岩土工程设计基坑工程课件

第七章第七章 基坑工程基坑工程building foundation pit2024/6/191岩土工程设计-基坑工程第七章基坑工程buildingfoundationp本章内容本章内容7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 支护结构的受力与破坏形式支护结构的受力与破坏形式 7.3 7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算2024/6/192岩土工程设计-基坑工程本章内容7.1概述2023/8/92岩土工程设计-基坑工程7.1 概述概述一、基坑工程的概念一、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。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；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、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。已出现了坑工程已经成为城市岩土工程的主要内容之一。已出现了3030多多米埋深的地下室，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。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，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。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。2024/6/193岩土工程设计-基坑工程7.1概述一、基坑工程的概念2023/8/93岩土工程设计7.1 概述二、基坑工程研究的主要内容二、基坑工程研究的主要内容 1.1.基坑支护方面基坑支护方面 支护结构形式支护结构形式 支护结构设计计算支护结构设计计算 支护结构设计支护结构设计 支护结构的稳定性验算支护结构的稳定性验算 2.2.基坑降水方面基坑降水方面 降水方法的选择降水方法的选择 降水方法的设计计算降水方法的设计计算 降水设计降水设计 降水方案验算（预测）降水方案验算（预测）降水施工降水施工 降水系统的安装与运行降水系统的安装与运行 2024/6/194岩土工程设计-基坑工程7.1概述二、基坑工程研究的主要内容2023/8/94岩土7.1 概述 3.3.土方开挖土方开挖 土方开挖方案的制定土方开挖方案的制定 土方开挖机械的选择土方开挖机械的选择 土方施工土方施工 4.4.基坑工程监测与控制基坑工程监测与控制 监测方法的选择监测方法的选择 监测的内容监测的内容 监测的仪器及精度要求监测的仪器及精度要求 5.5.基坑工程环境效应与对策基坑工程环境效应与对策 地面沉降问题地面沉降问题 建筑物、管线变形破坏问题建筑物、管线变形破坏问题 2024/6/195岩土工程设计-基坑工程7.1概述3.土方开挖2023/8/95岩土工程设7.1 概述三、深基坑支护工程特点三、深基坑支护工程特点 1.1.与自然地质及环境条件密切相关与自然地质及环境条件密切相关 2.2.与主体结构地下室的施工密切相关，施工操作性和工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。期要求较高。3.3.技术综合性强技术综合性强 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。经验；工程所在地的施工条件。4.4.设计与施工完全依赖，密不可分。设计与施工完全依赖，密不可分。2024/6/196岩土工程设计-基坑工程7.1概述三、深基坑支护工程特点2023/8/96岩土工程7.1 概述四、支护结构类型四、支护结构类型 1.1.按结构受力特点划分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。2024/6/197岩土工程设计-基坑工程7.1概述四、支护结构类型1.按结构受力特点划分7.1 概述2 2、按按开开挖挖方方式式分分类类2024/6/198岩土工程设计-基坑工程7.1概述2、按开挖方式分类2023/8/98岩土工程设计7.1 概述3 3按支按支护结护结构分构分类类2024/6/199岩土工程设计-基坑工程7.1概述32023/8/99岩土工程设计-基坑工程7.1 概述五、五、选择支护结构的基本依据选择支护结构的基本依据 1.1.基坑的形状、平面尺寸、开挖深度和基础施工要求；基坑的形状、平面尺寸、开挖深度和基础施工要求；2.2.基坑结构所承受的各种荷载及变形等参数要求。侧荷载、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；垂直荷载、风、地面超载、塔吊、坡道等；3.3.水文地质、工程地质条件：含水层、隔水层的分布，土水文地质、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。如勘察基坑应在的基坑出现问题不仅是设计上的。如勘察基坑应在45+/245+/2的的范围内，但现在只限制在基坑内；范围内，但现在只限制在基坑内；4.4.基坑一定范围内的环境问题：上、下水，煤气、预埋管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；通流量等；5.5.工期和造价；工期和造价；6.6.场地相同单元上基坑成功及失败教训。场地相同单元上基坑成功及失败教训。2024/6/1910岩土工程设计-基坑工程7.1概述五、选择支护结构的基本依据2023/8/9107.1 概述选择支护类型方案流程：选择支护类型方案流程：目前国内基坑支护类目前国内基坑支护类型比较多，但常用的支护型比较多，但常用的支护类型方案主要可归纳为五类型方案主要可归纳为五种，如种，如 按其造价，选择流按其造价，选择流程如左图。程如左图。2024/6/1911岩土工程设计-基坑工程7.1概述选择支护类型方案流程：2023/8/911岩土工7.1 概述2024/6/1912岩土工程设计-基坑工程7.1概述2023/8/912岩土工程设计-基坑工程7.2支护结构的受力与破坏形式支护结构的受力与破坏形式 7.2.1 7.2.1 支护结构的受力性状支护结构的受力性状 （1 1）悬臂式板桩：插入土体部分视为固定端，上部为自）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。由端；即看作悬臂梁结构。（2 2）浅埋单锚式板桩：插入土体部分视为固定铰，上部）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。锚拉作用点为活动铰；即看作简支梁结构。（3 3）深埋单锚式板桩：插入土体部分视为固定端，上部）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。锚拉作用点为活动铰；即看作静不定梁结构。（4 4）多层锚拉式板桩：插入土体部分视为固定端，上部）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。各个锚拉作用点为活动铰；即看作连续梁结构。2024/6/1913岩土工程设计-基坑工程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7.2支护结构的受力与破坏形式支护结构的受力与破坏形式7.2.27.2.2支护结构的侧向土压力计算支护结构的侧向土压力计算一、侧土压力的判定一、侧土压力的判定 作用在坑底以下支护作用在坑底以下支护BCBC段上的土压段上的土压力是否会曾至被动土压力，取决于墙后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，墙前土压力将土压力较大，为了平衡，墙前土压力将得以充分发挥，以至得以充分发挥，以至BCBC整段均达到被动整段均达到被动土压力。如基坑开挖较浅而围护墙入土土压力。如基坑开挖较浅而围护墙入土深度又相对较大，则作用在深度又相对较大，则作用在BCBC段的墙前段的墙前土压力将达不到被动土压力，或者在该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。段的上半部会达到而下半段则达不到。2024/6/1914岩土工程设计-基坑工程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7.2支护结构的受力与破坏形式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。状态，可参考下表所示的墙顶位移来判定。2024/6/1915岩土工程设计-基坑工程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二、支护结构上的侧向土压力计算二、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：以下两大类：（1 1）以）以RankineRankine、CoulombCoulomb等理论公式计算的土压力；使等理论公式计算的土压力；使用时应注意地基土的用时应注意地基土的c c、的取值。计算时还应考虑地面荷载、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。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。来计算。（2 2）由土压力计等测定换算的实测值为基础的土压力分）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布模型(图示法图示法)或侧压系数法，图示法中采用较多的是或侧压系数法，图示法中采用较多的是Terzaghi-PeckTerzaghi-Peck所建议的土压力分布模型法。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支护结构的受力与破坏形式2024/6/1916岩土工程设计-基坑工程二、支护结构上的侧向土压力计算7.2支护结构的受力与破坏形式7.2支护结构的受力与破坏形式支护结构的受力与破坏形式三、规范方法三、规范方法（一）水平荷载的标准值（一）水平荷载的标准值 1.1.对于碎石土和砂土对于碎石土和砂土 砂土层 软-中硬土层 硬黏土层 土压力计算图（土压力计算图（Terzaghi-PeckTerzaghi-Peck所建议的模型法）所建议的模型法）2024/6/1917岩土工程设计-基坑工程7.2支护结构的受力与破坏形式三、规范方法砂土7.2支护结构的受力与破坏形式支护结构的受力与破坏形式(1)(1)计算点位于地下水位以上时计算点位于地下水位以上时(2)(2)计算点位于地下水位以下时计算点位于地下水位以下时 式中：式中：第第i i层土主动土压力系数；层土主动土压力系数；作用于深度作用于深度zjzj处竖向应力标准值处竖向应力标准值 kNkN；计算点深度计算点深度 m m；计算参数，当计算参数，当 ，取，取 ；当；当 ，取；，取；基坑外侧水位深度基坑外侧水位深度 m m；计算系数，当时计算系数，当时 ，取，取1 1；当；当 时，取时，取0 0；水的重度水的重度 kN/mkN/m3 3。2024/6/1918岩土工程设计-基坑工程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7.2支护结构的受力与破坏形式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基坑支护水平荷载计算示意图2024/6/1919岩土工程设计-基坑工程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27.2支护结构的受力与破坏形式支护结构的受力与破坏形式2.2.对于粉土及黏性土对于粉土及黏性土 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。小于零时，应取零。3.3.基坑外侧竖向应力标准值基坑外侧竖向应力标准值ajkajk计算计算 ajkajk=rkrk+0k0k+1k1k （1 1）计算点深度）计算点深度zjzj处自重应力处自重应力rk rk (a)(a)计算点位于基坑开挖面以上时计算点位于基坑开挖面以上时 rkrk=mjmjzj zj 式中式中 mjmj深度深度zj zj以上土的加权平均重度；以上土的加权平均重度；(b)(b)位于开挖面以下位于开挖面以下 rkrk=hmhmh h 式中：式中：hmhm开挖面以上土的加权平均重度开挖面以上土的加权平均重度 2024/6/1920岩土工程设计-基坑工程7.2支护结构的受力与破坏形式2.对于粉土及黏性土2023/（2 2）当支护结构外侧地面满布附加荷载）当支护结构外侧地面满布附加荷载q q0 0 时时(见图见图)，基，基坑外侧任意深度附加竖向应力标准值坑外侧任意深度附加竖向应力标准值0k0k可按下式确定：可按下式确定：0k0k=q=q0 0 式中式中 q q0 0地面均布荷载地面均布荷载(kN/m(kN/m2 2)。（3 3）当距支护结构）当距支护结构b b1 1外侧，地表作用有宽度外侧，地表作用有宽度b b0 0的条形附加的条形附加荷载荷载q q1 1时，见图。基坑外侧深度时，见图。基坑外侧深度CDCD范围内的附加竖向应力标准范围内的附加竖向应力标准值值1k1k按下列式确定：按下列式确定：1k1k=q=q1 1 b b0 0/b/b0 0+2b+2b1 1 （4 4）上述基坑外侧附加荷载作用于地表以下一定深度时，）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。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支护结构的受力与破坏形式2024/6/1921岩土工程设计-基坑工程（2）当支护结构外侧地面满布附加荷载q0时(见图)，7.2支护结构的受力与破坏形式支护结构的受力与破坏形式2024/6/1922岩土工程设计-基坑工程7.2支护结构的受力与破坏形式2023/8/922岩土工程7.2支护结构的受力与破坏形式支护结构的受力与破坏形式（二）水平抗力标准值计算：（二）水平抗力标准值计算：参照附图水平抗力标准值计算图参照附图水平抗力标准值计算图 1.1.对砂土及碎石土，基坑内侧抗力标准值：对砂土及碎石土，基坑内侧抗力标准值：e epjkpjk=pjkpjkK Kpipi+2c+2cikikKKpipi+(z+(zj j-h-hwpwp)(1-K)(1-Kpipi)w w 式中式中 pjkpjk作用于基坑底面以下深度作用于基坑底面以下深度z zj j处的竖向应力标准值处的竖向应力标准值 (kPa)(kPa)；KpiKpi第第i i层土的被动土压力系数。层土的被动土压力系数。2.2.对粉土及粘性土，基坑内侧水平抗力标准值：对粉土及粘性土，基坑内侧水平抗力标准值：e epjkpjk=pjkpjkK Kpipi+2c+2cjkjkKKpipi 3.3.作用于基坑底面以下深度作用于基坑底面以下深度zjzj处的竖向应力标准值处的竖向应力标准值 pjkpjk=mjmjz zj j 式中式中 mjmj深度深度zjzj以上土的加权平均天然重度以上土的加权平均天然重度(kN/m(kN/m3 3)。2024/6/1923岩土工程设计-基坑工程7.2支护结构的受力与破坏形式（二）水平抗力标准值计算：27.2支护结构的受力与破坏形式支护结构的受力与破坏形式7.2.3 7.2.3 支护结构的破坏形式支护结构的破坏形式 1.1.支护结构的破坏形式：支护结构的破坏形式：(1)(1)支锚结构系统破坏；支锚结构系统破坏；(2)(2)板桩底部向基坑内侧移动；板桩底部向基坑内侧移动；(3)(3)板桩弯曲破坏；板桩弯曲破坏；(4)(4)整体圆弧滑动；整体圆弧滑动；(5)(5)隆起、管涌。隆起、管涌。2024/6/1924岩土工程设计-基坑工程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7.2支护结构的受力与破坏形式支护结构的受力与破坏形式2.2.支护结构设计应考虑的问题支护结构设计应考虑的问题（1 1）确保锚杆（支撑）的强度与稳定；）确保锚杆（支撑）的强度与稳定；（2 2）支护结构（墙）的入土深度应满足要求；）支护结构（墙）的入土深度应满足要求；（3 3）支护结构（墙）截面尺寸、间距、抗弯强度够用；）支护结构（墙）截面尺寸、间距、抗弯强度够用；（4 4）基坑底稳定验算满足要求。）基坑底稳定验算满足要求。2024/6/1925岩土工程设计-基坑工程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2 支护板桩或桩排式挡墙是一种柔性结构，因而允许有限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。主动土压力在的变形。主动土压力在0.0010.0010.0040.004倍坑深的微小位移时即倍坑深的微小位移时即能发生；被动土压力需很大位移量（能发生；被动土压力需很大位移量（5 5）才能产生，往往是）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算结果的3030。7.3.17.3.1悬臂式板桩设计计算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（度不大（6m6m）的基坑支护等临时工程。悬臂式板桩主要是）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。求算其入土深度和最大弯矩。7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算2024/6/1926岩土工程设计-基坑工程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 1.1.臂式排桩、地下连续墙嵌固深度计算参照附图所示。嵌固臂式排桩、地下连续墙嵌固深度计算参照附图所示。嵌固深度设计值深度设计值h hd d按下列规定确定：按下列规定确定：h hp pEEpjpj-1.2-1.20 0h ha aEEaiai0 0 式中式中 E Epjpj桩、墙底以上基坑内侧各土层水平抗力标准值桩、墙底以上基坑内侧各土层水平抗力标准值e epjkpjk的的 合力之和；合力之和；h hp p合力合力E Epjpj作用点至桩、墙底的距离；作用点至桩、墙底的距离；E Eaiai桩、墙基坑底以上外侧各土层水平荷载标准值桩、墙基坑底以上外侧各土层水平荷载标准值e eajkajk的合的合 力之和；力之和；h ha a合力合力E Eaiai作用点至桩、墙底距离；作用点至桩、墙底距离；0 0建筑基坑侧壁重要性系数，按安全等级，一级建筑基坑侧壁重要性系数，按安全等级，一级0 0=1=1；二；二 级级0 0=1.0=1.0，三级，三级0 0=0.9=0.9。7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算2024/6/1927岩土工程设计-基坑工程1.臂式排桩、地下连续墙嵌固深度计算参照附图所示。嵌固7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算 2.2.求最大弯矩求最大弯矩MmaxMmax作用作用点点,该点处结构内剪力为零，该点处结构内剪力为零，列方程求解或试算。列方程求解或试算。3.3.求最大弯矩求最大弯矩MmaxMmax 4.4.求板桩截面尺寸求板桩截面尺寸 最大弯矩最大弯矩/允许弯曲应力允许弯曲应力截面横量（钢板桩）截面横量（钢板桩）钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩(试算试算)2024/6/1928岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算2.求最大弯矩Mmax作用7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算(1)(1)对于钢板桩或钢管桩对于钢板桩或钢管桩截面横量截面横量(2)(2)钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩(试算试算)混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 （GBJ10GBJ108989）w-为钢材的允许弯曲应力2024/6/1929岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算(1)对于钢板桩或钢管桩w-为钢7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算式中：式中：M M弯矩设计值，弯矩设计值，N N mmmm；A A桩截面积，桩截面积，mmmm2 2；A As s纵向钢筋全截面积，纵向钢筋全截面积，mmmm2 2；r r桩截面圆半径，桩截面圆半径，mmmm；r rs s钢筋分布半径，钢筋分布半径，mmmm；反映受压混凝土面积的角，即弓形面积对应圆心角除以反映受压混凝土面积的角，即弓形面积对应圆心角除以22的的值；值；t t受拉钢筋面积与纵钢筋全面积的比值；受拉钢筋面积与纵钢筋全面积的比值；f fcmcm混凝土弯曲抗压强度设计值，查表。桩直径或边长混凝土弯曲抗压强度设计值，查表。桩直径或边长300mm300mm时，时，乘以乘以0.80.8折减，折减，N/mmN/mm2 2；f fy y钢筋抗拉强度设计值，钢筋抗拉强度设计值，N/mmN/mm2 2。2024/6/1930岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算式中：M弯矩设计值，Nmm；27.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算为简化计算，取为简化计算，取 则得则得计算步骤：计算步骤：1.1.假定钻孔桩直径及其配筋情况，由（假定钻孔桩直径及其配筋情况，由（4 4）和（）和（3 3）求出）求出与与tt。2.2.再由（再由（1 1）式求出钻孔桩的弯矩设计值，与板桩计算弯矩值相比）式求出钻孔桩的弯矩设计值，与板桩计算弯矩值相比K K1.51.52 2。2024/6/1931岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算为简化计算，取2023/8/937.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算7.3.2 7.3.2 单锚式板桩的计算单锚式板桩的计算一、墙的变形与土压力分布一、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：墙顶部设有横向支撑式拉锚，受力后有两种可能变形：(a)“(a)“自由支座自由支座”情况情况(简支梁简支梁)(b)“)(b)“固定支座固定支座”情况情况(等值等值梁梁)2024/6/1932岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算7.3.2单锚式板桩的计算(a)7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算 当板桩插入土中的深度当板桩插入土中的深度t t较小时，其挠曲变形如图（较小时，其挠曲变形如图（a a）所示，板桩下不出现反弯点，可将板桩底端视作所示，板桩下不出现反弯点，可将板桩底端视作“自由支座自由支座”，保证板桩的稳定，不产生过大位移。，保证板桩的稳定，不产生过大位移。当当t t较大时，板桩挠曲变形为另一种情况（较大时，板桩挠曲变形为另一种情况（b b），出现反），出现反弯点弯点0 0，将其视为，将其视为“固定支座固定支座”，用等值梁法计算。，用等值梁法计算。二、二、“自由支座自由支座”情况情况视为简支梁考虑视为简支梁考虑 求：支撑（锚拉）力求：支撑（锚拉）力R RA A，入土深度，入土深度t t，最大弯矩，最大弯矩MmaxMmax 1.1.对对R RA A作用点作用点 ，并考虑被动土压力折减，并考虑被动土压力折减 2024/6/1933岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算当板桩插入土中的深度t较小7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算得得代入代入 整理得整理得 可求解三次方程火试算得出可求解三次方程火试算得出t t1 1。2.2.2024/6/1934岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算得2023/8/934岩土工程设计7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算 3.3.板桩墙上剪力板桩墙上剪力Q Q0 0处为处为MmaxMmax的作用点的作用点 4.4.求求MmaxMmax 5.5.求板桩截面尺寸，同前。求板桩截面尺寸，同前。实际入土深度：实际入土深度：t t1.15t1.15t1 1 实际实际RARA：R RA A （1.351.351.41.4）R RA A计算计算2024/6/1935岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算3.板桩墙上剪力Q0处为M7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算（三）（三）“固定支座固定支座”情况（静不定问题）情况（静不定问题）（a a）等值梁）等值梁 （b b）板桩上土压力分布）板桩上土压力分布 （c c）板桩弯矩图）板桩弯矩图 （d d）等值梁）等值梁 采用等值梁法，采用等值梁法，abab为一根梁，一端简支，另一端固定，其为一根梁，一端简支，另一端固定，其反弯点在反弯点在c c点。如在点。如在c c点切断点切断abab梁，并于梁，并于c c点置一自由支承形点置一自由支承形2024/6/1936岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算（三）“固定支座”情况（静不定问题7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算成成acac梁，则梁，则acac梁上的弯矩图将保持不变，此梁上的弯矩图将保持不变，此acac梁即为梁即为abab梁上梁上acac段的等值梁。为简化计算，不考虑段的等值梁。为简化计算，不考虑的差别，即用土压力强度的差别，即用土压力强度等于零点的位置来代替反弯点的位置。等于零点的位置来代替反弯点的位置。设计步骤：设计步骤：1.1.计算作用于板桩上土压力强度，并绘出土压力分布图，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，可以考虑摩擦作用对土压力的影响，t t1 1深度以下土压力可暂不深度以下土压力可暂不绘出。绘出。2.2.求求t t0 0，由于，由于d d点主、被动土压力强度相等，即点主、被动土压力强度相等，即2024/6/1937岩土工程设计-基坑工程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7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算 3.3.按简支梁求等值梁的支反力按简支梁求等值梁的支反力R RA A，t t0 0处反力处反力P P0 0和最大弯矩和最大弯矩MmaxMmax（注意图中（注意图中a a、0 0点是否重合，等或不等）：点是否重合，等或不等）：M Md d0 0，求，求R RA A M Ma a0 0，求，求P P0 0 4.Mmax 4.Mmax求法同前求法同前 5.5.计算板桩最小入土深度计算板桩最小入土深度t t1 1 x x可根据可根据P P0 0和墙前被动土压力对板桩底端和墙前被动土压力对板桩底端e e点力矩相等求得：点力矩相等求得：设墙土间的摩擦角为设墙土间的摩擦角为一般墙面平滑、排水不良时，一般墙面平滑、排水不良时，（0 01/31/3）；墙面粗糙、排水良好时，墙面粗糙、排水良好时，（1/31/31/21/2）。2024/6/1938岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算设墙土间的摩擦角为2023/8/7.3 支护板桩的设计计算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等值梁法计算弯矩过大，实际使用时可以取经验折减系数（系数（0.60.60.80.8）之间，一般取）之间，一般取0.740.74。6.6.求板桩截面性状尺寸，同前。求板桩截面性状尺寸，同前。7.Ra=(1.35 7.Ra=(1.35 1.4)R1.4)RA A计算。计算。2024/6/1939岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算2023/8/939岩土工程设计-7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算7.3.3 7.3.3 多锚（撑）支护设计计算多锚（撑）支护设计计算 当多层锚当多层锚(撑撑)的位置不同时，其土压力分布和墙板内力的位置不同时，其土压力分布和墙板内力各不相同。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(或锚杆或锚杆)施加相当于静止土压力的预应力，那么作用在地下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；而产生的地基变形；如果不对撑如果不对撑(或锚或锚)施加预应力，而是在开挖后墙板已产生施加预应力，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。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。虽然该土压力变小了，但附近地基的位移却增大了。2024/6/1940岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算7.3.3多锚（撑）支护设计计算 实际上，根据实测，对坑壁墙板支撑实际上，根据实测，对坑壁墙板支撑(或锚或锚)不施加预应不施加预应力，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。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支护板桩的设计计算多锚（撑）基坑支护结构多锚（撑）基坑支护结构内力计算方法内力计算方法二分之一二分之一分担法分担法逐层开挖法逐层开挖法等值梁法等值梁法山肩邦男法山肩邦男法2024/6/1941岩土工程设计-基坑工程实际上，根据实测，对坑壁墙板支撑(或锚)不施加预应一、锚（撑）支护结构的层间距布置型式及特点一、锚（撑）支护结构的层间距布置型式及特点 （1 1）等弯矩布置：各跨度的最大弯矩相等，可充分利用）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。数多，不经济。（2 2）等反力布置：各层支锚水平反力基本相等，使锚杆）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，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。同样不经济。（3 3）等间距布置：支锚结构的上、下排间距基本相同，）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。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支护板桩的设计计算2024/6/1942岩土工程设计-基坑工程一、锚（撑）支护结构的层间距布置型式及特点7.3支护板桩的7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算等弯矩布置等弯矩布置 等反力布置等反力布置等间距布置等间距布置 2024/6/1943岩土工程设计-基坑工程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一、二分之一分担法一、二分之一分担法 （一）方法简介（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。为简便。TerzaghiTerzaghi和和PeckPeck根据柏林和芝加哥等地铁工程基坑挡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。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。1.1.这种方法不考虑桩、墙体支撑变形这种方法不考虑桩、墙体支撑变形;2.2.将支撑承受的压力（土压力、水压力、地面超载等）将支撑承受的压力（土压力、水压力、地面超载等）w w为墙后土压力各支撑承受压力的一半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支护板桩的设计计算2024/6/1944岩土工程设计-基坑工程一、二分之一分担法7.3支护板桩的设计计算2023/8/97.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算 二分之一分担法计算简图二分之一分担法计算简图 3.3.土压力分布图已确定。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。核定土桩的截面及配筋，这种计算较方便。2024/6/1945岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算二分之一分担法计算简图（二）设计计算（二）设计计算 1.1.计算主动土压力系数、被动土压力系数和计算主动土压力系数、被动土压力系数和 式中：式中：土的内摩擦角；土的内摩擦角；Ka Ka 主动土压力系数；主动土压力系数；Kp Kp 被动土压力系数。被动土压力系数。式中：式中：qq地面荷载；地面荷载；土的重度；土的重度；H H 地面到基坑底的距离地面到基坑底的距离 （基坑开挖深度）。（基坑开挖深度）。7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算2024/6/1946岩土工程设计-基坑工程（二）设计计算7.3支护板桩的设计计算2023/8/9462.2.计算各支撑点（锚固点）的支撑力（锚固力）计算各支撑点（锚固点）的支撑力（锚固力）式中式中 R RB BBB点的锚固力（支撑力）；点的锚固力（支撑力）；R RC CCC点的锚固力（支撑力）；点的锚固力（支撑力）；R RD DDD点的锚固力（支撑力）；点的锚固力（支撑力）；R RE EEE点的锚固力（支撑力）；点的锚固力（支撑力）；R Ro o零弯点处的土压力；零弯点处的土压力；l l1 1BB点距地面高度；点距地面高度；l l2 2BB点点C C点间的距离；点间的距离；l l3 3CC点点D D点间的距离；点间的距离；l l4 4DD点到点到E E点的高度。点的高度。l l5 5EE点距坑底的高度。点距坑底的高度。7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算2024/6/1947岩土工程设计-基坑工程2.计算各支撑点（锚固点）的支撑力（锚固力）7.3支护板桩7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算3.3.计算各锚固点（支撑点）的弯矩计算各锚固点（支撑点）的弯矩 M MC C、M MD D、M ME E（略）（略）二、逐层开挖支撑力不变法二、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，进行第第一层土，挖到第一层支撑或锚杆以下若干距离，进行第2024/6/1948岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算3.计算各锚固点（支撑点）的弯矩二一层支撑或锚杆施工。然后第二次挖第二层土，挖到第二层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。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。阶段支撑及开挖而改变数值的原理进行的。（一）假设条件（一）假设条件 1.1.每层支撑受力后不因下阶段开挖支撑设置而改变其数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。值，钢支撑加轴力，锚杆加预应力。2.2.第一层支撑后，第二层开挖时其变形甚小，认为不变第一层支撑后，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。变化。3.3.第一层支撑阶段，挖土深度要满足第二层施工的需要，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。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支护板桩的设计计算2024/6/1949岩土工程设计-基坑工程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7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算 4.4.每层支撑后其支点计算时可按简支考虑。每层支撑后其支点计算时可按简支考虑。5.5.逐层开挖支撑时皆须考虑坑下零弯点距离，即近似为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。零点距离。（二）计算方法（二）计算方法 1.1.求求R RB B支点水平力，如图所示。支点水平力，如图所示。基坑开挖到基坑开挖到B B点以下若干距离（满足支撑施工的距离），点以下若干距离（满足支撑施工的距离），在未作在未作B B点支撑或锚杆时必须考虑悬臂桩的要求，如弯矩、点支撑或锚杆时必须考虑悬臂桩的要求，如弯矩、位移等。在作第一层支撑位移等。在作第一层支撑B B点时要满足第二阶段挖土第二支点时要满足第二阶段挖土第二支撑点撑点C C尚未施工时的水平力。算法是：找出尚未施工时的水平力。算法是：找出C C点下零弯点距离点下零弯点距离如图所示如图所示y y距离，可用公式求出或图表查经验值。然后求出距离，可用公式求出或图表查经验值。然后求出O O点以上的土压力点以上的土压力E EA A（包括主动土压力、水压力及地面荷载），（包括主动土压力、水压力及地面荷载），此时此时C C点尚未支撑或未作锚杆，这部分水平压力将由点尚未支撑或未作锚杆，这部分水平压力将由R RB B及被动及被动土压力部分的土压力部分的R R0 0承受。从承受。从O O点取距可以求出点取距可以求出R RB B.R.Ro o=E=EA A-R-RB B,即一即一部分主动土压力让土的被动压承担。部分主动土压力让土的被动压承担。2024/6/1950岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算4.每层支撑后其支点计算时7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算第一层锚杆（支撑）计算简图第一层锚杆（支撑）计算简图 土压力分布图土压力分布图2024/6/1951岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算第一层锚杆（支撑）计算简图土压7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算 2.2.求求C C点支撑的支撑力点支撑的支撑力R RC C 同样在第二层支撑同样在第二层支撑C C点时须考虑第三阶段挖土在点时须考虑第三阶段挖土在D D点点尚未支撑时的各种水平力。同样要求出尚未支撑时的各种水平力。同样要求出R RD D坑下的零弯点的坑下的零弯点的距离，与上法相同，求出距离，与上法相同，求出R Rc c,R,R0 0 为被动土压力部分。为被动土压力部分。3.3.同样方法求出同样方法求出R RD D,如果还有支撑，则用同样方法求如果还有支撑，则用同样方法求出出n n个支撑力。个支撑力。(三三)设计计算设计计算 1.1.绘出土压力分布图绘出土压力分布图,并对有关参数进行设计并对有关参数进行设计 KaKa、KpKp2024/6/1952岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算2.求C点支撑的支撑力RC7.3 支护板桩的设计计算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（基坑开挖各阶段弯矩零点距坑面距离经验值（y y）砂性土黏性土=200.25hN20.4h=250.06h2N100.3h=300.08h10N200.2h=350.035hN200.1h2024/6/1953岩土工程设计-基坑工程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7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算2.2.求各支点的水平力求各支点的水平力(1)(1)求求R RB Ba.ya.y1 1=?=?b.Eb.Ea1a1=?=?c.Rc.RB B=?=?d.Rd.Ro1o1=?=?R Ro1o1=E=Ea1a1-R-RB B2024/6/1954岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算2.求各支点的水平力2023/8/7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算(2)(2)求求R RC Ca.ya.y2 2=?=?b.Eb.Ea2a2=?=?c.Rc.RC C=?=?d.Rd.Ro2o2=?=?R Ro2o2=E=Ea1a1-R-RB B-R RC C2024/6/1955岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算(2)求RC2023/8/955岩7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算(3)(3)求求R RD Da.ya.y3 3=?=?b.Eb.Ea3a3=?=?c.Rc.RD D=?=?d.Rd.Ro3o3=?=?3.3.求最大弯矩求最大弯矩按简支梁计算按简支梁计算2024/6/1956岩土工程设计-基坑工程7.3支护板桩的设计计算(3)求RD3.求最大弯矩按简7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算4.4.对支护结构的截面设计（见前面）对支护结构的截面设计（见前面）5.5.支护结构的入土深度支护结构的入土深度2024/6/1957岩土工程设计-基坑工程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）xiexie!xiexie!谢谢！谢谢！xiexie!谢谢！