地下建筑結(jié)構(gòu)基坑工程

地下建筑結(jié)構(gòu)基坑工程第1頁/共200頁設(shè)計與施工工況緊密相關(guān)，必須保證圍護結(jié)構(gòu)在施工全過程中各工況條件下的安全，同時還要控制圍護結(jié)構(gòu)及其周圍土體的變形，以保證周圍環(huán)境(相鄰建筑及地下公共設(shè)施等)的安全。在安全前提下，設(shè)計要合理，又能節(jié)約造價、方便施工、縮短工期。要提高基坑工程的設(shè)計與施工水平，必須正確選擇土壓力計算方法和參數(shù)，選擇合理的圍護結(jié)構(gòu)體系，同時還要具有豐富的設(shè)計和施工經(jīng)驗。第2頁/共200頁12.1.1基坑圍護結(jié)構(gòu)的分類分類：

樁(墻)式圍護體系；重力式圍護體系第3頁/共200頁樁(墻)式圍護體系一般有圍護墻結(jié)構(gòu)、支撐(或錨桿)結(jié)構(gòu)以及防水帳幕等部分組成。根據(jù)圍護墻材料，樁(墻)式圍護體系又可分為鋼筋混凝土地下連續(xù)墻、柱列式鉆孔灌注樁、鋼板樁和鋼筋混凝土板樁等形式。根據(jù)對圍護墻的支撐方式，又可以分為內(nèi)支撐體系和土層錨桿體系兩類。原理：樁(墻)式圍護體系的墻體厚度相對較小，通常是借助墻體在開挖面以下的插入深度和設(shè)置在開挖面以上的支撐或錨桿系統(tǒng)來平衡墻后的水、土壓力和維持邊坡穩(wěn)定。對于開挖深度不大的基坑，經(jīng)過驗算也可采用無支撐、無錨桿的懸臂式樁(墻)式圍護體系。第4頁/共200頁重力式圍護體系一般是指不用支撐及錨桿的自立式墻體結(jié)構(gòu)，厚度相對較大，主要借助其自重、墻底與地基之間的摩擦力以及墻體在開挖面以下受到的土體被動抗力來平衡墻后的水壓力和維持邊坡穩(wěn)定。在基坑工程中，重力式圍護體系的墻體在開挖面以下往往需要有一定的埋入深度。目前，在我國各地常用的水泥土圍護體系以及地下連續(xù)墻一般都歸在重力式圍護體系中，其受力性能類似于懸臂式的樁(墻)式圍護結(jié)構(gòu)，但在板式圍護結(jié)構(gòu)中一般不計墻體自重及墻底摩阻力對墻體穩(wěn)定的影響。第5頁/共200頁類型支護方式支護形式及特點邊坡支護結(jié)構(gòu)土釘墻支護適用于硬土地層或軟土淺基坑，飽和含水地層采用復(fù)合土釘支護結(jié)構(gòu)，特點是造價低廉鋼絲網(wǎng)護坡適用于巖石及硬土邊坡或軟土臨時邊坡護坡樁支護采用抗滑樁支護重力式支護結(jié)構(gòu)水泥土攪拌樁重力式擋土墻適用于深度較?。ㄜ浫醯貙又行∮?米）的基坑剛架重力式擋土墻利用兩排或以上剛性擋土墻結(jié)構(gòu)連接形成一定寬度的重力壩，可以減小重力壩寬度及位移沉井式重力擋土結(jié)構(gòu)適用于深水環(huán)境的擋土結(jié)構(gòu)混合重力式擋土墻在不同重力壩結(jié)構(gòu)中插入勁性材料或剛性樁，以減少重力壩位移支（錨）撐式支護結(jié)構(gòu)錨桿或錨碇式支護結(jié)構(gòu)自鉆式錨桿，可回收錨桿，預(yù)應(yīng)力錨桿，非預(yù)應(yīng)力錨桿內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)井字形對撐，邊桁架支撐，圓環(huán)支撐中心島支護結(jié)構(gòu)全中心島全部采用中心島結(jié)構(gòu)進行支護半中心島首層或淺層開挖采用內(nèi)支撐，以下則采用中心島支護，可以減少中心島邊坡高度及其放置時間以及減少基坑的位移。逆作法支護結(jié)構(gòu)全逆作法利用先施工的主體結(jié)構(gòu)樓板作支撐，從上往下逐層施工半逆作法首層土方開挖采用順做法支護，深層采用逆作法支護，其特點是加快淺層土方開挖速度中心島、逆作混合支護結(jié)構(gòu)采用中心島施工中心部位主體結(jié)構(gòu)，基坑周邊采取逆作支護施工，可以減少全逆作法的施工困難。蓋挖法支護結(jié)構(gòu)對地面交通環(huán)境影響小，時間短，特別適用于地面環(huán)境控制嚴格的城市地面道路下的基坑工程。第6頁/共200頁第7頁/共200頁12.1.2基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

1.外力的不確定性。外力往往隨著環(huán)境條件、施工方法和施工步驟等因素的變化而改變；2.變形的不確定性。圍護墻體的剛度、支撐(或錨桿)體系的布置和構(gòu)件的截面特性、地基土的性質(zhì)、地下水的變化、潛蝕和管涌以及施工質(zhì)量和現(xiàn)場管理水平等等都是產(chǎn)生變形的原因。

3.土性的不確定性。地基土的非均質(zhì)性(成層)和地基土的特性不是常量

4.一些偶然變化所引起的不確定因素。施工場地內(nèi)土壓力分布的意外變化、事先沒有掌握的地下障礙物或地下管線的發(fā)現(xiàn)以及周圍環(huán)境的改變等等第8頁/共200頁12.2基坑工程的設(shè)計內(nèi)容第9頁/共200頁第10頁/共200頁12.2.1環(huán)境調(diào)查及基坑安全等級基坑工程圍護設(shè)計，首先應(yīng)根據(jù)基坑的深度、地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境條件確定基坑的安全等級，才能開始設(shè)計。進行基坑工程設(shè)計前，基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計所需的基本資料主要有：(1)工程水文地質(zhì)資料；(2)場地環(huán)境條件資料，包括建筑紅線，周邊地下管線的種類、埋深、使用年限以及場地內(nèi)地下人防等地下障礙物等；(3)所建工程的地下室結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)樁基圖紙等；(4)與施工條件有關(guān)的資料，如對于地下連續(xù)墻設(shè)計時還應(yīng)根據(jù)不同的安全等級提供有關(guān)實驗資料。第11頁/共200頁對于圍護結(jié)構(gòu)應(yīng)該與其它建筑設(shè)計一樣，要求在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成各項預(yù)定功能，即：(1)能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種功能；(2)在正常情況下，具有良好的工作性能；(3)在偶然的不利因素發(fā)生時和發(fā)生后，圍護結(jié)構(gòu)仍能保持整體穩(wěn)定。第12頁/共200頁

1.當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)僅僅作為地下主體工程施工所需要的臨時性措施時，其使用時間不長，一般不超過2年。而一般建筑結(jié)構(gòu)所規(guī)定的設(shè)計基準期通常為50年，設(shè)計基準期的長短父系到對結(jié)構(gòu)材料的耐久性要求和對發(fā)生偶然事件的概率統(tǒng)計等方面的問題。在地震區(qū)通?？刹豢紤]地震力對圍護結(jié)構(gòu)的作用。

2.基坑圍護結(jié)構(gòu)的理論研究目前尚不完備，滿意的工程實測資料很少，因此還沒有條件能夠像建筑結(jié)構(gòu)那樣通過對材料性能、荷載作用及結(jié)構(gòu)效應(yīng)等方面統(tǒng)計分析得出結(jié)構(gòu)可靠性的概率指標。第13頁/共200頁建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》(YB9258—97)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果嚴重程度,把基坑劃分為不同的安全等級見表12-3還根據(jù)工程性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、基坑開挖深度及規(guī)模．把基坑劃分為復(fù)雜、中等和簡單三種等級,見表12-4第14頁/共200頁12.2.2圍護結(jié)構(gòu)的選擇和布置包括圍護墻體和支撐(或錨桿)結(jié)構(gòu)兩個體系所用材料和型式的選擇及布置方式。應(yīng)該根據(jù)工程規(guī)模、主體工程特點、場地條件、環(huán)境保護要求、巖土工程勘察資料、土方開挖方法以及地區(qū)工程經(jīng)驗等因素，經(jīng)綜合分析比較、在確保安全可靠的前提下，選擇切實可行、經(jīng)濟合理的方案。第15頁/共200頁圍護墻體和支撐結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)遵循以下原則：(1)基坑圍護結(jié)構(gòu)的構(gòu)件(包括圍護墻、隔水帷幕和錨桿)在一般情況下不應(yīng)超出工程用地范圍，否則應(yīng)事先征得政府主管部門或相鄰地塊業(yè)主的同意；(2)基坑圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件不能影響主體工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常施工；(3)有條件時基坑平面形狀盡可能采用受力性能較好的圓形、正多邊形和矩形第16頁/共200頁第17頁/共200頁12.2.3圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算通過設(shè)計計算確定圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形，用于驗算截面承載力和基坑位移。要求：計算模型有關(guān)參數(shù)考慮前段工況第18頁/共200頁基坑可能的破壞模式《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2002)將基坑的失穩(wěn)形態(tài)歸納為兩類：一、因基坑土體強度不足、地下水滲流作用而造成基坑失穩(wěn)，包括基坑內(nèi)外側(cè)土體整體滑動失穩(wěn)；基坑底土隆起；地層因承壓水作用，管涌、滲漏等等。二、因支護結(jié)構(gòu)(包括樁、墻、支撐系統(tǒng)等)的強度、剛度或穩(wěn)定性不足引起支護系統(tǒng)破壞而造成基坑倒塌、破壞。第19頁/共200頁基坑的第一類失穩(wěn)形態(tài)（1）放坡開挖基坑由于設(shè)計不合理坡度太陡，或雨水、管道滲漏等原因造成邊坡滲水導(dǎo)致土體抗剪強度降低，引起基坑邊土體整體滑坡第20頁/共200頁

（2）剛性擋土墻基坑a.由于墻體的入土深度不足，或由于墻底存在軟弱土層，土體抗剪強度不夠等原因，導(dǎo)致墻體隨附近土體整體滑移破壞b.由于基坑外擠土施工如坑外施工擠土樁或者坑外超載作用如基坑邊堆載、重型施工機械行走等引起墻后土體壓力增加，導(dǎo)致墻體向坑內(nèi)傾覆c.當(dāng)坑內(nèi)土體強度較低或坑外超載時，導(dǎo)致墻底變形過大或整體剛性移動第21頁/共200頁第22頁/共200頁

（3）內(nèi)支撐基坑a.因為坑底土體壓縮模量低，坑外超載等原因，致使圍護墻踢腳產(chǎn)生很大的變形b.在含水地層（特別是有砂層、粉砂層或者其他透水性較好的地層），由于圍護結(jié)構(gòu)的止水設(shè)施失效，致使大量的水夾帶砂粒涌入基坑，嚴重的水土流失會造成支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和地面塌陷c.由于基坑底部土體抗剪強度較弱，產(chǎn)生坑底隆起破壞d.在承壓含水層上覆隔水層中開挖基坑時，由于設(shè)計不合理或者坑底超挖，承壓含水層的水頭壓力沖破基坑底部土層，發(fā)生坑底突涌破壞

e.在砂層或者粉砂地層中開挖基坑時，降水設(shè)計不合理或者井點降水失效后，產(chǎn)生管涌，嚴重時會導(dǎo)致基坑失穩(wěn)；f.在超大基坑，特別是長條形基坑（如地鐵站、明挖法施工隧道等）內(nèi)分區(qū)放坡挖土，由于放坡較陡、降水等導(dǎo)致滑坡，沖毀坑內(nèi)支撐或立柱，導(dǎo)致基坑破壞第23頁/共200頁第24頁/共200頁

（4）拉錨基坑a.由于圍護墻插入深度不夠，或基坑坑底超挖，導(dǎo)致基坑踢腳破壞b.由于設(shè)計錨桿太短，錨桿和圍護墻均在滑裂面以內(nèi)，與土體一起呈整體滑移，致使基坑整體滑移破壞第25頁/共200頁

2.基坑第二類失穩(wěn)形態(tài)根據(jù)破壞類型主要表現(xiàn)為以下幾種（1）圍護墻破壞破壞模式主要是由于設(shè)計或施工不當(dāng)造成墻體強度不足引起墻體剪切破壞或折斷，導(dǎo)致基坑整體破壞。第26頁/共200頁（2）支撐或者拉錨破壞該類破壞主要是因為設(shè)計支撐或拉錨強度不足，造成支撐或拉錨破壞，導(dǎo)致基坑失穩(wěn)第27頁/共200頁（3）墻后土體變形過大引起的破壞

該類破壞主要是因為圍護墻剛度較小，造成墻后土體產(chǎn)生過大變形，危及基坑周邊既有構(gòu)筑物，或者使錨桿變位，或產(chǎn)生附加應(yīng)力，危及基坑安全第28頁/共200頁12.2.4圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算(1)基坑邊坡總體穩(wěn)定驗算。防止因為圍護墻插入深度不夠，使基坑邊坡沿著墻底地基中某一滑動面產(chǎn)生整體滑動。(2)圍護墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算。防止開挖面以下地基水平抗力不足，使墻體產(chǎn)生繞前趾傾倒。(3)圍護墻底面抗滑移驗算。防止墻體底面與地基接觸面上的抗剪強度不足，使墻體底面產(chǎn)生滑移。(4)基坑圍護墻前抗隆起穩(wěn)定驗算。防止圍護墻底部地基強度不足，產(chǎn)生向基坑內(nèi)涌土。(5)抗豎向滲流驗算。在地下水較高的地區(qū)，在基坑內(nèi)外水頭差或者坑底以下可能存在的承壓水頭作用下，防止由于地下水豎向滲流使開挖面以下地基土的被動抗力和地基承載力失效。(6)基坑周圍地面沉降及其影響范圍的估計。第29頁/共200頁12.2.5節(jié)點設(shè)計合理的節(jié)點構(gòu)造應(yīng)符合以下條件：(1)方便施工；(2)節(jié)點構(gòu)造與設(shè)計計算模型中的假設(shè)條件一致；(3)節(jié)點構(gòu)造應(yīng)起到防止構(gòu)件局部失穩(wěn)的作用(4)盡可能減少節(jié)點自身的變形量：(5)與整體穩(wěn)定相關(guān)的節(jié)點應(yīng)設(shè)置多道防線，同時要有良好的節(jié)點延性。第30頁/共200頁12.2.6其他土工問題(1)井點降水

(2)土方開挖

(3)監(jiān)測第31頁/共200頁12.3基坑圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算12.3.1圍護結(jié)構(gòu)的計算模型及計算原則計算模型涉及：結(jié)構(gòu)模型，水土壓力模型、穩(wěn)定性分析模型等第32頁/共200頁第33頁/共200頁對于圍護結(jié)構(gòu)的計算一般采用考慮樁（墻）土共同作用的彈性地基上的桿系或框架模型，根據(jù)施工過程中發(fā)生的實際工況分步進行計算，同時考慮施工工況引起的結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐的變形的影響或采用荷載增量法進行計算，即所謂的“先變形、后支撐”的原則。計算工況包括開挖階段到內(nèi)部結(jié)構(gòu)回筑階段各工況的內(nèi)力組合，最終的位移及內(nèi)力值是各階段之累計值。第34頁/共200頁12.3.2樁(墻)內(nèi)力的計算分析方法彈性地基桿系有限單元法1.結(jié)構(gòu)理想化2.結(jié)構(gòu)離散化3.擋土結(jié)構(gòu)的節(jié)點應(yīng)滿足變形協(xié)調(diào)條件4.單元所受荷載和單元節(jié)點位移之間的關(guān)系，以單元的勁度矩陣來確定5.根據(jù)靜力平衡條件第35頁/共200頁對于彈性地基梁單元，其勁度矩陣有兩種假定(1)在彈性地基梁單元的每一節(jié)點處，各設(shè)置一附加彈性支承桿件，其剛度為：(2)采用Winkler彈性地基梁單元，其彈性曲線的微分方程式為：第36頁/共200頁大多數(shù)情況下，圍護結(jié)構(gòu)支撐體系在平面上的布置并非呈平面對稱狀態(tài)，平面上各支撐的內(nèi)力、變形各不相同，需要按平面框架進行設(shè)計計算。因此實際上，在這種情況下支護體系是一個三維空間受力體系。為簡化設(shè)計計算工作量，實際設(shè)計往往將其簡化為獨立的平面支撐系統(tǒng)進行計算。

在工程中將圍護結(jié)構(gòu)中的支撐體系在結(jié)構(gòu)上設(shè)計成一個水平的封閉框架，可以提高它的整體剛度，當(dāng)支撐是一種臨時結(jié)構(gòu)時，只需要滿足施工階段的各項技術(shù)參數(shù)和工況要求即可，因此在設(shè)計中可以將結(jié)構(gòu)的幾何布置，盡可能地優(yōu)化，選擇受力性能良好的幾何形式12.3.3支撐體系平面框架的計算第37頁/共200頁力學(xué)模型和結(jié)構(gòu)分析方法基坑圍護結(jié)構(gòu)一般由圍護體系和支撐體系兩部分組成，嚴格地講，封閉支撐體系與擋土結(jié)構(gòu)共同組成一空間結(jié)構(gòu)體系，二者共同承受土體的約束及荷載的作用，因此支撐體系的水平位移包括兩部分:第一部分是荷載作用下，支撐體系的變形；第二部分是剛體位移(包括剛體平移及轉(zhuǎn)動)第38頁/共200頁內(nèi)支撐系統(tǒng)由水平支撐和豎向支承兩部分組成，深基坑開挖中采用內(nèi)支撐系統(tǒng)的圍護方式已得到廣泛的應(yīng)用，特別對于軟土地區(qū)基坑面積大、開挖深度深的情況，內(nèi)支撐系統(tǒng)由于具有無需占用基坑外側(cè)地下空間資源、可提高整個圍護體系的整體強度和剛度以及可有效控制基坑變形的特點而得到了大量的應(yīng)用第39頁/共200頁第40頁/共200頁內(nèi)支撐體系的構(gòu)成圍檁、水平支撐、鋼立柱和立柱樁是內(nèi)支撐體系的基本構(gòu)件，典型的內(nèi)支撐系統(tǒng)示意圖見下圖.圍檁是協(xié)調(diào)支撐和圍護墻結(jié)構(gòu)間受力與變形的重要受力構(gòu)件，其可加強圍護墻的整體性，并將其所受的水平力傳遞給支撐構(gòu)件，因此要求具有較好的自身剛度和較小的垂直位移。首道支撐的圍檁應(yīng)盡量兼作為圍護墻的圈梁，必要時可將圍護墻墻頂標高落低，如首道支撐體系的圍檁不能兼作為圈梁時，應(yīng)另外設(shè)置圍護墻頂圈梁。圈梁作用可將離散的鉆孔灌注圍護樁、地下連續(xù)墻等圍護墻連接起來，加強了圍護墻的整體性，對減少圍護墻頂部位移有利。水平支撐是平衡圍護墻外側(cè)水平作用力的主要構(gòu)件，要求傳力直接、平面剛度好而且分布均勻。鋼立柱及立柱樁的作用是保證水平支撐的縱向穩(wěn)定，加強支撐體系的空間剛度和承受水平支撐傳來的豎向荷載，要求具有較好自身剛度和較小垂直位移。第41頁/共200頁第42頁/共200頁支撐體系支撐體系常用型式有單層或多層平面支撐體系和豎向斜撐體系，在實際工程中，根據(jù)具體情況也可以采用類似的其他形式。平面支撐體系可以直接平衡支撐兩端圍護墻上所收到的側(cè)壓力，其構(gòu)造簡單，受力明確，使用范圍廣。但當(dāng)支撐長度較大時，應(yīng)考慮支撐自身的彈性壓縮以及溫度應(yīng)力等因素對基坑位移的影響。第43頁/共200頁第44頁/共200頁豎向斜撐體系豎向斜撐體系的作用是將圍護墻所受的水平力通過斜撐傳到基坑中部先澆筑好的斜撐基礎(chǔ)上。其施工流程是：圍護墻完成后，先對基坑中部的土方采用放坡開挖，其后完成中部的斜撐基礎(chǔ)，并安裝斜撐，在斜撐的支擋作用下，再挖除基坑周邊留下的土坡，并完成基坑周邊的主體結(jié)構(gòu)。對于平面尺寸較大，形狀不很規(guī)則的基坑，采用斜支撐體系施工比較方便，也可大幅節(jié)省支撐材料。但墻體位移受到基坑周邊土坡變形、斜撐彈性壓縮以及斜撐基礎(chǔ)變形等多種因素的影響，在設(shè)計計算時應(yīng)給予合理考慮。此外，土方施工和支撐安裝應(yīng)保證對稱性。第45頁/共200頁豎向斜撐體系

第46頁/共200頁支撐系統(tǒng)的設(shè)計支撐系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)包含支撐材料的選擇、結(jié)構(gòu)體系的布置、支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形計算、支撐構(gòu)件的強度和穩(wěn)定性計算、支撐構(gòu)件的節(jié)點設(shè)計以及支撐結(jié)構(gòu)的安裝和拆除第47頁/共200頁水平支撐系統(tǒng)中內(nèi)支撐與圍檁必須形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，有可靠的連接，滿足承載力、變形和穩(wěn)定性要求。支撐系統(tǒng)的平面布置形式眾多，從技術(shù)上，同樣的基坑工程采用多種支撐平面布置形式均是可行的，但科學(xué)、合理的支撐布置形式應(yīng)是兼顧了基坑工程特點、主體地下結(jié)構(gòu)布置以及周邊環(huán)境的保護要求和經(jīng)濟性等綜合因素的和諧統(tǒng)一。第48頁/共200頁水平支撐系統(tǒng)平面布置原則長條形基坑工程中，可設(shè)置以短邊方向的對撐體系，兩端可設(shè)置水平角撐體系。短邊方向的對撐體系可根據(jù)基坑短邊的長度、土方開挖、工期等要求采用鋼支撐或者混凝土支撐，兩端的角撐體系從基坑工程的穩(wěn)定性以及控制變形角度上，宜采用混凝土支撐的形式。第49頁/共200頁上海浦東恒大小區(qū)基坑工程，基坑形狀呈狹長的手槍狀，基坑?xùn)|西方向長度較長約為240m，西側(cè)南北方向長度約為43m，東側(cè)南北方向長度約為83m。綜合考慮工程周邊環(huán)境、基坑面積及形狀、基坑開挖深度以及工期等因素，支撐系統(tǒng)采用了鋼和混凝土組合支撐的形式，東側(cè)基坑角撐結(jié)合對撐的混凝土支撐形式，西側(cè)基坑采用角部混凝土支撐，短邊設(shè)置鋼支撐對撐的形式。第50頁/共200頁恒大小區(qū)東側(cè)混凝土支撐實景

恒大小區(qū)西側(cè)鋼支撐實景

第51頁/共200頁當(dāng)基坑周邊緊鄰保護要求較高建（構(gòu)）筑物、地鐵車站或隧道，對基坑工程的變形控制要求較為嚴格時，或者基坑面積較小、兩個方向的平面尺寸大致時，或者基坑形狀不規(guī)則，其他形式的支撐布置有較大難度時，宜采用相互正交的對撐布置方式。該布置型式的支撐系統(tǒng)具有支撐剛度大、傳力直接以及受力清楚的特點，適合在變形控制要求高的基坑工程中應(yīng)用。第52頁/共200頁上海解放日報新聞業(yè)務(wù)樓基坑地處上海市黃浦區(qū)中心位置，基坑形狀呈不規(guī)則矩形，基坑面積較小約為2300m2，開挖深度約為12m，基坑?xùn)|側(cè)緊鄰一高層建筑物，根據(jù)本基坑的面積、形狀以及周圍的環(huán)境特點，采用了抗側(cè)剛度大、可適應(yīng)不規(guī)則形狀的十字正交布置形式的鋼筋混凝土支撐形式。第53頁/共200頁第54頁/共200頁當(dāng)基坑面積較大，平面形狀不規(guī)則時，同時在支撐平面中需要留設(shè)較大作業(yè)空間時，宜采用角部設(shè)置角撐、長邊設(shè)置沿短邊方向的對撐結(jié)合邊桁架的支撐體系。該類型支撐體系由于具有較好的控制變形能力、大面積無支撐的出土作業(yè)面以及可適應(yīng)各種形狀的基坑工程，同時由于支撐系統(tǒng)中對撐、各榀對撐之間具有較強的受力上的獨立性，易于實現(xiàn)土方上的流水化施工，此外還具有較好的經(jīng)濟性，因此幾乎成為上海等軟土地區(qū)首選的支撐平面布置形式，近年來得到極為廣泛的應(yīng)用。

第55頁/共200頁上海虹橋綜合交通樞紐工程東交通中心、磁懸浮基坑工程面積巨大，地下二層區(qū)域長約404m，寬約77～136m，基坑開挖深度約18～25m，基坑形狀呈不規(guī)則長方形。根據(jù)基坑形狀的特點，采用了兩端角撐中部對撐的支撐布置形式，該布置形式的支撐為流水化施工支撐和土方開挖創(chuàng)造了條件，從而大大加快了基坑工程的施工速度和縮短了施工工期。第56頁/共200頁上海虹橋綜合交通樞紐基坑支撐實景

第57頁/共200頁基坑平面為規(guī)則的方形、圓形或者平面雖不規(guī)則但基坑兩個方向的平面尺寸大致相等，或者是為了完全避讓塔樓框架柱、剪力墻等豎向結(jié)構(gòu)以方便施工、加快塔樓施工工期，尤其是當(dāng)塔樓豎向結(jié)構(gòu)采用勁性構(gòu)件時，臨時支撐平面應(yīng)錯開塔樓豎向結(jié)構(gòu)，以利于塔樓豎向結(jié)構(gòu)的施工，可采用單圓環(huán)形支撐甚至多圓環(huán)形支撐布置方式。第58頁/共200頁天津響螺灣中鋼大廈項目位于天津市響螺灣地區(qū)，基坑開挖深度達到18~22m，基坑面積達到2萬m2，是當(dāng)?shù)匾?guī)模最大的基坑工程之一。根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)受力計算的需要，本工程內(nèi)部需設(shè)置四道鋼筋混凝土支撐體系。由于平面形狀不規(guī)則，采用較為傳統(tǒng)的角撐、對撐結(jié)合邊桁架布置，需要設(shè)置大量穿越基坑內(nèi)部的桿件，不利于土方的開挖和地下室結(jié)構(gòu)的的施工。因此結(jié)合本工程的平面形狀和塔樓的分布位置，采用雙半圓環(huán)的支撐平面布置體系。雙半圓環(huán)支撐形式的采用，基本上避開了整個塔樓區(qū)域的所有豎向構(gòu)件，基坑開挖到底后，完成基礎(chǔ)底板施工后，兩個主要的地面建筑即可在不拆撐的情況下向上施工主體結(jié)構(gòu)，加快整體工期進度。第59頁/共200頁

天津響螺灣中鋼大廈基坑支撐平面示意圖

第60頁/共200頁新華明珠深基坑支護工程采用組合結(jié)構(gòu)環(huán)形內(nèi)支撐的基坑工程實景，該基坑支撐采用鋼筋混凝土大圓環(huán)，圓環(huán)直徑68m，其余桿件均采用鋼結(jié)構(gòu)，實施效果良好。第61頁/共200頁陽角處理基坑平面有向坑內(nèi)折角（陽角）時，陽角處的內(nèi)力比較復(fù)雜，是應(yīng)力集中的部分，稍有疏忽，最容易在該部分出現(xiàn)問題。陽角的處理應(yīng)從多方面進行考慮，首先基坑平面的設(shè)計應(yīng)盡量避免出現(xiàn)陽角，當(dāng)不可避免時，需作特別的加強，如在陽角的兩個方向上設(shè)置支撐點，或者可根據(jù)實際情況將該位置的支撐桿件設(shè)置現(xiàn)澆板，通過增設(shè)現(xiàn)澆板增強該區(qū)域的支撐剛度，控制該位置的變形。無足夠的經(jīng)驗可借鑒時，最好對陽角處的坑外地基進行加固，提高坑外土體的強度，以減少圍護墻體的側(cè)向水土壓力。第62頁/共200頁12.4基坑穩(wěn)定性驗算主要是計算基坑在外荷載作用下是否會喪失穩(wěn)定(簡稱失穩(wěn))，基坑失穩(wěn)的表現(xiàn)形式是多種多樣的，主要有：(1)整體失穩(wěn)破壞；(2)承載力不足導(dǎo)致的破壞；(3)基底滑動破壞；(4)基底潛蝕、管涌；(5)滲流；(6)支擋結(jié)構(gòu)破壞；(7)被動土壓力喪失等第63頁/共200頁12.4.1邊坡穩(wěn)定所謂邊坡穩(wěn)定是指防止基坑邊坡上的部分土體脫離整體而沿著某一個面向下滑動所需要的安全度。在放坡開挖的基坑中需要控制邊坡穩(wěn)定．在沒有支護結(jié)構(gòu)的基坑中、當(dāng)?shù)鼗畈看嬖谲浫跬翆訒r，也需要防止在圍護墻底以下可能產(chǎn)生的深層滑動面。第64頁/共200頁邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)可定義為：第65頁/共200頁砂性土的邊坡穩(wěn)定

砂性土中邊坡穩(wěn)定只取決于坡角的大小，而與坡的高度或土體的重量無關(guān)。第66頁/共200頁

粘性土邊坡的穩(wěn)定

在粘性上中，邊坡失穩(wěn)時的滑動面近似于圓弧，滑動體繞某個中心向下帶旋轉(zhuǎn)性的滑動，在這種情況下的邊坡穩(wěn)定通常采用條分法分析。條分法的基本假定是：

(a)邊坡失穩(wěn)時、滑動體沿著一個近似于圓筒形的滑動面下滑。但當(dāng)?shù)鼗熊浫鯅A層時，可按實際可能發(fā)生的非圓弧滑動面驗算。

(b)考慮平面問題。在實際工程中，可根據(jù)地基情況、邊坡形狀和地面荷載基本相同的原則，把邊坡分成幾個區(qū)段，在每個區(qū)段中選取有代表性的斷面作為計算斷面。邊坡滑動面可以有很多個，其中最可能產(chǎn)生滑動的危險面要通過試算才能確定。具體步驟可參閱有關(guān)手冊。第67頁/共200頁第68頁/共200頁第69頁/共200頁12.4.2基坑抗隆起穩(wěn)定隨著深基坑逐步向下開挖，坑內(nèi)外的壓力差不斷增大，就有可能會發(fā)生基坑坑底隆起現(xiàn)象。特別在軟粘土地基中開挖時很容易發(fā)生基坑底土向上隆起現(xiàn)象。由于坑內(nèi)外地基土體的壓力差、使墻背土向基坑內(nèi)推移，造成坑內(nèi)土體向上隆起，坑外地面下沉的變形現(xiàn)象，控制這種現(xiàn)象發(fā)生的驗算大致根據(jù)兩種假定，即滑動面假定和地基極限承載力假定提出的計算方法。第70頁/共200頁圓弧滑動抗隆起穩(wěn)定驗算

滑動面假定Terzaghi-Peck方法第71頁/共200頁如圖12-11，在開挖面以下，假定一個圓弧滑動面。根據(jù)在滑動面上土的抗剪強度對滑動圓弧中心的力矩與墻背開挖面標高以上土體重量（包括地面荷載)對滑動中心的力矩平衡條件，計算隆起的安全度。轉(zhuǎn)動中心的位置通常認為可定在基坑最下一道支撐與圍護墻的交點處第72頁/共200頁考慮插入基坑開挖面以下的墻體對抗隆起的作用，隆起滑動力矩和抗隆起力矩，可分別按下式計算：式中：則抗隆起安全系數(shù)：第73頁/共200頁地基極限承載力假定

如圖12-12，當(dāng)開挖面以下形成滑動面時，由于墻后土體下沉，使墻后土在豎直面上的抗剪強度得以發(fā)揮，減少了在開挖面標高上墻后土的垂直壓力，其值可按下式估算：相應(yīng)的垂直分布力為在飽和軟土中土的抗剪強度地基極限承載力為抗隆起的安全系數(shù)：第74頁/共200頁12.4.3整體穩(wěn)定性驗算第75頁/共200頁12.4.4坑底抗?jié)B流穩(wěn)定驗算地下水在巖土體孔隙中的運動稱為滲流。地下水滲流按隨時間變化規(guī)律可分為穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流。穩(wěn)定流為運動參數(shù)如流速、流向和水位等不隨時間變化的地下水流動。反之，非穩(wěn)定流。絕對意義上的穩(wěn)定流并不存在，常把變化微小的滲流按穩(wěn)定流進行分析。地下水滲流按運動形態(tài)可分為層流和紊流。層流指在滲流的過程中水的質(zhì)點的運動是有秩序、互不混雜的。反之，稱為紊流。層流服從達西定律，紊流服從Chezy公式。第76頁/共200頁潛蝕在黃土和巖溶等地區(qū)，滲透水流在較大的水力坡度下容易發(fā)生潛蝕。當(dāng)土層的不均勻系數(shù)即d60/d10>10時，易產(chǎn)生潛蝕；兩種互相接觸的土層，當(dāng)兩者的滲透系數(shù)之比k1/k2>2時，易產(chǎn)生潛蝕；當(dāng)水力坡度i>5時，水流呈紊流狀態(tài)，即產(chǎn)生潛蝕。潛蝕的防治措施有加固土層如灌漿、人工降低地下水的水力坡度和設(shè)置反濾層等第77頁/共200頁流砂流砂是指土體中松散顆粒被地下水飽和后，由于水頭差的存在動水壓力即會使這些松散顆粒產(chǎn)生懸浮流動的現(xiàn)象?？朔魃俺２扇∪缦麓胧哼M行人工降水，使地下水水位降至可能產(chǎn)生流砂的地層以下；設(shè)置止水帷幕如板樁或凍結(jié)法用來阻止或延長地下水的滲徑等第78頁/共200頁第79頁/共200頁管涌管涌是地基土在動水作用下形成細小的滲流通道，土顆粒不斷流失而引起地基變形和失穩(wěn)的現(xiàn)象。發(fā)生管涌的條件為：土中粗細顆粒粒徑比D/d>10；土體的不均勻系數(shù)d60/d10>10；兩種互相接觸的土層滲透系數(shù)之比k1/k2>2~3；滲流梯度大于土體的臨界梯度。第80頁/共200頁抗?jié)B流穩(wěn)定計算任一點總水頭H等于該點位置水頭Z與該點水柱高度h之和一點孔隙水壓力u等于該點測壓管水柱高度h與水的重度rw的乘積滲流場存在水頭損失，不同于靜水狀態(tài)第81頁/共200頁（a）△H=0，無滲流（b）△H>0，有滲流第82頁/共200頁第83頁/共200頁取c點為位置水頭零點rwhc第84頁/共200頁取粘土塊進行分析rwhc滲流有水頭損失考慮安全系數(shù)第85頁/共200頁第86頁/共200頁第87頁/共200頁突涌突涌是指在基坑底部存在承壓水時開挖基坑時將減小含水層上覆不透水層的厚度，當(dāng)它減小到臨界值時，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板的現(xiàn)象。其表現(xiàn)形式為：基坑頂裂，形成網(wǎng)狀或樹枝狀裂縫，地下水從裂縫中涌出，并帶出下部的土顆粒；基坑底部發(fā)生流砂，從而造成邊坡失穩(wěn)；基坑發(fā)生類似“沸騰”的噴水現(xiàn)象，使基坑積水，地基土擾動。第88頁/共200頁第89頁/共200頁計算過程因為：

所以：k—安全系數(shù)，取K＝1.43。承壓水屬于靜水狀態(tài)考慮安全系數(shù)對粘土塊受力分析：第90頁/共200頁防治管涌的措施有：增加基坑維護結(jié)構(gòu)的入土深度以延長地下水的流線降低水力梯度；人工降低地下水位，改變地下滲流方向；在水流溢出處設(shè)置反濾層等。流砂和管涌的區(qū)別是：流砂發(fā)生在土體表面滲流逸出處，不發(fā)生于土體內(nèi)部，而管涌既可發(fā)生在滲流逸出處，也可發(fā)生于土體內(nèi)部第91頁/共200頁12.5基坑工程的變形計算尤其在建筑群中間，基坑設(shè)計的強度和穩(wěn)定性僅是必要條件，很多場合主要控制條件是變形。基坑的變形計算比較復(fù)雜，而且不夠成熟。有關(guān)基坑變形控制的要求可參見《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》(YB925—97)中的規(guī)定?；幼冃斡嬎惆ɑ涌拥茁∑鸹蚧貜椨嬎慵盎訃o墻外地層變形估算。第92頁/共200頁基坑變形受到的影響因素較多，在變形的計算中必須對這些影響加以考慮?；拥淖冃斡嬎憷碚撃芊褫^好地反映實際情況受到很多因素的制約，除圍護體系本身及周圍土體特性外，較多地受施工因素的影響，計算參數(shù)難以準確確定，每一個計算理論都有其適用范圍，故計算中必須充分考慮到這一點。

第93頁/共200頁基坑隆起或回彈變形既是基坑工程安全的重要指標，也是控制后建主體結(jié)構(gòu)回彈再壓縮變形的關(guān)鍵數(shù)據(jù)；基坑圍護墻外地層變形是基坑工程環(huán)境保護的重要指標，也是評價基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是否達到基坑安全等級要求的重要指標，基坑設(shè)計根據(jù)該指標提出周圍環(huán)境的具體保護措施。第94頁/共200頁對于基坑變形的估算方法分為理論、經(jīng)驗算法和數(shù)值計算方法。理論、經(jīng)驗算法來自于對基坑變形機理的理論研究和多年來國內(nèi)外基坑工程實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。理論、經(jīng)驗方法適合于對基坑的變形做出快速估計并為基坑設(shè)計與施工中的變形控制提供理論和實測依據(jù).第95頁/共200頁實用計算法：

基坑開挖時土體隆起量按下式計算基坑再加荷沉降變形第96頁/共200頁12.5.2基坑圍護墻外土體沉降估算基坑圍護結(jié)構(gòu)的變形形狀同圍護結(jié)構(gòu)的形式、剛度、施工方法等都有著密切關(guān)系。CloughandO’rourke(1990)將內(nèi)支撐和錨拉系統(tǒng)的開挖所引致的圍護結(jié)構(gòu)變形型式歸為三類，第一類為懸臂式位移；第二類為拋物線型位移；第三種為上述兩種型態(tài)的組合。第97頁/共200頁當(dāng)基坑開挖較淺，還未設(shè)支撐時，不論對剛性墻體(如水泥土攪拌樁墻，旋噴樁樁墻等)還是柔性墻體(如鋼板樁，地下連續(xù)墻等)，均表現(xiàn)為墻頂位移最大，向基坑方向水平位移，呈懸臂式位移分布，隨著基坑開挖深度的增加，剛性墻體繼續(xù)表現(xiàn)為向基坑內(nèi)的三角形水平位移或平行剛體位移。而一般柔性墻如果設(shè)支撐，則表現(xiàn)為墻頂位移不變或逐漸向基坑外移動，墻體腹部向基坑內(nèi)突出，即拋物線型位移第98頁/共200頁理論上有多道內(nèi)支撐體系的基坑，其墻體變形都應(yīng)為第三類組合型位移形式。但在實際工程中，深基坑的第一道支撐都接近與地表，同時大多數(shù)的測斜數(shù)據(jù)都是在第一道支撐施工完成后才開始測量，因此實測的測斜曲線其懸臂部分的位移較小，都接近于拋物線形位移。第99頁/共200頁對于墻趾進入硬土或風(fēng)化巖層的圍護結(jié)構(gòu)，圍護結(jié)構(gòu)底部基本沒有位移，而對于墻趾位于軟土中的圍護結(jié)構(gòu)，當(dāng)插入深度較小時，墻趾出現(xiàn)較大變形，呈現(xiàn)出“踢腳”形態(tài)。

第100頁/共200頁墻體豎向變位在實際工程中，墻體豎向變位量測往往被忽視，事實上由于基坑開挖土體自重應(yīng)力的釋放，致使墻體有所上升。但影響墻體豎向變形的影響因素較多，支撐、樓板的重量施加又會使墻體下沉。當(dāng)圍護墻底下因清孔不凈有沉渣時，圍護墻在開挖中會下沉，地面也下沉。因此在實際工程中出現(xiàn)墻體的隆起和下沉都是有可能的。圍護結(jié)構(gòu)的不均勻下沉?xí)a(chǎn)生較大的危害，實際工程中就出現(xiàn)過地下墻不均勻下沉造成冠梁拉裂等情況。而圍護結(jié)構(gòu)同立柱的差異沉降又會使內(nèi)支撐偏心而產(chǎn)生次生應(yīng)力第101頁/共200頁

坑底隆起變形在開挖深度不大時，坑底為彈性隆起，其特征為坑底中部隆起最高(圖7-3(a))，當(dāng)開挖達到一定深度且基坑較寬時，出現(xiàn)塑性隆起，隆起量也逐漸由中部最大轉(zhuǎn)變?yōu)閮蛇叴笾虚g小的形式第102頁/共200頁12.5.2基坑圍護墻外土體沉降估算經(jīng)驗計算方法首先結(jié)合工程經(jīng)驗假定坑外地表沉降曲線，然后根據(jù)地層損失相等的概念，即假定地表沉降槽的面積等于擋土墻水平變形與擋墻圍成的面積相等。這樣，只要計算得到墻體的變形，即可推算坑外地表的沉降曲線。

第103頁/共200頁根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，地表沉降的兩種典型的曲線形狀如圖7-5所示。三角形地表沉降情況主要發(fā)生在懸臂開挖或圍護結(jié)構(gòu)變形較大的情況下。凹槽形地表沉降情況主要發(fā)生在有較大的入土深度或墻底入土在剛性較大的地層內(nèi)，墻體的變位類同于梁的變位，此時地表沉降最大值不是在墻的邊緣，而是在距離墻一定距離的位置上。第104頁/共200頁（a）三角形（b）指數(shù)曲線（c）拋物線第105頁/共200頁三角形沉降曲線一般發(fā)生在圍護墻位移較大的情況地表沉降范圍為：—圍護墻的高度；—墻體所穿越土層的平均內(nèi)摩擦角。沉陷面積與墻體的側(cè)移面積相等，可得：第106頁/共200頁指數(shù)曲線第107頁/共200頁習(xí)題1.已知基坑開挖深度h=5m，基坑寬度較大，深寬比忽略不計。支護結(jié)構(gòu)入土深度t=5m，坑側(cè)地面荷載q=20kPa，土的重度18kN/m3,粘聚力c=10kPa，內(nèi)摩擦角為零，不考慮地下水的影響。如果取承載力系數(shù)Nc=5.14，Nd=1，試計算抗隆起的安全系數(shù)k（侯學(xué)淵方法）。第108頁/共200頁習(xí)題2習(xí)題2習(xí)題3第109頁/共200頁習(xí)題4某二級基坑場地中上層土為粘土，厚度為8m，重度為19kN/m2,其下為粗砂層，粗砂層中承壓水水位位于地表下2.0m處，如保證基坑坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性，基坑深度不宜大于多少米？（安全系數(shù)取1.1）第110頁/共200頁第111頁/共200頁第112頁/共200頁第113頁/共200頁第114頁/共200頁第115頁/共200頁第116頁/共200頁第117頁/共200頁第118頁/共200頁第119頁/共200頁第120頁/共200頁第121頁/共200頁兩個功能：一是擋土；二是止水?；又ёo分兩類：支護型——將支護墻（排樁）作為主要受力構(gòu)件；支護型基坑支護包括板樁墻、排樁、地下連續(xù)墻等。在基坑較淺時可不設(shè)支撐，成懸臂式結(jié)構(gòu)；當(dāng)基坑較深或?qū)χ車孛孀冃螄栏裣拗茣r，應(yīng)設(shè)水平或斜向支撐，或錨定系統(tǒng)；形成空間力系是發(fā)展方向。第122頁/共200頁加固型——充分利用加固土體的強度。加固型包括水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、注漿和樹根樁等。第123頁/共200頁基坑側(cè)壁安全等級及重要性系數(shù)

安全等級破壞后果

一級支護結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴重1.10二級支護結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響一般1.00三級支護結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴重0.90第124頁/共200頁3.1結(jié)構(gòu)方案及選擇3.1.1結(jié)構(gòu)類型支護結(jié)構(gòu)類型及其適用范圍表3-1結(jié)構(gòu)形式適用范圍排樁結(jié)構(gòu)稀疏排樁土質(zhì)較好，地下水位低或降水效果好連續(xù)排樁土質(zhì)差，地下水位高或降水效果差框架式排樁單排樁剛度不能滿足變形要求組合排樁結(jié)構(gòu)排樁加擋板排樁樁距較大，利用擋板傳遞土壓并有一定防滲作用排樁加水泥攪拌樁以水泥攪拌樁互搭組成平面拱代替擋板傳遞土壓力，具有較好防涌效果排樁加水泥防滲墻地下水位較高的軟土地區(qū)排樁或組合排樁加錨桿結(jié)構(gòu)開挖深度較大，排樁或組合排樁結(jié)構(gòu)強度無法滿足要求地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)與地下室墻體合一，防滲性強，施工場地較小，開挖深度大沉井結(jié)構(gòu)軟土地區(qū)重力式擋土墻結(jié)構(gòu)具有一定施工空間，軟土地區(qū)第125頁/共200頁圖3－1板樁

第126頁/共200頁圖3-2組合擋土壁第127頁/共200頁圖3-3單排與雙排樁支護結(jié)構(gòu)第128頁/共200頁圖3-4接頭管接頭的施工程序a)開挖槽段；b)吊放接頭管和鋼筋籠；c)澆筑砼；d)拔出接頭管；e)形成接頭第129頁/共200頁3.1.2支撐體系支撐體系是用來支擋圍護墻體，承受墻背側(cè)土層及地面超載在圍護墻上的側(cè)壓力。支撐體系是由支撐、圍檁、立柱三部分組成。第130頁/共200頁特點平面尺寸不大，且長短邊長相差不多的基坑宜布置角撐。它的開挖土方空間較大，但變形控制要求不能很高鋼支撐和鋼筋混凝土支撐均可布置；支撐受力明確，安全穩(wěn)定，有利于墻體的變形控制，但開挖土方較為困難多采用鋼筋混凝土支撐；中部形成大空間，有利于開挖土方和主體結(jié)構(gòu)施工多采用鋼筋混凝土支撐；支撐體系受力條件好；開挖空間大，便于施工開挖面積大、深度小的基坑宜采用；在軟弱土層中，不易控制基坑的穩(wěn)定和變形便于土方開挖和主體結(jié)構(gòu)施工，但僅適用于周邊場地具有拉設(shè)錨桿的環(huán)境和地質(zhì)條件第131頁/共200頁第132頁/共200頁第133頁/共200頁第134頁/共200頁第135頁/共200頁3.2支護結(jié)構(gòu)上的作用

3.2.1土壓力主動土壓力和被動土壓力的產(chǎn)生，前提條件是支護結(jié)構(gòu)存在位移；當(dāng)支護結(jié)構(gòu)沒有位移時，則土對支護結(jié)構(gòu)的壓力為靜止土壓力。土壓力的分布與支點的設(shè)置及其數(shù)量都有關(guān)系；懸臂支護樁土壓力的實測值與按朗肯公式計算值的對比，非挖土側(cè)實測土壓力小于朗肯主動土壓力，即計算結(jié)果偏大。第136頁/共200頁圖3-5懸臂支護樁土壓力分布第137頁/共200頁圖3-6芝加哥深基坑土壓力實測圖圖3-7柏林地道工程土壓力實測圖第138頁/共200頁土的內(nèi)聚力C、內(nèi)摩擦角φ值可根據(jù)下列規(guī)定適當(dāng)調(diào)整：在井點降低地下水范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)孛嬗信潘头罎B措施時，φ值可提高20%；在井點降水土體固結(jié)的條件下，可考慮土與支護結(jié)構(gòu)間側(cè)摩阻力影響，將土的內(nèi)聚力c提高20%。第139頁/共200頁土壓力計算公式exit主動土壓力：被動土壓力：第140頁/共200頁3.2.2地面附加荷載傳至n層土底面的豎向荷載qn（1）地面滿布均布荷載q0時，任何土層底面處：（2）離開擋土結(jié)構(gòu)距離為a時第141頁/共200頁(3)作用在面積為與擋土結(jié)構(gòu)平行）的地面荷載，離開擋土結(jié)構(gòu)距離時。第142頁/共200頁3.2.3水壓力水壓力，主要根據(jù)土質(zhì)情況確定如何考慮水壓力的問題。對于粘性土，土壤的透水性較差，此粘性土產(chǎn)生的側(cè)向壓力可采用水土合算的方法，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力與水壓力之和乘以側(cè)壓力系數(shù)。對于砂性土，采用水土分算，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力乘以側(cè)壓力系數(shù)與該深度處水壓力之和。第143頁/共200頁對比砂土簡化計算，將水壓力與土壓力分別計算，并把水看作是：主動壓力=靜止壓力=被動壓力=h第144頁/共200頁3.3排樁、地下連續(xù)墻計算主動土壓力和被動土壓力并確定計算簡圖，確定嵌固深度、內(nèi)力計算；支護樁或墻的截面設(shè)計以及壓頂梁的設(shè)計等。第145頁/共200頁3.3.1懸臂式支護結(jié)構(gòu)圖根據(jù)朗肯-庫倫土壓力理論分層計算主動土壓力和被動土壓力；在此基礎(chǔ)上確定圖3-10所示的計算簡圖。圖據(jù)此簡圖求出嵌固深度hd;最大彎矩截面位置及最大彎矩值；進行配筋設(shè)計或承載力計算；計算支護結(jié)構(gòu)頂端位移。第146頁/共200頁懸臂exit第147頁/共200頁計算簡圖據(jù)此求出嵌固深度hd第148頁/共200頁配筋和撓度計算地質(zhì)條件或其它影響因素較為復(fù)雜時，也可按最大彎矩斷面的配筋貫通全長。配筋應(yīng)滿足下式條件：支護結(jié)構(gòu)頂端的水平位移值y——剪力為零處即D點至基坑底的距離；——懸臂梁上段結(jié)構(gòu)柔性變形值——下段結(jié)構(gòu)在彎矩Mmax作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角——下段結(jié)構(gòu)在彎矩Mmax作用下在D點產(chǎn)生的水平位移

第149頁/共200頁上段結(jié)構(gòu)柔性變形

下段結(jié)構(gòu)在作用下第150頁/共200頁3.3.2單層支撐支護結(jié)構(gòu)

設(shè)計圖計算方法是“等值梁法”。等值梁法的關(guān)鍵是如何確定反彎點的位置。對單錨或單撐支護結(jié)構(gòu)，地面以下土壓力為零的位置，即主動土壓力等于被動土壓力的位置，與反彎點位置較接近。第151頁/共200頁圖exit第152頁/共200頁用等值梁法計算

單錨、單支支護結(jié)構(gòu)：

圖3-15單層支點支護結(jié)構(gòu)深度計算簡圖（3）支點力TC1可按下式計算：等值梁法，對反彎點：（1）計算土壓力（2）基坑底面以下支護結(jié)構(gòu)設(shè)定彎矩零點位置第153頁/共200頁（4）嵌固深度Hd

設(shè)計值可按下式確定:第154頁/共200頁（5）計算內(nèi)力和配筋單層支撐支護結(jié)構(gòu)的最大彎矩:發(fā)生在剪力0處，應(yīng)根據(jù)土壓力平衡，求得處的位置y,可得Mmax。彎矩圖可按靜力平衡條件求得可以分段配筋，也可以按最大彎矩斷面通長配筋.第155頁/共200頁3.3.3多層錨拉式支護結(jié)構(gòu)

設(shè)計1)應(yīng)根據(jù)分層挖土深度與每層錨桿設(shè)置的實際施工情況分階段分層計算，這時假定下層挖土不影響上層錨桿計算的水平力；2)多層布置時，有等彎矩布置和等反力布置兩種模式；3）懸臂式及單支點支護結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計不宜小于；多支點支護結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計值小于0.2h時，宜取。第156頁/共200頁抗?jié)B透穩(wěn)定條件: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，側(cè)向截水的排樁、地下連續(xù)墻除應(yīng)滿足上述規(guī)定外，嵌固深度設(shè)計值尚應(yīng)滿足式抗?jié)B透穩(wěn)定條件:第157頁/共200頁注意事項：1）排樁、地下連續(xù)墻水平荷載計算單位；中心距和單位長度；2）有支撐變形計算按彈性支點法計算，支點剛度系數(shù)及地基土水平抗力系數(shù)m應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗取值；

3）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，計算內(nèi)力和變形。第158頁/共200頁3.4土層錨桿土層錨桿是一種埋入土層深部的受拉桿件，它一端與構(gòu)筑物相連，另一端錨固在土層中。

第159頁/共200頁3.4.2錨桿設(shè)計1）錨桿承載力計算2）錨桿桿體的截面面積第160頁/共200頁3）錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值（1）安全等級為一級及缺乏地區(qū)經(jīng)驗的二級基坑側(cè)壁，應(yīng)進行錨桿的基本試驗，受拉抗力分項系數(shù)可取1.3。（2）基坑側(cè)壁安全等級為二級且有鄰近工程經(jīng)驗時：第161頁/共200頁（3）.對于塑性指數(shù)大于17的粘性土層中的錨桿應(yīng)進行蠕變試驗。（4）錨桿預(yù)加力值（鎖定值）應(yīng)根據(jù)地層條件及支護結(jié)構(gòu)變形要求確定，宜取為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值的0.50~0.65倍。（5）自由段計算長度第162頁/共200頁第163頁/共200頁本講要點重點掌握懸臂式支護結(jié)構(gòu)計算方法和計算要點；重點掌握單錨、單支支護結(jié)構(gòu)計算方法和計算要點。掌握錨桿計算方法；理解多層支撐的計算原則；第164頁/共200頁3.6水泥土墻設(shè)計又稱攪拌樁擋墻，利用一種特殊的攪拌頭或鉆頭，鉆進地基至一定深度后，噴出固化劑，與地基土強行拌和而形成的加固土樁體。Mixed-In-PlaceMethodMIP(美國)DeepMixingMethod(日本)固化劑采用水泥或石灰；適用于加固淤泥質(zhì)土、粘土；國外最大深度60m，國內(nèi)12－18m；特點：施工無震動、噪音、無廢水泥漿；坑內(nèi)無需支撐拉錨，優(yōu)良的抗?jié)B特性。支擋高度，國內(nèi)最深9m;第165頁/共200頁水泥墻的結(jié)構(gòu)形式擋墻寬度為0.6～0.8開挖深度，樁長為開挖深度的1.8-2.2倍。第166頁/共200頁3.6.1土壓力計算計算主動土壓力和被動土壓力3.6.2抗傾覆計算3.6.3抗滑移計算3.6.4墻身應(yīng)力驗算3.6.5整體穩(wěn)定計算一般情況下，使墻體強度不成為設(shè)計的控制條件，而以結(jié)構(gòu)和邊坡的整體穩(wěn)定控制設(shè)計。第167頁/共200頁1.土壓力計算墻后主動土壓力

墻前被動土壓力

第168頁/共200頁第169頁/共200頁2抗傾覆計算圖按重力式擋墻計算墻體繞前趾A的抗傾覆安全系數(shù)，不小于(1.0～1.1).第170頁/共200頁3抗滑移計算按重力式擋墻計算墻體沿底面滑動的安全系數(shù)：第171頁/共200頁4.墻身應(yīng)力驗算

墻體所驗算截面處的法向應(yīng)力剪應(yīng)力按下式進行：第172頁/共200頁5整體穩(wěn)定計算k>=1.25整體穩(wěn)定計算時，將滑動土體與攪拌樁擋墻視為一個整體考慮(常選在墻底下0.5－1.0米處)，采用圓弧滑動法計算圖：第173頁/共200頁構(gòu)造要求格柵布置時，水泥土的置換率對于淤泥不宜小于0.8，淤泥質(zhì)土不宜小于0.7，一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格柵長寬比不宜大于2；樁與樁之間的搭接寬度：考慮截水作用時，樁的有效搭接寬度不宜小于150mm；當(dāng)不考慮截水作用時，搭接寬度不宜小于100mm。不能滿足要求時，宜采用基坑內(nèi)側(cè)土體加固或水泥土墻插筋、加混凝土面板及加大嵌固深度等措施。攪拌樁擋墻設(shè)計計算實例（詳見教材)第174頁/共200頁3.7土釘墻土釘墻由被加固土體、放置在土中的土釘體和噴射砼面板組成，形成一個以土擋土的重力式擋土墻。土釘墻自上而下施工，步步為營，土釘墻是靠土釘?shù)南嗷プ饔眯纬蓮?fù)合整體作用。土層錨桿的失效影響較大，不應(yīng)用于沒有臨時自穩(wěn)能力的淤泥、飽和軟弱土層。第175頁/共200頁

圖3-32土釘墻應(yīng)用領(lǐng)域a)托換基礎(chǔ);b)豎井的擋墻;c)斜面的擋土墻d)斜面穩(wěn)定;e)和錨桿并用的斜面防護第176頁/共200頁1土釘受拉承載力計算受拉承載力受拉荷載標準值

荷載折減系數(shù)

第177頁/共200頁2土釘墻承載力計算采用簡化圓弧滑動條分法第178頁/共200頁3構(gòu)造土釘墻墻面坡度不宜大于1：0.1；

噴射混凝土面層宜配置鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑宜為6～10mm，間距宜為150～300mm；噴射混凝土強度等級不宜低于C20，面層厚度不宜小于80mm；

土釘鋼筋宜采用Ⅱ、Ⅲ級鋼筋，鋼筋直徑宜為16～32mm，鉆孔直徑宜為70～120mm；

第179頁/共200頁本講要點重點掌握水泥土擋墻的設(shè)計要點：荷載、強度、穩(wěn)定（傾覆、滑動、整穩(wěn)）土釘墻的設(shè)計要點：土釘承載力和整穩(wěn)第180頁/共200頁3.8SMWSMW擋土墻是先施工水泥土擋墻，最后按一定的形式在其中插入型鋼（如H鋼），即形成一種勁性復(fù)合圍護結(jié)構(gòu)。：止水好，剛度大，