《基坑围护结构计算》PPT课件

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1、基坑围护结构计算2004年 5月 30日 目录1土压力2基坑稳定性3土钉墙4重力式围护结构5桩墙式围护结构6锚杆 1土压力*库仑土压力*朗肯土压力*特殊情况下的土压力*建筑基坑支护技术规程土压力*工程实测土压力*土压力计算模型 2基坑稳定性*土坡稳定性*围护结构整体稳定性*基坑底面抗隆起稳定性*基坑底面抗渗流稳定性 3土钉墙概述建筑基坑支护技术规程方法建筑基坑工程技术规范方法基坑土钉支护技术规程方法王步云建议的方法冶金部建筑研究总院建议的方法王长科建议的方法工程实例 5桩墙式围护结构桩墙式围护结构的类型悬臂式围护结构锚撑式围护结构 1土压力库 仑 土 压 力 假 定 :1773年 , 法 国

2、科 学 家 库 仑 做 出 两项 假 定 , 提 出 了 土 压 力 理 论 。( 1) 墙 后 填 土 为 砂 土 ( 黏 聚 力c=0) ;( 2) 产 生 主 动 、 被 动 土 压 力 时 ,墙 后 填 土 形 成 滑 楔 体 , 其 滑 裂 面 为 通过 墙 脚 的 平 面 。 图 1.1-1主 动 状 态 下 的 滑 动 楔 体 图 1.1-2库 仑 主 动 土 压 力 zKp aa a2a 21 KhE 2 2 2a )cos()cos( )sin()sin(1)cos(cos )(cos K 库 仑 主 动 土 压 力 为 : 库 仑 被 动 土 压 力 为 :zKp pp p

3、2p 21 KhE 22 2p )cos()cos( )sin()sin(1)cos(cos )(cos K 图 1.1-3库 仑 被 动 土 压 力 1.2朗 肯 土 压 力1857年 , 朗 肯 假 定 墙 背 垂 直 光滑 , 根 据 土 的 极 限 平 衡 理 论 提 出 了朗 肯 土 压 力 理 论 。 1.2.1朗肯主动土压力朗 肯 主 动 土 压 力 强 度 为 : aaa 2 KcKp z )245(tan2 a K 1.2.2朗肯被动土压力被 动 土 压 力 强 度 为 : ppp 2 KcKp z )245(tan2 p K 1.3特 殊 情 况 下 的 土 压 力1.3.

4、1坡顶地面非水平时的土压力 1.3.2坡顶超载作用下的土压力1.弹 性 理 论 解 ( 一 ) 弹 性 理 论 解 ( 二 ) 2. 建 筑 边 坡 工 程 技 术 规 范 GB50330-2002的 规 定 1.4 建 筑 基 坑 支 护 技 术 规 程 土 压 力 建 筑 基 坑 支 护 技 术 规 程 JGJ120-99采 用 了 朗 肯 土 压 力 理 论 , 并 规 定 对 于碎 石 土 及 砂 土 , 采 用 水 土 分 算 ; 对 粘 性土 及 粉 土 采 用 水 土 合 算 。 当 计 算 基 坑 底面 以 下 各 深 度 处 的 基 坑 外 侧 主 动 土 压 力时 , 规

5、定 竖 向 自 重 应 力 一 律 采 用 基 坑 底面 标 高 处 的 数 值 。 1.4.1基坑外侧竖向应力( a) 自 重 压 力 ( b) 坡 顶 均 布 压 力 ( c) 坡 顶 局 部 荷 载 1.4.2水平荷载(主动土压力)图 1.4-2 水 平 荷 载 计 算 简 图 ( 1) 水 土 分 算 ( 碎 石 土 及 砂 土 )1) 当 计 算 点 位 于 地 下 水 位 以 上 时 : aiikaiajkajk KcKe 2 ( 1.4-1) 2) 当 计 算 点 位 于 地 下 水 位 以 下 时 :总 应 力 法 : waiwawajwaj aiikaiajkajk Khmh

6、z KcKe )()( 2 有 效 应 力 法 : jaiikaiajkajk uKcKe 2 ( 2) 水 土 合 算 ( 黏 性 土 及 粉 土 )aiikaiajkajk KcKe 2 1.4.3水平抗力(被动土压力) ( 1) 水 土 分 算 ( 碎 石 土 及 砂 土 ) 总 应 力 法 : wpiwpjpiikpipjkpjk KhzKcKe )1)(2 有 效 应 力 法 : wpiikpipjkpjk uKcKe 2 ( 2) 水 土 合 算 ( 黏 性 土 及 粉 土 ) piikpipjkpjk KcKe 2 1.5工 程 实 测 土 压 力 1.6土 压 力 计 算 模

7、型 基 坑 土 钉 支 护 技 术 规 程 CECS96 97 法 王 步 云 建 议 的 模 型 王 长 科 建 议 的 模 型 2基坑稳定性 2.1土 坡 稳 定 分 析 2.1.1瑞典圆弧法WdlRMMF f sRs 2.1.2条分法 ii iiiiisRs WWlcMMF sin )tancos( 2.毕肖甫公式 s iiiii FNlcT tan iiiiiiii PPHHWN sin)(cos)( 11 0RTxW iii ii iiiiiiiiiis W PPHHWlcF sin tansin)(cos)( 11毕 肖 甫 建 议 不 计 土 条 间 的 摩 擦 力 之 差 ii

8、 is iiiiiiis W FWlcF sin cossintan 1)tancos( 3.坡 高 和 临 界 坡 角 的 关 系 王 长 科 建 议 的 公 式 Hq ccr 1tan2 坡 土 物 理 力 学 性 质 指 标c 土 层 厚 度 c 1 1.5 19.4 30 272 3.8 19.5 20 243 4.7 19.1 22 264 0.7 19.1 0 365 1.3 19.8 23 25平 均 值 19.3 21.2 26.0 采 用 厚 度 加 权 平 均 值 , 将 数 值 代 入 式( 2.1-10) , 得 稳 定 安 全 系 数 为 1.0时 的 临 界坡 角

9、0.123.1920 2.2114.3tan226tan2 11 Hq ccr 稳 定 安 全 系 数 为 1.3 时 的 坡 角 为 : 12.13.1 6.55tantantan s crF 01 4812.1tan 2.2围 护 结 构 整 体 稳 定 分 析 当 无 地 下 水 时 : i pi abhq RMclabhq sin)( /tancos)(RS dd KKhMRM apici )(2cosp 2.3基 坑 底 面 抗 隆 起 稳 定 分 析 qth tNcD 0 2/20h thq tdM p 2.4基 坑 底 面 抗 渗 流 稳 定 分 析 wm p tt Rw 图 2

10、.4-2 基 坑 底 抗 渗 流 稳 定 性 验 算 thtw m 5.0Rw 3土钉墙*钻 孔 注 浆 土 钉 *打 入 土 钉 *打 入 注 浆 土 钉 3.1.2土钉墙和其他类似技术的比较 3.1.3土钉墙和其他技术的联合应用 3.2 建 筑 基 坑 支 护 技 术 规 程 JGJ120-99方 法 3.2.1土钉抗拉承载力(图3.2-1) ( 1) 单 根 土 钉 受 拉 荷 载 标 准 值 可 按 下 式 计 算 jajkzjxjjk essT cos )245(tan/tan12tan 12tan 2 kk ( 2) 对 于 基 坑 侧 壁 安 全 等 级 为 二 级 的 土 钉

11、抗 拉承 载 力 设 计 值 应 按 试 验 确 定 , 基 坑 侧 壁 安 全 等 级为 三 级 时 可 按 下 式 计 算 : isiknjsuj lqdT 1式 中 s土 钉 抗 拉 抗 力 分 项 系 数 , 取 1.3; ( 3) 单 根 土 钉 抗 拉 承 载 力 计 算 应 符 合 下 列 要 求 : ujjk TT 025.1 3.2.2整体稳定性验算(图3.2-2)图 3.2-2整 体 稳 定 性 验 算 ( 1) 单 根 土 钉 在 圆 弧 滑 裂 面 外 锚 固 体 与 土 体 的极 限 抗 拉 力 可 按 下 式 确 定 : nisiknjnj lqdT ( 2) 土

12、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 圆 弧 滑 动 简 单 条 分 法 ,取 一 定 长 度 边 坡 体 , 按 下 式 进 行 计 算 : tan)sin(21)cos(tancos)( 1 11 0 ikjjni mj jinjikni iiiiik TbqwsLcs 0sin)(1 00 ni iiik bqws 3.2.3构造要求土 钉 墙 设 计 及 构 造 应 符 合 下 列 要 求 :1 土 钉 墙 墙 面 坡 度 不 宜 大 于 1:0.1;2 土 钉 必 须 和 面 层 有 效 连 接 , 应 设

13、置 承 压 板或 加 强 钢 筋 等 构 造 措 施 , 承 压 板 或 加 强 钢 筋 应与 土 钉 螺 栓 连 接 或 钢 筋 焊 接 连 接 ;3 土 钉 的 长 度 宜 为 开 挖 深 度 的 0.51.2倍 , 间距 宜 为 12m, 与 水 平 面 夹 角 宜 为 50200;4 土 钉 钢 筋 宜 采 用 II、 III级 钢 筋 , 钢 筋 直 径 宜为 1632mm, 钻 孔 直 径 宜 为 70120mm; 5 注 浆 材 料 宜 采 用 水 泥 浆 或 水 泥 砂 浆 , 其 强度 等 级 不 宜 低 于 M10;6 喷 射 混 凝 土 面 层 宜 配 置 钢 筋 网 ,

14、 钢 筋 直 径 宜为 610mm; 间 距 宜 为 150300mm; 喷 射 混 凝土 强 度 等 级 不 宜 低 于 C20, 面 层 厚 度 不 宜 小 于80mm;7.坡 面 上 下 段 钢 筋 网 搭 接 长 度 应 大 于 300mm。 3.3 建 筑 基 坑 工 程 技 术 规 范 YB9258-97方 法 3.3.1抗拔力和锚固长度(1) 土 钉 设 计 轴 向 拉 力 值(2)钢 筋 截 面 积 (3)锚 固 长 度 yxt sqsN ptktfKNA sta DqKNL 3.3.2内部稳定分析验算内 部 稳 定 分 析 采 用 条 分 法 , 计 算 公 式 为 : i

15、pi bhq RMcLbhq sin)( /tancos)(RS 3.3.3外部稳定分析验算以 土 钉 原 位 加 固 土 体 , 当 土 钉 达 到 一 定 密 度时 所 形 成 的 复 合 体 就 会 出 现 类 似 锚 定 板 群 锚 现 象中 的 破 裂 面 后 移 现 象 , 在 土 钉 加 固 范 围 内 形 成 一个 “ 土 墙 ” , 在 内 部 自 身 稳 定 得 到 保 证 的 情 况 下 ,它 的 作 用 类 似 重 力 式 挡 墙 , 因 此 , 可 用 重 力 式 挡墙 的 稳 定 性 分 析 方 法 对 土 钉 墙 进 行 分 析 。 如 图3.3-1。 图3.3-

16、1土钉支护外部整体稳定性分析(a)滑移;(b)倾覆;(c)整体失稳 1.土墙厚度的确定(图3.3-2) 2.抗滑移验算图3.3-3滑移计算 如 图 3.3-3所 示 , 抗 滑 移 验 算 可 按 下 式 进 行 : cos )sin(1 a aE fEWqB 3.抗倾覆验算如 图 3.3-4所 示 ,抗 倾 覆 验 算 可 按 下 式 进 行 : cos2 )sin2(3 a at HE EWqBB 3.3.4构造要求( 1) 初 步 选 定 土 钉 支 护 各 组 成 部 分 尺 寸 及 参 数 :a.锚 固 体 孔 径 : D=8 15cm;b.土 钉 长 度 : 一 般 对 非 饱 和

17、 土 , 土 钉 长 度 与 开 挖 深 度 H之 比 为 0.61.0范 围 内 , 密 实 及 干 硬 性 粘 土 取 小 值 ;c.土 钉 直 径 : 一 般 为 2035mm, 不 少 于 16mmII级 以 上螺 纹 钢 筋 ;d.注 浆 材 料 : 水 泥 砂 浆 或 水 泥 素 浆 , 水 泥 采 用 普 通 硅酸 盐 水 泥 , 标 号 不 小 于 425, 水 灰 比 1:0.400.50;e.墙 面 倾 角 : 垂 直 方 向 倾 角 00250, 土 钉 水 平 方 向 倾角 一 般 为 50200, 利 用 重 力 向 孔 中 注 浆 时 倾 角 不 宜 小于 150;

18、 f.间 距 : 水 平 间 距 为 (1015)D, 一 般 为 0.81.20m, 垂直 间 距 依 土 层 及 计 算 确 定 , 一 般 0.81.20m。 上 下 插 筋交 错 排 列 。 遇 局 部 软 弱 土 层 间 距 可 低 于 0.8m;g.钢 丝 网 或 钢 筋 网 片 : 无 地 下 水 、 土 质 好 时 可 用 一 般钢 丝 网 , 土 体 稳 定 性 差 时 可 用 钢 筋 网 片 , 一 般 采 用 6的 I级 钢 筋 焊 成 1520cm方 格 形 网 片 。 面 层 砂 浆 或 喷 射混 凝 土 厚 度 为 50150mm;h.锚 板 : 直 径 3035c

19、m六 边 形 或 方 形 混 凝 土 预 制 板 , 内配 构 造 筋 , 厚 度 大 于 7cm。 也 可 采 用 长 度 不 小 于 400的井 字 钢 筋 (16)代 替 锚 板 。( 2) 钢 筋 网 喷 射 混 凝 土 面 层 设 计 可 按 下 列 构 造 要 求 : a.钢 筋 网 可 用 68钢 筋 , 网 眼 宜 为 150300mm, 必 要时 可 在 土 钉 头 之 间 设 216加 强 钢 筋 ;b.喷 射 面 层 的 混 凝 土 等 级 不 宜 低 于 C20, 喷 射 面 层 厚 度宜 取 80150mm(土 质 差 时 取 大 值 , 反 之 取 小 值 )。(

20、3) 如 遇 有 软 弱 土 层 , 可 增 设 加 强 锚 杆 , 土 钉 与 锚 杆 合用 。( 4) 土 钉 头 与 钢 筋 网 连 接 。 当 土 钉 头 之 间 有 加 强 钢 筋通 过 时 , 宜 与 土 钉 头 焊 接 ; 当 土 钉 头 之 间 无 加 强 钢 筋通 过 时 , 可 用 不 小 于 416、 长 度 为 200300mm的 钢 筋在 土 钉 头 处 呈 井 字 架 与 土 钉 头 焊 接 , 井 字 架 钢 筋 应 位于 钢 筋 网 之 外 , 以 代 替 混 凝 土 锚 板 。 3.4 基 坑 土 钉 支 护 技 术 规 程 CECS96 97方 法 3.4.1土钉抗拉计算1.土 钉 拉 力 土 钉 拉 力 可 按 图 3.4-1所 示 土 压 力 分 布 计 算 : hvSSpN cos其 中 qppp 1 说 明 : 1.自 重 引 起 的 土 压 力 峰 值 按 下 式 计 算 : mp 05.0.2055.02 05.055.0 的 一 般 黏 性 土且 不 得 小 于 的 砂 土 、 粉 土HcHHKKcHK HcHKp aaa am 2.土 钉 长 度各 层 土 钉 的 长 度 宜 满 足 下 式 要 求 : 0,1 d NFll ds

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