《基坑支护结构》PPT课件.ppt

第一节第一节 概概 述述第二节第二节 支护结构上的土压力计算支护结构上的土压力计算第三节第三节 水泥土墙支护结构设计水泥土墙支护结构设计第四节第四节 排桩、地下连续墙支护结构设计排桩、地下连续墙支护结构设计第五节第五节 土钉墙支护结构设计土钉墙支护结构设计第六章第六章 基坑支挡结构基坑支挡结构 2/1/20231第一节、概第一节、概 述述一、几个概念1、基坑 是为了修筑建筑物的基础或地下室、埋设市政工程的管道以及开发地下空间所开挖的地面以下的坑。2、基坑工程 是一个复杂的系统工程，构成要素较多，包括支护结构、土体加固、基坑降水、土方开挖和基坑监测等。随着大量土建工程在地形、地质条件复杂地区的兴建，特别是大、中城市高层建筑施工中深、大基坑工程的大量出现，基坑支护结构显得越来越重要，基坑支护结构的设计计算也将直接影响到工程的安全稳定和经济效益。2/1/202322/1/202332/1/202342/1/202352/1/20236深圳某基坑深圳某基坑2/1/20237山西某基坑山西某基坑2/1/20238三门核电站一期工程泵房基坑三门核电站一期工程泵房基坑2/1/202392004年10月25日晚8点40分左右，正在开挖作业的上海中环线3.5标北虹路地道工地发生基坑坍塌事故，坍塌范围长近40米，深约10米，由于发现及时，未造成人员伤亡。2/1/2023102007年8月23日，焦作一地基坑壁突然坍塌1名工人被埋2/1/2023112009年3月19日下午1时35分左右，正在西宁市商业巷南市场佳豪广场工程基坑内地坪下12米左右做支护的8名工人被埋在突然坍塌的边坡下，经过救援人员4个多小时的挖掘，8名工人被发现全部死亡。事故发生当晚，西宁市立即成立由市安全生产监督管理局牵头的事故调查组，对事故原因展开全面调查。初步认为，施工单位未按设计要求施工是发生此次坍塌事故的主要原因。2/1/2023122010年12月7日上午8时30分，郑州市沙口路与兴隆铺路交叉口的一基坑内，4名工人正在施工，突然基坑侧面发生塌方，一名工人被泥土掩埋，不幸身亡。2/1/202313 支挡结构一般由挡土（挡水）和支撑拉锚两部分组成。前者称为挡土结构（或围护结构），后者称为支锚结构。l 支挡结构类型的划分方法：可按挡土结构的刚度、平衡方式分类也可按支锚结构形式分类还可按组成支挡结构的建筑材料以及施工方法和所处环境条件等进行分类。一、基坑支护结构的分类1、按挡土结构的刚度分类l可分为刚性支挡结构和柔性支挡结构。所谓刚性支挡结构是指挡土结构的刚度很大，在外荷作用下主要产生刚体位移的支挡结构，如重力式挡土墙、基坑工程中使用的水泥土桩墙等。刚性支挡结构一般以重力作为其主要的平衡力。所谓柔性支挡结构是指具有一定抗弯能力，在外荷作用下的变形以弹性变形为主的支挡结构，常见的柔性支挡结构有板桩墙、钻孔灌注桩柱列式挡土墙和地下连续墙等。2/1/2023142、按挡土结构的力平衡方式分类l在支挡结构中常见的力平衡方式有重力式、悬臂式（图6-1a）及支锚式（图6-lb）。（a）悬臂式（b）支锚式图6-1支挡结构的力平衡方式分类2/1/2023153、按支锚结构的形式分类l支挡结构的支锚形式有外支撑和内支撑之分。内支撑方式又可分为水平撑（图6-2a）、斜撑（图6-2b）及其组合形式(a)水平撑(b)斜撑图6-2常见内支撑型式(a)锚杆式（b）锚定板式(c)土钉式图6-3常见外支撑型式外支撑方式中常见的有锚杆式（图6-3a）、锚定板式（图6-3b）和土钉式（图6-3c）。2/1/202316 在基坑施工时，有的有支护措施，称为有支护基坑工程；有的则没有支护措施，称为无支护基坑工程。无支护基坑工程一般是在场地空旷、基坑开挖深度较浅、环境要求不高的情况下才能采用，如放坡开挖，这时主要应考虑边坡稳定和排水问题。但随着城市的发展，建筑物基础的深度越来越大，建筑物与地下管线越来越密集，可施工的操作空间越来越小，而且周边环境要求也越来越高，因此相应的基坑工程一般均需要采用支护结构。常见的支护结构类型有：水泥土墙、排桩或地下连续墙、土钉墙。二、基坑支护结构的形式2/1/202317图64水泥土墙 属重力式挡土墙，它是依靠挡土墙本身的自重来平衡坑内外土压力差。墙身材料通常采用水泥土搅拌桩、旋喷桩等(见图64)，由于墙体抗拉和抗剪强度较小，因此墙身需做成厚而重的刚性墙，以确保其强度及稳定。优点：水泥土墙具有结构简单、施工方便、施工噪音低、振动小、速度快、截水效果好、造价经济等优点。缺点：是宽度大，需占用基地红线内一定面积，而且墙身位移较大。水泥土墙主要适用于软土地区、环境要求不高、开挖深度不大于6m的情况。(一)水泥土墙2/1/202318排桩或地下连续墙式挡土结构又称板式支护结构，由围护桩墙和支锚结构组成。其材料一般为型钢或钢筋混凝土，能承受较大的内力。属柔性支挡结构。1、板式支护结构的类型根据有无支锚结构可分成以下三种类型：(1)悬臂桩墙式挡土结构：不设置内支撑或土层锚杆等，基坑内施工方便。由于墙身刚度小，所以内力和变形均较大，当环境要求较高时，不宜用于开挖较深基坑(软土场地中不宜大于5m)。(2)内支撑桩墙式挡土结构：设置单层或多层内支撑可有效地减少围护墙体的内力和变形，通过设置多道支撑可用于开挖很深的基坑，但设置的内支撑对土方的开挖以及地下结构的施工带来较大不便。内支撑可以是水平的，也可以是倾斜的。(3)土层锚杆桩墙式挡土结构：通过固定于稳定土层内的单层或多层土层锚杆来减少围护墙体的内力与变形，设置多层锚杆，可用于开挖深度较大基坑。(二二)排桩、地下连续墙式挡土结构排桩、地下连续墙式挡土结构2/1/202319(1)钢板桩：如图6-5所示，钢板桩截面形式有多种，如：拉森U形、H形、Z形、钢管等。优点：是材料质量可靠，软土中施工速度快、简单，可重复使用，占地小，结合多道支撑，可用于较深基坑。缺点：是价格较贵，施工噪音及振动大，刚度小，变形大，需注意接头防水，拔桩容易引起土体移动，导致周围环境发生较大沉降。图6-5钢板桩2、围护桩墙的类型及特点2/1/202320(2)钢筋混凝土板桩：如图6-6所示，截面有矩形榫槽结合、工字形薄壁和方形薄壁三种形式。矩形榫槽结合板桩两侧设置阴阳榫槽，打桩后可灌浆，堵塞接头渗漏。工字形及方形薄壁截面采用预制和现浇相结合的制作方式，此外在板桩中间需结合注浆来防渗。优点：是造价比钢板桩低。缺点：是施工不便、工期长、施工噪音、振动大及挤土大，接头防水性能较差。图6-6钢筋混凝土板桩2/1/202321(3)钻孔灌注桩：作为围护桩的几种平面布置如图6-7所示，桩径一般在6001200mm。当地下水位较高时，相切搭接排列往往因施工中桩的垂直度不能保证以及桩体缩颈等原因，达不到自防水效果，因此常采用间隔排列与防水措施相结合的形式，可以采用深层搅拌桩、旋喷桩或注浆等作为防水措施。图6-7钻孔灌注桩优点：是施工噪音低，振动小，对环境影响小，自身刚度、强度较大。缺点：是施工速度慢，质量难控制，需处理泥浆。钻孔灌注桩作为围护桩在软土地区可用于开挖深度在512m（甚至更深）的基坑，但在砂砾层和卵石中施工应慎用。其它如树根桩、挖孔灌注桩等与钻孔灌注桩相似。2/1/202322(4)SMW工法：在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其它种类的受拉材料，形成一种同时具有受力和防渗两种功能的复合结构形式，即劲性水泥土搅拌桩法，日本称为SMW工法。其平面布置形式有多种，如图6-8。优点是施工噪音低，对环境影响小，止水效果好，墙身强度高。缺点是应用经验不足，H型钢不易回收且其造价较高。凡适合应用水泥土搅拌桩的场合均可采用SMW工法，开挖深度可较大。图6-8SMW工法2/1/202323(5)地下连续墙：在基坑工程中，地下连续墙平面布置的几种形式如图6-9所示。地下连续墙壁厚通常有60cm、80cm及100cm，深度可达数10m。优点是施工噪音低，振动小，整体刚度大，能自防渗，占地少，强度大。缺点是施工工艺复杂，造价高，需处理泥浆。可以在建筑密集的市区施工，常用于开挖10m以上的深基坑，还可同时作为主体结构的组成部分。图6-9地下连续墙2/1/202324钢结构：截面一般为单股钢管、双股钢管；单根工字(或槽、H型)钢，组合工字(或槽、H型)钢等。安装、拆卸方便，施工速度快，可周转使用，可加预应力，自重小。缺点是施工工艺要求较高，构造及安装相对较复杂，节点质量不易保证，整体性较差。1.按材料分类现浇钢砼：截面一般为矩形。刚度大，强度易保证，施工方便，整体性好，节点可靠，平面布置形式灵活多变。但浇筑及养护时间长，围护结构暴露状态的时间长以及影响工期，此外自重大，拆除支撑有难度且对影响环境大。(三三)内支撑结构内支撑结构2/1/202325布置方式有多种，如图6-10所示。纵横对撑构成井字形：这种布置形式安全稳定，整体刚度大。缺点是土方开挖及主体结构施工困难，拆除困难，造价高。往往在环境要求很高，基坑范围较大时采用。井字型集中式布置：挖土及主体结构施工相对较容易。2.按布置形式分类缺点是整体刚度及稳定性不及井字形布置。角撑结合对撑：挖土及主体结构施工较方便。但整体刚度及稳定性不及井字形布置的支撑。基坑的范围较大以及坑角的钝角太大时不宜采用。2/1/202326边桁架：挖土及主体结构施工较方便，但整体刚度及稳定性相对较差。适用的基坑范围不宜太大。圆形环梁：较经济，受力较合理，可节省钢筋混凝土用量，挖土及主体结构施工较方便。但坑周荷载不均匀，土性软硬差异大时慎用。竖直向斜撑：优点是节省立柱及支撑材料。缺点：不易控制基坑稳定及变形，与底板及地下结构外墙连接处结构难处理。适用于开挖面积大而挖深小的基坑。逆筑法逆筑法节省材料，基坑变形较小。缺点是对土方开挖及地下整个工程施工组织提出较高的技术要求。在施工场地受限制，或地下结构上方为重要交通道路时采用。2/1/2023272/1/2023282/1/2023292/1/2023302/1/2023312/1/2023322/1/2023332/1/202334如图6-11所示，土层锚杆体系由围檩、托架及锚杆三部分组成。锚杆头部将拉杆与围护墙牢固地联结起来，使支护结构承受的土侧向压力可靠地传递到拉杆上去并将其传递给锚固体，锚固体将来自拉杆的力通过摩阻力传递给地基稳固的地层中去。(四)土层锚杆的类型及特点土层锚杆优点是基坑开敞，坑内挖土及地下主体结构施工方便，造价经济。适用于基坑周围有较好土层，锚杆施工范围内无障碍物，周围环境允许打设锚杆等条件。缺点是稳定性及变形依赖于锚固的效果。图6-11土层锚杆结构2/1/202335土钉是用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。通常采用土中钻孔、放入变形钢筋(即带肋钢筋)并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，并主要承受拉力作用。土钉也可采用钢管、角钢等作为钉体，采用直接击入的方法置入土中。（五）土钉墙支护结构（五）土钉墙支护结构土钉墙是以土钉为主要受力构件的边坡支护技术，它由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层和必要的防水系统组成。如图6-12。图612土钉支护截面构造示意图2/1/202336三、支护结构上的土压力与特点三、支护结构上的土压力与特点作用于基坑挡土结构上的土压力大小及分布与许多因素有关，这也是难以确定土压力的主要原因。主要有：土的类别及其计算指标、计算理论、支护结构的刚度及位移、有无支点及支点的位置和反力大小、基坑大小及几何尺寸、地下水位、施工方法、施工工序和施工过程、外界荷载与温度变化等。四、基坑支护结构的施工四、基坑支护结构的施工（一）井点降水是在基坑开挖前，在坑内四周预先埋设深于基坑坑底的一系列井管，利用抽水设施连续抽水，在井管周围形成降水漏斗，使基坑内的地下水位低于坑底的降水方法。（二）土方开挖五、基坑支护监测及环境保护五、基坑支护监测及环境保护监测是指在基坑工程施工过程中，对基坑围护结构及周围地层、附近建筑物、地下管线等的受力和变形进行的量测。目的在于确保基坑工程本身的安全，对基坑周围环境进行有效的保护，检验设计所用参数及假定的正确性，并为改进设计、提高工程整体水平提供依据。2/1/202337第二节第二节 支护结构上的土压力计算支护结构上的土压力计算 由该表可以看出，经典土压力理论计算得到的土压力不能简单地直接用于计算支护结构上，应根据具体情况做必要的调整。库仑、朗肯理论计算均采用极限平衡原理，属于静态设计。基坑开挖后土体动态平衡状态，开挖后土体松弛，且随时间增长，坑内环境会随开挖进程有所变化。下表给出了经典土压力与支护结构上土压力的区别。2/1/202338一、作用在支护结构上的土压力一、作用在支护结构上的土压力 如前所述，用经典土压力理论计算土压力与作用于支护结构上的土压力有一定差异，其差异大小与很多因素有关。下图为不同支点及不同变位时支护结构的土压力。下面分几种不同情况介绍作用在支护结构上的土压力及其分布。2/1/202339 1、自立式重力挡土支护结构上的土压力 此类支护结构刚度较大，位移较小，接近于库仑、朗肯理论对挡土墙的假设条件，其土压力一般可挖按库仑、朗肯理论计算。2、悬臂式柔性挡土支护结构上的土压力 实践证明，此类支护结构上的土压力按朗肯理论计算存在误差，但通常仍按静止土压力及朗肯理论公式进行估计，甚至被动区也同样采用被动土压力理论公式来估计，再根据实践经验进行适当的修正。根据一些模型试验和工程实测结果，软土地区此类支护结构的主动土压力呈三角形分布，其数值仍可按静止土压力计算。2/1/202340 对于一般粘土，实测主动土压力往往小于按朗肯土压力理论计算的结果。图示某工程实测土压力与朗肯理论计算结果的对比情况。可见，非挖土侧的主动土压力的合力值小于朗肯理论计算，并且前者的合力作用点也下移；被动区的上半段的土压力略大于按朗肯土压力理论的计算值，下半段的土压力则明显明显小于按朗肯土压力理论的计算的结果。3、具有支撑的支护结构上的土压力(1)单支点支护结构上的土压力 单支点包括锚定板型单支点和锚杆型单支点两种。前者主动土压力由锚定板拉杆和入土部分的被动土压力共同承担。锚定板拉杆和入土部分的被动土压力合力对支护结构构成了两个支点。实测的主动土压力如图中实线所示，虚线为理论计算的土压力分布。二者面积相当，为简化计算仍可按三角形分布来计算。这时，总主动土压力的作用点比按朗肯、库仑理论计算的作用点上移，实际弯矩比理论值要小，但锚定板拉杆的实际拉力要大些。2/1/202341 锚杆型单支点支护结构的主动土压力分布如图b所示。锚杆以上部分的土压力基本与理论计算结果一致；而在锚杆以下部分的土压力分布则与锚定板型单支点支护结构相似。实际弯矩与理论值要小，偏于安全，而锚杆的实际拉力要偏小。2/1/202342(2)多支点支护结构上的土压力 对于开挖深度较大的基坑，常需要设置多道支撑，土压力的大小受设计采用的每道锚杆的锚固力或每道支撑的支撑力以及挡土结构的实际变形大小的影响。所以，多支点柔性挡土支护的土压力计算是十分复杂和困难的，目前多采用经验方法。Terzaghi和Peck模式2/1/202343注：适用于基坑开挖深度大于注：适用于基坑开挖深度大于16m16m的基坑的基坑Tschebotarioff模式2/1/202344日本铃木音彦模式说明：说明：上述有关学者建议的土压力分布模式并非表示某一工况的分布，而是实测资料中最大土压力的包络图。按这些土压力分布模式，对于多支点支护结构的支撑或锚杆设计是偏于安全的。试图用一个对各类支护结构、各类土体都适用的统一的土压力分布图是不现实的，对于不同刚度、不同变形条件和不同土类的支护结构应采用各自相应的土压力分布模式。2/1/202345二、水平荷载与抗力计算二、水平荷载与抗力计算目前较常用的两种土压力计算模式：古典式(传统式)我国部分地区和建筑基坑支护技术规程(JGJ12099)采用的模式(1)碎石土、砂土主动土压力的计算一般按水土分算法进行。当计算点位于地下水位以上时：1、水平荷载标准值、水平荷载标准值当计算点位于地下水位以下时：2/1/202346(1)碎石土、砂土碎石土、砂土主动土压力的计算一般按水土分算法进行。当计算点位于地下水位以上时：1、水平荷载标准值、水平荷载标准值当计算点位于地下水位以下时：式中：分别为作用于计算点深度zj处的竖向应力标准值；第i层土的主动土压力系数；试验所确定的第i层固结不排水剪粘聚力标准值；计算参数；基坑外侧水位深度；计算系数和土的容重。(2)粘性土、粉土粘性土、粉土注：若按上述公式计算的基注：若按上述公式计算的基坑开挖面以上的土压力小于坑开挖面以上的土压力小于零时，应取零。零时，应取零。2/1/2023472基坑外侧竖向应力基坑外侧竖向应力标准准值的确定：的确定：式中：分别为计算点深度zj处的自重竖向应力；当支护结构外侧地面作用满布附加荷载q0时(左下图)，基坑外侧任意深度处附加竖向应力标准值；当距支护结构b1外侧，地面作用有宽度为b0的条形附加荷载q1时(右下图)，基坑外侧深度CD范围内的附加竖向应力标准值。2/1/2023482 2、水平抗力（被动土压力强度）的计算、水平抗力（被动土压力强度）的计算(1)砂土、碎石土砂土、碎石土基坑内侧水平荷载标准值可按下列各式计算：式中：分别为作用于计算点深度zj处的竖向应力标准值；第i层土的被动土压力系数；试验所确定的第i层固结不排水剪粘聚力标准值；计算参数；基坑外侧水位深度；计算系数和土的容重。(2)粉土、粘性土粉土、粘性土2/1/2023493 3、地下水对水平荷载的影响、地下水对水平荷载的影响当地下水位较高时，支护结构除了受土压力作用以外，还受到水压力的作用。总压力的考虑方法有分算法和合算法两种。前者适用于孔隙中存在自由的重力水或土的渗透性较好的情况，前者适用于孔隙中存在自由的重力水或土的渗透性较好的情况，适用于砂土、粉土等粗颗粒土适用于砂土、粉土等粗颗粒土。2/1/2023501.墙体的宽度和深度：与基坑开挖深度、范围、地质条件、周围环境、地面荷载以及基坑等级等有关。初步设计时可按经验确定，如上海地区一般墙宽可取为开挖深度的0.60.8倍，坑底以下插入深度可取为开挖深度的0.81.2倍。初步确定墙体宽度和深度后，要进行整体圆弧滑动、抗滑、抗倾覆、抗渗验算以及墙体结构强度（正截面承载力）验算。2.宽度方向的布桩形式：最简单的形式就是不留空档，打成实体，但较浪费，为节约工程量，常做成格栅式。水泥土墙采用格栅布置时，水泥土的置换率对于淤泥不宜小于0.8，淤泥质土不宜小于0.7，一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格栅长宽比不宜大于2。3.墙体强度：取决于水泥掺合量和龄期。水泥掺合量是指每立方加固体所拌和的水泥重量，常用掺合量为200250kg/m3，一般采用32.5普通硅酸盐水泥。水泥土围护墙体的设计强度一般要求龄期一个月的无侧限抗压强度不小于0.8MPa。为改善水泥土加固体的性能和提高早期强度，可掺入外掺剂（如早强剂、减水剂）。第三节第三节 水泥土墙支护结构设计水泥土墙支护结构设计一、一、设计内容设计内容2/1/2023514.其它加强措施（1）墙顶现浇混凝土路面：厚度不小于150mm，内配双向钢筋网片，不但便于施工现场运输，也有利于加强墙体整体性，防止雨水从墙顶渗入挡墙格栅而损坏墙体。（2）墙身插毛竹或钢筋：插毛竹时，毛竹的小头直径不宜小于5cm，长度不宜小于开挖深度，插毛竹能减少墙体位移和增强墙体整体性；插钢筋时，钢筋长度一般为12m，由于钢筋与水泥土接触面积小，因此所能提供的握裹力有限，但施工方便。（3）坑底加固：有的场地基坑边与建筑红线之间距离有限，不能满足正常的搅拌桩宽度的要求，这时可考虑减小坑底以上搅拌桩宽度，加宽坑底以下搅拌桩宽度，因为这部分搅拌桩可设置于底板以下，从而增强了稳定性，同时也能提高被动区抗力。2/1/202352作用于水泥土墙上的侧压力可按朗金理论计算，即假设墙面竖直光滑，墙后土面水平，土体处于极限平衡状态。地下水位以下的土体侧压力有合算和分算两个计算原则。1.水土分算就是分别计算土压力和水压力，两者之和即为总的侧压力。分算时，需采用有效重度，从理论上讲采用有效抗剪强度指标是正确的，但当前工程地质勘察报告中极少提供有效抗剪强度指标，在一些工程实践中，常近似地采用三轴固结不排水或直剪固结快剪试验峰值指标来计算土压力。计算水压力时应按墙体的隔水条件和土层渗流条件对地下水的渗流条件作出判断是处于静止无渗流状态还是发生绕防渗帷幕底的稳定渗流状态，以采用不同的水压力分布模式。2.水土合算适用于不透水的粘土层，并采用天然重度。水土分算得到的墙上作用力比水土合算的大，因此设计的墙体结构费用高，而有些土层一时难以确定其透水性时，则需从安全使用和投资费用两方面作出判断。二、土压力计算二、土压力计算2/1/202353初步确定了墙体的宽度、深度、平面布置之后，应进行下列计算，以验算设计是否满足变形、强度及稳定等要求。水泥土墙的验算主要有以下一些内容：（1）抗倾覆验算；（2）抗滑验算；（3）整体圆弧滑动稳定验算；（4）抗渗稳定验算；（5）墙体结构强度验算；（6）墙顶水平位移估算。计算简图如图所示。三、稳定性验算、强度验算和位移估算三、稳定性验算、强度验算和位移估算2/1/202354抗倾覆验算常以绕墙趾点A的转动来分析，计算公式为1.抗倾覆验算水泥土桩是一种具有一定刚度的脆性材料。抗压强度大于抗拉强度，受力性能介于刚性挡土墙和柔性支挡结构之间。为了保证水泥土桩墙支护结构的安全稳定，可以沿用重力式挡土墙的方法验算其抗倾覆、抗滑稳定性及整体稳定性，用类似计算柔性支挡结构的方法估算其位移和变形。2/1/202355抗滑验算是指沿围护墙体底面的抗滑动验算，验算公式为：2.抗滑验算注意：注意：不宜采用以下公式计算抗滑安全系数这是因为当搅拌桩插入深度较大时，Ep常接近于Ea，计算得到的安全系数偏大，不安全。2/1/202356水泥土挡墙常用于软土地基，整体稳定验算是一项重要内容，可采用瑞典条分法，按圆弧滑动面考虑，土体抗剪强度可采用总应力法计算。3.整体圆弧滑动稳定验算2/1/202357由于基坑开挖时要求坑内无积水，坑内外将存在水头差。当坑底下为砂土时，需验算墙角渗流向上溢出处的渗流坡降，以防止出现流砂现象；当坑底为粘性土层而其下有砂土透水层时，也需进行渗流验算。为便于计算，且又能满足工程要求，可采用以下方法进行抗渗稳定验算(图6-20)。4.抗渗稳定验算hwDw2/1/202358（1）压应力验算式中0基坑重要性系数；cs水泥土墙平均重度；z墙顶至计算截面的深度；M单位长度水泥土墙截面弯矩设计值；W水泥土墙截面模量；fcs水泥土开挖龄期抗压强度设计值。（2）拉应力验算5、墙体结构强度验算2/1/202359水泥土墙墙顶水平位移计算是比较复杂的问题，实用上一般将桩墙在基坑开挖面处分为上下两段，见图6-21。开挖面以上的墙身视为柔性结构，按悬臂梁计算其弹性挠曲变形e；开挖面以下的结构则视为完全埋置桩，桩头（开挖面处）作用有水平力H0及力矩M0。桩头水平位移y0及转角0的计算方法有两类：一类将墙身视为刚性桩，计算原理见第五章沉井计算；另一类将墙身视为弹性桩，计算原理见第四章水平受荷桩计算。实践中还采用规范建议的经验公式估算墙顶的水平位移量。6、墙顶水平位移估算2/1/202360第四节第四节 排桩、地下连续墙支护结构设计排桩、地下连续墙支护结构设计一、围护桩墙的稳定计算排桩或地下连续墙式支护结构属柔性支挡结构，下面将从构成排桩或地下连续墙式支护结构的围护桩墙、内支撑及土层锚杆三方面介绍这种支护结构的设计计算原理。稳定性验算的内容有：整体稳定性验算；坑底抗隆起稳定验算；抗渗验算；坑底土抗承压水验算。(1)整体稳定性验算：采用圆弧滑动简单条分法。(2)坑底抗隆起稳定验算：以围护桩墙底的平面作为地基极限承载力验算的基准面，参照普朗特尔和太沙基求地基极限承载力的公式，滑移线形状如图所示。该法未考虑墙底以上土体的抗剪强度对抗隆起的影响，也未考虑滑动土体体积力对抗隆起的影响,计算公式为:图6-22坑底抗隆起稳定验算图式2/1/202361图6-22坑底抗隆起稳定验算图式（3）抗渗验算当围护墙体外设防渗帷幕时，抗渗验算应计算至防渗帷幕底；当采用围护墙自防水时，抗渗验算应计算至围护墙底。为便于计算，且又能满足工程要求，可采用水泥土墙抗渗稳定验算表达式（611）进行相同的验算。2/1/202362（4）坑底土抗承压水稳定性验算基坑开挖面以下有承压水层时，应按式(6-14)验算坑底土抗承压水稳定性，见图6-29。验算公式中未考虑上覆土层与围护桩墙之间的摩擦力影响。2/1/202363可按平面问题来简化计算，计算宽度可取排桩的中心距或地连墙单位宽度。目前，在工程实践中内力变形计算应用较多的是极限平衡法和弹性支点法（竖向弹性地基梁法）。对于悬臂式及支点刚度较小的桩墙支护结构，由于水平变形大，可按如图6-30(a)所示的极限平衡法计算；当支点刚度较大，桩墙水平位移较小时，可按如图6-30(b)所示的弹性支点法进行计算。二、围护桩内力变形计算二、围护桩内力变形计算(a)极限平衡法；(b)弹性支点法图6-30围护桩墙内力变形计算图式2/1/202364假定作用于围护桩墙前后的土压力达到被动土压力和主动土压力，在此基础上进行力学简化，将超静定问题作为静定问题求解。属于这种类型的如静力平衡法、等值梁法、太沙基塑性铰法、等弯矩法和等轴力法等。极限平衡法有下面三个假定:(1)主/被动土压力均为与支挡结构变形无关的已知值，用朗肯或库仑理论计算；(2)支挡结构刚度为无限大，且不考虑支撑或拉锚的压缩或拉伸变形；(3)支挡结构的横向抗力按极限平衡条件求得。1、极限平衡法、极限平衡法2/1/202365结构主要依靠嵌入坑底内的深度平衡上部地面超载、主动土压力及水压力所形成的侧压力。因此，对于此类结构嵌入深度至关重要。同时需要计算支挡结构所受的最大弯矩，以便进行支挡结构的断面设计与构造。(1)悬臂式支挡结构的设计计算悬臂式支挡结构的设计计算如图所示，无粘性土中嵌入基坑底面的支挡结构在主动土压力Ea的作用下，支挡结构下部土体中产生一种阻力，其大小等于土压力与主动土压力之差，可按土的深度成线性增加的主动土压力强度pa和被动土压力强度pp计算。2/1/202366布鲁姆法布鲁姆法布鲁姆建议左图所示的土压力分布模式可简化成右图所示的计算模式，即原来出现在左图中另一面的阴力以Ri代替，且需要满足平衡条件：Mc=0，H=0。由于土体阻力是逐渐向下增加的，用计算出的深度x较小，因此，布鲁姆建议嵌入深度hi=1.2x+。2/1/202367开挖侧土压力的合力Ep为取C点为矩心并令Mc=0，则由式(6-20,21)得土压力零点距坑底的距离为式中为基坑底土层重度的加权平均值。2/1/202368解上面三次方程，求出x,则嵌入深度为最大弯矩为hi=1.2x+。图中的最大弯矩应在剪力为零处，设在O点下xm处剪力为零，则由图可知即2/1/202369当下端入土较浅，其下端可产生转动，板桩墙在土压力作用下将产生弯曲变形。先假定板桩墙的有效嵌固深度t，根据锚定点A的力矩平衡方程MA0可得：由上式经过试算即可得板桩墙有效嵌固深度t。板桩墙在坑底以下的最小插入深度lc仍按P192式（619）确定。(2)单支点支挡结构嵌入深度较浅时单支点支挡结构嵌入深度较浅时根据最大弯矩截面的剪力等于零，即可求得最大弯矩截面距土压力零点的距离和最大弯矩值分别为：2/1/202370图6-27等值梁法基本原理说明：说明：等值梁法等值梁法如图所示，支挡结构义部出现反弯矩，下部位移较小，可将支挡结构底端作为固定端，而支点A铰接，采用等等值值梁梁法法进行计算。这是一种简化的计算方法。如图6-27所示，图6-27(a)中表示一根一端固定（c点）而另一端(a点)简支的梁；图6-27(b)中弯矩的反弯点在b点，该点弯矩为零，如果在b点将梁切开，并规定b点为左端梁的简支点，这样在ab段内的弯矩保持不变，由此把梁ab梁称之为ac梁ab段的等值梁。等等值值梁梁法法步骤包括:(1)下部零弯矩点B的确定；(2)支反力计算；(3)嵌入深度确定；(4)确定计算弯矩。对于多支撑板桩支挡结构也可按等等值值梁法梁法简化计算。2/1/202371应当指出的是，极限平衡法在力学上的缺陷比较明显，不能考虑开挖及地下结构施工过程的不同工况对内力的影响，只是一种近似的计算方法，支撑层数越多、土层越软、墙体刚度越大，则计算结果与实际的差别越大。在使用极限平衡法时，需要结合工程经验对土压力和计算结果进行修正。同时，这种计算方法不考虑也不能计算围护桩墙的变形。当支点刚度较大，桩墙水平位移较小时，可应用弹性弹性支点法支点法进行计算。式(6-33)为基坑开挖面以下围护结构的基本挠曲方程，求解式(633)即可得到围护结构的内力和变形。弹性支点法能根据开挖及地下结构施工过程的不同工况进行内力与变形计算，能考虑开挖工况影响。2/1/202372作用于内支撑上的荷载主要由以下几部分构成：水平荷载：主要有围护墙体将坑外水土压力沿腰梁作用于支撑系统上的分布力,对于钢支撑还有给主撑施加的预加轴力以及温度变化等引起的水平荷载；垂直荷载：主要有支撑自重以及支撑顶面的施工活荷载。1、水平支撑结构的计算对于水平支撑结构的内力和变形的计算，目前采用的计算方法主要有多跨连续梁法和平面框架法。2、立柱的计算一般情况下，竖向立柱可按偏心受压构件或按中心受压构件计算。三、内支撑系统的计算三、内支撑系统的计算四、应当注意的几个问题四、应当注意的几个问题(略略)2/1/202373第五节第五节 土钉墙支护结构设计土钉墙支护结构设计自学自学作业作业思考题思考题 1-42/1/202374