支撑或多拉锚的挡墙背面土压力分布图形砂土为梯形 粘 土土压力分布图是稍复杂的三角形 悬臂挡土墙所承受的主动土压力完全由其底部的被动土压力来 平衡 而锚定板单支点的挡土结构 其主动土压力则由锚定板拉杆 和底部的被动土压力共同承受 加以平衡 五 支护结构计算 多支撑体系土压力的分布 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 5 水压力 作用于支护结构上的水压力一般按静 水压力考虑 有稳 态渗流时按三角形分布计算 在有残余水压力时 水压力按梯 形分布 水压力和土压力的分算或合算问题 目前均采用 一 般情况下
14、 由于粘性土中水主要是结晶水和结合水 宜合算 五 支护结构计算 水压力的计算方法 水压力的梯形分布 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 6 墙后地面荷载引起附加荷载 有三种情况 1 墙后有均布荷载q 2 距离支护结构一定距离有均布荷载q 3 距离支护结构一定距离有集中荷载p 如塔吊 混凝土泵车 等 由 引起的附加荷载分布在支护结构的一定范围h2上 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 1 墙后有均布荷载q 如墙后堆有土方 材料等地面均布 荷载对支护结构引起的附加荷载 可按下式计算 五 支护结构计算 计算示意图 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 2 距离支护结构一定距
15、离有均布荷载 此时压应力传到支护 结构上有一空白距离h1 在h1之下产生均布的附加应力 五 支护结构计算 计算示意图 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 3 距离支护结构一定距离有均布荷载 此时压应力传到支 护结构上有一空白距离h1 在h1之下产生均布的附加应力 五 支护结构计算 计算示意图 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 7 非重力式支护结构的计算 深基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计达式进 行设计 基坑支护结构极限状态可有两类 1 承载能力极限状态 2 正常使用极限状态 1 承载能力极限状态 对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳 过大变形导致 支护结构或基坑周边
16、环境破坏 2 正常使用极限状态 对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环 境的正常使用功能 五 支护结构计算 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 5 8 基坑侧壁安全等级及重要性系数 表5 1 安全等级及重要性系数 五 支护结构计算 安全等级破坏后果 一级 支护结构破坏 土体失稳或变形过大对基 坑周边环境及地下结构施工影响严重 1 10 二级 支护结构破坏 土体失稳或过大变形对基 坑周边环境及地下结构影响一般 1 00 三级 支护结构破坏 土体失稳或过大变形对基 坑周边环境及地下结构施工影响不严重 0 90 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 五 支护结构计算 计算示意图 5 9 悬臂桩墙的计算 排桩 地下连续墙嵌固深度设计值宜按下列规定 1 悬臂式支护结构嵌固深度设计值hd宜按下式确定 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 五 支护结构计算 当基坑底为碎石土及砂土 基坑内排水且作用有渗透压力时 嵌固深度设计值还应满足下式抗渗稳定条件 5 10 支护结构计算 当确定悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计值 构造要求 深基坑支护结构讲义深基坑支护结构讲义 五 支护结构计算
