1前言基坑支護結構的設計計算原理和依據(講課重點，包括三維計算和規范計算兩大部分，結合國家規范來講)。PKPM基坑軟件以及和國內基坑軟件的對比。交流和討論。2基坑工程的原則1.正確的設計理論是工程成功的基礎2.經驗豐富的施工單位是工程成功的關鍵3.信息化施工是工程成功的保證（1）監測資料是信息化施工的依據（2）預測分析是信息化施工的指導（3）經驗與判斷是信息化施工的決策4.經濟分析5.總結經驗教訓(巖土工程半理論半經驗)3PKPM基坑支護三維分析中國建筑科學研究院PKPM軟件所4基坑支護三維分析概要

基坑支護三維分析的優點基坑支護三維分析的理論基礎PKPM基坑三維分析的特點影響基坑三維分析結果的主要因素基坑支護三維分析的過程對象是樁墻、內支撐、立柱、錨桿所組成的空間結構體系5基坑支護三維分析的優點在二維分析中，支護體系被人為地拆成水平面分析（內支撐）和豎直面分析（樁、墻），只能作到點上的位移協調；基坑支護體系本質上是一空間結構，三維分析具備理論上的先進性，可實現真正的位移協調；

得到更符合實際的內力和位移計算結果，真正反映支護體系的空間效應；構件計算更合理，可以節省工程造價。6基坑支護三維分析的理論基礎結構：樁、地下連續墻，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：被動區土體。彈性支點法基本計算模型

計算簡圖7PKPM基坑支護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黑板。附加荷載：無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力45度擴散方法處理，但與上海規范、浙江規范、福建規范有差別。三種水壓力：靜止水壓力，滲流水壓力1、滲流水壓力2(上海規范特有)，見黑板。8水的工程問題無粘性土中水形成連續的分布，產生靜水壓力，加大了作用在支護結構上的側壓力。改變土的物理力學性質，如邊坡浸水后，土的凝聚力C和內摩擦角Fai值降低。降水后導致土粒間有效應力加大，土骨架壓縮量增加，引起周邊環境不均勻沉降。9PKPM基坑支護三維分析的約束常用的有“m”法，“K”法，“C”法，本質上是假定被動區土體彈性約束的剛度曲線不同

“m“法基床系數圖“K”法基床系數圖“C”法基床系數圖

C=mHC=KC=c*sqrt(H)圖中H為從開挖面算起的深度。10PKPM基坑支護三維分析的特點采用彈性支點法，即m法；三維計算核心模塊已在PKPM的高層建筑結構計算中廣泛運用并通過驗證；模擬支護結構實際施工過程的分步開挖和分步加撐和支撐拆除；在下一步開挖中考慮上一步所加支點的已有變形，從而得到符合實際的支點力；計算結果可靠合理，前后處理完全圖形化。11影響基坑三維分析結果的主要因素土壓力模型朗肯土壓力規程土壓力土抗力模型

m法

k法土的特殊性質，如軟土的流變性12基坑支護三維分析的架構體系

13基坑支護三維分析的過程

前處理劃分節點和單元，計算單元上的荷載，歸并截面的幾何類型和材料類型，計算單元上的約束信息，形成PMSAP數據文件；計算

調用PKPM成熟的三維計算模塊PMSAP；

后處理形成各桿件的內力、位移圖樁、墻、鋼砼構件的配筋計算等14與國內其它基坑軟件的比較(1)PKPM基坑支護軟件是真三維分析，三維分析模塊的正確性已經被多項結構工程的設計所驗證，而國內其它主流軟件的三維分析是擬三維，6個空間位移中只計算出了Ux,Uy,，不能反映內支撐體系出平面外的穩定問題，如下圖所示：15與國內其它基坑軟件的比較(2)PKPM在圖形平臺和三維建模、顯示方面有自己的特點，既直觀形象，又全面方便，可以最大限度地節省用戶在三維分析方面的投資。16上海101層環球金融中心基坑17江蘇中成建設公司基坑18上海世博會某工程地連墻基坑19浙江臺州某基坑(支撐梁出基坑邊線)20寧波坤和中心地連墻加內支撐基坑21坤和中心實景22PKPM排樁支護三維分析例題23排樁體系三維位移圖24排樁最大內力,水平位移圖25第

1道內支撐彎矩剪力軸力位移圖26第

2道內支撐彎矩剪力軸力位移圖27第

3道內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地連墻支護三維分析例題30地連墻體系三維位移圖31地連墻最大內力、水平位移圖32地連墻水平等效梁的內力、位移圖33第

1道內支撐彎矩剪力軸力位移圖34第

2道內支撐彎矩剪力軸力位移圖35第

3道內支撐彎矩剪力軸力位移圖36某槽段地下連續墻配筋圖示例37支撐平面圖38PKPM基坑支護規范計算*****中國建筑科學研究院PKPM軟件所39規范計算的架構體系40樁(墻)結構嵌固深度計算-懸壁樁EpEa考慮安全系數，主動區合力Ea和被動區合力Ep對樁底取矩平衡,計算出嵌固深度。41樁(墻)結構嵌固深度計算-單支點1、假定土壓力強度0點C為彎矩0點。2、對C點取矩，得支點的支點力3、考慮安全系數，主動區合力Ea和被動區合力Ep,支點力T1對樁底取矩平衡,計算出嵌固深度。EpEaT142樁(墻)結構嵌固深度計算-多支點1、假定土壓力強度0點C為彎矩0點。2、對C點取矩，開挖到第2道支撐底標高，得第1道支點的支點力，然后往下開挖到坑底，假定第1道支點的支點力不變，再對C點取矩，得第2道支點的支點力，以此類推…3、考慮安全系數，取C點以下至樁底的部分樁為研究對象，C點以下主動區合力、C點不平衡的剪力、被動區合力對樁底取矩平衡，計算出嵌固深度。EpEaT1T2注：此方法即等值梁法，國家規范中采用過樁墻底的圓弧滑動法來計算嵌固深度，福建規范中不假定彎矩0點，對每道支點取矩，不平衡的土壓力就為此道支點受力，然后假定本道支點力不變，計算下一道支點的力。43樁(墻)結構抗隆起驗算一、按墻底地基承載力隆起驗算坑外側土體考慮自重和附加荷載，坑內側被動區土體考慮自重和凝聚力，按地基極限承載力的原理建立計算公式。沒有考慮墻底以上土體抗剪強度的影響。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隆起驗算，考慮了墻底以上土體抗剪強度的影響。44樁(墻)結構抗傾覆驗算K=Mrc/MocMrc-抗傾覆力矩，被動區土壓力對最一下道支點中心O取矩Moc-傾覆力矩，主動區土壓力對最一下道支點中心O取矩EpEa45樁(墻)結構抗滲流驗算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=坑內外水頭差/最短滲徑46樁(墻)結構承壓水驗算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工法結構相關驗算(1)常見截面型式型鋼入土深度確定原則1、滿足抗隆起穩定、抗傾覆穩定驗算2、擋土墻的內力位移不超過允許值3、如果要回收，可順利拔出。水泥土入土深度確定原則1、滿足抗滲流穩定、承壓水穩定驗算2、大于型鋼的入土深度，以包裹型鋼3、坑內降水不能影響到坑外環境，因此要有一定的入土深度型鋼抗拔驗算1、型鋼最大抗拔力Pm=0.7*屈服強度*型鋼截面積2、型鋼最大可拔出長度<=最大抗拔力/(2*單元面積摩阻力*型鋼截面周長)48SMW工法結構相關驗算(2)型鋼凈距和水泥土強度驗算1、型鋼凈間距的驗算(型鋼的凈間距不能過大<=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、若型鋼連續布置，僅需驗算型鋼翼緣邊的水泥土抗剪強度（要剪斷型鋼比剪斷水泥土困難）3、若型鋼間隔布置，還需驗算水泥土搭接處的抗剪強度組合剛度計算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,即計算組合截面的剛度Ke=Eh*Ih+Ec*Ic根據材料力學原理，先計算組合截面的形心軸，然后分別計算兩種材料的不同截面對此形心軸的慣性矩，與彈模相乘后再相加。型鋼抗彎抗剪強度驗算在計算出型鋼的內力后，用M/W<=型鋼設計強度,Q/A<=型鋼抗剪強度來進行驗算49樁(墻)結構內力位移計算-等值梁法1、假定土壓力強度0點C為彎矩0點。2、對C點取矩，開挖到第2道支撐底標高，得第1道支點的支點力，然后往下開挖到坑底，假定第1道支點的支點力不變，再對C點取矩，得第2道支點的支點力，以此類推…3、考慮安全系數，取C點以下至樁底的部分樁為研究對象，C點以下主動區合力、C點不平衡的剪力、被動區合力對樁底取矩平衡，計算出嵌固深度。EpEaT1T250樁(墻)結構內力位移計算-m法有限元方程為：式中[K]pc為樁墻的剛度，[K]sa為內支撐和錨桿的剛度，{F}為作用在支護結構上的外荷載。{U}為待求的支護結構位移,{U0}為加支錨時，樁墻在支錨位置處的已有位移。計算簡圖如右圖所示：51多種方法的水土壓力圖

52樁(墻)分步開挖的內力圖-等值梁法等值梁法不能計算位移53樁(墻)分步開挖的內力圖-m法可計算位移，結果更合理54樁(墻)支護結構錨桿計算

(1)55樁(墻)支護結構錨桿計算

(2)56樁(墻)支護結構配筋計算對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墻，其正截面受彎承載力按現行國家標準《混凝土結構設計規范》的有關規定進行計算。

非均勻配筋的圓形截面鋼筋混凝土樁，按國家規程JGJ120-99的有關規定進行計算，如圖所示：57樁(墻)支護結構整體穩定計算樁（墻）結構的整體穩定分析采用圓弧滑動簡單條分法，計算簡圖如下圖所示。在基坑施工的各個工況，根據本工況的基坑開挖深度、樁墻的嵌固深度、土層參數、支點參數、及附加荷載等情況計算任意可能滑動面的抗滑力矩和滑動力矩，并找出最危險滑弧，計算出最危險滑弧的抗滑力矩、滑動力矩以及二者的比值（即基坑邊坡的整體穩定安全系數），如果整體穩定不滿足要求，則調整上述有關參數后重新進行計算，直到滿足為止。

58排樁分步開挖(等值梁法)的計算書59m法計算書60錨桿計算書61樁配筋計算書62地連墻配筋計算書63SMW工法計算64SMW工法計算書65基坑施工應注意的主要問題(1)1)基坑施工前應編制基坑支護設計方案，依據有關規定需要專家評審的，尚應具有專家評審通過的書面意見。2)基坑施工前應組織有關單位進行基坑支護設計方案技術交底，明確各工序的技術要求和質量標準。3)土方開挖應按照設計工況分層、分段進行，嚴禁超挖。發生異常情況時，應立即停止挖土，并應立即查清原因待采取相應措施后，方可繼續開挖施工。開挖過程中，應采取有效措施避免破壞和擾動支護結構、工程樁和槽底原狀土。當采用機械開挖土方時，應在基坑底預留150mm～300mm厚的土層，由人工挖掘修整，以保持坑底土體原狀結構。4)基坑開挖完成后，應及時清底驗槽，澆注墊層封閉基坑，減少地基土暴露時間，防止暴曬或雨水浸泡而破壞地基土的原狀結構。66基坑施工應注意的主要問題(2)5)做好信息化施工。基坑開挖過程中，應對基坑支結構及周邊建（構）筑物進行監測，并對監測數據進行分析，指導施工，發現異常情況及時通報相關單位，以便采取措施，防止事故發生。6)做好截排水工作。基坑周圍地面應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；坑壁采取排水措施，有組織地疏導土層中的殘留水；基坑底的滲漏水應及時排出，避免在基坑內長期積聚。放坡開挖時，應及時對坡頂、坡面、坡腳采取保護措施。7)基坑周邊嚴禁超載。基坑在開挖和使用過程中，基坑周邊行車和堆載應嚴格控制在設計荷載允許范圍內，嚴禁超載。8)基礎結構完成后，應及時對施工肥槽進行回填，回填采用分層夯實，以滿足設計密實度的要求。67土釘墻的局部穩定計算計算簡圖相關計算公式68土釘墻的整體穩定計算相關計算公式計算簡圖69北京萬富大廈基坑（深18m，垂直土釘墻）70廣州某基坑整體失穩(2005.7)71土釘墻的整體穩定計算結果72土釘墻的計算書73土釘墻設計方案常見問題(1)1）