支护结构设计计算理论与方法

南京林业大学学土木工程学学院赵志峰挡土结构与基基坑工程第二部分基基坑工程力为零的点在在坑底挡土结构与基基坑工程（1）静力平衡法法hEaEpEp’支护结构设计计计算理论与与方法古典法1.得到板桩前后后两侧的土压压力分布2.建立并求解静静力平衡方程程，求得板桩桩入土深度：a.求出第一个土土压力为零的的点d，该点离坑底的距离离为uduyb.计算d点以上主动土土压力合力及及至d点的距离yc.根据∑H=0和∑M=0的条件，整理理出关于d点以下桩长t0的方程，然后后求解t0为安全起见，，实际板桩入入土深度可取取t=u+1.2t03.计算板桩最大大弯矩根据弯矩最大大处剪力为零零，先求出剪剪下的深度bxmxm=支护结构设计计计算理论与与方法古典法（2）Blum法EpChtEaOEp’uxBlum建议在古古典法的的基础上上，将板板桩底部部的被动动土压力用一一个集中中力代替替并作用用于板桩桩底部C点1.求桩的入入土深度度根据净土土压力为为零求出出u值，对桩桩底C取矩，根据弯矩矩为零，，求出x取板桩打打入深度度t=u+1.2x2.求最大弯弯矩最大弯矩矩发生在在剪力为为零处，，设O点下xm处剪力为为零2Eaγ(Kp−Ka)然后求出出最大弯弯矩2γ(Kp−Ka)xm挡6土结构与与基坑工工程Mmax=Ea(l+xm−a)−al支护结结构设设计计计算理理论与与方法法等值梁梁法点E是嵌固点点，B点是坑坑底高高度，，C点是零零土压压力强强度点点，F是反弯弯点即弯弯矩零零点。。从图图中可可以看看出，，系统统中有有3个未知知数：：嵌固固段深深度hd、锚杆杆拉力力T和作用用于E点的集集中力力P。这是是一个个超静静定问问题，，为简化化计算算，可可采用用等值值梁法法。挡土结结构与基坑坑工程程板桩变变形图图实际土土压力力分布图叠加后的简简化土压力分布布图ABE坑底hhdxtTABETAExtEahaBCPThTADBF弯矩图ADBBCAADDC原结构弯矩图等值梁将原结构从从弯矩零点点C处截开，由由于该断面处弯弯矩为零，，可以用一一自由支座代替，，形成简支支梁AC。AC与原梁中弯矩分分布完全相相同，成为为AB的等值梁。应用等值梁梁法计算板板桩，首先先要知道弯矩零点点C的位置。由于弯矩零零点和土压压力强度零零点两个位位置很接近近，一般用用土压力强度等于零零的位置当当作C点挡土结构与与基坑工程程支护结构设设计计算理理论与方法法等值梁法挡土结构与与基坑工程程支护结构设设计计算理理论与方法法等值梁法ATATCB净土压力CB弯矩分布A简支梁CBC一次超静定梁梁Pay=支护结构设计计计算理论与与方法计算步骤：1.计算主动、被被动土压力强强度，给出土土压力分布图图，计算墙前前、墙后的被动土压压力，暂不管管t0以下的土压力力情况hPaP0AtRAt0BCDyx2.计算板桩墙上上土压力零点点距坑底的距距离y，γ(kp−ka)3.求出y值后，即可按按简支梁求出出等值梁AC的弯矩，同时时也可求得支支座反力RA和P04.求出板桩墙的的最小入土深深度t0t0=y+x根据P0和墙前被动土土压力对板桩桩底端D的力矩相等x=6P0γ(kp−ka)挡土结构与基基坑工程x=支护结构设计计计算理论与与方法hPaP0AtRAt0BCDyx4.求出板桩墙的的最小入土深深度t0t0=y+x根据P0和墙前被动土土压力对板桩桩底端D的力矩相等6P0γ(kp−ka)实际板桩下端端位于x深度以下，因因此板桩墙的入土深度为为t=t0k2经验系数，一一般取1.1-1.2单撑支护结构构的最大弯矩矩发生在剪力力为0处，剪力为0处近似于深度y处，可求出最最大弯矩挡土结构与基基坑工程dydy墙和水泥土墙墙取单位宽度度结构与基坑工工程支护结构设计计计算理论与与方法h0eaik弹性支点法hkTiksi弹性支点法计计算简图应用弹性支点点法，假定支支点力为不同同水平刚度系数的弹弹簧，同时视视基坑开挖面面以下地基为弹性地地基，其水平平抗力为地基基反力系数与变形的的乘积。建立挠曲微分分方程，分为为开挖面以上上及开挖面以下两部部分：4dz−eaikibx=0(0≤z≤hn)EIEI4dz+mb0(z−hn)−eaikibx=0(z≥hn)b0—抗力计算宽度度，地连墙和和水泥土墙取取单位宽度z—支护结构顶部部至计算点的的距离hn—第n工况基坑开挖深度bx—荷载计算宽度度，排桩可取取中心距，地地连挡土dydy支护结构设计计计算理论与与方法弹性支点法建立挠曲微分分方程，分为为开挖面以上上及开挖面以以下两部分：：4dz−eaikibx=0(0≤z≤hn)EIEI4dz+mb0(z−hn)−eaikibx=0(z≥hn)y—计算点水平变变形；m—地基土水平抗抗力系数的比比例系数排桩结构抗力力计算宽度按按下列规定计计算：（1）圆形桩按下式式计算（2）方形桩按下下式计算b0=0.9×(1.5d+0.5)b0=1.5b+0.5（3）按上面计算算出的抗力计计算宽度大于于排桩间距时时取排桩间距距挡土结构与基基坑工程支护结构设计计计算理论与与方法挡土结构与基基坑工程弹性支点法支点水平刚度度系数视支点点类型不同而而不同：当支支点为锚杆时时第j层支点边界条条件宜按下式式确定：Tj=kTj(yj−y0j)+T0j第j层支点水平位移值支点设置前的的水平位移值第j层支点预加力第j层支点水平刚刚度系数ccos2θkT=3AEsEAc3lfEcAc+EsAla当基坑周边支支护结构荷载载或冠梁等间间距布置时，，2αEASaLskT=dydy支护护结结构构设设计计计计算算理理论论与与方方法法根据据并考考虑虑4EI−eaikibx=0dz4EI+mb0(z−hn)−eaikibx=0dzTj=kTj(yj−y0j)+T0j采用用数数值值分分析析方方法，，可可以以求求解解桩桩的的变形形y，进进而而求求得得各各土层层的的弹弹性性抗抗力力h∑Eazhchaz计算算截截面面挡土土结结构构与与基基坑坑工工程程∑Emzhmz求得得各各土土层层的的弹弹性性抗抗力力值值后后，，以以静静力力平平衡衡计计算算支支护护结结构构的的内内力力悬臂臂式式支支护结结构构支护护结结构构设设计计计计算算理理论论与与方方法法支点点支支护护结构构h∑EazT1hchaz计算算截截面面挡土土结结构构与与基基坑坑工工程程∑EmzhmzT2Tmh1h2hEp2支护护结结构构设设计计计计算算理理论论与与方方法法规范范方方法法《建筑筑基基坑坑支支护护技技术术规规程程》（JGJ120-1999）推推荐荐的的计计算算方方法法，，是是在古古典典方方法法的的基基础础上上，，结结合合工工程程经经验验进进行行了了一一定定的的修修改改。。htEa1Ea2Ep1∑Epp∑EaEa3haEa4悬臂式式挡墙墙1.确定土土压力力分布布墙前的的被动动土压压力和墙后开挖挖面以上的主主动土压力力仍按郎肯肯土压力理论论计算但开挖面以以下的主动动土压力pai=σhKai−2ciKai开挖面处的的竖向有效应力这一改变有有何影响？？挡土结构与与基坑工程程hp∑Epjha∑EaihEp2支护结构设设计计算理理论与方法法悬臂式挡墙墙htEa1Ea2Ep1∑Epp∑EaEa3haEa42.确定嵌固深深度挡墙嵌固深深度t按抗倾覆条条件确定K=≥≥1.23.计算挡墙的的最大弯矩矩根据剪力为为零点弯矩矩最大求解解挡土结构与与基坑工程程ha1∑Eac−hp1∑Epc支护结构设设计计算理理论与方法法挡土结构与与基坑工程程单撑式挡墙墙htEa1Ea2∑EacEa3ha1确定土压力力分布弯矩零点C距离坑底的的距离y可将图中各力力对弯矩零零点C取矩，由弯矩平衡衡可求得支支撑反力T=hT+yCpa1Epchp1pp11.确定基坑坑开挖面面以下弯弯矩零点的的位置按下式确确定pa1=pp1y2.计算支撑撑力ThThp∑Epj+T(hT+t)ha∑EaihEp2支护结构构设计计计算理论论与方法法3.确定嵌固固深度htEa1Ea2Ep1∑Epp∑EaEa3haEa4ThT由如图所所示挡墙墙的抗倾倾覆条件件确定，即即K=4.计算挡墙墙的最大大弯矩根据剪力力为零点点弯矩最最大求解解挡土结构构与基坑坑工程h0===1.63m=18.5×8×0.633−2×挡土结构构与基坑坑工程kPa支护结构构设计计计算理论论与方法法某基坑开挖深深度8m，采用地下连连续墙围护结结构，墙体厚厚度600mm。墙体深度18m，在地面下2m设钢管支撑，，水平间距3m。地层为粘性土，土的天天然重度为18.5kN/m3，内摩擦角13°，粘聚力12kPa，不考虑地面面超载。试确确定地下连续续墙的最大弯矩和单根根支撑轴力。2m6m10mT计算主动土压压力零点深度度2c2×12γKa18.5×0.795解：（1）主动土压力力计算Ka=tan2(45−ϕ/2)=0.633Ka=tan(45−ϕ/2)=0.7951.63mea1ea2主动土压力计计算ea1=γhKa−2cKa12×0.795=74.55ea1=ea2=74.55kPaKp=tan(45+ϕ/2)=1.58==1.52m2m6m10m支护结构设计计计算理论与与方法解：（2）被动土压力力计算1.63mea1ea2Tep1ep22Ka=tan(45+ϕ/2)=1.257ep1=γhKp+2cKp=0+2×12×1.257=30.17ep2=18.5×10×1.58+2×12×1.257=322.47kP（3）求支点反力力T开挖面以下土土压力零点ea1=γxKp+2cKpx=ea1−2cKpγ⋅Kp74.55−2×12×1.25718.5×1.58挡土结构与基坑工程程Ea1=×74.55×(8−1.63)=237.44kN/mEa2=×