地下建筑工程逆作法和深基坑技术规程讲课

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,地下建筑工程逆作法技术规程,JGJ165,2010,建筑基坑支护技术规程,JGJ120-99,力学回顾,理论力学研究的对象是刚体，静力学，运动学和动力学,材料力学研究的是单根杆件，五种外力，拉压剪扭弯，两种内力，正应力和剪应力并考虑杆件的位移和强度,结构力学研究的是变形体系的内力位移静定结构，超静定结构，力法，位移法，力矩分配法有限单元法,FEM（,矩阵位移法）,结构的构成要素：结构的骨架本身，荷载、约束,结构的计算要素：强度、刚度、稳定性,荷载的传递，百川归海,结构计算的本质：在荷载传递的过程中，分析清楚结构的构成要素、计算此结构整体及各组成构件的强度、刚度、稳定性,逆作法结构设计,本规程共分八章，重点在：,第五章-逆作法设计,第六章-逆作法施工,5.1,设计原则,5.2,围护结构设计,5.3,竖向结构设计,5.4,水平结构设计,5.5,地基基础设计,5.6,节点设计及构造,5.0,逆作法一般流程,基坑支护结构与主体结构相结合，即围护结构采用“两墙合一”的地下室连续墙，既作为基坑的围护结构又作为地下室的外墙；地下结构的水平梁板体系替代水平支撑体系；结构的柱子和柱下桩作为竖向支承系统。,支护结构与主体结构全面结合的总计设计方案一般采用逆作法施工，以盆式开挖为例，其一般流程为：施工地下连续墙、立柱和工程桩,周边留土、基坑中部开挖第一层土,进行地下首层结构的施工,开挖第二层土，并施工地下一层结构的梁板；同时可根据工期上的安排接高柱子和墙板施工地上一层结构,开挖第三层土，并施工地下二层结构，同时施工地上二层结构,基坑中部开挖到底并浇筑底板，基坑周边开挖到底并施工底板，同时施工地上三层结构,施工立柱的外包混凝土及其它地下结构，完成地下结构的施工。,5.0.1,逆作法的设计与施工应解决下列特殊技术问题,通过方案比较，当技术、经济合理可行时，采用逆作法施工进行设计。,此时围护墙兼作地下室外墙时，应与主体结构地下室的底板、楼板等有可靠的连接构造，确保变形协调，并采取有效的地下室排水、防潮措施。,逆作法的设计与施工实际上包含两个问题：一是作为围护结构的设计与施工；二是作为地下室外墙的设计与施工，因此应重点解决下列特殊技术问题，并在地下室施工图中标出主要构造措施：,(1),土方开挖及外运；,(2),临时立柱作法；,(3),立柱与底板和楼盖的连接；,(4),上下层混凝土墙身的连接；,(5),侧墙与围护结构的连接；,(6),混凝土浇筑及施工缝处理；,(7),施工作业程序。,5.0.2,地下室逆作法施工时结构设计要点,逆作法施工时，基坑支护结构宜采用地下连续墙。此支护结构可作为地下主体结构的一部分。,当楼盖梁板整浇作为水平支撑体系时，应满足承载力、刚度及抗裂要求。在出土口处先施工板下梁系形成水平支撑体系时，应按空间框架方法计算内力和变形，肋梁应按偏心受压杆件验算构件的承载力和稳定性。,肋梁应留出插筋以便与混凝土墙体的竖筋连接。当采用梁板分次浇筑施工时，肋梁上应留出箍筋以便于后浇混凝土的施工。,竖向支撑宜采用钢结构构件,(,型钢、钢管柱或格构柱,),。梁柱节点的设计应考虑梁板钢筋及后浇混凝土的施工要求。,地下连续墙与地下结构梁板的连接，应通过墙体的预埋构件满足主体结构的受力要求。与底板应采用整体连接，接头钢筋应采用焊接或机械连接。当地下室使用要求较高时，宜在墙内侧设置钢筋混凝土内衬墙。,地下主体结构的梁板当施工期间有超载时,(,如走车、堆土等,),，应考虑其影响。在兼作施工平台和栈桥时，其构件的强度和刚度应按正常使用和施工两种工况分别进行验算。立柱和立柱桩的荷载应包括施工平台或栈桥所受的施工荷载。,竖向立柱的沉降，应满足主体结构的受力和变形要求。,5.1,设计原则,补充第一章 总则,1.0.1,逆作法设计与施工质量，做到安全适用、技术先进、经济合理,5.1.1,宜采用极限状态法，以分项系数的设计表达式进行设计,5.1.2 1,承载能力极限状态：,5.1.2 2,正常使用极限状态：,强条,5.1.3,：安全等级与重要性系数,5.1.3,地下建筑工程逆作法结构设计应根据结构破坏可能产生的后果，采用不同的安全等级及结构的重要性系数并应符合下列规定：,1,施工期间临时结构的安全等级和重要性系数应符合表,5.1.3,规定；,2,当支承结构作为永久结构时，其结构安全等级和重要性系数不得小于地下结构安全等级和重要性系数；,3,支承结构安全等级和重要性系数应按施工与使用两个阶段选用较高的结构安全等级和重要性系数；,表,5.1.3,临时结构的安全等级和重要性系数,安全等级,破坏后果,0,一级,支护结构破坏、土体变形对基坑周边环境及地下结构施工影响严重,1.10,二级,支护结构破坏、土体变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般,1.0,三级,支护结构破坏、土体变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重,0.9,4,当地下逆作结构的部分构件只作为临时结构构件的一部分时，应按临时结构的安全等级及结构的重要性系数取用。当形成最终永久结构的构件时，应按永久结构的安全等级及结构的重要性系数取用。,安全等级与重要性系数,安全等级的划分与重要性系数的确定是对逆作法工程的重要性的认识及计算参数的确定，安全等级的划分是个难度很大的问题，定量说明很难。采用按逆作法基坑支护破坏的后果分为很严重、严重及不严重三种情况分别对应于三个安全等级，其重要性系数的选用与,建筑结构设计统一标准,相一致。,安全等级与重要性系数,-2,表,5.1.3,虽然给出了逆作法“临时结构的安全等级和重要性系数”，但是设计者在进行逆作法结构设计时还是很难把握这个安全等级。,建筑基坑工程监测技术规范,GB50497-2009,建筑地基基础工程施工质量验收规范,GB50202-2002,这两本规程对基坑工程进行分类，分为一、二、三级，这也是对基坑工程重要性的分类，分类的标准有定量的概念，对逆作法的安全等级分类有重要的参考价值，使用上又与现行的国标是统一的。,两个国标的分类标准表 基坑工程类别,类别,分类标准,一级,重要工程或支护结构作主体结构的一部分；,开挖深度大于,10m,；,与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；,基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需要严加保护的基坑,二级,除一级和三级外的基坑属二级基坑,三级,开挖深度小于,7m,，且周围环境无特别要求时的基坑,5.1.4,逆作法结构设计时的,荷载组合,1,抗倾覆及抗滑移时，应按,承载力极限状态,下荷载效应的,基本组合,进行组合，其分项系数应为,1.0,。,2,当计算围护结构、水平和竖向结构承载力时，上部结构传来的荷载效应、相应的地基反力及这部分结构所直接承受的施工荷载效应应按,承载力极限状态,下荷载效应的,基本组合,进行组合，并应采用,相应的分项系数,。,3,基本组合的荷载分项系数规定,5.1.4,逆作法结构设计时的荷载组合,-2,4,裂缝宽度和变形,，应按,正常使用极限状态下,荷载效应的,标准组合,进行组合。,5,围护结构竖向沉降,，,施工阶段,传至基础底面的荷载效应应按,正常使用极限状态下,荷载效应的,标准组合,进行组合。当围护结构作为永久结构使用时，在,使用阶段,传至基础底面的荷载效应应按,正常使用极限状态下,荷载效应的,准永久组合,进行组合，不应计入风荷载和地震作用。,6,支撑结构的竖向沉降,，传至基础底面的荷载效应应按,正常使用极限状态下,荷载效应的,准永久组合,进行组合，不应计入风荷载和地震作用，并应按施工与使用不同阶段的荷载分别计算,5.1.4,逆作法结构设计时的荷载组合,-3,7,承载力极限状态下荷载效应组合，应符合现行国家标准,建筑结构荷载规范,GB50009,的有关规定。,5.1.5,地下建筑工程逆作法结构设计的,荷载,应符合下列规定：,1,水平荷载：应包括逆作法施工阶段外围护结构所传递的水压力、主动土压力或静止土压力、坑外地面荷载的侧压力。作为永久结构的构件在使用阶段，应包括外墙结构所传递的水压力，静止土压力、坑外地面荷载的侧压力。,2,竖向荷载：应包括逆作法施工各阶段逆作法结构构件自重及施工荷载，应包括取土、运土时可能作用于逆作法结构上的荷载。作为永久结构在使用阶段的竖向荷载，应包括结构自重、 活荷载 、风荷载和地震作用引起的竖向力，作用于底板的水浮力。,5.1.6,地下建筑工程逆作法结构设计应进行下列计算和验算：,1,承载能力极限状态的计算和验算：,1,）围护结构的稳定性计算，包括抗隆起验算、抗倾覆稳定性、整体滑动、抗滑移等；,2,）降水设计计算，抗浮；,3,）围护结构在施工和使用阶段受弯、受剪、受压承载力计算；,4,）主体结构兼作围护结构、支撑结构时，结构承载力计算和稳定性验算。,5.1.6 -2,2,正常使用极限状态的计算和验算：,1,）主体结构兼作围护结构的沉降验算；,2,）竖向支撑结构的沉降计算。,3,支撑体系和围护结构的内力和变形宜采用空间作用的整体分析方法。当施工与使用阶段构件的使用条件变化时，应按最不利情况验算。,5.2,围护结构设计,5.2.1,围护结构可根据受力条件分段按平面问题进行计算：,1,）逆作法中地下室楼板可作为围护结构的水平支撑，楼板可视为围护结构不动铰支点；,2,）当围护结构兼作地下室外墙时，围护结构与楼板处的支点可视为不动铰支点，墙外侧的土压力宜取静止土压力。,静止,土压力系数,（,5.2.1,）,土的有效内摩擦角（,）。,5.2,围护结构设计,-1,围护（支护）结构的内力与变形分析是基坑工程也是地下建筑逆作法工程设计中的重要内容。目前常用的分析方法主要有平面竖向弹性地基梁法。,也是本规程及,基坑规程,推荐的常规使用计算方法,分段按平面问题,分析原理：,平面竖向弹性地基梁法假定围护结构为平面应变问题，将围护结构看做一竖向放置的弹性地基梁，开挖面以下土体对围护结构的支撑作用用弹性支座模拟，墙后土体对围护结构的作用用已知的分布力来代替。,5.2,弹性地基梁法的计算简图,图,5.2.1,弹性地基梁法的计算简图,5.2,围护结构设计,-2,上图为一典型基坑开挖过程的计算简图。取围护长度为,b,的一段作为分析对象，列出弹性地基梁的变形微分方程。,考虑土体的分层（,m,值不同）及水平支撑（逆作法楼层）的设置等实际情况，需要沿竖向将弹性地基梁划分成若干单元，列出每个单元的微分方程，一般可采用杆系有限元方法求解。划分单元时，尽量考虑土层的分布、地下水位、支撑的位置、基坑的开挖深度等因素。分析多道支撑分层开挖时，根据基坑开挖、支撑情况划分施工工况，按照工况的顺序进行围护（支护）结构的变形和内力计算，计算中需考虑各工况下边界条件、荷载形式等的变化，,并取上一工况计算的围护结构的位移作为下一工况的初始值,。,5.2,围护结构设计,-3,平面竖向弹性地基梁法目前已经有很多程序可以求解，国内如同济启明星深基坑支挡结构分析计算软件,FRWS,、北京理正深基坑支护结构设计软件，北京建研院,PKPM,的施工技术软件中的深基坑支护结构设计软件等均在基坑围护工程中进行了大量的应用，并取得了相当的工程经验。,桩(墙),分步开挖的内力图,-,m,法,可,计算位移，结果更合理,5.2,围护结构设计,-4,荷载,围护结构的水平荷载：水、土压力,土压力采用简单的,Rankine,土压力理论，相对简单，应用广泛。适用于砂土、黏土及成层土，还能考虑地表超载及有地下水的情况,土压力的类型与判定,按围护结构是否发生位移以及位移的方向与大小，可以将土压力区分为以下三种：,1.,静止土压力,如果围护墙静止不动，即位移为零时，土体作用在墙上的土压力称为静止土压力，以,Po,表示。此时，墙后土体处于弹性平衡状态。例如在深基坑工程中，在基坑开挖之前，作用在墙上的土压力即为静止土压力。此外，有时因围护墙位移很小，不论墙前或墙后，均按静止土压力计算，这种简化是偏安全的。,2.,主动土压力,如图,5.2.2,所示，围护墙在基坑开挖到达坑底设计标高后，位移仍继续增大至某一定值则土体的抗剪强度将自峰值强度降至残余强度，对于粘性土，强度降低十分显著，因此此时的土压力又将增大。,3.,被动土压力,在图,5.2.2,中，墙前坑底以下的土体，因围护墙在墙后主动土压力的推动下，产生向坑内侧的位移，推力越大，则位移越大。推力与土体对围护墙的反力相等，但方向相反。墙前土体所能承受的推力有一个极限。当推力增大达到极限平衡状态时，此时土体的反力称为被动土压力，以,Pp,表之。,被动土压力是在上述条件下，土体所能承受的最大推力，在图,5.2.2,中，作用在坑底以下围护墙,BC,段上的土压力是否会增大至被动土压力，取决于墙后作用的主动土压力的大小。如果基坑开挖较深，而围护墙入土深度又较小，则主动土压力较大，为了平衡，墙前土压力将得以充分发挥，以至,BC,整段均达到被动土压力。如基坑开挖较浅而围护墙入土深度又相对较大，则作用在,BC,段的墙前土压力将达不到被动土压力，或者在该段的上半部会达到，而下半段则达不到。,土压力系数汇总,静止,土压力系数,土的有效内摩擦角（,）,主动,土压力系数：,被动,土压力系数：,三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的,第,i,层土固结不排水（快）剪内摩擦角标准值。,荷载：围护外侧土压力的计算,1,、主动土压力或静止土压力的分布模式,本规程（,建筑基坑支护技术规程,以后简称,基坑规程,）推荐的土压力的分布模式：开挖面以上按三角形分布，开挖面以下按矩形分布，如图,5.2.1a,所示。,2,、土压力计算,1,）水土合算和水土分算,水土合算采用土的饱和重度计算水土压力，不再考虑水压力的作用。,水土分算将地下水位以下的水土压力区分为有效土压力和水压力，分别计算后再叠加为总的水土压力。,荷载：围护外侧土压力的计算,2,）关于土压力计算是采用水土合算还是水土分算，规程规定了简单的适用条件：,对砂土、碎石土采用水土分算,1,）当计算点位于地下水位以上时：,（,5.2.2,1,）,2,）当计算点位于地下水位以下时：,（,5.2.2,2,）,对黏性土采用水土合算,（,5.2.2,3,）,荷载：水压力计算,3,、水压力计算,规程简单规定：直接采用静水压力计算。,条文说明：,5.2.2,：公式（,5.2.2-3,）是水土合算的表达式，公式（,5.2.2-1,）与,(5.2.2-2,）是水土分算的表达式。这里的水土分算公式只适用于静水压力的情况，,有渗流水压力(动水压力),不适用此公式。,基坑内、外双侧水位的处理,采用内力计算方法为全量法时，基坑内、外双侧同时存在的水压力不做抵消，直接与土压力结果叠加；,特殊情况下的土压力计算,在实际的基坑工程中，荷载情况千变万化，墙后往往有超载的情况，包括地表作用有均布荷载、作用有一定宽度的条形荷载、三角形荷载、距离围护结构一定距离处有与围护结构平行的条形基础或矩形基础，此外还有基坑上部放坡开挖及基坑外侧有大面积卸土等等。,规程仅列举了,a),b),两种特殊荷载的计算方法，其他特殊情况土压力计算可以参考其他规程、地方标准及设计手册。,a),本规程,5.2.3.2,条：墙后地表作用有均布荷载；,（,5.2.3,4,）,b)5.2.3.3,条：墙后地表作用有一定宽度的条形荷载；,（,5.2.3,5,）,f,）放坡,f.1,、,一级,放坡,本规程及,建筑基坑支护技术规程,（,JGJ 120-99,）中未具体规定放坡对主动土压力影响的计算方法。推荐放坡对主动土压力的影响采用深圳地区建筑基坑技术规程(,SJG05-2009),方法，即将放坡等效为荷载。,计算简图：,计算公式：,坡脚处放坡引起的土自重压力：,（,5.2.3-9,）,f,）,放坡情况下，基坑外侧任意深度产生的竖向应力标准值,1,k,当 时,（,5.2.3-10,）,当 时,（,5.2.3-10.1,）,当 时,（,5.2.3-10.2,）,5.2,围护结构设计,-5,弹性支座的反力可由下式计算：,（,5.2.3-11,）,式中,Ti,第,i,道支撑的弹性支座反力；,Kbi,第,i,道支撑弹簧刚度；,Yi,由前面方法计算得到的第,i,道支撑处的侧向位移；,Yoi,由前面方法计算得到的第,i,道支撑设置之前该处的侧向位移；,5.2,围护结构设计,-6,内支撑刚度的取值,：,1,）临时钢筋混泥土梁系支撑或钢支撑,对于采用十字交叉对撑钢筋混泥土支撑或钢支撑，每延米的内支撑刚度的取值如下式所示：,（,5.2.3-12,）,式中,A,支撑杆件的横截面积；,E,支撑杆件材料的弹性模量；,L,水平支撑杆件的计算长度,一般取实际长度的一半；,S,水平支撑杆件的间距；,5.2-6,2,）钢筋混泥土梁板支撑体系,采用钢筋混泥土梁板支撑体系，此时支撑刚度较大，可以认为是个不动铰支座，但是如果地下室面积很大好几万平米，尺度达几百米时还是应该计算支撑刚度，水平内支撑刚度的计算相对简单，由下式确定：,（,5.2.3-13,）,式中,A,计算宽度内支撑梁板的横截面积；,E,支撑梁板的弹性模量；,L,支撑梁板的计算长度；一般取开挖宽度一半。,5.2,围护结构设计,-7,地基土水平抗力比例系数,m,的确定：,围护结构的平面竖向弹性地基梁法的,m,法实质上是从水平向受荷桩的计算方法演变而来的，因此严格讲开挖面以下地基土的水平抗力比例系数,m,应以根据单桩水平荷载试验结果按下式计算,:,（,5.2.3-14,）,5.2.7,式中,m,地基水平抗力系数的比例系数（,MN/m,4,）,该数值为基坑开挖面以下,2,（,d+1,）,m,深度内各土层的综合值；,H,cr,单桩水平临界荷载（,MN,），根据,建筑桩基技术规范,（,JGJ94-2008,）附录,C,方法确定；,x,cr,单桩水平临界荷载对应的位移（,m,）；,v,r,桩顶位移系数，可按基坑规程表,C.3.1,采用（先假定,m,，试算,）；,b,0,计算宽度（,m,）,按本规程第,B.0.3,条计算。,EI ,桩身抗弯刚度。,5.2.7,桩顶位移系数,v,r,表,表,C.3.1,换算深度,h,d,4.0,3.5,3.0,2.8,2.6,2.4,v,r,2.441,2.502,2.727,2.905,3.163,3.526,注：表中,当无试验或缺少当地经验时，第,i,土层水平抗力系数的比例系数,m,i,可按下列经验公式计算：,5.2.7,式中,第,i,土的固结不排水（快）剪内力摩擦角标准值（度）；,第,i,土的固结不排水（快）剪粘聚力标准值,(P,a,);,基坑底面处位移量（,mm,），按地区经验取值，无经验时可取,10,。,各类土的,m,经验值 表,5.2-7,地基土类别,淤泥、淤泥质土、饱和,流塑、软塑黏性土，,e0.9,粉土，松散粉细砂，松散、稍密填土,可,塑黏性土，,e0.750.9,粉土，,湿陷性黄土，中密的中粗砂，密实老填土,硬塑、坚硬黏性土，,湿陷性黄土，,e25%,水泥掺量,12%,40006000,上海市基坑工程设计规程根据上海地区的工程经验，对各类土建议了如表,3-2,所示的,m,值范围，可以作为软土地区,m,值的参考。,地基抗力的多种形式,常用的有“,m”,法，“,K”,法，“,C”,法，本质上是假定被动区土体弹性约束的刚度曲线不同,“,m“,法基床系数图 “,K”,法基床系数图 “,C”,法基床系数图,C=,mH,C=K C=c*,sqrt,(H),图中,H,为从开挖面算起的深度。,5.2.7,从上述两个规程有关,m,值的确定方法可以看出，不同的规范或规程得到的,m,值的范围可能相差较大，因此,m,值的确定在很大程度上依赖于当地的工程经验。,至此：平面竖向弹性地基梁法所需的参数、荷载、边界加上围护结构设计本身的几何材料参数可以算出围护结构的变形、内力及不动铰支座或弹性支座的反力。,回到,混凝土结构设计规范,GB50010-2002,，围护构件（一般指排桩、地下连续墙）设计问题可以解决,围护结构计算的特点,采用弹性支点法，即,m,法和,K,法；,模拟支护结构实际施工过程的分步开挖和分步加撑和支撑拆除；,在下一步开挖中考虑上一步所加支点的已有变形，从而得到符合实际的支点力；,影响围护结构计算结果的主要因素,土压力模型,朗肯土压力,规程土压力,土抗力模型,m,法,k,法,土的特殊性质，如软土的流变性,回到本规程的条文上，关于围护结构设计的一些具体规定：,5.2.8-1,、,2,、,3,、,4,5.2.9,5.2.10,5.2.11,5.2.12,围护结构中水的工程问题,无粘性土中水形成连续的分布，产生静水压力，加大了作用在支护结构上的侧压力。,改变土的物理力学性质，如边坡浸水后，土的凝聚力,C,和内摩擦角,Fai,值降低。,降水后导致土粒间有效应力加大，土骨架压缩量增加，引起周边环境不均匀沉降。,回到相关基坑规程，补充围护结构的计算内容,基坑工程已有的主要标准规范,国家行业标准建筑基坑支护技术规程(,JGJ120-99),浙江省标准建筑基坑工程技术规程(,J10036-2000),上海市标准上海基坑工程设计规程(,DBJ08-61-97),深圳市标准深圳地区建筑深基坑支护技术规程(,SJG05-2008),广东省标准建筑基坑支护工程技术规程（,DBJ/T15-20-97),福建省标准建筑地基基础技术规范,北京市标准建筑基坑支护技术规程(,DB11/489-2007),桩(墙)结构嵌固深度计算-悬壁桩,Ep,Ea,考虑安全系数,，,主动区合力,Ea,和被动区合力,Ep,对桩底取矩平衡,计算出嵌固深度。,桩(墙)结构嵌固深度计算-单支点,1、假定土压力强度0点,C,为弯矩0点。,2、对,C,点取矩，得支点的支点力,3、考虑安全系数,，,主动区合力,Ea,和被动区合力,Ep,支点力,T1,对桩底取矩平衡,计算,出嵌固深度。,Ep,Ea,T1,桩(墙)结构嵌固深度计算-多支点,1、假定土压力强度0点,C,为弯矩0点。,2、对,C,点取矩，开挖到第2道支撑底标高，得第1道支点的支点力，然后往下开挖到坑底，假定第1道支点,的支点力不变，再对,C,点取矩，得第2道支点的支点力，以此类推,3、考虑安全系数,，取,C,点以下至桩底的部分桩为研究对象，,C,点以下,主动区合力、,C,点不平衡的剪力、被动,区合力对桩底取矩平衡，计算出嵌固深度。,Ep,Ea,T1,T2,注：此方法即等值梁法，国家规范中采用过桩墙底的圆弧滑动法来计算嵌固深度，福建规范中不假定弯矩0点，对每道支点取矩，不平衡的土压力就为此道支点受力，然后假定本道支点力不变，计算下一道支点的力。,桩(墙)结构抗隆起验算,一、按墙底地基承载力隆起验算,坑外侧土体考虑自重和附加荷载，坑内侧被动区土体考虑自重和凝聚力，按地基极限承载力的原理建立计算公式。没有考虑墙底以上土体抗剪强度的影响。,Pu,=,cNc,+Ga2*D*,Nq,=Ga1(h0+D)+q, h0,为坑底，,D,为嵌固深度,二、绕最下一道支撑和桩墙底的圆弧滑动隆起验算，考虑了墙底以上土体抗剪强度的影响。,桩(墙)结构抗倾覆验算,K=,Mrc,/,Moc,Mrc,-,抗倾覆力矩，被动区土压力对最一下道支点中心,O,取矩,Moc,-,倾覆力矩，最下一道支撑以下的主动区土压力对最一下,道支点中心,O,取矩,Ep,Ea,桩(墙)结构抗渗流验算,K=,ic,/i,ic,-,坑底土的临界水力坡度,ic,=(,ds,-1)/(1+e)=,浮容重/水容重,Moc,-i-,坑底土的渗流水力坡降,i=hw/L=,坑内外水头差/最短渗径,桩(墙)结构承压水验算,K=,Pcz,/,Pwy,Pcz,-,坑底至承压水顶板间土的自重压力(,kN,/m2),Pwy,-,承压水头压力=承压水头高度*10(,kN,/m2),桩(墙)支护结构整体稳定计算,桩（墙）结构的整体稳定分析采用圆弧滑动简单条分法，计算简图如下图所示。在基坑施工的各个工况，根据本工况的基坑开挖深度、桩墙的嵌固深度、土层参数、支点参数、及附加荷载等情况计算任意可能滑动面的抗滑力矩和滑动力矩，并找出最危险滑弧，计算出最危险滑弧的抗滑力矩、滑动力矩以及二者的比值（即基坑边坡的整体稳定安全系数），如果整体稳定不满足要求，则调整上述有关参数后重新进行计算，直到满足为止。,5.3,竖向结构设计,看本节的第一条条款的规定,5.3.1,当设计地下结构竖向构件时，在施工与使用的不同阶段应采用与其受力状态相符的计算模型及相应的荷载值进行内力分析和截面验算。,当存在叠合构件时，尚应考虑二次叠合施工方法对构件承载力和构件变形的影响。,5.3.2,地下结构的竖向结构构件，宜选用钢管混凝土柱、型钢混凝土组合柱或钢筋混凝土柱。,5.3.36,条 都是一些构造要求。,5.4,水平结构设计,看本节的第一条条款的规定,5.4.1,逆作法施工的水平结构是指与围护结构相连的地下室楼板。,由于水平构件传递地下室侧边的土压力，因此要求其具有足够的强度、刚度，并应满足建筑各阶段的功能要求,。,5.4.2,地下结构楼板宜采用梁板式或格梁式，当有可靠措施时也可采用整体装配式,5.4.3,、,4,、,5,、,7,条 都是一些构造要求。,5.4.6,采用半逆作法施工时，设计应采用考虑梁轴向变形的计算模型进行相关的内力分析。当有叠合构件时应按叠合构件的计算原则进行相关计算。,再回头看看,5.1,节第,6,条第,3,款的条文,5.1.6-3,支撑体系和围护结构的内力和变形宜采用空间作用的整体分析方法,。当施工与使用阶段构件的使用条件变化时，应按最不利情况验算。,水平和竖向结构的设计，必须按照逆作法施工与使用各阶段，与逆作法围护结构相应的工况，分别求出其内力变形并进行构件验算。,水平、竖向结构与围护结构形成了一个空间的结构，每一步的求解当然应该采用,5.1.6-3,规定的,空间的整体分析方法。,水平结构，,全逆作法就是结构地下部分的梁板体系，半逆作法就只有梁系，还需要叠合；而,竖向结构,就基本上只有钢骨或芯柱，都需要叠合施工及验算的。,回到,5.1,第,5,条,荷载的规定,在,5.1.5,条,列举了水平的、竖向的需要考虑的荷载,一般内支撑的空间结构计算不考虑围护结构的刚度贡献，分析就变得相对简单了；把围护结构由平面竖向弹性地基梁法（,m,法）分析得到的铰接或弹性支座的反力作用在内支撑的空间结构的边梁上，采用一般的空间作用的有限元法即可求得各支撑构件，包括竖向构件的内力和位移。,5.4-8,空间有限元内支撑体系的分析方法,一、空间杆系,-,内水平支撑只有钢筋混凝土梁,半逆作法时内水平支撑只有钢筋混凝土梁，形成杆系结构的水平支撑系统，包括地下楼盖梁系及围檩（边梁），竖向是钢骨或芯柱，可以采用空间杆系有限元法对其内力和变形进行分析。,此时水平支撑形成一个的封闭自平衡体系，平面复杂时，添加在围檩上的土压力不平衡时，会产生刚体位移，结构分析是应该添加适当的约束，以限制整个结构的刚体位移。一般方法：在结构上施加不相交于一点的三个约束连杆，形成静定的约束结构，保证分析得到的结果与不加约束是一致的。,采用普通空间杆系有限元程序就可以分析，采用,PKPM,的,SATWE,或,TAT,就可以分析。采用大型有限元程序当然也可以。,5.4-8a,在采用,m,法需要先确定的支撑的弹性刚度，对于复杂的内撑体系，难于直观利用前面介绍的公式（,5.2.3-12,）计算，利用空间杆系有限元程序，可以用一个简单的方法求得：在水平支撑的围檩上施加于围檩垂直的单位分布荷载,p=1kN/m,，求得围檩上各节点的平均位移,，则弹性支座的刚度为,:,(5.4.1-1),5.4-8b,二、内水平撑：梁板支撑体系,一般逆作法，都利用地下结构的梁板体系作为基坑的内支撑，此时水平支撑体系的受力分析必须考虑梁板的共同作用，根据实际结构形式建立起，考虑围檩、主梁、次梁、楼板和立柱（需要二次成型的钢骨、钢管柱或混凝土芯柱）及留出取土口或顺作空间的实际的有限元模型。,一般的大型通用有限元程序如,ANSYS,、,SAP2000,、,MADIS,、,ABQUS,等均能完成这种分析。,5.4-8c,分析中需要注意的事项：主体结构的主梁、次梁要采用可以考虑轴向变形的弹性梁单元。钢筋混凝土楼板采用三维板单元（刚性楼板假定,弹性膜,弹性板3弹性板6,），该单元既有弯曲能力又有膜力，可以承受平面内的荷载和法向荷载。,在分析模型中要做耦合处理，使梁元与板元在交界面上共用节点能够协调有效传递内力，变形的协调就不一定要求。,结构分析模型，除围护墙（排桩）外，梁（围檩）、板、柱均按照实际的尺寸、厚度建模计算。,5.4-8d,有板单元参与，同样水平支撑也形成自平衡的封闭体系，平面复杂时往往四周的围护传来的水平荷载分布我们加上后不对称，求解时要设置必要的边界条件以限制模型在水平面内的刚体运动。,有三种边界条件处理方法：,（,1,）在位移较小角部设置固定支座；,（,2,）在模型周边加法向弹簧，弹簧刚度难确定，需要经验；,（,3,）在模型周边加切向弹簧，基坑边变形切向位移比法向要小得多，此法更合理。切向弹簧刚度,Kt,有文献提出简单的计算方法。,（,5.4.1-2,）,式中,b,计算宽度（,m,）；,h,计算高度（,m,）；,fs,土与围护间的侧摩阻力（,kPa,），可参考灌注桩的侧摩阻力取值；,d,侧摩阻力达到最大值时的位移（,mm,）。,约束的数目也需要经验，太少没有效果，多了也与实际不符，水平构件计算内力会偏小，又不安全。,没有约束刚体位移，或约束少了，会出现在围檩上加上的土压力，不平衡部分转由立柱来承受，这也不合理。,5.4.8-2,逆作法设计与普通基坑支护设计很大的不同在于，一是一般没有拆支撑的工况，二就是立柱,(,竖向构件,),的叠合设计。立柱要承受水平支撑的重量，挖土运土的重量，有时还要承受同时施工的上部结构的几层的重量。立柱的内力必须求解清楚，梁板水平构件承受面内、面外双向的荷载，也要分析清楚。面内荷载同一般基坑一样，,m,法求得的支座反力，均匀反作用在围檩上即为维护结构传来的水平荷载。,所以规程强调：,5.1.6-3,空间整体分析的方法。,非逆作法设计时，往往只要做水平支撑的平面内分析，就可以达到工程需要。,5.4.9,三维“,m,”法简介,三维“,m,”法继承平面分析的思路，原理简单明确，克服了传统平面竖向弹性地基梁法计算模型过于简单，并且需要将围护结构与支撑体系分开计算的缺点。,建立起支护结构的三维有限元模型，内支撑也根据实际的构件尺寸建立梁、板、柱有限元模型，反映真实的内支撑刚度，可以直接计算出围护与支撑结构在各个开挖施工工况下的位移、内力。,对于空间效应强的挡土结构（如圆筒型），三维“,m,”法有更大的优质与必要性。,三维“,m,”思路延续平面“,m,”，其参数选取已经有相当的经验。,三维分析的优点,在二维分析中，逆作法体系被人为地拆成水平面分析（梁板支撑）和竖直面分析（桩、墙、竖向结构等），只能作到点上的位移协调；,围护结构、水平结构和竖向结构本质上是一空间结构，三维分析具备理论上的先进性，可实现真正的位移协调；,得到更符合实际的内力和位移计算结果，真正反映逆作法体系的空间效应；,构件计算更合理，可以节省工程造价。,三维分析的理论基础,结构：桩、地下连续墙，钢筋砼或钢支撑梁板，锚杆，钢或砼支撑立柱形成的空间体系。,荷载：土、水压力，地面附加荷载。,约束：被动区土体。,弹性支点法基本计算模型,计算简图,上海世博会某工程地连墙基坑,(深33.7,m),5.4.10,考虑土与结构共同作用的三维有限元分析法,平面及三维“,m,”法均没有考虑土与结构的共同作用，因而无法评价基坑开挖对,周边环境,的影响。,三维连续介质有限元法,考虑土与结构的共同作用三维连续介质有限元法分析应力包括全部六个分量，土体需要三维六面体单元，围护墙及楼板采用板单元，立柱、梁采用三维梁单元来模拟。,在分析中想要得到较好的结果需考虑围护结构与土体的,接触,问题，并采用弹塑性土体本构关系。,5.5,地基基础设计,条文,5.5.1,条文,5.5.2,条文,5.5.3,条文,5.5.4,5.5.5,当结构地基采用天然地基时，施工阶段采用的柱下支承桩在使用阶段可不考虑其作用。,5.5.6,多桩基础，并在计算各桩顶反力、筏板或承台内力时，不宜考虑逆作施工期间柱下桩的支承作用。,条文,5.5.7,条文,5.5.8,5.6,节点设计及构造,5.6.1,节点设计应符合下列规定：,5.6.2,节点构造应符合下列规定：,逆作法结构施工,6.1,围护结构施工,6.2,竖向结构施工,6.3,土方开挖及运输,6.4,水平结构施工,6.5,逆作法各层梁、板、底板与竖向结构的连接,建筑基坑支护技术规程,JGJ120-99,的修订,参考资料,地下建筑工程逆作法技术规程（征求意见稿）,地下建筑工程逆作法技术规程 编制组讲座,建筑基坑支护技术规程 （报批稿）,谢 谢！,