常用基坑支护结构的设计.docx

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常用基坑支护结构的设计

常用基坑支护结构的设计、计算方法  

13.1  常用基坑支护结构的设计、计算方法

13.1.1 排桩和地下连续墙支护结构

13.1.1.1 排桩和地下连续墙支护结构的设计计算方法

1 嵌固深度计算

桩墙支护结构的嵌固深度常用的有多种计算方法，根据结构型式和受力特点的不同，可用不同的方法计算，嵌固深度应满足结构整体稳定、抗坑底隆起和抗渗透破坏等破坏形式的要求。

这里仅介绍《建筑基坑支护技术规程》（JGJl20—99）中主要采用的几种计算方法：

【例题1】在排桩和地下连续墙支护结构的设计时，其嵌固深度应满足结构（       ）等破坏形式的要求。

A、整体稳定；

B、抗坑底隆起；

C、抗渗透破坏；

D、抗管涌破坏；

答案：

A、B、C

（1）悬臂支护结构的极限平衡法

悬臂支护结构的嵌固深度可以采用极限平衡法计算确定，有时桩墙底端作为自由端的单支点结构也可用极限平衡法计算。

作用在支护结构上的土压力在基坑外侧一般可采用主动土压力，基坑内侧取被动土压力。

悬臂式支护结构的最小嵌固深度设计值hd通过各水平力对支护结构底端取矩的力矩平衡条件确定，由下式确定（图13.1.1-1）：

【例题2】按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）的规定，在设计悬臂桩墙结构嵌固深度时，宜用（       ）确定。

A、极限平衡法；

B、平面滑动法；

C、圆弧滑动法；

D、瑞典条分法；

答案：

A

【例题3】按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）的规定，在设计悬臂桩墙结构嵌固深度时，作用于支挡结构上的土压力，在基坑内侧为（       ），基坑外侧取（        ）。

A、静止土压力；

B、主动土压力；

C、被动土压力； 

D、水压力；

答案：

C、B

（2）等值梁法

 等值梁法是极限平衡法中的一种方法，适用于带有支锚的桩墙支护结构的嵌固深度的计算，一般可分为单支点结构的等值梁法和多支点结构的等值梁法。

等值梁法计算嵌固深度时，也同时计算了桩墙结构的支点力。

单支点桩墙结构的等值梁法的计算方法和步骤为：

1）求基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离hcl；可按下式确定（13.1.1-2）：

多支点桩墙结构的等值梁法的基本假定为：

1）逐层计算基坑开挖过程中每层支撑设置后支护结构的支点力，直至达到最终挖土深度。

2）基坑每层开挖面以下假定支护结构弯矩为零的反弯点取在土压力为零的C点，（见图13.1.1-3），并视为等值梁的一个铰支点。

计算到最终开挖深度时，一般视桩墙嵌固端为简支。

3）假定每层支锚设置后并下步开挖后，上层支点力保持不变。

多支点等值梁法的计算方法和步骤为（如图13.1.1-3）：

1）第一层支点设置后，基坑深度h1取第二层支撑设置时的开挖深度；基坑面以下支护结构的反弯点取在土压力零点，并视为等值梁的一个铰支点。

按下式计算第一层支撑的支撑力T1；

   T1=Eal.a1/aT1         13.1.1-7

式中Eal—基坑开挖至h1深度时，主动侧土压力

   的合力；

   a1—Eal对反弯点的力臂；  

   aTl—第一层支撑的支撑力对反弯点的力臂。

2）第K层支点设置后，基坑深度hk取第K+1层支点设置时的开挖深度，第一层至第K-1层支点的支点力为上层计算结果Ti，第K层支点的支点力Tk按下式计算：

4）支护结构的嵌固深度按13.1.1-9式计算，其中t与χ分别为对最下一层支点计算所得的支护结构嵌固

深度及坑底至反弯点的距离。

设计嵌固深度可按公式13.1.1-3计算，经验嵌固系数K一般取1.20。

（3）圆弧滑动简单条分法

桩墙结构嵌固深度按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分的计算公式为（图13.1.1-4）：

Σcikli+Σ（qobi+wi）cosθitanφik-γk（qobi+wi）sinθi≥0             13.1.1-11

式中  cik、φik—最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水（快）剪黏聚力、内摩擦角标准值；

        li—第i土条的弧长；

        bi—第i土条的宽度；

        γk—整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取1.3；

        wi—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。

当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应继续验算软下卧层整体稳定性。

《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）规定，悬臂式桩墙结构嵌固深度宜按极限平衡法确定；单支点桩墙支护结构，其嵌固深度宜用等值梁法确定。

多支点桩墙结构嵌固深度宜用圆弧滑动简单条分法确定。

当按上述方法确定的悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计值hd<0.3h时，宜取hd=0.3h；多支点支护结构嵌固深度设计值小于0.2h时，宜取hd=0.2h。

 同时，当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙除应满足本章上述规定外，嵌固深度设计值尚应满足式13.1.1-12抗渗透稳定条件（13.1.1-5）：

hd≥1.2γ0（h-hwa）              13.1.1-12

【例题4】按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）规定，单支点桩墙支护结构，其嵌固深度宜用（       ）确定。

A、极限平衡法；

B、等值梁法；

C、圆弧滑动简单条分法；

D、平面滑动法；

 答案：

B

【例题5】在确定单支点桩墙支护结构的嵌固深度宜用等值梁法，该方法属于（       ）。

A、极限平衡法；

B、直线滑动法；

C、圆弧滑动简单条分法；

D、平面滑动法；

答案：

A

【例题6】按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）规定，经计算确定的某悬壁式支挡结构的嵌固深度hd=2.5m，已知基坑开挖深度为10m，则宜取hd为（     ）m。

A、2.0；

B、2.5；

C、3.0；

D、4.0；

答案：

C

【例题7】按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）规定，确定的某多点式支护结构的嵌固深度hd=1.5m，已知基坑开挖深度为10m，则宜取hd为（     ）m。

A、1.5；

B、2.0；

C、2.5；

D、3.0；

答案：

B

2 结构计算

（1）排桩、地下连续墙可根据受力条件分段按平面问题计算，排桩水平荷载计算宽度可取排桩的中心距；地下连续墙可取单位宽度或一个墙段。

【例题8】按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）规定，在排桩的结构计算时，其水平荷载的计算宽度为（      ）。

A、排桩的直径；

B、排桩的半径；

C、排桩的中心距；

D、连续墙的单位宽度；

答案：

C

【例题9】按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）规定，在排桩的结构计算时，可根据受力条件分段按（      ）计算。

A、受力点问题；

B、直线问题； 

C、平面问题；  

D、典面问题；

答案：

C

（2）结构内力与变形计算值、支点力计算值应根据基坑开挖及地下结构施工过程的不同工况按下列规定计算：

1）宜按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）附录B的弹性支点法计算，支点刚度系数KT及地基土水平抗力系数m应按地区经验取值，当缺乏地区经验时可按规程附录C确定；

2）悬臂及单层支点结构的支点力计算值Tcl、截面弯矩计算值Mc、剪力计算值VC也可按规程第4.1.1条的静力平衡条件确定。

（3）结构内力及支点力的设计值应按下列规定计算：

1） 截面弯矩设计值

             M=1.25γ0Mc               13.1.1-13

 式中Mc—截面弯矩计算值，可按规程第4.2.2条规定计算。

2） 截面剪力设计值V

              V=1.25γ0Vc               13.1.1-14

 式中Vc—截面剪力计算值，可按规程第4.2.2条规定计算。

3） 支点结构第j层支点力设计值Tdj

          Tdj=1.25γ0Tcj                13.1.1-15

 式中Tcj —第j层支点力计算值，可按规程第4.2.2条规定计算。

3 截面承载力计算

（1） 排桩、地下连续墙及支撑体系混凝土结构的承载力应按下列规定计算：

  1）正截面受弯及斜截面受剪承载力计算以及纵向钢筋、箍筋的构造要求，应符合现行国家标准《混凝上结构设计规范》（GB50010—2002）的有关规定；

  2）圆形截面正截面受弯承载力且按规程附录D的规定计算，正截面弯矩设计值可按规程第4.2.3条规定确定。

13.1.1.2 排桩和地下连续墙的施工要求及质量检验

《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）规定，

（一）排桩施工应符合下列要求：

1 桩位偏差，轴线和垂直轴线方向均不宜超过50mm。

垂直度偏差不宜大于0.5％；

2 钻孔灌注桩桩底沉渣不宜超过200mm；当用作承重结构时，桩底沉渣按《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）要求执行；

3 排桩宜采取隔桩施工，并应在灌注混凝土24h后进行邻桩成孔施工；

4 非均匀配筋排桩的钢筋笼在绑扎、吊装和埋设时，应保证钢筋笼的安放方向与设计方向一致；

5 冠粱施工前，应将支护桩桩顶浮浆凿除清理干净，桩顶以上出露的钢筋长度应达到设计要求。

（二）地下连续墙施工应符合下列要求：

1 地下连续墙单元槽段长度可根据槽壁稳定性及钢筋笼起吊能力划分，宜为4~8m；

2 施工前宜进行墙槽成槽试验，确定施工工艺流程，选择操作技术参数；

3  槽段的长度、厚度、深度、倾斜度应符合下列要求：

（1）槽段长度（沿轴线方向）允许偏差±50mm；

（2）槽段厚度允许偏差±l0mm；

（3）槽段倾斜度≤1/150。

（三）混凝土灌注桩质量检测宜按下列规定进行：

1 采用低应变动测法检测桩身完整性，检测数量不宜少于总桩数的1.0％，且不得少于5根；

2 当根据低应变动测法判定的桩身缺陷可能影响桩的水平承载力时，应采用钻芯法补充检测，检测数量不宜少于总桩数的2％，且不得少于3根。

3 地下连续墙宜采用声波透射法检测墙身结构质量，检测槽段数应不少于总槽段数的20％，且不应少于3个槽段。

4 当对钢筋混凝土支撑结构或对钢支撑焊缝施工质量有怀疑时，宜采用超声探伤等非破损方法检测，检测数量根据现场情况确定。

【例题10】关于排桩施工的技术要求，下列哪些是不正确的（      ）

 A、桩位在轴线和垂直轴线方向偏差均不宜超过l00mm；

 B、桩位垂直度偏差不宜大于1.0％；

 C、排桩宜采取隔桩施工，间隔时间不应超过48h；

 D、排桩桩顶浮浆凿除清理干净后才能施工冠梁。

答案：

A、B、C

【例题11】对地下边续墙的结构质量检测，宜采用（        ）。

A、低应变检测法；

B、高应变检测法；

C、超声波无损检测法；

D、静载荷试验；

答案：

C

13.1.2 土钉墙的设计计算方法

土钉墙的研究在我国起步较晚，相应科研工作大大落后于工程实践。

目前，土钉墙的设计在理论上尚无一套完整严格的分析计算体系，但在工程实践上，技术人员根据支护结构的通常受力分析方法给出了一些实用的计算经验公式并经大部分工程实践证明是可行的。

根据这些经验公式及进一步分析，土钉墙的计算主要包括局部稳定性及整体稳定性验算，这两种验算是目前在土钉墙设计中的主要计算内容。

【例题12】土钉墙的设计计算内容主要包括（      ）。

A、抗渗稳定性验算； 

B、局部稳定性验算； 

C、整体稳定性验算； 

D、抗滑移稳定性验算；

答案：

B、C

 1 局部稳定性验算  

如图13.1.2-1的土钉墙在保证整体稳定性条件下，土钉墙面层与土钉的连系作用防止了沿朗肯主动土压力破裂面所产生的破坏，土钉墙面层与土钉共同承担由主动土压力所产生的荷载，由于土钉墙面层刚度较小，整个面层无法形成一个相互协同作用的刚体。

为保证沿主动土压力破裂面不破坏发生，需要依靠单根土钉的抗拉能力以平衡作用于面层上的主动土压力。

当土钉的水平间距为sx，垂直间距为sz时，按《建筑基坑支护技术规程》的方法，局部稳定性要求单根土钉的受拉荷载标准值Tjk由下式计算确定：

    Tjk=ξeaksxsz/cosθ                    13.1.2-1

式中ξ—斜面土钉墙荷载折减系数；

eak—作用于土钉位置处的水平荷载标准值；

sx、sz—土钉与相邻土钉的水平、垂直间距；

θ—土钉的倾角。

其中荷载折减系数ξ可按下式计算：

土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值qsik的确定是土钉承载力计算的重要参数。

有两种取值方法，一是根据土钉抗拔试验统计给出不同的极限摩阻力，二是根据剪切试验得出的值，根据不同埋深按τ=σtanφ+c计算确定。

前者在我国已被广泛应用，类似于桩侧摩阻力的计算也采用经验公式，后者则由于σ与土体埋深有关其摩阻力大小与土钉所在深度密切相关，而根据国内外的研究结果认为土钉摩阻力并不随埋置深度增加有明显提高，因此，《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）还是采用了经验公式的计算方法。

《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）中，单根土钉抗拉承载力计算应符合下列要求：

1.25γ0Tjk≤Tuj                   13.1.2-4

式中 γ0—基坑侧壁重要性系数；

Tjk—单根土钉承受的受拉荷载标准值；

Tuj—单根土钉受拉承载力设计值。

【例题13】某土钉墙坡面倾角为78°，基坑侧壁土的内摩擦角为60°，则破裂面与水平面的夹角为（    ）。

A、60°；

B、69°； 

C、75°；

D、78°；

答案：

B