1、新课内容本章提要本章提要【本章要求本章要求】1.1.了解建筑基坑支护工程概念、分类；了解建筑基坑支护工程概念、分类；2.2.掌握基坑维护墙结构的设计计算；掌握基坑维护墙结构的设计计算；3.3.掌握基坑开挖时土体的稳定分析。掌握基坑开挖时土体的稳定分析。【本章重点本章重点】基坑维护墙结构的设计计算方法。基坑维护墙结构的设计计算方法。10.1 概述概述10.2基坑维护墙体类型及特点基坑维护墙体类型及特点10.3 基坑支护工程的设计原则及内容基坑支护工程的设计原则及内容10.4 作用于支护结构上的荷载作用于支护结构上的荷载10.5 排桩式维护墙体的设计计算方法排桩式维护墙体的设计计算方法10.1 1
2、0.1 概述概述建筑基坑工程是由以下部分组成。建筑基坑工程是由以下部分组成。1）基坑开挖工程；）基坑开挖工程；2）基坑支护工程及降水工程；对基坑进行周）基坑支护工程及降水工程；对基坑进行周边的支护及施工降水；边的支护及施工降水；3）监测及维护工程；对基坑四周的已有建）监测及维护工程；对基坑四周的已有建（构）筑物、道路和地下管线等相邻工程进（构）筑物、道路和地下管线等相邻工程进行监测和维护；总之基坑工程是一项综合性行监测和维护；总之基坑工程是一项综合性工程。工程。10.1 10.1 概述概述 基坑支护的定义：为确保地下结构施工及基基坑支护的定义：为确保地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁
3、及周边环境坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施，称之为基坑采用的支挡、加固与保护措施，称之为基坑支护。支护。在基坑施工时，没有支护措施的基坑工程称在基坑施工时，没有支护措施的基坑工程称之为无支护基坑工程；有支护措施的基坑工之为无支护基坑工程；有支护措施的基坑工程，称之为有支护基坑工程（也称为基坑支程，称之为有支护基坑工程（也称为基坑支护工程）。护工程）。10.1 10.1 概概述述10.1 10.1 概概述述10.1 10.1 概述概述 10.1.1基坑工程的组成基坑工程的组成 土方开挖工程土方开挖工程 分层分块将坑底以上土体挖出，开挖顺序分层分块将坑底以上土体挖出
4、，开挖顺序应根据整个基坑体系的稳定等计算确定。应根据整个基坑体系的稳定等计算确定。降水工程降水工程 在基坑开挖前，若地下水位高于坑底，应将地在基坑开挖前，若地下水位高于坑底，应将地下水位降于坑底以下下水位降于坑底以下0.51.0m，使土方开挖实现，使土方开挖实现“干干”作作业。常采用井点降水法。业。常采用井点降水法。基坑支护工程基坑支护工程 基坑支护工程主要包括维护墙体基坑支护工程主要包括维护墙体(包括防渗包括防渗帷幕帷幕)工程及支撑工程组成的。工程及支撑工程组成的。监测工程监测工程 监测工程是指在基坑工程施工过程中，对基坑监测工程是指在基坑工程施工过程中，对基坑维护结构及其周围地层、附近建筑
5、物、地下管线的受力和变维护结构及其周围地层、附近建筑物、地下管线的受力和变形进行的量测。形进行的量测。10.1 10.1 概述概述 10.1.2基坑支护工程的主要特点基坑支护工程的主要特点 1)基坑工程大多是临时性的结构基坑工程大多是临时性的结构,设计的安全储备相对小一设计的安全储备相对小一些些,风险较大。风险较大。2)基坑工程是一项综合性很强的系统工程。基坑工程是一项综合性很强的系统工程。3)基坑工程向大深度、大面积方向发展。基坑工程向大深度、大面积方向发展。4)设计、施工难度大。（不利因素多，设计计算理论不够成设计、施工难度大。（不利因素多，设计计算理论不够成熟。）熟。）5）基坑工程易出现
6、事故。（随机性大，事故突然。是容易）基坑工程易出现事故。（随机性大，事故突然。是容易有很大风险的工程。）有很大风险的工程。）6）基坑工程造价高。）基坑工程造价高。7）基坑工程对周围环境影响大。）基坑工程对周围环境影响大。10.1 10.1 概述概述 10.1.3 与基坑工程相关的规范及规程与基坑工程相关的规范及规程 建筑基坑支护技术规程JGJ12099；建筑地基基础设计规范GB500072002；土层锚杆设计与施工规范CECS22:99；基坑土钉支护技术规范CECS96:97；建筑与市政降水工程技术规范JGJ/T11198及一些地方规范、规程等。10.210.2基坑维护墙体类型及特点基坑维护墙
7、体类型及特点 维护墙体按结构分为重力式挡土墙、排桩式维护墙、土钉墙、地下连续墙等。1.重力式挡土墙重力式挡土墙 重力式挡土墙是一种常用的挡土结构，该结构是依靠墙体本身的自重来平衡基坑内外的土压力，通常不设支撑。2.排桩式维护墙排桩式维护墙排桩式围护墙是采用排成排的桩组成的墙体。排桩式维护墙体，适用于施工场地狭窄，地质条件较差且不能采用搅拌桩进行支护时的情况。10.210.2基坑维护墙体类型及特点基坑维护墙体类型及特点 3.土钉墙土钉墙土钉墙是一种新型的基坑支护形式，国内外已在许多基坑支护工程中得到了成功的应用，并取得了明显的技术经济效果。土钉墙支护结构机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉，形成
8、加筋土重力式挡土墙，起到挡土的作用，10.310.3基坑支护工程的设计原则及内容基坑支护工程的设计原则及内容10.3.1 基坑支护结构极限状态基坑支护结构极限状态 基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。按基坑规程有关规定，基坑支护结构的极限状态可分为两类：1）承载力极限状态。对应于支护结构达到最大承载力或土体失稳、过大的变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；2）正常使用极限状态。对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。10.310.3基坑支护工程的设计原则及内容基坑支护工程的设计原则及内容10.3.2 基坑安全等级基坑安全等级 根据基坑支护
9、破坏等危害程度，把基坑分为三个安全等级。10.3.3 基坑支护工程的设计原则及计算内容基坑支护工程的设计原则及计算内容 按基坑规程：基坑支护应保证岩土开挖、地下结构施工的安全，并使周围环境不受损害。10.310.3基坑支护工程的设计原则及内容基坑支护工程的设计原则及内容1.基坑支护工程的设计原则基坑支护工程的设计原则 1）基坑支护应规定其设计使用期限。基坑支护设计使用期限不应小于一年；2）保障基坑周边的建（构）筑物、地下管线、道路的安全和正常使用；3）保障主体地下结构的施工空间。10.310.3基坑支护工程的设计原则及内容基坑支护工程的设计原则及内容2.基坑支护工程计算内容基坑支护工程计算内容
10、根据承载力极限状态和正常使用极限状态的设计要根据承载力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基坑支护应按下列规定进行计算和验算：求，基坑支护应按下列规定进行计算和验算：1）基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计）基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，内容包括：算，内容包括：根据基坑支护形式及其受力特点进行基坑内外土根据基坑支护形式及其受力特点进行基坑内外土体稳定性计算；体稳定性计算；基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力计算和稳当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。定性验算。10.310.3基
11、坑支护工程的设计原则及内容基坑支护工程的设计原则及内容2）对于安全等级为一级及对支护结构变形有）对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚因对基坑周边限定的二级建筑基坑侧壁，尚因对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。环境及支护结构变形进行验算。3）地下水控制计算和验算。如：抗渗稳定性）地下水控制计算和验算。如：抗渗稳定性验算、基坑突涌稳定性验算等。验算、基坑突涌稳定性验算等。10.310.3基坑支护工程的设计原则及内容基坑支护工程的设计原则及内容10.3.4 基坑支护工程的设计依据基坑支护工程的设计依据 基坑开挖及支护设计应具备下列资料：基坑开挖及支护设计应具备下列资料：基
12、坑侧壁安全等级及重要性安全系数基坑侧壁安全等级及重要性安全系数 定基坑的安全等级。定基坑的安全等级。相关规范及规程相关规范及规程 基坑支护工程相关规范及规程。基坑支护工程相关规范及规程。场地岩土工程地质勘察资料场地岩土工程地质勘察资料 1）工程地质资料；）工程地质资料；2）水文）水文地质资料；地质资料；3）周围环境资料；）周围环境资料；4）浅层地下障碍物情况。）浅层地下障碍物情况。场地主体结构的设计资料场地主体结构的设计资料 需要主体结构的用地红线图、需要主体结构的用地红线图、建筑施工图、地下结构图及桩位布置图等，这些图对基坑平建筑施工图、地下结构图及桩位布置图等，这些图对基坑平面设计布置、支
13、撑结构设计及布置、立柱定位等是必不可少面设计布置、支撑结构设计及布置、立柱定位等是必不可少的资料。支护结构及支撑、锚杆结构不得超越红线界限。的资料。支护结构及支撑、锚杆结构不得超越红线界限。施工条件施工条件 在设计基坑维护方案时在设计基坑维护方案时，应充分注意到场地的应充分注意到场地的施工条件。施工条件。10.410.4作用于支护结构上的荷载作用于支护结构上的荷载10.4.1作用于支护结构上的荷载分类作用于支护结构上的荷载分类 作用与支护结构上的水平荷载主要有：作用与支护结构上的水平荷载主要有：1）土压力；）土压力；2）水压力；如静水压力、渗流压力、承压水压力）水压力；如静水压力、渗流压力、承
14、压水压力等；等；3）对基坑有影响的荷载；基坑内外土的自重（包）对基坑有影响的荷载；基坑内外土的自重（包括地下水）、如邻近区域建（构）筑物荷载、汽车括地下水）、如邻近区域建（构）筑物荷载、汽车荷载、吊车荷载、场地堆载及邻近施工场地施工作荷载、吊车荷载、场地堆载及邻近施工场地施工作用、冻胀及温度变化等。用、冻胀及温度变化等。4）地震产生的垂直和水平荷载；以及其他附加荷）地震产生的垂直和水平荷载；以及其他附加荷载。载。10.410.4作用于支护结构上的荷载作用于支护结构上的荷载10.4.2土压力及水压力的计算土压力及水压力的计算 作用于支护结构上的土压力、水压力是一种作用于支护结构上的土压力、水压力
15、是一种很重要的荷载。工程上的土压力一般主要采很重要的荷载。工程上的土压力一般主要采用朗金土压力理论计算。计算地下水位以下用朗金土压力理论计算。计算地下水位以下的水、土压力，可以采用两种方法：一种是的水、土压力，可以采用两种方法：一种是水土分算方法（有效应力法）；一种是水土水土分算方法（有效应力法）；一种是水土合算方法（总应力法）。合算方法（总应力法）。10.410.4作用于支护结构上的荷载作用于支护结构上的荷载1.水土分算法（有效应力法）水土分算法（有效应力法）该方法计算土压力时，采用浮重度计算；计该方法计算土压力时，采用浮重度计算；计算水压力时，按静水压力计算。最后相加。算水压力时，按静水压
16、力计算。最后相加。对于砂土、粉土宜按水土分算的原则计算。对于砂土、粉土宜按水土分算的原则计算。1）主动土压力）主动土压力,2akakaa iia iap KcK10.410.4作用于支护结构上的荷载作用于支护结构上的荷载2)被动土压力被动土压力上述这种计算土压力方法的概念明确，而且上述这种计算土压力方法的概念明确，而且有效应力原理在土力学中已经介绍。因此，有效应力原理在土力学中已经介绍。因此，今后要逐步统一应用有效应力原理计算土压今后要逐步统一应用有效应力原理计算土压力。力。,2pkpkpp iip ipp KcK10.410.4作用于支护结构上的荷载作用于支护结构上的荷载2.水土合算方法（总
17、应力法）水土合算方法（总应力法）水土压力合算法是采用土的饱和重度计算总水土压力合算法是采用土的饱和重度计算总的水、土压力，是水压力和土压力合算的方的水、土压力，是水压力和土压力合算的方法。对于地下水位以上或水土合算的土层：法。对于地下水位以上或水土合算的土层：1)主动土压力主动土压力,2akaka iia ip KcK10.410.4作用于支护结构上的荷载作用于支护结构上的荷载2)被动土压力被动土压力3.水土分算法与水土合算法的比较水土分算法与水土合算法的比较由于无粘性土具有渗透性好的特点，因此不考虑出现孔隙水由于无粘性土具有渗透性好的特点，因此不考虑出现孔隙水压力的问题，其抗剪强度指标应采用
18、有效应力指标，总应力压力的问题，其抗剪强度指标应采用有效应力指标，总应力等于有效应力。故水土分算的方法适合于无粘性土。等于有效应力。故水土分算的方法适合于无粘性土。对于饱和粘性土，常常采用不排水剪指标，上述两种方法都对于饱和粘性土，常常采用不排水剪指标，上述两种方法都可使用。可使用。对于粘性土，若采用水土合算法，则需采用不固结不排水抗对于粘性土，若采用水土合算法，则需采用不固结不排水抗剪强度指标；若采用水土分算法，则采用固结不排水抗剪强剪强度指标；若采用水土分算法，则采用固结不排水抗剪强度指标。度指标。,2pkpkp iip ip KcK10.510.5排桩式维护墙体的设计计算方法排桩式维护墙
19、体的设计计算方法当基坑深度不大、环境条件允许时，可采用不设支当基坑深度不大、环境条件允许时，可采用不设支撑的悬臂式排桩维护墙。撑的悬臂式排桩维护墙。当基坑深度较大、环境条件不允许、排桩有较大变当基坑深度较大、环境条件不允许、排桩有较大变形时，排桩维护墙结构一般应设置内支撑或坑外锚形时，排桩维护墙结构一般应设置内支撑或坑外锚拉系统。排桩支护结构的计算拉系统。排桩支护结构的计算,包括维护墙体计算、包括维护墙体计算、支撑计算与基坑稳定性计算等。本节主要介绍维护支撑计算与基坑稳定性计算等。本节主要介绍维护墙体的计算墙体的计算,包括排桩式维护墙及地下连续墙的计算。包括排桩式维护墙及地下连续墙的计算。10
20、.510.5排桩式维护墙体的设计计算方法排桩式维护墙体的设计计算方法10.5.1 悬臂式排桩维护墙的计算方法悬臂式排桩维护墙的计算方法 悬臂式排桩维护墙（简称板桩墙）的计算方法，采用传统悬臂式排桩维护墙（简称板桩墙）的计算方法，采用传统的板桩计算原理。悬臂板桩墙在基坑底面以上基坑外侧主动的板桩计算原理。悬臂板桩墙在基坑底面以上基坑外侧主动土压力作用下，板桩将向基坑内侧倾移，而下部则反方向变土压力作用下，板桩将向基坑内侧倾移，而下部则反方向变位。位。1.静力平衡法静力平衡法所设计的悬臂式板桩墙要保持稳定，应使墙体保持静力平衡所设计的悬臂式板桩墙要保持稳定，应使墙体保持静力平衡状态。状态。即水平方
21、向的合力为零；即水平方向的合力为零；绕墙底端部（自由端）力矩代数和为零绕墙底端部（自由端）力矩代数和为零10.510.5排桩式维护墙体的设计计算方法排桩式维护墙体的设计计算方法根据水平方向的合力为零的条件，要求单位根据水平方向的合力为零的条件，要求单位宽度板桩墙两侧所受的净土压力相平衡（水宽度板桩墙两侧所受的净土压力相平衡（水平方向力的代数和为零）；且单位宽度板桩平方向力的代数和为零）；且单位宽度板桩墙两侧所受的净土压力对墙底端部力矩代数墙两侧所受的净土压力对墙底端部力矩代数和为零。在满足上述两个静力平衡条件时，和为零。在满足上述两个静力平衡条件时，板桩墙体则处于稳定。相应的板桩墙入土深板桩墙
22、体则处于稳定。相应的板桩墙入土深度即为保证其稳定性所需的最小入土深度。度即为保证其稳定性所需的最小入土深度。根据上述静力平衡条件联立可求解最小入土根据上述静力平衡条件联立可求解最小入土深度，这对设计板桩墙非常有用。深度，这对设计板桩墙非常有用。10.510.5排桩式维护墙体的设计计算方法排桩式维护墙体的设计计算方法2.布鲁姆（布鲁姆（Blum）法）法布鲁姆（布鲁姆（H.Blum）对静力平衡法进行了简化，）对静力平衡法进行了简化，即将桩底的被动土压力以一个集中力来代替，即将桩底的被动土压力以一个集中力来代替，对比静力平衡法，采用布鲁姆法解悬臂式板对比静力平衡法，采用布鲁姆法解悬臂式板桩墙的入土深
23、度及最大弯矩较为方便。桩墙的入土深度及最大弯矩较为方便。10.510.5排桩式维护墙体的设计计算方法排桩式维护墙体的设计计算方法10.5.2 单支点排桩维护墙的计算方法单支点排桩维护墙的计算方法 当基坑开挖深度较大时，悬臂式板桩墙就会显得支当基坑开挖深度较大时，悬臂式板桩墙就会显得支挡无力，桩顶位移就会过大，易出现事故。在这种挡无力，桩顶位移就会过大，易出现事故。在这种情况下，需要用水平内支撑及锚杆支撑来加强墙体情况下，需要用水平内支撑及锚杆支撑来加强墙体的维护能力。的维护能力。1.单支点排桩单支点排桩 单支点排桩维护墙单支点排桩维护墙 是指在墙上设置一道水平支是指在墙上设置一道水平支撑并形成
24、铰接的铰支点，这种墙称之为单支点排桩撑并形成铰接的铰支点，这种墙称之为单支点排桩围护墙。单支点墙入土下端的支撑情况与入土深度围护墙。单支点墙入土下端的支撑情况与入土深度有关，因此单支点排桩维护墙的计算与其入土深度有关，因此单支点排桩维护墙的计算与其入土深度有关。有关。10.510.5排桩式维护墙体的设计计算方法排桩式维护墙体的设计计算方法2.单支点排桩入土深度较浅时的平衡法单支点排桩入土深度较浅时的平衡法单支点排桩入土深度较浅时，按上述第一种单支点排桩入土深度较浅时，按上述第一种情况，板桩墙可看为在支撑点是铰支而墙下情况，板桩墙可看为在支撑点是铰支而墙下端为自由的结构，按静力平衡方法计算，求端
25、为自由的结构，按静力平衡方法计算，求解桩的入土深度及支撑反力，以便可求解排解桩的入土深度及支撑反力，以便可求解排桩内力，设计排桩。桩内力，设计排桩。10.510.5排桩式维护墙体的设计计算方法排桩式维护墙体的设计计算方法3.单支点排桩入土深度较深时的等值梁法单支点排桩入土深度较深时的等值梁法等值梁法适用于单支点排桩入土较深时固定等值梁法适用于单支点排桩入土较深时固定端型排桩，即上述第三种情况。此时桩的入端型排桩，即上述第三种情况。此时桩的入土深度较大，墙前后都出现被动土压力，排土深度较大，墙前后都出现被动土压力，排桩入土端可视为固定端，相当于上端简支下桩入土端可视为固定端，相当于上端简支下端固
26、定的超静定梁。它的弯矩已大大减小而端固定的超静定梁。它的弯矩已大大减小而出现正负两个方向的弯矩。出现正负两个方向的弯矩。工程中常采用此种固定端型排桩，常采用等工程中常采用此种固定端型排桩，常采用等值梁法来计算。值梁法来计算。10.510.5排桩式维护墙体的设计计算方法排桩式维护墙体的设计计算方法10.5.3多支点排桩维护墙计算方法简介多支点排桩维护墙计算方法简介 当土质较差，基坑较深时，用单支点排桩维当土质较差，基坑较深时，用单支点排桩维护墙不能满足要求时，通常采用多支点排桩护墙不能满足要求时，通常采用多支点排桩维护墙结构。维护墙结构。目前对多支点排桩维护墙结构的计算方法通目前对多支点排桩维护
27、墙结构的计算方法通常采用等值梁法、连续梁法、支撑荷载常采用等值梁法、连续梁法、支撑荷载12分担法、弹性支点法等。分担法、弹性支点法等。基坑支护基坑支护 对基坑侧壁土体采用的支挡、加固与保护措施，对基坑侧壁土体采用的支挡、加固与保护措施，称之为基坑支护。称之为基坑支护。支护结构支护结构 指基坑的维护墙体及支撑系统的总称指基坑的维护墙体及支撑系统的总称.围护墙体分类围护墙体分类 可分为重力式挡土墙、排桩维护墙、地下可分为重力式挡土墙、排桩维护墙、地下连续墙、土钉墙等。连续墙、土钉墙等。两类基坑支护结构的极限状态两类基坑支护结构的极限状态1)承载力极限状态承载力极限状态:；2）正常使用极限状态。）正常使用极限状态。悬臂式排桩围护墙的计算方法悬臂式排桩围护墙的计算方法 目前采用静力平衡及布鲁目前采用静力平衡及布鲁姆两种方法，用以计算板桩墙体的入土深度及墙身内力。布姆两种方法，用以计算板桩墙体的入土深度及墙身内力。布鲁姆法对比静力平衡法来说，较为简单。鲁姆法对比静力平衡法来说，较为简单。单支点排桩维护墙计算方法单支点排桩维护墙计算方法 主要有平衡法及等值梁法，主要有平衡法及等值梁法，用以计算板桩墙体的入土深度及墙身内力。用以计算板桩墙体的入土深度及墙身内力。
