【中铁】深基坑工程技术培训（PPT37）

2022/10/261中铁四局集集团第二工工程有限公公司主讲人：简朝深基坑工程程技术培训训深基坑荷载载分析ContentsPage目录页深基坑支护护稳定性分分析深基坑支护护结构计算算深基坑支护护设计原则则抗隆起验算算验算实例演演示抗管涌验算算深基坑工程程特点深基坑工程程特点12022/10/264深基坑工程程特点所谓“基坑”是指为为进行建建筑物(包括构筑筑物)基础与地地下室的的施工而而开挖的的地面以以下的空空间，基基坑工程程界一般般将开挖挖深度大于或等等于5m的基坑称称为深基基坑。深基坑工程程主要包包括深基坑支支护体系系设计与与施工、、土方开开挖、地地下水控控制、工工程监测测和周围围环境保保护等内容。。目前的的研究主主要集中中在土层层性质研研究、计计算分析析的理论论方法研研究、环环境效应应问题对对策研究究、新型型支护结结构及施施工工艺艺研究等等四个方方面。2022/10/265深基坑工程程特点(1)基坑围护护结构多多数是临临时的，，安全储储备较小小，具有有较大风风险性。(2)基坑工程程具有很很强的区区域性，，不同的的地区工工程地质质条件和和水文地地质条件件不同，，且差别别较大，因此基坑围护护结构设设计与施施工及开开挖方式式都应因因地制宜宜，只可可作为借借鉴，不不可生搬搬硬套。(3)基坑工程程综合性性很强，，它不只只是一个个岩土工工程问题题，还涉涉及到结结构工程程、材料料工程、、工程地地质、材材料力学学及施工工技术等等诸多领域。(4)基坑围护护结构设设计时土土压力的的确定是是最基本本的，同同时也是是很难准准确掌握握的，在在开挖过过程中它它是一个个变量，，随着开开挖深度度、宽度度、墙体体横向和和纵向位位移、地地下水情情况而变变，在设设计中必必须同时时考虑这这些因素素，否则则得不出出正确的的结论。(5)基坑工程程具有较较强的时时空效应应。(6)基坑工程程质量要要求高。。2022/10/266深基坑工程程特点(1)基坑开挖挖深度；；(2)边坡允许许坡度；；(3)坑壁土体体物理力力学性质质；(4)地下水位位情况；；(5)坑边地表表超载范范围及大大小；(6)周围环境境（周边边建筑物物及管线线情况））；(7)基坑允许许变形；；(8)施工因素素（施工工单位技技术水平平和设备备状况等等）；(9)能够因地地制宜合合理选定定支撑材材料和支支撑体系系布置形形式，使使其综合合技术经经济指标标得以优优化；(10)支撑体系系受力明明确，充充分协调调发挥各各杆件的的力学性性能，安安全可靠靠，经济济合理，，能够在在稳定性性和控制制变形方方面满足足对周围围环境保保护的设设计标准准要求；；(11)支撑体系系布置能能在安全全可靠的的前提下下，最大大限度的的方便土土方开挖挖和主体体结构的的快速施施工要求求。深基坑支支护形式式在设计计时需要要考虑几几个方面面因素2022/10/267深基坑工程特特点材料截面形式布置形式特点现浇钢筋混凝土结构可根据设计要求确定断面形状和尺寸。竖向布置有水平撑、斜撑；平面布置有对撑、边桁架、环梁结合边桁架等，形式灵活多样。混凝土等强后刚度大，变形小，强度的安全可靠性强，施工方便，但支撑浇制和养护时间长，围护结构处于无支撑的暴露状态的时间长，软土中被动区土体位移大，如对控制变形有较高要求时，需对被动区软土加固，施工工期长，拆除困难，爆破拆除对周围环境有影响。钢结构单钢管、双钢管、单工字钢、双工字钢、H型钢、槽钢及以上钢材的组合。竖向布置有水平撑、斜撑；平面布置形式一般有对撑、井字撑、角撑，亦有与钢筋混凝土支撑结合使用，但要谨慎处理变形协调问题。安装、拆除施工方便，可周转使用，支撑中可加预应力，可调整轴力而有效控制围护墙变形。施工工艺要求较高，如节点和支撑结构处理不当，施工支撑不及时不准确，会造成失稳。支护结构按材材料种类可分分为现浇钢筋混凝凝土支撑体系系和钢支撑体系两类2022/10/268深基坑工程特特点常用支撑体系系的布置形式式表序号布置形式图例特点1井字形集中式布置1）一般在采用钢筋混凝土支撑时，在环境保护要求不高的条件下，将水平直交的支撑集中布置成井字型与角撑结合的支撑体系以方便土方开挖和主体工程施工；2）用钢筋混凝土支撑时可与施工用栈桥平台结合设计。2脚撑体系布置1）方便土方挖掘和主体工程施工；2）整体稳定性及变形控制效果不及水平直交式支撑及井字型集中式布置者。3边桁架1）方便土方开挖和主体工程施工；2）整体稳定性及变形控制效果不及水平直交式或井字型集中式布置者。4圆形环梁布置1）在采用钢筋混凝土支撑时，因地制宜的采用环梁方案，可方便中建筒体，主楼施工，方便土方开挖；2）将支撑体系受力主构件化为圆形结构，受力条件较好，可节省钢筋混凝土量；3）在坑外周荷载不均匀，土性软硬差异较大，部分地层水平基床系数很小时，此布置形式要慎用。

2022/10/269深基坑工程特特点常用支撑体系系的布置形式式表序号布置形式图例特点5垂直对称布置使用长条形基坑，如排管和地铁，隧道工程6圆拱布置利用圆拱受力特点，节省材料，方便土方开挖和主体结构施工。7竖向斜撑1）节省立柱和支撑材料；2）有利于开挖面积较大而深度较小的基坑；3）在软弱地层中，不易控制基坑稳定和变形；4）斜撑和底板相交处结构处理较困难。2022/10/2610深基坑工程特特点常用支撑体系系的布置形式式表序号布置形式图例特点8拉锚（锚锭）1）造价经济，方便土方开挖和主体工程施工；2）只适用于周围场地具有拉设锚锭的环境和地质条件。

9锚杆1）造价经济，方便土方开挖和土方工程施工；2）只适用于周围场地具有拉设锚杆的环境和地质条件。10组合式布置根据基坑开挖方法，工程特点和基坑平面形状，将以上各种支撑布置形式因地制宜搭配布置。深基坑支护设设计原则22022/10/2612深基坑支护设设计原则(1)基坑支护结构构应采用以分分项系数表示示的极限状态设计计表达式进行设设计。(2)基坑支护结构构极限状态可可分为下列两两类：①承载能力极限限状态：对应于支护护结构达到最最大承载能力力或土体失稳稳、过大变形形导致结构或或基坑周边环环境破坏；②正常使用极限限状态：对应于支护护结构的变形形已妨碍地下下结构施工或或影响基坑周周边环境的正正确使用功能能。(3)支护结构设计计应考虑其结构水平变形形、地下水的的变化对周边边环境的水平平与竖向变形形的影响，对于于安全等级为为一级和对周周边环境变形形有限定要求求的二级建筑筑基坑侧壁，，应根据周边边环境的重要要性、对变形形的适应能力力及土的性质质等因素确定定支护结构的的水平变形限限值。(4)当场地地内有有地下下水时时，应应根据据场地及及周边边区域域的工工程地地质条条件、、水文文地质质条件件、周周边环环境情情况和和支护护结构构与基基础型型式等等因素素，确定定地下下水控控制方方法。。当场场地周周边有有地表表水汇汇流、、排泻泻或地地下水水管渗渗漏时时，应应对基基坑采采取保保护措措施。2022/10/2613深基坑坑支护护设计计原则则(5)根据承承载能能力极极限状状态和和正常常使用用极限限状态态的设设计要要求，，基坑坑支护护应按按下列列规定定进行行计算算和验验算：：①基坑支支护结结构均均应进进行承载能能力极极限状状态的计算算，计计算内内容应应包括括：a、根据据基坑坑支护护形式式及其其受力力特点点进行行土体体稳定定性计计算；；b、基坑坑支护护结构构的受受压、、受弯弯、受受剪承承载力力计算算；c、当有有锚杆杆或支支撑时时，应应对其其进行行承载载力计计算和和稳定定性验验算。。②对于安安全等等级为为一级级及对对支护护结构构变形形有限限定的的二级级建筑筑基坑坑侧壁壁，尚尚应对对基坑周周边环环境及及支护护结构构变形形进行验验算。。③地下水水控制制计算和和验算算：a、抗渗渗透稳稳定性性验算算：b、基坑坑底突突涌稳稳定性性验算算；c、根据据支护护结构构设计计要求求进行行地下下水位位控制制计算算。2022/10/2614深基坑坑支护护设计计原则则(6)支护设设计内内容应应包括括对支护结结构计计算和和验算算、质质量检检测及及施工工监控控的要要求。(7)当有条条件时时，基基坑应应采用用局部部或全全部放放坡开开挖，，放坡坡坡度度应满满足稳定性性要求求。2022/10/2615深基基坑坑支支护护设设计计原原则则基坑坑支支护护结结构构设设计计应应根据据下表表选用用相应应的的侧侧壁壁安安全全等等级级及及重重要要性性系系数数。。安全等级破坏后果γ0一级支护结构破坏、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很严重。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基坑坑侧侧壁壁安安全全等等级级及及重重要要性性系系数数深基基坑坑荷荷载载分分析析32022/10/2617深基基坑坑荷荷载载分分析析主要荷载土压力水压力车辆荷载坑边邻近建筑物荷载其它施工荷载《建建筑筑基基坑坑支支护护技技术术规规程程》》（（JGJ120-2012）2022/10/2618深基基坑坑荷荷载载分分析析土压压力力计计算算土压压力力计算算理理论论有有朗肯肯理理论论、、库库仑仑理理论论和和极极限限平平衡衡理理论论。本本次次培培训训采采用用朗肯肯理理论论进行行土土压压力力计计算算，，选选用用了了两两种种土土压压力力模模型型：：经典典法法土土压压力力模模型型和和弹弹性性法法土土压压力力模模型型。。主动动土土压压力力被动动土土压压力力静止止土土压压力力2022/10/2619深基基坑坑荷荷载载分分析析主动动土压压力力计算算深度度zj处的的主主动动土土压压力力标标准准值值eajk按下下列列公公式式计计算算：：Kai第i层的主动土压力系数；cik三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第i层土固结不排水（快）剪粘聚力标准值（kPa），由用户交互；φik三轴试验确定的第i层土固结不排水（快）剪内摩擦角标准值（°），由用户交互；h基坑开挖深度（m）；zj计算点深度（m）；σajk作用于深度zj处的竖向应力标准值（kPa）；σrk计算点深度zj处自重竖向应力（kPa）；σ0k基坑外侧任意深度附加竖向应力标准值（kPa），参见公式（2-12）；σ1k基坑外侧深度CD范围内的附加竖向应力标准值（kPa），参见公式（2-13）；γmj深度zj以上土的加权平均天然重度（kN/m3）；γmh开挖面以上土的加权平均天然重度（kN/m3）。2022/10/2620深基基坑坑荷荷载载分分析析被动动土压压力力计算算深度度zj处的被动土土压压力力标准准值值eajk按下下列列公公式式计计算算：：Kpi第i层的被动土压力系数；cik三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第i层土固结不排水（快）剪粘聚力标准值（kPa）；φik三轴试验确定的第i层土固结不排水（快）剪内摩擦角标准值（°）zj计算点深度（m）；σpjk作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值（kPa）；

γmj深度zj以上土的加权平均天然重度（kN/m3）。2022/10/2621深基基坑坑荷荷载载分分析析水土土合合算算是指指地地下下水水位位以以下下取取饱饱和和重重度度γsat和总总应应力力强强度度指指标标c、φ来计计算算总总的的水水土土压压力力，，水水压压力力不不再再单单独独计计算算。。水压力力计算算对于于砂砂土土和和粉粉土土，，一一般般采采用用水土土分分算算法法；对对于于粘粘性性土土，，可可采采用用水水土土分分算算法法，，也也可可采采用用水水土土合合算算法法。。主动动土土压压力力被动土压压力2022/10/2622深基坑荷荷载分析析其他荷载载计算地面满布布荷载地面条行行附加荷荷载深基坑支支护结构构计算42022/10/2624深基坑支支护结构构计算桩墙内力、变形计算内支撑体系内力、变形计算沉降计算混凝土结构配筋计算锚杆计算2022/10/2625深基坑支支护结构构计算桩墙内力、、变形计算结构内力力与变形形计算值值、支点点力计算算值应根根据基坑坑开挖及及地下结结构施工工过程的的不同工工况、根根据受力力条件分分段按平平面问题题计算。。通常采采用两种种分析方方法：经典法和和弹性法法。经典法法是利用用静力平平衡法或或等值梁梁法对结结构进行行分析，，弹性法法是用弹弹性地基基梁法，，并结合合空间有有限元理理论对对对结构进进行分析析。2022/10/2626深基坑支支护结构构计算内支撑体系系内力、、变形计计算在深基坑坑工程中中，内支支撑结构构是承受受围护墙墙所传递递的土压压力、水水压力以以及其他他荷载的的结构体体系。支支撑结构构体系包包括围檩檩、支撑撑、立柱柱及其它它附属构构件。支支护结构构力的传传递路径径是围护护桩墙—围檩（圈圈梁）—内支撑，，在地质质条件较较好放入入有锚固固力的地地层中，，基坑支支撑采用用锚杆和和拉锚（（锚锭））。内支撑形式多样样，根据据第二章章节中的计算算原理对对深基坑坑进行荷荷载分析析后，计计算出围围护结构构传递给给内支撑撑的内力力，然后后根据结结构力学学理论计计算出支支撑体系系内力、、变形及及稳定性性情况。。由于支支撑结构构多为超超静定结结构，建建议设计计者采用用空间有有限元软软件对其其进行分分析，本本文不对对计算原原理及过过程进行行详细说说明。深基坑支支护稳定定性分析析52022/10/2628深基坑支护稳稳定性分析稳定性分析理理论瑞典条分法瑞典圆弧滑动动面条分法，，是将假定滑滑动面以上的的土体分成n个垂直土条，，对作用于各各土条上的力力进行力和力力矩平衡分析析，求出在极极限平衡状态态下土体稳定定的安全系数数。该法由于于忽略土条之之间的相互作作用力的影响响，因此是条条分法中最简简单的一种方方法。滑动圆弧处土土条重力计算算方法有两种种：总应力法法、有效应力力法。整体稳定计算算2022/10/2629深基坑支护稳稳定性分析稳定性分析理理论瑞典条分法总应力法有效应力法K整体稳定安全系数；Mk抗滑力矩（kN·m）；Mq滑动力矩（kN·m）；cik、φik最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水（快）剪粘聚力（kPa）、内摩擦角标准值（°）；系统按水位以上、水位以下分别取值；li第i土条的滑裂面弧长（m）；bi第i土条的宽度（m）；wi作用于滑裂面上第i土条的重量，水位以上按上覆土层的天然土重计算，水位以下按上覆土层的饱和土重计算（kN/m）；w'i作用于滑裂面上第i土条的重量，水位以上按上覆土层的天然土重计算，水位以下按上覆土层的浮重度计算（kN/m）。θi第i土条弧线中点切线与水平线夹角（°）；γ0建筑基坑侧壁重要性系数；《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）中没有考虑γ0的作用，系统向用户开放，令γ0＝1.0时，即可严格按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）计算；q0作用于基坑面上的荷载（kPa）。2022/10/2630深基坑支护稳稳定性分析抗倾覆验算单排桩和连续续墙支护形式式单排桩、连续续墙的抗倾覆覆计算按下式式进行：Ks抗倾覆稳定性安全系数，应不小于1.2；MEa支护结构底部以上主动侧水平荷载对支护结构最底部点的弯矩标准值（kN·m）；MEp支护结构底部以上被动侧水平荷载对支护结构最底部点的弯矩标准值（kN·m）；MT锚杆（索）的拉力标准值对支护结构最底部点的弯矩（kN·m）；Tki第i个支点反力标准值（kN），对于内撑；对于锚杆，根据式（2-70）计算；Tkki第i排锚杆材料抗力（kN）；Tmki第i排锚杆锚固力（kN）；di第i个支点距支护结构最底部点的距离（m）；si第i个支点的水平间距（m）；γk材料抗力调整系数；γm锚杆锚固力调整系数；As锚杆实配钢筋或钢绞线面积（mm2）；fyk钢筋强度标准值（N/mm2）；qsjk土体与锚固体的极限摩阻力标准值（kPa）；lj第j层土中锚固段长度（m）；d锚杆直径（mm）。（内撑）（锚杆）抗隆起验算62022/10/2632抗隆起验算算抗隆起稳定定性验算参照普郎德德尔和太沙沙基的地基基承载力方方式，抗隆隆起稳定性性可用下列列公式验算:普郎德尔太沙基Kwz抗隆起稳定性系数，采用普郎德尔公式时，要求Kwz≥1.1～1.2，采用太沙基公式时，要求Kwz≥1.15～1.25；Nc、Nq地基承载力系数；γ1基坑外侧支护结构底部至地面之间土层的加