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、支护结构的计算

1.

板式支护体系①

基坑底部土体的抗隆起稳定性和抗渗流或抗管涌稳定性验算a.

验算围护墙底地基承载力；KWZ＝2.5（一级基坑）2.0（二级基坑）1.7（三级基坑）b.

验算基坑底部土体的抗隆起稳定性KL＝2.5（一级基坑）2.0（二级基坑）1.7（三级基坑）c.

围护墙底部土体的抗渗流或抗管涌稳定性KS＝1.5～2.0基坑底为砂性土、砂质粉土或粘性土与粉性土中有明显薄层粉砂夹层时取大值。d.

基坑开挖面以下有承压水时，验算基坑底部土的抗承压水头的稳定性Ky＝1.05②

围护墙结构的抗倾覆稳定性验算KQ＝1.20（一级基坑）1.10（二级基坑）1.05（三级基坑）③

围护墙结构的内力和变形计算采用竖向弹性地基梁的基床系数法。计算时应考虑支撑或锚碇点的位移、施工工况及支撑刚度等对结构内力与变形的影响。内支撑的压缩弹簧系数

作用在围护墙上的水土压力开挖面以下，水平弹簧支座和垂直弹簧支座的压缩弹簧刚度KH＝kHbhKV＝kVbh开挖面以下三角形区的水平向基床系数KH＝mz水平向基床系数沿深度增大的比例系数m

可根据土性，参照下表采用地基土分类

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

支撑或锚碇与围檩体系的结构内力、变形和稳定性计算；⑤

支护结构的构件截面强度和节点构造设计与计算；⑥

支撑竖向立柱的结构内力、变形和稳定性计算；⑦

围护墙结构兼作工程主体结构时，尚应按照主体结构设计所遵循的规范，验算长期荷载作用时的结构内力和变形等。2.

重力式挡墙（水泥土围护结构）

强度以龄期一月的无侧限抗压强度为标准，不低于0.8MPa。以下所列安全系数适用于二级工程，对一级工程应乘以1.2系数，三级工程乘以0.9系数。重力式挡墙破坏的四种模式：a.水平滑移破坏b.倾覆破坏c.整体滑移破坏d.桩身弯曲破坏①

整体稳定性验算安全系数最小的滑弧面，其值应不小于KZ＝1.0。②

抗渗验算；当墙底为砂土、砂质粉土或有明显的砂性土夹层时取KS＝3.0，其它土层取KS＝2.0。③抗水平滑吩移、抗倾散覆稳定性努验算KQ＝1.锹1，基燃坑边长景不大于牛20m嗽时，KQ＝1.回0KHL＝1.掌2，基毯坑边长味不大于彼20m免时，KHL＝1.0④墙体坑骄底截面果处的应我力验算⑤受谷仓土稀压力条件锐限制的格旨栅断面尺委寸的验算⑥围护结构彼墙顶水平约位移计算哄。1.复合土钉肃墙参照中守华人民依共和国茄行业标客准《建饱筑基坑桂支护技秀术规程事》JG剧J12斯0－9妖9。①土钉抗拉烤承载力计汁算；单根土找钉抗拉丈承载力拳计算；单根土舟钉受拉秀荷载标倡准值计恭算。②土钉墙整状体稳定性油验算；不同工况见下圆弧滑欲动整体稳危定性验算令；单根土钉吊在圆弧滑害裂面外锚王固体与土换体的极限绕抗拉力计旦算。2.放坡开挖采用简益单条分翅法进行申边坡稳经定性验仇算。五、基坑提支护内支兄撑方案选唇择1.根据支撑巨材料的分患类按其材敞料可分顷为钢支启撑、钢挠筋混凝蝇土支撑朽、钢和均钢筋混报凝土的球组合支题撑。钢支撑优点：便柜于安装和接拆除，材食料的消耗那量小，可齿以施加预谎紧力以合脂理地控制芽基坑变形类，架设速吃度快。缺点：整方体刚度较桥弱。钢筋混凝缸土支撑优点：久整体刚喘度好，降变形小业。缺点：匠施工制尚作时间唱长于钢抚支撑，宁拆除工戒作比较详繁重，步材料的缓回收利流用率低眨。2.根据支撑津平面布置大的分类角撑、炎对撑、织圆环支桌撑、边借桁架支亚撑。双拼H型板钢支撑：羽对撑和角思撑结合使喉用圆环支撑对撑和圆承环支撑结惨合使用边桁架支失撑角撑和闹圆环支途撑结合走使用六、基坑校工程的概不念设计与其他垒岩土工遥程问题舅一样，师基坑工粱程目前衡仍然不芒够完善盟，不够士成熟，税是经验索性很强咸的一门澡学科。完全局限泪于规范、被规程的设盆计，在实掩际应用中氏会造成较傲大的浪费对。在以往谁的一些规槐定中，对守于一些难晚以确定的家问题往往麻以“根据豆经验确定抢”而由设息计人员自刃行确定，惹这对于具亚有丰富经销验的设计冈人员自然伍不难解决身，而对于捷一般设计直人员则难巩以应用。等所以现在土的规范、改规程强调晌一个唯一喘性，即对酬某一设计耀对象，规核范、规程钢负有提供休一种明确历的设计方如法、计算线模式、参或数取值的阴责任，尽鼓管其结果雷较有丰富春经验的设惊计人员设璃计结果可老能偏于保旧守些，但涂按规范、占规程设计访必能保证口安全。另一方面僚，完全局赚限于规范希、规程的绸设计，在尖某些特定鼓的工程情唇况下，仍拴会存在工谦程不安全只的隐患。一项设员计的优偏劣成败床，设计庆思想的纷是否正愿确，有耻时起决节定性的顶作用。垄概念设惕计就是柱一种设鸦计思想券。下面愈就对基奥坑工程汽的概念代作些初炎步的探筛讨。1.有效应金力原理对于饱和炸土，总压逗力由有效伟应力和孔川隙水压力具两部分组既成。土中隙的孔隙水裕没有强度陈，所产生转的水压力畏没有方向押性，竖向辩荷载和侧续荷载总是角相等；土觉颗粒组成淹的骨架则军有一定的有强度，所来产生的是京有效压力忧，故主动村土压力系情数必定小竞于1.0锣，被动土校压力系数朵必定大于愈1.0。盲从这个概于念出发，拢计算水土筐压力时，潮有效应力钳法比总应魔力法更为玩合理。在羞计算时，冻应当采用煮浮重度和疼有效强度咐指标c’趁、φ’，酒应进行“谨水土分算扛”。“水土合壮算”的概维念不如“请水土分算扁”明确。头既要合算脾，就得用狠总应力法溪。但选用的与之配套敏的强度指联标时，仍绝应充分理窗解有效应欺力原理，识采用适当挑的总应力湿法强度指唱标c、φ另。有效应区力法的怨c’、亮φ’只捎有一套朱，而总抗应力法止的c、建φ有三衔套：不篮排水剪比（UU把）、固判结不排梨水剪（稻CU）身及排水深剪（C队D）。盾由于试牵验时排敲水条件兵不同，备试验结盟果差别佣很大。如果不熟派悉有效应捎力原理，帐选择试验席方法时就茫会陷入盲割目性。无皂论应力路吵径还是排满水条件，狼试验条件弊与现场条劣件不可能萌完全一致娃，只能近荐似地选用卷较合理的拾方法。从威现场条件面分析，主构动区和被撇动区土体剩剪切时近稳似于不排锈水剪，故脊采用固结湾不排水剪扁是安全的河。从原理下分析，案“水土熊分算”真优于“颜水土合翅算”，唇三轴剪纠优于直质剪。但示在做实智际工程滨时不一渡定如此随，因为饿实际操瓜作时，胆三轴试重验费时倍费力，惩对土样士质量要你求高，名对试验斩人员素员质要求溉高，否物则试验搏成果不脸稳定，暂甚至反宜而不可槽靠。“像水土分堤算”要分求测有事效应力践指标c枯’、φ凳’，非毁一般试临验室能访做好。应直剪试呈验和“逗水土合储算”虽锅然合理掏性方面图有所欠阁缺，但厨简单易帜行，有炸经验时阶也较可押靠。1.地下水。分析基房诚坑工程赠失败的坐原因可步知，直爱接或间属接与地漏下水有语关的占证大多数制。这里扮主要讨笼论静水场压力和峡地下水俯运动中民的水头于损失问证题。强透水性女地层具有嫩静水压力夺是众所周受知，没有亦争论的。构那么弱透鹿水地层有迈没有静水似压力呢。至其实松散逼地层中的渡静水压力歪原理都是伤相同的，滔水头或水候压，与土贯的透水性石是两回事灭，不能混绒为一谈。辣在含水层福中某一深良度设一测消压管，不怖管渗透系暑数的差别料有多大，罚水头肯定山是相同的甚，只是达眯到这一水咽头所需的怜时间不同瓜而已。按达西定晌律有水力缺梯度才有仆水的流动寨，也就是荣说在渗流壶过程中一则定会产生形水头损失暮。由图可招知，当膜地下水勺绕止水错帷幕流难动时，鞠其水压骗力与静勿水压力睡不同。貌两侧水挠压力抵励消后的陶净压力糖在坑内脉水位标疮高处最滥大，止名水帷幕火底处为屿零。因此，商设计者滑必须牢揉牢掌握织渗流运撕动的原喘理，当炉有稳定插渗流时光进行流蜂网分析巾，有利红于掌握疫基本概睁念，合于理进行溉地下水戴控制设蛾计。3.从定性兴分析到场定量分树析基坑工程躺设计时进音行计算是靠不可缺少鸦的，但也煌不能盲目痒相信计算彩。应从定缎性的概念猫分析入手牛，抓住关柴键问题，削在定性分美析的基础茫上进行定陡量分析。叠单纯定量融计算的不近可靠有计跳算模型过船分简化的哗原因，也恐有计算参当数不可靠表的原因。①Coul俭omb和园Rank域ine土控压力理论爸。应用C楚oul主omb禾理论和宰Ran念kin贱e理论锣时，必涨须清醒诵地知道氧其假设法条件，挠必须知剩道这些产条件与安工程实锻际有哪西些不一只致的地虑方。例栋如：a.不论C帐oul谦omb孕还是R赵ank晶ine挥，建立度土压力廊理论时植，都是隙用于重失力式挡秆墙。都饼是先筑既墙，再棕在墙背府后填土影〔一般棉为无粘嘱性土〕崇；而现绿在的基畜坑工程侵，则是窃在土中姑筑墙或梢桩，再疤开挖卸竟荷，墙锤背后是端原状土鬼。无论冠支挡结绒构的型骡式、土其的性质荒、施工四次序、丑土中应墙力路径嫌都有很铃大不同执。b.Coul鹅omb-更Ranb史ine理赖论假定，蛛破裂面是恢平面，破拼坏土契是队刚体，这撕与实际情车况出入较超大。Co极ulom计b-Ra垮nbin敌e假定的岸墙无限长娘，是平面姿问题，而逗基坑工程跑是空间问招题，在基俗坑转角处芽误差较大赏。c.无论主动汽土压力还们是被动土绪压力，都桑需要一定醉的位移量秆才能达到复，而过大旬的位移量辰对工程又尖是不容许盒的。达到吃主动土压仓力状态的从位移量约纷（0.0炮01～0巴.01）砍H，达到扑被动土压岂力状态的籍位移量约墙（0.0坏2～0.制06）H赚。实际动刑用的土压诉力一般为忧静止与主撤动之间或饰静止也被顺动之间土昆压力。d.桩墙在土槐压力作用凡下变形，冷土压力重岛分布。土士压力的分召布与桩墙该刚度、支帆撑刚度有椅关。对于贫刚度大的棕悬臂式桩吉墙，浅部飞桩土位移倍不同步，找桩与土体震间有缝隙颜，土压力折的重心下两移。刚性散转动使桩拴墙在某深葬度处发生守转动，转套动点以上梨，墙后是征主动土压央力，墙前晕是被动与住静止土压序力之间；透转动点以职下，墙前踩是主动土粘压力，墙枣后是被动找与静止土泰压力之间侍。由上可凤知，C蓄oul摊omb魂-Ra秃nki兔ne土跟压力理程论与基淹坑工程哪的实际芽出入相贱当大，呼是很容顿易理解高的。如芽果设计球得对这届些概念叔是清楚堤的，就水不会过犁分相信穴计算结知果了。②土性对土雪压力的影叙响：流变路、非饱和刻土从计算公有式看，土歪压力的大职小似乎只读与土的重草度和土的时抗剪强度金指标有关骂，其实要等复杂得多狐。例如软土狸的流变性喘质。它的变训形和强想度都随柱时间而帝变化。践在相当仓小的剪月切应力厚作用下凡，虽不转增加应素力，变该形可长董期发展醉，是其嘴蠕变特机性；变待形速率的是应力罩的函数浴，是其夏粘滞特问性；变速形恒定削，应力致随时间广减小，弹是其应哗力松弛每特性；塌在长期饿受荷条棚件下，摸强度随福时间而丙改变，息是其长半期强度效特性。刘建航隐院士根炎据流变凡理论和耻工程经团验，研斩究了软孕土基坑梨的时空卸效应。天他认为尼，基坑坑的位移耐、土的剪性质、圾支撑的衰内力都掌是随时造间而变逮化的。镰应注意航控制每援步开挖等的尺寸赖（长度伙和高度败），尽光量减小该支撑前洪的暴露挡时间。1.注重原蠢型监测投和信息谷化施工既然定题量计算喇不能很攻精确，膝计算结素果只能屋给设计撤者提供萝一个大承概的可蚊能的数副值，所验以工程丹原型监葡测就显槐得十分自重要了低。原型猴监测至拥少有以吊下三