4常见基坑支护形式(2)教程

地下结构工程主讲教师：白哲第4章常见基坑支护形式本章内容4.1大开挖基坑工程4.2排桩4.3水泥土重力式围护墙4.4土钉墙4.5土层锚杆4.6型钢水泥土搅拌墙4.7地下连续墙4.8逆作拱墙4.9逆作法施工4.3水泥土重力式围护墙定义：水泥土重力式围护墙是以水泥系材料为固化剂，通过搅拌机械采用喷浆施工将固化剂和地基土强行搅拌，形成连续搭接的水泥土状加固体挡墙。固化剂通常为水泥或石灰。特点：施工无震动、噪音、无废水泥浆；坑内无需支撑拉锚，优良的抗渗特性。搅拌桩挡墙一般将相邻桩连续搭接布置，且在平面上组成格栅形，可按重力式挡土墙设计。4.3水泥土重力式围护墙4.3.1水泥土重力式围护墙的类型根据搅拌轴数的不同，搅拌桩的截面主要有双轴和三轴两类，前者由双轴搅拌机形成，后者由三轴搅拌机形成。以水泥土为主体的复合重力式围护墙得到一定发展，结合钢筋混凝土预制板桩、钻孔灌注桩、型钢等。按平面布置区分有：满堂布置、格栅型布置和宽窄结合的锯齿形布置。用于地基处理的水泥土搅拌桩用于基坑支护的水泥土搅拌桩搅拌机械4.3水泥土重力式围护墙4.3.2水泥土重力式围护墙的破坏形式a墙体附近土体整体滑移破坏，基底土体隆起；b墙体倾覆；c墙体变形过大或整体刚性移动；d墙体压、剪或拉等破坏。4.3水泥土重力式围护墙4.3.2水泥土重力式围护墙的破坏形式4.3水泥土重力式围护墙4.3.3适用条件(1)开挖深度：不宜超出7m；周边环境保护要求较高时，应控制在5m范围以内。(2)土类：淤泥质土、含水量较高的粘土、粉土、砂土等软土地基。(3)慎重选用：基坑周边距离1~2倍开挖深度范围内，存在对沉降和变形较敏感的建筑物时。4.3水泥土重力式围护墙1)水泥土墙的嵌固深度4.3.4水泥土墙的计算0sin)(tancos)(00iiikiiiiiiWbqWbqlc(1)hd=1.1h04.3水泥土重力式围护墙1)水泥土墙的嵌固深度4.3.4水泥土墙的计算(2)对均质粘性土及无地下水的粉土或砂类土h0=n0hn0为嵌固深度系数，可查表确定。(3)抗渗透稳定条件：当坑底为碎石及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压时，水泥土墙的嵌固深度设计值尚应满足式)(2.10wadhhh4.3水泥土重力式围护墙1)水泥土墙的嵌固深度4.3.4水泥土墙的计算(4)当hd0.4h时，取0.4h4.3水泥土重力式围护墙2)墙体厚度4.3.4水泥土墙的计算(1)当水泥土墙底部位于碎石土或砂土时墙体厚度宜按下式确定：0010(1.2)5()2(232)aaippjcsdwdwpwahEhEbhhhhhh(2)当水泥土墙底部位于粘性土或粉土中时墙体厚度设计值宜按下列经验公式确定：02(1.2)()aaippjcsdhEhEbhh(3)当按上述规定确定的水泥土墙厚度小于0.4h时宜取0.4h。4.3水泥土重力式围护墙3)正截面承载力验算4.3.4水泥土墙的计算(1)压应力验算：01.25cscsMzfWcMM025.1(2)拉应力验算：0.06cscsMzfW水泥土墙的抗拉强度近似取抗压强度的0.06倍。例题4-44.3水泥土重力式围护墙4.3.5水泥土重力式围护墙加固体一般技术要求（1）常用水泥掺入比为双轴水泥土搅拌桩12~15%，三轴水泥土搅拌桩18~22%，高压喷射注浆不少于25%，粉喷桩13~16%，高压喷射水泥水灰比宜为1.0-1.5；（2）水泥土加固体的强度以龄期28天的无侧限抗压强度qu为标准，qu应不低于0.8MPa;（3）水泥土加固体的渗透系数不大于10-7cm/sec，水泥土围护墙兼作隔水帷幕；（4）水泥土重力式围护墙搅拌桩搭接长度应不小于200mm。墙体宽度大于等于3.2m时，前后墙厚度不宜小于1.2m。在墙体圆弧段或折角处，搭接长度宜适当加大;深层搅拌桩和高压喷射桩水泥土墙的桩位偏差不应大于50mm,垂直度偏差不宜大于0.5%;（5）水泥土重力式围护墙转角及两侧剪力较大的部位应采用搅拌桩满打、加宽或加深墙体等措施对围护墙进行加强;（6）当基坑开挖深度有变化，围护墙体宽度和深度变化较大的断面附近应当对墙体进行加强；（7）水泥土墙应在设计开挖龄期采用钻芯法检测墙身完整性。4.4土钉墙组成：细长杆件-土钉、钢筋混凝土面层、被加固土体。作用：土体开挖时保持基坑侧壁或边坡稳定；抵抗水土压力及地面附加荷载等作用力。结构参数的影响因素：土体特性、地下水状况、支护面角度、周边环境、使用年限、使用要求。工艺：土钉是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，俗称砂浆锚杆，也可以通过直接打入形成土钉，此时一般采用较粗的螺纹钢筋或角钢。特点：自上而下施工，步步为营，不施加预应力，全长范围内受力，密度大，土钉墙是靠土钉的相互作用形成复合整体作用，个别钉产生破坏或失效，对整个土钉墙影响不大。4.4土钉墙4.4.1土钉墙的特点排桩设计的主要内容(1)能合理利用土体的自稳能力，结构合理。(2)轻型支护结构，柔性大，破坏前有变形发展过程。(3)密封性好(4)土钉数量众多，靠群体作用。(5)施工所需场地小。(6)施工速度快。(7)施工设备及工艺简单。(8)孔径小，穿透能力强。(9)便于信息化施工。(10)工程造价较低。4.4土钉墙4.4.2土钉墙的适用范围土钉墙适用于：地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土的基坑开挖支护，不适合：含水丰富的粉细砂、中细砂、砂卵石层；缺少粘聚力的、过于干燥的砂层；淤泥质土、淤泥等软弱土层；膨胀土；强度过低的土。除了地质条件外，还不适合于：对变形要求较为严格的场所；较深的基坑；建筑物地基为灵敏度较高的地基；对用地红线有严格要求的场所。a)托换基础;b)竖井的挡墙;c)斜面的挡土墙d)斜面稳定;e)和锚杆并用的斜面防护土钉墙的应用领域（1）确定土钉墙的平面和剖面尺寸及分段施工高度；（2）确定土钉的布置方式和间距；（3）确定土钉的直径、长度、倾角及在空间的方向；（4）确定土钉钢筋的类型、直径和构造；（5）注浆配方设计，注浆方式，确定浆体强度指标；（6）喷射混凝土面层设计及坡顶防护设计；（7）土钉抗拔力验算；（8）进行整体稳定性分析；（9）变形预测和可靠性分析；（10）施工图设计及其说明；（11）现场监测和质量控制设计。4.4土钉墙4.4.3土钉墙的设计jjTTuk025.11）抗拉承载力4.4土钉墙4.4.3土钉墙的设计2）受拉荷载标准值jjjjjksseTcos/zxka4.4土钉墙4.4.3土钉墙的设计3）荷载折减系数iijjlqTksnsud14）土钉受拉承载力设计值2kk11tan[]/tan(45)2tan2tan2k4.4土钉墙4.4.3土钉墙的设计5）土钉墙整体稳定性验算4.4土钉墙4.4.3土钉墙的设计mjjniiiiiniiiTtgbqWssLc1n1k01kcos)(]tg)sin(21)[cos(kijjjj0sin)(100niiiikbqwsθj－第j根土钉与滑裂面交点处的切线与水平面的夹角。nnskdjjiniTql（1）土钉墙墙面坡度不宜大于1:0.1；（约84.3°）（2）土钉必须和面层有效连接，应设置承压板或加强钢筋等构造措施，承压板或加强钢筋应与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接；（3）土钉的长度宜为开挖深度的0.5～1.2倍，间距宜为1～2m，与水平面夹角宜为5°～20°；（4）土钉钢筋宜采用HRB335、HRB400级钢筋，钢筋直径宜为16～32mm，钻孔直径宜为70～120mm；4.4土钉墙4.4.4构造要求（5）注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜低于M10；（6）喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为6～10mm，间距宜为150～300mm；喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度不宜小于80mm；（7）坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm。排水措施：当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施；土钉墙墙顶应采用砂浆或混凝土护面，坡顶和坡脚应设排水措施，坡面上可根据具体情况设置泄水孔。4.4土钉墙4.4.4构造要求［例题4-5］某工程坡高6m，采用土钉墙处理，已知侧压系数为0.25，土平均重度20kN/m3（图4-28）。解：（1）土压力计算（2）土钉荷载计算取Sx=Sy=1.5m，土钉倾角α=15°，土钉锚固体直径dnj=100mm，土钉墙水平倾角为78.7°（1∶0.2）。单根土钉受拉荷载标准值为（取ξ=1.0）（3）土钉设计计算假设土层IL=0.27，查表取qsik=65kPa，则有jjjjjksseTcos/zxka第一排土钉计算，取Zj=0.5m第一排土钉长L1=3.36+0.47=3.83m，实取L1=4.5m；下土钉杆体本节小结4.3水泥土重力式围护墙-了解其计算方法。4.4土钉墙-掌握土钉墙的设计计算方法。