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1、第4章常见基坑支护形式 水泥土重力式围护墙 排桩 大开挖基坑工程 UndergroundStructureEngineeringChapter3 逆作法施工 地下连续墙 逆作拱墙 型钢水泥土搅拌墙 土钉墙 土层锚杆 4 1大开挖基坑工程 定义 大开挖基坑工程是指不采用支撑而采用直立或放坡施工进行开挖的基坑工程 由于其费用低 工期短 是首先要考虑的开挖方式 前提 4 1 1竖直开挖 适用于开挖深度不大 无地下水 基坑土质条件较好的场地 竖直开挖时坑壁自然稳定的最大临界深度可按下式估算 Ka 主动土压力系数 当基坑侧壁的顶部地表面与水平面夹角 0时 当 0时 采用库仑主动土压力系数 为坑壁土的内摩
2、擦角标准值 宜采用1 2 1 5的安全系数 当基坑附近有超载时 应重新验算 当坑壁因吸水或失水等原因 一旦形成裂缝时 公式不成立 对黄土及具有裂隙的胀缩性土 该式不适用 无地下水时直立开槽的允许高度 4 1 2放坡开挖 4 1 2 1放坡开挖分类 1 无地下水的一般放坡开挖适用于地下水在开挖深度以下 2 明沟排水放坡开挖适用于地下水为潜水型 涌水量较小 坑壁土及坑底土不会产生流砂 管涌 基坑突涌的场地条件 3 井点降水放坡开挖地下水埋深较浅 基坑开挖较深可能产生流砂 管涌 基坑突涌等不良现象时 可采用井点降水放坡开挖 特别注意降水对附近建筑设施产生的不良影响 4 1 2 2放坡开挖坡度确定co
3、n 1 查表法表对开挖深度不大 基坑周围无较大荷载时 2 Taylor法图该法建立在总应力基础上 并假定黏聚力不随深度而变化 3 条分法图 1 查表法exit 边坡高度与坡度控制 边坡允许坡度值 边坡允许坡度值 续 2 Taylor法exit 边坡的临界高度由下式确定 例题back 稳定系数 由图4 1查得 稳定系数 由右图查得 例题back 例题4 1 某基坑工程土的粘聚力为2 104Pa 重度为18KN m3 内摩擦角 如该挖方的坡角 600 边坡高度的安全系数为1 5时 求该挖方允许的最大深度 解 当 时 查得 9 8 则按式 4 2 得允许的最大深度 3 条分法exit 最小安全系数
4、大于1 1 1 5时 土坡是稳定的 最小安全系数 大于1 1 1 5时 土坡是稳定的 最小安全系数 大于1 1 1 5时 土坡是稳定的 由土条的静力平衡条件可得作用在ef面上的法向应力及剪应力 抗滑稳定系数计算公式 该式中抗滑稳定系数是在任意滑动圆心条件下求得的 该滑弧并非最危险滑动面 必须试算 采用陈惠发 美国肯塔基州大学 1980 大量计算的试验 其最危险滑弧两端距坡顶点和坡脚点各为处 且最危险滑弧中心在ab线的垂直平分线上 4 1 2 3基坑边坡失稳的防止措施 1 边坡修坡图4 3 2 设置边坡护面图4 4 3 边坡坡脚抗滑加固 设置抗滑桩 旋喷桩 分层注浆法 深层搅拌桩 con 图4
5、3边坡修坡 a 坡顶卸土 b 坡度减小 c 台阶放坡exit 设置边坡护面 图4 4设置边坡护面exit 放坡开挖及简易支护 边坡支护下部采用嵌岩挡土桩支护 上部为格构式交叉梁与浆砌片石护面 4 2支挡式结构 以挡土构件和锚杆或支撑为主的 或仅以挡土构件为主的支护结构称之为支挡式结构 按照内部支撑或外部锚拉情况 支挡式结构分为五种形式 悬臂式 支撑式 锚拉式 双排桩 支护结构与主体结构结合的逆作法 悬臂exit 单支撑 多支撑围护结构exit 深圳地铁翠竹站基坑支护照片 深圳地铁翠竹站基坑支护照片 4 2 1支挡式结构的计算简图 被动区 被动区的初始土反力强度计算 支撑或锚杆的作用计算 4 2
6、 2支挡式结构的嵌固稳定性悬臂式的嵌固稳定性 单支点结构的嵌固稳定性验算 整体稳定性 新规范的表达式 旧 计算简图知道 据此求出嵌固深度hd 可预设为 0 7 1 2 通过作用在支护结构上所有土压力对底端力矩平衡的原理 可预设为 0 7 1 2 在实际工程设计中 必须对抗滑移 抗倾覆 抗隆起和抗管涌同时进行验算 故上式一般取为 下图的悬臂支护基坑失稳 可能原因 连日的大雨造成局部基坑边坡坍塌 旧 单层支撑支护结构设计图 计算方法是 等值梁法 等值梁法的关键是如何确定反弯点的位置 对单锚或单撑支护结构 地面以下土压力为零的位置 即主动土压力等于被动土压力的位置 与反弯点位置较接近 a 荷载图 b
7、 弯矩图 c 挠曲线 d 等值梁 用等值梁法计算 旧规范 单锚 单支支护结构 单层支点支护结构深度计算简图 3 支点力TC1可按下式计算 等值梁法 对反弯点取矩 1 计算土压力 2 基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置 4 嵌固深度Hd设计值可按下式确定 对嵌固端取矩 4 2 5地下连续墙 定义 地下连续墙是利用特制的成槽机械在泥浆 又称稳定液 如膨润土泥浆 护壁的情况下进行开挖 形成一定槽段长度的沟槽 再将在地面上制作好的钢筋笼放入槽段内 采用导管法进行水下混凝土浇筑 完成一个单元的墙段 各墙段之间特定的接头方式相互联结 形成一道连续的地下钢筋混凝土墙 地下连续墙 swf 58 施工接头柔性
8、接头 圆心锁口管接头 波形管 双波 三波 接头 预制接头和橡胶止水带接头 圆形锁口管接头 波纹竹接头 混凝土预制接头 橡胶止水带接头 图5 24槽段的连接 槽段的连接接头应满足受力和防渗要求 国内多用接头管连接非刚性接头 在挖除单元槽段土体后 在一端先吊放接头管 再吊入钢筋笼 浇筑砼后逐渐拔出接头管 形成半圆形接头 吊放钢筋笼前须检测槽段 槽底淤泥厚应 150 250mm 制作 吊放钢筋笼 南京奥体苏宁广场项目位于江苏省南京市建邺区河西大街南侧 江东中路西侧 工程总建筑面积46万平方米 占地面积3 2万平方米 基坑面积2 66万平方米 由办公楼 酒店 裙房及整体地下室组成 其中主楼88层 高4
9、00米 建成后将是一个集办公 酒店及商业为一体的综合性商业广场 南京应用工程实例 概况 工程概况 基坑支护形式简介 本工程采用地下连续墙作为挡土和止水结构 两墙合一 其中北侧地铁1号线 主楼部分 及东侧地铁2号线附近地连墙采用1200mm厚 其余部位采用1000mm厚度 地连墙接头采用箱体刚性接头 工程概况 工程概况 施工机械 SJB160三轴深搅桩机 SJG 40双轴深搅桩机 施工机械 260T主吊车 150辅助吊车 施工机械 金泰SG60成槽机 施工工艺流程 68 地下墙成槽工序 挖槽顺序 清底 技术要求 墙底沉渣厚度 100mm 施工工艺流程 施工工艺流程 三轴深搅加固 三轴深搅施工 墙
10、侧加固示意 施工工艺流程 导墙施工 71 挖导槽 安模板 浇注混凝土成导墙 施工工艺流程 泥浆池 施工工艺流程 成槽 施工工艺流程 箱体制作及下放 施工工艺流程 钢筋笼制作及下放 施工工艺流程 清槽及混凝土浇筑 4 2 6排桩和双排桩 1 单排桩 2 双排桩 4 2 7土层锚杆 定义 土层锚杆是一种埋入土层深部的受拉杆件 它一端与构筑物相连 另一端锚固在土层中 土层锚杆支护形式 单锚支护 b 多锚支护 c 破碎岩层支护1 土层锚杆 2 挡土灌注桩或地下连续墙 3 钢横梁 撑 4 破碎岩土层 1 抗拔受力机理 土层锚杆根据主滑动面分为锚固段和非锚固段或称自由段 1 锚筋 拉杆 本身具有足够的截面
11、面积承受拉力 2 水泥砂浆锚固体对锚筋的握裹力需能承受极限拉力 3 锚固段土层对于锚固体的摩阻力需能承受极限拉力 4 锚固的土体在最不利的条件下应能保持整体稳定性 试验优先 理论计算后试验验证 软土中考虑蠕变 2 锚杆杆体设计 锚杆自由段的长度不应小于5m 且穿过潜在滑动面进入稳定土层的长度不应小于1 5m 4 5 3锚杆的布置 土层锚杆的布置应遵守以下规定 1 为了不使锚杆引起地面隆起 最上层锚杆应有必要的覆土厚度 即锚杆的竖向分力不大于其上覆土层的重量 一般要求锚杆锚固体上覆土层厚度不宜小于4m 2 锚杆的层数应通过计算确定 上下两层锚杆之间的竖向间距 不宜小于2 0m 锚杆间的水平间距
12、不宜小于1 5m 否则降低单根锚杆的设计承载能力 3 锚杆倾角一般应向下倾斜至少10 以利于灌浆 但不得大于450 一般可根据地层情况 在范围150 250内选定 以便于使锚固段的位置进入有利于锚固的稳定土层 锚杆锁定值宜取锚杆轴向拉力标准值的0 75 0 9倍 锚杆的钻孔机 锚杆张拉 锚固 施工完成的锚杆 土钉与桩 锚复合支护 土钉 土层锚杆 钻孔灌注桩 防渗帷幕 4 3土钉墙 土钉墙由被加固土体 放置在土中的土钉体和喷射砼面板组成 形成一个以土挡土的重力式挡土墙 土钉墙自上而下施工 步步为营 土钉墙是靠土钉的相互作用形成复合整体作用 土层锚杆的失效影响较大 不应用于没有临时自稳能力的淤泥
13、饱和软弱土层 4 3 1 土钉墙的特点 土钉墙有以下一些特点或优点 1 能合理利用土体的自稳能力 结构合理 2 结构轻型 柔性大 有良好的抗震性和延性 破坏前有变形发展过程 3 密封性好 完全将土坡表面覆盖 没有裸露土方 阻止或限制了地下水从边坡表面渗出 4 个别土钉有质量问题或失效对整体影响不大 5 施工所需场地小 移动灵活 支护结构基本不单独占用空间 能贴近已有建筑物开挖 6 施工速度快 7 施工设备及工艺简单 不需要复杂的技术和大型机具 施工对周围环境干扰小 8 孔径小 与桩等施工方法相比 穿透卵石 漂石及填石层的能力更强一些 9 边开挖边支护便于信息化施工 能够根据现场监测数据及开挖暴
14、露的地质条件及时调整土钉参数 从而提高了工程的安全可靠性 10 材料用量及工程量较少 工程造价较低 据国内外资料分析 土钉墙工程造价比其它类型支挡结构一般低1 3 1 5 图3 32土钉墙应用领域a 托换基础 b 竖井的挡墙 c 斜面的挡土墙d 斜面稳定 e 和锚杆并用的斜面防护 4 3 2土钉墙的应用范围 土钉支护结构的抗拉承载力计算验算公式 荷载折减系数 j个土钉位置处基坑水平荷载标准值 固结快剪指标 土钉抗拉抗力分项系数 j根土钉受拉荷载标准值 j根土钉受拉承载力设计值 j根土钉直径 土钉墙整体稳定性验算 土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用简化圆弧滑动条分法 4
15、 4 4构造要求 土钉墙墙面坡度不宜大于1 0 1 喷射混凝土面层宜配置钢筋网 钢筋直径宜为6 10mm 间距宜为150 300mm 喷射混凝土强度等级不宜低于C20 面层厚度不宜小于80mm 土钉钢筋宜采用 级钢筋 钢筋直径宜为16 32mm 钻孔直径宜为70 120mm 土钉完成后 注浆要求密实 如不密实 渗水就会比较严重 成孔 表层是直接压入锚杆 下层都需先成孔 成孔 土钉之间焊接后 绑扎钢筋网片 喷射混凝土 表层是直接压入锚杆 下层都需先成孔 喷射混凝土详图 4 4水泥土重力式围护墙的类型 挡墙宽度为0 6 0 8开挖深度 桩长为开挖深度的1 8 2 2倍 4 4 1水泥土重力式围护墙
16、的破坏形式 1 由于墙体入土深度不够 或由于墙底土体太软弱 抗剪强度不够等原因 导致墙体及附近土体整体滑移破坏 基底土体隆起 2 由于墙体后侧发生挤土施工 基坑边堆载 重型施工机械作用等引起墙后土压力增加 或者由于墙体抗倾覆稳定性不够 导致墙体倾覆 3 由于墙前被动区土体强度较低 设计抗滑稳定性不够 导致墙体变形过大或整体刚性移动 4 当设计墙体抗压强度 抗剪强度或抗拉强度不够 或者由于施工质量达不到设计要求时 导致墙体压 剪或拉等破坏 工程事故 4 4 3水泥土重力式围护墙的适用条件 1 适用于开挖深度不宜超出7m的基坑工程 基坑深度应控制在5m范围以内 降低工程的风险 2 适用于加固淤泥质土 含水量较高而地基承载力小于120kPa的粘土 粉土 砂土等软土地基 对于地基承载力较高 粘性较大或较密实的粘土或砂土 可采用先行钻孔套打 添加外加剂或其它辅助方法施工 当地表杂填土层厚度大或土层中含直径大于100mm的石块时 宜慎重采用搅拌桩 3 在基坑周边距离1 2倍开挖深度范围内存在对沉降和变形较敏感的建 构 筑物时 应慎重选用水泥土重力式围护墙 4 4 3水泥土墙的计算 计算内容主要包括
