PKPM基坑支护软件开发的主要原理和依据

1、1l基坑支护结构的设计计算原理和依据(讲课重点，包括三维计算和规范计算两大部分，结合国家规范来讲)。lPKPM基坑软件以及和国内基坑软件的对比。l交流和讨论。2 陈伟，男，1972年出生于四川省仁寿县。1995年毕业于清华大学水电系，获工学学士学位；1998年毕业于同济大学建工系，获工学硕士学位。1998年2002年在中国建筑科学研究院地基所工作，从事地基基础工程的设计、施工、软件开发工作。2003年至今在中国建筑科学研究院PKPM软件所工作，负责PKPM基坑支护软件的开发。副研究员，全国一级建造师。 在国内外杂志、学术会议上发表论文14篇。2000年10月在人民大会堂出席由中国工程院主办的国

2、内工程界最高规格的“国际工程科技大会”；2004年11月论文入选在上海举办的“世界工程师”大会。完成深基坑领域和建筑施工技术领域的6项科研项目，获中国建筑科学研究院青年基金一等奖一项，科技进步三等奖三项。 3l1.正确的设计理论是工程成功的基础l2.经验丰富的施工单位是工程成功的关键l3.信息化施工是工程成功的保证l（1）监测资料是信息化施工的依据l（2）预测分析是信息化施工的指导l（3）经验与判断是信息化施工的决策l4.经济分析l5.总结经验教训(岩土工程 半理论半经验)4 陈 伟中国建筑科学研究院PKPM软件所56l在二维分析中，支护体系被人为地拆成水平面分析（内支撑）和竖直面分析（桩、墙

3、），只能作到点上的位移协调；l基坑支护体系本质上是一空间结构，三维分析具备理论上的先进性，可实现真正的位移协调； l得到更符合实际的内力和位移计算结果，真正反映支护体系的空间效应；l构件计算更合理，可以节省工程造价。7l结构：桩、地下连续墙，钢筋砼或钢支撑梁，锚杆，钢或砼支撑立柱形成的空间体系。l荷载：土、水压力，地面附加荷载。l约束：被动区土体。弹性支点法基本计算模型 计算简图8l土压力：粘性土由于透水性差，一般水土合算；而无粘性土由于透水性好，一般水土分算。合算与分算的差别演示见黑板。l附加荷载：无限宽度均布荷载按荷载大小*Kai传递（可以理解为增加等效的土层 ）；有限宽度局部荷载按应力4

4、5度扩散方法处理，但与上海规范、浙江规范、福建规范有差别。l三种水压力：静止水压力，渗流水压力1、渗流水压力2(上海规范特有)，见黑板。qh09l无粘性土中水形成连续的分布，产生静水压力，加大了作用在支护结构上的侧压力。l改变土的物理力学性质，如边坡浸水后，土的凝聚力C和内摩擦角Fai值降低。l降水后导致土粒间有效应力加大，土骨架压缩量增加，引起周边环境不均匀沉降。10l常用的有“m”法，“K”法，“C”法，本质上是假定被动区土体弹性约束的刚度曲线不同l l“m“法基床系数图 “K”法基床系数图 “C”法基床系数图l C=mH C=K C=c*sqrt(H)l图中H为从开挖面算起的深度。11l

5、采用弹性支点法，即m法；l三维计算核心模块已在PKPM的高层建筑结构计算中广泛运用并通过验证；l模拟支护结构实际施工过程的分步开挖和分步加撑和支撑拆除；l在下一步开挖中考虑上一步所加支点的已有变形，从而得到符合实际的支点力；l计算结果可靠合理，前后处理完全图形化。12l土压力模型 朗肯土压力 规程土压力l土抗力模型 m法 k法l土的特殊性质，如软土的流变性1314l前处理 划分节点和单元，计算单元上的荷载，归并截面的几何类型和材料类型，计算单元上的约束信息，形成PMSAP数据文件；l计算 调用PKPM成熟的三维计算模块PMSAP； l后处理 形成各杆件的内力、位移图 桩、墙、钢砼构件的配筋计算

6、等15lPKPM基坑支护软件是真三维分析，三维分析模块的正确性已经被多项结构工程的设计所验证，而国内其它主流软件的三维分析是拟三维，6个空间位移中只计算出了Ux,Uy, ，不能反映内支撑体系出平面外的稳定问题，如下图所示：z16lPKPM在图形平台和三维建模、显示方面有自己的特点，既直观形象，又全面方便，可以最大限度地节省用户在三维分析方面的投资。17181920212223242526第 1道内支撑弯矩剪力轴力位移图27第 2道内支撑弯矩剪力轴力位移图28第 3道内支撑弯矩剪力轴力位移图29排桩和三道支撑梁的配筋图303132地连墙最大内力、水平位移图33地连墙水平等效梁的内力、位移图34第

7、 1道内支撑弯矩剪力轴力位移图35第 2道内支撑弯矩剪力轴力位移图36第 3道内支撑弯矩剪力轴力位移图37某槽段地下连续墙配筋图示例3839 陈 伟中国建筑科学研究院PKPM软件所404142434445464748495051式中Kpc为桩墙的刚度，Ksa为内支撑和锚杆的刚度， F为作用在支护结构上的外荷载。U为待求的支护结构位移, U0为加支锚时，桩墙在支锚位置处的已有位移。52 5354555657l对沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面和矩形截面的排桩和地下连续墙，其正截面受弯承载力按现行国家标准混凝土结构设计规范的有关规定进行计算。 l非均匀配筋的圆形截面钢筋混凝土桩，按国家规程JGJ1

8、20-99的有关规定进行计算，如图所示：585960616263l1)基坑施工前应编制基坑支护设计方案，依据有关规定需要专家评审的，尚应具有专家评审通过的书面意见。l2)基坑施工前应组织有关单位进行基坑支护设计方案技术交底，明确各工序的技术要求和质量标准。l3)土方开挖应按照设计工况分层、分段进行，严禁超挖。发生异常情况时，应立即停止挖土，并应立即查清原因待采取相应措施后，方可继续开挖施工。开挖过程中，应采取有效措施避免破坏和扰动支护结构、工程桩和槽底原状土。当采用机械开挖土方时，应在基坑底预留150mm300mm厚的土层，由人工挖掘修整，以保持坑底土体原状结构。l4)基坑开挖完成后，应及时清

9、底验槽，浇注垫层封闭基坑，减少地基土暴露时间，防止暴晒或雨水浸泡而破坏地基土的原状结构。64l5)做好信息化施工。基坑开挖过程中，应对基坑支结构及周边建（构）筑物进行监测，并对监测数据进行分析，指导施工，发现异常情况及时通报相关单位，以便采取措施，防止事故发生。l6)做好截排水工作。基坑周围地面应采取硬化和截排水措施，防止雨水、生活用水等地面水流入坑内；坑壁采取排水措施，有组织地疏导土层中的残留水；基坑底的渗漏水应及时排出，避免在基坑内长期积聚。放坡开挖时，应及时对坡顶、坡面、坡脚采取保护措施。l7)基坑周边严禁超载。基坑在开挖和使用过程中，基坑周边行车和堆载应严格控制在设计荷载允许范围内，严

10、禁超载。l8)基础结构完成后，应及时对施工肥槽进行回填，回填采用分层夯实，以满足设计密实度的要求。65666768697071l1）土钉墙或复合土钉墙支护类型应用范围过大。由于现行的基坑支护技术标准中没有对复合土钉的应用范围进行限制，应用范围越来越大，应用的基坑越来越深。但事实证明，土钉墙或复合土钉墙支护应用于基坑深度大、地下水丰富，并且在冬季施工时，常常发生事故。l2）面板的构造不尽合理，存在安全隐患。现行的基坑支护技术标准中没有规定土钉与面板的连接方式，现场常用的L型弯头焊接做法，一些事故现场的照片证明，该种连接并不可靠，存在安全隐患，需要进一步改进。l 72l3）基坑监测方案不细，针对性不强。基坑监测方案是实现信息化施工的重要保证，基坑施工过程中不可预见的因素很多，设计方案也