如何设计计算基坑围护土钉墙？

建筑基坑工程的设计和施工技术多种多样，实际工程中影响因素很多。基坑工程和岩土工程的特点一样，具有“先实践，后理论”的特点。到目前为止，我国深基坑工程已有大量成功的实践经验，但也有一些失败的教训。为了全面了解建筑基坑的设计和施工特点，便于设计人员在计算时参考工程经验，本章选取了一些成功的基坑工程实例。所选实例主要考虑以下几点:(1)大型典型深基坑；(二)在某一方面具有突出的特点；(3)对今后的基坑工程具有指导意义。此外，还通过实例详细介绍了几种典型悬臂桩墙支护结构的设计计算。例1桩墙结构设计1。悬臂桩墙设计已知:悬臂桩墙结构的挡土高度= 3m砂土y = 19KN/m2；P-30，无地下水，钢板桩容许应力= 240mpa，如图8-1。确定板桩墙所需长度L和所需截面弯矩ⅳ。可以选择300×300的工字钢(W-365 cm3/m)，单位重量为845 N/m。2.已知单支撑桩墙设计:挡土高度H=6m，砂土7 = 19KN/m3，无地下水，侧向支撑，间距2m。作用点为墙后地面以下1m；钢板桩的容许弯曲应力为240MPa，设计为“自由承载”。求板桩所需长度L、支撑力F和所需截面弯矩W(见图8-2)。解决方案3。锚板桩用于计算6m工程的开挖深度。采用锚定板桩挡土，板桩后挖深1m，宽1 ~ 2m的沟槽。地面荷载30kn/m2，宽6m，距板桩2m。地质条件见图8-3。基坑内钢筋混凝土桩密集，板桩外布置井点降水，井点管长7m。解(1)在井点降水范围内调整所选各层土的P、C值，板桩后主动侧压力(2)地面荷载:由于板桩后预先挖好深度为Im的沟槽，因此从Im深度开始计算土压力，将Im厚的土作为地面荷载，其值为4。多层支撑板桩墙计算某工程地下室，开挖深度9m，桩基。钢板桩选用ESP V，截面模量ⅳ为3.82×106 mm3/延米，惯性矩为9.55×108mm4，弹性模量e = 2.06× 105n/mm2。解决方法由于井点降水设置在板桩内，且为密集桩基，板桩墙前9m以下的内摩擦角P和粘聚力F进行调整，分别乘以1.4和1.3系数。挖支护的程序如下:第一阶段挖-第一层支护-第二阶段挖-第二层支护-第三阶段挖-第三层支护-第四阶段挖-加一层垫层-拆除第三层支护。目前对板桩各阶段的应力分别进行分析计算。(1)第一阶段开挖完成，板桩呈悬臂状，开挖深度为3.2m，第一阶段开挖板桩计算简图见图8-5。例2最大最深的基坑工程——上海金茂大厦金茂大厦位于浦东陆家嘴隧道出口南侧。项目占地面积23,000m2，总建筑面积290,000m2，地下三层，地上88层，塔尖标高420m(见图8-10)。地下三层面积约60,000m2，基坑开挖面积近20,000m2(见图8-11)。主楼开挖深度为19.65m，裙房开挖深度为15.6438+0m..主楼下直径914钢管桩429根，长度65m，交付长度17.5m；:裙房下有632根直径为609的钢管桩，桩长33m，送桩13.5m，该工程由中国上海对外贸易中心有限公司投资，美国SOM设计事务所设计，上海建工集团公司承包。1.基坑工程特点该工程是上海市基础工程建设中规模最大、深度最深的工程。其主要特点如下:(1)地下连续墙作为基础外墙围护工程，同时具有承重墙的功能，厚度1m，深度36m。由于地下墙内壁没有衬砌，这就要求施工单位在地下墙施工中要保证施工质量，特别是在槽段的接缝处理、槽底泥沙的清理、整个墙体的防渗等方面。(2)基坑临时支撑采用现浇钢筋混凝土支撑。(3)基础土方量大，达到30万rn3。(4)由于基础施工采用两阶段开挖方案，在吊装主楼核心筒和地下室钢结构时，混凝土支撑不应触及这些结构，因此支撑设计应做到四避开:避开塔楼核心筒、避开地下室钢结构、避开裙房楼板梁、避开基础钢管桩。这些都给支撑平面的布局带来很多困难。2.基坑支护设计(1)设计方案比选在金茂大厦基础工程中，SOM设计事务所原设计采用斜拉锚杆方案。主楼部分，斜拉锚* * *六路；裙房部分设置4个斜拉锚。斜拉锚杆使用角度为45°，锚固在7 ~ 2层砂土中，根部10 ~ 15m范围内灌注水泥浆。斜拉锚由钢束组成，斜拉锚的锚固设计强度为150t(使用荷载)。钢筋混凝土内支撑方案由上海建工(集团)提出。主楼内有四道内支撑，第一道支撑标高为3.4m；第二支座标高~ 8.3m第三支座标高为13.1m；第四支座标高为17.1m。裙楼部分有三个与主体建筑部分标高相同的内部支撑。由于该施工方案在上海有成熟的施工经验，施工可靠性强，且比斜拉锚杆施工方案不增加工程造价，经比选认为金茂大厦基坑支护采用钢筋混凝土内支撑的施工方法更为合适。(2)岩土参数和土压力值见表8-1。除主动土压力计算外，其余均由地质资料获得。对于基坑挡土墙主动土压力，由于朗肯理论的计算结果更适合上海软土地基的客观情况，所以土压力的分布可以根据朗肯公式得到。(3)根据主动土压力分布图合成基坑支护设计反力包络图，得到四个内支撑作用点的支护反力包络图(见图8-12)。根据兰金理论，第四支座的反作用力应该大于第三支座的反作用力。但根据各种资料和文件，当开挖到一定深度时，由于深层土的变形滞后，可以适当调整支撑的反力，所以第四次支撑降为791kn/m. (4)基坑支撑设计工况为1:主楼和裙房第一次开挖完毕；工况二:主楼第一次支撑完成，主楼第二次开挖完成；工况三:主楼第二次支撑，主楼第三次开挖完成；工况四:主楼第三次支撑和主楼第四次开挖完成；工况五:主楼第四次支撑和主楼第四次开挖完成；工况六:裙房二次开挖结束；工况七:裙房第二次支撑，裙房第三次开挖结束；条件八:裙房第三次支撑，裙房第四次开挖完成；条件9:拆除所有内支撑，完成地下室三层。根据上述边界条件和各种工况，利用计算机SAP90程序，可以得到地下连续墙和钻孔灌注桩的弯矩包络线、剪力包络线和位移包络线。(5)地下连续墙和钻孔灌注桩配筋设计；根据地下连续墙在各种工况下的包络图，可以得到地下连续墙的配筋包络图，然后根据配筋包络图进行配筋。图8-13是主厂房中一个标准槽段的配筋图。根据各种工况下钻孔桩布置包络图，得出布桩配筋(图8-14)。钻孔桩布置直径为561200，间距为1400，桩顶标高为8.7m，桩长为24m，桩底标高为32.7m，根据本工程钢筋混凝土内支撑“四避”原则，第一、二、三内支撑平面布置。通过计算机SAP90程序可以得到各节点的位移值、水平弯矩值、竖向弯矩值、轴力值和反力值。第一道水平支撑的腰梁截面为1000×800(6×)，塔吊行走支撑截面为800×1000，其他截面分别为800×800、700×800、600×600。第二水平支撑腰梁为1200×800，大开间侧支撑截面为900X 800，其他支撑截面为800X 800和600X 600。第三水平支撑腰梁为1200X800，大部分开间为1000×800，局部杆件为ii00×800，其他支撑截面分别为900×800和700×700。第四个支架与第三个支架相同。根据前面的分析可以得到各截面的配筋图，图8-15和图8-16为典型截面的配筋图。立柱支撑由埋在坑底以下的钻孔灌注桩和坑底以上的格构式钢结构立柱两部分组成。柱插入钻孔灌注桩5m，塔区钻孔灌注桩直径1000，桩长20m，格构柱截面尺寸600×600，肢长11600× 65438。格构柱的钢材为A3钢。根据各支座的应力图，可以得到钻孔灌注桩的配筋(见图8-17)。3.基坑支护施工本工程设计人员SOM要求刚性节点，给施工带来困难。地下墙作为基础配套工程，具有承重的功能，地下室外墙内侧有内衬，对防水和质量要求较高。本工程首次采用C40高强水下混凝土，给工程带来了新的问题。由于工程桩先于地下连续墙施工，且部分送桩孔靠近地下连续墙，给地下连续墙施工带来了不利影响。地下连续墙深36m，支撑在7-2土层上，而7-1土层和7-2土层较硬，成槽难度极大。地下连续墙采用新型柔性接头(见图8-18)，标准母沟长度为5.4m，标准公沟长度为6。om，并采用区间跳跃的施工方法。采用两台进口液压成槽机分流水施工。靠近地下连续墙的送桩孔应进行灌浆处理，以保证地下连续墙的质量。在已完成的地下连续墙外侧接缝区域进行劈裂灌浆施工，以保证地下连续墙的渗坑能力。在7-1层和7-2层标高处，用导杆液压成槽机成槽困难。即使用导杆式挖沟机对7-1层以上部分进行开槽。用拉绳挖沟机成7-1层和7-2土层的沟槽。使用两台液压千斤顶，加一根扁担，分段顶起预拉接头盒。导墙底部的土层必须是原状土，以防成槽时上口坍塌。使用导杆式挖沟机时，用经纬仪控制沟槽的垂直度；为保证罐壁稳定，罐内泥浆液面高度应控制在导墙顶面以下200mm左右。公线槽施工时，要求刷母线槽接头，并随时用清水冲洗接头刷，使接头连接质量符合要求。采用空气抽吸法清理地基，使沉渣控制在200 mm以内，由于原沉桩孔靠近槽壁，孔隙水压力大，容易造成槽壁坍塌。因此，在形成沟槽之前，对原沉桩孔周围的地基进行加固。钻孔灌注桩是一种支护结构，分为两类:第一类是支撑钢筋混凝土内支撑，第二类是主体建筑内的挡土和挡土桩。各种钻孔灌注桩的直径和孔底标高见表8-2。日常履带式液压钻机(干式钻机)灌注桩成孔施工。由于与地下连续墙同时施工，需要在使用现场与地下连续墙施工进行流水作业。声学850桩1100口保护管；61300口护管为声学1000桩；声学1200桩采用声学1400护口管，护口管长度6 ~ 7m。钢筋笼分两段吊装，钢柱在地面组装一次吊装，钢筋笼与钢柱在洞口处电焊连接。人工泥浆用于保持孔壁稳定。泥浆比重为1.06 ~ 1.15，粘度控制在20s ~ 30s之间。二次清孔采用正循环方式。清孔效果不理想时，结合反循环法，柱桩沉渣控制在100 omm以内，排桩沉渣控制在300 mm以内，钻孔桩水下标号C30，现场自拌。浇筑混凝土时，要求导管埋入混凝土中至少3m，以保证混凝土的密实性和抗冻性。对于扩孔现象较大的挡土桩，采用尼龙布进行施工。每个钢筋混凝土内支撑的标号为C30。每次土方开挖至各支撑底部，开始内支撑施工。内支撑腰梁与地下墙的连接采用sound 28锚固，采用锥螺纹连接方式。内支撑腰梁与钻孔桩的连接采用5628钢筋锚固，焊接连接方式。主楼与裙房支撑交界处设置临时施工缝，并预留插筋和预埋件。裙房支撑施工时，裙房连接钢筋焊接在主楼支撑预制件上，使主楼与裙房支撑成为一体。4.基坑降水工程施工中根据承压水计算公式k-分层土的容重；Ti -分层土壤厚度；比值-水的容重:f-基坑底至防渗层顶部的距离；为满足主楼基坑开挖阶段的降水要求，采用浅层降水和深层降水相结合的方法。第一阶段，主楼开挖至标高19.65 m，裙房开挖至标高4.0 m，因此第一阶段，主楼采用深层降水法，裙房采用浅层降水法。浅层降水采用Sl轻型井点，井点管长7m，深层降水采用SB-1深井泵，井管长22m。深井泵在基坑内的布置可分为两种，一种是固定在主体建筑的支撑上，一种是在支撑的大空间内，随着开挖过程会拆除。基坑内有28台深井泵，其中9台将随开挖拆除。第一次开挖前，在地下连续墙内的整个基坑内设置了6组轻型井点。轻型井点间距控制在2.4m左右，井点长度为6m。这部分轻型井点将在第一次开挖后拆除。主楼施工期间，为保证土方边坡和车道边坡的稳定，将在裙房区域的主楼边坡和车道设置8组轻型井点，在第一次开挖后设置。