理正深基坑——单元计算编制原理

理正深基坑第二部分单元计算编制原理1.单元计算流程图图1-1单元计算流程图2.各种支护结构计算内容⑴单排桩、连续墙、双排桩单元计算包括以下内容：①土压力计算；②嵌固深度计算；③内力及变形计算；④截面配筋计算；⑤锚杆计算；⑥稳定计算：整体稳定、抗倾覆、抗隆起、抗管涌、承压水验算。详细计算参见1～6节相关内容，其中内力变形计算、截面配筋计算及整体稳定计算与规范无关，其他计算按选择的规范采用相应计算方法。⑵水泥土墙单元计算包括以下内容：①土压力计算；②嵌固深度计算；③内力及变形计算；④截面承载力验算；⑤锚杆计算；⑥稳定验算：整体稳定、抗倾覆、抗滑移、抗隆起、抗管涌、承压水验算。详细计算参见第1～6节相关内容，其中内力变形计算、截面配筋计算及整体稳定计算与规范无关，其他计算按选择的规范采用相应计算方法。⑶土钉墙单元计算包括以下内容：①主动土压力计算；②土钉抗拉承载力计算；③整体稳定验算；④土钉选筋计算；⑤稳定验算：抗隆起、抗管涌、承压水验算。系统仅提供《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）计算方法。⑷放坡单元计算包括以下内容：系统仅提供整体稳定验算。1土压力本系统考虑了《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）规范，均采用朗肯理论进行主动土压力计算。系统提供了水压力及主、被动土压力调整系数，可以满足各地区对水、土压力进行局部调整的需求。系统采用了两种土压力模型：经典法土压力模型和弹性法土压力模型。经典法土压力模型：一般土压力：相当于“弹性法”中的“一般分布”；弹性法土压力模型：一般分布：通常采用的土压力模式。开挖面以下主动土压力计算方法与开挖面以上计算方法相同。1.1土压力图1.1-1土压力计算基坑外侧土压力可以选择两种：静止土压力和主动土压力。基坑内侧被动土压力按朗肯理论计算。静止土压力（1.1-1）K0可以采用下面两种计算方法：（1.1-2）（1.1-3）式中：p0k——计算点处静止土压力强度标准值（kPa）；当p0k0时，应取p0k＝0；γi——计算点以上第i层土的重度，地下水以上取天然重度，地下水以下水土分算取浮重度，水土合算取饱和重度（kN/m3）；hi——第i层土的厚度（m）；K0——计算点处土的静止土压力系数；qk——地面超载标准值（kPa）。主动和被动土压力计算方法地下水位以上（1.1-4）（1.1-5）（1.1-6）（1.1-7）（1.1-8）（1.1-9）式中：pak——支护结构外侧深度za处，第i层土的主动土压力强度标准值；当pak0时，应取pak＝0；σac——支护结构外侧计算点，由土的自重产生的竖向总应力（kPa）；σpc——支护结构内侧计算点，由土的自重产生的竖向总应力（kPa）；Δσk，j——支护结构外侧第j个附加荷载作用下计算点的土中附加竖向应力标准值(kPa)，应根据附加荷载类型，按第1.3节计算；σak、σpk——分别为支护结构外侧、内侧计算点的土中竖向应力标准值(kPa)；Ka，i、Kp，i——第i层土的主动、被动土压力系数；ci、i——第i层土的粘聚力、内摩擦角；ppk——支护结构内侧，第i层土中计算点的被动土压力强度标准值(kPa)。1.2关于水作用的处理1.2.1水土合算水土合算同1.1。1.2.2水土分算水土分算时（1.2.2-1）（1.2.2-2）式中：ua、up——分别为支护结构外侧、内侧计算点的水压力(kPa)；对静止地下水，基坑外侧的孔隙水压力ua、基坑内侧的孔隙水压力up可分别按公式(1.2.2-3)、公式(1.2.2-4)计算：（1.2.2-3）（1.2.2-4）式中：γw——地下水的重度，取γw＝10kN/m3；hwa——基坑外侧地下水水位距主动土压力强度计算点的深度；对承压水，地下水水位取测压管水位；当存在多个含水层时，应以计算点所在含水层的地下水水位为基准；hwp——基坑内侧地下水水位距被动土压力强度计算点的深度；对承压水，地下水水位取测压管水位。1.3荷载地面或基础下的竖向附加荷载作用下，支护结构外侧深度za处的水平附加压力标准值phk可按下列规定计算：1均布附加荷载作用下的土中附加竖向应力标准值应按下式计算（图1.3-1）：（1.3-1）式中：q0——均布附加荷载标准值(kPa)；当支护结构外侧地面荷载的作用面积较大时，可按均布荷载考虑。图1.3-1均布竖向地面荷载作用下的水平附加压力计算2支护结构外侧地面下深度d处的条形、矩形基础荷载，（图1.3-2）：1）当d＋a/tanθ≤za≤d＋(3a+b)/tanθ时条形基础（1.3-2）式中：p0——基础底面竖向附加压力的标准值；d——基础埋置深度；对作用在地面上的条形荷载、矩形荷载，取d＝0；b——条形基础的宽度；a——支护结构外边缘至基础的水平距离(m)；θ——附加荷载的扩散角，宜取θ＝45°；za——支护结构顶面至土中附加竖向应力计算点的竖向距离。矩形基础当d＋a/tanθ≤za≤d＋(3a+b)/tanθ时：（1.3-3）式中：b——与基坑边垂直方向上矩形基础的尺寸；l——与基坑边平行方向上矩形基础的尺寸。2）当zad＋a/tanθ或zad＋(3a+b)/tanθ时，取phk＝0。3对作用在地面的条形、矩形附加荷载，按本条第2项条形基础和矩形基础计算土中附加竖向应力标准值Δσk，j时，应取d＝0（图1.3-2b）。（a）条形或矩形基础（b）作用在地面的条形或矩形附加荷载图1.3-2局部附加荷载作用下的土中附加竖向应力计算4当临近基坑的建筑物基础低于基坑底面时，且外墙距支护结构净距b小于h×tg（45°－φk/2）时，如图1.3-3，按下列方法计算：1）当计算点深度z满足b×ctg（45°－φk/2）zb×ctg（45°－φk/2）+dh时：①对于粘性土、粉土和地下水位以上的砂土、碎石土：（1.3-4）②对于地下水位以下的砂土、碎石土：（1.3-5）式中：γi——第i层土的重度，水位以上为土的天然重度，水位以下为土的饱和重度（kN/m3）；γi’——第i层土的重度，水位以上为土的天然重度，水位以下为土的浮重度（kN/m3）；h——基坑深度（m）；z——计算点深度（m）；dh——临近建筑物基础埋置深度（m）；hwa——基坑外侧水位深度（m）；γw——水的重度（kN/m3）；nb——系数，nb=b/(h×tg(45°－φk/2))。图1.3-3有限范围土体的土压力计算简图2）当计算点深度zb×ctg（45°－φk/2），zb×ctg（45°－φk/2）+dh时，如图1.3-4：①对于粘性土、粉土和地下水位以上的砂土、碎石土：（1.3-6）②对于地下水位以下的砂土、碎石土：（1.3-7）式中：γi——第i层土的重度，水位以上为土的天然重度，水位以下为土的饱和重度（kN/m3）；hi——第i层土的厚度（m）；ck——采用三轴固结不排水试验或直剪固结快剪试验方法确定的计算点土层的粘聚力标准值（kPa）；φk——采用三轴固结不排水试验或直剪固结快剪试验方法确定的计算点土层的内摩擦角标准值（°）；Ka——计算点土层的主动土压力系数；σk——支护结构外侧附加荷载产生的作用于深度z处的竖向附加应力标准值，参见第1.10.3节计算。图1.3-4水平荷载标准值计算简图计算点土层的主动土压力系数Ka按下式计算：（1.3-8）注意：如超载扩散到基坑外侧范围的上限高于有限土压力的下限，那么这个范围内土压力为有限土压力叠加超载引起的土压力。1.4放坡当挡土构件顶部低于地面，其上方采用放坡或土钉墙时，可将其视作附加荷载并按下列公式计算土中附加竖向应力标准值（图1.4-1）。图1.4-1挡土构件顶部以上采用放坡或土钉墙时土中附加竖向应力计算1当a/tanθ≤za≤（a＋b1）/tanθ时（1.4-1）（1.4-2）2当za（a＋b1）/tanθ时（1.4-3）3当zaa时（1.4-4）式中：za——挡土构件顶面至土中附加竖向应力计算点的竖向距离(m)；a——挡土构件外边缘至放坡坡脚的水平距离(m)；b1——放坡坡面的水平尺寸(m)；h1——地面至挡土构件顶面的竖向距离(m)；γ——挡土构件顶面以上土的重度(kN/m3)；对多层土取各层土按厚度加权的平均值；c——挡土构件顶面以上土的粘聚力(kPa)；按本规程第3.1.14条的规定取值；Ka——挡土构件顶面以上土的主动土压力系数；对多层土取各层土按厚度加权的平均值；Eak1——挡土构件顶面以上土层所产生的单位宽度主动土压力的标准值(kN/m)。1.5各种支护结构的土压力1.5.1单排桩、连续墙、水泥土墙、双排桩《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）中计算土压力与支护结构的类型无关，均采用1.1~1.4节公式计算。基坑外侧提供主动、静止两种土压力由用户选择。1.5.2土钉墙土钉墙只进行主动土压力计算。1.6坑内加固土体的土压力采用加固土的各项参数，计算方法参见1.1和1.2节。2嵌固深度2.1悬臂式支护结构悬臂式支挡结构的嵌固稳定性应符合下列规定（图2.1）：（2.1）式中：Kem——嵌固稳定安全系数；安全等级为一、二、三级的悬臂式支挡结构，其嵌固稳定性安全系数分别不应小于1.25、1.2、1.15Eak、Epk——基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力的标准值；za1、zp1——基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力对挡土构件底端的力臂。图2.1悬臂式结构嵌固稳定性验算2.2单支点支护结构锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，当符合下列条件时（图2.2）：（2.2-1）应进行嵌固稳定性验算。式中ha——基坑外侧主动土压力合力作用点至地面的深度；hR——取作转动轴心的支点至地面的深度；对多支点结构，以最下层支点为转动轴心。锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构的嵌固稳定性应符合下列规定（图2.2）：（2.2-2）式中Kem——嵌固稳定安全系数；安全等级为一、二、三级的锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，其嵌固稳定性安全系数分别不应小于1.25、1.2、1.15；za2、zp2——基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力对支点的力臂；对多支点结构，力臂以最下层支点为转动轴心取值，且不计各支点力的作用。图2.2锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构嵌固稳定性验算2.3圆弧滑动法嵌固深度计算采用圆弧滑动条分法时，其整体稳定性应符合下列规定（图2.1.3）：（2.3-1）式中Ks——圆弧滑动稳定安全系数；安全等级为一、二、三级的锚拉式支挡结构，圆弧滑动整体稳定安全系数分别不应小于1.35、1.3、1.25；Ks，i——第i个滑动圆弧的抗滑力矩与滑动力矩的比值；抗滑力矩与滑动力矩之比的最小值宜通过搜索不同圆心及半径的所有潜在滑动圆弧确定；cj、j——第j土条在滑弧面上的粘聚力、内摩擦角；bj——第j土条的宽度；θj——第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角；lj——第j土条的滑弧段长度，取lj＝bj/cosθj；qj——作用在第j土条上的附加分布荷载标准值；ΔGj——第j土条的自重，按天然重度计算；uj——第j土条在滑弧面上的孔隙水压力；基坑采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取uj＝γwhwa，j，在基坑内侧，可取uj＝γwhwp，j；对粘性土和地下水位以上的砂土、碎石土、粉土，取uj＝0；γw——地下水重度；hwa，j——基坑外地下水位至第j土条滑弧面中点的深度；hwp，j——基坑内地下水位至第j土条滑弧面中点的深度；R’k，k——第k层锚杆对滑动体的极限拉力值；αk——第k层锚杆的倾角；sx，k——第k层锚杆的水平间距；ψN——计算系数；可取ψN＝0.5sin（θk＋αk）tanj,此处，j为第k层锚杆与滑弧的交点所在的第j土条滑弧处土的粘聚力、内摩擦角。图2.3圆弧滑动条分法整体稳定性验算1－任意圆弧滑动面；2－锚杆2.4各种支护结构的嵌固深度2.4.1排桩、连续墙排桩、连续墙计算嵌固深度设计值，参见2.1节～2.3节。2.4.2水泥土墙采用圆弧滑动简单条分法确定，参见2.3节。2.4.3双排桩双排桩结构的