《基坑支护工程》PPT课件

7 基 坑 支 护 工 程7.1 概 述7.1.1 支 护 的 目 的 与 作 用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 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 。 7.1.2 支 护 结 构 的 类 型 及 适 用 条 件（ 1） 无 围 护 放 坡 开 挖 ；（ 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 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 。 （ 5） 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 础 工 程 ， 形 成 一 道 重 力 式 挡 土 墙 ， 再 挖 除 挡土 墙 内 的 全 部 土 体 ， 构 筑 中 央 部 分 的 基 础 工 程 。 （ 6） 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 开 挖 前 用 深 搅 桩 、 旋 喷 法 对 墙 前 土 体 进 行 加固 ， 加 固 深 度 3 6m， 宽 度 5 9m。7.1.2 支 护 结 构 的 类 型 及 适 用 条 件 （ 4） 中 央 开 挖 施 工 法 ： 先 施 工 基 坑 四 周 排 桩 ， 桩内 放 坡 开 挖 后 施 工 中 央 部 分 基 础 工 程 ， 待 完 工 后再 挖 除 排 桩 内 侧 土 体 ， 边 挖 边 用 支 撑 杆 将 支 护 排桩 与 中 央 部 分 基 础 工 程 支 撑 起 来 ， 最 后 再 施 工 周边 基 础 工 程 。 7.1.2 支 护 结 构 的 类 型 及 适 用 条 件（ 7） 逆 作 法 ； （ 8） 沉 井 法 ； （ 9） 土 钉 墙 支 护 ； （ 10） 组 合 型 支 护 。 两 种 以 上 的 支 护 方 法 组 合 起 来 使 用 ， 既 能 保 证支 护 结 构 的 安 全 又 降 低 成 本 。 如 上 部 放 坡 ， 下 部桩 墙 锚 杆 支 护 ； 锚 杆 与 土 钉 组 合 ； 深 搅 桩 与 灌 注桩 排 组 合 ； 深 搅 桩 中 打 入 H钢 桩 组 合 支 护 等 。 7.1.3 支 护 结 构 方 案 的 选 择 根 据 场 地 、 地 层 、 基 坑 深 度 、 设 备 等 条 件 选 择 支 护的 方 法 ， 并 力 求 做 到 支 护 方 案 的 优 选 及 设 计 计 算 的 正 确 ，具 体 参 考 建 议 ： （ 1） 粘 性 土 、 粉 质 粘 土 等 强 度 较 高 的 地 基 ， 当 基 坑 深度 H 6m时 ， 用 土 钉 支 护 ， 若 地 下 水 位 高 ， 进 行 降 水 或施 工 防 渗 墙 配 合 来 土 钉 使 用 ； 也 可 采 用 锚 杆 桩 墙 支 护 的方 案 ， 锚 杆 层 数 不 宜 超 过 四 层 。 （ 2） 淤 泥 质 或 饱 和 粘 性 土 等 软 弱 地 基 ， 当 H 7m时 ，且 只 考 虑 边 坡 稳 定 时 ， 优 先 选 用 水 泥 土 搅 拌 桩 等 重 力 式支 护 方 案 ； 当 基 坑 较 深 时 ， 可 采 用 地 下 连 续 墙 内 支 撑 支护 的 方 案 或 逆 作 法 施 工 。 （ 3） 对 于 松 散 的 砂 土 层 或 粉 细 砂 土 层 ， 可 用 化 学 注 浆 加固 与 桩 墙 支 护 相 结 合 的 支 护 方 案 ； 其 次 为 土 钉 支 护 及 地下 连 续 墙 的 施 工 方 案 ， 也 可 考 虑 用 插 筋 补 强 及 网 状 结 构树 根 桩 的 支 护 方 案 。 7.1.3 支 护 结 构 方 案 的 选 择 （ 4） 对 于 防 渗 止 水 要 求 严 格 的 基 坑 工 程 ， 护 桩 间土 体 宜 采 用 高 压 旋 喷 （ 或 定 喷 、 摆 喷 ） 注 浆 进 行 防渗 补 强 加 固 ； 也 可 用 地 下 连 续 墙 （ 内 支 撑 、 逆 作 法 ）或 沉 井 法 施 工 的 方 案 。（ 5） 为 节 约 投 资 ， 基 坑 较 深 时 应 多 采 用 组 合 式 的 支护 方 案 ， 对 于 直 立 性 较 好 的 土 体 ， 上 部 放 坡 开 挖（ 坡 深 3 4m） ,下 部 桩 墙 支 护 ， 以 减 少 锚 杆 层 数 ；亦 可 采 用 土 钉 与 锚 杆 相 结 合 的 支 护 方 案 。（ 6） 对 于 大 型 基 坑 （ 平 面 尺 寸 及 深 度 都 较 大 ） 工 程 ，可 采 用 中 央 开 挖 施 工 法 、 开 槽 施 工 法 等 支 护 方 案 ；每 个 边 坡 的 支 护 方 法 可 以 不 同 。 7.2 支 护 结 构 的 受 力 及 破 坏 形 式 7.2.1 支 护 板 桩 的 受 力 性 状（ 1） 悬 臂 式 板 桩 ： 插 入 土 体 部 分 视 为 固 定 端 ，上 部 为 自 由 端 ； 即 看 作 悬 臂 梁 结 构 。（ 2） 浅 埋 单 锚 式 板 桩 ： 插 入 土 体 部 分 视 为 固定 铰 ， 上 部 锚 拉 作 用 点 为 活 动 铰 ； 即 看 作简 支 梁 结 构 。（ 3） 深 埋 单 锚 式 板 桩 ： 插 入 土 体 部 分 视 为 固定 端 ， 上 部 锚 拉 作 用 点 为 活 动 铰 ； 即 看 作静 不 定 梁 结 构 。（ 4） 多 层 锚 拉 式 板 桩 ： 插 入 土 体 部 分 视 为 固定 端 ， 上 部 各 个 锚 拉 作 用 点 为 活 动 铰 ； 即看 作 连 续 梁 结 构 。 7.2.2支 护 板 桩 的 侧 向 土 压 力 计 算 1、 侧 向 土 压 力 计 算 模 式关 于 基 坑 桩 墙 侧 向 土 压 力 计 算 模 式 很 多 ， 主 要 采 用的 有 以 下 两 大 类 ：（ 1） 以 Rankine、 Coulomb等 理 论 公 式 计 算 的 土 压力 ； 使 用 时 应 注 意 地 基 土 的 c、 的 取 值 。 计 算 时还 应 考 虑 地 面 荷 载 、 地 面 不 规 则 几 何 形 状 等 对 桩墙 侧 土 压 力 的 影 响 。 土 压 力 与 水 压 力 可 分 开 计 算 ， 也 可 合 并 计 算 ；合 并 计 算 时 地 下 水 以 下 土 的 重 度 取 饱 和 含 水 重 度 ，降 水 后 土 层 按 稍 湿 状 态 考 虑 。 对 于 粘 性 土 ， 可 忽略 粘 聚 力 ， 适 当 增 加 内 摩 擦 角 来 计 算 。 （ 2） 由 土 压 力 计 等 测 定 换 算 的 实 测 值 为 基 础 的 土压 力 分 布 模 型 (图 示 法 )或 侧 压 系 数 法 ， 亦 称 用 表观 土 压 力 系 数 计 算 的 土 压 力 ， 图 示 法 中 采 用 较 多的 是 Terzaghi-Peck所 建 议 的 土 压 力 分 布 模 型 法 。 7.2 支 护 结 构 的 受 力 及 破 坏 形 式 Hka65.0 Hka H)4.02.0( 砂 土 软 中 硬 粘 土 硬 粘 土 7.2.2支 护 板 桩 的 侧 向 土 压 力 计 算 2、 基 坑 底 桩 前 土 压 力 计 算 取 值 基 坑 底 桩 前 土 抗 力 常 采 用 的 是 Rankine公 式 计算 ， 由 于 计 算 出 来 的 被 动 土 压 力 是 以 极 限 状 态 为前 提 的 ， 当 被 动 土 压 力 达 到 理 论 计 算 值 时 ， 其 围护 结 构 的 变 形 位 移 将 很 大 ， 一 般 达 到 坑 深 或 桩 墙高 度 的 5%， 这 么 大 的 变 形 位 移 是 基 坑 支 护 结 构 所不 能 允 许 的 。 因 此 ， 对 于 基 坑 支 护 被 动 土 压 力 计算 中 ， 一 般 取 其 折 减 系 数 =0.3 0.5。 3、 护 桩 与 土 体 间 的 摩 擦 作 用 桩 墙 支 护 结 构 在 土 压 力 作 用 下 发 生 变 形 变 位 时 ，护 桩 和 土 体 之 间 有 相 对 位 移 而 产 生 摩 擦 力 ， 摩 擦力 将 使 桩 墙 后 的 主 、 被 动 土 压 力 减 小 ； 相 反 确 使桩 墙 前 面 的 被 动 土 压 力 增 大 。 为 此 进 行 支 护 结 构设 计 时 应 考 虑 桩 墙 与 土 体 的 摩 擦 作 用 ， 即 将 墙 前 、后 的 被 动 土 压 力 乘 以 修 正 系 数 . 7.2.2支 护 板 桩 的 侧 向 土 压 力 计 算 但 为 慎 重 起 见 对 主 动 土 压 力 可 不 进 行折 减 。 一 般 使 墙 前 被 动 土 压 力 增 大 的 修 正系 数 可 取 K = 1.5 2.8； 使 墙 后 被 动 土 压 力减 小 的 修 正 系 数 可 取 K = 1.0 0.35。 修 正系 数 与 土 的 内 摩 擦 角 有 关 ， 值 越 大 ， 修正 系 数 K 越 大 ,而 K 越 小 。 实 际 工 程 设 计 计 算 中 ， 为 简 化 起 见 ， 既不 进 行 被 动 土 压 力 理 论 计 算 值 的 折 减 ， 也不 进 行 因 摩 擦 作 用 而 使 墙 前 被 动 土 压 力 增大 的 修 正 。 1、 支 护 结 构 的 破 坏 形 式（ 1） 支 锚 结 构 系 统 破 坏 ； (2) 板 桩 底 部 向 基 坑 内 侧 移 ;（ 3） 板 桩 弯 曲 破 坏 ； (4)整 体 圆 弧 滑 动 ； （ 5） 基 坑 底 管 涌 发 生 。 7.2.3 支 护 结 构 的 破 坏 形 式锚 拉 系 统 破 坏 底 部 内 移 板 桩 弯 曲整 体 滑 动 管 涌 、 隆 起 7.2.3 支 护 结 构 的 破 坏 形 式 2、 支 护 结 构 设 计 应 考 虑 的 问 题（ 1） 确 保 锚 杆 （ 支 撑 ） 的 强 度 与 稳 定 ；（ 2） 板 桩 的 入 土 深 度 应 满 足 要 求 ；（ 3） 板 桩 截 面 尺 寸 、 间 距 、 抗 弯 强 度 够 用 ；（ 4） 基 坑 底 稳 定 验 算 满 足 要 求 。 7.3 支 护 板 桩 的 设 计 计 算7.3.1 悬 臂 式 板 桩 的 计 算 1、 单 排 式 板 桩 计 算 （ 1） 试 算 求 1t ， 使 得 ： 0.2acpcM M ； （ 2） 1)2.11.1( tt ； （ 3） 求 m axM 及 作 用 点 位 置 ； （ 4） 选 择 板 桩 尺 寸 ， 验 算 强 度 。 7.3.1 悬 臂 式 板 桩 的 计 算 2、 双 排 式 板 桩 计 算将 双 排 桩 看 做 钢 架 结 构 计 算 内 力 。（ 1） 双 排 桩 的 Mmax是 单 排 桩 的 75%； （ 2） 桩 顶 位 移 是 单 排 桩 的 30 40%； (3） 护 桩 入 土 深 度 是 单 排 桩 的 70%； （ 4） 桩 直 径 mm600400 ， 排 距 dL )0.35.1( 。 7.3.2 单 锚 式 板 桩 的 计 算1、 浅 埋 式 单 锚 板 桩 的 计 算 （ 简 支 梁 法 求 解 ）2、 深 埋 式 单 锚 板 桩 的 计 算 （ 等 值 梁 法 求 t1） （ 1） 以 d点 主 、 被 动 土 压 力 强 度 相 等 ， 求 t0 ； 由 得 ap ktHkt )( 00 ap akkHkt 0 2、 深 埋 式 单 锚 板 桩 的 计 算（ 2） 求 相 当 梁 的 锚 杆 支 反 力 R、 t0 处 的 支 反 力 、Mmax及 作 用 点 h。（ 3） 求 护 桩 的 最 小 入 土 深 度 t1； （ 4） 护 桩 实 际 埋 深 为 ： 6/)( 3xkkpx ap )( 6 ap kk px xtt 01 1)2.11.1( tt 7.3.3 多 层 锚 拉 板 桩 的 计 算1、 支 锚 结 构 的 层 间 距 布 置 型 式 及 特 点 （ 1） 等 弯 矩 布 置 ： 各 跨 度 的 最 大 弯 矩 相 等 ， 可充 分 利 用 板 桩 的 抗 弯 强 度 ； 但 是 较 深 基 坑 ，下 部 的 支 锚 层 距 过 小 ， 层 数 多 ， 不 经 济 。 （ 2） 等 反 力 布 置 ： 各 层 支 锚 水 平 反 力 基 本 相 等 ，使 锚 杆 设 计 简 化 ； 但 当 基 坑 较 深 时 ， 下 部 的支 锚 层 距 过 小 ， 层 数 多 ， 同 样 不 经 济 。 （ 3） 等 间 距 布 置 ： 支 锚 结 构 的 上 、 下 排 间距 基 本 相 同 ， 基 坑 较 深 时 ， 减 少 了 支 锚 层 数 ，较 经 济 ； 但 带 来 了 较 复 杂 的 计 算 量 。 等 间 距布 置 在 工 程 实 际 中 设 计 最 为 普 遍 。 1、 等 弯 矩 布 置 h=6wfy/Yka1/3h1=1.11hh2=0.88hh3=0.77hh4=0.70hh5=0.65hh6=0.61hh7=0.58hh8=0.55h 2、 等 反 力 布 置h1=0.60hh2=0.45hh3=0.36hh4=0.32h 3、 等 间 距 布 置 7.3.3 多 层 锚 拉 板 桩 的 计 算 盾 恩 法 求 板 桩 的 入 土 深 度 ： 按 着 1/2分 担 法 可 求 出 各 层 支 锚 结 构 的 水 平反 力 ， 再 乘 以 1.35不 均 匀 系 数 就 是 水 平 力 的 设计 值 ； 通 过 续 梁 可 求 出 Mmax及 作 用 点 h ； 由 21 )(21)(21 tkkthHk apia 整 理 得 ： 0)( 121 iaaap hHktHktkk ； 解 方 程 可 求 出 1t ； 7.4 钢 筋 混 凝 土 桩 抗 弯 设 计 计 算（ 见 钢 筋 混 凝 土 结 构 设 计 ， 此 处 略 ）7.5 基 坑 底 稳 定 验 算 1、 基 坑 底 隆 起（ 1） 地 基 稳 定 验 算 ；（ 2） 地 基 强 度 验 算 ； 2、 水 压 力 与 基 坑 底 管 涌（ 1） 流 砂 与 基 坑 底 管 涌（ 2） 承 压 水 冲 溃 坑 底