第11章基坑工程(1)

1、11.1 概述概述11.2 支护结构的受力及变形计算支护结构的受力及变形计算11.3 基坑地面沉降计算基坑地面沉降计算11.4 支护结构的稳定性验算支护结构的稳定性验算11.5 桩墙支护结构内力计算桩墙支护结构内力计算11.6 常见的基坑支护结构常见的基坑支护结构11.7 基坑降排水基坑降排水 第第1111章章 基坑工程基坑工程11.1.1 基坑支护目的与作用基坑支护目的与作用11.1 概述概述1、基坑支护的目的、基坑支护的目的（1）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；（2）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；

2、（3）防止地面出现塌陷、坑底管涌发生。）防止地面出现塌陷、坑底管涌发生。 2、基坑支护的作用、基坑支护的作用 挡土、挡水、控制边坡变形。挡土、挡水、控制边坡变形。 3、基坑工程的基本技术要求、基坑工程的基本技术要求（1）安全可靠性；）安全可靠性； （2）经济合理性；（）经济合理性；（3）施工便利性和工期保证性。）施工便利性和工期保证性。11.1.2 基坑支护工程的主要特点基坑支护工程的主要特点11.1.3 支护结构的类型及适用条件支护结构的类型及适用条件1. 基坑工程分类基坑工程分类 1）按开挖深度分。开挖深度）按开挖深度分。开挖深度H5m称为深基坑；称为深基坑；H5m为浅基坑。为浅基坑。 2

3、）按开挖方式分。分为放坡开挖和支护开挖两大类。）按开挖方式分。分为放坡开挖和支护开挖两大类。 3）按功能用途分。楼宇基坑、地铁站基坑、市政工程基坑、工业地）按功能用途分。楼宇基坑、地铁站基坑、市政工程基坑、工业地下厂房基坑等。下厂房基坑等。 4）按安全等级分。）按安全等级分。基坑规程基坑规程将基坑支护结构分为三个安全等级。将基坑支护结构分为三个安全等级。5）按支护结构形式分）按支护结构形式分 2. 常见基坑支护结构的类型常见基坑支护结构的类型1）无围护放坡开挖）无围护放坡开挖 2）桩墙支护）桩墙支护 桩墙支护结构形式桩墙支护结构形式 桩墙锚杆基坑支护工程内支撑基坑支护工程3）重力式支护结构）重

4、力式支护结构 4）中央开挖施工法）中央开挖施工法 a）施工排桩）施工排桩 b）施工中央基础工程）施工中央基础工程 c）周边支护与开挖）周边支护与开挖图图11-2 中央开挖施工法中央开挖施工法5）开槽施工法）开槽施工法 6）土钉墙支护）土钉墙支护 7）墙前被动区土体加固法）墙前被动区土体加固法 8）逆作拱墙）逆作拱墙 逆作拱墙也称逆作拱墙也称闭合拱圈闭合拱圈，根据基坑周边场地条件可采用全封闭拱墙或局，根据基坑周边场地条件可采用全封闭拱墙或局部拱墙，来支挡土压力以围护基坑的稳定。部拱墙，来支挡土压力以围护基坑的稳定。 闭合拱墙闭合拱墙用钢筋混凝土就地浇注，只需在基坑深度范围内配置，并可分用钢筋混凝

5、土就地浇注，只需在基坑深度范围内配置，并可分若干道自上而下施工，每道高若干道自上而下施工，每道高2m左右。左右。 9）地下连续墙逆作法）地下连续墙逆作法 高层建筑深基础采用地下连续墙工程，可实施基坑开挖逆作法施工。高层建筑深基础采用地下连续墙工程，可实施基坑开挖逆作法施工。8）沉井法）沉井法 对于沉井工程，当向下开挖基坑时，沉井起到挡土挡水的支护作用；对于沉井工程，当向下开挖基坑时，沉井起到挡土挡水的支护作用；基坑开挖后沉井又可作为地下永久构筑物的外墙或地下基础。基坑开挖后沉井又可作为地下永久构筑物的外墙或地下基础。 10）组合型支护）组合型支护 高边坡开挖时锚固边坡：高边坡开挖时锚固边坡：

6、基坑支护工程：基坑支护工程：土钉与桩土钉与桩- -锚复合支护锚复合支护 预应力锚杆土钉钢砼圈梁钻孔灌注桩水泥土搅拌桩土钉土钉土层锚杆土层锚杆钻孔灌注桩钻孔灌注桩防渗帷幕防渗帷幕微型桩微型桩土钉土钉土钉与微型桩组成的复合支护土钉与微型桩组成的复合支护钢砼管桩钢砼管桩土钉土钉土钉与微型桩组成的复合支护：土钉与微型桩组成的复合支护：边坡型式的边坡型式的破坏破坏某复合土钉支护基坑整体失稳时照片：某复合土钉支护基坑整体失稳时照片：11.2 支护结构的受力及变形计算支护结构的受力及变形计算11.2.1 支护板桩的受力性状支护板桩的受力性状11.2.2 支护结构的侧向土压力计算支护结构的侧向土压力计算 基坑

7、外侧的主动土压力视为水平荷载，应计算其水平荷载的标准值；基坑外侧的主动土压力视为水平荷载，应计算其水平荷载的标准值； 基坑内侧的被动土压力视为水平抗力，亦应计算其水平抗力的标准值。基坑内侧的被动土压力视为水平抗力，亦应计算其水平抗力的标准值。1. 水平荷载标准值计算水平荷载标准值计算1）对于碎石土、砂土，按水土分算法计算基坑外侧的水平荷载标准值）对于碎石土、砂土，按水土分算法计算基坑外侧的水平荷载标准值当计算点位于地下水位以上时当计算点位于地下水位以上时 （11-1） 当计算点位于地下水位以下时当计算点位于地下水位以下时 waiwawawajaiikaiajkajk)()(2KhmhzKcKe

8、j（11-2）1k0krkajk（11-3） 2）对于粉土、粘性土、淤泥及淤泥质土，可按水土合算法计算水平荷载）对于粉土、粘性土、淤泥及淤泥质土，可按水土合算法计算水平荷载标准值，标准值，其公式形式与式（其公式形式与式（11-1）相同。）相同。2. 水平抗力标准值计算水平抗力标准值计算1）对于碎石土、砂土，按水土分算法计算基坑内侧水平抗力标准值）对于碎石土、砂土，按水土分算法计算基坑内侧水平抗力标准值wpiwpjpiikpipjkpjk)1)(2KhzKcKe图图11-7 水平荷载标准值计算图水平荷载标准值计算图2）对于粉土、粘性土，可按水土合算法计算基坑内侧水平抗力标准值）对于粉土、粘性土，

9、可按水土合算法计算基坑内侧水平抗力标准值 piikpipjkpjk2KcKe3. 按按Terzaghi-Peck土压力分布模型法计算主动土压力土压力分布模型法计算主动土压力4. 基坑底桩前土压力计算取值基坑底桩前土压力计算取值 11.2.3 基坑变形特征基坑变形特征1. 支护结构的变形支护结构的变形2. 基坑周围地表沉降变形基坑周围地表沉降变形3. 基坑失稳基坑失稳因支护结构的强度或刚度不足而引起的失稳：因支护结构的强度或刚度不足而引起的失稳： a）拉锚失效）拉锚失效 b）支撑压屈）支撑压屈 c）支挡结构变形过大）支挡结构变形过大因支护结构地基土的强度不足而引起的基坑失稳：因支护结构地基土的强

10、度不足而引起的基坑失稳： 4. 基坑管涌和流砂基坑管涌和流砂粘土粘土承压水层11.2.4 基坑的变形控制基坑的变形控制1. 基坑的变形控制标准基坑的变形控制标准 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范规定的建筑物地基变形允许值见表规定的建筑物地基变形允许值见表7-10。2. 变形控制设计基本内容变形控制设计基本内容11.2.5 支护结构的变形计算支护结构的变形计算 支护结构的变形计算方法较多，如竖向弹性地基梁法、弹性地基杆系有限支护结构的变形计算方法较多，如竖向弹性地基梁法、弹性地基杆系有限元法、变形反分析法、等值梁法等；竖向弹性地基梁元法、变形反分析法、等值梁法等；竖向弹性地基梁m法比较常

11、用。法比较常用。1.坑底以下支挡结构的内力和位移计算坑底以下支挡结构的内力和位移计算zzM0q (z)zH0dzp (z y)oyq (z)Q+dQM+dMdzQMp (z y)设置于土中的弹性桩设置于土中的弹性桩位移位移 剪力剪力 弯矩弯矩 y20y30zBEIMAEIHyQ0Q0z.BMAHHM0M0zBMAHM （11-6） 2. 坑底以下支挡结构最大剪力计算坑底以下支挡结构最大剪力计算00yyy.HMBAC（11-7）0yHQyQ0max)(HCBCAHH（11-8） 3.坑底以下支挡结构最大弯矩计算坑底以下支挡结构最大弯矩计算00QQHMBAC （11-9）0MM0max)(MCCA

12、BMM（11-10）4. 开挖面处的水平位移和转角开挖面处的水平位移和转角0HM0HH.MH0MM0MH.MHE1M0H0hdHEaE3EmbxE2支挡结构开挖面处位移支挡结构开挖面处位移 （11-11）（11-12）M0H0hdHE2E1EmE3Eabx悬臂式支护结构悬臂式支护结构 5.悬臂式支护结构计算悬臂式支护结构计算作用于基坑表面的荷载合力为：作用于基坑表面的荷载合力为： a0EHxa0.bEM（11-13）（11-14）6.多层支锚结构计算多层支锚结构计算E1hdhjHTnT2TjT1EmhkEkE2多层支点支护结构多层支点支护结构njmkTEH1i1k0i1ik1k0.hThEMn

13、jmk（11-15）（11-16）ij1iik1kii.njmkTEh（11-17）iii/ KT（11-18）经对以上各式的变换和推导，可得出支锚点的受力矩阵方程：经对以上各式的变换和推导，可得出支锚点的受力矩阵方程：BTA（11-19）ij3ijMMji2MHji3HHij/ 1000.)(aEIHDChhBhhAa（11-20） 荷载分布形式不同，其位移系数向量各系数计算方法不同。荷载分布形式不同，其位移系数向量各系数计算方法不同。 三角形分布荷载，计算式为：三角形分布荷载，计算式为：（11-21） 矩形分布，计算式为：矩形分布，计算式为：（11-22） njiTeeh1ijjictit

14、i.0（11-23） 图图11-15 不同荷载分布的位移计算示意图不同荷载分布的位移计算示意图7.支撑（或锚杆）刚度计算支撑（或锚杆）刚度计算1）内支撑水平刚度系数）内支撑水平刚度系数 2）锚杆的水平刚度系数）锚杆的水平刚度系数 【解】【解】 （1）有关参数计算）有关参数计算（2）如图）如图11-16b所示，第一层锚杆施工前的悬臂开挖状态计算所示，第一层锚杆施工前的悬臂开挖状态计算 很明显，该值为反弯点的最大剪力，正方向的最大剪力位于基坑开挖面处。很明显，该值为反弯点的最大剪力，正方向的最大剪力位于基坑开挖面处。基坑开挖面以上桩顶位移的计算：基坑开挖面以上桩顶位移的计算：（3）如图）如图11-

15、16c所示，第一层锚杆施工后的支护结构计算所示，第一层锚杆施工后的支护结构计算基坑底面支护结构的位移和转角计算：基坑底面支护结构的位移和转角计算：11.1 概述概述本次课小结本次课小结：11.1.1 基坑支护目的与作用基坑支护目的与作用11.1.2 基坑支护工程的主要特点基坑支护工程的主要特点11.1.3 支护结构的类型及适用条件支护结构的类型及适用条件11.2 支护结构的受力及变形计算支护结构的受力及变形计算11.2.1 支护板桩的受力性状支护板桩的受力性状11.2.2 支护结构的侧向土压力计算支护结构的侧向土压力计算11.2.3 基坑变形特征基坑变形特征11.2.4 基坑的变形控制基坑的变形控制