1、湖北、武汉基坑支护设计计算介绍湖北、武汉基坑支护设计计算介绍(武汉基坑高级培训与技术交流会武汉基坑高级培训与技术交流会)L.S.Z 2019年年 11月月14日日 湖北省地方标准湖北省地方标准DB42/T159-2019基坑支护设计计算规定一览表基坑支护设计计算规定一览表 以下将省地方标准基坑工程技术规程规定的各种计算模型、方法以下将省地方标准基坑工程技术规程规定的各种计算模型、方法及存在问题列表予以介绍。及存在问题列表予以介绍。这些计算模型、方法也就是与本规程配套的这些计算模型、方法也就是与本规程配套的天汉天汉软件所采用软件所采用的。的。本规程采用的计算方法一览表本规程采用的计算方法一览表处
2、理对象或计算项目处理对象或计算项目计算模型、方法或假定计算模型、方法或假定需要研究的问题需要研究的问题土压力计算与分布模式以水土合算为主，对砂类土水土分算强度参数主要采用直接快剪直接快剪受土样扰动影响大，计 算结果可能偏于保守超载分类及其扩散方式45扩散，分单向、双向两种扩散模式作用范围较集中于跨中，导致桩 顶易出现反向位移悬臂桩、桩锚（撑）弹性抗力法，用于杆件有限元法进行计算分工况计算采用反转荷载法反转荷载法模拟不同工况被动区土的弹性抗力用m法确定施加预应力时如何计算反向位移 还存在问题支护桩（墙）的嵌固深度被动抗力安全系数控制1.5、1.2、1.05桩墙底抗隆起验算（普兰特尔公式）基本构造
3、要求0.5 H、0.3H被动区加固效果难以反映软土难以通过，不能反映被动区 加固效果对老粘性土可能偏少坑底抗隆起验算索科洛夫斯基极限平衡方程数值解法，验算宽度取验算点深度或放坡宽度中的大值 值小时曲线形态不正常，主动 区范围偏大内支撑平面刚架有限元分析计算竖向计算与平面计算之间的变形 协调问题尚未解决发展不需要人为约束的计算方法本规程采用的计算方法一览表本规程采用的计算方法一览表(1)处理对象或计算项目处理对象或计算项目计算模型、方法或假定计算模型、方法或假定需要研究的问题需要研究的问题双排桩按照门式刚架，考虑前后排桩间土传递力的作用及其变形（压缩与剪应变）产生的抗力，考虑前后桩底抗压抗拉刚度
4、，按抗滑移、抗倾覆安全系数评价其稳定性有关参数需要进一步积累经验整体稳定性计算按规定5.2.11条、5.9.6条采用圆弧滑动面法计算，均采用总应力法，未考虑水压力折线滑动面 是否需要补充有效应力法，考虑静水压力或渗透压力的作用？目前未引起重视，应予以强调土钉支护及复合土钉支护按照喷锚支护模式计算，锚杆力按调整土 压力法或滑动面法分配按照土钉墙模式计算土压力法是大多数单位的习惯方法，有其不合理处。滑动面法比较合理，国外采用较多，但具体算法不统一。当天然土坡稳定安全系数等于大于1.0时，设计锚杆锚固段长度为零。抗滑桩假定滑动面标高处桩的位移为40mm，用 “m”法计算其抗滑贡献防止滥用水泥土挡墙按
5、照刚性挡土墙模式抗滑移、抗倾覆稳定 安全系数及基底承载力，对变截面挡墙 补充有关构造规定补充用“m”法计算挡墙变形是否需要补充挡墙与锚杆同时工作的计算？本规程采用的计算方法一览表本规程采用的计算方法一览表(2)处理对象或计算项目处理对象或计算项目计算模型、方法或假定计算模型、方法或假定需要研究的问题需要研究的问题水泥土桩增强加固考虑水泥土桩的抗剪作用，控制增强体的高宽比不大于6水泥土桩抗弯破坏先于抗剪破坏，强度参数必须限制使用悬壁嵌岩桩悬壁嵌岩桩可如图6.4.12所示模型按弹性抗力法进行计算。计算应符合以下原则：1 土体部分按常规计算；岩体部分可不考虑主动侧向岩石压力；2 开挖面尚在桩端以上时
6、可按常规考虑开挖面以下的土抗力（图6.4.14 a），并适当考虑岩体抗力；3 开挖面到达岩面或低于岩面时（图6.4.14 b）不考虑桩端岩层的抗力，桩底端抗力弹簧刚度仅决定于锁脚锚杆。应根据锁脚锚杆的实际约束情况选取抗力刚度系数。目前经验不多，规程只能作某些原则性的规定，有待今后多积累经验，在实践中进一步完善。本规程采用的计算方法一览表本规程采用的计算方法一览表(3)处理对象或计算项目处理对象或计算项目计算模型、方法或假定计算模型、方法或假定需要研究的问题需要研究的问题岩体侧压力岩层的侧向压力应通过结构面分析按块体平衡方法计算。对强风化软质岩和破碎岩可取等效内摩擦角按6.2.4条公式计算。对中
7、、微风化的中硬岩或硬质岩，如不存在引起岩体滑移的不利结构面,则可不计主动侧向压力，被动侧可视为刚性层，在弹性抗力法计算中刚度系数采用极大值模拟。岩体问题远较土体复杂，一方面勘察难以提供详细资料，特别是隐伏基岩，一般工程很难获得其产状、构造、力学参数等资料。依靠经验，采用与土体近似、等效的处理办法在大多数情况下是难以避免的。降水计算降水引起的地面沉降计算 管井降水的基坑涌水量和群井干扰条件下的水位降深以及降水引起的地面沉降量应按照湖北省地方标准基坑管井降水工程技术规程(DB42/T830-2019)第4节的有关规定进行设计和计算是当前基坑支护技术中最大难点之一，认识、看法不统一，有待在实践中积累
8、经验，逐步统一认识，完善设计计算技术。讨论几个主要问题讨论几个主要问题:一、土压力分布一、土压力分布 采用经典理论分布模式，未能考虑在一定变形条件下桩土相互采用经典理论分布模式，未能考虑在一定变形条件下桩土相互作用引起的土压力重新分配。作用引起的土压力重新分配。二、内支撑平面计算与桩单元计算的变形协调问题二、内支撑平面计算与桩单元计算的变形协调问题 两者分别计算，不可能绝对协调，需要发展桩、土、内支撑两者分别计算，不可能绝对协调，需要发展桩、土、内支撑共同作用的分析方法。共同作用的分析方法。三、分阶支护三、分阶支护 上下阶距离较仅时，上阶被动区与下阶主动区重合，现行方上下阶距离较仅时，上阶被动
9、区与下阶主动区重合，现行方法只能分别计算，无法考虑相互影响。法只能分别计算，无法考虑相互影响。四、被动区留土的作用和被动区加固的设计四、被动区留土的作用和被动区加固的设计 目前的方法是人目前的方法是人为设定的，理论上不严格。为设定的，理论上不严格。五、双排桩的计算五、双排桩的计算 如何考虑桩间土的作用，需要桩、土共同如何考虑桩间土的作用，需要桩、土共同作用的分析。作用的分析。六、降水及降水对环境影响分析六、降水及降水对环境影响分析.土压力分布模式土压力分布模式 上海规范上海规范:对于水泥土挡墙和悬臂桩、墙采用对于水泥土挡墙和悬臂桩、墙采用型土压力分布型土压力分布图式；图式；对于带撑、锚的桩、墙
10、采用对于带撑、锚的桩、墙采用型土压力分布图式。型土压力分布图式。湖北规程：不分支护形式，均采用湖北规程：不分支护形式，均采用型土压力分布。型土压力分布。软件开发单位应考虑不同地方标准的规定，提供多种选项。软件开发单位应考虑不同地方标准的规定，提供多种选项。桩土相互作用引起的土压力重新分配问题不能用简单的假定模式来解桩土相互作用引起的土压力重新分配问题不能用简单的假定模式来解决，而应进行桩、土共同作用的分析。决，而应进行桩、土共同作用的分析。内支撑计算中的问题内支撑计算中的问题一、桩（墙）单元计算与支撑系统整体计算之间的桩（墙）单元计算与支撑系统整体计算之间的变形协调变形协调问题问题桩（墙）单元
11、计算桩（墙）单元计算得出支撑力得出支撑力以支撑力作为围压以支撑力作为围压进行支撑系统整体进行支撑系统整体计算计算变形大体协调变形大体协调结束结束变形不协调，调整刚度变形不协调，调整刚度系数重新进行单元计算系数重新进行单元计算二、出现二、出现反向位移反向位移 在没有严重的不均衡不对称的情况下一般不应在没有严重的不均衡不对称的情况下一般不应出现反向位移。如果出现，说明该侧有由主动状态转变为被动状态出现反向位移。如果出现，说明该侧有由主动状态转变为被动状态的趋势，可逐步人为提高该侧的围压值，再进行计算，直至不发生的趋势，可逐步人为提高该侧的围压值，再进行计算，直至不发生反向位移为止。但应注意围压值提
12、高不能超过该侧被动土压力。反向位移为止。但应注意围压值提高不能超过该侧被动土压力。三、内支撑计算中的三、内支撑计算中的约束处理约束处理问题问题 这是一个初学者较难处理的这是一个初学者较难处理的问题，特别是在基坑平面不规则的情况下。处理不当将使计算结问题，特别是在基坑平面不规则的情况下。处理不当将使计算结果严重失真。建议开发可不人为设定约束的计算程序，但不能过果严重失真。建议开发可不人为设定约束的计算程序，但不能过于繁杂，否则难以普及推广。于繁杂，否则难以普及推广。需要发展桩、撑、土体共同作用的三维分析软件。需要发展桩、撑、土体共同作用的三维分析软件。考虑桩（墙）纵向约束的计算方法（建议）考虑桩
13、（墙）纵向约束的计算方法（建议）约束力=kp（-）1、冠梁或与桩（墙）联结牢固的围檩、冠梁或与桩（墙）联结牢固的围檩的纵向位移是受到桩墙约束的。的纵向位移是受到桩墙约束的。2、如右图所示，设冠梁单元向右位移、如右图所示，设冠梁单元向右位移，则桩排必然产生一个与位移方向相，则桩排必然产生一个与位移方向相反的阻力（即约束力），其大小与位反的阻力（即约束力），其大小与位移量有关，方向则与位移相反。移量有关，方向则与位移相反。3、将约束力项加入总体平衡方程组中、将约束力项加入总体平衡方程组中即可消除方程的病态，得出正常解答。即可消除方程的病态，得出正常解答。近期可以考虑这种方法。此方法已经经过编程试行
14、，证明是可近期可以考虑这种方法。此方法已经经过编程试行，证明是可行的。关键在于如何确定不同情况下的排桩刚度系数行的。关键在于如何确定不同情况下的排桩刚度系数kp值。希望多值。希望多积累工程实测资料，为确定刚度系数积累工程实测资料，为确定刚度系数kp值提供依据。值提供依据。冠梁单元示意冠梁单元示意分阶支护问题分阶支护问题下阶主动区与上阶被动区重叠下阶主动区与上阶被动区重叠下阶主动区与上阶被动区分离下阶主动区与上阶被动区分离 下阶主动区与上阶被动区重下阶主动区与上阶被动区重叠，难以用简单方法分别进行叠，难以用简单方法分别进行计算。如有可能，可采用包括计算。如有可能，可采用包括土体在内的二维有限元计
15、算。土体在内的二维有限元计算。上下阶距离足够，满足下阶上下阶距离足够，满足下阶主动区与上阶被动区分离条件主动区与上阶被动区分离条件时可分别用常规方法计算。时可分别用常规方法计算。45-/245+/2 对于上下阶支护互相干扰的情况采用桩、土共同作用的二维分对于上下阶支护互相干扰的情况采用桩、土共同作用的二维分析软件是必要的。析软件是必要的。oABCDEFZ1Z2ZXKh=m(Z-Z0)式中式中:m-计算深度所在土计算深度所在土 层的层的m值值;Z-计算点深度计算点深度;Z0-按以下条件分段按以下条件分段 取值取值:深度深度AB范围内范围内:Z0=Z1 深度深度BC范围内范围内:Z0=Zx 深度深
16、度C点以下点以下:Z0=Z2 Zx-按右图几何关按右图几何关 系计算确定系计算确定.GBE、DF、CG 均与水平线呈45-/2角被动区留土时的被动区留土时的”m”法计算实用方法示意之一法计算实用方法示意之一（调整（调整kh法）法）（b）ABEFHC、GD均与水平线呈45+/2角COOD被动区留土时的被动区留土时的”m”法计算实用方法示意之二法计算实用方法示意之二（平衡土压力法）（平衡土压力法）1、假定留土产生的土压力部分假定留土产生的土压力部分地抵消右侧主动土压力，可称之为地抵消右侧主动土压力，可称之为“平衡土压力平衡土压力”。2、考虑平衡土压力，右侧主动土、考虑平衡土压力，右侧主动土压力净值
17、计算如下：压力净值计算如下：a）OA段、段、DE段按常规计算。段按常规计算。b）AB段段 c）BC段段 q 为留土全高度的土自重压力为留土全高度的土自重压力 d）CD段段 按图示插值计算。按图示插值计算。3、C、D 点深度点深度按右图几何关系按右图几何关系计算确定。计算确定。GHkkheaaOAac2kkeaaacqz2hOA（c）以上是我们对被动区留土提出的两种近似处以上是我们对被动区留土提出的两种近似处理方法。希望能采用二维软件进行分析计算。理方法。希望能采用二维软件进行分析计算。关于被动区加固关于被动区加固 被动区加固是目前武汉地区被动区加固是目前武汉地区在深厚软土分布地带常用的支护在深
18、厚软土分布地带常用的支护措施。根据多年经验，专列一节，措施。根据多年经验，专列一节，提出裙边加固和两边对顶两种加提出裙边加固和两边对顶两种加固方式。裙边加固应用情况较多，固方式。裙边加固应用情况较多，武汉地区一般要求加固宽度较大，武汉地区一般要求加固宽度较大，目的是为了对支护桩（墙）起到目的是为了对支护桩（墙）起到变形控制作用。两边对顶的加固变形控制作用。两边对顶的加固方式适合于狭长基坑，加固体受方式适合于狭长基坑，加固体受力比较明确，可按暗撑设计。力比较明确，可按暗撑设计。45+/2土体加固 h1h2h3b1b2b3b图6.13.2 被动区加固剖面d 这一规定没有严格的理论依据，是以经验为主
19、的近似处理方法。用二维这一规定没有严格的理论依据，是以经验为主的近似处理方法。用二维软件计算应该更合理一些。软件计算应该更合理一些。双排桩计算双排桩计算2019版模型，桩间土版模型，桩间土用弹簧模拟用弹簧模拟2019版模型，桩间土版模型，桩间土用实体模拟用实体模拟 对对2019版模版模型修改的原因型修改的原因在于仅用弹簧在于仅用弹簧不足以反映桩不足以反映桩间土的贡献。间土的贡献。改用实体单元改用实体单元后，有限元程后，有限元程序由原来的单序由原来的单纯杆件单元变纯杆件单元变为杆件单元和为杆件单元和实体单元的组实体单元的组合。目前仍在合。目前仍在试用过程中。试用过程中。关于降水设计计算关于降水设
20、计计算 湖北地方标准关于降水的设计计算主要方法：湖北地方标准关于降水的设计计算主要方法：1、用大井法计算总的抽水量，并确定井数及平面布置。、用大井法计算总的抽水量，并确定井数及平面布置。2、用单井降水漏斗叠加确定降深等值线。、用单井降水漏斗叠加确定降深等值线。3、按各点水头下降值确定有效应力增量，用分层综合法计算、按各点水头下降值确定有效应力增量，用分层综合法计算降水引起的地面沉降。降水引起的地面沉降。以上方法只能适应均值含水层。以上方法只能适应均值含水层。为了尽可能减少抽水量，现在已经提出全封闭帷幕或半封闭帷为了尽可能减少抽水量，现在已经提出全封闭帷幕或半封闭帷幕内降水的要求，显然需要采用能
21、反映非均值（横向、竖向）地幕内降水的要求，显然需要采用能反映非均值（横向、竖向）地层的三维渗流分析软件以及土体排水固结沉降计算软件。层的三维渗流分析软件以及土体排水固结沉降计算软件。支护结构计算的发展演变过程支护结构计算的发展演变过程一、传统计算方法传统计算方法 基于静力平衡方程的解法,如极限土压力平衡法。这是我们地方标准初版（武汉市深基坑工程技术指南2019）采用的方法。二、杆件（或杆系）有限元法杆件（或杆系）有限元法 2019年地方标准第二版采用的方法，沿用至今。简便易行，易于普及推广。但不能适应许多特殊情况。三、块体有限元法块体有限元法 1、将支护结构与土体合并一起进行分析，可以用于各种不同边界条件问题的求解。2、牵涉到不同本构模型的不同参数，非常规勘察试验所能提供。目前应用经验不多，有待进一步积累经验。目前我们大体处于第二种方法的阶段，少数情况下采用第三种方法，目前我们大体处于第二种方法的阶段，少数情况下采用第三种方法，但仅用于定性。希望能多积累经验，如果能将第三类方法常态化，则我但仅用于定性。希望能多积累经验，如果能将第三类方法常态化，则我们的技术水平将会有大的推进。们的技术水平将会有大的推进。介 绍 结 束 谢 谢！
