第8章__基坑工程

第第8章基坑工程章基坑工程18.1概述概述8.2围护结构型式及适用范围围护结构型式及适用范围8.3支护结构上的荷载支护结构上的荷载8.4悬壁式围护结构内力分析悬壁式围护结构内力分析8.5单锚式围护结构内力分析单锚式围护结构内力分析8.6基坑的稳定验算基坑的稳定验算28.1概述概述基坑的概念基坑的概念指为进行建筑物基础与地下室的施工所开挖指为进行建筑物基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。的地面以下空间。基坑工程的概念基坑工程的概念为保证基坑施工安全和周围环境不受到损害，对为保证基坑施工安全和周围环境不受到损害，对基坑进行一系列基坑进行一系列勘察、设计、施工和检测勘察、设计、施工和检测等工作，等工作，这项综合性的工程称为这项综合性的工程称为基坑工程基坑工程。34深基坑工程伴随着城市高层建筑的发展大量出现：深基坑工程伴随着城市高层建筑的发展大量出现：国外，圆形基坑的深度已达国外，圆形基坑的深度已达74m(日本日本)，直径最大的达，直径最大的达98m(日本日本)，而非圆形基坑的深度已达到地下层（法国）。，而非圆形基坑的深度已达到地下层（法国）。国内，上海国内，上海88层的金茂大厦，基坑平面尺寸为层的金茂大厦，基坑平面尺寸为170m150m，基坑开挖深度达，基坑开挖深度达19.5m。上海的汇京广场，围。上海的汇京广场，围护结构与相邻建筑最近的距离仅护结构与相邻建筑最近的距离仅40cm。而无支撑基坑的开挖。而无支撑基坑的开挖深度也已达到了深度也已达到了9m。基坑工程的发展基坑工程的发展5基坑工程特点基坑工程特点 工程量大。工程量大。基坑围护方法多。基坑围护方法多。对工程勘察要求高。对工程勘察要求高。基坑工程事故多基坑工程事故多6围护结构的概念围护结构的概念为保证基坑周围的建筑物、构筑物、地下管线不为保证基坑周围的建筑物、构筑物、地下管线不受损坏，以及满足无水施工条件，所设置的受损坏，以及满足无水施工条件，所设置的挡土挡土和和截水截水的结构称为的结构称为围护结构。围护结构。两个功能：两个功能：一是挡土；二是止水。一是挡土；二是止水。分两类：分两类：支护型支护型将支护墙（排桩）作为主要受力构件；将支护墙（排桩）作为主要受力构件；加固型加固型充分利用加固土体的强度。充分利用加固土体的强度。78.2围护结构型式及适用范围围护结构型式及适用范围一、围护结构型式一、围护结构型式u放坡开挖及简易支护放坡开挖及简易支护u悬臂式围护结构悬臂式围护结构u重力式围护结构重力式围护结构u内撑式围护结构内撑式围护结构u拉锚式围护结构拉锚式围护结构u土钉墙围护结构土钉墙围护结构u其他：拱式、沉井、门架式其他：拱式、沉井、门架式8二、悬臂式围护结构二、悬臂式围护结构概念：概念：一切没有支撑和锚固的围护结构均一切没有支撑和锚固的围护结构均可归属为悬臂式围护结构可归属为悬臂式围护结构常采用：常采用：钢筋混凝土排桩、木板桩、钢板钢筋混凝土排桩、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等型式桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等型式特点：特点：依靠足够的入土深度和结构的抗弯依靠足够的入土深度和结构的抗弯刚度来挡土和控制墙后土体及结构的变形刚度来挡土和控制墙后土体及结构的变形适用：适用：土质较好、开挖深度较小的土质较好、开挖深度较小的基坑工程基坑工程缺点：缺点：对开挖深度十分敏感，容易产生大对开挖深度十分敏感，容易产生大的变形的变形91011地下连续墙接头管接头的施工程序a)开挖槽段；b)吊放接头管和钢筋笼；c)浇筑砼；d)拔出接头管；e)形成接头12三、重力式三、重力式围护结围护结构构主要为水泥土重力围护结构，通常由水主要为水泥土重力围护结构，通常由水泥搅拌桩组成。泥搅拌桩组成。特点：特点：水泥土和它包围的天然土形成了水泥土和它包围的天然土形成了重力挡土墙，可以维持土体稳定重力挡土墙，可以维持土体稳定适用：适用：较浅的、基坑周边场地较宽裕的、较浅的、基坑周边场地较宽裕的、对变形控制要求不高的基坑工程。对变形控制要求不高的基坑工程。13搅拌桩；插筋；面板14四、内撑式四、内撑式围护结围护结构构由挡土结构和支撑结构两部分组成由挡土结构和支撑结构两部分组成挡土结构常由密排钢筋混凝土桩和地下连续墙挡土结构常由密排钢筋混凝土桩和地下连续墙支撑结构有水平支撑和斜支撑两种支撑结构有水平支撑和斜支撑两种适用于适用于：各：各种土层和基种土层和基坑深度坑深度15钢管支撑钢管支撑16钢筋混凝土支撑钢筋混凝土支撑1718192021特特 点点平面尺寸不大，且平面尺寸不大，且长短短边长相差不多的基坑宜布置角撑。它的相差不多的基坑宜布置角撑。它的开挖土方开挖土方空空间较大，但大，但变形控制要求不能很高形控制要求不能很高钢支撑和支撑和钢筋混凝土支撑均可布置；支撑受力明确，筋混凝土支撑均可布置；支撑受力明确，安全安全稳定定，有利于，有利于墙体的体的变形控制，但形控制，但开挖土方开挖土方较为困困难多采用多采用钢筋混凝土支撑；筋混凝土支撑；中部形成大空中部形成大空间，有利于开挖土方和主体，有利于开挖土方和主体结构构施工施工多采用多采用钢筋混凝土支撑；筋混凝土支撑；支撑体系受力条件好支撑体系受力条件好；开挖空；开挖空间大，便于施工大，便于施工开挖面开挖面积大、深度小的基坑宜采用；在大、深度小的基坑宜采用；在软弱土弱土层中中，不易控制基坑的，不易控制基坑的稳定和定和变形形便于土方开挖和主体便于土方开挖和主体结构施工，但构施工，但仅适用于周适用于周边场地具有拉地具有拉设锚杆的杆的环境和地境和地质条件条件各种支撑的特点各种支撑的特点22五、拉五、拉锚锚式式围护结围护结构构拉锚式围护结构由两大结构组成：挡土结构和锚固结构。拉锚式围护结构由两大结构组成：挡土结构和锚固结构。挡土结构有：钢板桩、灌注桩排桩、地下连续墙等。挡土结构有：钢板桩、灌注桩排桩、地下连续墙等。拉锚结构有：锚杆和地面拉锚拉锚结构有：锚杆和地面拉锚适用于：砂土适用于：砂土或粘土地基或粘土地基23六、土六、土钉墙围护结钉墙围护结构构通过在基坑边坡中设置土钉，形成加筋土重力式挡土墙通过在基坑边坡中设置土钉，形成加筋土重力式挡土墙适用于：地下水位以上的地基适用于：地下水位以上的地基24各种围护结构的适用范围各种围护结构的适用范围结 构构 形形 式式适适 用用 范范 围排排桩结构构稀疏排稀疏排桩土土质较好，地下水位低或降水效果好好，地下水位低或降水效果好连续排排桩土土质差，地下水位高或降水效果差差，地下水位高或降水效果差框架式排框架式排桩单排排桩刚度不能度不能满足足变形要求形要求组合合排排桩结构构排排桩加加挡板板排排桩桩距距较大，利用大，利用挡板板传递土土压并有一定防渗作用并有一定防渗作用排排桩加水泥加水泥搅拌拌桩以水泥以水泥搅拌拌桩互搭互搭组成平面拱代替成平面拱代替挡板板传递土土压力，具有力，具有较好好防涌效果防涌效果排排桩加水泥防加水泥防渗渗墙地下水位地下水位较高的高的软土地区土地区排排桩或或组合合排排桩加加锚杆杆结构构开挖深度开挖深度较大，排大，排桩或或组合排合排桩结构构强强度无法度无法满足要求足要求地下地下连续墙结构构与地下室与地下室墙体合一，防渗性体合一，防渗性强强，施工，施工场地地较小，开挖深度大小，开挖深度大沉井沉井结构构软土地区土地区重力式重力式挡土土墙结构构具有一定施工空具有一定施工空间，软土地区土地区258.3支护结构上的荷载支护结构上的荷载土压力、水压力计算，常采用以土压力、水压力计算，常采用以朗肯土压力理朗肯土压力理论论为基础的计算方法，根据不同的土性和施工为基础的计算方法，根据不同的土性和施工条件，分为条件，分为水土合算水土合算和和水土分算水土分算两种方法。由两种方法。由于水土分算和水土合算的计算结果于水土分算和水土合算的计算结果相差较大相差较大，对基坑挡土结构工程造价影响很大，故需要非对基坑挡土结构工程造价影响很大，故需要非常慎重的舍取，要根据具体情况合理选择。常慎重的舍取，要根据具体情况合理选择。261、水土分算水土分算水土分算是分别计算土压力和水压力，以两者之和为总水土分算是分别计算土压力和水压力，以两者之和为总的侧压力。的侧压力。适用于土孔隙中存在适用于土孔隙中存在自由的重力水自由的重力水的情况或的情况或土的渗透性土的渗透性较好较好的情况，一般适用于的情况，一般适用于碎石土和砂土碎石土和砂土。有效有效应力应力法法总应总应力法力法272、水土合算法、水土合算法水土合算是将土和土孔隙中的水看做同一分析对象，水土合算是将土和土孔隙中的水看做同一分析对象，适用于不透水和弱透水的黏土、粉质黏土和粉土。适用于不透水和弱透水的黏土、粉质黏土和粉土。有效有效应力应力法法总应总应力法力法288.4悬臂式支护结构内力计算悬臂式支护结构内力计算破坏形式破坏形式支护结构的强度破坏支护结构的强度破坏支护结构的稳定破坏支护结构的稳定破坏29一、一、悬悬臂臂围护结围护结构的受力分析构的受力分析图图悬臂桩工作原理简图悬臂桩工作原理简图 支护结构的变形支护结构的变形30二、悬臂式支护结构计算二、悬臂式支护结构计算悬臂式支护结构嵌固深度计算简图悬臂式支护结构嵌固深度计算简图1 1、嵌入深度的确定、嵌入深度的确定先假定一个嵌入深度先假定一个嵌入深度d,d,进行进行试算法，直到上式相等时为试算法，直到上式相等时为临界深度临界深度d d，实际上应考虑，实际上应考虑安全储备的要求安全储备的要求:312 2、最大弯矩计算、最大弯矩计算则支护的最大弯矩值：则支护的最大弯矩值：由剪力由剪力Q Q0 0条件确定最大弯条件确定最大弯矩和截面位置，即：矩和截面位置，即：根据最大弯矩设计支护结构的截面根据最大弯矩设计支护结构的截面(截面尺寸、配筋等截面尺寸、配筋等)。328.5单锚单锚式式围护结围护结构内力分析构内力分析一、平衡法一、平衡法(自由端法自由端法)适用于底端自由支承的适用于底端自由支承的单锚单锚式式挡挡土土结结构构可采用下列方法确定最小入土深度可采用下列方法确定最小入土深度d和水平向每延米所需和水平向每延米所需锚锚固力固力Ra对对A点取矩，令：点取矩，令：则则可解得。可解得。33二、等二、等值值梁法梁法有支承的有支承的挡挡土土结结构的构的变变形曲形有形曲形有一一反弯点反弯点。等等值值梁法梁法认为该认为该点的点的弯矩弯矩为为0，于，于是可把是可把挡挡土土结结构划分构划分为图为图示两段想示两段想梁，上部梁，上部为为简简支梁支梁，下部，下部为为一次超一次超静定静定结结构构。这样这样就可就可进进行行计计算了算了适用于适用于底端嵌固底端嵌固的的单锚单锚式式挡挡土土结结构构348.6基坑基坑稳稳定定验验算算稳定验算包括稳定验算包括边坡整体稳定、抗隆起稳定和抗渗流稳定边坡整体稳定、抗隆起稳定和抗渗流稳定等。等。边坡整体稳定主要是采用边坡整体稳定主要是采用瑞典圆弧法以及毕肖普法瑞典圆弧法以及毕肖普法抗隆起稳定主要采用抗隆起稳定主要采用太沙基太沙基公式，该法适于体何土质公式，该法适于体何土质抗渗流稳定主要是验算抗渗流稳定主要是验算管涌和流砂管涌和流砂35基坑抗隆起基坑抗隆起稳稳定定验验算算将基坑底面作为求极限承载力的基准面，其滑动线将基坑底面作为求极限承载力的基准面，其滑动线形状如图示，采用太沙基极限承载力公式，则抗隆形状如图示，采用太沙基极限承载力公式，则抗隆起安全系数为：起安全系数为：36