1、第第 8 章章 基坑工程基坑工程8.1 概概 述述 随着城市建设的发展，地下空间在世界各大城市中得到开随着城市建设的发展，地下空间在世界各大城市中得到开发利用。如高层建筑地下室、地下仓库、地下民防工事以及多发利用。如高层建筑地下室、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等。在我国，地铁及高层建筑的兴建，种地下民用和工业设施等。在我国，地铁及高层建筑的兴建，产生了大量的基坑（深基坑）工程。产生了大量的基坑（深基坑）工程。基坑工程主要包括围护体系的设置和土方开挖两个方面。基坑工程主要包括围护体系的设置和土方开挖两个方面。围护结构通常是一种临时结构，安全储备较小，具有比较大的围护结构通常是
2、一种临时结构，安全储备较小，具有比较大的风险。风险。围护结构应满足的基本要求围护结构应满足的基本要求 保证基坑周围未开挖土体的稳定；保证基坑周围未开挖土体的稳定；保证相邻建筑物的、地下管线的安全，不受损害；保证相邻建筑物的、地下管线的安全，不受损害；保证作业面在地下水位以上。保证作业面在地下水位以上。上海浦东绿洲中环中心上海浦东绿洲中环中心 8.2 围护结构型式及适用范围围护结构型式及适用范围 围护结构型式及分类围护结构型式及分类放坡开挖及简易支护放坡开挖及简易支护悬臂式围护结构悬臂式围护结构重力式围护结构重力式围护结构内撑式围护结构内撑式围护结构拉锚式围护结构拉锚式围护结构土钉墙围护结构土钉
3、墙围护结构其他形式围护结构其他形式围护结构土袋土袋短桩短桩基坑简易支护基坑简易支护 土袋或块石支护土袋或块石支护 短桩支护短桩支护 放坡开挖及简易支护放坡开挖及简易支护 边坡高度与坡度控制边坡高度与坡度控制岩土类别岩土类别状态及风化程度状态及风化程度允许坡高允许坡高允许坡度允许坡度硬质岩石硬质岩石微风化微风化中等风化中等风化强风化强风化121081：0.101：0.201：0.201：0.351：0.351：0.50软质岩石软质岩石微风化微风化中等风化中等风化强风化强风化8881：0.351：0.501：0.501：0.751：0.751：1.00砂土砂土中密以上中密以上51：1.00基坑顶面
4、无载重基坑顶面无载重1：1.25基坑顶面有静载基坑顶面有静载1：1.50基坑顶面有动载基坑顶面有动载粉土粉土稍湿稍湿51：0.75基坑顶面无载重基坑顶面无载重1：1.00基坑顶面有静载基坑顶面有静载1：1.25基坑顶面有动载基坑顶面有动载边坡允许坡度值边坡允许坡度值岩土类别岩土类别 状态及风化程度状态及风化程度 允许坡高允许坡高允许坡度允许坡度粉质粘土粉质粘土坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑5541：0.33基坑顶面无载重基坑顶面无载重1：0.50基坑顶面有静载基坑顶面有静载1：0.75基坑顶面有动载基坑顶面有动载1：1.001：1.25基坑顶面无载重基坑顶面无载重1：1.251：1.50基坑顶面无载
5、重基坑顶面无载重粘土粘土坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑5541：0.331：0.751：1.001：1.251：1.251：1.50杂填土杂填土中密、密实的建中密、密实的建筑垃圾土筑垃圾土51：0.751：1.00边坡允许坡度值（续）边坡允许坡度值（续）边坡稳定性验算边坡稳定性验算需要进行边坡稳定性验算的情况有以下几种：需要进行边坡稳定性验算的情况有以下几种：坡顶有堆载；坡顶有堆载；边坡高度与坡度超出上表所列允许值；边坡高度与坡度超出上表所列允许值；存在软弱结构面的倾斜地层；存在软弱结构面的倾斜地层；岩层和主要结构层面的倾斜方向与边坡的开挖面倾斜方岩层和主要结构层面的倾斜方向与边坡的开挖面倾斜方向一
6、致，且两者走向的夹角小于向一致，且两者走向的夹角小于45。土质边坡的稳定分析可用圆弧滑动法进行分析。土质边坡的稳定分析可用圆弧滑动法进行分析。岩质边坡宜按由软弱夹层或结构面控制的可能滑动面进行验算。岩质边坡宜按由软弱夹层或结构面控制的可能滑动面进行验算。悬臂式围护结构悬臂式围护结构 结构特征：无支撑的悬臂围护结构；结构特征：无支撑的悬臂围护结构；支撑材料：钢筋混凝土排桩、钢板桩、木板桩、钢筋混支撑材料：钢筋混凝土排桩、钢板桩、木板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙、凝土板桩、地下连续墙、SMW工法桩等；工法桩等；受力特征：利用支撑入土的嵌固作用及结构的自身的抗受力特征：利用支撑入土的嵌固作用及结构
7、的自身的抗弯刚度挡土及控制变形；弯刚度挡土及控制变形；适用条件：土质较好，开挖深度较小的基坑。适用条件：土质较好，开挖深度较小的基坑。重力式围护结构重力式围护结构 结构特征：常用水泥土桩构成重力式挡土构造；结构特征：常用水泥土桩构成重力式挡土构造；支撑材料：水泥搅拌桩、注浆；支撑材料：水泥搅拌桩、注浆；受力特征：利用墙体或格构自身的稳定挡土与止水；受力特征：利用墙体或格构自身的稳定挡土与止水；适用条件：宽度较大，开挖较浅，周围场地较宽，对变适用条件：宽度较大，开挖较浅，周围场地较宽，对变形要求不高的基坑。形要求不高的基坑。重力式水泥土墙重力式水泥土墙 断面图断面图 平面图平面图 内撑式围护结构
8、内撑式围护结构 结构特征：由挡土结构与支撑结构两部分组成；结构特征：由挡土结构与支撑结构两部分组成；支撑材料：挡土材料有钢筋混凝土桩、地下连续墙，支支撑材料：挡土材料有钢筋混凝土桩、地下连续墙，支撑材料有钢筋混凝土梁、钢管、型钢等；撑材料有钢筋混凝土梁、钢管、型钢等；受力特征：水平支撑、斜支撑，单层支撑、多层支撑；受力特征：水平支撑、斜支撑，单层支撑、多层支撑；适用条件：各种土层和基坑深度。适用条件：各种土层和基坑深度。内撑式围护结构内撑式围护结构 拉锚式围护结构拉锚式围护结构 结构特征：由挡土结构与锚固系统两部分组成；结构特征：由挡土结构与锚固系统两部分组成；支撑材料：可采用内撑式结构相同的
9、材料外，还可以采支撑材料：可采用内撑式结构相同的材料外，还可以采用钢板桩等；用钢板桩等；受力特征：由挡土结构与锚固系统共同承担土压力；受力特征：由挡土结构与锚固系统共同承担土压力；适用条件：砂土或粘性土地基。适用条件：砂土或粘性土地基。拉锚式围护结构拉锚式围护结构 土钉墙围护结构土钉墙围护结构 结构特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成；结构特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成；支撑材料：由土钉及钢筋混凝土面板构成支撑；支撑材料：由土钉及钢筋混凝土面板构成支撑；受力特征：由土钉构成支撑体系，喷锚混凝土面板构成受力特征：由土钉构成支撑体系，喷锚混凝土面板构成挡土体系；挡土体系；适用条件：地下水
10、位以上或降水后的粘土、粉土、杂填适用条件：地下水位以上或降水后的粘土、粉土、杂填土及非松散砂土、碎石土。土及非松散砂土、碎石土。钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩水泥搅拌桩水泥搅拌桩连拱式支护结构平面图连拱式支护结构平面图高压喷射桩高压喷射桩钻孔灌注桩钻孔灌注桩灌注桩与高压喷射桩组合支护灌注桩与高压喷射桩组合支护型钢型钢深层搅拌桩深层搅拌桩SMW工法桩组合支护工法桩组合支护深基坑支护结构分类深基坑支护结构分类支支护护结结构构挡土部分挡土部分支撑部分支撑部分透水挡土结构透水挡土结构止水挡土结构止水挡土结构 H型钢、工字钢型钢、工字钢+插板插板 疏排灌注桩疏排灌注桩+钢丝网水泥抹面钢丝网水泥抹面 密排灌注桩
11、、预制桩密排灌注桩、预制桩 双排桩挡土双排桩挡土 连拱式灌注桩连拱式灌注桩 土钉墙土钉墙 地下连续墙地下连续墙 深层搅拌桩、墙深层搅拌桩、墙 深层搅拌桩深层搅拌桩+灌注桩灌注桩 密排桩密排桩+高压喷射桩高压喷射桩 钢板桩钢板桩 闭合拱圈墙闭合拱圈墙 自立式桩、墙自立式桩、墙 锚拉支护锚拉支护 土层锚杆土层锚杆 水平支撑、斜撑水平支撑、斜撑 环梁支护系统环梁支护系统8.3 支护结构上的荷载支护结构上的荷载 水、土压力计算水、土压力计算 水、土压力分算方法水、土压力分算方法 对于透水性比较大的砂性土和粉土，分别计算作用在对于透水性比较大的砂性土和粉土，分别计算作用在围护结构上的土压力（按朗肯土压力
12、理论计算）和水压力围护结构上的土压力（按朗肯土压力理论计算）和水压力（按静水压力计算），然后叠加作用在围护结构上。（按静水压力计算），然后叠加作用在围护结构上。或：或：HK2cHKpHK2cHKpwpppwaaa HK2cHKpHK2cHKpwpppwaaa 水、土压力合算方法水、土压力合算方法 对于透水性比较差的粘性土地基，采用水、土压力合对于透水性比较差的粘性土地基，采用水、土压力合算的方法计算作用于围护结构上的侧向压力。算的方法计算作用于围护结构上的侧向压力。各项参数的定义见各项参数的定义见p.298说明。说明。ppsatpaasataK2cHKpK2cHKp 挡土结构位移对土压力的影响
13、挡土结构位移对土压力的影响 一般的围护结构自身刚度不大，在侧向压力作用下产一般的围护结构自身刚度不大，在侧向压力作用下产生较大的相对位移时，对土压力的分布与大小产生影响。生较大的相对位移时，对土压力的分布与大小产生影响。一般有以下几种情况：一般有以下几种情况：挡土构造不发生位移挡土构造不发生位移 墙后主动土压力为静止墙后主动土压力为静止土压力，土压力分布为三角土压力，土压力分布为三角形分布。形分布。挡土构造顶部不动，底部向外位移挡土构造顶部不动，底部向外位移 无论位移达到多大，都不能使填土内发生主动破坏，无论位移达到多大，都不能使填土内发生主动破坏，压力为曲线分布，总压力作用点位移墙底以上越压
14、力为曲线分布，总压力作用点位移墙底以上越H/2处。处。挡土构造平行向外移动挡土构造平行向外移动 位移的大小未达到足以使填土发生主动破坏时，压力位移的大小未达到足以使填土发生主动破坏时，压力为曲线分布，当位移超过某一值后填土将发生主动破坏，为曲线分布，当位移超过某一值后填土将发生主动破坏，应力成直线分布。应力成直线分布。挡土构造上下两端不动，中部发生向外位移挡土构造上下两端不动，中部发生向外位移 墙后主动土压力为马鞍形分布。墙后主动土压力为马鞍形分布。挡土构造下端不动，上端向外位移挡土构造下端不动，上端向外位移 无论位移多少，作用在墙背上的压力都按直线分布。无论位移多少，作用在墙背上的压力都按直
15、线分布。当墙上端的移动达到一定数值后，墙后填土会发生主动破当墙上端的移动达到一定数值后，墙后填土会发生主动破坏，此时作用在墙上的土压力称为主动土压力。坏，此时作用在墙上的土压力称为主动土压力。8.4 支护结构上的设计规定支护结构上的设计规定 设计依据：设计依据：建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）设计状态设计状态 承载能力极限状态：支护结构达到承载力破坏，锚固系承载能力极限状态：支护结构达到承载力破坏，锚固系统失效或坡体失稳状态；统失效或坡体失稳状态；正常使用极限状态：支护结构和边坡的变形达到结构本正常使用极限状态：支护结构和边坡的变形达到结构本身或邻近建筑物的正常
16、使用限值或影响耐久实用性能。身或邻近建筑物的正常使用限值或影响耐久实用性能。安全等级安全等级 根据建筑基坑工程破坏可能造成的后果，基坑工程划根据建筑基坑工程破坏可能造成的后果，基坑工程划分为三个安全等级。分为三个安全等级。安全等级安全等级破坏后果破坏后果重要性系数重要性系数0一级一级支护结构破坏或土体失稳或过大变支护结构破坏或土体失稳或过大变形对基坑周围环境和地下结构施工形对基坑周围环境和地下结构施工影响很严重影响很严重1.10二级二级支护结构破坏或土体失稳或过大变支护结构破坏或土体失稳或过大变形对基坑周围环境影响一般，但对形对基坑周围环境影响一般，但对地下结构施工影响严重地下结构施工影响严重
17、1.00三级三级支护结构破坏或土体失稳或过大变支护结构破坏或土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工形对基坑周围环境及地下结构施工影响不严重影响不严重0.90建筑基坑安全等级及重要性系数建筑基坑安全等级及重要性系数 基坑设计的主要内容基坑设计的主要内容 支护体系的方案比较与选型；支护体系的方案比较与选型；支护结构的强度、稳定和变形计算；支护结构的强度、稳定和变形计算；基坑内外土体的稳定性验算；基坑内外土体的稳定性验算；地下水控制设计；地下水控制设计；施工程序设计；施工程序设计；周边环境保护措施；周边环境保护措施；支护结构质量检测和开挖监控项目及报警要求。支护结构质量检测和开挖监控项目及报
18、警要求。基坑设计应具备的资料基坑设计应具备的资料 岩土工程勘察报告；岩土工程勘察报告；建筑总平面图、地下管线图、地下结构平面和剖面图；建筑总平面图、地下管线图、地下结构平面和剖面图；土建设计和施工对基坑支护结构的要求；土建设计和施工对基坑支护结构的要求；邻近建筑物和地下设施的类型、分布情况和结构质量的邻近建筑物和地下设施的类型、分布情况和结构质量的检测评价。检测评价。8.5 悬臂式围护结构内力分析（排桩、板桩）悬臂式围护结构内力分析（排桩、板桩）计算简图（均质土）计算简图（均质土）排桩变位排桩变位净土压力分布净土压力分布简化处理后的简化处理后的净土压力分布净土压力分布 静力平衡法静力平衡法 基
19、本原理：随着板桩的入土基本原理：随着板桩的入土深度的变化，作用在板桩两深度的变化，作用在板桩两侧的净土压力分布也随之发侧的净土压力分布也随之发生变化，当作用在板桩两侧生变化，当作用在板桩两侧的净土压力相等时，板桩处的净土压力相等时，板桩处于平衡状态，此时所对应的于平衡状态，此时所对应的板桩的入土深度即是保证板板桩的入土深度即是保证板桩稳定的最小入土深度。根桩稳定的最小入土深度。根据板桩的静力平衡条件可以据板桩的静力平衡条件可以求出该深度。求出该深度。t 土压力计算（朗肯土压力理论）土压力计算（朗肯土压力理论）确定板桩入土深度确定板桩入土深度 t 基坑底土压力基坑底土压力ppn1iiinpnaa
20、n1iiinanKc2KhqeKc2Khqe)()(thDz1z2pahtathppphzazp11pp)(aa0haaahaK2cKqhpK2chKp 或：地面超载地面超载thDz1z2pahtathppphzazp11pp 确定净土压力确定净土压力p=0的深度的深度D),(,)()(),(,)()(),(,0q0cKKKK2cKqhDDKK2cKqhK2cDK0q0cKKKK2chKDDKK2chKK2cDK0q0cKKhKDDKhKDK0apapa0aaa0pp0apapaaaapp0apaaap thDz1z2pahtathppphzazp11pp 确定深度确定深度 h+z1及及h+t
21、 处的净土压力处的净土压力),(22)(2)(2),(22)(2)(2111111110q0ckctkkckqthppKcKqhzKcKzpp0q0ckctkkckthppKcKhzKcKzpp0aapp0tathpaa0pphzazp0aapptathpaapphzazp 确定最小入土深度确定最小入土深度 t 当板桩入土深度达到最小入土深度当板桩入土深度达到最小入土深度 t 时，应满足作用时，应满足作用在板桩上的水平力之和等于在板桩上的水平力之和等于0，各力距任一点力矩之和等，各力距任一点力矩之和等于于0的静力平衡条件，建立静力平衡方程，可以求得未知的静力平衡条件，建立静力平衡方程，可以求得
22、未知量量 z2 及板桩最小入土深度及板桩最小入土深度 t：0t2hKKztKthKt2hKKtKthKzap22p2aap3p3a2)()()()(求解上述联立方程，可以得到未知值求解上述联立方程，可以得到未知值 z2，t（也可以采用试算法计（也可以采用试算法计算），为安全起见，计算得到的算），为安全起见，计算得到的 t 值还需乘以值还需乘以1.1的安全系数作为设计入的安全系数作为设计入土深度，即实际的入土深度土深度，即实际的入土深度=1.1t。板桩内力计算板桩内力计算 计算板桩最大弯矩时，根据在板桩最大弯矩作用点剪计算板桩最大弯矩时，根据在板桩最大弯矩作用点剪力等于力等于0的原理，可以确定发
23、生最大弯矩的位置及最大弯的原理，可以确定发生最大弯矩的位置及最大弯矩值。对于均质无粘性土（矩值。对于均质无粘性土（c=0，q0=0），根据图示关系，），根据图示关系，当剪力为当剪力为0的点位于基坑底面以下深度的点位于基坑底面以下深度 b 时，则有：时，则有：解出解出b后，即可求得后，即可求得Mmax：hbz10K2bhK2ba2p2 )()()(maxp3a3p2a2KbKbh6K2b3bK2bh3bhM 布鲁姆法（均质土）布鲁姆法（均质土）基本原理：布鲁姆法以一个集中力基本原理：布鲁姆法以一个集中力 Ep代替板桩底出现的代替板桩底出现的被动土压力，根据该假定建立静力平衡方程，求出入土深被动土
24、压力，根据该假定建立静力平衡方程，求出入土深度及板桩内力。度及板桩内力。计算板桩入土深度计算板桩入土深度 t 对板桩底对板桩底C点取力矩，点取力矩，由由Mc=0得到：得到：OhtluEpxKKap)(EpE4E1E2E3PCxxma0KKalP6xKKP6xxKK22xxKKE03xEaxlPapap32apappp)()()()()()(在均质土条件下，净土压力为在均质土条件下，净土压力为0的的O点深度可根据墙前点深度可根据墙前与墙后土压力强度相等的条件算出（不考虑地下水及顶面与墙后土压力强度相等的条件算出（不考虑地下水及顶面均布荷载的影响，均布荷载的影响，c=0，q0=0）：）：代入前式求
25、解方程后可求得未知量代入前式求解方程后可求得未知量x，板桩的入土深度按，板桩的入土深度按下式计算：下式计算：t=u+1.2x 为便于计算，建立了一套图表，利用该图表，可用图为便于计算，建立了一套图表，利用该图表，可用图解法确定未知量解法确定未知量 x 值，其顺序如下：值，其顺序如下：u 令中间变量：令中间变量：uhlKKhKuKhuukapaap)()(lx/)(6)1()(6323apapKKlPaKKlP v 再令：再令：w 根据求出的根据求出的m、n值，查图表确定中间变量值，查图表确定中间变量，从而求得：，从而求得：x=l，t=u+1.2x)(,)(ap3ap2KKlPa6nKKlP6m
26、 n1m3)(内力计算内力计算 最大弯矩发生在剪力最大弯矩发生在剪力Q=0处，如图设处，如图设O点以下点以下xm处的剪处的剪力力Q=0，则有：，则有：最大弯矩：最大弯矩：)()(apm2mapKKP2x0 xKK2P 3mapmxKK6axlPM)()(max OhtluEpxKKap)(EpE4E1E2E3PCxxma例题例题1：某悬臂板桩围护结构如图示，试用布鲁姆法计算板桩某悬臂板桩围护结构如图示，试用布鲁姆法计算板桩长度及板桩内力。长度及板桩内力。6mluE3E1E2Paq=10kN/m2 c=0=34=20kN/m3解解：板桩长度板桩长度129.35kN/m57036.790.5683
27、27936506832EEEP57m028305373283020106k-kkqhuuqhuk36.79kPa283062010h)kqe83kPa2283010qke5373/2)(45tank2830/2)-(45tank321apapaa2aa12p2a.).(.)/()()/()(.)(.,.1702830537357620351290846kklP6an2802830537357620351296kklP6m08m435129570316570793650632683279365036832a3ap32ap2.).(.)(.).(.)(.)./(./).(.查表，查表，=0.67，
28、x=l=0.676.57=4.4mt=1.2x+u=1.24.4+0.57=5.85m板桩长板桩长=6+5.85=11.85m，取，取12m。计算最大弯矩计算最大弯矩mm484kN9916283053732008499157635129x6kkaxlPM99m12830537320351292kkP2x33mapmmaxapm/.).().(.)()(.).(.)(8.6 单支点围护结构内力分析（排桩、板桩）单支点围护结构内力分析（排桩、板桩）顶端支撑的排桩结构，有支撑的支撑点相当顶端支撑的排桩结构，有支撑的支撑点相当于不能移动的简支点，埋入地中的部分，则根据于不能移动的简支点，埋入地中的部分
29、，则根据入土深度，浅时为简支，深时为嵌固。在确定板入土深度，浅时为简支，深时为嵌固。在确定板桩的入土深度时，太浅则跨中弯矩比较大，较深桩的入土深度时，太浅则跨中弯矩比较大，较深时则不经济。比较合理的入土深度为下图所示的时则不经济。比较合理的入土深度为下图所示的第第3种状态所处的入土深度。一般按该种状态确定种状态所处的入土深度。一般按该种状态确定板桩的入土深度板桩的入土深度 t。EaEptminEaEpt1tmaxEaEpEpt2EaEpEp(a)(b)(c)(d)内力计算方法（均质土）内力计算方法（均质土）静力平衡法（埋深较浅，静力平衡法（埋深较浅，下端铰支，前图下端铰支，前图a计算图式）计算
30、图式）根据图示所示静力平衡根据图示所示静力平衡体系，根据体系，根据A点的力矩平衡点的力矩平衡方程及水平方向的力平衡方方程及水平方向的力平衡方程，可以得到两个方程：程，可以得到两个方程：paEpEaEERMM0根据上述方程求解出板桩的入土深度根据上述方程求解出板桩的入土深度 t 及反力及反力 R htREpEaAdp2pa2aKt21EKth21E ,)(对支撑对支撑 A 点取力矩平衡方程：点取力矩平衡方程：minpatt32dhEdth32E求出板桩最小入土深度)()(由水平方向的静力平衡方程：由水平方向的静力平衡方程：paEER根据剪力为根据剪力为 0 的条件，可以求得最大弯矩的位置：的条件
31、，可以求得最大弯矩的位置：aa2K2RxKx21R 板桩截面最大弯矩：板桩截面最大弯矩：a3a2maxKx61dxRx31Kx21dxRM )()(等值梁法等值梁法 基本原理：将板桩看成是一端嵌固另一端简支的梁，单基本原理：将板桩看成是一端嵌固另一端简支的梁，单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩分布如图所示，如果支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩分布如图所示，如果在弯矩零点位置将梁断开，以简支梁计算梁的内力，则其在弯矩零点位置将梁断开，以简支梁计算梁的内力，则其弯矩与整梁是一致的。将此断梁称为整梁该段的弯矩与整梁是一致的。将此断梁称为整梁该段的等值梁等值梁。对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙，弯矩零点
32、位置与对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙，弯矩零点位置与净土压力零点位置很接近，在计算时可以根据净土压力分净土压力零点位置很接近，在计算时可以根据净土压力分布首先确定出弯矩零点位置，并在该点处将梁断开，计算布首先确定出弯矩零点位置，并在该点处将梁断开，计算两个相连的等值简支梁的弯矩。将这种简化方法称为等值两个相连的等值简支梁的弯矩。将这种简化方法称为等值梁法。梁法。RaABBQBQBGEpBGhtREaEpEa2Ah0aDBGCuxxt0(kp-ka)x 计算步骤计算步骤u 计算净土压力分布计算净土压力分布 根据净土压力分布确定净土压力为根据净土压力分布确定净土压力为0的的B点位置，利用点位置，利
33、用下式算出下式算出B点距基坑底面的距离点距基坑底面的距离 u（c=0，q0=0）：）：v 计算支撑反力计算支撑反力 计算支撑反力计算支撑反力Ra及剪力及剪力QB。以以B点为力矩中心：点为力矩中心：)(apaKKhKu 0)(huhauhERaa 以以A点为力矩中心：点为力矩中心：w 计算板桩的入土深度计算板桩的入土深度 由等值梁由等值梁BG取取G点的力矩平衡方程点的力矩平衡方程：可以求得：可以求得：00)(huhhaEQaB 2)()(61xxuhKxuKxQapB )(6apBKKQx 板桩的最小入土深度：板桩的最小入土深度：t0=u+x，考虑一定的富裕可以取：考虑一定的富裕可以取：t=(1
34、.11.2)t0 x 求出等值梁的最大弯矩求出等值梁的最大弯矩 根据最大弯矩处剪力为根据最大弯矩处剪力为0的原理，求出等值梁上剪力的原理，求出等值梁上剪力为为0的位置，并求出最大弯矩的位置，并求出最大弯矩 Mmax。注意注意：以上两种情况计算出的支撑力（锚杆拉力）为单：以上两种情况计算出的支撑力（锚杆拉力）为单位延米板桩墙上的数值，如支撑（锚杆）间距为位延米板桩墙上的数值，如支撑（锚杆）间距为 a，则，则实际支撑力（锚杆拉力）为实际支撑力（锚杆拉力）为 aR。工程实践中，可按以下经验关系粗略确定正负弯矩工程实践中，可按以下经验关系粗略确定正负弯矩转折点转折点B的位置（即的位置（即 u 的深度）
35、。的深度）。设基坑深度为设基坑深度为 h，地面均布荷载为，地面均布荷载为 q，基坑底面以下土体，基坑底面以下土体的内摩擦角为的内摩擦角为，等效基坑深度为：，等效基坑深度为：h=h+q/0,40030,35080,30uh.uh.u 单支撑板桩的计算，是以板桩下端为固定的假设进单支撑板桩的计算，是以板桩下端为固定的假设进行的，对于埋入粘性土中的板桩，只有粘性土相当坚硬行的，对于埋入粘性土中的板桩，只有粘性土相当坚硬时，才可以认为底端固定，因此，其计算假定与一般实时，才可以认为底端固定，因此，其计算假定与一般实际情况仍有差异。但等值梁法计算结果偏于安全，方法际情况仍有差异。但等值梁法计算结果偏于安
36、全，方法简单，特别适合于非粘性土地基中的支护结构计算。简单，特别适合于非粘性土地基中的支护结构计算。例题例题2：某单支撑板桩围护结构如图示，试用等值梁法计算板某单支撑板桩围护结构如图示，试用等值梁法计算板桩长度及板桩内力。桩长度及板桩内力。1m9.0muEaaq=28kN/m2 c=6kPa=20=18kN/m3xx0Ra解解：土压力计算土压力计算52kPa9349062490101828k2ch)kqe32kPa54906249028k2cqke2.04/2)(45tank490/2)-(45tankaaa2aaa12p2a.)(.,.u的计算的计算74m249004218042625293
37、kkk2cekkkk2ckqhuk2cukkqhk2cukappa2appaaaaapp.).(.)()()()()(Ra、QB的计算的计算m25kN33901742101.0-4732622h-uhh-aEQm07kN2830174210477421032622h-uhauhER40m73262274231101212810324415253am32kN622121284412537425293501032552935010325E00aB0aaa/.).(.)(/.).(.)(.)./(././.).(.入土深度入土深度 t 的计算的计算54m13411228112111ux2111t21
38、11t54m849004218253396kk6Qx0apB.).()(.().(.).(.)(取取t=13.0m，板桩长，板桩长=10+13=23m 内力计算内力计算求求Q=0的位置的位置 x043m7x041x432x5072830325529310 xx2132x5R0200000a.).(.mm06kN109660325529343743732521014370728710eex61xe21hxR3xxee10 x212xehxRM32a1a23020a100a00a1a2020a100amax/.).(.).(.)()()()(8.7 多支点围护结构计算方法简介多支点围护结构计算方法
39、简介 连续梁法连续梁法 基本原理：将排桩支护看成多支点支撑的连续梁基本原理：将排桩支护看成多支点支撑的连续梁 计算步骤（以三道支撑为例）计算步骤（以三道支撑为例）AABABABCDC(a)(b)(c)(d)(1)设置第一道支撑设置第一道支撑A之前的开挖阶段（图之前的开挖阶段（图a）按下端嵌固在土中的悬臂桩墙计算。按下端嵌固在土中的悬臂桩墙计算。(2)设置第二道支撑设置第二道支撑B之前的开挖阶段（图之前的开挖阶段（图b）按板桩墙为两个支点的静定梁计算，两个支点分别为按板桩墙为两个支点的静定梁计算，两个支点分别为A及土中净土压力为及土中净土压力为0的一点。的一点。(3)设置第三道支撑设置第三道支撑
40、C之前的开挖阶段（图之前的开挖阶段（图c）按板桩墙为具有三个支点的连续梁计算，三个支点分别按板桩墙为具有三个支点的连续梁计算，三个支点分别为为A、B及土中净土压力为及土中净土压力为0的一点。的一点。(4)浇筑底板以前的开挖阶段浇筑底板以前的开挖阶段 按板桩墙为具有四个支点三跨的连续梁计算。按板桩墙为具有四个支点三跨的连续梁计算。支撑荷载支撑荷载1/2分担法分担法 基本原理：墙后主动土压力分布采用太沙基基本原理：墙后主动土压力分布采用太沙基佩克假定，佩克假定，按按1/2分担的概念计算支撑反力和排桩内力。分担的概念计算支撑反力和排桩内力。l1l2l3l4l5R1R2R3R4R1R2R3R4R3l3
41、/2l4/2ql2/10ql2/20HKaHKaM图图q图图 计算方法（经验方法）计算方法（经验方法）每道支撑所受的力是相邻两个半跨的土压力荷载值；每道支撑所受的力是相邻两个半跨的土压力荷载值；若土压力强度为若土压力强度为q，按连续梁计算，最大支座弯矩（三，按连续梁计算，最大支座弯矩（三跨以上）为跨以上）为 M=ql2/10，最大跨中弯矩为，最大跨中弯矩为 M=ql2/20。弹性抗力法（弹性支点法、地基反力法）弹性抗力法（弹性支点法、地基反力法）基本原理：将桩墙看成竖直置于土中的弹性地基梁，基基本原理：将桩墙看成竖直置于土中的弹性地基梁，基坑以下土体以连续分布的弹簧来模拟，基坑底面以下的土坑以
42、下土体以连续分布的弹簧来模拟，基坑底面以下的土体反力与墙体的变形有关。体反力与墙体的变形有关。计算方法计算方法 墙后土压力分布：直接按朗肯土压力理论计算、矩形分墙后土压力分布：直接按朗肯土压力理论计算、矩形分布的经验土压力模式（我国较多采用）；布的经验土压力模式（我国较多采用）；地基抗力分布：基坑开挖面以下的土抗力分布根据文克地基抗力分布：基坑开挖面以下的土抗力分布根据文克尔地基模型计算：尔地基模型计算：ks：地基土的水平基床系数：地基土的水平基床系数yksxEaEaR1RnR1Rn 支点按刚度系数支点按刚度系数 kz的弹簧进行模拟，建立桩墙的基本挠的弹簧进行模拟，建立桩墙的基本挠曲微分方程，
43、解方程可以得到支护结构的内力和变形。曲微分方程，解方程可以得到支护结构的内力和变形。8.8 基坑的稳定验算基坑的稳定验算 基坑稳定验算的基本内容基坑稳定验算的基本内容 整体稳定验算（边坡稳定、倾覆稳定、滑移稳定）；整体稳定验算（边坡稳定、倾覆稳定、滑移稳定）；基坑抗隆起稳定；基坑抗隆起稳定；基坑抗渗流稳定。基坑抗渗流稳定。基坑抗隆起稳定基坑抗隆起稳定基坑隆起基坑隆起开挖较深软土基坑时，在坑壁土体自重和坑开挖较深软土基坑时，在坑壁土体自重和坑顶荷载作用下，坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象；顶荷载作用下，坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象；基本假定基本假定 参照太沙基、普朗得尔地基承载力理论；参
44、照太沙基、普朗得尔地基承载力理论；支护桩底面的平面作为极限承载力基准面；支护桩底面的平面作为极限承载力基准面；滑动线形状如图滑动线形状如图8-16（p.308）所示。）所示。基坑抗隆起安全系数：基坑抗隆起安全系数：式中各项物理意义见式中各项物理意义见p.308说明。说明。qdhcNdNK1cq2s)(承载力系数承载力系数 普朗得尔公式：普朗得尔公式：安全系数：安全系数：Ks1.11.2 太沙基公式：太沙基公式：安全系数：安全系数：Ks1.151.25 tan1NNe245tanNqctan2q/)(,)(tan1NN245costane21Nqc2243q/)(,)()(建筑地基基础设计规范建
45、筑地基基础设计规范推荐公式推荐公式Nc：承载力系数，条形基础取：承载力系数，条形基础取Nc=5.14；0：抗剪强度，由十字板试验或三轴不固结不排水试验确：抗剪强度，由十字板试验或三轴不固结不排水试验确定；定；t：支护结构入土深度；：支护结构入土深度；其余参数与前述相同。其余参数与前述相同。610.qthNtKcs)(简化计算方法简化计算方法 假定地基破坏时发生如下图所示滑动面，滑动面圆心假定地基破坏时发生如下图所示滑动面，滑动面圆心在最底层支撑点在最底层支撑点A处，半径为处，半径为x，垂直面上的抗滑阻力不予，垂直面上的抗滑阻力不予考虑，则滑动力矩为：考虑，则滑动力矩为：22xrHqMd 稳定力
46、矩为：稳定力矩为：Su滑动面上不排水抗剪强度，对于饱和软粘土，则滑动面上不排水抗剪强度，对于饱和软粘土，则=0，Su=cu。定义安全系数定义安全系数 K=Mr/Md 220 ,)xd(SxMu如基坑处土质均匀，则基坑抗隆起安全系数为：如基坑处土质均匀，则基坑抗隆起安全系数为：2.1)2(qHSKus 例题例题3：某基坑深某基坑深H=6.2m，地面荷载，地面荷载q=20kN/m2，地基土为均质土，地基土为均质土=17kN/m3，c=25kPa，底部支撑，底部支撑=81.8，按简化计算，按简化计算方法验算其抗隆起稳定性。方法验算其抗隆起稳定性。解解：均质土地基，：均质土地基，Su=c=25kPa基
47、坑抗隆起安全系数基坑抗隆起安全系数不能满足抗基坑隆起稳定要求。不能满足抗基坑隆起稳定要求。21196120261725/180)81.82()2(.qHSKus 基坑抗渗流稳定基坑抗渗流稳定 基坑底面抗流砂稳定基坑底面抗流砂稳定适用：粉土、砂土适用：粉土、砂土0251)()2(.hhhhhjKwwdwhwhhd 基坑底面突涌稳定性基坑底面突涌稳定性m：透水层以上土的饱和重度：透水层以上土的饱和重度pw：含水层水压力。：含水层水压力。5131)(.pttKwmtht承压水承压水不透水层不透水层8.9 土钉支护结构土钉支护结构 概述概述 土钉支护是将一系列钢筋或钢索近似水平地设置在被加土钉支护是将
48、一系列钢筋或钢索近似水平地设置在被加固的原位土体中，在坡面喷射混凝土面层形成支护结构。固的原位土体中，在坡面喷射混凝土面层形成支护结构。土钉支护设计的主要内容土钉支护设计的主要内容 土钉支护结构参数的确定土钉支护结构参数的确定 土钉抗拉力的计算土钉抗拉力的计算 土钉墙内外稳定性验算土钉墙内外稳定性验算 土钉支护结构参数的确定土钉支护结构参数的确定 土钉长度土钉长度 一般上下土钉取等长，或上部稍长而底部稍短（土钉内一般上下土钉取等长，或上部稍长而底部稍短（土钉内力中部较大，上部土钉对限制支护结构水平位移作用较大，力中部较大，上部土钉对限制支护结构水平位移作用较大，下部土钉对提高土钉墙整体稳定性作
49、用较大）；下部土钉对提高土钉墙整体稳定性作用较大）；非饱和土：土钉长度非饱和土：土钉长度L=（0.61.2）H；饱和软土：土钉长度饱和软土：土钉长度LH。土钉间距土钉间距 土钉间距：土钉间距：1.22.0m（软土可（软土可1.0m）；）；垂直间距按土层分布及计算确定；垂直间距按土层分布及计算确定；上下插筋交叉排列上下插筋交叉排列 土钉筋材尺寸土钉筋材尺寸 筋材材料：钢筋、角钢、钢管等；筋材材料：钢筋、角钢、钢管等；钢筋：钢筋：18mm 32mm，级以上螺纹钢筋；级以上螺纹钢筋；角钢：角钢：L15mm50mm50mm；钢管：钢管：50mm。土钉倾角：土钉倾角：020之间之间 倾角小：支护变形小，
50、注浆质量难以控制；倾角小：支护变形小，注浆质量难以控制；倾角大：支护变形大，注浆质量易于控制，利于插入下倾角大：支护变形大，注浆质量易于控制，利于插入下层较好土层。层较好土层。注浆材料：水泥砂浆、水泥浆注浆材料：水泥砂浆、水泥浆 支护面层支护面层 临时性结构：临时性结构：50150mm厚钢筋网喷射混凝土，厚钢筋网喷射混凝土，6mm 8mm的的级钢筋焊成级钢筋焊成150300mm的方格网片；的方格网片；永久性结构：永久性结构：150250mm厚钢筋网喷射混凝土，可设两厚钢筋网喷射混凝土，可设两层钢筋网，分两层喷成。层钢筋网，分两层喷成。土钉支护结构的抗拉承载力计算土钉支护结构的抗拉承载力计算 验
