T基坑支护设计-教学

基坑支护设计基坑支护设计一、基坑工程的分级二、基坑围护设计的内容及需考虑的荷载

三、支护体系的方案比较和选型

四、基坑支护的计算五、基坑支护内支撑方案选择六、基坑工程的概念设计七、工程设计实例随着上海城市建设的迅猛发展，城市用地日趋紧张，地下空间的开发利用及高层建筑深基础施工都在地面以下一定深度工作。建筑基坑支护技术是创造安全可靠的地下施工空间必不可少的一项技术。基坑工程按重要性分级。一级：支护结构作为主体结构的一部分时；基坑开挖深度大于、等于10米时；距基坑边两倍开挖深度范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护时。三级：开挖深度小于7米，且周围环境无特别要求时。二级：除一级与三级外。

基坑工程设计安全系数，由基本安全系数和附加安全系数的乘积组成。基本安全系数由计算模型本身给定，而附加安全系数根据基坑重要性确定。二、基坑围护设计的内容

及需考虑的荷载：

（一）设计内容

1.

支护体系的方案比较和选型；2.

支护结构的强度和变形计算；3.

基坑内外土体的稳定性计算；4.

围护墙的抗渗验算；5.

降水要求；6.

确定挖土工况；7.

确定环境保护的要求和监测内容等。（二）需考虑的荷载

1.

水土压力；侧压力等于土压力和水压力之和。有工程经验时，可按水土合算计算侧压力。2.

一般地面超载；一般为20KN/m2的均面荷载。3.

影响区范围内建筑、构筑物荷载；4.

施工荷载以及邻近基础施工的影响，如打桩、基坑开挖等。三、支护体系的方案比较和选型

1.

板式支护体系地下连续墙（钢筋混凝土板桩等）目前在基坑工程中应用的地下连续墙有以下几种形式：壁板式T形及Л形地下连续墙格形地下连续墙地下连续墙槽段接头形式，有以下几种：使用接头管做成的接头用隔板做成的接头用预制件作接头采用接头箱做成接头钢板止水式接头钢筋焊接接头钻孔灌注桩（人工挖孔桩、树根桩等）SMW工法（劲性水泥土地下墙）钢板桩

2.

重力式挡墙（干喷、湿喷）3.

复合土钉墙4.放坡开挖5.与主体地下结构相结合的支护结构――逆作法

利用主体地下结构的梁板作为围护结构的内支撑，且支护结构的围护墙一般与主体地下室的外墙相结合。应预估围护结构和主体结构基础沉降的适应性；另外在地下室浇筑钢筋混凝土底板之前，地面上的上部结构允许施工的层数要经计算确定。四、支护护结构的的计算1.板式支护护体系①基坑底部部土体的的抗隆起起稳定性性和抗渗渗流或抗抗管涌稳稳定性验验算a.验算围护护墙底地地基承载载力；KWZ＝2.5（一级基基坑）2.0（二级基基坑）1.7（三级基基坑）b.验算基坑坑底部土土体的抗抗隆起稳稳定性KL＝2.5（一级基基坑）2.0（二级基基坑）1.7（三级基基坑）c.围护墙底底部土体体的抗渗渗流或抗抗管涌稳稳定性KS＝1.5～2.0基坑底为为砂性土土、砂质质粉土或或粘性土土与粉性性土中有有明显薄薄层粉砂砂夹层时时取大值值。d.基坑开挖挖面以下下有承压压水时，，验算基基坑底部部土的抗抗承压水水头的稳稳定性Ky＝1.05②围护墙结结构的抗抗倾覆稳稳定性验验算KQ＝1.20（一级基基坑）1.10（二级基基坑）1.05（三级基基坑）③围护墙结结构的内内力和变变形计算算采用竖向向弹性地地基梁的的基床系系数法。。计算时时应考虑虑支撑或或锚碇点点的位移移、施工工工况及及支撑刚刚度等对对结构内内力与变变形的影影响。内支撑的的压缩弹弹簧系数数作用在围围护墙上上的水土土压力开挖面以以下，水水平弹簧簧支座和和垂直弹弹簧支座座的压缩缩弹簧刚刚度KH＝kHbhKV＝kVbh开挖面以以下三角角形区的的水平向向基床系系数KH＝mz水平向基基床系数数沿深度度增大的的比例系系数m可根据土土性，参参照下表表采用地基土分类

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支撑或锚锚碇与围围檩体系系的结构构内力、、变形和和稳定性性计算；；⑤支护结构构的构件件截面强强度和节节点构造造设计与与计算；；⑥支撑竖向向立柱的的结构内内力、变变形和稳稳定性计计算；⑦围护墙结结构兼作作工程主主体结构构时，尚尚应按照照主体结结构设计计所遵循循的规范范，验算算长期荷荷载作用用时的结结构内力力和变形形等。2.重力式挡挡墙（水水泥土围围护结构构）强度以龄龄期一月月的无侧侧限抗压压强度为为标准，，不低于于0.8MPa。以下所所列安全全系数适适用于二二级工程程，对一一级工程程应乘以以1.2系数，三三级工程程乘以0.9系数。重力式挡挡墙破坏坏的四种种模式：：a.水平滑移移破坏b.倾覆破坏坏c.整体滑移移破坏d.桩身弯曲曲破坏①整体稳定定性验算算安全系数数最小的的滑弧面面，其值值应不小小于KZ＝1.0。②抗渗验算算；当墙底为为砂土、、砂质粉粉土或有有明显的的砂性土土夹层时时取KS＝3.0，其它土土层取KS＝2.0。③抗水平滑滑移、抗抗倾覆稳稳定性验验算KQ＝1.1，基坑边边长不大大于20m时，KQ＝1.0KHL＝1.2，基坑边边长不大大于20m时，KHL＝1.0④墙体坑底底截面处处的应力力验算⑤受谷仓土土压力条条件限制制的格栅栅断面尺尺寸的验验算⑥围护结构构墙顶水水平位移移计算。。1.复合土钉钉墙参照中华华人民共共和国行行业标准准《建筑基坑坑支护技技术规程程》JGJ120－99。①土钉抗拉拉承载力力计算；；单根土钉钉抗拉承承载力计计算；单根土钉钉受拉荷荷载标准准值计算算。②土钉墙整整体稳定定性验算算；不同工况况下圆弧弧滑动整整体稳定定性验算算；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。。另一方面面，完全全局限于于规范、、规程的的设计，，在某些些特定的的工程情情况下，，仍会存存在工程程不安全全的隐患患。一项设计计的优劣劣成败，，设计思思想的是是否正确确，有时时起决定定性的作作用。概概念设计计就是一一种设计计思想。。下面就就对基坑坑工程的的概念作作些初步步的探讨讨。1.有效应力力原理对于饱和和土，总总压力由由有效应应力和孔孔隙水压压力两部部分组成成。土中中的孔隙隙水没有有强度，，所产生生的水压压力没有有方向性性，竖向向荷载和和侧荷载载总是相相等；土土颗粒组组成的骨骨架则有有一定的的强度，，所产生生的是有有效压力力，故主主动土压压力系数数必定小小于1.0，被动土土压力系系数必定定大于1.0。从这个个概念出出发，计计算水土土压力时时，有效效应力法法比总应应力法更更为合理理。在计计算时，，应当采采用浮重重度和有有效强度度指标c’、φ’，应进行行“水土土分算””。“水土合合算”的的概念不不如“水水土分算算”明确确。既要要合算，，就得用用总应力力法。但但选用与与之配套套的强度度指标时时，仍应应充分理理解有效效应力原原理，采采用适当当的总应应力法强强度指标标c、φ。有效应力力法的c’、φ’只有一套套，而总总应力法法的c、φ有三套：：不排水水剪（UU）、固结结不排水水剪（CU）及排水水剪（CD）。由于于试验时时排水条条件不同同，试验验结果差差别很大大。如果不熟熟悉有效效应力原原理，选选择试验验方法时时就会陷陷入盲目目性。无无论应力力路径还还是排水水条件，，试验条条件与现现场条件件不可能能完全一一致，只只能近似似地选用用较合理理的方法法。从现现场条件件分析，，主动区区和被动动区土体体剪切时时近似于于不排水水剪，故故采用固固结不排排水剪是是安全的的。从原理分分析，““水土分分算”优优于“水水土合算算”，三三轴剪优优于直剪剪。但在在做实际际工程时时不一定定如此，，因为实实际操作作时，三三轴试验验费时费费力，对对土样质质量要求求高，对对试验人人员素质质要求高高，否则则试验成成果不稳稳定，甚甚至反而而不可靠靠。“水水土分算算”要求求测有效效应力指指标c’、φ’，非一般般试验室室能做好好。直剪剪试验和和“水土土合算””虽然合合理性方方面有所所欠缺，，但简单单易行，，有经验验时也较较可靠。。1.地下水。。分析基坑坑工程失失败的原原因可知知，直接接或间接接与地下下水有关关的占大大多数。。这里主主要讨论论静水压压力和地地下水运运动中的的水头损损失问题题。强透水性性地层具具有静水水压力是是众所周周知，没没有争论论的。那那么弱透透水地层层有没有有静水压压力呢。。其实松松散地层层中的静静水压力力原理都都是相同同的，水水头或水水压，与与土的透透水性是是两回事事，不能能混为一一谈。在在含水层层中某一一深度设设一测压压管，不不管渗透透系数的的差别有有多大，，水头肯肯定是相相同的，，只是达达到这一一水头所所需的时时间不同同而已。。按达西定定律有水水力梯度度才有水水的流动动，也就就是说在在渗流过过程中一一定会产产生水头头损失。。由图可知知，当地地下水绕绕止水帷帷幕流动动时，其其水压力力与静水水压力不不同。两两侧水压压力抵消消后的净净压力在在坑内水水位标高高处最大大，止水水帷幕底底处为零零。因此，设设计者必必须牢牢牢掌握渗渗流运动动的原理理，当有有稳定渗渗流时进进行流网网分析，，有利于于掌握基基本概念念，合理理进行地地下水控控制设计计。3.从定性分分析到定定量分析析基坑工程程设计时时进行计计算是不不可缺少少的，但但也不能能盲目相相信计算算。应从从定性的的概念分分析入手手，抓住住关键问问题，在在定性分分析的基基础上进进行定量量分析。。单纯定定量计算算的不可可靠有计计算模型型过分简简化的原原因，也也有计算算参数不不可靠的的原因。。①Coulomb和Rankine土压力理理论。应用Coulomb理论和Rankine理论时，，必须清清醒地知知道其假假设条件件，必须须知道这这些条件件与工程程实际有有哪些不不一致的的地方。。例如：：a.不论Coulomb还是Rankine，建立土土压力理理论时，，都是用用于重力力式挡墙墙。都是是先筑墙墙，再在在墙背后后填土〔一般为无无粘性土土〕；而现在在的基坑坑工程，，则是在在土中筑筑墙或桩桩，再开开挖卸荷荷，墙背背后是原原状土。。无论支支挡结构构的型式式、土的的性质、、施工次次序、土土中应力力路径都都有很大大不同。。b.Coulomb-Ranbine理论假定定，破裂裂面是平平面，破破坏土契契是刚体体，这与与实际情情况出入入较大。。Coulomb-Ranbine假定的墙墙无限长长，是平平面问题题，而基基坑工程程是空间间问题，，在基坑坑转角处处误差较较大。c.无论主动动土压力力还是被被动土压压力，都都需要一一定的位位移量才才能达到到，而过过大的位位移量对对工程又又是不容容许的。。达到主主动土压压力状态态的位移移量约（（0.001～0.01）H，达到被动土土压力状态的的位移量约（（0.02～0.06）H。实际动用的的土压力一般般为静止与主主动之间或静静止也被动之之间土压力。。d.桩墙在土压力力作用下变形形，土压力重重分布。土压压力的分布与与桩墙刚度、、支撑刚度有有关。对于刚刚度大的悬臂臂式桩墙，浅浅部桩土位移移不同步，桩桩与土体间有有缝隙，土压压力的重心下下移。刚性转转动使桩墙在在某深度处发发生转动，转转动点以上，，墙后是主动动土压力，墙墙前是被动与与静止土压力力之间；转动动点以下，墙墙前是主动土土压力，墙后后是被动与静静止土压力之之间。由上可知，Coulomb-Rankine土压力理论与与基坑工程的的实际出入相相当大，是很很容易理解的的。如果设计计得对这些概概念是清楚的的，就不会过过分相信计算算结果了。②土性对土压力力的影响：流流变、非饱和和土从计算公式看看，土压力的的大小似乎只只与土的重度度和土的抗剪剪强度指标有有关，其实要要复杂得多。。例如软土的流流变性质。它的变形和强强度都随时间间而变化。在在相当小的剪剪切应力作用用下，虽不增增加应力，变变形可长期发发展，是其蠕蠕变特性；变变形速率是应应力的函数，，是其粘滞特特性；变形恒恒定，应力随随时间减小，，是其应力松松弛特性；在在长期受荷条条件下，强度度随时间而改改变，是其长长期强度特性性。刘建航院士根根据流变理论论和工程经验验，研究了软软土基坑的时时空效应。他他