基坑支护结构的计算

1、第二部分基坑支护结构的计算支护结构的设计和施工，影响因素众多，不少高层建筑的支护结构费用已超过工程桩基 的费用。为此，对待支护结构的设计和施工均应采取极慎重的态度，在保证施工安全的 前提下，尽量做到经济合理和便于施工。一、支护结构承受的荷载 支护结构承受的荷载一般包括-土压力-水压力 -墙后地面荷载引起的附加荷载。1 土压力主动土压力：若挡墙在墙后土压力作用下向前位移时随位移增大，墙后土压力渐减小。当位移 达某一数值时，土体内出现滑裂面，墙后土达极限平衡状态，此时土压力称为主动土压 力，以Ea表示。1/,Eaj7*小儈裂面静止土压力：若挡墙在土压力作用下墙本身不发生变形和任何位移（移动或滑动）

2、，墙后填土 处于弹性平衡状态，则此时作用在挡墙上的土压力成为静止土压力。以E0表示。被动土压力:若挡墙在外力作用下墙向墙背向移动，随位移增大，墙所受土的反作用力渐增 大，当位移达一定数值时，土体内出现滑裂面，墙后土处被动极限平衡状态，此时土压 力称为被动土压力，以Ep表示。主动土压力计算?主动土压力强度?无粘性土Pq - yH tan 2 （45 "-手）-2c * tan（ 45 ' 一 ）-yHK a-塔 yHKoo粘性土= /H tan 2 （4?-出）一 2c tan（ 45 " 一 彳）=yHK厂2c長 土压力分布对于粘性土按计算公式计算时，主动土压力在土

3、层顶部( H=0处)为负值，即P(l = -2c tan( 45 ° - 中表明出现拉力区，这在实际上是不可能发生的。只计算临界高度以下的主动土压力土压力分布可计算此种情况下的临界高度 Zc,进而计算临界高度以下的主动土压力Pa=7(H-Zc)Ka被动土压力计算被动土压力强度?无粘性土Pp = tan 2(45 ° + ：-) = yHK pK D = tan 2 (45+ )p 2粘性土Pp - yH tan2(45 +) + 2c tan(45° + )=徂匚+ 2。罠计算土压力时应注意?不同深度处土的内聚力C不是一个常数，它与土的上覆荷重有关，一般随深度 的

4、加大而增大，对于暴露时间长的基坑，土的内聚力可由于土体含水量的变化和 氧化等因素的影响而减小甚至消失。?、C值是计算侧向土压力的主要参数，但在工程桩打设前后的、C值是不同的。在粘性土中打设工程桩时，产生挤土现象，孔隙水压力急剧升高， 对、C值产生影响。另外，降低地下水位也会使、C值产生变化。水压力作用于支护结构上的水压力一般按静水压力考虑。有稳态渗流时按三角形分布计算。在有残余水压力时, 水压力按梯形分布。水压力和土压力?水压力和土压力的分算或合算问题? 一般情况下，由于粘性土中水主要是结晶水和结合水，宜合算; 标准判断。液性指数：1宜分算；液性指数：W 0,宜合算；液性指数：（0, 1）,按

5、最不利计算。?在砂性土中土颗粒之间的空隙中充满的是自由水，受重力作用, 用，宜分算。合算时，地下水位以下土的重力密度采用饱和重力密度也可以依据下述为静水压力作?分算时，地下水位以下土的重力密度采用浮重力密度 静水压力，然后相加。?水土分算时（注意：水压力所选取的图形）;再另外单独计算匕二y'H匚-力宾人兀Pp = yHKp2c+ywHw水土合算时：巴=VHKa -P产八2亡灰墙后地面荷载引起附加荷载常见有两种情况：墙后有均布荷载q;距离支护结构一定距离有均布荷载q。墙后有均布荷载q如墙后堆有土方、材料等地面均布荷载对支护结构引起的附加荷载，可按下式计算勺=qK a工1距离支护结构一定距

6、离有均布荷载q此时压应力传到支护结构上有一空白距离hl，在hl之下产生均布的附加应力：h = < taii（ 45°+二）心；合力工作用点至桩、墙底的距离心合力丫 6作用点至墙底的距离h.心分别为基坑挖深 和桩墙入土深度工比工乙：分别为被动土压 力合力和主动土压力合力支护结构的设计?深基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计?基坑支护结构极限状态可有两类：-承载能力极限状态-正常使用极限状态1承载能力极限状态：对应于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或基坑周边环 境破坏；2正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基

7、坑周边环境的正常使用功能。基坑侧壁安全等级及重要性系数安全等 级破坏后果丫 0一级支护结构破坏、土体失稳或变形过大对基坑周边环境 及地下结构施工影响严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境 及地下结构影响一般1.00三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境 及地下结构施工影响不严重0.90支护结构的计算?支护结构可分为两类:-重力式支护结构（加固型）-非重力式支护结构（支挡型）?重力式包括深层搅拌水泥土桩挡墙、旋喷桩帷幕墙?非重力式包括钢板桩、钢筋混凝土预制桩、钻孔灌注桩（排桩）挡墙、地下连续 墙等。二、重力式支护结构计算深层搅拌水泥土桩挡墙是用特制的进入土深层

8、的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与 地基土进行原位强制搅拌制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状 挡墙，既可挡土又可形成隔水帷幕。旋喷桩帷幕墙是钻孔后，将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋 转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中，形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙。旋喷桩帷幕墙可用作支护结构挡土，也可用于挡水。?（一）原理 重力式支护结构是依靠结构自身重力来维持极限平衡状态的。?（二）荷载组合- 1 土压力；- 2重力式结构自重；- 3地面超载包括：永久荷载、道路荷载、可变地下水位和施工荷载（施工机械荷载、材料堆放荷载）以及偶然荷载（地震荷载、人防荷载）。重力式结构计

9、算内容：? 1滑动稳定性验算? 2倾覆稳定性验算? 3土体整体滑动验算? 4.坑底隆起验算? 5.管涌验算重力式支护结构计算简图重力式支护结构主要是深层搅拌水泥土桩墙和旋喷桩帷幕墙，计算简图如图:重力式支护结构计算（滑动稳定性）1滑动稳定性验算f-/ + E pK L =：K k :抗滑动稳宦丈个系数目W墙体自重；女基底墙体与土的摩擦系数:Ep被动土压力合力：Ea主动土压力合力2倾覆稳定性验算”十E /A；1 1& . 抗倾覆稳定安全系数;W 墙体自重：b墙体厚度之半*h p和h , 分别为耳和&对墙趾A点的力臂。重力式支护结构（整体滑动验算）.土体整体滑动验算水泥土桩挡墙由

10、于水泥掺量少，故将 其看作提高了强度的 部分土体，进行土体 整体稳定性验算。重力式支护结构计算（基坑隆起）4.坑底隆起开挖面以下墙体能起帮助抵抗地基土隆起的作用，宜假定土体沿墙体底面滑动，认为墙体底面以下为一圆弧，如图所示。产生滑动力的是 和q,抵抗滑动的则为土体抗剪强度。EO对于非理想粘性土，土的抗剪强度为:t = ctan(p+cAB面上 E应为水平侧压力，取<7 ' = /Z tan 2 ( 45- -)9t 2=(Jl<in(+ u =(Y Z 十 q)K 幺 t<ui俨十cr z-crn tan (p+ c=(qf+yD sina ) sin2 a tan(

11、p+I q f+yD sina) sinacosaK atanq>+c= a tan ® + c=yD sin、a tan cp + yD sin 2 a cos ocK a tan cp + c将滑动力矩与抗滑力矩分别对圆心O取矩，得滑动力矩 M $ = (/H + q)D 22/抗滑动力矩h77M r = J 巧dZ £)+J 砂加£)+ J 瑞dccDf将上式积分并整理后得 laM r = Ka tan cp000+ qH £)+如尸+扌0竺I 2rrzl+ tan q) q fD 2 + yD ' ) + c (HI) + 7rD

12、2) + A/ a为达稳定， 如要严格控制地 度，或进行坑底土体加 使该系数达到1占2JLyfh挡墙入土深度如满足以下要求，也不哙 产生管涌抗隆起安全系数K ,避免基坑隆起，必须满足上式 面沉降，则需增加挡墙入土深 提高土体抗剪强度如坑底以上的土层为松散填土、多裂隙土层 等透水性好的土层.则地下水可略去，此时 不产生管涌的条件为：三、非重力式支护结构计算?非重力式支护结构包括钢板桩、钢筋混凝土预制桩、钻孔灌注桩挡墙、地下连续 墙等。? 常有支撑或拉锚 5.管涌验算 当基坑地下水的向上渗 流力7(Gd)>/时土颗粒 处于悬浮状态，于是坑 底产生管涌现象。不发生管涌的条件应为Y > k

13、 厂hf+ 2r 1KI%2v二/t非重力式支护结构挡墙的破坏包括强度破坏、稳定性破坏。一、强度破坏（非重力式） K拉锚破坏或支撑压曲地面荷载增加过多、土压力过大使拉杆断裂，或锚失败、腰梁破坏、内支撑受压失稳杠2支护墙体底部滑动支护墙入土深度不够 或挖土过深以及水的冲刷 均可产生这种破坏口需正确的计算入土深度或进行被动土区加茴3、支护墙的平面变形过大 或弯曲破坏。支护墙截面过小、土 压力估不准、墙后地面荷 载增大或挖土超深。需准确计算最大弯矩值以验算截面。二、非重力式支护结构的稳定性破坏X墙后土体整体滑动失稳。拉锚的长度不够、软粘土发生圆弧滑动，引起支护结构整体失稳。2、挡墙倾覆3、坑底隆起如

14、挖土深度大，由 于卸土过多，在墙后土 重及地面荷载作用下引 起坑底隆起。管涌在砂土区，当地 下水位较高、基坑较 深时，在动水压力作 用下，地下水绕过支 护墙连砂土一同涌入 基坑。悬臂式挡土结构的计算?悬臂式挡土结构，对于土的性质、荷载大小等非常敏感，它完全依靠足够的入土深度来保持其稳定性，故其基坑深度一般不大于4m。?悬臂式挡土结构，对于土的性质、荷载大小等非常敏感，它完全依靠足够的入土深度来保持其稳定性，故其基坑深度一般不大于4m。?计算内容：1嵌固深度2、结构强度计算ESEh/；h0.3/?E.i力尸工Epj1乃九工E“ > 0嵌固深度计算悬臂无支撑| 省墙，其压力分h ft?为主动

15、土压 力，是三角形分 布，被动土压力 也是三角形分布 4当基坑底为碎石土及砂土，基坑内排水且作 用有渗透压力时，嵌固深度设计值还应满足下 式抗渗稳定条件：打A 1丄人（ 一九）h网:地|佃至地下水位的高度h :基坑挖深支护结构强度计算? 1、首先寻找最大弯矩作用点。工E和桩墙底以上基坑外侧各土层主动土 压力强度和-当确定悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计 值（构造要求1 悬臂式支护结构嵌固深度设计值宜按下 式确定：司桩墙底以上基坑内侧各土层被动土压力强度和悬臂式挡土结构的计算简图在哪里？?2、计算最大弯矩值（验算）如何计算？支护结构计算的其它方法? 1、弹性曲线法? 2、竖向弹性地基梁法（基床

16、系数法） ? 3、有限元法用等值梁法计算单锚、单支支护结构图中丹b梁一端定一bb等值梁法端简支，弯矩图的正负弯 矩在（:点转折，若将甜b梁 在（:点切断*并于C点加一 自由支承形成M梁，则 梁上的弯矩将保持不变， 即称昶梁为Hb梁上机段上 的等值梁。计算方法是等值梁法S等值梁法的关键是如何确定反弯点的位置栓对单锚或单撑支护结 构，地面以下土压力为 零的位置，即主动土压 力等于被动土压力的位 置，与反弯点位置较接 近用等值梁法计算单锚、单支支护结构（1）计算土压力6o单层支点支护结构计算简倏(2)基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置e eQ 1 tf> I k (3)支点力TCI可按下式计

17、算；二等值梁袪.对反弯点取矩：耳 儿i E肚细垃城知T札嵌固深度的计算嵌固深度町设计 值可按下式确定：计算内力和配筋 求单层支撑支护结构的最大弯矩 Mmax :?发生在剪力0处，根据剪力为0求得Mmax处的位置y,进而求得Mmax。 ?弯矩图可按静力平衡条件求得?可以分段配筋，也可以按最大弯矩断面通长配筋.多锚、多支支护结构的计算?按连续梁计算（等值梁法）?按工况逐一计算 什么是工况？四、支护结构的施工支护结构施工一.支护结构的选型（一） 钢板桩1槽钢钢板桩2.热轧锁口钢板桩（二）钢筋混凝土板桩（三）钻孔灌注桩挡墙（四）H型钢支柱（或钢筋混凝土桩支柱）（五）地下连续墙（六）深层搅拌水泥土桩挡墙

18、（七）旋喷桩帷幕墙钢板桩1槽钢钢板桩 由槽钢并排或正反扣搭接组成。槽钢长68m,多用于深度不超过4m的基坑顶部宜设一道支撑或拉锚2热轧锁口钢板桩其形式有U型、Z型、一字型鲁H型和组合型。n u 型 I z 型/c_字型25C钢筋混凝土板桩该板桩截面带企口，有一定的挡水作用.顶部设圈梁，用后不再拔除，永留地基土中口适于 m基坑但应用较少o钢板桩的施工（二）打设前准备工作1钢板桩的检验和矫正2导架安装3沉桩机械的选择打设钢板桩可用落锤、汽锤、柴油锤和振动锤，前三种皆为冲击打入法，此法可 使桩锤的冲击力均匀分布，保护桩顶免受损坏。（三）钢板桩的打设和拔除1打设方式选择单独打入法 即从板桩墙的一角始，

19、逐块打设，直至工程结束。屏风式打入法 即将1020根钢板桩成排插入导架内，呈屏风状，再分批施打（按屏风排数，分为单屏风、双屏风和全屏风）（三）钢板桩的打设和拔除2钢板桩的打设吊车对准插桩，经纬仪加以控制，分几次打入。注意位置和方向的精度，每打入 1m应测量一次。3、钢板桩的拔除拔桩前要研究钢板桩拔除顺序、拔除时间和桩孔处理方法。拔除宜用振动锤或振动锤与起重机共同拔除。钻孔灌注桩挡墙施工? 钻孔灌注桩挡墙施工? 钻孔灌注桩施工时无振动，不会危害周围建筑物等，造价低，有优越性。? 施工速度慢，宜注意质量。? 钻孔灌注桩的间距由计算确定。? 钻孔灌注桩用作支护桩时，按钢筋混凝土正截面受弯构件计算配筋。 深层搅拌水泥土桩墙施工（一）施工机具1 深层搅拌机 中心管喷浆方式 叶片喷浆方式 前者的输浆方式是水泥浆从两根搅拌轴间的另一根管输出；后者是使水泥浆从叶 片的小孔喷出。2 配套机械（灰浆搅拌机、集料斗、灰浆泵。） （二）施工工艺定位 预拌下沉 制备水泥浆 提升、喷浆、搅拌 重复上、下搅拌 清洗、移 位 深层搅拌水泥土桩墙（四）提高水泥土桩挡墙支护能力的措施1. 卸载 挖去顶部一部分以减少主动土压力2. 加筋 可在墙中压入竹筋等，有助于提