1、內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)設(shè)計,福建工程學院 土木系 張建勛,1 主要設(shè)計步驟 1.1 基本設(shè)計條件 a）繪制地質(zhì)展示圖；b）確定開挖底線；c)選擇控制性剖面（Z1）； d）確定設(shè)計的地形地質(zhì)參數(shù)（標高、挖深、地層、指標）,1.2 圍護構(gòu)件選型常識 a）選型三步驟 可用的樁型（技術(shù)與環(huán)境條件限制） 可能的樁型（場地與設(shè)備條件限制） 采用的樁型（以經(jīng)濟比較為主） b）各種樁型適用的工程水文地質(zhì)條件 沉管樁：受長度限制(40015m、45018m、50022m) 無法穿透硬夾層 預(yù)制樁：類似沉管樁，長度限制可放寬 挖孔樁：流砂、流泥禁用；強透水地層又富水時禁用 松砂層、殘積土中未降水不易挖孔 鉆（沖）孔樁：幾

2、乎任何地層中均可用,c）打入樁環(huán)境條件限制 噪音污染 振動影響 樁打入時引起的土層振動是一種廣義的“低烈度地震”。一般情況下只產(chǎn)生近距離影響，當觸及飽和松散粉細砂層時，產(chǎn)生的液化作用影響可達40m以外。 擠土效應(yīng) 當布樁密度太大時，飽和粘性土場地因擠土產(chǎn)生的孔隙水壓力無法消除，土體呈瞬時“畸變”變形（即擠土產(chǎn)生的無體積變形）的結(jié)果，地表嚴重隆起和土體側(cè)移。 d）挖孔樁的縮孔效應(yīng) 人工挖孔樁由于成孔過程中挖土解除了 內(nèi)圈的原位應(yīng)力，必然產(chǎn)生縮徑效應(yīng)。在居 民密集區(qū)，這一效應(yīng)將導(dǎo)致場地周圍土層變 形，使周圍淺基上的建筑物及市政設(shè)施產(chǎn)生 不利變位，應(yīng)控制使用。,1.3 以限制變形條件選擇圍護和支撐構(gòu)

3、件的斷面 a）變形控制的關(guān)鍵參數(shù),L 樁長 Xt 樁頂位移 Xmax最大位移,近坑底 Xb 坑底位移（ Xmax = Xb ） Xp 樁底位移 設(shè)計控制 Xt Xb 長樁條件 L 4.0 樁身水平變形系數(shù),b）圍護構(gòu)件的斷面即圍護樁直徑d的擬定,h基坑深度 S圍護樁中距 （建筑技術(shù)開發(fā)第28卷11期 “內(nèi)撐式支護控制變形設(shè)計的關(guān)鍵問題”）,控制 Xb2= Xb - Xb1 = Xb - Xt/2 =0.03 m =30 mm 時 圓樁直徑 (cm),樁身撓曲位移 Xb2 控制圍護樁直徑 d,c）支撐系統(tǒng)斷面確定：關(guān)鍵參數(shù)是冠梁寬度b,某大廈實測 Xt 詳圖,Xt = f（支撐抗壓剛度、 冠梁跨

4、度與抗彎剛度） 對2層地下室一道頂撐取 q = 0.5 MN/m 時,設(shè) Xt =15mm = 0.015m 時,由樁頂位移 Xt 決定冠梁寬度 b,L支撐長度，l冠梁跨度,支撐構(gòu)件設(shè)計的其它要點 1）當設(shè)置曲線形環(huán)撐時，冠梁不作為主要支撐構(gòu)件，其斷面確定原則與上述有所不同； 2）跨越基坑的支撐桿件其正截面受彎配筋由豎向荷載（重力為主）控制。因為土壓力水平荷載作用下往往只要求按構(gòu)造配筋； 3）長對撐構(gòu)件應(yīng)注意由于非均勻開挖（加載）引起的平面內(nèi)非對稱側(cè)向彎曲變形；,實測變位（非均勻開挖）,計算變位及內(nèi)力（非均勻開挖）,（廈大學報42卷1期“軟土深基坑的開挖順序、荷載分布與內(nèi)支撐設(shè)計”）,.,11

5、,4）支承支撐構(gòu)件的格 構(gòu)柱樁是結(jié)構(gòu)安全體系 中的最薄弱環(huán)節(jié)，其安 裝與施工質(zhì)量尤應(yīng)重視。,1.4 擋土剖面設(shè)計（單支點支護結(jié)構(gòu)）,支點力計算,嵌固深度計算,整體穩(wěn)定計算仿重力式支護結(jié)構(gòu),.,13,整體穩(wěn)定計算,坑底隆起驗算,淺基基坑隆起計算模式,先置樁對坑底土的約束,1.5 應(yīng)用彈性支點法分析圍護樁內(nèi)力與變形 （計算機分析含1.3、4的各項驗算）,.,16,支護類型 基坑側(cè)壁重要性系數(shù) 混凝土強度等級 樁頂面標高(m) 排樁 1.10 C25 -2.20 基坑深度(m) 內(nèi)側(cè)水位(m) 外側(cè)水位(m) 8.40 -8.70 -2.30 嵌固長度(m) 樁直徑(m) 樁間距(m) 8.00 0

6、.80 1.20 土層號 厚度 重度 粘聚力 內(nèi)摩擦角 錨固體與土 水土 m (m) (kN/m3) (kPa) (度) 摩阻力(kPa) 合算 (MN/m4) 1 2.60 17.40 14.00 20.00 40.00 合算 7.40 2 10.00 15.50 10.00 12.00 40.00 合算 2.68 3 3.50 18.50 10.20 13.50 40.00 合算 3.32 4 50.00 17.90 32.70 14.50 40.00 合算 6.03,.,17,土層號 厚度 水壓力折 主動土壓力 被動土壓力 (m) 減系數(shù) 修正系數(shù) 修正系數(shù) 1 2.60 1.00 1.

7、00 1.00 2 10.00 1.00 1.00 1.00 3 3.50 1.00 1.00 1.00 4 50.00 1.00 1.00 1.00 超載序號 超載類型 超載值(kPa) 1 1 20.00 支錨道號 豎向間 水平間 預(yù)加力 支錨剛度 相對開挖 入射角度 錨固體直 距(m) 距(m) (kN) (MN/m) 深度(m) (度) 徑(mm) 1 2.40 1.00 0.00 100.00 0.30 0.00 0,.,18,計算方法 土壓力模式 坑內(nèi)側(cè)彎矩 位置 坑外側(cè)彎矩 位置 剪力 位置 (kN.m) (m) (kN.m) (m) (kN) (m) m 法 矩形模式 702.

8、07 6.97 120.89 13.54 261.13 2.40 位移(mm) 樁頂: -10.99 坑底: -25.26 最大: -26.22 位置(m): 7.26 抗傾覆安全系數(shù): 0.863？ 整體穩(wěn)定計算方法: 瑞典條分法 整體穩(wěn)定安全系數(shù): 1.366 滑移面圓心座標(m): x= 1.100 y=-0.136 半徑(m): R=16.301,.,19,.,20,1.6 支撐在水平荷載作用下的內(nèi)力與變形 此類設(shè)計多采用與 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程 （JGJ 120-99）配套的、由北京理正研究所編制的專用軟件進行分析。該軟件能實現(xiàn)圍護與支撐結(jié)構(gòu)在空間全面協(xié)調(diào)變形條件下的計算，應(yīng)用效果良

9、好。 以下摘引某支護結(jié)構(gòu)設(shè)計中支撐構(gòu)件分析的成果（局部），項目包括： X向變形、y向變形； 支撐構(gòu)件彎矩、剪力、軸力； 正截面配筋、斜截面配筋。,冠梁層X向、y向變形,冠梁層彎矩,冠梁層剪力,冠梁層軸力,冠梁層縱筋,.,27,冠梁層箍筋,.,28,1.7 圍護體系引起地面變形之討論,a) 圍護體系變形 圍護構(gòu)件的撓曲和支撐結(jié)構(gòu)位移的疊加 b) 坑外土體自身沉降 導(dǎo)致坑底表面隆起 c) 施工原因 樁孔成孔中縮孔或流沙引起地面沉降,a),b),c),1.8 基坑工程的滲流控制 （包括基坑止水或降水設(shè)計，井的降深與基坑降深） （各種支護結(jié)構(gòu)的共同性問題） a）阻水與截滲,“無限深厚”淤泥層不必采取阻

10、水措施,.,30,坑側(cè)（含淺層）存在透水層設(shè)置阻水帷幕,.,31,坑底之下埋藏透水層設(shè)深層截滲帷幕,.,32,b）降水與注水,某大廈降水井點與回灌井點布置,.,33,第一期基坑水位變化 1-降水5d水位；2-降水15d水位；3-降水25d后水位,（設(shè)計中應(yīng)注意井中水位與基坑水位的差別， 井中水位與井邊水位的差別）,.,34,第一期基坑降水水位變化過程 1-基坑坑底；2-實測水位； 3-計算預(yù)報水位；4-周邊降水孔水位,.,35,2 優(yōu)化設(shè)計 a）降低支撐位置 由于減少擋土凈高度，可以減少變形、配筋，對多層地下室還可以減少支撐道數(shù)。 原理：圍護樁實質(zhì)上是承受水平荷載的豎向梁。在荷載與結(jié)構(gòu)支承方式

11、相同的條件下，梁的彎矩與跨度2次方成正比；變形與梁的4次方成正比。,樁身詳圖,.,36,b）同時增大樁距與樁的抗彎剛度 1）采用加大樁距的技術(shù)可行性 在第一講對于軟土流塑的分析已經(jīng)闡明樁距可適當加大。目前已采用的最大樁凈距軟土中二層地下室為800mm，一層地下室為1000mm。,.,37,2）采用異形斷面加大剛度 梁的變形與截面高度3次方成反比，所以圖示卵圓（或長圓、 橢圓）斷面樁同比變形小。實踐和理論均證明這一做法是經(jīng) 濟合理的。,園形 長園 卵園,撓度 100 80 75 配筋 100 90（ + ） 90（-）,.,38,c）采用大剛度支撐，減少樁頂變形 1）應(yīng)用條件 當采用直桿系支撐時

12、，主要由冠梁決定樁頂位移，按受力特點，采用扁寬截面經(jīng)濟合理。,2）證明：右示二種截面 面積相等時,即A1 = 4a2 = 2b2 = A2 I1 = 2I2 ； ( a=b) 剛度相等時，即I1 = 4a4/12=8b4/12=I2 1.4A1= A2 即：采用扁寬梁可節(jié)約40%砼，同時可節(jié)約20%主筋。,.,39,d）梁式配筋 1）采用異形斷面加大剛度 梁的變形與截面高度3次方成反比，所以圖示卵圓（或長圓、橢圓）斷面樁同比變形小。 2）對梁式受力，圖示配筋方式由于減少擋土側(cè)受壓鋼筋與中和軸附近只配構(gòu)造鋼筋必然經(jīng)濟。類似抗壓樁的周邊均勻配筋實屬浪費。,卵圓樁與 梁式配筋,.,40,e）簡化支撐

13、系統(tǒng)，方便基坑開挖 （包括減少直桿系支撐道數(shù)和在適當?shù)臈l件下采用圓環(huán)形支撐）,.,41,簡化支撐系統(tǒng) 便于機械開挖 （注意流塑淤泥有一定強度）,開挖結(jié)束 挖土機吊出基坑,.,42,工程實例1,福州華林大廈 厚軟土層、二層地下室、開挖深度10m，一道頂支撐 基坑面積48.5 52.0m，準方形平面，四角支撐（19961997）,.,43,工程實例2,泉州中國人民銀行(金融)大廈 厚軟土層、二層地下室、開挖深度9m，一道頂支撐 基坑面積50 64m，支撐適應(yīng)復(fù)雜的邊界條件（1996）,.,44,環(huán)形支撐平面示例,.,45,3 監(jiān)控要點,a) 圍護樁軸線放樣應(yīng) 以結(jié)構(gòu)外輪廓為參照 （包括地下室外墻外 邊線和樁基承臺外邊 線）,b) 清障是必須的,.,46,c) 圍護樁鋼筋籠方位,d) 挖孔樁的縮孔效應(yīng)與坑外變形,.,47,e) 格構(gòu)柱的方位與插入的可靠性 （可按格構(gòu)柱位置調(diào)整支撐走向）,.,48,f） 支撐系統(tǒng)節(jié)點鋼筋（尤其是箍筋）成型,.,49,g） 基樁開挖注意問題 1）起始開挖時刻支護與防滲系統(tǒng)的狀況（強度等） （為縮短工序間隔時間可采用摻加早強劑等措施） 2）工程樁的成品保護 由工程樁的形式、樁徑與基坑的土層性質(zhì)確定分層開挖的厚度 與開挖面的宏觀坡度。 設(shè)置標