第11章基坑工程(2)

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11.3 基坑地面沉降计算基坑地面沉降计算11.3.1 基坑降水引起的地面沉降基坑降水引起的地面沉降1）建筑物基础下某层土体的附加沉降）建筑物基础下某层土体的附加沉降 siiii/ Ehs（11-26）2）多个含水层组成，对各含水层降水处理时，）多个含水层组成，对各含水

2、层降水处理时， 地面产生总附加沉降量地面产生总附加沉降量 niss1i（11-27） 11.3.2 基坑开挖引起的地面沉降基坑开挖引起的地面沉降hdHSw245-/2zziV0Sw1yo沉降槽DiSmaxB0基坑开挖引起地面沉降计算图基坑开挖引起地面沉降计算图 基坑周围地面变形与支挡结构刚度、基坑周围地面变形与支挡结构刚度、支锚刚度和周围土质等有关，基坑开挖支锚刚度和周围土质等有关，基坑开挖引起的地面沉降一般采用引起的地面沉降一般采用R.B.Peck模式模式和土体损失理论来计算。和土体损失理论来计算。2x)(5 . 0max)(.ixxessnininininininininininiyzyz

3、zCBAzzzzzzzzn1i2i1ii1i14i13i12i13i12i1i12i1i （11-29）2.基坑开挖对周围地面的影响范围基坑开挖对周围地面的影响范围)2/45tan().(d0HHB3.沉降影响最为严重的范围沉降影响最为严重的范围)245tan(.2iHD4.沉降影响最为严重的范围内的最大差异沉降率沉降影响最为严重的范围内的最大差异沉降率HVI/ )2/45(tan53. 120max11.4 支护结构的稳定性验算支护结构的稳定性验算11.4.1 基坑的整体稳定性验算基坑的整体稳定性验算 11.4.2 重力式挡墙稳定性验算重力式挡墙稳定性验算 对于水泥土墙、土钉墙、加筋土等重力

4、式挡墙，除了进行整体稳定性对于水泥土墙、土钉墙、加筋土等重力式挡墙，除了进行整体稳定性验算之外，还需按重力式挡土墙的计算方法，验算其抗滑动稳定性、抗倾验算之外，还需按重力式挡土墙的计算方法，验算其抗滑动稳定性、抗倾覆稳定性等。覆稳定性等。 11.4.3 基坑抗隆起稳定性验算基坑抗隆起稳定性验算1. 临界滑动面稳定性验算临界滑动面稳定性验算 临界滑动面稳定性验算临界滑动面稳定性验算 2).(2.2dxHqxWM2020r.)2()(0 xxdxM2 . 1drl/MMK2. 地基承载力验算地基承载力验算 1）太沙基）太沙基-皮克皮克（Terzaghi-Peck）法法 Terzaghi-Peck法

5、法 HBqHP2)(j单位面积上的压力：单位面积上的压力： jjv22/BHqHBPP（11-34） 3）柯克和克里西泽尔）柯克和克里西泽尔（Caquot-Kerisel）法法 Caquot-Kerisel法法 以墙底的水平面为基准面，根据滑动理论：以墙底的水平面为基准面，根据滑动理论： tanp2tan2212/45taneKpepp）（tanp0deKHh 或或 则抗隆起安全系数为：则抗隆起安全系数为：0 . 1/ )(/d1d1hHHhhK11.4.4 基坑管涌验算基坑管涌验算 jK .w不发生管涌的条件也可写成：不发生管涌的条件也可写成： wdw2hhhK2wwdhhKh或或 2wwd

6、hKh11.4.5 有承压水坑底的稳定性验算有承压水坑底的稳定性验算为低抗承压水水头压力，坑底不透水层厚度：为低抗承压水水头压力，坑底不透水层厚度：)(.wtht1010wwhht或或 若上式计算要求得不到满足，应将支挡结构嵌入到承压水层以下；或者若上式计算要求得不到满足，应将支挡结构嵌入到承压水层以下；或者在承压水中设置减压抽水井，以减少承压水层的水头压力。在承压水中设置减压抽水井，以减少承压水层的水头压力。 11.5 桩墙支护结构内力计算桩墙支护结构内力计算11.5.1 悬臂式支护结构悬臂式支护结构 1. 单排式悬臂支护单排式悬臂支护abcEaEpifgdljHtt1ekt20 . 2/a

7、cpcMM1)2 . 11 . 1 (tt 4）支护桩截面设计）支护桩截面设计 2. 双排式悬臂支护双排式悬臂支护 11.5.2 单锚式支护结构单锚式支护结构1.浅埋式单锚支护结构浅埋式单锚支护结构 tCa)DBHA(Kp-Ka)b)fc)d)MmaxHaep-eaeaeaepEpEaHpRaRa简支梁法计算浅埋式单锚支护结构简支梁法计算浅埋式单锚支护结构 aa2KRh （11-45）2. 深埋式单锚支护结构深埋式单锚支护结构RaRaP0adoabcfedhHtot1x等值梁法计算深埋式单锚支护结构等值梁法计算深埋式单锚支护结构解法一：按浅埋式单锚支护结构计算解法一：按浅埋式单锚支护结构计算解

8、法二：按深埋式单锚支护结构计算解法二：按深埋式单锚支护结构计算11.5.3 多层锚拉支护结构多层锚拉支护结构1. 支锚结构的间距布置形式和设计计算支锚结构的间距布置形式和设计计算（1）等弯矩布置）等弯矩布置hh1h2h3h4h5PiMmax支锚的等弯矩布置支锚的等弯矩布置 （2）等反力布置）等反力布置 MmaxHhh1h2h3h4KaKaH0.15PPPPPACBD支锚的等反力布置支锚的等反力布置（3）等间距布置）等间距布置 KaHKaHR1R2R3R4R3Mh1h2h3h4h5t0qhi /10qhi /20h3/2h4/2R2R1R4R32/ )(1iillqqlR（11-53） 支锚等间

9、距布置计算简图支锚等间距布置计算简图 2. 护桩的入土深度计算护桩的入土深度计算ABCDEMKGRNFQJHhit1KaHKa(Kp-Ka)t1(Kp-Ka)盾恩近似法计算图盾恩近似法计算图 对于多层支撑（或锚拉）板桩墙的入对于多层支撑（或锚拉）板桩墙的入土深度，可采用盾恩近似法或等值梁法土深度，可采用盾恩近似法或等值梁法计算。盾恩近似法计算步骤如下：计算。盾恩近似法计算步骤如下：跨距：跨距： 1i32thEK （11-55）弯矩：弯矩： 21iaE)32(12thHKM（11-56）(Kp-Ka)t1KaHRBRCRDABCDKFNGPM图E1E2E3E42m3m3m1mH=9mt1ea3.

10、 支护结构设计应注意的几个问题支护结构设计应注意的几个问题本次课小结：本次课小结：11.3 基坑地面沉降计算基坑地面沉降计算11.3.1 基坑降水引起的地面沉降基坑降水引起的地面沉降11.3.2 基坑开挖引起的地面沉降基坑开挖引起的地面沉降11.4 支护结构的稳定性验算支护结构的稳定性验算11.4.1 基坑的整体稳定性验算基坑的整体稳定性验算11.4.2 重力式挡墙稳定性验算重力式挡墙稳定性验算11.4.3 基坑抗隆起稳定性验算基坑抗隆起稳定性验算11.4.4 基坑管涌验算基坑管涌验算11.4.5 有承压水坑底的稳定性验算有承压水坑底的稳定性验算11.5 桩墙支护结构内力计算桩墙支护结构内力计

11、算11.5.1 悬臂式支护结构悬臂式支护结构 11.5.2 单锚式支护结构单锚式支护结构 1.浅埋式单锚支护结构浅埋式单锚支护结构 2. 深埋式单锚支护结构深埋式单锚支护结构11.5.3 多层锚拉支护结构多层锚拉支护结构 1. 支锚结构的层间距布置形式和设计计算支锚结构的层间距布置形式和设计计算 2. 护桩的入土深度计算护桩的入土深度计算 3. 支护结构设计应注意的几个问题支护结构设计应注意的几个问题11.6 常见的基坑支护结构常见的基坑支护结构11.6.1 锚杆支护锚杆支护 利用地层提供给锚杆的锚固力来维护排桩墙支护结构物的稳定，控制住利用地层提供给锚杆的锚固力来维护排桩墙支护结构物的稳定，

12、控制住基坑或边坡岩土体变形的一种支护方法，称之为锚杆支护。基坑或边坡岩土体变形的一种支护方法，称之为锚杆支护。 对于预应力锚杆，应用较多的是水泥砂浆锚杆，它是借助于水泥砂浆凝对于预应力锚杆，应用较多的是水泥砂浆锚杆，它是借助于水泥砂浆凝结固化而产生的与围岩之间的粘结力或握固力，将锚杆杆体与孔壁牢牢地结固化而产生的与围岩之间的粘结力或握固力，将锚杆杆体与孔壁牢牢地连结在一起，从而形成锚固力的。连结在一起，从而形成锚固力的。1. 锚杆的结构组成锚杆的结构组成 水泥砂浆锚杆由拉杆、锚固体、水泥砂浆锚杆由拉杆、锚固体、非锚固段、腰梁、锚杆头部等组成。非锚固段、腰梁、锚杆头部等组成。 1）拉杆。）拉杆。

13、 作用是将来自锚杆头作用是将来自锚杆头部的力传到锚固体中。部的力传到锚固体中。 拉杆全长等于有效锚固段长度与拉杆全长等于有效锚固段长度与非锚固段长度之和。锚拉杆材料有非锚固段长度之和。锚拉杆材料有粗钢筋、钢绞线、纲管等。粗钢筋、钢绞线、纲管等。 2）锚固体。）锚固体。锚固体是锚杆的有效锚固部分，它将将来自拉杆锚固体是锚杆的有效锚固部分，它将将来自拉杆的力通过水泥砂浆结石体与岩土体之间的相互作用，以侧阻力或端的力通过水泥砂浆结石体与岩土体之间的相互作用，以侧阻力或端阻力（扩大头受压面阻力）形式传给稳固的岩土层中。阻力（扩大头受压面阻力）形式传给稳固的岩土层中。 3）锚杆头部。）锚杆头部。它是工程

14、构筑物与拉杆的连接部分，起到将来它是工程构筑物与拉杆的连接部分，起到将来自构筑物的力（如侧土压力）牢固地传给拉杆的作用；锚杆头部一自构筑物的力（如侧土压力）牢固地传给拉杆的作用；锚杆头部一般由台座（或称为锚座）、承压垫板、紧固器等组成。般由台座（或称为锚座）、承压垫板、紧固器等组成。2锚杆受力分析锚杆受力分析3. 土层锚杆的设计计算土层锚杆的设计计算锚杆轴向受拉承载力计算图锚杆轴向受拉承载力计算图 2）锚杆的轴向受拉承载力设计值）锚杆的轴向受拉承载力设计值1）锚杆的布置）锚杆的布置s221kjsjk1isiku/)(2ddclqdlqdN 锚杆自由段长度计算图锚杆自由段长度计算图3）锚杆的自由

15、段长度）锚杆的自由段长度 锚杆的自由段长度应超过土体潜在的滑移锚杆的自由段长度应超过土体潜在的滑移面面1.0m以上，且大于以上，且大于5m。)2/45sin(/ )2/45sin(kktf ll4）锚杆杆体的截面面积计算）锚杆杆体的截面面积计算 普通钢筋：普通钢筋： 预应力钢筋：预应力钢筋： yus/ fNA pyup/ fNA 5）锚杆水平拉力设计值）锚杆水平拉力设计值 cosudNT 6）锚杆预加力值）锚杆预加力值（锁定值）（锁定值） 4锚杆的施工要点锚杆的施工要点施工工艺包括锚孔钻进、拉杆组装与安放、灌注浆液、张拉与锁定等。施工工艺包括锚孔钻进、拉杆组装与安放、灌注浆液、张拉与锁定等。1

16、231234512345611.6.2 土钉墙土钉墙1.土钉墙加固机理与应用范围土钉墙加固机理与应用范围2.土钉墙的构造土钉墙的构造横向主筋纵向主筋网筋护顶面层砼泄水孔土钉角钢倒刺锥形封口出浆口土钉墙一般由土钉、面层、泄排水系统等三部分组成。土钉墙一般由土钉、面层、泄排水系统等三部分组成。3. 土钉墙设计计算土钉墙设计计算1）土钉布置）土钉布置王步云建议土钉筋杆直径王步云建议土钉筋杆直径d可按下式估算：可按下式估算：2）单根土钉受拉荷载标准值）单根土钉受拉荷载标准值 ihvjjkcos/SSpT计算得出单根土钉承受的极限拉力：计算得出单根土钉承受的极限拉力：yk2kjs41 . 1fdTF3）

17、土钉抗拉承载力设计值）土钉抗拉承载力设计值 基坑侧壁安全等级为二级时，土钉基坑侧壁安全等级为二级时，土钉抗拉承载力设计值应按试验确定。抗拉承载力设计值应按试验确定。 安全等级为三级时，按下式计算：安全等级为三级时，按下式计算：4）土钉整体稳定性分析）土钉整体稳定性分析 土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法进行整体稳定性验算。分法进行整体稳定性验算。mjniniTbqWssLc1njkiii01ii1iktancos)(0sin)(tan)sin(21)cos(ii01i0kiki

18、jijbqWsni5）土钉墙外部稳定性验算）土钉墙外部稳定性验算 土钉加筋土体形成的结构可看作一个整体，按重力式挡土墙验算其抗倾土钉加筋土体形成的结构可看作一个整体，按重力式挡土墙验算其抗倾覆稳定、抗滑稳定等外部稳定性。覆稳定、抗滑稳定等外部稳定性。 抗滑动稳定性安全系数为：抗滑动稳定性安全系数为： 3 . 1/ )(axayhEEWK土钉墙的抗倾覆稳定性安全系数为：土钉墙的抗倾覆稳定性安全系数为：6 . 13.2.axayqHEbEbWK4. 土钉墙施工工艺土钉墙施工工艺11.6.3 水泥土墙水泥土墙1. 水泥土墙应用范围与特点水泥土墙应用范围与特点 2. 水泥土墙结构型式水泥土墙结构型式L

19、R3水泥土墙设计要点水泥土墙设计要点 对于基坑支护的水泥土墙，可按重力式挡土墙进行设计计算，其设计对于基坑支护的水泥土墙，可按重力式挡土墙进行设计计算，其设计内容主要有抗倾覆计算、抗滑移计算、整体稳定计算和墙身应力验算等内容主要有抗倾覆计算、抗滑移计算、整体稳定计算和墙身应力验算等 。1）当水泥土墙底部位于碎石土或砂土时。水泥土墙的墙体厚度设计值：）当水泥土墙底部位于碎石土或砂土时。水泥土墙的墙体厚度设计值：)232(2)(5)2 . 1 (10wawpdw0dcspipaia0hhhHhHEhEhb2）当水泥土墙底部位于粘性土或粉土时。水泥土墙的墙体厚度设计值：）当水泥土墙底部位于粘性土或粉

20、土时。水泥土墙的墙体厚度设计值：)()2 . 1 (2dcspipaia0hHEhEhb11.6.4 逆作拱墙逆作拱墙1. 逆作拱墙的计算要求逆作拱墙的计算要求/tan3 . 1) 1(0ktanpkkqeKcH在均布荷载作用下，圆形闭合拱墙结构轴向压力设计值：在均布荷载作用下，圆形闭合拱墙结构轴向压力设计值： ia0iRe35. 1hN2. 逆作拱墙的构造要求逆作拱墙的构造要求基坑底地面地面基坑底基坑底基坑底地面地面11.6.5 SMW工法工法1. SMW工法原理与应用工法原理与应用a)b)c)d)e)2. SMW工法计算要点工法计算要点l1l2heBcl2de1Q1Q1Q2qqql2B /

21、2l3de2de1N45451）型钢净间距的确定）型钢净间距的确定 ehBl2c22）水泥土强度校核）水泥土强度校核 l1l2heBcl2de1Q1Q1Q2qqql2B /2l3de2de1N4545 型钢型钢“连续连续”布置布置 型钢型钢“间隔间隔”布置布置 l1l2heBcl2de1Q1Q1Q2qqql2B /2l3de2de1N4545 此种布置型式，除进行上述截面验算外，此种布置型式，除进行上述截面验算外，还需校核水泥土搭接处抗剪强度。还需校核水泥土搭接处抗剪强度。s2e3c222dqlAQ22qlN cf2fBqlAN11.7 基坑降排水基坑降排水11.7.1 明沟排水工程明沟排水工

22、程普通明沟排水法普通明沟排水法分层明沟排水法分层明沟排水法11.7.2 井点降水法类型及适用情况井点降水法类型及适用情况1. 轻型井点轻型井点真空泵井点设真空泵井点设备工作原理图备工作原理图(b) 射流器构造射流器构造射流泵井点设备工作射流泵井点设备工作原理图原理图(a) 工作简图工作简图2喷射井点喷射井点喷射井点喷射井点3. 电渗井点电渗井点123 图图11-46 电渗井点工作原理示意图电渗井点工作原理示意图 1. 井点管；井点管；2. 金属棒；金属棒；360v直流电源直流电源4管井井点管井井点 5. 联合井点联合井点管井井点构造管井井点构造不透水层原水位面引渗井点示意引渗井点示意水平辐射井

23、点示意水平辐射井点示意11.7.3 井点降水工程设计井点降水工程设计1. 基坑总涌水量的计算基坑总涌水量的计算lSh0HlR2rSlMhH0HRSR2rMh0SR1）潜水完整井）潜水完整井 )/lg()2(366. 10OXRSSHKQ2）潜水非完整井）潜水非完整井 4000000025 . 0lglg)2(366. 1hlhhXlXRSSHKQ3）承压完整井）承压完整井 )/lg(73. 200XRkMsQ 4）承压非完整井）承压非完整井 425 . 0)/lg(73. 2000MlMMXlXRKMSQ)lg(1lg732. 0n2122ArrrnRKQHh)(1lg366. 0n21ArrrtgnRKMQHH抽水影响半径抽水影响半径R： 潜水含水层：潜水含水层： KHSR2 承压含水层：承压含水层： KSR10KTHXR2202. 设计单井出水量设计单井出水量3s120KlrqirKHq50. 2