第三节高层建筑施工 深基坑支护工程ppt课件.pptx

本节主要内容,1、基坑工程的主要内容,3、基坑支护工程的特点,4、基坑设计的基本规定,5、基坑支护结构的类型,2、基坑支护的目的,6、支护结构水平荷载,1、基坑工程的主要内容,基坑勘测,基坑土方的开挖和运输,地下水位的控制,土方开挖过程中的工程监测和环境保护,支护结构的设计和施工,主要内容,2、基坑支护的目的,2.2、目的,保证地下管线及道路安全,防止坑外土方沉陷、坍塌，保证基坑内土方挖到预定标高及基础和地下室工程的顺利施工。,保证相邻建筑物安全,基坑支护：为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支档、加固与保护措施。,2.1、定义,3、基坑支护工程的特点,3.2、基坑支护工程的技术综合性,3.3、基坑支护工程的复杂性及不确定性,3.1、基坑支护工程的临时性,3.4、基坑支护工程的地域性,一种影响-围护结构前后水头差很大，土的渗透性较好时，考虑渗流力对土压力和水压力的影响。,二种土压力-主动土压力与被动土压力,三种变形-围护结构向坑内位移变形，围护结构后地面下沉变形，坑底膨胀变形。,4、基坑设计的基本规定,保证安全的前提条件下，尽量合理节省工程投资,4.1、基坑支护结构设计极限状态,建筑基坑支护技术规程（JGJ120）,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。,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。,4、基坑设计的基本规定,基坑侧壁安全等级及重要性系数,4.2、基坑侧壁安全等级,注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定。,4、基坑设计的基本规定,基坑变形的监控值,4.2、基坑侧壁安全等级,4、基坑设计的基本规定,4.2、基坑侧壁安全等级,基坑侧壁安全等级划分标准：,符合下列情况之一的为一级基坑：,A、重要工程或支护结构作为主体的一部分；,B、开挖深度大于10m；,C、与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；,D、基坑范围内有历史文化、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑；,4、基坑设计的基本规定,4.2、基坑侧壁安全等级,基坑侧壁安全等级划分标准：,三级基坑为开挖深度小于7m，且周围环境无特别要求时的基坑。,除一级和三级基坑工程以外的，均属于二级基坑，,基坑工程安全等级，一级最重要，二级次之，最后是三级基坑。,4、基坑设计的基本规定,4.3、支护结构计算和验算,C、当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力和稳定性验算。,根据承载能力极限状态的设计要求，应进行下列计算和验算：,A、根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定计算；,B、基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；,4、基坑设计的基本规定,4.3、支护结构计算和验算,根据正常使用极限状态的设计要求，应进行下列计算和验算：,对于安全等级为一级及对基坑变形有限定的二级建筑基坑侧壁，还应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。,4、基坑设计的基本规定,4.3、支护结构计算和验算,C、根据基坑支护结构设计要求进行地下水位控制计算。,地下水的控制和计算：,A、抗渗稳定性验算；,B、基坑底突涌稳定性验算；,4、基坑设计的基本规定,4.3、支护结构计算和验算,支护结构的水平变形限值确定计算：,基坑变形的监控值,5、基坑支护结构的类型,5、基坑支护结构的类型,5.1、排桩或地下连续墙,排桩或地下连续墙支护结构是在基坑开挖前，研基坑四周以一定间距（或连续）打入或就地浇注桩体（连续墙），形成桩体队列（桩体队列与支撑或拉锚组成的结构）抵抗外侧土体和地下水的侧压力，形成档土结构。,5.1.1、桩墙,A、钢板桩,截面形式：U型，Z型，H型,5、基坑支护结构的类型,5.1.1、桩墙,截面形式：U型,5、基坑支护结构的类型,5.1.1、桩墙,截面形式：Z型,5、基坑支护结构的类型,5.1.1、桩墙,截面形式：H型,5、基坑支护结构的类型,5.1.1、桩墙,A、钢板桩,截面形式：U型，Z型，H型,优点：材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快，简便，有一定的挡水能力，可多次重复使用，费用较低,缺点：普通钢板桩刚度不够大，用于较深基坑时支撑（或拉锚）工作量大，否则变形较大，在透水性较好的土层中不能完全挡水，拔除时易带土，如处理不当引起土层移动，危害周边环境。,5、基坑支护结构的类型,5.1.1、桩墙,B、型钢横挡板,亦称桩板式支护结构，由工字钢（或H型钢）桩和横挡板组成，再加上围檩、支撑等形成的一种支护体系。,横挡板直接承受土压力和水压力，并传给钢桩，在通过围檩传至支撑或拉锚。横挡板长度取决于工字钢桩的间距，厚度由计算确定，多用厚度60mm的木板或预制钢筋混凝土薄板。,适用范围：可用于黏土、砂土等土质较好、地下水位较低的地区。,5、基坑支护结构的类型,5.1.1、桩墙,C、钻孔灌注桩,5、基坑支护结构的类型,5.1.1、桩墙,C、钻孔灌注桩,桩直径：500-1000mm桩长：15-20m,抗弯能力强，变形相对较小，经济效益较好，用于开挖深度6-10m的基坑,适用范围：钻孔灌注桩多为间隔排列式，不具备挡水功能，适用于地下水位较深、土质较好的地区。在地下水位较高的地区应用时，需另做止水帷幕,5、基坑支护结构的类型,5.1.1、桩墙,D、人工挖孔灌注桩,5、基坑支护结构的类型,5.1.1、桩墙,D、人工挖孔灌注桩,桩孔采用人工开挖，多为大直径桩，抗弯能力强，刚度大。在施工过程中易于检查土层情况、成孔及混凝土的施工质量可靠，但施工条件差，劳动强度高。,5、基坑支护结构的类型,5.1.1、桩墙,E、地下连续墙,在基坑开挖前，沿基坑四周，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖一定长度的深槽，然后下钢筋笼浇筑混凝土而形成单元混凝土墙，各单元利用特制的接头连接，从而形成地下连续墙。,地下连续墙具有档土，防水抗渗和承重三种功能，能适应任何土质，特别是软土地基，且对周围环境影响小，但造价高。,5、基坑支护结构的类型,5.1.2、支撑（拉锚）,5、基坑支护结构的类型,5.1.2、支撑（拉锚）,支撑如为悬臂结构，结构内力和变形随基坑深度增加急剧增大，使围护构件截面迅速加大，增加围护造价。,内支撑受力合理，安全可靠，易于控制围护墙的变形，但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来不便。,土锚拉结围护墙，坑内施工无任何阻挡，但在软土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定的长度，在基坑外必须有一定的范围才能应用。,土质好的地区，具备锚杆施工设备和技术，应发展土锚；在软土地区，为便于控制围护墙的变形，应以内支撑为主。,5、基坑支护结构的类型,5.2、水泥土墙,水泥土墙支护结构是指由水泥土桩相互搭接形成的格栅状、壁状等形式的重力式结构。水泥土搅拌桩，高压喷射注浆桩等。,5、基坑支护结构的类型,5.2.1、深层搅拌水泥土围护墙,深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，利用水泥和软土之间所产生的物理化学反应，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙，利用其本身的重量和刚度来进行档土的围护墙。,优点：坑内可以无支撑，便于机械化快速挖土；具有档土，止水双重功能；比较经济,缺点：位移相对较大，尤其在基坑长度大时；厚度较大；水泥土搅拌施工时可能影响周围环境。,5、基坑支护结构的类型,5.2.1、深层搅拌水泥土围护墙,5、基坑支护结构的类型,5.2.2、高压旋喷注浆桩,高压旋喷注浆桩是利用旋转的喷嘴高压将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成桩排，用来档土和止水。,施工费用高于深层搅拌桩，但可以用于空间较小地方施工。施工时要控制好上提速度、喷嘴压力和水泥喷射量。,5、基坑支护结构的类型,5.2.2、高压旋喷注浆桩,5、基坑支护结构的类型,5.2.3、组合式墙（SMW工法挡墙）,组合式墙是在水泥土搅拌桩内插入H型钢等（多数为H型钢，也可以是插入拉森式钢板桩，钢管等），将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护桩。,5、基坑支护结构的类型,5.3、土钉墙,土钉：是置入现场原位土体中以较密间距排列的细长杆件，如钢筋或钢管等，通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体。,原理：土钉沿通长与周围土体接触，与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形的条件下，通过与土体接触面的黏结力或摩檫力，使土钉被动受拉，并主要通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。,5、基坑支护结构的类型,5.4、逆作拱墙,逆作拱墙是指沿基坑周边分层、分段将基坑开挖成圆、椭圆及其他曲线平面，并沿基坑侧壁分层、分段逆作钢筋混凝土拱墙，利用拱体承受土侧压力的拱墙，称为逆作拱墙。,结构受力以受压为主，能充分发挥混凝土材料的受力性能，构造简单，采取分层分段开挖、分层分段逆作支护的方法，支护结构水平位移小，适用于非超软土、低地下水场地。,5、基坑支护结构的类型,5.4、逆作拱墙,5、基坑支护结构的类型,5.5、放坡开挖,当基坑深度较浅，周围无紧邻的重要建筑且施工场地允许时，无须进行基坑支护，可采取此开挖方法。此时坑内无支撑，坑内土方机械作业面宽敞去障碍，但地下水位较高时，必须采取降低地下水措施。,5、基坑支护结构的类型,支护结构选型表,6、支护结构水平荷载,静止土压力,墙体在施工过程中土体不受扰动，并在使用过程中不发生位移或位移变动微小时，作用于墙体的土压力就是静止土压力。,当墙体在墙后土体作用下，发生背离土体方向的变位（水平位移或转动），土压力减小，达到极限平衡状态时的最小压力为主动土压力。,墙体在外力作用下，发生向土体方向的变位（水平位移或转动），土压力增加，达到极限平衡状态时的最大土压力为被动土压力。,主动土压力,被动土压力,6、支护结构水平荷载,静止土压力,墙体侧向水平位移0.00005h（h为基坑开挖深度）或墙体转动y/h0.00005（y为墙体转动产生的水平位移）（欧洲地基基础规范规定）,对于刚性墙体，背离土体方向挡土墙顶部的位移达到墙高的0.1%-0.5%时，砂性填土的土压力就降低到主动土压力,对于刚性墙体，当向土体方向挡土墙顶部的位移达到墙高的5%左右或更大时，砂性填土的土压力就增加到被动土压力,主动土压力,被动土压力,6、支护结构水平荷载,支护结构实际土压力处在主动土压力和被动土压力之间，其大小取决于支护结构的位移和变形。,对于实际工程，主动土压力一般容易达到，但由于施工监测对土体变位的限制，不容许墙体到达极限状态，因此，被动土压力值将低于被动极限值，主动土压力值将高于主动极限值。,对于非刚性墙体，由于墙体的变形会引起土压力的重分布，土压力的分布不同于刚性墙体。,6、支护结构水平荷载,6.1.1、对于碎石土及砂土,6.1、支护结构水平荷载标准值,A、计算点位于地下水位以上时,B、计算点位于地下水位以下时,（1）,（2）,6、支护结构水平荷载,6.1.1、对于碎石土及砂土,Kai-第i层的主动土压力系数，Kai=tan2(45-ik/2),ik-三轴试验确定的第i层土固结不排水剪内摩擦角标准值()。,cik-三轴试验确定的第i层土固结不排水剪黏聚力标准值(MPa)。,zj-计算点深度(m)。,mj-计算参数，当zjh时，取zj；当zjh时，取h。,hwa-基坑外侧水位深度(m)。,wa-计算系数，当hwah时，取1；当hwah时，取零。,w-水的重度（kN/m3）。,6、支护结构水平荷载,6.1.2、对于粉土及黏性土,（3）,6.1.3、当按以上规定计算的基坑开挖面一下水平荷载标准值小于零时，应取零。,6、支护结构水平荷载,6.2.1、计算点深度zj处自重竖向应力rk,6.2、基坑外侧竖向应力标准值,A、计算点位于基坑开挖面以上时,B、计算点位于基坑开挖面以下时,（5）,（6）,（4）,mj-深度zj以上土的加权平均天然重度,mh-开挖面以上土的加权平均天然重度,6、支护结构水平荷载,6.2.2、当支护结构外侧地面作用均布附加荷载q0时，基坑外侧任意深度附加竖向应力标准值0k,（7）,6.2.2、当支护结构外侧地面作用均布附加荷载q0时，基坑外侧任意深度附加竖向应力标准值0k,（8）,6、支护结构水平荷载,6.3.1、对于碎石土及砂土,6.3、水平抗力标准值,（9）,Kpi-第i层的被动土压力系数，Kpi=tan2(45+ik/2),i-作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值，pik=mjz，mj为深度zj以上的土的加权平均天然重度,6、支护结构水平荷载,6.1.2、对于粉土及黏性土，基坑内侧水平抗力标准值,6.1、支护结构水平荷载标准值,（10）,