第二章 水平荷载与水平抗力标准值
建筑基坑支护试卷习题及标准答案.doc
填空（每空 1 分，共 15 分）1、详勘阶段的工作分为：工程地质勘察、水文地质勘察。
2、库仑土压力理论的基本原理是根据主动和被动极限状态下的滑动土楔的平衡状态和滑动面上的剪应力已达到极限的条件来求解的。
3、目前分析基坑土体稳定性的方法：工程地质类比法、力学分析法。
4、护结构的设计理论：挡墙设计理论、等值梁法、弹性支点法、有限元法。
5、水泥土桩可分为：搅拌桩和旋喷桩两种。
6、基坑控制地下水位的方法：降低地下水位和隔离地下水两类。
7、详勘阶段的工作分为：工程地质勘察、水文地质勘察。
8、朗肯土压力理论的假设：假设墙体是刚性的、墙后土体表面水平墙后土体为极限平衡状态、墙背为竖直光滑的平面。
9、目前运用最多的地基模型：文克尔地基模型、弹性半空间模型、有限压缩层模型。
10、支撑体系包括：钢筋砼支撑、冠梁、腰梁和立柱等。
11、根据地下水有无压力，水井可分为：承压井和无压井。
12、基坑监测可确保支护结构和相邻建筑物的安全。
概念解释（每小题 3 分，共 15 分）1、建筑基坑：指为进行建筑物地下基础或地下室的施工而开挖的地面以下的空间。
2、基坑周边环境：基坑开挖后，影响范围内的既有建筑物、道路、地下管线、地下设施、岩体及地下水体等。
3、基坑支护：为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固和保护措施。
4、水平荷载：基坑支护结构上的主动土压力。
5、水泥土墙：是由水泥土桩相互搭接形成的壁状、格栅状、供状等形式的重力式支护结构。
6、建筑基坑：指为进行建筑物地下基础或地下室的施工而开挖的地面以下的空间。
7、基坑支护：为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固和保护措施。
8、水平抗力：基坑支护结构上的被动土压力。
9、地下连续墙：由机械成槽，浇灌钢筋砼形成的地下墙体支护形式。
10、土钉：是用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。
简答题（每小题 5 分，共 30 分）1、岩土勘察报告中与基坑工程相关的部分有哪些答：⑴与基坑开挖相关的场地条件，土质条件和工程条件；（ 1 分）⑵提出处理方式，计算参数和支护结构选型的建议；（1 分）⑶提出地下水控制方法，计算参数和施工控制建议；（1 分）⑷提出施工方法和施工中能遇见的问题，并提出防治措施；（ 1 分）⑸对施工阶段的环境保护和监测工作的建议。
(施工手册第四版)第二章常用结构计算2-1 荷载与结构静力计算表
2 常用结构计算2—1 荷载与结构静力计算表2—1-1 荷载1．结构上的荷载结构上的荷载分为下列三类:（1）永久荷载如结构自重、土压力、预应力等.（2)可变荷载如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪活载等。
（3）偶然荷载如爆炸力、撞击力等。
建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。
对永久荷载应采用标准值作为代表值。
对可变荷载应根据设计要求，采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。
对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。
2．荷载组合建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。
对于承载能力极限状态,应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载（效应）组合。
γ0S≤R （2-1）式中γ0——结构重要性系数；S—-荷载效应组合的设计值；R—-结构构件抗力的设计值。
对于基本组合,荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定:(1)由可变荷载效应控制的组合（2—2）式中γG——永久荷载的分项系数；γQi——第i个可变荷载的分项系数，其中Y Q1为可变荷载Q1的分项系数；S GK-—按永久荷载标准值G K计算的荷载效应值；S QiK——按可变荷载标准值Q ik计算的荷载效应值，其中S Q1K为诸可变荷载效应中起控制作用者；ψci--可变荷载Q i的组合值系数；n—-参与组合的可变荷载数。
（2）由永久荷载效应控制的组合（2—3)（3）基本组合的荷载分项系数1)永久荷载的分项系数当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合,应取1.2；对由永久荷载效应控制的组合，应取1。
35；当其效应对结构有利时：一般情况下应取1。
0；对结构的倾覆、滑移或漂浮验算,应取0.9。
2)可变荷载的分项系数一般情况下应取1。
4；对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构活荷载应取1.3。
二级建筑师辅导之荷载的标准值（2）
三、施⼯和检修荷载及栏杆⽔平荷载 1.设计屋⾯板、檩条、钢筋混凝⼟挑檐、⾬篷和预制⼩梁时，施⼯或检修集中荷载(⼈和⼩⼯具的⾃重)应取1.0kn，并应在最不利位置处进⾏验算。
注：①对于轻型构件或较宽构件，当施⼯荷载超过上述荷载时，应按实际情况验算，或采⽤加垫板、⽀撑等临时设施承受。
②当计算挑檐、⾬篷承载⼒时，应沿板宽每隔1.0m取⼀个集中荷载;在验算挑檐、⾬篷倾覆时，应沿板宽每隔2.5～3.0m取⼀个集中荷载。
2，楼梯、看台、阳台和上⼈屋⾯等的栏杆顶部⽔平荷载，应按下列规定采⽤： (1)住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托⼉所，幼⼉园，应取0.5kn/m; (2)学校、⾷堂、剧场、电*、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1.0kn/m。
3.当采⽤荷载准永久组合时，可不考虑施⼯和检修荷载及栏杆⽔平荷载。
四、雪荷载 雪荷载是房屋屋⾯结构的主要荷载之⼀。
在寒冷地区的⼤跨度结构和轻型结构，对雪荷载更为敏感。
雪在屋⾯上的积存对结构产⽣的作⽤，与当地的地⾯积雪⼤⼩及⽓候条件等密切相关。
1.雪荷载标准值及基本雪压 《荷载规范》规定，屋⾯⽔平投影⾯上的雪荷载标准值，应按下式计算： (1-1) 式中sk——雪荷载标准值，kn/㎡; µr——屋⾯积雪分布系数; s0——基本雪压，kin/㎡。
基本雪压系以当地⼀般空旷平坦地⾯上统计所得50年⼀遇积雪的⾃重确定。
基本雪压应按《荷载规范》全国基本雪压分布图的规定采⽤。
⼭区的基本雪压，当⽆实测资料时，可按当地空旷平坦地⾯的基本雪压值乘以1.2采⽤。
全国基本雪压标准值范围为0～1.0kn/㎡。
雪荷载的组合值系数可取0.7;频遇值系数可取0.6;准永久值系数应按雪荷载分区i、ⅱ和ⅲ的不同，分别取0.5、0.2和0;雪荷载分区按《荷载规范》的规定采⽤。
2.屋⾯积雪分布系数 屋⾯积雪分布系数实际上就是将地⾯基本雪压换算为屋⾯雪荷载的换算系数，它与屋⾯形式、朝向及风⼒等因素有关。
支护结构的受力及变形计算
基坑外侧的主动土压力视为水平荷载，应计算其水平荷载的标准值； 基坑内侧的被动土压力视为水平抗力，亦应计算其水平抗力的标准值。
h
1. 水平荷载标准值计算
q0
0
eajk
hwa zj
q0 σok
b1 b0 q1
C
σ1k
hwp
hd
z
a）计算简图
D
b）地面均布荷载作用 c）局部荷载作用
1）对于碎石土、砂土，按水土分算法计算基坑外侧的水平荷载标准值
eajk ajk Kai 2cik Kai
（11-1）
② 当计算点位于地下水位以下时
e a ja k K a j k 2 i c ik K a [ i z j ( h w ) ( m a j h w ) w K a a ] a w i
图 11-8c 为硬粘土分布图。
4. 基坑底桩前土压力计算取值
被动土压力进行折减，折减系数 0.3 ~ 0.5 。
11.2.3 基坑变形特征
1. 支护结构的变形 2. 基坑周围地表沉降变形
3. 基坑失稳
。
4. 基坑管涌和流砂
a）拉锚失效
b）支撑压屈
c）支挡结构变形过大
因支护结构的强度或刚度不足而引起的基坑失稳
11.5.1 悬臂式支护结构
1. 单排式悬臂支护
a
H
t2
t
t1
M p /cM ac2.0
t(1.1~1 .2)t1
Ep k
i
f
b
Ea
cபைடு நூலகம்
d
gl
j
e
M max= Mg Mag Mpg
11.5.2 单锚式支护结构 1.浅埋式单锚支护结构
JGJ120-99 建筑基坑支护
h d——支护结构嵌固深度设计值；d——桩身设计直径；b——墙身厚度；A——桩（墙）身截面面积。
2．2．4 计算系数r0——建筑基坑侧壁重要性系数。
3 基本规定3．1 设计原则3．1．1 基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。
3．1．2 基坑支护结构极限状态可分为下列两类：1．承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致结构或基坑周边环境破坏；2．正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正确使用功能。
3．1．3 基坑支护结构设计应根据表3.1.3选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。
基坑侧壁安全等级及重要性系数表3.1.33．3．2 支护结构选型应考虑结构的空间效应和受力特点，要用有利支护结构材料受力性状的型式。
3．3．3 软土场地可采用深层搅拌、注浆、间隔或全部加固等方法对局部或整个基坑底土进行加固，或采用降水措施提高基坑内侧被动抗力。
3．4 水平荷载标准值3．4．1 支护结构水平荷载标准值e ajk应按当地可靠经验确定，当无经验时可按下列规定计算（图3.4.1）：图3.4.1 水平荷载标准值计算简图1．对于碎石土及砂土：3．5 水平抗力标准值3．5．1 基坑内侧水平抗力标准值e pjk宜按下列规定计算（图3.5.1）：图3.5.1 水平抗力标准值计算图3．5．2 作用于基坑底面以下深度z j处的竖向应力标准值σpjk可按下式计算：σpjk=r mj z j（3.5.2）式中r mj——深度z j以上土的加权平均天然重度。
3．5．3 第i层的被动土压力系数应按下式计算：控报警值、监测方法及精度要求、监测点的布置、监测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统等。
3．8．2 监测点的布置应满足监控要求，从基坑边缘以外1~2倍开挖深度范围内的需要保护物体均应作为监控对象。
3．8．3 基坑工程监测项目可按表3.8.3选择。
第二章 水平荷载与水平抗力标准值
rk 计算：
开挖深度以上（z j < h）
rk mj z j
开挖深度以下（z j h）
rk mh h
mj 深度z j以上土的加权平均天然重度（地下水位以下用饱和重度） mh 开挖面以上（z j < h）土的加权平均天然重度
D、地下水位以上计算公式相同；水位以下 砂性土－水土分算、黏性土－水土合算
E、 c、值采用CU指标
参考例题：2－3
主要内容
1、经典土压力基本理论（复习） 2、水平荷载标准值 3、水平抗力标准值
基坑内侧－被动侧
a）对于碎石土及砂土
地下水位以上：
E pjk pjk K pi 2cik K pi
0k -地面均布荷载q0引起的竖向附加荷载
（1）竖直墙背情况
0k q0
沿 深 度 均 匀 分 布
（2）倾斜地表及墙背情况
aA h ' Ka
aB h h ' Ka
1、先将均布荷载q换算为土体的当量厚度h0，得到假想土面 2、将墙背反向延长与假想的土面线相交于点A′即假想的墙顶 3、自A点向假想土面作垂线并与之交于点A0
地面作用局部均匀荷载
b1
b0 q1
45 45 45
H
《建筑基坑支护技术规程》 （JGJ120－99） 土压力分布
C
仅在墙背CD范围内产 生附加土压力
D
H Ka
q1 b0 Ka b0 2b1
45 2
《建筑边坡工程技术规范》（GB50330－2002）
荷载及变形值的规定
4荷载及变形值的规定4、1荷载标准值4.1.1 永久荷载标准值应符合以下规定：1、模板及其支架自重标准值应根据模板设计图纸计算确定。
肋形或无梁楼板模板自重标准值按表4.1.1采用。
注：除桐、木外。
其他材质模板重量见标准附录B中的附表B。
2、新浇筑混凝土自重标准值，对普通混凝土可采用24KN／㎡，其他混凝土可根据实际重力密度或按本标准附录B表B确定。
3、钢筋自重标准值应根据工程设计图确定。
对一般梁板构造每立方米钢筋混凝土的钢筋自重标准值：楼板可取1.1KN；梁可取1.5KN。
4、当采用内部振捣器时，新浇筑的混凝土作用于模板的侧压力标准值，可按以下公式计算，并取其中的较小值：F=0.22rtβ1β２Ｖ½〔４.１.１－１〕Ｆ＝ｒＨ〔４.１.１－２〕式中Ｆ―――新浇混凝土对模板的侧压力计算值〔KN／㎡〕；ｒ―――混凝土的重力密度〔KN／㎡〕；Ｖ―――混凝土的浇筑速度〔ｍ／ｈ〕；ｔ―――新浇混凝土的初凝时间〔ｈ〕，可按试验确定；当缺乏试验资料时，可采用ｔ＝２００／〔Ｔ＋１５〕〔Ｔ为混凝土的温度℃〕；β1――外加剂影响修正系数；不加外加剂时取１.０，产具有缓凝作用的外加剂时取１.２；β２――混凝土坍落度影响修正系数；当坍落度小于３０ｍｍ时，取０.８５；坍落度为５０～９０ｍｍ时，取１.００；坍落度为１１０～１５０ｍｍ时，取１.１５；Ｈ―――混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度〔ｍ〕；混凝土侧压力的计算分布图形如图４.１.１所示，图中ｈ＝Ｆ／ｒ，ｈ为有效压头高度。
FH h图4.1.1 混凝土侧压力计算分布图形４.１.２可变荷载标准值应符合以下规定：１、施工人员及设备荷载标准值〔Q1〕，当计算模板和直接支撑模板的小梁时，均布活荷载可取2.5KN／㎡，在用集中荷载2.5KN进展验算，比拟两者所得的弯矩值取其大值；当计算直接支撑小梁的主梁时，均布活荷载标准值可取1.5KN／㎡；当计算支架立柱及其他支撑构造构件时，均布活荷载标准值可取1.0 KN／㎡。
水平荷载计算书
楼层类别 一般层
边柱
中柱
αc
i1 i2 i3 i4 2ic
K
i2 i4 2ic
K
c
K 2 K
固 底 层 端
K
i2 ic
K
i1 i2 ic
c
0.5 K 2 K
根据梁、柱线刚度比 K 的不同，柱可分为中框架梁边柱、中框架梁中柱、边框架梁 边柱、边框架梁中柱以及楼梯间柱。
A 轴框架柱反弯点位置
层数 5
h/m
3.6
K
1.046
y0
0.35
y1
0.00
y2
0.00
y3
0.00
y
0.350
yh / m
1.26
4 3 2 1 层数 5 4 3 2 1
3.6 3.6 3.6 5.15
1.046 1.046 1.046 1.36
0.40 0.45 0.50 0.65
0.00 0.00 0.00 0.00
风荷载沿房屋高度分布图
7.2 框架梁柱线刚度计算 取 4 轴框架作为计算框架，考虑到楼板对梁的作用，边框架梁 I=1.5I0 中框架梁 I=2.0I0 (I0 为 不 考 虑 楼 板 作 用 的 梁 截 面 惯 性 矩 ）， 梁 柱 均 采 用 C30 混 凝 土
EC =3.0 10 7 KN / m 2
D
i
i
Vi
m
Di
m
j
j hi
0.00000007 0.00000024 0.00000049 0.00000084 0.000002
0.00026 0.00059 0.00093 0.00127 0.00198
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水压力
土压力
各符号含义
ajk 作用于深度z j 处的竖向应力标准值（总应力）
K ai 第i层土的主动土压力系数 cik 第i层土的固结不排水(CU)黏聚力标准值 z j 计算点深度 m j 计算参数，当z j h时，m j z j ;当z j h时，m j 0 hwa 基坑外侧水位深度
适用条件：对透水性比较强的砂土和碎石土，一般采用水土分算的方法。该方法 符合土的有效应力原理，理论根据比较充分。 ②水土合算－地下水位以下土的物性指标分别采用土的饱和重度及总应力强度指 标。 适用条件：透水性弱的粉土和粘性土，一般采用水土合算的方法
主要内容
1、经典土压力基本理论（复习） 2、水平荷载标准值 3、水平抗力标准值
h0 q
AA0 h0 cos
h ' A ' A cos q cos cos cos( )
A' A
AA0 cos h0 cos( ) cos( )
在竖向的投影为
0 k h q
cos cos cos( )
第二章
水平荷载与水平抗力标准值
主要内容
1、经典土压力基本理论（复习） 2、水平荷载标准值 3、水平抗力标准值
郎肯理论： 适用条件：
墙体刚性；
经 典 土 压 力 基 本 理 论
K a tg 2 45 2
Z0
2c Ka
K p tg 2 45 2
wa 计算系数，当hwa h时， wa 1;当hwa h时， wa 0 w 水的重度
b）对于粉土及黏性土
Eajk ajk Kai 2cik Kai
当计算得到的 Eajk 0 时，取为0 2）基坑外侧竖向应力 ajk 计算方法
ajk rk 0k 1k
rk 自重竖向应力 0 k 地面均布荷载q0引起的竖向附加荷载 1k 地面局部荷载q1引起的竖向附加荷载
rk 计算：
开挖深度以上（z j < h）
rk mj z j
开挖深度以下（z j h）
rk mh h
mj 深度z j以上土的加权平均天然重度（地下水位以下用饱和重度） mh 开挖面以上（z j < h）土的加权平均天然重度
mj 深度z j以上土的加权平均天然重度（地下水位以下用饱和重度）
被动土压力系数
ik K pi tan 45 2
2
地面作用局部均匀荷载
b1
b0 q1
45 45 45
H
《建筑基坑支护技术规程》 （JGJ120－99） 土压力分布
C
仅在墙背CD范围内产 生附加土压力
D
H Ka
q1 b0 Ka b0 2b1
45 2
《建筑边坡工程技术规范》（GB50330－2002）
2 2
滑动破裂面为通过墙踵的平面；
滑动楔体是刚性的。
Kp
cos 2 cos 2 cos 1 sin sin cos cos
2
说明： 1、实际作用在基坑支护结构上的土压力受众多因素的影响，例如墙身位移、墙 身刚度、地下水等，经典土压力理论不能简单套用。
0k -地面均布荷载q0引起的竖向附加荷载
（1）竖直墙背情况
0k q0
沿 深 度 均 匀 分 布
（2）倾斜地表及墙背情况
Байду номын сангаас
aA h ' Ka
aB h h ' Ka
1、先将均布荷载q换算为土体的当量厚度h0，得到假想土面 2、将墙背反向延长与假想的土面线相交于点A′即假想的墙顶 3、自A点向假想土面作垂线并与之交于点A0
3）第 i 层土主动土压力系数
ik K ai tan 45 2
2
ik 第i层土的固结不排水(CU)内摩擦角标准值
4）总结
A、主动侧土压力图形，在开挖面以上三角 形或梯形分布；开挖面以下矩形分布 B、当计算得到的主动土压力小于0时，取0 C、主动土压力系数与朗肯理论相同
2、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99）关于土压力计算的规定
如果有当地经验，依据当地经验确定；如无当地经验，则给出推荐的方法。确定 土压力分布的难度在于基坑开挖面以下的主动侧（基坑外侧）。 3、地下水位以下水、土压力算法
①水土分算－土压力：采用有效重度及有效强度指标；水压力：基坑内外无渗流， 按照 p 计算；有稳态渗流，采用流网法分析。作用于挡墙上的作用力为二 gh 者之矢量和。
D、地下水位以上计算公式相同；水位以下 砂性土－水土分算、黏性土－水土合算
E、 c、值采用CU指标
参考例题：2－3
主要内容
1、经典土压力基本理论（复习） 2、水平荷载标准值 3、水平抗力标准值
基坑内侧－被动侧
a）对于碎石土及砂土
地下水位以上：
E pjk pjk K pi 2cik K pi
地下水位以下（水土分算）：
E pjk pjk K pi 2cik K pi
z
j
hwp 1 K pi w
b） 对于粉土及黏性土
E pjk pjk K pi 2cik K pi
作用于基坑底面以下深度 z j 处竖（总）向应力标准值
pjk mj z j
墙背垂直光滑； 墙后填土表面水平。
库仑理论： 适用条件：
墙体刚性、墙后填土为无粘性土；
Ka
cos 2 sin sin cos cos 1 cos cos
水平荷载标准值（基坑外侧－主动侧） a）对于碎石土及砂土 地下水位以上：
Eajk ajk Kai 2cik Kai
地下水位以下（水土分算）：
w Eajk ajk K ai 2cik K ai z h m h K j wa j wa wa ai