vA基坑支护工程.ppt
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1、vA基坑支护工程 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。有生命必有希望第一章第一章 基坑支护工程基坑支护工程 概述概述 基坑的开挖形式有放坡开挖(无支护开挖)和在支护体系保护下开挖(有支护开挖)。前者既简单又经济,在空旷地区和周围环境允许时优先选用。但是在城市中心地带,建筑物稠密地区往往不具备放坡开挖条件,因为放坡开挖需要基坑平面以外有足够的空间供放坡之用。此时只能采用在支护体系保护下进行垂直开挖的方法。支护工程 在基坑工程施工计算中,我们先要确定基坑工程中我们要计算什
2、么?基坑工程中,我们主要计算的是:1、桩(板桩)所受最大弯矩,2、锚杆最大拉力,这样我们就能确定桩(板桩)和锚杆的截面尺寸以及相关材性。土压力的计算1基槽和管沟板式支护计算 2挡土板桩支护计算 3计算内容重力式挡土墙分析与计算 4 根据挡土结构物的位移和墙后填土所处的状态,土压根据挡土结构物的位移和墙后填土所处的状态,土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种。计算土压力的理论和方法有多种,常用的主要有:计算土压力的理论和方法有多种,常用的主要有:朗肯土压力理论朗肯土压力理论 库伦土压力理论库伦土压力理论 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设
3、计规范GB500072002)方法)方法等三种。等三种。最常用的是朗肯土压力理论和建筑地基基最常用的是朗肯土压力理论和建筑地基基础设计规范础设计规范 法。法。主要的技术规范和规程为:1 GB500072002建筑地基基础设计规范北京:中国建筑工业出版社,2002 2 JGJ 12099建筑基坑支护技术规程北京:中国建筑工业出版社,1999 1土压力的计算(1)静止土压力计算)静止土压力计算 静止土压力可根据半无限弹性体的应力状态进行计算。在填土表面下任意深度H 处取一微小单元体,如图1-1所示,在单元体的顶面顶面作用着竖向的土自重应力 H,则该处处水平方向水平方向作用的应力即为静止土压力强度:
4、式中 静止土压力强度,kPa;土的静止侧压力系数;墙后填土的重度,kN/m3。图1-1 静止土压力的分布(1-1)计算土压力的方法很多,最常用的是朗肯土压力理论。1)朗肯土压力计算公式的适用条件:1.墙背垂直且光滑 2.挡土墙后填土表面水平 图1-2 朗肯主动土压力分布(a)主动土压力图式 (b)无粘性土压力分布 (c)粘性土压力分布(2)朗肯土压力理论2)深度H处朗肯主动土压力计算公式为:无粘性土 (1-2)粘性土 (1-3)式中 沿深度方向的主动土压力分布强度(kPa);Ka朗肯主动土压力系数,墙后填土重度(kN/m3);c 填土的粘聚力(kPa);填土的内摩擦角();H 计算点离填土表面
5、的距离(m)。无粘性土的主动土压力计算:(1-4)通过三角形形心,即作用在离墙底H/3处,方向水平。粘性土的主动土压力计算 由于粘性土能够产生负向的侧向压力 ,所以墙后土压力是这两部分叠加的结果。令 (1-5)(1-6)主动土压力Ea 通过三角形压力分布图abc的形心,即作用在离墙底(Hz0)/3处,方向水平。3)被动土压力计算 图1-3 朗肯被动土压力分布(a)被动土压力图式 (b)无粘性土 (c)粘性土被动土压力应力的计算公式为:无粘性土 (1-7)粘性土 p=zKp 2c (1-8)作用在墙背上的总的被动土压力大小可按梯形分布图的面积计算,即 无粘性土 (1-9)粘性土 (1-10)为被
6、动土压力系数,其它符号意义同主动土压力。被动土压力Ep的作用方向垂直于墙背,作用点位于三角形或梯形压力分布图的形心上,形心位置可通过一次取矩求得。在推导库仑土压力计算公式时,假设墙后填土是理想的散体,即填土只有内摩擦角 而无粘聚力c,因此,从理论上说,库仑理论只适用于无粘性填土。但在实际工程中,墙后填土常采用粘性土,其粘聚力c对土压力的大小及其分布规律有重大影响。为了考虑粘性土的粘聚力c对土压力的数值的影响,建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002)6.2.3-1推荐的公式采用平面滑裂面假定,得到主土压力的计算公式为:(1-11)H 挡土墙高度;墙后填土的重度;Ka主动土压力系数,按下式
7、计算。(3)建筑地基基础规范计算方法具体参数的意义见该规范。1)填土表面有均布荷载(超载)填土表面有均布荷载(超载)当挡土墙后填土表面有均布荷载q作用时,土压力的计算方法是将均布荷载换算成当量的填土重当量的填土重,即用假想的土重代替均布荷载。如填土水平,墙背竖直、光滑(如图1-4),这时适宜采用朗肯土压力公式,当量土层厚度为:(1-12)式中 填土的重度 (kN/m3)。然后以(Hh)为墙高,以H为墙背,按填土面无超载的情况计算土压力,此时墙背某深处的主、被动土压力强度为:(4)几种特殊情况下土压力的计算图1-4 填土面有均布荷载的土压力计算 以无粘性土(c=0)为例,则填土面A点处的主动土压
8、力强度为:墙底B点处的主动土压力强度为:(1-13)(1-14)(1-16)(1-15)由式(1-15)、(1-16)可看出,作用在墙背面的土压力由两部分组成:一部分由均布荷载q引起,是常数,其分布与深度H无关;另一部分由土重引起,与深度H成正比。总土压力Ea即为图1-4所示的梯形ABCD的面积,其作用点在梯形的形心,可通过一次静矩求得。2)填土面上有局部均布荷载 当墙顶土面上建有建筑物、道路时,在墙顶地面上形成局部均布荷载q。这里采用的是一种近似方法。这时有两种荷载分布情况:第一种情况是距墙顶z处有连续均布荷载qkN/m2作用,如图1-5a所示。其主动土压力的计算,可从荷载起点O引OC直线与
9、水平线成 角,交墙背于C点。设C点以上不考虑均布荷载的作用,其主动土压力只是由于填土的自重所引起,土压力分布如图1-5a所示。C点以下考虑均布荷载的作用,由此所引起的主动土压力强度分布图形如acde所示。作用在墙背上总主动土压力为图形ABcde面积,计算方法同前。图15 局部均布荷载作用下主动土压力计算简图第二种情况是距墙顶 处作用 宽的均布荷载q,如图1-5b所示,其主动土压力计算可从O点引OC与水平线交于C点,先设荷载是连续分布求出主动土压力强度分布图形如ABCeg。再从局部均布荷载另一端点引直线与水平线成 角,并交墙背于D点,因只有点左侧才有连续均布荷载,右侧并不存在均布荷载,所以主动土
10、压力强度分布图形应在ABceg中减去adfg,图1-5b中ABcefda图形面积即为作用在墙背上的总主动土压力。由规范建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002)附录B,B.0.2条,距支护结构顶端 l 处作用有宽度 l1 的均布荷载时,附加侧向土压力标准值可按下式计算:式中,ehk附加侧向土压力系数标准值(KN/m2);Ka主动土压力系数;ql局部均布荷载标准值(KN/m2)。附加侧向压力分 布见图B.0.2所示。3)墙后填土有地下水 在挡土墙背后的填土中,常会遇到全部或部分被水淹没的情况,此时作用于墙背的土压力将有所不同。墙除受到土压力作用外,还受到水压力的作用。计算土压力时,地下水位
11、以上采用天然重度,地下水位以下采用浮重度计算,土压力按前述方法计算。水对墙背产生的侧压力,取侧压力系数为1。静水压力作用方向与墙背垂直。图1-6中,静水压力按下式计算:(1-17)从图1-6中可看出,填土中有水存在时,使主动土压力Ea减少了,但增加了静水压力,故作用于墙背的压力(包括土压力和水压力)增大了。图1-6 填土中有地下水的土压力计算 土压力的计算1基槽和管沟板式支护计算 2挡土板桩支护计算 3计算内容重力式挡土墙分析与计算 4 基槽和管沟的支护有两种形式连续水平板式支护和连续垂直板式 支护。无论哪种支撑形式,在计算时,均需先计算支护结构所受到的主动土压力。主动土压力计算 计算简图如图
12、1-7a所示,水平挡土板与梁的作用相同,承受土的水平压力的作用,设土与挡土板间的摩擦力不计,则深度h处的主动土压力强度Pa(kN/m2)为:式中 坑壁土的平均重度()(kN/m3);h 基坑(槽)深度(m);坑壁土的平均内摩擦角()()(1-18)2基槽和管沟板式支护计算 图1-7 连续水平板式支撑(a)水平挡土板受力情况;(b)双层横撑立柱受力情况1水平挡土板;2立柱;3横撑木 连续水平板式支撑的构造为:挡土板水平连续放置,不留间隙,然后两侧同时对称立竖楞木(立柱),上、下各顶一根横撑木,端头加木楔顶紧。这种支撑适于较松散的干土或天然湿度的粘土类土、地下水很少,深度为35m的基坑(槽)和管沟
13、支撑。连续水平板式支护计算的主要内容有:主动土压力 计算、挡土板的计算、立柱的计算和横撑的计算。(1)连续水平板式支护计算1)挡土板的计算 挡土板的计算主要是通过计算挡土板所受最大弯矩,确定板厚。挡土板厚度按受力最大的下面一块板计算。设深度h处的挡土板宽度为b,则主动土压力作用在该挡土板上的荷载q1=pab。将挡土板视作简支梁,如立柱间距为L时,则挡土板承受的最大弯矩为:所需木挡板的截面矩W为:式中 fm木材的抗弯强度设计值(N/mm2)。需用木挡板的厚度d为:(1-20)(1-21)(1-19)图1-7 连续水平板式支撑(a)水平挡土板受力情况;(b)双层横撑立柱受力情况1水平挡土板;2立柱
14、;3横撑木 b挡土板的宽2)立柱计算 当坑(槽)壁设两层横撑木立柱,立柱为承受三角形荷载的连续梁,按简支梁计算,并按控制跨设计其尺寸.如图1-7所示。由于立柱承受三角形荷载作用,参考相关静力计算手册,分别求出下端支点反力、上端支点反力和最大弯矩。最大弯矩为:当坑(槽)壁设多层横撑木(图1-8a),虽然为多跨连续梁,但简化为单跨简支梁进行计算,计算时可将各跨间梯形分布荷载简化为均布荷载qi(等于其平均值),如图中虚线所示,然后取其控制跨度求其最大弯矩:立柱的抗弯强度验算为:(1-24)(1-23)(1-22)图1-8多层横撑的立柱计算简图 (a)多层横撑支撑情况;(b)立柱承受荷载情况 1水平挡
15、土板;2立柱;3横撑木;4木楔 支点反力可按承受相邻两跨度上各半跨的荷载计算,如图1-8b中间支点C的反力为:3)横撑木的计算 横撑受压,在计算时,主要验算其抗压强度,和稳定性。横撑木为承受支点反力的中心受压杆件,可按下式计算需用截面积:式中 A0 横撑木的截面积(mm2);R 横撑木承受的支点最大反力(N);fc 木材顺纹抗压及承压强度设计值(N/mm2);横撑木的轴心受压稳定系数。值可按木结构设计规范(GB50005-2003)5.1.4条取值:(1-25)【例】管道沟槽深2 m,上层1 m为填土,重度1=17kN/m3,内摩擦角1=22,1m以下为褐黄色粘土,重度2=18.4 kN/m3
16、,内摩擦角2=23。用连续水平板式支撑,试选择木支撑截面。木材为杉木,横撑木实际长度为l0=2.5m,木材抗弯强度设计值f m=10 N/mm2,木材顺纹抗压强度设计值f c=10N/mm2。确定立柱的间距,并验算横撑木的稳定性。【解】土的重度平均值,内摩擦角平均值:内摩擦角平均值:在沟底2m深处土的水平压力 :水平挡土板选用75mm200mm,在2m深处的土压力作用于该木板上的荷载:木板的截面矩为:W=187.5 cm3,抗弯强度值 f m=10 N/mm2,所能承受的最大弯矩为:立柱间距L按公式(1-19)求出:,取2m。立柱下支点处主动土压力荷载 q2:立柱选用截面为15cm15cm方木
17、,截面矩W=562.5cm3,立木fm=10 N/mm2,则立柱所能承受的弯矩,由式(1-23)可得横撑木间距 为便于支撑,取1.5m,上端悬臂0.3m,下端悬臂0.2m,如图1-9a所示。立木在三角形荷载作用下,下端支点反力:上端支点反力:横撑木按中心受压构件计算。横撑木,fc=10N/mm2,横撑木实际长度l=l0=2.5m,初步选定截面为1010cm方木,所以长细比:由木结构设计规范(GB50005-2003)5.1.4条得:横撑木轴心受压力N:图1-9a 管道沟槽连续水平板式支撑1水平挡土板;2立柱;3横撑木 连续垂直板式支撑的构造为:挡土板垂直放置,连续或留适当间隙,然后每侧上、下各
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