第6章基坑工程.

6.基坑工程26.基坑工程基本概念基坑工程建筑物基础工程或其他地下工程（地下变电站、地铁车站等）施工中所进行的基坑开挖、降水、支护和土体加固以及监测等综合性工程。6.1.1基坑工程概念及特点36.基坑工程基坑工程特点一般为临时性结构，安全储备较小，风险性较大。区域性、个案性。综合性:结构、岩土、工程地质及环境等学科；基坑开挖、降水、支护等环环相扣。较强的时空效应。对周边环境影响较大。46.基坑工程基坑事故实例新加坡nicoll大道地铁基坑倒塌事故现场的软黏土抗剪强度低，基坑开挖较深，以及支护设计和基坑施工的缺陷是事故的主要原因。56.基坑工程杭州地铁一号线湘湖站基坑事故施工单位违规施工、冒险作业、基坑严重超挖；支撑体系存在严重缺陷且钢管支撑架设不及时；垫层未及时浇筑66.基坑工程基坑工程设计施工要求满足支护结构本身强度、变形等安全要求的同时，确保周围环境的安全；保证安全可靠的前提下，具有较好的技术经济效益和环境效应；为施工提供最大限度的方便（如提供足够的施工空间、地下水位以上施工），并保证施工安全。76.基坑工程6.1.2常用形式及适用条件放坡开挖及简易支护适合：土质好、开挖深度不大、有足够放坡场所图6.1基坑简易支护(a)土袋或块石堆砌支护；(b)短桩支护短桩土袋86.基坑工程96.基坑工程悬臂式支护结构特点•依靠足够的入土深度和结构抗弯能力维持坑壁稳定；•水平位移是支护深度的五次方，对开挖深度敏感；适合土质较好、开挖深度较浅桩（墙）106.基坑工程悬臂式混凝土灌注桩支护结构116.基坑工程水泥土桩墙支护结构由深层搅拌机在原地将水泥和土强制和形成的水泥土桩搭接而成。利用桩墙体自重来维持基坑稳定；适合软土区的浅基坑(H≤6.0m)126.基坑工程内撑式支护结构特点:包括支护桩或墙和内支撑；内支撑会占用施工空间。适合各种地基土层。内支撑桩或墙136.基坑工程146.基坑工程环形内支撑156.基坑工程拉锚式支护结构包括支护桩或墙和锚杆；不宜用于软粘土地层中图６.５(a)地面拉锚(b)土层拉锚桩或墙桩或墙地面拉锚锚桩锚杆166.基坑工程•自由段：将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，对锚杆施加预应力；•锚固段：水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域，将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，将自由段的拉力传至土体深处。176.基坑工程186.基坑工程196.基坑工程206.基坑工程216.基坑工程土钉墙支护结构由被加固的原位土体、土钉和砼面板组成；适合地下水位以上的粘性土、砂土和碎石土等，不适合于淤泥或淤泥质土面板土体土钉226.基坑工程236.基坑工程246.基坑工程256.基坑工程266.基坑工程其他形式双排桩支护结构盖梁或盖板后排桩基坑底前排桩276.基坑工程连拱式支护结构αRD水泥搅拌桩钢筋混凝土桩βd286.基坑工程6.1.3基坑支护工程设计原则和设计内容基坑支护工程设计原则既保证支护结构本身的安全，又确保周围环境的安全；保证工程安全，又具有良好经济性和社会效益；为基坑工程施工与基础的施工提供最大限度的方便。296.基坑工程基坑工程勘察设计内容：1.基坑内建筑场地勘察和基坑周边环境勘察；2.支护结构方案技术经济比较和选型；3.支护结构的强度、稳定和变形以及基坑内外土体的稳定性验算；4.基坑降水和止水帷幕设计以及支护墙的抗渗设计；5.基坑开挖施工方案和施工检测设计。306.基坑工程6.1.4作用于支护结构上的荷载316.基坑工程土压力：竖向荷载作用下，土体侧向挤压产生的侧向压力。竖向荷载包括土体自重和土体上部超载。土压力=竖向荷载×土压力系数（k）Pa=kγh(简单情况)土压力可以看成竖向压力向侧向传递土压力的大小和支护结构位移有关支护结构土压力计算自重应力γh土压力326.基坑工程土压力：按支护结构位移方向和大小可以分为：静止土压力：支护结构位移为0主动土压力：土推墙被动土压力：墙推土支护结构土压力类型静止土压力主动土压力被动土压力336.基坑工程土压力大小：被动静止主动；EpE0Ea；原因：支护结构位移影响土体抗剪强度的发挥。346.基坑工程静止土压力E0：静止土压力分布σ0=K0γz对于砂土、正常固结粘土：K0≈1-sinφ`静止土压力大小E0=1/2K0γH2支护结构土压力计算356.基坑工程主动土压力Ea：土体抗剪强度的发挥，减小土压力。主动土压力分布:无粘性土粘性土主动土压力系数粘性土主动土压力大小20tan452aK366.基坑工程被动土压力Ep：土体抗剪强度的发挥，土压力增大。被动土压力分布:无粘性土粘性土被动土压力系数粘性土被动土压力大小无粘性土粘性土376.基坑工程静水压力分布:水压力计算386.基坑工程支护结构水土压力计算水土分算：对于砂性土和粉土，分别计算土水压力，然后叠加，抗剪强度指标采用有效应力强度指标。396.基坑工程要保证土体孔隙中的水要连通，对一些渗透性差的土水土分算不适用。406.基坑工程支护结构水土压力计算水土合算：采用土的饱和重度和总应力固结不排水强度指标计算总的水土压力水土合算跟土力学原理有冲突，机理上有问题，解释不清楚，但跟实际结果相近。水土分算，概念很清楚，但孔隙水压力很难确定。一般采用三角形分布的朗肯土压力计算。饱和土416.基坑工程6-2排桩、地下连续墙支护结构426.基坑工程6.3水泥土桩墙支护结构436.基坑工程446.基坑工程456.基坑工程例题6-3某基坑开挖深度h=5.0m，采用水泥土搅拌桩墙进行支护，墙体宽度b=4.5m，墙体入土深度（基坑开挖面以下）hd=6.5m，墙体重度g0=20kN/m3，墙体与土体摩擦系数μ=0.3。基坑土层重度g=19.5kN/m3，内摩擦角φ=24o，粘聚力c=0，地面超载为q0=20kpa。试验算支护墙的抗倾覆、抗滑移稳定性。466.基坑工程476.基坑工程486.基坑工程6.4土钉支护结构496.基坑工程6.5基坑稳定性分析分析目的：确定合理的嵌固深度，或验算所设计的支挡结构是否稳定和合理分析内容整体稳定性踢脚稳定性坑底抗隆起稳定性分析方法：工程地质对比法、力学分析法506.基坑工程6.5.2基坑整体稳定性分析方法：圆弧滑动面简单条分法，按总应力法计算ci、i—i土条底的粘聚力和内摩擦角；Li—i土条底面面积；Wi—i土条重量；qi—i土条底面倾角。hθiRBq0bihdii0iiiiSF0iii()costan1.3()sincLqbWKqbWqq516.基坑工程6.5.3踢脚稳定性分析对象：单(多)支点结构以支点(最下层支点)为转动点的失稳Mp—内侧被动土压力对B点的力矩；Ma—外侧BD段主动土压力对B点的力矩；Ep—基坑内侧被动土压力；ea,b、ea,d—基坑外侧B、D点土压力强度；ht—最下层支点离基坑底的距离；hd—支护结构的嵌固深度。hhdhtBea,bq0EaEpDeP,dea,d5.1~0.1))(3165()32(2dtda,ba,dtpapThheehhEMMK526.基坑工程分析方法：考虑墙体极限弯矩的抗隆起分析法、普朗特尔与太沙基抗隆起验算法考虑墙体极限弯矩的抗隆起分析假定开挖面以下墙体对抗隆起有利，且土体沿墙底按圆弧滑动：滑动力为土自重gh及超载q0；抗滑力为滑面抗剪强度，要求：6.5.4坑底抗隆起稳定性分析基坑底面hdhBCOA地面荷载q0ZEzdzγh+q0αdαdsτzτzτzR,LLS,L1.2~1.3MKM536.基坑工程滑动力矩抗滑力矩Mh—基坑底面处墙体极限抵抗弯矩，可取墙体设计弯矩•采用试算法计算入土嵌固深度hd，该法较适用于中等强度和较软弱的粘性土6.5.4坑底抗隆起稳定性分析2S,L0d1()2Mhqhg12R,Lzdzdzdh000HSSMhdzhdShdSM546.基坑工程太沙基和普朗特尔抗隆起分析墙底平面为极限承载力的求解基准面Prandtl公式Terzaghi公式太沙基和普朗特尔抗隆起算法hdhγ1(h+hd)+qBq0γ2hdτ2dqcL1d01.2~1.3()hNcNKhhqgg2tancqq(1)/tan,tan(45)2NNNe23()tan42cqq1(1)/tan,cos(45)22NNNe556.基坑工程坑底抗流砂稳定性流砂：当基坑底部向上的动水压力(渗透力)j≥g‘(土的浮重度)时近似按紧贴墙体最短路线计算最大渗透力，抗流砂稳定安全系数hw—墙后地下水位埋深；gw—地下水重度，kN/m3。6.5.5基坑渗流稳定性分析基坑抗流砂验算hwhhdwdLSww(2)1.5~2.0()hhhKjhhggg566.基坑工程基坑底土突涌稳定性原因：基底不透水层较薄且其下有较大水压的滞水层或承压水层时基坑底土突涌稳定安全系数KTY=ghs/gwH≥1.1~1.2hs—不透水层厚度；H—承压水高于含水层顶板的高度基坑底抗突涌稳定性验算Hhs576.基坑工程•作业：P2186-9586.基坑工程596.基坑工程6.5基坑稳定分析606.基坑工程6.2土钉支护结构基坑整体稳定性分析：616.基坑工程6.2土钉支护结构支护结构踢脚稳定性：626.基坑工程6.2土钉支护结构基坑底抗隆起稳定性：636.基坑工程6.2悬臂式桩墙计算极限平衡法土压力模式：三角形入土深t：静力平衡条件(∑X＝0、∑M＝0)求解，计算步骤（略）桩墙实际嵌深应适当放大(6-3)由剪力为零求出最大弯矩点深度，进而求出最大弯矩，再据此配筋(1.1~1.2)ctut图６.１０极限平衡法ep1-ea1zep3-ea3tuhdDEpEp'ep2-ea2y∑Eq0ABCO646.基坑工程6.3悬臂式桩墙计算布鲁姆简化法土压力模式：三角形入土深度：静力平衡条件（∑M＝0）求解，计算步骤（略）桩墙实际嵌深应适当放大(6-4)由剪力为零求出最大弯矩点深度，进而求出最大弯矩，再据此配筋(1.1~1.4)ctut图６.１１布鲁姆法uhaγ(KP-Ka)thCEp'EpOBE4xmtE3E2E1ΣEAγ(KP-Ka)656.基坑工程6.4单支点桩墙计算顶端支锚处无位移简化为一简支点；底端约束则视入土深而定入土较浅时支锚点A铰支、下端自由；由∑MA＝0求有效嵌深t并按式(6-4)适当放大002()()03apEhhEhhutuhag(KP-Ka)thCEpOBxmtΣEAγ(KP-Ka)Rah0图６.１２计算简图666.基坑工程6.4单支点桩墙计算由∑X=0求支点锚固力Ra：由剪力为零求出最大弯矩点深度：进而求出最大弯矩，再据此配筋apREE2()()ampaERxKKg3max01()()()6amampamMEhhuxRhhuxKKxg676.基坑工程6.4单支点桩墙计算入土较深时支锚点A铰支、下端嵌固的超静定梁，按等值梁法计算确定反弯点O（近似以净土压力零点代替）uhag(KP-Ka)thCEp'OBtΣEARah0⊿ttcOCRah+u-h0ΣEhaQ0Q0Ep'tAO图６.13单支点桩墙计算简图686.基坑工程6.4单支点桩墙计算由等值梁AO求Ra和反弯点剪力Q0取下段OC为隔离体，由∑MC＝0求t，并按式(1)放大由等值梁AO求算最大弯矩Mmax60()paQtKKg0000()0:()0:aaaEhhuMRhhuEhhMQhhuOA696.基坑工程6.5多支点桩墙计算土质较差，基坑较深时采用，支锚层数及位置根据土层分布与性质、基坑深度、支护结构刚度和材料强度以及施工要求等因素确定常用分析计算方法：等值梁法连续梁法支撑荷载1/2分担法弹性支点法有限单元法7