第三章-深基坑施工课件讲述.ppt

3.1概述3.2基坑支护结构类型与选择3.3支护结构设计计算3.4基坑稳定性验算3.5支护结构施工补偿性基础：以土体重量，来补偿一部分建筑物的荷重。但基础埋深加大给施工带来很多困难，尤其是在城市建筑物密集地区，施工现场附近有建筑物、道路和地下管线纵横交错，很多情况下不允许采用较经济的放坡开挖，而需要在人工支护条件下进行基坑开挖，本章即要研究这个问题。,第三章深基坑工程施工,3.1概述,特点：1.基坑向大深度方向发展;2.基坑开挖面积大;3.在软弱地层中，基坑开挖影响周围建筑物、市政设施和地下管线；4.深基坑施工期长，场地狭窄，降雨、重物等对基坑稳定不利；5.在相邻场地施工，打桩、降水、挖土以及基础浇筑混凝土等工序会互相制约和影响，增加协调工作的难度。,发生坍塌的缘故？,C,B,O1,1,3,O,c,f,为了保持基坑侧壁稳定及邻近建筑物的安全，需采用基坑边壁的支护加固措施。,3.1概述,支护结构：挡墙+支撑（或拉锚）,支护结构的功能：挡土和挡水对待支护结构的设计和施工均应采取极慎重的态度，在保证施工安全的前提下，尽量做到经济合理和便于施工。,3.1概述,3.2支护结构的选型,支护结构包括挡墙和支撑（或拉锚）两部分。档墙或支撑中任何一部分的选型不当或产生破坏（包括变形过大），都会导致整个支护结构的失败。,一、支护结构的类型：(1)支护型（非重力式）（常用）将支护结构作为主要受力构件支挡可能形成的水土压力。（钢板桩、板桩墙、排桩、柱列式灌注桩、地下连续墙等）(2)加固型（实体重力式）加固土体强度，维持坑壁的稳定。（水泥土搅拌桩、高压旋喷桩、土钉墙等）,3.2支护结构的选型,（一）挡墙的选型（1）钢板桩a.槽钢钢板桩b.热轧锁口钢板桩（2）钢筋混凝土板桩（3）钻孔灌注桩挡墙（4）H型钢支柱（或钢筋混凝土桩支柱）（5）地下连续墙（6）深层搅拌水泥土桩挡墙（7）旋喷桩帷幕墙,二、支护结构的选型,a.槽钢钢板桩由槽钢并排或正反扣搭接组成。槽钢长68m，多用于深度不超过4m的基坑。顶部宜设一道支撑或拉锚。b.热轧锁口钢板桩其形式有U型、Z型、一字型、H型和组合型。U型Z型一字型该板桩截面带企口，有一定的挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永留地基土中。适于36m基坑，但应用较少。,（1）钢板桩,常用6001000mm，是支护结构中应用最多的一种。宜形成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁。但施工难以做到相切，挡水效果差。,（3）钻孔灌注桩挡墙,该类支护结构适用于土质较好、地下水位较低的地区。型钢或支柱按一定间距打入，支柱间设木挡板或其它挡土设施。,（4）H型钢支柱（钢筋混凝土桩支柱）、木挡板支护墙,（5）地下连续墙,地下连续墙已是目前深基坑的主要支护结构之一。在地下结构层数多的深基坑的施工非常有利。地下连续墙常是采用“逆筑法”的支护结构的首选。天津市的华联商厦、紫金花园、鸿吉大厦、津汇广场等很多工程均采用地下连续墙方法施工。,深层搅拌水泥土桩挡墙是用特制的进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制搅拌制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙，既可挡土又可形成隔水帷幕。,（6）深层搅拌水泥土桩挡墙,（,旋喷桩帷幕墙是钻孔后，将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中，形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙。旋喷桩帷幕墙可用作支护结构挡墙，也可用于挡水。,（7）旋喷桩帷幕墙,当基坑深度较大，悬臂挡墙的强度和变形不能满足要求时，需增设支撑系统。支撑系统有基坑内支撑基坑外拉锚（顶部拉锚土层锚杆拉锚）常用的有钢结构支撑钢筋混凝土支撑,(二).支撑（拉锚）的选型,a.钢管支撑对撑,（1）钢结构支撑,a.钢管支撑角撑,（1）钢结构支撑,(1)钢结构支撑,b.型钢支撑型钢支撑主要采用H型钢，用螺栓连接，为工具式钢支撑，现场组装方便，可重复使用。,有角撑、对撑、桁架式支撑，还有圆形、拱形和椭圆形等形状的支撑。,圆形支撑,（2）钢筋混凝土支撑,三、基坑支护体系的作用与要求,作用：1、挡土挡水，保证土方开挖和地下结构施工条件；2、限制周围土体变形，开挖过程中不会对相邻建筑物和地下管线造成危害。侧壁安全等级为一级、二级、三级,要求：1、保证基坑周边边坡的稳定性，满足地下室施工有足够空间的要求。2、保证基坑四周相邻建筑物和地下管线在基坑施工期间不受损害。要求对土体变形进行控制。3、保证基坑工程施工作业面干燥。,三、基坑支护体系的作用与要求,3.3基坑支护结构设计计算,一、支护结构承受的荷载支护结构承受的荷载一般包括土压力水压力墙后地面荷载引起的附加荷载。,1土压力主动土压力：以Ea表示。静止土压力：以E0表示。,滑裂面,土压力(3)被动土压力：以Ep表示。,土压力表示,主动土压力强度（无粘性土）粘性土,对于粘性土按计算公式计算时，主动土压力在土层顶部（H=0处）为负值，即,表明出现拉力区，这在实际上是不可能发生的。可计算临界高度以下的主动土压力：,土压力分布,Zc,H,可计算此种情况下的临界高度Zc，进而计算临界高度以下的主动土压力。,土压力分布,土压力表示,被动土压力强度无粘性土粘性土,土压力分布,悬臂无支撑挡墙，其主动土压力，是三角形分布，被动土压力也是三角形分布。,被动土压力,主动土压力,土压力分布,多支撑或多拉锚的挡墙背面上的土压力分布图形砂土为梯形，粘土土压力分布图是稍复杂的三角形。,土压力分布,悬臂挡土墙所承受的主动土压力完全由其底部的被动土压力来平衡；而锚定板单支点的挡土结构，其主动土压力则由锚定板拉杆和底部的被动土压力共同承受，加以平衡。,T,Ea1,Ea2,EP,2.水压力,作用于支护结构上的水压力一般按静水压力考虑。有稳态渗流时按三角形分布计算。,A,B,C,D,E,F,水压力和土压力,水压力和土压力的分算或合算问题，目前均采用。一般情况下，由于粘性土中水主要是结晶水和结合水，宜合算;在砂性土中土颗粒之间的空隙中充满的是自由水，受重力作用，为静水压力作用，宜分算。,合算时，地下水位以下土的重力密度采用饱和重力密度sat；分算时，地下水位以下土的重力密度采用浮重力密度;另外单独计算静水压力，按三角形分布考虑。,水压力和土压力,3.墙后地面荷载引起附加荷载,三种情况：墙后有均布荷载距离支护结构一定距离有均布荷载距离支护结构一定距离有集中荷载（如塔吊、混凝土泵车等）由引起的附加荷载分布在支护结构的一定范围内。,墙后有均布荷载,如墙后堆有土方、材料等地面均布荷载对支护结构引起的附加荷载，可按下式计算：,q,距离支护结构一定距离均布荷载,距离有均布荷载此时压应力传到支护结构上有一空白距离h1,在h1之下产生均布的附加应力：,l1,（3）.距离支护结构一定距离有集中荷载,距离支护结构一定距离有集中荷载（如塔吊、混凝土泵车等）由引起的附加荷载分布在支护结构的一定范围2上。,二、桩墙式支护结构的设计计算,深基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。基坑支护结构极限状态可有两类：承载能力极限状态正常使用极限状态,1.承载能力极限状态：支护结构达到最大承载能力，或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；2.正常使用极限状态：支护结构的变形已妨碍地下结构施工，或影响基坑周边环境的正常使用。,二、桩墙式支护结构的设计计算,计算方法常用极限平衡法，即支护桩在一定的插入深度下，基坑外侧土体处于主动极限平衡状态，内侧土体处于被动极限平衡状态，桩墙在水、土压力等侧向荷载作用下满足平衡条件，作为设计的原则。常用静力平衡法、等值梁法计算。,（一）悬臂桩墙的计算,静力平衡法计算原理,A,D,悬臂板桩的变位及在无粘性土中土压力分布图,静力平衡法计算原理,H.Blum建议将C点以下的土压力用集中力表示，即桩的插入深度到旋转点以下部分的作用力用一个单力Rc表示,（一）悬臂桩墙的计算（静力平衡法),嵌固深度设计值计算：1.悬臂式支护结构嵌固深度设计值hd宜按下式确定：,对分层土：,（一）悬臂桩墙的计算（静力平衡法),，：分别为作用在支护桩各层土的净主动土压力和净被动土压力；，：分别为到C点的距离，其值与嵌固深度有关。工程上要乘以1.2的经验系数，则支护桩总的进入坑底的深度为：，支护桩总长度为：,（一）悬臂桩墙的计算（静力平衡法),例题1、某建筑基坑开挖深度为6.0m，拟采用悬臂式板桩支护。土层情况如下图所示，坑内外地下水位面在地表下与坑底齐平处。取安全系数为1.2，试计算:（1）其嵌固深度。(2)计算最大弯矩及其截面位置。,（一）悬臂桩墙的计算（静力平衡法),（一）悬臂桩墙的计算（静力平衡法),基坑开挖深度较大时，可以在维护结构顶部附近设置一单支撑（拉锚），形成单支点支护结构。支护结构常见的几种破坏类型:,(二)单支点支护结构,1.拉锚破坏或支撑压曲地面荷载增加过多、,土压力过大使拉杆断裂，或锚固失败、腰梁破坏、内支撑受压失稳。,(二)单支点支护结构,2支护墙体底部走动支护墙入土深度不够或挖土过深以及水的冲刷均可产生这种破坏。需正确的计算入土深度,(二)单支点支护结构,3.支护墙的平面变形过大或弯曲破坏支护墙截面过小、土压力估不准、墙后增大量地面荷载或挖土超深，需准确计算最大弯矩值以验算截面。,(二)单支点支护结构,4.墙后土体整体滑动失稳拉锚的长度不够、软粘土发生圆弧滑动，引起支护结构整体失稳。,(二)单支点支护结构,(二)单支点支护结构计算,主要针对第2、3种破坏情况进行设计计算。单支点结构，桩的入土深度不同，桩侧土压力分布不同，使桩体产生的变形不同。（1）入土较浅（2)入土深度增加，桩前被动土压力不能充分发挥（3）继续增加，桩前后都出现被动土压力（4）进一步增加（过深），不利于前后被动土压力发挥。,(二)单支点支护结构计算,入土深度不同的板桩墙的土压力分布、弯矩变形图,(二)单支点支护结构计算,入土深度不同的板桩墙的土压力分布、弯矩变形图,支点力及嵌固深度计算,(二)单支点支护结构计算（静力平衡法）,q,图中ab梁一端固定一端简支，弯矩图中正负弯矩在c点转折，若将ab梁在c点断开以简支计算，则梁ac断的弯矩图同整梁计算时一样，即称ac梁为ab梁上的等值梁。,等值梁原理,(二)单支点支护结构计算（等值梁法）,等值梁法原理,A,Ea,D,B,D,G,Pa,Ep,Ep,QB,QB,B,B,B,A,G,用等值梁计算板桩，先要知道正负弯矩的转折点的位置。因板桩地面下土压力强度等于零的位置，接近正负弯矩的转折点，为简化即用土压力强度等于零的位置代替它。,等值梁法原理,例题2：某工程基坑深度为10.0m,采用单支点支护结构，地质资料和地面荷载如下图所示，采用等值梁法计算板桩的入土深度和最大弯矩。,(二)单支点支护结构计算（等值梁法）,f,一、整体稳定性验算；二、抗倾覆和抗滑稳定性验算；三、坑底抗渗流稳定性验算；四、坑底抗隆起稳定性验算。,3.4基坑稳定性验算,条分法是土坡稳定性分析最常用的方法。一般基坑内设一道或不设支撑时，应验算整体滑动。悬臂式支护结构整体稳定性验算应满足下式：,一、整体稳定性验算,，：被动土压力合力以及合力对支护结构底端的力臂。，：主动土压力合力以及合力对支护结构底端的力臂。,一、整体稳定性验算,整体性破坏，滑动面大体上为圆弧状。采用条分法计算，即不考虑土条间的互相作用力。其安全系数定义为绕圆弧中心点的抗滑力矩与滑动力矩之比，即：,一、整体稳定性验算,：土条法向分力至圆心连线与垂线的夹角:土条宽度：滑动圆弧的半径,一、整体稳定性验算,重力式抗倾覆验算：,二、抗倾覆和抗滑稳定性验算,：重力式支护体的自重,：宽度,重力式支护结构计算简图,重力式支护结构主要是深层搅拌水泥土桩墙和旋喷桩帷幕墙，计算简图如图：,Ea,Ep,B,A,重力式支护结构抗滑稳定性验算,：基底墙体与土的摩擦系数；按经验取，无经验时，淤泥质土取：0.20.5，粘性土：0.250.4，砂土：0.400.50。,二、抗倾覆和抗滑稳定性验算,非重力式抗倾覆验算：,：第i个支撑对支护桩墙的水平作用力；,：第i个支撑到土压力零点的距离；,二、抗倾覆和抗滑稳定性验算,二、抗倾覆和抗滑稳定性验算,非重力式抗滑稳定性验算,二、抗倾覆和抗滑稳定性验算,三、基坑坑底抗隆起验算,坑底隆起,基坑较深，且底层土层较软弱时，开挖后可能出现坑底土向上隆起、支护桩顶面土层下沉和桩体向坑内倾斜的现象，主要由地基土的平衡状态受到破坏造成。验算：太沙基极限承载力理论,三、基坑坑底抗隆起验算,坑底隆起,开挖面以下墙体能起帮助抵抗地基土隆起的作用，宜假定土体沿墙体底面滑动，认为墙体底面以下为一圆弧，如图所示。产生滑动力的是和q,抵抗滑动的则为土体抗剪强度。,q,抗隆起安全系数,如要严格控制地面沉降，则需增加挡墙入土深度，或进行坑底土体加固，提高土体抗剪强度，使该系数达到1.52.0。,三、抗基坑坑底隆起验算,管涌验算当基坑地下水的向上渗流力时土颗粒处于悬浮状态，于是坑底产生管涌现象。不发生管涌的条件应为：,四、坑底抗渗流稳定验算,挡墙入土深度如满足以下要求，不会产生管涌：,如坑底以上的土层为松散填土、多裂隙土层等透水性好的土层，则地下水可略去，此时不产生管涌的条件为：,四、坑底抗渗流稳定验算,3.5支护结构施工,一钢板桩施工钢板桩在杭州湾大桥施工中的应用.doc（一）常用种类：U型、Z型、H型、直腹板式和组合式。,钢板桩的施工,（二）打设前准备工作1钢板桩的检验和矫正2导架安装3沉桩机械的选择打设钢板桩可用落锤、汽锤、柴油锤和振动锤，前三种皆为冲击打入法，此法可使桩锤的冲击力均匀分布，保护桩顶免受损坏。,钢板桩的施工,（三）钢板桩的打设和拔除1打设方式选择单独打入法即从板桩墙的一角始，逐块打设，直至工程结束。围檩插入法（封闭打入法和分段复打法，复打法又称屏风法）即将1020根钢板桩成排插入导架内，呈屏风状，再分批施打。,视频：,钢板桩施工,（三）钢板桩的打设和拔除2钢板桩的打设吊车对准插桩，经纬仪加以控制，分几次打入，如20m深时分四次。注意位置和方向的精度，每打入1m应测量一次。,钢板桩的施工,3钢板桩的转角和封闭转角和封闭合拢施工的方法：采用异型板桩连接件法骑缝搭接法轴线调整法,钢板桩的施工,4钢板桩的拔除拔桩前要研究钢板桩拔除顺序、拔除时间和桩孔处理方法。拔除宜用振动锤或振动锤与起重机共同拔除。,二钻孔灌注桩挡墙施工,钻孔灌注桩挡墙施工钻孔灌注桩施工时无振动，不会危害周围建筑物等，造价低，有优越性。施工速度慢，宜注意质量。钻孔灌注桩的间距由计算确定。钻孔灌注桩用作支护桩时，按钢筋混凝土正截面受弯构件计算配筋。,视频：,（一）施工前的准备1、场地平整。2、测量放线3、挖泥浆池、沉淀池、储水池、准备合格粘土或膨润土。4、接通水、电源。5、埋设护筒。6