基坑支护结构设计原则
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城市地下工程施工技术
第三章 基坑工程施工技术
主讲人：饶平平 副教授
3.1 概述
概述：大量的深基坑工程伴随着城市高层建筑的发展 大量出现。
国外，圆形基坑的深度已达74m(日本)，直径最大的达 98m(日本)，而非圆形基坑的深度已达到地下９层（法 国）。
国内，上海88层的金茂大厦，基坑平面尺寸为 170m×150m，基坑开挖深度达19.5m。上海的汇京广场， 围护结构与相邻建筑最近的距离仅40cm。而无支撑基 坑的开挖深度也已达到了9m。
基坑侧壁安全等级及重要性系数
安全 等级
破坏后果
1.10
一级
支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑 周边环境及地下结构施工影响很严重
二级
支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑 周边环境及地下结构施工影响一般
1.00
三级
支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑 周边环境及地下结构施工影响不严重
0.90
3.2.2 勘察要求 ➢ 勘察范围应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确 定，并宜在开挖边界外按开挖深度的1～2倍范围内布置 勘探点，当开挖边界外无法布置勘探点时，应通过调查 取得相应资料。对于软土，勘察范围尚宜扩大；
多采用钢筋混凝土支撑；中部形成大空间，有利于开挖土方和 主体结构施工
多采用钢筋混凝土支撑；支撑体系受力条件好；开挖空间大， 便于施工
开挖面积大、深度小的基坑宜采用；在软弱土层中，不易控制 基坑的稳定和变形
便于土方开挖和主体结构施工，但仅适用于周边场地具有拉设 锚杆的环境和地质条件
3.4 支护结构上的作用
土的内聚力C、内摩擦角φ值可根据下列规定 适当调整：
在井点降低地下水范围内，当地面有排水和 防渗措施时，φ值可提高20%；
在井点降水土体固结的条件下，可考虑土与支 护结构间侧摩阻力影响，将土的内聚力c提高
20%。ຫໍສະໝຸດ Baidu
土压力计算公式
• 主动土压力：
ean
(qn
i
n 1
i hi
)tg 2
(45
n
2
)
2cntg(45
n
2
)
• 被动土压力：
epn (qn
n
i
hi
)tg
2
(45
n
2
)
2cntg
(45
n
2
)
i 1
③作用在面积为b1 b2 (b2 与挡土结构平行）
的地面荷载，离开挡土结构距离时。
n
hi a
i 1
qn 0
① 支护型——将支护墙（排桩）作为主要受力构件； 支护型基坑支护包括板桩墙、排桩、地下连续墙等。 在基坑较浅时可不设支撑，成悬臂式结构； 当基坑较深或对周围地面变形严格限制时，应设水平或
斜向支撑，或锚定系统；形成空间力系是发展方向。
②加固型——充分利用加固土体的强度。
加固型包括水泥搅拌桩、高压旋喷桩、注浆和 树根桩等。
n
hi a
i 1
qn
b1 b2
n
n
q0
(b1 a hi )(b2 2 hi )
i 1
i 1
地面附加荷载传至n层土底面的竖向荷载qn
① 地面满布均布荷载
q0时，任何土层底面 处： qn qo
② 离开挡土结构距离
为a时 n hi a i 1
n
) 2
w h2
[q0 h1 (H h1 )]Ka 2c K a wh2
3.5 基坑工程地下水的作用与处理
归结成两种： 一种是降水；第二种是止水——防水帷幕。 降水的方法有集水井降水和井点降水两类 。 井点降水法有轻型井点、喷射井点和电渗井点 、管井井点 和深井泵等
悬臂支护桩土压力分布
芝加哥深基坑土压力实测图 柏林地道工程土压力实测图
3.4.2 水压力
➢ 水压力，主要根据土质情况确定如何考虑水压力 的问题 。
➢ 对于粘性土，土壤的透水性较差，此粘性土产生 的侧向压力可采用水土合算的方法，即侧压力为 相应深度处竖向土压力与水压力之和乘以侧压力 系数。
➢ 对于砂性土，采用水土分算，即侧压力为相应深 度处竖向土压力乘以侧压力系数与该深度处水压 力之和。
➢ 基坑周边勘探点的深度应根据基坑支护结构设计要求 确定，不宜小于1倍开挖深度，软土地区应穿越软土层；
➢ 勘探点间距应视地层条件而定，可在15～30m内选择， 地层变化较大时，应增加勘探点，查明分布规律。
3.3 支护结构方案及选择 3.3.1 常用的支护形式及使用条件
两个功能：一是挡土；二是止水。 基坑支护分两类：
组合挡土壁
单排与双排桩支护结构
3.3.2 支撑体系
✓ 支撑体系是用来支挡围护墙体，承受墙背侧土层及地 面超载在围护墙上的侧压力。 ✓ 支撑体系是由支撑、围檩、立柱三部分组成。
特点
平面尺寸不大，且长短边长相差不多的基坑宜布置角撑。它的 开挖土方空间较大，但变形控制要求不能很高
钢支撑和钢筋混凝土支撑均可布置；支撑受力明确，安全稳定， 有利于墙体的变形控制，但开挖土方较为困难
➢ 承载能力则极限状态
➢ 正常使用极限状态
根据承载力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基 坑支护应按下列规定进行计算和验算：
① 基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算。
② 对于安全等级为一级及支护结构变形有限定的二级建 筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进 行验算。
③ 地下水控制计算和验算。
3.4.1 土压力
➢ 主动土压力和被动土压力的产生，前提条件是 支护结构存在位移；
➢ 当支护结构没有位移时，则土对支护结构的压 力为静止土压力。
➢ 土压力的分布与支点的设置及其数量都有关系； 悬臂支护桩土压力的实测值与按朗肯公式计算 值的对比，非挖土侧实测土压力小于朗肯主动 土压力，即计算结果偏大。
hi a
i 1
qn 0
qn
b
n
qo
b a hi
i 1
砂土简化计算，将水 压力与土压力分别计 算，并把水看作是：
主动压力=静止压力= 被动压力= w h
ea
[q0
h1
(H
h1)] tg2 (45
) 2
2ctg(45
➢支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当 ➢基坑土目体前取基样坑的支局护限存性在的主要问题： ➢基坑开挖存在的空间效应考虑不周 ➢基坑结构设计计算与实际受力不符
3.2.1 基坑支护结构极限状态
基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设
计表达式进行设计，基坑支护结构的极限状态可分为
两类：
3.2 基坑支护结构设计原
第三章 基坑工程施工技术
主讲人：饶平平 副教授
3.1 概述
概述：大量的深基坑工程伴随着城市高层建筑的发展 大量出现。
国外，圆形基坑的深度已达74m(日本)，直径最大的达 98m(日本)，而非圆形基坑的深度已达到地下９层（法 国）。
国内，上海88层的金茂大厦，基坑平面尺寸为 170m×150m，基坑开挖深度达19.5m。上海的汇京广场， 围护结构与相邻建筑最近的距离仅40cm。而无支撑基 坑的开挖深度也已达到了9m。
基坑侧壁安全等级及重要性系数
安全 等级
破坏后果
1.10
一级
支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑 周边环境及地下结构施工影响很严重
二级
支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑 周边环境及地下结构施工影响一般
1.00
三级
支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑 周边环境及地下结构施工影响不严重
0.90
3.2.2 勘察要求 ➢ 勘察范围应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确 定，并宜在开挖边界外按开挖深度的1～2倍范围内布置 勘探点，当开挖边界外无法布置勘探点时，应通过调查 取得相应资料。对于软土，勘察范围尚宜扩大；
多采用钢筋混凝土支撑；中部形成大空间，有利于开挖土方和 主体结构施工
多采用钢筋混凝土支撑；支撑体系受力条件好；开挖空间大， 便于施工
开挖面积大、深度小的基坑宜采用；在软弱土层中，不易控制 基坑的稳定和变形
便于土方开挖和主体结构施工，但仅适用于周边场地具有拉设 锚杆的环境和地质条件
3.4 支护结构上的作用
土的内聚力C、内摩擦角φ值可根据下列规定 适当调整：
在井点降低地下水范围内，当地面有排水和 防渗措施时，φ值可提高20%；
在井点降水土体固结的条件下，可考虑土与支 护结构间侧摩阻力影响，将土的内聚力c提高
20%。ຫໍສະໝຸດ Baidu
土压力计算公式
• 主动土压力：
ean
(qn
i
n 1
i hi
)tg 2
(45
n
2
)
2cntg(45
n
2
)
• 被动土压力：
epn (qn
n
i
hi
)tg
2
(45
n
2
)
2cntg
(45
n
2
)
i 1
③作用在面积为b1 b2 (b2 与挡土结构平行）
的地面荷载，离开挡土结构距离时。
n
hi a
i 1
qn 0
① 支护型——将支护墙（排桩）作为主要受力构件； 支护型基坑支护包括板桩墙、排桩、地下连续墙等。 在基坑较浅时可不设支撑，成悬臂式结构； 当基坑较深或对周围地面变形严格限制时，应设水平或
斜向支撑，或锚定系统；形成空间力系是发展方向。
②加固型——充分利用加固土体的强度。
加固型包括水泥搅拌桩、高压旋喷桩、注浆和 树根桩等。
n
hi a
i 1
qn
b1 b2
n
n
q0
(b1 a hi )(b2 2 hi )
i 1
i 1
地面附加荷载传至n层土底面的竖向荷载qn
① 地面满布均布荷载
q0时，任何土层底面 处： qn qo
② 离开挡土结构距离
为a时 n hi a i 1
n
) 2
w h2
[q0 h1 (H h1 )]Ka 2c K a wh2
3.5 基坑工程地下水的作用与处理
归结成两种： 一种是降水；第二种是止水——防水帷幕。 降水的方法有集水井降水和井点降水两类 。 井点降水法有轻型井点、喷射井点和电渗井点 、管井井点 和深井泵等
悬臂支护桩土压力分布
芝加哥深基坑土压力实测图 柏林地道工程土压力实测图
3.4.2 水压力
➢ 水压力，主要根据土质情况确定如何考虑水压力 的问题 。
➢ 对于粘性土，土壤的透水性较差，此粘性土产生 的侧向压力可采用水土合算的方法，即侧压力为 相应深度处竖向土压力与水压力之和乘以侧压力 系数。
➢ 对于砂性土，采用水土分算，即侧压力为相应深 度处竖向土压力乘以侧压力系数与该深度处水压 力之和。
➢ 基坑周边勘探点的深度应根据基坑支护结构设计要求 确定，不宜小于1倍开挖深度，软土地区应穿越软土层；
➢ 勘探点间距应视地层条件而定，可在15～30m内选择， 地层变化较大时，应增加勘探点，查明分布规律。
3.3 支护结构方案及选择 3.3.1 常用的支护形式及使用条件
两个功能：一是挡土；二是止水。 基坑支护分两类：
组合挡土壁
单排与双排桩支护结构
3.3.2 支撑体系
✓ 支撑体系是用来支挡围护墙体，承受墙背侧土层及地 面超载在围护墙上的侧压力。 ✓ 支撑体系是由支撑、围檩、立柱三部分组成。
特点
平面尺寸不大，且长短边长相差不多的基坑宜布置角撑。它的 开挖土方空间较大，但变形控制要求不能很高
钢支撑和钢筋混凝土支撑均可布置；支撑受力明确，安全稳定， 有利于墙体的变形控制，但开挖土方较为困难
➢ 承载能力则极限状态
➢ 正常使用极限状态
根据承载力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基 坑支护应按下列规定进行计算和验算：
① 基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算。
② 对于安全等级为一级及支护结构变形有限定的二级建 筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进 行验算。
③ 地下水控制计算和验算。
3.4.1 土压力
➢ 主动土压力和被动土压力的产生，前提条件是 支护结构存在位移；
➢ 当支护结构没有位移时，则土对支护结构的压 力为静止土压力。
➢ 土压力的分布与支点的设置及其数量都有关系； 悬臂支护桩土压力的实测值与按朗肯公式计算 值的对比，非挖土侧实测土压力小于朗肯主动 土压力，即计算结果偏大。
hi a
i 1
qn 0
qn
b
n
qo
b a hi
i 1
砂土简化计算，将水 压力与土压力分别计 算，并把水看作是：
主动压力=静止压力= 被动压力= w h
ea
[q0
h1
(H
h1)] tg2 (45
) 2
2ctg(45
➢支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当 ➢基坑土目体前取基样坑的支局护限存性在的主要问题： ➢基坑开挖存在的空间效应考虑不周 ➢基坑结构设计计算与实际受力不符
3.2.1 基坑支护结构极限状态
基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设
计表达式进行设计，基坑支护结构的极限状态可分为
两类：
3.2 基坑支护结构设计原