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第7章基坑工程本章提要•本章主要内容包括悬臂式围护结构设计与计算的方法,明降排水方案的设计,常用围护结构的类型及其适用条件,撑锚式围护结构的设计与计算,围护结构的稳定性验算，基坑工程的特点和土层锚杆技术。•7.2基坑工程特点•①工程量大。•②基坑围护方法多。•③对工程勘察要求高。•④基坑工程事故多。•⑤基坑工程技术标准滞后。•⑥基坑工程技术有待提高。•7.3围护结构类型及适用范围•7.3.1围护结构的分类•7.3.2常用围护结构简介•(1)H型钢(工字钢)桩加插板•(2)钢板桩•(3)钻孔灌注桩•(4)地下连续墙•(5)深层搅拌水泥土墙•(6)土钉支护•7.4悬臂式围护结构设计计算•7.4.1围护结构的破坏形式•(1)非重力式围护结构的破坏•1)强度破坏(图7.6)图7.6支护结构的强度破坏•2)稳定性破坏(图7.7)图7.7支护结构的稳定破坏•(2)重力式围护结构的破坏形式•①倾覆破坏。•②滑移破坏。•③土体整体滑动失稳、坑底隆起、管涌或流砂与非重力式围护结构相似。•7.4.2悬臂式围护结构•(1)设计计算原理•(2)悬臂式围护结构的设计步骤图7.8支护结构的变形•①计算最小埋深D•由得•7.5撑(锚)式围护结构的设计计算•7.5.1单撑(锚)围护结构•(1)单撑(锚)浅桩(自由端)•①计算浅桩的最小插入深度Dmin和支反力R•由静力平衡条件•②根据剪力为零时弯矩最大的原则求出最大弯矩。•③根据最大弯矩设计支护结构的截面(截面尺寸、配筋等)。•(2)单撑(锚)深桩(固定端)图7.11桩身土压力与等值梁法计算简图•7.5.2多层撑(锚)支护结构的计算•(1)二分之一分割法图7.12支挡结构上的土压力分布•(2)分段等值梁法•1)计算原理图7.13分段等值梁法计算简图•2)计算步骤•7.6土层锚杆结构设计计算•(1)土层锚杆的构造,参见图7.14图7.14锚杆构造图•(2)锚杆的设计•1)锚杆的布置•2)锚杆结构的设计(圆柱形锚杆)•锚杆长度的计算图7.15锚杆计算简图•(3)拉杆自由段长度•(4)拉杆截面计算•(5)锁定荷载•7.7支护结构稳定性验算•(1)墙后土体整体滑动失稳•(2)坑底隆起验算•其转动力矩为：•抵抗滑动的力矩为：•当土质均匀时，•(3)坑底土管涌验算•1)砂性土地基对松散土、多孔隙土可以不考虑水头损失，不发生管涌的条件是：•2)软弱粘性土地基对软弱粘性土应考虑水头损失，不发生管涌的条件是：•7.8基坑降排水设计•(1)基坑明排设计•1)排水系统布置•2)水泵的选用•3)明排降水的适用范围•(2)井点降水•井点降水是利用井点(垂直井点和水平井点)抽水或引渗来降低地下水位，从而保证基坑施工的一种施工方法。•7.9我国《深基坑支护规程》的设计计算方法•7.9.1深基坑支护按我国深基坑支护规程的设计原则•①承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体稳定、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；•②正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。•7.9.2排桩、地下连续墙支护结构的设计计算•(1)悬臂式排桩、地下连续墙支护结构•1)悬臂式排桩、地下连续墙支护结构工作原理•2)悬臂式支护结构特点和适用范围图7.18悬臂桩工作原理简图•3)悬臂式排桩支护结构支护计算公式图7.19悬臂式支护结构嵌固深度计算简图•(2)单层支点排桩、地下连续墙支护结构•1)单层支点排桩、地下连续墙支护结构的嵌固深度计算•①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hc1•②支点力Tc1可按式(7.32)计算：•③嵌固深度设计值hd可按式(7.40)确定(图7.21)图7.20单层支点支护结构图7.21单层支点支护结构嵌支点力计算简图固深度计算简图•2)排桩、地下连续墙结构计算•①截面弯矩设计值M•②截面剪力设计值V•③支点结构第j层支点力设计值Tdj:•3)排桩、地下连续墙截面承载力计算•(3)单层支点排桩、地下连续墙支护结构锚杆计算•1)锚杆承载力计算应符合下式规定•①普通钢筋截面面积应按式(7.39)计算:•②预应力钢筋截面面积应按式(7.40)计算:•2)锚杆轴向受拉承载力设计值应按下列规定计算•②基坑侧壁安全等级为二级且有邻近工程经验时,可按式(7.49)计算锚杆轴向受拉承载力设计值，并应按规程附录E要求进行锚杆的验收试验：•3)锚杆自由段长度lf宜按式(7.42)计算(如图7.22)图7.22锚杆自由段长度计算简图•7.9.3土钉墙支护结构的设计计算•土钉墙是将一系列钢筋或钢索近似水平地设置于被加固的原位土中，在坡面喷射混凝土面层形成的。•(1)土钉抗拉承载力计算•单根土钉抗拉承载力计算应符合式(7.43)要求：•单根土钉受拉荷载标准值可按式(7.44)计算：•荷载折减系数ζ可按式(7.45)计算：•对于基坑侧壁安全等级为二级的土钉抗拉承载力设计值应按试验确定，基坑侧壁安全等级为三级时可按式(7.46)计算(图7.23)：图7.23土钉抗拉承载力计算简图1—喷射混凝土面层；2—土钉•(2)土钉墙整体稳定性计算•土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法(图7.24)按式(7.47)进行整体稳定性验算：•7.9.4水泥土墙结构支护结构的设计计算•(1)水泥土墙嵌固深度计算•当按上述方法确定的嵌固深度设计值hd小于0.4h时，取hd=0.4h。•(2)水泥土墙墙体厚度计算•①当水泥土墙底部位于碎石土和沙土时(图7.25(a))墙体厚度设计值宜按式(7.49)确定：•②当水泥土墙底部位于粘性土和粉土中间时(图7.25(b))墙体厚土设计值宜按下列经验公式确定:•(3)正截面承载力验算•①压应力验算:•②拉应力验算:•7.9.5深基坑支护结构设计计算实例图7.26基坑边坡示意图图7.27土钉布置示意图图7.28土压力分布图(kPa)