地下建筑结构课件

1、8深基坑工程第1页，共71页。8.1 概述 大量的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74m(日本)，直径最大的达98m(日本)，而非圆形基坑的深度已达到地下层（法国）。国内，上海88层的金茂大厦，基坑平面尺寸为170m150m，基坑开挖深度达19.5m。上海的汇京广场，围护结构与相邻建筑最近的距离仅40cm。而无支撑基坑的开挖深度也已达到了9m。 第2页，共71页。8.1 概述 基坑地质灾害第3页，共71页。8.1 概述 基坑地质灾害第4页，共71页。基坑支护 功能：一是挡土；二是止水。基坑支护分两类：支护型将支护墙（排桩）作为主要受力构件； 支护型基坑支护

2、包括板桩墙、排桩、地下连续墙等。 在基坑较浅时可不设支撑，成悬臂式结构； 当基坑较深或对周围地面变形严格限制时，应设水平或斜向支撑，或锚定系统；形成空间力系是发展方向。加固型充分利用加固土体的强度。 加固型包括水泥搅拌桩、高压旋喷桩、注浆和树根桩等。8.1 概述 第5页，共71页。基坑侧壁安全等级及重要性系数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、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6页，共71页。8.2 结构

3、方案及选择支护结构类型及其适用范围结 构 形 式适 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7页，共71页。板 桩 8.2 结

4、构方案及选择第8页，共71页。组合挡土壁8.2 结构方案及选择第9页，共71页。单排与双排桩支护结构8.2 结构方案及选择第10页，共71页。 支撑体系 支撑体系是用来支挡围护墙体，承受墙背侧土层及地面超载在围护墙上的侧压力。 支撑体系是由支撑、围檩、立柱三部分组成。 8.2 结构方案及选择第11页，共71页。8.2 结构方案及选择斜角式 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。第12页，共71页。8.2 结构方案及选择直 撑 式 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第13页，共

5、71页。8.2 结构方案及选择桁 架 式 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第14页，共71页。8.2 结构方案及选择圆 撑 式 多采用钢筋混凝土支撑；支撑体系受力条件好；开挖空间大，便于施工第15页，共71页。8.2 结构方案及选择斜 撑 式 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第16页，共71页。8.2 结构方案及选择锚 拉 式 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17页，共71页。8.2 结构方案及选择第18页，共71页。8.2 结构方案及选择第19页，共71页。8.2 结构方案及选

6、择第20页，共71页。8.2 结构方案及选择第21页，共71页。8.2 结构方案及选择第22页，共71页。8.2 结构方案及选择第23页，共71页。8.2 结构方案及选择第24页，共71页。8.2 结构方案及选择第25页，共71页。8.2 结构方案及选择第26页，共71页。8.3 支护结构上的压力 主动土压力和被动土压力的产生，前提条件是支护结构存在位移； 当支护结构没有位移时，则土对支护结构的压力为静止土压力。 土压力的分布与支点的设置及其数量都有关系；悬臂支护桩土压力的实测值与按朗肯公式计算值的对比，非挖土侧实测土压力小于朗肯主动土压力，即计算结果偏大。 第27页，共71页。主动土压力：被

7、动土压力：8.3 支护结构上的压力第28页，共71页。悬臂支护桩土压力分布8.3 支护结构上的压力第29页，共71页。土的内聚力C、内摩擦角值可根据下列规定适当调整： 在井点降低地下水范围内，当地面有排水和防渗措施时，值可提高20%；在井点降水土体固结的条件下，可考虑土与支护结构间侧摩阻力影响，将土的内聚力c提高20%。8.3 支护结构上的压力第30页，共71页。（1）地面满布均布荷载q0时，任何土层底面处：（2）离开挡土结构距离为a时 地面附加荷载8.3 支护结构上的压力第31页，共71页。(3)作用在面积为 与挡土结构平行）的地面荷载，离开挡土结构距离时。8.3 支护结构上的压力第32页，

8、共71页。水压力 对于粘性土，土壤的透水性较差，此粘性土产生的侧向压力可采用水土合算的方法，即侧压力为相应深度处竖向土压力与水压力之和乘以侧压力系数。 对于砂性土，采用水土分算，即侧压力为相应深度处竖向土压力乘以侧压力系数与该深度处水压力之和。8.3 支护结构上的压力第33页，共71页。 砂土简化计算，将水压力与土压力分别计算，并把水看作是：主动压力=静止压力=被动压力=h 8.3 支护结构上的压力第34页，共71页。8.4 排桩、地下连续墙的计算计算主动土压力和被动土压力并确定计算简图，确定嵌固深度、内力计算；支护桩或墙的截面设计以及压顶梁的设计等。 第35页，共71页。悬臂式支护结构根据朗

9、肯-库伦土压力理论分层计算主动土压力和被动土压力；确定计算简图；求出嵌固深度hd；求出最大弯矩截面位置及最大弯矩值；进行配筋设计或承载力计算；计算支护结构顶端位移。8.4 排桩、地下连续墙的计算第36页，共71页。8.4 排桩、地下连续墙的计算第37页，共71页。8.4 排桩、地下连续墙的计算第38页，共71页。计算简图8.4 排桩、地下连续墙的计算第39页，共71页。嵌固深度hd8.4 排桩、地下连续墙的计算第40页，共71页。8.4 排桩、地下连续墙的计算顶端位移计算第41页，共71页。单层支点支护结构计算简图8.4 排桩、地下连续墙的计算第42页，共71页。支点力TC1 可按下式计算：8

10、.4 排桩、地下连续墙的计算第43页，共71页。8.4 排桩、地下连续墙的计算嵌固深度Hd 第44页，共71页。单层支撑支护结构计算8.4 排桩、地下连续墙的计算第45页，共71页。计算内力和配筋单层支撑支护结构的最大弯矩:发生在剪力0处，应根据土压力平衡，求得处的位置y,可得Mmax。弯矩图可按静力平衡条件求得 可以分段配筋，也可以按最大弯矩断面通长配筋 .8.4 排桩、地下连续墙的计算第46页，共71页。1)应根据分层挖土深度与每层锚杆设置的实际施工情况分阶段分层计算，这时假定下层挖土不影响上层锚杆计算的水平力； 2)多层布置时，有等弯矩布置和等反力布置两种模式；3）悬臂式及单支点支护结构

11、嵌固深度设计不宜小于 ；多支点支护结构嵌固深度设计值小于0.2 h时，宜取 。多层锚拉式支护结构8.4 排桩、地下连续墙的计算第47页，共71页。8.5 土层锚杆 土层锚杆是一种埋入土层深部的受拉杆件，它一端与构筑物相连，另一端锚固在土层中，形成锚拉结构。 第48页，共71页。8.5 土层锚杆第49页，共71页。1）锚杆承载力计算 2）锚杆杆体的截面面积 锚杆设计8.5 土层锚杆第50页，共71页。8.6 水泥土墙设计又称搅拌桩挡墙 ，利用一种特殊的搅拌头或钻头，钻进地基至一定深度后，喷出固化剂，与地基土强行拌和而形成的加固土桩体。Mixed-In-Place Method MIP(美国)De

12、ep Mixing Method (日本)固化剂采用水泥或石灰；适用于加固淤泥质土、粘土；国外最大深度60m ，国内1218m；特点：施工无震动、噪音、无废水泥浆； 坑内无需支撑拉锚，优良的抗渗特性。支挡高度，国内最深9m;第51页，共71页。水泥墙的结构形式挡墙宽度为0.60.8开挖深度，桩长为开挖深度的1.8-2.2倍。第52页，共71页。土压力计算：计算主动土压力和被动土压力抗倾覆计算抗滑移计算墙身强度验算整体稳定计算8.6 水泥土墙设计第53页，共71页。土压力计算8.6 水泥土墙设计第54页，共71页。墙后主动土压力 墙前被动土压力 8.6 水泥土墙设计第55页，共71页。抗倾覆计算

13、按重力式挡墙计算墙体绕前趾A的抗倾覆安全系数 ，不小于(1.01.1). 8.6 水泥土墙设计第56页，共71页。抗滑移计算按重力式挡墙计算墙体沿底面滑动的安全系数：8.6 水泥土墙设计第57页，共71页。墙身强度验算墙体所验算截面处的法向应力剪应力按下式进行 ：8.6 水泥土墙设计第58页，共71页。整体稳定计算（k= 1.25）整体稳定计算时，将滑动土体与搅拌桩挡墙视为一个整体考虑(常选在墙底下0.51.0米处)，采用圆弧滑动法计算 ：8.6 水泥土墙设计第59页，共71页。构造要求格栅布置时，水泥土的置换率对于淤泥不宜小于0.8，淤泥质土不宜小于0.7，一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格

14、栅长宽比不宜大于2 ；桩与桩之间的搭接宽度 ：考虑截水作用时，桩的有效搭接宽度不宜小于150mm；当不考虑截水作用时，搭接宽度不宜小于100mm。不能满足要求时，宜采用基坑内侧土体加固或水泥土墙插筋、加混凝土面板及加大嵌固深度等措施。8.6 水泥土墙设计第60页，共71页。8.7 土钉墙土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和喷射砼面板组成，形成一个以土挡土的重力式挡土墙。 土钉墙自上而下施工，步步为营，土钉墙是靠土钉的相互作用形成复合整体作用。土层锚杆的失效影响较大，不应用于没有临时自稳能力的淤泥、饱和软弱土层。 第61页，共71页。土钉墙应用a) 托换基础; b) 竖井的挡墙; c) 斜面

15、的挡土墙d) 斜面稳定; e) 和锚杆并用的斜面防护第62页，共71页。 8.7 土钉墙第63页，共71页。 土钉受拉承载力计算8.7 土钉墙第64页，共71页。采用简化圆弧滑动条分法 8.7 土钉墙第65页，共71页。8.7 土钉墙土钉墙墙面坡度不宜大于1：0.1； 喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为610mm，间距宜为150300mm；喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度不宜小于80mm； 土钉钢筋宜采用、级钢筋，钢筋直径宜为1632mm，钻孔直径宜为70120mm； 构 造第66页，共71页。8.8 SMWSMW挡土墙是先施工水泥土挡墙，最后按一定的形式在其中插入型钢（如H钢），即形成一种劲性复合围护结构。：止水好，刚度大，构造简单，型钢插入深度一般小于搅拌深度，型钢可回收重复使用，成本较低。SMW适宜的基坑深度为61