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第12章基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu),地下建筑結(jié)構(gòu),楊志江yyteach@中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力建學(xué)院巖土工程研究所,本章內(nèi)容,1,2,3,,,概述基坑工程的設(shè)計(jì)內(nèi)容自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑工程的應(yīng)用基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算變形計(jì)算,,4,,5,,6,,12.1概述,不僅要能保證基坑的穩(wěn)定性及坑內(nèi)作業(yè)的安全、方便，而且要使坑底和坑外的土體位移控制在一定范圍內(nèi)，確保鄰近建筑物及市政設(shè)施正常使用。,80年代末，成為城市建設(shè)的新趨勢(shì)之一。在建筑物稠密的城市中心，深基坑的開(kāi)挖成為巖土工程的一個(gè)重要課題。,基坑圍護(hù)體系，是一個(gè)土體、支護(hù)結(jié)構(gòu)相互共同作用的有機(jī)體，由于周?chē)ㄖ锛暗叵鹿艿赖纫蛩氐闹萍s，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性有了更高的要求。,12.1.1基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的分類(lèi),樁（墻）式圍護(hù)體系,,組成,圍護(hù)墻結(jié)構(gòu),支撐或錨桿結(jié)構(gòu),防水帷幕,鋼筋混凝土地下連續(xù)墻,根據(jù)圍護(hù)墻材料,,柱列式鉆孔灌注樁,樁（墻）式圍護(hù)體系,重力式圍護(hù)體系,樁（墻）式圍護(hù)體系,鋼板樁,鋼筋混凝土板樁,內(nèi)支撐體系,根據(jù)支撐方式,,土層錨桿體系,12.1.1基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的分類(lèi),地下連續(xù)墻,上海地鐵新客站車(chē)站的長(zhǎng)度為202米，凈寬22.6米，基坑開(kāi)挖深度12.4米，地下墻深為20.5米，壁厚65厘米，支撐采用直徑580毫米鋼支撐兩道，分別設(shè)在-3.60米和-9.10米處，支撐水平間距3米?；邮┕r(shí)在墻外輔以輕型井點(diǎn)降水，車(chē)站結(jié)構(gòu)分兩層，上層為站廳，下層為站臺(tái)，底板下設(shè)倒濾層，以減少底板反力。在基坑施工過(guò)程中，進(jìn)行了原位量測(cè)，量測(cè)的內(nèi)容有地下墻的側(cè)壓力、地下墻的變位、地下墻的內(nèi)力、支撐軸力、基坑隆起、墻外地層變位及孔隙水壓、底板反力及鋼筋應(yīng)力等。,延安東路隧道暗埋段106號(hào)地下墻基坑工程，平面呈Y型，地處鬧市區(qū)，鄰近建筑物離基坑最近的僅6.4米。基坑跨度20米，基坑開(kāi)挖深度最深12米，地下墻深度20～22米，墻厚65厘米。基坑開(kāi)挖時(shí)，采用4道支撐，分別設(shè)在-1.0米、-3.5米、-6.0米、-8.5米處?；娱_(kāi)挖中，對(duì)墻體位移、支撐軸力和地表沉降監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，第一道支撐軸力最小，第二道支撐軸力為640千牛，第三、四道支撐軸力為750千牛，墻體水平變位最大值為5厘米，約為開(kāi)挖深度的0.5%，地表沉降最大值為1～2厘米，約為開(kāi)挖深度的0.1～0.2%左右，安全系數(shù)高。,12.1.1基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的分類(lèi),鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受水土壓力，是深基坑開(kāi)挖常用的一種圍護(hù)形式，根據(jù)不同的地質(zhì)條件和開(kāi)挖深度可做成懸臂式擋墻、單撐式擋墻、多層支撐式擋墻等。它的排列形式有一字形相接排列、間隔排列、交錯(cuò)相接排列、搭接排列、或是混合排列，常見(jiàn)的排列方式是一字板間隔排列，并在樁后采用水泥土攪拌樁、旋噴樁、樹(shù)根樁等阻水。,這樣的結(jié)構(gòu)形式較為經(jīng)濟(jì)，阻水效果較好。大部分開(kāi)挖深度在7～12米左右的深基坑，采用鉆孔灌注樁擋土，水泥土攪拌樁阻水，普遍獲得成功。,12.1.1基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的分類(lèi),重力式圍護(hù)體系,重力式圍護(hù)體系一般是指不用支撐及錨桿的自立式墻體結(jié)構(gòu)，厚度相對(duì)較大，主要借助其自重、墻底與地基之間的摩擦力以及墻體在開(kāi)挖面以下收到的土體被動(dòng)抗力來(lái)平衡墻后的水壓力和維持邊坡穩(wěn)定。在基坑工程中，重力式圍護(hù)體系的墻體在開(kāi)挖面以下往往需要有一定的埋入深度。,12.1.1基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的分類(lèi),重力式攪拌樁擋墻,在軟粘土地基中開(kāi)挖深度為5～7米左右的基坑，應(yīng)用深層攪拌法形成的水泥土樁擋墻，可以較充分利用水泥土的強(qiáng)度，并可利用水泥土防滲性能，同時(shí)作為防滲帷幕。因此，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。水泥土重力式擋墻一般做成格柵形式，按重力式擋墻計(jì)算。廣泛用于開(kāi)挖深度7米以內(nèi)的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、管道溝支護(hù)結(jié)構(gòu)、河道支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下人行道等。,80～90年代，水泥土攪拌樁支擋結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展，已有數(shù)百項(xiàng)工程采用這一技術(shù)。由于施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染、開(kāi)挖基坑一般不需要井點(diǎn)降水，也不需要支撐和拉錨，基坑內(nèi)整潔干燥，有利文明施工?；又?chē)鼗冃涡?，?duì)周?chē)h(huán)境影響小，因此受到普遍歡迎。,12.1.1基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的分類(lèi),重力式攪拌樁擋墻,1981年，寶鋼緯三路P-5污水處理站是上海地區(qū)利用深層攪拌法作為擋土結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)。1983年，上海市人防科研所、同濟(jì)大學(xué)地下工程系等單位在市科委的支持下，提出了“水泥土攪拌樁側(cè)向支護(hù)應(yīng)用技術(shù)研究”的課題，結(jié)合四平路地下車(chē)庫(kù)深基坑開(kāi)挖進(jìn)行試驗(yàn)研究。,該基坑的實(shí)際開(kāi)挖面積為86米49米，開(kāi)挖深度5.75米，局部深度6.75米。經(jīng)過(guò)對(duì)水泥攪拌樁的物理力學(xué)特性、影響水泥土抗壓強(qiáng)度的各種因素（水泥摻入比、水泥標(biāo)號(hào)、齡期及養(yǎng)護(hù)條件等），對(duì)水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、滲透系數(shù)等進(jìn)行了試驗(yàn)研究，獲得了許多第一手資料，經(jīng)過(guò)實(shí)際開(kāi)挖，順利完成了研究任務(wù)。,得出結(jié)論為：在場(chǎng)地容許下，開(kāi)挖深度不大于7.0米的基坑，在滿足支護(hù)體和機(jī)械操作所需要的場(chǎng)地面積條件下，不論何種土質(zhì)條件，只要精心設(shè)計(jì)（包括支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料配合比設(shè)計(jì)），嚴(yán)格施工，確保施工質(zhì)量，采用水泥土攪拌樁進(jìn)行邊坡支護(hù)都是可以取得成功的。,12.1.2基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),外力的不確定性,作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的外力往往隨著環(huán)境條件、施工方法和施工步驟等因素的變化而變化,變形的不確定性,變形控制是支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,產(chǎn)生變形的原因,,圍護(hù)墻體的剛度,支撐（或錨桿）體系的布置,構(gòu)件的截面特性,地基土的性質(zhì),地下水的變化,,潛蝕和管涌,施工質(zhì)量,現(xiàn)場(chǎng)管理水平,12.1.2基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),土性的不確定性,地層分布的非均質(zhì)性和土性的變異性。,一些偶然變化所引起的不確定因素,施工場(chǎng)地內(nèi)土壓力分布的意外變化、事先沒(méi)有掌握的地下障礙物或地下管線的發(fā)現(xiàn)以及周?chē)h(huán)境的改變等等，這些事前未曾預(yù)料的因素都會(huì)影響基坑工程的正常施工和使用。,12.2基坑工程的設(shè)計(jì)內(nèi)容,環(huán)境調(diào)查及基坑安全等級(jí)的確定,圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型,圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算,圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算,節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),井點(diǎn)降水,土方開(kāi)挖方案,監(jiān)測(cè)要求,建筑基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般包括以下內(nèi)容,12.2.1環(huán)境調(diào)查及基坑安全等級(jí)的確定,工程水文地質(zhì)資料,基坑工程圍護(hù)設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)基坑的深度、地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境條件確定基坑的安全等級(jí),基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的基本資料,,,場(chǎng)地環(huán)境條件資料,所建工程的地下室結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)樁基圖紙,與施工條件有關(guān)的資料（如實(shí)驗(yàn)資料）,12.2.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇和布置,工程規(guī)模,圍護(hù)墻體和支撐結(jié)構(gòu)所用材料的型式及布置方式,,主體工程特點(diǎn),場(chǎng)地條件,環(huán)境保護(hù)要求,應(yīng)根據(jù),巖土工程勘察資料,土方開(kāi)挖方法,地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn),12.2.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇和布置,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件（包括圍護(hù)墻、隔水帷幕和錨桿）在一般情況下不應(yīng)超出工程用地范圍，否則應(yīng)事先征得政府主管部門(mén)或相鄰地塊業(yè)主的同意,圍護(hù)墻體和支撐結(jié)構(gòu)的布置遵循的原則,,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件不能影響主體工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常施工,有條件時(shí)基坑平面形狀盡可能采用受力性能較好的圓形、正多邊形和矩形,12.2.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算,通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形，據(jù)以驗(yàn)算截面承載力和基坑位移。,計(jì)算模型的假設(shè)條件必須符合支護(hù)結(jié)構(gòu)的具體情況，所采用的有關(guān)參數(shù)應(yīng)根據(jù)工程的具體條件和地區(qū)的工作經(jīng)驗(yàn)確定。,由于支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的內(nèi)力計(jì)算和變形計(jì)算隨著施工的進(jìn)展而不斷變化，因此設(shè)計(jì)計(jì)算必須按不同施工階段的特征分別進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)應(yīng)考慮前一種工況對(duì)后面各種工況內(nèi)力和變形的影響。,12.2.4圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算,(1)基坑邊坡總體穩(wěn)定性驗(yàn)算,(2)圍護(hù)墻體抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算,(3)圍護(hù)墻底面抗滑移驗(yàn)算,(4)基坑圍護(hù)墻前抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算,(5)抗豎向滲流驗(yàn)算,(6)基坑周?chē)孛娉两导捌溆绊懛秶墓烙?jì),12.2.5節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),在基坑工程中，經(jīng)常發(fā)生由于支護(hù)結(jié)構(gòu)局部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不合理或由于施工不注意而導(dǎo)致基坑過(guò)大變形，甚至危及整體安全，因此，必須充分重視節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)。,方便施工,合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)符合的條件,,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與設(shè)計(jì)計(jì)算模型中的假設(shè)條件一致,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)起到防止構(gòu)件局部失穩(wěn)的作用,盡可能減少節(jié)點(diǎn)自身的變形量,與整體穩(wěn)定相關(guān)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置多道防線，同時(shí)要有良好的節(jié)點(diǎn)延性,12.2.6其他土工問(wèn)題,井點(diǎn)降水,土方開(kāi)挖,監(jiān)測(cè),12.3自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑工程的應(yīng)用,隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，城市地下空間的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越多，基坑設(shè)計(jì)和施工水平也得到了較大的提高。鑒于深基坑工程的復(fù)雜性和不確定性,迄今為止深基坑工程還沒(méi)有成熟的理論基礎(chǔ)和合理的計(jì)算模式，復(fù)雜的地質(zhì)條件又給選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)方案和合理設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇帶來(lái)一定的困難。,在目前深基坑工程中，施工方案的不合理性和施工經(jīng)驗(yàn)的不足，是導(dǎo)致深基坑工程失效的重要原因。巖土工程量測(cè)已成為深基坑施工中必不可少的手段。在深基坑工程施工中,對(duì)基坑周邊進(jìn)行監(jiān)測(cè)是控制施工進(jìn)度預(yù)防事故發(fā)生的一個(gè)有效手段。隨著巖土工程信息化施工的進(jìn)一步應(yīng)用,監(jiān)測(cè)方法將越來(lái)越廣泛地得到重視。就目前我們所采用的監(jiān)測(cè)儀器和手段來(lái)看,如果和國(guó)際上目前較流行的方法比較,還存在自動(dòng)化程度不高的缺點(diǎn)。,12.3自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑工程的應(yīng)用,手工操作,自動(dòng)化程度不高,傳統(tǒng)的人工測(cè)量方法的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在,,人為因素干擾大,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性難保證,受天氣氣候的影響,如遇大風(fēng)暴雨等惡劣環(huán)境,監(jiān)測(cè)可能受到影響,有時(shí)甚至無(wú)法進(jìn)行,無(wú)法實(shí)現(xiàn)1天24小時(shí)連續(xù)觀測(cè),無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào),當(dāng)前所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù),需要拿回處理之后,才能知道結(jié)果,12.3自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑工程的應(yīng)用,基坑監(jiān)測(cè)的目的,基坑開(kāi)挖施工是分層分段進(jìn)行的，通過(guò)將施工監(jiān)測(cè)結(jié)果與預(yù)估值作比較，可驗(yàn)證原開(kāi)挖施工方案的正確性，或根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整施工參數(shù)，必要時(shí)采取附加施工措施，以達(dá)到信息化施工的目的。,(2)作為設(shè)計(jì)與施工的重要補(bǔ)充手段,(1)為施工提供及時(shí)的反饋信息,基坑工程設(shè)計(jì)與施工方案是設(shè)計(jì)人員對(duì)實(shí)體進(jìn)行物理抽象，采取數(shù)學(xué)分析方法進(jìn)行定量預(yù)測(cè)計(jì)算，加之以長(zhǎng)期工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而確定的，在很大程度上反映了基坑的實(shí)際情況。但由于各個(gè)場(chǎng)地的地質(zhì)條件不同，施工工藝和周邊環(huán)境存在差異，具體項(xiàng)目之間千差萬(wàn)別，設(shè)計(jì)計(jì)算未曾計(jì)入各種復(fù)雜因素，因此必須依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行局部修改或完善。,12.3自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑工程的應(yīng)用,基坑監(jiān)測(cè)的目的,根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)判斷原施工方案是否安全和適當(dāng)，必要時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，如減少日出土量、改變開(kāi)挖順序或采取加固排險(xiǎn)措施等，可以說(shuō)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是基坑提高施工安全度的至關(guān)重要的定量化依據(jù)。,(4)積累經(jīng)驗(yàn)以提高基坑工程設(shè)計(jì)和施工水平,(3)作為施工開(kāi)挖方案修改的依據(jù),就目前的技術(shù)水平而言，基坑工程的設(shè)計(jì)和施工，對(duì)通常采用的力學(xué)分析、數(shù)值計(jì)算和室內(nèi)試驗(yàn)，總是在不同程度上對(duì)客觀事物進(jìn)行了簡(jiǎn)化或近似處理，而現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)則客觀真實(shí)地反映了工程結(jié)構(gòu)和環(huán)境相互關(guān)系。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，可以為今后積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。,12.3自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑工程的應(yīng)用,基坑監(jiān)測(cè)的目的,在建筑物和地下管網(wǎng)密布的城市內(nèi)進(jìn)行基坑施工，不可避免地對(duì)周邊環(huán)境造成影響，由此引起的法律糾紛屢見(jiàn)不鮮，一份完整的監(jiān)測(cè)報(bào)告能為客觀公正解決這些問(wèn)題提供依據(jù),（5）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也是解決法律糾紛的有力證據(jù),12.3自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑工程的應(yīng)用,基坑監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)容,針對(duì)基坑側(cè)壁的安全等級(jí)，不同規(guī)范對(duì)基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有不同的規(guī)定。一般監(jiān)測(cè)內(nèi)容由設(shè)計(jì)單位根據(jù)具體情況選定。,基坑監(jiān)測(cè)的基本要求,①監(jiān)測(cè)工作必須有計(jì)劃地進(jìn)行；②監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須真實(shí)可靠和及時(shí)；③埋設(shè)在結(jié)構(gòu)中的監(jiān)測(cè)元件應(yīng)盡量減少對(duì)結(jié)構(gòu)正常受力的影響，埋設(shè)水土壓力檢測(cè)元件、測(cè)斜管和分層沉降管時(shí)應(yīng)注意回填土與巖石介質(zhì)匹配；④采取多種方法，實(shí)行多項(xiàng)內(nèi)容的監(jiān)測(cè)方案；⑤預(yù)先設(shè)定報(bào)警制度，報(bào)警值包括變形和內(nèi)力深基坑安全監(jiān)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用,12.4基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算,12.4.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型及計(jì)算原則,基坑工程的計(jì)算模型包括:結(jié)構(gòu)模型、水土壓力模型、穩(wěn)定性分析模型等。,對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算一般采用考慮樁（墻）土共同作用的彈性地基上的桿系或框架模型，根據(jù)施工過(guò)程中發(fā)生的實(shí)際工況分步進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)考慮施工工況引起結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐變形的影響或采用荷載增量法進(jìn)行計(jì)算，即所謂的“先變形、后支撐”的原則。,計(jì)算工況包括開(kāi)挖階段到內(nèi)部結(jié)構(gòu)回筑階段各工況的內(nèi)力組合，最終的位移及內(nèi)力值是各階段的累計(jì)值。,12.4基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算,12.4.2樁（墻）內(nèi)力的計(jì)算分析方法,彈性地基桿系有限單元法是當(dāng)前基坑工程設(shè)計(jì)的最常用方法：,（一）彈性地基桿系有限單元法,1.結(jié)構(gòu)理想化,2.結(jié)構(gòu)離散化,3.擋土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)滿足變形協(xié)調(diào)條件,4.單元所受荷載和單元節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系,5.根據(jù)靜力平衡條件，作用在結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的外荷載必須與單元內(nèi)荷載相平衡。,12.4基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算,12.4.2樁（墻）內(nèi)力的計(jì)算分析方法,以往采用的古典法以及山肩邦男法、彈性法等計(jì)算方法不能有效地計(jì)入基坑開(kāi)挖時(shí)擋土結(jié)構(gòu)及支撐軸力的變化過(guò)程。,（二）擋土結(jié)構(gòu)的有限元分析,有限單元法作為一種計(jì)算方法具有靈活、多樣、限制少、易于模擬等優(yōu)點(diǎn)而在擋土結(jié)構(gòu)分析中廣為采用。,在使用有限元對(duì)擋土結(jié)構(gòu)分析時(shí)，可有效地計(jì)入基坑開(kāi)挖過(guò)程中的多種因素，例如作用在擋土結(jié)構(gòu)上被動(dòng)側(cè)和主動(dòng)側(cè)的水土壓力的變化，支撐隨開(kāi)挖深度的增加其架設(shè)數(shù)量的變化、支撐架設(shè)前的擋土結(jié)構(gòu)位移以及架設(shè)后支撐軸力也會(huì)隨后次開(kāi)挖過(guò)程而逐漸得到調(diào)整，支撐預(yù)加軸力對(duì)擋土結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化的影響，以及空間作用下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)問(wèn)題等。,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,整體失穩(wěn)破壞,基坑失穩(wěn)的表現(xiàn)形式,,承載力不足導(dǎo)致的破壞,基底滑移破壞,基底潛蝕、管涌,滲流,支撐結(jié)構(gòu)破壞,被動(dòng)土壓力喪失,12.4.1邊坡穩(wěn)定,12.4.2基坑隆起穩(wěn)定,12.4.3整體穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.4.4坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.4.5承壓水的影響,12.6.2抗傾覆、滑移,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,邊坡穩(wěn)定,由于設(shè)計(jì)不合理坡度太陡，或雨水、管道滲漏等原因造成邊坡滲水導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，引起基坑邊土體整體滑坡。,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,重力式擋土墻基坑的失穩(wěn)模式,1、由于墻體的入土深度不足，或由于墻底存在軟弱土層，土體抗剪強(qiáng)度不夠等原因，導(dǎo)致墻體隨附近土體整體滑移破壞。,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,2、由于基坑外擠土施工如坑外施工擠土樁或者坑外超載作用如基坑邊堆載、重型施工機(jī)械行走等引起墻后土體壓力增加，導(dǎo)致墻體向坑內(nèi)傾覆。,重力式擋土墻基坑的失穩(wěn)模式,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,3、當(dāng)坑內(nèi)土體強(qiáng)度較低或坑外超載時(shí)，導(dǎo)致墻底變形過(guò)大或整體剛性移動(dòng)。,重力式擋土墻基坑的失穩(wěn)模式,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,1、因?yàn)榭拥淄馏w壓縮模量低，坑外超載等原因，致使圍護(hù)墻踢腳產(chǎn)生很大的變形。,內(nèi)撐式擋土墻基坑的失穩(wěn)模式,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,2、在含水地層（特別是有砂層、粉砂層或者其他透水性較好的地層），由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水設(shè)施失效，致使大量的水夾帶砂粒涌入基坑，嚴(yán)重的水土流失會(huì)造成支護(hù)還可能先在墻后形成空穴而后突然發(fā)生地面塌陷。,內(nèi)撐式擋土墻基坑的失穩(wěn)模式,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,3、由于基坑底部土體的抗剪強(qiáng)度較低，致使坑底土體隨圍護(hù)墻踢腳向坑內(nèi)移動(dòng)，產(chǎn)生隆起破壞。,內(nèi)撐式擋土墻基坑的失穩(wěn)模式,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,4、在承壓含水層上覆隔水層中開(kāi)挖基坑時(shí)，由于設(shè)計(jì)不合理或超挖，承壓含水層的水頭壓力沖破基坑底部土層，發(fā)生坑底突涌破壞。,內(nèi)撐式擋土墻基坑的失穩(wěn)模式,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,5、在砂層或者粉砂地層中開(kāi)挖基坑時(shí)，降水設(shè)計(jì)不合理或井點(diǎn)降水失效后導(dǎo)致水位上升，產(chǎn)生管涌，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致基坑失穩(wěn)。,內(nèi)撐式擋土墻基坑的失穩(wěn)模式,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,6、在超大基坑，特別是長(zhǎng)條形基坑（如地鐵站、明挖法施工隧道等）內(nèi)分區(qū)放坡挖土，由于放坡較陡，降雨或其他原因?qū)е禄?，沖毀基坑內(nèi)先期施工的支撐及立柱，導(dǎo)致基坑破壞。,內(nèi)撐式擋土墻基坑的失穩(wěn)模式,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,1、由于圍護(hù)墻插入深度不夠，或基坑底部超挖，導(dǎo)致基坑踢腳破壞。,拉錨基坑的失穩(wěn)模式,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,2、由于設(shè)計(jì)錨桿太短，錨桿和圍護(hù)墻均在滑裂面以內(nèi)，與土體一起呈整體滑移，致使基坑整體滑移破壞。,拉錨基坑的失穩(wěn)模式,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.1邊坡穩(wěn)定,砂性土,考慮水力影響,粘性土,條分法,安全系數(shù)定義：,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.2基坑隆起穩(wěn)定,——圓弧滑動(dòng)面假設(shè),基本假設(shè)：1、滑動(dòng)中心位于最下道支撐和墻的交點(diǎn)；2、滑動(dòng)面為過(guò)墻底的圓?。?、水平土壓力計(jì)算：,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.2基坑隆起穩(wěn)定,——圓弧滑動(dòng)面假設(shè),滑動(dòng)力矩：,OAMG：,OBCA：,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.2基坑隆起穩(wěn)定,——圓弧滑動(dòng)面假設(shè),BCE與BEF重力矩平衡抵消。,抗滑力矩：,AM：,ACE：,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.2基坑隆起穩(wěn)定,——圓弧滑動(dòng)面假設(shè),BCE與BEF重力矩平衡抵消。,抗滑力矩：,EF：,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.2基坑隆起穩(wěn)定,——圓弧滑動(dòng)面假設(shè),滑動(dòng)力矩：,抗滑力矩：,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.2基坑隆起穩(wěn)定,——地基承載力假設(shè),Terzaghi-Peck法(粘性土),飽和軟土中：,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.2基坑隆起穩(wěn)定,——地基承載力假設(shè),同濟(jì)大學(xué)法(考慮c、φ),墻底按光滑處理,墻底按粗糙處理,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.3抗傾覆,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.4抗滑移,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.5基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定,12.5基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算,12.5.5基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定,承壓水頭穩(wěn)定性,pcz：坑底至含水層頂板土自重,pwy：含水層水頭壓力,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.1圍護(hù)墻體變形,圍護(hù)墻體變形形態(tài),12.6基坑變形計(jì)算,12.6.1圍護(hù)墻體變形,最大變形點(diǎn)的位置,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.2坑底隆起變形,在開(kāi)挖深度不大時(shí)，坑底為彈性隆起，其特征為坑底中部隆起最高，當(dāng)開(kāi)挖達(dá)到一定深度且基坑較寬時(shí)，出現(xiàn)塑性隆起，隆起量也逐漸由中部最大轉(zhuǎn)變?yōu)閮蛇叴笾虚g小的形式，但對(duì)于較窄的基坑或長(zhǎng)條形基坑，仍是中間大，兩邊小分布。,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.2坑底隆起變形,隆起沿深度分布,上海地鐵2號(hào)線楊高南路車(chē)站基坑實(shí)測(cè)。,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.3地表沉降,三角形地表沉降：主要發(fā)生在懸臂開(kāi)挖或圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大的情況下：凹槽形地表沉降：主要發(fā)生在有較大的入土深度或墻底入土在剛性較大的地層內(nèi)，墻體的變位類(lèi)同于梁的變位，此時(shí)地表沉降的最大值不是在墻旁，而是位于離墻一定距離的位置。,地表沉降影響范圍：1~4開(kāi)挖深度。,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.3地表沉降,凹槽形地表沉降：最大沉降值的發(fā)生位置根據(jù)統(tǒng)計(jì)的情況一般介于0.4~0.7開(kāi)挖深度之間。,上海地鐵182個(gè)基坑實(shí)測(cè),12.6基坑變形計(jì)算,12.6.4空間效應(yīng),特點(diǎn)：1、角隅效應(yīng)：角部沉降小于中心。2、基坑平面尺寸越小，角隅效應(yīng)越明顯；3、開(kāi)挖深度越大，角隅效應(yīng)越明顯，角部與中部變形比越小，縱向沉降曲線在角部瞬間越大。4、基坑長(zhǎng)度與開(kāi)挖深度比值越小，空間效應(yīng)越明顯。,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.5基坑底隆起變形計(jì)算,日本規(guī)范公式,同濟(jì)大學(xué)模型試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)公式,有限元,同濟(jì)大學(xué)殘余應(yīng)力計(jì)算方法,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.6基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.6基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,1三角形沉降曲線,沉陷面積=墻變位面積,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.6基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,2指數(shù)沉降曲線,正態(tài)分布曲線,沉降槽曲線：,,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.6基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,2指數(shù)沉降曲線,沉降槽曲線的特征：,時(shí)，斜率最大,,,,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.6基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,2指數(shù)沉降曲線,墻后沉降曲線分解：三角形+指數(shù),,,+,=,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.6基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,2指數(shù)沉降曲線,三角形：,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.6基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,2指數(shù)沉降曲線,指數(shù)：,,,,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.6基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,2指數(shù)沉降曲線,,12.6基坑變形計(jì)算,12.6.6基坑圍護(hù)墻外土體沉降估算,2指數(shù)沉降曲線,,經(jīng)驗(yàn)獲取,求解,,謝謝,