第02章

高层建筑基坑工程施工,主要解决的问题:1.基坑支护2.地下水控制3.土方开挖2.高层建筑基坑工程施工2.1建筑基坑支护建筑基坑(buildingfoundationpit)——为进行建筑物(包括构筑物)基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间.基坑支护(retainingandprotectingforfoundationexcavation)——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挡、加固与保护措施.一、基坑支护的作用:挡土和截水,保证基坑侧壁的稳定.二、基坑支护的设计原则:(一)分类:1.承载能力极限状态2.正常使用极限状态(二)基坑侧壁安全等级基坑侧壁安全等级及重要性系数Υ0安全等级破坏后果Υ0一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重1.10二级1.00三级0.90注:有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根椐具体情况另行确定.基坑变形的监控值(mm)基坑等级围护结构墙顶位移监控值围护结构墙体最大位移监控值地面最大沉降监控值3030601006080一级基坑50二级基坑80三级基坑100.(三)设计内容1.基坑支护结构均应进行承截能力极限状态的计算，2.对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁,尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算.3.地下水控制计算和验算.三、基坑支护结构的选型:支护结构支护结构水泥土挡墙式排桩与板墙式边坡稳定式深层搅拌水泥土桩墙高压旋喷桩墙板桩式排桩式板墙式组合式逆作拱墙式土钉墙喷灌支护钢板桩混合土板桩型钢横挡板钢管桩、预制混凝土桩钻孔灌筑桩挖孔灌筑桩现浇地下连续墙预制装配式地下地下连续墙加筋水泥土桩（SWM工法)高应力区加筋水泥土墙支护结构选型表结构型式适用条件排桩或地下连墙1.适于基坑侧壁安全等级一、二、三级2.悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m3.当地下水位高于基坑底面时,宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级2.水泥地桩施工范围内地基土承截力不宜大于150kpa3.基坑深度不宜大于6m1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级r的非软土地2.基坑深度不宜大于12m3.当地下水位高于基坑底面时,应采用降水或截水措施逆作拱墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级2.淤泥和淤泥质土场地不宜采用3.拱墙轴线的矢跨比不宜小用1/84.基坑深度不宜大于12m5.当地下水位高于基坑底面时,应采用降水或截水措施放坡1.基坑侧壁安全等级宜为三级2.施工场地应满足放坡条件3.可独立或与上述其他结构结合使用4.当地下水位高于坡脚时,应采用降水措施水泥土墙土钉墙四、基坑支撑的选型钢结构支撑坑内支撑钢筋混凝土支撑顶部拉锚坑外拉锚土层锚杆拉锚五、基坑支护(支撑)的破坏形式a)拉锚破坏或支撑压曲承载力破坏b)支护破坏(底部走动)c)平面变形过大或弯曲破坏d)整体失稳稳定性破坏e)基坑隆起f)管涌和流砂123452121216887(a)(b)(d)(c)支护结构内支撑和拉锚1-支护墙体;2-围檩;3-内支撑;4-支撑立柱;5-土层锚杆;6-锚碇;7-锚桩;8-拉杆;六、水平荷载标准值的计算:0wphzhdhwahZjajke(一).对于碎石土及砂土：1.当计算点位于地下水位以上时：2.当计算点位于地下水位以下时：2−=aiikaiajkajkKcKeσ()()[]wawawawaakakaka2γησijjiiijjKhmhzKcKe−−−+−=式中——第i层的主动土压力系数，；——作用于深度处的竖向应力标准值，——三轴试验,确定的第i层土固体不排水（快）剪粘聚力标准值；——三轴试验确定的第i层土固体不排水（快）剪内摩擦角标准值；——计算点深度；-=2(45)tgk2aiiKϕ°kiϕiKakajσkicjzjz——计算参数，当＜h时，取，当≥h时，取h；——基坑外侧水位深度；——计算系数，当≤h时，取1，当＞h时，取零；——水的重度。jmjzjzjzwahwahwahwaηwγjzjz(二)、对于粉土及粘性土：(三)、当按以上规定计算的基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时，应取零。2−=aiikaiajkajkKcKeσ1.自重竖向应力:(1)计算点位于基坑开挖面以上时:式中:——深度Zj以上土的加权平均天然重度。jj·zmrkγσ=rkσjmγ(2)计算点位于基坑开挖面以下时:·hrkγσ=hm式中:——开挖面以上土的加权平均天然重度。γhm(四)、竖向应力标准值的计算:1k0krkkaσσσσ++=j2.地面附加荷载引起的竖向应力:okσ00kq=σokσ0q3.地面局部荷载引起的竖向应力:1kσ10011k2bbbq+=σ1kσ1q1b0b45º45º45º七、水平抗力标准值的计算:ojzwphkpjezhd(一)对于砂土及碎石土:式中——作用于基坑底面以下深度Zj处的竖向应力标准值;——第i层的被动土压力系数；(二)对于粉土及粘性土：(三)基坑底面竖向应力标准值:()()wpwppkpkpkp12γσijiiijjKhzKcKe−−++=kpjσ+=2(45)tgk2piiKϕ°iKpiiijjKcKepkpkpkp2+=σjj·zmpjkγσ=式中——深度Zj以上土的加权平均天然重度。γjm八、基坑支护结构的内力计算:常用方法:等值梁法、弹性线法、竖向弹性地基梁法和有限元法等.序号类别基本假定计算方法1塑性法墙前土体处于塑性平衡状态,将墙体视为简支梁或连续梁弹性线法、自由端法、相当梁法、连续梁法2弹性法墙后土体处于塑性平衡,将墙体视为弹性地基中的梁M法3弹塑性法墙前土体在变形较大的地面至某一深度处,地基处于塑性平衡,在塑性区以下为弹性区,将墙板作为弹性地基中的梁山肩邦男法4近似法假定支撑点为刚性支点,墙板为简支或连续梁连续梁近似法、假想支点法5有限元法充分考虑墙板与支撑的刚度及墙面板与土体的共同作用弹性地基杆系、薄壳有限元法2.2钻孔灌注混凝土排桩支护一、平面布置:二、竖向布置:排桩(pilesinrow)——以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构.冠梁(topbeam)——设置在支护结构顶部的钢筋混凝土连梁.腰梁(middlebeam)——设置在支护结构顶部以下传递支护结构与锚杆或内支撑点力的钢筋混凝土梁或钢梁.dhh腰梁排桩冠梁三、构造要求:悬臂式排桩结构桩径不宜小于600mm,桩间距应根据排桩受力及桩间土稳定条件确定.四、施工要求:平面位置≤50mm垂直度≤0.5%冠梁:混凝土强度等级≥C20,构造配筋.≥桩径≥400mm五、嵌固深度计算:（一）悬臂式支护结构:ohdph∑Epj∑Eaihah悬臂式支护结构嵌固深度计算简图∑M0=0hp∑Epj-1.2γοha∑Eai≥0式中:∑Epj——桩、墙底以上的基坑内侧各土层水平抗力标准值的epjk合力之和;hp——合力∑Epj作用点至桩、墙底的距离;∑Eai——桩、墙底以上的基坑外侧各土层水平荷载准值的eaik合力之和;ha——合力∑Epj作用点至桩、墙底的距离;1.2——支护结构(排桩)稳定分项系数.要求:hd≥0.3h（二）单层支点支护结构:1.支点力的计算:（1）确定O´点:ea1k=ep1k式中:ea1k——水平荷载标准值;ep1k——水平抗力标准值.（2）计算Tc1∑Mo´=0Tc1(hT1+hc1)+hp1∑Epc-ha1∑Eac=0得:Tc1=式中:hT1——支点至基坑底面的距离;hc1——基坑底面至设定弯矩零点位置的距离.ha1∑Eac-hp1∑EpchT1+hc1o′hdp1h∑Epc∑Eacha1h单层支点支护结构支点力计算简图Tc1hT1c1hep1kea1k2.嵌固深度计算:∑Mo=0hp∑Epj+Tc1(hT1+hd)-1.2γ0ha∑Eai≥0要求:hd≥0.3hohdph∑Epj∑Eaihah单层支点支护结构嵌固深度计算简图Tc1hT1（三）多层支点支护结构:多层支点支护结构的支点力的计算与单层支点的计算方法是一样的.嵌固深度设计值hd的计算采用——圆弧滑动简单条分法.1.基本原理:采用“简单条分法”.又称瑞典条分法或费兰纽斯(Fellenius)法.K==Mr式中:Ms=ω·eMr=τ·L·R抗滑力矩MsｅαRGωCD0BAτ结论:当K1.0表示边坡稳定当K=1.0表示边坡处于极限平衡状态当K1.0表示边坡不稳定边坡稳定分析简图滑动力矩L=R*α2.规范结论:∑Cikli+∑(q0bi+ωi)cosθitgϕik-γκ∑(q0bi+ωi)sinθi≥0式中:Cik、ϕik——昀危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水(快)剪粘聚力、内摩擦角标准值;li——第i土条的弧长:bi——第i土条的宽度:γκ——整体稳定分项系数,应根据经验确定,当无经验时可取1.3:ωi——作用于滑裂面上第i土条的重量,按上覆土层的天然土重计算;θi——第i土条弧线中点切线与水平线夹角:h0——嵌固深度计算值.3.查表法:（1）嵌固深度设计值:hd=1.1h0式中:h0——嵌固深度计算值.（2）嵌固深度计算值:h0=n0h式中:n0——嵌固深度系数,查表:（3）粘聚力系数:δ=Ck/γh式中:Ck、ϕk——土层固结不排水(快)剪粘聚力、内摩擦角标准值;γ——土的天然密度.ϕkδ7.510.012.515.017.520.022.525.027.530.032.535.037.540.042.50.003.182.241.691.281.050.800.670.550.400.310.260.250.150.10.022.872.031.511.150.900.720.580.440.360.260.190.140.10.042.541.741.291.010.740.600.470.360.240.190.130.10.062.191.541.110.810.630.480.360.270.170.120.10.081.891.280.940.690.510.350.260.150.10.10.101.571.050.740.520.350.250.130.10.121.220.810.540.360.220.10.10.140.950.550.350.240.10.160.680.350.240.10.180.340.240.10.200.240.10.220.1嵌固深度系数n0表(地面超载q0=0)六、抗渗要求:hd≥1.2γ0(h-hwa)ohdhwah（4）要求:hd≥0.2h渗透稳定计算简图七、例题:某高层建筑基坑深h=6.0m,周围有建筑物及道路,不充许放坡开挖,采用悬臂式钢筋混凝土排桩支护.土层为砂土,土的平均内摩擦角ϕ=30°,土的平均粘聚力C=0,平均重度γ=18KN/m³,无地下水,基坑侧壁安全等级为二级,γ0=1.00.求:排桩嵌固深度设计值hd解:本例题为悬臂式支护结构的排桩Ka=tg²(45°-)=0.33Kp=tg²(45°+)=3.0030°230°2对于砂土有:eajk=σajk·Ka=γZka(当Zh时)γhka(当Z≥h时)epjk=σpjk·Kp=γZKp得：当Z=h=6.0m时：eajk=γhka=18*6*0.33=35.64（kN/m²）当Z=hd时：epjk=γhdKp=18*hd*3=54hd（kN/m²）o∑Epj∑Ea1ha2h=6mhphdha1∑Ea2有∑M0=0hp∑Epj-1.2γο(ha1∑Ea1+ha2∑Ea2)≥0式中：∑Epj=epjk·hd=27hd²hp=hd∑Ea1=*35.64*6=106.92（kN/m）h1=*6+hd=（2+hd）∑Ea2=35.64hdh2=hd2131213121o∑Epj∑Ea1ha2h=6mhphdha1∑Ea2代入上式：hd=27hd²-1.2*1.00[(2+h