天然地基上的浅基础 节.pptx

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1、11 三月 20232.13 浅基础施工要点浅基础施工要点本节简要介绍浅基础施工中的主要问题，包括基坑开挖、本节简要介绍浅基础施工中的主要问题，包括基坑开挖、放坡及支挡、坑内排水与降低地下水位，基础结构制作放坡及支挡、坑内排水与降低地下水位，基础结构制作等。等。2.13.1基坑开挖基坑开挖1)准备工作准备工作第1页/共63页11 三月 20232.13 浅基础施工要点浅基础施工要点2)土方开挖土方开挖第2页/共63页11 三月 20232.13 浅基础施工要点浅基础施工要点第3页/共63页11 三月 20232.13 浅基础施工要点浅基础施工要点2)土方开挖土方开挖第4页/共63页11 三月

2、20232.13 浅基础施工要点浅基础施工要点3)验槽验槽4)异常情况的处理异常情况的处理第5页/共63页11 三月 20232.13 浅基础施工要点浅基础施工要点4)异常情况的处理异常情况的处理第6页/共63页11 三月 20232.13 浅基础施工要点浅基础施工要点4)异常情况的处理异常情况的处理5)地面排水地面排水第7页/共63页11 三月 20232.13 浅基础施工要点浅基础施工要点6)基坑开挖的安全措施基坑开挖的安全措施第8页/共63页11 三月 20232.13.2 基坑边坡(1)竖直开挖坑壁的条件粘性土由于具有内聚力，可以保持一定高度的竖直坑壁，其高度可按式(2.170)计算：

3、2.13 浅基础施工要点浅基础施工要点第9页/共63页11 三月 2023(2)基坑边坡的坡度(3)坑壁支护根据支撑的材料可以分为钢(木)支撑、钢(木)板桩、钢筋混凝土护坡桩和地下连续墙。第10页/共63页11 三月 20232.13.3 坑内排水的一般规定浅基坑或排水量不大的基坑可在基坑底做成一定的坡度，并按需要在基坑边设置排水沟，在四角或每隔3040m设置一个直径为7080cm的集水井。2.13.4 人工降低地下水位人工降低地下水位常用井点降水的方法。2.13.5 钢筋混凝土基础的制作(1)柱基础浇筑(2)条形基础浇筑(3)大体积混凝土浇筑1)大体积混凝土基础的整体性要求2)大体积混凝土基

4、础的浇筑方案，分为全面分层、分段分层和斜面分层3种第11页/共63页11 三月 20233)浇筑大体积混凝土的防裂措施4)节省混凝土的措施 2.14 减轻地基不均匀沉降的措施 2.14.1 建筑措施(1)建筑物体型力求简单建筑物体型是指其平面形状与立面轮廓。(2)控制建筑物长高比及合理布置纵横墙 长高比大的建筑物整体刚度小，纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂(图2.88)。(3)设置沉降缝根据经验，沉降缝的位置通常选择在下列部位上。第12页/共63页11 三月 2023平面形状复杂的建筑物的转折部位；建筑物的高度或荷载突变处；图2.89 基础沉降缝构造 第13页/共63页11 三月 2023长高比

5、较大的建筑物适当部位；地基土压缩性显著变化处；建筑结构(包括基础)类型不同处；分期建造房屋的交界处。(4)控制相邻建筑物基础的间距第14页/共63页11 三月 2023(5)调整建筑物的局部标高 2.14.2 结构措施(1)减轻建筑物自重(2)设置圈梁(3)减小或调整基底附加压力(4)增强上部结构刚度或采用非敏感性结构2.14.3 施工措施 施工顺序预压沉降期第15页/共63页本 章 提 要 本章主要内容包括悬臂式围护结构设计与计算的方法,明降排水方案的设计,常用围护结构的类型及其适用条件,撑锚式围护结构的设计与计算,围护结构的稳定性验算，基坑工程的特点和土层锚杆技术。7.1概述基坑：由地面向

6、下开挖的地下空间。围护结构：基坑开挖时设置的挡土和截水结构。第第7 7章章 基基 坑坑 工工 程程第16页/共63页11 三月 2023围护结构满足的基本要求：（1）挡土作用：保证基坑周围土体稳定（2）控制土体变形：保证周围既有建筑稳定（3）截水作用：保证作业面在地下水位以上7.2基坑工程特点围护结构与土方开挖两个方面的互相作用。开挖深度是主导因素，地质条件和周围环境决定支护方案，开挖方式直接影响基坑安全。工程量大。基坑围护方法多。对工程勘察要求高。基坑工程事故多。第17页/共63页11 三月 2023基坑工程技术标准滞后。基坑工程技术有待提高。7.3 围护结构类型及适用范围7.3.1 围护结

7、构的分类第18页/共63页11 三月 2023按结构形式分类：按结构形式分类：（1)1)放坡开挖及简易支护放坡开挖及简易支护（2)2)悬臂式围护结构悬臂式围护结构（3)3)重力式围护结构重力式围护结构（4)4)内撑式围护结构内撑式围护结构（5)5)拉锚式围护结构拉锚式围护结构（6)6)土钉墙围护结构土钉墙围护结构（7)7)其他围护结构：门架式围护、拱式组其他围护结构：门架式围护、拱式组合围护、喷锚网围护、沉井围护、加筋水合围护、喷锚网围护、沉井围护、加筋水泥土围护、冻结围护等。泥土围护、冻结围护等。第19页/共63页11 三月 20237.3.2 常用围护结构简介（P284）(1)H型钢桩加插

8、板(2)钢板桩(3)钻孔灌注桩(4)地下连续墙(5)深层搅拌水泥土墙(6)土钉支护7.4支护结构上的荷载荷载：土压力、水压力、其他荷载计算方法：土水分算、土水合算第20页/共63页11 三月 20237.4.1土水分算对于渗透性较强的土如砂土、粉土等采用。分别计算土、水压力，然后叠加。有效应力法：主动土压力：被动土压力：总应力法：主动土压力：被动土压力：第21页/共63页11 三月 20237.4.2土水合算对于渗透性较差的土如粘土采用，是目前应用较多的一种计算方法，能够较好的模拟渗透性较差的土侧压力。主动土压力：被动土压力：所需的土工指标有：饱和重度、主动（被动）土压力系数、固结不排水剪切强

9、度等。7.4.3挡土结构位移对土压力的影响表现在两个方面：对主动土压力分布产生的影响和对土压力量值产生的影响。第22页/共63页11 三月 2023挡土结构位移和变形对土压力分布的影响：（1）完全刚性：静止土压力，三角形分布（2）下端向外位移：主动土压力，抛物线分布（3）中部向外位移：主动土压力，马鞍形分布（4）平行向外位移：主动土压力，抛物线分布（5）绕下端向外倾斜：主动土压力与一般挡土墙一致。（6）向前位移或转动时：由静止土压力逐渐减小到最小值，进一步向墙后填土移动或转动时，产生被动土压力。第23页/共63页11 三月 2023第24页/共63页11 三月 20237.5 悬臂式围护结构设

10、计计算7.5.1 围护结构的破坏形式(1)非重力式围护结构的破坏1)强度破坏 支护结构的强度破坏第25页/共63页11 三月 20232)稳定性破坏a墙后填土失稳；b坑底隆起；c管涌或流砂支护结构的稳定破坏(2)重力式围护结构的破坏形式倾覆破坏。滑移破坏。第26页/共63页11 三月 2023土体整体滑动失稳、坑底隆起、管涌或流砂与非重力式围护结构相似。7.5.2悬臂式围护结构计算简图不同于一端固定的悬臂梁：无法确定固定端，嵌入土体部分受力无法确定。可取单元体进行受力分析。根据实测结果的受力简图：支护结构位移产生主动土压力。土体受压在开挖侧的顶部和非开挖侧的底部出现被动土压力，被动土压力大小未

11、知，通过静力平衡无法同时求解。第27页/共63页11 三月 2023(1)(1)非均质土层或有地下水作用时的非均质土层或有地下水作用时的简化图式简化图式 当当悬悬臂臂式式围围护护桩桩全全长长范范围围内内作作用用在在不不同同的的土土层层或或有有地地下下水水作作用用时时，只只能能采采用用试算的方法，简化图式如下：试算的方法，简化图式如下：可可以以把把BEBE段段的的被被动动土土压压力力简简化化为为一一集集中中力力作作用用在在杆杆件件低低段段。可可以以通通过过静静力力平平衡求解反力衡求解反力PrPr和埋置深度和埋置深度d d。第28页/共63页11 三月 2023(2)(2)均质土体作用在悬臂桩两侧

12、的简化图式均质土体作用在悬臂桩两侧的简化图式 对对于于砂砂性性土土，假假设设c c0,0,在在杆杆下下端端右右侧侧的的被被动动土土压压力力假假设设呈呈三三角角形形分分布布（图图a a）。）。对对于于砂砂性性土土，假假设设c c0,0,在在杆杆下下端端右右侧侧的的被被动动土土压压力力假假设设为为一一集集中中力力作作用用在在杆杆端处（图端处（图b b）。）。对对于于粘粘性性土土，在在杆杆下下端端右右侧侧的的被被动动土土压压力力假假设设为为一一集集中中力力作作用用在在杆杆端端处处（图图c c）。）。a b ca b c第29页/共63页11 三月 20237.5.3 悬臂式围护结构内力分析(1)确定

13、计算参数和计算简图(2)确定嵌入深度 支护结构的变形对于非均质土体先假设埋深d，然后分层计算主动、被动土压力，满足稳定要求即可。对于均质土层可直接通过解析方法计算第30页/共63页11 三月 2023由 得（3)内力或强度计算非均质土层：由剪力为零确定最大弯矩所在位置，按下式试算：最大弯矩为：均质土层：直接按计算简图按解析方法计算。第31页/共63页11 三月 2023(4)位移计算第32页/共63页11 三月 20237.6 撑(锚)式围护结构的设计计算7.6.1 单撑(锚)围护结构(1)单撑(锚)浅桩(自由端)适用于底端自由支承的单锚式挡土结构。当挡土结构的入土深度不大，非嵌固时，由于墙后

14、土压力的作用形成极限平衡的单跨简支粱。挡土结构因受土压而弯曲，并绕顶部锚系点旋转。计算浅桩的最小插入深度Dmin和支反力R第33页/共63页11 三月 2023由静力平衡条件 根据剪力为零时弯矩最大的原则求出最大弯矩。根据最大弯矩设计支护结构的截面(截面尺寸、配筋等)。第34页/共63页11 三月 2023(2)单撑(锚)深桩(固定端)（等值梁法）有支撑或有锚杆的挡土结构的变形曲线上有反弯点（如图）有三个未知量T，D，Ep2。先找出反弯点位置，假定该点弯矩为0。从反弯点将挡土结构断开，上部为一简支粱，下部为一次超静定结构，可按结构力学方法求解内力。桩身土压力与等值梁法计算简图第35页/共63页

15、11 三月 20237.6.2 多层撑(锚)支护结构的计算(1)二分之一分割法 将各道支撑均匀分布，假设桩、墙体不发生变形，每道支撑承担相邻两个半跨的侧压力。支挡结构上的土压力分布第36页/共63页11 三月 2023(2)分段等值梁法1)计算原理 分段等值梁法计算简图2)计算步骤 第37页/共63页11 三月 20237.7 土层锚杆结构设计计算(1)土层锚杆的构造,参见下图锚杆构造图第38页/共63页11 三月 2023(2)锚杆的设计1)锚杆的布置第39页/共63页11 三月 20232)锚杆结构的设计(圆柱形锚杆)锚杆长度的计算锚杆计算简图第40页/共63页11 三月 2023(3)拉

16、杆自由段长度(4)拉杆截面计算其中：A为拉杆截面积；Nt为拉力设计值；K为安全系数；fptk为钢筋、预应力筋的强度标准值。第41页/共63页11 三月 2023(5)锁定荷载结构背面地层为松散土层时，锁定荷载为设计拉力值的0.60.8倍。对允许变形的支护结构的锚固，锁定荷载为设计拉力值的0.50.7倍。预计地层有明显的徐变时，施工时先加到设计拉力值的1.21.3倍，然后退到设计值锁定。7.8基坑及支护结构稳定性验算基坑稳定性：边坡稳定性，抗隆起稳定性、抗渗流稳定性；第42页/共63页11 三月 2023(1)墙后土体整体滑动失稳同土力学内容，简单条分法，毕肖普法等。(2)坑底隆起验算如图：假定

17、土体重W在自重和地面超载的作用下，地基沿圆柱面BC发生滑动失稳，失稳土体将绕圆柱面中心轴O转动。其转动力矩为：抵抗滑动的力矩为：其中为地基土不排水强度。第43页/共63页11 三月 2023当土质均匀时，(3)坑底土管涌验算基坑开挖后，地下水将形成水头差，当地下水向上的渗透力大于土体的有效浮容重时，土体将向上移动，产生管涌。近端处的管涌近端处流砂集水坑管涌桩周管涌旧井口管涌钻探口管涌第44页/共63页11 三月 20232)软弱粘性土地基对软弱粘性土应考虑水头损失，不发生管涌的条件是：1)砂性土地基对松散土、多孔隙土可以不考虑水头损失，不发生管涌的条件是：T为桩的入坑深度；H为地下水位至坑底距

18、离；w为水的重度；为土的有效重度；第45页/共63页11 三月 20237.9 基坑降排水设计降排水方法：基坑明排，井点降水两类。(1)基坑明排设计1)排水系统布置第46页/共63页11 三月 20232)水泵的选用3)明排降水的适用范围(2)井点降水井点降水是利用井点(垂直井点和水平井点)抽水或引渗来降低地下水位，从而保证基坑施工的一种施工方法。第47页/共63页11 三月 20237.10 我国深基坑支护规程的设计计算方法7.10.1 深基坑支护按我国深基坑支护规程的设计原则承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体稳定、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；正常使用极限状态

19、：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。7.10.2 排桩、地下连续墙支护结构的设计计算(1)悬臂式排桩、地下连续墙支护结构第48页/共63页11 三月 20231)悬臂式排桩、地下连续墙支护结构工作原理2)悬臂式支护结构特点和适用范围图7.18 悬臂桩工作原理简图第49页/共63页11 三月 20233)悬臂式排桩支护结构支护计算公式图7.19 悬臂式支护结构嵌固深度计算简图第50页/共63页11 三月 2023(2)单层支点排桩、地下连续墙支护结构1)单层支点排桩、地下连续墙支护结构的嵌固深度计算基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离hc1

20、支点力Tc1可按式(7.32)计算：第51页/共63页11 三月 2023嵌 固 深 度 设 计 值 hd可 按 式(7.40)确 定(图7.21)图7.20 单层支点支护结构 图7.21单层支点支护结构嵌 支点力计算简图 固深度计算简图第52页/共63页11 三月 20232)排桩、地下连续墙结构计算截面弯矩设计值M 截面剪力设计值V支点结构第j层支点力设计值Tdj:3)排桩、地下连续墙截面承载力计算(3)单层支点排桩、地下连续墙支护结构锚杆计算1)锚杆承载力计算应符合下式规定第53页/共63页11 三月 2023普通钢筋截面面积应按式(7.39)计算:预应力钢筋截面面积应按式(7.40)计

21、算:2)锚杆轴向受拉承载力设计值应按下列规定计算基坑侧壁安全等级为二级且有邻近工程经验时,可按式(7.49)计算锚杆轴向受拉承载力设计值，并应按规程附录E要求进行锚杆的验收试验：3)锚杆自由段长度lf宜按式(7.42)计算(如图7.22)第54页/共63页11 三月 2023图7.22 锚杆自由段长度计算简图7.10.3 土钉墙支护结构的设计计算土钉墙是将一系列钢筋或钢索近似水平地设置于被加固的原位土中，在坡面喷射混凝土面层形成的。(1)土钉抗拉承载力计算单根土钉抗拉承载力计算应符合式(7.43)要求：第55页/共63页11 三月 2023单根土钉受拉荷载标准值可按式(7.44)计算：荷载折减

22、系数可按式(7.45)计算：对于基坑侧壁安全等级为二级的土钉抗拉承载力设计值应按试验确定，基坑侧壁安全等级为三级时可按式(7.46)计算(图7.23)：第56页/共63页11 三月 2023图7.23 土钉抗拉承载力计算简图1喷射混凝土面层；2土钉(2)土钉墙整体稳定性计算土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法(图7.24)按式(7.47)进行整体稳定性验算：第57页/共63页11 三月 20237.10.4 水泥土墙结构支护结构的设计计算(1)水泥土墙嵌固深度计算当按上述方法确定的嵌固深度设计值hd小于0.4h时，取hd=0.4h。(2)水泥土墙墙体厚

23、度计算当水泥土墙底部位于碎石土和沙土时(图7.25(a)墙体厚度设计值宜按式(7.49)确定：第58页/共63页11 三月 2023当水泥土墙底部位于粘性土和粉土中间时(图7.25(b)墙体厚土设计值宜按下列经验公式确定:(3)正截面承载力验算压应力验算:第59页/共63页11 三月 2023拉应力验算:7.10.5 深基坑支护结构设计计算实例图7.26 基坑边坡示意图 图7.27土钉布置示意图第60页/共63页11 三月 2023图7.28土压力分布图(kPa)第61页/共63页11 三月 2023本章小结本章小结浅基础施工基坑的开挖、放坡及支挡坑内排水与降低地下水位基础结构制作减轻地基不均匀沉降的措施建筑措施结构措施施工措施基坑工程基坑工程的特点维护结构的类型及适用范围维护结构的设计计算作业作业：阅读教材及参考书，完成阅读教材及参考书，完成P122P122：2.142.14、2.152.15；P310P310：7.17.37.17.3；预习下一讲内容桩基础。预习下一讲内容桩基础。第62页/共63页11 三月 2023淮阴工学院建筑工程系感谢您的观看！第63页/共63页