深基坑支护结构的设计计算--118页
深基坑支护结构的设计计算
深基坑支护结构的设计计算深基坑支护结构设计计算是指在进行深基坑施工时，为了保证基坑的稳定和安全，需要设计合理的支护结构来抵抗土压力和地下水力，并进行相应的计算与分析。
下面将从设计原则、支护结构类型、计算方法和实例分析等方面进行详细介绍。
设计原则：1.充分了解地质环境：通过钻孔、地质勘探等手段对周边地质环境进行充分了解，确定基坑边坡的稳定性和地下水情况等。
2.综合考虑安全和经济性：在满足基坑稳定要求的前提下，尽量优化支护结构的形式和尺寸，使其既能保证施工安全，又能降低成本。
3.遵循现场施工管理规范：根据施工组织方案和现场管理要求，进行支护结构设计，确保施工操作的可行性和安全性。
支护结构类型：常见的深基坑支护结构主要有以下几种类型：1.土方支撑法：包括开挖后土侧临时支护、钢支撑、混凝土支撑、钻孔锚杆支护等。
2.桩承台围护法：采用桩承台、连续墙等结构形式围护基坑。
3.地下连续墙法：采用成排的连续墙围护基坑，形成闭合空间。
4.排浆松土法：通过水平和垂直排浆井人工排除地下水，减小土体侧压力。
5.钢结构支护法：采用钢桩和钢板桩等结构形式围护基坑。
计算方法：1.土体侧压力计算：根据基坑周边土体的物理力学参数和基坑的几何形状，采用经验公式或数值模拟方法计算土体的侧压力。
2.支护结构稳定性计算：根据支护结构的形式和受力状况，进行结构的静力分析和稳定性校核，计算结构内力和变形等。
3.变形计算：根据支护结构的刚度和土体的变形特性，利用有限元分析方法或基于弹性平衡原理的计算方法，对基坑的变形进行计算。
实例分析：以一些深基坑工程为例，具体讲解支护结构设计计算的流程和方法。
1.地质环境调查：通过钻孔和地质勘探，了解地质层位、土壤性质、地下水位等信息。
2.施工组织方案：根据地质环境和工程要求，制定合理的施工组织方案，确定基坑开挖的顺序和方法。
3.土体侧压力计算：根据开挖的深度和基坑周围土体的物理力学参数，计算土体的侧压力，并确定开挖时的土压力分布。
深基坑支护设计计算书(钢板桩)
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[ 基本信息 ]
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规范与规程
工况 类型 开挖 加撑 开挖 加撑
深度 (m) 2.000 --5.500 ---
支锚 道号 --1.内撑 --2.内撑
内摩擦角 水下(度)
13.00 33.00
水土
合算 分算
计算方法 m,c,K 值
m法
4.68
m法
18.48
不排水抗剪 强度(kPa)
-----
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[ 支锚信息 ]
└每延米抗弯模量 W(cm3) └抗弯 f(Mpa) 有无冠梁 防水帷幕 放坡级数 超载个数 支护结构上的水平集中力
2200.00 215 无 无 0 1 0
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支锚道数
2
支锚 道号
1 2
支锚类型
内撑 内撑
水平间距 (m)
0.400 0.400
竖向间距 (m)
1.500 3.500
入射角 (°)
深基坑计算
建筑基坑工程仪器监测项目表(GB50497-2009 )
监测项目 基坑类别 （坡）顶水平位移 一级 应测 二级 应测 三级 应测
墙（坡）顶竖向位移
围护墙深层水平位移 土体深层水平位移 墙（桩）体内力 支撑内力 立柱竖向位移 锚杆、土钉拉力 坑底隆起 土压力 孔隙水压力 地下水位 土层分层竖向位移 墙后地表竖向位移 竖向位移 周围建（构） 筑物变形 倾斜 水平位移 裂缝 周围地下管线变形 软土地区 其他地区
注：基坑类别的划分按照国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002执行。
深基坑监测点布置
设置在围护结构里的测斜管，按对基坑工程控制变形的要求， 一般情况下，基坑每边设1～3点；测斜管深度与结构入土深度一样。 围护桩（墙）顶的水平位移、垂直位移测点应沿基坑周边每隔10～ 20m设一点，并在远离基坑（大于5倍的基坑开挖深度）的地方设基 准点，对此基准点要按其稳定程度定时测量其位移和沉降。 环境监测应包括基坑开挖深度3倍以内的范围。房屋沉降量测点 则应布置在墙角、柱身（特别是代表独立基础及条形基础差异沉降 的柱身）、门边等外形突出部位，测点间距要能充分反映建筑物各 部分的不均匀沉降为宜。 立柱桩沉降测点直接布置在立柱桩上方的支撑面上。每根立柱 桩的隆沉量、位移量均需测量，特别对基坑中多个支撑交汇受力复 杂处的立柱应作为重点测点。对此重点，变形与应力量测应配套进 行。 在实际工程中，应根据工程施工引起的应力场、位移场分布情 况分清重点与一般，抓住关键部位，做到重点量测项目配套，强调 量测数据与施工工况的具体施工参数配套，以形成有效的整个监测 系统。使工程设计和施工设计紧密结合，以达到保证工程和周围环 境安全和及时调整优化设计及施工的目的。
（2）对于土压力的分析和计算采用朗肯理论和库仑 理论。朗肯土压力理论是根据土的应力状态和极限平衡 建立的，分析时假设①墙后填土面水平；②墙背光滑。 各类软件计算依据的规范为《建筑基坑支护技术规 程》 （JGJ120-99）。
深基坑钢管桩支护方案设计检算
目录1 基坑支护总体概况 (2)1.1支护结构布置 (2)1.2支护参数选定 (3)2 基坑支护稳定性计算 (4)2.1ML19#墩承台基坑支护验算 (4)2.2MR21#墩承台基坑支护验算 (7)3 结论及建议 (10)1 基坑支护总体概况1.1 支护结构布置XXXX立交桥与铁路线路斜交角为80.1度。
上部采用左右分幅箱梁，每幅孔跨布置为2×56mT构，桥梁部分全长112m,其中2×44m为转体施工段。
平面上左右幅桥主墩采用错孔布置，右幅桥主墩承台距陇海铁路防护栏7.56m,左幅桥主墩承台距陇海铁路防护栏7.47m。
承台基坑开挖施工中，为防止边坡失稳，同时为减小对一旁铁路路基影响，故在开挖过程中需对基坑进行支护，如下图所示：图1.1 M R21#墩承台基坑支护平面图（单位:m）图1.2 M L19#墩承台基坑支护平面图（单位:m）图1.3 M R21#墩承台基坑支护立面图（单位:c m）图1.4 M L19#墩承台基坑支护立面图（单位:c m）1.2 支护参数选定1.2.1 支护材料工程量工程项目及材料名称数量长度(m) 重量(kg)ML19#墩12m长Ф600×10mm钢管桩43 12 75078 I32工字钢 2 4.9 565.46I32工字钢 2 27.9 3219.66I32工字钢 2 10.9 1257.86C20护壁砼18.67（m3）MR21#墩12m长Ф600×10mm钢管桩42 12 73332 I32工字钢 2 5 577I32工字钢 2 27 3115.5I32工字钢 2 11 1269.4C20护壁砼15.09(m3)合计12m长Ф600×10mm钢管桩148.4（T）I32工字钢10.005（T）C20护壁砼33.76（m3）ML19#墩基坑开挖：3358.68方，MR21#墩基坑开挖：2782.76方1.2.2 支护土层参数根据设计图纸中设计说明及现场实地勘查，该地区土质主要为失陷性黄土质，属于低液限粉质粘土，经查《公路桥涵地基与基础技术规范》（JTG D63－2007）、《土力学》、《建筑地基与基础设计规范》（GB50011－2010）等相关资料可取以下相关的参考特性值。
深基坑支护结构理论计算方法
深基坑支护结构理论计算方法摘要：本文介绍了常用的深基坑支护结构理论计算方法，将认可度比较高的计算方法进行了归纳，可为相关理论分析提供参考。
关键词：深基坑；基坑支护；理论分析0引言在深基坑支护结构理论计算方法的研究上，目前比较成熟且认可度较高的主要有以下三大类：经典方法、弹性地基梁法、有限元法[1]。
1经典方法经典方法主要有静力平衡法、等值梁法、Terzgahi法、弹性曲线法、等弯矩法及等轴力法[1][2]。
经典方法是基于力的平衡这一基础建立的理论方法。
这种方法主要是选用单位宽度受侧向荷载的梁系作为研究对象，如经典的等值梁法和1/2切割方法等，采用的土压力理论中，既有经典的朗肯土压力理论，也有Terzgahi-Peck表观土压力理论[3]。
该方法将围护结构看作是一条插入土体的竖向梁，假设支撑点固定不动，围护结构即成为一个受土压力的作用的多支承点的梁。
这种方法计算简便，适合手算，可近似的得出围护结构的内力，但计算结果误差较大，且无法同时求出围护结构的位移，无法根据施工情况的变化，求得围护结构确切的内力值。
而在计算机的大范围普及和有限元方法的不断推广情形下，该方法的应用也越来越少。
总之，由于经典方法无法分析不同施工工况下的内力情况，且未考虑土体与围护结构的变形因素，导致该方法逐渐散失了其原有地位。
2弹性地基梁法2.1 弹性地基梁法弹性地基梁法是基于经典法发展起来的一种改进型计算方法，该方法是在经典法的基础上，将土的作用等效成一系列弹簧的弹力作用，同时将支撑与锚杆也用弹簧进行替代，这样可以把整个支护结构看成是一弹性支撑的地基梁。
而计算弹簧刚度的方法有m法、E法、C法等，土压力理论一般采用经典的土压力理论，如库伦土压力理论及朗肯土压力理论。
弹性地基梁的解法主要有结构力学方法、解析法和有限元数值法等。
为方便计算，弹性地基梁法对支撑受力和桩入土段的受力进行了简化：在下一道支撑完成后，假设上一道支撑受力不变；对于入土段的受力情况作了两点假设，一是在土压力达到极限被动土压力时，可通过力的平衡进行求解，二是假定入土段的受力和变形有关[4]。
深基坑支护类型与设计计算
对该截面求矩即得最大弯矩Mmax Mmax=143.35×(5.55／3+4)+51.66×4×4／ 2+4.655× 42×4／3-28.56×4×4／2-19.38×42×4／ 3=709.4kNm 至此计算完毕，接着可按最大弯矩选择适当的桩径、 桩距和配筋。但尚应注意计算所得Mmax是每延米桩排 的弯矩值，应乘以桩距，才是单桩弯矩设计值。
图2-8 单锚精选深pp埋t 算例图
解：1.计算模型如图2-6所示。
沿桩排方向取1m长度计算土压力计算见表2-9,表2-10
2.求反弯点位置
反弯点位置可以桩前后土压力为零点近似确定： 35.489+5.403D1=57.288D1 解出：D1=0.68m
表2-10 被动土压力计算表
计算深
2C·
参数
9.8
14
-4.2
14
14
0
Ka=0.49 C 6.0
114
134
65.66
14
51.66
=0.7 O 6+Dmin 114+19Dmin 134+19min 65.66+9.31min 14 51.66+9.31min
注：A点负值不计，B点的深度Z0根据 (2C K a )=(γ·Z0+q)·Ka求得
精选ppt
图 单锚浅埋支护结构计算图
精选ppt
2、单支撑（锚杆）深埋板桩计算（等值梁 法）
精选ppt
精选ppt
简化计算的力学模型： 单支撑（锚杆）视为绞支，下端为固定端，
中间有一截面的弯矩为零，叫反弯点， 为简化计算，常用土压力强度等于零的 位置代替反弯点位置，示为一绞支。ac 梁即为ab梁上ac 的等值梁。 计算时考虑板桩墙与土的摩擦力，板桩墙 前与墙后的被动土压力分别乘以修正系 数如表，为安全其间对主动动土压力不 折减。
深基坑锚杆支护结构的设计计算及检测
项目 材料 １ 的弹性模 量
材 料 ２的 弹性 模 量
［ ］ 陈祖 煜， １ 高 峰． 地基承载力的数值分析方法［ ］ 岩土 工程 Ｊ．
学报 ，９ ７ １ （ ） ６１． １９ ，９ ５ ：—３
相对误差／ ％ ００ｌ ．４
１０ ２ ３０６
１ ￣ ３７ ＠ ｇ ２ ０ １ １年 ６
８ 膂
≤Ｎ ｃ ｓ ｏ０
张 然 基 锚 支 结 的计 算 检 浩 ： 坑杆护构设计及测 深
量和单位时间 内允许变化量 。
（） １
・・ ３ １
锚杆承载力可按下式计算 ：
２ 锚 杆支 护 的工程应 用
２ １ 场地 工程 地质 条件 ．
力 、 杆 锚 固段 和 自 由段 长 度 ， 锚 杆 锚 索 的断 面 尺 寸 。 锚 计算
一
端锚固于地基 的土层或岩层 中 ， 以承受结构 物的上托 力 、 拔 拉
通过分析确定 锚杆层 数 、 问距 、 角等 ， 此基础 上计 算锚 杆轴 倾 在
般在基 坑施工 中， 先挖 到锚杆标高 处 ， 然后进行锚 杆施 工 ，
会对 收敛性产 生影 响， 本文计 算 中， 两个参 数分别 取 Ｏ ７— 在 这 ． ０ ９ 都能够快速地收 敛到最优 值。本 文工 作对 于进一步研 究复 ．，
设置差异进 化算法 的最大迭代步数 ２０ ０ 种群数 ３ ， ０ ， Ｏ 缩放因 杂 地基 的 承载 力 和 力 学 行 为 分 析具 有 重 要 的 意 义 。 子 Ｆ＝ ． ， ０ ８ 交叉因子 Ｃ ０ ７ 以式 （ ） Ｒ＝ ． ， ４ 为适应值 函数 ， 进行参 数 参 考 文 献 ： 的搜索 （ 见表 ２ 。 ）
深基坑支护毕业设计计算书
基坑工程计算书(复核\15米)1.内力计算主动土压力系数：Ka=tan 2(45°-ϕi/2) 被动土压力系数：Kp=tan 2(45°+ϕi/2)计算时，不考虑支护桩体与土体的摩擦作用，且不对主、被动土压力系数进行调整，仅作为安全储备处理。
计算所得土压力系数表如表2-1所示：表1-1主动土压力计算：由于分层土体前三层性能相差不大，ϕ、C 值取各层土的，按其厚度加权平均。
1） 现分三层土○1、○2、○3计算 ○1号土层为原土层1、2、3层土；1 1.30.8 1.711.511 1.511.60.8 1.7 1.5ϕ⨯+⨯+⨯==++ 130.88 1.711 1.58.13()0.8 1.7 1.5c kPa ⨯+⨯+⨯==++ ○2土层为原4号层土019.1ϕ=，241.3()c kPa =○3土层为原5号层土028ϕ=，25()c kPa =02111.6tan (45)0.6652ka =-= 020219.1tan (45)0.5072ka =-=02328tan (45)0.3612ka =-= 020111.6tan (45) 1.502kp =+=02219.1tan (45) 1.972kp =+= 020328tan (45) 2.782kp =+=○1号土层顶部1200.66528.130.04()a k e kPa =⨯-⨯=○1号土层底部()11180.8 1.7 1.520247.92()a d e ka c kPa =⨯+++-=⎡⎤⎣⎦○2土层顶部()22180.8 1.7 1.520212.17()a e ka c kPa =⨯+++-=-⎡⎤⎣⎦○2土层水位处()221842019227.1()a s e ka c kPa =⨯++⨯-=○2土层底部()()()222184201922 6.46 6.467.1 1.9729.07()a d w e ka c ka kPa γ=⨯++⨯----⎡⎤⎣⎦=+=○3土层顶部()3318420192190.420.40.40.36146.12()a e ka c kPa =⨯++⨯+⨯-⨯⨯=○3土层基坑底部()3318420192190.4 1.6518248.43()a j e ka c kPa =⨯++⨯+⨯+⨯-=被动土压力计算基坑顶部22516.67()p e c kPa ==⨯=支护桩底部32 6.9518 2.7825364.65()pd p e h kp c kPa γ=+=⨯⨯+⨯='3218 2.26 2.7825129.76()pd p e h kp c kPa γ=+=⨯⨯+⨯=设定弯矩零点以上各土层压力合力及作用点距离的计算18.31ha m = 214117.643ha m=⨯+= 32 1.26 4.31 5.153ha m =⨯+= 41 1.1415 6.4 4.69 4.293ha m =⨯+--= 51 1.65 2.26 3.0852ha m=⨯+= 61 1.65 2.26 2.813ha m =⨯+= 71 2.26 1.132ha m=⨯=814.69 2.3452ha m=⨯= 12 2.26 1.513hp m =⨯= 21 2.26 1.132hp m =⨯= 32 4.69 3.133hp m=⨯=414.69 2.342hp m=⨯= 10.0440.16(/)a E kN m =⨯= 2447.92/295.84(/)a E kN m =⨯= 3 1.2612.17/27.67(/)a E kN m =-⨯=- 4 1.148.92/2 5.08(/)a E kN m =⨯= 5 1.6546.1276.1(/)a E kN m =⨯= 6 1.65 2.31/2 1.91(/)a E kN m =⨯= 748.43 2.26/254.73(/)a E kN m =⨯= 848.43 4.69/2113.57(/)a E kN m =⨯=()1129.7616.67 2.26/2127.79(/)p E kN m =-⨯= 216.67 2.2637.67(/)p E kN m =⨯=()3 4.69364.65129.76550.82(/)2p E kN m =-⨯=4129.76 4.69608.57(/)p E kN m =⨯=本工程设计按施工顺序开挖时：1） 第一层支护开挖至第二层支护标高时： 通过计算得右图按11a k p ke e =计算基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至坑底面的距离0.65c h m=111a ac p pcc T ch E h E T h h -=+∑∑解得：146.13/c T kN m=所以设计值：'111.25 1.2546.13/57.7/c c T T kN m kN m==⨯=2） 开挖至设计基坑标高时：按11a k p ke e =计算基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至坑底面的距离1.60c h m=112a ac p pcc T ch E h E T h h -=+∑∑解得：2104.54/c T kN m=所以设计值：'221.25 1.25104.54/130.68/c c T T kN m kN m==⨯=2、整体稳定验算整体稳定采用瑞典分条法计算：1）按比例绘出该支护结构截面图，如图所示，垂直界面方向取1m 计算。
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eajk=σajkKai-2cikKai1/2 式中
(13-1)
eajk=σajkKai-2cikKai1/2 ＋
［（zj-hwa）-(mj-hwa)ηwaKai］γw （13-2）
σajk算---;作用于深度zj处的竖向土压力,可按式(13-4)计
cik
---三轴试验确定的第i层土固结不排水(快)剪黏 聚力;
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2021/计内容与步骤
1 了解工程环境:邻近建筑(构)物及地下管线的
现状及其对变位的敏感程度,测量其至基坑开挖线
的距离;
2 阅读地下室及基础结构图;确定基坑开挖深
度及开挖范围;确定电梯井等局部加深的情况;
3 阅读工程地质报告,了解分析各层土的物理
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１ 对于碎石土及砂土
（1）当计算点位于地下水位以上时：
eajk=σajkKai-2cikKai1/2
(13-1)
（2）当计算点位于地下水位以下时：
eajk=σajkKai-2cikKai1/2 +
+［（zj-hwa）-(mj-hwa)ηwaKai］γw
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(13-2)
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根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99，作用 在支护结构上的主动土压力（水平荷载标准值）
eajk应按当地可靠经验确定．当无经验时可按下列
规定（朗肯理论）计算（图１３－３）．这次 建筑基坑支护技术规程JGJ120修订，土压力仍然 采用朗肯理论。
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图１３－３主动土压力计算简图
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如果墙体在土压力的作用下,发生向基坑 内绕墙底转动或移动(图13-2a),静止土压力逐 渐减小,直到将墙体挤压到即将离开土体时的 极限状态,即主动极限平衡状态,此时土压力达 到最小值,称为主动土压力.
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图13-2产生主动或被动土压力的情况
(a) 主动土压力；(b) 被动土压力
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如果墙体在外力的作用下,挤压土体(图 13-2b),压力从静止土压力逐渐增大,直到土体 即将破坏时的极限状态,即被动极限平衡状态, 此时土压力达到最大值,称为被动土压力.
力学性质及地下水情况;
4 通过综合比较选取最佳支护及地下水处理
方案,包括支护结构的各部分尺寸;
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5 确定作用于支护结构上的荷载,即计算水 压力、土压力;
6 计算支护结构的嵌固深度、内力、锚固 力、变形量;
7 整体稳定性验算,抗隆起、抗管涌的措施; 8 6和7须经过试算,调整支护方案及其各部分 尺寸; 9 结构设计,绘制施工图
a 经典法：（可用于）
1°单层支锚浅埋结构的设计计算及 例题
2°悬臂结构的设计计算（略）
3°单锚深埋结构的设计计算（略）
4° 多层支锚结构的设计计算（略）
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3
主要参考资料
1 《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99及部分修订 内容
2 《岩土锚固》，程良奎 范景伦 韩军 许建平 3 《 建筑地基基础设计规范》GB50007-2002 4 《地基与基础》，天津大学 西安冶金建筑学院 哈尔滨建筑工程学院 重庆建筑工程学院，顾晓鲁总成
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第三部分主要内容
一 深基坑挡土结构的设计内容与步骤
b 弹性法
二 荷 载 计 算（土压力计算）
1°弹性法的基本挠曲方程
１主动土压力计算
2°弹性抗力系数的数值解法
２土体水平抗力的计算
c 弹塑性法
３关于土压力经验修正的讨论
工程应用很少（略）
４土压力计算中水土合算与水土分算 四 支护结构的稳定性验算
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二 荷载计算（土压力计算）
作用在支护结构上的荷载主要 就是土压力.土压力有主动土压力、 被动土压力和静止土压力. 主动土压 力最小,被动土压力最大,静止土压力 在两者之间.
如果支护结构(墙体)不产生任 何移动和转动,这时土体对墙体产生 的土压力称为静止土压力.
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图13-2产生主动或被动土压力的情况
(a) 主动土压力；(b) 被动土压力
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目前除了这三种特殊平衡状态以外的土压力 还无法计算.
试验表明,土压力要降低到主动土压力的数 值,挡土结构顶部的水平位移需达到该结构挡土 高度的1~5 ‰；而要达到被动土压力的数值,这 种位移要大得多,约为挡土高度的2~5 %,是达到 主动土压力的15~50倍.在实际工程中主动土压 力容易达到,被动土压力不一定能达到.表13-1列
厍仑理论假定挡土墙是刚性的；墙后填土是 无粘性砂土；当挡土墙墙身移动产生主动土压力或 被动土压力时，滑动土体是沿着墙背和一个通过墙 踵的平面滑动的，假定滑动土体是刚体。朗肯理论 和厍仑理论最大的差别是朗肯理论不考虑摩擦力， 因此求得的主动土压力偏大，被动土压力偏小，用 于设计挡土墙是偏于安全的。而且公式比较简单， 所以被广泛采用。
问题的讨论
1 支护结构嵌固稳定性①
三 支护结构的设计计算（此处支护结构 主要指排桩、地下连续墙）
１支护结构的受力特征 ２支护结构的设计计算方法简介
2 支护结构整体滑动稳定性② 3 基坑底部抗隆起稳定性③ 4 基坑底部抗管涌稳定性④ 5 基坑底部抗渗流稳定性⑤
３支护结构的设计计算：
五 土钉支护的设计与应用
zj---计算点深度;
hwa---基坑外侧水位深度; h ---基坑深度; mj---计算参数,当zj<h 时,取zj,当 zj≥h时,取h; ηwa---计算参数,当hwa<h 时,取1,当 hwa≥h时,取0;
出了国外有关规范规定达到主动极限状态和被动 极限状态所需的变形值.
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表13-1 发挥主动和被动土压力所需的变位
表中：H、D—地面、基坑底至挡土墙底的高度；
y—水平位移；h0—挡土高度。
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主动土压力计算
主动土压力计算一般采用经典土压力理论---厍 仑理论和朗肯理论.
深基坑支护工程设计与检测
—事故分析、相关规范与工程实例
第三部分 深基坑支护结构的设计计算
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深基坑支护结构主要指深基坑的挡土 桩或挡土墙与锚杆或内支撑相结合的挡土 结构,也包括土钉墙、复合土钉墙等其它形 式的支护结构。
挡土桩主要指钢筋混凝土预制桩、灌 注桩、人工挖孔桩和钢管桩、钢板桩等； 挡土墙主要是钢筋混凝土地下连续墙，型 钢水泥土连续墙等。