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(gè)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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)土壓力用一個(gè)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(duì)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(gè)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(gè)超靜定問題，為簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(gè)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(jiǎn)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(dòng)、被動(dòng)土壓力強(qiáng)度，給出土壓力分布圖，計(jì)算墻前、墻后的被動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)土壓力對(duì)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(dòng)土壓力對(duì)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(jiǎn)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(dòng)土壓力和墻后開挖面以上的主動(dòng)土壓力仍按郎肯土壓力理論計(jì)算但開挖面以下的主動(dòng)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(duì)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(dòng)土壓力零點(diǎn)深度

2c2×12γKa18.5×0.795解：（1）主動(dòng)土壓力計(jì)算

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

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

主動(dòng)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(dòng)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