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1、第十章 基坑工程10.1。1 基本概念 基坑基坑：是指为了修筑建筑物（包括构筑物）的基础与地下室、埋设市政工程管道以及开发地下空间（如地下车站、商场等）所开挖的地面以下的空间。基坑支护基坑支护：是指为保护地下结构及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境所采取的支挡、加固及保护等工程措施。周边环境周边环境：基坑开挖影响范围内包括既有建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体及地下水体的通称。基坑侧壁基坑侧壁：构成基坑围体的某一侧面。支撑体系支撑体系：由钢或钢筋混凝土构件组成的用以支撑基坑侧壁的结构体系。n基坑工程的特点1.多为临时性结构，安全储备小、风险大；2.区域性强，具有很强的个性，与
2、地质、结构、工况、环境条件等密切相关；3.技术综合性强；岩土工程知识和经验 建筑结构和力学知识 施工经验 工程所在地的施工条件和经验4.土压力的特点；5.很强的时空效应。10.1.2 基坑工程的类型及适用条件n(1)放坡开挖简易支护(2)悬臂式支护结构n1、无支撑或锚杆施工，工期较短；n 2、适合开挖较浅工程、地质条件好、环境保护低的基坑；n 3、对土的性质和荷载大小较敏感；n 4、坑顶水平位移及结构本身变形较大。n(3)水泥土重力式围护结构n 1、水泥土相互咬合较好，比较均匀，桩体连续性好，强度较高；n 2、即可挡土也可隔水；n 3、适合任何平面形状，施工简便；n 4、坑顶水平位移，需要较大
3、的坑顶宽度。n 5、环境保护要求高，地层软弱时慎用。(4)内撑式支护结构（5）拉锚式支护结构（6）土钉墙支护结构10.1.3基坑支护工程设计原则和设计内容n 安全可靠性安全可靠性：确保基坑和周边环境的安全n 经济合理性经济合理性n 施工便利性施工便利性n 工期保证性工期保证性n 技术先进性技术先进性基坑工程规划、设计、施工及检测内容（1）基坑内建筑场地勘察和基坑周边环境勘察。（2）支护体系方案技术经济比较和选型。（3）支护结构的强度、稳定和变形以及基坑内外土体的稳定性验算。（4）基坑降水和止水帷幕设计以及支护墙的抗渗设计。（5）基坑开挖施工方案和施工检测设计。10.1.4 作用于支护结构上的荷
4、载及土压力计算 作用于支护结构上的荷载通常有：土压力、水压力、施工荷载、地震荷载及其它荷载。其计算方法有“水土分算”法和“水土合算”法。砂性土和粉土适合水土分算法，粘性土适合水土合算法。工程上通常按朗金土压力理论计算，实际工程中土压力和水压力随着开挖过程逐渐变化，是动态的。根据土的软硬不同，呈现下面三种不同的分布规律。10.2 排桩、地下连续墙支护结构n排桩排桩：是指以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构。n地下连续墙地下连续墙：是指用机械施工方法成槽浇注钢筋混凝土形成的地下墙体。常用钢板桩截面10.2.1 悬臂式桩(墙)计算n(1)极限平衡法极限平衡法也叫静力平衡法，墙前为被动土应力，墙后
5、为主动土应力。当单位宽度板桩墙两侧所受的净土压力相等时，板桩墙处于稳定，相应的板桩入土深度即为保证板桩稳定性所需的最小入土深度。静力平衡条件为：x=0和M=01)计算桩底墙后主动土压力ea3及墙前被动土压力ep3，然后求出土压力为零的点。2)计算O点以上土压力合力 E,求出其位置。3)计算O点处墙前及墙后土压力ea1及ep14)计算桩底墙后主动土压力ea2及墙前被动土压力ep25)根据静力平衡条件为：x=0和M=002)(2)()(332233 teezeeeeEapappp032)(32)()()(332233 tteezzeeeeytEapapapn上两式中只有Z和t两个未知数，求解可解出
6、t安全起见，实际嵌入基坑底面下的入土深度为tutc)2.11.1(6)计算桩(墙)最大弯矩Mmax(2)布鲁姆简化计算法OPPa()K()a-KPP4312xmtun简化图如上图，桩底部后侧被动土压力以集中力 代替，由桩底部C点的力矩平衡条件：/PE03)(PaEtEhtuh0)()(6)(63 aPaaPKKEhuhtKKEt 因2)(21tKKEaPP 代入上式可得tkuttc/插入深度增大系数，通常取1.11.4/tkn可求得最大弯矩点距土压力点为零点0的距离为)(2aPmKKEx 而此处的最大弯矩为：6)()(3maxmaPamxKKEhxuhM 10.2.2 单层支锚桩（墙）计算 在
7、支护结构顶端设一支撑，可简化为一铰连接，但桩下端的支承情况与入土深度有关。(1)入土较浅时单支点桩（墙）支护结构的计算 (P)aP-KKPa)P3Omx421utaa0a0P02E(h-h)-E(h-h+u+t)=03aPREE根据最大弯矩处的剪力为零，求出剪力为零的位置2(-)(-)ampaE RxKK求出最大弯矩3max01()()()6amamPamME hhuxR hhuxKKx(2)入土较深进单支点桩（墙）支护结构的计算当桩入土较深时，桩前后均出现被动土压力区，相当于上端简支下端固端的超静定梁，工程上用等值梁计算abbaab弯矩的反弯点在b点，该点弯矩为零，取ab段为等值梁图图a 等
8、值梁法基本原理等值梁法基本原理P(a)Pa0OtuatctPtaau000O图图b 等值梁法简化计算等值梁法简化计算 1）确定反弯点的位置2）求支点反力和O点剪力()()0E h huaRah hu3）求出有效深度00()aOE hhQh hu06()PaQtKK10.2.3 多支点桩（墙）计算 计算方法：等值 梁法、连续梁法、1/2分担法、弹性支点法、有限元法(1)连续梁法计算简图简化成多跨连续梁（2）支撑荷载的1/2分割法每道支撑承担相邻两个半跨的土压力值，最大支座弯矩为M=ql2/10 对于基坑工程，为了确保施工阶段基坑的稳定性，都必须将墙伸入到基底下某一深度，这段长度称谓入土深度。对于
9、板桩墙之类的围护结构，入土的哪部分材料是可以回收的，但对于地下墙工程，入土部分则无法回收，因此，为了节省造价，保证施工安全的前提下，应尽量减短入土深度。归纳起来主要是基坑的整体失稳、隆起失稳、管涌失稳、底鼓失稳等几方面的问题。10.5 基坑的稳定性分析(a)支撑强度刚度不够(b)支撑强度刚度不够滑移面(c)踢脚引起隆起失稳(d)砂地层管涌失稳(e)底鼓失稳不透水层承压水10.5.2 基坑整体稳定性分析 对直立土坡进行稳定性分析，确定支护结构的嵌固深度。基坑整体稳定性分析qhhd00()costan()siniiiiiiSFiiiC Lq bWKq bW10.5.3 基护结构踢脚稳定性分析hh基
10、坑整体稳定性分析DdqBhtea,bea,dp,de2,2()31.01.511()()63PtdPTaa ba dtdEhhMKMeehhMP-基坑内侧被动土压力对B点的力矩Ma-基坑外侧BD段主动土压力对B点的力矩 在水平力作用下，基坑内土体可能因踢脚破坏而出现不稳定现象。破坏时以支点B为转动点。EPEa10.5.4 基坑底抗隆起稳定性分析（1）考虑墙体极限弯矩的抗隆起稳定分析 基坑开挖会不会引起隆起，取决于地质条件，入土深度及基坑尺寸形状等。产生滑动的力为土体重量及地面超载。抵抗滑动力则为滑动面上土体的抗剪强度。计入墙体极限平衡弯矩抗隆起计算图dhhCTzqzTTzOABEzdzO+qO
11、=rh基坑底面zadafq/2/32()tan(sin)sintan(sin)sincostansintansincostanzazffazarzq kcqrdqrdkcrdrdkcAB:BC:CE:+r h sinafqd+r(qh sina)fdkads将抗滑力和滑动力分别对园心0点取力矩，可以得出书上10.40和10.41公式qOhdh+qrh2ddr1(h+h)TB（2）太沙基和普朗德尔抗隆起稳定分析）太沙基和普朗德尔抗隆起稳定分析2101.2 1.3()dqcLdh NcNkhhqNc,Nd-地基承载力系数(1)基坑抗流砂稳定性图 基坑抗流砂验算dhhwh1.5 2.0scsk iik 当基坑面以下的土为疏松的砂性土时，而且又作用着向上的参透水压，如果由此产生的动水坡度大于砂土层的极限动水坡度时，砂土颗粒就会处于冒出状态，基坑底面丧失稳定性，产生流砂现象。i-动水坡度动水坡度,i=hw/LL-产生水头损失的最短流线长度产生水头损失的最短流线长度 ，L=h-hL=h-hw w+2h+2hd d11scdie为极限动水坡度为极限动水坡度(2)基坑底土突起稳定性图 基坑底抗突涌稳定性验算hsh 如果基底下有薄的不透水层，而且在不透水层下面有较大水压的滞水层，当土重不足以抵抗下部的水压时，基坑就会隆起。1.11.3sTYwhKH
