基坑工程给学生

Σ
3
(1)入土较浅时单支点 桩（墙）支护结构 的计算
(K P γ
γ (
P
P
) a
P
t
K a)
xm
O
4
u
a
2 E(h a -h 0 )-EP (h-h 0 +u+ 3 t)=0
Ra E EP
根据最大弯矩处的剪力为零，求出剪力为零的位置
xm
求出最大弯矩
2( E - Ra )
( K p - Ka )
第十章 基坑工程
10.1。1 基本概念 ●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：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：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：构成基坑围体的某一侧面。 ●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。
3）求出有效深度
t
6Q0 (K P Ka )
10.2.3 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
10.5 基坑的稳定性分析
(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



安全可靠性：确保基坑和周边环境的安全 经济合理性 施工便利性 工期保证性 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。
hd
ksi ic
h
hw
(2)基坑底土突起稳定性
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。
hs
hs KTY 1.1 ~ 1.3 wH
图 基坑底抗突涌稳定性验算
h
10.1.4 作用于支护结构上的荷载及土压力计算
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。

静力平衡条件为：∑x=0和∑M=0 1)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ep1 4)计算桩底墙后主动土压力ea2及墙前被动土压力ep2
5)根据静力平衡条件为：∑x=0和∑M=0
10.2 排桩、地下连续墙支护结构
排桩：是指以某种桩型按队列式布置组成的基 坑支护结构。 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
(1) 极限平衡法 也叫静力平衡法，墙前 为被动土应力，墙后 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。
因
1 E P ( K P K a )t 2 代入上式可得 2
t
3
(K P Ka )
6 E
t
6( u kt/ t
k
/ t
— 插入深度增大系数，通常取1.1~1.4

可求得最大弯矩点距土压力点为零点0的距离 为
hd
ht
Ea
ep,d
D
ea,d
基坑整体稳定性分析
MP-----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
10.5.4 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
qO A
z
h
dz
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。
xm
(K P Ka )
2 E
而此处的最大弯矩为：
M max ( h u x m ha ) E
3 ( K P K a )xm
6
10.2.2 单层支锚桩（墙）计算
在支护结构顶 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。
0
a 2 1
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
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。
上两式中只有Z和t两个未知数，求解可解出t 安全起见，实际嵌入基坑底面下的入土深度为

t c u (1.1 ~ 1.2)t
6)计算桩(墙)最大弯矩Mmax
(2) 布鲁姆简化计算法
2
1
Σ
3
(K P γ
P
γ (
P
) a
P
t
K a)
xm
O
4
u

简化图如上图，桩底部后侧被动土压力以集中 / 力 E P 代替，由桩底部C点的力矩平衡条件： t ( h u t ha ) E E P 0 3
i i 0 i i i 0 i i i
h
i
10.5.3 基护结构踢脚稳定性分析
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。
q
h
B
ea,b
2 EP ( ht hd ) MP 3 KT 1.0 1.5 EP M a ( 1 e 1 e )( h h )2 a ,b a ,d t d 6 3
hd
d a
a
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。
q f=rh +qO E 基坑底面 O B
Tz
C
z
计入墙体极限平衡弯矩抗隆起计算图
Tz
Tz
qf+r h d sina
k a(q f+r h d sina)
ds
AB: BC:
z/ ( rz q )ka tan c z// ( q f rd sin )sin 2 tan ( q f rd sin )sin cos ka tan c z/// rd sin 3 tan rd sin 2 cos ka tan c

(1) 放坡开挖简易支护
■ (2)
悬臂式支护结构
1、无支撑或锚杆施工，工 期较短； 2、适合开挖较浅工程、地 质条件好、环境保护低的基坑； 3、对土的性质和荷载大小 较敏感； 4、坑顶水平位移及结构本 身变形较大。



(3) 水泥土重力式围护结构 1、水泥土相互咬合较好，比较均匀，桩体连 续性好，强度较高； 2、即可挡土也可隔水； 3、适合任何平面形状，施工简便； 4、坑顶水平位移，需要较大的坑顶宽度。 5、环境保护要求高，地层软弱时慎用。
a b
弯矩的反弯点在b点， 该点弯矩为零，取ab段 为等值梁 图a 等值梁法基本原理
a
b
a
b
0
a
a
a
Σ
O
t u
0
u
Σ
0
a
tc
O
P
P
γP (
) a
图b 等值梁法简化计算
t
t
0
1）确定反弯点的位置 2）求支点反力和O点剪力
R a ( h h u ) 0
E(h ha u)
E(ha h0 ) QO h h0 u
CE:
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
（2）太沙基和普朗德尔抗隆起稳定分析
qO
2 hd N q cN c kL 1.2 ~ 1.3 1 ( h hd ) q0
Nc,Nd----地基承载力系数
B
h
T
r2 hd
hd
r1 (h+hd )+q
z t E [( e p 3 e p 3 ) (e p 2 ea 2 )] (e p 3 ea 3 ) 0 2 2 z z t t E ( t y) [( e p 3 e a 3 ) (e p 2 e a 2 )] (e p 3 e a 3 ) 0 2 3 2 3