基坑工程设计案例教案ppt课件

1、 基坑工程基坑工程3.1 概概 述述 随着城市建立的开展，地下空间在世界各大城市中得到开随着城市建立的开展，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备等。在我国，地铁及高层建筑的兴建，种地下民用和工业设备等。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。围护构造通常是一种暂时构造，平安贮藏较小，具有比较大的围护构造通常是一种暂时构造，平安贮

2、藏较小，具有比较大的风险。基坑支护设计运用期限不应小于风险。基坑支护设计运用期限不应小于1年。年。 围护构造应满足的根本要求：围护构造应满足的根本要求： 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、地下管线的平安，不受损害；保证相邻建筑物的、地下管线的平安，不受损害； 保证主体地下构造的施工空间。保证主体地下构造的施工空间。上海浦东绿洲中环中心上海浦东绿洲中环中心 钢管内支撑的优点是施工速度快，装拆方便；缺陷是支撑的刚度略差，基坑支护构造易变形。多道钢内撑有助于控制支护构造变形。程度支撑导墙开挖、模板、钢筋施工导墙采用小钢模导墙导墙导墙回填土泥浆制备工厂泥浆

3、工厂内部泥浆池成槽机地下墙钢筋笼带注浆管定位器地下墙钢筋笼凹凸接头履带吊挪动钢筋笼地下墙钢筋笼双机抬吊钢筋笼下放注浆管安装混凝土浇筑地下墙接头箱拔接头箱刷壁器地下延续墙外观地下室顶板预留钢筋带程度支撑体系四道的地下延续墙程度支撑坑内挖土坑内挖土，栈道转运横向支撑上可作为普通的人行通道撤除最下一道横向支撑3.2 围护构外型式及适用范围围护构外型式及适用范围 围护构外型式及分类围护构外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构造悬臂式围护构造重力式围护构造重力式围护构造内撑式围护构造内撑式围护构造拉锚式围护构造拉锚式围护构造土钉墙围护构造土钉墙围护构造其他方式围护构造其他方式围护构

4、造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基坑顶面无载重基坑顶面无载重1：1.25基坑顶面

5、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基坑顶面无载重基坑顶面无载重粘土粘土坚硬坚硬硬塑硬塑

6、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求进展边坡稳定性验算的情况有以下几种：需求进展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； 存在脆弱构造面的倾斜地层；存在脆弱构造面的倾斜地层； 岩层和主要构造层面的倾斜方向与边坡的开挖面倾斜方岩层和主要构造层面的倾斜方向与边坡的开挖面倾斜方向一致，且两者走向的夹角小于向一致，且两者

7、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展分析。土质边坡的稳定分析可用圆弧滑动法进展分析。 岩质边坡宜按由脆弱夹层或构造面控制的能够滑动面进展验算。岩质边坡宜按由脆弱夹层或构造面控制的能够滑动面进展验算。p 悬臂式围护构造悬臂式围护构造p 构造特征：无支撑的悬臂围护构造；构造特征：无支撑的悬臂围护构造；p 支撑资料：钢筋混凝土排桩、钢板桩、木板桩、钢筋混支撑资料：钢筋混凝土排桩、钢板桩、木板桩、钢筋混凝土板桩、地下延续墙、凝土板桩、地下延续墙、SMW工法桩等；工法桩等；p 受力特征：利用支撑入土的嵌固作用及构造的本身的抗受力特征：利用支撑入土的嵌固作用及构造的本身的抗弯刚度挡土

8、及控制变形；弯刚度挡土及控制变形；p 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。p 重力式围护构造重力式围护构造p 构造特征：常用水泥土桩构成重力式挡土构造；构造特征：常用水泥土桩构成重力式挡土构造；p 支撑资料：水泥搅拌桩、注浆；支撑资料：水泥搅拌桩、注浆；p 受力特征：利用墙体或格构本身的稳定挡土与止水；受力特征：利用墙体或格构本身的稳定挡土与止水；p 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p 内撑式围护

9、构造内撑式围护构造p 构造特征：由挡土构造与支撑构造两部分组成；构造特征：由挡土构造与支撑构造两部分组成；p 支撑资料：挡土资料有钢筋混凝土桩、地下延续墙，支支撑资料：挡土资料有钢筋混凝土桩、地下延续墙，支撑资料有钢筋混凝土梁、钢管、型钢等；撑资料有钢筋混凝土梁、钢管、型钢等；p 受力特征：程度支撑、斜支撑，单层支撑、多层支撑；受力特征：程度支撑、斜支撑，单层支撑、多层支撑；p 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。内撑式围护构造内撑式围护构造p 拉锚式围护构造拉锚式围护构造p 构造特征：由挡土构造与锚固系统两部分组成；构造特征：由挡土构造与锚固系统两部分组成；p 支撑资

10、料：可采用内撑式构造一样的资料外，还可以采支撑资料：可采用内撑式构造一样的资料外，还可以采用钢板桩等；用钢板桩等；p 受力特征：由挡土构造与锚固系统共同承当土压力；受力特征：由挡土构造与锚固系统共同承当土压力；p 适用条件：砂土或粘性土地基。适用条件：砂土或粘性土地基。拉锚式围护构造拉锚式围护构造p 土钉墙围护构造土钉墙围护构造p 构造特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成；构造特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成；p 支撑资料：由土钉及钢筋混凝土面板构成支撑；支撑资料：由土钉及钢筋混凝土面板构成支撑；p 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

11、土面板构成挡土体系；挡土体系；p 适用条件：地下水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构造平面图连拱式支护构造平面图高压放射桩高压放射桩钻孔灌注桩钻孔灌注桩灌注桩与高压放射桩组合支护灌注桩与高压放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构造分类深基坑支护构造分类支支护护构构造造挡土部分挡土部分支撑部分支撑部分透水挡土构造透水挡土构造止水挡土构造止水挡土构造 H型钢、工字钢型钢、工字钢+插板插板 疏排灌注桩疏

12、排灌注桩+钢丝网水泥抹面钢丝网水泥抹面 密排灌注桩、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 地下延续墙地下延续墙 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+高压放射桩高压放射桩 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 程度支撑、斜撑程度支撑、斜撑 环梁支护系统环梁支护系统3.3 支护构造上的荷载支护构造上的荷载p 水、土压力计算水、土压力计算p 水、土压力分算方法水、土压力分算方法p 对于透水性比较大的砂性土和粉土，分别计算作用对于透水性比较大的砂性土

13、和粉土，分别计算作用在围护构造上的土压力按朗肯土压力实际计算和水压在围护构造上的土压力按朗肯土压力实际计算和水压力按静水压力计算，然后叠加作用在围护构造上。力按静水压力计算，然后叠加作用在围护构造上。p 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构造上的侧向压力。合算的方法计算作用于围护构造上的侧向压力。pak支护构造外侧，第支护构造外侧，第i层土中计算点的自动土压力强层土中计算点的自动土压力强度规范值度规范值 (kPa)；当；当 pak 0时，应取时，应取pak0； ppk支护构造内侧

14、，第支护构造内侧，第i层土中计算点的被动土压力强层土中计算点的被动土压力强度规范值度规范值 (kPa)。 p挡土构造位移对土压力的影响挡土构造位移对土压力的影响p 普通的围护构造本身刚度不大，在侧向压力作用下普通的围护构造本身刚度不大，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。产生较大的相对位移时，对土压力的分布与大小产生影响。普通有以下几种情况：普通有以下几种情况：p 挡土构造不发生位移挡土构造不发生位移p 墙后自动土压力为静止墙后自动土压力为静止p土压力，土压力分布为三角土压力，土压力分布为三角p形分布。形分布。p 挡土构造顶部不动，底部向外位移挡土构造顶部不动，

15、底部向外位移p 无论位移到达多大，都不能使填土内发生自动破坏，无论位移到达多大，都不能使填土内发生自动破坏，压力为曲线分布，总压力作用点位移墙底以上越压力为曲线分布，总压力作用点位移墙底以上越H/2处。处。p 挡土构造平行向外挪动挡土构造平行向外挪动p 位移的大小未到达足以使填土发生自动破坏时，压位移的大小未到达足以使填土发生自动破坏时，压力为曲线分布，当位移超越某一值后填土将发生自动破坏，力为曲线分布，当位移超越某一值后填土将发生自动破坏，应力成直线分布。应力成直线分布。p 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p 墙后自动土压力为马鞍形分布。墙后自动土

16、压力为马鞍形分布。p 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p 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线分布。当墙上端的挪动到达一定数值后，墙后填土会发生自动破当墙上端的挪动到达一定数值后，墙后填土会发生自动破坏，此时作用在墙上的土压力称为自动土压力。坏，此时作用在墙上的土压力称为自动土压力。3.4 支护构造上的设计规定支护构造上的设计规定 设计根据：设计根据：JGJ 120-2019 设计形状设计形状 承载才干极限形状：支护构造到达承载力破坏，锚固系承载才干极限形状：支护构造到达承载力破坏，锚固系统失效或坡体失稳形状；统失效

17、或坡体失稳形状； 正常运用极限形状：支护构造和边坡的变形到达构造本正常运用极限形状：支护构造和边坡的变形到达构造本身或临近建筑物的正常运用限值或影响耐久适用性能。身或临近建筑物的正常运用限值或影响耐久适用性能。 平安等级平安等级 根据建筑基坑工程破坏能够呵斥的后果，基坑工程根据建筑基坑工程破坏能够呵斥的后果，基坑工程划分为三个平安等级。划分为三个平安等级。p承载才干极限形状承载才干极限形状p 1支护构造构件或衔接因超越资料强度或过度变形的承支护构造构件或衔接因超越资料强度或过度变形的承载才干极限状载才干极限状 p 态设计，应符合下式要求：态设计，应符合下式要求： 式中： 0支护构造重要性系数；

18、 Sd作用根本组合的效应轴力、弯矩等设计值； Rd构造构件的抗力设计值。 2坑体滑动、坑底隆起、挡土构件嵌固段推移、锚杆与土钉拔动、支护构造倾覆与滑移、基坑土的浸透变形等稳定性计算和验算，应符合下式要求： 式中： Rk抗滑力、抗滑力矩、抗倾覆力矩、锚杆和土钉的极限抗拔承载力 等土的抗力规范值； Sk滑动力、滑动力矩、倾覆力矩、锚杆和土钉的拉力等作用规范值 的效应； K稳定性平安系数。 p正常运用极限形状正常运用极限形状 p 由支护构造的位移、基坑周边建筑物和地面的沉降等由支护构造的位移、基坑周边建筑物和地面的沉降等控制的正常运用极限形状设计，应符合下式要求：控制的正常运用极限形状设计，应符合下

19、式要求： 式中： Sd作用规范组合的效应位移、沉降等设计值； C支护构造的位移、基坑周边建筑物和地面的沉降的限值。 p 基坑设计的主要内容基坑设计的主要内容p 支护体系的方案比较与选型；支护体系的方案比较与选型；p 支护构造的强度、稳定和变形计算；支护构造的强度、稳定和变形计算；p 基坑内外土体的稳定性验算；基坑内外土体的稳定性验算；p 地下水控制设计；地下水控制设计；p 施工程序设计；施工程序设计；p 周边环境维护措施；周边环境维护措施；p 支护构造质量检测和开挖监控工程及报警要求。支护构造质量检测和开挖监控工程及报警要求。p基坑设计应具备的资料基坑设计应具备的资料p 岩土工程勘察报告；岩土

20、工程勘察报告；p 建筑总平面图、地下管线图、地下构造平面和剖面图；建筑总平面图、地下管线图、地下构造平面和剖面图；p 土建立计和施工对基坑支护构造的要求；土建立计和施工对基坑支护构造的要求；p 临近建筑物和地下设备的类型、分布情况和构造质量的临近建筑物和地下设备的类型、分布情况和构造质量的检测评价。检测评价。3.5 悬臂式围护构造内力分析排桩、板桩悬臂式围护构造内力分析排桩、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置后的简化处置后的净土压力分布净土压力分布 静力平衡法静力平衡法 根本原理：随着板桩的入土根本原理：随着板桩的入土深度的变化，作用在板桩两深度

21、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，板桩处于平衡形状，此时所对应的于平衡形状，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实际土压力计算朗肯土压力实际 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ppn1iiinpnaan1iiinanKc2KhqeKc2Khqe)()( thDz1z2pahtat

22、hppphzazp11pp)(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 处的净土压力处的净土压力),(22)(2)(2),(22)(2)(21111

23、11110q0ckctkkckqthppKcKqhzKcKzpp0q0ckctkkckthppKcKhzKcKzpp0aapp0tathpaa0pphzazp0aapptathpaapphzazp 确定最小入土深度确定最小入土深度 t 当板桩入土深度到达最小入土深度当板桩入土深度到达最小入土深度 t 时，应满足作时，应满足作用在板桩上的程度力之和等于用在板桩上的程度力之和等于0，各力距任一点力矩之和，各力距任一点力矩之和等于等于0的静力平衡条件，建立静力平衡方程，可以求得未的静力平衡条件，建立静力平衡方程，可以求得未知量知量 z2 及板桩最小入土深度及板桩最小入土深度 t ：0t2hKKztK

24、thKt2hKKtKthKzap22p2aap3p3a2)()()()( 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，为平安起见，计算得到的算，为平安起见，计算得到的 t 值还需乘以值还需乘以1.1的平安系数作为设计入的平安系数作为设计入土深度，即实践的入土深度土深度，即实践的入土深度=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剪力等于0的原理，可以确定发生最大弯矩的位置及最大的原理，可以确定发生最大弯矩的位置及最大弯矩值。对于均质

25、无粘性土弯矩值。对于均质无粘性土c=0，q0=0，根据图示关，根据图示关系，当剪力为系，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，那么有：时，那么有：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 根本原理：布鲁姆法以一个集中力根本原理：布鲁姆法以一个集中力 Ep替代板桩底出现替代板桩底出现的被动土压力，根据该假定建立静力平衡方程，求出入土的被动土压力，根据该假定建立静力平衡方程，求出入土深度及板桩内力。深度及板桩内力。 计算板桩入土深

26、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思索地下水及顶面与墙后土压力强度相等的条件算出不思索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

27、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： 令中间变量：令中间变量：uhlKKhKuKhuukapaap)()(lx/ )(6)1()(6323apapKKlPaKKlP v 再令：再令：v 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：v x= l， t = u + 1.2x)(,)(ap3ap2KKlPa6nKKlP6m 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

28、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，那么有：，那么有：最大弯矩：最大弯矩：)()(apm2mapKKP2x0 xKK2P 3mapmxKK6axlPM)()(max OhtluEpxKKap)( EpE4E1E2E3PCxxma例题例题1： 某悬臂板桩围护构造如图示，试用布鲁姆法计算板桩某悬臂板桩围护构造如图示，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/m57036.790.568327936506832EEEP57m028305373

29、283020106k-kkqhuuqhuk36.79kPa283062010h)kqe83kPa2283010qke5373/2)(45tank2830/2)-(45tank321apapaa2aa12p2a.).(.)/()()/()(.)(.,. 1702830537357620351290846kklP6an2802830537357620351296kklP6m08m435129570316570793650632683279365036832a3ap32ap2.).(.)(.).(.)(.)./(./).(. 查表，查表，=0.67，x=l=0.676.57=4.4mt=1.2x+u

30、=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 单支点围护构造内力分析排桩、板桩单支点围护构造内力分析排桩、板桩 顶端支撑的排桩构造，有支撑的支撑点相当顶端支撑的排桩构造，有支撑的支撑点相当于不能挪动的简支点，埋入地中的部分，那么根于不能挪动的简支点，埋入地中的部分，那么根据入土深度，浅时为简支，深时为嵌固。在确定据

31、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，太浅那么跨中弯矩比较大，板桩的入土深度时，太浅那么跨中弯矩比较大，较深时那么不经济。比较合理的入土深度为以下较深时那么不经济。比较合理的入土深度为以下图所示的第图所示的第3种形状所处的入土深度。普通按该种种形状所处的入土深度。普通按该种形状确定板桩的入土深度形状确定板桩的入土深度 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计算图式计算图式 根据图示所示静力平根据

32、图示所示静力平衡体系，根据衡体系，根据A点的力矩平点的力矩平衡方程及程度方向的力平衡衡方程及程度方向的力平衡方程，可以得到两个方程：方程，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)()(由程度方向的静力平衡方程：由程度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，可以求得最大弯矩的位置：a

33、a2K2RxKx21R 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 根本原理：将板桩看成是一端嵌固另一端简支的梁，单根本原理：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，其弯矩分布如下图，假设在支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩分布如下图，假设在弯矩零点位置将梁断开，以简支梁计算梁的内力，那么其弯矩零点位置将梁断开，以简支梁计算梁的内力，那么其弯矩与整梁是一致的。将此断梁称为整梁该段的等值梁。弯矩与整梁是一致的。将此断梁称为整梁该段的等值梁。 对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙，弯矩零点位置对于下端为弹性支撑

34、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布首先确定出弯矩零点位置，并在该点处将梁断开，计分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梁法。值梁法。RaABBQBQBGEpBGhtREaE pEa2Ah0aDBGCuxxt0(kp-ka)x 计算步骤计算步骤 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，利点位置，利用下式算出用下式算出B点

35、距基坑底面的间隔点距基坑底面的间隔 uc=0 ，q0=0： 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： 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，思索一定的富有可以取：思索一定的富有可以取：t=(1.11.2)t0 求出等值

36、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。留意：以上两种情况计算出的支撑力锚杆拉力为单留意：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，那，那么实践支撑力锚杆拉力为么实践支撑力锚杆拉力为 aR 。 工程实际中，可按以下阅历关系粗略确定正负弯矩工程实际中，可按以下阅历关系粗略确定正负弯矩转机点转机点B的位置即的位置即 u 的深度。的深度。设基坑深度为设基坑深度为 h，地面均布荷载

37、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展的，对于埋入粘性土中的板桩，只需粘性土相当巩固展的，对于埋入粘性土中的板桩，只需粘性土相当巩固时，才可以以为底端固定，因此，其计算假定与普通实时，才可以以为底端固定，因此，其计算假定与普通实践情况仍有差别。但等值梁法计算结果偏于平安，方法践情况仍有差别。但等值梁法计算结果偏于平安，方法简单，特别适宜于非粘性土地基中的支护构造计算

38、。简单，特别适宜于非粘性土地基中的支护构造计算。例题例题2： 某单支撑板桩围护构造如图示，试用等值梁法计算板某单支撑板桩围护构造如图示，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74m249004218042625293kkk2cekkkk2ckqhuk2cukk

39、qhk2cukappa2appaaaaapp.).(.)()()()()( 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54m13411228112111ux2111t2111t54m84900421825339

40、6kk6Qx0apB.).()(.().(.).(.)( 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 多支点围护构造计算方法简介多支点围护构造计算方法简介 延续梁法延续梁法 根本原理：将排

41、桩支护看成多支点支撑的延续梁根本原理：将排桩支护看成多支点支撑的延续梁 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C之前的开挖阶段图之前的开挖阶段图c 按板桩墙为

42、具有三个支点的延续梁计算，三个支点分别按板桩墙为具有三个支点的延续梁计算，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延续梁计算。按板桩墙为具有四个支点三跨的延续梁计算。 支撑荷载支撑荷载1/2分担法分担法 根本原理：墙后自动土压力分布采用太沙基根本原理：墙后自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。l1l2l3l4l5R1R2R3R4R1R2R3R4R3l3/2l4/2ql2/10ql2/20HKaHKa

43、M图图q图图 计算方法阅历方法计算方法阅历方法 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； 假设土压力强度为假设土压力强度为q，按延续梁计算，最大支座弯矩三，按延续梁计算，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 根本原理：将桩墙看成竖直置于土中的弹性地基梁，基根本原理：将桩墙看成竖直置于土中的弹性地基梁，基坑以下土体以延续分布的弹簧来模拟，基坑底面以下的土坑以下土体以延续分布的弹簧来模拟，基坑底面以下的土体反力与墙体的

44、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：直接按朗肯土压力实际计算、矩形分墙后土压力分布：直接按朗肯土压力实际计算、矩形分布的阅历土压力方式我国较多采用；布的阅历土压力方式我国较多采用； 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：地基土的程度基床系数：地基土的程度基床系数yksxEaEaR1RnR1Rn 支点按刚度系数支点按刚度系数 kz的弹簧进展模拟，建立桩墙的根本的弹簧进展模拟，建立桩墙的根本挠曲微分方程，解方程可以得到支护构造的内力和变形。挠曲微分方程，解方程可以得到支

45、护构造的内力和变形。8.8 基坑的稳定验算基坑的稳定验算 基坑稳定验算的根本内容基坑稳定验算的根本内容 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，坑底软土能够受挤在坑底发生隆起景象；坑顶荷载作用下，坑底软土能够受挤在坑底发生隆起景象； 根本假定根本假定 参照太沙基、普朗得尔地基承载力实际；参照太沙基、普朗得尔地基承载力实际； 支护桩底面的平面作为极限承载

46、力基准面；支护桩底面的平面作为极限承载力基准面； 滑动线外形如图滑动线外形如图8-16p.308所示。所示。 基坑抗隆起平安系数：基坑抗隆起平安系数：式中各项物理意义见式中各项物理意义见p.308阐明。阐明。qdhcNdNK1cq2s)( 承载力系数承载力系数 普朗得尔公式：普朗得尔公式：平安系数：平安系数：Ks1.11.2 太沙基公式：太沙基公式：平安系数：平安系数：Ks1.151.25 tan1NNe245tanNqctan2q/ )(,)( tan1NN245costane21Nqc2243q/ )(,)()( 引荐公式引荐公式Nc：承载力系数，条形根底取：承载力系数，条形根底取Nc =

47、5.14；0：抗剪强度，由十字板实验或三轴不固结不排水实验：抗剪强度，由十字板实验或三轴不固结不排水实验确定；确定；t：支护构造入土深度；：支护构造入土深度；其他参数与前述一样。其他参数与前述一样。610.qthNtKcs)( 简化计算方法简化计算方法 假定地基破坏时发生如以下图所示滑动面，滑动面假定地基破坏时发生如以下图所示滑动面，滑动面圆心在最底层支撑点圆心在最底层支撑点A处，半径为处，半径为x，垂直面上的抗滑阻力，垂直面上的抗滑阻力不予思索，那么滑动力矩为：不予思索，那么滑动力矩为： 22xrHqMd 稳定力矩为：稳定力矩为：Su滑动面上不排水抗剪强度，对于饱和软粘土，那么滑动面上不排水

48、抗剪强度，对于饱和软粘土，那么=0，Su = cu。定义平安系数定义平安系数 K=Mr/Md 220 , )xd(SxMu如基坑处土质均匀，那么基坑抗隆起平安系数为：如基坑处土质均匀，那么基坑抗隆起平安系数为： 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，地基土为均质土土=17kN/m3， c=25kPa，底部支撑，底部支撑= 81.8，按简化计，按简化计算方法验算其抗隆起稳定性。算方法验算其抗隆起稳定性。解：均质土地基，解：均质土地基，Su=c=25kPa基坑抗隆起平安系数基坑抗隆起平安系数不能满足抗基坑隆起稳

49、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 土钉支护构造土钉支护构造 概述概述 土钉支护是将一系列钢筋或钢索近似程度地设置在被土钉支护是将一系列钢筋或钢索近似程度地设置在被加固的原位土体中，在坡

50、面放射混凝土面层构成支护构造。加固的原位土体中，在坡面放射混凝土面层构成支护构造。 土钉支护设计的主要内容土钉支护设计的主要内容 土钉支护构造参数确实定土钉支护构造参数确实定 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 土钉支护构造参数确实定土钉支护构造参数确实定 土钉长度土钉长度 普通上下土钉取等长，或上部稍长而底部稍短土钉内普通上下土钉取等长，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构造程度位移作用较大，力中部较大，上部土钉对限制支护构造程度位移作用较大，下部土钉对提高土钉墙整体稳定性作用较大；下部土钉对提高土钉墙整体稳定性作用较大； 非饱和

51、土：土钉长度非饱和土：土钉长度L=0.61.2H； 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； 上下插筋交叉陈列上下插筋交叉陈列 土钉筋材尺寸土钉筋材尺寸 筋材资料：钢筋、角钢、钢管等；筋材资料：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，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。 注浆资料：水泥砂浆、水泥浆注浆资料：水泥砂浆、水泥浆 支护面层支护面层 暂时性构造：暂时性构造：50