1前言基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算原理和依據(jù)(講課重點(diǎn)，包括三維計(jì)算和規(guī)范計(jì)算兩大部分，結(jié)合國(guó)家規(guī)范來(lái)講)。PKPM基坑軟件以及和國(guó)內(nèi)基坑軟件的對(duì)比。交流和討論。2基坑工程的原則1.正確的設(shè)計(jì)理論是工程成功的基礎(chǔ)2.經(jīng)驗(yàn)豐富的施工單位是工程成功的關(guān)鍵3.信息化施工是工程成功的保證（1）監(jiān)測(cè)資料是信息化施工的依據(jù)（2）預(yù)測(cè)分析是信息化施工的指導(dǎo)（3）經(jīng)驗(yàn)與判斷是信息化施工的決策4.經(jīng)濟(jì)分析5.總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)(巖土工程半理論半經(jīng)驗(yàn))3PKPM基坑支護(hù)三維分析中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM軟件所4基坑支護(hù)三維分析概要

基坑支護(hù)三維分析的優(yōu)點(diǎn)基坑支護(hù)三維分析的理論基礎(chǔ)PKPM基坑三維分析的特點(diǎn)影響基坑三維分析結(jié)果的主要因素基坑支護(hù)三維分析的過(guò)程對(duì)象是樁墻、內(nèi)支撐、立柱、錨桿所組成的空間結(jié)構(gòu)體系5基坑支護(hù)三維分析的優(yōu)點(diǎn)在二維分析中，支護(hù)體系被人為地拆成水平面分析（內(nèi)支撐）和豎直面分析（樁、墻），只能作到點(diǎn)上的位移協(xié)調(diào)；基坑支護(hù)體系本質(zhì)上是一空間結(jié)構(gòu)，三維分析具備理論上的先進(jìn)性，可實(shí)現(xiàn)真正的位移協(xié)調(diào)；

得到更符合實(shí)際的內(nèi)力和位移計(jì)算結(jié)果，真正反映支護(hù)體系的空間效應(yīng)；構(gòu)件計(jì)算更合理，可以節(jié)省工程造價(jià)。6基坑支護(hù)三維分析的理論基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：樁、地下連續(xù)墻，鋼筋砼或鋼支撐梁，錨桿，鋼或砼支撐立柱形成的空間體系。荷載：土、水壓力，地面附加荷載。約束：被動(dòng)區(qū)土體。彈性支點(diǎn)法基本計(jì)算模型

計(jì)算簡(jiǎn)圖7PKPM基坑支護(hù)三維分析的荷載土壓力：粘性土由于透水性差，一般水土合算；而無(wú)粘性土由于透水性好，一般水土分算。合算與分算的差別演示見(jiàn)黑板。附加荷載：無(wú)限寬度均布荷載按荷載大小*Kai傳遞（可以理解為增加等效的土層）；有限寬度局部荷載按應(yīng)力45度擴(kuò)散方法處理，但與上海規(guī)范、浙江規(guī)范、福建規(guī)范有差別。三種水壓力：靜止水壓力，滲流水壓力1、滲流水壓力2(上海規(guī)范特有)，見(jiàn)黑板。8水的工程問(wèn)題無(wú)粘性土中水形成連續(xù)的分布，產(chǎn)生靜水壓力，加大了作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的側(cè)壓力。改變土的物理力學(xué)性質(zhì)，如邊坡浸水后，土的凝聚力C和內(nèi)摩擦角Fai值降低。降水后導(dǎo)致土粒間有效應(yīng)力加大，土骨架壓縮量增加，引起周邊環(huán)境不均勻沉降。9PKPM基坑支護(hù)三維分析的約束常用的有“m”法，“K”法，“C”法，本質(zhì)上是假定被動(dòng)區(qū)土體彈性約束的剛度曲線不同

“m“法基床系數(shù)圖“K”法基床系數(shù)圖“C”法基床系數(shù)圖

C=mHC=KC=c*sqrt(H)圖中H為從開(kāi)挖面算起的深度。10PKPM基坑支護(hù)三維分析的特點(diǎn)采用彈性支點(diǎn)法，即m法；三維計(jì)算核心模塊已在PKPM的高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中廣泛運(yùn)用并通過(guò)驗(yàn)證；模擬支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際施工過(guò)程的分步開(kāi)挖和分步加撐和支撐拆除；在下一步開(kāi)挖中考慮上一步所加支點(diǎn)的已有變形，從而得到符合實(shí)際的支點(diǎn)力；計(jì)算結(jié)果可靠合理，前后處理完全圖形化。11影響基坑三維分析結(jié)果的主要因素土壓力模型朗肯土壓力規(guī)程土壓力土抗力模型

m法

k法土的特殊性質(zhì)，如軟土的流變性12基坑支護(hù)三維分析的架構(gòu)體系

13基坑支護(hù)三維分析的過(guò)程

前處理劃分節(jié)點(diǎn)和單元，計(jì)算單元上的荷載，歸并截面的幾何類型和材料類型，計(jì)算單元上的約束信息，形成PMSAP數(shù)據(jù)文件；計(jì)算

調(diào)用PKPM成熟的三維計(jì)算模塊PMSAP；

后處理形成各桿件的內(nèi)力、位移圖樁、墻、鋼砼構(gòu)件的配筋計(jì)算等14與國(guó)內(nèi)其它基坑軟件的比較(1)PKPM基坑支護(hù)軟件是真三維分析，三維分析模塊的正確性已經(jīng)被多項(xiàng)結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)所驗(yàn)證，而國(guó)內(nèi)其它主流軟件的三維分析是擬三維，6個(gè)空間位移中只計(jì)算出了Ux,Uy,，不能反映內(nèi)支撐體系出平面外的穩(wěn)定問(wèn)題，如下圖所示：15與國(guó)內(nèi)其它基坑軟件的比較(2)PKPM在圖形平臺(tái)和三維建模、顯示方面有自己的特點(diǎn)，既直觀形象，又全面方便，可以最大限度地節(jié)省用戶在三維分析方面的投資。16上海101層環(huán)球金融中心基坑17江蘇中成建設(shè)公司基坑18上海世博會(huì)某工程地連墻基坑19浙江臺(tái)州某基坑(支撐梁出基坑邊線)20寧波坤和中心地連墻加內(nèi)支撐基坑21坤和中心實(shí)景22PKPM排樁支護(hù)三維分析例題23排樁體系三維位移圖24排樁最大內(nèi)力,水平位移圖25第

1道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖26第

2道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖27第

3道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖28排樁和三道支撐梁的配筋圖29PKPM地連墻支護(hù)三維分析例題30地連墻體系三維位移圖31地連墻最大內(nèi)力、水平位移圖32地連墻水平等效梁的內(nèi)力、位移圖33第

1道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖34第

2道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖35第

3道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖36某槽段地下連續(xù)墻配筋圖示例37支撐平面圖38PKPM基坑支護(hù)規(guī)范計(jì)算*****中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM軟件所39規(guī)范計(jì)算的架構(gòu)體系40樁(墻)結(jié)構(gòu)嵌固深度計(jì)算-懸壁樁EpEa考慮安全系數(shù)，主動(dòng)區(qū)合力Ea和被動(dòng)區(qū)合力Ep對(duì)樁底取矩平衡,計(jì)算出嵌固深度。41樁(墻)結(jié)構(gòu)嵌固深度計(jì)算-單支點(diǎn)1、假定土壓力強(qiáng)度0點(diǎn)C為彎矩0點(diǎn)。2、對(duì)C點(diǎn)取矩，得支點(diǎn)的支點(diǎn)力3、考慮安全系數(shù)，主動(dòng)區(qū)合力Ea和被動(dòng)區(qū)合力Ep,支點(diǎn)力T1對(duì)樁底取矩平衡,計(jì)算出嵌固深度。EpEaT142樁(墻)結(jié)構(gòu)嵌固深度計(jì)算-多支點(diǎn)1、假定土壓力強(qiáng)度0點(diǎn)C為彎矩0點(diǎn)。2、對(duì)C點(diǎn)取矩，開(kāi)挖到第2道支撐底標(biāo)高，得第1道支點(diǎn)的支點(diǎn)力，然后往下開(kāi)挖到坑底，假定第1道支點(diǎn)的支點(diǎn)力不變，再對(duì)C點(diǎn)取矩，得第2道支點(diǎn)的支點(diǎn)力，以此類推…3、考慮安全系數(shù)，取C點(diǎn)以下至樁底的部分樁為研究對(duì)象，C點(diǎn)以下主動(dòng)區(qū)合力、C點(diǎn)不平衡的剪力、被動(dòng)區(qū)合力對(duì)樁底取矩平衡，計(jì)算出嵌固深度。EpEaT1T2注：此方法即等值梁法，國(guó)家規(guī)范中采用過(guò)樁墻底的圓弧滑動(dòng)法來(lái)計(jì)算嵌固深度，福建規(guī)范中不假定彎矩0點(diǎn)，對(duì)每道支點(diǎn)取矩，不平衡的土壓力就為此道支點(diǎn)受力，然后假定本道支點(diǎn)力不變，計(jì)算下一道支點(diǎn)的力。43樁(墻)結(jié)構(gòu)抗隆起驗(yàn)算一、按墻底地基承載力隆起驗(yàn)算坑外側(cè)土體考慮自重和附加荷載，坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)區(qū)土體考慮自重和凝聚力，按地基極限承載力的原理建立計(jì)算公式。沒(méi)有考慮墻底以上土體抗剪強(qiáng)度的影響。Pu=cNc+Ga2*D*Nq>=Ga1(h0+D)+q,h0為坑底，D為嵌固深度二、繞最下一道支撐和樁墻底的圓弧滑動(dòng)隆起驗(yàn)算，考慮了墻底以上土體抗剪強(qiáng)度的影響。44樁(墻)結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算K=Mrc/MocMrc-抗傾覆力矩，被動(dòng)區(qū)土壓力對(duì)最一下道支點(diǎn)中心O取矩Moc-傾覆力矩，主動(dòng)區(qū)土壓力對(duì)最一下道支點(diǎn)中心O取矩EpEa45樁(墻)結(jié)構(gòu)抗?jié)B流驗(yàn)算K=ic/iic-坑底土的臨界水力坡度,ic=(ds-1)/(1+e)=浮容重/水容重Moc-i-坑底土的滲流水力坡降i=hw/L=坑內(nèi)外水頭差/最短滲徑46樁(墻)結(jié)構(gòu)承壓水驗(yàn)算K=Pcz/PwyPcz-坑底至承壓水頂板間土的自重壓力(kN/m2)Pwy-承壓水頭壓力=承壓水頭高度*10(kN/m2)47SMW工法結(jié)構(gòu)相關(guān)驗(yàn)算(1)常見(jiàn)截面型式型鋼入土深度確定原則1、滿足抗隆起穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算2、擋土墻的內(nèi)力位移不超過(guò)允許值3、如果要回收，可順利拔出。水泥土入土深度確定原則1、滿足抗?jié)B流穩(wěn)定、承壓水穩(wěn)定驗(yàn)算2、大于型鋼的入土深度，以包裹型鋼3、坑內(nèi)降水不能影響到坑外環(huán)境，因此要有一定的入土深度型鋼抗拔驗(yàn)算1、型鋼最大抗拔力Pm=0.7*屈服強(qiáng)度*型鋼截面積2、型鋼最大可拔出長(zhǎng)度<=最大抗拔力/(2*單元面積摩阻力*型鋼截面周長(zhǎng))48SMW工法結(jié)構(gòu)相關(guān)驗(yàn)算(2)型鋼凈距和水泥土強(qiáng)度驗(yàn)算1、型鋼凈間距的驗(yàn)算(型鋼的凈間距不能過(guò)大<=水泥土墻體厚度+型鋼高度+型鋼形心軸與截面形心軸間距離)2、若型鋼連續(xù)布置，僅需驗(yàn)算型鋼翼緣邊的水泥土抗剪強(qiáng)度（要剪斷型鋼比剪斷水泥土困難）3、若型鋼間隔布置，還需驗(yàn)算水泥土搭接處的抗剪強(qiáng)度組合剛度計(jì)算1、若型鋼全位布置，只考慮型鋼本身的剛度Ke=Eh*Ih2、若型鋼半位布置，還考慮水泥土的剛度,即計(jì)算組合截面的剛度Ke=Eh*Ih+Ec*Ic根據(jù)材料力學(xué)原理，先計(jì)算組合截面的形心軸，然后分別計(jì)算兩種材料的不同截面對(duì)此形心軸的慣性矩，與彈模相乘后再相加。型鋼抗彎抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算在計(jì)算出型鋼的內(nèi)力后，用M/W<=型鋼設(shè)計(jì)強(qiáng)度,Q/A<=型鋼抗剪強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行驗(yàn)算49樁(墻)結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移計(jì)算-等值梁法1、假定土壓力強(qiáng)度0點(diǎn)C為彎矩0點(diǎn)。2、對(duì)C點(diǎn)取矩，開(kāi)挖到第2道支撐底標(biāo)高，得第1道支點(diǎn)的支點(diǎn)力，然后往下開(kāi)挖到坑底，假定第1道支點(diǎn)的支點(diǎn)力不變，再對(duì)C點(diǎn)取矩，得第2道支點(diǎn)的支點(diǎn)力，以此類推…3、考慮安全系數(shù)，取C點(diǎn)以下至樁底的部分樁為研究對(duì)象，C點(diǎn)以下主動(dòng)區(qū)合力、C點(diǎn)不平衡的剪力、被動(dòng)區(qū)合力對(duì)樁底取矩平衡，計(jì)算出嵌固深度。EpEaT1T250樁(墻)結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移計(jì)算-m法有限元方程為：式中[K]pc為樁墻的剛度，[K]sa為內(nèi)支撐和錨桿的剛度，{F}為作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的外荷載。{U}為待求的支護(hù)結(jié)構(gòu)位移,{U0}為加支錨時(shí)，樁墻在支錨位置處的已有位移。計(jì)算簡(jiǎn)圖如右圖所示：51多種方法的水土壓力圖

52樁(墻)分步開(kāi)挖的內(nèi)力圖-等值梁法等值梁法不能計(jì)算位移53樁(墻)分步開(kāi)挖的內(nèi)力圖-m法可計(jì)算位移，結(jié)果更合理54樁(墻)支護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿計(jì)算

(1)55樁(墻)支護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿計(jì)算

(2)56樁(墻)支護(hù)結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算對(duì)沿周邊均勻配置縱向鋼筋的圓形截面和矩形截面的排樁和地下連續(xù)墻，其正截面受彎承載力按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

非均勻配筋的圓形截面鋼筋混凝土樁，按國(guó)家規(guī)程JGJ120-99的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，如圖所示：57樁(墻)支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定計(jì)算樁（墻）結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定分析采用圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示。在基坑施工的各個(gè)工況，根據(jù)本工況的基坑開(kāi)挖深度、樁墻的嵌固深度、土層參數(shù)、支點(diǎn)參數(shù)、及附加荷載等情況計(jì)算任意可能滑動(dòng)面的抗滑力矩和滑動(dòng)力矩，并找出最危險(xiǎn)滑弧，計(jì)算出最危險(xiǎn)滑弧的抗滑力矩、滑動(dòng)力矩以及二者的比值（即基坑邊坡的整體穩(wěn)定安全系數(shù)），如果整體穩(wěn)定不滿足要求，則調(diào)整上述有關(guān)參數(shù)后重新進(jìn)行計(jì)算，直到滿足為止。

58排樁分步開(kāi)挖(等值梁法)的計(jì)算書59m法計(jì)算書60錨桿計(jì)算書61樁配筋計(jì)算書62地連墻配筋計(jì)算書63SMW工法計(jì)算64SMW工法計(jì)算書65基坑施工應(yīng)注意的主要問(wèn)題(1)1)基坑施工前應(yīng)編制基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案，依據(jù)有關(guān)規(guī)定需要專家評(píng)審的，尚應(yīng)具有專家評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)的書面意見(jiàn)。2)基坑施工前應(yīng)組織有關(guān)單位進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案技術(shù)交底，明確各工序的技術(shù)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3)土方開(kāi)挖應(yīng)按照設(shè)計(jì)工況分層、分段進(jìn)行，嚴(yán)禁超挖。發(fā)生異常情況時(shí)，應(yīng)立即停止挖土，并應(yīng)立即查清原因待采取相應(yīng)措施后，方可繼續(xù)開(kāi)挖施工。開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)采取有效措施避免破壞和擾動(dòng)支護(hù)結(jié)構(gòu)、工程樁和槽底原狀土。當(dāng)采用機(jī)械開(kāi)挖土方時(shí)，應(yīng)在基坑底預(yù)留150mm～300mm厚的土層，由人工挖掘修整，以保持坑底土體原狀結(jié)構(gòu)。4)基坑開(kāi)挖完成后，應(yīng)及時(shí)清底驗(yàn)槽，澆注墊層封閉基坑，減少地基土暴露時(shí)間，防止暴曬或雨水浸泡而破壞地基土的原狀結(jié)構(gòu)。66基坑施工應(yīng)注意的主要問(wèn)題(2)5)做好信息化施工。基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)對(duì)基坑支結(jié)構(gòu)及周邊建（構(gòu)）筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指導(dǎo)施工，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)通報(bào)相關(guān)單位，以便采取措施，防止事故發(fā)生。6)做好截排水工作?；又車孛鎽?yīng)采取硬化和截排水措施，防止雨水、生活用水等地面水流入坑內(nèi)；坑壁采取排水措施，有組織地疏導(dǎo)土層中的殘留水；基坑底的滲漏水應(yīng)及時(shí)排出，避免在基坑內(nèi)長(zhǎng)期積聚。放坡開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)坡頂、坡面、坡腳采取保護(hù)措施。7)基坑周邊嚴(yán)禁超載。基坑在開(kāi)挖和使用過(guò)程中，基坑周邊行車和堆載應(yīng)嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)荷載允許范圍內(nèi)，嚴(yán)禁超載。8)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)完成后，應(yīng)及時(shí)對(duì)施工肥槽進(jìn)行回填，回填采用分層夯實(shí)，以滿足設(shè)計(jì)密實(shí)度的要求。67土釘墻的局部穩(wěn)定計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖相關(guān)計(jì)算公式68土釘墻的整體穩(wěn)定計(jì)算相關(guān)計(jì)算公式計(jì)算簡(jiǎn)圖69北京萬(wàn)富大廈基坑（深18m，垂直土釘墻）70廣州某基坑整體失穩(wěn)(2005.7)71土釘墻的整體穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果72土釘墻的計(jì)算書73土釘墻設(shè)計(jì)方案常見(jiàn)問(wèn)題(1)1）