PPT基坑支护设计-教学

基坑支护设计基坑支护设计计一、基坑工程程的分级二、基坑围护护设计的内容容及需考虑的的荷载三、支护体系系的方案比较较和选型四、基坑支护护的计算五、基坑支护护内支撑方案案选择六、基坑工程程的概念设计计七、工程设计计实例随着上海城市市建设的迅猛猛发展，城市市用地日趋紧紧张，地下空空间的开发利利用及高层建建筑深基础施施工都在地面面以下一定深深度工作。建建筑基坑支护护技术是创造造安全可靠的的地下施工空空间必不可少少的一项技术术。基坑工程按重重要性分级。。一级：支护结构作为为主体结构的的一部分时；；基坑开挖深度度大于、等于于10米时；距基坑边两倍倍开挖深度范范围内有历史史文物、近代代优秀建筑、、重要管线等等需严加保护护时。三级：开挖深度小于于7米，且周围环环境无特别要要求时。二级：除一级与三级级外。基坑工程设计计安全系数，，由基本安全全系数和附加加安全系数的的乘积组成。。基本安全系系数由计算模模型本身给定定，而附加安安全系数根据据基坑重要性性确定。二、基坑围围护设计的内内容及及需考虑虑的荷载：（一）设计内内容1.支护体系的方方案比较和选选型；2.支护结构的强强度和变形计计算；3.基坑内外土体体的稳定性计计算；4.围护墙的抗渗渗验算；5.降水要求；6.确定挖土工况况；7.确定环境保护护的要求和监监测内容等。。（二）需考虑虑的荷载1.水土压力；侧压力等于土土压力和水压压力之和。有有工程经验时时，可按水土土合算计算侧侧压力。2.一般地面超载载；一般为20KN/m2的均面荷载。。3.影响区范围内内建筑、构筑筑物荷载；4.施工工荷荷载载以以及及邻邻近近基基础础施施工工的的影影响响，，如如打打桩桩、、基基坑坑开开挖挖等等。。三、、支支护护体体系系的的方方案案比比较较和和选选型型1.板式式支支护护体体系系地下下连连续续墙墙（（钢钢筋筋混混凝凝土土板板桩桩等等））目前前在在基基坑坑工工程程中中应应用用的的地地下下连连续续墙墙有有以以下下几几种种形形式式：：壁板板式式T形及及Л形地地下下连连续续墙墙格形形地地下下连连续续墙墙地下下连连续续墙墙槽槽段段接接头头形形式式，，有有以以下下几几种种：：使用用接接头头管管做做成成的的接接头头用隔隔板板做做成成的的接接头头用预预制制件件作作接接头头采用用接接头头箱箱做做成成接接头头钢板板止止水水式式接接头头钢筋筋焊焊接接接接头头钻孔孔灌灌注注桩桩（（人人工工挖挖孔孔桩桩、、树树根根桩桩等等））SMW工法法（（劲劲性性水水泥泥土土地地下下墙墙））钢板板桩桩2.重力力式式挡挡墙墙（（干干喷喷、、湿湿喷喷））3.复合合土土钉钉墙墙4.放坡坡开开挖挖5.与主主体体地地下下结结构构相相结结合合的的支支护护结结构构―――逆作作法法利用用主主体体地地下下结结构构的的梁梁板板作作为为围围护护结结构构的的内内支支撑撑，，且且支支护护结结构构的的围围护护墙墙一一般般与与主主体体地地下下室室的的外外墙墙相相结结合合。。应应预预估估围围护护结结构构和和主主体体结结构构基基础础沉沉降降的的适适应应性性；；另另外外在在地地下下室室浇浇筑筑钢钢筋筋混混凝凝土土底底板板之之前前，，地地面面上上的的上上部部结结构构允允许许施施工工的的层层数数要要经经计计算算确确定定。。四、、支支护护结结构构的的计计算算1.板式式支支护护体体系系①基坑坑底底部部土土体体的的抗抗隆隆起起稳稳定定性性和和抗抗渗渗流流或或抗抗管管涌涌稳稳定定性性验验算算a.验算算围围护护墙墙底底地地基基承承载载力力；；KWZ＝2.5（一一级级基基坑坑））2.0（二二级级基基坑坑））1.7（三三级级基基坑坑））b.验算算基基坑坑底底部部土土体体的的抗抗隆隆起起稳稳定定性性KL＝2.5（一一级级基基坑坑））2.0（二二级级基基坑坑））1.7（三三级级基基坑坑））c.围护护墙墙底底部部土土体体的的抗抗渗渗流流或或抗抗管管涌涌稳稳定定性性KS＝1.5～2.0基坑坑底底为为砂砂性性土土、、砂砂质质粉粉土土或或粘粘性性土土与与粉粉性性土土中中有有明明显显薄薄层层粉粉砂砂夹夹层层时时取取大大值值。。d.基坑坑开开挖挖面面以以下下有有承承压压水水时时，，验验算算基基坑坑底底部部土土的的抗抗承承压压水水头头的的稳稳定定性性Ky＝1.05②围护护墙墙结结构构的的抗抗倾倾覆覆稳稳定定性性验验算算KQ＝1.20（一一级级基基坑坑））1.10（二二级级基基坑坑））1.05（三三级级基基坑坑））③围护护墙墙结结构构的的内内力力和和变变形形计计算算采用用竖竖向向弹弹性性地地基基梁梁的的基基床床系系数数法法。。计计算算时时应应考考虑虑支支撑撑或或锚锚碇碇点点的的位位移移、、施施工工工工况况及及支支撑撑刚刚度度等等对对结结构构内内力力与与变变形形的的影影响响。。内支撑撑的压压缩弹弹簧系系数作用在在围护护墙上上的水水土压压力开挖面面以下下，水水平弹弹簧支支座和和垂直直弹簧簧支座座的压压缩弹弹簧刚刚度KH＝kHbhKV＝kVbh开挖面面以下下三角角形区区的水水平向向基床床系数数KH＝mz水平向向基床床系数数沿深深度增增大的的比例例系数数m可根据据土性性，参参照下下表采采用地基土分类

m(kN/m4)

流塑的粘性土1000～2000软塑的粘性土、松散的粉砂土和砂土2000～4000可塑的粘性土、稍密～中密的粉性土和砂土

4000～6000竖硬的粘性土、密实的粉性土、砂土

6000～10000水泥土搅拌桩加固，置换率>25%

水泥掺量<8%2000～4000水泥掺量>12%4000～6000④支撑或或锚碇碇与围围檩体体系的的结构构内力力、变变形和和稳定定性计计算；；⑤支护结结构的的构件件截面面强度度和节节点构构造设设计与与计算算；⑥支撑竖竖向立立柱的的结构构内力力、变变形和和稳定定性计计算；；⑦围护墙墙结构构兼作作工程程主体体结构构时，，尚应应按照照主体体结构构设计计所遵遵循的的规范范，验验算长长期荷荷载作作用时时的结结构内内力和和变形形等。。2.重力式式挡墙墙（水水泥土土围护护结构构）强度以以龄期期一月月的无无侧限限抗压压强度度为标标准，，不低低于0.8MPa。以下下所列列安全全系数数适用用于二二级工工程，，对一一级工工程应应乘以以1.2系数，，三级级工程程乘以以0.9系数。。重力式式挡墙墙破坏坏的四四种模模式：：a.水平滑滑移破破坏b.倾覆破破坏c.整体滑滑移破破坏d.桩身弯弯曲破破坏①整体稳稳定性性验算算安全系系数最最小的的滑弧弧面，，其值值应不不小于于KZ＝1.0。②抗渗验验算；；当墙底底为砂砂土、、砂质质粉土土或有有明显显的砂砂性土土夹层层时取取KS＝3.0，其它它土层层取KS＝2.0。③抗水平平滑移移、抗抗倾覆覆稳定定性验验算KQ＝1.1，基坑坑边长长不大大于20m时，KQ＝1.0KHL＝1.2，基坑坑边长长不大大于20m时，KHL＝1.0④墙体坑坑底截截面处处的应应力验验算⑤受谷仓仓土压压力条条件限限制的的格栅栅断面面尺寸寸的验验算⑥围护结结构墙墙顶水水平位位移计计算。。1.复合土土钉墙墙参照中中华人人民共共和国国行业业标准准《建筑基基坑支支护技技术规规程》JGJ120－99。①土钉抗抗拉承承载力力计算算；单根土土钉抗抗拉承承载力力计算算；单根土土钉受受拉荷荷载标标准值值计算算。②土钉墙墙整体体稳定定性验验算；；不同工工况下下圆弧弧滑动动整体体稳定定性验验算；；单根土土钉在在圆弧弧滑裂裂面外外锚固固体与与土体体的极极限抗抗拉力力计算算。2.放坡开开挖采用简简单条条分法法进行行边坡坡稳定定性验验算。。五、基基坑支支护内内支撑撑方案案选择择1.根据支支撑材材料的的分类类按其材材料可可分为为钢支支撑、、钢筋筋混凝凝土支支撑、、钢和和钢筋筋混凝凝土的的组合合支撑撑。钢支撑撑优点：：便于于安装装和拆拆除，，材料料的消消耗量量小，，可以以施加加预紧紧力以以合理理地控控制基基坑变变形，，架设设速度度快。。缺点：：整体体刚度度较弱弱。钢筋混混凝土土支撑撑优点：：整体体刚度度好，，变形形小。。缺点：：施工工制作作时间间长于于钢支支撑，，拆除除工作作比较较繁重重，材材料的的回收收利用用率低低。2.根据支支撑平平面布布置的的分类类角撑、、对撑撑、圆圆环支支撑、、边桁桁架支支撑。。双拼H型钢支支撑：：对撑撑和角角撑结结合使使用圆环支支撑对撑和和圆环环支撑撑结合合使用用边桁架架支撑撑角撑和和圆环环支撑撑结合合使用用六、基基坑工工程的的概念念设计计与其他他岩土土工程程问题题一样样，基基坑工工程目目前仍仍然不不够完完善，，不够够成熟熟，是是经验验性很很强的的一门门学科科。完全局局限于于规范范、规规程的的设计计，在在实际际应用用中会会造成成较大大的浪浪费。。在以以往的的一些些规定定中，，对于于一些些难以以确定定的问问题往往往以以“根根据经经验确确定””而由由设计计人员员自行行确定定，这这对于于具有有丰富富经验验的设设计人人员自自然不不难解解决，，而对对于一一般设设计人人员则则难以以应用用。所所以现现在的的规范范、规规程强强调一一个唯唯一性性，即即对某某一设设计对对象，，规范范、规规程负负有提提供一一种明明确的的设计计方法法、计计算模模式、、参数数取值值的责责任，，尽管管其结结果较较有丰丰富经经验的的设计计人员员设计计结果果可能能偏于于保守守些，，但按按规范范、规规程设设计必必能保保证安安全。。另一方方面，，完全全局限限于规规范、、规程程的设设计，，在某某些特特定的的工程程情况况下，，仍会会存在在工程程不安安全的的隐患患。一项设计的的优劣成败败，设计思思想的是否否正确，有有时起决定定性的作用用。概念设设计就是一一种设计思思想。下面面就对基坑坑工程的概概念作些初初步的探讨讨。1.有效应力原原理对于饱和土土，总压力力由有效应应力和孔隙隙水压力两两部分组成成。土中的的孔隙水没没有强度，，所产生的的水压力没没有方向性性，竖向荷荷载和侧荷荷载总是相相等；土颗颗粒组成的的骨架则有有一定的强强度，所产产生的是有有效压力，，故主动土土压力系数数必定小于于1.0，被动土压压力系数必必定大于1.0。从这个概概念出发，，计算水土土压力时，，有效应力力法比总应应力法更为为合理。在在计算时，，应当采用用浮重度和和有效强度度指标c’、φ’，应进行““水土分算算”。“水土合算算”的概念念不如“水水土分算””明确。既既要合算，，就得用总总应力法。。但选用与与之配套的的强度指标标时，仍应应充分理解解有效应力力原理，采采用适当的的总应力法法强度指标标c、φ。有效应力法法的c’、φ’只有一套，，而总应力力法的c、φ有三套：不不排水剪（（UU）、固结不不排水剪（（CU）及排水剪剪（CD）。由于试试验时排水水条件不同同，试验结结果差别很很大。如果不熟悉悉有效应力力原理，选选择试验方方法时就会会陷入盲目目性。无论论应力路径径还是排水水条件，试试验条件与与现场条件件不可能完完全一致，，只能近似似地选用较较合理的方方法。从现现场条件分分析，主动动区和被动动区土体剪剪切时近似似于不排水水剪，故采采用固结不不排水剪是是安全的。。从原理分析析，“水土土分算”优优于“水土土合算”，，三轴剪优优于直剪。。但在做实实际工程时时不一定如如此，因为为实际操作作时，三轴轴试验费时时费力，对对土样质量量要求高，，对试验人人员素质要要求高，否否则试验成成果不稳定定，甚至反反而不可靠靠。“水土土分算”要要求测有效效应力指标标c’、φ’，非一般试试验室能做做好。直剪剪试验和““水土合算算”虽然合合理性方面面有所欠缺缺，但简单单易行，有有经验时也也较可靠。。1.地下水。分析基坑工工程失败的的原因可知知，直接或或间接与地地下水有关关的占大多多数。这里里主要讨论论静水压力力和地下水水运动中的的水头损失失问题。强透水性地地层具有静静水压力是是众所周知知，没有争争论的。那那么弱透水水地层有没没有静水压压力呢。其其实松散地地层中的静静水压力原原理都是相相同的，水水头或水压压，与土的的透水性是是两回事，，不能混为为一谈。在在含水层中中某一深度度设一测压压管，不管管渗透系数数的差别有有多大，水水头肯定是是相同的，，只是达到到这一水头头所需的时时间不同而而已。按达西定律律有水力梯梯度才有水水的流动，，也就是说说在渗流过过程中一定定会产生水水头损失。。由图可知，，当地下水水绕止水帷帷幕流动时时，其水压压力与静水水压力不同同。两侧水水压力抵消消后的净压压力在坑内内水位标高高处最大，，止水帷幕幕底处为零零。因此，设计计者必须牢牢牢掌握渗渗流运动的的原理，当当有稳定渗渗流时进行行流网分析析，有利于于掌握基本本概念，合合理进行地地下水控制制设计。3.从定性分析析到定量分分析基坑工程设设计时进行行计算是不不可缺少的的，但也不不能盲目相相信计算。。应从定性性的概念分分析入手，，抓住关键键问题，在在定性分析析的基础上上进行定量量分析。单单纯定量计计算的不可可靠有计算算模型过分分简化的原原因，也有有计算参数数不可靠的的原因。①Coulomb和Rankine土压力理论论。应用Coulomb理论和Rankine理论时，必必须清醒地地知道其假假设条件，，必须知道道这些条件件与工程实实际有哪些些不一致的的地方。例例如：a.不论Coulomb还是Rankine，建立土压压力理论时时，都是用用于重力式式挡墙。都都是先筑墙墙，再在墙墙背后填土土〔一般为无粘粘性土〕；而现在的的基坑工程程，则是在在土中筑墙墙或桩，再再开挖卸荷荷，墙背后后是原状土土。无论支支挡结构的的型式、土土的性质、、施工次序序、土中应应力路径都都有很大不不同。b.Coulomb-Ranbine理论假定，，破裂面是是平面，破破坏土契是是刚体，这这与实际情情况出入较较大。Coulomb-Ranbine假定的墙无无限长，是是平面问题题，而基坑坑工程是空空间问题，，在基坑转转角处误差差较大。c.无论主动土土压力还是是被动土压压力，都需需要一定的的位移量才才能达到，，而过大的的位移量对对工程又是是不容许的的。达到主主动土压力力状态的位位移量约（（0.001～0.01）H，达到被动动土压力状状态的位移移量约（0.02～0.06）H。实际动用用的土压力力一般为静静止与主动动之间或静静止也被动动之间土压压力。d.桩墙在土压压力作用下下变形，土土压力重分分布。土压压力的分布布与桩墙刚刚度、支撑撑刚度有关关。对于刚刚度大的悬悬臂式桩墙墙，浅部桩桩土位移不不同步，桩桩与土体间间有缝隙，，土压力的的重心下移移。刚性转转动使桩墙墙在某深度度处发生转转动，转动动点以上，，墙后是主主动土压力力，墙前是是被动与静静止土压力力之间；转转动点以下下，墙前是是主动土压压力，墙后后是被动与与静止土压压力之间。。由上可知，，Coulomb-Rankine土压力理论论与基坑工工程的实际际出入相当当大，是很很容易理解解的。如果果设计得对对这些概念念是清楚的的，就不会会过分相信信计算结果果了。②土性对土压压力的影响响：流变、、非饱和土土从计算公式式看，土压压力的大小小似乎只与与土的重度度和土的抗抗剪强度指指标有关，，其实要复复杂得多。。例如软土的的流变性质质。它的变形和和强度都随随时间而变变化。在相相当小的剪剪切应力作作用下，虽虽不增加应应力，变形形可长期发发展，是其其蠕变特性性；变形速速率是应力力的函数，，是其粘滞滞特性；变变形恒定，，应力随