高大钊-深基坑工程讲座

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1、基坑工程讲座（二）同济大学高大钊内容一．深基坑工程设计计算二．深基坑工程施工图设计一．深基坑工程设计计算l基坑工程设计计算包括三个部分的内容，即稳定性验算、结构内力计算和变形计算。l稳定性验算是指分析土体或土体与围护结构一起保持稳定性的能力，包括整体稳定性、重力式挡墙的抗倾覆稳定及抗滑移稳定、坑底抗隆起稳定和抗渗流稳定等，基坑工程设计必须同时满足这几个方面的稳定性。l结构内力计算为结构设计提供内力值，包括弯矩、剪力等，不同体系的围护结构，其内力计算的方法是不同的；由于围护结构常常是多次超静定的，计算内力时需要对具体围护结构进行简化，不同的简化方法得到的内力不会相同，需要

2、根据工程经验加以判断；l变形计算的目的则是为了减少对环境的影响，控制环境质量，变形计算内容包括围护结构的侧向位移、坑外地面的沉降和坑底隆起等项目。稳定性验算l整体稳定性l边坡稳定性计算l重力式围护结构的整体稳定性计算l抗倾覆、抗滑动稳定性l抗倾覆稳定性计算l抗水平滑动稳定性计算l抗渗透破坏稳定性35边坡稳定性验算假定滑动面为圆弧用条分法进行计算不考虑土条间的作用力最小安全系数为最危险滑动面重力式围护结构的整体稳定性l重力式围护结构的整体稳定性计算应考虑两种破坏模式，一种是如图所示的滑动面通过挡墙的底部；另一种考虑圆弧切墙的整体稳定性，验算时需计算切墙阻力所产生的抗滑作用

3、，即墙的抗剪强度所产生的抗滑力矩。l重力式围护结构可以看作是直立岸坡，滑动面通过重力式挡墙的后趾，其整体稳定性验算一般借鉴边坡稳定计算方法，当采用简单条分法时可按上面的公式验算整体稳定性。l上海市标准《基坑工程设计规程》规定，验算切墙滑弧安全系数时，可取墙体强度指标内摩擦角为零，粘聚力c=（1/15~1/10）qu。当水泥搅拌桩墙体的无侧限抗压强度qu>1MPa时，可不考虑切墙破坏的模式。锚杆支护体系的整体稳定性l两种不同的假定l一种是指锚杆支护体系连同体系内的土体共同沿着土体的某一深层滑裂面向下滑动，造成整体失稳，如左图所示；对于这一种失稳破坏，可采取上述土坡整体稳定

4、的验算方法计算，按验算结果要求锚杆长度必须超过最危险滑动面，安全系数不小于1.50；l另一种是指由于锚杆支护体系的共同作用超出了土的承载能力，从而在围护结构底部向其拉结方向形成一条深层滑裂面，造成倾覆破坏，如右图所示。经常使用的验算方法是德国学者E.Kranz提出的“代替墙法”。l以单锚支护体系为例，如下图所示，代替墙法假定深层滑裂面是由直线bc段和cd段组成，其中b点取在围护墙底部，c点取在锚固段的中点，cd段是由c点向上作垂线与地面交于d点得到的。利用abcd范围内的力的平衡关系可以求解锚杆的极限抗力，安全系数定义为锚杆极限抗力的水平分力Th35与锚杆设计水平分力的

5、比值，要求不小于1.50。l显然，代替墙法是适用于锚固段在围护墙底部以上的情况，如图所示：图（a）中的全部锚杆都需要验算，图（b）中有两道锚杆需要验算，而图（c）中所有锚杆都深入围护墙底部以下，不需要进行此项验算。土钉墙的稳定性分析l基本原理可分为极限平衡法和有限元法，但实用的大多为极限平衡法。极限平衡法的关键是如何确定破裂面的形状，有些方法建立在圆弧滑动的假定基础上考虑土钉的抗力，其安全系数的计算公式和边坡稳定的计算公式类似，只是加上土钉力的作用。l《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》给出的验算整体稳定性公式中还考虑了由于土钉的轴向力在破裂面上增加的摩阻力，与前面的公式

6、相比，在抗滑力矩中增加了这项摩阻力，考虑到对破裂面的正压力不能全部发挥，故乘以经验系数x。l四个土钉墙工程破裂面的实测数据，并与按对数螺旋线破裂面假定的计算结果进行了比较。l针对土钉墙的极限平衡分析提出了考虑土钉拉力的修正条分法，该法同时考虑滑动土条的径向平衡条件和切向平衡条件，在抗滑力矩中计入土钉的拉力和切力，得到安全系数的表达式。抗倾覆、抗滑动稳定性l验算围护结构抗倾覆稳定性的前提是需要确知围护结构的转点位置，在工程设计时为了简化的目的通常假定围护结构绕其前趾转动，得到相应的计算公式。l这对于土层地质条件比较好的情况下基本上是合理的、适用的，但对于相反的情况（如在软

7、弱土地质条件下）有可能会得出：围护结构的插入比（D/H）越大、计算得到的安全系数越低的结论，显然这是不符合常规的经验判断，其问题实质就在于转点位置选择的正确与否。l挡墙倾覆失稳可能有三种情况。第一种是绕前趾转动，当地基很坚硬且具有足够的抗滑力时可能出现这种情况；第二种是绕后踵转动，当地基很软且具有高压缩性时可能出现这种情况；第三种情况是绕墙底某一点转动，而且转动中心可能逐渐朝墙背方向移动，最终造成倾覆破坏。35l根据对上述第三种情况的分析，通过墙底中部的转动点作一垂线将挡墙分为两个部分，如图所示，左边的部分形成倾覆力矩，右边的部分形成稳定