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深基坑支挡结构设计计算软件FRWS2006

技术手册

1土压力计算

1。

1《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）

1。

1.1主动土压力

3。

4.1  支护结构水平荷载标准值eajk应按当地可靠经验确定，当无经验时可按下列规定计算（图3.4.1）：

图3.4.1  水平荷载标准值计算简图

1。

对于碎石土及砂土：

1）当计算点位于地下水位以上时：

    （3.4.1-1）

2）当计算点位于地下水位以下时：

  （3。

4.1-2）

式中

Kai—第i层的主动土压力系数，可按本规程第3.4.3条规定计算；

σajk—作用于深度zj处的竖向应力标准值，可按本规程第3.4。

2条规定计算；

cik-三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第i层土固结不排水（快）剪粘聚力标准值;

zj—计算点深度；

mj—计算参数，当zj＜h时,取zj，当zj≥h时，取h；

hwa-基坑外侧水位深度；

ηwa—计算系数，当hwa≤h时,取1，当hwa＞h时，取零；

γw—水的重度.

2。

对于粉土及粘性土:

eajk=σajkKai-2cik（Kai）1/2                   （3。

4.1—3）

3.当按以上规定计算的基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时,应取零。

3.4.2  基坑外侧竖向应力标准值σajk可按下列规定计算：

σajk=σrk+σ0k+σ1k                    （3。

4.2-1）

1。

计算点深度zj处自重竖向应力σrk

1）计算点位于基坑开挖面以上时：

σrk=γmjzj      （3.4。

2-2）

式中 

γmj—深度zj以上土的加权平均天然重度.

2）计算点位于基坑开挖面以下时:

σrk=γmhh       （3。

4。

2-3）

式中

γmh—开挖面以上土的加权平均天然重度。

2.当支护结构外侧地面作用满布附加荷载q0时（图3.4。

2-1）,基坑外侧任意深度附加竖向应力标准值σ0k可按下式确定:

σ0k=q0           （3.4.2—4）

图3。

4。

2—1  地面均布荷载时基坑外侧附加竖向应力计算简图

3.当距支护结构b1外侧,地表作用有宽度为b0的条形附加荷载q1时（图3。

4.2—2），基坑外侧深度CD范围内的附加竖向应力标准值σ1k可按下式确定：

σ1k=q1b0/（b0+2b1）（3。

4。

2-5）

图3.4。

2-2  局部荷载作用时基坑外侧附加竖向应力计算简图

4.上述基坑外侧附加荷载作用于地表以下一定深度时，将计算点深度相应下移，其竖向应力也可按上述规定确定。

3。

4.3  第i层土的主动土压力系数Kai应按下式计算：

Kai=tg2（45°—φik/2）                     （3.4。

3）

式中

φik-三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第i层土固结不排水（快）剪内摩擦角标准值.

补充

1．当邻近条形附加荷载不在地表，依旧按3．4．2第3条计算。

2．放坡对主动土压力的影响采用《广州地区建筑基坑支护技术规定》（GJB02—98）方法,即等效为荷载叠加于式（3．4．2-1）。

计算简图：

上部有放坡时产生的竖向应力计算

坡脚处放坡引起的土自重压力

放坡情况下，基坑外侧任意深度产生的竖向应力标准值σ0k

当Zi＜a时

当a≤Zi＜a+b时

当Zi≥a+b时

式中：

σ0k—放坡情况下，基坑外侧任意深度产生的竖向应力标准值（kPa）;

q0—放坡坡脚标高处由于放坡引起的土自重压力（kPa）；

γ-放坡土体重度（kN/m3）；

h0—放坡坡高（m）;

a—放坡等效荷载作用位置距离基坑边缘距离（m）；

b—放坡等效荷载作用宽度（m）;

Zi—计算深度（m）。

当为多级放坡时，每一级放坡按上述原则单独考虑，不考虑放坡之间的相互影响。

且放坡等效荷载的作用位置及范围按各级放坡的实际位置处理。

3.砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂、漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾、素填土、杂填土采用水土分算；压实填土、冲填土、淤泥、淤泥质土、粘性土、红粘土、膨胀土、粉土、湿陷性土采用水土合算。

1。

1.2被动土压力

3。

5。

1  基坑内侧水平抗力标准值epjk，宜按下列规定计算（图3。

5。

1）:

1.对于砂土及碎石土，基坑内侧抗力标准值按下列规定计算：

epjk=σpjkKpi+2cik（Kpi）1/2+（zj—hwp）（1-Kpi）γw    （3.5。

1-1）

式中

σpjk—作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值，按本规程第3.5。

2条规定计算；

Kpi—第i层土的被动土压力系数，应按本规程第3.5.3条规定计算.

2.对粉土及粘性土,基坑内侧水平抗力标准值宜按下式计算：

epjk=σpjkKpi+2cik（Kpi）1/2              （3。

5.1-2）

图3.5。

1  水平抗力标准值计算图

3。

5.2  作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值σpjk可按下式计算：

σpjk=γmjzj        （3。

5.2）

式中

γmj—深度zj以上土的加权平均天然重度。

3.5.3  第i层土的被动土压力系数应按下式计算：

Kpi=tg2（45°+φik/2）     （3。

5.3）

1。

2《上海市基坑工程设计规程》（DBJ08—61—97）

1。

2.1主动土压力

1。

2.1.1朗肯主动土压力

5。

3.1  按水土分算原则计算土压力时，可采用总应力抗剪强度指标,按（5。

3.1—1）式计算主动土压力和（5。

3.1-2）式计算被动土压力。

pa=（q+∑γihi）Ka—2c（Ka）1/2                     （5。

3。

1-1）

式中

pa—计算点处的主动土压力强度（kPa），pa≤0时，取pa=0；

γi-计算点以上各土层的重度（kN/m3）,地下水位以上取天然重度,地下水位以下取水下重度;

hi—各土层的厚度（m）;

Ka-计算点处土的主动土压力系数，Ka=tg2（45°—φ/2）；

c，φ—计算点处土的总应力抗剪强度指标。

按三轴固结不排水试验或直剪固结快剪试验峰值强度指标取用.

5。

3.2  土压力分布模式可按表5。

3。

2，根据支护结构的类型、入土深度和侧向变位条件选用。

土压力分布模式         表5.3.2

土压力分布图式

Ⅰ型

Ⅱ型

适用条件

围护结构

水泥土或悬臂板式围护结构

有支撑板式围护结构

侧向变位条件

整体水干位移或绕A点转动或两者的组合

顶底端位移小,近开挖面附近位移大

5.3.3 按水土分算原则计算水压力时，应按有无产生地下水的渗流情况，采用不同的水压力分布模式。

5.3。

3。

1  地下水无渗流时，作用于围护墙上主动土压力侧的水压力，在基坑内地下水位以上按静水压力三角形分布计算；在基坑内地下水位以下水压力按矩形分布计算（水压力为常量），并不计作用于围护墙被动土压力侧的水压力，见图5。

3。

3.1。

图5。

3。

3.1地下水无渗流时的水压力分布模式

5。

3。

3。

2地下水有稳定渗流时，作用于围护墙上主动土压力侧的水压力分布可按以下近似方法计算:

7.1。

13。

2作用在围护墙上的水压力计算，见图7。

1.13.2。

AB之间按静水压力直线分布，确定B、C、D、E各点的水压力按7.1。

10的渗径直线比例法确定。

图7.1。

13。

2作用于围护墙上的水压力计算简图

补充：

1。

采用水土合算原则计算土压力时,公式（5.3。

1—1）中γi始终取天然重度。

2。

特殊荷载情况：

1）条形附加荷载

相邻基础荷载引起的条形附加荷载的侧向土压力，换算为作用于中心的集中荷载，计算简图：

当m≤0.4

当m＞0.4

式中

△pH-附加侧向土压力（kPa）；

QL—相邻基础底面处的线均布荷载（kN/m）;

Hs—相邻基础底面以下的围护墙体高度（m）；

m、n-分别为a/Hs、Z/Hs的比值；

a—荷载距支护结构距离（m）；

Z—相邻基础底面至计算点的深度（ｍ）。

2）放坡

同《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）计算方法。

1。

2。

1.2经验主动土压力

5.4。

2主动土压力按水土合算原则计算时，可用经验的主动土压力系数ηa按（5。

4。

2）式计算。

pa=ηa（q+∑γihi）      （5。

4.2）

式中

γi—各土层的天然重度（kN/m3）；

hi—各土层的厚度（m）；

ηa—土的经验主动土压力系数。

5。

4.2.1经验土压力系数ηa可根据工程经验在0。

55～0.75的范围内选用；

5.4.2。

2当缺乏经验时，对粘性土和淤泥质粘性土，可根据土的天然孔隙比eo，按表5.4。

2.2估算:

经验主动土压力系数ηa表5。

4。

2.2

土层

经验主动土压力系数ηa

粘性土（褐黄色）

淤泥质粘性土

ηa=0。

37+0。

26eo

ηa=0.50+0.15eo

2内力位移计算

2。

1《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）

4。

2。

1  排桩、地下连续墙可根据受力条件分段按平面问题计算,排桩水平荷载计算宽度可取排桩的中心距；地下连续墙可取单位宽度或一个墙段。

4。

2.2  结构内力与变形计算值、支点力计算值应根据基坑开挖及地下结构施工过程的不同工况按下列规定计算：

    1.宜按本规程附录B的弹性支点法计算，支点刚度系数kT及地基土水平抗力系数m应按地区经验取值，当缺乏地区经验时可按本规程附录C确定；

4。

2.3  结构内力及支点力的设计值应按下列规定计算:

1.截面弯矩设计值M

M=1。

25γ0Mc     （4。

2.3—1）

式中

Mc—截面弯矩计算值，可按本规程第4.2。

2条规定计算.

2.截面剪力设计值V

V=1.25γ0Vc      （4。

2.3-2）

式中  Vc—截面剪力计算值，可按本规程第4。

2.2条规定计算。

3。

支点结构第j层支点力设计值Tdj:

Tdj=1.25γ0Tcj    （4。

2。

3-3）

式中

Tcj—第j层支点力计算值，可按本规程第4。

2.2条规定计算。

附录B  弹性支点法

B.0。

1  基坑外侧水平荷载标准值eaik宜按本规程第3.4.1条规定计算（图B.0.1）。

图B。

0.1  计算简图

B.0。

2  支护结构的基本挠曲方程应按下式确定（图B。

0。

1），支点处的边界条件可按本规程第B。

0。

4条确定：

     （0≤z≤hn）  （B.0。

2-1）

   （z≥hn）     （B。

0.2—2）

式中

EI-支护结构计算宽度的抗弯刚度；

m—地基土水平抗力系数的比例系数；

b0-抗力计算宽度，地下连续墙和水泥土墙取单位宽度，排桩结构按本规程第B.0。

3条规定计算；

z—支护结构顶部至计算点的距离；

h—第n工况基坑开挖深度；

y—计算点水平变形；

b-荷载计算宽度，排桩可取桩中心距，地下连续墙和水泥土墙可取单位宽度.

B.0.3  排桩结构抗力计算宽度宜按下列规定计算：

1.圆形桩按下式计算：

b0=0。

9×（1。

5d+0。

5）  （B。

0。

3—1）

式中

d—桩身直径。

2。

方形桩按下式计算：

b0=1。

5b+0.5       （B。

0。

3-2）

式中

b—方桩边长.

3。

按式（B.0。

3—1）或（B。

0。

3-2）确定的抗力计算宽度大于排桩间距时应取排桩间距。

B.0。

4  第j层支点边界条件宜按下式确定：

T=kTj（yj-y0j）+T0j  （B。

0。

4）

式中

kTj—第j层支点水平刚度系数；可按本规程附录C确定；

yj—按本规程第B。

0。

2条计算的第j层支点水平位移值;

y0j—按本规程第B。

0。

2条计算的在支点设置前的水平位移值;

T0j—第j层支点预加力。

当支点有预加力T0j且按式（B.0。

4）确定的支点力Tj≤T0j时，第j层支点力Tj应按该层支点位移为y0j的边界条件确定。

B。

0.5  支护结构内力计算值可按下列规定计算（图B.0.5）：

1。

悬臂式支护结构弯矩计算值Mc及剪力计算值Vc可按下式计算：

Mc=hmz∑Emz-haz∑Eaz                    （B。

0。

5-1）

Vc=∑Emz—∑Eaz                        （B.0.5-2）

式中

∑Emz-计算截面以上根据本规程第B。

0.2条确定的基坑内侧各土层弹性抗力值mb0（z—hn）y的合力之和；

hmz—合力∑Emz作用点至计算截面的距离;

∑Eaz—计算截面以上根据本规程第B。

0。

2条确定的基坑外侧各土层水平荷载标准值eaikbs的合力之和;

haz—合力∑Eaz作用点至计算截面的距离。

（a）                    （b）

图B。

0.5  内力计算简图

2。

支点支护结构弯矩计算值Mc及剪力计算值Vc可按下式计算：

Mc=∑Tj（hj+hc）+hmz∑Emz-haz∑Eaz              （B。

0.5—3）

Vc=∑Tj+∑Emz—∑Eaz                       （B。

0。

5-4）

式中

hj—支点力Tj至基坑底的距离;

hc—基坑底面至计算截面的距离，当计算截面在基坑底面以上时取负值。

附录C  支点水平刚度系数kT及地基土水平抗力比例系数m

C.1  锚杆水平刚度系数

C。

1。

1  锚杆水平刚度系数kT应按本规程附录E的锚杆基本试验确定，当无试验资料时，可按下式计算：

kT=（3AEsEcAccos2θ）/（3lfEcAc+EsAla）          （C.1.1）

式中

A-杆体截面面积;

Es-杆体弹性模量；

Ec—锚固体组合弹性模量,可按本规程第C.1.2条确定;

Ac—锚固体截面面积；

lf-锚杆自由段长度；

la—锚杆锚固段长度；

θ—锚杆水平倾角.

C。

1.2  锚杆体组合弹性模量可按下式确定：

Ec=[AEs+（Ac-A）Em］/Ac     （C。

1.2）

式中

Em—锚固体中注浆体弹性模量。

C。

2  支撑体系水平刚度系数

C。

2.1  支撑体系（含具有一定刚度的冠梁）或其与锚杆混合的支撑体系水平刚度系数kT应按支撑体系与排桩、地下连续墙的空间作用协同分析方法确定;亦可根据空间作用协同分析方法直接确定支撑体系及排桩或地下连续墙的内力与变形。

C。

2。

2  当基坑周边支护结构荷载相同、支撑体系采用对撑并沿具有较大刚度的腰梁或冠梁等间距布置时，水平刚度系数kT可按下式计算：

kT=2αEAsa/（Ls）      （C。

2.2）

式中  kT—支撑结构水平刚度系数；

     α—与支撑松驰有关的系数，取0.8～1.0；

     E—支撑构件材料的弹性模量；

     A—支撑构件断面面积；

     L-支撑构件的受压计算长度；

     s—支撑的水平间距；

     sa—根据本规程第4.2。

1条确定的计算宽度。

C。

3  土的水平抗力系数的比例系数m

C.3.2  当无试验或缺少当地经验时,第i土层水平抗力系数的比例系数mi可按下列经验公式计算:

mi=（0。

2φik2—φik+cik）/△           （C。

3.2）

式中

φik—第i层土的固结不排水（快）剪内摩擦角标准值（°）；

cik—第i层土的固结不排水（快）剪粘聚力标准值（kPa）；

△—基坑底面处位移量（mm），按地区经验取值，无经验时可取10。

2.2《上海市基坑工程设计规程》（DBJ08—61—97）

7。

1。

15板式支护体系中，围护墙结构的内力和变形宜采用竖向弹性地基梁的基床系数法计算。

计算时应考虑支撑或锚碇点的位移、施工工况及支撑刚度等对结构内力与变形的影响。

7.1。

15。

1围护墙结构采用竖向弹性地基梁基床系数法的计算图式见图7。

1.15。

1。

坑内开挖面以上的内支撑点，以弹性支座模拟。

坑内开挖面以下作用在围护墙面的弹性抗力，根据地基土的性质和施工措施等条件确定,并以均布的水平弹簧支座模拟.弹性抗力的分布通常取开挖面处为零，开挖面以下一定深度内三角形分布，其下按矩形分布.有工程实践经验时，弹性抗力的分布也可取梯形或阶梯形等其它分布形式.围护墙底以垂直弹簧支座模拟；

图7。

1。

15.1板式围护墙计算简图

 7.1.15。

2基坑内支撑点弹性支座的压缩弹簧系数KB，应根据支撑体系的布置和支撑构件的材质与轴向刚度等条件，按（7.1。

15.2）式确定:

KB=2αEA/（lS）        （7。

1。

15。

2）

式中

KB—内支撑的压缩弹簧系数（kN/m/m）；

α—与支撑松弛有关的折减系数，一般取0.5～1。

0；混凝土支撑或钢支撑施加预压力时,取α=1.0；

E—支撑结构材料的弹性模量（kN/m2）；

A—支撑构件的截面积（m2）；

l—支撑的计算长度（m）；

S—支撑的水平间距（m）。

 7.1.15。

3基坑开挖面以下,水平弹簧支座和垂直弹簧支座的压缩弹簧刚度KH和Kv，可按（7.1。

15.3—1）和（7。

1.15。

3—2）式计算:

KH=kHbh           （7。

1.15。

3—1）

Kv=kvbh           （7.1.15。

3—2）

式中

KH、Kv—分别为水平向和垂直向压缩弹簧刚度（kN/m）；

kH、kv—分别为地基土的水平向和垂直向基床系数（kN/m3），宜由现场试验确定，或参照类似工程的经验确定。

当无条件进行现场试验时,可根据地基土的性质,按表7.1.15。

3-1和表7.1。

15.3—2选用。

开挖面以下三角形分布区的水平向基床系数kH=mz,m为水平向基床系数沿深度增大的比例系数，可根据地基土的性质，按表7.1.15。

3-3选用。

z为影响深度，一般取开挖面以下3~5m.坑底地基土软弱或受扰动较大时取大值，反之取小值;

b、h-分别为弹簧的水平向和垂直向计算间距（m）.

水平向基床系数kH   表7。

1.15.3—1

地基土分类

kH（kN/m3）

流塑的粘性土

3000～15000

软扫的粘性土和松散的粉性土

15000～30000

可塑的粘性土和稍密~中密粉性土

30000~150000

硬塑的粘性土和密实的粉性土

150000以上

松散的砂土

3000～15000

稍密的砂土

15000～30000

中密的砂土

30000～100000

密实的砂土

100000以上

水泥土搅拌桩加

固置换率25%

水泥掺量<8%

10000～15000

水泥掺量〉12％

20000~25000

垂直向基床系数kv   表7。

1。

15.3-2

地基土分类

kv（kN/m3）

流塑的粘性土

5000～10000

软塑的粘性土和松散的粉性土

10000~20000

可塑的粘性土和稍密～中密的粉性土

20000~40000

硬塑的粘性土和密实的粉性土

40000～100000

松散的砂土（不含新填砂）

10000～15000

稍密的砂土

15000~20000

中密的砂土

20000~25000

密实的砂土

25000~40000

比例系数m          表7。

1。

15。

3-3

地基土分类

m（kN/m4）

流塑的的粘性土

l000～2000

软塑的的粘性土、松散的粉砂性土和砂土

2000～4000

可塑的粘性土、稍密~中密的粉性土和砂土

4000~6000

坚硬的粘性土、密实的粉性土、砂土

600O~l0000

水泥土搅拌桩加固，

置换率〉25%

水泥掺量<8％

2000~4000

水泥掺量>12%

4000～6000

7。

1。

15。

4板式围护墙结构的坑外侧压力，包括土压力、水压力和渗流压力等。

主动侧土压力的计算，与支护结构及地基土的位移，以及所采取的施工措施等有关，应根据土压力的发挥状态，分别按极限主动土压力（5.3.1.1）式和静止土压力（5。

2。

1）式计算。

水压力的计算，按7.1.13.2规定执行。

7。

1。

16板式围护墙结构坑外地面均布荷载，通常取20kPa计算。

当坑外地面非水平面，或者有邻近建构筑物荷载、施工荷载以及车辆荷载等其他类型荷载时，应按实际情况取值。

由上述荷载引起作用于围护墙的侧向压力按5.6的有关规定计算。

补充

各类围护墙体计算宽度及截面惯性矩计算

围护形式

坑外侧土压力计算宽度

坑内侧土抗力计算宽度

截面抗弯刚度

注释

jgj120—99

dbj08-61—97

灌注桩

s

min{0.9（1.5d+0.5）,s｝

d

Ed4/64

E－混凝土弹性模量

d－灌注桩直径

s－灌注桩间距

地下连续墙

1m

1m

1m

Et3/12

E－混凝土弹性模量

t－墙体厚度

钢筋混凝土板桩

s

min｛1.5b+0。

5,s｝

b

Ebt3/12

E－混凝土弹性模量

b－板桩宽度

t－板桩厚度

钢板桩

s

min{0.9（1。

5b+0。

5），s｝

b

EI

E－钢材弹性模量

I－型钢绕墙方向的惯性矩

SMW工法

1m

1m

1m

EI/s+αEcIc

Ec－水泥土弹性模量

Ic－每沿米水泥土墙惯性矩（扣除桩体占据部分）

EI－型钢或灌注桩绕墙方向的抗弯刚度

α－水泥土抗弯刚度发挥系数

s－型钢或灌注桩间距

搅拌桩

1m

1m

1m

Et3/12

E－水泥土弹性模量

t－墙厚

墙底土体对墙底端转动约束的考虑

将墙底土体也等效为一组弹簧，则各点的弹簧刚度为（其中，¾墙底土体的侧向基床比例系数，kN/m4）。

在墙体的倾斜变形下,墙底将产生梯形分布的基底反力（图第六章 -9）,可分解为矩形分布力abcd和三角形分布力a'aobb'。

矩形分布力的合力与重力成为竖向平衡力系，三角形分布力将对墙底产生力偶，其值为：

式中

 ¾墙底截面惯性矩，m4;

 ¾墙体宽度，m。

3地表沉降计算

3。

1Peck简化方法

地表最大沉降:

式中

Sw¾支挡结构侧移面积；

H¾基坑开挖深度；

D¾基坑开挖面以下支挡结构的长度；

j¾支挡结构所穿越土层的平均内摩擦角。

墙后各点的沉降：

3。

2同济三角形模式

地表沉降范围：

式中

H¾基坑开挖深度；

D¾基坑开挖面以下支挡结构的长度；

j¾支挡结构所穿越土层的平均内摩擦角。

地表最大沉降：

式中

Sw¾支挡结构侧移面积。

3。

3同济抛物线模式

地表沉降范围x0与三角形模式相同。

各点的沉降：

式中

dw1¾支挡结构顶端位移；

dw2¾支挡结构底端位移；

Sw¾支挡结构侧移面积。

4圆形截面受弯配筋计算

4.1《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

7。

3。

8  沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件（图7。

3.8）,其正截面受压承载力宜符合下列规定:

图7。

3。

8 沿周边均匀配筋的圆形截面

N≤αα1fcA［1-sin（2πα）/（2πα）］+（α—αt）fyAs   （7.3.8-1）

Nηei≤［2α1fcArsin3（πα）]/（3π）+fyAsrs［sin（πα）+sin（παt）]/π      （7.3