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1、4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 基坑支护结构设计原则基坑支护结构设计原则 4.3 4.3 4.3 4.3 排桩、地下连续墙设计计算排桩、地下连续墙设计计算排桩、地下连续墙设计计算排桩、地下连续墙设计计算 4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算 4.5 4.5 水泥土墙设计计算水泥土墙设计计算 4.6 4.6 地下水控制地下水控制 4.7 4.7 基坑监测基坑监测第四章第四章 基坑支护结构计算与设计基坑支护结构计算与设计2024/7/2214.3 4.3 排桩、地下连续墙设计计算排桩、地下连续墙设计计算 按基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩支护可分按基坑开挖深度及支挡结构受力情况
2、，排桩支护可分为以下几种情况：为以下几种情况：（1 1）无支撑（悬臂）支护结构：当基坑开挖深度不大，即）无支撑（悬臂）支护结构：当基坑开挖深度不大，即可利用悬臂作用挡住墙后土体。可利用悬臂作用挡住墙后土体。（2 2）单支撑结构：当基坑开挖深度较大时，不能采用无支）单支撑结构：当基坑开挖深度较大时，不能采用无支撑支护结构，可以在支护结构顶部附近设置一单支撑（或撑支护结构，可以在支护结构顶部附近设置一单支撑（或拉锚）。拉锚）。（3 3）多支撑结构：当基坑开挖深度较深时，可设置多道支）多支撑结构：当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以控制挡墙的位移。撑，以控制挡墙的位移。 2024/7/222支护
3、结构的破坏形式支护结构的破坏形式 (1)(1)支锚结构系统破坏；支锚结构系统破坏；(2)(2)桩墙底部向基坑内侧移动；桩墙底部向基坑内侧移动； (3)(3)桩墙弯曲破坏；桩墙弯曲破坏；(4)(4)整体圆弧滑动；整体圆弧滑动；(5)(5)隆起、管涌。隆起、管涌。 2024/7/2234.3 4.3 排桩、地下连续墙设计计算排桩、地下连续墙设计计算桩墙式支护结构的设计计算内容包括：桩墙式支护结构的设计计算内容包括：(1) (1) 支护桩插入深度的确定。支护桩插入深度的确定。(2) (2) 支护结构体系的内力分析和结构强度计算。支护结构体系的内力分析和结构强度计算。(3) (3) 基坑内外土体的稳定
4、性验算。基坑内外土体的稳定性验算。(4) (4) 基坑基坑底抗隆起稳定和抗渗流稳定底抗隆起稳定和抗渗流稳定验算。验算。(5) (5) 基坑的基坑的变形计算，内容包括支护结构的侧向位移、变形计算，内容包括支护结构的侧向位移、坑外地面的沉降和坑底隆起等项目坑外地面的沉降和坑底隆起等项目。2024/7/2242024/7/225一、计算原理一、计算原理4.3.1 4.3.1 悬臂式支护结构的设计悬臂式支护结构的设计图图4.3.1-1 悬臂板桩的变位及土压力分布图悬臂板桩的变位及土压力分布图a.变位示意图变位示意图 b.土压力分布图土压力分布图 c.悬臂板桩计算图悬臂板桩计算图 d. Blum 计算图
5、式计算图式2024/7/226二、规范法设计步骤二、规范法设计步骤1 1、桩径、桩距的确定：、桩径、桩距的确定： 按照地区经验取值。按照地区经验取值。 一般桩径一般桩径D0.6mD0.6m，可取，可取0.6m0.6m、0.8m0.8m、1.0m1.0m等。等。 有地下水时，桩中心距（有地下水时，桩中心距（1.21.21.51.5）D D，砂土和软土取小值。，砂土和软土取小值。粘性土取大值；粘性土取大值； 无地下水、降水或者土质较好时，桩中心距（无地下水、降水或者土质较好时，桩中心距（2 2 2.52.5）D D。2 2、土压力计算：、土压力计算： 按照经验土压力或实测土压力、或规范法计算土压力
6、。按照经验土压力或实测土压力、或规范法计算土压力。 4.3.1 4.3.1 悬臂式支护结构的设计悬臂式支护结构的设计2024/7/227 3.3.嵌固深度计算嵌固深度计算 参照参照如图如图所示。嵌固深度设计值所示。嵌固深度设计值h hd d按下式计算：按下式计算： h hp pEEpjpj-1.2-1.20 0h ha aEEaiai0 0 （4-14-1） 式中式中 E Epjpj桩、墙底以上基坑内侧各土层水平抗力标准值桩、墙底以上基坑内侧各土层水平抗力标准值e epjkpjk的的 合力之和；合力之和； h hp p合力合力E Epjpj作用点至桩、墙底的距离；作用点至桩、墙底的距离； E
7、Eaiai桩、墙底以上基坑外侧各土层水平荷载标准值桩、墙底以上基坑外侧各土层水平荷载标准值e eajkajk的合的合 力之和；力之和； h ha a合力合力E Eaiai作用点至桩、墙底距离；作用点至桩、墙底距离； 0 0建筑基坑侧壁重要性系数，按安全等级，一级建筑基坑侧壁重要性系数，按安全等级，一级0 0=1.1=1.1；二；二 级级0 0=1.0=1.0，三级，三级0 0 = 0.9= 0.9。4.3.1 4.3.1 悬臂式支护结构的设计悬臂式支护结构的设计2024/7/228 4.4.求最大弯矩求最大弯矩 MmaxMmax作用作用点：点：该点处结构内剪力为零，该点处结构内剪力为零，列方程
8、求解或试算。列方程求解或试算。 5.5.求最大弯矩求最大弯矩 MmaxMmax。 6.6.桩身配筋：桩身配筋：按照桩身按照桩身最大弯矩最大弯矩MmaxMmax配筋。配筋。对该点取矩对该点取矩4.3.1 4.3.1 悬臂式支护结构的设计悬臂式支护结构的设计一、支护结构受力变形一、支护结构受力变形T简化土压力T净土压力 hdE变形ABCB均匀土层均匀土层4.3.2 4.3.2 单层支点支护结构的计算单层支点支护结构的计算二、等值梁法二、等值梁法AEDAEDFAD弯矩分布等值梁法正弯矩负弯矩F由弯矩确定内力和配筋由弯矩确定内力和配筋弯矩分布等值梁法正弯矩负弯矩FT净土压力CB假设假设C点与点与 F是
9、重合的是重合的2024/7/2212设计步骤：设计步骤： 1. 1.计算作用于桩、墙上土压力强度，并绘出土压力分布图，计算作用于桩、墙上土压力强度，并绘出土压力分布图，可以考虑摩擦作用对土压力的影响。可以考虑摩擦作用对土压力的影响。 2. 2.求求t t0 0，由于，由于d d点主、被动土压力强度相等，即点主、被动土压力强度相等，即4.3.2 4.3.2 单层支点支护结构的计算单层支点支护结构的计算2024/7/2213 3.3.按简支梁求等值梁的支反力按简支梁求等值梁的支反力R RA A，t t0 0处反力处反力P P0 0 ： 由由M Md d0 0，求，求R RA A 由由MMa a0
10、0，求，求P P0 0 4. 4.求求MmaxMmax：板桩墙上剪力：板桩墙上剪力Q Q0 0 处为处为MmaxMmax的作用点的作用点 4.3.2 4.3.2 单层支点支护结构的计算单层支点支护结构的计算2024/7/22145.5.计算板桩最小入土深度计算板桩最小入土深度t t1 1：x x可根据可根据P P0 0和墙前净土压和墙前净土压力对板桩底端力对板桩底端e e点力矩相等求得：点力矩相等求得： 等值梁法计算弯矩过大，实际使用时可以取经验折减等值梁法计算弯矩过大，实际使用时可以取经验折减系数（系数（0.60.60.80.8）之间。）之间。 6. 6.求板桩截面性状尺寸。求板桩截面性状尺
11、寸。 7.Ra=(1.35 7.Ra=(1.35 1.4)R1.4)RA A计算。计算。4.3.2 4.3.2 单层支点支护结构的计算单层支点支护结构的计算2024/7/2215四、规范法四、规范法1 1、基坑底面以下支护结构设定弯矩零点基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离位置至基坑底面的距离h hc1c1可按下式确定可按下式确定： e ealkalk=e=eplkplk2 2、支点力支点力T Tclcl可按下式计算：可按下式计算：4.3.2 4.3.2 单层支点支护结构的计算单层支点支护结构的计算2024/7/22163 3、嵌固深度设计值嵌固深度设计值h hd d可按下式确
12、定可按下式确定： hp Epj+Tcl（hTl+hd）1.20 ha Eai 0 （4-3）4.3.2 4.3.2 单层支点支护结构的计算单层支点支护结构的计算对该点取矩对该点取矩2024/7/2217多锚（撑）基坑支护结构多锚（撑）基坑支护结构内力计算方法内力计算方法二分之一二分之一分担法分担法逐层开挖法逐层开挖法弹性抗力法弹性抗力法规范法规范法4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算2024/7/2218一、锚杆（支撑）的布置及特点一、锚杆（支撑）的布置及特点 （1 1）等弯矩布置：）等弯矩布置：各跨度的各跨度的最大弯矩相等，可充分利用板桩最大弯矩相等，可充分利
13、用板桩的抗弯强度；但是较深基坑，下的抗弯强度；但是较深基坑，下部的支锚层距过小，层数多，不部的支锚层距过小，层数多，不经济。经济。 4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算等弯矩布置等弯矩布置 2024/7/2219一、锚杆（支撑）的布置及特点一、锚杆（支撑）的布置及特点 （2 2）等反力布置：）等反力布置：各层支锚水各层支锚水平反力基本相等，使锚杆设计简化；平反力基本相等，使锚杆设计简化；但当基坑较深时，下部的支锚层距但当基坑较深时，下部的支锚层距过小，层数多，同样不经济。过小，层数多，同样不经济。4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计
14、算等反力布置等反力布置2024/7/2220一、锚杆（支撑）的布置及特点一、锚杆（支撑）的布置及特点 （3 3）等间距布置：）等间距布置：支锚结支锚结构的上、下排间距基本相同，基构的上、下排间距基本相同，基坑较深时，减少了支锚层数，较坑较深时，减少了支锚层数，较经济；但带来了较复杂的计算量。经济；但带来了较复杂的计算量。等间距布置在工程实际中设计最等间距布置在工程实际中设计最为普遍。为普遍。4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算等间距布置等间距布置 2024/7/2221二、二分之一分担法二、二分之一分担法 （一）方法简介（一）方法简介 多支撑连续梁的一种简化计算
15、用二分之一分担法，计算较多支撑连续梁的一种简化计算用二分之一分担法，计算较为简便。为简便。TerzaghiTerzaghi和和PeckPeck根据柏林和芝加哥等地铁工程基坑挡根据柏林和芝加哥等地铁工程基坑挡土结构支撑受力测定，以包络图为基础，以二分之一分担法将土结构支撑受力测定，以包络图为基础，以二分之一分担法将支撑轴力转化为土压力，提出土压力分布图。反之，如土压力支撑轴力转化为土压力，提出土压力分布图。反之，如土压力分布图已确定，则可以用二分之一分担法来计算多支撑的受力。分布图已确定，则可以用二分之一分担法来计算多支撑的受力。 1.1.这种方法不考虑桩、墙体支撑变形这种方法不考虑桩、墙体支撑
16、变形; ; 2.2.将支撑承受的力（土压力、水压力、地面超载等）认为将支撑承受的力（土压力、水压力、地面超载等）认为等于相邻两个半跨土压力荷载值等于相邻两个半跨土压力荷载值; ;4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算2024/7/2222 二分之一分担法计算简图二分之一分担法计算简图 3. 3.土压力分布图已确定。土压力分布图已确定。 求支撑受的反力，然后求出正负弯矩、最大弯矩，以求支撑受的反力，然后求出正负弯矩、最大弯矩，以核定桩墙的截面及配筋，这种计算较方便。核定桩墙的截面及配筋，这种计算较方便。4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的
17、计算2024/7/2223（二）设计计算（二）设计计算 1. 1.计算主动土压力系数、被动土压力系数和计算主动土压力系数、被动土压力系数和 式中：式中： q q地面荷载；地面荷载； 土的重度；土的重度； H H 地面到基坑底的距离地面到基坑底的距离 （基坑开挖深度）。（基坑开挖深度）。 4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算2024/7/22242.2.计算各支撑点（锚固点）的支撑力（锚固力）计算各支撑点（锚固点）的支撑力（锚固力） 式中式中 R Ro o零弯点处的土压力；零弯点处的土压力； 4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算20
18、24/7/2225三、逐层开挖支撑力不变法三、逐层开挖支撑力不变法 多层支护的施工是先施工挡土桩或挡土墙，然后开挖第多层支护的施工是先施工挡土桩或挡土墙，然后开挖第一层土，挖到第一层支撑或锚杆以下若干距离，进行第一层一层土，挖到第一层支撑或锚杆以下若干距离，进行第一层支撑或锚杆施工。然后向下挖第二层土，挖到第二层支撑支支撑或锚杆施工。然后向下挖第二层土，挖到第二层支撑支点以下若干距离，进行第二层支撑或锚杆施工。如此循环作点以下若干距离，进行第二层支撑或锚杆施工。如此循环作业，一直挖到坑底为止。业，一直挖到坑底为止。 其计算方法是根据实际施工，按每层支撑受力后不因下其计算方法是根据实际施工，按每
19、层支撑受力后不因下阶段支撑及开挖而改变数值的原理进行的。阶段支撑及开挖而改变数值的原理进行的。4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算2024/7/2226（一）假设条件（一）假设条件 1. 1.每层支撑受力后不因下阶段开挖支撑设置而改变其数值，每层支撑受力后不因下阶段开挖支撑设置而改变其数值，钢支撑加轴力，锚杆加预应力。钢支撑加轴力，锚杆加预应力。 2. 2.第一层支撑后，第二层开挖时其变形甚小，认为不变化。第一层支撑后，第二层开挖时其变形甚小，认为不变化。第二层开挖支撑后开挖第三层土方，认为第二层变形不变化。第二层开挖支撑后开挖第三层土方，认为第二层变形不变化。
20、 3. 3.第一层支撑阶段，挖土深度要满足第二层施工的需要，第一层支撑阶段，挖土深度要满足第二层施工的需要，第二层支撑时挖土深度要满足第三层施工的需要。第二层支撑时挖土深度要满足第三层施工的需要。 4. 4.每层支撑后其支点计算时可按简支考虑。每层支撑后其支点计算时可按简支考虑。 5. 5.逐层开挖支撑时皆须考虑坑下零弯点距离，即近似为零逐层开挖支撑时皆须考虑坑下零弯点距离，即近似为零点距离。点距离。4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算（二）计算方法（二）计算方法 1. 1.求求R RB B支点水平力，支点水平力，如图如图所示。所示。 基坑开挖到基坑开挖到B B
21、点以下若干距离（满足支撑施工的距离），点以下若干距离（满足支撑施工的距离），在未作在未作B B点支撑或锚杆时必须考虑悬臂桩的要求，如弯矩、点支撑或锚杆时必须考虑悬臂桩的要求，如弯矩、位移等。在作第一层支撑位移等。在作第一层支撑B B点时要满足第二阶段挖土第二支点时要满足第二阶段挖土第二支撑点撑点C C尚未施工时的水平力。算法是：找出尚未施工时的水平力。算法是：找出C C点下零弯点距离点下零弯点距离如图如图所示所示y y距离，可用公式求出或距离，可用公式求出或图表图表查经验值。然后求出查经验值。然后求出O O点以上的土压力点以上的土压力E EA A（包括主动土压力、水压力及地面荷载），（包括主动
22、土压力、水压力及地面荷载），此时此时C C点尚未支撑或未作锚杆，这部分水平压力将由点尚未支撑或未作锚杆，这部分水平压力将由R RB B及被动及被动土压力部分的土压力部分的R RO O承受。对承受。对O O点取矩可以求出点取矩可以求出R RB B 。R Ro o=E=EA A-R-RB B, ,即即一部分主动土压力让土的被动土压力承担。一部分主动土压力让土的被动土压力承担。4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算2024/7/2228第一层锚杆（支撑）第一层锚杆（支撑）计算计算简图简图 土压力分布图土压力分布图4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护
23、结构的计算2024/7/2229基坑开挖各阶段弯矩零点距坑面距离经验值（基坑开挖各阶段弯矩零点距坑面距离经验值（y y）砂性土黏性土=200.25hN20.4h=250.06h2N100.3h=300.08h10N200.2h=350.035hN200.1h4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算2024/7/2230 2. 2.求求C C点支撑的支撑力点支撑的支撑力R RC C 同样在第二层支撑同样在第二层支撑C C点时须考虑第三阶段挖土在点时须考虑第三阶段挖土在D D点点尚未支撑时的各种水平力。同样要求出尚未支撑时的各种水平力。同样要求出R RD D坑下的零弯点
24、坑下的零弯点的距离，与上法相同，求出的距离，与上法相同，求出R Rc c,R,R0 0 为被动土压力部分。为被动土压力部分。 3. 3.同样方法求出同样方法求出R RD D, ,如果还有支撑，则用同样方法求如果还有支撑，则用同样方法求出出n n个支撑力。个支撑力。4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算四、弹性抗力法（弹性支点法、地基反力法）四、弹性抗力法（弹性支点法、地基反力法） 基基本本原原理理：将将桩桩墙墙看看成成竖竖直直置置于于土土中中的的弹弹性性地地基基梁梁，基基坑坑以以下下土土体体以以连连续续分分布布的的弹弹簧簧来来模模拟拟，基基坑坑底底面面以以下下的的
25、土土体反力与墙体的变形有关。体反力与墙体的变形有关。 计算方法计算方法 墙墙后后土土压压力力分分布布：直直接接按按朗朗肯肯土土压压力力理理论论计计算算、矩矩形形分分布的经验土压力模式（我国较多采用）；布的经验土压力模式（我国较多采用）； 地地基基抗抗力力分分布布：基基坑坑开开挖挖面面以以下下的的土土抗抗力力分分布布根根据据文文克克尔地基模型计算：尔地基模型计算：k ks s：地基土的水平基床系数：地基土的水平基床系数4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算EaEaR1RnR1Rn 支支点点按按刚刚度度系系数数 k kz z的的弹弹簧簧进进行行模模拟拟，建建立立桩桩墙
26、墙的的基基本本挠曲微分方程，解方程可以得到支护结构的内力和变形。挠曲微分方程，解方程可以得到支护结构的内力和变形。4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算五、五、建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程JGJ120-99JGJ120-99的一般规定的一般规定建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程JGJ120-99JGJ120-99对排桩、地下连续对排桩、地下连续墙的计算作如下规定：墙的计算作如下规定： 1 1、排桩、地下连续墙可根据受力条件分段按平面问排桩、地下连续墙可根据受力条件分段按平面问题计算，排桩水平荷载计算宽度可取排桩的中心距；地下题计算，排桩水平荷载计
27、算宽度可取排桩的中心距；地下连续墙可取单位宽度或一个墙段。连续墙可取单位宽度或一个墙段。2 2、结构内力与变形计算值、支点力计算值应根据基结构内力与变形计算值、支点力计算值应根据基坑开挖及地下结构施工过程的不同工况按下列规定计算：坑开挖及地下结构施工过程的不同工况按下列规定计算：4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算（1 1）宜按本规程附录宜按本规程附录B B的弹性支点法计算，支点刚度系数的弹性支点法计算，支点刚度系数k kT T及地基土水平抗力系及地基土水平抗力系m m应按地区经验取值，当缺乏地
28、区经应按地区经验取值，当缺乏地区经验时可按本规程附录验时可按本规程附录C C确定；确定；（2 2）悬臂及单层支点结构的支点力计算值悬臂及单层支点结构的支点力计算值T Tclcl、截面弯矩、截面弯矩计算值计算值M Mc c、剪力计算值、剪力计算值V Vc c也可按本规程第也可按本规程第4.1.14.1.1条的静力平条的静力平衡条件确定（图衡条件确定（图4.1.14.1.111图图4.1.14.1.13 3）。）。3 3、结构内力及支点力的设计值应按下列规定计算：结构内力及支点力的设计值应按下列规定计算：（1 1）截面弯矩设计值截面弯矩设计值M M M=1.25 M=1.250 0 M Mc c
29、（4-44-4） 式中式中M Mc c截面弯矩计算值。截面弯矩计算值。（2 2）截面剪力设计值截面剪力设计值V V V=1.25 V=1.250 0 V Vc c （4-54-5）式中式中V Vc c截面剪力计算值。截面剪力计算值。（3 3）支点结构第支点结构第j j层支点力设计值层支点力设计值T Tdjdj： T Tdjdj=1.25=1.250 0 T Tcjcj （4-64-6）式中式中T Tcjcj第第j j层支点力计算值。层支点力计算值。4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算4 4、正截面受弯及斜截面受剪承载力计算以及纵向钢筋、正截面受弯及斜截面受剪承载力计算以及纵向钢筋、箍筋的构造要求，应符合现行国家标准混凝土结构设计箍筋的构造要求，应符合现行国家标准混凝土结构设计规范的有关规定；规范的有关规定；5 5、 圆形截面正截面受弯承载力应按本规程附录圆形截面正截面受弯承载力应按本规程附录D D的规定的规定计算，正截面弯矩设计值可按计算，正截面弯矩设计值可按式（式（4-44-4）确定。确定。4.3.3 4.3.3 多层支点支护结构的计算多层支点支护结构的计算
