基坑工程計算理論

1、研究生課程基坑工程的計算各種土、水壓力計算方法及適用條件（熟悉）水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值n依據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ 12099對于碎石土及砂土n當(dāng)計算點位于地下水位以上時：n當(dāng)計算點位于地下水位以下時： waiwawajwajaiikaiajkajkKhmhzKcKe2aiikaiajkajkKcKe2對于粉土及粘性土aiikaiajkajkKcKe2注：當(dāng)按以上規(guī)定計算的基坑開挖面以上水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于零時，應(yīng)取零。符號Kai第i層的主動土壓力系數(shù)ajk作用于深度zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值cik三軸試驗（當(dāng)有可靠經(jīng)驗時可采用直接剪切試驗）確定的第i層土固結(jié)不排水（快）剪粘聚力標(biāo)

2、準(zhǔn)值zj計算點深度mj計算參數(shù)，當(dāng)zjh時，取zj，當(dāng)zj h時，取hhwa 基坑外側(cè)水位深度wa計算系數(shù)，當(dāng)hwah時，取1，當(dāng)hwah時，取零w水的重度基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值計算kkrkajk10計算rkn計算點位于基坑開挖面以上時：n計算點位于基坑開挖面以下時：nrk計算點深度zj處自重豎向應(yīng)力nmj深度zj以上土的加權(quán)平均天然重度nmh開挖面以上土的加權(quán)平均天然重度jmjrkzhmhrk計算0k00qkn0k 基坑外側(cè)任意深度附加豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值nq0支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)地面作用滿布附加荷載計算1k100112bbbqkn1k基坑外側(cè)深度CD范圍內(nèi)的附加豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值nb1-荷載距支護(hù)結(jié)構(gòu)距離n

3、b0-地表作用寬度n注：當(dāng)基坑外側(cè)附加荷載作用于地表以下一定深度時，將計算點深度相應(yīng)下移，其豎向應(yīng)力也可按上述規(guī)定確定第i層土的主動土壓力系數(shù)計算24502ikaitgK水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值n對于砂土及碎石土n對于粉土及粘性土wpiwpjpiikpipjkpjkKhzKcKe12piikpipjkpjkKcKe2符號Kpi第i層的被動土壓力系數(shù)pjk作用于基坑地面以下深度zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值cik三軸試驗（當(dāng)有可靠經(jīng)驗時可采用直接剪切試驗）確定的第i層土固結(jié)不排水（快）剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值zj計算點深度hwp 基坑底面水位深度w水的重度計算pjkn作用于基坑底面以下深度zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值:nmj深度

4、zj以上土的加權(quán)平均天然重度jmjpjkz第i層土的被動土壓力系數(shù)計算24502ikpitgK常用支護(hù)類型的設(shè)計步驟、計算方法、構(gòu)造措施、施工要點（掌握）排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下連續(xù)墻、水泥土墻、土釘墻等懸臂結(jié)構(gòu)、錨桿結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)排樁、地下連續(xù)墻嵌固深度計算（懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)）n懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計值hd02 . 10aiapjpEhEh嵌固深度（單層支點支護(hù)結(jié)構(gòu)）n基坑底面以下支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)定彎矩零點位置至基坑底面的距離hc1可按下式確定：n支點力Tc1可按下式計算：kpkaee1111111cTpcpacachhEhEhT嵌固深度（單層支點支護(hù)結(jié)構(gòu)）n嵌固深度設(shè)計值hd可按下式確定：02 .

5、 1011aiadTcpjpEhhhTEh嵌固深度（多層支點支護(hù)結(jié)構(gòu)）n多層支點排樁、地下連續(xù)墻嵌固深度設(shè)計值宜按圓弧滑動簡單條分法確定。嵌固深度設(shè)計值的其它規(guī)定n懸臂式及單點支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計值hd0.3h時，宜取hd=0.3h；n多支點支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計小于0.2h時，宜取hd=0.2h;n當(dāng)基坑底為碎石土及砂土、基坑內(nèi)排水且作用有滲透水壓力時，嵌固深度設(shè)計值尚應(yīng)滿足抗?jié)B透穩(wěn)定條件：wadhhh02 . 1結(jié)構(gòu)計算n排樁、地下連續(xù)墻可根據(jù)受力條件分段按平面問題計算，排樁水平荷載計算寬度可取排樁的中心距；地下連續(xù)墻可取單位寬度或一個墻段。n結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形計算值、支點力計算值應(yīng)根據(jù)基坑開挖

6、及地下結(jié)構(gòu)施工過程的不同工況：n按彈性支點法計算n懸臂及單層支點結(jié)構(gòu)也可按靜力平衡條件確定結(jié)構(gòu)內(nèi)力及支點力設(shè)計值計算cjdjccTTVVMM00025. 1 i25. 1 25. 1 層支點力設(shè)計值：支點結(jié)構(gòu)第截面剪力設(shè)計值：截面彎矩設(shè)計值：錨桿承載力計算n錨桿承載力計算：nTd錨桿水平拉力設(shè)計值nNu錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值n錨干與水平面的傾角CosNTud錨桿桿體的截面面積計算n普通鋼筋截面面積計算：n預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積計算：nfy、fpy普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值cosydsfTA cospydpfTA 錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值n安全等級為一級及缺乏地區(qū)經(jīng)驗的二級基坑側(cè)壁，應(yīng)進(jìn)行

7、錨桿的基本試驗，錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值可取基本試驗確定的極限承載力除以抗力分項系數(shù)1.3；n基坑側(cè)壁安全等級為二級且有鄰近工程經(jīng)驗時，可按下式計算錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值，并應(yīng)進(jìn)行錨桿驗收試驗。22112ddclqdlqdNkjsjkisiksu錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值計算22112ddclqdlqdNkjsjkisiksu符號Nu錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值d1擴(kuò)孔錨固體直徑d非擴(kuò)孔錨桿或擴(kuò)孔錨桿的直孔段錨固體直徑li第i層土中直孔部分錨固體段長度lj第j層土中直孔部分錨固體段長度qsik,qsjk土體與錨固體的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗取值，當(dāng)無經(jīng)驗時可按規(guī)范取值ck擴(kuò)孔部分土體粘聚力

8、標(biāo)準(zhǔn)值s錨桿軸向受拉抗力分項系數(shù)，可取1.3n對于塑性指數(shù)大于17的粘性土層中的錨桿應(yīng)進(jìn)行蠕變試驗，錨桿蠕變試驗按規(guī)范試驗。n基坑側(cè)壁安全等級為三級時，可按上述公式計算。錨桿自由段長度計算n錨桿預(yù)加力值（鎖定值）應(yīng)根據(jù)地層條件及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形要求確定，宜取為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值的0.500.65倍kktfll2145sin/2145sin00支撐體系結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力計算n支撐體系（含具有一定剛度的冠梁）或其與錨桿混合的支撐體系應(yīng)按支撐體系與排樁、地下連續(xù)墻的空間作用協(xié)同分析方法，計算支撐體系及排樁或地下連續(xù)墻的內(nèi)力與變形；n支撐體系豎向荷載設(shè)計值應(yīng)包括構(gòu)件自重及施工荷載，構(gòu)件的彎矩、剪力可按多跨

9、連續(xù)梁計算，計算跨度取相鄰立柱中心距；n基坑形狀接近矩形且基坑對邊條件相近時，支點水平荷載可沿腰梁、冠梁長度方向分段簡化為均布荷載，水平荷載設(shè)計值按彈性支點法或靜力平衡條件確定。對撐構(gòu)件軸向力可近似取水平荷載設(shè)計值乘以支撐點中心距；腰梁內(nèi)力可按多跨連續(xù)梁計算，計算跨度取相鄰支撐點中心距。支撐構(gòu)件的受壓計算長度計算n當(dāng)水平平面支撐交匯點設(shè)置豎向立柱時，在豎向平面內(nèi)的受壓計算長度取相鄰兩立柱的中心距，在水平平面內(nèi)的受壓計算長度取與該支撐相交的相鄰橫向水平支撐的中心距。n當(dāng)支撐交匯點不在同一水平面時，其受壓計算長度應(yīng)取與該支撐相交的相鄰橫向水平支撐或聯(lián)系構(gòu)件中心距的1.5倍。支撐構(gòu)件的受壓計算長度計

10、算n當(dāng)水平平面支撐交匯點處未設(shè)置立柱時，在豎向平面內(nèi)的受壓計算長度取支撐桿的全長。n鋼支撐尚應(yīng)考慮構(gòu)件安裝誤差產(chǎn)生的偏心彎距作用，偏心距可取支撐計算長度的1/1000。立柱計算（一）n立柱內(nèi)力宜根據(jù)支撐條件按空間框架計算；也可按軸心受壓構(gòu)件計算，軸向力設(shè)計值可按下列經(jīng)驗公司確定：nNzl水平支撐及柱自重產(chǎn)生的軸力設(shè)計值；nNi第i層交匯于本立柱的最大支撐軸力設(shè)計值；nn 支撐層數(shù)。niizlzNNN11 . 0立柱計算（二）n各層水平支撐間的立柱受壓計算長度可按各層水平支撐間距計算；最下層水平支撐下的立柱受壓計算長度可按底層高度加5倍立柱直徑或邊長。n立柱基礎(chǔ)應(yīng)滿足抗壓和抗拔的要求，并應(yīng)考慮基

11、坑回彈的影響。n支撐預(yù)加壓力值不宜大于支撐力設(shè)計值的0.40.6倍。水泥土墻嵌固深度計算n水泥土墻嵌固深度設(shè)計值hd宜按規(guī)范圓弧滑動簡單條分法確定。n當(dāng)基坑底為碎石土及砂土、基坑內(nèi)排水且作用有滲透水壓力時，水泥土墻嵌固深度設(shè)計值除滿足上條外，還應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B透穩(wěn)定條件驗算。n當(dāng)計算嵌固深度設(shè)計值小于0.4h時，宜取0.4h。墻體厚度計算（一）n水泥土墻厚度設(shè)計值b宜根據(jù)抗傾覆穩(wěn)定條件計算：n（1）當(dāng)水泥土墻底部位于碎石土或砂土?xí)r：wawpdwdcspipaiahhhhhhEhEhb232252 . 11000墻體厚度計算（二）n（2）當(dāng)水泥土墻底部位于粘性土或粉土中時：n（3）當(dāng)按上述規(guī)定確定的水

12、泥土墻厚度小于0.4h時，宜取0.4h。dcspjpaiahhEhEhb02 . 12正截面承載力驗算n壓應(yīng)力驗算n拉應(yīng)力驗算cscsfWMz025. 1cscsfzWM06. 0符號cs水泥土墻平均重度z由墻頂至計算截面的深度M單位長度水泥土墻截面彎矩設(shè)計值，計算同地下連續(xù)墻W水泥土墻截面模量fcs水泥土開挖齡期抗壓強(qiáng)度設(shè)計值土釘墻土釘抗拉承載力計算（一）n單根土釘抗拉承載力計算應(yīng)符合下式要求：nTjk第j根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值nTuj第j根土釘抗拉承載力設(shè)計值ujjkTT025. 1土釘抗拉承載力計算（二）n單根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計算：n荷載折減系數(shù)；neajk 第j個土釘位置處的基

13、坑水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；nsxj、szj 第j根土釘與相鄰?fù)玲數(shù)钠骄?、垂直間距；nj 第j根土釘與水平面的夾角。jzjxjajkjksseTcos/土釘抗拉承載力計算（三）n荷載折減系數(shù)的計算：n式中：土釘墻坡面與水平面的夾角245121202kkktgtgtgtg土釘抗拉承載力計算（四）n對于基坑側(cè)壁安全等級為二級的土釘抗拉承載力設(shè)計值應(yīng)按試驗確定，基坑側(cè)壁安全等級為三級時可按下式計算：isiknjsujlqdT1符號s土釘抗拉抗力分項系數(shù)，取1.3dnj第j根土釘錨固體直徑qsik土釘穿越第I層土土體與錨固體極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)由現(xiàn)場試驗確定，如無試驗資料，可采用規(guī)范給定值li第j根土釘在直

14、線破裂面外穿越第i層穩(wěn)定土體內(nèi)的長度，破裂面與水平面的夾角為（+k)/2土釘墻整體穩(wěn)定性驗算（一）n土釘墻應(yīng)根據(jù)施工期間不同開挖深度及基坑底面以下可能滑動面采用圓弧滑動簡單條分法，按下式進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗算：0sinsin21coscos1001110iniiikikjjjjmjnjniniikiiiiikbqwstgTtgbqwssLc符號n滑動體分條數(shù)m滑動體內(nèi)土釘數(shù)k整體滑動分項系數(shù)，可取1.30基坑側(cè)壁重要性系數(shù)wi第i分條土重，滑裂面位于粘性土或粉土中時，按上覆土層的飽和土重度計算；滑裂面位于砂土或碎石類土中時，按上覆土層的浮重度計算bi第i分條寬度符號cik第i分條滑裂面處土體固結(jié)不

15、排水（快）剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值ik第i分條滑裂面處土體固結(jié)不排水（快）剪內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值i第i分條滑裂面處中點切線與水平面夾角j土釘與水平面之間的夾角Li第i分條滑裂面處弧長s計算滑動體單元厚度Tnj第j根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力，另計算Tnj的計算n單根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力：nlni第j根土釘在圓弧滑裂面外穿越第i層穩(wěn)定土體內(nèi)的長度nisiknjnjlqdT圓弧滑動簡單條分法n水泥土墻、多層支點排樁及多層支點地下連續(xù)墻嵌固深度計算值h0宜按整體穩(wěn)定條件采用圓弧滑動簡單條分法確定。n當(dāng)嵌固深度下部存在軟弱土層時，尚應(yīng)繼續(xù)驗算軟下臥層整體穩(wěn)定性。0sincos00iiikikiiiiikwbqtgwbqlc符號cik最危險滑動面上第i土條滑動面上土的固結(jié)不排水（快）剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值ik最危險滑動面上第i土條滑動面上土的固結(jié)不排水（快）剪內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值li第i土條的弧長bi第i土條的寬度k整體穩(wěn)定分項系數(shù)，應(yīng)根