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1、6.基坑工程基坑工程 7/14/202126.基坑工程内容提要内容提要 基坑常用支护形式及其特点基坑常用支护形式及其特点 基坑支护结构水土压力计算基坑支护结构水土压力计算 悬臂式桩墙设计计算悬臂式桩墙设计计算 单支点与多支点桩墙计算单支点与多支点桩墙计算 基坑整体稳定性分析基坑整体稳定性分析 地下水控制简介地下水控制简介7/14/202136.基坑工程n 基本概念基本概念 建筑基坑建筑基坑 指指为为进进行行建建（构构）筑筑物物基基础础与与地地下下室室施施工工所所开开挖挖的的地地面以下空间面以下空间 基坑工程基坑工程 指对基坑进行包括土体、降水和开挖在内的一系列勘指对基坑进行包括土体、降水和开挖
2、在内的一系列勘察、设计、施工和检测等工作察、设计、施工和检测等工作6.1.1 6.1.1 基坑工程概念及特点基坑工程概念及特点7/14/202146.基坑工程6.1.1 6.1.1 基坑工程概念及特点基坑工程概念及特点n 基坑工程特点基坑工程特点 一一般般为为临临时时性性结结构构，安安全全储储备备相相对对较较小小，风风险险性性较大较大 具有很强的区域性、个案性、综合性具有很强的区域性、个案性、综合性 具有较强的时空效应具有较强的时空效应 对周边环境影响较大对周边环境影响较大7/14/202156.基坑工程6.1.1 6.1.1 基坑工程概念及特点基坑工程概念及特点n 设计施工要求设计施工要求
3、满满足足支支护护结结构构本本身身强强度度、变变形形等等安安全全要要求求的的同同时时，确保周围环境的安全确保周围环境的安全 保保证证安安全全可可靠靠的的前前提提下下，具具有有较较好好的的技技术术经经济济效效益和环境效应益和环境效应 为为施施工工提提供供最最大大限限度度的的方方便便（如如提提供供足足够够的的施施工工空间、地下水位以上施工），并保证施工安全空间、地下水位以上施工），并保证施工安全 7/14/202166.基坑工程6.1.2 6.1.2 常用形式及适用条件常用形式及适用条件 n 放坡开挖及简易支护放坡开挖及简易支护 适合：适合：土质好、开挖深度不大、有足够放坡场所土质好、开挖深度不大、
4、有足够放坡场所图图. . 基坑简易支护基坑简易支护(a) (a) 土袋或块石堆砌支护；土袋或块石堆砌支护； (b) (b) 短桩支护短桩支护7/14/202176.基坑工程6.1.2 6.1.2 常用形式及适用条件常用形式及适用条件n悬臂式支护结构悬臂式支护结构特点特点依靠足够的入土深度和结构依靠足够的入土深度和结构抗弯能力维持坑壁稳定；抗弯能力维持坑壁稳定；水平位移是支护深度的五次水平位移是支护深度的五次方，对开挖深度敏感；方，对开挖深度敏感；适合适合 土质较好、开挖深度较浅土质较好、开挖深度较浅图图. . 悬臂式支护结构悬臂式支护结构7/14/202186.基坑工程6.1.2 6.1.2
5、常用形式及适用条件常用形式及适用条件n 水泥土桩墙支护结构水泥土桩墙支护结构 特点：特点：用深层搅拌机在地基深部将水泥和土体强制用深层搅拌机在地基深部将水泥和土体强制拌和而成；拌和而成；适合：适合：软土区的浅基坑软土区的浅基坑(H6.0m)图图. . 隔栅式水泥土桩墙隔栅式水泥土桩墙7/14/202196.基坑工程6.1.2 6.1.2 常用形式及适用条件常用形式及适用条件n内撑式支护结构内撑式支护结构 特点特点 包括支护桩或墙和内支包括支护桩或墙和内支撑；撑； 内支撑会占用施工空间。内支撑会占用施工空间。适合适合 各种地基土层各种地基土层。图图. .内支撑支护结构内支撑支护结构7/14/20
6、21106.基坑工程6.1.2 6.1.2 常用形式及适用条件常用形式及适用条件n 拉锚式支护结构拉锚式支护结构 特点：特点：包括支护桩或墙和锚杆；包括支护桩或墙和锚杆； 适合：适合：不宜用于软粘土地层中不宜用于软粘土地层中图图. .(a) (a) 地面拉锚地面拉锚 (b) (b) 土层拉锚土层拉锚7/14/2021116.基坑工程6.1.2 6.1.2 常用形式及适用条件常用形式及适用条件n土钉墙支护结构土钉墙支护结构特点特点 由被加固的原位土体、土由被加固的原位土体、土钉和砼面板组成；钉和砼面板组成；适合适合 地下水位以上的粘性土、地下水位以上的粘性土、砂土和碎石土等，不适合砂土和碎石土等
7、，不适合于淤泥或淤泥质土于淤泥或淤泥质土图图. . 土钉支护结构示意图土钉支护结构示意图7/14/2021126.基坑工程n其他形式其他形式双排桩支护结构双排桩支护结构连拱式支护结构连拱式支护结构逆作拱墙支护结构逆作拱墙支护结构图图. .其它结构示意图其它结构示意图6.1.2 6.1.2 常用形式及适用条件常用形式及适用条件7/14/2021136.基坑工程n 水土压力特点水土压力特点 水水土土压压力力随随基基坑坑开开挖挖进进程程逐逐步动态形成；步动态形成； 分分布布形形式式主主要要与与支支护护结结构构的的位位移移形形式式与与位位移移量量有有关关，且且不不完全对应静止或主动状态；完全对应静止或
8、主动状态； 无无支支锚锚时时一一般般呈呈直直线线分分布布；有有支支锚锚时时，土土压压力力一一般般呈呈上上下下小小、中中间间大大的的抛抛物物线线或或更更复复杂杂的分布形式；的分布形式； 6.2 6.2 支护结构侧向水土压力计算支护结构侧向水土压力计算 图图. . 理论假设土压力与理论假设土压力与实测对比图实测对比图7/14/2021146.基坑工程6.2 6.2 支护结构侧向水土压力计算支护结构侧向水土压力计算工程中常采用三角形与经验矩形两种模式：当墙体位移工程中常采用三角形与经验矩形两种模式：当墙体位移较大时一般采用前者，否则采用后者；较大时一般采用前者，否则采用后者；基坑内外有稳态渗流时宜采
9、用流网法或简化分布图计算。基坑内外有稳态渗流时宜采用流网法或简化分布图计算。 图图6.9 6.9 TerzaghiTerzaghi-Peck-Peck土压力分布修正土压力分布修正 （a a）砂）砂;(b);(b)中等饱和软粘土；中等饱和软粘土；(c)(c)硬粘土硬粘土7/14/2021156.基坑工程6.2 6.2 支护结构侧向水土压力计算支护结构侧向水土压力计算 n 水土压力计算方法水土压力计算方法 常采用兰金土压力理论计算，并分以下两种形式：常采用兰金土压力理论计算，并分以下两种形式：水土分算水土分算 分分别别计计算算水水、土土压压力力后后叠叠加加，其其中中土土压压力力取取土土的的g g
10、、c c 、j j 计算，适用于砂性土和粉土计算，适用于砂性土和粉土。水土合算水土合算 采采用用土土的的g gsat、c ccu、j jcu计计算算总总的的水水土土压压力力，适适用用于于粘性土。粘性土。7/14/2021166.基坑工程6.3 6.3 悬臂式桩墙计算悬臂式桩墙计算n极限平衡法极限平衡法土压力模式：三角形土压力模式：三角形入土深入土深t：静力平衡条件静力平衡条件(X0、M0)求解，计算步骤（略）求解，计算步骤（略）桩墙实际嵌深应适当放大桩墙实际嵌深应适当放大 (6-3)由剪力为零求出最大弯矩点深度，由剪力为零求出最大弯矩点深度，进而求出最大弯矩，再据此配筋进而求出最大弯矩，再据此
11、配筋 图图. .极限平衡法极限平衡法7/14/2021176.基坑工程6.3 6.3 悬臂式桩墙计算悬臂式桩墙计算n布鲁姆简化法布鲁姆简化法土压力模式：三角形土压力模式：三角形入土深度：静力平衡条件（入土深度：静力平衡条件（M0）求解，计算步骤（略）求解，计算步骤（略）桩墙实际嵌深应适当放大桩墙实际嵌深应适当放大 (6-4)由剪力为零求出最大弯矩点深度，由剪力为零求出最大弯矩点深度，进而求出最大弯矩，再据此配筋进而求出最大弯矩，再据此配筋 图图. .布鲁姆法布鲁姆法7/14/2021186.基坑工程6.4 6.4 单支点桩墙计算单支点桩墙计算 顶端支锚处无位移简化为一简支点；底端约束则视入土深
12、而定顶端支锚处无位移简化为一简支点；底端约束则视入土深而定 n 入土较浅时入土较浅时 支锚点支锚点A铰支、下端自由；铰支、下端自由； 由由MA0求有效嵌深求有效嵌深t 并按式并按式(6-4)适当放大适当放大图图. . 计算简图计算简图7/14/2021196.基坑工程6.4 6.4 单支点桩墙计算单支点桩墙计算 由由X=0求支点锚固力求支点锚固力Ra：由剪力为零求出最大弯矩点深度：由剪力为零求出最大弯矩点深度：进而求出最大弯矩，再据此配筋进而求出最大弯矩，再据此配筋7/14/2021206.基坑工程6.4 6.4 单支点桩墙计算单支点桩墙计算 n入土较深时入土较深时支锚点支锚点A铰支、下端嵌固
13、的超静定梁，按铰支、下端嵌固的超静定梁，按 等值梁法计算等值梁法计算确定反弯点确定反弯点O（近似以净土压力零点代替）近似以净土压力零点代替）图图.13 .13 单支点桩墙计算简图单支点桩墙计算简图7/14/2021216.基坑工程6.4 6.4 单支点桩墙计算单支点桩墙计算 由等值梁由等值梁AO求求Ra和反弯点剪力和反弯点剪力Q0取下段取下段OC为隔离体，由为隔离体，由MC0求求t，并按式并按式(1)放大放大由等值梁由等值梁AO求算最大弯矩求算最大弯矩Mmax 7/14/2021226.基坑工程6.5 6.5 多支点桩墙计算多支点桩墙计算 n土质较差，基坑较深时采用，支锚层数及位置根土质较差，
14、基坑较深时采用，支锚层数及位置根据土层分布与性质、基坑深度、支护结构刚度和据土层分布与性质、基坑深度、支护结构刚度和材料强度以及施工要求等因素确定材料强度以及施工要求等因素确定n常用分析计算方法：常用分析计算方法：等值梁法等值梁法连续梁法连续梁法支撑荷载支撑荷载1/2分担法分担法弹性支点法弹性支点法有限单元法有限单元法 7/14/2021236.基坑工程6.6 6.6 基坑稳定性分析基坑稳定性分析 n分析目的：分析目的：确定合理的嵌固深度，或验算所设计的确定合理的嵌固深度，或验算所设计的 支挡结构是否稳定和合理支挡结构是否稳定和合理n分析内容分析内容整体稳定性整体稳定性踢脚稳定性踢脚稳定性坑底
15、抗隆起稳定性坑底抗隆起稳定性基坑抗渗流稳定性基坑抗渗流稳定性n分析方法：分析方法：工程地质对比法、力学分析法工程地质对比法、力学分析法 7/14/2021246.基坑工程6.6.1 6.6.1 基坑整体稳定性分析基坑整体稳定性分析 n方法：方法：圆弧滑动面简单条分法，圆弧滑动面简单条分法，按总应力法计算按总应力法计算 ci、j ji i土条底的粘聚力和内摩擦角；土条底的粘聚力和内摩擦角； Li i土条底面面积；土条底面面积； Wi i土条重量，按饱和容重计算；土条重量，按饱和容重计算； q qi i土条底面倾角。土条底面倾角。图图. .4 4 基坑整体稳定性分析基坑整体稳定性分析注意：注意：对
16、有软弱夹层，倾斜基岩面等，宜采用非圆弧滑动面；对有软弱夹层，倾斜基岩面等，宜采用非圆弧滑动面；当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应验算其整体稳定性当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应验算其整体稳定性7/14/2021256.基坑工程6.6.2 6.6.2 踢脚稳定性分析踢脚稳定性分析 n对象：对象：单单( (多多) )支点结构以支点支点结构以支点( (最下层支点最下层支点) )为转动点的失稳为转动点的失稳 Mp内侧被动土压力对内侧被动土压力对B点的力矩；点的力矩； Ma外侧外侧BD段主动土压力对段主动土压力对B点的力矩；点的力矩； Ep 基坑内侧被动土压力；基坑内侧被动土压力； ea,b、ea,d
17、基坑外侧基坑外侧B、D点土压力强度；点土压力强度； ht 最下层支点离基坑底的距离；最下层支点离基坑底的距离； hd支护结构的嵌固深度。支护结构的嵌固深度。 图图. .5 5 踢脚计算简图踢脚计算简图7/14/2021266.基坑工程n分析方法：分析方法：考虑墙体极限弯矩的抗隆起分析法、普朗特考虑墙体极限弯矩的抗隆起分析法、普朗特尔（尔（PrandtlPrandtl）与太沙基（与太沙基（TerzaghiTerzaghi）的抗隆起验算法的抗隆起验算法 考虑墙体极限弯矩的抗隆起分析考虑墙体极限弯矩的抗隆起分析 假定开挖面以下墙体对抗隆起有利，假定开挖面以下墙体对抗隆起有利， 且土体沿墙底按圆弧滑动
18、：滑动力且土体沿墙底按圆弧滑动：滑动力 为土自重为土自重g gh及超载及超载q0；抗滑力为滑抗滑力为滑 面抗剪强度，要求：面抗剪强度，要求：6.6.3 6.6.3 坑底抗隆起稳定性分析坑底抗隆起稳定性分析 图图. .6 6抗隆起分析示意图抗隆起分析示意图 7/14/2021276.基坑工程滑动力矩：滑动力矩： 抗滑力矩：抗滑力矩： Mh基坑底面处墙体极限抵抗弯矩，可取该处墙体设计弯矩基坑底面处墙体极限抵抗弯矩，可取该处墙体设计弯矩 注：注：采采用用试试算算法法计计算算，当当求求得得KL为为最最小小时时的的入入土土深深即即为为所所求求嵌固深度嵌固深度hd，该，该法较适用于中等强度和较软弱的粘性土
19、法较适用于中等强度和较软弱的粘性土由由于于假假定定滑滑动动面面通通过过墙墙底底，故故hd过过小小时时该该假假定定显显然然不不合合理，与实际不符理，与实际不符 6.6.3 6.6.3 坑底抗隆起稳定性分析坑底抗隆起稳定性分析 7/14/2021286.基坑工程太沙基和普朗特尔抗隆起分析太沙基和普朗特尔抗隆起分析 墙底平面为极限承载力的求解基准面，墙底平面为极限承载力的求解基准面，参照按参照按Prandtl & Terzaghi公式，要求：公式，要求：Prandtl公式公式 ， Terzaghi公式公式 ，6.6.3 6.6.3 坑底抗隆起稳定性分析坑底抗隆起稳定性分析 图图. .7 7
20、太沙基和普朗特太沙基和普朗特尔抗隆起算法尔抗隆起算法7/14/2021296.基坑工程n坑底抗流砂稳定性坑底抗流砂稳定性 流砂：当基坑底部向上的动水压力流砂：当基坑底部向上的动水压力(渗透力渗透力) jg g 时产生时产生 近似按紧贴墙体最短路线计算最大近似按紧贴墙体最短路线计算最大渗透力，则抗流砂稳定安全系数应渗透力，则抗流砂稳定安全系数应: hw 墙后地下水位埋深墙后地下水位埋深； g gw 地下水重度，地下水重度，kN/m3。6.6.4 6.6.4 基坑渗流稳定性分析基坑渗流稳定性分析 图图. .8 8 基坑抗流砂验算基坑抗流砂验算7/14/2021306.基坑工程6.6.4 6.6.4
21、 基坑渗流稳定性分析基坑渗流稳定性分析 n 基坑底土突涌稳定性基坑底土突涌稳定性 原因：原因：基底不透水层较薄且其基底不透水层较薄且其下有较大水压的滞水层或承压水下有较大水压的滞水层或承压水层时易发生层时易发生 基坑底土突涌稳定性应满足基坑底土突涌稳定性应满足 hs 不透水层厚度不透水层厚度； H 承压水高于含水层顶板的高度承压水高于含水层顶板的高度。 ， 图图. .9 9 基坑底抗突涌基坑底抗突涌稳定性验算稳定性验算注：注：若坑底土抗突涌稳定性不满足要求，可采用隔水挡若坑底土抗突涌稳定性不满足要求，可采用隔水挡墙隔断滞水层、加固基坑底部地基等处理措施。墙隔断滞水层、加固基坑底部地基等处理措施
22、。7/14/2021316.基坑工程n常用的处理措施常用的处理措施一般中粗砂以上粒径土用水下开挖或堵截法；中砂和细一般中粗砂以上粒径土用水下开挖或堵截法；中砂和细砂土用井点法和管井法；淤泥或粘土用真空法或电渗法砂土用井点法和管井法；淤泥或粘土用真空法或电渗法当降水危及基坑及周边环境时，宜采用截水或回灌法。当降水危及基坑及周边环境时，宜采用截水或回灌法。截水后基坑中的水量或水压较大时，宜采用坑内降水截水后基坑中的水量或水压较大时，宜采用坑内降水地下含水层渗透性强且厚度大时，可采用地下含水层渗透性强且厚度大时，可采用“悬挂式竖向悬挂式竖向截水坑内井点降水截水坑内井点降水”或或“悬挂式竖向截水水平封
23、底悬挂式竖向截水水平封底” ” 止水帷幕通常采用水泥搅拌桩、旋喷桩等，其形式有二：止水帷幕通常采用水泥搅拌桩、旋喷桩等，其形式有二：含水层较薄，穿过含水层插入隔水层或不透水层中；含含水层较薄，穿过含水层插入隔水层或不透水层中；含水层较厚，悬吊在透水层中水层较厚，悬吊在透水层中6.7 6.7 地下水控制地下水控制 7/14/2021326.基坑工程n地下水控制方法地下水控制方法集水明排法集水明排法降水法：轻型井点法、喷射、管井和深井泵降水法：轻型井点法、喷射、管井和深井泵截水和回灌技术：回灌沟、回灌井截水和回灌技术：回灌沟、回灌井 n选择降水方法时应注意选择降水方法时应注意充分调查含水层的埋藏条
24、件及其水位或水压、透水充分调查含水层的埋藏条件及其水位或水压、透水性及富水性、地下水的排泄能力性及富水性、地下水的排泄能力场地周围地下水的利用情况场地周围地下水的利用情况场地条件场地条件( (周围建筑物及道路情况、地下水管线埋设周围建筑物及道路情况、地下水管线埋设情况情况) )6.7 6.7 地下水控制地下水控制 7/14/2021336.基坑工程6.7 6.7 地下水控制地下水控制 井点降水与回灌沟回灌井点降水与回灌沟回灌井点降水与井点回灌井点降水与井点回灌图图. .0 0 地下水控制示意图地下水控制示意图7/14/2021346.基坑工程附附 等值梁概念等值梁概念 n一端固支，一端简支的梁一端固支，一端简支的梁(图图a)nb点为弯矩反弯点点为弯矩反弯点(图图b)n若在若在b点切开为两段梁，并规点切开为两段梁，并规定定b点为左端梁的简支点，则点为左端梁的简支点，则ab段内的弯矩保持不变，简支段内的弯矩保持不变，简支梁梁ab称之为称之为ac梁梁ab段的等值梁。段的等值梁。附图附图 等值梁法基本原理等值梁法基本原理