常见基坑围护结构设计学习教案

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1、会计学1常见常见(chn jin)基坑围护结构设计基坑围护结构设计第一页，共103页。123456第1页/共102页第二页，共103页。第2页/共102页第三页，共103页。第3页/共102页第四页，共103页。 1、基坑支护的目的（1）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；（2）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；（3）防止地面(dmin)出现塌陷、坑底管涌发生。 2、基坑支护的作用 挡土、挡水、控制边坡变形。 3、基坑工程的基本技术要求（1）安全可靠性； （2）经济合理性；（3）施工便利性和工期保证性。 第4页/共102页第五页，共103页。第5页/共102页第六页，共103页。第6页/

2、共102页第七页，共103页。（2）桩墙支护： 它由桩墙结构及支护结构两部分组成，桩墙结构有钢板桩、板桩墙、灌注桩排、地下连续(linx)墙； 支护结构类型有内支撑式、外拉锚杆式、地面锚定式、无锚式等。 （3）重力式支护结构： 软土地基可用深搅桩、旋喷桩、树根桩等形成重力式的挡土结构。 第7页/共102页第八页，共103页。 （5）开槽施工法：与中央开挖施工法施工正好相反）开槽施工法：与中央开挖施工法施工正好相反，先在坑内周边挖槽，用内支撑板桩墙法修筑周边的基，先在坑内周边挖槽，用内支撑板桩墙法修筑周边的基础工程础工程(gngchng)，形成一道重力式挡土墙，再挖除挡，形成一道重力式挡土墙，再

3、挖除挡土墙内的全部土体，构筑中央部分的基础工程土墙内的全部土体，构筑中央部分的基础工程(gngchng)。 （6）墙前被动区土体加固法：对于软土地基深大基坑）墙前被动区土体加固法：对于软土地基深大基坑，为控制挡墙侧向位移，降低护桩的入土深度，在基坑，为控制挡墙侧向位移，降低护桩的入土深度，在基坑开挖前用深搅桩、旋喷法对墙前土体进行加固，加固深开挖前用深搅桩、旋喷法对墙前土体进行加固，加固深度度36m，宽度，宽度59m。第8页/共102页第九页，共103页。第9页/共102页第十页，共103页。第10页/共102页第十一页，共103页。支护(zh h)结构类型及其适用范围 表3-1结 构 形 式

4、适 用 范 围排桩结构稀疏排桩土质较好，地下水位低或降水效果好连续排桩土质差，地下水位高或降水效果差框架式排桩单排桩刚度不能满足变形要求组合排桩结构排桩加挡板排桩桩距较大，利用挡板传递土压并有一定防渗作用排桩加水泥搅拌桩以水泥搅拌桩互搭组成平面拱代替挡板传递土压力，具有较好防涌效果排桩加水泥防渗墙地下水位较高的软土地区排桩或组合排桩加锚杆结构开挖深度较大，排桩或组合排桩结构强度无法满足要求地下连续墙结构与地下室墙体合一，防渗性强，施工场地较小，开挖深度大沉井结构软土地区重力式挡土墙结构具有一定施工空间，软土地区第11页/共102页第十二页，共103页。板桩 第12页/共102页第十三页，共10

5、3页。第13页/共102页第十四页，共103页。第14页/共102页第十五页，共103页。特 点平面尺寸不大，且长短边长相差不多的基坑宜布置角撑。它的开挖土方空间较大，但变形控制要求不能很高钢支撑和钢筋混凝土支撑均可布置；支撑受力明确，安全稳定，有利于墙体的变形控制，但开挖土方较为困难多采用钢筋混凝土支撑；中部形成大空间，有利于开挖土方和主体结构施工多采用钢筋混凝土支撑；支撑体系受力条件好；开挖空间大，便于施工开挖面积大、深度小的基坑宜采用；在软弱土层中，不易控制基坑的稳定和变形便于土方开挖和主体结构施工，但仅适用于周边场地具有拉设锚杆的环境和地质条件第15页/共102页第十六页，共103页。

6、第16页/共102页第十七页，共103页。第17页/共102页第十八页，共103页。第18页/共102页第十九页，共103页。第19页/共102页第二十页，共103页。12.1.2 基坑围护结构设计的特点1. 外力的不确定性；2. 变形的不确定性；3. 土性的不确定性；4. 一些偶然变化(binhu)所引起的不确定因素。第20页/共102页第二十一页，共103页。 基坑工程的设计内容包括 ：环境调查及基坑安全等级的确定，围护结构选型，围护结构设计计算，节点设计，井点降水、土方开挖方案以及监测(jin c)要求等。第21页/共102页第二十二页，共103页。第22页/共102页第二十三页，共10

7、3页。基坑围护结构设计所需的基本资料主要有：基坑围护结构设计所需的基本资料主要有：工程水文地质资料；工程水文地质资料；场地环境资料；场地环境资料；所建工程的地下室结构、基础桩基图纸等；所建工程的地下室结构、基础桩基图纸等；与施工条件与施工条件(tiojin)有关的资料。有关的资料。第23页/共102页第二十四页，共103页。基坑基坑(j kn)围护结构安全等级及重要性系数围护结构安全等级及重要性系数0安全等级破坏后果一级支护结构破坏、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很严重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施工影响一般1.00三级支护结构破坏、

8、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第24页/共102页第二十五页，共103页。围护结构的选择和布置围护结构的选择和布置围护结构的选择的原则：围护结构的选择的原则：基坑基坑(j kn)围护结构的构件在一般情况下不应围护结构的构件在一般情况下不应超出工程用地范围；超出工程用地范围；基坑基坑(j kn)围护结构的构件不能影响主体工程围护结构的构件不能影响主体工程结构构件的正常施工；结构构件的正常施工；尽可能采用受力性能较好的圆形、正多边形和矩尽可能采用受力性能较好的圆形、正多边形和矩形。形。第25页/共102页第二十六页，共103页。结 构 型 式适 用 条 件排桩或地

9、下连续墙1. 适于基坑侧壁安全等级一、二、三级；2. 悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m；3. 当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙。水 泥 土 墙1. 基坑侧壁安全等级宜为二、三级；2. 水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kPa；3. 基坑深度不宜大于6m。土 钉 墙1. 基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地；2. 基坑深度不宜大于12m；3. 当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。逆 作 拱 墙1. 基坑侧壁安全等级宜为二、三级；2. 淤泥和淤泥质土场地不宜采用；3. 拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8；4. 基坑深度不宜大于12m；5. 地

10、下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。放 坡1. 基坑侧壁安全等级宜为三级；2. 施工场地应满足放坡条件；3. 可独立或与上述其他结构结合使用；4. 当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施。第26页/共102页第二十七页，共103页。围护结构设计计算围护结构设计计算通过设计计算确定围护结构构件的通过设计计算确定围护结构构件的内力内力(nil)和变形，据以验算截和变形，据以验算截面承载力和基坑位移。面承载力和基坑位移。设计计算必须按不同施工阶段的特设计计算必须按不同施工阶段的特征分别进行验算，同时应考虑前征分别进行验算，同时应考虑前一种工况对后面各种工况内力一种工况对后面各种工况内力(nil

11、)和变形的影响。和变形的影响。第27页/共102页第二十八页，共103页。围护结构稳定性验算围护结构稳定性验算基坑边坡总体稳定演算；基坑边坡总体稳定演算；围护墙体抗倾覆稳定验算；围护墙体抗倾覆稳定验算；围护墙底面抗滑移验算；围护墙底面抗滑移验算；基坑围护墙前抗隆起稳定验算；基坑围护墙前抗隆起稳定验算；抗竖向渗流验算；抗竖向渗流验算；基坑周围地面沉降及其影响范围的估计基坑周围地面沉降及其影响范围的估计(gj)。均与围护墙的插入土深度有关。均与围护墙的插入土深度有关。第28页/共102页第二十九页，共103页。节点设计节点设计(shj)合理的节点构造应符合以下条件：合理的节点构造应符合以下条件：方

12、便施工；方便施工；节点构造与设计节点构造与设计(shj)计算模型中的假设计算模型中的假设条件一致；条件一致；节点构造应起到防止构件局部失稳的作用；节点构造应起到防止构件局部失稳的作用；尽可能减少节点自身的变形量；尽可能减少节点自身的变形量；与整体稳定相关的节点应设置多道防线，与整体稳定相关的节点应设置多道防线，同时要具有良好的节点延性。同时要具有良好的节点延性。第29页/共102页第三十页，共103页。其他土工问题其他土工问题井点降水井点降水井点降水的作用是：井点降水的作用是： 1）通过降低地下水位消除基坑坡面）通过降低地下水位消除基坑坡面及坑底的渗水，改善施工作业条件；及坑底的渗水，改善施工

13、作业条件； 2）增加边坡稳定性，防止坡面和基）增加边坡稳定性，防止坡面和基底的土粒流失底的土粒流失(lish)，以避免流砂现象；，以避免流砂现象； 3）降低水位，防止坑底隆起与破坏；）降低水位，防止坑底隆起与破坏； 4）改善基坑的砂土特性，加速土的）改善基坑的砂土特性，加速土的固结。固结。降水的方法有集水明排和井点降水两类。降水的方法有集水明排和井点降水两类。第30页/共102页第三十一页，共103页。第31页/共102页第三十二页，共103页。土方开挖土方开挖其中最重要的要求是每阶段的开挖深度与相应设其中最重要的要求是每阶段的开挖深度与相应设计工况的计算模型一致。计工况的计算模型一致。强调强

14、调(qing dio)先支撑后开挖的原则。先支撑后开挖的原则。监测监测内容有以下几个方面：内容有以下几个方面：围护结构主要构件的内力和变形围护结构主要构件的内力和变形基坑周围土体的变形，边坡稳定及地下水的变化基坑周围土体的变形，边坡稳定及地下水的变化和空隙水压力的测定等；和空隙水压力的测定等；对周围环境中需要保护的对象进行专门内容的观对周围环境中需要保护的对象进行专门内容的观察和测定。察和测定。第32页/共102页第三十三页，共103页。深基坑支护结构内力计算是个古老的传统深基坑支护结构内力计算是个古老的传统课题，同时又是一个综合性的。它既涉及课题，同时又是一个综合性的。它既涉及土力学中典型的

15、强度与稳定问题，又包含土力学中典型的强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还涉及到土与支护结构了变形问题，同时还涉及到土与支护结构的共同作用问题。的共同作用问题。地基反力系数是一个必须首先确定的参数。地基反力系数是一个必须首先确定的参数。主要由地质条件决定主要由地质条件决定(judng)，与承力面，与承力面积和深度也有关系，其值最好通过试验求积和深度也有关系，其值最好通过试验求得。得。计算模型见表计算模型见表12-6第33页/共102页第三十四页，共103页。计算原则：计算原则：一般考虑桩土共同作用的弹性地基梁上的杆一般考虑桩土共同作用的弹性地基梁上的杆系或框架模型，根据施工过程中发生的实际系

16、或框架模型，根据施工过程中发生的实际工况分布进行计算，同时考虑施工工况引起工况分布进行计算，同时考虑施工工况引起结构的先期位移值以及支撑变形的影响结构的先期位移值以及支撑变形的影响(yngxing)或采用荷载增量法进行计算，即或采用荷载增量法进行计算，即所谓所谓“先变形，后支撑先变形，后支撑”的原则。的原则。第34页/共102页第三十五页，共103页。计算模型：计算模型：桩土共同作用模型桩土共同作用模型水平支点力计算水平支点力计算支护结构的嵌固深度支护结构的嵌固深度(shnd)分析分析第35页/共102页第三十六页，共103页。 桩（墙）内力的计算分析方法桩（墙）内力的计算分析方法（一）弹性地

17、基杆系有限（一）弹性地基杆系有限(yuxin)单元法单元法常用方法，一般过程如下：常用方法，一般过程如下：结构理想化：根据其结构受力特性，理想化为杆系结构理想化：根据其结构受力特性，理想化为杆系单元；单元；结构离散化：按竖向划分成有限结构离散化：按竖向划分成有限(yuxin)元单元。元单元。挡土结构的节点应满足变形协调条件；挡土结构的节点应满足变形协调条件；单元所受荷载和单元节点位移之间的关系，以单元单元所受荷载和单元节点位移之间的关系，以单元的劲度矩阵确定。的劲度矩阵确定。根据静力平衡条件列出平衡方程求解。根据静力平衡条件列出平衡方程求解。第36页/共102页第三十七页，共103页。 （二）

18、挡土结构的有限元法（二）挡土结构的有限元法广泛应用。这里介绍广泛应用。这里介绍“弹性杆系有限元法弹性杆系有限元法” 支撑体系平面框架计算支撑体系平面框架计算(j sun)在工程中将围护结构中的支撑体系在结构上在工程中将围护结构中的支撑体系在结构上设计成一个水平的封闭框架。设计成一个水平的封闭框架。第37页/共102页第三十八页，共103页。作用在基坑结构上的荷载作用在基坑结构上的荷载作用于支护结构上的荷载主要有：作用于支护结构上的荷载主要有：l）土压力；）土压力；2）水压力；）水压力；3）影响区范围内建筑物、结构物荷载；）影响区范围内建筑物、结构物荷载；4）施工）施工(sh gng)荷载：汽车

19、、吊车及场地堆载等；荷载：汽车、吊车及场地堆载等；5）若支护作为主体结构的一部分时，应考虑地震力；）若支护作为主体结构的一部分时，应考虑地震力；6）温度影响和混凝土收缩引起的附加荷载）温度影响和混凝土收缩引起的附加荷载第38页/共102页第三十九页，共103页。第39页/共102页第四十页，共103页。第40页/共102页第四十一页，共103页。图3-5 悬臂(xunb)支护桩土压力分布第41页/共102页第四十二页，共103页。图3-6 芝加哥深基坑土压力实测图 图3-7 柏林地道(ddo)工程土压力实测图第42页/共102页第四十三页，共103页。第43页/共102页第四十四页，共103页

20、。第44页/共102页第四十五页，共103页。第45页/共102页第四十六页，共103页。)245(2)245()(21nnnniiinantgctghqe )245(2)245()(12ninnniinpntgctghqe第46页/共102页第四十七页，共103页。onqqahnii10nq1niiha1noniibqqbah第47页/共102页第四十八页，共103页。ahnii10nqahnii10112121)2)(qhbhabbbqniniiin221b(bb 第48页/共102页第四十九页，共103页。第49页/共102页第五十页，共103页。w22110)245(2)245()(h

21、ctgtghHhqewa21102)(hKcKahHhqwa第50页/共102页第五十一页，共103页。第51页/共102页第五十二页，共103页。第52页/共102页第五十三页，共103页。第53页/共102页第五十四页，共103页。 在实际工程中，仅进行内力分析是不够的，在实际工程中，仅进行内力分析是不够的，还需要进行基坑稳定性验算。还需要进行基坑稳定性验算。 常见的基坑失稳的表现形式有：常见的基坑失稳的表现形式有：整体失稳破坏；整体失稳破坏；承载力不足导致的破坏；承载力不足导致的破坏；基底滑动破坏；基底滑动破坏；基底潜蚀、管涌；基底潜蚀、管涌；渗流渗流(shn li)；支挡结构破坏；支挡

22、结构破坏；被动土压力丧失等。被动土压力丧失等。第54页/共102页第五十五页，共103页。第55页/共102页第五十六页，共103页。第56页/共102页第五十七页，共103页。边坡稳定 指防止基坑边坡上的部分土体脱离整体而沿着某一个面向下滑动所需要的安全度。 在放坡开挖的基坑中、没有支护结构(jigu)的基坑中、地基深处存在软弱土层时都需要控制边坡稳定。第57页/共102页第五十八页，共103页。tantan)11(uTKtantanKsin/QibhTTTwwu第58页/共102页第五十九页，共103页。20)(21DqhMSL第59页/共102页第六十页，共103页。cRRkRMaRL3

23、21tantanSLRLMMK 第60页/共102页第六十一页，共103页。第61页/共102页第六十二页，共103页。第62页/共102页第六十三页，共103页。第63页/共102页第六十四页，共103页。第64页/共102页第六十五页，共103页。第65页/共102页第六十六页，共103页。第66页/共102页第六十七页，共103页。第67页/共102页第六十八页，共103页。第68页/共102页第六十九页，共103页。坑底抗渗流稳定验算 进行(jnxng)基坑降水时，由于基坑外水位差，导致基坑外的地下水绕过围护墙的下端向基坑内渗流。从而形成管涌或流砂。 抗渗流稳定验算的基本原则是使基坑内

24、土体的有效压力大于地下水向上的渗流压力。第69页/共102页第七十页，共103页。教材图12-14是Terzaghipeck方法的计算简图。 （12-19） 由此推得：考虑到平均超静水头ha是个变化(binhu)值，进行简化处理后得到： (12-22)式中：k 应取大于；h1取开挖面以上至透水性良好的土层底面之间得距离。amhDUPKawhKD21hhKDw第70页/共102页第七十一页，共103页。wsatwhtwsatwhtwwKht/第71页/共102页第七十二页，共103页。wsatwht第72页/共102页第七十三页，共103页。（一）实用计算方法（二）同济大学模型试验经验公式 （1

25、2-27）由已知基底(j d)容许隆起量时求墙体入土深度： （12-28）)(110iinieicEbs54. 004. 05 . 0)(tan637. 0)(5 .120167. 017.29cHtH 254. 004. 0)(tan051. 000134. 033. 208. 01cHHt第73页/共102页第七十四页，共103页。wsatwht第74页/共102页第七十五页，共103页。基坑围护(wi h)墙外土体沉降估算 一般采用由基坑挡土墙的水平位移推算的方法。wsatwht第75页/共102页第七十六页，共103页。wsatwht0max2xSw3 . 06 . 10maxxSw第

26、76页/共102页第七十七页，共103页。第77页/共102页第七十八页，共103页。cosudNT cos ydsfTA cospydfTAp第78页/共102页第七十九页，共103页。)(2221kks1kssuddclqdlqdNjjii第79页/共102页第八十页，共103页。第80页/共102页第八十一页，共103页。245sin/2145sinkktfll45+k/2第81页/共102页第八十二页，共103页。第82页/共102页第八十三页，共103页。第83页/共102页第八十四页，共103页。jjTTuk025. 1 受拉承载力 受拉荷载(hzi)标准值 jjjjjksseTc

27、os/zxka 荷载(hzi)折减系数 )245(/ tg12tg12tg2kk tg iijjlqTksnsud1第84页/共102页第八十五页，共103页。mjjniiiiiniiiTtgbqWssLc1n1k01kcos)(tg)sin(21)cos(k ijjjj 0sin)(100niiiikbqws第85页/共102页第八十六页，共103页。第86页/共102页第八十七页，共103页。第87页/共102页第八十八页，共103页。n挡墙宽度(kund)为开挖深度，桩长为开挖深度的倍。第88页/共102页第八十九页，共103页。第89页/共102页第九十页，共103页。墙后主动(zhd

28、ng)土压力 /2245224521222ccHtgtgqHHEa墙前被动(bidng)土压力 245tg2245tg2122DpDDDhChE第90页/共102页第九十一页，共103页。022022012222aaaaaaaaaPzKc KzPc KcPzKccc KK /2245224521222ccHtgtgqHHEa第91页/共102页第九十二页，共103页。p1p2RDDa0111322()/3hEhEBWMKME HZ第92页/共102页第九十三页，共103页。ap00ctgEEBcWK第93页/共102页第九十四页，共103页。KqBWu1KBE 第94页/共102页第九十五页，

29、共103页。iniiiiniiiiiiniiiWbqWbqlcKsin)(tgcos)(111 第95页/共102页第九十六页，共103页。第96页/共102页第九十七页，共103页。第97页/共102页第九十八页，共103页。第98页/共102页第九十九页，共103页。ehBlc22 第99页/共102页第一百页，共103页。221qlQ sel11 dQ“连续(linx)”截面剪力第100页/共102页第一百零一页，共103页。s2e3e22 dqlAQ验算(yn sun)拱的轴力强度 22qlN cf2fBqlAN 第101页/共102页第一百零二页，共103页。NoImage内容(nirng)总结会计学。桩墙式围护体系将支护墙（排桩）作为主要受力构件。重力式围护体系充分利用围护结构的重力。土质较好，地下水位低或降水效果好。土质差，地下水位高或降水效果差。钢支撑和钢筋混凝土支撑均可布置。2. 淤泥和淤泥质土场地不宜采用。降水的方法有集水明排和井点降水两类。地面附加荷载(hzi)传至n层土底面的竖向荷载(hzi)qn。喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度不宜小于80mm。验算拱的轴力强度第一百零三页，共103页。