《基础工程》第八章基坑工程.ppt

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1、8.1 概述 8.2 围护结构型式及适用范围 8.3 支护结构上的荷载 8.4 悬壁式围护结构内力分析 8.5 单锚式围护结构内力分析 8.6 基坑的稳定验算,第八章 基坑工程,一与基坑工程有关的一些基本概念： 1、基坑：为进行建筑物（构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下的空间。（地下室、私下车库、地铁车站等） 2、基坑工程：为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周边环境不受损害而采取的支护结构、降水止水、土方开挖和回填等工程的简称。包括勘察、设计、施工、监测等。 3、基坑侧壁：构成基坑周边土体主动变形的一侧。,4、基坑周边环境：基坑开挖影响范围内的建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、

2、岩土体、地下水体等的简称。包括： 1）影响范围内的建筑物结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载大小、上部结构现状。 2）基坑周边各类地下设施，如上下水、电缆煤气、污水、雨水、热力管线或管道等分布和性状。 3）基坑周边和邻近地区地表水和地下水汇流排泻情况、地下水管渗漏情况、对基坑开挖和支护的影响程度。,4）四周道路距离、车辆载重等。 5）相邻基础施工。 6）周边的边坡、河渠及其与基坑关系。 7）其他基坑堆载（包括临时材料、车辆、土体、住房等堆载）,5、基坑支护：为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周边环境安全，对基坑侧壁和周边环境采样的支挡、加固和保护措施。 6、排桩：以某种桩型按照队列式排列

3、布置形成的基坑支护结构。 7、桩锚支护：排桩、圈梁、锚杆、腰梁、桩间护壁结构等组成的基坑支护结构。 8、水泥土墙：有水泥土桩相互搭接形成格珊、壁状等的重力式挡土结构。,9、地下连续墙：机械施工成槽，浇灌钢筋混凝土形成的地下墙体。 10、土钉支护（土钉墙）：采用土钉加固的基坑侧壁土体与面层等一起组成的加固结构。（包括：土钉、土钉范围内被加固土体、面层等三部分） 11、土层锚杆：由设置于钻孔内、端部深入稳定土层中的钢筋、钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体。 12、支撑体系：由围檩、支撑（或锚杆）、立柱等结构组成的用于支撑基坑侧壁的结构体系。,8.1概述,基坑的概念：指为进行建筑物基础与地下室的施工所

4、开挖的地面以下空间。 青岛市2005年12月颁布深基坑工程管理规定： 深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。,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。,基坑工程的概念：为保证基坑施工安全和周围环境不受到损害，对基坑进行一系列勘察、设计、施工和检测等工作，这项综合性的工程称为基坑工程。,基坑工程内容： 1、工程勘察（工程概况和业主要求；场地岩土工程条件、环境

5、条件）； 2、支护结构方案比较和选型； 3、支护结构强度和变形计算； 4、基坑稳定性计算； 5、抗渗计算； 6、降水或止水方案； 7、挖土方案； 8、监测方案、环境保护要求。,基坑支护目的与作用,基坑支护的目的 （1）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；（挡土） （2）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；（截水） （3）防止地面出现塌陷、坑底发生管涌。（控制土体变形） 基坑工程的基本技术要求 （1）安全可靠性； （2）经济合理性；（3）施工便利性和工期保证性。,临时性（地下主体结构施工完成，围护结构即完成任务）：设计与施工重视不足,风险较大。 具有很强的区域性：支护体系设计与施工、土方开挖

6、要因地制宜。 建筑趋向高层化,基坑向大而深方向发展。 基坑工程对邻近建筑物、构筑物和地下管线产生不利影响，严重时可能危及它们的安全和正常使用。 基坑工程是一项综合性很强的系统工程。如勘察工程,地下工程,结构工程,测控工程等学科和技术相互交叉,协调发展。基坑支护的新技术,新方法发展较快,支护结构方案应实现优化设计。,基坑工程的特点,岩土工程区域性强，岩土工程中的深基坑工程，区域性更强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中，基坑工程差异性很大。即使是同一城市不同区域也有差异。正是由于岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性，往往造成勘察所得到的

7、数据离散性很大，难以代表土层的总体情况，且精确度很低。因此，深基坑开挖要因地制宜，根据本地具体情况，具体问题具体分析，而不能简单地完全照搬外地的经验。,深基坑工程伴随着城市高层建筑的发展大量出现： 国外： 圆形基坑的深度已达74m(日本)，直径最大的达98m(日本)，而非圆形基坑的深度已达到地下层（法国）。,基坑工程的发展,国内： 上海的汇京广场，围护结构与相邻建筑最近的距离仅40cm。而无支撑基坑的开挖深度也已达到了9m。 杭州商城占地2万m2，基坑开挖12m，土方量24万m2，地下2层，仅基坑开挖工程费用6600万元。,上海88层的金茂大厦，基坑平面尺寸为170m150m，基坑开挖深度达1

8、9.5m。,基坑面积近2万m2，开挖深度约20m，主楼基础承台为4米厚钢筋混凝土筏式基础及429根空心钢桩打入砂粘土层65m深， 13500m3的100高标号大体积混凝土浇筑。,围护结构的概念：为保证基坑周围的建筑物、构筑物、地下管线不受损坏，以及满足无水施工条件，所设置的挡土、截水和减少周围土体位移的结构称为围护结构。,8.2 围护结构型式及适用范围,1.分类 1）按开挖深度分：开挖深度H5m称为深基坑；H5m为浅基坑。 2）按开挖方式分：分为放坡开挖和支护开挖两大类。 3）按功能用途分：楼宇基坑、地铁站基坑、市政工程基坑、工业地下厂房基坑等。 4）按安全等级分：建筑基坑支护技术规程将基坑支

9、护结构分为三个安全等级（见下表）。 5）按支护结构形式分：支护型将支护墙（排桩）作为主要受力构件；加固型充分利用加固土体的强度。,一、围护结构型式,基坑支护结构设计应根据 建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012） 表3.1.3选用相应的侧壁安全等级及重要性系数,基坑变形的监控值 mm,2.常见形式： 1）放坡开挖及简易支护 2）悬臂式围护结构 3）重力式围护结构 4）内撑式围护结构 5）拉锚式围护结构 6）土钉墙围护结构 7）地下连续墙,二、放坡开挖及简易支护,适用条件： 1）基坑周边开阔，满足放坡条件； 2）基坑周边土体允许有较大位移； 3）开挖面以上一定范围内无地下水或已经降水处理；

10、 4）可独立或联合使用。 不宜使用条件： 1）淤泥和流塑土层； 2）地下水高于开挖面或未降水处理；,二常见支护方法特点与适用范围,2土钉墙： 适用条件： 1）岩土条件较好； 2）基坑周边土体允许有较大位移； 3）已经降水处理或止水处理的岩土； 4）开挖深度不宜大于12m。 5）地下水位以上为粘土、粉质粘土、粉土和砂土； 不宜使用条件： 1）土层为富含地下水的岩土层、含水砂土层、且未降水处理 2）膨胀土等特殊土层； 3）基坑周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等；,二常见支护方法特点与适用范围,3水泥土墙： 适用条件： 1）基坑开挖深度不宜大于7m，基坑周边土体允许有较大位移 2）填土、

11、可塑流塑粘性土、粉土、粉细砂、松散的中粗砂； 3）坡顶超载不大于20kpa。 不宜使用条件： 1）周边无足够施工场地； 2）基坑周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等； 3）墙深度范围内存在富含有机质的淤泥；,二常见支护方法特点与适用范围,4排桩： 适用条件 悬臂：基坑深度不宜大于8m。 桩锚：1）场地狭小且需要深开挖； 2）周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等； 3）基坑边壁有锚杆设置地下空间； 内撑：1）场地狭小且需要深开挖； 2）周边有更严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等； 3）基坑周边不允许施工锚杆。 不宜使用条件： 悬臂：周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地

12、下管线等。 桩锚：1）基坑周边不允许施工锚杆； 2）锚固段只能锚固在淤泥或土质较差的软土层中。 （实践中也可以运用） 内撑：,二常见支护方法特点与适用范围,5地下连续墙： 适用条件： 适用于严格止水要求以及各类复杂土层的支护工程；适用于任何周边复杂环境的基坑支护工程。 不宜使用条件： 悬臂式地下连续墙：周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等，不宜使用。 地下连续墙与锚杆联合使用时：下列情况不宜使用。 1）基坑周边不允许施工锚杆； 2）锚固段只能锚固在淤泥或土质较差的软土层中。,支护结构选型表,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： 坡顶有堆载；

13、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； 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。,注：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。,三、悬臂式围护结构,概念：一切没有支撑和锚固的围护结构均可归属为悬臂式围护结构。,受力特征：依靠足够的入土深度和结构的抗弯刚度来挡土和控制墙后土体及结构的变形。,常采用形式：钢筋混凝土排桩、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等型式。,缺点：对开挖深度十分敏感，容易产生大的变形。,适用：土质较好、开挖深度较小的基坑工程。,钢板桩的打入,已

14、打入的钢板桩,基坑钢板桩,四、重力式围护结构,主要为水泥土重力围护结构，通常由水泥搅拌桩组成。,常采用形式：水泥土和它包围的天然土形成了重力挡土墙，可以维持土体稳定。,适用：较浅的、基坑周边场地较宽裕的、对变形控制要求不高的基坑工程。,受力特征：利用墙体或格构自身的稳定挡土与止水。,五、内撑式围护结构,结构特征：由挡土结构和支撑结构两部分组成； 挡土形式：常由密排钢筋混凝土桩和地下连续墙； 支撑结构：有水平支撑和斜支撑两种； 适用范围：各种土层和基坑深度。,钢管支撑,钢筋混凝土支撑,六、拉锚式围护结构,结构组成：挡土结构和锚固结构； 挡土结构：钢板桩、灌注桩排桩、地下连续墙等； 拉锚结构：锚杆

15、和地面拉锚； 适用范围：砂土或粘土地基。,框架梁+锚杆,七、土钉墙围护结构,对于二、三级基坑工程，可直接采用土钉墙进行支护，土钉支护适用于水位较低的粘土、砂土和粉土，基坑深度，一般在12m以下。,概念：由被加固土、土体中的土钉（螺纹钢筋、型钢等）及附着于坡面厚度约80100mm的配筋喷射混凝土面板组成，形成类似重力式的挡土墙。,逆作法：,在深基坑工程排桩支护结构中，排桩的桩型通常有钻孔桩和人工挖孔桩,基坑围护结构按照所用材料其结构形式为（ ）。 A木桩 B钢桩 C混凝土桩 D碎石桩,武汉绿地中心,武汉绿地中心由主楼、裙楼和两栋副楼组成，总建筑面积71万平方米，其中地上52万平方米，地下19万平

16、方米。主楼高606米，地上125层，地下6层。项目建成后将是华中第一、中国第二、世界第三高楼，是武汉市城市新名片。,基坑工程实例,基坑深度23-30m，基坑面积约36000m2，高速电梯井最大开挖深度40m，采用厚1200mm、深49-58m落底式地连墙加56道内支撑。是亚洲最深、最大的基坑工程。,2011年7月31日全面开工，至2012年8月30日完成地下连续墙165幅，全长970米，工程桩完成2186根，项目攻克了地连墙“两墙合一”施工要求高、垂直度控制达1/600、单幅地连墙最深57米、单幅最重达86吨钢筋笼一次吊装成功，取得了一系列科研成果，得到中国业界同行的高度认可。,2013年9月

17、22日进行第一次底板浇筑施工，意味着地下室土方开挖结束（开挖总量约100万m）。底板浇筑共5块，总面积1.2万平方米，约2个足球场大，共需浇筑3.8万立方米混凝土。其中，主楼底板最厚8米，需一次性浇筑3万立方米混凝土，是国内一次性浇筑成型面积最大的底板。底板浇筑施工完成后，将开始地下室施工，预计2017年全面完工。,武汉绿地中心效果图（正面）,世纪财富中心基坑支护工程位于大北窑国贸北，嘉里中心与汉威大厦之间。 基坑长160米，宽140米，基坑深20.6米 支护结构采用土钉墙+护坡桩+锚杆支护形式。,世纪财富中心基坑支护工程,世纪财富中心基坑支护工程,世纪财富中心基坑支护工程,北京财源国际中心基

18、坑支护,北京财源国际中心基坑支护,工程占地面积9444.8m2，总建筑面积23.96万m2。基坑开挖长279m，宽47-67m，开挖深度为24.86-26.56m。 基坑北侧为砖砌挡墙+护坡桩+4 (5) 层锚杆支护体系。西侧、南侧采用连续墙+5层锚杆支护体系（丽晶苑部位增加管棚支护）。基坑的东侧、南侧东段采用土钉墙+护坡桩锚杆支护体系。连续墙厚度600-800mm，深度20.24-34.1m；护坡桩采用800钢筋砼灌注桩，桩间距均为1.4m；锚杆长21-30m。,采用800mm厚连续墙+5层锚杆支护体系,西侧丽晶苑部位支护全景,财源国际中心西北角支护全景,国家大剧院基坑支护工程,国家大剧院位

19、于人民大会堂西侧，总占地8万余m2；总建筑面积19万m2；基坑总面积6.5万m2；基础平均埋深26米，局部埋深32.6米。该基坑属超深、超大基坑工程。 201区和203区开挖深度不大,采用钻孔支护桩加锚杆的支护体系,开挖深度小于5m的部位采用土钉墙支护；主体结构所处的202区采用集支护和挡水双重作用的地下连续墙+锚杆支护型式。其中：-16.5m以下采用连续墙+锚杆支护，墙厚800，墙底-41.14-39.0m；-12.5m以上采用桩+锚杆支护，桩顶3m砖挡墙，护坡桩6001200，桩长16.3m；桩墙之间1825m放坡。,国家大剧院基坑支护工程,国家大剧院地连墙基坑支护工程,适用条件：地下水位

20、以上或降水后的粘土、粉土、杂填土及非松散砂土、碎石土。,结构特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成； 受力特征：由土钉构成支撑体系，喷锚混凝土面板构成挡土体系；,土钉锚管,土钉墙面板喷护,土钉及喷射混凝土面层,八、组合型支护,土钉与桩-锚复合支护,各种围护结构的适用范围,深基坑支护结构构成,三、支护方案选择参考,概念：利用一定的设备和机具，在稳定液护壁条件下，沿已构筑好的导墙钻挖一段深槽，然后吊放钢筋笼入槽，浇注混凝土，筑成一段混凝土墙，再将每个墙段连接起来，形成连续的地下基础构筑物。 主要作用：挡土、挡水（防渗）和承重。 成槽方法：主要有冲击法、冲击回转法、抓斗直接成槽法、冲抓法、多头钻成槽

21、法等。,地下连续墙,补充：,地下连续墙起源于欧洲，意大利于1938年首次进行了在泥浆护壁的深槽中建造地下连续墙的试验，于1950年应用于意大利的Santan Malia大坝防渗工程（深达40m的截水止漏墙）。,中国第一座地下墙，1958年青岛月子口水库建成的桩排式防渗墙。迄今我国各地已建成70多坐防渗墙，其中大部分为槽板式防渗墙。,地下连续墙的成槽深度在50m 以内，墙宽与墙体常用60cm及80cm，亦有20cm薄型防渗墙及120cm厚型地下连续墙。,地下连续墙成槽机,吊放接头管,壁板式地下连续墙:,修筑导墙,地下连续墙的钢筋笼,吊放钢筋笼,地下连续墙导墙已浇筑,浇筑混凝土,地下墙支护的基坑（

22、兼作地下室外墙）,8.3 支护结构上的荷载,土压力、水压力计算，常采用以朗肯土压力理论为基础的计算方法，根据不同的土性和施工条件，分为水土合算和水土分算两种方法。由于水土分算和水土合算的计算结果相差较大，对基坑挡土结构工程造价影响很大，故需要非常慎重的舍取，要根据具体情况合理选择。,土力学中土压力计算方法：,主动土压力Ea:墙体外移,土压力逐渐减小,当土体达到极限平衡状态将要破坏时所对应的土压力(最小)。,静止土压力E0：墙体不动,土压力即土体产生的侧压力。,被动土压力Ep:墙体内移,土压力逐渐增大,当土体,达到极限平衡状态将要破坏时所对应的土压力 (最大)。,静止土压力的计算,朗肯基本假定,

23、1.墙背垂直 2.墙背光滑 3.填土表面水平,土压力强度公式：,朗肯土压力理论,主动土压力：,库仑土压力理论,被动土压力：,基本假设： 1、挡土墙是刚性的，墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力c=0）； 2、滑动破坏面为一通过墙踵的平面。 3、滑动楔体为刚体。,主动土压力,被动土压力,静水压力：,墙后填土有地下水,地下水位以下土体重度采用浮重度,一、土-水压力的计算,1.概述,土压力：主动土压力、被动土压力、静止土压力。,水压力：静水压力、渗流水压力（流网法计算）。,2. 水土分算,水土分算是分别计算土压力和水压力，以两者之和为总的侧压力。,适用于土孔隙中存在自由的重力水的情况或土的渗透性较好的情

24、况，一般适用于碎石土和砂土。,有效应力法：,总应力法：,式中：,3.水土合算法,水土合算是将土和土孔隙中的水看做同一分析对象， 适用于不透水和弱透水的黏土、粉质黏土和粉土。是国内目前应用较多的方法。,有效应力法：,总应力法：,二、挡土结构位移对土压力的影响,一般的围护结构自身刚度不大，在侧向压力作用下产生较大的相对位移时，对土压力的分布与大小产生影响。一般有以下几种情况：,1.结构位移对土压力分布的影响 挡土构造不发生位移：墙后主动土压力为静止土压力，土压力分布为三角形分布。,挡土结构顶部不动，底部向外位移： 无论位移达到多大，都不能使填土内发生主动破坏，压力为呈抛物线分布，总压力作用点位于墙

25、底以上约H/2处。,挡土结构平行向外移动： 位移的大小未达到足以使填土发生主动破坏时，压力为曲线分布，当位移超过某一值后填土将发生主动破坏，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：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：无论位移多少，墙背上的压力都按直线分布。当墙上端的移动达到一定数值（主动土压力）后，墙后填土会发生主动破坏。,2.结构位移或变形对土压力大小的影响,研究表明，当墙顶位移达到墙高的0.1%-0.5%时，砂性填土的压力降低到主动土压力；而要达到被动土压力，则墙顶位移约为墙高的5%。,1.5基坑设计基本要求,二基坑设计原则和极限状态： （一）总

26、原则： 1安全可靠：满足支护结构本身强度、稳定性、变形要求。 2经济合理：在安全可靠的前提下，从工期、造价、材料、设备、人工、环境 保护综合分析确定具有明显技术经济效益的方案。 3施工便利并保证工期：在安全可靠、经济合理的前提下，最大限度的满足方便施工（例如：合理的支撑布置、便于挖土施工等），缩短工期。 4信息化设计和施工。 （二）一般原则： 1重视基本理论的指导作用； 2设计要全面，避免漏项，考虑最不利的工况； 3做好基坑工程总体方案的选择； 4做好地下水和地表水的控制； 5软土地区重视“时空效应“，精心安排挖土和施工方案； 6认真做好监测、预测，及时反馈和采取合理措施； 7认真研究地方规范

27、和经验。重大工程专家论证。,1.5基坑设计基本要求,（三）极限状态分类： 1承载能力极限状态：支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致 支护结构和周边环境破坏。 2正常使用极限状态：支护结构的变形妨碍地下结构施工， 或者影响周边环境的正常使用功能。 支护结构均应进行承载能力极限状态的设计计算， 一级基坑和对变形有限定的二级基坑，还要进行支护结构和周边环境的变形计算。,1.5基坑设计基本要求,三设计内容： （一）基坑设计前应收集的资料： 1基坑勘察报告（包括水文气象条件等） 2邻近建筑物和地下设施的类型、分布、结构特征、基础类新和埋深、对变形要求等 3本工程有关的资料：用地界线和红线图、

28、邻近地下管线土、建筑总平面图、 地下结构平面图和剖面图、拟建建筑物基础类型以及是否先期施工等等 4基坑开挖和支护期间是否有相邻施工，其方法、施工工艺、与本基坑工程的相互影响。 5工期、质量、经济等方面的业主要求。,1.5基坑设计基本要求,（二）设计内容： 1工程概况和业主要求；场地岩土工程条件、环境条件； 2支护结构方案比较和选型； 3支护结构强度和变形计算； 4基坑稳定性计算； 5抗渗计算； 6降水或止水方案； 7挖土方案； 8监测方案、环境保护要求。,8.4悬臂式围护结构内力分析,支护结构的强度破坏,支护结构的稳定破坏,破坏形式,支护结构上的设计规定,设计依据： 建筑基坑支护技术规程（JG

29、J 120-99） 设计状态 承载能力极限状态：支护结构达到承载力破坏，锚固系统失效或坡体失稳状态； 正常使用极限状态：支护结构和边坡的变形达到结构本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 根据建筑基坑工程破坏可能造成的后果，基坑工程划分为三个安全等级。,建筑基坑安全等级及重要性系数,基坑设计的主要内容 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； 基坑内外土体的稳定性验算； 地下水控制设计； 施工程序设计； 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。,基坑设计应具备的资料 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

30、图； 土建设计和施工对基坑支护结构的要求； 邻近建筑物和地下设施的类型、分布情况和结构质量的检测评价。,1.受力特征：,一般悬臂梁是指有固端的悬臂。,（1）固定端位置不确定，每个截面都发生位移和转角变形。 （2）嵌入坑底以下部分作用力分布复杂。,2.简化计算原则：,（1）取某一单元体（桩）或单位长度进行内力计算； （2）假定构件整体失稳，并对两侧荷载分布进行假设； （3）按静定性问题处理。,一、悬臂围护结构计算简图,3.挡土结构的实际受力：,根据实测结果，其实际受力如左图：,4.对两侧荷载的假设：,（1）悬臂桩两测土质均匀，荷载图形有一定规律性。,便与应用解析法求解，可以给出三种情况的计算简图

31、：,对于沙土，c=0，结构下端右侧 为三角形分布，如图（a）；,同样为沙土，c=0，但下端右侧为集中力 ，如图（b）； 对于粘性土，c0，与图（b）相似。,（2）悬臂式围护桩处于不同土层或有地下水时：,一般不能直接用公式表达，可以试算求解。且认为底部右侧被动土压力为 ，未知量也只有 ， 。,二、内力分析,1.确定计算简图及计算参数：,2.嵌入深度的确定：,另外要确定降水方案，以确定水压力分布；还要看是否有地面堆载等。 计算简图如图8-7、图8-8。,计算原理：假定深度“d”，且主动土压力对E点的矩符合下式：,先假定一个嵌入深度d,进行试算，直到上式相等时得到的d，即为嵌入深度（临界深度）d 。

32、,思考：为什么在上式中没有体现 的作用？,有效嵌入深度：,现行计算一般将简图简化为图8-8（b）的形式，其中c点为主动和被动土压力的等值点（分界点），这样实际埋深应按下式计算：,（1）对于图8-7(a)的情况，由 求得d值； （2）对于图8-7(b)、(c)的情况，由 求得d值。,对于土质单一的情况，可以简化为图8-7的形式，且：,三、内力及强度计算,1.当土层为非均质时，以剪应力为零的点确定最大弯矩的点，若主、被动土压力分别处于i、j层时，则：,由剪力Q0 用试算法确定最大弯矩和截面位置，且弯矩为：,2.当土层为均质时：,计算简图如图8-7（a）、（b） 的情况，且c=0，由剪力为零确定最大

33、弯矩所处位置，因此：,设：,由上式可求得最大弯矩所在截面位置：,则最大弯矩为：,根据最大弯矩设计支护结构的截面(截面尺寸、配筋等)。,图8-7（c）的情形： c0,由剪力为零确定最大弯矩所处位置，因此：,因：,则支护的最大弯矩值：,四、位移计算,基本假设：先在坑底附近选一基准点O，其上段按悬臂梁计算，下段按弹性地基梁计算，则：,计算简图：如（a）、（b）所示，其分别代表砂性土和粘性土。,适用条件：入土较浅、底端自由支承的单锚式挡土结构。,一、平衡法 (自由端法),8.5 单锚式围护结构内力分析,可采用下列方法确定最小入土深度d和水平向每延米所需锚固力Ra,变形方式：挡土结构在土压力作用下绕锚固

34、点A转动，且底端向坑内移动，产生“踢脚”。,挡土结构维持稳定，应满足以下条件：,（1）所有水平力之和等于零，即：,（2）所有水平力对锚固点A的弯矩等于零，即：,对于图（a）的情况：,然后由Ra并求得挡土结构内力。,同理，亦可以确定嵌固深度，锚固拉力，以及挡土结构内力。,其中：,注意：当确定嵌固深度后，还应验算抗滑移、抗倾覆、抗隆起和管涌等。,对于图（b）所示情况：,附图 等值梁法基本原理,b点为弯矩反弯点(图b) 若在b点切开为两段梁，并规定b点为左端梁的简支点，则ab段内的弯矩保持不变，简支梁ab称之为ac梁ab段的等值梁。,一端固支，一端简支的梁(图a),补充：等值梁概念,二、等值梁法,1

35、.基本原理：将板桩看成是一端嵌固另一端简支的梁，单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩分布如图所示，如果在弯矩零点位置将梁断开，以简支梁计算梁的内力，则其弯矩与整梁是一致的。将此断梁称为整梁该段的等值梁。,对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙，弯矩零点位置与净土压力零点位置很接近，在计算时可以根据净土压力分布首先确定出弯矩零点位置，并在该点处将梁断开，计算两个相连的等值简支梁的弯矩。将这种简化方法称为等值梁法。,2.计算步骤 计算净土压力分布 根据净土压力分布确定净土压力为0的B点位置，利用下式算出B点距基坑底面的距离 u（c=0 ，q0=0）：,计算支撑反力Ra及剪力QB。 以B点为力矩中心：,以A点

36、为力矩中心：,计算板桩的入土深度 由等值梁BG取G点的力矩平衡方程：,可以求得：,板桩的最小入土深度：t0=u+x， 考虑一定的富裕可以取：t=(1.11.2)t0 求出等值梁的最大弯矩 根据最大弯矩处剪力为0的原理，求出等值梁上剪力为0的位置，并求出最大弯矩 Mmax。,8.6基坑稳定验算,一、验算内容,1.验算内容： 边坡整体稳定、抗隆起稳定和抗渗流稳定等。 2.验算方法： 边坡整体稳定主要是采用瑞典圆弧法以及毕肖普法 抗隆起稳定主要采用太沙基公式，该法适于体何土质 抗渗流稳定主要是验算管涌和流砂,二、基坑抗隆起稳定验算,1.分析目的和意义： 保持基坑稳定、控制基坑边形双重意义。,2.分析

37、基本要求：用承载力确定抗隆起安全系数。 将基坑底作为求极限承载力的基准面，其滑动线形状如图示，在d深处，两侧分别作用：,太沙基和普朗特尔抗隆起算法,采用极限承载力公式，则抗隆起安全系数为：,Prandtl公式：,Terzaghi公式：,该方法适用各种土质，但采用公式不同，安全系数会有所不同。另外考虑土体侧面剪应力的影响，安全系数可取小一点儿。,另外，还有考虑墙体极限弯矩的抗隆起分析方法等。,1.7基坑常见问题,一目前基坑工程中常见问题存在环节： 1勘察：不勘察或不准确；破坏模式选择不当。 2设计： 1）对地质资料要了解清楚（包括流砂、管涌、暗沟、洞穴、承压水等等、软土和特殊土分布、产状和特征）

38、 例如上海饱和砂土和地下防空洞，洞穴存在使桩达不到设计长度，砂土易产生流砂，影响周边民房，产生裂缝，常用高压注浆、旋喷桩、灌黄砂、干水泥等措施并加快施工进度。 2）查明周边各类建筑物、地下管线的特征和使用要求； 3）选择合适围护结构和支撑系统。 坑内加固、井字形支撑加脚撑、圆形和椭圆形钢混封闭框架支撑、钢混支撑需要养护，拆除需要爆破，逐渐被钢结构支撑代替。,1.7基坑常见问题,3施工与管理： 施工质量问题、超挖问题、施工管理问题。例如： 1）支撑结构不合理，施工质量差；如：钢管支撑支点数量少、焊接不牢、使用多年的钢管变形大、变薄等。 2）超挖：没做到“开槽支撑、先撑后挖、分层（段）开挖、严禁超

39、挖”， 不支护就开挖 支护结构未达到要求的强度就开挖 未分层分段开挖而一挖到底等等 3）多家施工方管理协调不力； 4）层层分包，偷工减料； 4监测和应急处理： 监测取消、监测减少、数据分析不认真、分析水平不高，不及时分析发现问题并及时反馈； 应急措施不及时、不果断、不到位。,1.7基坑常见问题,一目前基坑工程中常见问题： 1支护结构选型不当 2实际主动土压力值大于设计值，土压力计算模式与地区经验不符合。或者破坏模式比较特殊，应该计算滑坡推力，综合考虑滑坡推力和土压力等 1）雨季、涨潮、地下水管渗漏等使地下水位上升，粘聚力和内摩擦角下降基坑侧土压力增大，引起破坏； 2）场地顶部堆放建筑材料、挖出

40、的土方堆放；超载引起变形和破坏； 3）违规作业：如挖土机离基坑太近，并且反铲挖土，侧压力和变形加大； 3防水、排水、降水措施不力： 1）时间跨度大，不做坡顶排水沟和挡水墙，不做坡顶护面和坡面防护，轻者冲刷桩间土，重者结构破坏。 2）高水位地区未做止水帷幕，基坑降水漏斗范围内沉降破坏； 3）周边地下管线年久失修，可能破坏渗漏，没有提前处理； 4）止水帷幕设计未考虑地质条件和不同开挖深度，采用同一长度止水帷幕，并且未穿透砂土层。,地下水渗漏，土质下降，侧压力增加,地表堆载,1.7基坑常见问题,4锚杆失效： 1）锚杆位置不当，位置过低或抗力不足，引起大的变形； 2）锚杆长度不够，不能阻挡基坑整体滑移

41、； 3）锚固力下降：地面水下渗、水管渗漏、地下水位上升等，使地下水位上升，粘聚力和内摩擦角下降，锚固力下降； 4）地基土的冻胀，锚固力下降； 5）相邻施工的机械振动和挤土效应使孔隙水压力上升，有效应力下降，砂土液化，粘土触变，锚固力下降； 6）锚头锁定失效和腰梁失效，锚固力下降或者丧失； 5支撑结构不合理： 1）首道支撑位置太低，引起支护结构顶部变形过大； 2）支撑间距太稀，受力大而产生弯曲变形甚至断裂； 3）支撑支点数少，连接不牢靠，支撑杆件下挠，产生弯曲变形而失去支撑作用； 4）基坑尺寸大，钢管支撑，压弯变形，支护结构位移；,1.7基坑常见问题,6基坑土体稳定性不足： 1）支护结构插入深度

42、不够，Ep不够； 2）饱和粉细砂降水引起管涌河流砂； 3）坑底承压水造成基坑突涌。 7淤泥地基触变： 1）饱和淤泥和软土采用捶击法施工挤土桩，造成挤土效应而变形或破坏； 2）饱和淤泥和软土未采用降水，挖土和运土引起扰动，变形和破坏。 8设计不合理，安全储备过小： 1）破坏模式选择不当；因此侧压力计算不准确； 2）为节约过大折减主动土压力，减少配筋，当土质不利时，变形过大或者破坏； 3）设计人员缺乏经验，许多经验措施，如圈梁、护面等忽略，埋下隐患。,1.7基坑常见问题,9施工管理水平低、施工质量差： 1）未监测、少监测或监测技术落后或者不合理； 2）监测数据分析不够，不能及时预警和采取合理正确的措施； 3）施工时随意变更设计，不按照设计和规范施工； 4）偷工减料，施工质量差，强度达不到要求，止水帷幕不起作用； 5）施工环节协调不力：桩和锚杆强度未达要求就开挖；超挖、一次挖到底等。 10勘察结果不准确或未进行基坑勘察，破坏模式判别不准确，参数取值不准确。,补充自学材料：基坑常见事故及其预防措施,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。,解： 土压力计算, u的计算, Ra、QB的计算, 入土深度 t 的计算,取t=13.0m，板桩长=10+13=23m 内力计算 求Q=0的位置 x0,