深基坑工程讲义九

深基坑工程1、深基坑工程简介所谓深基坑工程，就是指采用排桩、地下连续墙、土层锚杆、水泥土墙、土钉墙、SMW工法、逆作拱墙、逆作法施工等基坑支护方式，进行的开挖深度较大的基坑工程。1、深基坑工程简介深基坑支护措施支护型将支护结构作为受力构件加固型利用支护结构加固土体强度混合型支护结构兼有受力和加固功能一是挡土二是止水排桩地下连续墙土层锚杆水泥土墙土钉墙板桩墙逆作拱墙树根桩高压旋喷桩注浆2、支护结构方案选择支护结构类型结构形式适用范围排桩结构稀疏排桩连续排桩框架式排桩土质较好，地下水位低或降水效果好土质差，地下水位高或降水效果差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加水泥搅拌桩排桩加水泥防渗墙排桩桩距较大，利用挡板传递土压，并防渗水泥搅拌桩墙传递土压，具有较好防涌效果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大，排桩或组合排桩无法满足强度地下连续墙结构防渗强，施工场地小，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的软土地区必要时应设置为闭合结构，或在转角处设置斜撑，以增加支护结构整体性。2、支护结构方案选择支撑体系支撑体系由支撑、围檩、立柱三部分组成。斜角撑适用于平面尺寸不大的矩形平面基坑；他的开挖土方空间较大，变形控制要求不高。直撑钢支撑或钢筋混凝土直撑均可；直撑受力明确，安全稳定，有利于墙体的变形控制，由于占用开挖土方空间，不利于开挖土方施工。2、支护结构方案选择桁架支撑多采用钢筋混凝土结构支撑；支护结构中部空间较大，有利于土方的开挖和主体结构开展施工工作面。多采用钢筋混凝土结构支撑；支撑体系整体受力条件较好；支护结构中部空间较大，有利于土方的开挖和主体结构开展施工工作面。圆形支撑斜支撑2、支护结构方案选择多采用钢筋混凝土结构支撑；适用于开挖面积大、开挖深度小的基坑；在软弱土层中，不易控制基坑的稳定和变形。多采用锚杆与锚板结合；适用于土层承载力较高和地质条件较好的基坑场地环境；有利于土方的开挖和主体结构开展施工工作面。斜拉锚杆3、支护结构上的作用土压力作用于支护结构上的作用主要有土压力和水压力。作用于支护结构上的土压力与挡土墙结构上的土压力作用相同（挡土墙也是一种支护结构）。土压力分为：主动土压力、静止土压力、被动土压力要分析土压力，就必须先了解土中应力土中应力的组成：1、由土体自重引起的自重应力；2、由建筑物荷载在地基土体中引起的附加应力；3、水在孔隙中流动产生的渗透应力；4、由地震或其他振动荷载在土体中引起的振动应力。3、支护结构上的作用对于单一土层：对于多层土层：对于地下水位以下土层：土中应力的计算3、支护结构上的作用朗肯主动土压力的计算粘性土主动土压力强度：无粘性土主动土压力强度：主动土压力=主动土压力强度包围面积；作用点为强度面积形心处。3、支护结构上的作作用朗肯被动土压力的的计算粘性土被动土压力力强度：无粘性土被动土压压力强度：被动土压力=被动土压力强度包围面积；作用点为强度面面积形心处。3、支护结构上的作作用填土表面有连续均均布荷载情况下土土压力的计算1、将均布荷载等效效成同重度假象土土层2、按（等效土层+原土层）计算强度度3、计算土压力并确确定作用点3、支护结构上的作作用填土表面有局部均均布荷载情况下土土压力的计算1、按无荷载下的情情况实际计算强度度3、从局部均布荷载载两端开始确定局局部荷载强度影响响区；并按一定角角度反射到墙背及及强度面积上；然然后局部累加土压压力强度2、计算局部荷载的的土压力强度3、支护结构上的作作用支护结构承受的土土压力根据朗肯-库伦土压力理论确确定，土的粘聚力力c、内摩擦角ψ则根据地质勘察报报告确定，而且要要根据规定适当调调整：1、在井点降低地下下水范围内，当地地面有排水和防渗渗措施时，ψ值可提高20%；2、在井点降水土体体固结的条件下，，可考虑土与支护护结构间侧摩阻力力影响，将土的粘粘聚力c提高20%。土压力的计算值与与实测值之间存在在一定差异朗肯土压力朗肯土压力实测值实测值3、支护结构上的作作用水压力水压力就是土颗粒粒之间的孔隙水压压力，它与支护结结构刚度及支撑力力无关，仅与地下下水的补给量、土土质类别、支护结结构入土深度、排排水处理方法等因因素有关。粘性土：计算侧压力时采用用水土合算的方法实际情况下，必须须根据土质情况切切实考虑水压力对对侧压力的影响。。砂性土：计算侧压力时采用用水土分算的方法土体透水性差土体透水性好4、排桩与地下连续续墙——悬臂式支护结构排桩与地下连续墙墙是常用的基坑支支护结构，根据受受力情况可分为悬悬臂式支护结构、、单层支撑支护结结构、多层支撑支支护结构。1、计算支护结构土侧压力2、求解支护结构嵌嵌固深度注：以结构底部为为点求矩4、排桩与地下连续续墙——悬臂式支护结构3、求支护结构剪力力零点4、求支护结构最大大弯矩注：以剪力零点为为点取矩按剪力零点以上主主动土压力与被动动土压力相等（主动土压力强度度面积与被动土压压力强度面积相等等）时求解剪力零点位位置。注意：梯形图要分分解求值确定形心心4、排桩与地下连续续墙——悬臂式支护结构5、配筋计算配筋应按支护结构构弯矩图选用，当当地质条件复杂时时，可按最大弯矩矩断面配筋布置全全长。6、支护结构顶端水水平位移剪力零点至基坑底部距离最大弯矩以下支护结构下段在剪力零点的水平位移支护结构上段柔性变形值最大弯矩以下支护结构下段转角基坑底部以上支护结构长度4、排桩与地下连续续墙——单层支撑支护结构构单层支撑支护结构构通常采用“等值值梁法”计算。反弯点反弯点（弯矩零点点）如何确定？对于单锚或单撑支支护结构，其支护护结构固端剪力零点与反弯点接近；为为简化计算，故通通常选取下段剪力力零点作为支护结结构计算的反弯点点。通常将支护结构的的嵌固端作为固定定端分析。注意固端剪力零点是以支护结构嵌固固端为计算单元4、排桩与地下连续续墙——单层支撑支护结构构“等值梁法”计算算过程1、求支护结构反弯弯点从支护结构嵌固端端开始，按主动土土压力与被动土压压力相等（主动土压力强度度面积与被动土压压力强度面积相等等）时求解反弯点。2、求支护结构支承承点力注：以反弯点上段段为计算单元，以以反弯点为点取矩矩4、排桩与地下连续续墙——单层支撑支护结构构3、求支护结构嵌固固深度4、计算内力并配筋筋按以上计算结果绘绘制支护结构弯矩矩图，配筋应按支支护结构弯矩图选选用，当地质条件件复杂时，可按最最大弯矩断面配筋筋布置全长。同样需要满足4、排桩与地下连续续墙——单层支撑支护结构构求解支护结构“反反弯点”的简易方方法按照“相似三角形形”原理求解4、排桩与地下连续续墙——多层支撑支护结构构对于基坑较深，地地质较差，用单层层支撑支护结构不不能满足支护结构构稳定与强度要求求时，需采用多层层支撑支护结构。。多层支撑支护结构构同样采用“等值值梁法”计算。5、土层锚杆——概述土层锚杆是一种埋埋入土层深部的受受拉杆件，一端与与构筑物相连，另另一端锚固在土层层中，通常对其施施加预应力，以承承受由土压力、水水压力或活荷载产产生的拉力，用以以维护构筑物的稳稳定。地下室抗浮主要用途深基坑支挡5、土层锚杆——概述锚杆类型应用领域斜坡挡土5、土层锚杆——概述滑坡治理边坡稳定锚固挡墙基坑土体5、土层锚杆——抗拔受力机理土层锚杆以主动滑滑动面为界，分为为锚固段和非锚固段（自由段段）。施工工艺主动滑动面土层锚杆受力传递递途径拉力作用杆端拉力传递杆体杆体与锚固段水泥泥砂浆锚固体之间间产生握裹力锚固体与土层孔壁壁之间产生摩阻力土层孔壁壁传力给给锚固土土层土层滑动动面产生生抗剪力力5、土层锚锚杆——抗拔受力力机理土层锚杆杆抗拔作作用满足足条件1、锚杆本本身具有有足够截截面强度度足以承承受拉力力；2、水泥砂砂浆锚固固体对锚锚杆的握握裹力足足以承受受拉力；；3、锚固段段锚孔土土层对锚锚固体的的摩阻力力足以承承受拉力力；4、锚固土土体在最最不利条条件下应应能保持持整体稳稳定性。。抗拔作用用决定因因素不同的地地质条件件、基坑坑深度、、构筑物物形式都都对抗拔拔作用有有不同的的影响。。根本因素素：锚杆本身身具有足足够截面面强度足足以承受受拉力；；对于岩层层嵌固锚锚杆，抗抗拔力取取决于水水泥砂浆浆锚固体体与锚杆杆之间的的握裹力对于土层层嵌固锚锚杆，抗抗拔力取取决于锚锚固体与与锚固土土体之间间的极限摩阻阻力对于高层层锚杆，，抗拔力力取决于于锚固土土体的整体稳定定性（土土体抗剪剪强度））5、土层锚锚杆——锚杆设计计1、计算锚锚杆杆端端承载力力安全等级级一级及及缺乏经经验的二二级基坑坑，以锚锚杆试验验值除以以抗力分分项系数数确定：：2、确定锚锚杆轴向向承载力力安全等级级二级及及有临近近工程经经验基坑坑，以锚锚杆验收收值确定定：安全等级级三级基基坑，同同样以锚锚杆验收收值确定定对于塑性性指数大大于17的粘性土土层，锚锚杆要进进行蠕变变试验极限摩阻力标准值锚固体的扩孔直径锚固体的直孔直径3、计算锚锚杆杆体体截面积积5、土层锚锚杆——锚杆设计计4、计算锚锚杆自由由段长度度5、确定锚锚杆预加加应力值值根据地层层条件及及支护结结构变形形要求，，宜取锚锚杆轴向向承载力力的0.5~0.65倍锚杆杆端至坑底以下坑壁内侧抗力标准值与外侧荷载标准值相等处的距离5、土层锚锚杆——锚杆布置置原则1、为了不不使锚杆杆引起地地面隆起起，最上上层锚杆杆应有必必要覆土土厚度，，即锚杆杆轴向承承载力的的竖向分分力不得得大于覆覆土土层层重量。。一般要要求上覆覆土层厚厚度不得得小于4.0m。2、锚杆的的布置层层数应计计算确定定，上下下两层锚锚杆布置置位置之之间的竖竖向间距距不宜小小于2.5m，锚杆布布置位置置之间的的横向间间距不宜宜小于2.0m；如果按按施工要要求需要要密集布布置，应应降低单单根锚杆杆的轴向向承载力力。3、锚杆与与水平面面的夹角角一般为为向下倾倾斜至少少13o，以便利利于灌注注水泥砂砂浆，但但也不得得大于45o，一般根根据地层层情况选选择在15o~35o范围内选选定，以以便于使使锚固段段位置处处于有利利于锚固固土层整整体稳定定的土层层中。6、水泥土土墙——概述水泥土墙墙是由水水泥土搅搅拌桩排排列组合合搭接而而成的墙墙体支护护结构。。水泥土搅搅拌桩是是用搅拌拌机将水水泥与地地基土拌拌合后，，回填至至挖土区区，从而而达到加加固土体体的目的的。水泥土搅搅拌桩施施工工艺艺水泥土搅搅拌桩挡挡土结构构优点1、具有良良好抗渗渗性，不不需辅助助井点降降水；2、具有良良好经济济性，施施工技术术要求低低，工程程成本低低；3、具有良良好环保保性，施施工期间间基本无无排污，，无振动动和噪声声的影响响。6、水泥土土墙——概述水泥土搅搅拌桩搭搭接布置置形式柱式正方形排列三角形排列块式壁式无肋带肋格栅式拱式6、水泥土土墙——土墙设计计1、计算土土侧压力力2、抗滑移移稳定性性验算3、抗倾覆覆稳定性性验算对于被动动土压力力要将梯梯形分解解表示，，便于下下面计算算步骤的的方便。。抗倾覆验验算以土土墙前墙墙趾为倾倾覆点6、水泥土土墙——土墙设计计如果存在在地表荷荷载，也也需计算算在内。。4、地基稳稳定性验验算地基稳定定性参考考《建筑地基基基础设设计规范范》，采用圆圆弧滑动动面法验验算。对对于深埋埋的挡墙墙基础，，如果能能够满足足抗滑移移和抗倾倾覆验算算要求，，一般都都能满足足地基稳稳定性要要求，可可不必验验算。6、水泥土土墙——土墙设计计5、墙身应应力验算算墙身应力力验算以以基坑坑坑底为验验算平面面通常采用用简化验验算方式式7、土钉墙墙——概述土钉墙是是由被加加固土体体、土钉钉体、喷喷射混凝凝土面板板组成的的重力式式挡土墙墙。（以土挡挡土）土钉是一一种简易易锚杆，，通常通通过钻孔孔、插筋筋、注浆浆来设置置，俗称称砂浆锚锚杆。其其施工工工艺与锚锚杆施工工工艺相相同。应用领域域竖井挡墙托换基础斜坡挡土斜面稳定斜面护坡7、土钉墙墙——土钉设计计计算过程程与土层层锚杆相相似，参参考课本本内容构造要求求1、土钉墙墙墙面坡坡度不宜宜＞1：0.1；2、土钉必必须和面面层有效效连接，，应设置置承压板板或加强强钢筋措措施，承承压板或或加强钢钢筋应与与土钉螺螺栓连接接或与钢钢筋焊接接；3、土钉的的长度宜宜为开挖挖深度的的0.5~1.2倍，间距距宜为1~2m，与水平平面夹角角宜为5°~20°；4、土钉钢钢筋宜采采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋，，钢筋直直径宜为为16~32mm，钻孔直直径宜为为70~120mm；5、注浆材材料宜采采用水泥泥浆或水水泥砂浆浆，其强强度等级级不宜＜M10；6、喷射混混凝土面面层宜配配置钢筋筋网，钢钢筋直径径宜为6~10mm，间距宜宜为150~300mm；混凝土土等级不不宜＜C20，面层厚厚度不宜宜＜80mm；7、坡面上上下段钢钢筋网搭搭接长度度应＞300mm。7、土钉墙墙——工程实际际土钉墙成成孔7、土钉墙墙——工程实际际土钉墙插插筋、挂钢丝丝网7、土钉墙墙——工程实际际土钉墙主主筋焊接接7、土钉墙墙——工程实际际土钉墙孔孔内灌浆浆7、土钉墙墙——工程实际际土钉墙孔孔内灌浆浆完毕7、土钉墙墙——工程实际际土钉墙墙墙面喷浆浆7、土钉墙墙——工程实际际土钉墙施施工完毕毕8、SMW工法——概述SMW工法挡土土墙是由由水泥搅搅拌桩挡挡土墙发发展而来来，即在在水泥土土搅拌桩桩挡土墙墙中插入入型钢，，形成劲劲性复合合围护结结构。按照型钢钢配置方方式划分分截面形形式全位“满堂”全位“1隔1”全位“1隔2”半位“满堂”半位“1隔1”8、SMW工法——概述截面形式式适用范范围“半位”布布置充分分利用两两种材料料（型钢钢与水泥泥土体））的特性性，即型型钢的抗抗拉性和和水泥土土体的抗抗压性，，受力比比较合理理（类似似于钢筋筋混凝土土构件））；尤其其水泥土土体参与与抵抗变变形的贡贡献较大大，但是是截面的的整体刚刚度较小小，比较较适合于于负弯矩矩较小的的场合。。“全位”布置较较少充分利用用两种材料的的特性，截面面的整体刚度度大，结构布布置对称，抗抗弯能力大，，但是用钢量量较大。优先选用结构优点构造简单工艺简单止水性好可用于地下水水位较浅场地地刚度较大材料配置合理理成本较低型钢插入深度度小于水泥土土体深度型钢可重复利利用8、SMW工法——结构设计型钢净间距的的确定SMW工法挡墙结构构中的水泥土土体在型钢的的支点作用下下，基本是水水平向受力构构件。如果型型钢间距较大大，相对应的的土侧压力就就大，那么型型钢的挠度变变化就较大，，这时型钢之之间的水泥土土体除了受到到剪力、轴力力作用外，还还受到弯曲作作用。由于水水泥土体的抗抗拉强度较小