深基坑支護(hù)施工結(jié)構(gòu)體系講解（共127頁(yè)算例豐富）

1、第2章 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系 2.1深基坑支護(hù)工程概述 2.2支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載 2.3 懸臂式樁排支護(hù)結(jié)構(gòu) 2.4 單層樁錨式支護(hù)結(jié)構(gòu) 2.5 多層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu) 2.6內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)體系 2.7土層錨桿支護(hù)體系 2.8 土釘支護(hù)設(shè)計(jì) 2.1深基坑支護(hù)工程概述 基坑開(kāi)挖是基礎(chǔ)和高層地下室施工中的一個(gè)老的問(wèn)題，同時(shí)又是一個(gè)綜合性的工程難題，涉及到土力學(xué)中許多問(wèn)題，涉及到土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用，涉及到周邊環(huán)境的問(wèn)題，還涉及到施工方法、施工技術(shù)、施工作業(yè)的程序、安排等。隨著高層基礎(chǔ)埋置深度加大，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題越來(lái)越顯得重要。2.1.1 基坑含義 深基坑的“深”本難以明確的界定，是一個(gè)“模糊”的概念，相

2、對(duì)于一定的地質(zhì)，水文條件，一定的施工技術(shù)水平，形成一定的施工難度，大家對(duì)于達(dá)到一定施工難度的，地面以下一定尺寸的基坑謂之“深”，反之為“淺”。在目前的水平上，較為工程界大多數(shù)人所接受深基坑概念是指深度57m以上的基坑。 如武漢市出于武漢特有的地質(zhì)情況和管理操作方便，在武漢地區(qū)深基坑工程技術(shù)指南WBJ 1-7-95中規(guī)定：“當(dāng)基坑開(kāi)挖深度6m，或有地下室時(shí)，應(yīng)視為深基坑”。 有地下室沒(méi)有達(dá)到6m也視為深基坑，正是從施工難度增加考慮的。 2.1.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可分為下列兩類： 1.承載能力極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或基坑底失穩(wěn)、管涌導(dǎo)致土體或支護(hù)結(jié)構(gòu)破

3、壞，內(nèi)支撐壓屈失穩(wěn)，支護(hù)樁墻錨桿抗拔失效等； 2.正常使用極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形已破壞基坑周邊環(huán)境的平衡狀態(tài)并產(chǎn)生了不良影響，如引起周邊相鄰的建筑物傾斜、開(kāi)裂；道路沉降、開(kāi)裂；周邊的地下管線沉降變形開(kāi)裂等。 根據(jù)承載能力極限限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)包括下列內(nèi)容： （1）支護(hù)體系的方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和選型； （2）支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，穩(wěn)定和變形計(jì)算； （3）基坑內(nèi)外土體的穩(wěn)定性驗(yàn)算； （4）基坑降水或止水帷幕設(shè)計(jì)以及圍護(hù)墻的抗?jié)B設(shè)計(jì)； （5）基坑開(kāi)挖與地下水變化引起的基坑內(nèi)外土體的變形及其對(duì)基礎(chǔ)樁、鄰近建筑物和周邊環(huán)境的影響；（6）基坑開(kāi)挖施工方法的可行性及基坑施工過(guò)程中

4、的監(jiān)測(cè)要求。2.1.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí) 建設(shè)部建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程中對(duì)基坑側(cè)壁安全等級(jí)規(guī)定見(jiàn)表2-1。表2-1建筑基坑側(cè)壁安全等級(jí)及重要性系數(shù) 注：有特殊要求的建筑基坑側(cè)壁安全等級(jí)可根據(jù)具體情況另行確定。 武漢地區(qū)深基坑工程技術(shù)指南WBJ 1-7-95對(duì)基坑安全等級(jí)規(guī)定更為 詳盡一些，見(jiàn)表2-2。表2-2深基坑工程的安全等級(jí) 注：H坑深 a主干道、生命線工程及鄰近重要建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)邊緣離坑壁 的距離，符合上表右項(xiàng)條件之一即可判定。 對(duì)于安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)的建筑基坑側(cè)壁，尚應(yīng)進(jìn)行基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移計(jì)算。 如武漢地區(qū)深基坑技術(shù)指南中，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移要求如下： 對(duì)于安全等級(jí)一級(jí)的支

5、護(hù)，應(yīng)滿足40mm， 對(duì)于安全等級(jí)二級(jí)的支護(hù)，應(yīng)滿足100mm， 對(duì)于安全等級(jí)三級(jí)的支護(hù)，應(yīng)滿足200mm。2.1.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)勘察工作的要求 應(yīng)根據(jù)基坑的開(kāi)挖深度及場(chǎng)地巖土工程條件合理地確定勘察范圍、勘探點(diǎn)的位置及數(shù)量，地層變化較大時(shí)，應(yīng)增加勘探點(diǎn)，查明分布規(guī)律，為支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠的資料。主要要求如下： 1. 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，水文地質(zhì)勘察應(yīng)達(dá)到以下要求： （1）查明開(kāi)挖范圍及鄰近場(chǎng)地地下水特征，各含水層(包括上層滯水、潛水、承壓水)及隔水層的層位、埋深和分布條件； （2）測(cè)量各含水層的水位及其變幅；（3）查明各地層的滲透系數(shù)及水壓、流速、流向、補(bǔ)給來(lái)源和排泄方向； （4）查明施工

6、過(guò)程中水位變化及支護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑周邊環(huán)境的影響，提出應(yīng)采取的措施。2.基坑周邊環(huán)境勘察應(yīng)包括以下內(nèi)容： （1）查明基坑周圍影響范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物的結(jié)構(gòu)類型、層數(shù)、基礎(chǔ)類型與埋深及結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀； （2）查明基坑周邊的各類地下設(shè)施(包括上、下水管線、電纜、煤氣、管道、熱力管道、地下箱分布和性狀； （3）查明場(chǎng)地周圍和鄰近地區(qū)地表和地下水體的分布，水位標(biāo)高，距基坑距離及補(bǔ)給、排泄關(guān)系，對(duì)基坑開(kāi)挖的影響程度； （4）查明基坑四周道路、車流量及載重情況。 3.在取得勘察資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，針對(duì)基坑特點(diǎn)，應(yīng)提出解決下列問(wèn)題的建議： （1）分析場(chǎng)地的地層結(jié)構(gòu)和巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，提出對(duì)計(jì)算參數(shù)取值及支護(hù)

7、方式的建議； （2）提出地下水的控制方法及計(jì)算參數(shù)的建議； （3）提出施工中應(yīng)進(jìn)行的具體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目建議； （4）提出基坑開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題及其防治措施的建議。 4.提出支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的基坑工程巖土工程測(cè)試參數(shù)。宜包含下列內(nèi)容： （1）含水量及密度試驗(yàn)，測(cè)試含水量w及重力密度； （2）直接剪切試驗(yàn)，測(cè)試固結(jié)快剪強(qiáng)度峰值指標(biāo)c,； （3）三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)，測(cè)試三軸不排水強(qiáng)度峰值指標(biāo)Ccu、cu； （4）室內(nèi)或原位試驗(yàn)，測(cè)試滲透系數(shù)k； （5）測(cè)試水平與垂直 變位計(jì)算所需的參數(shù)。 2.1.5 深基坑支護(hù)分類與選型 深基坑邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)可根據(jù)周邊環(huán)境條件，基坑開(kāi)挖深度、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、

8、施工季節(jié)、施工設(shè)備等條件，按表2-3選用。 表2-3 深基坑邊坡支護(hù)分類及適用條件 2.2支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載 作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載主要有：土壓力、地下水水壓力，坑口地面堆載，相鄰房屋淺基基底傳來(lái)的壓力等。 2.2.1 土壓力的極限狀態(tài) 土壓力的大小是土與擋土結(jié)構(gòu)之間相互作用的結(jié)果，它與結(jié)構(gòu)的變位有著密切的關(guān)系。根據(jù)擋土結(jié)構(gòu)變位方向與大小將存在有三種不同極限狀態(tài)的土壓力，如圖2-1所示。 圖2-1三種不同極限狀態(tài)的土壓力 1. 靜止土壓力E0 當(dāng)擋土結(jié)構(gòu)在土壓力作用下，不可能產(chǎn)生側(cè)向位移時(shí)，則作用于結(jié)構(gòu)上的土壓力稱為靜止土壓力。如建筑物地下室的外墻，由于橫墻與樓板的支撐作用，墻體變形很小，可以認(rèn)

9、為是靜止土壓力。對(duì)于有內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)的角撐附近，地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的四角的土壓力也是大于主動(dòng)土壓力而接近靜止土壓力的。 從理論上講，土的靜止側(cè)壓力系數(shù) ，為土的泊松比。 土的靜止側(cè)壓力系數(shù)宜通過(guò)原位試驗(yàn)測(cè)定，無(wú)條件實(shí)測(cè)時(shí)，可按下式估算： 正常固結(jié)土： 超固結(jié)土： 土的有效內(nèi)摩擦角。 土的靜止側(cè)壓力系數(shù)取植還可參考表2-4取值。 表2-4 靜止土壓力系數(shù)Ko參考值 2. 主動(dòng)土壓力Ea 擋土結(jié)構(gòu)在土壓力的作用下，將向基坑內(nèi)移動(dòng)或繞前趾向基坑內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著位移的增加，土體中的應(yīng)力差將隨之加大，則作用于擋土結(jié)構(gòu)的土壓力就逐漸減小。當(dāng)位移達(dá)到一定量值時(shí)，則其后土體開(kāi)始形成滑裂面，應(yīng)力到達(dá)極限平衡狀態(tài)，

10、這時(shí)土壓力處于最小值，稱為主動(dòng)土壓力， 通常用Ea表示。進(jìn)入主動(dòng)土壓力狀態(tài)的位移量一般是比較小的，表2-5列出了位移的參考值。3. 被動(dòng)土壓力Ep 擋土結(jié)構(gòu)在外荷作用下(如支承于其上的拱結(jié)構(gòu)的推力等)，將向填土方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著位移的增加，土體阻止其變位的抗力將增加，應(yīng)力水平隨之提高，使作用于結(jié)構(gòu)上的土壓力逐漸增加，當(dāng)位移達(dá)到一定量值時(shí)，則土體中亦將形成一個(gè)滑裂面，應(yīng)力到達(dá)極限平衡，這時(shí)土壓力處于最大值，稱為被動(dòng)土壓力，通常用Ep表示。進(jìn)入被動(dòng)土壓力狀態(tài)的位移量比主動(dòng)狀態(tài)要大得多。表2-5給出了砂土進(jìn)入被動(dòng)狀態(tài)時(shí)位移的參考值。表2-5 產(chǎn)生主動(dòng)和被動(dòng)土壓力所需的位移量 注：表中h為墻高。 上

11、述三種土壓力是隨位移變化的三種極限情況。由圖3-1可見(jiàn)，其間有如下關(guān)系： EPE0Ea對(duì)于基坑支護(hù)上的土壓力，根據(jù)結(jié)構(gòu)與土體情況、變位的狀態(tài)一般是處于其間的某一狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)允許產(chǎn)生較大的位移時(shí)，可按主動(dòng)土壓力來(lái)考慮。2.2.2 土壓力計(jì)算 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的側(cè)向壓力包括土壓力、水壓力、基坑周圍的建筑物及施工荷載引起的側(cè)向壓力。 土壓力應(yīng)根據(jù)土體經(jīng)受的側(cè)向變形條件來(lái)確定。包括靜止土壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力。作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力可采用朗肯理論公式分層計(jì)算。1. 靜止土壓力強(qiáng)度，可接下式計(jì)算： (2-1)式中，p0靜止土壓力強(qiáng)度，kPa ri第i層土的重度，KN/m3; hi第i層土的厚度,m

12、； K0靜止土壓力系數(shù)。 2. 主動(dòng)與被動(dòng)土壓力 按朗肯理論計(jì)算主動(dòng)與被動(dòng)土壓力強(qiáng)度時(shí)，按下式計(jì)算：(2-2)(2-3)式中 pa，pp朗肯主動(dòng)與被動(dòng)土壓力強(qiáng)度，kPa；q地面均布荷載，一般取1020kPa；ri第i層土的重度，KN/m3；hi第i層土的厚度，m； ka、kp朗肯主動(dòng)與被動(dòng)土壓力系數(shù)； C、 計(jì)算點(diǎn)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，kPa（）。 3. 土壓力系數(shù)的調(diào)整 當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)受的側(cè)向變形條件不符合主動(dòng)，被動(dòng)極限平衡狀態(tài)條件時(shí)，ka、kp可調(diào)整為Kma、Kmp,按下式確定：(2-4) 對(duì)于一、二、三級(jí)安全等級(jí)的基坑m值分別取1.5、 1.3、 1.1。 (2-5)4地下水對(duì)土壓力的影響 （

13、1）對(duì)于碎石土及砂土：當(dāng)存在地下水時(shí)，宜按水壓力與土壓力分算的原則計(jì)算，作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的側(cè)壓力為有效土壓力與水壓力之和。有效土壓力按土的浮重度（ ）及有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（C， ）計(jì)算。 （2）對(duì)于粉土及粘性土：當(dāng)存在地下水時(shí)，可采用水壓力與土壓力合并計(jì)算的原則計(jì)算，水土合并的土壓力按土的飽和重度（m）及總應(yīng)力固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（Ccu、 ）計(jì)算。2.3 懸臂式樁排支護(hù)結(jié)構(gòu) 懸臂式樁排支護(hù)結(jié)構(gòu)可由多種樁型組成，本節(jié)只涉及相間或密排插入基坑底面以下一定深度的鋼筋混凝土樁，樁頂設(shè)置鋼筋混凝土鎖口梁，樁體承受水平推力，鎖口梁調(diào)節(jié)各樁受力和水平位移的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。擋土深度視地質(zhì)條件和樁徑而異，一般不

14、宜超過(guò)6m。 懸臂樁支護(hù)結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算主要目的有二個(gè)： (1) 懸臂樁樁身插入基底面以下的最小入土深度Dmin； (2) 樁身最大彎矩及所在位置，以計(jì)算樁身的截面和配筋。2.3.1 結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算模型 鋼筋混凝土樁插入基底面以下的深度可以根據(jù)靜力平衡條件確定：如圖2-2所示，通過(guò)主被動(dòng)兩側(cè)土壓力對(duì)C點(diǎn)的力矩平衡，解式(2-6)，即可得最小入土深度Dmin。 圖2-2 懸臂式樁排計(jì)算圖 (2-6)式中 MEa1,MEa2分別為基底以上及以下主動(dòng)土壓力 之合力對(duì)C點(diǎn)的力矩(kN.m)； EEP被動(dòng)土壓力對(duì)C點(diǎn)的力矩(kN.m) 。 樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度應(yīng)按下式確定： D=H+ Dmin (2-7)式中 H基坑

15、開(kāi)挖深度(m)； 增大系數(shù)，基坑底以下土質(zhì)較好時(shí)取1.2； 反之取1.4。2.3.2 計(jì)算步驟 土壓力計(jì)算包括主動(dòng)和被動(dòng)壓力和超載影響的計(jì)算。樁的入土深度為未知，可設(shè)為Dmin，這部分的土壓力暫以包含Dmin的式子表示。 力矩平衡計(jì)算分別計(jì)算主、被動(dòng)土壓力對(duì)C點(diǎn)的力矩，再按照力矩平衡條件，列出平衡方程，一般為Dmin的三次方程。 解方程，得出Dmin。 求剪力為零點(diǎn)深度，對(duì)該深度截面計(jì)算彎矩，即為最大彎矩Mmax。 根據(jù)Dmin確定樁的設(shè)計(jì)入土深度，根據(jù)Mmax確定適當(dāng)?shù)臉稄?、樁距和樁的配筋?2.3.3 算例 某工程基坑支護(hù)擬采用懸臂樁結(jié)構(gòu)，主要參數(shù)如圖2-3(a)所示。試計(jì)算樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，

16、樁身最大彎矩及所在位置。圖2-3 懸臂式樁排支護(hù)算例圖1. 土壓力計(jì)算 表2-6 主動(dòng)土壓力計(jì)算表 注：A點(diǎn)負(fù)值不計(jì)，B點(diǎn)的深度Z0根據(jù)(2C )=(Z0+q)Ka求得。 表2-7 被動(dòng)土壓力計(jì)算表 2.力矩平衡計(jì)算計(jì)算各力對(duì)0點(diǎn)的力矩 表2-8 主動(dòng)區(qū)力矩合計(jì)： 1.55Dmin3+25.83Dmin2+143.35Dmin+265.2被動(dòng)區(qū)力矩合計(jì)： 6.46Dmin3+14.28Dmin2 根據(jù)平衡條件可得： 4.91Dmin3-11.55Dmin2-143.35Dmin-265.2=0 解之，得: Dmin=7.33m樁的設(shè)計(jì)嵌入深度取: 1.2Dmin=8.8m9m 樁的總長(zhǎng)為: 6

17、+9=15m 3.求最大彎矩 設(shè)剪力零點(diǎn)位于基底以下x處，該點(diǎn)以上主動(dòng)土壓力合力為：(51.665.55)2+51.66x+0.5(xKa)x =4.655x2+51.66x+143.35 該點(diǎn)以上被動(dòng)土壓力合力為： 28.56x+0.5(xKp)x=19.38x2+28.56x 令兩者相等，得： 14.725x2-23.1x-143.35=0 解得 x=4.0m 對(duì)該截面求矩即得最大彎矩Mmax Mmax=143.35(5.553+4)+51.66442+4.655 4243-28.56442-19.384243=709.4kNm 至此計(jì)算完畢，接著可按最大彎矩選擇適當(dāng)?shù)臉稄?、樁距和配筋。?/p>

18、尚應(yīng)注意計(jì)算所得Mmax是每延米樁排的彎矩值，應(yīng)乘以樁距，并乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)1.25之后，才是單樁彎矩設(shè)計(jì)值。 2.3.4 鋼筋混凝土懸臂樁排結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 1.懸臂鋼筋混凝土樁的配筋應(yīng)按鋼筋混凝土受彎構(gòu)件計(jì)算和配筋，并應(yīng)按規(guī)定采取構(gòu)造措施。園形截面樁宜均勻配筋，在土質(zhì)較好或采用人工挖孔樁確有施工保證可采用不均勻配筋，將抗彎鋼筋集中布置在受拉邊的彎矩作用平面左右各45范圍內(nèi)，以增大抵抗力矩。 2.鋼筋混凝土鎖口梁厚度一般可為400500mm，平面上外包樁體并突出50100mm，沿基坑周邊形成封閉結(jié)構(gòu)。鎖口梁按水平面內(nèi)作用有正負(fù)彎矩的受彎構(gòu)件配筋，每側(cè)不宜少于316，梁截面的總配筋率不小于0.4%

19、，角撐可按構(gòu)造設(shè)計(jì)為鋼構(gòu)件或鋼筋混凝土構(gòu)件。 3.支護(hù)的鋼筋混凝土樁采用疏排布置時(shí)，在各樁中間的空隙部位或樁背后適當(dāng)布置止水樁，防止?jié)B水和土體從樁間流失。也可在基坑開(kāi)挖過(guò)程中逐步砌筑磚拱防滲。無(wú)論采用何種方式，其強(qiáng)度和構(gòu)造應(yīng)保證能可靠地將土水壓力傳遞給樁身。 2.4 單層樁錨式支護(hù)結(jié)構(gòu) 樁錨式支護(hù)由支護(hù)排樁，錨桿及圍檁等組成，用以支擋坑壁土壓力并限制坑壁的側(cè)向位移。錨桿平面位置應(yīng)在兩個(gè)樁之間空隙穿過(guò)。 錨桿由錨頭，拉桿和錨固體組成，根據(jù)支護(hù)深度和土質(zhì)條件錨桿可設(shè)置一層或多層，其錨固段應(yīng)置于較好的粘性土或粉土、粉細(xì)砂層中。條件允許時(shí)，可在其坑邊緣以外(超過(guò)潛在滑動(dòng)面)設(shè)置錨定板，錨塊或錨樁，用拉

20、桿與樁排聯(lián)結(jié)成頂層拉錨。2.4.1 構(gòu)造 2.4.2 荷載 作用于樁錨支護(hù)體系的主、被動(dòng)壓力，可按太沙基佩克包絡(luò)圖分布或朗肯公式中偏于安全的使用。2.4.3 計(jì)算模型 單層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)又分為二種假定： 入土部分為自由端、上部鉸結(jié)，適用于土質(zhì)較好時(shí)，又稱單錨淺埋板樁； 上部鉸結(jié)，下端入土部分為彈性嵌固，稱單錨深埋板樁，適用于土質(zhì)較差時(shí)。 因上部錨固，板樁可繞錨固點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，下部入土深度太淺時(shí)，被動(dòng)土壓力不足以抵抗主動(dòng)土壓力作用，達(dá)到一定深度時(shí)，繞上錨固點(diǎn)的力矩平衡時(shí)，可穩(wěn)定(但從安全計(jì)被動(dòng)土壓力系數(shù)取)，此時(shí)的情況相當(dāng)于上述第一種情況。若板樁在不太好的土層中，淺埋易受其它因素干擾失穩(wěn)，下端應(yīng)按照彈性

21、嵌固假定計(jì)算，此時(shí)板樁入土深度要加大，相當(dāng)于第二種情況。1.單錨淺埋支護(hù)結(jié)構(gòu) 沿樁排方向取單位長(zhǎng)度1m研究，參見(jiàn)圖2-4。對(duì)A點(diǎn)取矩，令MA=0，x=0有： MEa1+MEa2-MEp=0 (2-8)T=Ea1+Ea2-Ep (2-9) MEa1,MEa2基坑底上、下主動(dòng)土壓力合力對(duì)A的力矩(KNm)； MEp被動(dòng)土壓力合力時(shí)A點(diǎn)的力矩(KNm)； Ea1，Ea2基底上、下主動(dòng)土壓力(KN)； Ep 被動(dòng)土壓力合力(KN)； Dmin 最小入土深度。 以上兩方程中（2-8）式中含有Dmin可解出Dmin，(2-9)式可計(jì)算T錨固力值。 圖2-4單錨淺埋支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算圖 2.單錨深埋支護(hù)結(jié)構(gòu) 沿樁

22、排方向取單位長(zhǎng)度1m來(lái)研究。 樁排入土深度相對(duì)較深，變形曲線下部出現(xiàn)反彎點(diǎn)，如圖中虛線所示，反彎點(diǎn)的位置，由實(shí)驗(yàn)知近似簡(jiǎn)化為前后主、被動(dòng)土壓力為零處。 如圖2-5所示，設(shè)支護(hù)樁由AK和KN兩段簡(jiǎn)支梁組成，K點(diǎn)為一固定鉸。首先由AK梁的平衡求出錨固力T和K點(diǎn)剪刀Vk，然后按Vk值計(jì)算KN段長(zhǎng)度。 由基坑底至K點(diǎn)的深度D1按主、被動(dòng)土壓力強(qiáng)度相等的條件求得。D1=(eah2c)(kp-ka) (2-10)Vk=(ME1+ME2)/(HH0+D1) T=E1+E2VkD2= (2-11)Dmin=D1+D2式中D1K點(diǎn)距基坑底的深度(m)； e aH坑底深度處的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度(kPa)； 所考慮深度

23、范圍土的重度(kNm3)； B邊坡單位長(zhǎng)度，取1m； D2KN段長(zhǎng)度(m)； ka,kp所考慮深度范圍土的主、被動(dòng)土壓力系數(shù)； E1,E2AK之間坑底上、下凈土壓力合力(kN)； ME1,ME2AK之間坑底上、下凈土壓力合力對(duì)A點(diǎn)的力矩(kN.m)； H，H0基坑開(kāi)挖深度及錨桿設(shè)置深度(m)其余符號(hào)意義同前。2.4.4 算例 某基坑深6m，擬采用單錨式鋼筋砼樁排護(hù)壁，從樁頂往下1.5m處設(shè)置錨桿，錨桿間距2m，土質(zhì)為砂性土=32，=17.6KNm3，基坑邊施工前為q=10Kpa。試按單錨深埋法計(jì)算錨桿的水平拉力，樁的入土深度，樁身最大彎短及所在位置。圖2-8 單錨深埋算例圖 解：1.計(jì)算模型如

24、圖2-6所示。 沿樁排方向取1m長(zhǎng)度計(jì)算土壓力計(jì)算見(jiàn)表2-9,表2-102.求反彎點(diǎn)位置 反彎點(diǎn)位置可以樁前后土壓力為零點(diǎn)近似確定： 35.489+5.403D1=57.288D1解出：D1=0.68m表2-10 被動(dòng)土壓力計(jì)算表 表2-9主動(dòng)土壓力計(jì)算表 3.求Dmin 在圖2-6中E1=(3.07+35.489)6/2=115.677KN E2= 35.4890.68=12.066KN 對(duì)B點(diǎn)取矩 ME1=3.076( -1.5)+(35.489-3.07)6( 6-1.5) =270.77KN ME2=12.066(6-1.5+ 0.68)=57.03KN 于是 水平拉力：T=E1+E2

25、-VK=115.677+12.066-63.28=64.46KN 入土深度：Dmin=D1+D2=0.68+2.71=3.39取為3.4m4.樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)值： D=H+KdDmin，Kd取1.4 =6+1.43.39=10.75m 取D=11米 5.求樁身最大彎矩及其位置 設(shè)剪力零點(diǎn)(即最大彎矩點(diǎn))位于基底以下x處。 該點(diǎn)以上主動(dòng)土壓力合力為： (3.07+35.489+5.403x)(6+x)； 被動(dòng)土壓力為： 57.288x2； 錨桿水平拉力為：T=64.46KN令樁排左右兩邊水平力相等并化簡(jiǎn)得方程： 25.944x2-35.489x-51.217=0 解之可得， x=2.2m對(duì)該截面取矩即可

26、得最大彎矩Mmax由前面的表格，可求得在x=2.2m處， 主動(dòng)土壓力為：35.489+5.4032.2=47.38Kpa 被動(dòng)土壓力為：57.2882.2=126Kpa對(duì)V點(diǎn)取矩(圖2-7)有：Mmax= 3.07(6+2.2)2+ (6+2.2)2 (47.38-3.07)- 1262.22 -64.46(6+2.2-1.5)=66.258(KNm)圖2-7 樁身最大彎矩計(jì)算圖2.5 多層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu) 2.5.1 計(jì)算假設(shè) 當(dāng)基坑深度較大時(shí)，單層錨桿尚不能完全保證樁墻的穩(wěn)定，需要設(shè)置多層錨桿。多層錨桿的設(shè)置是隨著開(kāi)挖不同工況逐層向下開(kāi)挖而分次設(shè)置的，見(jiàn)圖2-8。 根據(jù)實(shí)測(cè)資料這樣設(shè)置的多層錨

27、桿有如下一些現(xiàn)象： 1.下道錨桿設(shè)置之后，上道錨桿的軸向力只有微小的變化，錨桿所在點(diǎn)可以看作是不動(dòng)點(diǎn)； 2.下道錨桿支點(diǎn)以上的墻體變位，大部分是在下道橫撐設(shè)置前產(chǎn)生的。 多層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)是超靜定問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際支護(hù)中的實(shí)測(cè)資料可按下列假定將超靜定問(wèn)題簡(jiǎn)化為靜定問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算： （1）各層錨桿所在點(diǎn)均為不動(dòng)支點(diǎn)； （2）支護(hù)樁的下端按簡(jiǎn)支端考慮； （3）在自上至下逐層計(jì)算過(guò)程中，某一層錨固力一旦確定，在后續(xù)的計(jì)算中保持不變。 圖2-8 多層錨桿支護(hù)工況圖 2.5.2 計(jì)算模型 如圖2-9所示，對(duì)于第i層錨桿計(jì)算如下：對(duì)點(diǎn)取矩，令MI=0，則有：MEa2iMEa1i+ =0 (2-12)Ti=Ea1i

28、+Ea2i-Epi- (2-13)式中及圖中： Hi設(shè)置第i+1層錨桿時(shí)的開(kāi)挖深度(m) Di所計(jì)算階段滿足力矩平衡的計(jì)算入土深度(m) Ea1i,Ea2i分別為Hi深度下的開(kāi)挖底面上下主動(dòng)土壓力合力(KN) EpiDi深度范圍內(nèi)的被動(dòng)土壓力合力(KN) 圖2-9 多層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算圖 MEa1i,MEa2i,MEpi各項(xiàng)土壓力對(duì)點(diǎn)的力矩(KN.m) 第至第i-1層錨固力對(duì)點(diǎn)的力矩(KN.m) 在上式(2-12)中，含有Di，解出后從(2-13)式中可算出第i層錨固力Ti(KN)。 對(duì)最下一層錨標(biāo)計(jì)算得出的Di值可作為樁的最小入土深度Dmin。 支護(hù)樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度D按下式確定： D=H+KdD

29、min(土質(zhì)好時(shí)Kd=1.2,反之Kd=1.4) 按此設(shè)計(jì)的入土深度，尚應(yīng)滿足整體穩(wěn)定性驗(yàn)算要求。2.5.3 算例 某工程基坑深10m，土層分布及參數(shù)見(jiàn)圖2-10所示，坑口地面堆載平均以q=10kpa計(jì)算。 擬采用二層錨桿錨固鋼筋混凝土灌注樁排支護(hù)結(jié)構(gòu)，第一、二層錨桿設(shè)在坑口下3m,6m處?；影踩燃?jí)按一級(jí)考慮。試求支護(hù)樁樁長(zhǎng)，最大彎矩及所在位置。 右圖2-10 土層分布圖 1.計(jì)算主動(dòng)土壓力 對(duì)多層錨桿要分工況計(jì)算，不同工況被動(dòng)區(qū)深度不同，故只能先算出主動(dòng)側(cè)的土壓力，被動(dòng)區(qū)的土壓力則分工況計(jì)算。2.工況1之計(jì)算 工況1：第一層錨桿已設(shè)，錨固力待求，開(kāi)挖至7.0m，第二層錨桿尚未設(shè)置。如圖2

30、-11所示。 力矩平衡計(jì)算：以T1作用點(diǎn)為力矩中心，設(shè)力矩逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)，被動(dòng)土壓力除以1.5折減。 根據(jù)力矩平衡條件可得5.54 Dx3+48.24 Dx2-16.2 Dx-524.43 = 0 解之，得 Dx=2.97m。 將 Dx 之值代入各塊合力算式，利用水平向力的平衡條件，可得： T1=575.25-413.8=161.45kN表2-11 主動(dòng)土壓力計(jì)算表 注：q=10kPa ea(x)為土層內(nèi)壓力隨深度變化的方程式，x項(xiàng)系數(shù)等于層頂?shù)淄翂毫Σ畛詫雍?，亦即土壓力?qiáng)度隨深度變化方程的斜率。 表2-12 被動(dòng)土壓力計(jì)算表 表2-13 工況1計(jì)算表 圖2-11 工況1計(jì)算圖 3.工況2之

31、計(jì)算 工況2：兩層錨桿均已設(shè)，開(kāi)挖至10.0m，第一層錨桿力已確定為161kN，如圖2-12所示。 被動(dòng)土壓力計(jì)算： 見(jiàn)下表 力矩平衡計(jì)算：以T2作用點(diǎn)為力矩中心，設(shè)力矩逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)，被動(dòng)土壓力除以1.5折減。注意除土壓力之外，尚應(yīng)包括上層錨桿力的力矩。 根據(jù)力矩平衡條件可得 9.75Dx3+123.1Dx2+216Dx-1411.35=0 解之，得 Dx=2.45m。 Dmin=3.5+2.45=5.95(m) 將 Dx之值代入各塊合力算式，利用水平向力的平衡條件，可得： T2=990-161-634=195kN （具體計(jì)算表格在下圖）表2-14 工況2被動(dòng)土壓力計(jì)算表圖 2-12 工況2

32、計(jì)算圖 表2-15 工況2計(jì)算表 4.求工況2的最大彎矩 最大彎矩所在截面為剪力為零處。一般在最下一層錨桿以下。 根據(jù)土壓力分布圖可算得9.0m深度處的剪力為35.7 kN，13.5m深度處的剪力為-157.62kN，剪力零點(diǎn)在此之間。利用第層土的土壓力隨深度變化關(guān)系，可列出方程，求出剪力零點(diǎn)的準(zhǔn)確位置在9.48m處。計(jì)算9.48m深度截面以上所有土壓力、錨固力對(duì)該截面的力矩，得到Mmax=645.5kNm。5.支護(hù)樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度 D=H+Kd.Dmin=10+1.25.95=17.14(m) 2.5.4 樁徑、樁距與配筋 設(shè)有撐錨的支護(hù)樁排，其彎矩值可通過(guò)增加撐、錨的層數(shù)來(lái)控制，因此一般比懸臂樁

33、的彎矩小。這樣，設(shè)有撐錨的支護(hù)樁排有可能采用較小的樁徑。通常推薦的樁徑最小為400mm。適用于土質(zhì)好的粘性土分布區(qū)；土質(zhì)較差時(shí)宜采用600以上的樁。 樁的間距應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、彎矩值等確定。最小應(yīng)有200300mm的凈距，以便在樁間設(shè)置錨桿。凈距也不宜過(guò)大，以便有效地?fù)跬痢?設(shè)有撐錨的支護(hù)樁內(nèi)的彎矩沿縱向往往是正負(fù)交替改變的，由于撐錨對(duì)樁的變形限制程度的不同，土壓力的分布會(huì)發(fā)生改變，這也將導(dǎo)致樁身彎矩的變化。因此，一般要求對(duì)設(shè)有撐錨的支護(hù)樁按最大彎矩均勻?qū)ΨQ配筋。2.6內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)體系 當(dāng)采用懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性、位移值不能滿足要求時(shí)，可采用內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)。 內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)體系由兩部分組成，一

34、是圍護(hù)壁結(jié)構(gòu)，二是基坑內(nèi)的支撐系統(tǒng)。圍護(hù)壁可以是鋼板樁，鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，鋼筋混凝土樁排等。支撐系統(tǒng)按材料分可分為鋼管支撐、型鋼支撐、鋼筋混凝土支撐，鋼和鋼筋混凝土的組合支撐等。按其受力形式可分為單跨壓桿式支撐、多跨壓桿式支撐、水平框架式支撐、水平桁架式支撐、斜支撐、角支撐等。2.6.1 內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)形式 斜支撐適用于支護(hù)結(jié)構(gòu)高度不大，所需支撐力不大的情況，一般為單層，不宜超過(guò)二層。水平支撐可設(shè)計(jì)成格構(gòu)、桁架、縱橫對(duì)頂、環(huán)梁等多種形式。水平支撐可以單層設(shè)置也可多層設(shè)置?；悠矫娉叽巛^大時(shí)，還需在水平支撐下設(shè)置立柱，見(jiàn)圖2-13。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系的各構(gòu)件可采用鋼結(jié)構(gòu)，亦可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

35、 工程上通常將圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系設(shè)計(jì)成水平的封閉體系，以提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度。支撐體系的幾何形式可布置成多種多樣(圖2-14)，要根據(jù)基坑平面大小、深度、基坑施工、工期、施工方法，支護(hù)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能使支護(hù)體系受力良好，施工方便、節(jié)省投資。 為防止一個(gè)方向支撐的位移迫使另一個(gè)方向支撐失穩(wěn)，宜采用基坑長(zhǎng)邊對(duì)頂支撐與角撐分別受力的結(jié)構(gòu)形式(圖2-14c)，或加強(qiáng)圍檁式、格構(gòu)式、加強(qiáng)角撐式結(jié)構(gòu)(圖2-14a,b,d)。對(duì)于規(guī)則的正方形基坑可采用內(nèi)環(huán)梁式平面支撐體系(圖2-14e)。圖2-13內(nèi)支撐布置的基本形式圖1.斜支撐 2.角撐 3.鎖口梁 4.圍檁 5.橫向水平支撐6.縱向水平支撐

36、 7.支撐立柱 8.立柱基礎(chǔ)圖2-14內(nèi)支撐布置形式示意圖 鋼結(jié)構(gòu)支撐的平面布置宜優(yōu)先采用相互正交，均勻布置的平面對(duì)撐體系或?qū)ΨQ桁架體系。對(duì)于長(zhǎng)條形的基坑可采用單向布置的對(duì)撐體系，在基坑四角設(shè)置水平角撐(如圖2-14c)。 支撐體系是為施工而構(gòu)筑的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，對(duì)它的要求就是既方便施工，又安全可靠，如果沿用縱橫交叉的井格梁系作水平封閉框架，則施工空間受到分隔，不利于基坑挖土和地下結(jié)構(gòu)施工。以方便施工為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)幾何布置優(yōu)化就是要使支撐結(jié)構(gòu)給施工創(chuàng)造盡量大的工作空間，封閉框架的幾何布置要根據(jù)基坑形狀的不同，盡可能采用一些受力性能良好的桿件形式，如圓環(huán)形桿件、弓形桁架桿件、折線形桿件等，在框架平面中心

37、區(qū)域形成寬敞的施工空間，如基坑是接近正方形的矩形，可以采用圓環(huán)結(jié)構(gòu)，是長(zhǎng)方形的我們則可以選兩個(gè)半圓加一些集束形支撐，如是不規(guī)則多邊形，可以在其內(nèi)做一個(gè)內(nèi)切圓，也可以在其周邊做一些幾何穩(wěn)定的折線形桿件，在內(nèi)折角做一些搭角斜撐等。綜合應(yīng)用這些桿件形式，同時(shí)兼顧結(jié)構(gòu)施工對(duì)支撐位置的要求，注意形成封閉剛架的整體剛度，就能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)幾何布置的優(yōu)化。 在幾何布置優(yōu)化過(guò)程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)依據(jù)鋼筋混凝土材料的特性，盡量使主要受力構(gòu)件處于壓彎狀態(tài)，在以控制投資為目標(biāo)的桿件設(shè)計(jì)優(yōu)化中，要對(duì)封閉框架進(jìn)行準(zhǔn)確的內(nèi)力計(jì)算，在滿足圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度的條件下，使預(yù)先設(shè)定的桿件斷面趨于合理，有條件的還可以做鋼筋凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)組合框

38、架，將拉桿改成鋼結(jié)構(gòu)以減輕結(jié)構(gòu)自重，日后可以更方便地拆除。鋼筋混凝土封閉框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化與否，將直接影響到工程的施工速度、投資控制，因此在支撐體系的設(shè)計(jì)中必須強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的指導(dǎo)思想。實(shí)踐中優(yōu)化的方法有以方便施工為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)幾何布置的優(yōu)化和以控制投資為目標(biāo)的桿件設(shè)計(jì)優(yōu)化，這兩種優(yōu)化方法在支撐體系中常常是一致的，先進(jìn)行前一項(xiàng)的幾何布置優(yōu)化，爾后著手后一項(xiàng)的設(shè)計(jì)。 在豎向平面內(nèi)，內(nèi)支撐設(shè)置的層數(shù)，間距應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定。布置支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)避開(kāi)建筑物柱位和地下結(jié)構(gòu)的其它重要部位，還應(yīng)考慮方便后續(xù)施工和拆除。與內(nèi)支撐配套的支護(hù)體系必須具有相應(yīng)的強(qiáng)度和剛度。支柱應(yīng)有一定的埋置深度和抗壓、抗拔承載能力。 2.6.2 內(nèi)撐

39、式支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算 就內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)體系而言，圍護(hù)樁墻擋土結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐體系共同組成了一空間結(jié)構(gòu)體系，共同承受土體荷載作用，理應(yīng)按照空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。但實(shí)際上，施工過(guò)程中墻體結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形與墻體的剛度、支撐的剛度和效果、土體的狀態(tài)、施工開(kāi)挖的方式、開(kāi)挖的速度、圍護(hù)墻體暴露的時(shí)間等因素都有關(guān)，在計(jì)算中這些因素難以全部加以考慮，按空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的實(shí)施方法還有待于進(jìn)一步研究。 據(jù)文獻(xiàn)3介紹，上海地區(qū)常用SUPER SAP-5和SAP-90兩個(gè)程序，用以計(jì)算基坑墻體、支撐的內(nèi)力和位移，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值有較大的差異，例如墻體位移實(shí)測(cè)值往往比計(jì)算值約大23倍，個(gè)別達(dá)45倍。這就是因?yàn)樯鲜鲋T多因素在

40、計(jì)算模型中難以準(zhǔn)確、合理地考慮，加之程序是以彈性理論為基礎(chǔ)的，而土體一般是彈、塑性的，到接近破壞時(shí)是進(jìn)入塑性狀態(tài)的。因此，支撐體系設(shè)計(jì)宜盡量簡(jiǎn)明，傳力路線清楚、有足夠的剛度構(gòu)造措施、施工措施得力，計(jì)算模型符合施工工況實(shí)際，這樣計(jì)算結(jié)果與實(shí)際出入就可能減小。 支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的傳力途徑基本上是這樣的：基坑外側(cè)土壓力直接作用在圍護(hù)壁上，圍護(hù)壁上的力通過(guò)圍檁傳遞給支撐結(jié)構(gòu)體系。支撐桿是支撐結(jié)構(gòu)中的主要受壓桿件，支撐桿相對(duì)于受荷面來(lái)說(shuō)有垂直于荷載面和傾斜于荷載面二種，即水平支撐和斜支撐。支撐桿由于受自 重和施工荷載的作用，是一種壓彎桿件，是力學(xué)上的非線性問(wèn)題，施工實(shí)踐中常簡(jiǎn)化為線性問(wèn)題來(lái)計(jì)算。在基坑平面尺

41、寸較大時(shí)，在各受壓支撐桿件增設(shè)三向束節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，以減短壓彎支撐桿件的計(jì)算長(zhǎng)度，或?qū)⒅螚U設(shè)計(jì)成支撐桁架，以加強(qiáng)支撐桿件的剛度和穩(wěn)定性，當(dāng)設(shè)計(jì)成桁架時(shí)，腹桿應(yīng)該按其受力情況合理的選擇斷面的尺寸。支撐桿和支撐桁架還需要設(shè)置立柱來(lái)支撐。立柱通常采用鋼管砼柱、H型鋼和鋼格構(gòu)柱。立柱下面還要有立柱樁支承，立柱樁可以借用工程柱，也可以單獨(dú)設(shè)計(jì)支承樁。下面介紹在工程實(shí)用中對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的一些常用計(jì)算方法和原則。 1.平面形狀復(fù)雜的支撐體系、格構(gòu)式、桁架式、環(huán)梁式支撐的內(nèi)力宜按有限元方法計(jì)算。 2.對(duì)頂式支撐結(jié)構(gòu)的支撐力按下式計(jì)算： (2-14)式中 R i第i層支撐的支撐力(kN) 第i層支撐每延長(zhǎng)米的支撐力(k

42、N/m)， 其計(jì)算方法與樁錨體系的錨固力計(jì)算相同，見(jiàn)本 章2.4,2.5節(jié)。 Li第i層支撐的水平間距(m) 支撐力分布不均勻系數(shù)，視工程重要 程度在1.11.3之間取值。 3.垂直面上的斜撐、水平角撐均按兩端鉸支計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2-15,2-16。應(yīng)計(jì)算的內(nèi)容如下。 (1)垂直面上的斜撐一般采用鋼支撐，垂直面(繞X-X軸)內(nèi)為偏心受壓構(gòu)件，其內(nèi)力為： N =RAT/cos+g(L/2)sin M =(1/8)g(Lcos)2 (2)水平角撐可用鋼支撐、亦可用鋼筋混凝土支撐。垂直面(繞X-X)為偏心受壓構(gòu)件，其內(nèi)力為： N=RAT / sin (或N=RBT / cos) M=(1/8)gL

43、2 (3)斜撐和水平角撐應(yīng)按中心受壓驗(yàn)算平面內(nèi)、外的穩(wěn)定性。 (4)應(yīng)驗(yàn)算斜撐、水平角撐的支撐面及斜撐下支點(diǎn)的抗滑移強(qiáng)度、承壓強(qiáng)度。 圖2-15斜支撐計(jì)算圖g0：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度支撐自重 RAT：支撐點(diǎn)A的水平分力 RBV：地基垂直反力 RAV:A點(diǎn)支撐力的垂直分力 RBT：地基水平反力 圖2-16角撐計(jì)算圖RA=RB=RAT/sin=RBT/cos RAV=RAT/tg RBV=RBTtg 4.對(duì)頂式支撐按以下規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算： (1)單跨對(duì)頂支撐的計(jì)算與第3條水平角撐同，僅=90,=90。 (2)基坑內(nèi)設(shè)置縱橫對(duì)頂支撐，其交點(diǎn)下設(shè)立柱，支撐的軸力考慮溫度影響按式(2-15)計(jì)算。 Ni=1.2Ri (

44、2-15) 式中 Ni第i層支撐的軸力(kN) Ri第i層支撐的支撐反力(kN)。 (3)當(dāng)縱橫支撐交叉處各方向的連結(jié)強(qiáng)度Ni/10時(shí)，支撐計(jì)算長(zhǎng)度L0=S(交叉點(diǎn)間距)；否則，L0=L(整根支撐長(zhǎng)度)。 (4)支撐的彎矩為安裝偏心e=L0/1000產(chǎn)生的彎矩和自重產(chǎn)生的彎矩之和。 5. 支撐中間的立柱按中心受壓柱計(jì)算 (1)立柱軸力 Nz = Nz1 Nz2 (2-16) 式中Nz1水平支撐及柱自重產(chǎn)生的軸力(kN)； Nz2附加軸力(kN)； Ni第i層支撐交匯于本立柱的所有受力桿件的 軸力(kN)，負(fù)值為上拔力； n支撐層數(shù)。 (2)當(dāng)支撐與立柱的連接強(qiáng)度大于0.1Ni時(shí)，以支撐的豎向間

45、距為柱計(jì)算長(zhǎng)度，否則應(yīng)以柱的全高為計(jì)算長(zhǎng)度。2.7土層錨桿支護(hù)體系 高層深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用內(nèi)支撐體系往往給施工帶來(lái)不方便，在基坑周邊土層條件許可的情況下采用土層錨桿，則可解決內(nèi)支撐體系防礙施工的問(wèn)題，特別是在基坑形狀不規(guī)則，支撐體系布置復(fù)雜的情況下，以錨桿代替內(nèi)支撐體系往往更為優(yōu)越。 2.7.1 錨桿支護(hù)體系組成 錨桿支護(hù)體系由基坑圍護(hù)擋土構(gòu)筑物、腰梁(圍檁)、錨桿組成，如圖2-17所示。 腰梁(圍檁)可用型鋼或鋼筋混凝土梁，它可使擋土構(gòu)筑物上的土壓力較均勻地分配傳遞到相應(yīng)的錨桿。圖2-17錨桿支護(hù)體系組成示意圖 土層錨區(qū)一般根據(jù)朗肯主動(dòng)滑裂面分為土體滑動(dòng)區(qū)和有效錨固區(qū)，錨固力主要是由處在有效

46、錨固區(qū)的灌漿錨固頭與土體的摩阻力提供的。處在滑裂區(qū)的錨桿部分應(yīng)外加套管或?yàn)r青涂層，避免灌漿時(shí)與土層粘結(jié)，這樣不會(huì)影響滑動(dòng)區(qū)土體的自由變形，同時(shí)又可防護(hù)錨桿銹蝕。2.7.2 錨桿的設(shè)計(jì) 1.錨桿設(shè)計(jì)錨固力按下式確定： Ra=TScos (2-17)式中：Ra單根錨桿軸向抗拔力設(shè)計(jì)值(KN)； S錨桿的水平方向的間距(m)； 錨桿對(duì)水平方向的傾斜角； T計(jì)算所需的每米寬度擋土構(gòu)筑物所需水平方 向錨固力(KNm)； 荷載分項(xiàng)系數(shù)，安全等級(jí)一、二、三級(jí)基坑 分別取1.2,1.1,1.0。 2.錨桿的軸向抗拔力設(shè)計(jì)值尚應(yīng)滿足下式：(2-18)式中： Ra單根錨桿軸向抗拔力設(shè)計(jì)值(KN)； Li錨桿的有效

47、錨固段在第i層土內(nèi)的長(zhǎng)度(m)； D錨固體的直徑(m)； fi第i層土與錨固體的極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kpa)； n有效錨固段穿越土的層數(shù)； rs錨桿抗拔力分項(xiàng)系數(shù)，可取1.3。 極限抗拔摩阻力fi可按表2-16參考取值。表2-16土體與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值3.錨桿的傾角及布置 為有效的抵抗擋土構(gòu)筑物的土壓力，傾角宜??；但從錨桿灌漿要求傾角不應(yīng)小于13左右；此外為使有效錨固段能進(jìn)入較好土層，需選擇適當(dāng)?shù)膬A角，綜合這幾方面的要求一般錨桿的傾角在1535左右，且不應(yīng)大于45。 錨桿的上、下排垂直間距不宜小于2.0m，水平間距不宜小于1.5m，否則要考慮錨桿的相互影響，單根錨桿的承載力要降低。 錨

48、桿錨固段的上覆土層厚度不宜小于4m。 4.錨桿的材料與直徑 錨桿材料可以選用鋼筋，鋼絞線，精軋螺紋鋼筋等，當(dāng)錨桿極限承載力小于500KN時(shí)，一般可采用級(jí)或級(jí)鋼筋。錨桿的直徑可按下式確定：(2-19)式中 d拉桿直徑(mm)； 錨桿材料拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值(KNmm2)。 5.錨桿的長(zhǎng)度 根據(jù)錨桿的布置、傾角，公式(2-17)、(2-18)，潛在的朗肯滑動(dòng)面的位置，可以試算出錨桿的有效錨固長(zhǎng)度Le= ，然后根據(jù)擋土構(gòu)筑物的厚度，錨固所要求的預(yù)留長(zhǎng)度，便可推算出錨桿的全長(zhǎng)L。 一般錨桿的自由段長(zhǎng)度宜超過(guò)潛在滑裂面1.5m左右，有效錨固段的長(zhǎng)度不宜小于4m，且不宜大于14m。試驗(yàn)和理論分析均表明，錨固長(zhǎng)度增

49、加到一定程度后，錨固體周側(cè)的摩阻力發(fā)揮得很少，而錨桿過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的施工鉆孔、灌漿、錨桿焊接、運(yùn)輸?shù)壤щy卻不小。 為提高錨固力，在相同的土層中，一是增長(zhǎng)錨桿有效錨固段的長(zhǎng)度，二是增大錨固體的直徑，增大摩阻接觸面積。二者相比較，一般首選前者，較為簡(jiǎn)單，但不要超出常規(guī)機(jī)械打孔的長(zhǎng)度。選擇增加錨固體直徑，需要適當(dāng)擴(kuò)大錨固段的孔徑或增大灌漿壓力難度大些。2.7.3 錨桿試驗(yàn) 1.極限抗拔力試驗(yàn) 為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的錨固長(zhǎng)度是否足夠安全，需測(cè)定錨固體與地基之間的極限抗拔力，求出引起錨桿周圍地基破壞，周邊摩擦力消失或使錨桿拉出所需施加的荷載，用以檢驗(yàn)所采用的土質(zhì)參數(shù)是否合理。試驗(yàn)應(yīng)于施工前的工地(相同地質(zhì)條件)進(jìn)行。

50、 試驗(yàn)方法與步驟在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔灌漿后的錨桿，待漿液達(dá)到70%以上的強(qiáng)度后才能進(jìn)行抗拔試驗(yàn)。一般情況下普通水泥必要的養(yǎng)護(hù)期為8天左右，早強(qiáng)水泥為4天左右。試驗(yàn)步驟如下。 (1)安裝支架及千斤頂。 (2)試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)按事先預(yù)計(jì)極限荷載的1/10施加荷載，最終每級(jí)按預(yù)計(jì)極限荷載的1/15施加荷載直至破壞。 (3)加荷后每隔510min測(cè)讀一次變位數(shù)值，每級(jí)加載階段內(nèi)記錄不少于三次。 (4)在某級(jí)荷載作用下，連續(xù)三次變位值不超過(guò)0.1mm即視為穩(wěn)定，可施加下一級(jí)荷載。 (5)在某級(jí)荷載作用下，變位值不斷增加直至兩小時(shí)仍不能穩(wěn)定即認(rèn)為已達(dá)極限破壞 ，并轉(zhuǎn)入卸荷試驗(yàn)。 (6)卸荷分級(jí)為加荷的24倍，每次卸荷后視

51、土層情況1030min記錄一次變位量，完全卸荷后再讀23次，讀完殘余變位后試驗(yàn)才告全部結(jié)束。2.張拉試驗(yàn) 張拉試驗(yàn)也稱性能試驗(yàn)。試驗(yàn)方法與抗拔試驗(yàn)相同，但張拉試驗(yàn)只做到1.01.2倍設(shè)計(jì)荷載。這樣做是為了取得錨桿變位性狀的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步核定錨桿是否已達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定的承載能力。3.驗(yàn)收試驗(yàn) 驗(yàn)收試驗(yàn)是以張拉試驗(yàn)所獲得的變位特性為依據(jù)，取錨桿總數(shù)的5%進(jìn)行張拉試驗(yàn)，并與張拉試驗(yàn)資料比較，確認(rèn)設(shè)計(jì)荷載的安全性，這種試驗(yàn)也稱確認(rèn)試驗(yàn)，一般以0.81.0倍設(shè)計(jì)荷載為張拉力一次加荷，如果在所定的荷載時(shí)間內(nèi)變位不見(jiàn)增加，而且塑性變化與張拉試驗(yàn)時(shí)大體相同或更小即認(rèn)為合格。2.7.4 錨桿施工 錨桿的有效錨固力能否

52、建立，與錨桿施工方法、施工效果關(guān)系很大，必須高度重視錨桿的施工，充分做好施工設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備。 1.土層錨桿正式施工前準(zhǔn)備工作 (1)熟悉工程、水文地質(zhì)勘察資料； (2)查明土層錨桿施工場(chǎng)區(qū)的地下管線、構(gòu)筑物等的具體位置和情況； (3)研究土層錨桿對(duì)鄰近建筑物和地域的影響以及附近施工情況(如：打樁、降低地下水位、巖石爆破等)對(duì)土層錨桿的影響，并擬定相應(yīng)的措施方案； (4)編制土層錨桿施工方案； (5)場(chǎng)地清理，機(jī)械設(shè)備、材料、電力供應(yīng)及給排水的準(zhǔn)備。 2.施工順序 一般情況下土層錨桿應(yīng)按以下順序施工： 錨桿的加工與組裝，鉆孔錨桿的插入灌漿養(yǎng)護(hù)錨桿確認(rèn)試驗(yàn)張拉固定。(1)鉆孔 鉆孔機(jī)械與方法的選擇 為

53、了保證土層錨桿質(zhì)量和降低成本，必須正確選擇鉆孔和鉆孔工藝。 1）鉆孔機(jī)械 土層錨桿鉆孔機(jī)械按工作原理分為旋轉(zhuǎn)式鉆孔機(jī)、沖擊式鉆孔機(jī)和旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔機(jī)三類，其選用應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件，鉆孔深度和地下水情況而定。 2）鉆孔方法 鉆孔方法有：螺旋鉆孔干作業(yè)法、回旋式旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔法、潛水鉆機(jī)成孔法、旋轉(zhuǎn)沖擊機(jī)成孔法。 鉆孔要求 1）錨孔保持順直； 2）孔壁不得坍塌和松動(dòng)； 3）鉆孔時(shí)不得使用膨潤(rùn)土循環(huán)泥漿護(hù)壁，以免影響摩阻力。 為了達(dá)到上述要求，需要根據(jù)不同成孔方法采取不同的相應(yīng)措施，必要時(shí)應(yīng)采用套管跟進(jìn)成孔。 在地層松軟、土質(zhì)物理力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)低、或在地下水位以下容易坍孔或縮頸的地層適宜使用長(zhǎng)螺旋鉆孔一次成

54、孔的施工法。例如日本TK式鉆機(jī)，它采用一套長(zhǎng)螺旋空心鉆桿，鉆孔與插入受拉鋼筋同時(shí)進(jìn)行。鉆孔時(shí)，將錨桿插入長(zhǎng)螺旋桿中心管內(nèi)，一同到達(dá)設(shè)計(jì)錨固深度后，提取螺旋鉆桿1520cm，并采用壓力灌漿。邊灌漿邊退鉆桿，使中心錨桿及端頭活動(dòng)鉆頭留在孔內(nèi)。灌漿時(shí)螺旋葉間充填的土可起到保護(hù)孔壁、防止坍滑和堵塞灌漿液的外流，從而提高灌漿壓力的作用。(2)擴(kuò)孔 在需要增大錨固段錨固力時(shí)，可采用錨固段擴(kuò)孔措施。一般有以下四種方法： 機(jī)械擴(kuò)孔 利用專門的機(jī)械擴(kuò)孔裝置，在錨固段形成幾倍于鉆孔直徑的擴(kuò)大頭。 爆炸擴(kuò)孔 將計(jì)算好的炸藥置于鉆孔內(nèi)引爆而將土體向四周擠壓形成球形擴(kuò)大頭。 水力擴(kuò)孔 鉆孔鉆到錨固段時(shí)換上水力擴(kuò)孔鉆頭，

55、利用射水壓力擴(kuò)展孔徑。 壓漿擴(kuò)孔 在第二次灌漿時(shí)增大灌漿壓力并保持一段時(shí)間，使?jié){液向四周土體滲透并擠壓土體從而擴(kuò)大孔徑。(3)錨桿的制作與沉放 鋼筋錨桿 鋼筋錨桿一般由一根或數(shù)根粗鋼筋組合而成。若錨桿由數(shù)根鋼筋組合而成，則先綁孔或電焊連接(拉桿過(guò)長(zhǎng)則分段制作)，設(shè)置定位器。定位器一般用細(xì)鋼筋制作，沿鋼筋錨桿120布置，間距為22.5m，外徑小于鉆孔直徑10mm。為便于沉放，防止頂端插入孔壁，可以在頂端設(shè)置擋土板。在沉放過(guò)程中綁設(shè)灌漿管。 鋼絲束錨桿 鋼絲束錨桿一般制成通長(zhǎng)一根，與灌漿管一起綁孔，同時(shí)沉放。錨固段用撐筋環(huán)作定位器(間距0.51.0m)。鋼絲束的鋼絲分內(nèi)外兩層，外層鋼絲綁扎在撐筋環(huán)

56、上，內(nèi)層鋼絲則從撐筋環(huán)中間穿過(guò)。在沉放時(shí)為了防止頂端插入孔壁，應(yīng)用一竹筒將頂端封套，然后對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心沉放。 鋼鉸線錨桿 鋼鉸線錨桿的沉放有專門的定位架。在沉放前應(yīng)對(duì)錨固段進(jìn)行除油脂處理。(4)壓力灌漿 灌漿材料及配合比 灌漿材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。灌注的漿液為水泥砂漿(細(xì)砂)或水泥漿。水泥漿水灰比常用0.40.5；水泥砂漿常用灰砂比1：11：2，水灰比為0.30.45；灌漿體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不應(yīng)低于20M Pa。 砂漿需經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)倒入壓漿泵。 灌漿方法 灌漿是土層錨桿施工的關(guān)鍵，一般分一次灌漿和兩次灌漿兩種。 1）一次灌漿 采用一根灌漿管(鋼管或膠皮管)作導(dǎo)管，管端距孔底應(yīng)預(yù)留0.20.5m的空隙。開(kāi)

57、動(dòng)壓漿泵將漿液注入鉆孔底部，自孔底向外灌注，等漿液流出孔口時(shí)，用水泥袋紙等搗塞入孔口，并用濕粘土封堵孔口，嚴(yán)密搗實(shí)，再進(jìn)入補(bǔ)灌，穩(wěn)壓數(shù)分鐘灌漿方告結(jié)束。 2）二次灌漿 第一次灌漿用的灌漿管的管端距離錨桿末端500mm左右，管端用黑膠布等封住，以防沉放時(shí)土壤進(jìn)入管口。第二次灌漿用的灌漿管的管端距離錨桿末端1000mm左右，管底出口處亦用黑膠布封住。在第一次灌漿初凝后，再啟用第二根灌漿管進(jìn)行二次灌漿，使原先的錨固體在壓力灌漿下產(chǎn)生裂縫并用漿液充填以提高灌漿質(zhì)量。 灌漿應(yīng)注意如下幾點(diǎn)： 1）漿液需按配合比攪拌； 2）必須保證錨固段連續(xù)密實(shí)； 3）在漿液硬化前，錨桿不能承受外力； 4）用壓漿泵灌漿時(shí)，

58、壓力不宜過(guò)大，以免吹散漿液； 5）灌漿完成后應(yīng)漿灌漿管、壓漿泵、攪拌機(jī)等用清水洗干凈。 (5)張拉和錨固 錨桿灌漿養(yǎng)護(hù)78天后，錨固體強(qiáng)度達(dá)到7080%設(shè)計(jì)強(qiáng)度，在承載力確認(rèn)以后，在支護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝圍囹，用油壓千斤頂張拉固定。張拉力按設(shè)計(jì)規(guī)定取值。張拉錨固的方法有： 如為鋼筋錨桿在其端部焊一螺絲端桿，用螺母錨固； 如為鋼絲束錨桿用千斤頂張拉，用鐓頭錨具錨固； 如為鋼絞線錨桿利用QM、XM系列錨具和其配套的千斤頂進(jìn)行張拉錨固。 2.7.5 工程實(shí)例 北京某賓館錨桿地下連續(xù)墻車庫(kù)深基礎(chǔ)工程系三層半地下室，地下室一層作商場(chǎng)用，二、三層作停車庫(kù)和設(shè)備層用。 地庫(kù)深基礎(chǔ)工程開(kāi)挖最大深度為16m，場(chǎng)地工程地

59、質(zhì)及土質(zhì)情況見(jiàn)圖2-18，上層滯水其穩(wěn)定深度在地下5.611.7m深處。第二層地下潛水的穩(wěn)定水位在地下2027m處。鄰近東西南向有舊高層建筑并有密集的居民住宅，距原有建筑最小處僅1m左右。故設(shè)計(jì)選用筑有多層土層錨桿的鋼筋混凝土地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，在基坑開(kāi)挖時(shí)作為擋墻結(jié)構(gòu)，在基坑開(kāi)挖至基底后，澆筑底板，由底至上在連續(xù)墻側(cè)壁構(gòu)筑內(nèi)襯墻，并與連續(xù)墻連成一體，以復(fù)合墻結(jié)構(gòu)，共同作為箱基地庫(kù)主體結(jié)構(gòu)邊墻，用以承受水土側(cè)壓力及建筑結(jié)構(gòu)使用的垂直荷載。 圖2-18 北京某賓館地下工程墻體構(gòu)造剖面圖 地下連續(xù)墻厚600mm，墻深20.5m，總延米為375m，標(biāo)準(zhǔn)單元槽段取6.1m。開(kāi)挖過(guò)程中，以地下連續(xù)墻結(jié)合四層

60、土錨設(shè)置兩根，第二、三、四層均設(shè)置三根，整個(gè)工程設(shè)置土錨662根，立面布置見(jiàn)圖2-34，多層錨桿設(shè)計(jì)參考見(jiàn)表2-17。 錨固段設(shè)于墻后土體破壞棱體以外的砂與砂礫層中，錨固長(zhǎng)度均為8m。土層錨桿由錨座、錨桿與錨頭組成。錨座系預(yù)制構(gòu)件，包括錨座板與穿墻鋼錨管，兩者成40焊接，在連續(xù)墻鋼筋籠成型時(shí)即扎焊就位。鋼錨管兩端臨時(shí)用泡沫聚苯乙烯板或木屑板封堵，管中塞有松散物?；娱_(kāi)挖時(shí)，錨座板露出，即可進(jìn)行鉆孔、放鋼索、灌漿及焊接張拉座并進(jìn)行張拉定錨作業(yè)。錨頭錨定區(qū)選在滲透系數(shù)大于10-4m/s的砂礫層中，錨頭長(zhǎng)度各為8m，錨頭直徑以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成錨確定。表2-17 各層土錨技術(shù)參數(shù)表注： 12.7mm鋼索，單