基坑支护计算

第6章基坑工程§6-1 概述一、基坑工程的概念及特点基坑工程：建（构）筑物基础工程或其他地下工程施工中所进行基坑开挖、降水、支护和土体加固以及监测等综合性工程。

何谓深基坑工程?苔罗阿尼先生认为:在开挖深度不到6ｍ时,单凭经验施工也不会遭到失败,即使地基土质略差,用一般方法也能安全施工。

在设计中过分保守是不经济的。

另外,如果深度大于6ｍ,需要涉及到土力学方面的一些问题－深基坑。

基坑工程的特点：(1)深基坑工程具有很强的区域性岩土工程区域性强,岩土工程中的深基坑工程,区域性更强。

如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中,基坑工程差异性很大。

即使是同一城市不同区域也有差异。

正是由于岩土性质千变万化,地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性,往往造成勘察所得到的数据离散性很大,难以代表土层的总体情况,且精确度很低。

因此,深基坑开挖要因地制宜,根据本地具体情况,具体问题具体分析,而不能简单地完全照搬外地的经验。

(2)深基坑工程具有很强的个性深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关,还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。

因此,对深基坑工程进行分类,对支护结构允许变形规定统一的标准是比较困难的,应结合地区具体情况具体运用。

(3)基坑工程具有很强的综合性深基坑工程涉及土力学中强度(或称稳定)、变形和渗流3个基本课题,三者融溶一起需要综合处理。

有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾,有的土中渗流引起土破坏是主要矛盾,有的基坑周围地面变形是主要矛盾。

深基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。

同时,深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交叉的学科,是多种复杂因素相互影响的系统工程,是理论上尚待发展的综合技术学科。

(4)深基坑工程具有较强的时空效应深基坑的深度和平面形状,对深基坑的稳定性和变形有较大影响。

在深基坑设计中,要注意深基坑工程的空间效应。

土体蠕变体,特别是软粘土,具有较强的蠕变性。

作用在支护结构上的土压力随时间变化,蠕变将使土体强度降低,使土坡稳定性减小,故基坑开挖时应注意其时空效应。

(5)深基坑工程具有较强的环境效应深基坑工程的开挖,必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变,导致周围地基土体的变形,对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响。

影响严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。

大量土方运输也对交通产生影响。

所以应注意其环境效应。

(6)深基坑工程具有较大工程量及较紧工期由于深基坑开挖深度一般较大,工程量比浅基坑增加很多。

抓紧施工工期,不仅是施工管理上的要求,它对减小基坑变形,减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。

(7)深基坑工程具有很高的质量要求由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域,甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分,而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构,所以,必须保证深基坑工程的质量,才能保证地下结构和上部结构的工程质量,创造一个良好的前提条件,进而保证整幢建筑物的工程质量。

另一方面,由于深基坑工程中的挖方量大,土体中原有天然应力的释放也大,这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大,使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力,地下管线的某些部位出现应力集中等,故深基坑工程的质量要求高。

(8)深基坑工程具有较大的风险性深基坑工程是个临时工程,安全储备相对较小,因此风险性较大。

由于深基坑工程技术复杂,涉及范围广,事故频繁,因此在施工过程中应进行监测,并应具备应急措施。

深基坑工程造价较高,但有时临时性工程,一般不愿投入较多资金,一旦出现事故,造成的经济损失和社会影响往往十分严重。

(9)深基坑工程具有较高的事故率深基坑工程施工周期长,从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件,安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性。

从以上各方面综合看,我国目前深基坑工程存在的主要问题有:①深基坑技术有待尽快发展提高当前,深基坑工程以深、大、复杂为特点,特别是沿海地区,地下水位较高,深基坑工程施工工艺的改进等问题,均有待进一步的研究与发展。

②深基坑工程设计质量较低一些部门认为深基坑工程是施工部门的事,无需设计资质,设计院及岩土工程部门介入较少,设计大多由施工单位自己完成,但由于设计人员技术水平、参数取值、计算方法无章可循,使一些工程隐患较大,导致发生严重工程事故。

③深基坑工程缺乏理论研究与计算目前,深基坑工程多是边开挖边实践边摸索,往往靠经验来进行,缺乏成熟的技术规范的指导,仍然靠半经验半理论的方法解决问题。

④不必要的浪费有的深基坑工程为了避免事故发生,往往一开始就支护不考虑墙的受力和变形,全面支护,盲目增加安全系数,造成很大浪费。

⑤施工混乱管理不严少数施工单位不具备技术条件,人力、物力等基本素质较差,为了追求利润或迁就业主,降低安全度。

⑥质量检验不完善深基坑工程的质量检验、验收的方法无章可循,给深基坑工程的质量监督和质量评价带来困难,没有针对深基坑工程特点建立竣工验收的质量管理体系。

⑦不注重工程勘察深基坑工程的工程勘察工作十分重要,但许多勘察单位常常忽略对基坑环境地质的勘察,专门针对深基坑工程的地质及水文地质的勘察不够,以至给设计和施工带来隐患。

⑧施工过程中的监理不够,不能做到随时监测。

⑨目前,监理工作在人力、物力等方面还不适应深基坑工程的特殊要求。

⑩缺乏地域性规范、规程及标准。

二、基坑支护结构的类型及适用条件1．放坡开挖及简易支护2．悬臂式支护结构3．水泥土桩墙支护结构4．内撑式支护结构5．拉锚式支护结构6．土钉墙支护结构7．其他支护结构：双排桩支护结构连拱式支护结构加筋水泥土拱墙支护结构地下连续墙等三、基坑支护工程设计原则和设计内容原则：1．安全可靠2．经济合理性3．施工便利并保证工期设计内容1．基坑内建筑场地勘察和基坑周边环境勘察2．支护体系方案技术经济比较和选型3．支护结构的强度稳定和变形以及基坑内外土体稳定性验算4．基坑降水和止水帷幕设计以及支护墙的抗渗设计5．基坑开挖施工方案和施工检测设计四、作用于支护结构上的土压力等荷载计算通常用朗肯土压力理论计算土压力经验分布图§6-2 排桩、地下连续墙支护结构概述：基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩支护，开挖深度在6~10m左右时，即可采用排桩支护。

排桩支护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩等。

排桩支护结构可分为：1．柱列式排桩支护结构2．连续排桩支护结构3．组合式排桩支护结构按基坑开挖深度及支挡结构受力情况分：1．无支撑（悬臂式）支护结构2．单支撑结构3．多支撑结构：大直径钻孔桩，采用深层搅拌桩防水，多道支撑或中心岛施工法，开挖深度可达13m。

地下连续墙采用特制的成槽机械在泥浆护壁下，逐段开挖出沟槽并浇注钢筋混凝土板而形成。

作用：挡水、止水、可作地下结构外墙，开挖深度可大于10m。

优点：具有刚度大整体性好振动噪音小，可逆作法施工以及适用各种地质条件等缺点：废泥浆不好处理、造价较高。

6-2-1 悬臂式排桩支护的计算悬臂板桩的变位及土压力分布图a) 变位示意图b)土压力分布实际图形c)悬臂板桩计算图式d)Blum计算图式板桩将绕基坑底以下某点b点旋转。

b点处墙体无变位，故受到大小相等、方向相反的二力（静止土压力）作用，其净压力为０。

b点以上墙体向左移，左侧：被动土压力右侧：主动土压力b点以下墙体向右移左侧：主动土压力右侧：被动土压力因此作用在墙体上各点的净土压力为各点两侧的被动土压力和主动土压力之差。

简化之后可根据静力平衡条件计算板桩的入土深度和内力；、H.Blum简化计算方法。

一、第n层土底面对板桩墙的主动土压力为⎪⎭⎫⎝⎛--⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛+=∑=245tan2245tan21nnnniiinanChqeϕϕγοο第n层土底面对板桩墙的被动土压力为⎪⎭⎫⎝⎛++⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛+=∑=245tan2245tan21nnnniiinanChqeϕϕγοο２．建立并求解静力平衡方程，求得板桩入土深度1)计算桩墙后主动土压力3ae及墙前被动土压力3pe，然后进行迭加，求出第一个土压力为０的点d，该点离坑底的距离为u ；aappKchuKKcuK2)(2-+=+γγ⇒u静力平衡法计算悬臂板桩2) 计算d 点以上土压力合力a E ，求出a E至d 点的距离y ； 3) 计算d 点处墙前主动土压力1a e 及墙后被动土压力1p e ； 4) 计算桩底墙前主动土压力2a e 及墙后被动土压力2p e ；5) 根据作用在挡墙结构上的全部水平作用力平衡条件和绕挡墙底部自由端力矩总和为0的条件可得：∑=0H ，()()[]()0220332233=---+-+t e e ze e e e E a p a p a p a ∑=0M ，()()()[]()03232003322330=---+-++t t e e zz e e e e y t E a p a p a p a 整理后得0t 的四次方程：()()()046268221101122031140=---⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+---+βββββa a p a a p a aa p E e e y E t e e y E t E t e e t 式中⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛+=245tan 245tan 22n n n ϕϕγβ解得0t 并求得04.1~1.1t u t +=３．计算板桩最大弯矩板桩墙最大弯矩的作用点，即结构断面剪力为零的点。

对于均质无粘性土，如上图所示，剪力为零的点在基坑下深度为b 时，即有：()02222=+-a p K b h K b γγ 由上式解得b 后，即可求得最大弯矩 ()()[]p a p a K b K b h K b b K b h b h M 3322max 62323-+=-++=γγγ二、布鲁姆(Blum)法布鲁姆(Blum)建议以图d 代替c ，即原来桩脚出现的被动土压力以一个集中力p E '代替，计算简图如下：１． 求桩插入深度如图所示，对桩底C 点取矩，则有0=∑c M 即03)(=--+∑xEa x l P p。

(1) 式中()()222x K K x x K K E p a p a p -=-=γγ 代入(1)得()06)(3=---+∑x K Ka x l P p aγ化简后得 ()()()0663=-----∑∑papaK Ka l P x K KPx γγ。

(2) 式中∑P ：主动土压力、水压力的合力 a ：∑P 合力距地面的距离u h l +=u ：土压力零点距坑底的距离，可根据净土压力零点处墙前被动土压力强度与墙后主动土压力强度相等的关系求得，即：()u h K u K a p +=()p a a K K hK u -=∴从式(2)的三次式试算求出x 值，板桩的插入深度x u t 2.1+= 布鲁姆的简化计算：(1) 令l x =ξ，代入式(2)可得()()()p a p a K K l P a K K l P --+-=∑∑323616λξγξ(2) 再令()p a K K l Pm -=∑26λ，()p a K K l Pa n -=∑36λ则上式变成()n m -+=13ξξ(3) n m ,值易确定，与荷载及板桩的长度有关。