土力学与地基基础课件作者陈晋中地基课件3第9章节基坑工程.ppt

第9章 深基坑支护 本章学习要求： 了解深基坑支护的特点及支护结构的类型； 熟悉悬臂式排桩和单层支点支护结构的计算方法； 了解基坑稳定分析的一般步骤。 9.1 概 述 伴随着近年来高层建筑的发展，我国出现了大量的深基坑工程。如福州新世纪大厦的-25.6m基坑，首都国家大剧院基坑深度更是达到了-32.5m。 基坑支护工程作为一项临时性工程，它的设计计算涉及结构工程和岩土工程等多门学科，同时，由于支护结构通常是边施工边支护分步形成的，因而其计算体系是不断变化的。 由于岩土工程的复杂性，且又是一门经验性很强的工程学科 ，深基坑工程设计造成的事故危害较大，如珠海拱北“祖国广场”造成的经济损失约2000多万元 。 基坑支护工程的不确定因素：（1）外力的不确定性 ；（2）变形的不确定性 ；（3）土性的不确定性 ；（4）一些偶然因素变化所引起的不确定性 。 9.1.1 深基坑工程的特点 9.1.2 深基坑支护结构类型 地下连续墙 拱圈墙 支撑体系 9.2 排桩支护结构的计算与设计 有限元法计算特别复杂，一般工程应用不够方便，实际工程设计不多。 弹性地基梁法需要求解微分方程，尽管相对有限元法计算工作量大为减少，但是仍然较为繁琐。 极限平衡法计算时假定较为简单，但难以表达支护结构体系各参数变化的要求，然而它具有计算方法简单，可以手算，而且是一种为广大支护结构设计人员所熟悉的特点，至今还在相当的范围内得到应用。 9.2.1悬臂式排桩计算方法 悬臂式排桩的特点 悬臂式排桩的支护结构设计主要取决于进入到开挖面以下的土中有足够的深度和刚度，以成为宽悬臂梁来支承开挖面以上的侧向土压力，这样仅在基坑不深的时候才是经济的，随着基坑深度的增加需要的截面模量便急剧增大，弯矩随着悬臂长度成三次方增加，这类支承结构因悬臂作用其侧向挠度相当大。 悬臂式排桩的土压力示意图 填土侧开挖面以上受到主动土压力并使支护结构趋于旋转，在结构的前面发生被动土压力及墙后为主动土压力。在支点b处，结构后面的土从主动转为被动压力，而在剩下的到桩底的距离墙前是主动土压力。 悬臂式排桩的计算简图 悬臂式排桩的计算步骤 1、求嵌固深度 排桩的嵌固深度t是由作用在其上的所有土压力的静力平衡条件确定。即按照下式确定： 求最大的弯矩 按结构力学分析，最大弯矩应该在零剪应力截面。根据计算简图，求得 处，即图中的D点，也就是零剪应力点。于是最大弯矩为： 我国规程的计算方法 由于在朗肯土压力条件下，忽略了支护结构与土体的摩擦力作用，基坑开挖面以下荷载按三角形分布计算。这与实际的工程经验不相符合，弯矩的计算值也偏大。故我国《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120―99（以下简称规程）规定悬臂式排桩支护结构的嵌固深度设计值宜按下式确定： 我国规程采用的计算简图。 9.2.2 单层支点支护结构计算方法 悬臂式支护结构具有施工方便、受力简单等优点，但对于土质较差、基坑埋深较大的工程，悬臂式支护结构断面设计往往可能无法满足强度和变形要求，即使设计上可以做到满足强度和变形要求，但是经济上可能会造成比采用支点（锚杆或支撑）更加浪费的现象。因此，一般悬臂式支护结构难以满足设计要求，或造价太高时，往往采用单层支点支护结构。 单层支点支护结构常见的几种破坏形式 （一）锚固系统的破坏 （二）支护桩底部向前移动 （三）支护结构的弯曲破坏 （四）整体滑动破坏 此外，实际工程中还可能有以上破坏形式的复合形式。 单层支点支护结构几种破坏形式示意图 等值梁法原理 单层支点支护结构的锚杆拉力和嵌固深度的确定 9.2.3 多层支点支护结构计算方法 9.3 基坑稳定性分析 目的：土体稳定性分析的目的在于基坑侧壁支护结构在给定条件下设计出合理的嵌固深度或验算出以拟定支护结构的设计是否稳定和合理。 有关方法：工程地质对比法与力学分析方法 工程地质对比法是通过大量已有工程的调查研究，结合拟设计项目的地质条件来确定支护结构的嵌固深度。一般来说，它比较可靠，但必须在相应条件基本一致的情况下才能采用。 力学分析法是以土力学理论为基础，但由于实际地质因素很复杂，不能简单的运用力学分析来加以概括，因此，有其局限性，有时不能正确判断土体稳定性的安全程度，但是在一定的条件下，它仍不失为一个解决土坡稳定性问题的得力工具。 整体稳定性破坏示意图 条分法的有关假定 （一）土是均质而又各向同性的； （二）滑动面是通过支护结构底部的圆弧； （三）滑动土体是一个刚体； （四）各土条之间相互作用力的大小和位置为 已知； （五）按平面问题考虑等 条分法计算简图 条分法计算步骤 以O