西南交大深基坑工程讲座课件1382016年

深基坑坑工程程西南交交通大大学土土木工工程学学院岩土工工程系系毛坚强强2015年12月1.基坑工工程综综述2.基坑工工程设设计计计算方方法3.施工监监测及及信息息化施施工4.总结及及展望望（1）临时时结构构：安安全储储备小小，风风险较较大。。（4）综合合性岩岩土工工程问问题：：强度度、稳稳定性性、变变形、、渗流流。（2）区域域性和和个案案性较较强。。（3）综合合性很很强的的系统统工程程：工工程地地质、、岩土土、结结构、、环境境。（5）设计计与施施工需需考虑虑时空空效应应。（6）与周周边环环境关关系密密切，，对其其影响响较大大。1.基坑工工程综综述1.1基坑工工程的的特点点放坡开开挖（（无支支护））及简简易支支护基坑支支护形形式土钉墙墙水泥土土墙排桩桩地下连连续墙墙1.2.1按支护护结构构形式式分类类1.2基坑的的分类类及方方案选选择单一型复合型单排桩双排桩悬臂式支撑式（内撑）锚拉式（外锚）悬臂式支撑式（内撑）支护结结构与与主体体结构构结合合的逆逆作法法1）水泥泥土重重力式式围护护墙（4）计算算时作作为刚刚性结结构（（重力力式的的）。。（1）多用用于软软土，，深层层搅拌拌法或或旋喷喷法施施工。。（2）通常常基坑坑开挖挖深度度7m。（3）墙宽宽0.7~1.0倍的基基坑开开挖深深度，，多采采用格栅式布置。深层搅拌机成孔2）土钉墙墙支护结结构（1）构造和和施工插筋、挂网、注浆喷混凝土（2）优点点ⅰ）结构轻轻，柔性性大，有有良好的的延性，，抗震性性能好。。ⅱ）施工设设备简单单，所需需场地小小，方便便灵活，，施工速速度快。。ⅲ）材料用用量及工工程量小小，工程程造价低低（为其其他类型型支护的的2/3~4/5）。（3）缺点点ⅰ）基坑深深度有限限。ⅱ）土层变变形及沉沉降不易易控制。。（4）适用范范围ⅰ）地下水水位以上上、自稳稳性较好好的土层层（一般般黏性土土、弱胶胶结或较较密实的的无黏性性土）；；ⅱ）埋深不不很大（（12m，非淤泥泥质土；；6m，淤泥质质土）；ⅲ）土层变变形控制制的要求求不严格格；ⅳ）有较宽宽松的施施工场地地。（土土钉不超超出红线线外）15m成都地铁铁车站基基坑（基基坑深度度15m，土钉支支护）土层变形形过大造造成的裂裂缝土钉墙+预应力锚索土钉墙+微型桩+预应力锚索复合型土土钉墙3）排桩支支护结构构桩的类型型板桩（钢钢、钢筋筋混凝土土预制））钢筋混凝凝土桩（（预制、、现场灌灌注）钢筋混凝凝土-素混凝土土咬合桩桩型钢水泥泥土搅拌拌墙（SMW）（1）类型型支撑形式式内撑外锚预应力锚锚索（锚锚杆）水平：单单向、双双向、桁桁架式竖向（立立柱）竖向斜撑撑内撑外锚斜撑（2）平面布布置形式式（3）优点点ⅰ）较土钉钉支护适适于更深深的基坑坑，能较较好地控控制土层层变形。。ⅱ）较地下下连续墙墙施工工工艺简单单，成本本低，平平面布置置灵活。。（4）缺点点防渗及整整体性不不如地下下连续墙墙。钢板桩+钢管内撑撑排桩支护护（地铁铁车站基基坑，深深度23m，人工挖挖孔桩+4道钢管内内撑）排桩支护护（旋挖挖桩+钢筋混凝凝土内撑撑+钢管内撑撑）双向钢管管内撑的的基坑成都国金金中心大大厦基坑坑（最大大深度34m）排桩支护护：人工挖孔孔桩+9道预应力力锚索人工挖孔桩+9道预应力锚索承压型囊囊式扩体体锚索承压型囊囊式扩体体锚索型钢水泥泥土搅拌拌桩拔出型钢预制桩支支护H型钢内撑撑角撑立柱钢管斜撑撑桁架式内内撑成都，绿绿地蜀峰峰468基坑临街，地地下管线线多临地铁二二号线3层钢筋混混凝土内内撑1层钢筋混混凝土内内撑+4道预应力力锚索基坑开挖挖深度约约30m灌注桩+3层钢筋混混凝土内内撑灌注桩（直径1.2m，间距2.2m）地铁车站站出入口钢筋混凝凝土内撑撑灌注桩+1层钢筋混混凝土内内撑+4道预应力力锚索4道预应力力锚索1层钢筋混混凝土内内撑灌注桩（直径1.2m，间距2.2m）成都，绿绿地蜀峰峰468基坑疏排桩+土钉支护护（1）组成排桩（单单排或双双排）+土钉+（预应力力锚杆或或内支撑撑）间距：(2~6)D（2）原理排桩提供供主要的的支撑力力并控制制变形，，土钉保保证桩间间土的稳稳定性。。4）地下连连续墙（1）优点点ⅰ）刚度大大，支撑撑能力强强，基坑坑稳定性性好，土土层变形形小。ⅱ）墙身防防渗性能能好，坑坑内降水水对坑外外影响小小。（2）缺点点ⅰ）废泥浆浆处理。。ⅱ）粉砂地地层中易易坍壁。。ⅲ）施工技技术要求求高。iv）厚度度具有固固定的模模数，不不如灌注注桩灵活活。ⅲ）可作为为地下室室的外墙墙，缩短短工期，，降低造造价。（3）适用条条件ⅰ）深度大大的基坑坑。ⅱ）周围环环境对变变形控制制要求高高。ⅲ）围护结结构需作作为主体体结构一一部分，，且基坑坑施工阶阶段具有有较高的的防水、、防渗要要求。iv）逆作作法地上上、地下下同步施施工时，，多采用用地下连连续墙。。39导墙施工导墙完成泥浆池成槽施工钢筋笼吊装锁口管起拔砼浇筑地下连续续墙的施施工成都火车车北站扩扩能改造造行包房房工程基坑深度度15.05m连续墙厚厚度1m，深度32m素混凝土土距地铁最最小间距距10.25m（2层地下室室，逆作作法施工工）5）地下连连续墙+逆作内衬衬用于悬索索桥锚碇碇基础的的施工。。先做地地下连续续墙，再再分层逆逆作内衬衬，并开开挖。地下连续续墙+逆作内衬衬（阳逻长长江大桥桥锚碇基基坑，内内径70m，开挖深深度45m，墙厚1.5~2.5m）1）按基坑与与主体结结构施工工顺序的的分类顺作法逆作法顺逆结合合法1.2.2支护结结构与与主体体结构构结合合及逆逆作法法主楼先先顺作作，裙裙楼后后逆作作裙楼先先逆作作，主主楼后后顺作作中心顺顺作，，周边边逆作作2）逆作作法优点点：ⅰ）楼板板成为为横撑撑，刚刚度大大，省省材料料。ⅱ）地上上、地地下同同时施施工，，缩短短工期期。ⅲ）以首首层楼楼板为为施工工平台台，节节省施施工空空间。。缺点点：：ⅰ）技术术复杂杂，对对施工工要求求高。。ⅱ）逆作作暗挖挖，作作业环环境差差，影影响结结构质质量。。ⅲ）与主主体结结构关关联度度大，，受主主体结结构进进度的的制约约。半逆作全逆作适用条条件：：ⅰ）大面面积开开挖，，可节节省支支撑。。ⅱ）基坑坑周边边环境境复杂杂、敏敏感，，可控控制变变形。。ⅲ）施工工场地地紧张张，节节省空空间。。ⅳ）工期期进度度要求求高，，缩短短工期期。3）支护护结构构与主主体结结构（（地下下）的的结合合ⅰ）围护护结构构与地地下室室墙体的的结合合方式式单一墙墙分离墙墙重合墙墙混合墙墙ⅱ）梁（（板））与围围护结结构的的连接接“两墙墙（地地下连连续墙墙及地地下室室边墙墙）合合一””时，地下连连续墙墙与板板之间间的连连接可可按板板的厚厚度（（刚度度）采采用刚性连连接和铰接两种方方式。。板的的厚度度较大大时（（相对对于连连续墙墙的厚厚度）），可可采用用预埋埋钢筋筋接驳驳器、、预埋埋钢筋筋等刚刚性连连接方方式，，以承承受弯弯矩；；较小小时，，则采采用预预埋钢钢筋或或剪力力连接接件等等铰接接方式式。围护结结构与与地下下室外外墙相相互分分开时时，从结构构受力力、构构造要要求及及防水水的角角度出出发，，地下下室外外墙与与其相相邻梁梁板需需同时时浇筑筑，故故外墙墙与围围护结结构之之间有有一定定距离离。此此时需需解决决两个个问题题：一一是围围护结结构与与梁、、板之之间传传力体体系的的设置置，二二是边边跨结结构二二次浇浇筑接接缝止止水和和传力力体系系穿外外墙处处的止止水。。混凝土型钢组合支撑混凝土型钢组合支撑ⅲ）临时时立柱柱与结结构柱柱临时支支柱是是指为为满足足基坑坑开挖挖过程程中支支护结结构受受力要要求而而设置置的立立柱，，多采采用角角钢格格构柱柱或钢钢柱，，最终终作为为结构构柱的的一部部分，，“一柱柱一桩桩”是常用用的方方式。。当临临时立立柱需需承担担更大大荷载载（常常见于于上部部结构构同时时施工工且楼楼层较较高或或局部部荷载载较大大时）），也也可采采用“一柱柱多桩桩”的形式式，通通常其其施工工较为为复杂杂，经经济性性较差差。4）工程程实例例ⅰ）南昌昌大学学第第二附附属医医院医医疗中中心大大楼围护结结构：：钻孔孔灌注注桩施工：：全逆逆作ⅱ）上海海世博博500kV地下变变电站站工程程基坑坑围护结结构：：地下下连续续墙+环向水水平支支撑;施工：：半逆逆作基坑面面积50000m2，开挖挖深度度13.3m。若全顺顺作，，临时时支撑撑工作作量大大，造造价高高；全全逆作作，暗暗挖工工作量量大，，出土土困难难。最最终采用中心顺顺作，，周边边逆作作的方法法。②①③④⑥⑧⑦⑤⑤ⅲ）上海海仲盛商商业中中心基基坑上海国际广场二期基坑（逆作法）1.2.3各类支支护方方式的的适用用条件件2.基坑工工程设设计计计算方方法2.3土钉墙墙计算算2.5基坑变变形计计算2.1基坑设设计原原则和和内容容2.2基坑稳稳定性性分析析2.6基坑的的时空空效应应2.4排桩、、地下下连续续墙结结构计计算2.1.1原则则2.1.2规划、、设计计、施施工、、监测测内容容（1）满足足结构构强度度、变变形、、稳定定性要要求，，保证证周围围环境境安全全。（2）较好好的技技术、、经济济和环环境效效应。。（3）施工工方便便，安安全。。（1）建筑筑场地地的水水文地地质条条件勘勘查及及周边边环境境调查查。（2）支护护体系系方案案技术术经济济比较较和选选型。。（3）结构设计计，强度、、变形、稳稳定性检算算，土体变变形验算。。（4）排水、降降水设计，，对周边环环境的影响响。（5）施工方案案设计。（6）监测方案案设计。2.1基坑设计原原则和内容容2.1.3基坑计算的的主要内容容基坑稳定性性整体稳定性性抗隆起稳定定性抗倾覆、水水平滑移稳稳定性（重重力式支护护）抗渗流、承承压水稳定定性支护结构内力变形截面尺寸及及配筋（钢钢筋混凝土土）变形形地表沉降坑外土体变变形坑底隆起降水和开挖引起降水和排水水系统基坑计算嵌固深度（以桩、墙墙支护结构为例））2.2基坑的破坏坏形式及稳稳定性分析析（1）开挖坡度度过陡、土土钉长度不不够、桩（（墙）入土土深度偏浅浅，无法给给土体提供供足够的阻阻力，导致致整体失稳稳破坏。（2）支护结构构强度不够够，在土压压力作用下下发生破坏坏，进一步步导致土体体的破坏。。常见诱因降雨或地表表水的渗入入基坑周边堆堆载振动2.2.1破坏形式（3）因地下水水的渗流导导致管涌、、流砂，承承压水导致致突涌等导导致基坑土土层发生破破坏。各类支护结结构的失稳稳破坏形式式隆起破坏（1）土体失稳稳破坏入土深度不不够或超挖挖入土深度不不够锚杆长度不不够分区开挖，，放坡过陡陡（超大基坑坑）（2）支护结构构破坏剪切破坏弯曲破坏（3）渗透性破破坏坑底突涌管涌破坏涌砂内撑破坏锚杆破坏排桩支护基基坑失稳破破坏基坑失稳破破坏基坑围护桩桩折断杭州地铁车车站基坑破破坏（2008年）杭州地铁车车站基坑破破坏（地下下连续墙折折断）止水帷幕渗渗漏，桩间间流土地面塌陷基坑发生流流土与地面面塌陷基坑坑底承承压水突涌涌自来水管接头漏水自来水接接头爆管管自来水管接头漏水导致致的基坑坑破坏2.2.2稳定性分分析要求：桩、墙等等的嵌固固深度、、锚杆（（锚索））的锚固固长度应应足够大大，满足足稳定性性的要求求。1）悬臂式式2）单支点点安全系数数一级：≥1.25二级：≥1.2三级：≥1.15（1）支挡结结构的嵌嵌固深度度验算主动土压压力合力力至底端的距离主动土压压力合力力至支点的距离建筑基坑坑支护技技术规程程（JGJ120-2012）主动土压压力被动土压压力3）双排桩桩被动土压压力合力力主动土压压力合力力结构及桩桩间土自自重之和和（2）整体稳稳定性验验算下滑力矩抗滑力矩（土体）抗滑力矩（锚杆）瑞典圆弧弧滑动法法（通过试算，确定最最危险滑滑面，以以及相应应的安全全系数））安全系数数一级：≥1.35二级：≥1.3三级：≥1.25孔隙水压压力锚杆与滑滑面的夹夹角切向分力力抗剪强度度（切向向）增量量（3）基底隆隆起稳定定性验算算安全系数一级：≥1.8二级：≥1.6三级：≥1.4隆起破坏2.3土钉墙计计算2.3.1土钉的受受力特点点（2）不同的的滑面形形式假设设（1）土钉墙墙的受力力主动区：：土体通过过摩阻力力向土钉钉传递荷荷载。稳定区：：土体通过过摩阻力力提供承承载力。。土钉上摩摩阻力方方向直线滑面对数螺旋线滑面折线滑面复合型（3）土钉与与锚杆受受力特点点的对比比预应力锚锚索（锚锚杆）土钉钉轴向应力摩阻力轴向应力摩阻力锚索分自自由段和和锚固段段，土钉钉是全长长粘结的的。在锚索的锚固段段，锚索索的轴力力随锚固固深度逐逐渐衰减减，摩阻阻力与拉拉力反向向。对土钉来说，在在主动区，土体向向坑内产产生位移移，通过过摩擦力力向土钉钉施加向向坑内方方向的拉拉力，因因此土钉钉拉力随随深度逐逐渐增长长，直到到滑面位位置；进进入稳定区后，土体体为土钉钉提供摩摩阻力，，拉力逐逐渐衰减减。故土土钉的轴轴力随深深度由小小到大，，再减小小，钉-土之间的的摩擦力力有正有有负。滑面位置置2.3.2土钉计算算破坏形式式：单个个土钉从从土中拔拔出。单根土钉钉所受的的拉力（1）单根土土钉抗拉拉承载力力第j根土钉土压力土钉间距距土钉与水水平面的的夹角安全系数数一级:（不适用）二级：≥1.6三级：≥1.4轴向拉力力调整系系数（调整后后土钉轴轴力之和和保持不不变）0.6~1.0h主动土压力承载力拉力单根土钉钉的抗拔拔承载力力主动土压压力折减减系数1）土压力力按基坑坑侧壁直直立（=90o）时计算算。非直直立时，，只有部部分土压压力需土土钉承担担，故1。2）基坑侧侧壁直立立（=90o）时，=1。极限摩阻阻力h滑动面（2）土钉杆杆体受拉拉承载力力j土钉滑动动面以外外穿过的的第i层土（3）整体稳稳定性验验算同前。稳定段土钉支护护基坑失失稳破坏坏2.3.3复合型土土钉墙（（联合支支护）土钉墙+预应力锚锚索（锚锚杆）（1）与基本本型土钉钉墙相比比，可适适用于更更差的土土层和更更深的基基坑。（2）与其他他类型支支护相比比，仍保保持了土土钉墙造造价低、、工期短短、设设备简单单、施工工方便的的特点。。土钉墙+隔水帷幕幕土钉墙+微型桩土钉墙+隔水帷幕幕+预应力锚锚索（锚锚杆）土钉墙+微型桩+预应力锚锚索（锚锚杆）土钉墙+搅拌桩+微型桩土钉墙+隔水帷幕幕+微型桩+预应力锚锚索（锚锚杆）特点2.3.4工程实例例深圳长城城盛世家家园高层层住宅基基坑（2002，最大开开挖深度度21.7m）（1）土层（2）开挖及及支护方方案土钉墙+预应力锚锚索土钉墙+预应力锚锚索土钉墙+隔水帷幕幕+预应力锚锚索土钉墙+隔水帷幕幕+预应力锚锚索+微型桩（3）水平位位移及沉沉降监测测结果（4）经济效效益造价约为为桩+预应力锚锚索方案的2/3，节省500~600万元。北侧沉降降东侧沉降降东侧水平平位移南侧水平平位移深圳南山山文化中中心区水水处理站站基坑（1）工程概概况（2）水平位位移及沉沉降监测测结果2.4排桩、地地下连续续墙结构构计算2.4.1荷载-结构法土体与结结构之间间的相互互作用完完全以荷荷载的形形式反映映。作用用在结构构上的荷荷载为主主动（被被动）土土压力，，不考虑虑挡土结结构变形形所产生生的土抗抗力。荷载（土土压力））-结构荷载（土土压力））-弹簧（土土）-结构初始应力力场-土体-结构荷载-结构法计算模型型及计算算方法分分类弹性支点点法有限元法法、有限限差分法法《建筑基坑坑支护技技术规程程JGJ120——99》中悬臂桩桩的结构构内力计计算模型型计算模型型与结构构的实际际受力变变形相差差较大，，在新的的“基坑坑规范””中已取取消。2.4.2作用在结结构上的的荷载-土压力的计算（1）经典土土压力理理论土压力和位移之间的关系（刚性挡土结构）1）影响土土压力的的主要因因素a.土的性质质；b.挡土结构构位移的的方向和和大小；；c.挡土结构构的刚度度。假设：墙背光滑滑、墙后后土体处处于极限限状态。。土体处于于极限状态态时的土压压力。3）Rankine土压理论论土压力：：沿高度线线性分布布。为土土体处于于极限状状态时的的土压力力，与结结构的位位移及变变形无关关。2）主动土土压力和和被动土土压力（2）规范中中的土压压力模式式建筑基坑坑支护技技术规程程JGJ120——20121）地下水水位以上上或水土土合算的的土层主动土压力系数主动土压压力土重产生生的竖向向应力外荷载产产生的竖竖向应力力主动土压压力被动土压压力竖向压力被动土压力系数土重产生生的竖向向应力竖向压力被动土压压力2）水土分分算的土土层主动土压压力被动土压压力外侧水压压力内侧水压压力（3）土压力力计算时时的水土土分算和和水土合合算适用于黏黏性土，，如黏土土、粉质质黏土等等。适用于无无黏性土土，如砂砂、卵石石等。水土分算算：采用浮重重度计算算主动（（被动））土压力力，再单单独计算算静水压压力，最最后两者者叠加作作为作用用在挡土土结构上上的土压压力。水土合算算：直接采用饱和和重度计计算主动动（被动动）土压压力。主动土压压力系数数被动土压压力系数数由于主动土压压力：分分算>合算被动土压压力：合合算>分算所以土体的自自稳及围围护结构构与背后后土体的的分离基坑坑冠梁梁裂缝缝土体的自自稳高度度（4）实测的的土压力力分布形形式北京医院急诊楼天津无缝钢管总厂PU2铁皮坑上海太阳广场大厦陈塘庄码头（与理论论计算结结果相差差较大））2）实际土土压力的的大小及及分布形形式随支支护结构构的位移移及变形形而变，，分布形形式较为为复杂，，预先给给出其分分布形式式及大小小是不合合理的。。（5）土压力力计算小小结3）只有在在结构位位移足够够大时，，土体才才可能处处于极限限状态，，在目前前结构设设计由强强度控制制转向变变形控制制的情况况下，这这种状态态是很难难出现的的。1）朗肯（（Rankine）土压理理论假设设墙背光光滑、墙墙后土体体处于极极限状态态，所求求出的土土压力为为线性分分布形式式。4）结构-土之间的摩擦擦力对土压力力有直接影响响，可减小主主动土压，加加大被动土压压。5）经典土压理理论对应于平平面应变问题题。对基坑来来说，中间部部分较符合，，而两端则因因空间效应，，可能结果会会相差较大。。总的来看，按按目前土压力力模型计算得得到的结果常常与实际土压压力相差较大大，由此导致致结构内力与与变形的计算算结果与实测测结果相差较较大。2.4.3荷载-弹簧-结构法（弹性支点法）以弹簧模拟土土对支护结构构的被动作用用。（1）计算模型2）假定土的抗抗力与该处的的水平位移成成正比，即抗力系数水平位移计算模型计算宽度的确定1）桩（墙）后后采用主动土土压力，桩前前以弹簧模拟拟土的抗力。。初始的土反力力（主动土压压力）3）计算宽度（（即其中一根根桩的土反力力的影响宽度度）且土抗力的和和应小于被动动土压力的和和：圆桩（d<1m）（d≥1m）新规范土压力旧规范土压力新规范K法：ks不随深度改变变，多用于岩层。m法：ks随深度线性增增加，主要用于土层层。4）土的水平反反力系数当结构发生单单位水平位移移时土所产生生的抗力。抗力系数的各各种计算方法法土的反力系数数的比例系数数反映土的刚度度的大小（m越大，刚度越越大），对支支护结构的内内力有重要影影响。经验公式挡土构件在坑坑底处的水平平位移量（mm），小于10mm时可取为10。（MN/m4）m可通过桩的水水平载荷试验验等方法确定定。基坑开挖深度度桩的水平载荷荷试验（2）锚杆和内支支撑对挡土结结构作用力的的计算即支撑产生单单位位移所需需要的力。1）锚杆的刚度度系数（3）支撑刚度系系数的计算支承的刚度系系数支点处的水平平位移支点初始（安安装前）水平平位移法向预加应力力按抗拔试验结结果确定荷载锚头位移计算宽度锚杆间距预应力锚杆荷载锚头位移Q2s2Q1s1按理论方法计计算锚杆弹性模量量固结体截面积积锚杆截面积复合弹性模量量自由段长度锚固段长度轴向力固结体的弹性性模量固结体2）内支撑的刚刚度系数水平间距计算宽度支撑不动点调调整系数支撑松弛系数数弹模及截面积积sba支撑长度自由段（4）双排桩的计计算模型1）前、后排桩之之间的土压力力前、后桩水平平位移差2）桩间土水平平刚度系数土的压缩模量量前、后桩的净净间距3）桩间土初始始压力支护结构外侧侧主动土压力力计算系数坑底以上土内内摩擦角的加加权平均值初始的土反力力破坏面成都御龙山项项目基坑双排桩支护结结构基坑预应力锚索双排桩基坑成都黏土（5）求解方法1）有限单元法法的基本概念念（以梁的计计算为例）解析法只能计计算较为简单单的问题Pqq容易求解比较麻烦用解析法求解十分困难难基坑支护结构构计算模型，，无法用解析析法求解。（杆系有限元元法）q单元结点1234567W1W2W3W8W有无限多个自由度已减少到8个自由度23456781通过对计算结结构离散化的方法使复杂杂问题的求解解变得可能原本复杂的位移曲线已被分段的线性（或2次、3次）曲线所替代，有利于计算方程的建立。刚度矩阵节点挠度节点荷载连续体（无限限多个自由度度）离散体（有限限个自由度））。2）求解过程ⅰ）离散化：ⅱ）利用能量原原理建立求解解方程ⅲ）解方程组后后的到节点位位移w。ⅳ）由节点位移移求得各截面面的弯矩、剪剪力等。（6）算例——成都西南电力力设计院科研研设计楼基坑坑1）概况支护结构（人工挖孔桩桩+2道预应力锚索索）预应力锚索结结构图2）支护结构350kN300kN桩径1.2m，桩间距2.5m3）计算模型（（理正）层号土类名称层厚(m)1杂填土3.02中砂2.03卵石17.04强风化泥岩2.05中风化泥岩10.0层号土类名称重度粘聚力内摩擦角m值与锚固体摩(kN/m3)(kPa)(度)(MN/m4)擦阻力(kPa)1杂填土18.08.010.020.020.02素填土19.010.020.020.020.03中砂18.83.015.030.050.04卵石21.08.040.090.0260.05强风化泥岩22.0------70.0150.06中风化泥岩23.0------150.0300.04）材料计算参参数5）内力及变形形计算结果弹性支点法经典方法4）土层层的力力学模模型仍仍偏于于简单单，通通过计计算得得不到到土层层的变变形情情况。。1）与荷荷载-结构法法相比比，考考虑了了土层层及结结构变变形特特性对对结构构受力力变形形的影影响，，并可可得到到结构构的变变形。。5）参数数m对结果果影响响较大大，但但通常常没有有相应应的试试验值值，同同时m也不是是常数数（与与荷载载水平平有关关），，这会会对计计算结结果的的准确确性和和可靠靠性产产生较较大的的影响响。（7）弹性性抗力力法总总结2）可较较好地地模拟拟基坑坑施工工过程程对支支护结结构变变形及及内力力的影影响。。3）作用用在桩桩（墙墙）背背后的的土压压力预预先确确定，，在计计算过过程中中保持持不变变，与与支护护结构构的变变形大大小无无关，，这与与实际际情况况是不不相符符的。。初始应应力场场（自自重应应力））为000开挖前前施做支支护结结构（1）计计算原原理静止土土压力力p02.4.4初始应应力场场-土体-结构计计算方方法（采用用有限限元法法、有有限差差分法法等））开挖后后的土土压力力p11开挖后后=+u开挖释释放荷荷载u1开挖引引起的的土压压力变变化p（墙前前为正正，墙墙后为为负））位移场场应力场场土压力力静止土压力p00u0=0（3）特点点1）与前前2种方法法相比比，不不需对对土层层、支支护结结构引引入过过多假假设和和作过过多的的简化化（例例如，，不需预预先假假设土土压力力分布布模型型），因因此能能更好好地模模拟支支护结结构及及土层层的受受力变变形情情况，，并能能得到到支护护结构构、土土层的的全部部变形形、受受力信信息。。2）能够够模拟拟各种种复杂杂的基基坑支支护形形式及及施工工过程程，可可进行行空间间、时时间效效应的的分析析。3）土体体力学学模型型及参参数的的合理理性及及准确确性是是计算算成败败的关关键。。（2）所需需要的的土的的材料料参数数1）弹性性模型型：弹弹性模模量、、泊松松比。。2）弹塑塑模型型：弹弹性模模量、、泊松松比、、粘聚聚力、、内摩摩擦角角。4）渗透透固结结问题题：除除上述述参数数外，，增加加渗透透系数数。3）其他他非线线性本本构关关系（（有上百百种）：相相应的的参数数。（4）算例例（地地铁车车站基基坑））有限元模型及及网格划分弯矩计算结果果土压力计算结结果水平位移云图图桩间距3.2m时应用有限元法法研究合理的的桩间距桩间距2.2m时桩间土失稳2.5基坑变形计算算（1）基坑工程正正在由强度控控制转向变形形控制，基坑坑变形的确定定显得尤为重重要。（2）变形问题较较强度问题更更为复杂。基坑周围环境类型基坑变形基坑坑外土体体土体水平位移坑底隆起支护结构水平位移竖向位移变形类型型变形产生生的原因因地下连续续墙或灌灌注桩开开挖降水基坑开挖挖地表及深层沉降水平变形2.5.1地下连续续墙或灌灌注桩开开挖引起起的地层层变形地下连续续墙（灌灌注桩））的开挖挖，将导导致土层层中的自自重应力力释放（（虽然泥泥浆可提提供一部部分支护护力，但但不足以以补偿降降低的应应力），，由此导导致地层层的变形形。特别别是注意意到墙（（桩）的的开挖深深度较基基坑的开开挖深度度还大，，故可使使土层产产生相当当量值的的位移。。沉降降水平位移移大量的量量测结果果表明，，其影响响范围可可到墙（（桩）开开挖深度度的2倍，变形形可达开开挖深度度的0.05%~0.15%，在基坑坑施工过过程中产产生的变变形中占占相当大大的比例例。2.5.2基坑开挖挖产生的的变形开挖所产产生的变变形与基基坑深度度、土层层软硬、、支护结结构、施施工过程程等诸多多因素有有关。以以下是对对大量实实测数据据进行统统计分析析得到的的结果。。（1）基坑最最大侧向向位移与与基坑开开挖深度度的关系系：0.1~1.2%H（2）地表最最大沉降降约为基基坑最大大侧向位位移的0.5~1.5倍。上海地区区基坑变变形统计计结果（（部分））2.5.3支护结构构的水平平位移1）变形特特点（1）悬臂型：基坑较较浅，无无横撑时时。（2）抛物线型型：基坑较较深，单单横撑时时。（3）组合型：基坑深深，多道道横撑时时。多道横撑撑时的水水平位移移常呈抛抛物线型型，位移移最大值值一般在在基坑底底面附近近，或稍稍偏上。。（如：：软土基基坑，位位置的平平均深度度为0.89H）2）确定方方法弹性支点点法有限元等等数值计计算方法法经验法估估算2.5.4基坑开挖挖产生的的地表沉沉降1）开挖沉沉降的形形态及影影响范围围（1）凹槽形形；（2）三角形形。凹槽形的的最大沉沉降的位位置:（0.3~0.7)H。沉降影响响范围:（1~4）H。2）利用地地层损失失法计算算地表沉沉降（1）用弹性性支点法法等方法法计算支支护结构构的变形形曲线。。（2）以地表表下沉填填补因支支护结构构变形而而造成的的空隙（（即二者者面积相相等），，确定地地表下沉沉曲线。。（1）三角形形沉降曲曲线沉降范围围地表最大大沉降（2）指数曲曲线沉降范围围地表最大大沉降支护变形形所围面面积支护结构构的高度度3）算例2.5.5基坑降水水产生的的地表沉沉降1）降水产产生沉降降的原因因水位下降降后地层层中的有有效应力力增大，，并产生生沉降。。2）沉降计计算方法法（1）简化计计算方法法（2）有限元元法等数数值计算算方法上海环球球金融中心心基坑2.6基坑的时时空效应应（1）时间效应应土的蠕变变性：在应力水水平不变变的条件件下，土土的变形形随时间间逐渐增增大。对基坑的的影响：：基坑变形形及支护护结构所所受荷载载随时间间逐渐增增大。（2）空间效效应基坑形状状及尺寸寸、每步步的开挖挖范围及及深度等等对基坑坑受力变变形的影影响。（3）考虑时空空效应的的计算方方法有限元等等数值计计算方法法：1）按空间间问题计计算；2）土体采采用流变变模型。。（4）施工技技术要点点1)控制每步步的开挖挖范围和和深度；；2)及时支护护；3)量测信息息及时反反馈。3.施工监测测及信息息化施工工3.1基坑监测测原理及及方法3.1.1监测目的的（1）保证基基坑安全全和施工工质量，，并指导导施工。。（2）保证周周围环境境的安全全。（3）积累数数据和资资料，为为以后的的工程服服务。3.1.2监测内容容（见下页页）3.1.3监测原则则（1）监测数数据真实实，可靠靠。（2）监测结结果即使使整理，，反馈。。（3）监测工工作尽量量不影响响正常施施工。支护结构构桩（墙）顶部水平、竖向位移桩（墙）身水平位移立柱竖