基坑工程设计原则

深基坑工程第二章基坑工程设计原那么及作用荷载一、设计原那么及依据〔一〕支护结构平安等级安全等级破坏后果γ0一级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响很严重1.10二级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重1.00三级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境及主体结构施工安全的影响不严重0.90支护结构平安等级与重要性系数考虑划分平安等级的因素1.基坑的开挖深度由于土压力与深度的平方成正比，基坑深度越大，围护结构的内力与变形都相应急剧增大，支锚结构的轴力也随之增大，无论对于围护结构本身的平安或对环境的影响都增加了技术难度，工程的重要性和失效带来的危害性都加大了，因而开挖深度越大，对深基坑的设计和施工的技术要求越高，平安等级就越高。2.土质条件在相同开挖深度的条件下，土质越差，抗剪强度低，侧土压力增大，结构内力加大，对环境的影响也越大，控制的要求必须相应提高。3.地下水位地下水对基坑围护结构的平安与使用具有决定性的作用。如果地下水位很深，那么技术难度和工程的危险性都要小得多；在地下水位高的地方，降水会形成地面的沉降和损害相邻建筑物，如果设置止水帷幕，那么使围护结构承受很大的水压力，同时增加了渗透变形的危险性，因此必须提高对设计和施工的要求。4.相邻建筑物与设施的重要性以及对变形的承受能力相邻建筑物的重要性增大，对变形控制的要求更严格，平安等级就越高，例如在地下铁道邻近地区开挖基坑时，常需要提高设计的平安度以保证地下铁道的平安运行；对于变形十分敏感的建筑物或设施，也必须严格控制变形，提高对设计施工的要求。等级条件一级1.基坑开挖深度≥10m；2.支护结构作为主体结构的一部分；3.距基坑边两倍开挖深度范围内的历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护时。二级1.7m≤基坑开挖深度＜10m；2.距基坑边两倍开挖深度范围内有建筑物、地下管线等需要保护时。三级1.基坑开挖深度＜7m；2.周围环境无特别保护要求时。上海市?基坑工程设计规程?中基坑工程分级表〔二〕基坑支护结构极限状态1.承载能力极限状态对应于支护结构到达最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构破坏或基坑周边环境破坏。1〕支护结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承受荷载，或出现压屈、局部失稳；2〕支护结构及土体整体滑动；3〕坑底土体隆起而丧失稳定；4〕对支挡式结构，坑底土体丧失嵌固能力而使支护结构推移或倾覆；5〕对锚拉式支挡结构或土钉墙，土体丧失对锚杆或土钉的锚固能力；6〕重力式水泥土墙整体倾覆或滑移；7〕重力式水泥土墙、支挡式结构因其持力土层丧失承载能力而破坏；8〕地下水渗流引起的土体渗透破坏。2.正常使用极限状态对应于支护结构的变形已阻碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。1〕造成基坑周边建〔构〕筑物、地下管线、道路等损坏或影响其正常使用的支护结构位移；2〕因地下水位下降、地下水渗流或施工因素而造成基坑周边建〔构〕筑物、地下管线、道路等损坏或影响其正常使用的土体变形；3〕影响主体地下结构正常施工的支护结构位移；4〕影响主体地下结构正常施工的地下水渗流。〔三〕基坑支护结构设计表达式

1.承载能力极限状态1〕支护结构构件或连接因超过材料强度或过度变形的承载能力极限状态设计，应符合下式要求：γ0──支护结构重要性系数；γF──作用根本组合的综合分项系数，不应小于1.25；Sd──作用根本组合的效应〔轴力、弯矩等〕设计值；Sk──作用标准组合的效应；Rd──结构构件的抗力设计值。2〕坑体滑动、坑底隆起、挡土构件嵌固段推移、锚杆与土钉拔动、支护结构倾覆与滑移、基坑土的渗透变形等稳定性计算和验算，均应符合下式要求：Rk──抗滑力、抗滑力矩、抗倾覆力矩、锚杆和土钉的极限抗拔承载力等土的抗力标准值；Sk──滑动力、滑动力矩、倾覆力矩、锚杆和土钉的拉力等作用标准值的效应；K──稳定性平安系数。2.正常使用极限状态由支护结构的位移、基坑周边建筑物和地面的沉降等控制的正常使用极限状态设计，应符合下式要求：Sd──作用标准组合的效应〔位移、沉降等〕设计值；C──支护结构的位移、基坑周边建筑物和地面的沉降的限值。〔三〕基坑工程设计的根本原那么1.平安可靠在满足支护结构本身强度、稳定性和变形要求的同时，确保周围环境的平安；2.经济合理性在保证平安可靠的前提下，设计方案应具有较好的技术经济效应和环境效应；3.施工便利并保证工期在平安可靠、经济合理的原那么下，最大限度地满足方便施工的条件，以缩短工期。〔四〕设计依据1.国家及地区的有关标准及规程2.场地岩土工程地质勘察资料3.周围环境资料4.主体结构的设计资料5.施工条件二、基坑工程设计的主要内容1.支护体系的方案比较和选型；2.支护结构的强度和变形验算；3.基坑内外土体的稳定性验算；4.维护墙的抗渗验算；5.降水要求和降水方案；6.确定挖土的工况及挖土、运土的主要措施；7.确定环境保护的要求及相关措施；8.监测的内容。各类支护结构的适用条件——续表三、作用于支护结构上的荷载作用于支护结构上的荷载主要有：1.土压力2.水压力3.影响区范围内建〔构〕筑物的超载4.施工荷载：汽车、吊车及场地堆载5.假设支护作为主体结构的一局部时，应考虑地震荷载6.温度影响和混凝土收缩引起的附加荷载。〔一〕挡土墙土压力的一般计算方法根据经典土力学理论，挡土墙土压力计算公式如下：1.主动土压力〔1〕郎肯土压力〔2〕库伦土压力假设将其作三角形分布处理，那么2.被动土压力〔1〕郎肯土压力〔2〕库伦土压力郎肯土压力计算图式〔二〕土力学土压力与深基坑支挡结构上土压力的差异用经典土压力理论计算土压力与实际作用于支护结构上的土压力具有一定的差异，其原因在于：+△-△Eo△a△pEaE0Ep1.经典土压力理论计算的结果是极限值，而当围护结构处于正常工作状态时的接触压力并不是极限值。2.两者支挡结构后侧土体变形及压力变化历史不同。土力学考虑的土压力多为填土，有固结变形问题，而基坑围护结构上的土压力是由静止土压力转变为主动或被动土压力，两种情况下的强度参数差异较大。并且，在基坑开挖过程中，作用在支挡结构上的土、水压力是随着开挖的进程逐步形成的，其分布形式除与土性和地下水等因素有关外，还与墙体的位移量及位移形式有关。而位移的性状随支撑和锚杆的设置及每步开挖施工方式的不同而不同。在基坑工程中，排桩式和地下连续墙等板式围护结构都是柔性的，在土压力作用下自身会产生比较大的变形，特别是在支撑和锚杆的约束下，围护结构的变形更加复杂，其土压力分布也呈现不同形式。

3.经典土压力理论只能计算刚性界面上的接触压力，而没有考虑实际支护结构本身的变形。4.土力学土压力〔朗肯〕没有考虑墙与土之间的摩擦，而实际是有摩擦的，有时还较大。5.土力学土压力理论是平面问题，而基坑往往是空间问题，空间问题的空间制约效应明显。一般来讲，对有限长的基坑，在长边方向的中部比较接近于平面条件，但在基坑转角处那么与平面问题假定相去甚远，存在末端的影响。〔三〕?建筑基坑支护技术规程?〔JGJ120-2021〕的推荐方法1.土压力计算方法及相应的土的抗剪强度指标类别规定〔1〕对地下水位以上的各类土，土压力计算、土的滑动稳定性验算时，对粘性土、粘质粉土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq，对砂质粉土、砂土、碎石土，土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c´、φ´；〔2〕对地下水位以下的粘性土、粘质粉土，可采用土压力、水压力合算方法，土压力计算、土的滑动稳定性验算可采用总应力法；此时，对正常固结和超固结土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq，对欠固结土，宜采用有效自重压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标cuu、φuu；〔3〕对地下水位以下的砂质粉土、砂土和碎石土，应采用土压力、水压力分算方法，土压力计算、土的滑动稳定性验算应采用有效应力法；此时，土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c´、φ´，对砂质粉土，缺少有效应力强度指标时，也可采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq代替。2.土压力计算公式〔1〕 对地下水位以上或水土合算的土层式中：pak──支护结构外侧，第i层土中计算点的主动土压力强度标准值(kPa)；当

pak

<0时，应取pak＝0；σak、σpk──分别为支护结构外侧、内侧计算点的土中竖向应力标准值(kPa)；ppk──支护结构内侧，第i层土中计算点的主动土压力强度标准值(kPa)；〔2〕 对水土分算的土层ua、up──分别为支护结构外侧、内侧计算点的水压力(kPa)3.土中竖向应力标准值σac──支护结构外侧计算点，由土的自重产生的竖向总应力〔kPa〕；σpc──支护结构内侧计算点，由土的自重产生的竖向总应力〔kPa〕；Δσk，j──支护结构外侧第j个附加荷载作用下计算点的土中附加竖向应力标准值(kPa)。均布附加荷载作用下土中竖向附加应力标准值计算局部附加荷载作用下土中竖向附加应力标准值计算〔1〕对条形根底下的附加荷载当d＋a/tanθ≤za≤d＋(3a+b)/tanθ时d──根底埋置深度；b──根底宽度；a──支护结构外边缘至根底的水平距离；θ──附加荷载的扩散角，宜取θ＝45°。

当za<d＋a/tanθ或za>d＋(3a+b)/tanθ时，取Δσk＝0。〔2〕对矩形根底下的附加荷载当d＋a/tanθ≤za≤d＋(3a+b)/tanθ时〔3〕对作用在地面的条形、矩形附加荷载，按前述〔1〕、〔2〕公式