建筑基坑工程設(shè)計計算與施工

建筑基坑工程設(shè)計計算與施工前言隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市的高層建筑大量涌現(xiàn)。由于城市地價愈益昂貴，向高空發(fā)展和地下空間開發(fā)利用的趨勢愈加強(qiáng)烈。建筑物高度越來越高，地下室層數(shù)越來越多，從而導(dǎo)致基坑開挖深度越來越深。這種趨勢對建筑基坑的設(shè)計計算理論和施工技術(shù)提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，同時也推動了我國深基坑工程設(shè)計理論和施工技術(shù)的不斷發(fā)展。目前，已發(fā)展了多種符合我國國情的、實(shí)用的基坑支護(hù)方法，設(shè)計計算理論不斷改進(jìn)，施工工藝不斷完善。與地基工程相比，深基坑工程還很不成熟，大多依靠傳統(tǒng)的土壓力理論及地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計與施工，結(jié)果不是不安全，就是偏于保守，導(dǎo)致浪費(fèi)。如何保證基坑工程的設(shè)計與施工既經(jīng)濟(jì)又安全，已成為一個重要的研究課題，這正是本書想要回答的問題。建筑基坑工程是一門綜合性很強(qiáng)的新型學(xué)科，它涉及到工程地質(zhì)、土力學(xué)、基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)、原位測試技術(shù)、施工技術(shù)、土與結(jié)構(gòu)相互作用以及環(huán)境巖土工程等多學(xué)科問題?；庸こ绦再|(zhì)有著"先實(shí)踐，后理論"和"地區(qū)性"的特點(diǎn)。隨著土力學(xué)理論、計算技術(shù)、測試儀器以及施工機(jī)具和施工工藝的不斷發(fā)展，建筑基坑工程技術(shù)正在不斷的發(fā)展和完善。要提高基坑工程的設(shè)計與施工水平，必須有一個好的設(shè)計計算理論作為依據(jù)，選擇合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，同時還要有豐富的設(shè)計和施工經(jīng)驗(yàn)。目前，已有大量資料對建筑基坑工程作了比較全面的介紹；此外，我國的建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范與不少省市的地方性基坑工程技術(shù)規(guī)程也已頒布執(zhí)行。本書遵循"內(nèi)容充實(shí)，取材新穎，注重實(shí)用，便于自學(xué)"的原則，努力做到不僅能掌握理解基本概念，而且能反映本學(xué)科的最新成果；既重視理論概念的闡述，也注重實(shí)際工程中的應(yīng)用。本書在編寫過程中，唐業(yè)清教授給予了作者很大的啟發(fā)和鼓勵，李啟民同志及作者的同事和朋友也提供了許多很有價值的資料；此外，本書在出版過程中得到了出版社同志們的熱情支持和幫助，在此深表謝意?；庸こ汤碚撨€很不成熟，各種工法地區(qū)性差異很大。書中介紹的理論、方法及經(jīng)驗(yàn)只能在一定條件下適用，本書的目的在于解決問題的思路和途徑，切不可照搬。因此，書中定有不妥之處，懇請讀者批評指正。第一章概

述第一節(jié)基坑工程主要內(nèi)容與特點(diǎn)一、基坑工程的主要內(nèi)容建筑基坑工程是巖土工程的一部分，而巖土工程是近40年來在一些發(fā)達(dá)國家發(fā)展起來的一個相對獨(dú)立于土木工程的專業(yè)性技術(shù)領(lǐng)域。在工程實(shí)踐推動下，巖土工程在學(xué)術(shù)上亦形成了新興的學(xué)科。在我國巖土工程技術(shù)早已存在，源遠(yuǎn)流長。但形成一個相對獨(dú)立的工程技術(shù)行業(yè)以及新的學(xué)科是近20年間的事，是執(zhí)行改革開放政策以來巖土工程體制改革與建設(shè)的結(jié)果。建筑基坑工程是指建筑物或構(gòu)筑物地下部分施工時，需開挖基坑，進(jìn)行施工降水和基坑周邊的圍擋，同時要對基坑四周的建筑物、構(gòu)筑物、道路和地下管線進(jìn)行監(jiān)測和維護(hù)，確保正常、安全施工的一項(xiàng)綜合性工程，其內(nèi)容包括勘探、設(shè)計、施工、環(huán)境監(jiān)測和信息反饋等工程內(nèi)容。基坑工程的服務(wù)工作面幾乎涉及所有土木工程領(lǐng)域，如建工、水利、港口、路橋、市政、地下工程以及近海工程等工程領(lǐng)域。建筑基坑工程是地下基礎(chǔ)施工中內(nèi)容豐富而富于變化的領(lǐng)域。工程界已越來越認(rèn)識到建筑基坑工程是一項(xiàng)風(fēng)險工程，是綜合性很強(qiáng)的新型學(xué)科，它涉及到工程地質(zhì)、土力學(xué)、基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)、原位測試技術(shù)、施工技術(shù)、土與結(jié)構(gòu)相互作用以及環(huán)境巖土工程等多學(xué)科問題。基坑工程大多是臨時性工程，工程經(jīng)費(fèi)限制很緊，而影響基坑工程的因素又很多，例如，地質(zhì)條件、地下水情況、具體工程要求、天氣變化的影響、施頁序及管理、場地周圍環(huán)境等多種因素影響，可以說它又是一門綜合性的系統(tǒng)工程。建筑基坑工程的設(shè)計與施工，既要保證整個支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全，又要控制結(jié)構(gòu)和其周圍土體的變形，以保證周圍環(huán)境(相鄰建筑及地下公共設(shè)施等)的安全。在安全前提下，設(shè)計要合理，又能節(jié)約造價、方便施工、縮短工期。要提高基坑工程的設(shè)計與施工水平，必須正確選擇土壓力、計算方法和參數(shù)，選擇合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，同時還要有豐富的設(shè)計和施工經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。此外，我國的行業(yè)建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范與不少省市的地方性基坑工程技術(shù)規(guī)程也已相繼頒布執(zhí)行，可作為建筑基坑工程設(shè)計與施工的重要參考或依據(jù)。建筑基坑工程的發(fā)展與建筑業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。由于城市化的快速發(fā)展，城市人口超飽和，建筑空間擁擠和城市綠地減少，導(dǎo)致我國的高層建筑如雨后春筍，拔地而起。1980～1989年10年間，我國新建高層建筑1000余棟；1990～1991年兩年問新建高層建筑1000余棟；1992年一年就新建高層建筑1000余棟，幾乎成幾何級數(shù)遞增。從發(fā)展趨勢看，我國正在建設(shè)的高層建筑越來越高，向地下發(fā)展越來越深，這對基坑工程提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。隨著城市建設(shè)中高層及超高層建筑的大量涌現(xiàn)，基坑工程越來越多。同時密集的建筑群、大深度的基坑周圍復(fù)雜的地下設(shè)施，使得放坡開挖這一傳統(tǒng)技術(shù)不再能滿足現(xiàn)代城鎮(zhèn)建設(shè)的需要，因此基坑工程引起了各方面的廣泛重視。特別是90年代以來，基坑工程問題已經(jīng)成為我國建筑工程界的熱點(diǎn)問題之一。基坑工程數(shù)量、規(guī)模、分布急劇增加，同時也暴露出許多問題。二、基坑工程的主要特點(diǎn)1．基坑工程是與眾多因素相關(guān)的綜合技術(shù)，如場地勘察，基坑設(shè)計、施工、監(jiān)測，現(xiàn)場管理，相鄰場地旋工的相互影響等。基坑設(shè)計和施工涉及地質(zhì)條件、巖土性質(zhì)、場地環(huán)境、工程要求、氣候變化、地下水動態(tài)、施工程序和方法等許多復(fù)雜問題，是理論上尚待發(fā)展的綜合技術(shù)學(xué)科。2．基坑工程正向大深度、大面積方向發(fā)展，有的長度和寬度多達(dá)百余米。3．隨著舊城改造的推進(jìn)，基坑工程經(jīng)常在密集的建筑群中施工，場地狹窄，鄰近常有必須保護(hù)的永久性建筑和市政公用設(shè)施，不能放坡開挖，對基坑穩(wěn)定和位移控制的要求很嚴(yán)。4．在軟土、高水位及其它復(fù)雜條件下開挖基坑，很容易產(chǎn)生土體滑移、基坑失穩(wěn)、樁體變位、坑底隆起、支擋結(jié)構(gòu)嚴(yán)重漏水、流土以致破損等病害，對周邊建筑物、地下構(gòu)筑物及管線的安全造成很大威脅。5．基坑工程包含擋土、支護(hù)、防水、降水、挖土等許多緊密聯(lián)系的環(huán)節(jié)，其中的某一環(huán)節(jié)失效將會導(dǎo)致整個工程的失敗。6．相鄰場地的基坑施工，其打樁、降水、挖土等各項(xiàng)施工環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生相互影響與制約，增加事故誘發(fā)因素。7．基坑工程造價較高，但又是臨時性工程，一般不愿投入較多資金?？墒牵坏┏霈F(xiàn)事故，處理十分困難，造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響往往十分嚴(yán)重。8．基坑工程施工周期長，從開挖到完成地面以下的全部隱蔽工程，常需經(jīng)歷多次降雨、周邊堆載、振動、施工不當(dāng)?shù)仍S多不利條件，其安全度的隨機(jī)性較大，事故的發(fā)生往往具有突發(fā)性。此外，基坑工程是面對各種各樣的地基土和復(fù)雜的環(huán)境條件進(jìn)行施工作業(yè)，還存在以下一些不確定因素：1．外力的不確定性。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的外力往往隨著環(huán)境條件、施工方法和施工步驟因素的變化而改變。2．變形的不確定性。變性控制是支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，但影響變形的因素很多，圍護(hù)墻體的剛度、支撐(或錨桿)體系的布置和構(gòu)件的截面特性、地基土的性質(zhì)、地下水的變化、潛蝕和管涌以及施工質(zhì)量和現(xiàn)場管理水平等等都是產(chǎn)生變形的原因。3．土性的不確定性。地基土的非均質(zhì)性(成層)和地基土的特性不是常量，在基坑的不同部位、不同施：亡階段土性是變化的，地基土對支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用或提供的抗力也隨之而變化。4．一些偶然變化所引起的不確定因素。施工場地內(nèi)土壓力分布的意外變化、事先沒有掌握的地下障礙物或地下管線的發(fā)現(xiàn)以及周圍環(huán)境的改變等等，這些事前未曾預(yù)料的因素都會影響基坑工程的正常施工和使用。目前在基坑工程中發(fā)生工程事故的概率往往高于主體工程。由于存在以上這些不確定因素，很難對基坑工程的設(shè)計與施工定出一套標(biāo)準(zhǔn)模式，或用一套嚴(yán)密的理論計算方法來把握施工過程中可能發(fā)生的各種變化。目前只能采用理論計算與地區(qū)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的半經(jīng)驗(yàn)、半理論的方法進(jìn)行設(shè)計。要求現(xiàn)場施工技術(shù)人員具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)和高度的責(zé)任感，能及時處理由于各種意外變化所產(chǎn)生的不利情況，只有這樣才能最有效地防止或減少基坑工程事故的發(fā)牛。第二節(jié)基坑工程發(fā)展簡況基坑：翻呈是一項(xiàng)古老的工程技術(shù)，又是一門新興的應(yīng)用學(xué)科。縱觀古今、博覽中外，作為基坑工程主要內(nèi)容的工程地質(zhì)以及巖土力學(xué)與基礎(chǔ)工程，雖說作為一門單項(xiàng)學(xué)科是近六七十年間的事．但它作為一項(xiàng)工程技術(shù)早已不自今日始。本世紀(jì)20年代，K．Terzaghi的《土力學(xué)》和《工程地質(zhì)學(xué)》的先后問世，標(biāo)志著本學(xué)科走向系統(tǒng)和成型，帶動了各國學(xué)者和工程技術(shù)人員對本門學(xué)科和技術(shù)的各個方面的探索、深入與提高。40年代Terzaghi和Peck等人就提出了預(yù)估挖土方穩(wěn)定程度和支撐荷載大小的總應(yīng)力法。這一理論原理一直沿用至今，只不過有了許多改進(jìn)和修正。50年代Bjerrum和Eide給出了分析深基坑底板隆起的方法。60年代開始在奧斯陸和墨西哥城軟粘士深基坑中使用了儀器進(jìn)行監(jiān)測，此后的大量實(shí)測資料提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性，并從70年代起產(chǎn)生了相應(yīng)的指導(dǎo)開挖的法規(guī)。80年代初我國逐漸涉入深基坑設(shè)計與施工領(lǐng)域，進(jìn)入90年代為了總結(jié)我國深基坑工程沒計與施工經(jīng)驗(yàn)，一些單位開始著手編制深基坑工程設(shè)計與施工的有關(guān)規(guī)程和法規(guī)。目前，隨著科技的發(fā)展，特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，極大地推動了巖土工程界(其中深基坑工程也不例外)，各種新的沒汁汁算理論和先進(jìn)的測試技術(shù)不斷地被用到建筑基坑工程中，室內(nèi)外的調(diào)查和測試正在實(shí)現(xiàn)著半自動比和自動化，有效地減輕了勞動，提高了效率；巖土工程中非線性計算和數(shù)值分析方法得以具體操作和實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)了巖土本構(gòu)關(guān)系和計算從線性向非線性這一質(zhì)變的過渡；而巖土工程監(jiān)測技術(shù)(包括測試手段、方法與工具)的進(jìn)步，加速了基坑工程中信息化施工的推行，反過來又迅速提高了人們對基坑工程設(shè)計方法和理論的認(rèn)識，建筑基坑工程的設(shè)計原則正從強(qiáng)度破壞極限狀態(tài)向著變形極限狀態(tài)控制發(fā)展。目前有一部分內(nèi)容正試行著向概率極限狀態(tài)(可靠性設(shè)計方法)控制的新的方向發(fā)展，以便盡早與已經(jīng)按照可靠性原則進(jìn)行設(shè)計的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計方法相匹配。近年來，大、重型機(jī)械制造技術(shù)，特別是美、日及歐洲發(fā)達(dá)國家的大功率、強(qiáng)動力施工機(jī)械和大型靜動態(tài)測試儀器的問世，更加推動了基坑工程理論與技術(shù)的迅速發(fā)展；而在法、意、日_等國家率先使用的新的基礎(chǔ)施工法(如SMW工法等)的相繼問世，又極大地發(fā)展了軟土開挖與圍護(hù)的技術(shù)。尤其是我國貫徹執(zhí)行改革開放政策以來的近20年間所形成的開放大市場和與國際接軌的外向型運(yùn)作，使我國的基坑工程領(lǐng)域的發(fā)展形成了東西方模式并存的獨(dú)特格局，而在技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展上，又存在著地域上的不平衡。隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)建設(shè)高潮的興起，許多城市新建和進(jìn)行改建、擴(kuò)建，特別是近年在沿海開放城市中高層建筑的大量興建或地下空間的逐漸開發(fā)和利用，基坑工程的設(shè)計和施工技術(shù)的開發(fā)和實(shí)踐，形成了近年國內(nèi)巖土工程建設(shè)項(xiàng)目的熱點(diǎn)。多種形式的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，如排樁擋土、排樁與水泥土復(fù)合圍護(hù)、水泥土攪拌樁支擋、引進(jìn)的SMW工法以及地下連續(xù)墻等，已經(jīng)逐步打破了以前單一的板樁(鋼板樁、混凝土板樁等)圍護(hù)的模式而形成了多樣化格局，呈現(xiàn)出前所未有的技術(shù)發(fā)展與更新的勢頭。在城市密集的建筑群中建造高層建筑物，對基坑工程技術(shù)提出了更高、更嚴(yán)的要求，不僅要確保邊坡的穩(wěn)定，而且要滿足變形控制的要求，以確保基坑周圍的建筑物、地下管線、道路等的安全。為了準(zhǔn)確估汁由于基坑開挖引起的土體和支撐系統(tǒng)的變形，一方面依賴于成功地應(yīng)用有限元等現(xiàn)代化的分析計算工具，另一方面依賴于獲得土計算參數(shù)的正確性。常規(guī)的室內(nèi)試驗(yàn)方法已不足以確定預(yù)估位移的關(guān)鍵參數(shù)。只有把室內(nèi)試驗(yàn)與原位測試技術(shù)結(jié)合起來才能解決這個問題。目前在基坑圍護(hù)漫計中，仍然采用朗肯土壓力理論，采用有限元進(jìn)行數(shù)值計算，把整個基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)視作平面問題來計算，如果基坑形狀并非長方形必然會產(chǎn)生不合理的計算結(jié)果，甚至無法計算，此時只能依靠經(jīng)驗(yàn)解決。隨著土壓力理論的進(jìn)一步研究，計算技術(shù)的發(fā)展，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，已發(fā)展了一些新的能考慮基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空間作用和土壓力的非線性變化的理論和計算方法(如基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空間非線性共同作用理論，即非線性地基豎向梁與土體共同作用理論和彈簧補(bǔ)償?shù)ǖ??；庸こ屉S著地區(qū)巖土性質(zhì)不同而有很大差異，所以基坑工程技術(shù)有著"先實(shí)踐，后理論"和"地區(qū)性"特點(diǎn)。我國各地區(qū)的基坑工程技術(shù)正在不斷地發(fā)展和完善。近年來已出現(xiàn)了許多新的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式與穩(wěn)定邊坡的方法。維護(hù)邊坡穩(wěn)定傳統(tǒng)的做法是板樁支撐系統(tǒng)或板樁錨拉系統(tǒng)。這些傳統(tǒng)的方法優(yōu)點(diǎn)是支撐材料可以回收，但卻存在許多致命的弱點(diǎn)，如支撐往往是在開挖之后施加的，以致變形難以避免；拔出板樁時仍舊會引起邊坡土體的進(jìn)一步變形等。因此，在建筑物密集的城區(qū)或周圍有建(構(gòu))筑物及地下設(shè)施的場地，選用傳統(tǒng)的方法受到許多限制，處理不當(dāng)還會釀成事故，這些例子是很多的。發(fā)生這些基坑工程事故固然是痛心的，但也從反面教育了巖土工程師去重視、去研究、去改進(jìn)。從某種意義上講，這些工程事故也是對巖土工程技術(shù)進(jìn)步的促進(jìn)和提高。基坑工程技術(shù)另一個重要進(jìn)展(在某種意義上可能是最重要的)是巖土工程信息化施工技術(shù)作業(yè)的運(yùn)行。信息化施工原理和環(huán)境效應(yīng)問題被人們所注意，以致被接受并付諸行動，這不僅是巖土工程技術(shù)本身的進(jìn)步，更是工程界直至社會各方面在巖土工程總體意識上的更新、進(jìn)步和延伸，已日益表現(xiàn)在巖土工程領(lǐng)域各類行為信息的反饋、監(jiān)測、監(jiān)控和監(jiān)理等各項(xiàng)工作及信息數(shù)據(jù)的及時處理(包括計算機(jī)的應(yīng)用)和技術(shù)與管理措施的及時調(diào)整等，巖土工程監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，則是巖土工程信息化得以實(shí)施的強(qiáng)有力的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)保障。前者具體表現(xiàn)在兩方面：一是監(jiān)測方法及儀器本身的進(jìn)步。現(xiàn)代物理，特別是電子技術(shù)的成就已廣泛應(yīng)用于新型監(jiān)測儀表之中，如壓力盒、遠(yuǎn)視沉降儀、各類孔壓儀以及測斜儀等的設(shè)計與制作，優(yōu)化了儀表結(jié)構(gòu)性能，提高了精度和穩(wěn)定性。二是監(jiān)測內(nèi)容的不斷擴(kuò)大與完善。分析方法的不斷提高，如土體豎向位移和側(cè)向位移、土體側(cè)向壓力、孔隙水壓力以及施工環(huán)境諸因素和對象的反應(yīng)監(jiān)控等都能較全面地得到實(shí)施。而后者促進(jìn)了前者的技術(shù)更新與改進(jìn)，前者又為后者的實(shí)施提供了技術(shù)手段的保證。監(jiān)測用于施工，保證和控制了施工質(zhì)量，防止了事故(特別是災(zāi)難性事故)的發(fā)生，保護(hù)了環(huán)境安全，從而使我國的巖土工程設(shè)計與施工整體水平得到很大的提高，也為我國巖土工程與國際慣例接軌準(zhǔn)備了基礎(chǔ)條件。第三節(jié)基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)分類建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)通常可分為樁(墻)式支護(hù)體系和重力式支護(hù)體系兩大類；根據(jù)不同的工程類型和具體情況這兩類又可派生出多種支護(hù)結(jié)構(gòu)型式，如圖1-1至圖l-3。樁(墻)式支護(hù)體系一般有圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)、支撐(或錨桿)結(jié)構(gòu)以及防水帷幕等部分組成。根據(jù)圍護(hù)墻材料，樁(墻)式支護(hù)體系又可分為鋼筋混凝土地下連續(xù)墻、柱列式鉆孔灌注樁、鋼板樁和鋼筋?昆凝土板樁等形式。根據(jù)對圍護(hù)墻的支撐方式，又可以分為內(nèi)支撐體系和土層錨桿體系兩類。樁(墻)式支護(hù)體系的墻體厚度相對較小，通常是借助墻體在開挖面以下孵-插入深度和設(shè)置在開挖面以上的支撐或錨桿系統(tǒng)來平衡墻后的水、土壓力和維持邊坡穩(wěn)榭于開挖深度不大的基坑，經(jīng)過驗(yàn)算也可采用無支撐、無錨桿的懸臂狀樁(墻)式支護(hù)體系"重力式支護(hù)體系一般是指不用支撐及錨桿的自立式墻體結(jié)構(gòu)，厚度相對較大，主要借韻其自重、墻底與地基之間的摩擦力以及墻體在開挖面以下受到的土體被動抗力來平德墻鍘水壓力和維持邊坡穩(wěn)定。在基坑工程中，重力式支護(hù)體系的墻體在開挖面以下往往鬻繁粼定的埋入深度。目前，在我國各地常用的水泥土支護(hù)體系以及格構(gòu)式地下連續(xù)墻一般都?xì)w在重力式支護(hù)體系中，其受力性能類似于懸臂狀的樁(墻)式支護(hù)結(jié)構(gòu)，但在樁(墻)式支護(hù)結(jié)構(gòu)中一般不計墻體自重及墻底摩阻力對墻體穩(wěn)定的影響。第四節(jié)基坑工程設(shè)計內(nèi)容基坑工程設(shè)計前所取得的資料應(yīng)滿足《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》(YB9258-97)3．0．1～3．0．2的有關(guān)規(guī)定。在基坑工程設(shè)計中應(yīng)包括支護(hù)體系選型、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形計算、場地內(nèi)外土體穩(wěn)定性、滲透穩(wěn)定性、降水要求、挖土要求、監(jiān)測內(nèi)容等，應(yīng)注意避免"工況"和"計算項(xiàng)目"兩方面可能的"漏項(xiàng)"，從而導(dǎo)致基坑失誤。在施工過程中，尤其在軟土地基中施工時，應(yīng)該研究挖土的方法、過程以及支撐與挖土的配合。設(shè)計的基坑工程基本功能應(yīng)滿足：地下工程施工空間要求及安全；主體工程地基及樁基安全及環(huán)境安全(包括相鄰建筑物、構(gòu)筑物及地下共用設(shè)施等)?；庸こ淘O(shè)計與施工工作程序可參考圖l-4所示的步驟進(jìn)行。一、支護(hù)體系選型支護(hù)體系選型：包括圍護(hù)墻體和支撐(或錨桿)結(jié)構(gòu)兩個體系所用材料和型式的選擇及布置方式(可參見附錄A)。應(yīng)該根據(jù)工程規(guī)模、主體工程特點(diǎn)、場地條件、環(huán)境保護(hù)要求、巖土工程勘察資料、土方開挖方法以及地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)等因素，經(jīng)綜合分析比較，在確保安全可靠的前提下，選擇切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方案。圍護(hù)墻體和支撐結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)遵循以下原則：1．基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件(包括圍護(hù)墻、隔水帷幕和錨桿)在一般情況下不應(yīng)超出工程用地范圍。否則應(yīng)事先征得政府主管部門或相鄰地塊業(yè)主的同意；2．基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件不能影響主體工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常施工；3．有條件時基坑平面形狀盡可能采用受力性能較好的圓形、正多邊形和矩形。二、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算通過設(shè)計計算確定支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形，用于驗(yàn)算截面承載力和基坑位移。計算模型的假設(shè)條件必須符合支護(hù)結(jié)構(gòu)的具體情況，所采用的有關(guān)參數(shù)應(yīng)根據(jù)工程的具體條件和地區(qū)的工作經(jīng)驗(yàn)確定。由于支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形隨著施工的進(jìn)展而不斷變化，因此設(shè)計計算必須按不同施工階段的特征分別進(jìn)行驗(yàn)算，同時應(yīng)考慮前一種工況對后面各種工況內(nèi)力和變形的影響。三、極限狀態(tài)下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算基坑工程的極限狀態(tài)應(yīng)分為承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。承載力極限狀態(tài)包括土體穩(wěn)定、圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞和支撐錨固系統(tǒng)失效；正常使用極限狀態(tài)包括基坑變形不影響相鄰地下結(jié)構(gòu)，相鄰建筑、管線和道路等正常使用。穩(wěn)定性驗(yàn)算通常應(yīng)包括以下內(nèi)容：1．基坑邊坡總體穩(wěn)定驗(yàn)算。防止由于圍護(hù)墻插入深度不夠，使基坑邊坡沿著墻底地基中某一滑動面產(chǎn)生整體滑動。2．圍護(hù)墻體抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算。防止開挖面以下地基水平抗力不足，使墻體產(chǎn)生繞前趾傾倒。3．圍護(hù)墻底面抗滑移驗(yàn)算。防止墻體底面與地基接觸面上的抗剪強(qiáng)度不足，使墻體底面產(chǎn)生滑移。4．基坑圍護(hù)墻前抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算。防止圍護(hù)墻底部地基強(qiáng)度不足，產(chǎn)生向基坑內(nèi)涌土。5．抗?jié)B流驗(yàn)算。在地下水較高的地區(qū)，在基坑內(nèi)外水頭差或者坑底以下可能存在的承壓水頭作用下，防止由于地下水豎向滲流使開挖面以下地基土的被動抗力和地基承載力失效。6．基坑周圍地面沉降及其影響范圍的估計。以上各項(xiàng)穩(wěn)定驗(yàn)算內(nèi)容都與圍護(hù)墻的插入深度有關(guān)，最后確定的圍護(hù)墻埋入深度應(yīng)同時滿足以上各項(xiàng)驗(yàn)算要求。以上第(2)、(3)項(xiàng)驗(yàn)算主要針對重力式圍護(hù)墻，對于有支撐或錨拉的樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，也應(yīng)驗(yàn)算墻前被動壓力，防止墻體下部產(chǎn)生過大變形。支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗(yàn)算是在變形極限狀態(tài)下的驗(yàn)算，所以都用主動土壓力和被動土壓力值進(jìn)行計算。影響支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的外界因素很多，各種變形現(xiàn)象往往不是完全獨(dú)立存在的。目前一般都采取控制安全度的方法，用半經(jīng)驗(yàn)、半理論公式分項(xiàng)驗(yàn)算，有時對同一個項(xiàng)目還要用多種方法進(jìn)行驗(yàn)算，以達(dá)到總體上的穩(wěn)定。四、節(jié)點(diǎn)設(shè)計在基坑工程中，經(jīng)常發(fā)生由于支護(hù)結(jié)構(gòu)局部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不合理或由于施工不注意而導(dǎo)致基坑過大變形，甚至危及整體安全。因此必須充分重視節(jié)點(diǎn)設(shè)計這一環(huán)節(jié)。合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)符合以下條件：①方便施工；②節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與設(shè)計計算模型中的假設(shè)條件一致；③節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)起到防止構(gòu)件局部失穩(wěn)的作用；④盡可能減少節(jié)點(diǎn)自身的變形量；⑤與整體穩(wěn)定相關(guān)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置多道防線，同時要有良好的節(jié)點(diǎn)延性。五、井點(diǎn)降水在地下水位較高的地區(qū)，降水是基坑設(shè)計必須考慮的一項(xiàng)內(nèi)容，可以分為基坑內(nèi)降水和基坑外降水兩種情況。放坡開挖或無隔水帷幕的支護(hù)開挖通常在基坑外降水；圍護(hù)墻設(shè)置隔水帷幕時通常采取坑內(nèi)降水。降水深度通?？刂圃诨娱_挖面以下0．5～1．Om，過深時容易引起滲流所帶來的不利影響。常用的井點(diǎn)類型有輕型井點(diǎn)、多級輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)及深井井點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)基坑規(guī)模、開挖深度和土層滲透性并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)選擇。當(dāng)基坑開挖深度小于3m時，通?？刹捎妹鳒吓潘?，大于3m時宜采用井點(diǎn)降水。六、土方開挖不適當(dāng)?shù)拈_挖方式往往是造成基坑事故的重要原因，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計一方面應(yīng)為土方開挖創(chuàng)造條件，同時應(yīng)對開挖方式提出要求。其中最重要的要求是每階段的開挖深度與相應(yīng)設(shè)計工況的計算模型一致，強(qiáng)調(diào)先支撐(或錨定)后開挖的原則。每次挖到規(guī)定深度后，應(yīng)及時架設(shè)支撐，一般情況下不宜超過48h，以防地基土塑性變形的發(fā)展。對于大型基坑應(yīng)結(jié)合主體工程情況，采取在平面上分段，深度上分層的開挖方式，這樣可以較為有效地減少事故的發(fā)生和對環(huán)境的影響。七、監(jiān)測基坑工程的監(jiān)測內(nèi)容一般包括以下幾方面：①支護(hù)結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的內(nèi)力和變形，如支撐軸向力測定，墻頂?shù)乃轿灰坪痛怪蔽灰?，墻體豎向的變形曲線測定，以及立柱的沉降或回彈等；②基坑周圍土體的變形、邊坡穩(wěn)定以及地下水位的變化和空隙水壓力的測定等，必要時還應(yīng)測定坑底土的回彈情況；③對周圍環(huán)境中需要保護(hù)的對象進(jìn)行專門內(nèi)容的觀察和測定，如基坑附近的建筑物或構(gòu)筑物，重要?dú)v史文物以及市政管線(f9括煤氣管、上下水管、通訊電纜、高壓電纜等)和道路、橋梁、隧道等。通過監(jiān)測可以驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。監(jiān)測工作是基坑工程中不可忽視的一項(xiàng)重要工程內(nèi)容。第五節(jié)基坑工程安全等級基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該與其它建筑設(shè)計一樣，要求在規(guī)定的時問內(nèi)和規(guī)定的條件下完成各項(xiàng)預(yù)定功能，即：①能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種功能；②在正常情況下，具有良好的工作性能；③在偶然的不利因素發(fā)生時和發(fā)生后，支護(hù)結(jié)構(gòu)仍能保持整體穩(wěn)定。此外，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)還有以下特點(diǎn)：1．當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)僅僅作為地下主體工程施工所需要的臨時性措施時，其使用時間不長，一般不超過2年。而一般建筑結(jié)構(gòu)所規(guī)定的設(shè)計基準(zhǔn)期通常為50年。設(shè)計基準(zhǔn)期的長短關(guān)系到對結(jié)構(gòu)材料的耐久性要求和對發(fā)生偶然事件的概率統(tǒng)計等方面的問題。在地震區(qū)通?？刹豢紤]地震力對支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用。2．基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的理論研究目前尚不完備，滿意的工程實(shí)測資料很少，因此還沒有條件能夠像建筑結(jié)構(gòu)那樣通過對材料性能、荷載作用及結(jié)構(gòu)效應(yīng)等方面統(tǒng)計分析得出結(jié)構(gòu)可靠性的概率指標(biāo)。為了區(qū)別對待各種不同的情況，《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》(YB9258-97)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果嚴(yán)重程度(包括對主體工程和環(huán)境的危害程度、危及人的生命安全、造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響的嚴(yán)重性等)，把基坑劃分為不同的安全等級，見表1-1?；拥燃壍膭澐质且豁?xiàng)復(fù)雜的問題，在設(shè)計與施工經(jīng)驗(yàn)還有待進(jìn)一步積累的條件下，為了確?；影踩m當(dāng)提高安全等級仍然是必要的。《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》(YB9258-97)還根據(jù)工程性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、基坑開挖深度及規(guī)模，把基坑劃分為復(fù)雜、中等和簡單三種等級。在軟土地區(qū)，以一層、二層、三層地下室一般具有的深度劃分為三種等級，見表1-2?；庸こ瘫M管已經(jīng)積累了大量成功的經(jīng)驗(yàn)和不少失敗的教訓(xùn)，鑒于地基和基坑工程的復(fù)雜性，設(shè)計、旋工除了應(yīng)遵循一般性原則外，"因地制宜"仍然是基坑工程取得成功的重要原則之一，因此，應(yīng)遵循本地區(qū)規(guī)范和規(guī)程，重視本地區(qū)及類似土質(zhì)、工程條件下已有的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)。除此之外，施工監(jiān)測在基坑工程中有其突出的重要意義，尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜，相鄰環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格的情況下，更必須重視信息化施工。第二章基坑工程設(shè)計計算基坑工程的設(shè)計計算通常包括支護(hù)體系選型、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形計算、坑內(nèi)外土體穩(wěn)定性計算、滲流穩(wěn)定性計算、降水要求、挖土要求和監(jiān)測內(nèi)容等。在施工中要確定挖土方法，挖土及支撐的施工流程。第一節(jié)作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載通常情況下，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載有：土壓力、水壓力、施工荷載、地面超載、結(jié)構(gòu)自重、支撐預(yù)壓力、溫度變化和周圍建筑物引起的側(cè)向壓力，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時還應(yīng)考慮人防和地震荷載等，此外，還應(yīng)考慮其它不利于基坑穩(wěn)定的荷載。一、土壓力土壓力是指土體作用在圍護(hù)墻上的側(cè)向土壓力，在基坑工程問題中是一個重要的設(shè)計參數(shù)。通常是由土的自重和地面荷載產(chǎn)生的。土壓力的大小與土的密度、土的抗剪強(qiáng)度、支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的條件以及墻與土界面上的摩擦力等因素有關(guān)。根據(jù)樁墻的變位情況，作用在圍護(hù)墻墻背上的土壓力可分為靜止土壓力、主動土壓力、被動土壓力。其定義分別為：靜止土壓力：指墻體未產(chǎn)生變位前作用在墻背上的土壓力。其相應(yīng)的土壓力系數(shù)稱為靜止土壓力系數(shù)，以K。表示。靜止土壓力可以根據(jù)直線變形體無側(cè)向變形理論或近似方法求得，土體內(nèi)相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)稱為彈性平衡狀態(tài)。主動土壓力：指圍護(hù)墻產(chǎn)生離開土體方向的位移時作用在墻背上的土壓力。其相應(yīng)的土壓力系數(shù)稱為主動土壓力系數(shù)，以K。表示。此時土體內(nèi)相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)稱為主動極限平衡狀態(tài)。被動土壓力：指圍護(hù)墻產(chǎn)生向著土體方向的位移時作用在墻背上的土壓力。其相應(yīng)的土壓力系數(shù)稱為被動土壓力系數(shù)，以K，表示。此時土體內(nèi)相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)稱為被動極限平衡狀態(tài)。自然狀態(tài)土體內(nèi)水平有效應(yīng)力，可認(rèn)為與靜止土壓力相等。主動土壓力是土體作用在墻上的最小土壓力，被動土壓力是土體作用在墻上的最大土壓力。這兩種土壓力與支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形有關(guān)，分別對應(yīng)墻后土體處于兩種不同極限平衡狀態(tài)時作用在墻背上并可計算的兩個土壓力。至于介于這兩個極限平衡狀態(tài)之間的情況，除靜止土壓力這一特殊情況外，由于填土處于彈性平衡狀態(tài)，是一個超靜定問題，目前還無法計算其相應(yīng)的土壓力。如圖2一1所示。實(shí)際土壓力往往是介于這三種土壓力之間，在有些規(guī)范中使用"動用土壓力"、"過渡土壓力"或中間土壓力來表示這三種狀態(tài)。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)擋土結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作條件，主要是墻身的位移情況，決定采用哪一種土壓力作為計算依據(jù)。一般基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的上部分由于受到墻后土的作用和地基變形，總要轉(zhuǎn)動向前移動，這些微小的轉(zhuǎn)動或移動將足以使作用在墻背上的土壓力接近于主動土壓力，所以設(shè)計時多按主動土壓力計算。于此同時基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的下部分由于結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)的可能位移，使土體處于被動受壓狀態(tài)，產(chǎn)生被動土壓力以維持結(jié)構(gòu)的平衡作用。庫侖(c·A·Cou10mb，1776年)分析了擋土墻后滑動土體的極限平衡條件，其基本假定為：墻后土體為理想散體材料，顆粒間粘聚力c為零；土體滑裂面為平面；墻背與滑裂面之間的土體視為剛體。庫侖土壓力理論是從滑動楔體處于極限平衡狀態(tài)時力的靜力平衡條件出發(fā)而求解主動或被動土壓力的。Eh上述假定，可以對具有粗糙、傾斜墻背，墻后土體為粘性土，填土表面傾斜的擋土墻所受的主動和被動土壓力用庫侖土壓力公式計算(詳細(xì)推導(dǎo)可參閱有關(guān)土力學(xué)書)。庫侖主動與被動土壓力公式為式中EE，--庫侖主動與被動土壓力(kPa)；y--基坑開挖深度內(nèi)土層平均重度(kN／m3)；H--基坑開挖深度(m)；K，K，--庫侖主動與被動土壓力系數(shù)。表達(dá)式為式中口--墻背傾斜角，即墻背與垂線的夾角，反時針為正(叫俯斜)，順時針為負(fù)(叫仰斜)；盧--墻后填土表面的傾斜角；艿--墻背與填土間的摩擦角，它與填土性質(zhì)、墻背粗糙程度、排水條件、填土表面輪廓和它上面有無超載等有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)確定；(2-2)沒有考慮土的粘聚力影響，在粘性土中考慮粘聚力對土壓力的影響時，可假定中各個方向均有粘聚力C作用，并按粘聚力換算為粘結(jié)壓力qc=C／tg0，此時，主動和被動土壓力仍可用(2-2)式計算，但式中系數(shù)K，K，可參見《建筑基坑技術(shù)規(guī)范》(YB9258-97)附錄8庫侖主動與被動土壓力系數(shù)。3．朗金土壓力理論朗金(w．J．M．Rankine，1875年)首先從分析半無限體中一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)，推導(dǎo)出具有光滑垂直墻背擋土墻的主動與被動土壓力。朗金土壓力公式雖然只能用來計算垂直光滑墻背擋土墻的土壓力，但這種理論能夠比較符合實(shí)際地反映主動與被動土壓力的形成機(jī)理，因而朗金土壓力理論一直被人們所重視并當(dāng)作一種經(jīng)典的土壓力理論加以介紹。根據(jù)填土體內(nèi)任一點(diǎn)處于主動和被動極限平衡狀態(tài)時最大和最小主應(yīng)力間的關(guān)系可求得主動和被動土壓力(推導(dǎo)略)。朗金主動與被動土壓力公式為式中P，P--朗金主動與被動土壓力強(qiáng)度(kPa)；y--土的重度(kN／m3)；--土的厚度(m)；K，K，--朗金主動與被動土壓力系數(shù)，由下式確定與庫侖土壓力公式比較，當(dāng)墻背垂直、光滑，填土表面水平與墻齊高時，用朗金土壓力理論求得的土壓力值和用庫侖土壓力理論求得的土壓力值是完全一致的，所以可以認(rèn)為：朗金土壓力公式是庫侖土壓力公式的一個特例。用土壓力理論計算擋土墻的土壓力時，應(yīng)注意以下問題：(1)當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)受的側(cè)向變形條件不符合主動、被動極限平衡狀態(tài)時，可將主動土壓力系數(shù)調(diào)整為K。=(K。+K。)／2；被動土壓力系數(shù)調(diào)整為K，一(0．5～0．7)K。(2)由于朗金土壓力理論簡單，所以工程界常常樂于采用，但它沒有考慮墻背的邊界條件，所以計算結(jié)果與實(shí)際情況有一定出入。例如當(dāng)墻土界面上有摩擦力存在時，朗金主動土壓力偏大，而被動土壓力偏小。(3)用庫侖理論可以解決包括地面荷載在內(nèi)的各種邊界條件下的土壓力計算。在主動土壓力狀態(tài)下，庫侖理論的計算結(jié)果可以達(dá)到很高的精度，足以滿足工程需要。在被動土壓力狀態(tài)下，當(dāng)墻背比較粗糙，與土之間摩擦角較大時，墻后土體的滑動面往往是一個曲面，而不是平面，因此計算結(jié)果有較大誤差。(4)墻背與土體問摩擦角度艿與墻背粗糙度、填土性質(zhì)、填土表面傾斜程度、墻后jF水條件等因素有關(guān)。如果d值選用大，主動土壓力就?。环粗鲃油翂毫痛?。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)墻背摩擦角艿一般在之間變化。當(dāng)墻背光滑，墻背排水條件差，取0～3；墻背較粗糙，墻后排水條件好，艿取0～(1／3～I(xiàn)／z)P；墻背很粗糙墻后排水條件好，艿取0～(1／2～2／3)。(5)庫侖土壓力理論和朗金土壓力理論是工程中常用的兩種古典土壓力理論。無論用庫侖或朗金理論計算土壓力，由于理論的假設(shè)與實(shí)際情況有一定的出入，加以在理論中也不可能對影響土壓力大小和其分布規(guī)律的各種因素及其相互作用加以全面考慮和概括，所以只能看作是近似的方法，與實(shí)測數(shù)據(jù)有一定的距離，有時甚至相差很大，因此，土壓力理論還有待于進(jìn)一步研究，不斷予以完善。(6)剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力分布可按經(jīng)典的庫侖和朗金土壓力理論計算得到，實(shí)測結(jié)果表明，只要支護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部位移不小于其底部的位移，土壓力沿垂直方向分布可按三角形計算，與上述理論一致。但是，如果支護(hù)結(jié)構(gòu)底部位移大于頂部位移，土壓力將沿高度近似呈拋物線分布，此時土壓力的合力較上述典型條件要大10％～15％，在設(shè)計中應(yīng)予注意。柔性結(jié)構(gòu)的位移及土壓力分布情況比較復(fù)雜，主要取決于支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的剛度，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體情況分析，選擇適當(dāng)?shù)耐翂毫χ?。有條件時應(yīng)采用現(xiàn)場實(shí)測土壓力值，反演分析等方法總結(jié)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，使設(shè)計更加符合實(shí)際情況。二、地面荷載引起的側(cè)壓力各種地面荷載對側(cè)壓力的影響可以用庫侖理論求解。下面介紹幾種用彈性理論公式求解的結(jié)果，其假設(shè)前提是墻體不發(fā)生位移，所得到的側(cè)壓力分布一般偏大，因此在具體工程應(yīng)用時應(yīng)考慮假定的適合性。1．當(dāng)?shù)乇碛屑辛，作用時(如圖2-2)2．當(dāng)?shù)乇碛芯€荷載Q。作用時(如圖2-3)3．當(dāng)?shù)乇碛袟l形均布荷載q作用時(如圖2-4)三、水壓力處于地下水位以下的水壓力和土壓力，按有效應(yīng)力原理分析時，水壓力和土壓力是分開計算的。這種方法概念比較明確。但是在實(shí)際使用中有時還存在一些困難，特別是對粘性土有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定，在實(shí)際工程中往往難以解決。因此在許多情況下，往往采用總應(yīng)力法計算土壓力，即將水壓力和土壓力混合計算。各地對此都積累了一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。然而這種方法中也存在一些問題，如低估了水壓力的作用，對此必須有足夠的認(rèn)識，才能恰當(dāng)?shù)貐f(xié)調(diào)工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。在地下水位較高的地區(qū)，基坑內(nèi)外存在著水位差，如果圍護(hù)墻下端插入不透水的土層中，并可以認(rèn)為基坑內(nèi)外的地下水不會發(fā)生滲流時，則可不考慮滲流的影響，反之應(yīng)考慮地下水滲流對側(cè)壓力的影響。1．地下水無滲流時的水壓力當(dāng)?shù)叵滤疅o滲流時，可按靜水壓力考慮。在按總應(yīng)力法計算時，作用在圍護(hù)墻上的土壓力用土的天然重度和總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行計算，不另計水壓力，這種方法通常稱為水土合算。在粘性土中(滲透系數(shù)≤10.7／s)宜采用水土合算。當(dāng)按有效應(yīng)力法計算時，土中的孔隙水壓力按靜水壓力考慮，土壓力用土的浮重度和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計算，同時還必須加上靜水壓力的作用，如圖2-5。這種計算方法通常稱為水土分算法。在砂性土中宜用水土分算。由于采用有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，必須要知道超靜水壓力才能得出有效應(yīng)力，雖然通過室內(nèi)土工試驗(yàn)可以測定U，但相對比較麻煩，在工程上為了方便計算也可采用總應(yīng)力指標(biāo)代替有效應(yīng)力指標(biāo)進(jìn)行計算。無論采用哪一種方法進(jìn)行計算，都應(yīng)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)分別確定不同的安全度。2．地下水有滲流時的水壓力地下水有滲流時的水壓力應(yīng)按動水壓力考慮，動水壓力計算公式為式中P--每延米板樁護(hù)壁上的動水壓力(kN／m)；h一一水深度(m)；穢一一水的流速(m／s)；7--水的重度(kN／m3)；9一一重力加速度(9．8m／s2)；K--系數(shù)，矩形木板樁護(hù)壁K一1．33，正方形K一1．47，圓形K一0．73，槽形鋼板樁護(hù)壁K-1．8～2．0。動水壓力可假定為作用于水面以下1／3水深處的集中力，動水壓力由板樁的一定入土深度所得的被動土壓力來平衡。四、其它荷載通常為了縮短擋土結(jié)構(gòu)，開挖基坑上部采用部分放坡或開挖時土體不能及時運(yùn)出而堆在基坑附近等，這些情況在擋土結(jié)構(gòu)計算中都必須加以考慮，其對支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的側(cè)壓可按如下情況簡化計算。1．在附加荷載(鄰近建筑物、設(shè)施基礎(chǔ)及施工荷載等)作用下土壓力按以下簡化方法計算：(1)對于均布和局部均布荷載作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動土壓力，可采用圖2-6所示的方法計算。(2)對于集中荷載在支護(hù)結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的土壓力，可采用圖2-7的方法計算。(3)當(dāng)?shù)孛鏋椴灰?guī)則情況時，支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力，可按圖2-8及下式進(jìn)行計算。①圖2-8(a)的情況支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動土壓力和被動土壓力為式中p--地表斜坡面與水平面的夾角；z--計算點(diǎn)深度。②圖2-8(b)的情況支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力計算時，可將斜面延長達(dá)c點(diǎn)時計算，則BAdfB就是實(shí)際主動土壓力的近似分布圖形。③圖2-8(c)的情況可按圖28(a)及圖2-8(b)的方法疊加計算。2．冰荷載在寒冷地區(qū)，當(dāng)基坑形成以后，有集中水結(jié)冰的可能時，應(yīng)考慮坑內(nèi)冰層因溫度變化而產(chǎn)生的膨脹力對坑壁的影響。特別是對平面連接較差的地下墻系結(jié)構(gòu)，更應(yīng)該注意這個力的作用。由于冰荷載的影響因素很多，對冰荷載的準(zhǔn)確計算是很困難的。目前，在工程設(shè)計中常采用極限冰壓力作用計算冰荷載，即不論什么原因，當(dāng)有大面積冰層堆擠坑壁時，最大冰壓力發(fā)生在冰被擠壓時，這時冰作用在建筑物上的作用力稱為極限冰壓力。作用在坑壁上的極限冰壓力可按下式計算第二節(jié)支護(hù)結(jié)構(gòu)的靜力計算為了確定支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形，并驗(yàn)算它們的截面承載力?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的靜力計算模型可以分為空間和平面兩類?？諉栍嬎隳Ｐ褪前寻ǖ鼗猎趦?nèi)的整個基坑作為一個空間結(jié)構(gòu)對待，地基土視為空間半無限體介質(zhì)，把基坑影響范圍內(nèi)的土介質(zhì)以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的各個構(gòu)件劃分為若干個單元，用三維有限元方法分析。這種方法的關(guān)鍵是確定土介質(zhì)的有關(guān)參數(shù)，目前條件下在這方面與工程設(shè)計的實(shí)用性之間尚有一定的距離。作為一種簡化方法，是把墻背土壓力視為不隨基坑位移而改變的結(jié)構(gòu)外荷載，在考慮土的抗力時，把土體假定為線彈性體，這樣就可以用傳統(tǒng)的計算理論對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。對于平面形狀為圓形、正多邊形或近似方形的基坑，用空間計算模型進(jìn)行分析，由于考慮了支護(hù)結(jié)構(gòu)和地基土的空間作用，因此可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果。采用空間計算模型分析基坑工程，除了土介質(zhì)的計算參數(shù)難以正確判斷外，計算工作量也往往是非常大的。因此在多數(shù)情況下，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)靜力分析是采用平面計算模型，即沿基坑平面的縱向或橫向截取單位長度的支護(hù)結(jié)構(gòu)加以分析，這樣可以大大減少計算工作量。一般情況下平面模型的計算精度足以能滿足一般工程的設(shè)計要求，尤其是對于空間作用不大的長條形基坑和平面尺度較大的基坑。一、支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)為適應(yīng)不同的地質(zhì)及環(huán)境條件，針對不同的具體工程、建筑材料、施工條件等可以設(shè)計出不同的支護(hù)型式。但其受力性能大致可分為如下幾類：懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)、單(多)支點(diǎn)混合結(jié)構(gòu)、重力式擋土結(jié)構(gòu)及拱式支護(hù)結(jié)構(gòu)。不同類型的支護(hù)結(jié)構(gòu)主要受力特點(diǎn)及做法如表2-1所示，其它支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的適用條件及注意事項(xiàng)可參見附錄A。二、支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算模型支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算，應(yīng)考慮施工過程中(包括開挖和回填)基坑開挖、支撐設(shè)置、拆除及替換、荷載變化、墻體剛度改變、與主體結(jié)構(gòu)的結(jié)合方式等對墻體受力的影響。墻體的受力分析應(yīng)根據(jù)施工順序逐段進(jìn)行。支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算簡圖，應(yīng)符合結(jié)構(gòu)實(shí)際的工作條件，反映結(jié)構(gòu)與土層的相互作用。根據(jù)計算目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基坑規(guī)模、土層條件及墻體變形后土層的應(yīng)力狀態(tài)等因素，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，合理選擇計算方法。1．計算方法的選擇(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定所需的入土深度可采用極限平衡法計算；(2)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力宜采用土抗力法計算，空間作用不明顯的三類基坑和地層較穩(wěn)定、周圍環(huán)境較簡單的二類基坑中的懸臂結(jié)構(gòu)及單支點(diǎn)結(jié)構(gòu)可采用極限平衡法計算；(3)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形一般可采用土抗力法計算，當(dāng)基坑周圍有重要建(構(gòu))筑物需要保護(hù)時，可采用平面有限元法計算基坑開挖引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)和地層的位移。2．支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時，一般應(yīng)考慮以下荷載：(1)自重；(2)施工階段的水、土壓力及鄰近建筑物基底壓力產(chǎn)生的土壓力；(3)地面堆載、車輛或機(jī)械等活載及其產(chǎn)生的土壓力；(4)逆作法或蓋板法施工時，頂、樓板和蓋板傳給支護(hù)結(jié)構(gòu)的豎向力及力矩；(5)其它荷載：包括通過支撐對墻體施加的預(yù)壓力以及在基坑附近進(jìn)行的工程活動(如地層加固、開挖)對墻體產(chǎn)生的作用力等，必要時應(yīng)考慮支撐溫度變化的影響；(6)支護(hù)結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分或建筑物的基礎(chǔ)時，作用在其上的荷載，包括上部結(jié)構(gòu)的重量、豎向荷載、地震荷載或人防荷載等。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的側(cè)壓力，應(yīng)考慮墻體所處工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件、埋置深度、施工方法等影響，根據(jù)墻體受力后的位移大小及地層的應(yīng)力狀態(tài)設(shè)定，并與所采用的計算模型相適應(yīng)。在依據(jù)理論計算結(jié)果確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度、內(nèi)力和水平位移時，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)仡愃乒こ痰膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，必要時作出合理修正。支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算模型可參見表2-2。在支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算中，地基反力系數(shù)也是必須首先確定的一個參數(shù)。地基反力系數(shù)(也稱地基抗力系數(shù)、基床系數(shù)、墊層系數(shù)、彈簧常數(shù)和地層壓縮系數(shù)等)是決定樁土共同作用的重要參數(shù)，其計算取值方法很多，且結(jié)果有很大的差別。地基垂直方向和水平方向的地基反力系數(shù)也有很大差異，一般認(rèn)為水平地基反力系數(shù)大于垂直地基反力系數(shù)，有些資料認(rèn)為前者是后者的1．5～2．0倍。按文克爾假定，每一點(diǎn)的地基反力與該點(diǎn)的彈性變形成正比，式中K--地基反力系數(shù)(kPa／m3)；聲--地基反力強(qiáng)度(kPa)；甜--位移量(m)。地基反力系數(shù)主要由地質(zhì)條件決定，當(dāng)然與承力面積和深度也有關(guān)系，其值最好通過實(shí)驗(yàn)求得，如果無條件時也可近似地按有關(guān)地質(zhì)參數(shù)求得或查有關(guān)手冊。三、樁(墻)內(nèi)力的計算分析1．梁和樁的撓曲線微分方程設(shè)嵌入樁在基坑底面處沿樁的主截面平面內(nèi)受有水平外力H。及力矩M。的作用(由基坑側(cè)壁壓力引起)，樁身受有水平分布荷載(x)的作用，如圖2-9所示。以圖2-9為參考坐標(biāo)系可推導(dǎo)出土中樁的撓曲線微分方程為(推導(dǎo)略)：式中E--樁體彈性模量；2．撓曲線微分方程的特殊情況對樁在基坑底面以上的部分，坐標(biāo)原點(diǎn)可取在樁頂。若在樁或梁的單位長度上作用分布荷載石(z)，以及樁后土體產(chǎn)生的反力(z，y)，其微分方程同式(2-11)。若將(z，y)用土壓力取代，并表示成僅與z相關(guān)時，則可合并入石(z)中，此時，撓曲線微分方程為這個四階微分方程的一般解為式中a，a，a，a4--由邊界條件確定的積分常數(shù)。若弓(z)為．27的簡單函數(shù)，則式(2一11b)的四重積分可以很容易得出，但對于部分分段荷載、集中荷載就非常復(fù)雜，直接求解很困難。下面對荷載函數(shù)的形式作一簡單討論。將樁和梁的撓曲微分方程(2一11a)的一般解(2一11b)對z連續(xù)微分，可得這些就稱為荷載函數(shù)。對一般常見的部分等變化分布荷載，可按下列公式計算(如圖2一10所示)由式(2-12b)可看出，當(dāng)荷載函數(shù)不采用對原點(diǎn)的距離，而采用對所求點(diǎn)的距離來整理時，就可表示為規(guī)則的形式。在計算中常遇到的幾種有代表性的集中荷載和分布荷載的荷載函數(shù)如表2-3。荷載函數(shù)的物理意義為(以樁為例)：Q(z)：至2點(diǎn)處樁上所受荷載之和，即剪力；R(z)：樁上作用的荷載對z點(diǎn)的彎矩之和；S(z)／El：由于樁上荷載的作用，使2點(diǎn)產(chǎn)生的相對于樁頂?shù)霓D(zhuǎn)角(弧角)；T(z)／El：由于樁上荷載的作用，使2點(diǎn)產(chǎn)生的相對于樁頂?shù)南鄬ψ兾弧?．地基反力的計算方法式(2一兒)給出了護(hù)坡樁墻的基本方程。一般用樁單位面積上的地基反力P(z)代替作用在單位樁長上的地基反力石(z，y)，即式中6--與反力垂直方向的樁寬。由式(2-13)代入式(2-11)得這就是水平受力樁的基本方程。其中最重要的是地基反力P(z，y)的求解方法，許多學(xué)者對此進(jìn)行了專門的研究，提出計算地基反力的方法也很多，若按水平受力樁的計算方法分類，大致有如下三類(詳見表2-4所示)。(1)極限地基反力法(或稱極限平衡法)；(2)彈性地基反力法(線性彈性地基反力法，非線性彈性地基反力法)；(3)復(fù)合地基反力法(p-Y曲線法)。3．支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算按《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》(YB9258-97)對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算基本方法分類為：極限平衡法、土抗力法和平面有限單元法，以下對這三種方法分別介紹。(1)極限平衡法極限平衡法假定作用在結(jié)構(gòu)前后墻上的土壓力分別達(dá)到被動土壓力和主動土壓力，在此基礎(chǔ)上再作某些力學(xué)上的簡化，把超靜定的結(jié)構(gòu)力學(xué)問題作為靜定問題求解。等值梁法、靜力平衡法、泰沙基法、二分之一分割法等都屬于此類。以國內(nèi)采用較多的等值梁法和靜力平衡法為例，在分階段計算多撐式結(jié)構(gòu)的內(nèi)力時，不考慮設(shè)撐前墻體已產(chǎn)生的位移，并假定支撐為不動支點(diǎn)，下層支撐設(shè)置后，上層支撐的支撐力保持不變。①整體穩(wěn)定和內(nèi)力計算計算支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和內(nèi)力時，作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力分布模式，迎土側(cè)可取主動土壓力，開挖側(cè)坑底以下取被動土壓力；計算錨撐式鋼板樁等柔性圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力時，宜采用經(jīng)驗(yàn)土壓力分布形式。②極限平衡法計算用極限平衡法計算圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)的入土深度及內(nèi)力時，一般可采用等值梁法或靜力平衡法；確有實(shí)踐依據(jù)時也可采用其它方法。當(dāng)用等值梁法或靜力平衡法計算圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)的入土深度及內(nèi)力時，應(yīng)考慮開挖側(cè)坑底以下被動土壓力的修正：a．用靜力平衡法計算的懸臂式或單支點(diǎn)板樁墻及地下連續(xù)墻，修正系數(shù)取K一0．5。b．用等值梁法計算的單支點(diǎn)板樁墻及單支點(diǎn)地下連續(xù)墻，修正系數(shù)K可參考表2-5選用。③懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)可能是地下連續(xù)墻、木樁、鋼筋混凝土樁和鋼板樁等，它利用懸臂作用來圍護(hù)墻后土體。懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程首先是選定初步尺寸，然后按穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)要求分析并根據(jù)需要修改。懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小嵌固深度t可按頂端自由、嵌固段下端簡支的靜定結(jié)構(gòu)計算(圖2-11)，由下式通過試算確定式中E"b，--分別為被動側(cè)土壓力的合力及合力對圍護(hù)結(jié)構(gòu)底端的力臂；Eb--分別為主動側(cè)土壓力的合力及合力對圍護(hù)結(jié)構(gòu)底端的力臂。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計長度L按下式計算L-H+z+kt(2-16)式中H--基坑深度；z--基坑面至墻上土壓力為零之點(diǎn)的距離；k--與土層和環(huán)境條件等有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)嵌固系數(shù)，對安全等級為一級、二級、三級的基坑板樁可分別取2．10、2．O0、1．90；排樁取1．40、1．30、1．20；土壓力零點(diǎn)至墻腳的距離。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大彎矩位置在基坑面以下，可根據(jù)剪力Q一0條件按常規(guī)方法確定。④錨撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算錨撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)用等值梁法和靜力平衡法計算。錨撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)逐層計算基坑開挖過程中每層支撐設(shè)置前圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，達(dá)到最型挖土深度后，驗(yàn)算支護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆的穩(wěn)定性；當(dāng)基坑回筑過程需要拆除或替換支撐時，尚應(yīng)計算相應(yīng)狀態(tài)下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及內(nèi)力；根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固段端點(diǎn)的支承條件合理選定算方法。一般情況下視為簡支，按等值梁法計算；當(dāng)嵌固段土體特別軟弱或入土較淺時，百視為自由端，按靜力平衡法計算；錨撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用等值梁法或靜力平衡法計算時，假矗支撐為不動支點(diǎn)，且下層支撐設(shè)置后，上層支撐的支撐力保持不變。⑤等值梁法的汁算(如圖2-12)a．基坑面以下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的反彎點(diǎn)取在土壓力為零的C點(diǎn)，并視為等值梁的一個鉸支點(diǎn)；b．第一層支撐設(shè)置后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算，基坑深度。取第二層支撐設(shè)置時的開挖深度。按下式計算第一層支撐的支撐力丁。⑥靜力平衡法的計算(如圖2-13)第一層支撐設(shè)置后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算，基坑深度h。取第二層支撐設(shè)置時的開挖深度。按下式計算第一層支撐的支撐力丁，式中E，--基坑開挖至h。深度時，主動側(cè)土壓力的合力；E一-基坑開挖至h-深度時，被動側(cè)土壓力的合力。第志層支撐設(shè)置后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算，基坑深度h。取第志+1層支撐設(shè)置時的開挖深度，第一層至第是一層支撐的支撐力為已知。第k層支撐的支撐力71。按下式計算各施工階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可根據(jù)支撐力和作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力按常規(guī)方法求得。極限平衡法中的各種方法多是某種特定條件下的近似，但適用條件不很明確，多憑經(jīng)驗(yàn)判斷。極限平衡法中被動土壓力的修正可參見《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》(YB9258-97)的規(guī)定。雖然極限平衡法存在許多缺陷，但該方法簡單快捷、無需借助電子計算機(jī)就能解決問題，且已為我國大多數(shù)工程技術(shù)人員所采用。應(yīng)用極限平衡法時，應(yīng)注意以下問題：由于抗傾覆穩(wěn)定問題本質(zhì)上是擋土結(jié)構(gòu)前后墻上荷載達(dá)到極限時的平衡問題，與支護(hù)結(jié)構(gòu)的微小變形無關(guān)，所以應(yīng)用等值梁法和靜力平衡法從概念上看似乎無問題，故在規(guī)范中一一般推薦使用。關(guān)于內(nèi)力計算，由于目前找不到更合適的方法取代現(xiàn)行的等值梁法和靜力平衡法，為此通常采取如下處理方法：對等值梁法和靜力平衡法的應(yīng)用條件進(jìn)行較嚴(yán)格的限制，只用于三類基坑及地層條件與環(huán)境條件較好的二類基坑，多支點(diǎn)結(jié)構(gòu)盡量不用。不排斥其它經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)證明是可行的方法。在內(nèi)力計算中，提倡采用經(jīng)驗(yàn)土壓力分布模式，強(qiáng)調(diào)依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對計算結(jié)果的修正。(2)土抗力法在工程界土抗力法有時又稱為彈性抗力法、地基反力法、豎向彈性地基梁的基床系數(shù)法等。在計算復(fù)雜受力情況的圍護(hù)結(jié)構(gòu)時，假定墻體兩側(cè)的土壓力隨開挖過程變化，在開挖側(cè)和迎土側(cè)的墻上均設(shè)有土體彈簧，并規(guī)定迎土側(cè)土壓力隨墻體向基坑一側(cè)的變形增大而減小，但不得小于主動土壓力。土抗力法能較好地反映基坑開挖和回筑過程中各種基本因素和復(fù)雜情況對圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響，如施工過程中基坑開挖、支撐設(shè)置、失效和拆除、荷載變化、預(yù)加壓力、墻體剛度改變、與主體結(jié)構(gòu)板、墻的結(jié)合方式內(nèi)支撐式擋土結(jié)構(gòu)和基坑兩側(cè)非對稱荷載等的影響；結(jié)構(gòu)與地層的相互作用及開挖過程中土體剛度變化的影響；圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐系統(tǒng)的共同作用；反映施工過程及施工完成后的使用階段墻體受力變化的連續(xù)性。土抗力法的計算精度主要取決于一些基本計算參數(shù)的取值是否符合實(shí)際，如基床系數(shù)、墻背和墻前土壓力的分布、支撐的松弛系數(shù)等，可通過地區(qū)經(jīng)驗(yàn)加以完善。在淤泥質(zhì)地層中，由于難以反映土體的流變效應(yīng)，計算墻體水平效應(yīng)可能偏小，應(yīng)通過工程實(shí)踐予以調(diào)整。根據(jù)圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，分別采用以下模型：a．平面結(jié)構(gòu)可采用側(cè)向地基上的桿系有限元模型；b．扶壁式結(jié)構(gòu)及圍護(hù)墻為地下連續(xù)墻(槽段之間采用可傳遞面外剪力或彎矩的接頭連接)和圍護(hù)墻為灌注樁、鋼筋混凝土板樁或普通接頭的地下連續(xù)墻，與鋼筋混凝土內(nèi)襯組成的復(fù)合墻或重合墻的豎井式擋土結(jié)構(gòu)可采用側(cè)向地基上的空間板殼元模型。墻體為支承在墻背地層和開挖面一側(cè)坑底以下地層及支撐上的彈性梁或彈性板殼。彎曲變形為主的鋼筋混凝土圍護(hù)墻的剛度一般取混凝土全截面剛度的0．6倍。鋼板樁的抗彎剛度需分別考慮乘以折減系數(shù)k：當(dāng)樁頂不設(shè)圈梁并打入軟土?xí)r，k一0．7；當(dāng)樁頂設(shè)置剛度較大的圈梁時，鎖口焊接時，k=1．0。支撐為彈性體，其對圍護(hù)墻的作用用壓縮(支撐采用錨桿時為拉伸)剛度等效的彈簧模擬。當(dāng)支撐處的墻體計算位移小于設(shè)撐前的位移時，支撐彈簧即失效。用土體等效彈簧模擬地層對墻體變形的約束作用。土體應(yīng)力處于彈性狀態(tài)時，地層抗力符合溫克爾假定，按下式計算托--計算點(diǎn)水平方向的地基基床系數(shù)(N／cm3)，與地層條件、受力方向、承壓面積、構(gòu)件形狀和變形量等因素有關(guān)，可假定為與深度無關(guān)的常數(shù)或與深度成正比，其數(shù)值宜參考當(dāng)?shù)仡愃乒こ痰膶?shí)踐或通過現(xiàn)場土工試驗(yàn)設(shè)定。當(dāng)假定瓦為與深度無關(guān)的常數(shù)時，開挖面坑底一定深度范圍內(nèi)宜取三角形分布。作用在墻體兩側(cè)的土壓力隨開挖過程變化，且由兩部分組成，即墻體變形前的靜止土壓力及墻體變形后產(chǎn)生的地層抗力?；娱_挖前，墻體兩側(cè)的土壓力平衡，均為靜止土壓力。在墻上有效土壓力(墻背靜止土壓力與開挖側(cè)坑底以下靜止土壓力之差)的作用下，墻體產(chǎn)生變形，只--計算點(diǎn)的靜止土壓力強(qiáng)度(N／cm2)。用土抗力法對擋土結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，按側(cè)向地基上的結(jié)構(gòu)計算，用壓縮剛度等效的土體彈簧模擬地層對墻體變形的約束作用。根據(jù)擋土結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及所采用的支撐類型可把擋土結(jié)構(gòu)的計算方法分為：a．按計算對象：考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐的變形協(xié)調(diào)，單獨(dú)對圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算的方法；或把圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐視為一體，對擋土結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計算的方法。b．按擋土結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)：把結(jié)構(gòu)構(gòu)件視為桿系。按平面結(jié)構(gòu)計算的方法；或把結(jié)構(gòu)構(gòu)件視為板殼，按空間結(jié)構(gòu)計算的方法。c．按墻背土壓力的設(shè)定方式：墻背土壓力不隨開挖過程變化的方法，或墻背土壓力隨開挖過程變化的方法。各種方法的適用條件參見圖2-14。其中受力對稱的平面結(jié)構(gòu)、墻背土壓力為定值的方法在我國工程界應(yīng)用較普遍。表2-6為按墻背土壓力的設(shè)定方式分類的兩種計算方法的主要特征。采用錨拉式支撐系統(tǒng)或受力基本對稱的內(nèi)支撐擋土結(jié)構(gòu)，可將支撐簡化為剛度等效的彈簧模擬。當(dāng)支撐處的墻體計算位移小于設(shè)撐前的位移時，支撐彈簧即失效。支撐的等效彈簧剛度根據(jù)支撐類型分別考慮。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐按桿系計算時當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐按板殼計算時式中K--相當(dāng)于每延米墻寬的支撐彈簧剛度(kN·m一／m)，或支撐彈簧剛度(kN／m)；口一與支撐松弛有關(guān)的折減系數(shù)，鋼筋混凝土支撐取1．0，鋼支撐取0.7～1.0；E--支撐材料的彈性模量(Pa)；A--支撐構(gòu)件截面積；L--支撐長度(m)；S--支撐的水平間距(m)。對圍護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿按桿系計算時對圍護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿按板殼計算時各施工階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可根據(jù)支撐力和作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力按常規(guī)方法求得。極限平衡法中的各種方法多是某種特定條件下的近似，但適用條件不很明確，多憑經(jīng)驗(yàn)判斷。極限平衡法中被動土壓力的修正可參見《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》(YB9258-97)的規(guī)定。雖然極限平衡法存在許多缺陷，但該方法簡單快捷、無需借助電子計算機(jī)就能解決問題，且已為我國大多數(shù)工程技術(shù)人員所采用。應(yīng)用極限平衡法時，應(yīng)注意以下問題：由于抗傾覆穩(wěn)定問題本質(zhì)上是擋土結(jié)構(gòu)前后墻上荷載達(dá)到極限時的平衡問題，與支護(hù)結(jié)構(gòu)的微小變形無關(guān)，所以應(yīng)用等值梁法和靜力平衡法從概念上看似乎無問題，故在規(guī)范中一般推薦使用。關(guān)于內(nèi)力計算，由于目前找不到更合適的方法取代現(xiàn)行的等值梁法和靜力平衡法，為此通常采取如下處理方法：對等值梁法和靜力平衡法的應(yīng)用條件進(jìn)行較嚴(yán)格的限制，只用于三類基坑及地層條件與環(huán)境條件較好的二類基坑，多支點(diǎn)結(jié)構(gòu)盡量不用。不排斥其它經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)證明是可行的方法。在內(nèi)力計算中，提倡采用經(jīng)驗(yàn)土壓力分布模式，強(qiáng)調(diào)依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對計算結(jié)果的修正。(2)土抗力法在工程界土抗力法有時又稱為彈性抗力法、地基反力法、豎向彈性地基梁的基床系數(shù)法等。在計算復(fù)雜受力情況的圍護(hù)結(jié)構(gòu)時，假定墻體兩側(cè)的土壓力隨開挖過程變化，在開挖側(cè)和迎土側(cè)的墻上均設(shè)有土體彈簧，并規(guī)定迎土側(cè)土壓力隨墻體向基坑一側(cè)的變形增大而減小，但不得小于主動土壓力。土抗力法能較好地反映基坑開挖和回筑過程中各種基本因素和復(fù)雜情況對圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響，如施工過程中基坑開挖、支撐設(shè)置、失效和拆除、荷載變化、預(yù)加壓力、墻體剛度改變、與主體結(jié)構(gòu)板、墻的結(jié)合方式內(nèi)支撐式擋土結(jié)構(gòu)和基坑兩側(cè)非對稱荷載等的影響；結(jié)構(gòu)與地層的相互作用及開挖過程中土體剛度變化的影響；圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐系統(tǒng)的共同作用；反映施工過程及施工完成后的使用階段墻體受力變化的連續(xù)性。土抗力法的計算精度主要取決于一些基本計算參數(shù)的取值是否符合實(shí)際，如基床系數(shù)、墻背和墻前土壓力的分布、支撐的松弛系數(shù)等，可通過地區(qū)經(jīng)驗(yàn)加以完善。在淤泥質(zhì)地層中，由于難以反映土體的流變效應(yīng)，計算墻體水平效應(yīng)可能偏小，應(yīng)通過工程實(shí)踐予以調(diào)整。根據(jù)圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，分別采用以下模型：a．平面結(jié)構(gòu)可采用側(cè)向地基上的桿系有限元模型；30式中E--基坑開挖至ht深度時，被動側(cè)土壓力的合力，可按《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計長度按式(2-16)計算，其中t與z分別為對最下一層支撐計算所得的圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度及坑底至反彎點(diǎn)的距離。經(jīng)驗(yàn)嵌固系數(shù)愚對安全等級為一、二、三級的基坑可分別取1．40、1．30、1．20。各施工階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可根據(jù)支撐力和作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力按常規(guī)方法求得。⑥靜力平衡法的計算(如圖2-13)第一層支撐設(shè)置后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算，基坑深度h。取第二層支撐設(shè)置時的開挖深度。按下式計算第一層支撐的支撐力丁，式中E0。--基坑開挖至h-深度時，主動側(cè)土壓力的合力；E，--基坑開挖至h-深度時，被動側(cè)土壓力的合力。第啟層支撐設(shè)置后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算，基坑深度h。取第點(diǎn)+1層支撐設(shè)置時的開挖深度，第一層至第五一層支撐的支撐力為已知。第五層支撐的支撐力n按下式計算式中E--基坑開挖至ht深度時，主動側(cè)土壓力的合力；E--基坑開挖至t深度時，被動側(cè)土壓力的合力；71--第一層至第七一1層支撐的支撐力。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐按桿系計算時當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐按板殼計算時對圍護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿按桿系計算時K一1／·S(2-28)對圍護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿按板殼計算時b．扶壁式結(jié)構(gòu)及圍護(hù)墻為地下連續(xù)墻(槽段之間采用可傳遞面外剪力或彎矩的接頭連接)和圍護(hù)墻為灌注樁、鋼筋混凝土板樁或普通接頭的地下連續(xù)墻，與鋼筋混凝土內(nèi)襯組成的復(fù)合墻或重合墻的豎井式擋土結(jié)構(gòu)可采用側(cè)向地基上的空間板殼元模型。墻體為支承在墻背地層和開挖面一側(cè)坑底以下地層及支撐上的彈性梁或彈性板殼。彎曲變形為主的鋼筋混凝土圍護(hù)墻的剛度一般取混凝土全截面剛度的0．6倍。鋼板樁的抗彎剛度需分別考慮乘以折減系數(shù)k：當(dāng)樁頂不設(shè)圈梁并打入軟土?xí)r，k一0．7；當(dāng)樁頂設(shè)置剛度較大的圈梁時，k一0．9；鎖口焊接時，k=1．0。支撐為彈性體，其對圍護(hù)墻的作用用壓縮(支撐采用錨桿時為拉伸)剛度等效的彈簧模擬。當(dāng)支撐處的墻體計算位移小于設(shè)撐前的位移時，支撐彈簧即失效。用土體等效彈簧模擬地層對墻體變形的約束作用。土體應(yīng)力處于彈性狀態(tài)時，地層抗力符合溫克爾假定，按下式計算R-K·Y(2-25)式中R--計算點(diǎn)水平方向的地基反力強(qiáng)度(N／cm2)；y一一計算點(diǎn)墻體的水平位移(cm)；托一計算點(diǎn)水平方向的地基基床系數(shù)(N／cm3)，與地層條件、受力方向、承壓面積、構(gòu)件形狀和變形量等因素有關(guān)，可假定為與深度無關(guān)的常數(shù)或與深度成正比，其數(shù)值宜參考當(dāng)?shù)仡愃乒こ痰膶?shí)踐或通過現(xiàn)場土工試驗(yàn)設(shè)定。當(dāng)假定‰為與深度無關(guān)的常數(shù)時，開挖面坑底一定深度范圍內(nèi)宜取三角形分布。作用在墻體兩側(cè)的土壓力隨開挖過程變化，且由兩部分組成，即墻體變形前的靜止土壓力及墻體變形后產(chǎn)生的地層抗力?；娱_挖前，墻體兩側(cè)的土壓力平衡，均為靜止土壓力。在墻上有效土壓力(墻背靜止土壓力與開挖側(cè)坑底以下靜止土壓力之差)的作用下，墻體產(chǎn)生變形，用土抗力法對擋土結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，按側(cè)向地基上的結(jié)構(gòu)計算，用壓縮剛度等效的土體彈簧模擬地層對墻體變形的約束作用。根據(jù)擋土結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及所采用的支撐類型可把擋土結(jié)構(gòu)的計算方法分為：a．按計算對象：考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐的變形協(xié)調(diào)，單獨(dú)對圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算的方法；或把圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐視為一體，對擋土結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計算的方法。b．按擋土結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)：把結(jié)構(gòu)構(gòu)件視為桿系，按平面結(jié)構(gòu)計算的方法；或把結(jié)構(gòu)構(gòu)件視為板殼，按空間結(jié)構(gòu)計算的方法。C．按墻背土壓力的設(shè)定方式：墻背土壓力不隨開挖過程變化的方法，或墻背土壓力隨開挖過程變化的方法。各種方法的適用條件參見圖2-14。其中受力對稱的平面結(jié)構(gòu)、墻背土壓力為定值的方法在我國工程界應(yīng)用較普遍。表2-6為按墻背土壓力的設(shè)定方式分類的兩種計算方法的主要特征。土彈簧具有非線性特性。土體應(yīng)力處于彈性階段時，地層反力符合溫克爾假定?；娱_挖前，墻體兩側(cè)的土壓力均為靜止土壓力；基坑開挖過程中，墻背土壓力減小但不小于主動土壓力，墻前土壓力增大但不大于被動土壓力。目前對坑底以下被動區(qū)土應(yīng)力狀態(tài)尚難以把握。從大量深基坑工程實(shí)測資料中發(fā)現(xiàn)，在上層土體開挖卸載后，開挖面下方的土體內(nèi)仍保留著相當(dāng)部分不能完全卸除的殘余應(yīng)力，即上層土體開挖的卸載作用對于下層土體中應(yīng)力的影響，只是在一定深度范圍內(nèi)存在，在此深度以下，土中應(yīng)力值將很少變化。再考慮到由于采用朗金理論未計入墻與土問存在摩擦阻力致使被動土壓力的設(shè)計值偏小等因素，故在工程應(yīng)用中，一般假定被動區(qū)的土體應(yīng)力處于彈性狀態(tài)。圖2-15示出了土體加(卸)載條件下土壓力強(qiáng)度與墻體位移的關(guān)系曲線?？紤]施工過程中受力繼承性的基本方法有"總和法"和"增量法"(也稱"疊加法")，兩者都可用于整個受力過程中墻體剛度不發(fā)生改變的情況，否則應(yīng)采用增量法。在總和法的計算簡圖中，已知外荷載是各施工階段實(shí)際作用在墻上的有效土壓力或其它荷載，支承由支撐彈簧和地層彈簧組成。在支承處應(yīng)輸入設(shè)置支承前該點(diǎn)墻體已產(chǎn)生的水平位移。由此可直接求得當(dāng)前施工階段完成后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際位移及內(nèi)力。在增量法的計算簡圖中，外荷載是相當(dāng)于前一個施工階段完成后的荷載增量，支承由支撐彈簧和地層彈簧組成。所求得的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力是相對于前一個施工階段完成后的增量，當(dāng)墻體剛度不發(fā)生變化時，與前一個施工階段完成后墻體已產(chǎn)生的位移和內(nèi)力疊加，可得到當(dāng)前施工階段完成后體系的實(shí)際位移及內(nèi)力。關(guān)鍵問題是如何確定引起體系內(nèi)力改變的每一個荷載增量，方法歸納如下：支撐的拆除相當(dāng)于在拆撐處反向施加這一支撐力?？拥淄帘煌诔簣D2-16示出了坑底土被挖除時作用在墻上的荷載增量，該增量由兩部分組成。第一部分為由于開挖引起的側(cè)土壓力的減少；由于墻背計算土壓力為常數(shù)(一般為主動土壓)，故側(cè)土壓力增量實(shí)際就是開挖側(cè)靜止土壓力的減少值，其變化規(guī)律坑底以上為三角形分布，坑底以下為矩形分布。第二部分為被挖土體中土抗力的釋放，相當(dāng)在挖除土部位對墻體反向施加這些土抗力。采用tn法計算時，坑底上彈簧的剛度隨開挖過程而變??；圖2-17示出了由于土彈簧的剛度變小而引起的荷載增量。假定第一次開挖完成后被動區(qū)土彈簧的剛度為K，相應(yīng)彈簧的土抗力為R，第二次開挖完成后被動區(qū)土彈簧的剛度減少到怒，則由此而產(chǎn)生的荷載增量為尺一億(K。一瓦)／K，作用方向與土抗力方向相反?；钶d效應(yīng)：活載是一種可變荷載，只在當(dāng)前的計算階段中起作用，對每個受力階段，都需計算有、無可變荷載作用的兩種工況，將它們與前面各步中無可變荷載時的計算結(jié)果疊加。結(jié)構(gòu)自重：僅當(dāng)構(gòu)件第一次在計算簡圖中出現(xiàn)時考慮。對墻體施加預(yù)壓力的方法與擋土結(jié)構(gòu)的支撐方式有關(guān)。這里討論內(nèi)支撐式擋土結(jié)構(gòu)的預(yù)加壓力問題。這種情況在當(dāng)前工程界有兩種施加預(yù)壓力的方式：一是通過安裝在橫撐活接頭端的油壓千斤頂對墻體施加設(shè)定的預(yù)壓力，迫使墻體產(chǎn)生朝向地層一側(cè)的位移，位移穩(wěn)定后鎖定千斤頂；二是對墻體施加設(shè)定的預(yù)壓力，并在墻體位移穩(wěn)定后，用鋼楔楔緊橫撐活接頭端的間隙，油泵回油后，拆除千斤頂。雖然第一種方式需要配備較多的千斤頂，但預(yù)加壓力的效果較好，已為國外大多數(shù)工程采用，國內(nèi)目前多采用第二種方式。從力學(xué)的觀點(diǎn)看，以上兩種施加預(yù)壓力的方式對支護(hù)體系的作用是不同的。兩種方式都可以認(rèn)為橫撐是在預(yù)加壓力使墻體位移穩(wěn)定后才開始對墻體起作用的，所以可杷旒加予麗樂了作為架設(shè)專樘前的一個獨(dú)市的詈力階段．不同的縣，第一種方式預(yù)加壓力始終作用在墻上，支撐只是在向下繼續(xù)開挖的過程中才起作用。第二種方式則可把對墻體施加預(yù)壓力的過程分解為兩個獨(dú)立的階段：在橫撐的支點(diǎn)處通過于斤頂對墻體旋加集中力；在支點(diǎn)處設(shè)置橫撐，拆除千斤頂，釋放此集中力。如果假定活接頭端的鋼楔是不可壓縮的，則拆除千斤頂并不引起擋土結(jié)構(gòu)內(nèi)力的改變，只是在向下開挖的過程中，已釋放的預(yù)壓力不再作用在墻面上。當(dāng)采用墻背土壓力不隨開挖過程變化的方法計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力時，對預(yù)加壓力工況，應(yīng)在墻背增設(shè)土彈簧。圍護(hù)結(jié)構(gòu)與內(nèi)襯墻的結(jié)合方式，視圍護(hù)結(jié)構(gòu)與內(nèi)襯之間傳力方式不同，有以下兩種基本構(gòu)造型式：復(fù)合式構(gòu)造：可用于連續(xù)墻與內(nèi)襯的連接。通過對連續(xù)墻的鑿毛、清洗，當(dāng)連續(xù)墻與內(nèi)襯結(jié)合面的剪應(yīng)力超過0．7MPa時，應(yīng)在二者之間設(shè)置拉結(jié)鋼筋以保證剪力傳遞。結(jié)構(gòu)分析時可把二者視為一個整體墻。設(shè)置內(nèi)襯前的墻體內(nèi)力，由圍護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)；設(shè)置內(nèi)襯后的內(nèi)力增量，由復(fù)合墻承擔(dān)。重合式構(gòu)造：多用于兩者之間敷設(shè)有防水夾層時，為保護(hù)防水效果，圍護(hù)墻與內(nèi)襯之間一般不用鋼筋拉結(jié)，故成為僅能在垂直于墻面方向傳遞壓力的重合式結(jié)構(gòu)。當(dāng)在無水地層中用分離式灌注樁作坑壁支護(hù)時，雖然其與內(nèi)襯之間也有設(shè)置拉結(jié)鋼筋的，但由于連接較弱，也可視為重合式結(jié)構(gòu)，此時墻面之間不僅可傳遞壓力，也能傳遞一定的拉力。建立結(jié)構(gòu)計算模型時，可將圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)襯位于同一水平上的節(jié)點(diǎn)用只傳遞壓力或拉力，但不能傳遞彎矩和剪力的剛性連桿連接。設(shè)置內(nèi)襯前的內(nèi)力由圍護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)，設(shè)置內(nèi)襯后的內(nèi)力增量則分別由支護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)襯承擔(dān)。在力學(xué)處理上用增量法計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置內(nèi)襯后的內(nèi)力。但不是在已有內(nèi)力基礎(chǔ)上的簡單疊加，配筋時需根據(jù)內(nèi)外墻的結(jié)合方式以及內(nèi)力在斷面中的變化情況，采用不同的方法。圓筒式圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算非均勻受力影響時，沿環(huán)向可采用如下土壓力分布模式：由于參數(shù)難以準(zhǔn)確取值及計算工作量大等原因，目前在基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中尚無直接用平面有限單元法的計算結(jié)果作為設(shè)計依據(jù)的實(shí)例。有時結(jié)合某些重大工程技術(shù)問題的處理，把它作為一種輔助的計算手段。在城市深基坑的四周常會遇到一些重要建筑物或構(gòu)筑物，例如，為了保證基坑附近地鐵的正常運(yùn)營，必須對基坑開挖引起的地鐵結(jié)構(gòu)的沉降和傾斜進(jìn)行極其嚴(yán)格的限制，在這種情況下，無論用極限平衡法或土抗力法均難以估算出開挖引起的地層位移，而需采用平面有限單元法。在平面有限單元法中，有關(guān)土層的物理力學(xué)參數(shù)的取值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ痰膶?shí)測資料，通過反分析確定。4．荷載函數(shù)的撓曲線法荷載函數(shù)的撓曲線法主要以式(2-11)和式(2-12)為基礎(chǔ)求解撓曲線微分方程，根據(jù)不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，利用相應(yīng)的邊界條件和變形連續(xù)條件確定積分常數(shù)，最終計算出錨桿反力、最大彎矩和臨界入土深度。對單(多)錨桿支撐體系板樁墻的計算要點(diǎn)見表2-7。表中荷載函數(shù)Q(z)、R(z)、S(z)、T(z)用式(2-11)或式(2-12)計算，其它符號可參見圖2-18。以上簡要介紹了樁墻內(nèi)力的理論分析方法，實(shí)際情況要復(fù)雜的多，各種支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算方法見第八章結(jié)合具體工程來分析討論，其中有一些是經(jīng)驗(yàn)簡化算法。第三節(jié)基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算在實(shí)際工程中除對支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載及內(nèi)力進(jìn)行分析計算外，還需要進(jìn)行基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算?；拥姆€(wěn)定性問題直接與支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的變形穩(wěn)定以及基坑的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件有關(guān)?；臃€(wěn)定性驗(yàn)算主要是計算基坑在外荷載作用下是否會喪失穩(wěn)定(簡稱失穩(wěn))，基坑失穩(wěn)的表現(xiàn)形式和原因是多種多樣的?；邮Х€(wěn)可分為兩種主要形態(tài)：第一，因基坑土體的強(qiáng)度不足、地下水滲流作用而造成基坑失穩(wěn)，包括基坑內(nèi)外側(cè)土體整體滑動失穩(wěn)；基坑底土因承載力不足而隆起，地層因承壓水作用、管涌、滲漏等導(dǎo)致基坑工程破壞?！督ㄖ庸こ碳夹g(shù)規(guī)范》(YB9258-97)將基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算歸納為：支護(hù)樁穩(wěn)定入土深度；基坑底土隆起穩(wěn)定性；基坑底土滲流穩(wěn)定性；基坑邊坡整體穩(wěn)定性等四個方面。第二，因支護(hù)結(jié)構(gòu)(包括樁、墻、支撐系統(tǒng)等)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性不足引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)破壞而造成基坑倒坍、破壞?；拥恼w穩(wěn)定計算，按平面問題考慮，并采用圓弧滑動面計算。對不同情況(如不同設(shè)計狀況，不同驗(yàn)算方法及不同土性指標(biāo))的基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算，其危險滑弧均應(yīng)滿足下式要求式中尬、尬--作用于危險滑弧面上的總滑動力矩(kN·m)，設(shè)計值和抗滑力矩(kN·m)標(biāo)準(zhǔn)值；K一抗力分項(xiàng)系數(shù)，其取值應(yīng)根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)加以調(diào)整。下面對第一種基坑失穩(wěn)情況簡要分析。一、支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定人土深度的驗(yàn)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定入土深度采用極限平衡法計算確定。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力分布為：基坑外側(cè)一般可采用主動土壓力，基坑內(nèi)側(cè)坑底以下取被動土壓力。當(dāng)入土深度較大時，在反彎點(diǎn)至支護(hù)結(jié)構(gòu)底端可考慮反彎點(diǎn)下土的約束作用。懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)和錨撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定入土深度可參閱本章第二節(jié)極限平衡法的計算。二、基坑抗隆起穩(wěn)定隨著深基坑逐步向下開挖，坑內(nèi)外的壓力差不斷增大，就有可能發(fā)生基坑坑底隆起現(xiàn)象。特別在軟粘土地基中開挖時很容易發(fā)生基坑底土向上隆起現(xiàn)象。由于坑內(nèi)外地基土體的壓力差，使墻背土向基坑內(nèi)推移，造成坑內(nèi)土體向上隆起，坑外地面下沉的變形現(xiàn)象，控制這種現(xiàn)象發(fā)生的驗(yàn)算大致根據(jù)兩種假定，即臨界滑動面假定和地基極限承載力假定。1．臨界滑動面假定如圖2-19在開挖面下假定一個圓弧滑動面。根據(jù)在滑動面上土的抗剪強(qiáng)度對滑動圓弧中心的力矩與墻背開挖面標(biāo)高以上土體重量(包括地面荷載)對滑動中心的力矩平衡條件，計算隆起的安全度。轉(zhuǎn)動中心的位置通常認(rèn)為可定在基坑最下一道支撐與圍護(hù)墻的交點(diǎn)處。設(shè)滑動半徑為2，則滑動力矩抗滑力矩抗隆起安全系數(shù)式中