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各位同学好

今天我们来学习本章第三节

支护结构设计

本节内容涵盖了三个部分

板桩墙围护设计 基坑止水

降水 土钉支护设计

首先让我们来了解板桩围护的验算

计算内容包括以下几个部分

1土压力计算

2板桩插入深度计算 3桩身内力计算

4支撑内力计算 5基坑整体稳定性验算

板桩土压力的计算应区分

主动土压力与被动土压力

计算公式如下所示

其中φ（斐）值根据土体不同的

饱和度取值也从20°到45°不等

我们通过一个例题来讲解

图中为自重应力沿深度的分布

水位以上部分由土的天然容重乘以高度

水位以下部分则采用土的有效容重

而在不透水的硬粘土隔水层顶板处

则需叠加上部水压力

下面我们再来看一个悬臂式板桩的计算案例

待求变量为插入深度t

受力分析如图所示

挡土墙在墙后土体的推动下发生内倾

为简化计算

取旋转点以上的部分进行分析

通过主动土压力与

被动土压力在旋转点的力矩平衡

可求出t值

此时t值为极限平衡状态对应的计算值

设计值应增加10%~20%作为设计埋深

围护结构截面尺寸设计

则根据最大弯矩大小及位置来确定

下面我们通过一个例题来理解上述概念

条件如图所示

题目要求计算图中悬臂式板桩墙所需

最小埋置深度t及桩身最大弯矩值

当内摩擦角φ（斐）为30°时

朗肯主动土压力系数Ka与朗肯

被动土压力系数Kp分别为0.333和3

将其代入土压力计算公式

根据b点力矩平衡方程

即可求得最小埋置深度t为2.76m

实际的入土深度增加20%

可求得板桩埋深的设计值

最大弯矩位置t0及其大小

可以从剪力为0 的位置根据土压力的平衡计算得到

下面请同学们看另一个例题

条件如图所示

要求计算图中所示的板桩墙入土深度t

及桩身最大弯矩值

深度t处的主动土压力

和被动土压力的表达式根据朗肯土压力理论得到

我们可以认为

在支撑作用点处土压力产生的弯矩为0

根据支撑作用点处主被动土压力的

弯矩平衡条件可求得入土深度t=5.5m

支撑的轴力T则可根据受力平衡条件求得

最大弯矩计算方法与前面的例题类似

这里就不赘述了

接下来我们学习坑底抗隆起稳定性验算

坑底抗隆起需综合考虑基坑外的荷载与开挖

支护深度这几个因素

稳定性公式如下所示

其中Nq Nc Nγ为地基承载力系数

在介绍坑底抗渗流稳定性验算之前

我们先来了解流土或者流沙的定义

在向上的渗流力作用下

土粒间有效应力为零 土颗粒群发生悬浮

移动的现象称为流沙现象或者流土现象

抗渗流验算在于权衡土颗粒的有效应力与渗流力

当坑底上部为不透水层

坑底下部某深度处有承压水层时

我们还需要对突涌稳定性进行验算

在地下水丰富地区

排桩支护结构还需要设置止水帷幕

止水帷幕是用于阻止

基坑侧壁地下水流入基坑的连续的止水体

常见的止水帷幕包括水泥搅拌桩

高压旋喷桩 咬合桩 连续水泥墙等等

这里我们介绍一种新型的止水帷幕工艺

CSM工法

此工艺源于双轮切铣技术

是结合现有液压铣槽机

和深层搅拌技术优点的施工新技术

与其他深层搅拌工艺比较

CSM工法对地层的适应性更高

可以切削坚硬的地层

CSM工法可紧邻已有的建构筑物施工

实现零间隙施工

接下来我们了解一下基坑的降水

我们知道

当地下水位高于开挖基坑底面时

地下水会不断渗入坑内

为保证基坑施工环境干燥

防止基坑结构失效

需要进行基坑降水

接下来我们简要介绍一下

常用的基坑降水方法

明沟结合集水井降水是一种人工排降法

它主要用于排除地下潜水 施工用水和雨水

轻型井点降水适用于基坑面积不大

降低水位不深的工程

而喷射井点系统有更大的降水能力

降水范围在8～20米范围

电渗井点适用于渗透系数小的细颗粒土

如粘土 亚粘土 淤泥和淤泥质粘土等

管井井点适用于渗透系数大

地下水丰富的地层

以及轻型井点不易解决的情况

一般用于潜水层降水

深井井点降水是基坑支护中应用较多的降水方法

其优点为排水量大 降水深度大 降水范围大等

适用于渗透系数很大且透水层厚度大的土层

接下来我们来学习土钉支护结构设计

土钉支护结构设计包括土钉的

长度、直径 间距 倾角以及保护面层的厚度等等

土钉的功能发挥有以下特点

1沿着支护高度不同的土钉内力相差较大

一般为中部大 上部和下部小

2顶部土钉可有效限制支护结构水平的位移

3底部土钉对抵抗基础滑动

倾斜或着失稳有重要的作用

4支护结构临近极限状态时

底部土钉的作用会明显加强

根据经验

非饱和土中土钉长度取0.6~1.2倍开挖深度

饱和土中取土钉长度>1.0倍开挖深度

土钉的水平间距和垂直间距一般宜为 1.2~2.0m

土钉的垂直间距依土层及计算确定

且与开挖深度相对应

土钉上下插筋交错排列

遇局部软弱土层间距可小于1.0m

土钉倾角在0°~20°之间 倾角越小

支护的变形越小 但注浆质量较难控制

倾角大则有利于土钉插入下层较好的土层

注浆质量也易于保证

另外

土钉受到的摩擦力与潜在滑裂面

在土钉中产生拉力两者的比值

应该满足安全系数的要求

同时还应满足土钉材料的强度

保证内外土钉体抗拔能力

同学们

本节课我们主要介绍了

内支撑围护结构的设计方法

基坑降水的方法

以及土钉支护结构设计方法

本章内容到此结束

谢谢