03 第二章基坑工程

1、 第第2 2 章章 基基 坑坑 工工 程程 教学内容教学内容： 基坑工程设计 基坑工程施工 基坑工程监测湖北工业大学土木与建筑学院 要求要求： 了解了解基坑工程的概念及现状、特点、设计内容、设计依据、设计计算方法， 掌握掌握基坑工程的概况、设计、监测方法。 第一节第一节 基坑工程概述基坑工程概述 一、基坑工程概念及现状一、基坑工程概念及现状 定义定义：基坑工程是为保护基坑施工、地下结构 的安全和周边环境不受损害而采取的支护、基坑 土体加固、地下水控制、开挖等工程的总称，包 括勘察、设计、施工、监测、试验等。 国内外基坑工程事故很多，导致基坑工程事故 的主要原因如下: (1) 设计理论不完善；

2、(2) 设计者方案不当、计算错误； (3) 设计、施工人员经验不足。 二二 支护结构的类型支护结构的类型 支护结构由挡土结构挡土结构、锚撑结构锚撑结构组成。 1. 1. 基坑支护结构的分类基坑支护结构的分类 1)1)桩、墙式支护结构桩、墙式支护结构 桩、墙式支护结构常采用钢板桩、钢筋混凝土板 桩、柱列式灌注桩、地下连续墙等。 2)2)实体重力式支护结构实体重力式支护结构 实体重力式支护结构常采用水泥土搅拌桩挡墙、高压旋喷桩挡墙、土钉墙等。此类支护结构截面 尺寸较大，依靠实体墙身的重力起挡土作用。 2. 2. 常用的支护结构形常用的支护结构形1) 挡土结构的常用形式挡土结构的常用形式 三三 、基

3、坑工程特点、基坑工程特点 1. 综合性强综合性强 基坑工程涉及工程地质、土力学、结构工程、 施工技术和监测设计等； 2. 临时性和风险性大临时性和风险性大 一般，基坑支护是临时措施，支护结构的安全储备较小，风险大； 3. 地区性地区性 各地区基坑工程的地质条件不同； 4. 环境条件要求严格环境条件要求严格 地质、施工因素复杂多变，气候、季节、周围水体均可产生重大变化。 四四 基坑工程设计内容基坑工程设计内容 1. 1. 基坑支护结构设计的极限状态基坑支护结构设计的极限状态 基坑支护结构设计应满足两种极限状态的要求。 1) 1) 承载能力极限状态承载能力极限状态 基坑工程的承载能力极限状态要求不

4、出现以下各种状况: (1) (1) 支护结构的结构性破坏支护结构的结构性破坏挡土结构、锚撑结构折断、压屈失稳，锚杆的断裂等 (2) (2) 基坑内外土体失稳基坑内外土体失稳基坑内外土体整体滑动，坑底隆起，结构倾倒或踢脚等破坏形式。 (3) (3) 止水帷幕失效止水帷幕失效坑内出现管涌、流土或流砂。湖北工业大学土木与建筑学院 2) 2) 正常使用极限状态正常使用极限状态 基坑的正常使用极限状态，要求不出现以下各种状况: (1) 基坑变形影响基坑正常施工、工程桩产生破坏或变位；影响相邻地下结构、相邻建筑、管线、道路等正常使用； (2) 影响正常使用的外观或变形； (3) 因地下水抽降而导致过大的地

5、面沉降。 2. 2. 基坑支护结构的设计内容基坑支护结构的设计内容 (1) 支护结构体系的选型及地下水控制方式； (2) 支护结构的强度和变形计算； (3) 基坑内外土体稳定性计算； (4) 基坑降水、止水帷幕设计； (5) 基坑施工监测设计及应急措施的制定； (6) 施工期可能出现的不利工况验算。 湖北工业大学土木与建筑学院 以上设计内容，可以分成三个部分：以上设计内容，可以分成三个部分： 支护结构的强度变形和基坑内外土体稳定性设计； 对基坑地下水的控制设计； 施工监测，包括对支护结构的监测和周边环境的监测。第二节第二节 基坑工程设计基坑工程设计 一一 支护结构设计的荷载及其组合支护结构设计

6、的荷载及其组合 (1) 土压力； (2) 水压力(静水压力、渗流压力、承压水压力) ； (3) 基坑周围的建筑物及施工荷载引起的侧向压力； (4) 温度应力； (5) 临水支护结构的波浪作用力和水流退落时的渗透力； (6) 作为永久结构时的相关荷载。其中，对一般支护结构，其荷载主要是土压力、水压力。1. 1. 土压力与水压力土压力与水压力 1) 静止土压力静止土压力 静止土压力标准值，可按下式计算： e 0ik（j hj + q ） K0i 式中： e 0ik 计算点处的静止土压力标准值 (kN/m2)； j 计算点以上第j 层土的重度(kN/m3) ，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取浮

7、重度； hj计算点以上第j 层土的厚度(m)； q地面的均布荷载(kN/m2)； K0i计算点处的静止土压力系数，宜由试验确定。湖北工业大学土木与建筑学院 2) 主动土压力和被动土压力主动土压力和被动土压力 可按朗肯公式或库仑公式；坑边有超载情况下 土压力的计算，以及朗肯公式、库仑公式参见 土力学教材。 3) 水土分算法水土分算法 按朗肯理论计算主动与被动土压力强度时，按下式计算： 4) 4) 水土合算法水土合算法 eaik(j hj+q）Kai-2ciKai1/2 epik(j hj+q）Kpi+2ciKpi1/2 式中：eaik、epik计算点处的主动、被动土压力标准值(kN/m2)，当e

8、aik0 时eaik =0； q地面均布荷载(kN/m2)； j 计算点以上第j 层土的重度(kN/m3) ， hj第j 层土的厚度(m)； w 水的重度(kN/m3)； Kai、Kpi计算点处的朗肯主动、被动土压力系数，Kai=tan2(45?i/2)，Kpi=tan2(45+?i/2)； ci、?i计算点处土的总应力抗剪强度指标 5) 5) 渗流作用对土压力的影响渗流作用对土压力的影响 在基坑内外存在地下水位差，墙后土体的渗 流作用，应通过流网分析计算，计算过程比较繁琐; 其综合作用为：坑外主动区总的水、土压力 值减小，这对支护结构的受力来说是有利的； 坑内被动区总的水、土压力值仍为减小，

9、这对 基坑的稳定性是不利的。 【例2.1】 基坑深8m，坑外地下水在地面下1m，坑内地下水在坑底面，坑边满布地面超载q=10kN/m2。地下水位以上=18kN/m3，不固结不排水抗剪强度指标c=10kPa、?=8；地下水位 以下sat=18.5kN/m3，不固结不排水抗剪强度指 标c=12kPa、?=15，锚杆位于地面下3m。用等 值梁法求桩的设计嵌入深度D、Mmax。解解 (1) (1) 采用水土合算法的荷载采用水土合算法的荷载。坑外地下水位以上主动土压力：令 eaik（j hj +q）Kai-2ci Kai1/2) =18h0tan2(45-8/2)-210tan(45-8/2) =13.

10、6h0-17.4=0， 得h0=1.3m1m；设临界深度在坑外地下水位以下设临界深度在坑外地下水位以下x x(m)(m)，则，则(18118.5x )tan2(4515/2)- 212tan(45-15/2)=10.6+10.9x-18.4=0 x=0.7m湖北工业大学土木与建筑学院 地面下深度z0.7m 处土所产生的主动土压力eaik(jhj )Kai-2ciKai1/2) = 181.0+18.5(z1)tan2(45-15/2) -212tan(45-15/2) =10.9z18.7 地面超载所产生的主动土压力： 坑外深度1.0m 以上: qKai=10tan2(45-8/2)=7.6k

11、Pa； 坑外深度1.0m下: qKai=10tan2(45- 15/2) =5.9kPa。 坑内坑底下深度y 处被动土压力：epik(j hj+q）Kpi+2ciKpi1/2 =(18.5y)tan2(450+15/2)+212tan (450+15/2) =31.4y+31.3 kPa 支护结构的荷载标准值分布如图2.10 所示, (2) 求反弯点位置(设反弯点在坑内坑底下深度y0处) 31.4y0 +31.3=10.9z18.7+5.9， z=y0+8(有图示几何关系得出）， 解得： y0=2.1 m。湖北工业大学土木与建筑学院湖北工业大学土木与建筑学院 (3) 由简支梁得锚杆水平力标准值

12、Ha1k、简支梁另一支座反力标准值Pd1k 如下(实质：所有力对反弯点的合弯距等于零）。 (2.1+83)Ha1k+1/2(31.42.1)2.11/32.1+31.32.11/22.1 =1/2(10.92.1+68.5)(2.1+810.7)1/3(2.1+810.7)+7.61(80.5+2.1)+5.9(7+2.1)1/2(7+2.1) 得出方程：7.1Ha1k+117.5=1074.7+73.0+244.3 解得： Ha1k=179.5 kN/m湖北工业大学土木与建筑学院 （计算实质：所有的水平合力为零）Pd1k=1/2(10.92.1+68.5)(2.1+810.7)+7.61+5

13、.9(7+2.1)1/2(31.42.1) 2.131.32.1186.0(P35倒数第4行书本上错，应为179.5)=130.7 kN/m (4) (4) 求桩的设计嵌入深度求桩的设计嵌入深度D D。( (实质：实质：PdlkPdlk和和挡土桩前土压力合力对桩底的弯距为0） 设反弯点距挡土桩底tn，tn=y2.1；挡土桩前土压力合力作用点距挡土桩底b=tn/3，则(31.4y+31.3)(10.9y+68.5) tn/2tn/3= Pd1ktn 即：20.5tn2+5.8tn942.0=0tn =6.6mD =Dmin=1.3(2.1+6.6)=11.3m湖北工业大学土木与建筑学院 (5)

14、求桩的设计弯矩Mmax。 反弯点位置不变，荷载采用设计值。 求锚杆水平力设计值Ha1：(荷载分项系数：分布荷载1.4，集中荷载1.2) (2.1+83)Ha1+1/2(31.42.1)1.22.11/32.1+31.32.11/22.11.2 =1/2(10.92.1+68.5) 1.2(2.1+810.7)1/3(2.1+810.7)+7.61.41(80.5+2.1)+5.91.4(7+2.1)1/2(7+2.1)Ha1=224.3kN/m 设剪力为0的点距地面x1(m)，8x11.7：湖北工业大学土木与建筑学院Ha1=1/2(10.9x118.7)1.2(x110.7)+7.61.41+

15、5.91.4(x11) 6.54x1214.08x1210.62=0 解得解得：x1=6.9m湖北工业大学土木与建筑学院Mmax=Ha1(x13)1/2(10.9 x118.7) 1.2(x110.7)1/3(x110.7)7.61.41(x10.5)5.91.4(x11)1/2(x11)=357.3(kNm/m)湖北工业大学土木与建筑学院 课堂作业： 将该题当中的地下水位以上=18kN/m3改为kN/m3，其他条件不变，重新计算该题湖北工业大学土木与建筑学院 1. 1. 极限平衡法极限平衡法 定义定义： 假设基坑外侧土体处于主动极限平衡状态，基坑内侧土体处于被动极限平衡状态，桩在水、土压力等

16、侧向荷载作用下满足平衡条件； 常用的方法：静力平衡法常用的方法：静力平衡法和等值梁法等值梁法； 静力平衡法和等值梁法计算支护结构内力时假设： (1) 施工自上而下； (2) 上部锚杆内力在开挖下部土时不变； (3) 立柱在锚杆处为不动点。湖北工业大学土木与建筑学院 1) 静力平衡法计算悬臂式支护结构静力平衡法计算悬臂式支护结构 悬臂式支护桩主要靠插入土内深度形成嵌固 端，以平衡上部土压力、水压力及地面荷载形成 的侧压力； 静力平衡法假设静力平衡法假设： 支护桩在侧向荷载作用下可以产生向坑内移动 的足够的位移，使基坑内外两侧的土体达到极限 平衡状态。悬臂桩在主动土压力作用下，绕支护 桩上某一点转

17、动，形成在基坑开挖深度范围外侧的主动区及在插入深度区内的被动区，如图2.5 所示：湖北工业大学土木与建筑学院湖北工业大学土木与建筑学院 在插入深度达到旋转点以下部分的作用以一个单 力Rc 代替，在满足绕桩脚C 点H 0，M c 0 的条件，求得悬臂桩所需的极限嵌固深度 ； 支护桩的设计长度L 按下式计算： L=h+x+Kt 式中：h基坑深度； x坑底至桩上土压力为零点的距离； K经验系数，H.Blum 建议K1.2。湖北工业大学土木与建筑学院注意：由图 所示的计算简图即可求得桩身各截面的内力，最大弯矩的位置在基坑底面以下，可根据剪力为零的条件确定湖北工业大学土木与建筑学院 2) 静力平衡法计算

18、锚撑挡土结构静力平衡法计算锚撑挡土结构 适合条件：适合条件： 挡土结构入土深度较小或坡脚土体较软弱时，可视挡土结构下端为自由端； 计算内容：计算内容： 用静力平衡法计算插入深度插入深度、内力内力(如图2.7 所示)。湖北工业大学土木与建筑学院湖北工业大学土木与建筑学院 锚杆水平分力可按下式计算： Haj = Eaj Epj 式中：Haj第j 层锚杆水平分力设计值(kN)； Hai第i 层锚杆水平分力设计值(kN)； Eaj挡墙后主动土压力合力设计值(kN) Epj坡脚地面以下挡墙前被动土压力合力设计值(立柱在坡脚地面以下岩土层内的被动侧向压力) (kN)；11jiaiH湖北工业大学土木与建筑学

19、院 最小入土深度Dmin 可按下式计算确定： EpK b- EpKan- =0（实质：所有的力对HanK作用点的弯距和为零） 式中：（注意：书中公式an丢了） EaK挡墙后主动土压力合力标准值(kN) EpK挡墙前被动土压力合力标准值(kN)； HaiK第i 层锚杆水平合力标准值(kN)； anEaK 作用点到HanK 作用点的距离(m)； bEpK 作用点到HanK 作用点的距离(m)； anHaiK 作用点到HanK 作用点的距离(m)aHainiai1湖北工业大学土木与建筑学院 立柱入土深度可按下式计算：立柱入土深度可按下式计算： D= Dmin 式中：D立柱入土深度(m)； 增大系数，

20、对一、二、三级边坡分别为1.5、1.4、1.3； Dmin挡墙最低一排锚杆设置后，开挖高度为边坡高度时立柱的最小入土深度(m)。湖北工业大学土木与建筑学院 3) 等值梁法计算锚撑挡土结构等值梁法计算锚撑挡土结构 适合条件适合条件： 挡土结构入土深度较大或为岩层或坡脚土体较坚硬时，可视立柱下端为固定端，用等值梁法计算插入深度、内力； 对单支点支护桩，如下图所示：湖北工业大学土木与建筑学院在BC 段中弯矩图的反弯点D 处切断，并在D 处设置支点形成AD 梁，则AD 梁的弯矩将保持不变；因此AD 梁即为AC 梁上AD 段的等值梁；湖北工业大学土木与建筑学院 反弯点的位置：反弯点的位置： 与基坑底面下

21、土压力等于零的位置相近，因此应用等值梁法计算时常以土压力为零土压力为零的位置代替，如上图示； 等值梁法计算单支点支护桩的步骤：等值梁法计算单支点支护桩的步骤： 第一步：第一步： 求得土压力为零点的D 点的位置，得等值梁AD，求得简支梁AD 的支座反力TA 及Pd； 第二步：求得第二步：求得x 值值 将DC 段视为一简支梁，下部嵌固作用以一个单力Rc 代替，由图2.8(b)按Pd 对C 点的力矩等于DC 段上作用的土压力对C 点的力矩的条件求得x 值， 第三步：第三步：临界插入深度t0见上图。湖北工业大学土木与建筑学院 湖北工业大学土木与建筑学院 计算坡脚地面以下立柱反弯点到坡脚地面的距计算坡脚

22、地面以下立柱反弯点到坡脚地面的距离离Yj ： eaKepK=0 式中： eaK挡墙后主动土压力标准值（kN/m)； epK挡墙前被动土压力标准值(kN/m)。 计算第计算第j 层锚杆的水平分力层锚杆的水平分力： （实质：所有的力对反弯点的弯距和为零） Haj=(Eajaj- )/aaj 式中：ajEaj 作用点到反弯点的距离(m)； aajHaj 作用点到反弯点的距离(m)； aaiHai 作用点到反弯点的距离(m)。aHainiai1aHainiai1湖北工业大学土木与建筑学院 计算第计算第j 层锚杆的水平分力层锚杆的水平分力Haj： 由j=1，2，3，j1 等逐步计算而得(相应求j1 次Y

23、j)；当求Haj 时假设1j1 层锚杆的水平分力不变。 计算最小入土深度计算最小入土深度Dmin ： j=n 时，Yj=Yn，等值梁在反弯点处的支点力为Eak- 与单支点支护桩求临界插入深度t0 相同的原理，可求立柱的最小入土深度DminniaikH1湖北工业大学土木与建筑学院 Dmin= Yn+tn tn=EpKb/(Eak- ) 式中：bEpK 作用点到反弯点的距离(m)。niaikH1湖北工业大学土木与建筑学院 立柱的内力计算：立柱的内力计算： 可根据锚固力和作用于支护结构上的侧压力按常规方法计算： 方法方法1:计算挡墙后侧向压力时，在坡脚地面以上部分计算宽度应取立柱间的水平间距； 方法

24、方法2:在坡脚地面以下部分计算宽度对桩应0.9(1.5D+0.5)(其中D 为桩直径)。湖北工业大学土木与建筑学院 【例2.2】 基坑深8 m，坑外地下水在地面下1 m，坑内地下水在坑底面，坑边满布地 面超载q=10kN/m2。地下水位以上=18 kN/m3，不固结不排水抗剪强度指标c=10 kPa，? =8；地下水位以下 sat =18.5 kN/m3，不固结不排水抗剪强度指标c=12 kPa，? =15，锚杆位于地面下3 m，用等值梁法求桩的设计嵌入深度D、Mmax。湖北工业大学土木与建筑学院 解 (1) 采用水土合算法的荷载。 坑外地下水位以上主动土压力： 令 eaik（j hj)Kai

25、-2ci Kai1/2) = (18h0 ) tan (45- 8/2)-210tan (45-8/2) =13.6h0-17.4= 0 得h0=1.3 m1 m； 设临界深度在坑外地下水位以下x(m)，则 (18 1.0+18.5x) tan2(45-15/2)-212tan(45-15/2)=10.6+10.9x-18.4= 0, x=0.7 m湖北工业大学土木与建筑学院 地面下深度z 0.7m 处土所产生的主动土压力：eaik（j hj )Kai-2ci Kai1/2) 1 =18 1.0+ 18.5(z1)tan2 (45- 15/2) -2 12 tan (45-15/2) =0.3

26、+10.9z18.4 =10.9z18.7 kPa湖北工业大学土木与建筑学院 地面超载所产生的主动土压力：坑外深度1.0 m 以上，qKai=10 tan2 (45 - 8/2) =7.6 kPa； 坑外深度1.0 m 下，qKai=10 tan2 (45 - 15/2) =5.9 kPa； 坑内坑底下深度y 处被动土压力：epik（j hj +q）Kpi+2ci Kpi1/2) =(18.5 y)tan2 (45+15/2)+ 2 12tan (45+15/2) =31.4y+31.3 kPa 支护结构的荷载标准值分布如图2.10 所示湖北工业大学土木与建筑学院 (2) 求反弯点位置(设反弯

27、点在坑内坑底下深度y 0 处)。 31.4 0 y +31.3=10.9z18.7+5.9，z= y 0 +8，所以y 0 =2.1 m。 (3) 由简支梁得锚杆水平力标准值Ha1k、简支梁另一支座反力标准值Pd1k：湖北工业大学土木与建筑学院 (2.1+83)Ha1k+1/2(31.42.1+31.3)2.11/32.1 =1/2(10.92.1+68.5)(2.1+810.7)1/3(2.1+810.7)+7.61(80.5+2.1)+5.9(7+2.1)1/2(7+2.1) 7.1Ha1k +71.5=1074.7+73.0+244.3 Ha1k =186.0 kN/m Pd1k=1/2

28、(10.92.1+68.5)(2.1+810.7)+7.61+5.9(7+2.1)1/2(31.42.1+31.3)2.1186.0 =383.8+7.6+53.7102.1186.0=157.0 kN/m湖北工业大学土木与建筑学院湖北工业大学土木与建筑学院 (4) 求桩的设计嵌入深度D。 设反弯点距挡土桩底tn，tn=y2.1； 参照“等值梁法计算简图”及“等值梁法计算单支点护桩简图”：挡土桩前土压力合力作用点距挡土桩底 b= tn /3，则 (31.4y+31.3)(10.9y+68.5) tn/2tn/3= Pd1k tn 20.5tn2+5.8tn942.0=0 tn=6.6m D=

29、Dmin=1.3(2.1+6.6)=11.3m湖北工业大学土木与建筑学院 (5) 求桩的设计弯矩Mmax ； 反弯点位置不变，荷载采用设计值。求锚杆水平力设计值Ha1： (2.1+83)Ha1+1/2(31.42.1+31.3) 1.22.11/32.1 =1/2(10.92.1+68.5) 1.2(2.1+810.7)1/3(2.1+810.7)+7.61.41 (80.5+2.1)+5.91.4(7+2.1)1/2(7+2.1) 7.1 Ha1 +71.51.2=1074.71.2+73.01.4+244.31.4Ha1 =232.1 kN/m湖北工业大学土木与建筑学院 设剪力为0 的点距

30、地面x1(m)，8x11.7： Ha1=1/2(10.9 x118.7) 1.2(x110.7)+7.61.41+5.91.4(x11)6.54 x1 214.08 x1210.62=0 x1=6.9 m湖北工业大学土木与建筑学院 式中：Ep、bp分别为被动侧土压力的合力及合力对支护结构底端的力臂； Ea、ba分别为主动侧土压力的合力及合力对支护结构底端的力臂。 Mmax=Ha1(x13)1/2(10.9x118.7)1.2(x110.7)1/3(x110.7) 7.61.41(x10.5)5.91.4(x11)1/2(x11) =905.2305.668.1143.8=387.7(kNm/m

31、) 湖北工业大学土木与建筑学院 三三 、基坑的稳定性分析、基坑的稳定性分析 基坑工程的稳定性主要表现为以下几种形式： (1) 整体稳定性； (2) 倾覆及滑移稳定性； (3) 基坑底隆起稳定性； (4) 渗流稳定性。湖北工业大学土木与建筑学院南京在建内环快速通道塌方南京在建内环快速通道塌方 13吨工程车陷入空洞吨工程车陷入空洞 湖北工业大学土木与建筑学院 南京在建内环快速通道塌方南京在建内环快速通道塌方 13吨工程车陷入空洞吨工程车陷入空洞 昨天下午4点30分，南京快速内环北线新模范马路段在建隧道旁的路面突然塌陷，一辆康明斯卡车一头栽进大坑里，所幸没有造成人员伤亡 下午6点10分，一台打桩机赶

32、到现场，打桩机先将空悬的混凝土路面打碎。随后，几名工人下去了，地面上的工人拿来十几床棉被递给他们，用棉被来堵住自来水渗漏，接着，上面的工人又一根根递木桩下去。 6点20分，一台混凝土浇灌机开到现场，将混凝土从管道中注入塌陷区。此后，塌陷区不再有扩大迹象。7点30分，塌陷部位有一大半被混凝土填上湖北工业大学土木与建筑学院湖南隧道塌方一人被困湖南隧道塌方一人被困 88小时营救创造奇迹小时营救创造奇迹 湖北工业大学土木与建筑学院 1. 整体稳定性验算整体稳定性验算 定义定义：破坏是以圆弧滑动破坏面的形式出现。最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求： MR/MS1.2

33、式中：MR抗滑力矩； MS滑动力矩。 无支护结构的基坑支护结构的基坑：计算见土力学教材 有支护结构的基坑有支护结构的基坑：需计算圆弧切桩与圆弧通过桩尖时的基坑整体稳定性，必须考虑切桩阻力产生的Mp抗滑作用：湖北工业大学土木与建筑学院湖北工业大学土木与建筑学院 湖北工业大学土木与建筑学院 2. 倾覆及滑移稳定性验算倾覆及滑移稳定性验算 重力式支护结构的倾覆和滑移稳定性验算的计算简图如图 所示:湖北工业大学土木与建筑学院湖北工业大学土木与建筑学院 。 墙底与土之间的摩擦系数； 湖北工业大学土木与建筑学院桩墙式悬臂支护结构桩墙式悬臂支护结构的水平推移和抗整体倾覆稳定验算应满足下列条件，如图所示：Ep

34、bp/(Ea ba) 1.3, Ep/Ea1.2湖北工业大学土木与建筑学院桩墙式锚撑支护结构桩墙式锚撑支护结构的水平推移水平推移和抗整体倾覆抗整体倾覆稳定验算稳定验算应满足下列条件：湖北工业大学土木与建筑学院 3. 基坑底隆起稳定性验算基坑底隆起稳定性验算 适合范围适合范围： 对饱和软黏土，抗隆起稳定性的验算是基坑设计的一个主要内容。 后果后果： 基坑底土隆起，将会导致支护桩后地面下沉，影响环境安全和正常使用,隆起稳定性验算的方法很多,可按地基规范推荐的以下条件进行验算：湖北工业大学土木与建筑学院 4. 渗流稳定性验算渗流稳定性验算 适合条件适合条件： 当渗流力渗流力(或动水压力)大于土的浮重

35、度时，土粒则处于流动状态，即流土(或流砂)。当坑底土上部为不透水层，坑底下部某深度处有承压水层时，应进行承压水对坑底土产生突涌稳定性验算。 1) 流土流土(或流砂或流砂)稳定性验算稳定性验算 渗流力(或动水压力)可由流网计算，也可按以下简化方法计算，如图2.21 所示。湖北工业大学土木与建筑学院 2) 突涌稳定性验算突涌稳定性验算 按下式验算湖北工业大学土木与建筑学院 四四 内支撑的内力与截面计算内支撑的内力与截面计算 形式形式：内支撑结构的常用形式有平面支撑体系平面支撑体系和竖向斜撑体系竖向斜撑体系。 适合范围适合范围： 平面支撑体系：平面支撑体系：一般情况下应优先采用； 竖向斜撑体系：竖向

36、斜撑体系：适合于开挖深度不大、基坑平面尺度较大或形状比较复杂的基坑。 组成：平面支撑体系组成：平面支撑体系：由腰梁腰梁、水平支撑水平支撑和立柱立柱三部分构件组成。 竖向斜撑体系竖向斜撑体系： 由斜撑、腰梁和斜撑基础等构件组成；当斜撑长度大于15m 时，宜在斜撑中部设置立柱。湖北工业大学土木与建筑学院 1. 1. 作用在支撑系统上的荷载及内力分析作用在支撑系统上的荷载及内力分析 1) 1) 荷载荷载 水平力水平力：水、土压力和坑外地面荷载引起的支护桩对腰梁的侧压力; 竖向荷载竖向荷载：应包括结构自重和支撑上可能产生的施工活荷载。湖北工业大学土木与建筑学院 2) 2) 内力分析方法内力分析方法 (

37、1) (1) 形状比较规则的基坑，形状比较规则的基坑，并采用相互正交体系时，可采取以下简化计算方法： 在水平荷载作用下，现浇混凝土腰梁现浇混凝土腰梁的内力与变形可按多跨连续梁多跨连续梁计算。 (2)(2)平面形状较为复杂平面支撑体系平面形状较为复杂平面支撑体系，宜按平面框架模型计算。湖北工业大学土木与建筑学院 2. 支撑系统构件截面设计支撑系统构件截面设计 1) 腰梁腰梁 腰梁的截面承载力计算，一般情况下可按水平方向的受弯构件计算。 2) 支撑支撑 支撑截面设计应按偏心受压偏心受压构件计算。 3) 立柱立柱 立柱的截面设计应按偏心受压偏心受压构件计算，开挖面以下立柱的竖向承载力竖向承载力可按单

38、桩竖向单桩竖向和水水平承载力平承载力验算。湖北工业大学土木与建筑学院 4) 竖向斜撑竖向斜撑竖向斜撑体系应验算以下内容:(1) 预留土坡的稳定性验算预留土坡的稳定性验算；(2) 斜撑截面承载力斜撑截面承载力，近似按轴心受压构件验算；(3) 围檩截面承载力验算围檩截面承载力验算；(4) 斜撑基础验算斜撑基础验算；(5) 基础压杆可近似按轴心受压构件验算截面承基础压杆可近似按轴心受压构件验算截面承载力载力。湖北工业大学土木与建筑学院五五 锚杆设计锚杆设计 定义：定义：锚杆是在岩土层中钻孔，再在孔中安放钢拉杆，并在拉杆尾部一定长度范围内注浆，形成锚固体，形成抗拔锚杆。湖北工业大学土木与建筑学院 锚杆

39、设计内容包括以下几个方面锚杆设计内容包括以下几个方面: (1) 调查研究，掌握设计资料，作出可行性判断； (2) 确定锚杆设计轴向力，锚杆的抗力安全系数及极限承载力； (3) 确定锚杆布置和安设角度； (4) 确定锚杆施工工艺并进行锚固体设计(长度、直径、形状等)，确定锚杆结构和杆件断面； (5) 计算自由段长度和锚固段长度； (6) 外锚头及腰梁设计，确定锚杆锁定荷载值、张拉荷载值； (7) 必要时应进行整体稳定性验算； (8) 浆体强度设计并提出施工技术要求； (9) 对试验和监测的要求。湖北工业大学土木与建筑学院 1. 1. 锚杆的可行性锚杆的可行性 根据场地的工程地质及水文地质条件判断

40、是否适宜采用锚杆支护结构，土层锚杆宜在土质较好的条件下土质较好的条件下使用，在未经处理的下列土层中不宜采用： (1) (1) 有机质土层；有机质土层； (2) (2) 液限液限L L50%50%的土层；的土层； (3) (3) 相对密实度相对密实度D Dr0.3r0.3的土层的土层。湖北工业大学土木与建筑学院 2. 锚杆布置锚杆布置 (1) 锚固体的上覆土层的厚度不宜小于4m，锚固区离现有建筑物的距离不小于56m ； (2) 锚杆锚固体上下排间距不宜小于2.5m，水平方向间距不宜小于2m，以避免群锚效应； (3) 锚杆倾角宜1035。湖北工业大学土木与建筑学院 3. 锚杆钢筋截面积锚杆钢筋截面积 A As s 0 0N Na a/(/(2 2f fy y) ) 式中： As锚杆钢筋截面面积(m2)