第三章深基坑工程

深基坑工程
2020/2/29
1、深基坑工程简介
所谓深基坑工程，就是指采用排桩、地下连续墙、土层锚 杆、水泥土墙、土钉墙、SMW工法、逆作拱墙、逆作法 施工等基坑支护方式，进行的开挖深度较大的基坑工程。
2020/2/29
1、深基坑工程简介
深基坑 支护措施
2020/2/29
排桩 板桩墙 地下连续墙 土层锚杆 水泥土墙 土钉墙 逆作拱墙 高压旋喷桩 树根桩
Ea 12hKa h 2020/2/29
E a1 2(ha K 2cK a)(hz0)
3、支护结构上的作用
朗肯被动土压力的计算
无粘性土被动土压力强度：
p hKp
粘性土被动土压力强度：
phK p2c Kp
h
Ep
Kp
tan2(45)
2
1h
h
3
hK p
z0
Ep
约 1h 3
2c K p
hK p
被动土压力=被动土压力强度包围面积；作用点为强度面积形心处。
1
E p 2 2020/2/29
hKp h
E p 1 2 2 cK p (hpK 2 cK p)h
3、支护结构上的作用
填土表面有连续均布荷载情况下土压力的计算
1、将均布荷载等效成同重度假象土层
lf ltsi4 n 5 (2 k)/si4 n 5 (2 k)
锚杆杆端至坑底以下坑壁内侧抗力标 准值与外侧荷载标准值相等处的距离
5、确定锚杆预加应力值
根据地层条件及支护结构变形要求，宜取锚杆轴向承载力的0.5~0.65倍
2020/2/29
5、土层锚杆——锚杆布置原则
极限摩阻力标准值 安全等级三级基坑，同样以锚杆验收值确定
锚固体的 锚固体的 扩孔直径 直孔直径
对于塑性指数大于17的粘性土层，锚杆要进行蠕变试验
2020/2/29
5、土层锚杆——锚杆设计
3、计算锚杆杆体截面积
普通钢A筋 s ： Nu/ fy 预应钢A筋 ps： Nu/ fpy
4、计算锚杆自由段长度
h' q h' q/
2、按（等效土层+原土层）计算强度 h
a(h h ')K a (h q )K a
3、计算土压力并确定作用点
Ea1 2qK a(hq)Kah
2020/2/29
q h'
Ea
约 1h 3
qK a hK a
3、支护结构上的作用
填土表面有局部均布荷载情况下土压力的计算
剪力零点至基坑底部距离 基坑底部以上支护结构长度 最大弯矩以下支护结构下段转角 最大弯矩以下支护结构下段在剪力零点的水平位移
2020/2/29
支护结构上段柔性变形值
4、排桩与地下连续墙——单层支撑支护结构
单层支撑支护结构通常采用“等值梁法”计算。
q
反弯点（弯矩零点）如何确定？
对于单锚或单撑支护结
反
2020/2/29
5、土层锚杆——锚杆设计
1、计算锚杆杆端承载力
Td Nucos
2、确定锚杆轴向承载力
Td

安全等级一级及缺乏经验的二级基坑，以锚 杆试验值除以抗力分项系数确定：
N uN up/ sN up/1.3
安全等级二级及有临近工程经验基坑，以锚杆验收值确定：
N u dq sl iik d 1 q sl jjk 2 c k ( d 1 2 d 2 ) s
注：以结构底部为点求矩 h
E a1
E p h p i i1 .2 0 E a h a i i
Ea2
抗 滑移 、 抗倾覆、
E p1
E a3
抗 隆 起 、 抗管 涌 h d
验算同步进行：
E p2
Ea4
E pi h pi 2 E ai hai
2020/2/29
4、排桩与地下连续墙——悬臂式支护结构
hd
yi为土压力与剪力 零点之间力臂长度
E p2
Ea4
2020/2/29
4、排桩与地下连续墙——悬臂式支护结构
5、配筋计算
配筋应按支护结构弯矩图选用，当地质条件 复杂时，可按最大弯矩断面配筋布置全长。
6、支护结构顶端水平位移
1.250Mc Mu 1.250Vc Vu
S(hy)
土层滑动面 产生抗剪力
土层孔壁传力 给锚固土层
锚固体与土 层孔壁之间 产生摩阻力
5、土层锚杆——抗拔受力机理
土层锚杆 抗拔作用 满足条件
1、锚杆本身具有足够截面强度足以承受拉力； 2、水泥砂浆锚固体对锚杆的握裹力足以承受拉力； 3、锚固段锚孔土层对锚固体的摩阻力足以承受拉力； 4、锚固土体在最不利条件下应能保持整体稳定性。
抗拔作用决定因素
不同的地质条件、基坑深度、构筑物形式都对抗拔作用有不同的影响。 根本因素：锚杆本身具有足够截面强度足以承受拉力；
对于岩层嵌固锚杆，抗拔力取决于水泥砂浆锚固体与锚杆之间的握裹力
对于土层嵌固锚杆，抗拔力取决于锚固体与锚固土体之间的极限摩阻力
对于高层锚杆，抗拔力取决于锚固土体的整体稳定性（土体抗剪强度）
5、土层锚杆——概述
应
用
领
边坡稳定
域
斜坡挡土
2020/2/29
锚固挡墙
滑坡治理
5、土层锚杆——抗拔受力机理
lf
土层锚杆以主动滑动面为界，分为锚 固段和非锚固段（自由段）。

施工 工艺
基坑 土体
45 k 2
主动滑动面
土层锚杆 受力传递
途径
2020/2/29
拉力作 用杆端
拉力传 递杆体
杆体与锚固段水泥砂浆 锚固体之间产生握裹力
钢支撑或钢筋混凝
土直撑均可；直撑
直 撑
受力明确，安全稳 定，有利于墙体的 变形控制，由于占
用开挖土方空间，
不利于开挖土方施
工。
2、支护结构方案选择
桁架支撑
2020/2/29
圆形支撑
多采用钢筋混凝土结构 支撑；支护结构中部空 间较大，有利于土方的 开挖和主体结构开展施
工工作面。
多采用钢筋混凝 土结构支撑；支 撑体系整体受力 条件较好；支护 结构中部空间较 大，有利于土方 的开挖和主体结 构开展施工工作
3、求支护结构剪力零点
按剪力零点以上主动土压
力与被动土压力相等（主
动土压力强度面积与被动
土压力强度面积相等）时
求解剪力零点位置。
h
4、求支护结构最大弯矩 注：以剪力零点为点取矩
注意：梯形图要分解求值确定形心
E a1 Ea2
M m axE aya i i E pyp i i E p 1
y
E a3

' 3
h3
wh3
3、支护结构上的作用
朗肯主动土压力的计算
无粘性土主动土压力强度：
a hKa
粘性土主动土压力强度：
ahK a2c Ka
h
Ea
Ka
tan2(45)
2
h
1
z0
Ea
h
1
3
3 (h z0 )
hK a
2c K a hKa 2c Ka
主动土压力=主动土压力强度包围面积；作用点为强度面积形心处。
注浆
功能
支护型
将支护结构作为受力构件
一是
挡土
混合型
支护结构兼有受力和加固
二是 止水
加固型
利用支护结构加固土体强度
2020/2/29
2、支护结构方案选择
支撑体系 支撑体系由支撑、围檩、立柱三部分组成。
适用于平面尺寸不大 的矩形平面基坑；他 的开挖土方空间较大， 变形控制要求不高。
斜角撑
2020/2/29
砂性土：计算侧压力时采用水土分算的方法
土体透水性好
侧压 土 力 压 侧 力 压力 水系 压数 力
2020/2/29
4、排桩与地下连续墙——悬臂式支护结构
排桩与地下连续墙是常用的基坑支护结构，根据受力情况可分为悬 臂式支护结构、单层支撑支护结构、多层支撑支护结构。
1、计算支护结构土侧压力
2、求解支护结构嵌固深度
构，其支护结构固端剪
弯
力零点与反弯点接近；
点
为简化计算，故通常选
取下段剪力零点作为支
护结构计算的反弯点。
注意固端剪力零点是以支 护结构嵌固端为计算单元
2020/2/29
通常将支护结构的嵌固 端作为固定端分析。
4、排桩与地下连续墙——单层支撑支护结构
“等值梁法”计算过程
1、求支护结构反弯点
从支护结构嵌固端开始，
2020/2/29
4、排桩与地下连续墙——单层支撑支护结构
求解支护结构“反弯点”的简易方 法
按照“相似三角形”原理求 解
y eai hd y e pi
y
eai
hd
e pi
2020/2/29
4、排桩与地下连续墙——多层支撑支护结构
对于基坑较深，地质较差，用单层支撑支护结构不能满足支护结构稳 定与强度要求时，需采用多层支撑支护结构。 多层支撑支护结构同样采用“等值梁法”计算。
作用于支护结构上的作用主要有土压力和水压力。
土压力
作用于支护结构上的土压力与挡土墙结构上的土压力作用相同（挡土 墙也是一种支护结构）。 土压力分为：主动土压力、静止土压力、被动土压力
要分析土压力，就必须先了解土中应力
土中应力的组成： 1、由土体自重引起的自重应力； 2、由建筑物荷载在地基土体中引起的附加应力； 3、水在孔隙中流动产生的渗透应力； 4、由地震或其他振动荷载在土体中引起的振动应力。
1、按无荷载下的情况实际计算强度
a hKa
q
2、计算局部荷载的土压力强度
h
aq qKa
3、从局部均布荷载两端开始确定局部荷 载强度影响区；并按一定角度反射到墙背 及强度面积上；然后局部累加土压力强度
qwenku.baidu.com a hK a
主动土 45 压 角 力度 按传递； 按 45 被 角 动度 土传 压
3、求支护结构嵌固深 度
E p h p i T i( h T h d ) 1 . 2 0 E a h a i i
4、计算内力并配筋
按以上计算结果绘制支护结构弯矩图，配筋应按支护结构弯矩图选 用，当地质条件复杂时，可按最大弯矩断面配筋布置全长。
同样需要满足 1.250Mc Mu 1.250Vc Vu
面。
2、支护结构方案选择
斜支撑
2020/2/29
斜拉锚杆
多采用钢筋混凝土结构 支撑；适用于开挖面积 大、开挖深度小的基坑； 在软弱土层中，不易控 制基坑的稳定和变形。
多采用锚杆与锚板 结合；适用于土层 承载力较高和地质 条件较好的基坑场 地环境；有利于土 方的开挖和主体结 构开展施工工作面。
3、支护结构上的作用
按主动土压力与被动土压
力相等（主动土压力强度 面积与被动土压力强度面
h
T
积相等）时求解反弯点。
hT
E a1 Ea2
2、求支护结构支承点力
注：以反弯点上段为计
算单元，以反弯点为点
E p1
y
E a3
取矩
hd
T Eahiai Ephi pi
E p2
Ea4
hTy
2020/2/29
4、排桩与地下连续墙——单层支撑支护结构
2
2
2020/2/29
3、支护结构上的作用
土压力的计算值与实测值之间存在一定差异 q
实测值 朗肯土压力
朗肯土压力 实测值
支护结构承受的土压力根据朗肯-库伦土压力理论确定，土的粘聚力c、 内摩擦角ψ则根据地质勘察报告确定，而且要根据规定适当调整：
1、在井点降低地下水范围内，当地面有排水和防渗措施时， ψ值 可提高20%； 2、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，将土的粘聚力c提高20%。
2020/2/29
3、支护结构上的作用
水压力
水压力就是土颗粒之间的孔隙水压力，它与支护结构刚度及支撑力无 关，仅与地下水的补给量、土质类别、支护结构入土深度、排水处理 方法等因素有关。
实际情况下，必须根据土质情况切实考虑水压力对侧压力的影响。
粘性土：计算侧压力时采用水土合算的方法
土体透水性差
侧压 （ 力 土水 压压 力 侧 力压 ）力系
1、为了不使锚杆引起地面隆起，最上层锚杆应有必要覆土厚度， 即锚杆轴向承载力的竖向分力不得大于覆土土层重量。一般要求上 覆土层厚度不得小于4.0m。
2、锚杆的布置层数应计算确定，上下两层锚杆布置位置之间的竖 向间距不宜小于2.5m，锚杆布置位置之间的横向间距不宜小于 2.0m；如果按施工要求需要密集布置，应降低单根锚杆的轴向承载 力。
2020/2/29
5、土层锚杆——概述
土层锚杆是一种埋入土层深部的受拉杆件，一端与构筑物相连，另 一端锚固在土层中，通常对其施加预应力，以承受由土压力、水压
力或活荷载产生的拉力，用以维护构筑物的稳定。
主要 用途
深基坑支挡
2020/2/29
地下室抗浮
5、土层锚杆——概述
锚 杆 类 型
2020/2/29
2020/2/29
3、支护结构上的作用
土中应力的计算
h1
1
对于单一土层：
h2
2
cz h
h3
3
对于多层土层：
h4
4
c z1 h 1 2 h 2 n h n
对于地下水位以下土层：
cz'h(w)h
2020/2/29
1h1 2h2