1、1第二部分基坑支護結構的計算支護結構的設計和施工，影響因素眾多，不少高層建筑的支護結構費用已超過工程樁基 的費用。為此，對待支護結構的設計和施工均應采取極慎重的態度，在保證施工安全的 前提下，盡量做到經濟合理和便于施工。一、支護結構承受的荷載 支護結構承受的荷載一般包括-土壓力-水壓力 -墻后地面荷載引起的附加荷載。1 土壓力主動土壓力：若擋墻在墻后土壓力作用下向前位移時隨位移增大，墻后土壓力漸減小。當位移 達某一數值時，土體內出現滑裂面，墻后土達極限平衡狀態，此時土壓力稱為主動土壓 力，以 Ea表示。fl/AEiij/fift+小儈裂面靜止土壓力：若擋墻在土壓力作用下墻本身不發生變形和任何位

2、移（移動或滑動），墻后填土 處于彈性平衡狀態，則此時作用在擋墻上的土壓力成為靜止土壓力。以E0 表示。被動土壓力:2若擋墻在外力作用下墻向墻背向移動，隨位移增大，墻所受土的反作用力漸增 大，當位移達一定數值時，土體內出現滑裂面，墻后土處被動極限平衡狀態，此時土壓 力稱為被動土壓力，以 Ep 表示。主動土壓力計算?主動土壓力強度?無粘性土PQ- yHtan2（45 -手）-2c * tan（ 45 一）-yHKa-塔yHKoo粘性土= /Htan2（4?-出）一2c tan（ 45 一 彳）=yHK廠2c長土壓力分布對于粘性土按計算公式計算時，主動土壓力在土層頂部( H=0 處)為負值，即3P(

3、l= -2c tan( 45 - 中表明出現拉力區，這在實際上是不可能發生的。只計算臨界高度以下的主動土壓力4土壓力分布可計算此種情況下的臨界高度 Zc,進而計算臨界高度以下的主動土壓力Pa=7(H-Zc)Ka被動土壓力計算被動土壓力強度?無粘性土5Pp= yHtan2(45 + ：-) =yHK粘性土Pp- yHtan2(45 +) +2ctan(45 + )=徂匚+2。罠計算土壓力時應注意?不同深度處土的內聚力 C 不是一個常數，它與土的上覆荷重有關，一般隨深度 的加大而增大，對于暴露時間長的基坑，土的內聚力可由于土體含水量的變化和 氧化等因素的影響而減小甚至消失。?、C 值是計算側向土壓

4、力的主要參數，但在工程樁打設前后的、C 值是不同的。在粘性土中打設工程樁時，產生擠土現象，孔隙水壓力急劇升高， 對、C 值產生影響。另外，降低地下水位也會使、C 值產生變化。水壓力作用于支護結構上的水壓力一般按靜水壓力考慮。有穩態滲流時按三角形分布計算。在有殘余水壓力時, 水壓力按梯形分布。6水壓力和土壓力?水壓力和土壓力的分算或合算問題? 一般情況下，由于粘性土中水主要是結晶水和結合水，宜合算; 標準判斷。液性指數：1 宜分算；液性指數：W0,宜合算；液性指數：（0, 1）,按最不利計算。?在砂性土中土顆粒之間的空隙中充滿的是自由水，受重力作用, 用，宜分算。合算時，地下水位以下土的重力密度

5、采用飽和重力密度也可以依據下述為靜水壓力作?分算時， 地下水位以下土的重力密度采用浮重力密度 靜水壓力，然后相加。?水土分算時（注意：水壓力所選取的圖形）;再另外單獨計算7匕二yH匚-k國+人兀坊朋樣;+也水土合算時：Pa=rHKa-2c坊二人小心十2応墻后地面荷載引起附加荷載常見有兩種情況：墻后有均布荷載q;距離支護結構一定距離有均布荷載q。墻后有均布荷載q如墻后堆有土方、材料等地面均布荷載對支護結構引起的附加荷載，可按下式計算工1距離支護結構一定距離有均布荷載q此時壓應力傳到支護結構上有一空白距離hl，在 hl 之下產生均布的附加應力：8支護結構的設計?深基坑支護結構應采用以分項系數表示的

6、極限狀態設計表達式進行設計?基坑支護結構極限狀態可有兩類：-承載能力極限狀態-正常使用極限狀態1承載能力極限狀態：心；合力工作用點至樁、墻底的距離心合力丫 6 作用點至墻底的距離h.心分別為基坑挖深 和樁墻入土深度工比工乙：分別為被動土壓 力合力和主動土壓力合力h= taii（ 45+二）9對應于支護結構達到最大承載能力或土體失穩、過大變形導致支護結構或基坑周邊環 境破壞；2正常使用極限狀態：10對應于支護結構的變形已妨礙地下結構施工或影響基坑周邊環境的正常使用功能。基坑側壁安全等級及重要性系數安全等級破壞后果丫 0一級支護結構破壞、土體失穩或變形過大對基坑周邊環境 及地下結構施工影響嚴重1.

7、10二級支護結構破壞、土體失穩或過大變形對基坑周邊環境 及地下結構影響一般1.00三級支護結構破壞、土體失穩或過大變形對基坑周邊環境 及地下結構施工影響不嚴重0.90支護結構的計算?支護結構可分為兩類:-重力式支護結構（加固型）-非重力式支護結構（支擋型）?重力式包括深層攪拌水泥土樁擋墻、旋噴樁帷幕墻?非重力式包括鋼板樁、鋼筋混凝土預制樁、鉆孔灌注樁（排樁）擋墻、地下連續 墻等。二、重力式支護結構計算深層攪拌水泥土樁擋墻是用特制的進入土深層的深層攪拌機將噴出的水泥漿固化劑與 地基土進行原位強制攪拌制成水泥土樁，相互搭接，硬化后即形成具有一定強度的壁狀 擋墻，既可擋土又可形成隔水帷幕。旋噴樁帷幕

8、墻是鉆孔后，將鉆桿從地基土深處逐漸上提，同時利用插入鉆桿端部的旋 轉噴嘴，將水泥漿固化劑噴入地基土中，形成水泥土樁，樁體相連形成帷幕墻。旋噴樁帷幕墻可用作支護結構擋土，也可用于擋水。?（一）原理 重力式支護結構是依靠結構自身重力來維持極限平衡狀態的。?（二）荷載組合-1 土壓力；-2 重力式結構自重；-3 地面超載包括：永久荷載、道路荷載、可變地下水位和施工荷載（施工機械荷載、材料堆放荷載）以及偶然荷載（地震荷載、人防荷載）。重力式結構計算內容：? 1 滑動穩定性驗算? 2 傾覆穩定性驗算11F-/ + E pK L=-Kk:抗滑動穩宦丈個系數3W墻體自重;女基底墻體與土的摩擦系數;Ep被動土

9、壓力合力: 回E主動土壓力合力。2 傾覆穩定性驗算r_ 心+EphpK .抗傾覆穩定安全系數;W墻體自重：b墻體厚度之半;? 3土體整體滑動驗算? 4.坑底隆起驗算? 5.管涌驗算重力式支護結構計算簡圖重力式支護結構主要是深層攪拌水泥土樁墻和旋噴樁帷幕墻，計算簡圖如圖:重力式支護結構計算（滑動穩定性）1 滑動穩定性驗算心和ha分別為和瓦對墻趾A點的力臂。A；1 112重力式支護結構（整體滑動驗算）13于水泥摻量少， 故將 其看作提高了強度的 部分土體， 進行土體 整體穩定性驗算。重力式支護結構計算（基坑隆起） 4.坑底隆起開挖面以下墻體能起幫助抵抗地基土隆起的作用， 宜假定土體沿墻體底面滑動，

10、認 為墻體底面以下為一圓弧，如圖所示。產生滑動力的是和 q,抵抗滑動的則為土體抗剪強度。EO、土體整體滑動驗算水泥土樁擋墻由14對于非理想粘性土，土的抗剪強度為:T- a tan(p+cAB面上&應為水平側壓力，取r= aftancp + c -(7Z+ q ) Katm甲 +cr v= er，ftanp c=(Q F十卩 Qgin a ) sin2atan(p +(q #十y D sina) sinacosa Ktanp cntfftTZ- atan(p + c二yDsin atan(p + /Dsin_a cos aK和Ianp + c將滑動力矩與抗滑力矩分別對圓心O取矩，得抗滑動

11、力矩H77Mr二JezdZ D + rda Q + Jk000將上式積分并整理后得Ai2+ qH D + ；qfD工十D丿23滑動力姬M+ q)D27H-2Mr= Ki( tan0司樁墻底以上基坑內側各土層被動土壓力強度和樁墻底以上基坑外側各土層主動土壓力強度和-當確定懸臂式及單支點支護結構嵌固深度設計值（構造要求）碼小于03H時,宜取hd= 0.3/7當基坑底為碎石土及砂土，基坑內排水且作用有滲透壓力時，嵌固深度設計值還應滿足下式抗滲穩定條件:打A 1 2兒（力一九）懸臂無支撐| 省墻，其壓力分11ft?為主動土壓 力，是三角形分 布，被動土壓力 也是三角形分布 4E心*-E21h幽：地血至

12、地”F水位的高度h:基坑挖深支護結構強度計算? 1、首先尋找最大彎矩作用點。22在哪里？?2、計算最大彎矩值（驗算）如何計算？支護結構計算的其它方法? 1、彈性曲線法? 2、豎向彈性地基梁法（基床系數法） ? 3、有限元法用等值梁法計算單錨、單支支護結構端簡支，彎矩圖的正負彎 矩在（:點轉折，若將甜b梁 在 （:點切斷*并于C點加一 自由支承形成M梁，則 梁上的彎矩將保持不變， 即稱昶梁為Hb梁上機段上 的等值梁。對單錨或單撐支護結 構，地面以下土壓力為 零的位置，即主動土壓 力等于被動土壓力的位置，與反彎點位置較接 近用等值梁法計算單錨、單支支護結構（1）計算土壓力圖中丹b梁一端定一計算方法

13、是等值梁法 S等值梁法的關鍵是如何確定反彎點的位置栓等值梁法23單層支點支護結構計算簡倏(2)基坑底面以下支護結構設定彎矩零點位置e eQ1 tf I k6o24 (3)支點力TCI可按下式計算；二等值梁袪.對反彎點取矩：耳 兒iE肚細垃城知T札嵌固深度的計算25計算內力和配筋 求單層支撐支護結構的最大彎矩 Mmax :?發生在剪力 0 處，根據剪力為 0 求得 Mmax 處的位置 y,進而求得 Mmax。 ?彎矩圖可按靜力平衡條件求得?可以分段配筋，也可以按最大彎矩斷面通長配筋.多錨、多支支護結構的計算?按連續梁計算（等值梁法）?按工況逐一計算 什么是工況？四、支護結構的施工支護結構施工一.

14、支護結構的選型（一） 鋼板樁1 槽鋼鋼板樁2.熱軋鎖口鋼板樁（二）鋼筋混凝土板樁（三）鉆孔灌注樁擋墻（四）H 型鋼支柱（或鋼筋混凝土樁支柱）（五）地下連續墻（六）深層攪拌水泥土樁擋墻（七）旋噴樁帷幕墻鋼板樁1槽鋼鋼板樁 由槽鋼并排或正反扣搭接組成。槽鋼長 68m,多用于深度不超過 4m 的基坑頂部宜設一道支撐或拉錨嵌固深度町設計 值可按下式確定：262熱軋鎖口鋼板樁其形式有U型、Z型、一字型魯H型和組合型。n u型I z型/c_字型25-C鋼筋混凝土板樁該板樁截面帶企口， 有一定的擋水作用. 頂部設圈梁， 用后不再拔除， 永留地基 土中口適于 m基坑*但應用較少。鋼板樁的施工（二） 打設前準備

15、工作1 鋼板樁的檢驗和矯正2 導架安裝3 沉樁機械的選擇打設鋼板樁可用落錘、汽錘、柴油錘和振動錘，前三種皆為沖擊打入法，此法可 使樁錘的沖擊力均勻分布，保護樁頂免受損壞。（三） 鋼板樁的打設和拔除 1 打設方式選擇單獨打入法 即從板樁墻的一角始，逐塊打設，直至工程結束。屏風式打入法 即將 1020 根鋼板樁成排插入導架內，呈屏風狀，再分批施打（按屏風排數，分為單屏風、雙屏風和全屏風）（三）鋼板樁的打設和拔除2 鋼板樁的打設吊車對準插樁，經緯儀加以控制，分幾次打入。注意位置和方向的精度，每打入 1m 應測量一次。3、鋼板樁的拔除拔樁前要研究鋼板樁拔除順序、拔除時間和樁孔處理方法。27拔除宜用振動

16、錘或振動錘與起重機共同拔除。28鉆孔灌注樁擋墻施工? 鉆孔灌注樁擋墻施工? 鉆孔灌注樁施工時無振動，不會危害周圍建筑物等，造價低，有優越性。? 施工速度慢，宜注意質量。? 鉆孔灌注樁的間距由計算確定。? 鉆孔灌注樁用作支護樁時，按鋼筋混凝土正截面受彎構件計算配筋。 深層攪拌水泥土樁墻施工（一）施工機具1 深層攪拌機 中心管噴漿方式 葉片噴漿方式 前者的輸漿方式是水泥漿從兩根攪拌軸間的另一根管輸出；后者是使水泥漿從葉 片的小孔噴出。2 配套機械（灰漿攪拌機、集料斗、灰漿泵。） （二）施工工藝定位 預拌下沉 制備水泥漿 提升、噴漿、攪拌 重復上、下攪拌 清洗、移 位 深層攪拌水泥土樁墻（四）提高水

17、泥土樁擋墻支護能力的措施1. 卸載 挖去頂部一部分以減少主動土壓力2. 加筋 可在墻中壓入竹筋等，有助于提高墻體 穩定性。3. 起拱 將水泥土擋墻作成拱形，在拱腳處設鉆孔灌注樁，可提高其支護能力。 （拱圈支護？）4. 擋墻變厚度 對矩形基坑因邊角效應，在角部的主動土壓力有所減小，故角部 可減薄水泥土擋墻的厚度，以節約投資。五、支護結構的施工監測 一、支護結構監測項目圍護結構的豎向位移與水平位移；坑周土體位移；支撐結構軸力； 臨近建筑物、道路及地下管網等的變形； 地下水位及孔隙水壓力；基坑底隆起量。二 . 支護結構監測常用儀器 支護結構與周圍環境的監測，主要分為應力監測與變形監測。應力檢測主要用機械系統和電器系統的儀器。變形監測主要用機械系統、電器系統和光學系統的儀器。一）變形監測儀器常用的有經緯儀水準儀測斜儀二. 支護結構監測常用儀器 測斜儀是一種測量儀器軸線與鉛直線之間夾角的變化量，進行計算擋墻或土層各 點水平位移的儀器。按工作原理，測斜儀可分為伺服加速度式29