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1、1 边坡与基坑支护 主讲：主讲：邹新军邹新军副教授副教授 GSM：15973169309 Email: 湖南大学土木工程学院 二八年秋冬学期 湖南大学土木工程学院 二八年秋冬学期 参考书目 ?赵明华赵明华. 土力学与基础工程土力学与基础工程(第第2版版).武汉理工大学出版社武汉理工大学出版社 ?黄求顺，张四平，胡岱文黄求顺，张四平，胡岱文. 边坡工程边坡工程. 重庆大学出版社重庆大学出版社 ?陈祖煜陈祖煜. 土质边坡稳定分析土质边坡稳定分析原理、方法、程序原理、方法、程序 ?陈祖煜陈祖煜. 岩质边坡稳定分析岩质边坡稳定分析原理、方法、程序原理、方法、程序 ?龚晓南龚晓南. 深基坑工程设计施工
2、手册深基坑工程设计施工手册 ?尉希成，周美玲尉希成，周美玲. 支挡结构设计手册支挡结构设计手册(第二版第二版) ?李海光 等李海光 等. 新型支挡结构设计与工程实例新型支挡结构设计与工程实例 ?余志成，施文华余志成，施文华. 深基坑支护设计与施工深基坑支护设计与施工 参考书目 ?建筑边坡工程技术规范（建筑边坡工程技术规范（GB 50330-2002） ?建筑基坑支护技术规程（建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99） ?锚杆喷射混凝土支护技术规范（锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB 50086-2001） ?岩土锚杆（索）技术规程（岩土锚杆（索）技术规程（CECS 222005） ?铁路路基支
3、挡结构物设计规则（铁路路基支挡结构物设计规则（TBJ 25-90） ?公路设计手册路基（第三篇 挡土墙公路设计手册路基（第三篇 挡土墙) ?公路隧道施工技术规范（公路隧道施工技术规范（JTJ 042-94） ?长沙市挡土墙及基坑支护工程设计、施工及验收规程（长沙市挡土墙及基坑支护工程设计、施工及验收规程（DB 43/009-1999） 学习目的 了解边坡与基坑工程的特点了解边坡与基坑工程的特点 了解常用边坡与基坑支挡结构的形式及其特点了解常用边坡与基坑支挡结构的形式及其特点 掌握几种常用支挡结构的设计计算方法掌握几种常用支挡结构的设计计算方法 熟悉常用支挡结构形式的施工工艺熟悉常用支挡结构形式
4、的施工工艺 主要内容 1 概 述概 述 2 常用支挡结构形式及其特点常用支挡结构形式及其特点 3 桩（墙）支护结构设计与计算桩（墙）支护结构设计与计算 4 土钉墙设计与施工土钉墙设计与施工 5 锚杆挡墙设计与计算锚杆挡墙设计与计算 6 抗滑桩设计与计算抗滑桩设计与计算 7 支挡结构地下水控制简介支挡结构地下水控制简介 1 概述_基本概念1 概述_基本概念 山地 33 高原 26 盆地 19 平原 12 丘陵 10 山区：包括山地、丘陵、高原，约占总面积的2/3。山区：包括山地、丘陵、高原，约占总面积的2/3。 2 1 概述_基本概念1 概述_基本概念 建筑边坡：建(构)筑物和市政工程开挖或填筑
5、施工所形成 的人工边坡和影响建(构)筑物安全或稳定的自然边坡，简称 边坡，并以2年使用年限为界分为永久性边坡和临时性边坡。 建筑边坡：建(构)筑物和市政工程开挖或填筑施工所形成 的人工边坡和影响建(构)筑物安全或稳定的自然边坡，简称 边坡，并以2年使用年限为界分为永久性边坡和临时性边坡。 边坡支护：为保证边坡及其环境的安全，对边坡采取的支 挡、加固与防护措施。 边坡支护：为保证边坡及其环境的安全，对边坡采取的支 挡、加固与防护措施。 建筑基坑：指为进行建筑物（或构筑物）基础与地下室的 施工所开挖的地面以下空间。 建筑基坑：指为进行建筑物（或构筑物）基础与地下室的 施工所开挖的地面以下空间。 基
6、坑工程：指对基坑进行包括土体、降水和开挖在内的一 系列勘察、设计、施工和检测等工作。 基坑工程：指对基坑进行包括土体、降水和开挖在内的一 系列勘察、设计、施工和检测等工作。 1 概述_工程特点1 概述_工程特点 ?综合性工程（多学科、既是土木工程也是环境工程）综合性工程（多学科、既是土木工程也是环境工程） ?边坡支护结构多为永久结构，安全储备大边坡支护结构多为永久结构，安全储备大 ?基坑支护结构多为临时结构，安全储备小，风险大基坑支护结构多为临时结构，安全储备小，风险大 ?具有很强的区域性、个案性具有很强的区域性、个案性 ?具有较强的时空效应具有较强的时空效应 ?对周边环境影响较大对周边环境影
7、响较大 1 概述_边坡稳定性1 概述_边坡稳定性 ?边坡失稳原因边坡失稳原因 坡体在外荷与自重作用下达到极限平衡状态，当坡体内某 点的剪应力与抗剪强度平衡（极限平衡点），且所有极限平 衡点连通成面时便形成连续滑动面，从而发生边坡失稳。 坡体在外荷与自重作用下达到极限平衡状态，当坡体内某 点的剪应力与抗剪强度平衡（极限平衡点），且所有极限平 衡点连通成面时便形成连续滑动面，从而发生边坡失稳。 ?分析假定分析假定 平面应变问题平面应变问题 ?滑动面滑动面 已破坏边坡：实测滑动面已破坏边坡：实测滑动面 未破坏边坡：假定滑动面（平面、圆柱面、对数螺旋曲面、 折面等） 未破坏边坡：假定滑动面（平面、圆柱
8、面、对数螺旋曲面、 折面等） 1 概述_边坡稳定性分析1 概述_边坡稳定性分析 ?分析方法分析方法 无万能分析模式，无万能分析模式，“经验+理论+实测经验+理论+实测”。 瑞典条分法瑞典条分法 毕肖普法(Bishop)毕肖普法(Bishop) 传递系数法(折线法)传递系数法(折线法) 詹布法(Janbu)詹布法(Janbu) 1 概述_边坡稳定性1 概述_边坡稳定性 ?瑞典条分法瑞典条分法 ?1915 Petterson K E提出， Fellenius D W 和Taylor D W 改进，首先在瑞典应用，故称瑞典法。 1915 Petterson K E提出， Fellenius D W
9、和Taylor D W 改进，首先在瑞典应用，故称瑞典法。 ?假定条件假定条件 均质材料，服从库仑定律均质材料，服从库仑定律 平面问题平面问题 滑面为通过坡脚的圆弧面滑面为通过坡脚的圆弧面 不考虑条间力（水平侧压力、 竖向摩阻力） 不考虑条间力（水平侧压力、 竖向摩阻力） 图图1.1 条分法简图条分法简图 1 概述_边坡稳定性1 概述_边坡稳定性 图图1.2 流线图 图 流线图 图1.3 渗透压力简化计算图渗透压力简化计算图 3 1 概述_边坡稳定性1 概述_边坡稳定性 ?缺陷缺陷 圆弧滑动面：仅适用于均质坡体圆弧滑动面：仅适用于均质坡体 不能考虑条间力：若考虑则缺不能考虑条间力：若考虑则缺n
10、-1个方程；人为假定如传递 系数法(条间力合力平行于分条的滑动面且作用于中部) -1个方程；人为假定如传递 系数法(条间力合力平行于分条的滑动面且作用于中部) 不能考虑孔隙水压力(超孔压、渗透压)，考虑有两种：不能考虑孔隙水压力(超孔压、渗透压)，考虑有两种： ?精确法：有流网（流速）确定动水压力精确法：有流网（流速）确定动水压力 ?简化法：近似按静水压，即分条两侧渗透压静水压总和； 底部渗透压(浮托力)分条内地下水的重力，且垂直于滑面 简化法：近似按静水压，即分条两侧渗透压静水压总和； 底部渗透压(浮托力)分条内地下水的重力，且垂直于滑面 ?毕肖普法(Bishop)毕肖普法(Bishop)
11、改进条分法改进条分法 ?考虑条件水平力考虑条件水平力E，不考虑剪应力。，不考虑剪应力。 ?抗滑力抗滑力 ?下滑力下滑力 Qi为水平力合力（包括孔压、地震力等）为水平力合力（包括孔压、地震力等） ?由极限平衡导得由极限平衡导得 1 概述_边坡稳定性1 概述_边坡稳定性 ()/ ii iii TclN fk=+ coscossin iiiiiii SEQW= + tan cos i iii iiii i clN f EQW k + =+ 图图1.4 Bishop法计算简图法计算简图 ?由竖向力平衡导得由竖向力平衡导得 ?由水平力平衡导得由水平力平衡导得 ?隐式，可由迭代法、作图法及克莱法（假定式右
12、边隐式，可由迭代法、作图法及克莱法（假定式右边k=1, 由此求得左边 =1, 由此求得左边k即可）即可） 1 概述_边坡稳定性1 概述_边坡稳定性 tancossin cossin iiiii ii i iii WUcl/ k N f/ k = + (sec-) tan cossin i iiiii ii iii k clWU f kf k QW + + = + ?传递系数法传递系数法 折线法折线法 ?适用：山区土层沿岩面滑动适用：山区土层沿岩面滑动 ?假定：假定： 折线型滑动面折线型滑动面 条间力平行于该分条的滑动面且作用于分隔面中点条间力平行于该分条的滑动面且作用于分隔面中点 1 概述_边
13、坡稳定性1 概述_边坡稳定性 图图1.5 传递系数法计算简图传递系数法计算简图 ?由平行滑动面力平衡导得由平行滑动面力平衡导得 ?令令 ?则则 ?若最后一块分条的推力若最后一块分条的推力PnC15)、石料、石料(MU30)、砂浆、砂浆(8度防震区 和强烈腐蚀环境不宜使用 适用：占地少，地基承载力要求 低、用于填土工程；8度防震区 和强烈腐蚀环境不宜使用 2.10 逆作拱墙支护结构2.10 逆作拱墙支护结构 ?原理：将水土压力产生的弯曲拉力转化为沿拱轴线的轴向压 力，使拱截面受压而不受弯，同时土也起土拱作用而减小压力 原理：将水土压力产生的弯曲拉力转化为沿拱轴线的轴向压 力，使拱截面受压而不受弯
14、，同时土也起土拱作用而减小压力 ?特点：施工快，造价低，适用于粘土、砂土和软土区；不适合 于饱和软土及淤泥质土，基坑深不宜大于12m 特点：施工快，造价低，适用于粘土、砂土和软土区；不适合 于饱和软土及淤泥质土，基坑深不宜大于12m 3 排(墙)支护结构设计计算3 排(墙)支护结构设计计算 适用条件适用条件 施工场地狭窄、地质条件较差、基坑较深、或对开挖引起的 变形控制较严 施工场地狭窄、地质条件较差、基坑较深、或对开挖引起的 变形控制较严 排桩支护适合于排桩支护适合于H=(610)m的基坑的基坑 地下连续墙适合于地下连续墙适合于H 10m、对变形控制要求较高的工程、对变形控制要求较高的工程
15、计算方法计算方法 无锚时：按悬臂式桩无锚时：按悬臂式桩(墙墙)计算计算 有锚时：按单层支锚桩有锚时：按单层支锚桩(墙墙)计算 按多支点桩 计算 按多支点桩(墙墙)计算计算 3.1 悬臂桩(墙)计算3.1 悬臂桩(墙)计算 极限平衡法极限平衡法 ?土压力模式：三角形土压力模式：三角形 ?入土深入土深t：静力平衡条件：静力平衡条件(X0、 、 M0)求解，计算步骤（略）求解，计算步骤（略） ?桩墙实际嵌深应适当放大桩墙实际嵌深应适当放大 ?由剪力为零求出最大弯矩点深 度，进而求出最大弯矩，再据此 配筋 由剪力为零求出最大弯矩点深 度，进而求出最大弯矩，再据此 配筋 (1.11.2) c tut=+
16、 静力平衡法 ep1-ea1 z ep3-ea3 tuh d D Ep Ep ep2-ea2 y E q0 A B C O 8 3.1 悬臂桩(墙)计算3.1 悬臂桩(墙)计算 布鲁姆简化法布鲁姆简化法 ?以一集中力以一集中力Ep代替桩墙底部后侧 出现的被动土压力 代替桩墙底部后侧 出现的被动土压力 ?入土深度：由入土深度：由Mc0求解求解 ?桩墙实际嵌深应适当放大桩墙实际嵌深应适当放大 (1) ?由由Qx=0求求Mmax及其深度及其深度xmax (1.11.4) c tut=+ 布鲁姆法计算简图 uha (KP-Ka)t h C Ep Ep O B E4 xm t E3 E2 E1 E A (KP-Ka) 【例题】【例题】10.1
