基础工程(第二版)支档结构.ppt
《基础工程(第二版)支档结构.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基础工程(第二版)支档结构.ppt(100页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、2019/7/9,1,第一节 概 述 第二节 挡土墙 第三节 基坑支护的型式及特点 第四节 基坑支护的设计与施工,第六章 支挡结构,2019/7/9,2,第六章 支挡结构,第一节、概 述,一、支挡结构的用途 支挡结构能保持结构两侧的土体有一定高差的结构物称为支挡结构。 支挡结构主要有两个方面的用途: 一类是用作公路和铁路的挡土墙、桥台,水利、港湾工程的河岸及水闸的岸墙,这类支挡结构一般是先筑墙后填土,是永久性构筑物,常被称为挡土墙;,2019/7/9,3,另一类是用作工业与民用建筑的地下室外墙、基坑工程中的开挖围护结构等,这类支挡结构一般是先在地层中形成支挡结构后再开挖土体,它既可作为临时支挡
2、结构,也可作为永久性地下结构的一部分,如用作地下室外墙的地下连续墙。 支挡结构的用途还有边坡的加固支护等。 随着大量土建工程在地形、地质条件复杂地区兴建,特别是大、中城市高层建筑施工中深、大基坑工程的大量出现,支挡结构显得越来越重要,支挡结构的设计计算也将直接影响到工程的安全稳定和经济效益。,2019/7/9,4,2019/7/9,5,2019/7/9,6,2019/7/9,7,2004年10月25日晚8点40分左右,正在开挖作业的中环线3.5 标北虹路地道工地发生基坑坍塌事故,坍塌范围长近40米,深约10米,由于发现及时,未造成人员伤亡。,2019/7/9,8,二、支挡结构的类型 支挡结构一
3、般由挡土(挡水)和支撑拉锚两部分组成。 挡土(挡水)部分称为挡土结构(或围护结构) 支撑拉锚部分称为支锚结构 支挡结构类型的划分方法: 可按挡土结构的刚度、平衡方式分类 也可按支锚结构形式分类 还可按组成支挡结构的建筑材料以及施工方法和所处环境条件等进行分类。,2019/7/9,9,(一)按挡土结构的刚度分类 支挡结构按挡土结构的刚度可分为刚性支挡结构和柔性支挡结构。 所谓刚性支挡结构是指挡土结构的刚度很大,在外荷作用下主要产生刚体位移的支挡结构,如重力式挡土墙、基坑工程中使用的水泥土桩墙等,刚性支挡结构一般以重力作为其主要的平衡力。 所谓柔性支挡结构是指具有一定抗弯能力,在外荷作用下的变形以
4、弹性变形为主的支挡结构,常见的柔性支挡结构有板桩墙、钻孔灌注桩柱列式挡土墙和地下连续墙等。,2019/7/9,10,(二)按挡土结构的力平衡方式分类 在支挡结构中常见的力平衡方式有重力式、悬臂式(图6-1a)及支锚式(图6-lb)。,(a)悬臂式 (b)支锚式 图6-1 支挡结构的力平衡方式分类,2019/7/9,11,(三)按支锚结构的形式分类 支挡结构的支锚形式有外支撑和内支撑之分。 内支撑方式又可分为水平撑(图6-2a)、斜撑(图6-2b)及其组合形式,(a)水平撑 (b)斜撑 图6-2 常见内支撑型式,2019/7/9,12,外支撑方式中常见的有锚杆式(图6-3a)、锚定板式(图6-3
5、b)和土钉式(图6-3c)。,(a)锚杆式 (b)锚定板式 (c)土钉式 图6-3常见外支撑型式,本章将按支挡结构的两大类用途挡土墙和基坑支护,分别介绍其结构型式及设计计算的基本原理。,2019/7/9,13,第二节 挡 土 墙,一、挡土墙的结构型式及特点 挡土墙就其结构型式主要可分为重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙等类型。 (一)重力式挡土墙 重力式挡土墙如图6-4a所示,墙面暴露于外,墙背可以做成倾斜和垂直的。墙基的前缘称为墙趾,后缘称为墙踵。 重力式挡土墙通常由块石或混凝土砌筑而成,因而墙体抗拉强度较小,作用于墙背的土压力所引起的倾覆力矩全靠墙身自重产生的抗倾覆力矩来平衡。 重力
6、式挡土墙具有结构简单,施工方便,能够就地取材等优点,是工程中应用较广泛的一种型式。,2019/7/9,14,图6-4 挡土墙主要类型,2019/7/9,15,(二)悬臂式挡土墙 悬臂式挡土墙一般由钢筋混凝土建造,它由三个悬臂板组成,即立壁、墙趾悬臂和墙踵悬臂,如图6-4b所示。墙的稳定主要靠墙踵底板上的土重,而墙体内的拉应力则由钢筋承担。这类挡土墙的优点是能充分利用钢筋混凝土的受力特性,墙体截面较小,在市政工程以及厂矿贮库中广泛应用这种挡土墙。 (三)扶壁式挡土墙 当墙后填土比较高时,为了增强悬臂式挡土墙中立壁的抗弯性能,常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁,故称为扶壁式挡土墙,如图6-4c所示
7、。 (四)其他一些结构型式 如锚杆挡土墙、锚定板挡土墙、加筋土挡土墙等,如图6-5所示。,2019/7/9,16,图6-5 挡土墙的其他一些结构型式,2019/7/9,17,二、重力式挡土墙的设计 挡土墙的设计主要包括以下工作: 1、认真分析地形、地质、填土的性质及荷载条件等资料。 2、根据地形和平面布置,结合当地经验和现场地质条件,并参考同类或已建成的经验,初步选定挡土墙的体型和尺寸。 3、进行挡土墙的验算,如不满足要求,则应改变截面尺寸、结构类型或采取其他措施。,2019/7/9,18,4、做好排水设施。若所设计的挡土墙无挡水要求时,必须做好排水设施。挡土墙所在地段往往由于排水不良,大量雨
8、水经墙后填土下渗,结果将使墙后侧压力增大,土的抗剪强度降低,造成挡土墙的破坏。 5、控制填土质量。挡土墙的回填土料应尽量选择透水性较大的土,例如砂土、砾石、碎石等,这类土的抗剪强度较稳定,易于排水。不应采用淤泥、耕植土、膨胀性粘土等作为填料。填土压实质量也是挡土墙施工中的一个关键,填土时应分层夯实。,2019/7/9,19,三、重力式挡土墙的验算 重力式挡土墙的破坏模式通常有下列五种基本形式: 整体滑动破坏(图6-6a) 墙体倾覆破坏(图6-6b) 墙体水平滑移破坏(图6-6c) 地基承载力不足导致变形过大,墙体丧失作用 挡土墙强度不够导致墙体断裂破坏(图6-6d),2019/7/9,20,(
9、a)整体滑动破坏,(b)墙体倾覆破坏, (c)墙体水平滑移破坏;(d)挡土墙强度不够导致墙体断裂破坏 图6-6重力式挡土墙的破坏模式,2019/7/9,21,重力式挡土墙的五种基本破坏模式决定了在重力式挡土墙的设计计算中必须包括下列内容: 整体稳定性验算 抗倾覆稳定性验算 抗滑移稳定性验算 地基承载力验算 墙身强度验算,2019/7/9,22,在上述的计算内容中,有关墙身强度的验算应根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行;整体滑动验算可根据土坡稳定验算方法中的圆弧滑动面法进行。以下将介绍: 抗倾覆稳定性验算 抗滑移稳定性验算 地基承载力验算,2019/7/9
10、,23,图6-7表示作用在重力式挡土墙上的各作用力,它们是: (1)土压力:是作用在重力式挡土墙上的主要荷载。当墙体向前位移(转动或平移)时,在墙后作用有主动土压力Ea,静水压力Ew,在墙前作用有被动土压力Ep 。土压力的计算可采用朗肯土压力理论,水压力的计算既可与土压力合算,也可分开计算,视具体情况选用。,图6-7重力式挡土墙上的作用力,2019/7/9,24,(2)墙身自重W: 作用在挡墙的重心上,方向向下。 (3)墙底反力:包括水平反力H和竖向反力V 。 以上是作用在挡土墙上的正常荷载,此外,在地震区还要考虑地震作用的影响。,2019/7/9,25,(一)抗倾覆稳定性验算,因为挡土墙在主
11、动土压力作用下可能绕墙趾O点转动倾覆(图6-8a),所以定义对O点的抗倾覆力矩与倾覆力矩之比为抗倾覆稳定安全系数Kq,其计算公式为:,(a)抗倾覆稳定验算 图68重力式挡土墙稳定性验算,2019/7/9,26,(6-1),抗倾覆稳定安全系数Kq:,式中 Eaz主动土压力的垂直分量,Eaz=Eacos (-),kN/m; Eax主动土压力的水平分量,Eaz=Easin (-),kN/m; xf主动土压力作用点离O点的水平距离,xf=b-zctg, m; zf主动土压力作用点离O点的高度,zf=z-btgo,m; W挡土墙每延米自重,kN/m; x0挡土墙重心离墙址的水平距离,m; 挡土墙墙背与墙
12、底面之间的夹角,; 0挡土墙墙底倾角,; 土与挡土墙墙背之间的摩擦角,; z主动土压力作用点离墙踵的高度,m; b墙底的水平投影宽度,m。,2019/7/9,27,一般情况下抗倾覆稳定安全系数必须满足: Kql. 50 同时也应注意,当墙底土较软弱时,挡土墙在倾覆的同时,墙址可能会陷人土中,因而力矩中心O点将向内移动,导致抗倾覆稳定安全系数的降低,所以在应用式(6-1)时应注意地基土的压缩性。,2019/7/9,28,(二)抗滑移稳定性验算,在抗滑移稳定性验算中,将W和E都分解为垂直和平行于墙底的分力,然后计算平行于墙底的抗滑力和滑动力(图6-8b),定义抗滑力和滑动力之比为抗滑移稳定安全系数
13、Kh,可按下式计算:,(b)抗滑移稳定性验算 图68重力式挡土墙稳定性验算,2019/7/9,29,抗滑移稳定安全系数Kh :,(6-2),土对挡墙基底的摩擦系数 表6-1,2019/7/9,30,(三)地基土承载力验算 地基的承载力验算方法,一般与偏心荷载作用下基础的计算方法相同,即: (6-3a) (6-3b) 式中 p 基底平均压力(kPa); pmax基底最大压力(kPa); f 持力层地基承载力(kPa)。,2019/7/9,31,例题6-1 某挡土墙高H=6m,墙背直立,墙背光滑,填土面水平,用毛石和M2.5水泥砂浆砌筑;砌体重度=22kN/m3,填土内摩擦角=40o,粘聚力c=0
14、, 重度=19kN/m3;基底摩擦系数=0.5,地基设计承载力f=180kPa。试设计此挡土墙。,解:(1)挡土墙断面尺寸的选择 重力式挡土墙顶宽约为H/12,底宽可取(1/21/3)H。因此初步选择顶宽为0.7m,底宽b为2.5m,如图6-9所示。,2019/7/9,32,(2)土压力计算,(3)挡土墙自重及重心 将挡土墙断面分成一个三角形和一个矩形,如图6-9所示,分别计算它们的自重。,2019/7/9,33,W1和W2的作用点离墙趾O点的距离分别为:,(4)抗倾覆稳定性验算,(5)抗滑移稳定性验算,2019/7/9,34,(6)地基承载力验算 作用在基底的总垂直力,合力作用点离O点距离,
15、偏心距,基底压力,2019/7/9,35,(7)墙身强度验算 取若干截面对墙身强度进行验算(如墙前地面处、墙身变截面处),并计算所取验算截面上的压应力和剪应力,按相关规范即可判定墙身强度是否满足要求。 作业 习题6-1,2019/7/9,36,第三节 基坑支护的型式及特点,基坑是为了修筑建筑物的基础或地下室,埋设市政工程的管道以及开发地下空间(如地铁车站、地下商场)等所开挖的地面以下的坑。 基坑支护是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所采取的支挡、加固与保护措施。 在基坑施工时,有的有支护措施,称为有支护基坑工程;有的则没有支护措施,称为无支护基坑工程。 无支护基坑工
16、程一般是在场地空旷、基坑开挖深度较浅、环境要求不高的情况下才能采用,如放坡开挖,这时主要应考虑边坡稳定和排水问题。,2019/7/9,37,无支护基坑工程一般是在场地空旷、基坑开挖深度较浅、环境要求不高的情况下才能采用,如放坡开挖,这时主要应考虑边坡稳定和排水问题。 但随着城市的发展,建筑物基础深度加大,建筑物及地下管线等也越来越密集,可施工的空间越来越狭小,而且周围环境要求更高,因此相应的基坑工程一般均需采用支护结构。 本节主要介绍有支护基坑工程的支护结构型式及特点。 常见的支护结构类型有:水泥土墙、排桩或地下连续墙、土钉墙。,2019/7/9,38,一、水泥土墙 水泥土墙属重力式挡土墙,它
17、是依靠挡土墙本身的自重来平衡坑内外土压力差。墙身材料通常采用水泥土搅拌桩、旋喷桩等(见图610),由于墙体抗拉和抗剪强度较小,因此墙身需做成厚而重的刚性墙,以确保其强度及稳定。 优点:水泥土墙具有结构简单、施工方便、施工噪音低、振动小、速度快、截水效果好、造价经济等优点。 缺点:是宽度大,需占用基地红线内一定面积,而且墙身位移较大。水泥土墙主要适用于软土地区、环境要求不高、开挖深度不大于6m的情况。,2019/7/9,39,图610 水泥土墙,2019/7/9,40,排桩或地下连续墙式挡土结构又称板式支护结构,由围护桩墙和支锚结构组成。其材料一般为型钢或钢筋混凝土,能承受较大的内力。属柔性支挡
18、结构。根据有无支锚结构可分成以下三种类型: (1)悬臂桩墙式挡土结构:不设置内支撑或土层锚杆等,基坑内施工方便。由于墙身刚度小,所以内力和变形均较大,当环境要求较高时,不宜用于开挖较深基坑(在软土场地中不宜大于5m)。,二、排桩或地下连续墙式挡土结构,2019/7/9,41,(2)内支撑桩墙式挡土结构:设置单层或多层内支撑可有效地减少围护墙体的内力和变形,通过设置多道支撑可用于开挖很深的基坑,但设置的内支撑对土方的开挖以及地下结构的施工带来较大不便。内支撑可以是水平的,也可以是倾斜的。 (3)土层锚杆桩墙式挡土结构:通过固定于稳定土层内的单层或多层土层锚杆来减少围护墙体的内力与变形,设置多层锚
19、杆,可用于开挖深度较大基坑。,2019/7/9,42,(一)围护桩墙的类型及特点 1.钢板桩:如图6-11所示,钢板桩截面形式有多种,如:拉森U形、H形、Z形、钢管等。 优点:是材料质量可靠,软土中施工速度快、简单,可重复使用,占地小,结合多道支撑,可用于较深基坑。 缺点:是价格较贵,施工噪音及振动大,刚度小,变形大,需注意接头防水,拔桩容易引起土体移动,导致周围环境发生较大沉降。,图6-11 钢板桩,2019/7/9,43,2.钢筋混凝土板桩:如图6-12所示,截面有矩形榫槽结合、工字形薄壁和方形薄壁三种形式。矩形榫槽结合板桩两侧设置阴阳榫槽,打桩后可灌浆,堵塞接头渗漏。工字形及方形薄壁截面
20、采用预制和现浇相结合的制作方式,此外在板桩中间需结合注浆来防渗。 优点:是造价比钢板桩低。 缺点:是施工不便、工期长、施工噪音、振动大及挤土大,接头防水性能较差。,图6-12 钢筋混凝土板桩,2019/7/9,44,3.钻孔灌注桩:作为围护桩的几种平面布置如图6-13所示,桩径一般在6001200mm。当地下水位较高时,相切搭接排列往往因施工中桩的垂直度不能保证以及桩体缩颈等原因,达不到自防水效果,因此常采用间隔排列与防水措施相结合的形式,可以采用深层搅拌桩、旋喷桩或注浆等作为防水措施。,图6-13 钻孔灌注桩,2019/7/9,45,钻孔灌注桩的优点:是施工噪音低,振动小,对环境影响小,自身
21、刚度、强度较大。 钻孔灌注桩的缺点:是施工速度慢,质量难控制,需处理泥浆。 钻孔灌注桩作为围护桩在软土地区可用于开挖深度在512m(甚至更深)的基坑,但在砂砾层和卵石中施工应慎用。 其它如树根桩、挖孔灌注桩等与钻孔灌注桩相似。,2019/7/9,46,4.SMW工法:在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其它种类的受拉材料,形成一种同时具有受力和防渗两种功能的复合结构形式,即劲性水泥土搅拌桩法,日本称为SMW工法。其平面布置形式有多种,如图6-14。 优点是施工噪音低,对环境影响小,止水效果好,墙身强度高。 缺点是应用经验不足,H型钢不易回收且其造价较高。 凡适合应用水泥土搅拌桩的场合均可采用SMW工法
22、,开挖深度可较大。,图6-14 SMW工法,2019/7/9,47,5.地下连续墙:在基坑工程中,地下连续墙平面布置的几种形式如图6-15所示。地下连续墙壁厚通常有60cm、80cm及100cm,深度可达数10m。 优点是施工噪音低,振动小,整体刚度大,能自防渗,占地少,强度大。 缺点是施工工艺复杂,造价高,需处理泥浆。 可以在建筑密集的市区施工,常用于开挖10m以上的深基坑,还可同时作为主体结构的组成部分。,图6-15 地下连续墙,2019/7/9,48,钢结构:截面一般为单股钢管、双股钢管;单根工字(或槽、H型)钢,组合工字(或槽、H型)钢等。安装、拆卸方便,施工速度快,可周转使用,可加预
23、应力,自重小。缺点是施工工艺要求较高,构造及安装相对较复杂,节点质量不易保证,整体性较差。,(二)内支撑结构的类型和特点 1.按材料分类 现浇钢筋混凝土:截面一般为矩形。具有刚度大,强度易保证,施工方便,整体性好,节点可靠,平面布置形式可灵活多变等优点。但支撑浇筑及其养护时间长,导致围护结构暴露状态的时间长以及影响工期,此外自重大,拆除支撑有难度且对影响环境大。,2019/7/9,49,布置方式有多种,如图6-16所示。 纵横对撑构成井字形:这种布置形式安全稳定,整体刚度大。缺点是土方开挖及主体结构施工困难,拆除困难,造价高。往往在环境要求很高,基坑范围较大时采用。 井字型集中式布置:挖土及主
24、体结构施工相对较容易。缺点是整体刚度及稳定性不及井字形布置。 角撑结合对撑:挖土及主体结构施工较方便。缺点是整体刚度及稳定性不及井字形布置的支撑。基坑的范围较大以及坑角的钝角太大时不宜采用。 边桁架:挖土及主体结构施工较方便,但整体刚度及稳定性相对较差。适用的基坑范围不宜太大。,2.按布置形式分类,2019/7/9,50,圆形环梁:较经济,受力较合理,可节省钢筋混凝土用量,挖土及主体结构施工较方便。但坑周荷载不均匀,土性软硬差异大时慎用。 竖直向斜撑:优点是节省立柱及支撑材料。缺点:不易控制基坑稳定及变形,与底板及地下结构外墙连接处结构难处理。适用于开挖面积大而挖深小的基坑。 逆筑法:节省材料
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基础 工程 第二 结构
链接地址:https://www.31doc.com/p-3107203.html