支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法

南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院趙志峰擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

第二部分基坑工程力為零的點(diǎn)在坑底擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程（1）靜力平衡法

hEaEpEp’支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法

古典法

1.得到板樁前后兩側(cè)的土壓力分布2.建立并求解靜力平衡方程，求得板樁入土深度： a.求出第一個土壓力為零的點(diǎn)d，該點(diǎn) 離坑底的距離為uduyb.計(jì)算d點(diǎn)以上主動土壓力合力及至d點(diǎn)的距離yc.根據(jù)∑H=0和∑M=0的條件，整理出關(guān)于d點(diǎn)以下樁長t0的方程，然后求解t0為安全起見，實(shí)際板樁入土深度可取

t=u+1.2t0

3.計(jì)算板樁最大彎矩 根據(jù)彎矩最大處剪力為零，先求出剪 下的深度bxmxm=支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法

古典法（2）Blum法EpCh t

EaO Ep’uxBlum建議在古典法的基礎(chǔ)上，將板樁底部的被動土壓力用一個集中力代替并作用于板樁底部C點(diǎn)

1.求樁的入土深度根據(jù)凈土壓力為零求出u值，對樁底C取矩，根據(jù)彎矩為零，求出x取板樁打入深度t=u+1.2x

2.求最大彎矩

最大彎矩發(fā)生在剪力為零處，設(shè)O點(diǎn)下xm

處剪力為零

2Ea

γ(Kp?Ka)然后求出最大彎矩2γ(Kp?Ka)xm

擋6土結(jié)構(gòu)與基坑工程Mmax=Ea(l+xm?a)?al支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法

等值梁法點(diǎn)E是嵌固點(diǎn)，B點(diǎn)是坑底高度，C點(diǎn)是零土壓力強(qiáng)度點(diǎn)，F(xiàn)是反彎點(diǎn)即彎矩零點(diǎn)。從圖中可以看出，系統(tǒng)中有3個未知數(shù)：嵌固段深度hd、錨桿拉力T和作用于E點(diǎn)的集中力P。這是一個超靜定問題，為簡化計(jì)算，可采用等值梁法。

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程板樁變形圖實(shí)際土壓力分 布圖疊加后的簡化土壓力分布圖ABE坑底h hdx tTABETAEx tEahaB CPThTA DB F彎矩圖ADBBC

AADDC原結(jié)構(gòu)彎矩圖等值梁將原結(jié)構(gòu)從彎矩零點(diǎn)C處截開，由于該斷面處彎矩為零，可以用一自由支座代替，形成簡支梁AC。AC與原梁中彎矩分布完全相同，成為AB的等值梁。應(yīng)用等值梁法計(jì)算板樁，首先要知道彎矩零點(diǎn)C的位置。由于彎矩零點(diǎn)和土壓力強(qiáng)度零點(diǎn)兩個位置很接近，一般用土壓力強(qiáng)度等于零的位置當(dāng)作C點(diǎn)

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法

等值梁法擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法

等值梁法ATAT

C B凈土壓力

C B彎矩分布A簡支梁CB

C一次超靜定梁Pay=

支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法

計(jì)算步驟：1.計(jì)算主動、被動土壓力強(qiáng)度，給出土壓力分布圖，計(jì)算墻前、墻后的被動土壓力，暫不管t0以下的土壓力情況hPaP0AtRAt0BCDyx2.計(jì)算板樁墻上土壓力零點(diǎn)距坑底的距離y，

γ(kp?ka)

3.求出y值后，即可按簡支梁求出等值梁AC的彎矩，同時(shí)也可求得支座反力RA和P04.求出板樁墻的最小入土深度t0

t0=y+x根據(jù)P0和墻前被動土壓力對板樁底端D的力矩相等x=

6P0γ(kp?ka)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程x=支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法hPaP0AtRAt0BCDyx4.求出板樁墻的最小入土深度t0t0=y+x根據(jù)P0和墻前被動土壓力對板樁底端D的力矩相等

6P0

γ(kp?ka)實(shí)際板樁下端位于x深度以下，因此板樁墻的入土深度為

t=t0k2經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取單撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大彎矩發(fā)生在剪力為0處，剪力為0處近似于深度y處，可求出最大彎矩

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程dydy墻和水泥土墻取單位寬度結(jié)構(gòu)與基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法h0eaik

彈性支點(diǎn)法hkTiksi彈性支點(diǎn)法計(jì)算簡圖應(yīng)用彈性支點(diǎn)法，假定支點(diǎn)力為不同水平剛度系數(shù)的彈簧，同時(shí)視基坑開挖面以下地基為彈性地基，其水平抗力為地基反力系數(shù)與變形的乘積。 建立撓曲微分方程，分為開挖面以上及開 挖面以下兩部分：

4dz?eaikibx=0(0≤z≤hn)EI

EI

4dz+mb0(z?hn)?eaikibx=0(z≥hn)b0—抗力計(jì)算寬度，地連墻和水泥土墻取單位寬度z—支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部至計(jì)算點(diǎn)的距離hn—第n工況基坑開挖深度bx—荷載計(jì)算寬度，排樁可取中心距，地連

擋土dydy

支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法

彈性支點(diǎn)法建立撓曲微分方程，分為開挖面以上及開挖面以下兩部分：

4dz?eaikibx=0(0≤z≤hn)EI

EI

4dz+mb0(z?hn)?eaikibx=0(z≥hn)y—計(jì)算點(diǎn)水平變形；m—地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)排樁結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算寬度按下列規(guī)定計(jì)算：（1）圓形樁按下式計(jì)算（2）方形樁按下式計(jì)算b0=0.9×(1.5d+0.5)b0=1.5b+0.5（3）按上面計(jì)算出的抗力計(jì)算寬度大于排樁間距時(shí)取排樁間距

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程彈性支點(diǎn)法支點(diǎn)水平剛度系數(shù)視支點(diǎn)類型不同而不同：當(dāng)支點(diǎn)為錨桿時(shí)第j層支點(diǎn)邊界條件宜按下式確定：Tj=kTj(yj?y0j)+T0j第j層支點(diǎn)水 平位移值支點(diǎn)設(shè)置前的 水平位移值第j層支點(diǎn) 預(yù)加力第j層支點(diǎn)水平剛 度系數(shù)ccos2θkT=

3AEsEAc3lfEcAc+EsAla當(dāng)基坑周邊支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載或冠梁等間距布置時(shí)，2αEASa

LskT=dydy支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法根據(jù)并考慮

4

EI?eaikibx=0

dz

4

EI+mb0(z?hn)?eaikibx=0

dzTj=kTj(yj?y0j)+T0j采用數(shù)值分析方法，可以求解樁的變形y，進(jìn)而求得各土層的彈性抗力h∑Eazhchaz計(jì)算截面

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

∑Emzhmz求得各土層的彈性抗力值后，以靜力平衡計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力

懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)h∑EazT1hchaz計(jì)算截面

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

∑EmzhmzT2Tmh1h2hEp2

支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法

規(guī)范方法《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-1999）推薦的計(jì)算方法，是在古典方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了一定的修改。htEa1

Ea2Ep1

∑Epp

∑EaEa3

haEa4

懸臂式擋墻1.確定土壓力分布

墻前的被動土壓力和墻后開挖面以上的主動土壓力仍按郎肯土壓力理論計(jì)算但開挖面以下的主動土壓力

pai=σhKai?2ciKai開挖面處的豎向 有效應(yīng)力這一改變有何影響？

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程hp∑Epjha∑EaihEp2支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法懸臂式擋墻htEa1Ea2Ep1

∑Epp

∑EaEa3

haEa42.確定嵌固深度擋墻嵌固深度t按抗傾覆條件確定

K=≥1.23.計(jì)算擋墻的最大彎矩

根據(jù)剪力為零點(diǎn)彎矩最大求解

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程ha1∑Eac?hp1∑Epc支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程單撐式擋墻htEa1Ea2∑EacEa3ha1確定土壓力分布彎矩零點(diǎn)C距離坑底的距離y可將圖中各力對彎矩零點(diǎn)C取矩，由彎矩平衡可求得支撐反力

T=

hT+yC

pa1

Epchp1

pp11.確定基坑開挖面以下彎矩零點(diǎn)的位置按下式確定

pa1=pp1y2.計(jì)算支撐力ThThp∑Epj+T(hT+t)ha∑EaihEp2支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法3.確定嵌固深度htEa1Ea2Ep1

∑Epp

∑EaEa3

haEa4ThT由如圖所示擋墻的抗傾覆條件確定，即

K=4.計(jì)算擋墻的最大彎矩根據(jù)剪力為零點(diǎn)彎矩最大求解

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程h0===1.63m=18.5×8×0.633?2×擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程kPa

支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法某基坑開挖深度8m，采用地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，墻體厚度600mm。墻體深度18m，在地面下2m設(shè)鋼管支撐，水平間距3m。地層為粘性土，土的天然重度為18.5kN/m3，內(nèi)摩擦角13°，粘聚力12kPa，不考慮地面超載。試確定地下連續(xù)墻的最大彎矩和單根支

撐軸力。2m6m10mT計(jì)算主動土壓力零點(diǎn)深度

2c2×12γKa18.5×0.795解：（1）主動土壓力計(jì)算

Ka=tan2(45??/2)=0.633

Ka=tan(45??/2)=0.7951.63mea1ea2

主動土壓力計(jì)算ea1=γhKa?2cKa12×0.795=74.55ea1=ea2=74.55kPaKp=ta三n(45+?/三2)=1.三58=三=1.三52m2m6m10三m支護(hù)三結(jié)構(gòu)三設(shè)計(jì)三計(jì)算三理論三與方三法解：三（三2）三被動三土壓三力計(jì)三算1.三63三mea1ea2Tep1ep22Ka=ta三n(45+?/三2)=1.三25三7ep1=γhKp+2c三Kp=0+2×12×1.三25三7=30三.1三7ep2=18三.5×10×1.三58+2×12×1.三25三7=32三2.三47kP（3三）求三支點(diǎn)三反力三T開挖三面以三下土三壓力三零點(diǎn)ea1=γxKp+2c三Kpx=ea1?2c三Kpγ?Kp74三.5三5?2×12×1.三25三718三.5×1.三58擋土三結(jié)構(gòu)與三基坑三工程Ea1=三×74三.5三5×(8?1.三63三)=23三7.三44kN/mEa2=三×三×三=33三.7三3kN三m(6+1.三52三)T=三×1.三52Ea2+三?三?Ea1?8?1.三63?支護(hù)三結(jié)構(gòu)三設(shè)計(jì)三計(jì)算三理論三與方三法擋土三結(jié)構(gòu)三與基三坑工三程2m6m10三mT1.三63三mea1ep1ep2解：三（三3）三求支三點(diǎn)反三力T坑底三凈土三壓力三計(jì)算ea0=ea1?2c三KpEa1Ea2T6mea22m1