1、第二章 基坑支檔開挖,,第二章 基坑支檔開挖,,上海地鐵2號線河南路站施工現(xiàn)場,一、基坑支擋開挖分類,,二、支擋結構形式簡介（1）,1、簡易支擋 一般用于局部開挖、短時期、小規(guī)模。 方法：一邊自穩(wěn)開挖，一邊用木擋板和縱梁控制地層坍塌。 特點：剛性小、易變形、透水。,二、支擋結構形式簡介（2）,2、樁板支擋 以I、H型鋼為主樁，間距1～2m。 方法：機械打入地層中、或鉆孔修筑；隨著開挖在主樁間插入擋板。

2、用于良好地層的淺層開挖。 特點：剛性小、透水、插入基底部分是不連續(xù)的,樁板支擋平面形狀,二、支擋結構形式簡介（3）,3、鋼擋板支擋采用U、Z、H等型狀的鋼擋板。方法：一邊在接頭處接合，一邊連續(xù)機械打入地層中，或鉆孔修筑、壓入等方法形成連續(xù)壁。特點：隔水性好、插入基底部分是連續(xù)的，可用于軟弱地層施工，施工噪聲大。,鋼擋板平面形狀,二、支擋結構形式簡介（4）,4、 鋼管擋板支擋 方法：在鋼管側部設接頭，一邊與接頭接合，一邊連續(xù)

3、打入地層中，形成連續(xù)地中壁的方法。一般要開挖定為溝，寬度為1.2m，深度為1.2～1.8m。特點：不透水、插入基底部分是連續(xù)的，剛性大于鋼板，適合于軟弱地層大規(guī)模開挖，為提高剛性，可向鋼管內(nèi)灌入混凝土或砂漿等。打入地層噪聲大。,鋼管擋板接頭形式,,二、支擋結構形式簡介（5）,5、柱列式地下連續(xù)墻方法：是用鉆孔機械鉆孔，在其中放入鋼筋籠、H、I等型鋼，并灌注砂漿，形成地下連續(xù)墻。特點：該方法修筑的支擋結構剛性大、震動小、噪聲低，適用

4、于城市中修筑地下工程。,柱列式地下連續(xù)墻布置形式,三、支擋結構的施工設計與計算（1）,1、施工設計內(nèi)容與原則內(nèi)容：圍護結構、支撐系統(tǒng)、挖土方案、換撐措施、降水方案、地基加固等。是互相關聯(lián)的。原則： 安全 經(jīng)濟 可靠 實用 簡便,三、支擋結構的設計與計算（2）,2、施工設計的一般步驟,前期工作： 1）了解工程環(huán)境、熟悉工程設計

5、意圖 2）了解施工條件，研究工程地質及工程水文情況,,設計與規(guī)劃：3）圍護結構形式及支撐體系的規(guī)劃制定（根據(jù)工程需要和開挖深度，初擬入土深度、結構形式和尺寸） 4）地層中水、土壓力，地面超載，反力系數(shù)k的確定 （ 砂性土：水、土分算； 黏性土：水土合算） 5）圍護結構入土深度的決定——穩(wěn)定

6、性分析（整體、隆起、涌管、底鼓、槽壁的穩(wěn)定性驗算） 6）修正圍護結構的形式 （包括增加支撐、入土深度、地基加固、降水等）,三、支擋結構的設計與計算（3）,圍護結構計算：7）內(nèi)力計算、強度驗算 8）變位計算《＝允許值？,,,,編制施工用圖： 9）施工圖設計 10）施工說明

7、 11）細部設計,,,施工 12）施工交底,三、支擋結構的設計與計算（4）,3、荷載計算1）土壓力與圍護結構的變位關系,,,,,三、支擋結構的設計與計算（5）,2）粘土地層產(chǎn)生的側壓力滲透系數(shù)小，地下水溶于土中，計算時采用水土合算，一般采用朗金土壓力公式：主動土壓力：被動土壓力：,Pb＝∑rihitg2(450-Фi/2)-2

8、citg(450-Фi/2) (kPa),Pp＝∑rihitg2(450+Фi/2)-2citg(450+Фi/2) (kPa),ri--- 各土層的天然容重（KN/m3）hi--- 各土層的厚度 （m）ci、Фi---各土層的粘聚力（kPa）,內(nèi)摩擦角（0）,三、支擋結構的設計與計算（6）,3）砂性土地層產(chǎn)生的側壓力滲透系數(shù)大，將水土分開計算，土壓力采用朗金土壓力計算；水壓力采用全水壓力計算。 土壓力：

9、 水壓力：（1）作用于圍護結構上的凈水壓力，墻底處水壓力為零。,Pb＝∑rihitg2(450-Фi/2)-2citg(450-Фi/2) (kPa),ri--- 地下水以上土層用天然容重；地下水以下用浮容重；（KN/m3）hi--- 各土層的厚度 （m）ci、Фi---各土層的粘聚力（kPa）,內(nèi)摩擦角（0）,三、支擋結構的設計與計算（7）,rw－水的容重 (2) 滲透情況下的水壓力

10、 （圖中實線為穩(wěn)定的水壓）,UC=2(H+i-j)(d-i)/(2d+H-i-j)хrw,,UC=2(H+d-j)(d-i)/(2d+H-i-j)хrw,三、支擋結構的設計與計算（8）,4）地面超載引起的側壓力（1）均布荷載產(chǎn)生的側壓力（2）集中荷載產(chǎn)生的側壓力 m >0.4時σh＝（1.77V/H2)хm2хn2/(m2+n2)2 m ≤0.4時σh＝（0.28V/H2)хn2/(0.16+n2)2,

11、σh＝ qtg2(450-Фi/2) (kPa),,三、支擋結構的設計與計算（9）,（3）線荷載產(chǎn)生的側壓力 m >0.4時 σh＝(4/π×q / H)×[(m2×n)/(m2+n2)2] m ≤0.4時 σh＝(q/H)×[0.203n/(0.16+n2)2],三、支擋結構的設計與計算（10）,5）、地層反力系數(shù)的確定單道及多道支撐的圍護結構

12、，內(nèi)力計算一般采用豎向彈性地基梁方法。即： σx= kx x基坑開挖面以下土層的水平抗力σx等于該點地層反力系數(shù)kx與該點水平位移x的乘積。 kx 一般采用三種不同形式：,三、支擋結構的設計與計算（11）,（1）常數(shù)法 假定地層反力系數(shù)沿深度方向均勻分布，是我國學者張有齡30年代提出的；偏于安全。（2）m法假定kx隨深度呈正比增加。（

13、3）k法假定第一橫向位移點以下為常數(shù)，以上呈正比增加。 地層反力系數(shù)kx值,三、支擋結構的設計與計算（12）,6）圍護結構穩(wěn)定性分析——入土深度的確定為保證基坑的穩(wěn)定性，支擋結構必須深入到基底以下某一深度，這段長度稱為入土深度。為了節(jié)省工程造價，在保證安全的前提下，應盡量減少入土深度。入土深度不夠，出現(xiàn)的工程問題主要有： 整體失穩(wěn)、隆起失穩(wěn)、管涌失穩(wěn)、底鼓失穩(wěn)等。,三、支

14、擋結構的設計與計算（13）,討論：（1）對于第一種情況，只要保證支撐強度和剛度。（2）按抗基坑整體滑動失穩(wěn)的穩(wěn)定條件，確定入土深度有關邊坡穩(wěn)定計算方法，土力學中已介紹，不再復述。主要介紹繞某點的整體失穩(wěn)驗算方法：在整體失穩(wěn)時，坑底被動側產(chǎn)生被動土壓力，則：安全系數(shù)為： F =(PpLp) / (PaLa)≥（1.05~1.2) 求Pa時，不計上部土壓力。,Pp,三、支擋結構的設計與計算（14）,（3）根據(jù)基坑隆

15、起的穩(wěn)定性條件確定入土深度產(chǎn)生隆起失穩(wěn)，取決于地質條件，入土深度，結構形狀等。經(jīng)驗公式、方法較多，只介紹考慮C、Ф的抗隆起法：參考Prandtl 、 Terzaghi的地基承載力公式，有下列抗隆起安全系數(shù)經(jīng)驗公式： Ks=(r2DNg+CNc）/[r1（H+D)+q] ≥1.7~2.5 D -- 入土深度 （m） H -- 開挖深度 （m) r1 -- 坑外各層天然容重點加權平均值（kN/m2) r2

16、-- 坑底下各層天然容重點加權平均值（kN/m2) C -- 坑底下的內(nèi)聚力（kN/m2） q - - 地面荷載（kN/m2)Ng、NC -- 地基承載系數(shù),,三、支擋結構的設計與計算（15）,用Pranddtl: Nq = tg2(450+Ф/2)τtgФ NC = ( Ng-1)1/tgФ用Terzghi: Ng = ½ [e(3/4π－Ф/2)tgФ]/[cos(450+

17、Ф/2)] NC = ( Ng-1)1/tgФ要求：K≥1.7~2.5本方法可適用于各類土質條件。,三、支擋結構的設計與計算（16）,（4）根據(jù)抗管涌的穩(wěn)定條件確定入土深度當基坑面以下的土為松軟的砂土層時，沒有向上的滲透水壓，由此產(chǎn)生的動水坡度大于砂土層的極限動水坡度時，砂土顆粒就處于冒出狀態(tài)，基坑底面喪失穩(wěn)定，這種現(xiàn)象稱為管涌。 增大入土深度，即增加流線長度， 降低動水坡度，因此，增大入土

18、 深度對防止管涌是有利的。目前 使用較多的是如下經(jīng)驗式：,三、支擋結構的設計與計算（17）,當符合下列條件時，基坑穩(wěn)定，不會發(fā)生管涌。 i < ic Ks =1.5 ~2.0(不發(fā)生管涌的安全系數(shù)） i – 動水坡度 i = hw / L hw -- 坑內(nèi)外水頭差 （m) L -- 產(chǎn)生水頭損失的最短流線長度（m)

19、 L ≈ hw + 2D ic = (Gs-1) / (1+e) ----- 極限動水坡度 Gs -- 土顆粒密度 e -- 土的孔隙水,三、支擋結構的設計與計算（18）,（5） 抗底鼓穩(wěn)定性分析當土重不足以抵擋下部水壓時，基底隆起，墻體會失穩(wěn)。穩(wěn)定性驗算按下列規(guī)則進行： a. 考慮上覆土重量與滯水層水壓的平衡。 當安全系數(shù) > 1.

20、05 時，不會產(chǎn)生隆起。 b. 不滿足時，可考慮上覆土重量與支護結構摩擦力與滯水層的平衡。摩擦力一般由工程條件確定。 土作用于支擋結構上的正壓力采用主動土壓力。偏于安全 c. 若還不滿足，應采用其它工程措施防止失穩(wěn)。如： 用隔水擋墻隔斷滯水層、用深井點降水、用抗拔樁等。,三、支擋結構的設計與計算（19）,4、支擋結構的計算方法（1）計算工況,,三、支擋結構的設計與計算（20）,（2）計算方法

21、 [ 有四大分類] 1) 古典方法： [ 假想梁法、1/2分割法、太沙基法等]特點：土壓力已知，不考慮墻體變位和支撐變形。 2）支撐軸力、墻體彎距、變位不隨開挖過程而變化方法 [山肩幫男法]特點：土壓力已知，考慮圍護結構變位，不考慮支撐變形 3)支撐軸力、墻體彎距、變位隨開挖過程而變化的方法 [彈性法、彈塑性法、塑性法、疊加法]特點：土壓力已知，考慮圍護結構變位，不考慮支撐變形 4）共同

22、變形理論 [森重龍馬法等]特點：土壓力隨墻體變位而變化，考慮圍護結構變位，考慮支撐變形 介紹幾種常用的方法。其它參考有關專著。,三、支擋結構的設計與計算（21）,（3）假想梁法 （又稱等值梁法） 假定：擋墻在基底以下有一假想鉸，假想鉸將擋墻分為 二段假想梁，上部為簡支梁，下部為一超靜定結構，可 求擋墻內(nèi)力。 該方法關鍵問題為假想點的位置，一般有三種方法。 a. 假定為被動土壓力的合力點； b.假定為主、

23、被動土壓 力相等的點；c.采用工程經(jīng)驗建議值。,三、支擋結構的設計與計算（22）,工程建議值,三、支擋結構的設計與計算（23）,（4）1/2 分割法假定：每道支撐承受跨中到跨中那部分水土壓力。則：每道支撐就等于所分擔的水土壓圖面積，在支撐軸力確定后，不難求出圍護結構的內(nèi)力。,三、支擋結構的設計與計算（24）,（5）太沙基法假定：擋墻受力后，在每道橫支撐交點以及基底處形成塑性鉸。注意：（第一道橫支撐除外）由此

24、擋墻成為靜定的連續(xù)梁?？捎嬎銉?nèi)力。,四、支擋結構的施工（1）,1、樁板支擋施工 基本方法：以I、H型鋼為主樁，一般采用50#、55#和60#的大型型鋼，按設計位（一般樁間距1～2m）?；娱_挖前，在地面用沖擊式打樁機沿基坑設計邊線逐根打入地下、或鉆孔修筑；隨挖土方隨在樁間插入5cm厚的水平木背板，以擋住樁間土體。適用條件：適用于良好的淺埋地層明挖施工，粘性土、砂性土和粒徑不大于10 cm 的砂卵石地層，當?shù)叵滤惠^高時，必須配合

25、人工降水措施。 打樁時。 施工噪聲一般都在100db以上，大大超過環(huán)保 法規(guī)定的限值，因此，這種圍護結構只宜于郊區(qū)距居民 點較遠的基坑施工中。,四、支擋結構的施工（2）,,工字鋼樁圍護結構支護,四、支擋結構的施工（3）,支撐局部,四、支擋結構的施工（3）,2、連續(xù)鋼板樁（管）支護施工 鋼板樁常用斷面型式，多為U形或Z形。我國地下鐵道施工中多用U形鋼板樁，其沉放和拔除方法、使用的機械均與型鋼樁相同; 構成方法

26、則分為單層鋼板樁圍堰、雙層鋼板樁圍堰及屏風等。在較深基坑施工時，為保證其垂直度又方便施工，并使其能封閉合攏，多采用屏風式構造。,四、支擋結構的施工（4）,,鋼板樁施工,四、支擋結構的施工（6）,適用條件： 鋼板樁圍護結構適用于粘性土、砂性土和粒徑不大于10 cm的砂卵石地層，當?shù)叵滤惠^高時，必須配合人工降水措施。而且打樁時，施工噪聲一般都在100db以上，大大超過環(huán)保法規(guī)定的限值，因此，這種圍護結構與工字樁一樣只宜于郊區(qū)距居民點

27、較遠的基坑施工中。,四、支擋結構的施工（7）,鋼板樁的打入 1）單獨打入法 這是最普通的施工法，板樁是一根根地打入土中。施工法速度快，樁架高度相對可低一些，但是容易傾斜，對此可在一根樁打入后，把它與前一根焊牢，既防止傾斜又避免被后打的樁帶入土中。 2）屏風式打入法 將10～20根板樁插入土中一定深度，使樁機來回錘擊，并使兩端的一組樁先打到要求深度再將中間部分的板樁順次打入。這種屏風施工法可防止板樁

28、的傾斜與轉動，對要求閉合的圍護結構，常采用此法。 缺點是施工速度比單樁施工法慢且樁架較高。,四、支擋結構的施工（5）,,鋼板樁圍護結構,四、支擋結構的施工（8）,鋼板樁的拔除 基坑回填后，一般要拔除鋼板樁，以便重復使用。拔除鋼板樁前，要仔細研究拔樁方法、拔樁順序、拔樁時間及土孔處理。否則，由于拔樁的振動影響，以及拔樁帶土過多引起的地面沉降和位移，會給已施工的地下結構帶來危害，并影響鄰近的建筑物、構筑物和地下管線的安全。設法

29、減少拔樁帶土十分重要，目前已有灌漿、灌砂等措施。,四、支擋結構的施工（9）,拔樁方法 常見的拔樁方法有振動錘拔樁和重型起重機與振動錘共同拔樁兩種。拔樁施工要點 拔樁起點和順序：對封閉式板樁墻，拔樁起點應離開角樁5根以上?？筛鶕?jù)沉樁時的情況確定拔樁起點，必要時也可采用跳拔(間隔拔)的方法。拔樁的順序最好與打樁時相反。拔樁后土孔處理 對拔樁后留下的樁孔，必須及時回填處理?；靥畹姆椒ㄓ校赫窀》?，擠密法和填入法。所用材