[PPT]岩土工程之基坑支护分析.ppt

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1、PPT岩土工程之基坑支护分析 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望7.1 概述概述7.1.1 支护的目的与作用支护的目的与作用1、基坑支护的目的、基坑支护的目的（1）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；（2）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；（3）防止地面出现塌陷、坑底管涌发生。）防止地面出现塌陷、坑底管涌发生。2、基坑支护的作用、基坑支护的作用 挡土、挡水、控制边坡变

2、形。挡土、挡水、控制边坡变形。3、基坑工程的基本技术要求、基坑工程的基本技术要求（1）安全可靠性；）安全可靠性；（2）经济合理性；）经济合理性；（3）施工便利性和工期保证性。）施工便利性和工期保证性。7.1.2 支护结构的类型及适用条件支护结构的类型及适用条件（1）无围护放坡开挖；）无围护放坡开挖；（2）桩墙支护：）桩墙支护：它由桩墙结构及支护结构两部分组成，桩墙结构它由桩墙结构及支护结构两部分组成，桩墙结构有钢板桩、板桩墙、灌注桩排、地下连续墙；有钢板桩、板桩墙、灌注桩排、地下连续墙；支护结构类型有内支撑式、外拉锚杆式、地面锚定支护结构类型有内支撑式、外拉锚杆式、地面锚定式、无锚式等。式、无

3、锚式等。（3）重力式支护结构：）重力式支护结构：软土地基可用深搅桩、旋喷桩、树根桩等形成软土地基可用深搅桩、旋喷桩、树根桩等形成重力式的挡土结构。重力式的挡土结构。（4）中中央央开开挖挖施施工工法法：先先施施工工基基坑坑四四周周排排桩桩，桩桩内内放放坡坡开开挖挖后后施施工工中中央央部部分分基基础础工工程程，待待完完工工后后再再挖挖除除排排桩桩内内侧侧土土体体，边边挖挖边边用用支支撑撑杆杆将将支支护护排排桩桩与与中中央央部部分分基基础础工工程程支支撑撑起起来来，最最后后再再施施工工周周边边基基础础工程。工程。（5）开槽施工法：）开槽施工法：与中央开挖施工法施工正好相反，与中央开挖施工法施工正好相

4、反，先在坑内周边挖槽，用内支撑板桩墙法修筑周边的基先在坑内周边挖槽，用内支撑板桩墙法修筑周边的基础工程，形成一道重力式挡土墙，再挖除挡土墙内的础工程，形成一道重力式挡土墙，再挖除挡土墙内的全部土体，构筑中央部分的基础工程。全部土体，构筑中央部分的基础工程。（6）墙前被动区土体加固法：）墙前被动区土体加固法：对于软土地基深大基坑，对于软土地基深大基坑，为控制挡墙侧向位移，降低护桩的入土深度，在基坑开为控制挡墙侧向位移，降低护桩的入土深度，在基坑开挖前用深搅桩、旋喷法对墙前土体进行加固，加固深度挖前用深搅桩、旋喷法对墙前土体进行加固，加固深度36m，宽度，宽度59m。（7）逆作法；（）逆作法；（8

5、）沉井法；（）沉井法；（9）土钉墙支护；）土钉墙支护；（10）组合型支护。）组合型支护。两种以上的支护方法组合起来使用，既能保证支两种以上的支护方法组合起来使用，既能保证支护结构的安全又降低成本。如上部放坡，下部桩墙护结构的安全又降低成本。如上部放坡，下部桩墙锚杆支护；锚杆与土钉组合；深搅桩与灌注桩排组锚杆支护；锚杆与土钉组合；深搅桩与灌注桩排组合；深搅桩中打入合；深搅桩中打入H钢桩组合支护等。钢桩组合支护等。土钉与桩土钉与桩-锚复合支护锚复合支护 土钉土钉土层锚杆土层锚杆钻孔灌注桩钻孔灌注桩防渗帷幕防渗帷幕土钉与微型桩组成的复合支护土钉与微型桩组成的复合支护微型桩微型桩土钉土钉土钉与微型桩组

6、成的复合支护土钉与微型桩组成的复合支护钢砼管桩钢砼管桩土钉土钉基坑支护工程：基坑支护工程：7.1.3支护结构方案的选择支护结构方案的选择根根据据场场地地、地地层层、基基坑坑深深度度、设设备备等等条条件件选选择择支支护护的的方方法法，并并力力求求做做到到支支护护方方案案的的优优选选及及设设计计计计算算的的正正确确，具体参考建议：具体参考建议：（1）粘粘性性土土、粉粉质质粘粘土土等等强强度度较较高高的的地地基基，当当基基坑坑深深度度H6m时时，用用土土钉钉支支护护，若若地地下下水水位位高高，进进行行降降水水或或施施工工防防渗渗墙墙配配合合来来土土钉钉使使用用；也也可可采采用用锚锚杆杆桩桩墙墙支支护

7、护的的方案，锚杆层数不宜超过四层。方案，锚杆层数不宜超过四层。（2）淤淤泥泥质质或或饱饱和和粘粘性性土土等等软软弱弱地地基基，当当H7m时时，且且只只考考虑虑边边坡坡稳稳定定时时，优优先先选选用用水水泥泥土土搅搅拌拌桩桩等等重重力力式式支支护护方方案案；当当基基坑坑较较深深时时，可可采采用用地地下下连连续续墙墙内内支支撑撑支支护护的方案或逆作法施工。的方案或逆作法施工。（3）对于）对于松散的砂土层或粉细砂土层松散的砂土层或粉细砂土层，可用化学，可用化学注浆加固与桩墙支护相结合的支护方案；其次为土注浆加固与桩墙支护相结合的支护方案；其次为土钉支护及地下连续墙的施工方案，也可考虑用插筋钉支护及地下

8、连续墙的施工方案，也可考虑用插筋补强及网状结构树根桩的支护方案。补强及网状结构树根桩的支护方案。（4）对于）对于防渗止水要求严格的基坑工程防渗止水要求严格的基坑工程，护桩间土，护桩间土体宜采用高压旋喷（或定喷、摆喷）注浆进行防渗体宜采用高压旋喷（或定喷、摆喷）注浆进行防渗补强加固；也可用地下连续墙（内支撑、逆作法）补强加固；也可用地下连续墙（内支撑、逆作法）或沉井法施工的方案。或沉井法施工的方案。（5）为节约投资，）为节约投资，基坑较深时应多采用组合式基坑较深时应多采用组合式的支护方案的支护方案，对于直立性较好的土体，上部放坡，对于直立性较好的土体，上部放坡开挖（坡深开挖（坡深34m）,下部桩

9、墙支护，以减少锚杆下部桩墙支护，以减少锚杆层数；亦可采用土钉与锚杆相结合的支护方案。层数；亦可采用土钉与锚杆相结合的支护方案。（6）对于）对于大型基坑大型基坑（平面尺寸及深度都较大）工（平面尺寸及深度都较大）工程，可采用中央开挖施工法、开槽施工法等支护程，可采用中央开挖施工法、开槽施工法等支护方案；每个边坡的支护方法可以不同。方案；每个边坡的支护方法可以不同。7.2支护结构的受力及破坏形式支护结构的受力及破坏形式7.2.1支护板桩的受力性状支护板桩的受力性状（1）悬悬臂臂式式板板桩桩：插插入入土土体体部部分分视视为为固固定定端端，上部为自由端；即看作悬臂梁结构。上部为自由端；即看作悬臂梁结构。

10、（2）浅浅埋埋单单锚锚式式板板桩桩：插插入入土土体体部部分分视视为为固固定定铰铰，上上部部锚锚拉拉作作用用点点为为活活动动铰铰；即即看看作作简支梁结构。简支梁结构。（3）深深埋埋单单锚锚式式板板桩桩：插插入入土土体体部部分分视视为为固固定定端端，上上部部锚锚拉拉作作用用点点为为活活动动铰铰；即即看看作作静不定梁结构。静不定梁结构。（4）多多层层锚锚拉拉式式板板桩桩：插插入入土土体体部部分分视视为为固固定定端端，上上部部各各个个锚锚拉拉作作用用点点为为活活动动铰铰；即即看作连续梁结构。看作连续梁结构。7.2.2支护板桩的侧向土压力计算支护板桩的侧向土压力计算1、侧向土压力计算模式、侧向土压力计算

11、模式关关于于基基坑坑桩桩墙墙侧侧向向土土压压力力计计算算模模式式很很多多，主主要要采用的有以下两大类：采用的有以下两大类：（1）以以朗朗肯肯、库库伦伦等等理理论论公公式式计计算算的的土土压压力力；使使用用时时应应注注意意地地基基土土的的c、的的取取值值。计计算算时时还还应应考考虑虑地地面面荷荷载载、地地面面不不规规则则几几何何形形状状等等对对桩桩墙墙侧侧土土压压力的影响。力的影响。土土压压力力与与水水压压力力可可分分开开计计算算，也也可可合合并并计计算算；合合并并计计算算时时地地下下水水以以下下土土的的重重度度取取饱饱和和含含水水重重度度，降降水水后后土土层层按按稍稍湿湿状状态态考考虑虑。对对

12、于于粘粘性性土土，可可忽忽略略粘粘聚力，适当增加内摩擦角来计算。聚力，适当增加内摩擦角来计算。（2）由土压力计等测定换算的实测值为基础的）由土压力计等测定换算的实测值为基础的土压力土压力分布模型分布模型(图示法图示法)或侧压系数法或侧压系数法，亦称用，亦称用表观土压力系表观土压力系数计算的土压力数计算的土压力，图示法中采用较多的是，图示法中采用较多的是Terzaghi-Peck所建议的土压力分布模型法。所建议的土压力分布模型法。砂土砂土 软软中硬粘土中硬粘土 硬粘土硬粘土 2 2、基坑底桩前土压力计算取值、基坑底桩前土压力计算取值 基坑底桩前土抗力常采用的是基坑底桩前土抗力常采用的是朗肯公式朗

13、肯公式计算，计算，由于计算出来的被动土压力是以极限状态为前提由于计算出来的被动土压力是以极限状态为前提的，当被动土压力达到理论计算值时，其围护结的，当被动土压力达到理论计算值时，其围护结构的变形位移将很大，一般达到坑深或桩墙高度构的变形位移将很大，一般达到坑深或桩墙高度的的5%5%，这么大的变形位移是基坑支护结构所不能，这么大的变形位移是基坑支护结构所不能允许的。因此，对于基坑支护被动土压力计算中允许的。因此，对于基坑支护被动土压力计算中，一般取其，一般取其折减系数折减系数=0.3=0.30.50.5。3 3、护桩与土体间的摩擦作用、护桩与土体间的摩擦作用 桩墙支护结构在土压力作用下发生变形变

14、位桩墙支护结构在土压力作用下发生变形变位时，护桩和土体之间有相对位移而产生摩擦力，摩时，护桩和土体之间有相对位移而产生摩擦力，摩擦力将使擦力将使桩墙后的主、被动土压力减小桩墙后的主、被动土压力减小；相反确使；相反确使桩墙前面的被动土压力增大桩墙前面的被动土压力增大。为此进行支护结构设。为此进行支护结构设计时应考虑桩墙与土体的摩擦作用，即将计时应考虑桩墙与土体的摩擦作用，即将墙前、后墙前、后的被动土压力乘以修正系数的被动土压力乘以修正系数。但为慎重起见对主动土压力可不进行折减。一但为慎重起见对主动土压力可不进行折减。一般使墙前被动土压力增大的修正系数可取般使墙前被动土压力增大的修正系数可取K=1

15、.5K=1.52.82.8；使墙后被动土压力减小的修正系数可取；使墙后被动土压力减小的修正系数可取K=1.0K=1.00.350.35。修正系数与土的内摩擦角。修正系数与土的内摩擦角有关，有关，值越大，修正系数值越大，修正系数K K越大越大,而而KK越小。越小。实际工程设计计算中，为简化起见，既不进行实际工程设计计算中，为简化起见，既不进行被动土压力理论计算值的折减，也不进行因摩擦作被动土压力理论计算值的折减，也不进行因摩擦作用而使墙前被动土压力增大的修正。用而使墙前被动土压力增大的修正。1、支护结构的破坏形式、支护结构的破坏形式（1）支锚结构系统破坏；）支锚结构系统破坏；（2）板桩底部向基坑

16、内侧移）板桩底部向基坑内侧移;（3）板桩弯曲破坏；）板桩弯曲破坏；7.2.3 支护结构的破坏形式支护结构的破坏形式某复合土钉支护基坑整体失稳时照片某复合土钉支护基坑整体失稳时照片边坡型式的边坡型式的破坏破坏（4）整体圆弧滑动；）整体圆弧滑动；（5）基坑底管涌发生。）基坑底管涌发生。2 2、支护结构设计应考虑的问题、支护结构设计应考虑的问题（1 1）确保锚杆（支撑）的强度与稳定；）确保锚杆（支撑）的强度与稳定；（2 2）板桩的入土深度应满足要求；）板桩的入土深度应满足要求；（3 3）板桩截面尺寸、间距、抗弯强度够用；）板桩截面尺寸、间距、抗弯强度够用；（4 4）基坑底稳定验算满足要求。）基坑底稳

17、定验算满足要求。7.3支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算7.3.1悬臂式板桩的计算悬臂式板桩的计算1、单排式板桩计算、单排式板桩计算2、双排式板桩计算、双排式板桩计算将双排桩看做钢架结构计算内力。将双排桩看做钢架结构计算内力。（1）双排桩的）双排桩的Mmax是单排桩的是单排桩的75%；（2）桩顶位移是单排桩的）桩顶位移是单排桩的3040%；(3）护桩入土深度是单排桩的）护桩入土深度是单排桩的70%；7.3.2单锚式板桩的计算单锚式板桩的计算1、浅埋式单锚板桩的计算浅埋式单锚板桩的计算（简支梁法求解）（简支梁法求解）2、深埋式单锚板桩的计算（深埋式单锚板桩的计算（等值梁法求等值梁法求t1）（1

18、）以）以d点主、被动土点主、被动土压力强度相等，求压力强度相等，求t0；由 得2、深埋式单锚板桩的计算深埋式单锚板桩的计算（2）求相当梁的锚杆支反力）求相当梁的锚杆支反力R、t0处的支反力处的支反力、Mmax及作用点及作用点h。（3）求护桩的最小入土深度）求护桩的最小入土深度t1；（4）护桩实际埋深为：）护桩实际埋深为：7.3.3 7.3.3 多层锚拉板桩的计算多层锚拉板桩的计算1 1、支锚结构的层间距布置型式及特点支锚结构的层间距布置型式及特点 （1 1）等等弯弯矩矩布布置置：各各跨跨度度的的最最大大弯弯矩矩相相等等，可可充充分分利利用用板板桩桩的的抗抗弯弯强强度度；但但是是较较深深基基坑坑

19、，下下部部的的支支锚层距过小，层数多，不经济。锚层距过小，层数多，不经济。（2 2）等等反反力力布布置置：各各层层支支锚锚水水平平反反力力基基本本相相等等，使使锚锚杆杆设设计计简简化化；但但当当基基坑坑较较深深时时，下下部部的的支支锚锚层层距过小，层数多，同样不经济。距过小，层数多，同样不经济。（3 3）等等间间距距布布置置：支支锚锚结结构构的的上上、下下排排间间距距基基本本相相同同，基基坑坑较较深深时时，减减少少了了支支锚锚层层数数，较较经经济济；但但带带来来了了较较复复杂杂的的计计算算量量。等等间间距距布布置置在在工工程程实实际际中中设计设计最最为为普遍。普遍。1、等弯矩布置、等弯矩布置h

20、=6wfy/Yka1/3h1=1.11hh2=0.88hh3=0.77hh4=0.70hh5=0.65hh6=0.61hh7=0.58hh8=0.55h2、等反力布置等反力布置h1=0.60hh2=0.45hh3=0.36hh4=0.32h3、等间距布置等间距布置7.3.3多层锚拉板桩的计算多层锚拉板桩的计算 盾恩法求板桩的入土深度：盾恩法求板桩的入土深度：按着按着1/2分担法可求出各层支锚结构的水分担法可求出各层支锚结构的水平平反力，再乘以反力，再乘以1.35不均匀系数就是水平力的设不均匀系数就是水平力的设计值；通过续梁可求出计值；通过续梁可求出Mmax及作用点及作用点h；7.4钢筋混凝土桩抗弯设计计算钢筋混凝土桩抗弯设计计算（见钢筋混凝土结构设计，此处略）（见钢筋混凝土结构设计，此处略）7.5基坑底稳定验算基坑底稳定验算1、基坑底隆起、基坑底隆起（1）地基稳定验算；）地基稳定验算；（2）地基强度验算；）地基强度验算；2、水压力与基坑底管涌水压力与基坑底管涌（1）流砂与基坑底管涌）流砂与基坑底管涌（2）承压水冲溃坑底）承压水冲溃坑底