03 第二章基坑工程

1、 第第2 2 章章 基基 坑坑 工工 程程 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容： 基坑工程設(shè)計(jì) 基坑工程施工 基坑工程監(jiān)測湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 要求要求： 了解了解基坑工程的概念及現(xiàn)狀、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)計(jì)算方法， 掌握掌握基坑工程的概況、設(shè)計(jì)、監(jiān)測方法。 第一節(jié)第一節(jié) 基坑工程概述基坑工程概述 一、基坑工程概念及現(xiàn)狀一、基坑工程概念及現(xiàn)狀 定義定義：基坑工程是為保護(hù)基坑施工、地下結(jié)構(gòu) 的安全和周邊環(huán)境不受損害而采取的支護(hù)、基坑 土體加固、地下水控制、開挖等工程的總稱，包 括勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測、試驗(yàn)等。 國內(nèi)外基坑工程事故很多，導(dǎo)致基坑工程事故 的主要原因如下: (1) 設(shè)計(jì)理論不完善；

2、(2) 設(shè)計(jì)者方案不當(dāng)、計(jì)算錯(cuò)誤； (3) 設(shè)計(jì)、施工人員經(jīng)驗(yàn)不足。 二二 支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型 支護(hù)結(jié)構(gòu)由擋土結(jié)構(gòu)擋土結(jié)構(gòu)、錨撐結(jié)構(gòu)錨撐結(jié)構(gòu)組成。 1. 1. 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的分類基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的分類 1)1)樁、墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)樁、墻式支護(hù)結(jié)構(gòu) 樁、墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)常采用鋼板樁、鋼筋混凝土板 樁、柱列式灌注樁、地下連續(xù)墻等。 2)2)實(shí)體重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)體重力式支護(hù)結(jié)構(gòu) 實(shí)體重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)常采用水泥土攪拌樁擋墻、高壓旋噴樁擋墻、土釘墻等。此類支護(hù)結(jié)構(gòu)截面 尺寸較大，依靠實(shí)體墻身的重力起擋土作用。 2. 2. 常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)形常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)形1) 擋土結(jié)構(gòu)的常用形式擋土結(jié)構(gòu)的常用形式 三三 、基

3、坑工程特點(diǎn)、基坑工程特點(diǎn) 1. 綜合性強(qiáng)綜合性強(qiáng) 基坑工程涉及工程地質(zhì)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)工程、 施工技術(shù)和監(jiān)測設(shè)計(jì)等； 2. 臨時(shí)性和風(fēng)險(xiǎn)性大臨時(shí)性和風(fēng)險(xiǎn)性大 一般，基坑支護(hù)是臨時(shí)措施，支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全儲備較小，風(fēng)險(xiǎn)大； 3. 地區(qū)性地區(qū)性 各地區(qū)基坑工程的地質(zhì)條件不同； 4. 環(huán)境條件要求嚴(yán)格環(huán)境條件要求嚴(yán)格 地質(zhì)、施工因素復(fù)雜多變，氣候、季節(jié)、周圍水體均可產(chǎn)生重大變化。 四四 基坑工程設(shè)計(jì)內(nèi)容基坑工程設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 1. 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài) 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足兩種極限狀態(tài)的要求。 1) 1) 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 基坑工程的承載能力極限狀態(tài)要求不

4、出現(xiàn)以下各種狀況: (1) (1) 支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞擋土結(jié)構(gòu)、錨撐結(jié)構(gòu)折斷、壓屈失穩(wěn)，錨桿的斷裂等 (2) (2) 基坑內(nèi)外土體失穩(wěn)基坑內(nèi)外土體失穩(wěn)基坑內(nèi)外土體整體滑動，坑底隆起，結(jié)構(gòu)傾倒或踢腳等破壞形式。 (3) (3) 止水帷幕失效止水帷幕失效坑內(nèi)出現(xiàn)管涌、流土或流砂。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2) 2) 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 基坑的正常使用極限狀態(tài)，要求不出現(xiàn)以下各種狀況: (1) 基坑變形影響基坑正常施工、工程樁產(chǎn)生破壞或變位；影響相鄰地下結(jié)構(gòu)、相鄰建筑、管線、道路等正常使用； (2) 影響正常使用的外觀或變形； (3) 因地下水抽降而導(dǎo)致過大的地

5、面沉降。 2. 2. 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1) 支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的選型及地下水控制方式； (2) 支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形計(jì)算； (3) 基坑內(nèi)外土體穩(wěn)定性計(jì)算； (4) 基坑降水、止水帷幕設(shè)計(jì)； (5) 基坑施工監(jiān)測設(shè)計(jì)及應(yīng)急措施的制定； (6) 施工期可能出現(xiàn)的不利工況驗(yàn)算。 湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 以上設(shè)計(jì)內(nèi)容，可以分成三個(gè)部分：以上設(shè)計(jì)內(nèi)容，可以分成三個(gè)部分： 支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度變形和基坑內(nèi)外土體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)； 對基坑地下水的控制設(shè)計(jì)； 施工監(jiān)測，包括對支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測和周邊環(huán)境的監(jiān)測。第二節(jié)第二節(jié) 基坑工程設(shè)計(jì)基坑工程設(shè)計(jì) 一一 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載及其組合支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6、的荷載及其組合 (1) 土壓力； (2) 水壓力(靜水壓力、滲流壓力、承壓水壓力) ； (3) 基坑周圍的建筑物及施工荷載引起的側(cè)向壓力； (4) 溫度應(yīng)力； (5) 臨水支護(hù)結(jié)構(gòu)的波浪作用力和水流退落時(shí)的滲透力； (6) 作為永久結(jié)構(gòu)時(shí)的相關(guān)荷載。其中，對一般支護(hù)結(jié)構(gòu)，其荷載主要是土壓力、水壓力。1. 1. 土壓力與水壓力土壓力與水壓力 1) 靜止土壓力靜止土壓力 靜止土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，可按下式計(jì)算： e 0ik（j hj + q ） K0i 式中： e 0ik 計(jì)算點(diǎn)處的靜止土壓力標(biāo)準(zhǔn)值 (kN/m2)； j 計(jì)算點(diǎn)以上第j 層土的重度(kN/m3) ，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取浮

7、重度； hj計(jì)算點(diǎn)以上第j 層土的厚度(m)； q地面的均布荷載(kN/m2)； K0i計(jì)算點(diǎn)處的靜止土壓力系數(shù)，宜由試驗(yàn)確定。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2) 主動土壓力和被動土壓力主動土壓力和被動土壓力 可按朗肯公式或庫侖公式；坑邊有超載情況下 土壓力的計(jì)算，以及朗肯公式、庫侖公式參見 土力學(xué)教材。 3) 水土分算法水土分算法 按朗肯理論計(jì)算主動與被動土壓力強(qiáng)度時(shí)，按下式計(jì)算： 4) 4) 水土合算法水土合算法 eaik(j hj+q）Kai-2ciKai1/2 epik(j hj+q）Kpi+2ciKpi1/2 式中：eaik、epik計(jì)算點(diǎn)處的主動、被動土壓力標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)，當(dāng)e

8、aik0 時(shí)eaik =0； q地面均布荷載(kN/m2)； j 計(jì)算點(diǎn)以上第j 層土的重度(kN/m3) ， hj第j 層土的厚度(m)； w 水的重度(kN/m3)； Kai、Kpi計(jì)算點(diǎn)處的朗肯主動、被動土壓力系數(shù)，Kai=tan2(45?i/2)，Kpi=tan2(45+?i/2)； ci、?i計(jì)算點(diǎn)處土的總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 5) 5) 滲流作用對土壓力的影響滲流作用對土壓力的影響 在基坑內(nèi)外存在地下水位差，墻后土體的滲 流作用，應(yīng)通過流網(wǎng)分析計(jì)算，計(jì)算過程比較繁瑣; 其綜合作用為：坑外主動區(qū)總的水、土壓力 值減小，這對支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力來說是有利的； 坑內(nèi)被動區(qū)總的水、土壓力值仍為減小，

9、這對 基坑的穩(wěn)定性是不利的。 【例2.1】 基坑深8m，坑外地下水在地面下1m，坑內(nèi)地下水在坑底面，坑邊滿布地面超載q=10kN/m2。地下水位以上=18kN/m3，不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=10kPa、?=8；地下水位 以下sat=18.5kN/m3，不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指 標(biāo)c=12kPa、?=15，錨桿位于地面下3m。用等 值梁法求樁的設(shè)計(jì)嵌入深度D、Mmax。解解 (1) (1) 采用水土合算法的荷載采用水土合算法的荷載。坑外地下水位以上主動土壓力：令 eaik（j hj +q）Kai-2ci Kai1/2) =18h0tan2(45-8/2)-210tan(45-8/2) =13.

10、6h0-17.4=0， 得h0=1.3m1m；設(shè)臨界深度在坑外地下水位以下設(shè)臨界深度在坑外地下水位以下x x(m)(m)，則，則(18118.5x )tan2(4515/2)- 212tan(45-15/2)=10.6+10.9x-18.4=0 x=0.7m湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 地面下深度z0.7m 處土所產(chǎn)生的主動土壓力eaik(jhj )Kai-2ciKai1/2) = 181.0+18.5(z1)tan2(45-15/2) -212tan(45-15/2) =10.9z18.7 地面超載所產(chǎn)生的主動土壓力： 坑外深度1.0m 以上: qKai=10tan2(45-8/2)=7.6k

11、Pa； 坑外深度1.0m下: qKai=10tan2(45- 15/2) =5.9kPa。 坑內(nèi)坑底下深度y 處被動土壓力：epik(j hj+q）Kpi+2ciKpi1/2 =(18.5y)tan2(450+15/2)+212tan (450+15/2) =31.4y+31.3 kPa 支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值分布如圖2.10 所示, (2) 求反彎點(diǎn)位置(設(shè)反彎點(diǎn)在坑內(nèi)坑底下深度y0處) 31.4y0 +31.3=10.9z18.7+5.9， z=y0+8(有圖示幾何關(guān)系得出）， 解得： y0=2.1 m。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 (3) 由簡支梁得錨桿水平力標(biāo)準(zhǔn)值

12、Ha1k、簡支梁另一支座反力標(biāo)準(zhǔn)值Pd1k 如下(實(shí)質(zhì)：所有力對反彎點(diǎn)的合彎距等于零）。 (2.1+83)Ha1k+1/2(31.42.1)2.11/32.1+31.32.11/22.1 =1/2(10.92.1+68.5)(2.1+810.7)1/3(2.1+810.7)+7.61(80.5+2.1)+5.9(7+2.1)1/2(7+2.1) 得出方程：7.1Ha1k+117.5=1074.7+73.0+244.3 解得： Ha1k=179.5 kN/m湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 （計(jì)算實(shí)質(zhì)：所有的水平合力為零）Pd1k=1/2(10.92.1+68.5)(2.1+810.7)+7.61+5

13、.9(7+2.1)1/2(31.42.1) 2.131.32.1186.0(P35倒數(shù)第4行書本上錯(cuò)，應(yīng)為179.5)=130.7 kN/m (4) (4) 求樁的設(shè)計(jì)嵌入深度求樁的設(shè)計(jì)嵌入深度D D。( (實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：PdlkPdlk和和擋土樁前土壓力合力對樁底的彎距為0） 設(shè)反彎點(diǎn)距擋土樁底tn，tn=y2.1；擋土樁前土壓力合力作用點(diǎn)距擋土樁底b=tn/3，則(31.4y+31.3)(10.9y+68.5) tn/2tn/3= Pd1ktn 即：20.5tn2+5.8tn942.0=0tn =6.6mD =Dmin=1.3(2.1+6.6)=11.3m湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 (5)

14、求樁的設(shè)計(jì)彎矩Mmax。 反彎點(diǎn)位置不變，荷載采用設(shè)計(jì)值。 求錨桿水平力設(shè)計(jì)值Ha1：(荷載分項(xiàng)系數(shù)：分布荷載1.4，集中荷載1.2) (2.1+83)Ha1+1/2(31.42.1)1.22.11/32.1+31.32.11/22.11.2 =1/2(10.92.1+68.5) 1.2(2.1+810.7)1/3(2.1+810.7)+7.61.41(80.5+2.1)+5.91.4(7+2.1)1/2(7+2.1)Ha1=224.3kN/m 設(shè)剪力為0的點(diǎn)距地面x1(m)，8x11.7：湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院Ha1=1/2(10.9x118.7)1.2(x110.7)+7.61.41+

15、5.91.4(x11) 6.54x1214.08x1210.62=0 解得解得：x1=6.9m湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院Mmax=Ha1(x13)1/2(10.9 x118.7) 1.2(x110.7)1/3(x110.7)7.61.41(x10.5)5.91.4(x11)1/2(x11)=357.3(kNm/m)湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 課堂作業(yè)： 將該題當(dāng)中的地下水位以上=18kN/m3改為kN/m3，其他條件不變，重新計(jì)算該題湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 1. 1. 極限平衡法極限平衡法 定義定義： 假設(shè)基坑外側(cè)土體處于主動極限平衡狀態(tài)，基坑內(nèi)側(cè)土體處于被動極限平衡狀態(tài)，樁在水、土壓力等

16、側(cè)向荷載作用下滿足平衡條件； 常用的方法：靜力平衡法常用的方法：靜力平衡法和等值梁法等值梁法； 靜力平衡法和等值梁法計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)假設(shè)： (1) 施工自上而下； (2) 上部錨桿內(nèi)力在開挖下部土?xí)r不變； (3) 立柱在錨桿處為不動點(diǎn)。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 1) 靜力平衡法計(jì)算懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)靜力平衡法計(jì)算懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu) 懸臂式支護(hù)樁主要靠插入土內(nèi)深度形成嵌固 端，以平衡上部土壓力、水壓力及地面荷載形成 的側(cè)壓力； 靜力平衡法假設(shè)靜力平衡法假設(shè)： 支護(hù)樁在側(cè)向荷載作用下可以產(chǎn)生向坑內(nèi)移動 的足夠的位移，使基坑內(nèi)外兩側(cè)的土體達(dá)到極限 平衡狀態(tài)。懸臂樁在主動土壓力作用下，繞支護(hù) 樁上某一點(diǎn)轉(zhuǎn)

17、動，形成在基坑開挖深度范圍外側(cè)的主動區(qū)及在插入深度區(qū)內(nèi)的被動區(qū)，如圖2.5 所示：湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 在插入深度達(dá)到旋轉(zhuǎn)點(diǎn)以下部分的作用以一個(gè)單 力Rc 代替，在滿足繞樁腳C 點(diǎn)H 0，M c 0 的條件，求得懸臂樁所需的極限嵌固深度 ； 支護(hù)樁的設(shè)計(jì)長度L 按下式計(jì)算： L=h+x+Kt 式中：h基坑深度； x坑底至樁上土壓力為零點(diǎn)的距離； K經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，H.Blum 建議K1.2。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院注意：由圖 所示的計(jì)算簡圖即可求得樁身各截面的內(nèi)力，最大彎矩的位置在基坑底面以下，可根據(jù)剪力為零的條件確定湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2) 靜力平衡法計(jì)算

18、錨撐擋土結(jié)構(gòu)靜力平衡法計(jì)算錨撐擋土結(jié)構(gòu) 適合條件：適合條件： 擋土結(jié)構(gòu)入土深度較小或坡腳土體較軟弱時(shí)，可視擋土結(jié)構(gòu)下端為自由端； 計(jì)算內(nèi)容：計(jì)算內(nèi)容： 用靜力平衡法計(jì)算插入深度插入深度、內(nèi)力內(nèi)力(如圖2.7 所示)。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 錨桿水平分力可按下式計(jì)算： Haj = Eaj Epj 式中：Haj第j 層錨桿水平分力設(shè)計(jì)值(kN)； Hai第i 層錨桿水平分力設(shè)計(jì)值(kN)； Eaj擋墻后主動土壓力合力設(shè)計(jì)值(kN) Epj坡腳地面以下?lián)鯄η氨粍油翂毫狭υO(shè)計(jì)值(立柱在坡腳地面以下巖土層內(nèi)的被動側(cè)向壓力) (kN)；11jiaiH湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)

19、院 最小入土深度Dmin 可按下式計(jì)算確定： EpK b- EpKan- =0（實(shí)質(zhì)：所有的力對HanK作用點(diǎn)的彎距和為零） 式中：（注意：書中公式an丟了） EaK擋墻后主動土壓力合力標(biāo)準(zhǔn)值(kN) EpK擋墻前被動土壓力合力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)； HaiK第i 層錨桿水平合力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)； anEaK 作用點(diǎn)到HanK 作用點(diǎn)的距離(m)； bEpK 作用點(diǎn)到HanK 作用點(diǎn)的距離(m)； anHaiK 作用點(diǎn)到HanK 作用點(diǎn)的距離(m)aHainiai1湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 立柱入土深度可按下式計(jì)算：立柱入土深度可按下式計(jì)算： D= Dmin 式中：D立柱入土深度(m)； 增大系數(shù)，

20、對一、二、三級邊坡分別為1.5、1.4、1.3； Dmin擋墻最低一排錨桿設(shè)置后，開挖高度為邊坡高度時(shí)立柱的最小入土深度(m)。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 3) 等值梁法計(jì)算錨撐擋土結(jié)構(gòu)等值梁法計(jì)算錨撐擋土結(jié)構(gòu) 適合條件適合條件： 擋土結(jié)構(gòu)入土深度較大或?yàn)閹r層或坡腳土體較堅(jiān)硬時(shí)，可視立柱下端為固定端，用等值梁法計(jì)算插入深度、內(nèi)力； 對單支點(diǎn)支護(hù)樁，如下圖所示：湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院在BC 段中彎矩圖的反彎點(diǎn)D 處切斷，并在D 處設(shè)置支點(diǎn)形成AD 梁，則AD 梁的彎矩將保持不變；因此AD 梁即為AC 梁上AD 段的等值梁；湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 反彎點(diǎn)的位置：反彎點(diǎn)的位置： 與基坑底面下

21、土壓力等于零的位置相近，因此應(yīng)用等值梁法計(jì)算時(shí)常以土壓力為零土壓力為零的位置代替，如上圖示； 等值梁法計(jì)算單支點(diǎn)支護(hù)樁的步驟：等值梁法計(jì)算單支點(diǎn)支護(hù)樁的步驟： 第一步：第一步： 求得土壓力為零點(diǎn)的D 點(diǎn)的位置，得等值梁AD，求得簡支梁AD 的支座反力TA 及Pd； 第二步：求得第二步：求得x 值值 將DC 段視為一簡支梁，下部嵌固作用以一個(gè)單力Rc 代替，由圖2.8(b)按Pd 對C 點(diǎn)的力矩等于DC 段上作用的土壓力對C 點(diǎn)的力矩的條件求得x 值， 第三步：第三步：臨界插入深度t0見上圖。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 計(jì)算坡腳地面以下立柱反彎點(diǎn)到坡腳地面的距計(jì)算坡腳

22、地面以下立柱反彎點(diǎn)到坡腳地面的距離離Yj ： eaKepK=0 式中： eaK擋墻后主動土壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m)； epK擋墻前被動土壓力標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m)。 計(jì)算第計(jì)算第j 層錨桿的水平分力層錨桿的水平分力： （實(shí)質(zhì)：所有的力對反彎點(diǎn)的彎距和為零） Haj=(Eajaj- )/aaj 式中：ajEaj 作用點(diǎn)到反彎點(diǎn)的距離(m)； aajHaj 作用點(diǎn)到反彎點(diǎn)的距離(m)； aaiHai 作用點(diǎn)到反彎點(diǎn)的距離(m)。aHainiai1aHainiai1湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 計(jì)算第計(jì)算第j 層錨桿的水平分力層錨桿的水平分力Haj： 由j=1，2，3，j1 等逐步計(jì)算而得(相應(yīng)求j1 次Y

23、j)；當(dāng)求Haj 時(shí)假設(shè)1j1 層錨桿的水平分力不變。 計(jì)算最小入土深度計(jì)算最小入土深度Dmin ： j=n 時(shí)，Yj=Yn，等值梁在反彎點(diǎn)處的支點(diǎn)力為Eak- 與單支點(diǎn)支護(hù)樁求臨界插入深度t0 相同的原理，可求立柱的最小入土深度DminniaikH1湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 Dmin= Yn+tn tn=EpKb/(Eak- ) 式中：bEpK 作用點(diǎn)到反彎點(diǎn)的距離(m)。niaikH1湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 立柱的內(nèi)力計(jì)算：立柱的內(nèi)力計(jì)算： 可根據(jù)錨固力和作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的側(cè)壓力按常規(guī)方法計(jì)算： 方法方法1:計(jì)算擋墻后側(cè)向壓力時(shí)，在坡腳地面以上部分計(jì)算寬度應(yīng)取立柱間的水平間距； 方法

24、方法2:在坡腳地面以下部分計(jì)算寬度對樁應(yīng)0.9(1.5D+0.5)(其中D 為樁直徑)。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 【例2.2】 基坑深8 m，坑外地下水在地面下1 m，坑內(nèi)地下水在坑底面，坑邊滿布地 面超載q=10kN/m2。地下水位以上=18 kN/m3，不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=10 kPa，? =8；地下水位以下 sat =18.5 kN/m3，不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=12 kPa，? =15，錨桿位于地面下3 m，用等值梁法求樁的設(shè)計(jì)嵌入深度D、Mmax。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 解 (1) 采用水土合算法的荷載。 坑外地下水位以上主動土壓力： 令 eaik（j hj)Kai

25、-2ci Kai1/2) = (18h0 ) tan (45- 8/2)-210tan (45-8/2) =13.6h0-17.4= 0 得h0=1.3 m1 m； 設(shè)臨界深度在坑外地下水位以下x(m)，則 (18 1.0+18.5x) tan2(45-15/2)-212tan(45-15/2)=10.6+10.9x-18.4= 0, x=0.7 m湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 地面下深度z 0.7m 處土所產(chǎn)生的主動土壓力：eaik（j hj )Kai-2ci Kai1/2) 1 =18 1.0+ 18.5(z1)tan2 (45- 15/2) -2 12 tan (45-15/2) =0.3

26、+10.9z18.4 =10.9z18.7 kPa湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 地面超載所產(chǎn)生的主動土壓力：坑外深度1.0 m 以上，qKai=10 tan2 (45 - 8/2) =7.6 kPa； 坑外深度1.0 m 下，qKai=10 tan2 (45 - 15/2) =5.9 kPa； 坑內(nèi)坑底下深度y 處被動土壓力：epik（j hj +q）Kpi+2ci Kpi1/2) =(18.5 y)tan2 (45+15/2)+ 2 12tan (45+15/2) =31.4y+31.3 kPa 支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值分布如圖2.10 所示湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 (2) 求反彎點(diǎn)位置(設(shè)反彎

27、點(diǎn)在坑內(nèi)坑底下深度y 0 處)。 31.4 0 y +31.3=10.9z18.7+5.9，z= y 0 +8，所以y 0 =2.1 m。 (3) 由簡支梁得錨桿水平力標(biāo)準(zhǔn)值Ha1k、簡支梁另一支座反力標(biāo)準(zhǔn)值Pd1k：湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 (2.1+83)Ha1k+1/2(31.42.1+31.3)2.11/32.1 =1/2(10.92.1+68.5)(2.1+810.7)1/3(2.1+810.7)+7.61(80.5+2.1)+5.9(7+2.1)1/2(7+2.1) 7.1Ha1k +71.5=1074.7+73.0+244.3 Ha1k =186.0 kN/m Pd1k=1/2

28、(10.92.1+68.5)(2.1+810.7)+7.61+5.9(7+2.1)1/2(31.42.1+31.3)2.1186.0 =383.8+7.6+53.7102.1186.0=157.0 kN/m湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 (4) 求樁的設(shè)計(jì)嵌入深度D。 設(shè)反彎點(diǎn)距擋土樁底tn，tn=y2.1； 參照“等值梁法計(jì)算簡圖”及“等值梁法計(jì)算單支點(diǎn)護(hù)樁簡圖”：擋土樁前土壓力合力作用點(diǎn)距擋土樁底 b= tn /3，則 (31.4y+31.3)(10.9y+68.5) tn/2tn/3= Pd1k tn 20.5tn2+5.8tn942.0=0 tn=6.6m D=

29、Dmin=1.3(2.1+6.6)=11.3m湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 (5) 求樁的設(shè)計(jì)彎矩Mmax ； 反彎點(diǎn)位置不變，荷載采用設(shè)計(jì)值。求錨桿水平力設(shè)計(jì)值Ha1： (2.1+83)Ha1+1/2(31.42.1+31.3) 1.22.11/32.1 =1/2(10.92.1+68.5) 1.2(2.1+810.7)1/3(2.1+810.7)+7.61.41 (80.5+2.1)+5.91.4(7+2.1)1/2(7+2.1) 7.1 Ha1 +71.51.2=1074.71.2+73.01.4+244.31.4Ha1 =232.1 kN/m湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 設(shè)剪力為0 的點(diǎn)距

30、地面x1(m)，8x11.7： Ha1=1/2(10.9 x118.7) 1.2(x110.7)+7.61.41+5.91.4(x11)6.54 x1 214.08 x1210.62=0 x1=6.9 m湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 式中：Ep、bp分別為被動側(cè)土壓力的合力及合力對支護(hù)結(jié)構(gòu)底端的力臂； Ea、ba分別為主動側(cè)土壓力的合力及合力對支護(hù)結(jié)構(gòu)底端的力臂。 Mmax=Ha1(x13)1/2(10.9x118.7)1.2(x110.7)1/3(x110.7) 7.61.41(x10.5)5.91.4(x11)1/2(x11) =905.2305.668.1143.8=387.7(kNm/m

31、) 湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 三三 、基坑的穩(wěn)定性分析、基坑的穩(wěn)定性分析 基坑工程的穩(wěn)定性主要表現(xiàn)為以下幾種形式： (1) 整體穩(wěn)定性； (2) 傾覆及滑移穩(wěn)定性； (3) 基坑底隆起穩(wěn)定性； (4) 滲流穩(wěn)定性。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院南京在建內(nèi)環(huán)快速通道塌方南京在建內(nèi)環(huán)快速通道塌方 13噸工程車陷入空洞噸工程車陷入空洞 湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 南京在建內(nèi)環(huán)快速通道塌方南京在建內(nèi)環(huán)快速通道塌方 13噸工程車陷入空洞噸工程車陷入空洞 昨天下午4點(diǎn)30分，南京快速內(nèi)環(huán)北線新模范馬路段在建隧道旁的路面突然塌陷，一輛康明斯卡車一頭栽進(jìn)大坑里，所幸沒有造成人員傷亡 下午6點(diǎn)10分，一臺打樁機(jī)趕

32、到現(xiàn)場，打樁機(jī)先將空懸的混凝土路面打碎。隨后，幾名工人下去了，地面上的工人拿來十幾床棉被遞給他們，用棉被來堵住自來水滲漏，接著，上面的工人又一根根遞木樁下去。 6點(diǎn)20分，一臺混凝土澆灌機(jī)開到現(xiàn)場，將混凝土從管道中注入塌陷區(qū)。此后，塌陷區(qū)不再有擴(kuò)大跡象。7點(diǎn)30分，塌陷部位有一大半被混凝土填上湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院湖南隧道塌方一人被困湖南隧道塌方一人被困 88小時(shí)營救創(chuàng)造奇跡小時(shí)營救創(chuàng)造奇跡 湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 1. 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 定義定義：破壞是以圓弧滑動破壞面的形式出現(xiàn)。最危險(xiǎn)的滑動面上諸力對滑動中心所產(chǎn)生的抗滑力矩與滑動力矩應(yīng)符合下式要求： MR/MS1.2

33、式中：MR抗滑力矩； MS滑動力矩。 無支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑：計(jì)算見土力學(xué)教材 有支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑有支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑：需計(jì)算圓弧切樁與圓弧通過樁尖時(shí)的基坑整體穩(wěn)定性，必須考慮切樁阻力產(chǎn)生的Mp抗滑作用：湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2. 傾覆及滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算傾覆及滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算 重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)的傾覆和滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算的計(jì)算簡圖如圖 所示:湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 。 墻底與土之間的摩擦系數(shù)； 湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院樁墻式懸臂支護(hù)結(jié)構(gòu)樁墻式懸臂支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平推移和抗整體傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)滿足下列條件，如圖所示：Ep

34、bp/(Ea ba) 1.3, Ep/Ea1.2湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院樁墻式錨撐支護(hù)結(jié)構(gòu)樁墻式錨撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平推移水平推移和抗整體傾覆抗整體傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)滿足下列條件：湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 3. 基坑底隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算基坑底隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算 適合范圍適合范圍： 對飽和軟黏土，抗隆起穩(wěn)定性的驗(yàn)算是基坑設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。 后果后果： 基坑底土隆起，將會導(dǎo)致支護(hù)樁后地面下沉，影響環(huán)境安全和正常使用,隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算的方法很多,可按地基規(guī)范推薦的以下條件進(jìn)行驗(yàn)算：湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 4. 滲流穩(wěn)定性驗(yàn)算滲流穩(wěn)定性驗(yàn)算 適合條件適合條件： 當(dāng)滲流力滲流力(或動水壓力)大于土的浮重

35、度時(shí)，土粒則處于流動狀態(tài)，即流土(或流砂)。當(dāng)坑底土上部為不透水層，坑底下部某深度處有承壓水層時(shí)，應(yīng)進(jìn)行承壓水對坑底土產(chǎn)生突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算。 1) 流土流土(或流砂或流砂)穩(wěn)定性驗(yàn)算穩(wěn)定性驗(yàn)算 滲流力(或動水壓力)可由流網(wǎng)計(jì)算，也可按以下簡化方法計(jì)算，如圖2.21 所示。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2) 突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算 按下式驗(yàn)算湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 四四 內(nèi)支撐的內(nèi)力與截面計(jì)算內(nèi)支撐的內(nèi)力與截面計(jì)算 形式形式：內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的常用形式有平面支撐體系平面支撐體系和豎向斜撐體系豎向斜撐體系。 適合范圍適合范圍： 平面支撐體系：平面支撐體系：一般情況下應(yīng)優(yōu)先采用； 豎向斜撐體系：豎向

36、斜撐體系：適合于開挖深度不大、基坑平面尺度較大或形狀比較復(fù)雜的基坑。 組成：平面支撐體系組成：平面支撐體系：由腰梁腰梁、水平支撐水平支撐和立柱立柱三部分構(gòu)件組成。 豎向斜撐體系豎向斜撐體系： 由斜撐、腰梁和斜撐基礎(chǔ)等構(gòu)件組成；當(dāng)斜撐長度大于15m 時(shí)，宜在斜撐中部設(shè)置立柱。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 1. 1. 作用在支撐系統(tǒng)上的荷載及內(nèi)力分析作用在支撐系統(tǒng)上的荷載及內(nèi)力分析 1) 1) 荷載荷載 水平力水平力：水、土壓力和坑外地面荷載引起的支護(hù)樁對腰梁的側(cè)壓力; 豎向荷載豎向荷載：應(yīng)包括結(jié)構(gòu)自重和支撐上可能產(chǎn)生的施工活荷載。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2) 2) 內(nèi)力分析方法內(nèi)力分析方法 (

37、1) (1) 形狀比較規(guī)則的基坑，形狀比較規(guī)則的基坑，并采用相互正交體系時(shí)，可采取以下簡化計(jì)算方法： 在水平荷載作用下，現(xiàn)澆混凝土腰梁現(xiàn)澆混凝土腰梁的內(nèi)力與變形可按多跨連續(xù)梁多跨連續(xù)梁計(jì)算。 (2)(2)平面形狀較為復(fù)雜平面支撐體系平面形狀較為復(fù)雜平面支撐體系，宜按平面框架模型計(jì)算。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2. 支撐系統(tǒng)構(gòu)件截面設(shè)計(jì)支撐系統(tǒng)構(gòu)件截面設(shè)計(jì) 1) 腰梁腰梁 腰梁的截面承載力計(jì)算，一般情況下可按水平方向的受彎構(gòu)件計(jì)算。 2) 支撐支撐 支撐截面設(shè)計(jì)應(yīng)按偏心受壓偏心受壓構(gòu)件計(jì)算。 3) 立柱立柱 立柱的截面設(shè)計(jì)應(yīng)按偏心受壓偏心受壓構(gòu)件計(jì)算，開挖面以下立柱的豎向承載力豎向承載力可按單

38、樁豎向單樁豎向和水水平承載力平承載力驗(yàn)算。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 4) 豎向斜撐豎向斜撐豎向斜撐體系應(yīng)驗(yàn)算以下內(nèi)容:(1) 預(yù)留土坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算預(yù)留土坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算；(2) 斜撐截面承載力斜撐截面承載力，近似按軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算；(3) 圍檁截面承載力驗(yàn)算圍檁截面承載力驗(yàn)算；(4) 斜撐基礎(chǔ)驗(yàn)算斜撐基礎(chǔ)驗(yàn)算；(5) 基礎(chǔ)壓桿可近似按軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算截面承基礎(chǔ)壓桿可近似按軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算截面承載力載力。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院五五 錨桿設(shè)計(jì)錨桿設(shè)計(jì) 定義：定義：錨桿是在巖土層中鉆孔，再在孔中安放鋼拉桿，并在拉桿尾部一定長度范圍內(nèi)注漿，形成錨固體，形成抗拔錨桿。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 錨桿

39、設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面錨桿設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面: (1) 調(diào)查研究，掌握設(shè)計(jì)資料，作出可行性判斷； (2) 確定錨桿設(shè)計(jì)軸向力，錨桿的抗力安全系數(shù)及極限承載力； (3) 確定錨桿布置和安設(shè)角度； (4) 確定錨桿施工工藝并進(jìn)行錨固體設(shè)計(jì)(長度、直徑、形狀等)，確定錨桿結(jié)構(gòu)和桿件斷面； (5) 計(jì)算自由段長度和錨固段長度； (6) 外錨頭及腰梁設(shè)計(jì)，確定錨桿鎖定荷載值、張拉荷載值； (7) 必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算； (8) 漿體強(qiáng)度設(shè)計(jì)并提出施工技術(shù)要求； (9) 對試驗(yàn)和監(jiān)測的要求。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 1. 1. 錨桿的可行性錨桿的可行性 根據(jù)場地的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件判斷

40、是否適宜采用錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)，土層錨桿宜在土質(zhì)較好的條件下土質(zhì)較好的條件下使用，在未經(jīng)處理的下列土層中不宜采用： (1) (1) 有機(jī)質(zhì)土層；有機(jī)質(zhì)土層； (2) (2) 液限液限L L50%50%的土層；的土層； (3) (3) 相對密實(shí)度相對密實(shí)度D Dr0.3r0.3的土層的土層。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2. 錨桿布置錨桿布置 (1) 錨固體的上覆土層的厚度不宜小于4m，錨固區(qū)離現(xiàn)有建筑物的距離不小于56m ； (2) 錨桿錨固體上下排間距不宜小于2.5m，水平方向間距不宜小于2m，以避免群錨效應(yīng)； (3) 錨桿傾角宜1035。湖北工業(yè)大學(xué)土木與建筑學(xué)院 3. 錨桿鋼筋截面積錨桿鋼筋截面積 A As s 0 0N Na a/(/(2 2f fy y) ) 式中： As錨桿鋼筋截面面積(m2)