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第 2部分 基坑支基坑支挡结挡结构构计计算算上海浦上海浦东绿东绿洲中洲中环环中心中心8.2 围护结构型式及适用范围围护结围护结构型式及分构型式及分类类放坡开挖及放坡开挖及简简易支易支护护悬悬臂式臂式围护结围护结构构重力式重力式围护结围护结构构内撑式内撑式围护结围护结构构拉拉锚锚式式围护结围护结构构土土钉墙围护结钉墙围护结构构其他形式其他形式围护结围护结构构土袋土袋短短桩桩基坑基坑简简易支易支护护土袋或土袋或块块石支石支护护短短桩桩支支护护放坡开挖及简易支护 边坡高度与坡度控制岩土岩土类别类别状状态态及及风风化程度化程度允允许许坡高坡高允允许许坡度坡度微微风风化化121：0.101：0.20硬硬质质岩石岩石中等中等风风化化101：0.201：0.35强强风风化化81：0.351：0.50微微风风化化81：0.351：0.50软质软质岩石岩石中等中等风风化化81：0.501：0.75强强风风化化81：0.751：1.001：1.00基坑基坑顶顶面无面无载载重重砂土砂土中密以上中密以上51：1.25基坑基坑顶顶面有静面有静载载1：1.50基坑基坑顶顶面有面有动载动载1：0.75基坑基坑顶顶面无面无载载重重粉土粉土稍湿稍湿51：1.00基坑基坑顶顶面有静面有静载载1：1.25基坑基坑顶顶面有面有动载动载边边坡允坡允许许坡度坡度值值岩土岩土类别类别状状态态及及风风化程度化程度允允许许坡高坡高允允许许坡度坡度坚坚硬硬51：0.33基坑基坑顶顶面无面无载载重重1：0.50基坑基坑顶顶面有静面有静载载粉粉质质粘土粘土1：0.75基坑基坑顶顶面有面有动载动载硬塑硬塑51：1.001：1.25基坑基坑顶顶面无面无载载重重可塑可塑41：1.251：1.50基坑基坑顶顶面无面无载载重重坚坚硬硬51：0.331：0.75粘土粘土硬塑硬塑51：1.001：1.25可塑可塑41：1.251：1.50杂杂填土填土中密、密中密、密实实的建的建 筑垃圾土筑垃圾土51：0.751：1.00边坡允许坡度值（续）边坡稳定性验算 需要进行边坡稳定性验算的情况有以下几种：S 坡顶有堆载；S 边坡高度与坡度超出上表所列允许值；S 存在软弱结构面的倾斜地层；S 岩层和主要结构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45。土土质边质边坡的坡的稳稳定分析可用定分析可用圆圆弧滑弧滑动动法法进进行分析。行分析。岩岩质边质边坡宜按由坡宜按由软软弱弱夹层夹层或或结结构面控制的可能滑构面控制的可能滑动动面面进进行行验验算。算。悬悬臂式臂式围护结围护结构构 结结构特征：无支撑的构特征：无支撑的悬悬臂臂围护结围护结构；构；支撑材料：支撑材料：钢钢筋混凝土排筋混凝土排桩桩、钢钢板板桩桩、木板、木板桩桩、钢钢筋筋混混 凝土板凝土板桩桩、地下、地下连续墙连续墙、SMW工法工法桩桩等；等；受力特征：利用支撑入土的嵌固作用及受力特征：利用支撑入土的嵌固作用及结结构的自身的构的自身的抗抗 弯弯刚刚度度挡挡土及控制土及控制变变形；形；适用条件：土适用条件：土质较质较好，开挖深度好，开挖深度较较小的基坑。小的基坑。重力式围护结构 结结构特征：常用水泥土构特征：常用水泥土桩桩构成重力式构成重力式挡挡土构造；土构造；支撑材料：水泥支撑材料：水泥搅搅拌拌桩桩、注、注浆浆；受力特征：利用受力特征：利用墙墙体或格构自身的体或格构自身的稳稳定定挡挡土与止水；土与止水；适用条件：适用条件：宽宽度度较较大，开挖大，开挖较较浅，周浅，周围场围场地地较宽较宽，对变对变 形要求不高的基坑。形要求不高的基坑。重力式水泥土重力式水泥土墙墙 断面断面图图平面平面图图内撑式围护结构 结构特征：由挡土结构与支撑结构两部分组成；支撑材料：挡土材料有钢筋混凝土桩、地下连续墙，支 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；适用条件：各种土层和基坑深度。内撑式内撑式围护结围护结构构拉锚式围护结构 结构特征：由挡土结构与锚固系统两部分组成；支撑材料：可采用内撑式结构相同的材料外，还可以采 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；适用条件：砂土或粘性土地基。拉拉锚锚式式围护结围护结构构土土钉墙围护结钉墙围护结构构 结结构特征：由土构特征：由土钉钉与与喷锚喷锚混凝土面板两部分混凝土面板两部分组组成；成；支撑材料：由土支撑材料：由土钉钉及及钢钢筋混凝土面板构成支撑；筋混凝土面板构成支撑；受力特征：由土受力特征：由土钉钉构成支撑体系，构成支撑体系，喷锚喷锚混凝土面板构混凝土面板构成成 挡挡土体系；土体系；适用条件：地下水位以上或降水后的粘土、粉土、适用条件：地下水位以上或降水后的粘土、粉土、杂杂填填 土及非松散砂土、碎石土。土及非松散砂土、碎石土。水泥搅拌桩钢钢筋混凝土筋混凝土桩桩连连拱式支拱式支护结护结构平面构平面图图钻孔灌注桩高高压喷压喷射射桩桩灌注灌注桩桩与高与高压喷压喷射射桩组桩组合合支支护护型型钢钢深层搅拌桩SMW工法工法桩组桩组合支合支护护3.1 支护结构上的荷载水、土水、土压压力力计计算算 水、土水、土压压力分算方法力分算方法 对对于透水性比于透水性比较较大的砂性土和大的砂性土和粉土，分粉土，分别计别计算作用在算作用在围护结围护结构上的土构上的土压压力（按朗肯土力（按朗肯土压压力理力理论计论计算）和水算）和水压压力力（按静水（按静水压压力力计计算），然后叠加作用在算），然后叠加作用在围护结围护结构上。构上。或：或：p ppwa HK p 2c K p w H HKa 2c K a H2cH p ppawaaK p w H HK p 2c HKK 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、土压力合算的方法算的方法计计算作用于算作用于围护结围护结构上的构上的侧侧向向压压力。力。各各项项参数的定参数的定义见义见土力学教材相关土力学教材相关说说明。明。aa p pp sat HK p 2c K p sat HKa 2cK挡挡土土结结构位移构位移对对土土压压力的影响力的影响 一般的一般的围护结围护结构自身构自身刚刚度不大，在度不大，在侧侧向向压压力作用下力作用下产产生生较较大的相大的相对对位移位移时时，对对土土压压力的分布与大小力的分布与大小产产生影响。生影响。一般有以下几种情况：一般有以下几种情况：挡挡土构造不土构造不发发生位移生位移 墙墙后主后主动动土土压压力力为为静止静止土土压压力，土力，土压压力分布力分布为为三角三角 形分布。形分布。HH/2 挡挡土构造土构造顶顶部不部不动动，底部向外位移，底部向外位移 无无论论位移达到多大，位移达到多大，都不能使填土内都不能使填土内发发生主生主动动破坏，破坏，压压力力为为曲曲线线分布，分布，总压总压力作用点位移力作用点位移墙墙底以上底以上H/2处处。挡挡土构造平行向外移土构造平行向外移动动 位移的大小未达到足以使填土位移的大小未达到足以使填土发发生主生主动动破坏破坏时时，压压力力为为曲曲线线分布，当位移超分布，当位移超过过某一某一值值后填土将后填土将发发生主生主动动破坏，破坏，应应力成直力成直线线分布。分布。挡挡土构造上下两端不土构造上下两端不动动，中部，中部发发生向外位移生向外位移 墙墙后主后主动动土土压压力力为马为马鞍形分布。鞍形分布。挡挡土构造下端不土构造下端不动动，上端向外位移，上端向外位移 无无论论位移多少，作位移多少，作用在用在墙墙背上的背上的压压力都按直力都按直线线分布。分布。当当墙墙上端的移上端的移动动达到一定数达到一定数值值后，后，墙墙后填土会后填土会发发生主生主动动破破 坏，此坏，此时时作用在作用在墙墙上的土上的土压压力称力称为为主主动动土土压压力。力。8.4 支护结构上的设计规定设计设计依据：建筑基坑支依据：建筑基坑支护护技技术规术规程（程（JGJ120-2012）设计设计状状态态 承承载载能力极限状能力极限状态态：支：支护结护结构达到承构达到承载载力破坏，力破坏，锚锚固系固系统统 失效或坡体失失效或坡体失稳稳状状态态；正常使用极限状正常使用极限状态态：支：支护结护结构和构和边边坡的坡的变变形达到形达到结结构本身构本身 或或邻邻近建筑物的正常使用限近建筑物的正常使用限值值或影响耐久或影响耐久实实用性能。用性能。安全等安全等级级根据建筑基坑工程破坏可能造成的后果，基坑工程划根据建筑基坑工程破坏可能造成的后果，基坑工程划 分分为为三个安全等三个安全等级级。安全等安全等级级破坏后果破坏后果重要性系数重要性系数0支支护结护结构破坏或土体失构破坏或土体失稳稳或或过过大大变变一一级级形形对对基坑周基坑周围环围环境和地下境和地下结结构施工构施工1.10影响很影响很严严重重支支护结护结构破坏或土体失构破坏或土体失稳稳或或过过大大变变二二级级形形对对基坑周基坑周围环围环境影响一般，但境影响一般，但对对1.00地下地下结结构施工影响构施工影响严严重重支支护结护结构破坏或土体失构破坏或土体失稳稳或或过过大大变变三三级级形形对对基坑周基坑周围环围环境及地下境及地下结结构施工构施工0.90影响不影响不严严重重建筑基坑安全等级及重要性系数基坑基坑设计设计的主要内容的主要内容 支支护护体系的方案比体系的方案比较较与与选选型；型；支支护结护结构的构的强强度、度、稳稳定和定和变变形形计计算；算；基坑内外土体的基坑内外土体的稳稳定性定性验验算；算；地下水控制地下水控制设计设计；施工程序施工程序设计设计；周周边环边环境保境保护护措施；措施；支支护结护结构构质质量量检测检测和开挖和开挖监监控控项项目及目及报报警要求。警要求。基坑基坑设计应设计应具具备备的的资资料料 岩土工程勘察岩土工程勘察报报告；告；建筑建筑总总平面平面图图、地下管、地下管线图线图、地下、地下结结构平面和剖面构平面和剖面图图；土建土建设计设计和施工和施工对对基坑支基坑支护结护结构的要求；构的要求；邻邻近建筑物和地下近建筑物和地下设设施的施的类类型、分布情况和型、分布情况和结结构构质质量量的的 检测评检测评价。价。8.5 悬臂式围护结构内力分析（排桩、板桩）计计算算简图简图（均（均质质土）土）排排桩变桩变位位净净土土压压力分布力分布简简化化处处理后的理后的 净净土土压压力分布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条件可以衡条件可以 求出求出该该深度。深度。t 土土压压力力计计算（朗肯土算（朗肯土压压力理力理论论）确定板确定板桩桩入土深度入土深度 tS 基坑底土基坑底土压压力力e pneani 1n(qn i hi)K p 2cK pn(qn i hi)Ka 2cKai 1thDz1z2 pahph t t ppa papz1 pz1 haaaaaph2cK)hK 2c K(或：ph h qKa0地面超地面超载载thDz1z2 pah tp p pah t pap z 1 p z 1 hS 确定净土压力p=0的深度Dq 0)(c 0,D D ,(c 0,q 0)D 0apK 2c(K p Ka),a0 DK p 2c,(c 0,q0 0)paK p Ka)0K p KahK a (K K)h qKa DK aK p h q0 Ka 2c (K K)hK a 2c(DK aK p hK a 2c Ka DK p 2c DK p hK a DK atDz1z2h pah ph t tppap z 1 p z 1 h paS 确定深度 h+z1及h+t 处的净土压力11ppappapq0zptaappz1pq0 0)(c 0,2cka)Ka 2cKa q0 0)(c 0,2cK 2c p p ph tz hh t pz1 h a2ck tk pt (h t q0)k K p (z1 h pa z1 K p 2ck p tka 2cka pa (h t)k p 2c z1 KK (z1 h)KS 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 及板及板桩桩最小入土深度最小入土深度 t：z22t 32 K a(h t)K p t z 2(K p K a)(h 2 t)0 (K p K a)(h 2 t)K(h t)3 Kap求解上述求解上述联联立方程，可以得到未知立方程，可以得到未知值值 z2，t（也可以采用（也可以采用试试算法算法计计 算），算），为为安全起安全起见见，计计算得到的算得到的 t 值还值还需乘以需乘以1.1的安全系数作的安全系数作为设计为设计入入 土深度，即土深度，即实际实际的入土深度的入土深度=1.1t。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剪 力等于0的原理，可以确定发生最大弯矩的位置及最大弯 矩值。对于均质无粘性土（c=0，q0=0），根据图示关 系，当剪力为0的点位于基坑底面以下深度 b 时，则有：解出解出b后，即可求得后，即可求得Mmax：h bz122bap22 K 0 K(h b)33 6323 2M max(h b)Ka b K p h b(h b)2b b2 Ka K p布鲁姆法（均质土）基本原理：布基本原理：布鲁鲁姆法以一个集中力姆法以一个集中力 Ep代替板代替板桩桩底出底出现现的的 被被动动土土压压力，根据力，根据该该假定建立静力平衡方程，求出入土深假定建立静力平衡方程，求出入土深度及板度及板桩桩内力。内力。计计算板算板桩桩入土深度入土深度 t对对板板桩桩底底C点取力矩，点取力矩，由由Mc=0得到：得到：OhtlEp (Kp Ka)xEpE4E2 E1E3uCxxmaP 0 x 6P 0 x 3 appp6P(l a)(K K)x 2 P(l x a)E (K p Ka)(K p Ka)x 22x3E (K p Ka)x在均质土条件下，净土压力为0的O点深度可根据墙前 与墙后土压力强度相等的条件算出（不考虑地下水及顶面 均布荷载的影响，c=0，q0=0）：Ka h l h u(K p Ka)uk p (u h)Ka u 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，板桩桩的入土深度按的入土深度按 下式下式计计算：算：t=u+1.2x为为便于便于计计算，建立了一套算，建立了一套图图表，利用表，利用该图该图表，可用表，可用图图 解解法确定未知量法确定未知量 x 值值，其，其顺顺序如下：序如下：0 令中令中间变间变量：量：x/lapap6aP6P l 3(K K)(1)l 2(K K)3O 根据求出的根据求出的m、n值值，查图查图表确定中表确定中间变间变量量，从而求，从而求 得：得：x=l，t=u+1.2x326 aP,n 6 P4 再令：再令：m l(K p K a)l(K p K a)m(1)n 3 内力内力计计算算最最大大弯弯矩矩发发生生在在剪剪力力Q=0 处处，如如图图设设O点点以以下下xm处处的的剪剪 力力Q=0，则则有：有：最大弯矩：最大弯矩：m2Px (K p Ka)P (K K)x 2 02pammM P(l xmax a)(K K)x 36pamOhtluEp (Kp Ka)xEpE4E2 E1E3PCxxma例题1：某悬臂板桩围护结构如图示，试用布鲁姆法计算板桩 长度及板桩内力。6mluE3E1E2a P q=10kN/m2c=0=34=20kN/m3解解：板桩长度pea1ea2P E1 E2 E3 2.83 6 0.5 (36.79 2.83)6 0.5 36.79 0.57 129.35kN/m3.537 0.283(6 10/20)0.283 0.57m(k p-ka)uk(h q u)u (h q/)ka qka 10 0.283 2.83kPa(q h)ka (10 20 6)0.283 36.79kPa2k p tan(45 /2)3.5372ka tan(45-/2)0.283,apap 0.1720 6.57 3 (3.537 0.283)6aPn 0.2820 6.57 2 (3.537 0.283)6 4.08 129.35129.356 129.356Pm 4.08m2.83 6 3 0.5 (36.79 2.83)6 2/3 6a 0.5 36.79 0.57 (6 1/3 0.57)l 3(k k)l 2(k k)查查表，表，=0.67，x=l=0.676.57=4.4mt=1.2x+u=1.24.4+0.57=5.85m板板桩长桩长=6+5.85=11.85m，取，取12m。计算最大弯矩66x 3 mapm 484kN m/m 129.35 (6.57 1.99 4.08)20 (3.537 0.283)1.99 3Mmax P(l xm a)1.99m20 (3.537 0.283)2 129.352Px (k k)(k p ka)8.6 单单支点支点围护结围护结构内力分析（排构内力分析（排桩桩、板、板桩桩）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 板板桩桩的入土深度的入土深度 t。EaEptminEaEpt1tmaxEaEppE t2EaEpEp(a)(b)(c)(d)内力计算方法（均质土）静力平衡法（埋深静力平衡法（埋深较较浅，浅，下端下端铰铰支，前支，前图图a计计算算图图式）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 程程，可可以得到两个方程：以得到两个方程：R Ea E pM Ea MEp 0根据上述方程求解出板根据上述方程求解出板桩桩的入土深度的入土深度 t 及反力及反力 RhtREpEaAd2a21221,E p t K pEa (h t)K对对支撑支撑 A 点取力矩平衡方程：点取力矩平衡方程：3322Ea(h t)d E p(h d t)求出板桩最小入土深度 tmin由水平方向的静力平衡方程：由水平方向的静力平衡方程：R Ea E p根据剪力根据剪力为为 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：a2R2 KaR 1 x 2 K x 板板桩桩截面最大弯矩：截面最大弯矩：a3a21131Mmaxx R(x d)x K6 R(x d)x K2等等值值梁法梁法 基本原理：将板基本原理：将板桩桩看成是一端嵌固另一端看成是一端嵌固另一端简简支的梁，支的梁，单单 支撑支撑挡墙挡墙下端下端为弹为弹性嵌固性嵌固时时，其弯矩分布如，其弯矩分布如图图所示，所示，如果如果 在弯矩零点位置将梁断开，以在弯矩零点位置将梁断开，以简简支梁支梁计计算梁的内算梁的内力，力，则则其其 弯矩与整梁是一致的。将此断梁称弯矩与整梁是一致的。将此断梁称为为整梁整梁该该段的段的等等值值梁梁。对对于下端于下端为弹为弹性支撑的性支撑的单单支撑支撑挡墙挡墙，弯，弯矩零点位置与矩零点位置与 净净土土压压力零点位置很接近，在力零点位置很接近，在计计算算时时可可以根据以根据净净土土压压力分力分 布首先确定出弯矩零点位置，并在布首先确定出弯矩零点位置，并在该该点点处处将梁断开，将梁断开，计计算算 两个相两个相连连的等的等值简值简支梁的弯矩。支梁的弯矩。将将这这种种简简化方法称化方法称为为等等值值梁法。梁法。RaAB BQBQBGEpBGtREpEa2Ah0ahEa DBGuxxt0C(kp-ka)x 计算步骤0 计计算算净净土土压压力分布力分布 根据根据净净土土压压力分布确定力分布确定净净土土压压力力为为0的的B点位置，利用点位置，利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）：）：4 计计算支撑反力算支撑反力 计计算支撑反力算支撑反力Ra及剪力及剪力QB。以以B点点为为力矩中心：力矩中心：Kah(K p Ka)u Rah u h0 Ea(h u a)以以A点点为为力矩中心：力矩中心：O 计计算板算板桩桩的入土深度的入土深度 由等由等值值梁梁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：QBh u h0 Ea(a h0)6aBpQ x 1 K (u x)K (h u x)x 26QBx (K p Ka)板板桩桩的最小入土深度：的最小入土深度：t0=u+x，考考虑虑一定的富裕可以取：一定的富裕可以取：t=(1.11.2)t0 求出等求出等值值梁的最大弯矩梁的最大弯矩根据最大弯矩根据最大弯矩处处剪力剪力为为0的原理，求出等的原理，求出等值值梁上剪力梁上剪力 为为0的位置，并求出最大弯矩的位置，并求出最大弯矩 Mmax。注注意意：以以上上两两种种情情况况计计算算出出的的支支撑撑力力（锚锚杆杆拉拉力力）为为单单 位位延延米米板板桩桩墙墙上上的的数数值值，如如支支撑撑（锚锚杆杆）间间距距为为 a，则则 实际实际支撑力（支撑力（锚锚杆拉力）杆拉力）为为 aR。工程实践中，可按以下经验关系粗略确定正负弯矩 转折点B的位置（即 u 的深度）。设基坑深度为 h，地面均布荷载为 q，基坑底面以下土体 的内摩擦角为，等效基坑深度为：h=h+q/u 0.08hu 0.03h 30o,35o,40o ,u 0单单支撑板支撑板桩桩的的计计算，是以板算，是以板桩桩下端下端为为固定的假固定的假设进设进行行的的，对对于于埋埋入入粘粘性性土土中中的的板板桩桩，只只有有粘粘性性土土相相当当坚坚硬硬 时时，才才可可以以认认为为底底端端固固定定，因因此此，其其计计算算假假定定与与一一般般实实 际际情情况况仍仍有有差差异异。但但等等值值梁梁法法计计算算结结果果偏偏于于安安全全，方方法法 简简单单，特特别别适适合合于于非非粘粘性性土土地地基基中中的的支支护护结结构构计计算。算。例题2：某单支撑板桩围护结构如图示，试用等值梁法计算板 桩长度及板桩内力。1m9.0muaq=28kN/m2c=6kPa=20=18kN/m3Eaxx0Ra解解：土压力计算ea1ea20.49ka(28 18 10)0.49 2 6 0.49 5.32kPaka 28 0.49 2 6 qka 2c(q h)ka 2c2k p tan(45 /2)2.042ka tan(45-/2)0.49,93.52kPa u的的计计算算2.04 2.74m18 (2.04 0.49)93.52 2 6 ea2 2ck pu (k p ka)ka k p)(k p ka)(h q)ka 2c(k p(h q)ka uka 2cka uk p 2c Ra、QB的计算QRBa622.3210 2.74 1.0h u-h0 Ea(a-h0)622.32 (7.4-1.0)339.25kN/m10 2.74 1.0h u-h0 Ea(h u a)622.32 (10 2.74 7.4)283.07kN/mEa 5.32 10 0.5 (93.52 5.32)10 0.5 93.52 2.74 53.2 441 128.12 622.32kN/ma 53.2 5 441 2/3 10 128.12 (10 1/3 2.74)7.40m 入土深度 t 的计算6QB18 (2.04 0.49)6 339.25 8.54mx (k p ka)t (1.1 1.2)t0 (1.1 1.2)(x u)(1.1 1.2)11.28 12.41 13.54m取取t=13.0m，板，板桩长桩长=10+13=23m 内力内力计计算算 求求Q=0的位置的位置 x02102x0a0 0283.07 5.32x0 4.41x0 0 x0 7.43m(93.52 5.32)0R 5.32x 1 x602610322 10 x300a00a10a1a220a10(93.52 5.32)287.07 (7.43 1.0)1 5.32 7.43 2 7.432 1096.06kN m/m(ea2 ea1)x 2 1 x 3 R(x h)1 e x0e)x 1 x0 (e h )e Mmax Ra(x08.7 多支点围护结构计算方法简介连续连续梁法梁法 基本原理：将排基本原理：将排桩桩支支护护看成多支点支撑的看成多支点支撑的连续连续梁梁 计计算步算步骤骤（以三道支撑（以三道支撑为为例）例）A A B A B CD A B C(a)(b)(c)(d)(1)设设置第一道支撑置第一道支撑A之前的开挖之前的开挖阶阶段（段（图图a）按下端嵌按下端嵌固在土中的固在土中的悬悬臂臂桩墙计桩墙计算。算。(2)设设置第二道支撑置第二道支撑B之前的开挖之前的开挖阶阶段（段（图图b）按板按板桩墙为桩墙为两个支点的静定梁两个支点的静定梁计计算，两个支点分算，两个支点分别为别为A 及及土中土中净净土土压压力力为为0的一点。的一点。(3)设设置第三道支撑置第三道支撑C之前的开挖之前的开挖阶阶段（段（图图c）按板按板桩墙桩墙为为具有三个支点的具有三个支点的连续连续梁梁计计算，三个支点分算，三个支点分别别为为A、B及土中及土中净净土土压压力力为为0的一点。的一点。(4)浇浇筑底板以前的开挖筑底板以前的开挖阶阶段段 按板按板桩墙为桩墙为具有四个支点三具有四个支点三跨的跨的连续连续梁梁计计算。算。支撑荷载1/2分担法 基本原理：墙后主动土压力分布采用太沙基佩克假 定，按1/2分担的概念计算支撑反力和排桩内力。l1l2l3l4R1R2 R3R4 l5R1 R2R3R4R3 l3/2l4/22ql/10ql2/20HKaHKaM图图q图图 计计算方法（算方法（经验经验方法）方法）D 每道支撑所受的力是相每道支撑所受的力是相邻邻两个半跨的土两个半跨的土压压力荷力荷载值载值；D 若土若土压压力力强强度度为为q，按，按连续连续梁梁计计算，最大支座弯矩（三算，最大支座弯矩（三 跨以上）跨以上）为为 M=ql2/10，最大跨中弯矩，最大跨中弯矩为为 M=ql2/20。弹性抗力法（弹性支点法、地基反力法）基本原理：将桩墙看成竖直置于土中的弹性地基梁，基 坑以下土体以连续分布的弹簧来模拟，基坑底面以下的土 体反力与墙体的变形有关。计算方法D 墙后土压力分布：直接按朗肯土压力理论计算、矩形分 布的经验土压力模式（我国较多采用）；D 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：x ks yks：地基土的水平基床系数EaEaR1RnR1RnD 支点按刚度系数 kz的弹簧进行模拟，建立桩墙的基本挠 曲微分方程，解方程可以得到支护结构的内力和变形。8.8 基坑的稳定验算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）；基坑抗隆起稳定；基坑抗渗流稳定。基坑抗隆起稳定 基坑隆起开挖较深软土基坑时，在坑壁土体自重和坑 顶荷载作用下，坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象；基本假定基本假定S 参照太沙基、普朗得参照太沙基、普朗得尔尔地基承地基承载载力理力理论论；S 支支护桩护桩底面的平面作底面的平面作为为极限承极限承载载力基准面；力基准面；S 滑滑动线动线形状如土力学教材所示。形状如土力学教材所示。基坑抗隆起安全系数：基坑抗隆起安全系数：式中各式中各项项物理意物理意义见义见土力学教材土力学教材说说明。明。Ks 1(h d)q 2 dN q cNc 承载力系数S 普朗得普朗得尔尔公式：公式：安全系数：安全系数：Ks1.11.2S 太沙基公式：太沙基公式：安全系数：安全系数：Ks1.151.252qcqN(N 1)/tan N tan 2(45 o )e tan ,22,Nc (Nq 1)/tan)tan 1 eNq 2(3 )42 cos(45 o 建筑地基基础设计规范推荐公式Nc：承：承载载力系数，条形基力系数，条形基础础取取Nc=5.14；0：抗剪：抗剪强强度，由十字板度，由十字板试验试验或三或三轴轴不固不固结结不排水不排水试验试验 确定；确定；t：支：支护结护结构入土深度；构入土深度；其余参数与前述相同。其余参数与前述相同。Ks 1.6 (h t)q t N c0 简简化化计计算方法算方法假定地基破坏假定地基破坏时发时发生如下生如下图图所示滑所示滑动动面，滑面，滑动动面面圆圆心心 在在最底最底层层支撑点支撑点A处处，半径，半径为为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虑，则则滑滑动动力矩力矩为为：2x2dM q rH 稳稳定力矩定力矩为为：Su滑滑动动面上不排水抗剪面上不排水抗剪强强度，度，对对于于饱饱和和软软粘土，粘土，则则=0，Su=cu。定定义义安全系数安全系数 K=Mr/Md2 2 0 S(xd ),M xu如基坑处土质均匀，则基坑抗隆起安全系数为：1.2Ks H q (2 )Su例题3：某基坑深H=6.2m，地面荷载q=20kN/m2，地基土为均质土 =17kN/m3，c=25kPa，底部支撑=81.8，按简化计算方法验算其抗隆起稳定性。解：均质土地基，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满足抗基坑隆起足抗基坑隆起稳稳定要求。定要求。Ks17 6.2 20 H q(2 )Su(2 81.8 /180)25 1.196 1.2基坑抗渗流稳定 基坑底面抗流砂基坑底面抗流砂稳稳定定适用：粉土、砂土适用：粉土、砂土j(h hw)w 2hd )1.52.0K (h hw hwhhd 基坑底面突涌稳定性pw m：透水：透水层层以上以上土的土的饱饱和重度和重度 pw：含水：含水层层水水压压力。力。K m(t t)1.31.5tht承承压压水水不透水不透水层层8.9 土钉支护结构概述 土钉支护是将一系列钢筋或钢索近似水平地设置在被加固的原位土体中，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 土钉支护结构参数的确定 土钉抗拉力的计算 土钉墙内外稳定性验算土土钉钉支支护结护结构参数的确定构参数的确定 土土钉长钉长度度 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，下部土大，下部土钉对钉对提高土提高土钉墙钉墙整体整体稳稳定性作用定性作用较较大）；大）；非非饱饱和土：土和土：土钉长钉长度度L=（0.61.2）H；饱饱和和软软土：土土：土钉长钉长度度LH。土土钉间钉间距距 土土钉间钉间距：距：1.22.0m（软软土可土可1.0m）；）；垂直垂直间间距按土距按土层层分布及分布及计计算确定；算确定；上下插筋交叉排列上下插筋交叉排列 土土钉钉筋材尺寸筋材尺寸 筋材材料：筋材材料：钢钢筋、角筋、角钢钢、钢钢管等；管等；钢钢筋：筋：18mm 32mm，级级以上螺以上螺纹钢纹钢筋；筋；角角钢钢：L15mm50mm50mm；钢钢管：管：50mm。土土钉倾钉倾角：角：020之之间间 倾倾角小：支角小：支护变护变形小，注形小，注浆质浆质量量难难以控制；以控制；倾倾角大：支角大：支护变护变形大，注形大，注浆质浆质量易于控制，利于插入下量易于控制，利于插入下 层较层较好土好土层层。注注浆浆材料：水泥砂材料：水泥砂浆浆、水泥、水泥浆浆 支支护护面面层层 临时临时性性结结构：构：50150mm厚厚钢钢筋网筋网喷喷射混凝土，射混凝土，6mm 8mm的的级钢级钢筋筋焊焊成成150300mm的方格网片；的方格网片；永久性永久性结结构：构：150250mm厚厚钢钢筋网筋网喷喷射混凝土，可射混凝土，可设设两两 层钢层钢筋网，分两筋网，分两层喷层喷成。成。土土钉钉支支护结护结构的抗拉承构的抗拉承载载力力计计算算jjkTujcos Ts2122 1 12 /tan(45)tan dnj qsik li tan k tan ke s sajk xy 验验算公式算公式1.250Tjk Tuj减系数减系数j 个土个土钉钉位置位置处处基基 坑水平荷坑水平荷载标载标准准值值固固结结快快 剪指剪指标标土土钉钉抗拉抗抗拉抗 力分力分项项系数系数j 根土根土钉钉受拉受拉 荷荷载标载标准准值值j 根土根土钉钉受拉受拉 承承载载力力设计值设计值j 根土根土钉钉直径直径土土 坡坡 与与 水水 平平 面面 夹夹 角角 荷荷载载折折主主动动区区lihTuj被被动动区区（+k）/2土的名称土的名称土的状土的状态态qsik填土填土1620淤泥淤泥1016淤泥淤泥质质土土1620流塑流塑IL11830软软塑塑0.75 IL 13040粘性土粘性土可塑可塑硬可塑硬可塑0.50 IL 0.750.25 IL 0.5040535365硬塑硬塑0 IL 0.256573坚坚硬硬IL 07380稍密稍密e0.92040粉土粉土中密中密 0.75 e 0.94060密密实实e 0.756090 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土的状态态qsik稍密稍密10 N 152040粉粉细细砂砂中密中密15 N 304060密密实实N306080稍密稍密10 N 154060中砂中砂中密中密15 N 306070密密实实N307090稍密稍密10 N 156090粗砂粗砂中密中密15 N 3090120密密实实N30120150砾砾砂砂中密中密(密密实实)N15130160土钉支护结构外部稳定分析 抗抗倾倾覆覆稳稳定性定性验验算算WHFtP0 B q0OEaEaxEayE ZMKaxEaq R MSB L cos 1211B(W q B)EB 2 1.310ay 抗滑移抗滑移稳稳定性定性验验算算KEaxhFt 1.2Ft(W q0 B)tan cB土钉支护结构内部稳定分析 土钉支护结构的内部稳定分析采用圆弧破裂面条分法进行分析行分析计计算。算。QihWii iiR 土钉抗拉力计算在土条在土条 i 上作用有土体自重上作用有土体自重 Wi、地表荷、地表荷载载 Qi、土、土钉钉抗抗拉拉 力力 Rk、Rk按以下公式按以下公式计计算并取算并取较较小者：小者：按土按土钉钉材料材料强强度度计计算算R 1.1d 2 f/4kyk破裂面外土破裂面外土 钉锚钉锚固固长长度度 按破裂面外土按破裂面外土钉钉抗拔出能力抗拔出能力计计算算Rk d0 laqsk 按破裂面内土按破裂面内土钉钉抗拔出能力抗拔出能力计计算算Rk d0(l la)qsk R1土土钉钉端端部部与与混混凝凝 土土面面板板连连接接处处的的 极限抗拔力极限抗拔力 土钉支护结构内部稳定验算Fs：内部内部稳稳定安全系定安全系数数 H6m，Fs1.2；H=612m，Fs1.3；H12m，Fs1.4。ii ikji ikjkjii iRR(W Q)sin k cos Shk c(/cos )Shk Fs sin tan (W Q)cos tan k 排土排土钉钉的的 水平水平间间距距补充练习：按布鲁姆法计算确定图示悬臂式板桩支护的长度 h及 板桩的最大弯矩 Mmax。8mq=28kN/m2c=0=20=17kN/m3c=0=32=18kN/m3
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