最新00深基坑支护理论与设计专题四1PPT文档.ppt

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1、河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,1,具体的基坑工程由于面积、开挖深度、工程工期和周边的环境保护要求不一样，因而对基坑的设计要求也不相同。在综合考虑这些相关因素的基础上，采取最合理的总体方案，才能做到技术措施得当、经济合理、结构安全、对周边环境影响较小并满足业主的要求。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,2,（一）周边地下连续墙“两墙合一”结合坑内临时支撑系统,1、一般流程周边地下连续墙“两墙合一”结合坑内临时支撑系统是高层和超高层建筑深基础或多层地下室的传统施工方法，在深基坑工程中得到了广泛的应用。该方案的一般流程是：先沿建筑物地下室

2、边线施工地下连续墙，作为地下室的外墙和基坑的围护结构，同时在建筑物内部的有关位置浇筑或打下临时支承立柱及立柱桩，一般立柱桩应尽量利用工程桩，当不能利用工程桩时需另外加设。施工中采用自上而下分层开挖，并依次设置临时水平支撑系统。开挖至坑底后，再由下而上施工主体地下结构的基础底板、竖向墙、柱构件及水平楼板构件，并依次自下而上拆除临时水平支撑系统，进而完成地下结构的施工。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,3,工程实例：三层地下室基坑采用周边地下连续墙“两墙合一”结合坑内临时支撑系统的典型流程,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,4,河北工程大学

3、土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,5,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,6,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,7,2、结构体系,周边地下连续墙“两墙合一”结合坑内临时支撑系统的结构体系包括三部分，即采用连续墙的围护结构、采用杆系结构的临时水平支撑体系和竖向支承系统。（1）“两墙合一”的地下连续墙地下连续墙刚度大、强度高、整体性好、止水效果好，且目前的施工工艺已非常成熟。作为“两墙合一”的设计，其经济效益显著，已经越来越多地应用于深基坑工程。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,8,“两墙合一”地

4、下连续墙的设计需同时满足基坑开挖和永久使用两个阶段的受力和使用要求，而且应便于现场施工操作。由于各个工程的现场环境以及主体结构设计等条件各不相同，必须合理地采取有针对性的技术对策，既要保障基坑工程的安全，满足不同阶段的受力和使用要求，又要兼顾施工效率，方便现场施工，有效地解决工程中出现的具体问题。“两墙合一”的地下连续墙设计需根据工程的具体情况选择合适的结构形式及与主体结构外墙的结合方式，在构造上选择合适的接头形式，并妥善地解决与主体结构的连接、后浇带、沉降缝和有关防渗构造措施。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,9,（2）临时水平支撑体系临时水平支撑体系一般采用

5、钢筋混凝土支撑或钢支撑，选择何种支撑形式需根据基坑的形状、尺寸、开挖深度、主体地下结构的布置情况、周边环境的变形控制要求等因素确定。钢支撑一般适合于形状简单、受力明确的基坑；而钢筋混凝土支撑适合于形状复杂或有特殊要求的基坑。相对而言，钢支撑由于可以回收利用因而造价较低，在施加预应力的条件下其控制变形的能力不低于钢筋混凝土支撑，但钢筋混凝土支撑的整体性和稳定性高于钢支撑。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,10,连续墙上一般设置圈梁和围檀，并与水平支撑系统建立可靠的连接，通过圈梁和围檩均匀地将连续墙上传来的水土压力传给水平支撑。水平支撑的平面和竖向布置不得妨碍主体工程

6、的施工。当基坑较大且采用钢筋混凝土支撑时，有时需设置施工栈桥，此时需根据基坑的形状和土方运输路线等综合考虑施工栈桥的布置。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,11,方形基坑采用钢筋混凝土支撑时的平面布置示意图,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,12,方形基坑采用钢支撑时的平面布置示意图,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,13,（3）竖向支承系统,竖向支承系统承受水平支撑体系的自重和有关的竖向施工荷载，一般采用临时钢立柱及其下的立柱桩。立柱桩的布置应尽量利用主体工程的工程桩，当不能利用工程桩时需施设临时立柱桩。立

7、柱的布置需避开主体结构的梁、柱及承重墙的位置。临时立柱和立柱桩根据竖向荷载的大小选择合适的结构形式和间距。在拆除第一道临时支撑后方可割除临时立柱。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,14,3、工程实例,（1）工程概况中国平安金融大厦地处上海浦东小陆家嘴金融贸易中心区，大厦塔楼41层，两侧裙房4层，主体结构均设置3层地下室，采用桩筏基础，桩基采用钻孔灌注桩。基坑面积约为17946m2，基坑开挖深度主楼区域为16.45m，裙楼区域约为15.45m。施工场地西侧为银城北路；南侧为正在运营的地铁二号线陆家嘴车站及出入口通道，地铁控制范围内的保护要求极高，对水平变形和沉降等

8、控制要求十分严格；东侧为已建的交通金融大厦，且有一规划变电站；北侧为东园路。基地周边市政管线和建筑物众多，环境保护要求高。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,15,基坑平面图,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,16,（2）总体设计方案,本基坑属于超大深基坑工程，周边环境保护要求极高，为了最大限度控制基坑开挖阶段对周边环境产生的不利影响，本方案拟以地下连续墙作为基坑围护结构。同时考虑到经济性等因素，围护体采用“两墙合一”的设计方案。在裙楼区域采用0.8m厚地下连续墙作为基坑围护结构，主楼区域及临近地铁侧采用1.0m厚的地下连续墙。西侧主楼区

9、域主体结构有11根型钢柱直接落在地下连续墙顶部，需在地下连续墙中设置钢柱（钢柱间隔3m布置），作为主体结构的竖向构件。为承受该竖向荷载，该部分地下连续墙的有效长度设计为37.80m，进入粉砂层，并结合墙底注浆加固，以确保墙底端承力的充分发挥。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,17,基坑竖向设置三道钢筋混凝土支撑（见下页图），呈边桁架加对撑布置，该支撑布置形式受力明确，可加快土方开挖并提高出土速度。钢筋混凝土支撑可发挥混凝土材料抗压强度高、刚度大、变形小的特点，对减小围护体位移并保证基坑整体稳定具有重要作用。第一道支撑对撑位置又可作为施工中挖、运土用的栈桥，方便了施

10、工，降低了施工技术措施费。基坑开挖到坑底后再由下而上顺作地下室结构，并相应拆除支撑系统。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,18,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,19,栈桥区域和支撑杆件密集交汇处采用 4L16016型钢格构柱作为竖向支承，其截面为460mm460mm，其他区域采用 4L140 14型钢格构柱，格构柱插入作为立柱桩的钻孔灌注桩中。栈桥区域和支撑杆件密集交汇处利用裙楼工程桩的立柱桩，其桩身全截面范围需扩径至800mm。其他非栈桥区域利用裙楼工程桩的立柱桩，自桩顶至其下4m范围扩径至800mm。本工程共需186根立柱桩，其中

11、136根利用主体工程桩。施工结束后连续墙的最大侧移为41.35mm，对地铁没有产生不利的影响，工程施工进度迅速，产生了良好的社会和经济效益，表明了总体设计方案是非常成功的。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,20,（二）周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑,1、一般流程周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑总体而言采用逆作法施工，以盆式开挖为例，其一般流程是：首先施工主体工程桩和立柱桩，期间可同时施工周边的临时围护体；然后周边留土、基坑中部开挖第一层土，之后进行地下首层结构的施工，并在首层水平支撑梁板与临时围护体之间设置型钢换撑；接着进行地下二层土的开挖

12、，进而施工地下一层结构，并在地下一层水平支撑梁板与临时围护体之间设置型钢换撑，期间可根据工程工期的需要同时施工地上一层结构；开挖基坑中部土体至坑底并浇筑基坑中部的底板；开挖基坑周边的留土并浇筑周边底板，期间可同时施工地上的二层结构；最后施工地下室周边的外墙，并填实地下室外墙与临时围护体之间的空隙，同时完成地下室范围内的外包混凝土施工，至此即完成了地下室工程的施工。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,21,两层地下室的基坑采用周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑的典型施工流程示意图,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,22,河北工程大学

13、土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,23,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,24,2、结构体系,周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑的结构体系包括临时围护体、水平梁板支撑和竖向支承系统。（1）临时围护体临时围护体可以采用钢筋混凝土钻孔灌注桩、SMW工法和钻孔咬合桩等方式。作为周边的临时围护结构，需满足变形、强度和良好的止水性能要求。具体采用何种临时围护体，需根据基坑的开挖深度、基坑的形状、施工条件、周边环境变形控制要求等多个因素确定。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,25,（2）水平支撑体系该总体设计方案中的水平

14、支撑与主体地下结构的水平梁板相结合，即采用主体水平梁板作为基坑开挖中的水平支撑结构。采用主体水平梁板替代支撑具有支撑刚度大、围护结构变形小的优点，且节省临时支撑的设置和拆除费用，具有较好的技术和经济效益。根据主体结构的形式，水平支撑体系可以是肋梁楼盖、无梁楼盖及地下结构梁系。由于采用了临时围护体，需考虑主体水平梁板结构与临时围护体之间的传力问题。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,26,周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑的总体设计方案中，围护体与内部水平梁板结构之间设置的临时支撑主要作为传递水平力的用途，因此，在支撑设计中，在确保水平力传递可靠性的基础上，弱

15、化水平支撑与结构的竖向连接刚度，由此可大大缓解由于围护体与立柱桩之间差异沉降过大而引发的边跨结构次应力过大而导致结构开裂等不利后果，从而回避了立柱桩与临时围护体之间以及临时围护体与临时围护体之间的差异沉降控制问题。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,27,（3）竖向支承系统该总体设计方案中的竖向支承系统与主体结构相结合，即主体结构的地下竖向承重构件（立柱和立柱桩）作为逆作施工过程中结构水平构件的竖向支承构件。其作用是在逆作施工期间，在地下室底板结构末浇筑之前承受地下和地上各层的结构自重和施工荷载，在地下室底板浇筑后，与底板连接成整体，作为地下室结构的一部分将上部荷

16、载及承受的荷载传递给地基。竖向支承立柱和立柱桩可以采用临时立柱和与主体结构工程桩相结合的立柱桩，也可以采用与主体地下结构柱及工程桩相结合的立柱和立柱桩。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,28,立柱和立柱桩的位置和数量根据地下室的结构布置和制定的施工方案经计算确定。设计中尚需解决立柱与结构水平梁板的连接、立柱在底板位置的止水等构造问题。此外，立柱与立柱桩还要满足竖向承载力及沉降控制要求，尤其是要解决好立柱之间的差异沉降问题，以防对水平梁板结构的受力产生不利的影响。由于立柱桩之间的差异沉降难以精确确定，可以通过采用桩端后注浆方法控制立柱桩的绝对沉降来控制其差异沉降。,

17、河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,29,3、特点与适用条件,（1）周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑的特点周边围护体采用临时围护结构，在满足变形控制的前提下，根据计算需要可灵活调整围护体的截面厚度，实现最优化设计。如采用地下连续墙“两墙合一”作为围护体，则由于受结构永久使用阶段受荷要求来选择截面厚度的限制，在一定的开挖深度下，无法根据计算需要选择最合理、经济的地下连续墙截面厚度。此外，当主体地下室的轮廓形状极不规则，由于基坑总延长米较长，采用临时围护体可根据具体位置进行改变调整围护体的轮廓以减少围护体的工程量，而采用地下连续墙两墙合一，地下连续墙的平面布置

18、必须和地下室轮廓重合，其地下连续墙总延米不能进行优化调整。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,30,（2）适用条件,周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑的总体设计适用于面积较大、地下室为两层、挖深约为10m左右的超高层建筑的地下室深基坑工程，且采用地下连续墙围护方案相对于采用临时围护并另设地下室外墙的方案在经济上并不具有优势。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,31,4、工程实例,（1）工程简介上海曹安商贸城C1、C2商办楼层数分别为12层和14层。主楼及裙房均设2层地下室，地下室互相连通，基坑面积约 15000m2，开挖深度约为

19、 11m。工程基地北临曹安公路，地下室结构与公路距离约20m；南邻沪宁高速公路，距离基坑超过 50m；西侧为空地，规划将修建为定边路；东侧偏北是一幢4层高酒店建筑物，距离基坑约12m。基坑工程的环境保护要求相对不高。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,32,（2）总体设计方案考虑到工程的经济性等因素，基坑围护结构设计采用以钻孔灌注排桩作为周边临时围护体（主楼区采用950 1150mm钻孔灌注排桩、裙楼区采用900 1100m钻孔灌注排桩）、其外采用双排 700 500mm深层搅拌桩止水帷幕、内部梁板替代水平支撑、围护体与内部结构之间设置混凝土杆件换撑结构、一柱一桩

20、作为基坑的竖向支承系统的总体设计方案。地下各层结构采用由上而下的逆作施工方式，逆作施工阶段的同时完成4层上部结构施工。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,33,逆作阶段首层结构梁板平面布置图,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,34,基坑围护剖面图,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,35,基坑工程从开始挖土至地上4层结构以及地下的逆作施工结束，仅耗费工期约5个月。基坑工程实施过程中的监测显示：基坑开挖施工过程中，围护墙体累计最大位移为3470mm，基坑围护体变形未对周边环境造成不利影响。工程实施结果表明本工程的围

21、护体系确保了基坑工程实施的安全性要求，同时，围护体系的设计刚度也与周边环境的保护要求相匹配，体现了基坑工程的经济性要求。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,36,（三）支护结构与主体结构全面相结合,1、一般流程支护结构与主体结构全面相结合，即围护结构采用“两墙合一”的地下连续墙，既作为基坑的围护结构又作为地下室的外墙；地下结构的水平梁板体系替代水平支撑；结构的立柱和立柱桩作为竖向支承系统。支护结构与主体结构全面相结合的总体设计方案一般采用逆作法施工，以盆式开挖为例，其一般流程为：首先施工地下连续墙、立柱和工程桩；然后周边留土、基坑中部开挖第一层土；之后进行地下首层

22、结构的施工；开挖第二层土，并施工地下一层结构的梁板，同时可根据工期上的安排接高柱子和墙板施工地上一层结构；开挖第三层土，并施工地下二层结构，同时施工地上二层结构；基坑中部开挖到底并浇筑底板，基坑周边开挖到底并施工底板，同时施工地上三层结构；施工立柱的外包混凝土及其他地下结构，完成地下结构的施工。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,37,三层地下室基坑采用支护结构与主体结构全面相结合的流程,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,38,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,39,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话

23、：8578720,40,2、结构体系,支护结构与主体结构全面相结合的结构体系包括“两墙合一”的连续墙、水平楼板支撑体系和竖向支承系统。其中“两墙合一”的连续墙设计与周边地下连续墙“两墙合一”结合坑内临时支撑系统总体设计方案中的设计相似，其水平支撑体系和竖向支承系统与周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑总体设计方案中的设计相似，所不同的是前者的水平梁板体系直接与地下连续墙连接，因而不需考虑设置临时换撑，并且开挖完成后不再需要施工地下室外墙。由于相似性，支护结构与主体结构全面相结合中结构体系的设计可参考前面两种总体设计方案中的相关内容。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578

24、720,41,3、适用条件,支护结构与主体结构全面相结合适合于大面积的基坑工程、开挖深度大的基坑工程、复杂形状的基坑工程、上部结构施工工期要求紧迫的基坑工程，尤其是周边建筑物和地下管线较多、环境保护极其严格的基坑工程。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,42,4、工程实例,（1）工程简介长峰商城是将购物、餐饮、办公、酒店等融为一体的多功能、综合性现代建筑，位于上海市长宁区地铁二号线中山公园站，即长宁路、汇川路和凯旋路合围处。该工程主体结构为一幢60层高238m的框-剪结构超高层建筑，设10层裙房，采用桩筏基础。主楼和裙房均设四层地下室：首层（标高-0.070m）、

25、地下一层（标高-5.33m）、地下二层（标高-10.470m）、地下三层（标高-13.70m）、地下四层（标高-16.75m），基坑面积为22000m2。主楼筏板厚为4.006.25m，裙房筏板厚为2.0m，基坑开挖深度为18.9524.00m。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,43,工程桩采用直径850mm的钻孔灌注桩，有效桩长约48m，进入第2层。该工程周边环境复杂。距离南侧长宁路外墙2.5m的是深10.0m、地下两层的地铁二号线中山公园站大厅；西侧凯旋路为新建道路，有各类管线；北侧汇川路和东侧汇川路也有大量管线；距东侧地下室外墙30.0m处为12层框架结构的

26、国美商场。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,44,基坑周边环境图,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,45,（2）总体设计方案,本工程开挖面积大，周边环境复杂且保护要求高，经反复比较和论证，采用支护结构与主体地下结构全面相结合逆作法施工方案。基坑围护采用“两墙合一”的地下连续墙，裙楼连续墙厚度为800mm，主楼和地铁侧厚度则增大为1000mm。水平支撑体系采用结构的梁板体系，共分4层。主楼用一柱四桩，上部接钢格构柱作为主楼的竖向支承；裙楼采用一柱一桩，上部接500mm500mm 20mm和700mm700mm20mm方钢管作为上部梁板的竖

27、向支承。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,46,由于基坑工程面积非常大，采用分区施工的方法将工程分成A、B、CD四个区。非地铁侧的A、B区，在开挖前对被动区土体进行双头搅拌桩加固处理，加固宽度为 5.2m，加固深度为-11.00m标高处至基坑底下 5m；而邻近地铁侧 C、D区，坑内被动区的加固宽度为12m，加固深度为-3.00m标高处至基坑底以下5m。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,47,支护体系剖面图,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,48,对基坑实施过程进行了监测，结果显示当基坑开挖结束时，A区、B区

28、的墙体水平位移相对较大，最大值为52mm，靠近地铁侧的C区墙体侧移较小，最大侧移仅为21mm。在底板浇筑前后，立柱桩间最大差异沉降分别为3.7mm和4.1mm，而连续墙与立柱桩间的最大差异沉降则分别为17.0 mm和15.9mm，小于上海市基坑工程设计规程的规定值。,河北工程大学土木工程学院谭燕秋教授电话：8578720,49,通过在临近地铁侧采取地下连续墙墙体加厚、分层分区挖土、坑内加固、预留土体等施工措施，使临近地铁侧地下连续墙的水平变形大大减小，满足了地铁正常运营的要求。采用支护结构与主体地下结构相结合的设计和施工方法既节省了工期又节约了工程造价，且使得基坑的变形得到了有效的控制，取得了良好的经济和社会效益。,