基础工程支档结构.ppt

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2022/10/8,1,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,2022/10/8,2,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；,2022/10/8,3,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。

2022/10/8,4,2022/10/8,5,2022/10/8,6,2022/10/8,7,2019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。

2022/10/8,8,二、支挡结构的类型支挡结构一般由挡土（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。

2022/10/8,9,

（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。

2022/10/8,10,

（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,2022/10/8,11,（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,2022/10/8,12,外支撑方式中常见的有锚杆式（图6-3a）、锚定板式（图6-3b）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。

2022/10/8,13,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。

2022/10/8,14,图6-4挡土墙主要类型,2022/10/8,15,

（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。

（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。

2022/10/8,16,图6-5挡土墙的其他一些结构型式,2022/10/8,17,二、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。

2022/10/8,18,4、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。

2022/10/8,19,三、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）,2022/10/8,20,（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,2022/10/8,21,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,2022/10/8,22,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,2022/10/8,23,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,2022/10/8,24,

（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。

2022/10/8,25,

（一）抗倾覆稳定性验算,因为挡土墙在主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,2022/10/8,26,（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。

2022/10/8,27,一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。

2022/10/8,28,

（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,2022/10/8,29,抗滑移稳定安全系数Kh：

（6-2）,土对挡墙基底的摩擦系数表6-1,2022/10/8,30,（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）。

2022/10/8,31,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,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。

2022/10/8,32,

（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。

2022/10/8,33,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,2022/10/8,34,（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,偏心距,基底压力,2022/10/8,35,（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6-1,2022/10/8,36,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。

2022/10/8,37,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。

2022/10/8,38,一、水泥土墙水泥土墙属重力式挡土墙，它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。

2022/10/8,39,图610水泥土墙,2022/10/8,40,排桩或地下连续墙式