基坑工程計(jì)算理論

1、研究生課程基坑工程的計(jì)算各種土、水壓力計(jì)算方法及適用條件（熟悉）水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值n依據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ 12099對(duì)于碎石土及砂土n當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以上時(shí)：n當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以下時(shí)： waiwawajwajaiikaiajkajkKhmhzKcKe2aiikaiajkajkKcKe2對(duì)于粉土及粘性土aiikaiajkajkKcKe2注：當(dāng)按以上規(guī)定計(jì)算的基坑開挖面以上水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于零時(shí)，應(yīng)取零。符號(hào)Kai第i層的主動(dòng)土壓力系數(shù)ajk作用于深度zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值cik三軸試驗(yàn)（當(dāng)有可靠經(jīng)驗(yàn)時(shí)可采用直接剪切試驗(yàn)）確定的第i層土固結(jié)不排水（快）剪粘聚力標(biāo)

2、準(zhǔn)值z(mì)j計(jì)算點(diǎn)深度mj計(jì)算參數(shù)，當(dāng)zjh時(shí)，取zj，當(dāng)zj h時(shí)，取hhwa 基坑外側(cè)水位深度wa計(jì)算系數(shù)，當(dāng)hwah時(shí)，取1，當(dāng)hwah時(shí)，取零w水的重度基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算kkrkajk10計(jì)算rkn計(jì)算點(diǎn)位于基坑開挖面以上時(shí)：n計(jì)算點(diǎn)位于基坑開挖面以下時(shí)：nrk計(jì)算點(diǎn)深度zj處自重豎向應(yīng)力nmj深度zj以上土的加權(quán)平均天然重度nmh開挖面以上土的加權(quán)平均天然重度jmjrkzhmhrk計(jì)算0k00qkn0k 基坑外側(cè)任意深度附加豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值nq0支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)地面作用滿布附加荷載計(jì)算1k100112bbbqkn1k基坑外側(cè)深度CD范圍內(nèi)的附加豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值nb1-荷載距支護(hù)結(jié)構(gòu)距離n

3、b0-地表作用寬度n注：當(dāng)基坑外側(cè)附加荷載作用于地表以下一定深度時(shí)，將計(jì)算點(diǎn)深度相應(yīng)下移，其豎向應(yīng)力也可按上述規(guī)定確定第i層土的主動(dòng)土壓力系數(shù)計(jì)算24502ikaitgK水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值n對(duì)于砂土及碎石土n對(duì)于粉土及粘性土wpiwpjpiikpipjkpjkKhzKcKe12piikpipjkpjkKcKe2符號(hào)Kpi第i層的被動(dòng)土壓力系數(shù)pjk作用于基坑地面以下深度zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值cik三軸試驗(yàn)（當(dāng)有可靠經(jīng)驗(yàn)時(shí)可采用直接剪切試驗(yàn)）確定的第i層土固結(jié)不排水（快）剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值z(mì)j計(jì)算點(diǎn)深度hwp 基坑底面水位深度w水的重度計(jì)算pjkn作用于基坑底面以下深度zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值:nmj深度

4、zj以上土的加權(quán)平均天然重度jmjpjkz第i層土的被動(dòng)土壓力系數(shù)計(jì)算24502ikpitgK常用支護(hù)類型的設(shè)計(jì)步驟、計(jì)算方法、構(gòu)造措施、施工要點(diǎn)（掌握）排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下連續(xù)墻、水泥土墻、土釘墻等懸臂結(jié)構(gòu)、錨桿結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)排樁、地下連續(xù)墻嵌固深度計(jì)算（懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)）n懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計(jì)值hd02 . 10aiapjpEhEh嵌固深度（單層支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)）n基坑底面以下支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)定彎矩零點(diǎn)位置至基坑底面的距離hc1可按下式確定：n支點(diǎn)力Tc1可按下式計(jì)算：kpkaee1111111cTpcpacachhEhEhT嵌固深度（單層支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)）n嵌固深度設(shè)計(jì)值hd可按下式確定：02 .

5、 1011aiadTcpjpEhhhTEh嵌固深度（多層支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)）n多層支點(diǎn)排樁、地下連續(xù)墻嵌固深度設(shè)計(jì)值宜按圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法確定。嵌固深度設(shè)計(jì)值的其它規(guī)定n懸臂式及單點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計(jì)值hd0.3h時(shí)，宜取hd=0.3h；n多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計(jì)小于0.2h時(shí)，宜取hd=0.2h;n當(dāng)基坑底為碎石土及砂土、基坑內(nèi)排水且作用有滲透水壓力時(shí)，嵌固深度設(shè)計(jì)值尚應(yīng)滿足抗?jié)B透穩(wěn)定條件：wadhhh02 . 1結(jié)構(gòu)計(jì)算n排樁、地下連續(xù)墻可根據(jù)受力條件分段按平面問題計(jì)算，排樁水平荷載計(jì)算寬度可取排樁的中心距；地下連續(xù)墻可取單位寬度或一個(gè)墻段。n結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形計(jì)算值、支點(diǎn)力計(jì)算值應(yīng)根據(jù)基坑開挖

6、及地下結(jié)構(gòu)施工過程的不同工況：n按彈性支點(diǎn)法計(jì)算n懸臂及單層支點(diǎn)結(jié)構(gòu)也可按靜力平衡條件確定結(jié)構(gòu)內(nèi)力及支點(diǎn)力設(shè)計(jì)值計(jì)算cjdjccTTVVMM00025. 1 i25. 1 25. 1 層支點(diǎn)力設(shè)計(jì)值：支點(diǎn)結(jié)構(gòu)第截面剪力設(shè)計(jì)值：截面彎矩設(shè)計(jì)值：錨桿承載力計(jì)算n錨桿承載力計(jì)算：nTd錨桿水平拉力設(shè)計(jì)值nNu錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值n錨干與水平面的傾角CosNTud錨桿桿體的截面面積計(jì)算n普通鋼筋截面面積計(jì)算：n預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積計(jì)算：nfy、fpy普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值cosydsfTA cospydpfTA 錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值n安全等級(jí)為一級(jí)及缺乏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的二級(jí)基坑側(cè)壁，應(yīng)進(jìn)行

7、錨桿的基本試驗(yàn)，錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值可取基本試驗(yàn)確定的極限承載力除以抗力分項(xiàng)系數(shù)1.3；n基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)且有鄰近工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按下式計(jì)算錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值，并應(yīng)進(jìn)行錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)。22112ddclqdlqdNkjsjkisiksu錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算22112ddclqdlqdNkjsjkisiksu符號(hào)Nu錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值d1擴(kuò)孔錨固體直徑d非擴(kuò)孔錨桿或擴(kuò)孔錨桿的直孔段錨固體直徑li第i層土中直孔部分錨固體段長(zhǎng)度lj第j層土中直孔部分錨固體段長(zhǎng)度qsik,qsjk土體與錨固體的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，當(dāng)無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按規(guī)范取值ck擴(kuò)孔部分土體粘聚力

8、標(biāo)準(zhǔn)值s錨桿軸向受拉抗力分項(xiàng)系數(shù)，可取1.3n對(duì)于塑性指數(shù)大于17的粘性土層中的錨桿應(yīng)進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)，錨桿蠕變?cè)囼?yàn)按規(guī)范試驗(yàn)。n基坑側(cè)壁安全等級(jí)為三級(jí)時(shí)，可按上述公式計(jì)算。錨桿自由段長(zhǎng)度計(jì)算n錨桿預(yù)加力值（鎖定值）應(yīng)根據(jù)地層條件及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形要求確定，宜取為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值的0.500.65倍kktfll2145sin/2145sin00支撐體系結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算n支撐體系（含具有一定剛度的冠梁）或其與錨桿混合的支撐體系應(yīng)按支撐體系與排樁、地下連續(xù)墻的空間作用協(xié)同分析方法，計(jì)算支撐體系及排樁或地下連續(xù)墻的內(nèi)力與變形；n支撐體系豎向荷載設(shè)計(jì)值應(yīng)包括構(gòu)件自重及施工荷載，構(gòu)件的彎矩、剪力可按多跨

9、連續(xù)梁計(jì)算，計(jì)算跨度取相鄰立柱中心距；n基坑形狀接近矩形且基坑對(duì)邊條件相近時(shí)，支點(diǎn)水平荷載可沿腰梁、冠梁長(zhǎng)度方向分段簡(jiǎn)化為均布荷載，水平荷載設(shè)計(jì)值按彈性支點(diǎn)法或靜力平衡條件確定。對(duì)撐構(gòu)件軸向力可近似取水平荷載設(shè)計(jì)值乘以支撐點(diǎn)中心距；腰梁內(nèi)力可按多跨連續(xù)梁計(jì)算，計(jì)算跨度取相鄰支撐點(diǎn)中心距。支撐構(gòu)件的受壓計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算n當(dāng)水平平面支撐交匯點(diǎn)設(shè)置豎向立柱時(shí)，在豎向平面內(nèi)的受壓計(jì)算長(zhǎng)度取相鄰兩立柱的中心距，在水平平面內(nèi)的受壓計(jì)算長(zhǎng)度取與該支撐相交的相鄰橫向水平支撐的中心距。n當(dāng)支撐交匯點(diǎn)不在同一水平面時(shí)，其受壓計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)取與該支撐相交的相鄰橫向水平支撐或聯(lián)系構(gòu)件中心距的1.5倍。支撐構(gòu)件的受壓計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)

10、算n當(dāng)水平平面支撐交匯點(diǎn)處未設(shè)置立柱時(shí)，在豎向平面內(nèi)的受壓計(jì)算長(zhǎng)度取支撐桿的全長(zhǎng)。n鋼支撐尚應(yīng)考慮構(gòu)件安裝誤差產(chǎn)生的偏心彎距作用，偏心距可取支撐計(jì)算長(zhǎng)度的1/1000。立柱計(jì)算（一）n立柱內(nèi)力宜根據(jù)支撐條件按空間框架計(jì)算；也可按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算，軸向力設(shè)計(jì)值可按下列經(jīng)驗(yàn)公司確定：nNzl水平支撐及柱自重產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值；nNi第i層交匯于本立柱的最大支撐軸力設(shè)計(jì)值；nn 支撐層數(shù)。niizlzNNN11 . 0立柱計(jì)算（二）n各層水平支撐間的立柱受壓計(jì)算長(zhǎng)度可按各層水平支撐間距計(jì)算；最下層水平支撐下的立柱受壓計(jì)算長(zhǎng)度可按底層高度加5倍立柱直徑或邊長(zhǎng)。n立柱基礎(chǔ)應(yīng)滿足抗壓和抗拔的要求，并應(yīng)考慮基

11、坑回彈的影響。n支撐預(yù)加壓力值不宜大于支撐力設(shè)計(jì)值的0.40.6倍。水泥土墻嵌固深度計(jì)算n水泥土墻嵌固深度設(shè)計(jì)值hd宜按規(guī)范圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法確定。n當(dāng)基坑底為碎石土及砂土、基坑內(nèi)排水且作用有滲透水壓力時(shí)，水泥土墻嵌固深度設(shè)計(jì)值除滿足上條外，還應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B透穩(wěn)定條件驗(yàn)算。n當(dāng)計(jì)算嵌固深度設(shè)計(jì)值小于0.4h時(shí)，宜取0.4h。墻體厚度計(jì)算（一）n水泥土墻厚度設(shè)計(jì)值b宜根據(jù)抗傾覆穩(wěn)定條件計(jì)算：n（1）當(dāng)水泥土墻底部位于碎石土或砂土?xí)r：wawpdwdcspipaiahhhhhhEhEhb232252 . 11000墻體厚度計(jì)算（二）n（2）當(dāng)水泥土墻底部位于粘性土或粉土中時(shí)：n（3）當(dāng)按上述規(guī)定確定的水

12、泥土墻厚度小于0.4h時(shí)，宜取0.4h。dcspjpaiahhEhEhb02 . 12正截面承載力驗(yàn)算n壓應(yīng)力驗(yàn)算n拉應(yīng)力驗(yàn)算cscsfWMz025. 1cscsfzWM06. 0符號(hào)cs水泥土墻平均重度z由墻頂至計(jì)算截面的深度M單位長(zhǎng)度水泥土墻截面彎矩設(shè)計(jì)值，計(jì)算同地下連續(xù)墻W水泥土墻截面模量fcs水泥土開挖齡期抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值土釘墻土釘抗拉承載力計(jì)算（一）n單根土釘抗拉承載力計(jì)算應(yīng)符合下式要求：nTjk第j根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值nTuj第j根土釘抗拉承載力設(shè)計(jì)值ujjkTT025. 1土釘抗拉承載力計(jì)算（二）n單根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：n荷載折減系數(shù)；neajk 第j個(gè)土釘位置處的基

13、坑水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；nsxj、szj 第j根土釘與相鄰?fù)玲數(shù)钠骄?、垂直間距；nj 第j根土釘與水平面的夾角。jzjxjajkjksseTcos/土釘抗拉承載力計(jì)算（三）n荷載折減系數(shù)的計(jì)算：n式中：土釘墻坡面與水平面的夾角245121202kkktgtgtgtg土釘抗拉承載力計(jì)算（四）n對(duì)于基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)的土釘抗拉承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按試驗(yàn)確定，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為三級(jí)時(shí)可按下式計(jì)算：isiknjsujlqdT1符號(hào)s土釘抗拉抗力分項(xiàng)系數(shù)，取1.3dnj第j根土釘錨固體直徑qsik土釘穿越第I層土土體與錨固體極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，如無試驗(yàn)資料，可采用規(guī)范給定值li第j根土釘在直

14、線破裂面外穿越第i層穩(wěn)定土體內(nèi)的長(zhǎng)度，破裂面與水平面的夾角為（+k)/2土釘墻整體穩(wěn)定性驗(yàn)算（一）n土釘墻應(yīng)根據(jù)施工期間不同開挖深度及基坑底面以下可能滑動(dòng)面采用圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法，按下式進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：0sinsin21coscos1001110iniiikikjjjjmjnjniniikiiiiikbqwstgTtgbqwssLc符號(hào)n滑動(dòng)體分條數(shù)m滑動(dòng)體內(nèi)土釘數(shù)k整體滑動(dòng)分項(xiàng)系數(shù)，可取1.30基坑側(cè)壁重要性系數(shù)wi第i分條土重，滑裂面位于粘性土或粉土中時(shí)，按上覆土層的飽和土重度計(jì)算；滑裂面位于砂土或碎石類土中時(shí)，按上覆土層的浮重度計(jì)算bi第i分條寬度符號(hào)cik第i分條滑裂面處土體固結(jié)不

15、排水（快）剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值ik第i分條滑裂面處土體固結(jié)不排水（快）剪內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值i第i分條滑裂面處中點(diǎn)切線與水平面夾角j土釘與水平面之間的夾角Li第i分條滑裂面處弧長(zhǎng)s計(jì)算滑動(dòng)體單元厚度Tnj第j根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力，另計(jì)算Tnj的計(jì)算n單根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力：nlni第j根土釘在圓弧滑裂面外穿越第i層穩(wěn)定土體內(nèi)的長(zhǎng)度nisiknjnjlqdT圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法n水泥土墻、多層支點(diǎn)排樁及多層支點(diǎn)地下連續(xù)墻嵌固深度計(jì)算值h0宜按整體穩(wěn)定條件采用圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法確定。n當(dāng)嵌固深度下部存在軟弱土層時(shí)，尚應(yīng)繼續(xù)驗(yàn)算軟下臥層整體穩(wěn)定性。0sincos00iiikikiiiiikwbqtgwbqlc符號(hào)cik最危險(xiǎn)滑動(dòng)面上第i土條滑動(dòng)面上土的固結(jié)不排水（快）剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值ik最危險(xiǎn)滑動(dòng)面上第i土條滑動(dòng)面上土的固結(jié)不排水（快）剪內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值li第i土條的弧長(zhǎng)bi第i土條的寬度k整體穩(wěn)定分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)根