1深基坑的支护结构

中铁五局城市轨道交通工程分公司深基坑支护结构2019年11月7日深基坑支护结构讲义1前言2支护结构的选型3挡墙的选型4支撑（拉锚）的选型5支护结构计算6重力式支护结构计算7支护结构施工8支护结构检测一．前言深基坑支护结构讲义补偿性基础，即以天然地面到建筑物基础埋置深度之间的土体重量，来补偿一部分建筑物的荷重，故高层基础埋深均较大。但基础埋深加大给施工带来很多困难，尤其是在城市建筑物密集地区，施工现场附近有建筑物、道路和地下管线纵横交错，很多情况下不允许采用较经济的放坡开挖，而需要在人工支护条件下进行基坑开挖。应力圆与土的抗剪强度二．支护结构的选型深基坑支护结构讲义支护结构包括挡墙和支撑（或拉锚）两部分。挡墙或支撑中任何一部分的选型不当或产生破坏（包括变形过大），都会导致整个支护结构的失败。支护结构的型式：放坡开挖悬臂式支护结构内撑式支护结构拉锚式支护结构土钉墙支护结构环梁护壁支护结构其它形式支护结构三．挡土墙的选型深基坑支护结构讲义3.1、挡墙的类型1、槽钢钢板桩；2、热轧锁口钢板桩；3、钢筋混凝土板桩；4、钻孔灌注桩挡墙；5、H型钢支柱（或钢筋混凝土桩支柱）；6、地下连续墙；7、深层搅拌水泥土桩挡墙；8、旋喷桩帷幕墙。三．挡土墙的选型深基坑支护结构讲义3.2、钢板桩1、槽钢钢板桩由槽钢并排或正反扣搭接组成。槽钢长6～8m，多用于深度不超过4m的基坑。顶部宜设一道支撑或拉锚。槽钢钢板桩三．挡土墙的选型深基坑支护结构讲义2、热轧锁口钢板桩由槽钢并排或正反扣搭接组成。槽钢长6～8m，多用于深度不超过4m的基坑。顶部宜设一道支撑或拉锚。热轧锁口钢板桩三．挡土墙的选型深基坑支护结构讲义3.3、钢筋混凝土板桩该板桩截面带企口，有一定的挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永留地基土中。适于3-6m基坑，但应用较少。钢筋混凝土板桩三．挡土墙的选型深基坑支护结构讲义3.4、钻孔灌注桩挡墙常用Φ600-1000mm，是支护结构中应用最多的一种。宜形成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁。但施工难以做到相切，挡水效果差。钻孔灌注桩档墙三．挡土墙的选型深基坑支护结构讲义3.5、H型钢支柱（钢筋混凝土桩支柱）、木挡板支护墙该类支护结构适用于土质较好、地下水位较低的地区。型钢或支柱按一定间距打入，支柱间设木挡板或其它挡土设施。H型钢支柱（钢筋混凝土桩支柱）、木挡板支护墙三．挡土墙的选型深基坑支护结构讲义3.6、地下连续墙地下连续墙已是目前深基坑的主要支护结构之一。在地下结构层数多的深基坑的施工非常有利。地下连续墙常是采用“逆筑法”的支护结构的首选。天津市的华联商厦、紫金花园、鸿吉大厦、津汇广场等很多工程均采用地下连续墙方法施工。三．挡土墙的选型深基坑支护结构讲义3.7、深层搅拌水泥土桩挡墙深层搅拌水泥土桩挡墙是用特制的进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制搅拌制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙，既可挡土又可形成隔水帷幕。深层搅拌水泥土桩挡墙三．挡土墙的选型深基坑支护结构讲义3.8、地下连续墙旋喷桩帷幕墙是钻孔后，将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中，形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙。旋喷桩帷幕墙可用作支护结构挡墙，也可用于挡水。四．支撑（拉锚）的选型深基坑支护结构讲义当基坑深度较大，悬臂挡墙的强度和变形不能满足要求时，需增设支撑系统。支撑系统有：基坑内支撑基坑外拉锚（顶部拉锚土层锚杆拉锚）常用的有：钢结构支撑深基坑支护结构讲义4.1、钢结构支撑1、钢管支撑四．支撑（拉锚）的选型钢结构支撑深基坑支护结构讲义4.2、型钢支撑型钢支撑主要采用H型钢，用螺栓连接，为工具式钢支撑，现场组装方便，可重复使用。4.2.1钢筋混凝土支撑有角撑、对撑、桁架式支撑，还有圆形、拱形和椭圆形等形状的支撑。四．支撑（拉锚）的选型圆形支撑深基坑支护结构讲义5.1、支护结构的破坏形式和计算内容支护结构可分为两类：(1)重力式支护结构(2)非重力式支护结构重力式包括深层搅拌水泥土桩挡墙：(1)旋喷桩帷幕墙(2)非重力式包括钢板桩、钢筋混凝土预制桩、钻孔灌注桩挡墙、地下连续墙等。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义5.2、非重力式支护结构挡墙的破坏包括：强度破坏、稳定性破坏。1、强度破坏（非重力式）(1)拉锚破坏或支撑压曲地面荷载增加过多、土压力过大使拉杆断裂，或锚固失败、腰梁破坏、内支撑受压失稳。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义2、强度破坏（非重力式）（2）支护墙体底部走动支护墙入土深度不够或挖土过深以及水的冲刷均可产生这种破坏。需正确的计算入土深度。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义3、强度破坏（非重力式）(1)支护墙的平面变形过大或弯曲破坏支护墙截面过小、土压力估不准、墙后增大量地面荷载或挖土超深，需准确计算最大弯矩值以验算截面。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义4、非重力式支护结构的稳定性破坏(1)墙后土体整体滑动失稳拉锚的长度不够、软粘腿发生圆弧滑动，引起支护结构整体失稳。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义5、非重力式支护结构的稳定性破坏（1）挡墙倾覆（2）坑底隆起如挖土深度大，由于卸土过多，在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义6、非重力式支护结构的稳定性破坏(1)管涌在砂土区，当地下水较高坑较深时，在动水压力作用下，地下水绕过支护墙连砂土一同涌入基坑。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义5.3、重力式支护结构的破坏重力式支护结构的破坏包括：（1）强度破坏（2）稳定性破坏其强度破坏只是水泥土抗剪强度不足，产生剪切破坏，为此需验算最大剪应力处的墙身应力。重力式支护结构的稳定性破坏包括：1、倾覆2、滑移3、土体整体滑动失稳4、坑底隆起5、管涌五．支护结构计算深基坑支护结构讲义5.4、非重力式支护结构的破坏5.4.1支护结构承受的荷载支护结构承受的荷载一般包括：1、土压力2、水压力墙后地面荷载引起的附加荷载。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义5.4.2土压力1、主动土压力若挡墙在墙后土压力作用下向前位移时随位移增大，墙后土压力渐减小。当位移达某一数值时，土体内出现滑裂面，墙后土达极限平衡状态，此时土压力称为主动土压力，以Ea表示。五．支护结构计算主动土压力示意图深基坑支护结构讲义2、静止土压力若挡墙在土压力作用下墙本身不发生变形和任何位移（移动或滑动），墙后填土处于弹性平衡状态，则此时作用在挡墙上的土压力成为静止土压力。以表示。五．支护结构计算静止土压力示意图0E深基坑支护结构讲义3、被动土压力：若挡墙在外力作用下墙向墙背向移动，随位移增大，墙所受土的反作用力渐增大，当位移达一定数值时，土体内出现滑裂面，墙后土处被动极限平衡状态，此时土压力称为被动土压力，以表示。五．支护结构计算被动土压力示意图pE深基坑支护结构讲义5.4.3主动土压力表示主动土压力强度（无粘性土）:五．支护结构计算粘性土：深基坑支护结构讲义土压力分布：对于粘性土按计算公式计算时，主动土压力在土层顶部（H=0处）为负值，即:五．支护结构计算表明出现拉力区，这在实际上是不可能发生的。可计界高度以下的主动土压力：深基坑支护结构讲义5.4.4被动土压力表示被动土压力强度（无粘性土）:五．支护结构计算粘性土：悬臂式挡土结构，对于土的性质、荷载大小等非常敏感，它完全依靠足够的入土深度来保持其稳定性，故其高度一般不大于4m。深基坑支护结构讲义5.4.5土压力分布1、悬臂无支撑挡墙，其压力分布为主动土压力，是三角形分布，被动土压力也是三角形分布。五．支护结构计算土压力的分布深基坑支护结构讲义2、多支撑或多拉锚的挡墙背面土压力分布图形砂土为梯形，粘土土压力分布图是稍复杂的三角形。悬臂挡土墙所承受的主动土压力完全由其底部的被动土压力来平衡；而锚定板单支点的挡土结构，其主动土压力则由锚定板拉杆和底部的被动土压力共同承受，加以平衡。五．支护结构计算多支撑体系土压力的分布深基坑支护结构讲义5.5、水压力作用于支护结构上的水压力一般按静水压力考虑。有稳态渗流时按三角形分布计算。在有残余水压力时，水压力按梯形分布。水压力和土压力的分算或合算问题，目前均采用。一般情况下，由于粘性土中水主要是结晶水和结合水，宜合算。五．支护结构计算水压力的计算方法水压力的梯形分布深基坑支护结构讲义5.6、墙后地面荷载引起附加荷载有三种情况：1、墙后有均布荷载q2、距离支护结构一定距离有均布荷载q3、距离支护结构一定距离有集中荷载p（如塔吊、混凝土泵车等）由Ｐ引起的附加荷载分布在支护结构的一定范围h2上。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义(1)墙后有均布荷载q，如墙后堆有土方、材料等地面均布荷载对支护结构引起的附加荷载，可按下式计算：五．支护结构计算计算示意图深基坑支护结构讲义（2）距离支护结构一定距离有均布荷载ｑ此时压应力传到支护结构上有一空白距离h1,在h1之下产生均布的附加应力：五．支护结构计算计算示意图深基坑支护结构讲义（3）距离支护结构一定距离有均布荷载ｑ此时压应力传到支护结构上有一空白距离h1,在h1之下产生均布的附加应力：五．支护结构计算计算示意图深基坑支护结构讲义5.7、非重力式支护结构的计算深基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计达式进行设计。基坑支护结构极限状态可有两类：1、承载能力极限状态2、正常使用极限状态(1)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失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；(2)正常使用极限状态：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。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义5.8、基坑侧壁安全等级及重要性系数表5-1安全等级及重要性系数五．支护结构计算安全等级破坏后果一级支护结构破坏、土体失稳或变形过大对基坑周边环境及地下结构施工影响严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构影响一般1.00三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.900深基坑支护结构讲义五．支护结构计算计算示意图5.9、悬臂桩墙的计算排桩、地下连续墙嵌固深度设计值宜按下列规定：1、悬臂式支护结构嵌固深度设计值hd宜按下式确定深基坑支护结构讲义五．支护结构计算当基坑底为碎石土及砂土，基坑内排水且作用有渗透压力时，嵌固深度设计值还应满足下式抗渗稳定条件：5.10、支护结构计算当确定悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计值（构造要求）。深基坑支护结构讲义五．支护结构计算1ch5.11、单支点支护结构计算单层支点结构支点力及嵌固深度计算支点力：基坑底面以下支护结构设定弯矩零点至基坑底面距离按下式确定。深基坑支护结构讲义单层支点结构支点力及嵌固深度计算支点力按下式计算五．支护结构计算1cT：支点至基坑底面的距离：基坑底面至设定弯矩零点位置的位置：分别为合力：作用点至设定弯矩零点的距离深基坑支护结构讲义5.12、支护结构计算的其它方法1、等值梁法；2、弹性曲线法；3、竖向弹性地基梁法（基床系数法）；4、有限元法。5.12.1等值梁法图中ab梁一端固定一端简支，弯矩图的正负弯矩在c点转折，若将ab梁在c点切断，并于c点加一自由支承形成ac梁，则ac梁上的弯矩将保持不变，即称ac梁为ab梁上ac段上的等值梁。五．支护结构计算深基坑支护结构讲义五．支护结构计算计算示意图深基坑支护结构讲义用等值梁计算板桩，先要知道正负弯矩的转折点的位置。因板桩地面下土压力等于0的位置，接近正负弯矩的转折点，为简化即用土压力等于0的位置代替它。五．支护结构计算弯矩图深基坑支护结构讲义6.1原理重力式支护结构是依靠结构自身重力来维持极限平衡状态的。6.2荷载组合1、土压力；2、重力式结构自重；3、地面超载包括：永久荷载、道路荷载、可变地下水位和施工荷载（施工机械荷载、材料堆放荷载）以及偶然荷载（地震荷载、人防荷载）。6.3重力式结构计算内容1、滑动稳定性验算2、倾覆稳定性验算3、土体整体滑动验算4、坑底隆起验算5、.管涌验算六．重