1、1,基坑工程施工（一）,建藝分院建筑工程系,2,目錄,任務(wù)1 擋土結(jié)構(gòu),任務(wù)2 基坑支護(hù)形式與選型,任務(wù)3 基坑降水工程,任務(wù)4 基坑支護(hù)方案,3,任務(wù) 1,擋土結(jié)構(gòu),4,擋土結(jié)構(gòu),基本概念； 擋土墻基本構(gòu)造； 土壓力理論； 幾種常見土壓力分析與計算； 穩(wěn)定分析與計算,5,支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工，影響因素眾多，不少高層建筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)費(fèi)用已超過工程樁基的費(fèi)用。為此，對待支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工均應(yīng)采取極慎重的態(tài)度，在保證施工安全的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)合理和便于施工。,一、擋土結(jié)構(gòu),6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,垮塌的重力式擋墻,16,失穩(wěn)的立交橋加筋土擋土墻,17,垮塌的護(hù)坡?lián)鯄?/p>

2、,18,19,20,21,22,什么是擋土結(jié)構(gòu)物 什么是土壓力 影響土壓力的因素 擋土結(jié)構(gòu)物類型對土壓力分布的影響,基本概念,23,一 、擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）,擋土墻是指支承路基填土或山坡土體、防止填 土或土體變形失穩(wěn)的構(gòu)造物。 在擋土墻橫斷面中，與被支承土體直接接觸的 部位稱為墻背；與墻背相對的、臨空的部位稱為 墻面；與地基直接接觸的部位稱為基地；與基底 相對的、墻的頂面稱為墻頂；基底的前端稱為墻 趾；基底的后端稱為墻踵。,24,(a)重力式擋土墻 (b)懸臂式擋土墻 (c)扶壁式擋土墻(d)錨桿、錨定板擋土墻 (e)板樁墻,擋土墻分類,擋土墻類型: 剛性擋土墻、柔性擋土墻,25,擋土墻防止

3、土體坍塌的構(gòu)筑物。,1、擋土墻的應(yīng)用,26,3、土壓力擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。,2、土坡：土坡分為天然土坡和人工土坡，由于某些外界不利因素，土坡可能發(fā)生局部土體滑動而失去穩(wěn)定性。,按常用的結(jié)構(gòu)形式分： 重力式、懸壁式、扶臂式、錨式擋土墻,27,土壓力：,A、土壓力的類型,土壓力,擋土墻后的填土因自重或外荷作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。,主動土壓力,靜止土壓力,被動土壓力,28,29,混凝土擋土墻及復(fù)合排水管,30,柔性支護(hù)結(jié)構(gòu),板樁變形,基坑支撐上的土壓力,變形,土壓力分布,31,地下建筑物,發(fā)生在土體內(nèi)部或者與土相鄰的結(jié)構(gòu)物上的壓力豎向土壓力,新填土,B,外土柱,內(nèi)土

4、柱,等沉面,溝埋式,上埋式,32,土壓力的影響因素,土的性質(zhì) 擋土墻的移動方向 擋土墻和土的相對位移量 土體與墻之間的摩擦 擋土墻類型,33,本章要討論的中心問題,剛性擋土墻上的土壓力性質(zhì)及土壓力計算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點(diǎn)。,34,在影響土壓力的諸多因素中,墻體位移條件是最主要的因素。墻體位移的方向和相對位移量決定著所產(chǎn)生的土壓力的性質(zhì)和土壓力的大小。,三、土壓力類型,35,3.被動土壓力 （Passive earth pressure),墻體位移和土壓力性質(zhì),1.靜止土壓力 （Earth pressure at rest),2.主動土壓力 （Active earth pr

5、essure),36,墻體位移對土壓力的影響,擋土墻所受土壓力的類型，首先取決于墻體是否發(fā)生位移以及位移的方向。其中有三種特定情況下的土壓力，即靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。 擋土墻所受土壓力的大小并不是一個常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。,37,當(dāng)d =D/H=0 時 （如地下室） E=E0,1. 靜止土壓力,38,2. 主動土壓力,墻體外移， 土壓力逐漸減小， 當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力 (最小),39,3. 被動土壓力,墻體內(nèi)移， 土壓力逐漸增大， 當(dāng)土體破壞， 達(dá)到極限平衡狀態(tài) 時所對應(yīng)的土壓力 (最大),40,計算模型： 可按土體處于側(cè)限條件下的彈性平衡狀態(tài)進(jìn)

6、行計算。,（二） 靜止土壓力計算,41,（1）重力式擋土墻,材料：塊石或素混凝土砌筑； 穩(wěn)定：自身重力維持，尺寸大； 形式：仰斜式、垂直式、俯斜式； 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，施工方便， 就地取材； 應(yīng)用：一般土坡的擋護(hù)， 墻身抗拉強(qiáng)度低， 墻高不宜過大；,重力式擋土墻結(jié)構(gòu) 平衡示意圖,常見擋土墻構(gòu)造,42,墻頂,墻趾,墻踵,墻基,墻背,墻面,重力式 擋土墻按墻背傾斜形式又可分為如下三種形式： 試比較土壓力大小，適用條件？,a.仰斜式,b.垂直式,c.俯斜式,Ea1,Ea2,Ea1,43,（2）懸臂式 擋土墻,材料：鋼筋混凝土； 穩(wěn)定：懸臂板上填土重力 維持； 形式：由立臂、墻趾懸臂、 墻踵懸臂三塊板組

7、成； 特點(diǎn)：根據(jù)鋼筋砼力學(xué)特性， 結(jié)構(gòu)尺寸小，墻高大； 應(yīng)用：市政工程，廠礦材 料儲庫。,44,（3）扶臂式 擋土墻,材料：鋼筋混凝土； 穩(wěn)定：懸臂板與扶臂板上 填土重力維持； 形式：墻高很大時，立臂 加扶臂墻體抗彎； 特點(diǎn)：鋼筋砼力學(xué)特性， 結(jié)構(gòu)尺寸小，墻高大； 應(yīng)用：市政工程，廠礦材 料儲庫。,扶臂,45,46,（4）其它形式 擋土墻,錨定板,拉桿,灌漿錨桿,墻面板,錨定板、錨桿樁墻,47,建成后的坡間擋土墻,48,49,50,51,52,2、重力式擋土墻構(gòu)造尺寸,構(gòu)造尺寸,墻頂寬度：,砌石：H/120.5m 混凝土：0.20.4m,墻底寬度：,H/3H/2,墻基埋深：,d 0.5m,墻面

8、坡度：,仰斜式：1：0.050.25,垂直式：1：0.4,墻背坡度：,仰斜式： 1：0.25,墻底逆坡：,土質(zhì)地基： 1：10 巖石地基： 1：5,設(shè)計方法： 依此初步擬定結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。,53,仰斜式,垂直式,54,擋土墻排水條件；不宜采用粘性土，墻后填土宜選擇透水性較強(qiáng)的填料，墻后填土均應(yīng)分層夯實(shí)；每隔1020m應(yīng)設(shè)置一道伸縮縫，伸縮縫寬可取20mm；,55,墻后排水構(gòu)造,泄水孔,排水明溝,濾水層,盲溝,黏土夯實(shí),黏土夯實(shí),500,瀉水孔,孔徑：100 間距：23m 外斜：5%,濾水層：級配砂石,防水層：黏土夯實(shí),填土質(zhì)量,砂石或黏土（參塊石）分層夯實(shí),墻體每隔1020m設(shè)置沉降

9、縫,重力式擋土墻構(gòu)造示意圖,56,三、擋土墻土壓力類型,57,三、擋土墻土壓力類型,58,土壓力：,A、土壓力的類型,土壓力,擋土墻后的填土因自重或外荷作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。,主動土壓力,靜止土壓力,被動土壓力,59,【案例1】擋土墻高7m，墻背豎直、光滑，墻后填土面水平，并作用有均布荷載q20kPa，各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如圖所示。試計算該擋土墻墻背總側(cè)壓力及其作用點(diǎn)位置，并繪出側(cè)壓力分布圖。,四、解決土壓力的計算問題,60,支護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力計算,61,支護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力計算主動土壓力,62,支護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力計算被動土壓力,63,填土表面有均布荷載,無粘性土,特殊情況下的土壓力計算,幾種情況下的

10、土壓力計算,64,特殊情況下的土壓力計算成層填土,65,不同性質(zhì)土層因不同，計算時分別采用不同的土壓力系數(shù)，分層面處豎向應(yīng)力不變，而土壓力有突變：,思考：？ a2上 a2下,66,填土為成層土?xí)r的土壓力計算,67,墻后填土有地下水,下層應(yīng)為 ,可近似認(rèn)為,68,填土中有地下水時的土壓力計算,69,有地下水時，墻后壓力由土壓力和靜水壓力共同組成（合力增大，影響墻體穩(wěn)定，故墻體設(shè)排水孔），地下水位以下取有效重度計算：,墻腳處 壓應(yīng)力,墻后壓力合力：土壓力+靜水壓力,70,【例5-1】某擋土墻高6m，墻背垂直光滑，填土表面作用有均布荷載，墻后填土共分兩層，物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如圖示，地下水位深2m，求擋

11、土墻受的總壓力。,71,【分析】根據(jù)設(shè)計條件，應(yīng)用朗肯理論計算：,墻頂處主動土壓力強(qiáng)度：,主動土壓力系數(shù)：,填土分層處主動土壓力強(qiáng)度：,72,地下水位面處主動土壓力強(qiáng)度：,墻腳處主動土壓力強(qiáng)度：,墻腳處水壓力壓力強(qiáng)度：,73,單位墻長主動土壓力合力（土壓力圖形面積）：,水壓力合力：,墻背受總側(cè)向壓力：,？合力作用點(diǎn)與方向,74,計算假定： 墻后填土處于極限平衡狀態(tài)并沿某一滑動面形成滑動土契體； 墻后填土為無粘性土（c=0)； 滑動契體沿墻背及過墻踵的平面滑動； 墻與填土均為剛性。,六、庫侖土壓力理論,一、主動土壓力,設(shè)墻高為h,填土面傾角 ，墻背與填土摩擦角為 ，如下圖，滑動土契體在G、 R、

12、 Ea三力作用處于主動極限靜力平衡狀態(tài)（土契體向下滑動）：,75,庫侖主動土壓力計算圖,76,土壓力作用方向：與墻背法線方向成 角。 土壓力強(qiáng)度分布：沿墻高呈三角形分布。,墻后深度z點(diǎn)處主動土壓力強(qiáng)度：,由力三角形正弦定律得土壓力合力：,Ka主動土壓力系數(shù)（P67） （由 、 、 、 確定 ）,77,式中,填土對墻背的摩擦角； 墻背與水平面的夾角； 墻后填土面的傾角； 填土內(nèi)摩擦角。,土對墻背的摩擦角,78,被動土壓力,如下圖，墻背在外力作用下，向后移動或轉(zhuǎn)動滑動，土契體在G、 R、 Ea三力作用下處于被動極限靜力平衡狀態(tài)，同理得被動土壓力強(qiáng)度與合力計算公式：,Kp被動土壓力系數(shù)（P68） （

13、由 、 、 、 確定 ）,79,庫侖主動土壓力計算圖,80,土壓力作用方向：與墻背法線方向成 角。 土壓力強(qiáng)度分布：沿墻高呈三角形分布。,討論：,庫侖理論計算主動土壓力接近實(shí)際情況，適于設(shè)計填土為無粘性的重力式擋土墻；被動土壓力庫侖理論誤差大，一般不用。,81,82,83,84,85,【案例】擋土墻高7m，墻背豎直、光滑，墻后填土面水平，并作用有均布荷載q20kPa，各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如圖所示。試計算該擋土墻墻背總側(cè)壓力及其作用點(diǎn)位置，并繪出側(cè)壓力分布圖。,86,第一層底部的土壓力強(qiáng)度：,【解】：因墻背豎直、光滑，填土面水平，符合朗肯條件,填土表面的土壓力強(qiáng)度：,第二層頂部的土壓力強(qiáng)度：,

14、87,又設(shè)臨界深度為z0，則有：,第二層底水壓力強(qiáng)度：,各點(diǎn)土壓力強(qiáng)度繪于圖中，總側(cè)壓力為：,第二層底部的土壓力強(qiáng)度：,作用點(diǎn)至墻底的距離為(或按材料力學(xué)求截面形心方法計算)：,88,五、土坡穩(wěn)定分析,具有傾斜面的土體,項(xiàng)目 30,89,【案例3】某擋土墻高5m，墻背垂直光滑，填土表面作用有均布荷載，= 18kN/m3 ， =30， c1=0。采用MU30毛石M5混合砂漿砌筑，基底摩擦系=0.5，砌體重度= 22kN/m3 。試驗(yàn)算擋土墻穩(wěn)定性。,解決重力式擋土墻的穩(wěn)定性驗(yàn)算問題,90,抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算示意圖,1.抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算,擋土墻受力,土 壓 力 墻體重力,受力分析：,91,沿墻底滑動面將

15、力分解為正壓力與滑動力：,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：,土對墻摩擦系數(shù),92,抗傾穩(wěn)定驗(yàn)算示意圖,2.抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算,擋土墻受力,土 壓 力 墻體重力,93,對墻趾點(diǎn)將力分解為豎向力與水平力：,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：,94,【案例】某擋土墻高5m，墻背垂直光滑，填土表面作用有均布荷載，= 18kN/m3 ， =30， c1=0。采用MU30毛石M5混合砂漿砌筑，基底摩擦系=0.5，砌體重度= 22kN/m3 。試設(shè)計擋土墻構(gòu)造尺寸。,【分析】根據(jù)設(shè)計條件，應(yīng)用朗肯理論計算：,根據(jù)構(gòu)造要求擬定斷面尺寸：,墻頂寬度：0.8m H/12(0.5m),墻底寬度：3.0m H/3 H/2,取1m墻長為計算單元計算自重：,G1=0.53.01.022=33kN,95,4.5m,0.5m,0.8m,G1,G2,G3,G4,3.0m,1.7m,0.8m,0.2m,0.3m,96,G2=1/21.74.51.0 22=84.15kN,G3=0.84.51.0 22=79.2kN,G4=0.24.51.018=16.2kN,G= G1 + G2 + G3 + G4 =212.55kN,取1m墻長為計算單元