1、 福建工程学院 土木系张建勋 1 1 主要设计步骤主要设计步骤1.1 1.1 基本设计条件基本设计条件a）绘制地质展示图；b）确定开挖底线；c)选择控制性剖面（Z1）；d）确定设计的地形地质参数（标高、挖深、地层、指标）1.2 1.2 围护构件选型常识围护构件选型常识 a）选型三步骤 可用的桩型（技术与环境条件限制）可能的桩型（场地与设备条件限制）采用的桩型（以经济比较为主）b）各种桩型适用的工程水文地质条件 沉管桩：受长度限制(40015m、45018m、50022m)无法穿透硬夹层 预制桩：类似沉管桩，长度限制可放宽 挖孔桩：流砂、流泥禁用；强透水地层又富水时禁用 松砂层、残积土中未降水不
2、易挖孔 钻（冲）孔桩：几乎任何地层中均可用c c）打入桩环境条件限制）打入桩环境条件限制 噪音污染 振动影响 桩打入时引起的土层振动是一种广义的“低烈度地震”。一般情况下只产生近距离影响，当触及饱和松散粉细砂层时，产生的液化作用影响可达40m以外。挤土效应 当布桩密度太大时，饱和粘性土场地因挤土产生的孔隙水压力无法消除，土体呈瞬时“畸变”变形（即挤土产生的无体积变形）的结果，地表严重隆起和土体侧移。d d）挖孔桩的缩孔效应）挖孔桩的缩孔效应 人工挖孔桩由于成孔过程中挖土解除了内圈的原位应力，必然产生缩径效应。在居民密集区，这一效应将导致场地周围土层变形，使周围浅基上的建筑物及市政设施产生不利变
3、位，应控制使用。1.3 1.3 以限制变形条件选择围护和支撑构件的断面以限制变形条件选择围护和支撑构件的断面a）变形控制的关键参数 L 桩长 Xt 桩顶位移 Xmax最大位移,近坑底 Xb 坑底位移（Xmax=Xb）Xp 桩底位移 设计控制 Xt Xb 长桩条件 L 4.0 桩身水平变形系数 5/EImbob b）围护构件的断面即围护桩直径）围护构件的断面即围护桩直径d d的拟定的拟定16)1(4shhd h基坑深度 S围护桩中距（建筑技术开发第28卷11期“内撑式支护控制变形设计的关键问题”）控制 Xb2=Xb-Xb1 =Xb-Xt/2 =0.03 m =30 mm 时圆桩直径(cm)桩身挠
4、曲位移 Xb2 控制围护桩直径 dc）支撑系统断面确定：关键参数是冠梁宽度b 某大厦实测 Xt 详图Xt=f（支撑抗压刚度、冠梁跨度与抗弯刚度）对2层地下室一道顶撑取 q=0.5 MN/m 时)96(101234IlAllXt设 Xt=15mm=0.015m 时34)/1628800/(hALllb宽冠梁的厚 bh由桩顶位移 Xt 决定冠梁宽度 bL支撑长度，l冠梁跨度支撑构件设计的其它要点支撑构件设计的其它要点 1）当设置曲线形环撑时，冠梁不作为主要支撑构件，其断面确定原则与上述有所不同；2）跨越基坑的支撑杆件其正截面受弯配筋由竖向荷载（重力为主）控制。因为土压力水平荷载作用下往往只要求按构
5、造配筋；3）长对撑构件应注意由于非均匀开挖（加载）引起的平面内非对称侧向弯曲变形；实测变位（非均匀开挖）计算变位及内力（非均匀开挖）（厦大学报42卷1期“软土深基坑的开挖顺序、荷载分布与内支撑设计”）4）支承支撑构件的格构柱桩是结构安全体系中的最薄弱环节，其安装与施工质量尤应重视。1.4 1.4 挡土剖面设计挡土剖面设计（单支点支护结构）支点力计算嵌固深度计算整体稳定计算仿重力式支护结构整体稳定计算坑底隆起验算浅基基坑隆起计算模式先置桩对坑底土的约束1.5 应用弹性支点法分析围护桩内力与变形 （计算机分析含1.3、4的各项验算）支护类型支护类型 基坑侧壁重要性系数基坑侧壁重要性系数 混凝土强度
6、等级混凝土强度等级 桩顶面标高桩顶面标高(m)排桩排桩 1.10 C25 -2.20 基坑深度基坑深度(m)内侧水位内侧水位(m)外侧水位外侧水位(m)8.40 -8.70 -2.30 嵌固长度嵌固长度(m)桩直径桩直径(m)桩间距桩间距(m)8.00 0.80 1.20 土层号土层号 厚度厚度 重度重度 粘聚力粘聚力 内摩擦角内摩擦角 锚固体与土锚固体与土 水土水土 m (m)(kN/m3)(kPa)(度度)摩阻力摩阻力(kPa)合算合算(MN/m4)1 2.60 17.40 14.00 20.00 40.00 合算合算 7.40 2 10.00 15.50 10.00 12.00 40.0
7、0 合算合算 2.68 3 3.50 18.50 10.20 13.50 40.00 合算合算 3.32 4 50.00 17.90 32.70 14.50 40.00 合算合算 6.03 土层号土层号 厚度厚度 水压力折水压力折 主动土压力主动土压力 被动土压力被动土压力 (m)减系数减系数 修正系数修正系数 修正系数修正系数 1 2.60 1.00 1.00 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 超载序号超载序号 超载类型超载类型 超载值超载值(kPa)1 1 20.00 支锚道号支
8、锚道号 竖向间竖向间 水平间水平间 预加力预加力 支锚刚度支锚刚度 相对开挖相对开挖 入射角度入射角度 锚固体直锚固体直 距距(m)距距(m)(kN)(MN/m)深度深度(m)(度度)径径(mm)1 2.40 1.00 0.00 100.00 0.30 0.00 0计算方法计算方法 土压力模式土压力模式 坑内侧弯矩坑内侧弯矩 位置位置 坑外侧弯矩坑外侧弯矩 位置位置 剪力剪力 位置位置 (kN.m)(m)(kN.m)(m)(kN)(m)m 法法 矩形模式矩形模式 702.07 6.97 120.89 13.54 261.13 2.40 位移位移(mm)桩顶桩顶:-10.99 坑底坑底:-25.
9、26 最大最大:-26.22 位置位置(m):7.26 抗倾覆安全系数抗倾覆安全系数:0.863？整体稳定计算方法整体稳定计算方法:瑞典条分法瑞典条分法 整体稳定安全系数整体稳定安全系数:1.366 滑移面圆心座标滑移面圆心座标(m):x=1.100 y=-0.136 半径半径(m):R=16.301 1.6 1.6 支撑在水平荷载作用下的内力与变形支撑在水平荷载作用下的内力与变形 此类设计多采用与 建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）配套的、由北京理正研究所编制的专用软件进行分析。该软件能实现围护与支撑结构在空间全面协调变形条件下的计算，应用效果良好。以下摘引某支护结构设计中支撑构件
10、分析的成果（局部），项目包括：X向变形、y向变形；支撑构件弯矩、剪力、轴力；正截面配筋、斜截面配筋。冠梁层X向、y向变形冠梁层弯矩冠梁层剪力冠梁层轴力冠梁层纵筋冠梁层箍筋1.7 围护体系引起地面变形之讨论a)围护体系变形 围护构件的挠曲和支撑结构位移的叠加b)坑外土体自身沉降 导致坑底表面隆起c)施工原因 桩孔成孔中缩孔或流沙引起地面沉降a)b)c)1.8 1.8 基坑工程的渗流控制基坑工程的渗流控制（包括基坑止水或降水设计，井的降深与基坑降深）（各种支护结构的共同性问题）a）阻水与截渗“无限深厚”淤泥层不必采取阻水措施坑侧（含浅层）存在透水层设置阻水帷幕坑底之下埋藏透水层设深层截渗帷幕b）降
11、水与注水某大厦降水井点与回灌井点布置第一期基坑水位变化1-降水5d水位；2-降水15d水位；3-降水25d后水位（设计中应注意井中水位与基坑水位的差别，井中水位与井边水位的差别）第一期基坑降水水位变化过程1-基坑坑底；2-实测水位；3-计算预报水位；4-周边降水孔水位2 2 优化设计优化设计a）降低支撑位置由于减少挡土净高度，可以减少变形、配筋，对多层地下室还可以减少支撑道数。原理：围护桩实质上是承受水平荷载的竖向梁。在荷载与结构支承方式相同的条件下，梁的弯矩与跨度2次方成正比；变形与梁的4次方成正比。6 6 4 0 0396001 2 0 0800桩身详图桩身详图b b）同时增大桩距与桩的抗
12、弯刚度）同时增大桩距与桩的抗弯刚度1）采用加大桩距的技术可行性在第一讲对于软土流塑的分析已经阐明桩距可适当加大。目前已采用的最大桩净距软土中二层地下室为800mm，一层地下室为1000mm。2）采用异形断面加大刚度梁的变形与截面高度3次方成反比，所以图示卵圆（或长圆、椭圆）断面桩同比变形小。实践和理论均证明这一做法是经济合理的。园形 长园 卵园挠度 100 80 75 配筋 100 90（+）90（-）c c）采用大刚度支撑，减少桩顶变形）采用大刚度支撑，减少桩顶变形1）应用条件当采用直杆系支撑时，主要由冠梁决定桩顶位移，按受力特点，采用扁宽截面经济合理。2）证明：右示二种截面 面积相等时,即
13、A1=4a2=2b2=A2 I1=2I2；(a=b)刚度相等时，即I1=4a4/12=8b4/12=I2 1.4A1=A2即：采用扁宽梁可节约40%砼，同时可节约20%主筋。2d d）梁式配筋）梁式配筋1）采用异形断面加大刚度梁的变形与截面高度3次方成反比，所以图示卵圆（或长圆、椭圆）断面桩同比变形小。2）对梁式受力，图示配筋方式由于减少挡土侧受压钢筋与中和轴附近只配构造钢筋必然经济。类似抗压桩的周边均匀配筋实属浪费。卵圆桩与卵圆桩与梁式配筋梁式配筋e e）简化支撑系统，方便基坑开挖）简化支撑系统，方便基坑开挖（包括减少直杆系支撑道数和在适当的条件下采用圆环形支撑）包括减少直杆系支撑道数和在适
14、当的条件下采用圆环形支撑）简化支撑系统 便于机械开挖（注意流塑淤泥有一定强度）开挖结束 挖土机吊出基坑工程实例工程实例1 1福州华林大厦 厚软土层、二层地下室、开挖深度10m，一道顶支撑 基坑面积48.5 52.0m，准方形平面，四角支撑（19961997）工程实例工程实例2 2 泉州中国人民银行(金融)大厦 厚软土层、二层地下室、开挖深度9m，一道顶支撑 基坑面积50 64m，支撑适应复杂的边界条件（1996）环形支撑平面示例3 监控要点a)围护桩轴线放样应以结构外轮廓为参照（包括地下室外墙外边线和桩基承台外边线）b)清障是必须的c)围护桩钢筋笼方位d)挖孔桩的缩孔效应与坑外变形e)格构柱的
15、方位与插入的可靠性（可按格构柱位置调整支撑走向）f）支撑系统节点钢筋（尤其是箍筋）成型 g）基桩开挖注意问题1）起始开挖时刻支护与防渗系统的状况（强度等）（为缩短工序间隔时间可采用掺加早强剂等措施）2）工程桩的成品保护 由工程桩的形式、桩径与基坑的土层性质确定分层开挖的厚度与开挖面的宏观坡度。设置标记，并严格监控防止开挖机械损坏工程桩3）限制基坑周边堆载，防止支护系统超载4）及时检查发现并封堵周边地表裂缝，防止进水5）保护监测仪器，加速处理信息 h)及时浇设垫层与制作砖模 i)清理周边槽形空间（至两侧无附泥），先期浇注填槽砼j)设置替换支撑（多层地下室未填槽，先拆撑时采用）过车道长钢管砼撑及支座大样一般部位方木短撑恳望批评指正。谢谢各位
