深基坑支护之支挡式结构

基坑支护

第四章支挡式结构21:0413.1.1支撑型式（1）对撑式多用于长条形基坑（如地铁基坑），转角处用角撑。

深圳地铁21:042（2）网格式多用于长短边均较大的矩形基坑。21:043（3）桁架式多用于长短边均较大的矩形基坑。21:044（4）角撑式多用于长短边均较小的基坑。21:045（5）环梁式多用于平面形状呈方形或圆形的基坑，矩形基坑亦可采用几个环梁组成支撑体系。21:046天津澳东大厦21:047北京中国石油工程公司商业综合楼21:048厦门吉祥大厦——超大环梁基坑工程，基坑深11m，设双层环梁，采用钻孔灌注桩密排挡土，桩径ф900@1100。环梁2m×1m，帽梁1.2m×1m。21:049（6）环板式21:0410广州司法局综合楼21:041121:041221:0413支撑布置（竖向）竖向的支撑道数、支撑点标高的确定根据基坑开挖深度、地质条件、地下室层数、标高等条件结合所选用的支撑型式综合确定满足基坑围护和支撑结构体系的稳定性和控制变形的要求。不妨碍主体结构各层构件的施工。浇筑主体结构各层楼板时的换撑设计相协调。一般情况下，支撑底面与楼盖结构之间的净距不宜小于500mm，第一道支撑可设于地面下1.0~2.5m。21:0414支撑布置（水平向）各道水平支撑的轴线应尽量布置在同一竖向平面内，并力求避开主体结构的柱、墙位置。为方便施工，支撑的水平间距不宜太小，采用钢筋混凝土支撑的，一般为10~20m，装配式钢支撑的一般为6~10m。21:0415支撑布置（立柱）立柱应布置在纵横向支撑的交点处或桁架式支撑的节点位置上，并避开主体工程梁、柱及承重墙的位置。21:0416基坑设计大概步骤工程条件水文、地质工期、材料成本、经济方案选择放坡土钉墙板桩方案设计土层参数分析方法方案评审科技委方案实施施工反馈监测修改21:0417支护结构计算要求强度力，极限平衡设计方法墙体受力支撑受力稳定整体稳定抗渗稳定变形Mohr-coulomb,安全系数21:0418结构分析之分析方法支挡式结构应根据结构的具体形式与受力、变形特性等采用下列分析方法:锚拉式支挡结构可将整个结构分解为挡土结构、锚拉结构(锚杆及腰梁、冠梁)分别进行分析挡土结构宜采用平面杆系结构弹性支点法进行分析作用在锚拉结构上的荷载应取挡土结构分析时得出的支点力21:0419结构分析支挡式结构应根据结构的具体形式与受力、变形特性等采用下列分析方法:支撑式支挡结构可将整个结构分解为挡土结构、内支撑结构分别进行分析;挡土结构宜采用平面杆系结构弹性支点法进行分析;内支撑结构可按平面结构进行分析，挡土结构传至内支撑的荷载应取挡土结构分析时得出的支点力;对挡土结构和内支撑结构分别进行分析时，应考虑其相互之间的变形协调;21:0420结构分析(强度和变形)支挡式结构应根据结构的具体形式与受力、变形特性等采用下列分析方法:悬臂式支挡结构、双排桩宜采用平面杆系结构弹性支点法进行分析;当有可靠经验时，可采用空间结构分析方法对支挡式结构进行整体分析或采用结构与土相互作用的分析方法对支挡式结构与基坑土体进行整体分析。21:0421结构分析之分析工况支挡式结构应对下列设计工况进行结构分析，并应按其中最不利作用效应进行支护结构设计:基坑开挖至坑底时的状况;对锚拉式和支撑式支挡结构，基坑开挖至各层锚杆或支撑施工面时的状况;在主体地下结构施工过程中需要以主体结构构件替换支撑或锚杆的状况;对水平内支撑式支挡结构，基坑各边水平荷载不对等的各种状况。21:042221:0423工况（1）测量放线、平整场地（2）地下连续墙及支撑立柱桩施工（3）开槽施工第一道支撑（4）开挖至第二道支撑顶面高程处（5）开槽施工第二道支撑（6）开挖至基坑底面（7）换填（8）地下室底板施工（9）拆第二道撑（10）浇筑负一层底板（11）换撑（12）拆除第一道砼支撑（13）完成地下室结构至±0.00m（14）回填21:0424基坑设计分析方法简化计算方法土压力分布假定连续梁的简化弹性地基梁开挖侧的主动土压力土弹簧，基床系数连续梁支撑刚度施工过程的模拟（增量法、虚拉力法）有限元土的本构(应力-应变关系)杆、梁、板、壳地与结构的相互作用21:0425弹性支点法主动侧土体化为荷载朗肯主动土压力被动侧土体弹理想塑性的弹簧挡墙两端自由的梁支撑弹簧计算宽度主动侧ba被动侧b0工况的模拟刚度？限值？刚度？21:0426弹性支点法21:0427弹簧的本构关系

Ps=KsV+P0≤Es式中:Ps—分布土反力(kN);Ks—土的水平反力系数((kN/m);V一挡土构件在分布土反力计算点使土体压缩的水平位移值(m);P0—初始分布土反力(kN);Es—相应于土弹簧处挡土构件嵌固段上的被动土压力(kN)弹性支点法_被动侧土体EsP0V21:0428Ks弹性公式规范m经验公式式中:m,土的水平反力系数的比例系数（kN/m4）z,计算点距地面的深度(m);h,计算工况下的基坑开挖深度(m);

式中:m,土的水平反力系数的比例系数（MN/m4）c,f,分别为土的凝聚力(kPa)、内摩擦角(。)Vb,挡土构件在坑底处的水平位移量(mm)，当此处的水平位移不大于10mm时，可取

Vb=10mm。

21:0429弹性支点法_支撑支撑轴向刚度式中：l:支撑不动点调整系数:支撑两对边基坑的土性、深度、周边荷载等条件相近，且分层对称开挖时，取l=0.5;支撑两对边基坑的土性、深度、周边荷载等条件或开挖时间有差异时，对土压力较大或先开挖的一侧，取l=0.5~1.0，且差异大时取大值，反之取小值;对土压力较小或后开挖的一侧，取(1-l);当基坑一侧取l=1时，基坑另一侧应按固定支座考虑;对竖向斜撑构件，取l=1aR:支撑松弛系数，对混凝土支撑和预加轴向压力的钢支撑，取aR=1，对不预加轴向压力的钢支撑，取aR=0.8~1.E:支撑材料的弹性模量;A:支撑截面面积;L0:受压支撑构件的长度;S:支撑水平间距。21:0430斜撑的刚度试证明：KN=KR·cos2qqKNKR∆F,∆S∆Fa,∆Saq21:0431计算宽度bo—单根支护桩上的土反力计算宽度(m),大于排桩间距时取间距。d—桩的直径(m)b一矩形桩或工字形桩的宽度(m)对于墙主动侧和被动侧均取1m。对于桩主动侧取桩距被动侧圆形桩矩形或工字形桩21:0432工况的模拟全量法每一步中，荷载为以前各步（包括当前步）的荷载的总和。各构件的安装时的已有位移以虚拟力的形式加以考虑。每一步计算的位移为总位移增量法每一步的计算荷载为当前步的荷载增量。每一步计算的位移为当前步的位移增量。为目前数值计算中最为常用的方法。21:0433全量法核心在于虚拟力Pn-1的确定

Pn-1=kn-1∙dn-1构件刚度构件安装时的位移21:0434增量法核心在于荷载增量的确定[1]杨光华.深基坑支护结构的实用计算方法及其应用[J].岩土力学,2004,12:1885-1896+1902.21:0435常用的设计软件理正深基坑支护软件21:0436弹性地基梁21:0437弹性地基梁21:0438桩(墙)锚支护体系锚索腰梁21:043921:044021:0441锚杆(索)受力机理21:0442锚固段自由段破坏面锚索21:0443锚杆的构造灌浆土层锚杆系统由锚杆（锚索）、自由段、锚固段及锚头、垫块等组成。锚杆可选用HRB335级、HRB400级钢筋或高强钢丝束、钢绞线作为锚筋（锚索）。锚筋在自由段部分应用隔离套与水泥浆等隔开，以保证其自由延伸和不受破坏土体的影响。采用若干股钢绞线组成的锚筋，应每隔2m左右用一定位器（呈去尖榄形）或定位板将每股钢绞线固定就位；采用钢筋作锚筋者也须用定位器对中定位。锚尾可做成圆锥形，以起导向和锚固等作用。21:0444锚固段型式圆柱型、端部扩大头型和连续球体型三种。锚固于一般土层的锚杆宜采用圆柱型锚固体；锚固于砂土、硬粘土层并要求较高承载力时，可采用端部扩大头型锚固体；锚固于淤泥、淤泥质土并要求较高承载力时可采用连续球体型锚固体。21:0445锚固体锚固体可采用水泥素浆或水泥砂浆注浆形成，注浆方法分一次注浆法和二次注浆法两种。二次注浆实为劈裂注浆。二次浆液冲破一次注浆体，沿锚固体与土的界面，向土体挤压劈裂扩散，使锚固体直径加大，周围一定范围内土体密度及抗剪强度均有不同程度提高。因此，二次注浆可显著提高土锚的承载能力。21:0446为什么预应力锚索要明确区分自由段和锚固段?锚索施加预应力的主要作用是控制位移。如果注桨体注满自由段，则大部分的预应力将消耗在自由段内。自由段在基坑开挖时，本身可能不稳定。21:0447锚杆(索)分类锚杆按锚固段所处的地层可分为岩石锚杆和土层锚杆。按是否施加预应力可分为预应力锚杆和非预应力锚杆。按使用年限是否在2年内可分为临时性锚杆和永久性锚杆。21:0448锚杆的布置锚杆层数为方便施工，在可能的情况下，锚杆层数以少为佳。锚杆间距间距过大，会使腰梁应力增大；间距过小，会使锚杆间发生相互干扰，使锚杆的抗拔能力得不到充分发挥，产生所谓的“群锚效应”。锚杆上下排间距不宜小于2.5m，水平方向间距不宜小于1.5m。如果因工程需要必须采用较小的间距，可以通过调整锚杆的倾斜度和长度以避免“群锚效应”的影响。锚杆倾角倾角以15°~25°为宜，且不应大于45°或小于10°。锚杆最好与土压力作用方向相平行，但倾角太小会造成注浆困难而影响质量。倾角越大，有效的锚杆水平分力就越小，而无效的垂直分力却越大。如果挡土结构底部土质不好，过大的垂直分力可能造成挡土结构和周围地基沉降。锚杆长度锚杆长度为其自由段长度和锚固段长度之和。自由段长度不宜小于5m，且应超过基坑周边的土体滑动面1m，锚固段长度不应小于4m。为确保有足够的锚固力，并使地表面在压力灌浆时不冒出砂浆，锚杆锚固体上覆土层厚度不应小于4m。21:0449锚杆设计内容

根据基坑开挖深度、土的参数和变形控制要求，确定锚杆的道数、间距、倾角等。

计算锚杆的轴向拉力。

计算锚杆（锚索）的截面积。

计算锚杆的自由段长度。

计算锚杆的锚固段长度。

验算锚杆围护结构的稳定性。

绘制锚杆施工图21:0450锚杆自由段长度计算设O点为土压力零点（挡墙外侧的主动土压力与内侧的被动土压力值相等处），如何推导？21:0451锚杆锚固段长度计算当锚固段受力时，拉力首先通过锚筋周边砂浆的握裹力传递到砂浆中，然后再通过锚固段钻孔周边的土体摩阻力传递到周围土体中。由于土体的强度远低于砂浆的强度，因此锚固体的抗拔力主要取决于土体与锚固体间的摩阻力。圆柱型土层锚杆锚固段长度la可按下式计算：D——锚固体直径；qsa——土体与锚固体的摩阻力特征值；ξ——工作条件系数，对永久性锚固取1.00