深基坑工程桩锚支护设计计算理论及应用

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深基坑工程桩锚支护设计计算理论及应用
1.2深基坑支护的发展概况
深基坑的支护技术及其理论研究在国外发展较早，但在我国起步较晚， 仅是近二十多年才逐渐涉及。上世纪70年代以前我国所涉及的基坑都 较浅，一般意义上都称不上是深基坑。上世纪70年代初北京建成了深 20.0m的地铁区间站和东站深基坑。上世纪80年代中期广东、上海、 北京及其它城市修建的深基坑陆续增加，设施和施工都不断积累了经 验，为了总结各地经验和理论，由中国土木学会和中国建筑学会土力 学和基础工程学会组织，上世纪80年代以来相继在北京、上海、天津 等地召开过全国和地方性深基坑会议，并出版相关论文集；进入上世 纪90年代为了总结我国深基坑支护设计技术与施工经验，上海市、深 圳市、武汉市、广东省等地区陆续颁布了关于深基坑设计的地方规程， 北京国家行业标准亦颁布使用；同时上海、武汉、杭州等地已出版了 多册关于深基坑设计与施工方面的实录集。2003年武汉市开始统一使 用“天汉软件”为深基坑设计服务；2004年8月12日湖北省建设厅发 布了地方标准基坑工程技术规程 。
深基坑工程桩锚支护设计计算理论及应用
深基坑工程桩锚支护设计 计算理论及应用
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深基坑工程桩锚支护设计计算理论及应用
第1章 绪论 第2章 桩锚支护设计计算理论与分析 第3章 桩锚支护工程的降水设计与监测技术 第4章 深基坑支护工程实例
第5章 总结与展望
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第1章 绪论
1.1 深基坑支护方法的分类及特点
（1）基坑围护体系是临时结构，具有较大的风险性
（2）基坑工程具有很强的区域性 （3）基坑工程具有很强的特性 （4）基坑工程具有很强的综合性 （5）基坑工程和土压力具有很强的相关性 （6）基坑工程具有较强的时空效应 （7）基坑工程是系统工程 （8）基坑工程的周边环境较复杂 （9）基坑围护方法多
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图2-11多支点支护结 构内力计算简图
图2-12逐层开挖支撑（拉锚）力不变等值 梁法计算简图
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2.5.3 结构内力及截面承载力计算 5)排桩及支撑体系混凝土结构的承载力应按下列规定计算： (1)正截面受弯及斜截面受剪承载力计算以及纵向钢筋、箍筋 的构造要求，应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》 GBJ10的有关规定； (2)圆形截面正截面受弯承载力应按下列规定计算： 沿截面受拉区和受压区周边配置局部均匀纵向钢筋或集中纵 向钢筋的圆形截面钢筋混凝土桩（图2-14），其正截面受 sin 2 弯承载力可按下列公式计算： f A(1 ) f (A A A A ) 0
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第三章 桩锚支护工程的降水设计与监测技术
3.1深基坑工程降水设计
降水基本理论
设计基坑降水系统需要选用渗流公式确定井的数目、间距、深度、直 径以及井的出水量等。 选用渗流公式时，要根据基坑的深度，考虑场地的水文地质条件，即 地下水的类型、补给源及井的结构等。 根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。当水井布置在具有 潜水自由面的含水层中时，称为无压井；当水井布置在承压含水层中时,称 为承压井。当水井底部达到不透水层时称为完整井，否则称为非完整井。 各类井的涌水量计算方法都不同。 1857年，法国水力学家Dupuit 首先研究出地下水涌水的理论。这些理 论虽与实际情况有出入，但直到现在还广泛地被应用着。他研究了完整承 压井和完整潜水井的涌水情况，并作了如下假定： ①含水层为均质和各向同性；②水流为层流； ③流动条件为稳定流或非稳定流；④水井出水量不随时间变化；
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第2章 桩锚支护设计计算理论与分析
2.1 深基坑边坡的变形破坏模式
当基坑坑壁采用桩（墙）锚、桩（墙）撑式支护结构时，深基坑可能 发生三种形式的变形破坏： ⑴支护桩（墙）入土深度不足，支护桩（墙）下部出现“踢脚” ⑵锚杆的锚固力或支撑力不足，使锚杆拉出或使支撑“压屈”； ⑶支护桩（墙）强度不足出现剪断破坏。 当基坑坑壁采用喷锚（土钉墙）支护时，基坑可能发生以下三种形式 的变形破坏： ⑴锚杆或土钉长度不足，基坑边坡土体沿朗肯主动破裂面发生变形破 坏； ⑵个别锚杆或土钉的抗拔力不足，被从土体内拉出； ⑶锚杆（土钉）与面层钢筋联接不牢固，与面层钢筋拉脱。
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近几年来，高层建筑与市政建设处于大发展时期，由于设计 与施工队伍对当地的基坑施工特点不够熟悉，因而发生了一些事 故。为避免这些事故的发生，应从如下几方面进行总结，并改进 这些方面的工作 。
（1）设计方面
（2）施工方面
（3）监测方面
基坑支护设计中的主要问题是稳定性和变形问题，现在对支 护结构的稳定性计算的常规方法一般是按弹性地基梁理论，采用 等值梁法或连续梁法。其缺陷和不足是：①土体是各向异性、非 均质、非连续的介质，不完全是弹性体。②深基坑开挖是一个卸 荷过程，基坑开挖后边界条件改变，亦即稳定性分析未考虑应力 路径变化对土体强度及变形性质的影响。③特别是对于软土，基 坑开挖后支护结构的稳定性应考虑软土长期流变的影响。④对于 不同的土类别，采用同一种稳定分析计算方法，不尽合理。⑤仅 考虑了支护结构本身的稳定性，而往往忽略了支护结构与边坡上 体作为一个整体的整体边坡稳定性。⑥深基坑变形破坏类型的划 分一般是按倾覆、整体滑移，强度破坏、踢脚底鼓、管涌、变形 过大、地面开裂沉陷等来划分，这是否缺乏科学性和系统性。
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总结基坑支护结构设计计算思路如下： (1)若设计某一段，则应己知该段各土层的厚度、γ 、c、φ 、K、及q0、 q1、b0、b1，选取该段重要性系数γ 0，设定该段桩长初值为h+hd，若桩 长不满足下列要求，则应加大桩长，直至满足为止； (2)由式(2-4)～(2-7)计算基坑外侧竖向应力标准值； (3)由2.4.2节的公式计算支护结构水平荷载标准值； (4)由式(2-11)计算作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值； (5)由2.4.3节的公式计算基坑内侧水平抗力标准值； (6)对悬臂式支挡结构，按式(2-14)确定悬臂式支护结构嵌入深度设计值 hd，若满足，则可确定桩长；若不满足要求，则应加大桩长，直至满足 为止； (7)由式(2-15)验算抗渗透稳定条件； (8)由式(2-16、17)计算支挡结构弯矩计算值及剪力计算值； (9)由式(2-34、35)计算支挡结构截面弯矩设计值及截面剪力设计值； (10)由式(2-37～43)进行支挡结构截面尺寸(如直径)及配筋等设计；
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2.2 支护结构选型
武汉地区深基坑支护结构的主要型式如下：
1)放坡开挖 2)悬臂桩 3)水泥土重力式挡土墙 4)桩锚式支护结构 5)内支撑式支护结构 6)喷锚支护（土钉墙） 7)综合措施
2.3 土层锚杆的内力计算
锚杆的承载力 Q 2 r L 式中：Qu__锚杆极限承 载力；rb__锚杆锚固体半径；La—锚杆锚固段长
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图2-2水平荷载标准值计算简图
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2.4.3 支护结构水平抗力标准值计算
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图2－5水平抗力标准值计算简图
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2.5桩锚支护结构设计计算
2.5.1 悬臂式支护结构计算
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度；τu锚杆周围土体的抗剪强度
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土层锚杆基于局部变形的内力计算理论的假定如下： (1) 假定锚固体周围土体上某一点的剪力集度（单位长 度锚固体的剪力）与这点的位移成正比关系，即：q=-Ksw ， 式中q—剪力集度（N/m），q=2π rbτ ，其中rb为锚固体半 径（m），τ 为剪应力（Pa），Ks—综合切向刚度系数 （N/m/m） w为锚固体上某点位移（m） 上述假定，实际上是用一系列独立作用的“切向弹簧”来描 述锚固体与周围土体之间的相互关系。 (2) 忽略土体对锚杆的压缩变形。 (3) 不考虑土体对锚杆顶端和底端作用。
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(11)对单层支点支护结构，先按式(2-18)确定基坑底面以下支护结构设定弯矩零 点位置至基坑底面的距离； (12)由式(2-19)计算支点力； (13)由式(2-20)确定嵌固深度设计值； (14)由式(2-25)计算支点支护结构弯矩计算值及剪力计算值； (15)按上面第(9)、(10)步进行单层支点支护结构截面尺寸及配筋等设计； (16)对多层支点支护结构，先按式(2-21)、(2-22)确定嵌固深度计算值； (17)由式(2-24)计算嵌固深度设计值； (18)按弹性支点法计算多支点支护结构支点力计算值；或按逐层开挖支撑力不变 等值梁法由式(2-27、29、31)计算支点力计算值； (19)由式(2-25)计算多层支点支护结构弯矩计算值及剪力计算值； (20)由式(2-25)计算支点结构第层支点力设计值； (21)按上面第(9)、(10)步进行多层支点支护结构截面尺寸及配筋等设计； (22)由2.5.4节的公式和规定进行锚杆承载力计算，确定锚杆杆体的截面面积， 确定锚杆轴向受拉承载力设计值，计算锚杆自由段长度，进行锚杆长度、间距、 倾角等设计；对于内支撑结构，应进行强度验算、稳定性及细长比验算等。