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1、第二章 深基坑的支護結構采用深基坑隨著基礎埋深加大給施工帶來很多困難，尤其在城市建筑物密集地區，施工場地的狹小，鄰近建筑物、道路和管線縱橫交錯，多數情況下不能放坡開挖，需要采用支護結構，這就是本章所要研究的問題。支護結構的設計和施工，影響因素眾多，不少高層建筑的支護結構費用已超過工程樁基的費用。為此，對待支護結構的設計和施工均應采取極慎重的態度，在保證施工安全的前提下，盡量做到經濟合理和便于施工。第一節支護結構的選型n支護結構包括擋墻和支撐（或拉錨）兩部分。n檔墻或支撐中任何一部分的選型不當或產生破壞（包括變形過大），都會導致整個支護結構的失敗。n支護結構的型式n放坡開挖n懸臂式支護結構n內撐2、式支護結構n拉錨式支護結構n土釘墻支護結構n環梁護壁支護結構n其它形式支護結構一.擋墻的選型（一）鋼板樁1.槽鋼鋼板樁2.熱軋鎖口鋼板樁（二）鋼筋混凝土板樁（三）鉆孔灌注樁擋墻（四）H型鋼支柱（或鋼筋混凝土樁支柱）（五）地下連續墻（六）深層攪拌水泥土樁擋墻（七）旋噴樁帷幕墻常用6001000mm，是支護結構中應用最多的一種。宜形成排樁擋墻，頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁。但施工難以做到相切，擋水效果差。（三）鉆孔灌注樁擋墻該類支護結構適用于土質較好、地下水位較低的地區。型鋼或支柱按一定間距打入，支柱間設木擋板或其它擋土設施。（四）H型鋼支柱（鋼筋混凝土樁支 柱）、木擋板支護墻深層攪拌水泥土樁擋墻是用特3、制的進入土深層的深層攪拌機將噴出的水泥漿固化劑與地基土進行原位強制攪拌制成水泥土樁，相互搭接，硬化后即形成具有一定強度的壁狀擋墻，既可擋土又可形成隔水帷幕。（六）深層攪拌水泥土樁擋墻（旋噴樁帷幕墻是鉆孔后，將鉆桿從地基土深處逐漸上提，同時利用插入鉆桿端部的旋轉噴嘴，將水泥漿固化劑噴入地基土中，形成水泥土樁，樁體相連形成帷幕墻。旋噴樁帷幕墻可用作支護結構擋墻，也可用于擋水。（七）旋噴樁帷幕墻n當基坑深度較大，懸臂擋墻的強度和變形不能滿足要求時，需增設支撐系統。n支撐系統有n基坑內支撐n基坑外拉錨（頂部拉錨土層錨桿拉錨）n常用的有n鋼結構支撐n鋼筋混凝土支撐二二.支撐（拉錨）的選型支撐（拉錨）的選4、型鋼管支撐示意圖鋼管支撐示意圖(一)鋼結構支撐2型鋼支撐型鋼支撐主要采用H型鋼，用螺栓連接，為工具式鋼支撐，現場組裝方便，可重復使用。第二節支護結構計算一.支護結構的破壞形式和計算內容n支護結構可分為兩類：n重力式支護結構n非重力式支護結構n重力式包括深層攪拌水泥土樁擋墻n旋噴樁帷幕墻n非重力式包括鋼板樁、鋼筋混凝土預制樁、鉆孔灌注樁擋墻、地下連續墻等。n包括強度破壞穩定性破壞。n強度破壞（非重力式）強度破壞（非重力式）n1拉錨破壞或支撐壓曲n地面荷載增加過多、（一）非重力式支護結構擋墻的破壞（一）非重力式支護結構擋墻的破壞土壓力過大使拉桿斷裂，或錨固失敗、腰梁破壞、內支撐受壓失穩。強度破壞（5、非重力式）2支護墻體底部走動支護墻入土深度不夠或挖土過深以及水的沖刷均可產生這種破壞。需正確的計算入土深度（一）非重力式支護結構擋墻的破壞（一）非重力式支護結構擋墻的破壞3支護墻的平面變形過大或彎曲破壞支護墻截面過小、土壓力估不準、墻后增大量地面荷載或挖土超深，需準確計算最大彎矩值以驗算截面。（一）非重力式支護結構擋墻的破壞（一）非重力式支護結構擋墻的破壞強度破壞（非重力式）非重力式支護結構的穩定性破壞1墻后土體整體滑動失穩拉錨的長度不夠、軟粘腿發生圓弧滑動，引起支護結構整體失穩。（一）非重力式支護結構擋墻的破壞（一）非重力式支護結構擋墻的破壞非重力式支護結構的穩定性破壞2擋墻傾覆3坑底隆起如6、挖土深度大，由于卸土過多，在墻后土重及地面荷載作用下引起坑底隆起。（一）非重力式支護結構擋墻的破壞（一）非重力式支護結構擋墻的破壞非重力式支護結構的穩定性破壞4管涌在砂土區，當地下水較高坑較深時，在動水壓力作用下，地下水繞過支護墻連砂土一同涌入基坑。（一）非重力式支護結構擋墻的破壞（一）非重力式支護結構擋墻的破壞（二）重力式支護結構的破壞二）重力式支護結構的破壞n重力式支護結構的破壞包括n強度破壞n穩定性破壞n其強度破壞只是水泥土抗剪強度不足，產生剪切破壞，為此需驗算最大剪應力處的墻身應力。（二）重力式支護結構的破壞二）重力式支護結構的破壞n重力式支護結構的穩定性破壞包括：n1.傾覆n2.滑移7、n3.土體整體滑動失穩n4.坑底隆起n5.管涌二二 非重力式支護結構計算非重力式支護結構計算（一）支護結構承受的荷載n支護結構承受的荷載一般包括n土壓力n水壓力n墻后地面荷載引起的附加荷載。二二 非重力式支護結構計算非重力式支護結構計算1土壓力主動土壓力主動土壓力：若擋墻在墻后土壓力作用下向前位移時隨位移增大，墻后土壓力漸減小。當位移達某一數值時，土體內出現滑裂面，墻后土達極限平衡狀態，此時土壓力稱為主動土壓力，以Ea表示。Ea-滑裂面二二 非重力式支護結構計算非重力式支護結構計算靜止土壓力靜止土壓力：若擋墻在土壓力作用下墻本身不發生變形和任何位移（移動或滑動），墻后填土處于彈性平衡狀態，則此8、時作用在擋墻上的土壓力成為靜止土壓力。以E0表示。E0二二 非重力式支護結構計算非重力式支護結構計算(3)被動土壓力：若擋墻在外力作用下墻向墻背向移動，隨位移增大，墻所受土的反作用力漸增大，當位移達一定數值時，土體內出現滑裂面，墻后土處被動極限平衡狀態，此時土壓力稱為被動土壓力，以Ep表示。+外力Ep滑裂面對于粘性土按計算公式計算時，主動土壓力在土層頂部（H=0處）為負值，即表明出現拉力區，這在實際上是不可能發生的?？捎嬎闩R界高度以下的主動土壓力：土壓力分布土壓力表示n懸臂式擋土結構，對于土的性質、荷載大小等非常敏感，它完全依靠足夠的入土深度來保持其穩定性，故其高度一般不大于4。n為了施工的安9、全，支撐和錨桿宜根據最大土壓力計算，即根據實測壓力曲線的包絡線來確定。該包絡線近似梯形或矩形，與庫倫理論計算的三角形土壓力不同。土壓力分布懸臂無支撐擋墻，其壓力分布為主動土壓力，是三角形分布，被動土壓力也是三角形分布。被動土壓力被動土壓力主動土壓力主動土壓力土壓力分布多支撐或多拉錨的擋墻背面上的土壓力分布圖形砂土為梯形，粘土土壓力分布圖是稍復雜的三角形。土壓力分布懸臂擋土墻所承受的主動土壓力完全由其底部的被動土壓力來平衡；而錨定板單支點的擋土結構，其主動土壓力則由錨定板拉桿和底部的被動土壓力共同承受，加以平衡。TEa1Ea2EP土壓力分布n不同深度處土的內聚力C不是一個常數，它與土的上覆荷重有10、關，一般隨深度的加大而增大，對于暴露時間長的基坑，土的內聚力可由于土體含水量的變化和氧化等因素的影響而減小甚至消失。n、C值是計算側向土壓力的主要參數，但在工程樁打設前后的、C值是不同的。在粘性土中打設工程樁時，產生擠土現象，孔隙水壓力急劇升高，對、C值產生影響。另外，降低地下水位也會使、C值產生變化。2.水壓力ABCEHF在有殘余水壓力時，水壓力按梯形分布。水壓力和土壓力n水壓力和土壓力的分算或合算問題，目前均采用。n一般情況下，由于粘性土中水主要是結晶水和結合水，宜合算;n在砂性土中土顆粒之間的空隙中充滿的是自由水，受重力作用，為靜水壓力作用，宜分算。水壓力和土壓力n合算時，地下水位以下土11、的重力密度采用飽和重力密度sat；n分算時，地下水位以下土的重力密度采用浮重力密度;n另外單獨計算靜水壓力，按三角形分布考慮。3.墻后地面荷載引起附加荷載有三種情況：墻后有均布荷載距離支護結構一定距離有均布荷載距離支護結構一定距離有集中荷載（如塔吊、混凝土泵車等）由引起的附加荷載分布在支護結構的一定范圍2上。墻后有均布荷載如墻后堆有土方、材料等地面均布荷載對支護結構引起的附加荷載，可按下式計算：qH距離支護結構一定距離有均布荷載此時壓應力傳到支護結構上有一空白距離h1,在h1之下產生均布的附加應力：l1qHe1e23.墻后地面荷載引起附加荷載距離支護結構一定距離有集中荷載（如塔吊、混凝土泵車等12、）由引起的附加荷載分布在支護結構的一定范圍2上。HPl2h2非重力式支護結構的計算n深基坑支護結構應采用以分項系數表示的極限狀態設計表達式進行設計。n基坑支護結構極限狀態可有兩類：n承載能力極限狀態n正常使用極限狀態非重力式支護結構的計算1.承載能力極限狀態：承載能力極限狀態：對應于支護結構達到最大承載能力或土體失穩、過大變形導致支護結構或基坑周邊環境破壞；2.正常使用極限狀態：正常使用極限狀態：對應于支護結構的變形已妨礙地下結構施工或影響基坑周邊環境的正常使用功能?；觽缺诎踩燃壖爸匾韵禂蛋踩燃壠茐暮蠊?一級支護結構破壞、土體失穩或變形過大對基坑周邊環境及地下結構施工影響嚴重1.10二13、級支護結構破壞、土體失穩或過大變形對基坑周邊環境及地下結構影響一般1.00三級支護結構破壞、土體失穩或過大變形對基坑周邊環境及地下結構施工影響不嚴重0.90（二）懸臂樁墻的計算n排樁、地下連續墻嵌固深度設計值宜按下列規定：n1.懸臂式支護結構嵌固深度設計值hd宜按下式確定：樁墻底以上基坑內側各土層被動土壓力強度和樁墻底以上基坑外側各土層主動土壓力強度和懸臂樁墻的計算合力作用點至樁、墻底的距離合力作用點至樁、墻底的距離h、分別為基坑挖深和樁墻入土深度 hhpEa1Ea2Ea4Ea3EaEP1EP2EP分別為被動土壓力合力和主動土壓力合力n支護結構計算n當確定懸臂式及單支點支護結構嵌固深度設計值（14、構造要求）當基坑底為碎石土及砂土，基坑內排水且作用有滲透壓力時，嵌固深度設計值還應滿足下式抗滲穩定條件：單支點支護結構計算單層支點結構支點力及嵌固深度計算支點力：基坑底面以下支護結構設定彎矩零點至基坑底面距離hCl按下式確定h單支點支護結構計算n單層支點結構支點力及嵌固深度計算支點力Tcl按下式計算支點至基坑底面的距離基坑底面至設定彎矩零點位置的位置 分別為合力 作用點至設定彎矩零點的距離（三）支護結構計算的其它方法n1等值梁法n2彈性曲線法n3豎向彈性地基梁法（基床系數法）n4有限元法等值梁法圖中ab梁一端固定一端簡支，彎矩圖的正負彎矩在c點轉折，若將ab梁在c點切斷，并于c點加一自由支承形15、成ac梁，則ac梁上的彎矩將保持不變，即稱ac梁為ab梁上ac段上的等值梁。等值梁原理ababc等值梁法介紹等值梁法：如ab梁一端固定，一端簡支，彎矩圖的正負彎矩在c點轉折。若將ab梁在c點切斷，并在c點置一自由支承，形成ac梁，則ac梁上的彎矩將保持不變，則稱ac梁為ab梁上ac段的等值梁。HAPaBCD等值梁法HAPaBCDPaP0等值梁板樁上土壓力分布圖板樁彎矩圖等值梁法用等值梁計算板樁，先要知道正負彎矩的轉折點的位置。因板樁地面下土壓力等于0的位置，接近正負彎矩的轉折點，為簡化即用土壓力等于0的位置代替它。P0Pa三重力式支護結構計算n（一）原理重力式支護結構是依靠結構自身重力來維持極16、限平衡狀態的。n（二）荷載組合n1土壓力；n2重力式結構自重；n3地面超載包括：永久荷載、道路荷載、可變地下水位和施工荷載（施工機械荷載、材料堆放荷載）以及偶然荷載（地震荷載、人防荷載）。（三）重力式結構計算內容n1滑動穩定性驗算n2傾覆穩定性驗算n3.土體整體滑動驗算n4.坑底隆起驗算n5.管涌驗算重力式支護結構計算簡圖重力式支護結構主要是深層攪拌水泥土樁墻和旋噴樁帷幕墻，計算簡圖如圖：EaEpBbbA（三）重力式支護結構計算（滑動穩定性）1滑動穩定性驗算墻體自重；基底墻體與土的摩擦系數；被動土壓力合力；主動土壓力合力。（三）重力式支護結構計算（傾覆穩定性）2傾覆穩定性驗算 墻體自重；墻體厚17、度之半；分別為 對墻趾A點的力臂。抗傾覆穩定安全系數；（三）重力式支護結構（整體滑動驗算）3.土體整體滑動驗算水泥土樁擋墻由于水泥摻量少，故將其看作提高了強度的部分土體，進行土體整體穩定性驗算。R重力式支護結構計算（基坑隆起）4.坑底隆起開挖面以下墻體能起幫助抵抗地基土隆起的作用，宜假定土體沿墻體底面滑動，認為墻體底面以下為一圓弧，如圖所示。產生滑動力的是 和q,抵抗滑動的則為土體抗剪強度。qzABOCDHE重力式支護結構計算(基坑隆起）對于非理想粘性土，土的抗剪強度AB面上 應為水平側壓力，取n抗隆起安全系數重力式支護結構計算（基坑隆起）為達穩定，避免基坑隆起，必須滿足 如要嚴格控制地面沉降18、，則需增加擋墻入土深度，或進行坑底土體加固，提高土體抗剪強度，使該系數達到1.52.0。n5管涌驗算管涌驗算當基坑地下水的向上滲當基坑地下水的向上滲流力流力 時土顆粒時土顆粒處于懸浮狀態，于是坑處于懸浮狀態，于是坑底產生管涌現象。底產生管涌現象。不發生管涌的條件應為：不發生管涌的條件應為：重力式支護結構計算（管涌驗算）tj鋼板樁的施工（二）打設前準備工作1鋼板樁的檢驗和矯正2導架安裝3沉樁機械的選擇打設鋼板樁可用落錘、汽錘、柴油錘和振動錘，前三種皆為沖擊打入法，此法可使樁錘的沖擊力均勻分布，保護樁頂免受損壞。鋼板樁的施工（三）鋼板樁的打設和拔除1打設方式選擇單獨打入法即從板樁墻的一角始，逐塊打19、設，直至工程結束。屏風式打入法即將1020根鋼板樁成排插入導架內，呈屏風狀，再分批施打。（按屏風排數，分為單屏風、雙屏風和全屏風）鋼板樁的施工4 鋼板樁的拔除鋼板樁的拔除拔樁前要研究鋼板樁拔除順序、拔除時間和樁孔處理方法。拔除宜用振動錘或振動錘與起重機共同拔除。二鉆孔灌注樁擋墻施工n鉆孔灌注樁擋墻施工n（主要在第五章介紹）n鉆孔灌注樁施工時無振動，不會危害周圍建筑物等，造價低，有優越性。n施工速度慢，宜注意質量。n鉆孔灌注樁的間距由計算確定。n鉆孔灌注樁用作支護樁時，按鋼筋混凝土正截面受彎構件計算配筋。三深層攪拌水泥土樁墻施工（一）施工機具1深層攪拌機中心管噴漿方式葉片噴漿方式前者的輸漿方式是20、水泥漿從兩根攪拌軸間的另一根管輸出；后者是使水泥漿從葉片的小孔噴出。2配套機械（灰漿攪拌機、集料斗、灰漿泵。）三深層攪拌水泥土樁墻施工（二）施工工藝定位預拌下沉制備水泥漿提升、噴漿、攪拌重復上、下攪拌清洗、移位三.深層攪拌水泥土樁擋墻（三）水泥土的配合比水泥土的抗壓強度一般為5004000 KN/,水泥的摻入量取決于水泥土擋墻設計的抗壓強度。水泥標號的提高，使水泥土強度相應提高。攪拌施工的水泥漿水灰比一般采用0.450.50，為減少用水量，有利于泵送，可選用木質素磺酸鈣作減水劑，另加入三乙醇胺早強劑。三.深層攪拌水泥土樁墻（四）提高水泥土樁擋墻支護能力的措施 1.卸載 挖去頂部一部分以減少主動21、土壓力 2.加筋 可在墻中壓入竹筋等，有助于提高墻體 穩定性。3.起拱 將水泥土擋墻作成拱形，在拱腳處設鉆孔灌注樁，可提高其支護能力。4.擋墻變厚度 對矩形基坑因邊角效應，在角部的主動土壓力有所減小，故角部可減薄水泥土擋墻的厚度，以節約投資。二.支護結構監測常用儀器支護結構與周圍環境的監測，主要分為應力監測與變形監測。應力檢測主要用機械系統和電器系統的儀器。變形監測主要用機械系統、電器系統和光學系統的儀器。第四節第四節 支護結構監測支護結構監測二.支護結構監測常用儀器測斜儀是一種測量儀器軸線與鉛直線之間夾角的變化量，進行計算擋墻或土層各點水平位移的儀器。按工作原理，測斜儀可分為伺服加速度式電阻應變片式差動電阻式差動電容式鋼弦式最常用的是伺服加速度式和電阻應變片式。第四節第四節 支護結構監測支護結構監測二.支護結構監測常用儀器（二）應力監測儀器2.孔隙水壓力計測量孔隙水壓力使用最多的是孔隙水壓力計，其形式、工作原理均與土壓力計相同?？紫端畨毫τ嬕算@孔埋設，待鉆孔至要求深度后，先將孔底填入部分干凈的砂，將測頭放入，再將測頭周圍填砂，最后用粘土將上部鉆孔封閉。第四節第四節 支護結構監測支護結構監測