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； 岩岩层层和和主主要要结结构构层层面面的的倾倾斜斜方方向向与与边边坡坡的的开开挖挖面面倾倾斜斜方方向一致，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； 支支撑撑材材料料：钢钢筋筋混混凝凝土土排排桩桩、钢钢板板桩桩、木木板板桩桩、钢钢筋筋混混凝土板桩、地下连续墙、凝土板桩、地下连续墙、SMW工法桩等；工法桩等； 受受力力特特征征：利利用用支支撑撑入入土土的的嵌嵌固固作作用用及及结结构构的的自自身身的的抗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； 适适用用条条件件：宽宽度度较较大大，开开挖挖较较浅浅，周周围围场场地地较较宽宽，对对变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； 支支撑撑材材料料：挡挡土土材材料料有有钢钢筋筋混混凝凝土土桩桩、地地下下连连续续墙墙，支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； 支支撑撑材材料料：可可采采用用内内撑撑式式结结构构相相同同的的材材料料外外，还还可可以以采采用钢板桩等；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； 受受力力特特征征：由由土土钉钉构构成成支支撑撑体体系系，喷喷锚锚混混凝凝土土面面板板构构成成挡土体系；挡土体系； 适适用用条条件件：地地下下水水位位以以上上或或降降水水后后的的粘粘土土、粉粉土土、杂杂填填土及非松散砂土、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、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 支支护结构上的荷构上的荷载 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 对对于于透透水水性性比比较较大大的的砂砂性性土土和和粉粉土土，分分别别计计算算作作用用在在围围护护结结构构上上的的土土压压力力（按按朗朗肯肯土土压压力力理理论论计计算算）和和水水压压力力（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： 水、土压力合算方法水、土压力合算方法 对对于于透透水水性性比比较较差差的的粘粘性性土土地地基基，采采用用水水、土土压压力力合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。 挡土结构位移对土压力的影响挡土结构位移对土压力的影响 一一般般的的围围护护结结构构自自身身刚刚度度不不大大，在在侧侧向向压压力力作作用用下下产产生生较较大大的的相相对对位位移移时时，对对土土压压力力的的分分布布与与大大小小产产生生影影响响。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。H/H/2 2H H 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 无无论论位位移移达达到到多多大大，都都不不能能使使填填土土内内发发生生主主动动破破坏坏，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。 挡土构造平行向外移动挡土构造平行向外移动 位位移移的的大大小小未未达达到到足足以以使使填填土土发发生生主主动动破破坏坏时时，压压力力为为曲曲线线分分布布，当当位位移移超超过过某某一一值值后后填填土土将将发发生生主主动动破破坏坏，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 无无论论位位移移多多少少，作作用用在在墙墙背背上上的的压压力力都都按按直直线线分分布布。当当墙墙上上端端的的移移动动达达到到一一定定数数值值后后，墙墙后后填填土土会会发发生生主主动动破破坏，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 支支护结构上的构上的设计规定定 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 承承载载能能力力极极限限状状态态：支支护护结结构构达达到到承承载载力力破破坏坏，锚锚固固系系统失效或坡体失稳状态；统失效或坡体失稳状态； 正正常常使使用用极极限限状状态态：支支护护结结构构和和边边坡坡的的变变形形达达到到结结构构本本身或邻近建筑物的正常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 根根据据建建筑筑基基坑坑工工程程破破坏坏可可能能造造成成的的后后果果，基基坑坑工工程程划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形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影响对基坑周围环境和地下结构施工影响很严重很严重1.10二级二级支护结构破坏或土体失稳或过大变形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，但对地下对基坑周围环境影响一般，但对地下结构施工影响严重结构施工影响严重1.00三级三级支护结构破坏或土体失稳或过大变形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影响对基坑周围环境及地下结构施工影响不严重不严重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； 邻邻近近建建筑筑物物和和地地下下设设施施的的类类型型、分分布布情情况况和和结结构构质质量量的的检测评价。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 基基本本原原理理：随随着着板板桩桩的的入入土土深深度度的的变变化化，作作用用在在板板桩桩两两侧侧的的净净土土压压力力分分布布也也随随之之发发生生变变化化，当当作作用用在在板板桩桩两两侧侧的的净净土土压压力力相相等等时时，板板桩桩处处于于平平衡衡状状态态，此此时时所所对对应应的的板板桩桩的的入入土土深深度度即即是是保保证证板板桩桩稳稳定定的的最最小小入入土土深深度度。根根据据板板桩桩的的静静力力平平衡衡条条件件可可以以求出该深度。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thDz1z2pah地面超载地面超载thDz1z2pah 确定净土压力确定净土压力p=0的深度的深度DthDz1z2pah 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 确定最小入土深度确定最小入土深度 t 当当板板桩桩入入土土深深度度达达到到最最小小入入土土深深度度 t 时时，应应满满足足作作用用在在板板桩桩上上的的水水平平力力之之和和等等于于0，各各力力距距任任一一点点力力矩矩之之和和等等于于0的的静静力力平平衡衡条条件件，建建立立静静力力平平衡衡方方程程，可可以以求求得得未未知知量量 z2 及板桩最小入土深度及板桩最小入土深度 t ： 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算）（也可以采用试算法计算），为安全起见，计算得到的，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土深的安全系数作为设计入土深度，即实际的入土深度度，即实际的入土深度=1.1t 。 板桩内力计算板桩内力计算 计计算算板板桩桩最最大大弯弯矩矩时时，根根据据在在板板桩桩最最大大弯弯矩矩作作用用点点剪剪力力等等于于0的的原原理理，可可以以确确定定发发生生最最大大弯弯矩矩的的位位置置及及最最大大弯弯矩矩值值。对对于于均均质质无无粘粘性性土土（c=0，q0=0），根根据据图图示示关关系系，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：hbz1 布鲁姆法（均质土）布鲁姆法（均质土） 基基本本原原理理：布布鲁鲁姆姆法法以以一一个个集集中中力力 Ep代代替替板板桩桩底底出出现现的的被被动动土土压压力力，根根据据该该假假定定建建立立静静力力平平衡衡方方程程，求求出出入入土土深度及板桩内力。深度及板桩内力。 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：OhtluEpEpE4E1E2E3PCxxma 在在均均质质土土条条件件下下，净净土土压压力力为为0的的O点点深深度度可可根根据据墙墙前前与与墙墙后后土土压压力力强强度度相相等等的的条条件件算算出出（不不考考虑虑地地下下水水及及顶顶面面均布荷载的影响，均布荷载的影响，c=0，q0=0）：）：代代入入前前式式求求解解方方程程后后可可求求得得未未知知量量x，板板桩桩的的入入土土深深度度按按下式计算：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：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 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：OhtluEpEpE4E1E2E3PCxxma例题例题1： 某某悬悬臂臂板板桩桩围围护护结结构构如如图图示示，试试用用布布鲁鲁姆姆法法计计算算板板桩桩长度及板桩内力。长度及板桩内力。6mluE3E1E2Paq=10kN/m2 c=0=34=20kN/m3解解： 板桩长度板桩长度查表，查表，=0.67，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） 顶顶端端支支撑撑的的排排桩桩结结构构，有有支支撑撑的的支支撑撑点点相相当当于于不不能能移移动动的的简简支支点点，埋埋入入地地中中的的部部分分，则则根根据据入入土土深深度度，浅浅时时为为简简支支，深深时时为为嵌嵌固固。在在确确定定板板桩桩的的入入土土深深度度时时，太太浅浅则则跨跨中中弯弯矩矩比比较较大大，较较深深时时则则不不经经济济。比比较较合合理理的的入入土土深深度度为为下下图图所所示示的的第第3种种状状态态所所处处的的入入土土深深度度。一一般般按按该该种种状状态态确确定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） 静静力力平平衡衡法法（埋埋深深较较浅浅，下端铰支，前图下端铰支，前图a计算图式）计算图式） 根根据据图图示示所所示示静静力力平平衡衡体体系系，根根据据A点点的的力力矩矩平平衡衡方方程程及及水水平平方方向向的的力力平平衡衡方方程，可以得到两个方程：程，可以得到两个方程：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 htREpEaAd对支撑对支撑 A 点取力矩平衡方程：点取力矩平衡方程：由水平方向的静力平衡方程：由水平方向的静力平衡方程：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：板桩截面最大弯矩：板桩截面最大弯矩： 等值梁法等值梁法 基基本本原原理理：将将板板桩桩看看成成是是一一端端嵌嵌固固另另一一端端简简支支的的梁梁，单单支支撑撑挡挡墙墙下下端端为为弹弹性性嵌嵌固固时时，其其弯弯矩矩分分布布如如图图所所示示，如如果果在在弯弯矩矩零零点点位位置置将将梁梁断断开开，以以简简支支梁梁计计算算梁梁的的内内力力，则则其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。 对对于于下下端端为为弹弹性性支支撑撑的的单单支支撑撑挡挡墙墙，弯弯矩矩零零点点位位置置与与净净土土压压力力零零点点位位置置很很接接近近，在在计计算算时时可可以以根根据据净净土土压压力力分分布布首首先先确确定定出出弯弯矩矩零零点点位位置置，并并在在该该点点处处将将梁梁断断开开，计计算算两两个个相相连连的的等等值值简简支支梁梁的的弯弯矩矩。将将这这种种简简化化方方法法称称为为等等值值梁法。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 根根据据净净土土压压力力分分布布确确定定净净土土压压力力为为0的的B点点位位置置，利利用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： 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： 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=(1.11.2)t0x 求出等值梁的最大弯矩求出等值梁的最大弯矩 根根据据最最大大弯弯矩矩处处剪剪力力为为0的的原原理理，求求出出等等值值梁梁上上剪剪力力为为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）。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 / 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： 某某单单支支撑撑板板桩桩围围护护结结构构如如图图示示，试试用用等等值值梁梁法法计计算算板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 u的计算的计算 Ra、QB的计算的计算 入土深度入土深度 t 的计算的计算取取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 x08.7 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） 按按板板桩桩墙墙为为两两个个支支点点的的静静定定梁梁计计算算，两两个个支支点点分分别别为为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） 按按板板桩桩墙墙为为具具有有三三个个支支点点的的连连续续梁梁计计算算，三三个个支支点点分分别别为为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 基基本本原原理理：墙墙后后主主动动土土压压力力分分布布采采用用太太沙沙基基佩佩克克假假定定，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。l1l2l3l4l5R1R2R3R4R1R2R3R4R3l3/2l4/2ql2/10ql2/20HKaHKaM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； 若若土土压压力力强强度度为为q，按按连连续续梁梁计计算算，最最大大支支座座弯弯矩矩（三三跨以上）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） 基基本本原原理理：将将桩桩墙墙看看成成竖竖直直置置于于土土中中的的弹弹性性地地基基梁梁，基基坑坑以以下下土土体体以以连连续续分分布布的的弹弹簧簧来来模模拟拟，基基坑坑底底面面以以下下的的土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 墙墙后后土土压压力力分分布布：直直接接按按朗朗肯肯土土压压力力理理论论计计算算、矩矩形形分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）； 地地基基抗抗力力分分布布：基基坑坑开开挖挖面面以以下下的的土土抗抗力力分分布布根根据据文文克克尔地基模型计算：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EaEaR1RnR1Rn 支支点点按按刚刚度度系系数数 kz的的弹弹簧簧进进行行模模拟拟，建建立立桩桩墙墙的的基基本本挠挠曲微分方程，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 基坑的基坑的稳定定验算算 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基坑坑隆隆起起开开挖挖较深深软土土基基坑坑时，在在坑坑壁壁土土体体自自重重和和坑坑顶荷荷载作用下，坑底作用下，坑底软土可能受土可能受挤在坑底在坑底发生隆起生隆起现象；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。 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 建筑地基基础设计规范建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：抗抗剪剪强强度度，由由十十字字板板试试验验或或三三轴轴不不固固结结不不排排水水试试验验确确定；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。 简化化计算方法算方法 假定地基破坏假定地基破坏时发生如下生如下图所示滑所示滑动面，滑面，滑动面面圆心心在最底在最底层支撑点支撑点A处，半径，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考虑，则滑滑动力矩力矩为：稳定力矩定力矩为：Su滑滑动面面上上不不排排水水抗抗剪剪强强度度，对于于饱和和软粘粘土土，则 =0，Su = cu。定定义安全系数安全系数 K=Mr/Md 如基坑如基坑处土土质均匀，均匀，则基坑抗隆起安全系数基坑抗隆起安全系数为： 例例题3：某某基基坑坑深深H=6.2m，地地面面荷荷载q=20kN/m2，地地基基土土为均均质土土=17kN/m3， c=25kPa，底底部部支支撑撑= 81.8，按按简化化计算算方方法法验算其抗隆起算其抗隆起稳定性。定性。解解：均：均质土地基，土地基，Su=c=25kPa基坑抗隆起安全系数基坑抗隆起安全系数不能不能满足抗基坑隆起足抗基坑隆起稳定要求。定要求。 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hwhhd 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。tht承压水承压水不透水层不透水层8.9 土土钉支支护结构构 概述概述 土土钉钉支支护护是是将将一一系系列列钢钢筋筋或或钢钢索索近近似似水水平平地地设设置置在在被被加加固的原位土体中，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 一一般般上上下下土土钉钉取取等等长长，或或上上部部稍稍长长而而底底部部稍稍短短（土土钉钉内内力力中中部部较较大大，上上部部土土钉钉对对限限制制支支护护结结构构水水平平位位移移作作用用较较大大，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，注浆质量难以控制；倾角小：支护变形小，注浆质量难以控制； 倾倾角角大大：支支护护变变形形大大，注注浆浆质质量量易易于于控控制制，利利于于插插入入下下层较好土层。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 临临时时性性结结构构：50150mm厚厚钢钢筋筋网网喷喷射射混混凝凝土土， 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； 永永久久性性结结构构： 150250mm厚厚钢钢筋筋网网喷喷射射混混凝凝土土，可可设设两两层钢筋网，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 验算公式验算公式荷载折荷载折减系数减系数j 个土钉位置处基坑个土钉位置处基坑水平荷载标准值水平荷载标准值固结快固结快剪指标剪指标土钉抗拉抗土钉抗拉抗力分项系数力分项系数j 根土钉受拉根土钉受拉荷载标准值荷载标准值j 根土钉受拉承根土钉受拉承载力设计值载力设计值j 根土钉直径根土钉直径lihTuj（+k）/2主动区主动区被动区被动区土的名称土的名称土的状态土的状态qsik填土填土1620淤泥淤泥1016淤泥质土淤泥质土1620粘性土粘性土流塑流塑软塑软塑可塑可塑硬可塑硬可塑硬塑硬塑坚硬坚硬IL10.75 IL 10.50 IL 0.750.25 IL 0.500 IL 0.25IL 0183030404053536565737380粉土粉土稍密稍密中密中密密实密实e0.90.75 e 0.9e 0.75204040606090 土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值土的名称土的名称土的状态土的状态qsik粉细砂粉细砂稍密稍密中密中密密实密实10 N 1515 N 30N30204040606080中砂中砂稍密稍密中密中密密实密实10 N 1515 N 30N30406060707090粗砂粗砂稍密稍密中密中密密实密实10 N 1515 N 30N30609090120120150砾砂砾砂中密中密(密实密实)N15130160 土钉支护结构外部稳定分析土钉支护结构外部稳定分析 抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性验算WHBFtP0q0OEaEaxEay 抗滑移稳定性验算抗滑移稳定性验算 土钉支护结构内部稳定分析土钉支护结构内部稳定分析 土土钉钉支支护护结结构构的的内内部部稳稳定定分分析析采采用用圆圆弧弧破破裂裂面面条条分分法法进进行分析计算。行分析计算。QihiWiiiR 土钉抗拉力计算土钉抗拉力计算 在在土土条条 i 上上作作用用有有土土体体自自重重 Wi、地地表表荷荷载载 Qi、土土钉钉抗抗拉拉力力 Rk、 Rk按以下公式计算并取较小者：按以下公式计算并取较小者： 按土钉材料强度计算按土钉材料强度计算 按破裂面外土钉抗拔出能力计算按破裂面外土钉抗拔出能力计算 按破裂面内土钉抗拔出能力计算按破裂面内土钉抗拔出能力计算破裂面外土破裂面外土钉锚固长度钉锚固长度土钉端部与混凝土钉端部与混凝土面板连接处的土面板连接处的极限抗拔力极限抗拔力 土钉支护结构内部稳定验算土钉支护结构内部稳定验算Fs： 内部稳定安全系数内部稳定安全系数H6m， Fs1.2；H=612m， Fs1.3；H12m， Fs1.4。 k 排土钉的排土钉的水平间距水平间距补充练习补充练习： 按按布布鲁鲁姆姆法法计计算算确确定定图图示示悬悬臂臂式式板板桩桩支支护护的的长长度度 h 及及板板桩的最大弯矩桩的最大弯矩 Mmax。q=28kN/m2 c=0=20=17kN/m3 c=0=32=18kN/m3补充练习补充练习： 按按等等值值梁梁法法计计算算确确定定图图示示单单支支撑撑式式板板桩桩支支护护的的长长度度 h 及及板桩的最大弯矩板桩的最大弯矩 Mmax。3m6.0mq=10kN/m2 c=10kPa=12=17kN/m3Ra