基坑与边坡工程第3章-排桩与地下连续墙支护技术PPT课件

制 作 人 ：周 勇 第3章 排桩与地下连续墙支护技术 第一节 概述1 第二节 支点力和嵌固深度计算2 第三节 桩（墙）内力与变形计算3 第四节 锚杆设计计算4 第五节 设 计 要 求 57 第七节 桩锚支护基坑设计施工和 监测实例第六节 施工要求6 思考题与习题8第3章 排桩与地下连续墙支护技术uu排桩：排桩：是沿基坑侧壁排列设置的支护桩及冠梁组成的支挡式结构部件或悬臂式支挡结构。uu地下连续墙：地下连续墙：分槽段用专用机械成槽、浇筑钢筋混凝土所形成的连续地下墙体。亦可称为现浇地下连续墙。uu结构类型：结构类型：排桩与地下连续墙属于悬臂式挡土围护结构，是利用悬臂作用来挡住墙后土体，依靠基坑底下的插入深度范围内的被动土压力来平衡基坑所受的主动土压力、地面荷载等，从而使板桩、桩和墙稳定。根据受力机理，插入深度的确定是非常重要的，准确计算入土嵌固深度才能保证基坑和基坑周围的安全。3.1概 述第3章 排桩与地下连续墙支护技术排桩支护结构深基坑第3章 排桩与地下连续墙支护技术排桩支护结构深基坑第3章 排桩与地下连续墙支护技术深基坑地下连续墙第3章 排桩与地下连续墙支护技术锚拉式支挡结构第3章 排桩与地下连续墙支护技术钢内支撑支挡结构当基坑较深时，需添加支撑、锚拉等措施。将悬臂式挡土结构与锚拉结构相结合，构成锚拉式支挡结构；悬臂式挡土结构与内支撑结构相结合，构成内支撑式支挡结构（支撑构件采用钢材、混凝土时，分别称为钢内支撑、混凝土内支撑）。第3章 排桩与地下连续墙支护技术混凝土内支撑支挡结构第3章 排桩与地下连续墙支护技术排桩和地下连续墙支护结构的破坏形式（a）拉锚破坏或支撑压曲；（b）底部走动；（c）平面变形过大或弯曲破坏；（d）墙后土体整体滑动失稳；（e）坑底隆起；（f）管涌u排桩和地下连续墙支护结构的破坏，包括强度破坏、变形过大和稳定性破坏。第3章 排桩与地下连续墙支护技术第3章 排桩与地下连续墙支护技术第3章 排桩与地下连续墙支护技术 在各类基坑支护结构中，目前排桩和地下连续墙应 用最多，其承受的荷载比较复杂，一般应考虑下述荷载：土压压力、水压压力、地面超载载、影响范围围内的地面上建筑物和构筑物荷载载、施工荷载载、邻邻近基础础工程施工的影响（如打桩、基坑土方开挖、降水等）。作为主体结构一部分时，应考虑上部结构传来的荷载及地震作用，需要时应结合工程经验考虑温度变化影响和混凝土收缩、徐变引起的作用以及时空效应。第3章 排桩与地下连续墙支护技术一、悬臂式支护结构悬臂式支护结构的计算： 3.2支点力和嵌固深度计算第3章 排桩与地下连续墙支护技术根据朗肯-库伦土压力理论分层计算主动土压力和被动土压力；在此基础上确定计算简图； 据此简图求出嵌固深度hd ;求最大弯矩截面位置及最大弯矩值；进行配筋设计或承载力计算；计算支护结构顶端位移。第3章 排桩与地下连续墙支护技术图3-2 悬臂式结构嵌固稳定性验算式中：Kem嵌固稳定安全系数；安全等级为 一级级、二级级、三级级的锚拉式支挡结 构和支撑式支挡结 构，Kem分别不应小于1.25、1.2、1.15；za1、zp2基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力作用点至支点的距离(m)。 悬臂式支挡结构的嵌固深度应符合嵌固稳定性的要求，计算公式如下：（3-1）第3章 排桩与地下连续墙支护技术图图3-3 单支点锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构的嵌固稳定性验算单支点支挡结 构的嵌固深度应符合嵌固稳稳定性的要求，计算公式如下：Kem嵌固稳定安全系数；安全等级为一级级、二级级、三级级的锚拉式支挡结 构和支撑式支挡结 构，Kem分别不应小于1.25、1.2、1.15；Za2、Zp2基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力作用点至支点的距离（m）。（3-2）第3章 排桩与地下连续墙支护技术当基坑比较深、土质较差时，单支点支护结构不能满足基坑支挡的强度和稳定性要求时，可以采用多层支撑的多支点支护结构。支撑层数及位置应根据土质、基坑深度、支护结构、支撑结构和施工要求等因素确定。三、多支点支护结构第3章 排桩与地下连续墙支护技术 多层支点支挡结构的嵌固深度宜按圆弧滑动简单条分法计算。图3-4 圆弧滑动条分法整体稳定性验算1任意圆弧滑动面；2锚杆第3章 排桩与地下连续墙支护技术 当挡土构件底端以下存在软弱下卧土层时，整体稳定性的验算滑动面应包括由圆弧与软弱土层层面组成的复合滑动面。 挡土构件的嵌固深度除应满足上述计算结果外，对悬臂式结构，尚不宜小于0.8h；对单支点支挡式结构，尚不宜小于0.3h；对多支点支挡式结构，尚不宜小于0.2h；此处，h为基坑深度。（3-3）（3-4）第3章 排桩与地下连续墙支护技术四、稳定性验算支挡式结构除满足上述的嵌固整体稳定性要求外，还应结合实际情况进行其它稳定性验算。第3章 排桩与地下连续墙支护技术l锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，坑底抗隆起稳定性可按下列公式验算：Khe抗隆起安全系数；安全等级为一级、二级、三级的支护结构，Khe分别不应小于1.8、1.6、1.4。挡土构件底端平面下土的抗隆起稳定性验算1.坑底抗隆起稳定性验算（3-5）（3-6）（3-7）第3章 排桩与地下连续墙支护技术软弱下卧层的抗隆起稳定性验算 软弱下卧层的抗隆起稳定性验算 当挡土构件底面以下有软弱下卧层时 ，挡土构件底面土的抗隆起稳定性验算的部位尚应包括软弱下卧层，公式中的m1、m2应取软弱下卧层顶 面以上土的重度D应取基坑底面至软弱下卧层顶 面的土层厚度。第3章 排桩与地下连续墙支护技术2. 按圆弧滑动验算抗隆起稳定性锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，当坑底以下为软土时，应按左图所示以最下层支点为转动轴心的圆弧滑动模式按下列公式验算抗隆起稳定性。（3-8）第3章 排桩与地下连续墙支护技术 基坑采用悬挂式截水帷幕或坑底以下存在水头高于坑底的承压含水层时，应进行地下水渗透稳定性验算。1）坑底以下有水头高于坑底的承压水含水层，且未用截水帷幕隔断其基坑内外的水力联系时，承压水作用下的坑底突涌稳定性按下式计算：3. 地下水渗透稳定性1截水帷幕；2基底；3承压水测管水位；4承压水含水层；5隔水层图图3-8 坑底土体的突涌稳定性验算（3-9）第3章 排桩与地下连续墙支护技术2）悬挂式截水帷幕底端位于碎石土、砂土或粉土含水层时，对均质含水层，地下水渗流的流土稳定性按下式计算：（a） 潜水采用悬挂式帷幕截水时的流土稳定性验算 1截水帷幕；2基坑底面；3含水层；4潜水水位；5-承压水测管水位； 6承压含水层顶面（3-10）（b） 承压水第3章 排桩与地下连续墙支护技术 3.3桩（墙）内力与变形计算一、荷载计载计 算1. 荷载载种类类作用在支护结构上的荷载，应包括下列因素：1）基坑内外土的自重（包括地下水）；2）基坑周边既有和在建的建（构）筑物荷载；3）基坑周边施工材料和设备荷载；4）基坑周边道路车辆荷载；5）冻胀、温度变化等产生的作用。第3章 排桩与地下连续墙支护技术2. 支护结护结 构的土压压力计计算（见见第二章）3. 土中附加竖竖向应应力计计算均布附加荷载作用下的土中附加竖向应力标准值应 按下式计算：式中： q0均布附加荷载标 准值（kPa）图图3-10 均布竖竖向附加荷载载作用下的土中附加竖竖向应应力计计算（3-11）第3章 排桩与地下连续墙支护技术1）对于条形基础下的附加荷载当 时式中：p0基础底面附加压力标准值（kPa）； D基础埋置深度（m）； b基础宽度（m）； a支护结构外边缘至基础的水平距离（m）； 附加荷载的扩散角，宜取45； za支护结构顶面至土中附加竖向应力计算点的竖向距离。（3-12）当 时,第3章 排桩与地下连续墙支护技术2）对于矩形基础下的附加荷载 对于矩形基础下的附加荷载式中：b与基坑边垂直方向上的基础尺寸（m）； L与基坑边平行方向上的基础尺寸（m）。当 时,取 。（3-13）第3章 排桩与地下连续墙支护技术3）对作用在地面的条形、矩形附加荷载，计算土中附加竖向应力标准值k，j时，应取d0。图图3-11 局部附加荷载载作用下的土中附加竖竖向应应力计计算（a）条形或矩形基础；（b）作用在地面的条形或矩形附加荷载第3章 排桩与地下连续墙支护技术二、内力和变变形计计算工况排桩和地下连续墙 支护结构的内力和变形计算，要根据基坑开挖和地下结构的施工过程，分别按不同的工况进行计算，从中找出最大的内力和变形值，供设计围护墙和支撑体系之用。 （a）内支撑和地下结构布置； （b）挖土至第一层支撑底标高； （c）加设第一层支撑，继续挖土至第二层支撑底标高； （d）加设第二层支撑，继续挖土至坑底设计标 高； （e）进行换撑，在底板顶面形成支撑，同时拆去第二层支撑；再形成支撑，同时拆去第一层支撑。图图3-12 围护墙计围护墙计 算工况示意图图第3章 排桩与地下连续墙支护技术（b）（f）五种工况分别进行计算其围护墙和支撑的内力和变形第3章 排桩与地下连续墙支护技术u支护结构围护墙 的内力和变形的计算方法很多，过去对简单 的、坑不深的支护结构可用等值梁法、弹性曲线法等进行近似的计算。近年来有很大改进，多用竖竖向弹弹性地基梁基床系数法，以有限元方法利用计计算程序以电电子计计算机进进行计计算，计算迅速、较准确而且输出结果形象，多以图形表示，可形象表示出各工况的弯矩、剪力值及变形情况。近来，为反映基坑施工时的空间效应和时间效应，又在研究和改进三维维的计计算程序，期望计算结果更加贴近实际情况，更加精确。第3章 排桩与地下连续墙支护技术三、弹弹性支点法计计算内力和变变形1. 计计算模型弹性支点法的结构分析模型如图3-13所示。图图3-13 弹弹性支点法计计算简图简图（a）悬臂式支挡结 构；（b）锚拉或支撑式支挡结 构1挡土构件；2由锚杆或支撑简化而成的弹性支座；3计算土反力的弹性支座第3章 排桩与地下连续墙支护技术2. 土反力计计算1）计算宽度确定（a）圆形截面排桩计算宽度；（b）矩形或工字型截面排桩计算宽度1排桩对称中心线；2圆形桩；3矩形桩或工字型桩图图3-14 排桩计桩计 算宽宽度第3章 排桩与地下连续墙支护技术排桩嵌固段上的土反力计算宽度（b0）应按下列规定计算：对于圆形桩对于矩形桩或工字形桩b0单桩土反力计算宽度（m）；当按上式计算的b0大于排桩间距时，取b0等于排桩间距；d桩的直径（m）；b矩形桩或工字形桩的宽度（m）。（3-14）（3-15）（3-16）（3-17）地下连续墙 嵌固段上的土反力计算宽度（b0）取包括接头的单幅墙宽度。第3章 排桩与地下连续墙支护技术2）土反力计算作用在挡土构件上的分布土反力可按下列公式计算：挡土构件嵌固段上的基坑内侧分布土反力应符合下列条件：当不符合公式上式的计算条件时，应增加挡土构件的嵌固长度或取PsEp时的分布土反力。式中：ps分布土反力（kPa）； ks土的水平反力系数（kN/m3），按下式计算：（3-18）（3-19）（3-20）第3章 排桩与地下连续墙支护技术式中：z计算点距地面的深度（m）； h计算工况下的基坑开挖深度（m）； m土的水平反力系数的比例系数（kN/m4），宜按桩的水平荷载试验及地区经验取值，缺少试验和经验时 ，可按下列经验公式计算：式中：c、土的粘聚力（kPa）、内摩擦角（）；vb挡土构件在坑底处的水平位移量（mm），当此处的水平位移不大于10mm时，可取vb10mm。v挡土构件在分布土反力计算点的水平位移值（m）；ps0初始土反力强度（kPa）；作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧初始土压力强度可按式（2-7）或式（2-12）计算，但应将公式中的pak用ps0代替、ak用pk代替、ua用up代替，且不计项。（3-21）第3章 排桩与地下连续墙支护技术3. 锚锚杆和内支撑的支点边边界条件锚杆和内支撑对挡 土构件的约束作用应按弹性支座考虑，其边界条件应按下式确定：（3-22）Fh挡土构件计算宽度内的弹性支点水平反力（kN）； vR挡土构件在支点处的水平位移值（m）； vR0设置支点时，支点的初始水平位移值（m）； Ph挡土构件计算宽度内的法向预加力（kN）。