锁扣钢管桩基坑支护稳定性验算_程兵
某钢板桩支护基坑结构稳定性验算
月下
住 宅与 房 地产
施 工 技术
某 钢板桩 支 护 基 坑结构 稳 定 性验 算
刘 二强
广 东 省 交通规划设计研 究 院 股 份 有 限 公 司
:
, , , ,
广东 广州
。
5 10 50 7 )
。
随 着 近 多年 来城 市 化 建设 的 快 速 发 展 地 下 空 间 越 来 越 被 重 视 各 类 基 坑 在 许 多城市 中频 繁 涌 现 其中地 下 管 线 的 新 建 摘 要 与 迁 改 工 程 需 要 安 全 快 速 的 施 工 基 坑 本 身 的 稳 定 性 是 设 计 与施 工 的 一 个 重 要 指 标 本 文 针 对 钢 板 桩 支护 结 构 设 计 方 案 以 深 圳 市 某 明 挖 基 坑 为 工 程 背 景进 行 验算 主 要 内容 包 含排 桩 及 围护 结 构 稳 定 性 为 今 后 类 似 工 程 的 设 计 及 咨 询 提 供 参 考 关键词 钢 板 桩 ; 基 坑 支护 ; 稳 定 性 验 算 一 一 一 中 图 分 拳号 TU 7 4 女献 标 志 码 A 女童编号 1 0 0 6 6 0 1 2 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 1 6 6 0 2
,
。 、
,
、
,
、
、
计 算 结 构 开挖 阶 段 各 工 况 的 内 力组 合 最终 的位 移 及 内 力值应 是 各 阶 段之 包络 值 作 用 于 桩墙 后 的 侧 向 水 土 压 力在坑 底 以 上 按 朗肯 主 动 土 压 力来 考虑 开挖 面 以 下 按 矩 形分 布 大 小 等 于 开挖 面处 的 朗肯 主 动 土 压 力 作 用 于 桩 墙开 挖面 以下 的侧 压 力 按 m 法来 考虑 坑 内开 挖面 以上 的支 撑 点 以 弹性 支座 来模 拟
基坑稳定性分析
基坑稳定性分析之抗隆起验算在基坑开挖时，由丁坑内土体挖出后，使地基的应力场和变形场发生变化，可能导致地基的失稳，例如地基的滑坡、坑底隆起及涌砂等。
所以在进行支护设计(包括排桩支护与地下连续墙支护等)时，需要验算基坑稳定性，必要时应采取一定的防范措施使地基的稳定性具有一定的安全度。
在基础施工过程中基坑有时会失去稳定而发生破坏，这种破坏可能是缓慢的发生，也可能是突然的发生。
这种现象有的有明显的触发因素，诸如振动、暴雨、外荷或其它的人为因素；有的却没有这些触发因素，则主要是由丁设计时安全度不够或施工不当造成的。
基坑的稳定性验算主要包括边坡的稳定性验算、基坑的抗渗流验算、基坑抗承压水验算和基坑抗隆起验算。
由丁地基的隆起常常是发生在深厚软土层中，当开挖深度较大时，则作用在坑外侧的坑底水平面上的荷载相应增大，此时需要验算坑底软土的承载力，如果承载力不足将导致坑底土的隆起。
对丁坑底土抗隆起稳定验算的方法很多，下面介绍四种方法。
1. 太沙基一派克方法太沙基研究了坑底的稳定条件，设粘土的内磨擦角。
=0,滑动面为圆筒面与平面组成，如图1所示。
太沙基认为，对丁基坑底部的水平■断面来说，基坑两侧的土就如作用在该断面上的均布荷载，这个荷载有趋向坑底发生隆起的现象。
当考虑dd1面上的凝聚力c后，cldl面上的全荷载P为：P =-B rH -cH (1-1)2式中r一土的湿容重；B 一基坑宽度；c 一土的内聚力；H 一基坑开挖深度。
其荷载强度P r为：、- 2 〃P r =rH - ——cH (1-2) B太沙基认为，若荷载强度超过地基的极限承载力就会产生基坑隆起。
以粘聚 力c 表达的粘土地基极限承载力q d 为：q d =5.7c (1-3)则隆起的安全系数K 为：太沙基建议K 不小丁 1.5。
图1抗隆起计算的太沙基和派克法太沙基和派克的方法适用丁一般的基坑开挖过程，这种方法没有考虑刚度很 大且有一定的插入深度的地下墙对丁抗隆起的有利作用。
基坑稳定性验算(2020年整理).pdf
第4章基坑的稳定性验算4.1概述在基坑开挖时，由于坑内土体挖出后，使地基的应力场和变形场发生变化，可能导致地基的失稳，例如地基的滑坡、坑底隆起及涌砂等。
所以在进行支护设计时，需要验算基坑稳定性，必要时应采取适当的加强防范措施，使地基的稳定性具有一定的安全度。
4.2 验算内容对有支护的基坑全面地进行基坑稳定性分析和验算，是基坑工程设计的重要环节之一。
目前，对基坑稳定性验算主要有如下内容：①基坑整体稳定性验算②基坑的抗隆起稳定验算③基坑底抗渗流稳定性验算4.3 验算方法及计算过程4.3.1基坑的整体抗滑稳定性验算根据《简明深基坑工程设计施工手册》采用圆弧滑动面验算板式支护结构和地基的整体稳定抗滑动稳定性时，应注意支护结构一般有内支撑或外拉锚杆结构、墙面垂直的特点。
不同于边坡稳定验算的圆弧滑动，滑动面的圆心一般在挡墙上方，基坑内侧附近。
通过试算确定最危险的滑动面和最小安全系数。
考虑内支撑或者锚拉力的作用时，通常不会发生整体稳定破坏，因此，对支护结构，当设置外拉锚杆时可不做基坑的整体抗滑移稳定性验算。
4.3.3基坑抗隆起稳定性验算图4.1 基坑抗隆起稳定性验算计算简图采用同时考虑c 、φ的计算方法验算抗隆起稳定性。
()qD H cN DN K c q s +++=12γγ 式中 D —— 墙体插入深度；H —— 基坑开挖深度；q —— 地面超载；1γ—— 坑外地表至墙底，各土层天然重度的加强平均值； 2γ—— 坑内开挖面以下至墙底，各土层天然重度的加强平均值； q N 、c N —— 地基极限承载力的计算系数；c 、ϕ—— 为墙体底端的土体参数值；用普郎特尔公式，q N 、c N 分别为：ϕπϕtan 2245tan e N q ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=︒ ()ϕtan 11−=q c N N 其中 D=2.22m q=10kpa H=7m ϕ= 240 4.1879.29.1821.181.2181=⨯+⨯+⨯=γ 5.1817.03.183.09.182=⨯+⨯=γ 6.9)22445(tan 24tan 14.302=+=⨯e Nq 32.1924tan 1)16.9(tan 1)1(0=−=−=ϕNq Nc 则 Ks=(18.5×2.22×9.6+10×19.32)/18.4(7+2.22)+10=3.27>1.2 符合要求4.3.4抗渗流（或管涌）稳定性验算（1）概述根据《建筑基坑工程设计计算与施工》 在地下水丰富、渗流系数较大（渗透系数s cm /106−≥）的地区进行支护开挖时，通常需要在基坑内降水。
7-7 地基基础的稳定性验算
滑动稳定安全系数K 是指滑动面上诸力对滑动圆弧的圆心所产生的抗滑力矩和滑动力矩之比值，要求K 不小于1.2，即六、地基基础的稳定性验算
2.1≥=滑动力矩
抗滑力矩K 通常最危险滑动面假定为圆弧面，若考虑深层滑动时，滑动面可为软弱土层界面，即为平面，此时K 应大于1.3。
地基基础稳定性失效模式——发生整体滑动破坏。
验算对象——经常受水平荷载作用的高层建筑物和高耸结构物
以及建在斜坡上的建筑物。
稳定计算方法——
采用圆弧滑动法。
()cos sin R
i i i i i Q s Q i i
M W tg c l K M M M W αϕα∑+==++∑∑∑∑∑
* 建造在斜坡上建筑物的地基稳定问题
对于建筑物基础较小的情况，通过对地基中附加应力的分析，给出了保证其稳定的限定范围。
基础水平位置控制要求（土坡自身稳定状态）位于稳定土坡坡顶上的建筑物，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m 时，其基础底面外边缘线到坡顶的水平距离a 可按下式计算，但不得小于2.5m 。
βtg 5.3d b a -≥β
tg 5.2d b a -≥条形基础
矩形基础当坡角大于45°，坡高大于8m
时，应进行土坡稳定验算。
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较宽大的基础建造在斜坡上的地基稳定问题，理论计算比较复杂，难以求解，尚在研究中。
若基础宽度b大于3m，a值不满足上面二式要求时，可根据基底平均压力，按圆弧法进行土坡稳定计算，用以确定基础的埋深和基础距坡顶边缘的距离。
深基坑桩锚支护设计演算及稳定性分析
3. 现场监测分析
3.1 监测方案
基坑工程开挖
面 积 较 大， 周 边 环
境 复 杂， 存 在 多 条
管 线， 对 基 坑 稳 定
及变形量控制要求
严 格。 施 工 期 间 对 基坑影响范围内进
图 5 基坑监测布置图
行实施监测，最大限度地规避风险，降低工程经济和工期
损失，为基坑周边建构筑物提供安全保障服务 [4]，基坑监
生在桩顶下部一定距离处。
（2）桩锚杆轴力分析
锚杆内力监测点设置在受力较大且有代表性的位置，
第二排锚杆的轴力
随时间的变化情况
如图 7 所示。
锚杆的轴力变
化通常会经历三个
阶 段， 即 先 下 降、
后 上 升、 最 终 达 到 稳 定 状 态。 下 降 阶
图 7 锚杆轴力变化图
段 ：由于存在锚杆产生变形、土体结构变化及锚具等方面
20.1
19.00 25.00
3 砂质粉土 2.4
19.0
28.00 20.00
4 粉土 0.8
20.1
19.00 28.00
5 黏性土 0.9
18.8
28.00 20.00
6 细中砂 1.5
20.0
0.00 15.00
7 黏性土 3.6
18.4
30.00 25.00
8 细中砂 2.2
20.0
0.00 38.00
失稳，发生坍塌事故。因此，在施工过程中要
确保支护强度，降低对周围环境的影响。勘测
地区各层土的物理力学性质指标如表 1 所示。
表 1 各层土体物理力学参数指标
层 号
名称
厚度 重度 粘聚力 内摩擦角 （m）（KN/m3） （KPa） (° )
建筑基坑支护技术规程学习之排桩稳定性验算
, .
;. . 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）学习
1、稳定性验算分析
本次规范编写特地将稳定性验算提取出来并单独成节，个人认为其重点在于提出“稳定性控制”这一概念。
所谓稳定性就是指支护结构保持静力的平衡。
稳定性验算就是分析基坑周围土体或土体与围护体系一起保持稳定性的能力。
在老规范中，虽没有专门将“稳定性验算”单独列出，但并不代表不包括“稳定性验算”的内容，老规范的稳定性验算是暗含在挡土构件嵌固深度的计算里的，直接通过计算嵌固深度来控制基坑稳定性。
但这缺失了“稳定性验算”的概念，也不利于设计人员更加合理地理解各种支护形式的特点。
原因在于，各种支护形式所需稳定性验算的内容与其可能的破坏形式是息息相关的，而基坑可能的破坏形式在一定程度上揭示了基坑的失稳形式和破坏机理。
因此，深入挖掘各种支护形式所需稳定性验算的异同，能够帮助我们更加清醒地认识各种支护形式的失稳形式和破坏机理。
有基于此，将规范4.2节排桩支护形式稳定性验算汇总并简单分析，具体如下表所示：
符合以最下层支点为转动中心的圆弧滑动稳定性的要求，这种方法又称为小圆弧滑动验算。
这种验算稳定性的方法是我国软土地区习惯采用的方法，特别是上海地区，在这方面积累了大量的工程经验。
建筑基坑稳定性验算
建筑基坑稳定性验算1 一般规定1.1 本章适用于桩、墙式围护结构的基坑，稳定性验算应包括如下内容：1 支护桩稳定入土深度；2 基坑底隆起稳定性；3 坑底渗流稳定性；4 基坑边坡整体稳定性。
1.2 土的抗剪强度指标应根据土质条件和工程实际情况确定，并与稳定性分析时所选用的抗力分项系数取值配套。
本章所规定的各项稳定性验算，土的强度指标均应按固结快剪强度指标选用，并应考虑如下因素对土强度指标影响：1 软土地区基坑稳定性分析时应考虑因基坑暴露时间对土体强度的影响。
2 开挖面积很大、或基坑长度很大的基坑，应考虑土的强度指标沿基坑周边分布的差异。
3灵敏度较高的土，基坑临近有交通频繁的道路或其他振动源时，对6m深度范围内的饱和粘性土，计算采用土的强度指标宜适当进行折减，强度折减系数可取0.6～1.0，当振动荷载大、土灵敏度高、振动荷载频率1Hz~2Hz时，折减系数取低值。
4 应考虑打桩、地基处理的挤土效应等施工扰动原因对土强度指标造成降低的不利影响。
5对欠固结土，宜通过现场实测土体的不排水强度进行稳定分析。
6 验算基坑稳定时，对于开挖区，有条件时宜采用卸荷条件下进行试验的抗剪强度指标。
1.3 对基坑面积较大、基坑影响范围内土层分布不均匀的基坑，应根据基坑各边的土层分布条件进行稳定计算，1.4 对于基坑的整体稳定计算，按平面问题考虑，并采用圆弧滑动面计算。
有软土夹层、倾斜基岩面等情况时，宜用非圆弧滑动面计算。
按总应力法计算。
1.5 对不同情况（如不同设计状况，不同验算方法及不同土性指标）2 支护结构稳定入土深度的验算支护结构的稳定入土深度采用极限平衡法计算确定。
作用在支护结构上的土压力分布为：基坑外侧一般可采用主动土压力，基坑开挖侧以下取被动土压力。
当入土深度较大时，在反弯点至支护结构底端段可考虑反弯点下土的约束作用。
3 基坑底抗隆起稳定性验算3.1 基坑坑底抗隆起稳定性验算应按如下方法计算：1 当基坑底为均质软土时且提供其十字板强度时，应按以下两种条件验算坑底土涌起稳定性。
深基坑桩锚支护结构稳定性计算与分析
中图分类号:ＴＵ７５３
文献标识码:Ａ
桩锚支护技术最先应用于矿山巷道中 [１￣３] ꎬ１９１１ 年ꎬ桩
锚支护技术在美国的 Ｆｒｉｅｄｅｎｓ 煤矿巷道顶板施工中首次被
应用 [４] ꎬ而锚杆支护技术于 １９１８ 年传入我国并应用于西安
矿山 [５] 建设中ꎮ 由于当时经济实力落后ꎬ该技术推广到高
间的同时ꎬ伴随着基坑开挖深度的加深ꎬ开挖难度不断增
加ꎬ加之基坑周围环境的复杂性 [１１ꎬ１２] ꎬ对深基坑支护技术的
要求也越来越高ꎬ给岩土工程的发展带来了诸多挑战ꎬ值得
进行深入而有效的探讨ꎮ
１ 工程概况
２ 深基坑支护方案
２. １ 深基坑支护特点
１) 区域性ꎮ ２) 综合性ꎮ ３) 时空效应ꎮ
２. ２ 基坑支护方式
混合花岗岩ꎻ⑦中等风化混合花岗岩ꎮ
３ 稳定性计算与分析
３. １ 支护参数
１. １ 工程地质条件
１. ２ 地下水概况
第一层为上层滞水ꎬ来自地表水和降雨水的泄露ꎬ分布
于杂填土与粉质黏土中ꎮ 第二层为承压水ꎬ来源于流动的
地下水ꎬ分布于粉土中ꎮ 第三层为基岩裂隙水ꎬ分布于混合
花岗岩中ꎮ
本工程开挖深度约为地平面下深 １４ ｍꎬ安全等级为一
深基坑桩锚支护结构稳定性计算与分析
李玉潇 蔡 婧
( 安徽理工大学土木建筑学院ꎬ安徽 淮南 ２３２００１)
摘 要:以安徽某工程为实例ꎬ根据基坑的地质环境和水文情况ꎬ选用合理的桩锚支护方案ꎬ并应用理正软件对深基坑桩锚支护结
构的整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起稳定性进行了验算ꎬ以保证在开挖基坑时能够安全进行ꎮ
( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬ Ｊｉｓｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｚｈａｎｇｊｉａｊｉｅ ４２７０００ꎬ Ｃｈｉｎａ)
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〔参考文献〕
[ 1] 江正荣.建筑地 基与基础 施工手册(第 2 版)[ M] .北京 :中国 建 筑工业出版社 , 2005 .
[ 2] JG J 120 -99 , 建筑基坑支护技术规程[ S] . [ 3] 郭传创, 张翠 琴 , 关 群 , 等 .深基 坑支 护结构 变形 实例 与分 析
1 .内撑 ———
2 .内撑 ———
3 整体稳定验算
采用 Bishop 法计算[ 7] , 采用总应力法判别应力 状态 , 条分法中的土条宽度为 0 .40 m 。
滑裂面数据 :整体稳定安全系数 K s =1 .995 ;圆 弧半径 R =27 .368 m ;圆心坐 标 x = -2 .066 , Y = 15 .217 。 锁 扣 钢 管 桩 围 堰整 体 稳 定 验 算 , 如 图 2 所示 。
程与建设 , 2009 , 23(6):851 -852 .
《工程与建设》 2010 年第 24 卷第 2 期 2 49
地基与基础 D I J IY U J I CH U
程 兵 , 等 :锁扣钢管桩基坑支护稳定性验算 足规范要求[ 8] 。
序号 1 2
表 5 工况 4 内力表
支锚类型 内撑 内撑
材料抗力 710 .000 710 .000
k N/ m 锚固力
图 1 锁扣钢管桩结构形式示意图
2 结构验算工况
根据基坑 开 挖 进 度 , 本 结 构 验算 共 分 5 种 工 况[ 6] , 具体工况信息如表 1 所列 。
工况号 1 2 3 4 5
表 1 工况信息表
工况类型
深度/ m
开挖
3 .000
加撑
———
开挖
6 .000
加撑
———
开挖
10.000
支锚道号 ———
建设 , 2009 , 23(3):307 -308 . [ 6] 江 正 荣 .建 筑 施工 计 算 手 册[ M ] .北 京 :中 国 建 筑 工 业 出 版
社 , 2007 . [ 7] 谢建民.施工现 场设施安 全设计计 算手册[ M] .北京 :中国建 筑
工业出版社 , 2007 . [ 8] JG J 94 -2008 , 建筑桩基技术规范[ S] . [ 9] 章 征.浅滩区深开 挖低桩承 台基坑开 挖支护工 艺论证[ J] .工
序号 1 2
表 6 工况 5 内力表
支锚类型
材料抗力
内撑 内撑
710 .000 710 .000
k N/ m 锚固力
-
4 结束语
锁扣钢管桩围堰作为一种新的支护 、围水结构 , 兼得钢板桩围堰的施工方便 、结构简单 、可回收利用 的优点和双壁钢围堰刚度大 、能减少内支撑层数 、便 于取土 的优 点 , 适 合用 于 浅滩 区 深基 坑 开 挖的 支 护[ 9] 。 经过结构受力及稳定性验算 , 该方案满足相关 规范要求 。在该桥索塔承台施工中的成功应用 , 证明 该支护结构在同等条件下适用 , 亦为今后类似工程提 供借鉴 。
399 .282 +25 560 13 261 .950
.00 0
=3
.5 40
>1
.2 , 满
2 50 《工程与建设》 2010 年第 24 卷第 2 期
(5)工况 5 ;内力如表 6 所列 。
K
s
=8
285
.778 +25 560 16 652 .315
.000
=
2
.032
>1
.2 ,
满
足规范要求[ 8] 。
为了增加内撑的稳定性 , 在横撑中间等距布设 3 排立柱 , 立柱间距 8 .5 m , 尽量避免影 响承台施工 。 钢管桩安装就位后 , 内填沙土并水夯密实 , 锁扣钢管 桩结构形式如图 1 所示 。
围堰基本信息 :内力计算方法 , 采用增量法[ 1-5] 。 基坑等级二 级 , 侧壁 重要 性 系数 为 1 .0 , 基坑 深度 10 m , 嵌固深度12 m , 桩顶标高为 0 , 圆形桩截面 。基 坑支锚信息 :2 道内撑 , 水平间距3 .0 m , 竖向间距为 2 .5 m 、3 .0 m , 预加力 100 kN , 支锚刚度 250 M N/ m , 材料抗力2 130 kN 。
-
(2)工况 2 :内力如表 3 所列 。
K
s
=35
530 .055 +13 845 8 948 .203
.000
=
5
.51 7
>1 .2 ,
满足规范要求[ 8] 。
序号 1 2
表 3 工况 2 内力表
支锚类型
材料抗力
内撑
710 .000
内撑
0 .000
k N/ m 锚固力
-
(3)工况 3 :内力如表 4 所列 。
[ J] .工程与建设 , 2009 , 22(5):699 -700 , 703 . [ 4] 魏焕卫 , 孙剑平 , 贾 强 , 等 .基于变形控制的某大型基坑设计 和
施工[ J] .四川建筑科学研究 , 2007 , 33(1):176 -180 . [ 5] 朱红敏, 四种基坑支 护在同一 个地下车 库中的运 用[ J] .工程 与
程 兵 , 等 :锁扣钢管桩基坑支护稳定性验算
地基与基 础 D I J I YU J I C HU
锁扣钢管桩基坑支护稳定性验算
程 兵1 , 向文凤2
(1.合肥建工第一建筑工程有限责任公司 , 安徽 合肥 230011 ;2 .安徽省高速公路试验检测科研中心 , 安徽 合肥 230601)
摘 要 :某桥索塔承台位于浅滩区 , 具有地下水丰富 、承台埋深大 、承台底 位于粉砂层等特 点 , 选择锁 扣钢管桩 围堰支护 的开挖方 案 , 经过结构受力及稳定性验算 , 认为该方案满足相关规范要求 。 关键词 :锁扣钢管桩 ;基坑支护 ;土压力;稳定性验算 中图分类号 :T U 473 .13 文献标识码 :A 文章编号 :1673-5781(2010)02-0249-02
-
图 2 锁扣钢管桩围堰整体稳定验算图
(1)工况 1 :内力如表 2 所列 。
K
s
=35
530 .055 +0 8 948 .203
.000
=3
.9 70
>1
.2 , 满足规
范要求[ 8] 。
序号 1 2
表 2 工况 1 内力表
支锚类型
材料抗力
内撑
0 .000
内撑
0 .000
k N/ m 锚固力
K s =21
.99 .282 +13 845 .000 13 261 .950
=2 .657
>1 .2 ,
满足规范要求[ 8] 。
序号 1 2
表 4 工况 3 内力表
支锚类型
材料抗力
内撑 内撑
710 .000 0 .000
k N/ m 锚固力
-
(4)工况 4 :内力如表 5 所列 。
K
s
=21
1 工程概况
某桥索塔 承台 基坑开 挖采 用直 径 800 m m 、厚 10 mm 的钢管桩支护 , 钢管桩长 22 m , 其中入土深度 为 12 m , 钢管桩间距 1 m ;钢管桩之间设置锁口 , 锁 扣内密 填 优质 黏土 做 为联 结 止水 ;基坑 内 部 使用 Q235 的 空 心 钢 管 作为 横 撑 , 钢 管 直 径 80 cm , 厚 1 cm 。第一道横撑距离基坑顶以下 2 .5 m ;第二道横 撑距离基坑顶以下 5 .5 m 。
抗倾覆安全系数
Ks
= Mp Ma
(1)
其中 , Mp 为被 动土压 力及支 点力对 桩底 抗倾 覆弯
矩 , 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定 , 对于锚
杆或锚索 , 支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的
较小值 ;Ma 为主动土压力对桩底的倾覆弯矩 。
收稿日期 :2010-01-27 作者简介 :程 兵(1982 -), 男 , 安徽怀宁人 , 合肥建工集团有限责任公司助理工程师 .