《基坑支护工程》PPT课件

5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 1第七章 基坑工程building foundation pit 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 2 本章内 容7.1 概 述7.2 支 护 结 构 的 受 力 与 破 坏 形 式 7.3 支 护 板 桩 的 设 计 计 算 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 3 7.1 概 述一 、 基 坑 工 程 的 概 念 基 坑 工 程 是 指 为 挖 除 主 体 工 程 地 下 结 构 所 在 空 间 的 土 方 而 需 要 的 设 施 和 施 工 作 业， 一 般 情 况 下 包 括 基 坑 支 护 、 降 水 、 土 方 开 挖 和 施 工 监 测 等 工 程 内 容 。 随 着 城 市 建 设 的 发 展 ， 人 们 对 三 维 立 体 化 空 间 的 需 求 不 断 增 长 ， 一 方 面 城 市 高 层建 筑 成 为 发 展 趋 势 ， 建 筑 基 坑 越 挖 越 深 ； 另 一 方 面 ， 地 下 空 间 的 开 发 利 用 也 已 成 为发 展 方 向 之 一 。 地 铁 、 地 下 商 城 、 地 下 油 库 和 地 下 停 车 场 等 大 型 建 筑 物 不 断 增 多 。基 坑 工 程 已 经 成 为 城 市 岩 土 工 程 的 主 要 内 容 之 一 。 已 出 现 了 30多 米 埋 深 的 地 下 室 ，各 种 深 基 坑 支 护 的 设 计 计 算 方 法 ， 施 工 工 艺 不 断 产 生 。 基 坑 开 挖 与 城 市 建 设 密 集 、 地 下 管 线 众 多 、 建 设 场 地 狭 小 ， 周 围 环 境 要 求 高 等 不利 因 素 的 矛 盾 突 出 ， 提 出 了 许 多 新 的 问 题 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 4 7.1 概 述二 、 基 坑 工 程 研 究 的 主 要 内 容 1. 基 坑 支 护 方 面 支 护 结 构 形 式 支 护 结 构 设 计 计 算 支 护 结 构 设 计 支 护 结 构 的 稳 定 性 验 算 2. 基 坑 降 水 方 面 降 水 方 法 的 选 择 降 水 方 法 的 设 计 计 算 降 水 设 计 降 水 方 案 验 算 （ 预 测 ） 降 水 施 工 降 水 系 统 的 安 装 与 运 行 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 5 7.1 概 述 3.土 方 开 挖 土 方 开 挖 方 案 的 制 定 土 方 开 挖 机 械 的 选 择 土 方 施 工 4.基 坑 工 程 监 测 与 控 制 监 测 方 法 的 选 择 监 测 的 内 容 监 测 的 仪 器 及 精 度 要 求 5.基 坑 工 程 环 境 效 应 与 对 策 地 面 沉 降 问 题 建 筑 物 、 管 线 变 形 破 坏 问 题 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 6 7.1 概 述三 、 深 基 坑 支 护 工 程 特 点 1.与 自 然 地 质 及 环 境 条 件 密 切 相 关 2.与 主 体 结 构 地 下 室 的 施 工 密 切 相 关 ， 施 工 操 作 性 和 工 期 要 求 较 高 。 3.技 术 综 合 性 强 岩 土 工 程 知 识 和 经 验 ； 建 筑 结 构 和 力 学 知 识 ； 施 工 经 验 ； 工 程 所 在 地 的 施 工 条件 。 4.设 计 与 施 工 完 全 依 赖 ， 密 不 可 分 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 7 7.1 概 述四 、 支 护 结 构 类 型 1.按 结 构 受 力 特 点 划 分 类 别 特点 常用方法及优 缺点被动 受力支护结 构 支护 结 构 依靠自身的结构 刚 度和强度被动 地承受土压 力，限制土体变形，从 而保持边 坡的安全稳 定。 常用的方法有多种 类 型的桩 ，支撑围 护 结 构 及地下连 续 墙等。一般是传 统 的支护 方法，在工程中采用率较 高，但这种 方法造价高、工期长 、施工难 度大，其局限性日渐 突出。目前基坑支护 主要是采用这 种 支护 类 型。 主动 受力支护结 构 是通过 不同的途径 和方法提高土体的强度，使支护 材料与 土体形成共同作用体系，从 而达 到支护 安全稳 定的目的。 常用的方法有土钉 支护 技术 ，树 根桩 技术 及黏土地区 的搅拌桩 技术 等。该 支护 结 构 是当 前国 内 外较 为 流行的方法，其最大的特点在于其安全度较 高，施工简 单 方便，工期较短，造价低，噪声 污 染小，弥补 了传 统 支护 方法的许 多缺点，因此深受岩土工程界青 睐 ，特别 是最近几年发 展比较快，其中土钉 技术 是比较 广泛应 用的方法之一。组 合结构 形式 据土体力学 性质 ，将 前两 类 支护 方法同时 应 用于同一个 基坑工程中。 表现 出具有两 种 支护 方法的优 点，在许 多工程中得到了成功的应 用，表现 出很大的优 势 和潜力。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 8 7.1 概 述2、按 开挖 方式 分类 挖放 坡 开 挖 ， 部 分 支 护 开综 合 法 开 挖 ： 基 坑 部 分 加 固 开 挖坑 底 被 动 土 压 力 区 注 浆网 状 树 根 桩 护 壁 开 挖喷 锚 混 凝 土 护 壁 开 挖土 钉 护 壁 开 挖钢 丝 网 水 泥 土 护 壁 开 挖 幕 护 壁 开 挖注 浆 护 壁 开 挖 、 化 学 帷挖坑 壁 或 坑 底 土 体 加 固 开逆 作 法 或 半 逆 作 法 开 挖基 坑 分 段 开 挖锚 定 式 支 护 结 构 开 挖内 撑 式 支 护 开 挖拱 形 支 护 结 构 开 挖钢 架 护 坡 桩 重 力 式 挡 土 墙沉 井 支 护 结 构 加 筋 水 泥 土 地 下 连 续 墙钢 混 地 下 连 续 墙地 下 连 续 墙 注 浆 构 线钻 孔 灌 注 桩 和 压 力组 合 挡 土 壁钢 混 灌 注 桩钢 板 桩 、 钢 管 桩（ 有 拉 锚 、 无 拉 锚 ）悬 臂 式 支 护 开 挖支 护 开 挖 井 点 降 水 放 坡 开 挖 明 沟 排 水 放 坡 开 挖无 地 下 水 的 放 坡 开 挖放 坡 开 挖垂 直 开 挖无 支 护 开 挖开 挖 方 式 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 9 7.1 概 述3按 支护 结构 分类 逆 作 法 施 工环 梁 支 护 体 系斜 撑 撑 ）钢 管 、 型 钢 支 撑 （ 水 平土 层 锚 杆 ）锚 拉 支 护 （ 锚 拉 梁 、 桩自 立 式 （ 悬 臂 桩 、 墙 ）支 撑 部 分 闭 合 拱 圈 墙钢 板 桩密 排 间 加 化 学 注 浆 桩 泥 桩密 排 桩 间 加 高 压 喷 射 水 注 桩深 层 搅 拌 水 泥 桩 、 加 灌深 层 搅 拌 水 泥 土 桩 、 墙地 下 连 续 墙止 水 挡 土 结 构 插 筋 补 强 支 护土 钉 支 护 法桩 墙 合 一 ， 地 下 室 逆 作连 拱 式 灌 注 桩双 排 桩 挡 土 桩 ）密 排 桩 （ 灌 注 桩 、 预 制 抹 面疏 排 灌 注 桩 钢 丝 网 水 泥型 钢 、 工 字 钢 桩 加 插 板透 水 挡 土 结 构挡 土 部 分支 护 结 构 . . . . gfedcba gfedcbahgfedc b Ha 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 10 7.1 概 述五 、 选 择 支 护 结 构 的 基 本 依 据 1.基 坑 的 形 状 、 平 面 尺 寸 、 开 挖 深 度 和 基 础 施 工 要 求 ； 2.基 坑 结 构 所 承 受 的 各 种 荷 载 及 变 形 等 参 数 要 求 。 侧 荷 载 、 垂 直 荷 载 、 风 、 地 面超 载 、 塔 吊 、 坡 道 等 ； 3.水 文 地 质 、 工 程 地 质 条 件 ： 含 水 层 、 隔 水 层 的 分 布 ， 土 的 建 筑 性 能 ， 如 膨 胀 土、 收 缩 土 、 崩 解 土 、 土 的 水 理 性 质 、 强 度 。 滞 留 水 ， 可 打 完 引 出 。 现 要 求 基 坑 支 护 中画 流 网 图 。 目 前 的 基 坑 出 现 问 题 不 仅 是 设 计 上 的 。 如 勘 察 基 坑 应 在 45+/2的 范 围 内， 但 现 在 只 限 制 在 基 坑 内 ； 4.基 坑 一 定 范 围 内 的 环 境 问 题 ： 上 、 下 水 ， 煤 气 、 预 埋 管 道 ， 原 有 地 下 建 筑 物 （地 道 等 ） ， 附 近 建 筑 物 的 基 础 类 型 ， 交 通 流 量 等 ； 5.工 期 和 造 价 ； 6.场 地 相 同 单 元 上 基 坑 成 功 及 失 败 教 训 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 11 7.1 概 述选 择 支 护 类 型 方 案 流 程 ： 目 前 国 内 基 坑 支 护 类 型 比 较 多 ，但 常 用 的 支 护 类 型 方 案 主 要 可 归 纳为 五 种 ， 如 按 其 造 价 ， 选 择 流 程 如左 图 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 12 7.1 概 述 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 13 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式 7.2.1 支 护 结 构 的 受 力 性 状 （ 1） 悬 臂 式 板 桩 ： 插 入 土 体 部 分 视 为 固 定 端 ， 上 部 为 自 由 端 ； 即 看 作 悬 臂 梁结 构 。 （ 2） 浅 埋 单 锚 式 板 桩 ： 插 入 土 体 部 分 视 为 固 定 铰 ， 上 部 锚 拉 作 用 点 为 活 动 铰； 即 看 作 简 支 梁 结 构 。 （ 3） 深 埋 单 锚 式 板 桩 ： 插 入 土 体 部 分 视 为 固 定 端 ， 上 部 锚 拉 作 用 点 为 活 动 铰； 即 看 作 静 不 定 梁 结 构 。 （ 4） 多 层 锚 拉 式 板 桩 ： 插 入 土 体 部 分 视 为 固 定 端 ， 上 部 各 个 锚 拉 作 用 点 为 活动 铰 ； 即 看 作 连 续 梁 结 构 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 14 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式7.2.2支 护 结 构 的 侧 向 土 压 力 计 算一 、 侧 土 压 力 的 判 定 作 用 在 坑 底 以 下 支 护 BC段 上 的 土 压 力 是 否 会 曾 至 被动 土 压 力 ， 取 决 于 墙 后 作 用 的 主 动 土 压 力 大 小 。 如 果基 坑 开 挖 较 深 ， 而 支 护 入 土 深 度 又 较 小 ， 则 主 动 土 压力 较 大 ， 为 了 平 衡 ， 墙 前 土 压 力 将 得 以 充 分 发 挥 ， 以至 BC整 段 均 达 到 被 动 土 压 力 。 如 基 坑 开 挖 较 浅 而 围 护墙 入 土 深 度 又 相 对 较 大 ， 则 作 用 在 BC段 的 墙 前 土 压 力将 达 不 到 被 动 土 压 力 ， 或 者 在 该 段 的 上 半 部 会 达 到 而下 半 段 则 达 不 到 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 15 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式产 生 主 动 或 被 动 土 压 力 所 需 的 墙 顶 位 移 表土 类 应 力 状 态 位 移 形 式 所 需 位 移砂 土 主 动 平 移 或 绕 基 底 转动 0.001H被 动 平 移 0.05H 被 动 绕 基 底 转 动 0.1H粘 土 主 动 平 移 或 绕 基 底 转动 0.004H被 动 墙 位 移 与 土 压 力 的 关 系 图 刚 性 挡 上 墙 上 的 土 压 力 是 否 达 到 主 动 或 被 动 极 限 平 衡 状 态 ， 可 参 考 下 表 所示 的 墙 顶 位 移 来 判 定 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 16 二 、 支 护 结 构 上 的 侧 向 土 压 力 计 算 关 于 基 坑 桩 墙 侧 向 土 压 力 计 算 模 式 很 多 ， 主 要 采 用 的 有 以 下 两 大 类 ： （ 1） 以 Rankine、 Coulomb等 理 论 公 式 计 算 的 土 压 力 ； 使 用 时 应 注 意 地 基 土 的c、 的 取 值 。 计 算 时 还 应 考 虑 地 面 荷 载 、 地 面 不 规 则 几 何 形 状 等 对 桩 墙 侧 土 压 力的 影 响 。 土 压 力 与 水 压 力 可 分 开 计 算 ， 也 可 合 并 计 算 ； 合 并 计 算 时 地 下 水 以 下 土 的 重 度取 饱 和 含 水 重 度 ， 降 水 后 土 层 按 稍 湿 状 态 考 虑 。 对 于 粘 性 土 ， 可 忽 略 粘 聚 力 ， 适当 增 加 内 摩 擦 角 来 计 算 。 （ 2） 由 土 压 力 计 等 测 定 换 算 的 实 测 值 为 基 础 的 土 压 力 分 布 模 型 (图 示 法 )或 侧 压系 数 法 ， 图 示 法 中 采 用 较 多 的 是 Terzaghi-Peck所 建 议 的 土 压 力 分 布 模 型 法 。7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 17 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式 三 、 规 范 方 法（ 一 ） 水 平 荷 载 的 标 准 值 1.对 于 碎 石 土 和 砂 土 0.65 ak H Hka (0.20.4) ak H 砂 土 层 软 -中 硬 土 层 硬 黏 土 层 土 压 力 计 算 图 （ Terzaghi-Peck所 建 议 的 模 型 法 ）ajke 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 18 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式(1)计 算 点 位 于 地 下 水 位 以 上 时 (2)计 算 点 位 于 地 下 水 位 以 下 时 式 中 ： 第 i层 土 主 动 土 压 力 系 数 ； 作 用 于 深 度 zj处 竖 向 应 力 标 准 值 kN； 计 算 点 深 度 m； 计 算 参 数 ， 当 ， 取 ； 当 ， 取 ； 基 坑 外 侧 水 位 深 度 m； 计 算 系 数 ， 当 时 ， 取 1； 当 时 ， 取 0； 水 的 重 度 kN/m3。 2ajk ajk ai ik aie c ajk ajk ai ik aie = -2c j wa j wa wa ai wz h m h ajajk jzjm jz h jz jz h hwahwa wah h wah hw 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 19 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式 基 坑 支 护 水 平 荷 载 计 算 示 意 图 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 20 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式2.对 于 粉 土 及 黏 性 土 当 按 以 上 规 定 计 算 的 基 坑 开 挖 面 以 上 水 平 荷 载 标 淮 值 小 于 零 时 ， 应 取 零 。 3.基 坑 外 侧 竖 向 应 力 标 准 值 ajk计 算 ajk =rk+0k+1k （ 1） 计 算 点 深 度 zj处 自 重 应 力 rk (a)计 算 点 位 于 基 坑 开 挖 面 以 上 时 rk =mjzj 式 中 mj 深 度 zj以 上 土 的 加 权 平 均 重 度 ； (b) 位 于 开 挖 面 以 下 rk =hmh 式 中 ： hm 开 挖 面 以 上 土 的 加 权 平 均 重 度 2ajk ajk ai ik aie c 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 21 （ 2） 当 支 护 结 构 外 侧 地 面 满 布 附 加 荷 载 q0 时 (见 图 )， 基 坑 外 侧 任 意 深 度 附 加 竖向 应 力 标 准 值 0k可 按 下 式 确 定 ： 0k = q0 式 中 q0 地 面 均 布 荷 载 (kN /m2)。 （ 3） 当 距 支 护 结 构 b1外 侧 ， 地 表 作 用 有 宽 度 b0的 条 形 附 加 荷 载 q1时 ， 见 图 。基 坑 外 侧 深 度 CD范 围 内 的 附 加 竖 向 应 力 标 准 值 1k按 下 列 式 确 定 ： 1k= q1 b0 / b0 +2b1 （ 4） 上 述 基 坑 外 侧 附 加 荷 载 作 用 于 地 表 以 下 一 定 深 度 时 ， 将 计 算 点 深 度 相 应 下移 ， 其 竖 向 应 力 也 可 按 上 述 规 定 确 定 。 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 22 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 23 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式（ 二 ） 水 平 抗 力 标 准 值 计 算 ： 参 照 附 图 水 平 抗 力 标 准 值 计 算 图 1.对 砂 土 及 碎 石 土 ， 基 坑 内 侧 抗 力 标 准 值 ： epjk=pjkKpi+2cikKpi+(zj-hwp)(1-Kpi)w 式 中 pjk 作 用 于 基 坑 底 面 以 下 深 度 zj处 的 竖 向 应 力 标 准 值 (kPa)； Kpi 第 i层 土 的 被 动 土 压 力 系 数 。 2.对 粉 土 及 粘 性 土 ， 基 坑 内 侧 水 平 抗 力 标 准 值 ： epjk =pjkKpi+2cjkKpi 3.作 用 于 基 坑 底 面 以 下 深 度 zj处 的 竖 向 应 力 标 准 值 pjk=mjzj 式 中 mj 深 度 zj以 上 土 的 加 权 平 均 天 然 重 度 (kN/m3)。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 24 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式7.2.3 支 护 结 构 的 破 坏 形 式 1.支 护 结 构 的 破 坏 形 式 ： (1)支 锚 结 构 系 统 破 坏 ； (2)板 桩 底 部 向 基 坑 内 侧 移 动 ； (3)板 桩 弯 曲 破 坏 ； (4)整 体 圆 弧 滑 动 ； (5)隆 起 、 管 涌 。 锚 拉 系 统 破 坏 底 部 内 移 板 桩 弯 曲整 体 滑 动 管 涌 、 隆 起 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 25 7.2支护 结 构 的受力与 破坏形式2.支 护 结 构 设 计 应 考 虑 的 问 题（ 1） 确 保 锚 杆 （ 支 撑 ） 的 强 度 与 稳 定 ；（ 2） 支 护 结 构 （ 墙 ） 的 入 土 深 度 应 满 足 要 求 ；（ 3） 支 护 结 构 （ 墙 ） 截 面 尺 寸 、 间 距 、 抗 弯 强 度 够 用 ；（ 4） 基 坑 底 稳 定 验 算 满 足 要 求 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 26 支 护 板 桩 或 桩 排 式 挡 墙 是 一 种 柔 性 结 构 ， 因 而 允 许 有 限 的 变 形 。 主 动 土 压 力 在0.001 0.004倍 坑 深 的 微 小 位 移 时 即 能 发 生 ； 被 动 土 压 力 需 很 大 位 移 量 （ 5 ）才 能 产 生 ， 往 往 是 板 桩 不 允 许 的 ， 所 以 被 动 土 压 力 不 能 全 部 采 用 。 有 的 只 取 计 算结 果 的 30 。7.3.1悬 臂 式 板 桩 设 计 计 算 无 支 撑 或 锚 定 ， 完 全 依 靠 入 土 深 度 保 持 稳 定 ， 适 用 于 深 度 不 大 （ 6m） 的 基坑 支 护 等 临 时 工 程 。 悬 臂 式 板 桩 主 要 是 求 算 其 入 土 深 度 和 最 大 弯 矩 。7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 27 1.臂 式 排 桩 、 地 下 连 续 墙 嵌 固 深 度 计 算 参 照 附 图 所 示 。 嵌 固 深 度 设 计 值 hd按 下 列规 定 确 定 ： hpEpj-1.20haEai0 式 中 Epj 桩 、 墙 底 以 上 基 坑 内 侧 各 土 层 水 平 抗 力 标 准 值 epjk的 合 力 之 和 ； hp 合 力 Epj作 用 点 至 桩 、 墙 底 的 距 离 ； Eai 桩 、 墙 基 坑 底 以 上 外 侧 各 土 层 水 平 荷 载 标 准 值 eajk的 合 力 之 和 ； ha 合 力 Eai作 用 点 至 桩 、 墙 底 距 离 ； 0 建 筑 基 坑 侧 壁 重 要 性 系 数 ， 按 安 全 等 级 ， 一 级 0=1； 二 级 0=1.0， 三 级 0=0.9。7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 28 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 2.求 最 大 弯 矩 Mmax作 用 点 , 该 点 处结 构 内 剪 力 为 零 ， 列 方 程 求 解 或 试 算。 3.求 最 大 弯 矩 Mmax 4.求 板 桩 截 面 尺 寸 最 大 弯 矩 /允 许 弯 曲 应 力 截 面 横 量（ 钢 板 桩 ） 钢 筋 混 凝 土 桩 (试 算 ) 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 29 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算(1)对 于 钢 板 桩 或 钢 管 桩截 面 横 量(2)钢 筋 混 凝 土 桩 (试 算 ) 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 （ GBJ10 89） maxwMW w式 中 为 钢 材 的 允 许 弯 曲 应 力 。w-为 钢 材 的 允 许 弯 曲 应 力 3 32 sin sinsin (1)3 sin21 0 (2)21.25 2 ,( 0.625 0 .3cm y s scm y st t tM f r f A rf A t f A 当 时 ， ） （ ） 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 30 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算式 中 ： M 弯 矩 设 计 值 ， Nmm； A 桩 截 面 积 ， mm2； As 纵 向 钢 筋 全 截 面 积 ， mm2； r 桩 截 面 圆 半 径 ， mm； rs 钢 筋 分 布 半 径 ， mm； 反 映 受 压 混 凝 土 面 积 的 角 ， 即 弓 形 面 积 对 应 圆 心 角 除 以 2的 值 ； t 受 拉 钢 筋 面 积 与 纵 钢 筋 全 面 积 的 比 值 ； fcm 混 凝 土 弯 曲 抗 压 强 度 设 计 值 ， 查 表 。 桩 直 径 或 边 长 300mm时 ， 乘 以0.8折 减 ， N/mm2； fy 钢 筋 抗 拉 强 度 设 计 值 ， N/mm2。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 31 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算为 简 化 计 算 ， 取 则 得计 算 步 骤 ： 1.假 定 钻 孔 桩 直 径 及 其 配 筋 情 况 ， 由 （ 4） 和 （ 3） 求 出 与 t。 2.再 由 （ 1） 式 求 出 钻 孔 桩 的 弯 矩 设 计 值 ， 与 板 桩 计 算 弯 矩 值 相 比 K 1.5 2。 2 sin 21 2 1 1 2 21 0.75 1 0.75 0.5 0.625y s y s y scm cm cmf A f A f Af A f A f A （ 4） 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 32 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算P 7.3.2 单 锚 式 板 桩 的 计 算一 、 墙 的 变 形 与 土 压 力 分 布 墙 顶 部 设 有 横 向 支 撑 式 拉 锚 ， 受 力 后 有 两 种 可 能 变 形 ： (a)“自 由 支 座 ”情 况 (简 支 梁 ) (b)“固 定 支 座 ”情 况 (等 值 梁 ) 0AM 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 33 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 当 板 桩 插 入 土 中 的 深 度 t较 小 时 ， 其 挠 曲 变 形 如 图 （ a） 所 示 ， 板 桩 下 不 出 现 反弯 点 ， 可 将 板 桩 底 端 视 作 “自 由 支 座 ”， ， 保 证 板 桩 的 稳 定 ， 不 产 生 过 大 位移 。 当 t较 大 时 ， 板 桩 挠 曲 变 形 为 另 一 种 情 况 （ b） ， 出 现 反 弯 点 0， 将 其 视 为 “固 定支 座 ”， 用 等 值 梁 法 计 算 。二 、 “自 由 支 座 ”情 况 视 为 简 支 梁 考 虑 求 ： 支 撑 （ 锚 拉 ） 力 RA， 入 土 深 度 t， 最 大 弯 矩 Mmax 1.对 RA作 用 点 ， 并 考 虑 被 动 土 压 力 折 减 1 2 1 2, 2 3a pE E E E 0AM 0.30.5 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 34 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 1 102 2 03 3A a pa pM M ME H t E H t 得代 入 整 理 得 可 求 解 三 次 方 程 火 试 算 得 出 t1。 2. 3 2 2 31 1 1 03 2 3p a p aa aK K K Kt K Ht H K t H 0P 2 21 11 12 2A a p a pR E E H t K t K 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 35 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 3.板 桩 墙 上 剪 力 Q 0处 为 Mmax的 作 用 点 4.求 Mmax 5.求 板 桩 截 面 尺 寸 ， 同 前 。 实 际 入 土 深 度 ： t 1.15t1 实 际 RA： RA （ 1.35 1.4） RA计 算21 02A aR K h 122 AaRh K 21max 2 3A a hM R h K h maxMW截 面 模 量 允 许 弯 曲 应 力 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 36 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算（ 三 ） “固 定 支 座 ”情 况 （ 静 不 定 问 题 ）（ a） 等 值 梁 （ b） 板 桩 上 土 压 力 分 布 （ c） 板 桩 弯 矩 图 （ d） 等 值 梁 采 用 等 值 梁 法 ， ab为 一 根 梁 ， 一 端 简 支 ， 另 一 端 固 定 ， 其 反 弯 点 在 c点 。 如 在 c点 切 断 ab梁 ， 并 于 c点 置 一 自 由 支 承 形 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 37 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算成 ac梁 ， 则 ac梁 上 的 弯 矩 图 将 保 持 不 变 ， 此 ac梁 即 为 ab梁 上 ac段 的 等 值 梁 。 为 简化 计 算 ， 不 考 虑 的 差 别 ， 即 用 土 压 力 强 度 等 于 零 点 的 位 置 来 代 替 反 弯 点 的 位 置 。 设 计 步 骤 ： 1.计 算 作 用 于 板 桩 上 土 压 力 强 度 ， 并 绘 出 土 压 力 分 布 图 ， 可 以 考 虑 摩 擦 作 用 对 土压 力 的 影 响 ， t1深 度 以 下 土 压 力 可 暂 不 绘 出 。 2.求 t0， 由 于 d点 主 、 被 动 土 压 力 强 度 相 等 ， 即 ap KtHKt 00 ap aKKHKt 0 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 38 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 3.按 简 支 梁 求 等 值 梁 的 支 反 力 RA， t0处 反 力 P0和 最 大 弯 矩 Mmax（ 注 意 图 中 a、 0点 是 否 重 合 ， 等 或 不 等 ） ： Md 0， 求 RA Ma 0， 求 P0 4.Mmax求 法 同 前 5.计 算 板 桩 最 小 入 土 深 度 t1 x可 根 据 P0和 墙 前 被 动 土 压 力 对 板 桩 底 端 e点 力 矩 相 等 求 得 ： 0 0 0 00 2, 2 45 2coscos sin sinp a a a aa ap apt K H t K HK t K a t KPt K tgK KK 设 墙 土 间 的 摩 擦 角 为 一 般 墙 面 平 滑 、 排 水 不 良 时 ， （ 0 1/3） ；墙 面 粗 糙 、 排 水 良 好 时 ， （ 1/3 1/2） 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 39 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 等 值 梁 法 计 算 弯 矩 过 大 ， 实 际 使 用 时 可 以 取 经 验 折 减 系 数 （ 0.6 0.8） 之 间， 一 般 取 0.74。 6.求 板 桩 截 面 性 状 尺 寸 ， 同 前 。 7.Ra=(1.35 1.4)RA计 算 。 0 0 1 0 1 2 36 ,(1.1 1.2)p ap a x xP x K K xPx t t xK Kt t 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 40 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算7.3.3 多 锚 （ 撑 ） 支 护 设 计 计 算 当 多 层 锚 (撑 )的 位 置 不 同 时 ， 其 土 压 力 分 布 和 墙 板 内 力 各 不 相 同 。 一 般 说 来 ， 如 果 附 近 地 基 不 容 许 发 生 位 移 ， 则 应 对 横 撑 (或 锚 杆 )施 加 相 当 于 静止 土 压 力 的 预 应 力 ， 那 么 作 用 在 地 下 墙 板 上 的 土 压 力 就 接 近 于 静 止 土 压 力 ， 且 防止 了 由 墙 板 挠 曲 而 产 生 的 地 基 变 形 ； 如 果 不 对 撑 (或 锚 )施 加 预 应 力 ， 而 是 在 开 挖 后 墙 板 已 产 生 了 位 移 的 倩 况 下 所 加设 的 ， 则 该 土 压 力 就 接 近 主 动 土 压 力 。 虽 然 该 土 压 力 变 小 了 ， 但 附 近 地 基 的 位 移却 增 大 了 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 41 实 际 上 ， 根 据 实 测 ， 对 坑 壁 墙 板 支 撑 (或 锚 )不 施 加 预 应 力 ， 则 其 作 用 于 墙 板 上的 土 压 力 大 体 上 是 在 静 止 土 压 力 和 主 动 土 压 力 之 间 ， 附 近 地 基 的 位 移 ， 也 大 致 如此 。7.3 支护 板桩 的设 计 计 算多 锚 （ 撑 ） 基 坑 支 护 结 构内 力 计 算 方 法二 分 之 一 分 担 法 逐 层 开 挖 法 等 值 梁 法 山 肩 邦 男 法 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 42 一 、 锚 （ 撑 ） 支 护 结 构 的 层 间 距 布 置 型 式 及 特 点 （ 1） 等 弯 矩 布 置 ： 各 跨 度 的 最 大 弯 矩 相 等 ， 可 充 分 利 用 板 桩 的 抗 弯 强 度 ； 但是 较 深 基 坑 ， 下 部 的 支 锚 层 距 过 小 ， 层 数 多 ， 不 经 济 。 （ 2） 等 反 力 布 置 ： 各 层 支 锚 水 平 反 力 基 本 相 等 ， 使 锚 杆 设 计 简 化 ； 但 当 基 坑较 深 时 ， 下 部 的 支 锚 层 距 过 小 ， 层 数 多 ， 同 样 不 经 济 。 （ 3） 等 间 距 布 置 ： 支 锚 结 构 的 上 、 下 排 间 距 基 本 相 同 ， 基 坑 较 深 时 ， 减 少 了支 锚 层 数 ， 较 经 济 ； 但 带 来 了 较 复 杂 的 计 算 量 。 等 间 距 布 置 在 工 程 实 际 中 设 计 最为 普 遍 。7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 43 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算等 弯 矩 布 置 等 反 力 布 置 等 间 距 布 置 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 44 一 、 二 分 之 一 分 担 法 （ 一 ） 方 法 简 介 多 支 撑 连 续 梁 的 一 种 简 化 计 算 用 二 分 之 一 分 担 法 ， 计 算 较 为 简 便 。 Terzaghi和 Peck根 据 柏 林 和 芝 加 哥 等 地 铁 工 程 基 坑 挡 土 结 构 支 撑 受 力 测 定 ， 以 包 络 图 为 基 础 ，以 二 分 之 一 分 担 法 将 支 撑 轴 力 转 化 为 土 压 力 ， 提 出 土 压 力 分 布 图 。 反 之 ， 如 土 压 力分 布 图 已 确 定 ， 则 可 以 用 二 分 之 一 分 担 法 来 计 算 多 支 撑 的 受 力 。 1.这 种 方 法 不 考 虑 桩 、 墙 体 支 撑 变 形 ; 2.将 支 撑 承 受 的 压 力 （ 土 压 力 、 水 压 力 、 地 面 超 载 等 ） w为 墙 后 土 压 力 各 支 撑 承受 压 力 的 一 半 ;7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 45 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 二 分 之 一 分 担 法 计 算 简 图 3.土 压 力 分 布 图 已 确 定 。 求 支 撑 受 的 反 力 ， 然 后 求 出 正 负 弯 矩 、 最 大 弯 矩 ， 以 核 定 土 桩 的 截 面 及 配筋 ， 这 种 计 算 较 方 便 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 46 （ 二 ） 设 计 计 算 1.计 算 主 动 土 压 力 系 数 、 被 动 土 压 力 系 数 和 式 中 ： 土 的 内 摩 擦 角 ； Ka 主 动 土 压 力 系 数 ； Kp 被 动 土 压 力 系 数 。 式 中 ： q 地 面 荷 载 ； 土 的 重 度 ； H 地 面 到 基 坑 底 的 距 离 （ 基 坑 开 挖 深 度 ） 。 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 ,q ae e2(45 )2oaK tg 2(45 )2opK tg 0.25 a ae HKq ae K q 0.25a ae K q HK ( )p aey K K 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 47 2.计 算 各 支 撑 点 （ 锚 固 点 ） 的 支 撑 力 （ 锚 固 力 ） 式 中 RB B点 的 锚 固 力 （ 支 撑 力 ） ； RC C点 的 锚 固 力 （ 支 撑 力 ） ； RD D点 的 锚 固 力 （ 支 撑 力 ） ； RE E点 的 锚 固 力 （ 支 撑 力 ） ； Ro 零 弯 点 处 的 土 压 力 ； l1 B点 距 地 面 高 度 ； l2 B点 C点 间 的 距 离 ； l3 C点 D点 间 的 距 离 ； l4 D点 到 E点 的 高 度 。 l5 E点 距 坑 底 的 高 度 。 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算2 10.25 ( ) ( 0.25 )2 2qB H e e lR l H e 2 3( )2C e l lR 3 42D e l lR 4 52E e l lR 50 2 2el yeR 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 48 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算3.计 算 各 锚 固 点 （ 支 撑 点 ） 的 弯 矩 MC、 MD、 ME（ 略 ） 31211 22 3aB q e lM e l H 2 1 2 1 2 21 1 1( )2 8 12C a BM e l l e H l l H R l 二 、 逐 层 开 挖 支 撑 力 不 变 法 多 层 支 护 的 施 工 是 先 施 工 挡 土 桩 或 挡 土 墙 ， 然 后 开 挖 第 一 层 土 ， 挖 到 第 一 层支 撑 或 锚 杆 以 下 若 干 距 离 ， 进 行 第 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 49 一 层 支 撑 或 锚 杆 施 工 。 然 后 第 二 次 挖 第 二 层 土 ， 挖 到 第 二 层 支 撑 支 点 以 下 若 干 距离 ， 进 行 第 二 层 锚 杆 施 工 。 如 此 循 环 作 业 ， 直 挖 到 坑 底 为 止 。 其 计 算 方 法 是 根 据 实 际 施 工 ， 按 每 层 支 撑 受 力 后 不 因 下 阶 段 支 撑 及 开 挖 而 改 变数 值 的 原 理 进 行 的 。（ 一 ） 假 设 条 件 1.每 层 支 撑 受 力 后 不 因 下 阶 段 开 挖 支 撑 设 置 而 改 变 其 数 值 ， 钢 支 撑 加 轴 力 ， 锚杆 加 预 应 力 。 2.第 一 层 支 撑 后 ， 第 二 层 开 挖 时 其 变 形 甚 小 ， 认 为 不 变 化 。 第 二 层 开 挖 支 撑 后开 挖 第 三 层 土 方 ， 认 为 第 二 层 变 形 不 变 化 。 3.第 一 层 支 撑 阶 段 ， 挖 土 深 度 要 满 足 第 二 层 施 工 的 需 要 ， 第 二 层 支 撑 时 挖 土 深度 要 满 足 第 三 层 施 工 的 需 要 。7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 50 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 4.每 层 支 撑 后 其 支 点 计 算 时 可 按 简 支 考 虑 。 5.逐 层 开 挖 支 撑 时 皆 须 考 虑 坑 下 零 弯 点 距 离 ， 即 近 似 为 零 点 距 离 。（ 二 ） 计 算 方 法 1.求 RB支 点 水 平 力 ， 如 图 所 示 。 基 坑 开 挖 到 B点 以 下 若 干 距 离 （ 满 足 支 撑 施 工 的 距 离 ） ， 在 未 作 B点 支 撑 或 锚杆 时 必 须 考 虑 悬 臂 桩 的 要 求 ， 如 弯 矩 、 位 移 等 。 在 作 第 一 层 支 撑 B点 时 要 满 足 第二 阶 段 挖 土 第 二 支 撑 点 C尚 未 施 工 时 的 水 平 力 。 算 法 是 ： 找 出 C点 下 零 弯 点 距 离如 图 所 示 y距 离 ， 可 用 公 式 求 出 或 图 表 查 经 验 值 。 然 后 求 出 O点 以 上 的 土 压 力 EA（ 包 括 主 动 土 压 力 、 水 压 力 及 地 面 荷 载 ） ， 此 时 C点 尚 未 支 撑 或 未 作 锚 杆 ， 这 部分 水 平 压 力 将 由 RB及 被 动 土 压 力 部 分 的 R0承 受 。 从 O点 取 距 可 以 求 出 RB .Ro=EA-RB,即 一 部 分 主 动 土 压 力 让 土 的 被 动 压 承 担 。 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 51 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 第 一 层 锚 杆 （ 支 撑 ） 计 算 简 图 土 压 力 分 布 图 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 52 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 ai ie hK 2.求 C点 支 撑 的 支 撑 力 RC 同 样 在 第 二 层 支 撑 C点 时 须 考 虑 第 三 阶 段 挖 土 在 D点 尚 未 支 撑 时 的 各 种 水平 力 。 同 样 要 求 出 RD坑 下 的 零 弯 点 的 距 离 ， 与 上 法 相 同 ， 求 出 Rc,R0 为 被动 土 压 力 部 分 。 3.同 样 方 法 求 出 RD,如 果 还 有 支 撑 ， 则 用 同 样 方 法 求 出 n个 支 撑 力 。(三 )设 计 计 算 1.绘 出 土 压 力 分 布 图 ,并 对 有 关 参 数 进 行 设 计 Ka、 Kpq ae K q a ai q a ie e e K q hK 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 53 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算基 坑 开 挖 各 阶 段 弯 矩 零 点 距 坑 面 距 离 经 验 值 （ y）砂 性 土 =20 =25 =30 =35 0.25h0.06h0.08h0.035h 黏 性 土N 22 N 1010 N 20N 20 0.4h0.3h0.2h0.1h 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 54 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 11 p aey K K 11 0.50.5 2 2a q a yACE e AC e e 2.求 各 支 点 的 水 平 力(1)求 RBa.y1=?b.Ea1=?c.RB=? d.Ro1=? Ro1=Ea1-RB 1 1 1 111 1 10 0.5 0.5 0.50.5 2 2 32 0.5 02 3o aq BBM AC AC ACe AC y e yye y R BC yR 求 出 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 55 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算 22 p aey K K 22 2 20.50.5 2 2a q a yADE e AD e e (2)求 RCa.y2=?b.Ea2=?c.RC=? d.Ro2=? Ro2=Ea1-RB- RC 2 2 2 222 2 2 20 0.5 0.5 0.50.5 2 2 32 0.5 0.5 02 3o aq B CCM AD AD ADe AD y e yye y R BD y R CD yR 求 出 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 56 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算(3)求 RDa.y3=?b.Ea3=?c.RD=? d.Ro3=? 3.求 最 大 弯 矩 按 简 支 梁 计 算 1 12 23 32 32 32 3maxB q aC q a BD q a B CAB ABM E EAC ACM E E R BCAD ADM E E R BD R CDM 得 出 最 大 5/24/2021 岩 土 工 程 设 计 -基 坑 工 程 57 7.3 支护 板桩 的设 计 计 算4.对 支 护 结 构 的 截 面 设 计 （ 见 前 面 ）5.支 护 结 构 的 入 土 深 度 036( )p aRx K Kt x y