深基坑读书报告

1、研 究 生 读 书 报 告(2013-2014学年第二学期)地下结构与深基坑工程 研究生：黄钰提交日期： 2014年9月 1日 研究生签名：学 号201320105387学 院土木与交通学院课程编号S0814006课程名称地下结构与深基坑工程学位类别硕士任课教师潘泓（教授）教师评语： 成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日目录第一章 深基坑开挖与支护概述11.1 深基坑开挖支护的特点11.2 基坑开挖支护形式的分类和特点2第二章 深基坑支护形式42.1 水泥土墙支护42.2 排桩、地下连续墙支护42.3 钢板桩支护52.4 土钉墙支护72.5 逆作拱墙支护8第三章 土压力理论103.1 土

2、压力103.2 水压力143.3 土、水压力的计算16第四章 支护结构内力184.1 静力平衡法184.2 等值梁法194.3 逐层开挖支撑力不变法204.4 弹性支点法（侧向弹力地基反力法或土抗力法）20第五章 部分特殊地下结构及其施工225.1 新奥法225.2 沉井法225.3 盾构法245.4 长距离顶管26地下结构与深基坑工程读书报告第一章 深基坑开挖与支护概述城市建设的立体化、交通高速化以及改善综合居住环境已成为现代土木工程的特征，对城市三维空间的开发是现代城市建设的一项重要内容，一方面高层建筑成为城市建筑的主要形式，另一方面城市地下空间也不断得到开发利用，诸如高层建筑的多层地下室

3、、地下铁道和地下车站、地下停车场、地下仓库、地下街道、地下商场、地下医院、地下人防工程以及多种用途的地下民用和工业设施等在城市内不断兴建，由此产生大量的深基坑工程。建造埋置深度大的基础或地下工程时，往往需要进行深度大的土方开挖，这个由地面向下开挖的地下空间称为基坑。基坑是指为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下基础空间。随着建筑物的高度增加，基坑开挖的深度也随之增加，基坑支护的重要性体现的尤为重要。在建筑物的地下室或深基础、地铁、市政工程、地下空间开发利用等工程均涉及深基坑的开挖。1.1 深基坑开挖支护的特点1）建筑趋向高层化，基坑向大深度方向发展。过去一般是建12层地下

4、室，但随着社会发展，在90年代之后越来越多的基坑朝着更深，面积更大的方向发展，到现在地下室一般都达到34层，更有甚者达到56层，因此基坑深度多在1015m；2）基坑开挖面积大，长度和宽度达到百余米的占相当比例，给支撑系统带来较大的难度。由于基坑开挖面积与建筑物的结构尺寸相关，故随着建筑物的建筑面积增大，基坑开挖的面积也随着变大；3）开挖产生的位移和沉降，对周围建筑物、地下管线等造成影响。开挖导致土体被挖空，周围土体的侧向应力得到释放，必然会导致周围建筑物产生或多或少的位移与沉降。再者，开挖基坑的时候会对已经埋在地下的输气管、输水管、电缆线等等产生影响；4）岩土性质千变万化，地层埋藏条件、水文地

5、质条件的复杂性和不均匀性往往造成勘察所得数据离散性大，难以代表土层的总体情况，给基坑工程的设计和施工增加了难度；5）深基坑施工工期长、场地狭窄、降雨、重物堆放等堆基坑稳定性不利。基坑开挖时，由于建筑场地狭窄有限，建筑器材一般堆放在基坑周边，再加上深基坑施工工期长与降雨的影响，这些器械材料等之类重物的重力会对基坑的稳定性有影响；6）在相邻场地的施工过程中，打桩、降水、挖土及基础浇注混凝土等工序会相互制约与影响，加大了协调的难度。挖土时机、浇筑混凝土时机都必须掌握好，相互协调，不然不仅导致工期变长，而且有可能会对基坑稳定性不利。1.2 基坑开挖支护形式的分类和特点1.2.1 放坡开挖放坡开挖是施工

6、简单、经济适用的开挖方法，当场地周围较空旷且开挖深度不大的基坑时候应优先使用。放坡开挖主要有以下几种形式，见图1-1。图1-1 放坡形式对于多级放坡来说要注意分级设置排水沟；而一级放坡，要在坡顶设置截水沟和坡底设置排水沟，土质差的土坡放坡坡率要控制在1：31：5。有时候放坡幅度偏大或是土质不是那么好（但还是可以进行放坡开挖），此时需要在放坡开挖的时候对放坡底部做一些保护措施，具体的措施见图1-2。图1-2 放坡开挖的简易支护措施放坡开挖有一定的限制性，其主要适用以下几种基坑开挖：硬质、可塑性粘土和良好砂性土；场地足够放坡，有时对坡面采取措施；边坡高度一般36m，否则分段开挖。放坡开挖要对其边坡

7、稳定性进行验算。1.2.2挡土支护开挖支护开挖是由地面向下开挖的一个地下空间。基坑四周为垂直的挡土结构，挡土结构一般是在开挖面基底下有一定插入深度的板墙结构。常用挡土材料为混凝土、钢、木等，有钢板桩、钢筋混凝土板桩、柱列式灌注桩、水泥土搅拌桩、地下连续墙等。根据基坑深度的不同，板墙可以食悬臂的，但更多的是单撑和多撑式（单锚式或多锚式）结构，支撑的目的是为板墙结构提供弹性支撑点，以控制墙体的弯矩至该墙体断面的合理允许范围，达到经济合理的工程要求。支撑的类型可以是基坑内部受压体系或基坑外部受拉体系。第二章 深基坑支护形式2.1 水泥土墙支护水泥土墙是以水泥系材料为固化剂，通过搅拌机械采用喷浆施工将

8、固化剂和地基土强行搅拌，形成相互搭接的壁状、格栅状等形式的重力式围护结构，它是依靠其本身的自重和刚度保护基坑侧壁，是重力式支护结构的主要形式，它是由水泥土桩组合而成。它既可单独作为一种支护方式使用，也可以与混凝土灌注桩、预制桩、钢板桩等结合，形成组合式支护结构，同时还可以作为其他支护方式的截水帷幕。水泥土重力式围护墙平面布置形式有壁状布置（满堂布置）、格栅形布置和宽窄结合的锯齿形布置等。目前较多常用的是单轴和双轴水泥土搅拌桩，也有三轴水泥土搅拌桩，其中双轴和三轴较单轴的优点在于减少错位误差和增加止水效果。其常用的布置形式如图2-1。图2-1 水泥土墙常用布置形式当基坑周围场地开阔，且周围环境对

9、墙体的位移限制不严格时，采用水泥土挡墙具有施工简单、造价较低、挖土方便等优点，是开挖深度不大于7m的浅基坑的首选围护结构形式。根据施工工艺的不同，可将水泥土桩分为水泥土搅拌桩和高压喷射注浆桩（旋喷桩），限于工程造价问题，在基坑支护结构中较多采用水泥土搅拌桩，只有在搅拌桩难以施工的地层才使用旋喷桩。2.2 排桩、地下连续墙支护基坑开挖时，由于场地限制不能无支护放坡开挖或采用重力式支护，开挖深度在610m以上时，可采用桩墙式支护结构。桩墙式支护结构是指由围护墙和内支撑或外拉锚系统组成的基坑支护体系。在软土地基中。基坑围护墙一般由围护结构和防渗止水结构两部分组成，也可由一个同时具有挡土和防渗止水功能

10、的墙体组成。桩墙式支护结构常用的形式有排桩支护结构和地下连续墙支护结构两种。排桩支护一般是由钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩等按一定间距或连续咬合排列形成的连续排桩墙，其支护结构类型见图2-2所示。图2-2 排桩支护结构类型地下连续墙支护结构则是由现浇或预制钢筋混凝土地下连续墙组成的围护墙，墙体有自防渗和止水功能。地下连续墙有着可在沉井、板桩支护等施工方法难以实现的环境下作业，对邻近建筑物和地面交通影响较小的优点，而且它能适应不同的地质条件、符合安全要求、承载能力高、刚度大、可结合逆作法施工等优势。其常用的结构形式有壁板式、U形折板、T形、格形等，见图2-3所示。图2-3 地

11、下连续墙的常用结构形式排桩和地下连续墙的作用是挡土和挡水，并将主动区土压力传递到支撑（拉锚）系统和墙体坑底以下入土部分被动区土体上，支护墙体承受弯矩和剪力作用，在进行设计时主要进行抗弯和抗剪验算。按基坑开挖深度及支护结构受力情况，桩墙式支护结构可分为以下几种：悬臂式支护结构、单支点支护结构和多支点支护结构。2.3 钢板桩支护板桩围堰是最常用的一种板桩围堰。钢板桩是带有锁口的一种型钢，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各种大小尺寸及连锁形式。常见的有拉尔森式，拉克万纳式等。其优点为：强度高，容易打入坚硬土层；可在深水中施工，必要时要加斜支撑成为一个围笼；钢板桩防水性能好，能按需要组成各种外形的围堰

12、，并可多次重复使用。因此，它的用途广泛。2.3.1 槽钢钢板桩槽钢钢板桩是一种简易的钢板桩支护墙体，由槽钢并排或正反扣搭接而成，如图2-4所示。 （a）正反相扣 （b）并排布置 图2-4 槽钢钢板桩其支护特点是：槽钢具有良好的耐久性，基坑施工完毕回填土后，可将槽钢拔出回收再次利用；施工方便，工期短；不能挡水和细小土颗粒，在地下水位高的地区需要采取隔水或降水措施；抗弯能力较弱，多用于深度不超过4m的较浅基坑或沟槽，顶部宜设一道支撑或拉锚；支护刚度小，开挖后挠曲变形较大。2.3.2 热轧锁口钢板桩热轧锁口钢板桩的形式有U型、Z型、一字型、H型和钢管组合型。在建筑施工中常用U型和Z型钢板桩，见图2-

13、5、2-6基坑开挖深度很大时才用H型或组合型钢板桩。钢板桩的止水作用是先通过外部荷载（外部水压力、土压力）作用使得钢板桩受力，从而使钢板桩桩与桩之间的接缝变得密紧，另一方面外部水夹杂着土、砂颗粒淤塞接缝，两者共同作用使得钢板桩发挥止水的效果。 图2-5 U型钢板桩 图2-6 Z型钢板桩热轧锁口钢板桩一次性投资较大，一般使用时多以租赁形式向钢板桩公司租用，用后拔出归还。其支护特点是：是工厂化生产的支护或围护专用产品，强度、品质、锁口精度等质量能够得到保证，可靠性高；具有良好的耐久性，可回拔修正再次使用；施工方便，速度快，工期短；一般可同多道钢支撑配合使用，适用于较深基坑；支护刚度比灌注桩、地下连

14、续墙小，开挖后墙身挠度变形大，不利环境保护。具有一定的挡水能力，但在高水位软土地区，在施工中需要注意锁口处防渗，以防止水土流失引起周围土层移动变形 ；打拔桩时有振动和噪声，拔桩时易带土，处理不当会引起周围地层移动；在土质坚硬密室或含有很多漂石的地区，打桩施工困难。2.4 土钉墙支护土钉墙支护是在基坑开挖过程中，将较密排列的细长杆件（土钉）置于原位土体中，注入水泥浆或水泥砂浆形成与周围土体全长紧密结合的加筋注浆体，并在坡面上喷射钢筋混凝土面层，通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体。当土体不易成孔时，可将管壁上带有注浆小孔的钢管直接击入或预入土中，然后在钢管内用压力注浆形成土钉。

15、土钉墙支护充分利用了土层介质的自承力，形成自稳结构，承担较小的变形压力，土钉主要承受拉力。同时，由于土钉排列较密，通过高压注浆扩散后是土体性能提高。土钉墙主要由土钉、面层、被加固的原位土体以及必要的防排水系统组成。其支护基本原理为：土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一定的结构整体性，在基坑开挖时，可存在使边坡保持直立的临界高度，但在超过这个深度或有地面超载时将会发生突发性的整体破坏。一般护坡措施均基于支挡护坡的被动制约机制，以挡土结构承受其后的土体侧压力，防止土体整体稳定性破坏。土钉墙技术则是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体与土共同作用，弥补土体自身强度的不足。因此通过

16、以增强边坡土体自身稳定性的主动制约机制为基础的复合土体。不仅有效地提高了土体的整体刚度，弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。通过相互作用、土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏的性状，显著提高了整体稳定性，更重要的是土钉墙受荷载过程中不会发生素土边坡那样的突发性塌滑，土钉墙不仅延迟塑性变形发展阶段，而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏，不会发生整体性塌滑。土钉墙支护见图2-7所示。图2-7 土钉墙支护简图土钉墙支护的优点与局限性：1）土钉墙与土体形成土钉墙复合体，共同工作，提高土体整体稳定性和承载能力； 2）施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加预应力所以设备简单，施工

17、噪音和振动小；3）随基坑开挖逐次分段作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短； 4）土钉墙的变形较大，应注意对邻近建筑物的影响； 5）土钉墙适用于地下水位以上或经降水措施后的杂填土、粘性土、粉土及有一定胶结能力和密实程度的砂土。对于含水丰富的粉砂、细砂、淤泥和淤泥质土等软弱土层不宜采用，需要采取超前支护等措施；6) 基坑开挖深度不宜大于12m，不适合于一级基坑工程和对用地红线有严格限制的场地。2.5 逆作拱墙支护逆作拱墙结构是将基坑开挖成圆形、椭圆形等弧形平面，并沿基坑侧壁分层逆作钢筋混凝土拱墙，利用拱的作用将垂直于墙体的土压力转化为拱墙内的切向力，以充分利用墙体混凝土的受压强度。

18、墙体内力主要为压应力，因此墙体可做得较薄，多数情况下不用锚杆或内支撑就可以满足强度和稳定的要求。拱圈是平面形状呈椭圆或圆形的钢筋混凝土拱墙。可以是由几条抛物线围成的闭合拱圈，也可以是仅局部采用的非闭合拱圈。拱形结构主要以承受压应力为主，拱内弯矩较小，该项技术是利用高层建筑地下室基坑平面形状通常是闭合的多边形的特点，而土压力是随深度而线性变化的分布荷载，没有集中力，因而可以采用圆形、椭圆形、蛋形或由几条二次外凸曲线围成的闭合拱圈来支护基坑。当基坑周边并非均有条件起拱的情况下，可在有条件起拱的坑边采用钢筋混凝土直墙加型钢内支撑支护结构。其截面构造简图见图2-8所示图2-8 拱墙截面构造示意简图1地

19、面；2基坑底拱墙支护技术特点：受力结构合理，安全可靠度高。拱结构以受压为主，拱内弯矩很小，采用拱圈挡土结构支护深基坑时，拱圈具有自动调节和平衡作用于拱圈上的土压力的能力，因而挡土结构本身强度破坏或失稳的可能性很小，并且坑口的水平位移也很小，从而提高了基坑支护的安全和基坑周边建筑物及道路管网的安全；经济合理，大幅度节省支护费用。逆作拱墙支护技术采用水平环向拱支护深基坑，因而这种支护结构不需要嵌固至基坑底以下，因而支护基坑开挖高度的一部分或全部，从而可大幅度节省建筑材料，支护造价较低，一般仅为挡土桩支护造价的3060左右，经济合理；节省工期，施工方便快捷。逆作拱墙支护结构是自上而下分多道与基坑挖土

20、同步交叉进行，拱墙施工本身独占的工期很少，逆作拱墙的施工是紧贴基坑壁作一条弯曲的钢筋混凝土地梁，施工非常方便，与采用挡土桩支护方案相比，一般可以节省13个月基坑开挖期；改善劳动条件，避免环境污染。逆作拱墙的施工如同施工一个超大口径的人工挖孔桩，大开口露天作业，劳动条件较好，而采用挡土桩会带来因打桩而产生的机械噪音或泥浆污染或人工挖孔桩的深井作业空气流动较差等带来的各种环境污染和恶劣的劳动条件。第三章 土压力理论3.1 土压力3.1.1 主动土压力和被动土压力主动土压力是指当挡土墙（支护体）发生离开土体方向的位移，当挡土墙（支护体）的位移达到一定程度时，其后的土体达到极限平衡状态，此时的土压力减

21、小至最小，称为主动土压力。一般来说当支护结构变形为基坑深度的0.10.8，此时的土压力为主动土压力。被动土压力是指当挡土墙（支护体）在外力作用下，发生挤向土体的位移，当挡土墙（支护体）的位移达到一定程度时，其后的土体达到极限平衡状态，此时的土压力达到最大值，称为被动土压力。一般来说当支护结构变形为基坑深度的15，此时的土压力为被动土压力。对于朗肯土压力理论，它假定墙背与填土间没有摩擦力、挡土墙墙背直立、墙后填土表面水平并无限延长，从而使得计算条件和适用范围受到限制，并且导致计算主动土压力偏大，被动土压力偏小的结果，适用于粘性土和非粘性土；对于库仑土压力理论，他假定挡土墙是刚性的、填土是各向同性

22、、均质的砂土、土体达到极限平衡状态时滑动破坏面是平面，库仑土压力理论只适用于无粘性土，并且假设滑动面为平面，而实际的滑动面可能为曲面。从而导致主动土压力偏小（210）、被动土压力偏大的结果.3.1.2 静止土压力 静止土压力是在挡土墙（支护体）施工过程中土体不受扰动并在建造后不发生位移的条件下，挡土墙（支护体）后填土处于弹性平衡状态，此时墙（支护体）背上的土压力称为静止土压力。静止土压力计算公式：其中对于的取值可采用杰基经验公式和在侧限压缩仪中测量，也可以通过经验值得出。1）杰基经验公式：，其中是由有效应力得出的有效内摩擦角，大于内摩擦角，可由标贯试验确定：对于颗粒级配良好的土粒有两种表示方法

23、，分别为（坦哈姆公式）和（大崎公式）；2）在侧限压缩仪中埋设测量水平压力的设备得出：或者是由得出；3）根据表3.1中的取值，然后选取合适的值。表3.1 经验值土类型碎石土砂土粉土粉质粘土粘土坚硬可塑软塑流塑坚硬可塑软塑流塑0.180.250.250.330.330.330.430.530.330.530.733.1.3 不同支护结构的土压力分布模式如果能够确定不同条件下支护结构上土压力的分布模式，根据这些模式来设计基坑支护结构无疑更具有经济性和可靠性。然而，土压力的分布模式是一个相当复杂且至今还没有很好解决的课题。但从工程实用角度出发，通过一些工程现场测试和室内模型试验资料，可以归纳出以下几种

24、适用于不同类型支护结构设计计算的土压力分布模式，见图3-1所示。图3-1 四种类型围护结构土压力示意图(a)无支撑围护(下端固定) ；(b)单道顶撑围护(下端固定)；(c)单道顶撑围护 ；(d)多支撑围护（一）三角形分布模式如图3-1(a)所示，这种围护结构的土压力分布与围护体位移相一致并接近于主动土压力状态，主动土压力随深度成线性正比增大。这种模式适用于水泥土支护结构或悬臂板式支护结构。墙体的变位为绕墙底端或绕墙底端以下某一点转动，即墙顶端位移大，墙底端位移小。图3-1(b)所示围护体在顶端弹性有支承并埋置较深，相当于下端固定的情况。因其上、下两点基本不发生水平位移，因此其变形与简支梁相近。

25、此时若其预计位移满足要求，则土压力基本处于主动状态，仍可近似按三角形分布模式计算。（二）三角形加矩形组合分布模式如图3-1(c)所示，围护体虽在顶端有弹性支承但因其埋深较浅，下端水平位移较大，因此其应力重分布范围大。图3-1(d) 中多支撑或多锚围护体接近于平行移动，因此若采用预压力则土压力就背离了三角形分布而接近于矩形分布。这二种情况下的土压力分布可以简化为主动土压力在基坑开挖面以上随深度的增加成线性增大分布，在开挖面以下为常量分布的三角形加矩形组合分布模式。这种土压力分布模式及其大小还决定于一些因素的相互作用，如预加应力的采用及位置、约束程度、系统刚度及施工工序。调节支撑布置及预加荷载大小

26、可调节土压力分布。一些研究人员提出预计的围护体位移不足以使土压力进入主动状态，则侧向土压力应同时考虑主动土压力和静止土压力的作用，以下式计算：其中； 为增大的主动土压力系数。（三）R形分布模式对拉锚式板桩墙，实测的土压力分布呈现两头大中间小的R形分布。这估计与板桩墙在底端以上有一转动点有关，在转动点以下墙背出现被动土压力、在锚着点出现提高的主动土压力。需要注意的是土压力的分布图式与工程工况有关，试图用一个对各类支护结构都适用的统一的土压力分布图式是不现实的，应针对不同刚度和变位条件的支护结构采用相应的土压力分布图式。3.1.4 实际土压力分布在实际情况下，土压力分布不仅与土体性质有关，还与支护

27、结构的变形有关。支护结构的变形与土压力分布的关系见图3-2。图3-2 实际土压力分布a）当墙完全不动时，静止土压力；b）当墙顶固定，下端向外移动时，土压力呈抛物线形；c）当墙上下两端固定，墙中央向外鼓出时，土压力呈马鞍形；d）当墙平行向外移动，土压力呈抛物线形；e）当墙绕下端中心向外倾斜时，主动土压力（重力式挡墙）。在基坑工程中，主动土压力极限状态一般较易达到，而达到被动土压力极限状态则需要较大的土体位移，如图3-3所示。图3-3 土压力与支护结构水平位移的关系3.1.5 被动区的弹性法 对于被动区的土压力采用弹性法，温克尔假定：式中：地基反力系数、地基抗力系数、基床系数、弹簧常数；土体的位移

28、变形。水平基床系数的分布：式中：基床系数随深度变化的比例系数；土的类别参数指数，由试验确定；常数，与土的类别有关，由试验确定。在桩基常用的方法有以下几种： ； （“m”法）； （“C”法）； “K”法：假定桩的第一挠曲零点以上按抛物线变化，以下为常数。地基水平基床系数分布见图3-4.图3-4 地基水平基床系数分布图a常数法；bm法；cC值法；dK法；e、f、g3.2 水压力 围护结构两侧作用的水压力，在侧压力中占有很大的比例，尤其在软土地基中地下水位较高的情况下，要比作用土压力大得多。按照水土分算原则水压力时，按有无产生地下水渗流的情况，采用不同的水压力分布模式。3.2.1 不考虑地下水渗流作

29、用的情况当基坑围护结构中防渗帷幕进入地基土中的相对不透水层，且有一定深度，能满足抗渗流稳定性要求，防渗帷幕能形成连续封闭的基坑防渗止水系统时，基坑内外地下水的作用可按静水压力直线分布计算，不考虑渗流作用对水压力的影响。在软土地区，常以地基土的渗透系数大小来划分其渗透性的强弱程度。当土层的渗透系数小于10-6cm/s时，可作为相对不透水层。在目前的工程设计中，对于不考虑地下基坑内地下水位以上，水压力呈三角形分布；基坑内地下水位以下，考虑主动区与被动区静水压力抵稍后，水压力呈矩形分布，如图3-5图3-5不考虑地下水渗流作用时的水压力分布模式3.2.2 考虑地下水渗流作用的情况 对防渗帷幕下仍为透水

30、性很强的地基土，且坑内外存在水头差时，开挖基坑后，在渗透作用下地下水将从坑外绕过帷幕底渗入坑内。由于水流阻力的作用，作用水头沿程降低，坑外、坑内的水压强度呈现不同的变化，坑外作用于帷幕上的水压力强度将减小而坑内作用于帷幕上的水压力强度将增大。在这种情况下，计算中应考虑渗流作用对水压力带来的影响。1) 按图3-6（a）的分布模式计算基坑内地下水位处的水压力，由该处的静水压力值减去计算：式中：基坑开挖面处水压力修正值； 基坑外的近似水力坡降，取； 基坑内、外侧地下水位差（m），； 基坑外侧、基坑内侧地下水位至围护墙底端的高度（m）。围护墙底端处的水压力由基坑开挖深度处的静水压力减去计算：式中：围护

31、墙底端处水压力的修正值； 基坑内被动区的近似水力坡降，取 （a） （b）图3-6 地下水有稳态渗流时的近似水压力分布模式2） 按图3-6（b）的水压力分布模式计算按基坑内地下水位处的静水压力为，围护墙底端处为零的三角形先兴奋不模式计算水压力。3.3 土、水压力的计算在基坑工程中，地下水位以下的土体侧压力计算时一般有两个原则，即：水土分算的原则和水土合算的原则。3.3.1 水土分算原则 水土分算原则，即分别计算土压力和水压力，两者之和作为总的侧压力。这一原则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况，一般适用于碎石土、砂土、粉性土和粉质粘土等渗透性较好的土层。对无地下水渗漏的永久

32、性地下结构，即使有附加应力，地下孔隙水压力的分布最终和静水压力相一致，可采用“水土分算”。对临时性支护工程，砂性土地基一般也应采用“水土分算”。采用“水土分算”时，作用在支护结构上的侧压力计算（如图3-7）可采用下面公式。地下水位以上部分：地下水位以下部分：式中，为地面距地下水位处距离；为计算点距地面距离；为土的重度；为土的浮重度；为水的重度。应用上式应注意的是，计算应采用土的有效抗剪强度指标、，这样才能与土的有效自重应力相匹配。一般认为对砂质土宜取这种计算模式，实际上只有墙插入深度很深，墙底进入绝对不透水层，而且墙体接缝滴水不漏时，才符合这种模式，这显然是偏大的。由于支护体接缝、桩之间的土及

33、底部向坑底渗漏现象的存在，以及渗透系数不大于10-4cm/s的粘性土和支护体接触面很难累积重力水，现场实测的孔隙水压力均明显低于静水压力值。图3-7 水土分算法 图3-8 水土合算法3.3.2 水土合算原则 水土合算的原则认为土孔隙中不存在自由的重力水，而存在结合水，它不传递静水压力，以土粒与孔隙水共同组成的土体作为对象，直接用土的饱和重度和总应力抗剪强度指标来计算土压力，这一原则适用于不透水和弱透水的粘土、粉质粘土和粉土。对地下水位以上部 ，主动土压力为：对地下水位以下部分：式中，为土的饱和重度；为水位下土的主动土压力系数。计算 时，土体的强度指标应取总应力指标、值进行计算。第四章 支护结构

34、内力支护结构的内力分析从早期的古典分析法（静力平衡法、等值梁法等）到解析法（弹性支点法）再到复杂的数值分析法，这里主要介绍静力平衡法、等值梁法和弹性支点法。4.1 静力平衡法此方法适用于底部自由支撑的悬臂式支护结构和单支点支护结构。如图4-1为悬臂支护结构的受力分析，其分析步骤为：1） 计算桩（墙）上土压力：利用朗肯土压力理论计算两侧主、被动土压力；2） 计算桩（墙）的嵌固深度：计算墙底后主动土压力和墙前被动土压力，求出图中的u，这是第一个土压力为零的点； 计算d点以下土压力合力并求出y；图4-1 悬臂式支护结构受力分析图 计算d点处和，计算桩底处和；计算嵌入深度：，联立求解得出z与t0，既可

35、求得桩的嵌入深度，实际取 3）计算桩（墙）最大弯矩：即剪力为零的点，则有：，令，求出d，就可以求出弯矩。对于单支点支护结构，如图4-2为其受力分析图，单支点支护结构与悬臂式支护结构的区别：单支点由于顶端有支撑而不致移动，因而形成一个铰接的简支点， 图4-2单支点支护结构受力分析图 桩（墙）入土部分较浅时为简支，较深时为嵌固。对A点： 联立求解得出R与tmin，最大弯矩在桩顶以下剪力为零的位置。 4.2 等值梁法假定：讲桩（墙）体视为一端为弹性嵌固而另一端为简支的梁。其净土压力为零的位置与弯矩零点位置很接近，故在此断开作为两个简支梁来计算。其受力分析图见4-3，步骤为：图4-3 等值梁法受力分析

36、图1）计算净土压力为零的位置即图中B点；2）对等值梁AB来说：，计算出支撑反力及B点剪力，得到：，；3）对等值梁BG来说：，求得：，即桩的最小入土深度为：，但为了安全起见取；4）由等值梁求算最大弯矩值。4.3 逐层开挖支撑力不变法假定：每层支撑受力后不因下阶段开挖及支撑而改变数值，钢支撑施加轴力，锚杆施加预应力；设置前一支撑后，下一层开挖时其变形很小，认为不再变化；前一层支撑阶段，挖土深度满足下一层支撑施工需要；每层支撑安装后，其支点计算时可按简支考虑；逐层开挖支撑时都必须考虑基坑下零弯点距离，即净土压力为零的点。基坑开挖到B点以下若干距离，在未做B点支撑时必须考虑悬臂桩的要求，如弯矩、位移；

37、在做支撑B时，要满足第二层支撑C点尚未施工的承载力要求。其分析图见4-4，步骤为：1） 按理论公式或查表算出O点弯矩，即零弯矩点；2） 求O点以上土压力（包括主动土压力、水压力及地面荷载产生的侧压力）；3）根据求出，然后根据求出；4） 之后的步骤与上述步骤相同。对于连续梁，往往支座负弯矩大于跨中弯矩，可先求出几个制作的负弯矩，然后选取其图4-4 逐层开挖支撑力不变法分析图 中最大弯矩值作为设计值。4.4 弹性支点法（侧向弹力地基反力法或土抗力法）假定：将挡土结构视为竖向放置的弹性地基梁，支撑或锚杆简化成弹簧支座，基坑内开挖面以下体采用温克尔地基模拟（即压强）。其受力分析图见图4-5，分析步骤为

38、：1） 支护结构变形的方程： 其中第n工况基坑开挖深度，荷载计算宽度，抗力计算宽度；2） 的确定；3） 土水平抗力系数的比例系数的确定；4） 支护结构的内力：弹性支座反力：，其中由弹性支点法计算得到的第j道支撑外的侧向位移，由弹性支点法计算得到的第j道支撑设置之前该处的侧向位移，第 图4-5 弹性支点法受力分析图 j道支撑的预加力。第五章 部分特殊地下结构及其施工5.1 新奥法 新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程

39、设计施工的方法和原则。新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。新奥法有几大原则：1) 充分保护围岩，减少对围岩的扰动；2) 充分发挥围岩的自承能力；3

40、) 尽快使支护结构闭合；4) 加强监测，根据监测数据指导施工。这几大原则可以简单的概括为“短进尺、弱爆破、紧封闭、早喷锚、勤测量”。新奥法与传统的刚拱架厚壁混凝土支护体系相比，新奥法支护结构是以锚杆、喷混凝土、可缩可屈性刚拱架等材料构成的薄壁柔性支护结构。薄壁柔性结构是在受剪状态下工作，而旧的厚壁结构则是在受弯状态下工作；前者可以充分利用混凝土的抗剪强度，大幅度降低材料用量。另外，由于薄壁衬砌，开挖石方量也大大减少。因此，采用新奥法具有省人力、省资源、成本低等优点。5.2 沉井法沉井法又称沉箱凿井法（shaft sinking bycaisson method）。在不稳定含水地层掘进竖井时，于

41、设计的井筒位置上预先制作一段井筒，井筒下端有刃脚，借井筒自重或略施外力使之下沉，将井筒内的岩石挖掘出的施工方法。挖掘与下沉交相进行，直到穿过不稳定地层。其中沉井平面形式见图5-1。图5-1 沉井平面形式(1)圆形单孔沉井；(2)正方形单孔沉井；(3)矩形单孔沉井；(4)矩形双孔沉井；(5)椭圆形双孔沉井；(6)矩形多孔沉井按井内淹水与否分为不淹水沉井和淹水沉井两种。淹水沉井又分壁后泥浆淹水沉井和壁后施放压气淹水沉井。按井壁下沉动力可分为自重沉井和加载沉井。后者又分为震动沉井和压水沉井。不淹水沉井在沉井内排水，工人在井底工作面掘进。除井壁在地面浇筑、随掘进随下沉外，其他工序和普通凿井法相同。由于

42、排水造成井内外压力不平衡，下沉深度受到限制，本法不宜在涌水大、流砂层厚的表土层采用。5.2.1 淹水沉井特点是：井内淹水，保持井内外压力平衡，可防止涌砂冒泥；壁后灌注减阻介质；掘进与排渣均在水下完成；一般采用水枪或钻机破土、压气排液器排渣。该法工艺较简单，需用设备少,机械化程度高,工人不下井，作业条件好，成本较低，除砾卵石层外，一般均可采用。但由于量测和纠偏技术尚未完全解决，沉井下沉速度和偏斜程度较难掌握，往往影响工期。具体示意图见图5-2。图5-2 淹水沉井法示意图淹水沉井施工工艺的主要内容：施工准备掘进出渣井壁施工封底固井。5.2.2 震动沉井在预制的薄壁长段井筒上部装有井帽，在其上安置震动机，带动井筒震动，加大井筒的下沉力，并促使井壁四周土壤液化,减少沉井周边的摩擦阻力,加快下沉速度。本法由建桥工程使用的震动管柱法移植而来，自1958年起，在中国淮北矿区用该法相继建成了十多个井筒，优点是机械化程度高，成井速度快，成本低。由于震动机的加载有一定限度，在遇到砾卵石层时，井壁容易断裂，且地面及井筒周围受震动影响，适用条件受到限制。压水沉井，加载沉井的另一种形式，在沉井刃脚上增设伞形钢结构底罩,把井筒和刃脚隔开，伞上灌水