最新地下建筑结构课件—第七章地下连续墙结构设计08精品课件

地下建筑结构课件—第七章地下连续墙结构设计08 基坑支护结构方案及选择支护结构类型及其适用范围结构形式适用范围排桩结构稀疏排桩土质较好，地下水位低或降水效果好连续排桩土质差，地下水位高或降水效果差框架式排桩单排桩刚度不能满足变形要求组合排桩结构排桩加挡板排桩桩距较大，利用挡板传递土压并有一定防渗作用排桩加水泥搅拌桩以水泥搅拌桩互搭组成平面拱代替挡板传递土压力，具有较好防涌效果排桩加水泥防渗墙地下水位较高的软土地区排桩或组合排桩加锚杆结构开挖深度较大，排桩或组合排桩结构强度无法满足要求地下连续墙结构与地下室墙体合一，防渗性强，施工场地较小，开挖深度大沉井结构软土地区重力式挡土墙结构具有一定施工空间，软土地区地铁车站基坑国际金融中心大厦基坑 既可用作临时性措施也可用作永久性结构，故适用场合较广泛。建筑物的地下墙和其它构筑物；盾构出入洞、地铁车站、地铁隧道；深基础；地下停车场、地下街道；污水处理场，净水场、泵房；市政隧道，各种涵管；防护墙、水坝的防渗墙；岸壁、护岸、码头加固；船坞、船闸；地下油罐；桥梁基础；原子能电站等。(一）处于软弱地基的深大基坑，周围又有密集的建筑群或重要的地下管线，对基坑工程周围地面沉降和位移值有严格限制的地下工程。（二）既作为土方开挖时的临时围护结构，又可用作主体结构一部分的地下工程。（三）地下连续墙同时作为挡土结构、地下室外墙、地面高层房屋基础的工程。适用场合 1)如何在各种复杂地基中实现符合设计要求(如几何尺寸、偏斜度等)的槽孔开挖?2)如何保证在开挖和回填过程中的槽孔稳定?3)如何用适宜的材料回填到槽孔中，形成一道连续的、不透水的并能承受各种荷载的墙体来?4)如何解决各个墙段之间的接缝连接问题?地下连续墙的技术要点 第二节结构设计概述一、关于水土压力问题二、地下连续墙施工阶段静力计算理论三、地下连续墙计算理论及方法up 概述地下连续墙的受力特点结构体系的破坏形式结构体系的破坏形式地下连续墙结构设计计算的主要内容up 施工阶段和使用阶段几种典型的工作状态：槽段土方开挖阶段槽段侧壁的稳定性地下连续墙浇筑形成开挖前的受力状态基坑第一层开挖悬臂受力状态、地面侧向位移基坑土方开挖阶段墙的结构强度、基坑稳定及变形量基坑土方工程结束基坑底部隆起、基坑整体失稳工程竣工水土压力和上部地面建筑的垂直载荷共同作用下的强度和变形地下连续墙的受力特点 稳定性破坏整体失稳基坑底隆起管涌及流沙强度破坏支撑强度不足或压屈墙体强度不足变形过大杭州地铁一号线湘湖站事故结构体系的破坏形式管涌坑底隆起 基坑验算：以整体稳定性验算为例以墙体内侧1m，墙上1m处为初始计算圆心以墙角外侧为半径画弧采用瑞典条分法计算变换圆心位置，找到最危险的滑动面。如不安全，调整墙深，直至满足要求。通常，在深基坑工程中，对于两道及以上支撑的情况，可不考虑。 (1)确定在施工过程和使用阶段各工况的荷载，即作用于连续墙的土压力、水压力以及上部传来的垂直荷载。(2)确定地下连续墙所需的入土深度（0.7～1.0H），以满足抗管涌、抗隆起，防基坑整体失稳破坏以及满足地基承载力的需要。(3)验算开挖槽段的槽壁稳定，必要时重新调整槽段长、宽、深度的尺寸。(4)地下连续墙结构体系(包括墙体和支撑)的内力分析和变形验算。(5)地下连续墙结构的截面设计，包括墙体和支撑的厚度、配筋设计或截面强度验算、接头的联结强度验算和构造处理。(6)估算基坑施工对周围环境影响的程度，包括连续墙的墙顶位移和墙后地面沉降值的大小和范围。地下连续墙结构设计计算的主要内容up 一、关于水土压力问题（一）主动侧的土压力（二）被动侧的土压力（三）水压力分层、分区、分块、对称、平衡、限时、及时支撑up 1．主动土压力理论朗金土压力公式2．假定图式法理论3．静止土压力理论4．土压力随墙体变形而变化的理论（一）主动侧的土压力 1．主动土压力理论（郎金土压力）我国多采用此理论 2．假定图式法理论——国外砂土粘土 不同土层有不同的侧压力系数3．静止土压力理论 4．土压力随墙体变形而变化的理论由于施工条件的复杂性，土压力随墙体变形产生变化back （二）被动侧土压力（郎金土压力）我国多采用此理论back 全部静水压力，在我国的一般地下工程中均这样采用。采用开水式或闭水式结构（看墙体是否有渗流？）。采用开水式时，不考虑水压力，例如板桩式挡土结构；采用闭水式时，若为粘土地层，不考虑水压力；若为砂土地层，则对钢板桩不考虑水压力，对地下墙要考虑水压力。（三）水压力 根据工程经验，地下连续墙如图深度比依据地质条件不同一般取为0.7～1.0.板桩的稳定平衡状态板桩底端为自由的稳定状态板桩底端为嵌固的稳定状态悬臂式板桩有撑或锚二、地下连续墙施工阶段静力计算理论up 板桩底端为自由的稳定状态入土深度较小时出现支撑点为不动点back 当板桩的入土深度较大或底端打入较硬的地层悬臂式板桩板桩底端为嵌固的稳定状态back 板桩底端为嵌固的稳定状态有撑或锚时，变形曲线有一转弯点Q弹性曲线法：假定D，求出板桩变位曲线，直至满足T点处变位为零。back 地下连续墙的计算方法土压力？墙体变形？支撑变形？ （一）较古典的计算方法(土压力已知，不考虑墙体和支撑变形）1.1假想梁法1.2二分之一分割法1.3泰沙基法（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法2.1山肩邦男法的精确解2.2山肩邦男法的近似解2.3国内常用的计算方法2.4弹性法（三）横撑轴向力、墙体弯矩变化的计算方法（四）共同变形理论三、地下连续墙计算理论及方法back 假想铰（Q点）出现的位置假定。1.1假想梁法Q 假想铰法计算结果分析等间距布置和等弯矩布置？ 假定每一横撑所承受的是跨中到跨中的那部分水、土压力，免去了超静定结构计算的繁复性。1.2二分之一分割法 假定墙体在横撑支点以及开挖底面处形成塑性铰，可以传递一定的弯矩。墙体弯矩均为正弯矩，与墙体刚度无关！1.3泰沙基法back 实测现象：下道撑设置后，上道撑轴向压力随开挖过程变化很小；墙体变位大部分是在下道撑设置前产生的；墙体弯矩的大部分是下道撑设置前残留下来的；（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法考虑墙体的变形 （二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法2.1山肩邦男法的精确解2.2山肩邦男法的近似解2.3国内常用的计算方法2.4弹性法back 基本假定：（1）在粘土地层中，墙体作为无限长的弹性体；（2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形（已抵消开挖面一侧的静止土压力）；（3）开挖面以下土的横向抵抗反力分为两个区域；达到被动土压力的塑性区，高度为l，以及反力与墙体变形成直接关系的弹性区；（4）横撑设置后，即作为不动支点；（5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道横撑点以上的板桩仍然保持原来的位置。将剖面图分为K道支撑到开挖面、开挖面下塑性区和弹性区，建立弹性微分方程求解，解五次函数，运算复杂！2.1山肩邦男法（精确解）back 2.2山肩邦男法（近似解法）基本假定：2、4、5同精确解（1）在粘土地层中，墙体作为底端自由的有限长的弹性体；（3）开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力（需减去静止土压力）（6）开挖面以下板桩弯矩为0的那点，假想为一个铰，而且忽略铰下的墙体对上面墙体的剪力传递。 解题的步骤？P1552.2山肩邦男法（近似解法）墙背土压2上部支撑轴力支撑轴力墙背土压1墙内土压1墙内土压2back 2.3国内常用的计算方法 将两式合并2.3国内常用的计算方法 求出例题：计算单支撑 求出例题：计算双支撑可得到双支撑的弯矩图 同理继续计算，可得四道支撑的支撑轴力和弯矩例题：计算结果 例题中：开挖深度如何取值？计算过程中，开挖面设定在下道支撑位置处！ 例题中：如何获得各计算参数？ω、v参照p156例题，地层条件见P151约定η、α、β？水土分算还是水土合算?上海市基坑工程设计规程（DBJ08-61-97）对于上海基坑挡墙计算宜按水土分算 例题中地面超载如何考虑？两种途径：1.公式重新推导，加入因超载而增加的侧向主动土压力；2.假设土层厚度增加q/γ。back 基本假设墙体作无限长的弹性体；已知水、土压力，并假定为三角形分布；开挖面以下作用在墙体上的土抗力，假定与墙体的变位成正比例；文克尔假定横撑（楼板）设置后，即把横撑支点作为不动支点；下道横撑设置以后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，其上部的墙体也保持以前的变位。三段论：已支撑段、待支撑段、开挖面下2.4弹性法（日本规范法）日本假设同济假设 在第K道横撑到开挖面的区间2.4弹性法：公式推导（同济假设）墙背土压支撑力墙体变位 在开挖面以下的弹性区间2.4弹性法：公式推导墙内土压地层抗力墙体变位 2.4弹性法：开挖面下的通解当x→∞时，在开挖面以下的弹性区间 连续条件2.4弹性法：待定系数的求解 弹性曲线的最终形式2.4弹性法：弹性曲线的最终形式 弹性曲线的最终形式2.4弹性法：弹性曲线的最终形式 弹性法的计算步骤：a）第一次开挖时，第一道横撑支点作为不动，求第一道横撑的轴向压力N1以及第二道横撑预定位置的变位δ2；b）第二次开挖时，把N1、δ2作为定值，求第二道横撑的轴压力N2，以及第三道横撑预定位置的变位δ3；c）第三次开挖时，把N1、N2及δ3作为定值，求第三道横撑的轴向力N4，以及求第四道横撑预定位置的变位δ4。以下即重复计算。2.4弹性法：弹性法的计算步骤：back 该法基本点是：考虑支撑的弹性变位，图中弹簧表示支撑；主动侧的土压力可用实测资料，假设为坐标的二次函数；入土部分为已达到朗金被动土压力的塑性区及土抗力与墙体变位成正比的弹性区；墙体作为有限长，前端支撑可以是自由、铰结、固定。（三）横撑轴向力，墙体弯矩随之变化的计算方法 弹性曲线方程的建立①区间：②区间：开挖面以下主动土压力为定值③区间根据0、A、B点条件，求出y1、y2、y3，使用计算机完成（三）横撑轴向力，墙体弯矩随之变化的计算方法back 土压力随墙体变形而变化考虑墙体的变形考虑支撑的变形（四）共同变形理论简介（自学）back森重龙马法有限元法 接头类型施工接头是浇筑地下连续墙时连接两相邻单元墙间的接头；结构接头已竣工的地下连续墙墙体与地下结构物其它构件（梁、柱、楼板等）相连的接头。第三节地下连续墙接头设计施工接头1．直接连接构成接头2.使用接头管（也称锁口管）建成接头3．使用接头箱建成的接头4．用隔板建成的接头5．用预制构件建成的接头结构接头1．直接连接成的接头2．间接连接成的接头 （一）施工接头1．直接连接构成接头第三节地下连续墙接头设计 （一）施工接头2.使用接头管（也称锁口管）建成接头第三节地下连续墙接头设计 （一）施工接头3．使用接头箱建成的接头第三节地下连续墙接头设计 （一）施工接头4．用隔板建成的接头第三节地下连续墙接头设计 （一）施工接头5．用预制构件建成的接头第三节地下连续墙接头设计 （二）结构接头1．直接连接成的接头2．间接连接成的接头第三节地下连续墙接头设计 二、地下连续墙接头试验研究（自学）同济大学的试验方案介绍1．试件种类和型式2．试件制作方法3．试验方法及内容4．搭接钢筋型接头极限剪力的经验公式5．钢板型接头极限剪力的经验公式实测值与计算比较第三节地下连续墙接头设计 结束语谢谢大家聆听！！！67