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抗水平滑毯移、抗倾链覆稳定性注验算KQ＝1.1，基执坑边翠长不样大于20菠m时，KQ＝1.0KHL＝1.变2，基坑边俱长不大于20m时，KHL＝1.居0④墙体坑纺底截面侄处的应祝力验算⑤受谷仓土域压力条件弱限制的格封栅断面尺艇寸的验算⑥围护结冷构墙顶豆水平位旗移计算斤。1.复合窑土钉哨墙参照中华未人民共和猪国行业标搬准《建筑基坑蝇支护技术铺规程》JG何J12拍0－99。①土钉抗迫拉承载言力计算变；单根棉土钉扰抗拉讨承载左力计道算；单根土脆钉受拉径荷载标罢准值计伏算。②土钉妖墙整瞧体稳姿定性葡验算耐；不同工况铜下圆弧滑献动整体稳搂定性验算扑；单根土察钉在圆冷弧滑裂呜面外锚诵固体与谨土体的柄极限抗李拉力计粒算。2.放坡开清挖采用你简单脖条分练法进弄行边血坡稳致定性咱验算且。五、基坑软支护内支纹撑方案选更择1.根据支锹撑材料读的分类按其材妹料可分少为钢支求撑、钢掏筋混凝铜土支撑萝、钢和凝钢筋混樱凝土的更组合支循撑。钢支撑优点：便郊于安装和引拆除，材庙料的消耗换量小，可规以施加预相紧力以合识理地控制炕基坑变形高，架设速散度快。缺点：整斑体刚度较牲弱。钢筋给混凝盗土支龄撑优点：谢整体刚销度好，枝变形小起。缺点扬：施材工制扔作时酱间长炮于钢求支撑拆，拆难除工籍作比吼较繁评重，岁材料泳的回介收利齐用率大低。2.根据垒支撑饲平面栽布置跑的分前类角撑、稍对撑、签圆环支决撑、边幕桁架支岛撑。双拼H型钢硬支撑抢：对百撑和沉角撑发结合着使用圆环支撑对撑和圆傍环支撑结薄合使用边桁造架支端撑角撑和圆筛环支撑结惜合使用六、基驴坑工程蔬的概念专设计与其兔他岩棕土工祖程问恢题一须样，盏基坑炕工程付目前汪仍然汗不够伐完善声，不读够成愤熟，玻是经聋验性厚很强杯的一赵门学估科。完全挎局限银于规习范、尚规程丘的设读计，折在实传际应傻用中阀会造槽成较弦大的该浪费映。在长以往坑的一熄些规知定中沾，对渴于一合些难芝以确配定的垂问题榴往往苏以“荐根据帅经验创确定洪”而戒由设讽计人短员自电行确拿定，斤这对盘于具岩有丰怜富经劳验的肠设计块人员扮自然秆不难惧解决榨，而驰对于拉一般觉设计弹人员求则难昏以应蚁用。较所以塌现在言的规族范、给规程日强调男一个扯唯一禁性，肺即对苍某一猾设计典对象险，规迈范、荷规程界负有笔提供穗一种川明确躲的设忌计方时法、政计算兴模式碗、参队数取塔值的姻责任禾，尽存管其币结果前较有恼丰富垦经验干的设阳计人悟员设承计结咏果可扮能偏盐于保属守些禁，但三按规喊范、誉规程订设计驰必能类保证衰安全历。另一方宫面，完戒全局限顷于规范壁、规程肠的设计渠，在某更些特定积的工程泪情况下絮，仍会攻存在工资程不安伶全的隐胡患。一项哈设计课的优寄劣成间败，攀设计钻思想岩的是蝇否正溪确，阴有时员起决徒定性钱的作迁用。池概念亚设计爪就是砖一种昆设计电思想阿。下亲面就蔽对基宰坑工鲜程的斥概念选作些汗初步灿的探垦讨。1.有效韵应力豪原理对于饱和脑土，总压薄力由有效摔应力和孔涌隙水压力佣两部分组秋成。土中塘的孔隙水继没有强度文，所产生派的水压力剧没有方向咬性，竖向盟荷载和侧漫荷载总是颠相等；土升颗粒组成易的骨架则寇有一定的收强度，所需产生的是旦有效压力纯，故主动蔽土压力系奴数必定小瓜于1.0，被动遣土压力穷系数必估定大于1.0。从慌这个纷概念大出发粘，计丢算水格土压惊力时访，有蜓效应苗力法杠比总士应力咱法更扑为合仔理。死在计虎算时阻，应桐当采撇用浮秘重度护和有陶效强凳度指辽标c’、φ’，应进崖行“水穷土分算旋”。“水土伍合算”宝的概念宵不如“增水土分浓算”明培确。既敞要合算叠，就得换用总应仪力法。斤但选用怎与之配架套的强逼度指标俗时，仍析应充分察理解有值效应力屋原理，酒采用适沃当的总挖应力法万强度指点标c、φ。有效应建力法的c’、φ’只有构一套建，而期总应弹力法沈的c、φ有三忘套：虹不排齐水剪坏（UU）、介固结挣不排兽水剪关（CU）及梦排水啦剪（CD）。由泽于试验皂时排水骄条件不叼同，试喇验结果飞差别很模大。如果不尼熟悉有雨效应力扯原理，恭选择试师验方法拨时就会世陷入盲损目性。犬无论应葡力路径油还是排给水条件柄，试验剑条件与庄现场条卸件不可森能完全位一致，庭只能近孝似地选恢用较合诞理的方眼法。从示现场条叨件分析摆，主动炮区和被广动区土跟体剪切于时近似瞒于不排蹲水剪，洗故采用伴固结不圆排水剪们是安全皂的。从原饱理分断析，堡“水咸土分此算”音优于惑“水胳土合圾算”求，三美轴剪侦优于厅直剪期。但央在做沿实际炼工程么时不已一定毕如此屡，因歉为实跳际操邮作时锣，三竞轴试湿验费贵时费猛力，糠对土止样质漏量要壁求高挤，对弱试验冤人员由素质送要求问高，冰否则典试验球成果茶不稳绪定，耐甚至皱反而百不可惰靠。有“水隆土分妻算”拳要求芒测有欣效应兴力指淘标c’、φ’，非一般宴试验室能扶做好。直捞剪试验和狐“水土合沾算”虽然趋合理性方粮面有所欠其缺，但简垒单易行，迅有经验时健也较可靠废。1.地下些水。分析甩基坑永工程勉失败盈的原显因可弃知，数直接扰或间屈接与公地下宵水有壁关的奸占大叔多数钩。这炸里主清要讨凤论静湾水压驾力和记地下姑水运傲动中誉的水略头损粥失问教题。强透水袄性地层流具有静收水压力蜜是众所浩周知，械没有争宋论的。核那么弱代透水地易层有没袄有静水窝压力呢马。其实本松散地犹层中的书静水压基力原理联都是相怕同的，困水头或吨水压，礼与土的辱透水性披是两回慨事，不烘能混为梨一谈。禁在含水大层中某艺一深度撤设一测魄压管，多不管渗回透系数侵的差别这有多大嚼，水头脚肯定是碰相同的禽，只是险达到这轮一水头育所需的能时间不课同而已脸。按达西察定律有烟水力梯统度才有母水的流里动，也纲就是说铁在渗流凉过程中造一定会冻产生水暗头损失喷。由图可知浩，当地下锣水绕止水丛帷幕流动泄时，其水正压力与静深水压力不粮同。两侧柳水压力抵鱼消后的净搜压力在坑透内水位标踪蝶高处最大网，止水帷春幕底处为粘零。因此，两设计者胖必须牢劈燕牢掌握揉渗流运洞动的原啊理，当薄有稳定倚渗流时鱼进行流成网分析遭，有利疯于掌握吴基本概佩念，合撕理进行贞地下水波控制设盆计。3.从定性分菜析到定量秀分析基坑工权程设计什时进行除计算是乒不可缺闲少的，鸦但也不较能盲目议相信计使算。应搂从定性舌的概念叫分析入凯手，抓屠住关键崇问题，理在定性六分析的同基础上仿进行定大量分析昏。单纯浪定量计役算的不西可靠有颜计算模屈型过分撕简化的泰原因，政也有计毫算参数按不可靠孝的原因颤。①Cou栏lom候b和Ra童nk幻玉in贡e土压局力理堆论。应用Cou霉lom塌b理论绝和Ran难kin卸e理论时欢，必须扣清醒地格知道其握假设条井件，必告须知道柳这些条穗件与工运程实际辛有哪些脸不一致案的地方他。例如炊：a.不论Co泼ul邻om宣b还是Ra盖nk雾in仓e，建游立土散压力较理论家时，层都是浅用于医重力齐式挡痛墙。拆都是擦先筑劝墙，罢再在炉墙背铁后填旦土〔一般往为无腰粘性堂土〕；而现在戏的基坑工突程，则是咱在土中筑脸墙或桩，邀再开挖卸沃荷，墙背慨后是原状私土。无论央支挡结构坦的型式、耗土的性质虎、施工次颤序、土中盛应力路径患都有很大绵不同。b.Co连ul挎om政b-Ran灵bin株e理论假定货，破裂面肃是平面，锯破坏土契漆是刚体，量这与实际茎情况出入辜较大。Coul堆omb-Ra薯nb纲in悔e假定甘的墙铜无限扶长，妈是平散面问险题，柔而基垄坑工梢程是渔空间厅问题汁，在洞基坑袜转角先处误璃差较念大。c.无论遣主动鱼土压死力还贼是被陶动土兆压力违，都仗需要厉一定蒜的位酱移量拾才能殊达到补，而卫过大漏的位好移量箩对工种程又结是不骡容许粉的。茂达到偏主动捎土压般力状伯态的萍位移病量约笼（0.0夜01～0.01）H，达到被峡动土压力都状态的位扮移量约（0.02～0.06）H。实际动迈用的土压并力一般为敞静止与主城动之间或抽静止也被只动之间土兰压力。d.桩墙在单土压力器作用下四变形，酬土压力欢重分布因。土压单力的分疲布与桩遗墙刚度京、支撑裂刚度有呜关。对切于刚度颤大的悬脏臂式桩咱墙，浅来部桩土签位移不住同步，涌桩与土熊体间有障缝隙，刘土压力宵的重心划下移。迅刚性转娘动使桩街墙在某级深度处挣发生转痰动，转堆动点以阶上，墙疫后是主培动土压碎力，墙夜前是被佣动与静扮止土压传力之间芦；转动展点以下速，墙前督是主动康土压力您，墙后测是被动滔与静止豪土压力燃之间。由上可券知，Coul者omb-Rank硬ine土压笛力理严论与挣基坑俱工程民的实紫际出恰入相老当大余，是狸很容供易理奥解的姻。如砍果设浅计得穴对这马些概虚念是见清楚共的，浆就不帽会过尼分相饼信计拼算结波果了系。②土性现对土捆压力奶的影狠响：卸流变津、非炊饱和腐土从计匹算公眨式看钳，土妄压力蓝的大嫌小似转乎只脱与土侦的重努度和竞土的铁抗剪填强度孙指标较有关信，其恰实要泽复杂靠得多貌。例如克软土骡的流乡丰变性渔质。它的摇变形苹和强左度都基随时旅间而远变化事。在免相当沙小的激剪切福应力谦作用悉下，歌虽不淹增加陕应力彩，变迅形可脱长期俱发展享，是赌其蠕纵变特脾性；无变形晓速率格是应浩力的灵函数丧，是燥其粘张滞特见性；撒变形由恒定链，应磨力随种时间吃减小划，是仆其应针力松缎弛特正性；糊在长显期受颈荷条璃件下锣，强略度随赞时间割而改唐变，宗是其魄长期己强度著特性浪。刘建航缩慧院士根暮据流变这理论和鸭工程经桂验，研傍究了软椒土基坑很的时空铲效应。皆他认为惕，基坑镜的位移旅、土的冠性质、文支撑的活内力都迟是随时骂间而变们化的。升应注意络控制每哑步开挖伯的尺寸染（长度梨和高度秩），尽竞量减小盖支撑前灭的暴露谷时间。1.注重浆原型译监测亭和信蜂息化它施工既然学定量仓计算钞不能汉很精都确，狭计算压结果顽只能果给设帅计者翻提供护一个抵大概