现代施工技术(3)----深基坑支护技术

用等值梁法计算单锚板桩的方法及步骤：
A.计算作用于板桩上的土压力强度，并绘出土压力分布图。计算土压力强度 时，对板桩前后的被动土压力乘以修正系数K、K′。作用在板桩墙上的被动 土压力系数为：
板桩墙前 K p Kt g(45 ) 2 K t g(45 ) 板桩墙后 K p 2

B.考虑挡土墙抵抗弯矩的验算基坑稳定的Terzaghi-Peck法

为保证基坑稳定，需要墙体入土部分af前面提供的分布反力ph
4M 2cH 4M p h p u c 2 ( H q) c 2 B B B



如果求得的Ph接近作用在af面上的静止土压力值，表明基坑不会失稳；如果求 得的Ph接近被动土压力值，基坑会失稳。 本方法的适用条件： a)适用于狭窄基坑，对宽大基坑不适用； b）仅适用于粘性土。
钢管支撑构造
钢筋混凝土支撑
支护结构事故
2 支护结构计算


2.1支护结构的破坏形式与计算内容
支护结构的破坏形式 1）非重力式支护结构的破坏形式 强度破坏： A.拉锚破坏或支撑压曲； B.支护墙底部走动； C.支护墙的平面变形过大或弯曲破坏。


多支撑（锚杆）支护结构的计算
方法：弹性曲线法、竖向弹性地基梁法、有限元法。 近似计算法： ①确定支撑布置 A等弯矩布置：将支撑布置成使板桩各跨度的最大弯矩相等，且 等于板桩的允许抵抗弯矩。 计算步骤： a.选定板桩，得到截面抵抗矩W； b.由截面抵抗矩，求得板桩悬臂部分 的最大允许跨度h；

用Tersaghi公式计算地基承载力系数
3 e( ) t g 1 2 Nq 4 2 cos(45 ) 2 1 N c ( N q 1) t g
2


D.Caguot基坑稳定验算法 基坑稳定入土深度
1h q D 2 K p e tg 1
6P0 t0 y (K p K a )

实际埋深为： t = (1.1~1.2)t0
采用等值梁法计算时，还可按坑底以下土体的内摩擦 角来确定正负弯矩转折点。 f=30° y = 0.08H′ f=35° y = 0.03H′ f=40° y=0

H′=H+q/g
K a h 2 R 2(n 1 0.15)

b.根据各支座反力，可 进行挡墙截面计算。

②确定土压力分布形式

ห้องสมุดไป่ตู้
③计算支撑反力（等弯矩布置） 按二分之一分割法 或下方分担法计算。

④计算入土深度 由：面积GNOF=2面积EFM 得 2
(Kp Ka )x HKa x HKa GE 0


C.同时考虑c、f的抗隆起安全系数
将支护结构底平面作为极限承载力的基准面，如产生滑动，其滑动曲线 形状如图。其验算方法适用于各种土层。 抗隆起安全系数：
Ks DNq cNc (H D) q

Nc、Nq—地基承载力系数 用Prandtl公式计算地基承载力系数
N q t g2 (45 ) e tg 2 1 N c ( N q 1) t g


（4）基坑周围土体变形计算
基坑周围土体变形与支护结构横向变形、施工降低底下水位有关。若开 挖基坑时支护结构的支撑（拉锚）加设及时或施加预顶（拉）力，则支护结 构横向变形较小，基坑周围地面沉降也较小；若开挖基坑时，支撑（拉锚） 加设不及时、顶部无支撑（拉锚）或坑边有较大地面荷载等，则支护结构横 向变形较大，对周围地面沉降的影响亦大。一般情况下，周围地面沉降与支 护结构的横向变形成正比。 当基坑刚开挖，土体 中尚存在较高的孔隙水压 力时，两者的关系为：

滑动力矩
抗滑力矩
1 M s ( H q )D 2 2
H 0
M r z dz D zd D zd D M h
4 0
4 0

H 2 1 2 3 2 K a tg( qH )D q f D D 2 3 2 4 tg( q f D 2 D3 ) c(HD D 2 ) ( H q) 4 3 式中 D—支护结构挡墙的入土深度（m）； H—基坑开挖深度（m）； q—地面超载（KN/m2）；
2
p a Ht g (45 ) 2ct g(45 ) 2 2 2 p p Ht g (45 ) 2ct g(45 ) 2 2
2

使用上述公式在特殊情况下的修正方法： 对于粘性土，采用前述公式计算主动土压力在顶部为 负值，该情况实际上是不可能发生的。修正方法有： 计算总压力时不计上部的负压力：


式中
P—墙体上的反力； K—基床系数； W—墙体变位。 对于受侧压力的等截面墙体，有：
d 4 W( x ) EJ q( x ) KW( x ) dx 4

q(x) —沿墙长度方向单位宽度的截面惯性矩； K—墙体弹性模量； J—墙体单位宽度的抗弯模量 通过边界条件和连续条件，可计算支撑的轴力及变形。 式中


④有限元法
空间三维有限元法，能较准确全面地模拟基坑开挖情况，计算复杂。 平面有限元法，多用于重力式支护结构计算。 杆件有限元法，多用于非重力式支护结构计算。
d4y EJ 4 Ky dx

式中

E—地基上梁的弹性模量； J—地基上梁的抗弯刚度； q—外荷载； y—挠度； K—地基反力模量。


D .取一定的极矩h 按照静力学的索线多边形原理绘制力多边形；


E.绘制索线多边形，在索线多边形上，最后一根索线与闭合线的 交点，若恰好在土压力强度图上代表最后一个集中力的小梯形面 积的底边线上，则表明假定的入土深度 t 是合适的，否则，需改 0 变 t 值重新计算。 0 F.支护结构任一截面处的弯矩M，等于极矩h 与索多边形图上相应 坐标y的乘积，其最大弯矩为：
Kh w h t 2


式中


t—挡墙的入土深度； K—抗管涌安全系数，取1.5~2.0； h —地下水位至坑底的距离； w —地下水的重力密度； —坑底下土的浮重力密度。 当土为松散填土、多裂隙土层等透水性好 的土层时，其不产生管涌的条件为：
Kh w t 2


式中
H—基坑深度（m） q—支护墙后的地面荷载（KN/m2)； g—土的重力密度（KN/m3)



②弹性曲线法
用弹性曲线法计算支护结构，可用解析法或图解法求解。下面介 绍图解法。 A.假定支护结构的入土深度 t ； 0 B.分段（按高度0.5~1.0m为一段)计算土压力强度； C.计算各段梯形土压力的合力；
解方程即可得到入土深度。

（3）支护结构的稳定计算 支护结构的稳定性破坏，包括墙后土体整体滑动失稳、坑底隆起 和管涌。 ①整体滑动失稳 一般情况下不会发生整体滑动失稳。 ②坑底隆起 A计及墙体极限弯矩 的坑底抗隆起验算

滑动面AB、BC、CE上各段土的抗剪强度
z tg c ( z q )K a tg c z (q f D sin ) sin 2 tg (q f D sin ) sin cos K a tg c z D sin 3 tg D sin 2 cosK a tg c
g、c、f—分别为土体的重度（KN/m3)、内聚力（KN/m2）和内摩擦角 （°），有几层不同性质土时，可采用加权平均值。


抗隆起安全系数
Mr Ks Ms

一般情况： Ks为1.2~1.3； 在需要严格控制地面沉降时： Ks为1.5~2.0； 本方法的适用条件： a).D/H≥0.4； b).中等强度和较软弱的粘性土层中。
p a Ht g (45 ) 2 2 p p Ht g (45 ) 2 其中 为等代内摩擦角) (
2


②水压力
A受静水压力作用，水压力呈三角形分布； B有残余水压力作用，水压力呈梯形分布。

③地面附加荷载

A墙后均布荷载
e 2 qtg 2 (45 ) 2

B墙后一定距离有均布荷载
e 2 qtg (45 ) 2 C墙后有集中荷载

h1 l1tg(45 ) 2
（2）支护结构的强度计算 方法；等值梁法、弹性曲线法、基床系数法、有限元法。 h 2 l 2 ( tg(45 ) tg) ①等值梁法 2
1 2 2c 2 Ea H tg(45 ) 2cHtg(45 ) 2 2 2

只计算临界高度以下的主动土压力：
p a (H H c ) tg (45 ) 2 2c 其中 Hc tg(45 ) 2
2

忽略土的内聚力c值，提高土的内摩擦角值所采用的等 代摩擦角法。
深基坑支护技术
1 支护结构的形式

支护结构 挡墙 支撑或拉锚 钢板桩（槽钢钢板桩、热轧锁口钢板桩） 钢筋混凝土板桩 钻孔灌注桩挡墙 挡墙 地下连续墙 深层搅拌水泥土桩挡墙 旋喷桩帷幕墙
支撑
钢结构支撑 钢筋混凝土支撑
钢结构支撑：钢管支撑 型钢支撑 钢筋混凝土支撑：对撑、角撑、桁架式 支撑；圆形、拱形、椭圆形

2.2非重力式支护结构的计算 （1）支护结构的荷载计算 ①土压力 A.土为砂砾，内聚力C=0

p a Ht g (45 ) 2ct g(45 ) 2 2 2 p p Ht g (45 ) 2ct g(45 ) 2 2 B.土不为纯砂砾，内聚力C≠0