4.2 悬臂式支护结构设计1

4.2悬臂式支护结构设计4.2.1排桩支护结构4.2.2板桩和地下连续墙介绍4.2.3支护结构的破坏模式4.2.4支护结构的施工工艺4.2.6支护结构的整体稳定性4.2.7支护结构抗隆起稳定性4.2.5嵌入深度和抗倾覆稳定性4.2.8抗渗流稳定性例题1讲解例题2讲解总结2010级勘查一班4.2悬臂式支护结构悬臂式支护结构：采用钢筋混泥土排桩、木板状、钢板桩、钢筋混泥土木板状、地下连续墙等形式。悬臂式支护结优缺点及其适用范围优点：结构简单，施工方便，有利于基坑采用大型机械开挖。缺点：相同的开挖深度的位移大，内力大、支护结构采用更大的界面和插入深度。适应范围：场地土质较好，有较大的c、φ值，开挖深度浅（一般在6m以内），对位移要求不严格。悬臂式支护结构2010级勘查一班4.2.1排桩支护结构排桩支护结构是指由呈队列式间隔布置的钢筋混泥土人工挖孔桩、钻孔灌注桩、沉管灌注桩、打入预应力灌桩等组成的挡土结构。排桩支护按基坑开挖深度及支撑情况，可分为以下几种1、悬臂式支护结构：当基坑开挖深度不大，利用结构自身的抗弯能维持基坑稳定性；2、单支撑支护结构：当基坑开挖深度较大时，不能采用悬臂式，可以在支护结构顶部设置单支撑。3、多支持：当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以减少挡墙的内力2010级勘查一班4.2.1排桩支护结构排桩的空间布置形态1、柱列式排桩支护：当边坡土质好、地下水位较低时，可以利用土拱作用，以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡。2、连续式排桩支护：在软土中一般不能形成土拱，支挡桩应该连续密排。2010级勘查一班4.2.1排桩支护结构3、组合式排桩支护早在地下水位较高的软土地区，可采用钻孔灌注桩排桩与水泥土桩防渗墙组合的形式搅拌桩开挖侧4、双排桩支护双排桩可以理解为将密集的单排悬臂桩的部分桩向后移，并在前排桩顶用圈梁连接，前后排之间用连梁连接，发挥空间组合桩的整体刚度和空间效应，来维持坑壁稳定、控制变形。桩排距一般取2D~4D2010级勘查一班4.2.1排桩支护结构双排支护结构的布桩形式非常灵活，常见的形式有之字式、双三角式、梅花式、并列式（也可称其为矩形格构式）、丁字式、连拱式等单排装与双排桩的比较1、双排桩支护结构体系的特点（1）在双排桩支护结构中，前后排桩均分担主动土压力，其中前排桩主要起分担土压力的作用，后排桩兼起支挡和拉锚的双重作用（2）双排支护结构形成空间格构，增强支护结构自身稳定性和整体的刚度。2010级勘查一班（3）充分利用桩土共同作用的工拱效应，改变土体侧压力分布，增强支护效果双排支护结构的优点（1）单排悬臂桩完全依靠嵌入基坑土内的足够深度来承受桩后的侧压力并维持其稳定性，坑顶位移和桩身变形较大，悬臂式双排支护结构因为有刚性连系梁讲前后排桩连接而组成一个空间静不定结构，整体刚度大，又因为前后排桩均能产生与侧土压力反向作用的力偶，使双排桩的位移明显减小，同时桩身的内力也有所下降（2）悬臂式双排支护结构为一静不定结构，在复杂多变的外荷载作用下能自动调整结构本身的内力，使之适应复杂而又往往难以预计荷载条件，而单排悬臂桩为一静定结构，将土压力看做已知力作用于其上则不具备此项功能（3）当受施工技术或场地条件等限制时，如果基坑深度条件适合，悬臂式双排支护桩是代替桩锚支护结构的一种好的支护形式。施工时间证明，其施工简便、速度快、投资少4.2.1排桩支护结构2010级勘查一班4.2.1排桩支护结构双排支护结构体系的缺点（1）双排支护桩的设计计算方法还不够成熟，实测数据还不多，受力机制不够清楚。（2）基坑周边要有一定的空间，以利于双排支护桩的布置和施工。在对深基坑挡土支护结构的位移有限制的要求下，对于一般粘性土地区来说，双排支护桩是一种很有应用价值的挡土支护结构类型。地下水位较高的软土地区采用双排支护桩时，应做好挡土、挡水，以防止桩间土流失而造成结构失效，上海、杭州、宁波、福建、广东等地区已经有很多双排桩挡土支护结构的成功案例。（1111112010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙1、板桩板桩，防护桩的一种，其形状长而扁，可用于低边坡、基坑等的防护。一般采用强夯的办法打入。板桩类型：木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩。作为常用的一种，钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点，曾在基坑中广泛使用，但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法，振动与噪音大，同时沉桩过程中挤土也较为严重，在城市工程中受到一定限制。其制作在一般在工厂预制，在运至工地，成本较灌注桩略高。板桩能够延长渗径，减少渗透坡降，在水利水电施工中，板桩一般设在需防渗建筑物上游侧，一般在砂性土中。2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙2.地下连续墙地下连续墙，是在泥浆护壁的情况下，在地面用专用设备，开挖一条狭长的深槽，在槽内放置钢筋笼并浇灌混泥土，形成钢筋混凝土墙段。各墙段依次施工并连接成整体，形成一条地下连续的墙体，称为地下连续墙。2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙分类地下连续墙的分类方法较多，大致有以下几种：按成墙方式：桩排式、槽板式、组合式；按墙的用途：防渗墙、临时挡土墙、永久挡土（承重）墙、作为基础用的地下连续墙；按墙体材料：钢筋混凝土墙、塑性混凝土墙、固化灰浆墙、钢管地下连续墙、后张应力地下连续墙；按开挖方式：地下连续墙（开挖）、地下防渗墙（不开挖）适用条件一、用途（较为广泛）1、作为高层建筑的深基础、地下室；2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙2、用于城市道路立交桥、地下铁道、地下商场、地下储油库、顶管工作井等工程；3、用于水利水电建设中的挡土墙、防渗坝、截水帷幕等；4、近年来大量用于船坞、船闸、升降机坞、码头岸壁等工程；5、用于抗滑挡土墙、防爆墙等工程；6、深基坑开挖中的护壁结构。二、优缺点优点1、工效高、工期短、质量可靠、经济效益高。2、施工时振动小，噪音低，非常适于在城市施工。3、占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，充分发挥投资效益。2010级勘查一班板桩、地下连续墙4、防渗性能好，由于墙体接头形式和施工方法的改进，使地下连续墙几乎不透水。5、可用于逆做法施工。地下连续墙刚度大，易于设置埋设件，很适合于逆做法施工。6、可以贴近施工。由于具有上述几项优点，使我们可以紧贴原有建筑物建造地下连续墙。7、用地下连续墙作为土坝、尾矿坝和水闸等水工建筑物的垂直防渗结构，是非常安全和经济的。8、墙体刚度大，用于基坑开挖时，可承受很大的土压力，极少发生地基沉降或塌方事故，已经成为深基坑支护工程中必不可少的挡土结构。9、适用于多种地基条件。地下连续墙对地基的适用范围很广，从软弱的冲积地层到中硬的地层、密实的砂砾层，各种软岩和硬岩等所有的地基都可以建造地下连续墙。2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙10、可用作刚性基础。目前地下连续墙不再单纯作为防渗防水、深基坑围护墙，而且越来越多地用地下连续墙代替桩基础、沉井或沉箱基础，承受更大荷载。工效高、工期短、质量可靠、经济效益高。缺点1、在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦。2、地下连续墙如果用作临时的挡土结构，比其它方法所用的费用要高些。3、如果施工方法不当或施工地质条件特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题。4、在一些特殊的地质条件下（如很软的淤泥质土，含漂石的冲积层和超硬岩石等），施工难度很大。2010级勘查一班板桩、地下连续墙施工工艺在挖基槽前先作保护基槽上口的导墙，用泥浆护壁，按设计的墙宽与深分段挖槽，放置钢筋骨架，用导管灌注混凝土置换出护壁泥浆，形成一段钢筋混凝土墙。逐段连续施工成为连续墙。施工主要工艺为导墙、泥浆护壁、成槽施工、水下灌注混凝土、墙段接头处理等。(1)导墙导墙通常为就地灌注的钢筋混凝土结构。主要作用是：保证地下连续墙设计的几何尺寸和形状；容蓄部分泥浆，保证成槽施工时液面稳定；承受挖槽机械的荷载，保护槽口土壁不破坏，并作为安装钢筋骨架的基准。导墙深度一般为1.2～1.5米。墙顶高出地面10～15厘米,以防地表水流入而影响泥浆质量。导墙底不能设在松散的土层或地下水位波动的部位。2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙(2)泥浆护壁通过泥浆对槽壁施加压力以保护挖成的深槽形状不变，灌注混凝土把泥浆置换出来。泥浆材料通常由膨润土、水、化学处理剂和一些惰性物质组成。泥浆的作用是在槽壁上形成不透水的泥皮，从而使泥浆的静水压力有效地作用在槽壁上，防止地下水的渗水和槽壁的剥落，保持壁面的稳定，同时泥浆还有悬浮土渣和将土渣携带出地面的功能。在砂砾层中成槽必要时可采用木屑、蛭石等挤塞剂防止漏浆。泥浆使用方法分静止式和循环式两种。泥浆在循环式使用时，应用振动筛、旋流器等净化装置。在指标恶化后要考虑采用化学方法处理或废弃旧浆，换用新浆。(3)成槽施工中国使用成槽的专用机械有：旋转切削多头钻、导板抓斗、冲击钻等。施工时应视地质条件和筑墙深度选用。一般土质较软，深度在15米左右时，可选用普通导板抓斗；对密实的砂层或含砾土层可选用2010级勘查一班板桩、地下连续墙多头钻或加重型液压导板抓斗；在含有大颗粒卵砾石或岩基中成槽，以选用冲击钻为宜。槽段的单元长度一般为6～8米，通常结合土质情况、钢筋骨架重量及结构尺寸、划分段落等决定。成槽后需静置4小时,并使槽内泥浆比重小于1.3。(4)水下灌注混凝土采用导管法按水下混凝土灌注法进行，但在用导管开始灌注混凝土前为防止泥浆混入混凝土，可在导管内吊放一管塞，依靠灌入的混凝土压力将管内泥浆挤出。混凝土要连续灌注并测量混凝土灌注量及上升高度。所溢出的泥浆送回泥浆沉淀池。(5)墙段接头处理地下连续墙是由许多墙段拼组而成，为保持墙段之间连续施工，接头采用锁口管工艺，即在灌注槽段混凝土前，在槽段的端部预插一根直径和槽宽相等的钢管，即锁口管，待混凝土初凝后将钢管徐徐拔出,使端部形成半凹榫状接状。也有根据墙体结构受力需要而设置刚性接头的，以使先后两个墙段联成整体。2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙导墙施工2010级勘查一班板桩、地下连续墙泥浆制备厂2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙成槽机挖土2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙钢筋笼制作2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙钢筋笼起吊2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙钢筋笼吊放2010级勘查一班4.2.2板桩、地下连续墙浇筑混凝土2010级勘查一班4.2.3支护结构的破坏形式基坑工程事故类型很多。在水土压力作用下，支护结构可能发生破坏，支护结构型式不同，破坏形式也有差异。渗流可能引起流土、流砂、突涌，造成破坏。围护结构变形过大及地下水流失，引起周围建筑物及地下管线破坏也属基坑工程事故。基坑工程事故形式可分为：（1）墙体折断破坏当墙体强度不够或连接构造不好，支护墙不足以抵抗水土压力形成的弯矩时，墙体折断造成基坑边坡倒塌。2010级勘查一班4.2.3支护结构的破坏形式•墙体折断破坏2010级勘查一班4.2.3支护结构的破坏形式•对撑锚支护结构，支撑或锚拉系统失稳，锚撑节点断裂，支护墙体承受弯矩变大，也要产生墙体折断破坏。悬臂式排桩墙最容易出现墙体折断。2010级勘查一班4.2.3支护结构的破坏形式（2）整体失稳破坏松软的地层中，当基坑平面尺寸较大，由于作为支护结构的桩墙插入深度不够，或施工时几何形状和相互连接不符合要求。支撑位置不当，支撑与围檩系统结合不牢等原因，桩墙产生位移过大的前倾或后仰，导致基坑外土体大滑坡，支护结构系统整体失稳破坏。2010级勘查一班4.2.3支护结构的破坏形式2010级勘查一班4.2.3支护结构的破坏形式（3）基坑隆起破坏在软土地基中，当基坑内土体不断挖去、坑内外土体的高差使支护结构外侧土体向内侧方向挤压，造成基坑土体隆起，导致基坑外地面沉降，坑内侧被动土压力减少，引起支护体系失稳破坏。2010级勘查一班4.2.3支护结构的破坏形式2010级勘查一班4.2.3支护结构的破坏形式（4）踢脚失