排樁支護-寫作提綱

PAGEword文檔可自由復制編輯摘要隨著我國經濟和城市建設的高速發(fā)展，特別是市政工程和高層建筑的大量興建，基坑工程越來越多，基坑的開挖深度也越來越深，規(guī)模和復雜程度不斷加大。為了保證基坑周圍土體不變形、周邊建筑物的安全和基坑邊坡的穩(wěn)定，必須對基坑邊坡的穩(wěn)定性和土壓力進行分析，研究基坑邊坡治理方案。蘭州某基坑BC段開挖深度為12m，場地工程地質條件復雜，上部為雜壤土，中間是卵石層，下部基巖為性質較差的無膠結風化砂巖，地下水埋藏淺。本文運用圓弧條分法、朗肯土壓力理論分別對基坑邊坡穩(wěn)定性和土壓力進行了分析，從而決定采用排樁支護和止水帷幕的治理方案對基坑邊坡進行支護。最后對基坑的施工方案和監(jiān)測方案做了簡要設計?；谇叭岁P于基坑工程研究與實踐的基礎，相信在以后的基坑工程實踐中，伴隨我國經濟建設的高速發(fā)展，基坑工程技術水平將會不斷提高與完善。加關鍵詞：基坑工程；穩(wěn)定性；土壓力；排樁支護；止水帷幕AbstractKeywords:Excavation;Stability;EarthPressure;RowPiles;SealingCurtain

目錄1緒論 11.1基坑工程發(fā)展簡況 11.2基坑工程概述 21.2.1基坑工程支護體系的效用和要求 21.2.2基坑工程的主要特點 21.2.3基坑支護形式分類及適用范圍 31.3排樁支護體系概述 71.3.1排樁圍護體的種類與特點 71.3.2排樁圍護體的止水 81.3.3排樁圍護體的應用 91.4本設計的主要內容及技術流程圖 101.4.1本設計的主要內容 101.4.2技術流程圖 112工程概況 122.1工程簡介 122.2工程地質條件 122.3結構體系和布置 132.3.1結構體系 132.3.2結構布置 133土壓力計算分析 153.1概述 153.1.1土壓力的類型 153.1.2土壓力與位移的關系 163.2朗肯土壓力理論 173.2.1朗肯主動土壓力 173.2.2朗肯被動土壓力 183.3土壓力計算 193.3.1土壓力系數計算 193.3.2局部荷載作用影響范圍 193.3.3主動土壓力計算 203.3.4被動土壓力計算 213.3.5水壓力計算 224支護前穩(wěn)定性分析 234.1概述 234.2影響邊坡穩(wěn)定性的因素 244.3基坑支護前穩(wěn)定性計算 254.3.1軟弱滑動面的確定 254.3.2最小安全系數的計算公式 254.3.3穩(wěn)定性計算 265排樁支護結構設計 285.1概述 285.1.1排樁選型和適用范圍 285.1.2結構分析方法 295.1.3計算工況 315.2排樁嵌固深度設計 315.2.1概述 315.2.2支擋結構嵌入深度較淺時的計算方法 315.2.3嵌固深度計算 325.3排樁樁徑與樁距的設計 365.3.1排樁樁徑 365.3.2排樁樁距 365.4樁截面配筋設計 365.5止水帷幕設計 375.5.1地下水概況 375.5.2止水帷幕的設置原則 375.5.3止水帷幕設計 386支護后穩(wěn)定性驗算 406.1基坑失穩(wěn)的主要形態(tài) 406.2基坑邊坡整體穩(wěn)定性驗算 406.3基坑底部土體抗隆起穩(wěn)定性分析 436.4基坑滲流穩(wěn)定性分析 437排樁支護的施工方案和監(jiān)測方案 457.1施工方案 457.1.1編制依據 457.1.2工程概況 457.1.3施工工藝 46（1）支護樁施工工藝 477.1.4工程施工進度計劃和保證措施 507.1.5工程質量保證體系及措施 517.1.6安全文明施工措施及方案 537.2監(jiān)測方案 567.2.1監(jiān)測目的及內容 567.2.2監(jiān)測工期與監(jiān)測頻率 577.2.3提交的即時報告和監(jiān)測報告 577.2.4質量保證和控制 587.2.5業(yè)主與施工單位應提供的配合要求 597.2.6文明生產與安全生產 59結論與建議 60結論 60建議 60致謝 61參考文獻 62word文檔可自由復制編輯1緒論1.1基坑工程發(fā)展簡況基坑工程主要包含巖土工程勘察、基坑支護結構的設計和施工、地下水控制、基坑土方開挖、工程監(jiān)測和周圍環(huán)境保護等內容，通常有開挖和支護系統(tǒng)兩大工藝體系，其主要作用是為各種建筑物和構筑物的地下結構施工創(chuàng)造條件。近30年來，隨著我國城市建設的迅猛發(fā)展，高層、超高層建筑不斷涌現，地鐵車站、鐵路客站、明挖隧道、市政廣場、橋梁基礎等各類大型工程日益增多，地下空間開發(fā)規(guī)模越來越大，都極大地推動了基坑工程理論和技術水平的快速發(fā)展，在基坑支護結構、地下水控制、基坑監(jiān)測、信息化施工、環(huán)境保護等諸多方面呈現出過去難以涉獵的新特點以及前所未有的新趨勢。（1）基坑尺度大深化近年來我國基坑深度已發(fā)展至30m以上，如上海市地下空間開發(fā)面積達10~30萬平方米的地下綜合體項目近年來多達幾十個，基坑開挖面積一般可達2~6萬平方米，如上海仲盛廣場基坑開挖面積為5萬平方米；天津市117大廈基坑面積為9.6萬平方米，上海虹橋綜合交通樞紐工程開挖面積達35萬平方米等；基坑的深度也越來越深，一般基坑深度為16~25米以上，如天津津塔挖深23.5米，蘇州東方之門最大挖深22米，而上海世博（2）變形控制嚴格化大量的基坑工程主要集中在繁華市區(qū)，由于周圍存在建筑物、地下管線、既有隧道、道路橋梁等復雜環(huán)境條件，流變性土體、高地下水位等不良地質條件，使得這些基坑工程不僅要保證支護結構及基坑本身的安全，還要嚴格控制基坑開挖引起的周圍土體變形，以保證鄰近建筑物和構筑物的安全和正常使用。隨著對位移要求越來越嚴格，基坑工程正在從傳統(tǒng)的穩(wěn)定控制設計向以變形控制設計方向發(fā)展。（3）支護形式多樣化基坑的支護形式已從早期的放坡開挖，發(fā)展至現在的多種支護方式。目前常用支護形式主要有：放坡開挖；土釘墻支護和復合土釘墻支護；懸臂式排樁墻支護結構；內撐式排樁墻支護結構；錨拉式排樁墻支護結構；水泥土重力式支護結構；型鋼水泥土墻支護結構；地下連續(xù)墻支護結構；組合型支護結構等。（4）施工監(jiān)控信息化目前基坑監(jiān)測技術已從原來的單一參數人工現場監(jiān)測，發(fā)展到現在的多參數遠程監(jiān)測。在基坑施工過程中，根據檢測結果，以正確方便地評價出當前基坑的安全等級，然后根據這些評判結果，采取相應的工程措施，及時指導施工，減少工程失效概率，確保工程安全、順利的進行，施工監(jiān)控信息化愈顯重要。隨著基坑開挖深度和規(guī)模的增大，基坑工程的難度更加突出。近些年來，基坑工程在技術上取得了長足的進步，但也有不少失敗的案例，輕則造成鄰近建筑物開裂、傾斜，道路沉陷、開裂，地下管線錯位，重則造成鄰近建筑物倒塌和人員傷亡，不但延誤了工期，而且產生了不良的社會影響。究其原因，在地質勘察、設計計算、施工和監(jiān)測等方面均存在不足，這些對基坑工程的進一步發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。1.2基坑工程概述1.2.1基坑工程支護體系的效用和要求基坑工程支護體系的效用是：提供基坑土方開挖和地下結構工程施工作業(yè)的空間，并控制土方開挖和地下結構工程施工對周圍環(huán)境可能造成的不良影響。為滿足上述效用，對基坑工程支護體系有如下要求：（1）在土方開挖和地下結構工程施工過程中，基坑四周邊坡穩(wěn)定，提供足夠的土方開挖和地下結構工程施工的空間，而且支護體系的變形也不會影響土方開挖和地下結構工程施工。（2）土方開挖和地下結構工程施工范圍內的地下水位降至利于土方開挖和地下結構工程施工的水位。（3）因地制宜控制支護體系的變形，控制坑外地基中地下水位，控制由支護體系的變形、基坑挖土卸載回彈、坑內外地下水位變化、抽水可能造成的土地流失等原因造成的基坑周圍地基的附加沉降和附加水平位移。（4）當基坑緊鄰市政道路、管線、周邊建筑物和構筑物時，應嚴格控制基坑支護體系可能產生的變形，嚴格控制坑外地基中地下水位可能產生的變化范圍。（5）對基坑支護體系允許產生的變形量和坑外地基中地下水位允許的變化范圍應根據基坑周圍環(huán)境保護要求確定。1.2.2基坑工程的主要特點（1）基坑支護體系是臨時結構，具有較大的風險性。除少數基坑支護結構同時用作地下結構的“二墻合一”支護結構外，基坑支護結構一般是臨時結構。臨時結構與永久性結構相比，設計標準考慮的安全儲備較小，因此基坑工程具有較大的風險性，對設計、施工和管理各個環(huán)節(jié)提出了更高的要求。（2）巖土工程條件區(qū)域性強。場地工程地質條件和水文地質條件對基坑工程性狀具有極大的影響。軟粘土地基、砂性土地基、黃土地基等地基中的基坑工程性狀差別很大。同時軟粘土地基，天津、上海、杭州、寧波、溫州、福州、湛江、昆明等各地軟粘土地基性狀也有較大差異。地下水，特別是承壓水對基坑工程性狀影響差異也很大。基坑工程具有很強的區(qū)域性。（3）環(huán)境條件影響大?；庸こ滩粌H與場地工程地質條件和水文地質條件有關，還與周圍環(huán)境條件有關。如周圍環(huán)境條件較復雜，需要保護周圍的地下周邊的建筑物和構筑物，需要嚴格控制支護結構體系的變形，基坑工程設計需要按變形控制設計。如基坑處在空曠處，支護結構體系的變形不會對周邊環(huán)境產生不良影響，基坑工程設計可按穩(wěn)定控制設計。基坑工程設計程序一定要重視周邊環(huán)境條件的影響。（4）時空效應強?；庸こ炭臻g大小和形狀對支護體系受力具有較大影響，基坑土方開挖順序對基坑支護體系受力也具有較大影響，因此基坑工程的時空效應強。土具有蠕變性，隨著蠕變的發(fā)展，變形增大，抗剪強度降低，因此基坑工程具有時間效應。在基坑支護設計和土方開挖中要重視和利用基坑工程時空效應。（5）設計計算理論不完善，需重視概念設計理念。作用在支護結構上的主要荷載是土壓力。一方面，作用在支護結構上的土壓力大小與土的抗剪強度、支護結構的位移、作用時間等因素有關，很復雜，加之基坑支護結構本身又是一個很復雜的體系，基坑支護結構設計計算理論不完善，基坑支護結構設計中應重視概念設計理論；另一方面，基坑支護設計中不僅涉及土力學中穩(wěn)定、變形和滲流三個基本課題，而且涉及巖土工程和結構工程兩個學科?；又ёo結構體系受力復雜，要求設計人員系統(tǒng)地掌握巖土工程和結構工程方面的知識。（6）系統(tǒng)性強?；又ёo結構設計，支護結構施工，土方開挖，地下結構施工是一個系統(tǒng)工程。支護結構設計應考慮施工條件的許可性，盡量便于施工。支護結構設計應對基坑工程施工組織提出要求，對基坑監(jiān)測和變形允許值提出要求?；庸こ绦枰訌姳O(jiān)測，實行信息化施工。（7）環(huán)境效應強。基坑支護體系的變形和地下水位下降都可能對基坑周邊的道路、地下管線和建筑物產生不良影響，嚴重的可能導致破壞。基坑工程環(huán)境效應，設計和施工一定要予以重視。1.2.3基坑支護形式分類及適用范圍在基坑工程中應用的支護形式很多，對基坑支護工程形式進行合理分類中，包括各種支護形式是很困難的。這里將基坑工程常用的支護形式分為下述四大類：（1）放坡開挖及簡易支護放坡開挖及簡易支護的支護形式主要包括：放坡開挖；放坡開挖為主，輔以坡腳采用短樁、隔板及其他簡易支護；放坡開挖為主，輔以噴錨網加固等，如圖1-1所示。（a）放坡開挖（b）放坡開挖和簡易木樁圍護圖1-1放坡開挖及簡易支護（2）加固邊坡土體形成自立式支護對基坑邊坡土體進行土質改良或加固，形成自立式支護。包括：水泥土重力式支護結構；各類加筋水泥土墻支護結構；土釘墻支護結構；復合土釘墻支護結構；凍結法支護結構等，如圖1-2所示。（a）復合土釘墻支護結構（b）下段重力式擋土墻支護圖1-2加固邊坡土體形成自立式支護（3）擋墻式支護結構擋墻式支護結構又可分為懸臂式擋墻式支護結構、內撐式擋墻式支護結構和錨拉式擋墻式支護結構三類。另外還有內撐與錨拉相結合擋墻式支護結構等形式。擋墻式支護結構中常用的擋墻形式有：排樁墻、地下連續(xù)墻、板樁墻、加筋水泥土墻等。排樁墻中常采用的樁型有：鉆孔灌注樁、沉管灌注樁等，也有采用大直徑薄壁筒樁、預制樁等不同樁型。（4）其他形式支護結構其他形式支護結構常用形式有：門架式支護結構、重力式門架支護結構、拱式組合型支護結構、沉井支護結構等。每種支護形式都有一定的適用范圍，而且隨工程地質和水文地質條件，以及周圍環(huán)境條件的差異，其合理支護高度可能產生較大的差異。如：當土質較好，地下水位以上十多米深的基坑可能采用土釘墻支護，而軟粘土地基土釘墻支護極限高度只有5m左右，且變形較大。常用基坑支護形式分類及適用范圍如表1.1所示。對表中提及的適用范圍應慎重，應根據當地經驗合理選用。表1.1常用基坑支護形式分類及適用范圍類別支護形式適用范圍備注放坡開挖及簡易支護放坡開挖地基土質較好，地下水位低，或采取降水措施，以及施工現場有足夠放坡場所的工程。允許開挖深度取決于地基土的抗剪強度和邊坡坡度費用較低，條件許可時采用放坡開挖為主，輔以坡腳采用短樁、隔板及其他簡易支護基本同放坡開挖。坡腳采用短樁、隔板及其他簡易支護，可減小放坡占用場地面積，或提高邊坡穩(wěn)定性放坡開挖為主，輔以噴錨網加固基本同放坡開挖。噴錨網主要用于提高邊坡表層土體穩(wěn)定性加固邊坡土體形成自立式圍護加固邊坡土體形成自立式圍護水泥土重力式支護結構可采用深層攪拌法施工，也可采用旋噴法施工。適用土層取決于施工方法。軟粘土地基中一般用于支護深度小于6m的基坑可布置成格柵狀，支護結構寬度較大，變形較大加筋水泥土墻支護結構基本同水泥土重力式支護結構，一般用于軟粘土地基中深度小于6m的基坑常用型鋼、預制鋼筋混凝土T形樁等加筋材料。采用型鋼加筋需考慮回收土釘墻支護結構一般適用于地下水位以上或降水后的基坑邊坡加固。土釘墻支護臨界高度主要與地基土體的抗剪強度有關。軟粘土地基中應控制使用，一般可用于深度小于5m、而且可允許產生較大的變形的基坑可與錨、撐式排樁墻支護聯合使用，用于淺層支護復合土釘墻支護結構基本同土釘墻支護結構復合土釘墻形式很多，應具體情況，具體分析凍結法支護結構可用于各類地基應考慮凍融過程中對周圍的影響，全過程中電源不能中斷，以及工程費用等問題擋墻式支護結構懸臂式排樁墻支護結構基坑深度較淺，而且可允許產生較大變形的基坑。軟粘土地基中一般用于深度小于6m的基坑常輔以水泥土止水帷幕排樁墻加內撐式支護結構適用范圍廣，可適用于各種土層和基坑深度。軟粘土地基中一般用于深度大于6m的基坑常輔以水泥土止水帷幕地下連續(xù)墻加內撐式支護結構適用范圍廣，可適用于各種土層和基坑深度。一般用于深度大于10m的基坑加筋水泥土墻加內撐式支護結構適用土層取決于形成水泥土施工方法。SMW工法三軸深層攪拌機械不僅適用于粘性土層，也能用于砂性土層的攪拌；TRD工法則適用于各種土層，且形成的水泥土連續(xù)墻水泥土強度沿深度均勻，水泥土連續(xù)墻連續(xù)性好，加固深度可達60m采用型鋼加筋需考慮回收。TRD工法形成的水泥土連續(xù)墻連續(xù)性好，止水效果好排樁墻加錨拉式支護結構砂性土地基和硬粘土地基可提供較大的錨固力。常用于可提供較大的錨固力地基中的基坑?；用娣e大，優(yōu)越性顯著；采用漿囊式錨桿可用于軟粘土地基盡量采用可拆式錨桿地下連續(xù)墻加錨拉式支護結構常用于可提供較大的錨固力地基中的基坑?；用娣e大，優(yōu)越性顯著其他形式支護結構門架式支護結構常用于開挖深度已超過懸臂式支護結構的合理支護深度，但深度也不是很大的情況。一般用于軟粘土地基中深度7m~8m，而且可允許產生較大的變形的基坑重力式門架支護結構基本同門架式支護結構對門架內土體采用深層攪拌法加固拱式組合型支護結構一般用于軟粘土地基中深度小于6m、而且可允許產生較大的變形的基坑輔以內支撐可增加支護高度、減小變形沉井支護結構軟土地基中面積較小且呈圓形或矩形等較規(guī)則的基坑1.3排樁支護體系概述排樁圍護體是利用常規(guī)的各種樁體，例如鉆孔灌注樁、挖孔樁、預制樁及混合式樁等并排連續(xù)起來形成的地下擋土結構。1.3.1排樁圍護體的種類與特點按照單個樁體成樁工藝的不同，排樁圍護體樁型大致有以下幾種：鉆孔灌注樁、預制混凝土樁、挖孔樁、壓漿樁、SMW工法（型鋼水泥土攪拌樁）等。這些單個樁體可在平面布置上采取不同的排列形式形成擋土結構，來支擋不同地質和施工條件下基坑開挖時的側向水土壓力。圖1-3中列舉了幾種常用排樁圍護體形式。其中，分離式排列適用于無地下水位較深，土質較好的情況。在地下水位較高時應與其它防水措施結合使用，例如在排樁后面另行設置止水帷幕。一字形相切或搭接排列式，往往因在施工中樁的垂直度不能保證及樁體擴頸等原因影響樁體搭接施工，從而達不到防水要求。當為了增大排樁圍護體的整體抗彎剛度時，可把樁體交錯排列，見圖1-3（c）所示。有時因場地狹窄等原因，無法同時設置排樁和止水帷幕時，可采用樁與樁之間咬合的形式，形成可起到止水作用的排樁圍護體，圖1-3（d）所示。相對于交錯式排列，當需要進一步增大排樁的整體抗彎剛度和抗側移能力時，可將樁設置成為前后雙排，將前后排樁樁頂的帽梁用橫向連梁連接，就形成了雙排門架式擋土結構，圖1-3（e）所示。有時還將雙排樁式排樁進一步發(fā)展為格柵式排列，在前后排樁之間每隔一定的距離設置橫隔式的樁墻，以尋求進一步增大排樁的整體抗彎剛度和抗側移能力設置。（a）分離式排樁；（b）相切式排樁；（c）交錯式排列（d）咬合式排樁；（e）雙排式排樁；（f）格柵式排列圖1-3排樁圍護體的常見形式因此，除具有自身防水的SMW樁型擋墻外，常采用間隔排列與防水措施結合，具有施工方便，防水可靠，成為地下水位較高軟土地層中最常用的排樁圍護體形式。1.3.2排樁圍護體的止水對圖1-3所示的各種形式，僅圖1-3（d）所示的咬合式排樁兼具止水作用，其它形式都沒有隔水的功能。當在地下水位高的地區(qū)應用除咬合樁排樁以外的排樁圍護體時，還需另行設置止水帷幕。最常見的止水帷幕是采用水泥攪拌樁（單軸、雙軸或多軸）相互搭接、咬合形成一排或多排連續(xù)的水泥土攪拌樁墻，由于攪拌均勻的水泥土滲透系數很小，可作為基坑施工期間的止水帷幕。止水帷幕應設置在排樁圍護體背后，如圖1-4（a）所示。當因場地狹窄等原因，無法同時設置排樁和止水帷幕時，除可采用咬合式排樁圍護體外，也可采用圖1-4（b）所示的方式，在兩根樁體之間設置旋噴樁，將兩樁間土體加固，形成止水的加固體。但該方法常因樁距大小不一致和旋噴樁沿深度方向因土層特性的變化導致的旋噴樁體直徑不一而導致滲漏水。此時，也可采用圖1-4（c）、（d）所示的咬合型止水，其中圖1-4（c）中，先施工水泥土攪拌樁，在其硬結之前，在每兩組攪拌樁之間施工鉆孔灌注樁，因灌注樁直徑大于相鄰兩組攪拌樁之間凈距，因此可實現灌注樁與攪拌樁之間的咬合，達到止水的效果；而在圖1-4（d）中，則是利用先后施工的灌注樁的混凝土咬合，達到止水的目的。當采用雙排樁時，視場地條件，可在雙排樁之間或之后設置水泥攪拌樁止水帷幕，分別于圖1-4（e）、（f）所示。（a）連續(xù)型止水；（b）分離式止水；（c）咬合型止水形式1（d）咬合型止水形式2；（e）雙排樁止水帷幕形式1；（f）雙排樁止水帷幕形式2圖1-4排樁圍護體的止水措施采用水泥攪拌樁排樁止水帷幕相對比較經濟，按一般的工程經驗，該法在基坑深度為9~10以內時，通常只需設一排攪拌墻止水，當深度超過10m或環(huán)境條件有特殊要求時，可增至2排攪拌樁，甚至在鉆孔樁之間再補以壓密注漿。目前國內深層攪拌樁成樁深度一般不超過15~18m，所以，對于防滲深度超過此施工限制時，需另外選擇止水措施，例如采用三軸SMW工法，目前國內施工深度可達35m左右，近期引進了日本的新設備，例如可逐節(jié)接長鉆桿的超深SMW工法，成墻深度可達60m，以及TRD工法，成墻深度也可達60m以上?？?jié)B墻的深度應根據抗?jié)B流或抗管涌穩(wěn)定性計算確定，墻底通常應進入不透水層3m~4m，并應滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求。防滲墻應貼近圍護墻，其凈距不宜大于200mm。帷幕墻頂面及與圍護墻之間的地表面應設置混凝土封閉面層，防止地表水滲入，當土層的滲透性較大且環(huán)境要求嚴格時，宜在防滲墻與圍護墻之間注漿，防滲墻的滲透系數不宜大于10-6cm/s。滲透系數應根據不同的地質條件采用不同的水泥含量，經試驗確定，常用的水泥含量為10%~12%1.3.3排樁圍護體的應用排樁圍護體與地下連續(xù)墻相比，其優(yōu)點在于施工工藝簡單，成本低，平面布置靈活，缺點是防滲和整體性較差，一般適用于中等深度（6~10m）的基坑圍護，但近年來也應用于開挖深度20m以內的基坑。其中壓漿樁適用的開挖深度一般在6m以下，在深基坑工程中，有時與鉆孔灌注樁結合，作為防水抗?jié)B措施，見圖1-4d。采用分離式、交錯式排列式布樁以及雙排樁時，當需要隔離地下水時，需要另行設置止水帷幕，這是排樁圍護體的一個重要特點，在這種情況下，止水帷幕防水效果的好壞，直接關系到基坑工程的成敗，須認真對待。非打入式排樁圍護體與預制式板樁圍護體相比，有無噪聲、無振害、無擠土等許多優(yōu)點，從而日益成為國內城區(qū)軟弱地層中中等深度基坑（6~15m）圍護的主要形式。鉆孔灌注樁排樁圍護體最早在北京、廣州、武漢等地使用，以后隨著防滲技術的提高，鉆孔灌注樁排樁圍護體適用的深度范圍已逐漸被突破。如上海港匯廣場基坑工程，開挖最深達15m之多，采用1000φφ鉆孔圍護樁及兩排深層攪拌樁止水的復合式圍護，取得了較好的效果。此外，天津仁恒海河廣場，基坑開挖深度達17.5m，采用1φ1200鉆孔圍護樁，并采用三軸水泥攪拌樁機設置了1850@650、33m深止水帷幕（止水帷幕截斷第一承壓含水層），工程也獲得了很好的效果。SMW（SoilMixingWall）工法在日本東京大阪等軟弱地層中的應用非常普遍，適應的開挖深度已達幾十米，與裝配式鋼結構支撐體系相結合，工效較高。在引進改工法的初期，由于該工法由于鉆機深度所限（<20m），所以在國內應用較少。1994年，同濟大學會同上?；A工程有限公司把該工法首次應用于上海軟弱地層（上海環(huán)球世界廣場，基坑深8.65m，樁長18m）取得了成功的經驗，隨著施工機械的發(fā)展，該工法正逐漸被推廣使用。目前國內施工深度可達35m左右，近期引進了日本的新設備，成墻深度可達60m。挖孔樁常用于軟土層不厚的地區(qū)，由于常用的挖孔樁樁直徑較大，在基坑開挖時往往不設支撐。當樁下部有堅硬基巖時，常采用在挖孔樁底部加設巖石錨桿使基巖受力為一體，這類工程實例在我國東南沿海地區(qū)也有報道。壓漿樁也稱樹根樁，其直徑常<400mm，有時也稱為小口徑混凝土灌注樁，它除了具有一定的強度外，還具有一定的抗?jié)B漏能力。1.4本設計的主要內容及技術流程圖1.4.1本設計的主要內容首先收集并熟悉基坑支護的相關資料，簡介各種基坑支護結構，重點為排樁支護結構。接著介紹蘭州某基坑的工程概況，并用朗肯土壓力理論和圓弧條分法分別計算基坑邊坡土壓力和穩(wěn)定性，從而決定采用排樁支護形式對基坑邊坡進行支護。在排樁支護結構中，應確定排樁嵌固深度、樁徑與樁距、樁截面配筋等，并設計止水帷幕。在完成排樁支護設計后應驗算支護后穩(wěn)定性是否滿足要求，包括支護后整體穩(wěn)定性驗算、基坑底部土體抗隆起穩(wěn)定性驗算和抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算。最后做出簡要的施工方案和監(jiān)測方案。1.4.2技術流程圖技術流程圖如圖1-3所示。緒論緒論工程概況土壓力計算分析主動土壓力計算被動土壓力計算支護前穩(wěn)定性分析排樁支護結構設計嵌固深度設計樁徑與樁距設計樁截面配筋設計止水帷幕設計支護后穩(wěn)定性驗算施工方案和監(jiān)測方案圖1-3技術流程圖2工程概況2.1工程簡介擬建蘭州某基坑位于蘭州市城關區(qū)繁華地段的南關什字東南角，是蘭州市標志性建筑物；北臨慶陽路、西接酒泉路、南靠中街子、東鄰蘭州交通銀行（15F）及其配套附屬用房（8F）和地下設備用房。由蘭州民百集團股份有限公司投資建設，占地面積78m×115m，設計主樓56層，裙樓12層，設3層地下室。建筑場地現狀地面絕對標高在1520.22m～1521.34m，設計正負0.000標高為1521.10m，基坑實際開挖深度可統(tǒng)一按12m考慮?；又車械缆泛痛罅抗芫€分布，且部分地段相鄰地下室或地下通道，整個基坑規(guī)模較大，長×寬約為120m×70m，周長約為400m工程設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為甲級。地下室頂板作為上部結構的嵌固端。根據抗震規(guī)范，抗震設防烈度為八度，設計基本地震加速度值為0.20g，多遇地震下水平地震影響系數最大值為0.16，設計地震分組為第三組，場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.45s。而《場地安全性評定報告》中多遇地震下水平地震影響系數最大值為0.23，特征周期為0.35s，房屋面標高以下部分的結構抗震設防類別為重點設防類別。風荷載取100年重現期的基本風壓0.35kN/m2，地面粗糙度為B類。2.2工程地質條件蘭州處于青藏高原隆起的東北邊緣地帶，為第四紀相對較活動的區(qū)域，但位于輕微凹陷的蘭州-通渭盆嶺帶的中西部，在晚第三紀至更早世時期處于平原化過程，第三紀剝蝕發(fā)育，主要堆積物為第三系砂巖、泥巖，厚度達1850米擬建場地地貌單元上劃屬黃河南岸Ⅱ級階地。地面標高變化不大。地層主要由雜填土、黃土狀粉土、卵石及砂巖構成，地層巖性特征從上而下依次為：（1）層雜填土：層厚0.50~3.20米（2）黃土層狀粉土：層厚0.8~4.0米，層頂埋深0.50~3.20（3）卵石：層厚3.90~7.60米，層頂埋深3.80~5.50米，青灰色，圓形-亞圓形，中密-密實狀態(tài)，濕。卵石顆粒相互之間交錯排列，單粒結構，磨圓性好，級配交均勻，顆粒粒徑在2cm~（4）粉砂：層厚0.10~2.90米，層頂埋深3.20~9.80（5）砂巖：揭露層厚4.30~12.0米，層頂埋深7.30~12.0米。橘紅色或棕紅色，成分以石英、長石為主，中厚層，中密狀態(tài)，濕，中-場地地下水屬潛水類型，主要含水層為卵石層，下部第三系砂巖為隔水底板。地下水水量較豐富，流向自西南至東北，實測穩(wěn)定水位埋藏深度4.50~6.30米，年水位變化幅度約為0.5~1.0場地主要含水層卵石層滲透系數為30米/2.3結構體系和布置2.3.1結構體系針對建筑的平立面特點和使用功能，考慮到項目所在地屬于高烈度區(qū)，塔樓采用了矩形鋼管混凝土柱-鋼梁-鋼骨混凝土核心筒結構體系。核心筒作為主要的抗側力體系，能夠有效地抵抗水平方向的地震作用和風荷載。外框架不僅提供抗側力作用，同時也能配合建筑立面的要求。主屋面與停機坪之間樓層高15.30m，為了減小柱子的計算長度，經與建筑專業(yè)溝通，沿著豎向每隔5.10m周邊斜柱設置一圈邊梁，同時在斜柱和核心筒之間設置拉梁，形成整體結構。2.3.2結構布置樓面鋼梁單向布置，與外圍框架柱之間采用剛接，與核心筒之間采用鉸接。地面以上樓板可根據當地施工水平和材料價格等綜合考慮，從現澆鋼筋混凝土樓板或鋼筋桁架自承式組合樓板系統(tǒng)中選用一種。在裙房和塔樓頂部樓板開洞較大的樓層，樓面梁之間增設樓面水平斜撐，以有效傳遞水平荷載。塔樓核心筒采用鋼筋混凝土內筒。塔樓外圍框架柱在地下室范圍內采用型鋼混凝土柱，出地面后采用方鋼管柱。建筑立面要求柱子是方的，同時考慮到柱子與平面鋼梁及斜支撐連接的便捷性，外圍柱采用方鋼管混凝土柱，內灌密實高強混凝土。為增強鋼管內壁與混凝土之間的粘結，強化鋼管對內部混凝土的約束作用，并延緩管壁鋼板的局部屈曲，在截面尺寸較大的鋼管混凝土柱內壁設置縱向加勁肋或栓釘。裙房入口處建筑立面存在一個斜切面，塔樓頂部層46起對稱設有2個斜切面，結合立面效果在斜切面上布置斜框架柱。為更好發(fā)揮建筑的使用功能，增加下部商場的使用空間，層12通過設置桁架轉換進行軸柱轉換。3土壓力計算分析3.1概述隨著城市高層建筑越來越多，城市建筑基坑設計也越來越深，為了維護基坑開挖邊坡的穩(wěn)定，常需要設置臨時性或永久性的支護體系。作用于支護結構上的荷載主要有土壓力和水壓力，而土壓力是主要的荷載，特別是在大型深基坑的開挖中能較正確地估計土壓力，對于確保工程的順利施工具有十分重要的意義。土壓力是指支擋結構后的土體因自重或外荷載作用對支護結構體產生的側壓力。由于土壓力是支擋結構的主要外荷載，因此在基坑支護設計時首先要確定土壓力的性質、大小、方向和作用點。3.1.1土壓力的類型根據支護結構的位移方向和大小的不同，將存在有三種不同極限狀態(tài)的土壓力，如圖3-1所示。一般分為：靜止土壓力、主動土壓力與被動土壓力。(a)(b)(c)（a）靜止土壓力；（b）主動土壓力；（c）被動土壓力圖3-1三種不同極限狀態(tài)的土壓力（1）靜止土壓力。當支擋結構在土壓力作用下靜止不動，土體處于彈性平衡狀態(tài)時，作用于支擋結構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，墻體的變形很小，可以忽略不計，此時作用于墻上的土壓力可認為是靜止土壓力，通常用E0來表示，如圖3-1a所示。（2）主動土壓力。當支擋結構在土壓力的作用下，將向基坑內移動或繞前趾向基坑內轉動，隨著位移的增加，土體中的應力差將隨之加大，則作用于擋土結構的土壓力就逐漸減小。當位移達到一定量值時，其后土體開始形成滑裂面，應力達到極限平衡狀態(tài)，這時作用于支擋結構上的土壓力處于最小值，稱為主動土壓力，通常用Ea來表示，如圖3-1b所示。進入主動土壓力狀態(tài)的位移量一般是比較小的，表3-1列出了位移的參考值。表3-1產生主動和被動土壓力所需要的位移量土類應力狀態(tài)位移形式所需位移量砂土主動平移0.001h被動平移0.001h主動繞前趾轉動0.05h被動繞前趾轉動0.1h粘土主動平移0.004h被動繞前趾轉動0.004h（3）被動土壓力。當支擋結構在外荷載作用下（如支撐于其上的拱結構、支撐等的推力等），將向填土方向移動或轉動。隨著位移的增加，土體阻止其變位的抗力將增加，應力水平隨之提高，使作用于結構上的土壓力逐漸增加。當位移達到一定量值時，則土體中亦將形成一個滑裂面，應力達到極限平衡，這時作用于支擋結構上的土壓力處于最大值，稱為被動土壓力，通常用Ep來表示，如圖3-1c所示。進入被動土壓力狀態(tài)的位移量比主動狀態(tài)要大得多。表3-1給出了粘土進入被動狀態(tài)時的位移參考值。3.1.2土壓力與位移的關系在基坑工程中，主動土壓力極限狀態(tài)一般較易達到，而達到被動土壓力極限狀態(tài)則需要較大的土體位移，如圖3-2所示。因此，應根據圍護墻與土體的位移情況和采取的施工措施等因素確定土壓力的計算狀態(tài)。設計時的土壓力取用值應根據圍護墻與土體的位移情況分別取主動土壓力極限值、被動土壓力極限值或主動土壓力提高值、被動土壓力降值低（如采用彈性地基反力）等。對于無支撐或錨桿的基坑支護(如板樁、重力式擋墻等)，其土壓力通常可以按極限狀態(tài)的主動土壓力進行計算；當對支護結構水平位移有嚴格限制時，如出于環(huán)境保護要求對基坑變形有嚴格限制，采用了剛度大的支護結構體系或本身剛度較大的圓形基坑支護結構等，墻體的變位不容許土體達到極限平衡狀態(tài)，此時主動側的土壓力值將高于主動土壓力極限值。對此，設計時宜采用提高的主動土壓力值，提高的主動土壓力強度值理論上介于主動土壓力強度Pa與靜止土壓力強度P0之間。對環(huán)境位移限制非常嚴格或剛度很大的圓形基坑，可將主動側土壓力取為靜止土壓力值。基坑支護中的土壓力計算與剛性擋墻后土有諸多相似與不同之處：基坑支護中土多為原狀土，而非可選擇的回土；基坑開挖是一個卸載的過程，導致一般土工試驗由加載得出的土的強度指標可能不適用；基坑開挖一般不是二維問題，而是有很強的空間性；基坑中地下水導致土側壓力計算的不確定、土抗剪強度的降低甚至直接導致基坑失事等。同時，又由于深基坑支護結構常采用的支護方式都屬于柔性圍護墻，其剛度較小，墻體在側向土壓力的作用下會發(fā)生明顯撓曲變形，因而會影響土壓力的大小和分布。對于這種類型的圍護墻，墻背受到的土壓力成曲線分布，在一定條件下計算時可簡化為直線分布。圖3-2土壓力與支護結構水平位移的關系3.2朗肯土壓力理論1857年英國學者朗肯（Rankine）從研究彈性半空間體內的應力狀態(tài)，根據支擋結構的移動方向，由土體內任一點的極限平衡狀態(tài)推導出了作用于支擋結構上的土壓力的方法，又稱為極限應力法。該理論做如下假定：（1）墻身是剛性的，不考慮墻身的變形；（2）墻后填土延伸到無限遠處，填土表面水平（β=0）；（3）墻背垂直光滑（墻與垂向夾角ε=0，墻與土的摩擦角δ=0）。3.2.1朗肯主動土壓力朗肯主動土壓力強度ea計算公式如下：對無粘性土ea=Kaγz（3-1）對粘性土ea=Kaγz-2c（3-2）式中，Ka為主動土壓力系數，Ka=tan2(45°-)；其余符號同前。無粘性土主動土壓力為：Ea=γH2Ka(3-3)由式（3-2）知，粘性土的主動土壓力由兩部分組成：一部分為土重產生的土壓力，即γzKa；另一部分是由內聚力c引起的負側壓力，即2c，這兩部分土壓力疊加的結果如圖3-3所示?？煽闯鰞身椫褪沟脡笸翂毫υ趜0深度以上出現負值，即拉應力，但實際上墻與土在很小的拉力作用下就會脫開，出現深度為z0的裂縫，因此，在z0以上可認為土壓力為零，z0以下，土壓力強度按三角形分布，令式（3-2）中ea=0，可解得：z0=(3-4)總主動土壓力Ea應為三角形的面積，即：Ea=γH2Ka-2cH+c（3-5）（a）（b）（c）（a）主動土壓力；（b）無粘性土；（c）粘性土圖3-3主動土壓力強度分布圖3.2.2朗肯被動土壓力如圖3-4所示，被動土壓力強度ep為：ep=σzKp+2c（3-6）Kp=tan2（45°+）（3-7）式中，Kp為被動土壓力系數。朗肯土壓力理論是庫侖土壓力理論的一個特例，但由于朗肯土壓力理論計算方便，便于工程實際，故目前工程中，對作用于支擋結構上的土壓力，絕大多數是采用朗肯土壓力理論進行計算的。無粘性土的被動土壓力為：Ep=γH2Kp（3-8）粘性土的被動土壓力為：Ep=γH2Kp+2cH（3-9）其形心位置距底面的距離為。朗肯土壓力理論應用半空間中的應力狀態(tài)和極限平衡理論的概念比較明確，公式簡單便于記憶，對于無粘性土和粘性土都可以用該公式直接計算，應用較廣。但其忽略了墻背與填土間的摩擦影響，因此計算的主動土壓力偏大，被動土壓力偏小。（a）(b)(c)（a）被動土壓力；（b）無粘性土；（c）粘性土圖3-4被動土壓力強度分布圖3.3土壓力計算基坑BC端開挖深度為12m，下部基巖為性質較差的無膠結風化砂巖。各土層的厚度如圖3-5所示。3.3.1土壓力系數計算3.3.2局部荷載作用影響范圍若填土表面有有局部荷載q作用時，則q對墻背產生的附加土壓力強度值仍可用朗肯公式計算，即paq=qKa，但其分布范圍缺乏在理論上的嚴格分析。一種近似方法認為，地面局部荷載產生的土壓力是沿平行于破裂面的方向傳遞至墻背上的。z1=tan(45°+)×8.64=14.97mz2=tan(45°+)×20.14=34.88m由于本設計開挖深度為12m，故不考慮局部荷載的影響。3.3.3主動土壓力計算圖3-5各土層厚度3.3.4被動土壓力計算3.3.5水壓力計算4支護前穩(wěn)定性分析4.1概述基坑工程的設計計算一般包括三方面的內容，即穩(wěn)定性驗算、支護結構強度設計和基坑變形計算。穩(wěn)定性驗算是指分析基坑周圍土體或土體與圍護體系一起保持穩(wěn)定性的能力；支護結構強度設計是指分析計算支護結構的內力使其滿足構件強度設計的要求；變形計算的目的是為了控制基坑開挖對周邊環(huán)境的影響，保證周邊相鄰建筑物、構筑物和地下管線等的安全?；舆吰碌钠露忍?，圍護結構的插入深度太淺，或支撐力不夠，都有可能導致基坑喪失穩(wěn)定性而破壞。基坑的失穩(wěn)破壞可能緩慢發(fā)展，也有可能突然發(fā)生。有的有明顯的觸發(fā)原因，如振動、暴雨、超載或其他人為因素，有的卻沒有明顯的觸發(fā)原因，這主要由于土的強度逐漸降低引起安全度不足造成的?；悠茐哪Ｊ礁鶕r間可分為長期穩(wěn)定和短期穩(wěn)定。根據基坑的形式又可分為有支護基坑和無支護基坑破壞。其中有支護基坑圍護形式又可分為剛性圍護、無支撐柔性圍護和帶支撐柔性圍護。各種基坑圍護形式因為作用機理不同，因而具有不同的破壞模式。基坑可能的破壞模式在一定程度上揭示了基坑的失穩(wěn)形態(tài)和破壞機理，是基坑穩(wěn)定性分析的基礎?；拥氖Х€(wěn)形態(tài)歸納為兩類：一、因基坑土體強度不足、地下水滲流作用而造成基坑失穩(wěn)，包括基坑內外側土體整體滑動失穩(wěn)；基坑底土隆起；地層因承壓水作用，管涌、滲漏等等。二、因支護結構(包括樁、墻、支撐系統(tǒng)等)的強度、剛度或穩(wěn)定性不足引起支護系統(tǒng)破壞而造成基坑倒塌、破壞?；拥恼w穩(wěn)定計算，按平面問題考慮，并采用圓弧滑動面計算。對不同情況（如不同設計狀況、不同驗算方法及不同土性指標）的基坑穩(wěn)定性驗算，其危險滑弧均應滿足下式要求：K≤(4-1)式中K—抗力分項系數，其取值應根據地區(qū)經驗加以調整；Md，Mr—作用于危險滑弧面上的總滑動力矩設計值和抗滑力矩標準值，kN.m支護前的基坑穩(wěn)定性分析，按《土力學》的邊坡穩(wěn)定性驗算方法進行驗算。采用圓弧滑動法分析基坑穩(wěn)定性時所需地質資料要能反映基坑頂面以下至少2~3倍基坑開挖深度的工程地質和水文地質條件，因此在驗算時又不同于邊坡穩(wěn)定驗算的圓弧滑動。4.2影響邊坡穩(wěn)定性的因素邊坡的穩(wěn)定是一個比較復雜的問題，影響邊坡穩(wěn)定性的因素較多，主要有以下幾個方面：（1）地形地貌地形地貌與自然邊坡穩(wěn)定性有一定關系。斜坡的坡度、高度和形態(tài)是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。邊坡潛在不穩(wěn)定的地形地貌有：臨空面多的山體、陡崖、陡坡、階地前緣地帶。易受水沖刷的河流凹岸地帶、泉水出露地段。（2）巖土性質邊坡巖土成因類別、礦物成分、原生構造、物理力學性質是影響邊坡（特別是土質邊坡）穩(wěn)定性的重要因素之一。這些性質主要有：巖土的堅硬程度，抗剪強度，抗風化和抗軟化能力，顆粒大小，形狀以及透水性能。其中抗剪強度是控制邊坡穩(wěn)定的主要指標，其它指標是通過改變巖土的抗剪強度而影響邊坡的穩(wěn)定性。（3）巖土結構及構造巖土體的結構面往往是影響巖質邊坡穩(wěn)定的控制因素。巖土體結構面包括層里面、斷層面、節(jié)理面、劈理面、不整合面、風化界面、卸荷裂隙。巖土體結構面性質包括產狀、充填物質、粗糙度、膠結情況及延伸分布等，包括節(jié)理、劈理、裂隙的發(fā)育程度及分布規(guī)律，結構面膠結情況以及軟弱面、破碎帶的分布與斜坡的相互關系，下伏巖土面的形態(tài)和坡向、坡度等。（4）水文地質作用水的作用是影響邊坡穩(wěn)定的一個極為重要的因素，如地下水埋藏條件，流動、潛蝕情況以及動態(tài)變化等，其影響主要表現為：增大滑面上的孔隙水壓力，相應減小了有效應力，降低了滑面上的抗剪強度。軟化巖土體，一定程度降低了巖土抗剪強度，如紅粘土等。增加了土體質量，相應加大了凈滑動力，坡緣垂直張裂縫充水增加滑動推力。易溶礦物或軟弱夾層，在地下水的溶濾作用下，造成化學管涌和機械侵蝕。（5）地震作用地震作用除了巖土體受到地震加速度的作用而增加下滑力外，在地震作用下，巖土中的孔隙水壓力增加和巖土體強度降低對斜坡的穩(wěn)定都不利。（6）氣候作用巖土風化速度、風化層厚度以及巖石風化后的機械變化和化學變化，均與氣候有關。此外氣候引起的降水作用也是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素。（7）風化作用風化作用使巖土的強度減弱，裂隙增加，影響斜坡的形狀和坡度，使地面水易于侵入，改變地下水的動態(tài)等。同時，沿裂隙風化時，可使巖土體脫落或沿斜坡崩塌、堆積、滑移等。（8）人類活動人類活動對邊坡穩(wěn)定性的影響很大。例如：因基坑開挖，人為使邊坡變高變陡而臨空；地下水位下降，基坑周邊巖土體主動土壓力增加；水的滲流可能形成管涌，使周圍土體形成土洞等，導致巖土體失去穩(wěn)定性。4.3基坑支護前穩(wěn)定性計算對于場地條件較好，場地周邊無重要建筑的基坑在基坑開挖施工時往往采用直接放坡的形式進行開挖，開挖形成的邊坡不做任何支擋；而對于場地條件比較復雜，工程重要等級較高的基坑則需對基坑進行支護。但無論采用何種支護方式，必須保證基坑側壁在開挖過程中安全，不會出現滑坡、坍塌等安全事故，因此在對基坑側壁進行穩(wěn)定性評價時，應該對開挖形成的邊坡進行基坑側壁的穩(wěn)定性計算。在本設計中，支護前穩(wěn)定性通過以下方法進行計算。4.3.1軟弱滑動面的確定根據《建筑邊坡工程技術規(guī)范》GB50330—2002，用式4-2進行邊坡塌滑區(qū)估算：L=（4-2）圓弧滑動面的確定如圖4-1所示，首先邊坡塌滑區(qū)與地面線的交點A、C，A為剪出口，C為邊坡塌滑區(qū)，連接AC，作AC的中垂線EF，過C點作鉛垂線CD，實際情況下，滑動面圓弧不可能凹進鉛垂線CD右側，故此在EF線上找一點為圓心O，使能作過A點和C點并與CD線相切的弧。此時過A點、C點和以CD為切線可以位移確定一個圓弧AC，該圓弧面定為軟弱滑動面。4.3.2最小安全系數的計算公式K=（4-3）圖4-1確定圓弧滑動面4.3.3穩(wěn)定性計算在本設計中基坑開挖深度為12m。根據上述方法確定滑動面，圓弧滑動面及半徑的確定如圖4-2所示，用圓弧條分法計算列于表4-1。圖4-2確定圓弧滑動面及半徑表4-1圓弧條分法計算結果編號αi/°土條重量Qi/kNsinαi切向力Ti=Qisinαicosαi法向力Ni=Qicosαitanφi摩阻力Nitanφi總粘聚力cl/kN1234567合計邊坡塌滑區(qū)估算：最小安全系數：由于K=，故土體不穩(wěn)定。應在基坑側壁設置支護結構。5排樁支護結構設計5.1概述排樁支護體系是由排樁、排樁加錨桿或支撐組成的支護結構體系的統(tǒng)稱，其結構類型可分為：懸臂式排樁、錨拉式排樁、支撐式排樁和雙排樁等（如圖5-1所示）。這類支護結構都可用彈性梁與彈性支點法計算模型進行結構分析。排樁支護體系受力明確，計算方法和工程實踐相對熟悉，是目前國內基坑工程中應用最多的支護結構形式之一。（a）(b)(c)(d)（a）懸臂式排樁；（b）錨拉式排樁；（c）支撐式排樁；（d）雙排樁圖5-1排樁支護體系的結構類型排樁平面布置形式一般常采用相隔一定間距的疏排樁布置形式，當基坑需要截水時，可采用排樁與攪拌樁或高壓噴射注漿體相互搭接的組合形式，既作為擋土結構又作為擋水的截水帷幕。排樁平面布置也可采用密排的咬合樁形式，同時用于擋土和截水。排樁通常采用混凝土灌注樁（鉆孔樁、挖孔樁、沖孔樁），也可采用型鋼樁、鋼管樁、鋼板樁、預制樁和預應力管樁等樁型。5.1.1排樁選型和適用范圍（1）選型時應考慮的因素：1）基坑深度；2）土的性狀及地下水條件；3）基坑周邊環(huán)境對基坑變形的承受能力及支護結構一旦失效可能產生的后果；4）主體地下結構及其基礎形式、基坑平面尺寸及形狀；5）支護結構施工工藝的可行性；6）施工場地條件及施工季節(jié)；7）經濟指標、環(huán)保要求和施工工期。（2）排樁支護體系的選型和適用范圍1）錨拉式排樁錨拉式排樁通過對錨桿施加一定的預應力，可使其產生的水平變形較小；錨桿的位置和層數靈活，通過調整錨桿的位置和層數可使支護樁內力分布較均勻；并且在基坑內形成無障礙空間，便于土方開挖運輸和后期主體地下結構施工。當基坑較深或基坑周邊環(huán)境對支護結構位移的要求嚴格時，或基坑平面尺寸寬大，不適宜用支撐式排樁時，可采用錨拉式排樁。雖然錨拉式排樁可以給后期土方開挖與主體結構施工提供很大的便利，但在下列情況下不應采用錨拉式結構：①缺少能對錨桿提供足夠錨固力且不蠕變的土層；②受基坑周邊的建筑物的基礎、地下管線、地下構筑物等的防礙，使錨桿在穩(wěn)定土體內的錨固長度不足；③碎石土、砂土、粉土等土層中地下水位或承壓水頭較高，錨桿成孔不能避免流砂或注漿液不能形成完整的固結體；④錨桿的施工會對基坑周邊建筑物的地基基礎造成損害。另外，錨桿長期留在地下，給相鄰地域的地下空間使用和開發(fā)造成障礙，不符合保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的要求。一些國家在法律上禁止錨桿侵入紅外線之外的地下區(qū)域，但我國大部分地方目前還沒有這方面的限制。為此可采用可回收錨桿。2）支撐式排樁僅從技術角度講，支撐式排樁比錨拉式支擋結構適用范圍要寬得多，支撐式排樁易于控制其水平變形，當基坑較深或基坑周邊環(huán)境對支護結構位移的要求嚴格時，可采用支撐式排樁。但內支撐的設置給后期施工造成很大障礙。所以，當能用其它支護結構形式時，一般不首選支撐式排樁。3）懸臂式排樁懸臂式排樁頂位移較大，內力分布不理想，但可省去錨桿和支撐，當基坑較淺且基坑周邊環(huán)境對支護結構位移的限制不嚴格時，可采用懸臂式排樁。4）雙排樁雙排樁是一種鋼架結構形式，其內力分布特性明顯優(yōu)于單排的懸臂式結構，水平變形也比懸臂式結構小得多，使用的基坑深度比懸臂式結構大一些，但占用場地較寬。當不適合采用其它支護結構形式且在場地條件及基坑深度均滿足要求的情況下，可采用雙排樁。當基坑周邊有受保護的建筑物、地下管線、地下構筑物等時，支護樁的施工應針對受保護對象的特點采取相應措施，不得對其造成損害。5.1.2結構分析方法結構分析應根據支護結構的具體形式與受力、變形特性等因素，采用下列分析方法：（1）平面桿系結構彈性支點法平面桿系結構彈性支點法的分析對象為支護結構本身，不包括土體。土體對支護結構的作用簡化為荷載或約束。把支護樁簡化為豎向的彈性地基梁，一般都按線彈性體考慮，是目前最常用和成熟的支護結構分析方法，適用于大部分支擋式結構。1）錨拉式排樁將整個結構分解為擋土結構（排樁）、錨拉結構（錨桿及腰梁）分別進行分析。排樁宜采用平面桿系結構彈性支點法進行分析。錨拉結構應以擋土結構分析時得出的支點力為荷載計算錨桿及梁的內力。采用該方法對錨拉式排樁進行結構分析時，首先將擋土結構部分（排樁）取作分析對象，采用平面桿系結構彈性支點法按梁進行分析。土和錨桿對排樁的支撐應簡化為彈性支座。腰梁、冠梁的計算較為簡單，只需以擋土結構分析時得出的支點力作為荷載，根據腰梁、冠梁的實際約束情況，按簡支梁或連續(xù)梁算出其內力，將支點力轉換為錨桿軸力。2）支撐式排樁將整個結構分解為擋土結構（排樁）與內支撐結構，分別進行分析。排樁采用平面桿系結構彈性支點法進行分析。內支撐結構可按平面結構進行分析，擋土結構傳至內支撐的荷載應取擋土結構分析時得出的支點力。首先將擋土結構部分（排樁）取作分析對象，采用平面桿系結構彈性支點法按梁進行分析。土和支撐對排樁的支撐應簡化為彈性支座。分解出的內支撐結構按平面結構進行分析，將排樁分析時得出的支點力作為荷載反向加至內支撐上。值得注意的是，將支撐式排樁分解為擋土結構和內支撐結構并分別獨立計算時，在其連接處應滿足變形協(xié)調條件。當計算的變形不協(xié)調時，應調整在其連接處簡化的彈性支座的彈簧剛度等約束條件，直至滿足變形協(xié)調。3）懸臂式排樁、雙排樁懸臂式排樁、雙排樁宜采用平面桿系結構彈性支點法進行結構分析。懸臂式排樁可看作是支撐式和錨拉式排樁的特例，采用平面桿系結構彈性支點法進行結構分析，只是將錨桿或支撐所簡化的彈性支座取消即可。（2）空間結構分析方法當有可靠經驗時，可采用空間結構分析方法對支護結構進行整體結構分析。按空間結構分析時，整體結構的邊界條件應與實際情況一致。（3）結構與土相互作用的分析方法當理論或試驗數據可靠時，可采用結構與土相互作用的分析方法對支護結構與土進行整體分析。5.1.3計算工況支擋式結構設計時應對下列工況進行計算，并應按其中最不利的作用效應進行支護結構設計：（1）基坑開挖至坑底時的受力狀況；懸臂式排樁、雙排樁只需計算該工況；（2）對錨拉式和支撐式支擋結構，基坑開挖至各層錨桿或支撐施工面時的受力狀況；（3）在主體地下結構施工過程中需要以主體結構構件替換支撐或錨桿的受力狀況；此時，主體結構構件應滿足替換后各設計工況下的承載力、變形及穩(wěn)定性要求?；又ёo結構的有些構件，如錨桿與支撐，是隨基坑開挖過程逐步設置的，基坑需按錨桿或支撐的位置逐層開挖。所謂支護結構設計工況，是指設計時就要擬定錨桿和支撐與基坑開挖的關系，需要設計開挖與錨桿或支撐設置的步驟，對每一開挖過程支護結構的受力與變形狀態(tài)進行分析。因此，支護結構施工和基坑開挖時，只有按設計的開挖步驟才能滿足符合設計受力狀況的要求。一般情況下，基坑開挖到基底時受力與變形最大，但有時也會出現開挖中間過程支護結構內力最大，支護結構構件的截面或錨桿抗拔力按開挖中間過程確定的情況。特別是，當用結構樓板作為支撐替代錨桿或支護結構的內支撐構件時，此時支護結構構件的內力可能會是最大的。5.2排樁嵌固深度設計5.2.1概述在采用排樁支護的基坑設計中，為確保排樁樁頂水平位移滿足設計要求，防止懸臂式排樁出現倒塌，此時在樁頂須設置單點支撐。在排樁樁頂設置單點支撐的情況，對于單點支撐可采用鋼管支撐、鋼筋混凝土支撐或拉錨支撐。設計驗算時，單點支撐排樁主要驗算排樁的嵌固深度、支撐軸力。5.2.2支擋結構嵌入深度較淺時的計算方法這種情況如圖5-2所示，此時，支擋結構只有一個方向的彎矩。假定A點為鉸接，支擋結構和A點不發(fā)生移動。圖5-2支擋結構任意位置單支點計算簡圖（1）支擋結構嵌入深度。對A點取矩，并令則：Ea（za-hm）-Ep（H-hd+zp）=0（5-1）由式（5-1）可解得支擋結構插入深度hd。（2）支撐（或拉錨）力。支撐（或拉錨）力根據靜力平衡條件計算，則：TA=Ea-Ep（5-2）（3）支撐結構的最大彎矩。圖5-2的最大彎矩應在剪力為零處。設在A點以下xm處剪力為零，則由圖可得：Eaxm-TA=0（5-3）由上式可求得xm。最大彎矩為：Mmax=TAxm-Eaxm（xm+hm-zaxm）（5-4）5.2.3嵌固深度計算5.3排樁樁徑與樁距的設計5.3.1排樁樁徑排樁樁徑一般不小于φ400mm，埋深在12m以內的基坑，樁徑d宜選φ400~800mm，埋深超過12m以上時，宜選φ800~1200mm的樁。本設計中基坑的開挖深度為12m，故選樁徑為d=1000mm。5.3.2排樁樁距排樁樁間距一般可選（1.2~1.5）d，對于砂性土和軟土宜采用較小樁距，粘性土可選較大樁距。選取樁距時應按照樁間土不發(fā)生滑塌的原則進行。本設計中第一層土為粘性土，第二、三層為非粘性土，故排樁樁距可取為l=1.2d=1.2m。5.4樁截面配筋設計5.5止水帷幕設計5.5.1地下水概況本設計中地下水位較高，為使基坑開挖和地下構筑物施工得以順利進行，保證基坑周邊不因土體中地下水滲流而產生過大的位移變形，同時也保證周邊區(qū)域內的地下水資源不受影響，擬采用止水帷幕的方案隔水。5.5.2止水帷幕的設置原則（1）設置豎向止水帷幕的目的，是為了阻止地下水從基坑側面滲入坑內而形成危害。（2）在基本上滿足基坑干作業(yè)的前提下，止水帷幕可以允許少量滲流進入基坑，或在止水帷幕內側預留泄露管道減少坑側向水壓，用明排疏干滲入地下水，這樣設置止水帷幕符合經濟節(jié)約的原則，在加強監(jiān)控，信息法施工控制下，能達到既經濟又安全的目的。（3）對于樁錨支護，在支護樁間布置帷幕樁，填補支護樁間的空間，共同組成既擋土又擋水的連續(xù)豎向構筑物。5.5.3止水帷幕設計止水帷幕的施工方法很多，結合本設計中基坑的特點，選用高壓旋噴樁作為止水帷幕。布置方式為每兩根鉆孔灌注樁之間設置一根高壓旋噴樁，高壓旋噴樁與鉆孔灌注樁互相咬合，形成組合式止水帷幕，如圖5-4所示。圖5-4咬合型止水形式（1）止水帷幕厚度的確定在本設計中，支護結構為鉆孔灌注樁支護，止水帷幕采用樁間高壓旋噴樁。根據相關資料，當止水帷幕深度小于支護樁的嵌入深度時，止水帷幕僅起止水作用，而側壓力基本上由支護樁承受。主要要求止水帷幕體不開叉和不滲漏。本設計在兩根鉆孔灌注樁間設置一根高壓旋噴樁，止水帷幕的厚度以鉆孔灌注樁及高壓旋噴樁直徑較小者進行計算（鉆孔灌注樁樁徑d=1000mm）。取高壓旋噴樁的樁徑d’=300mm。（2）止水帷幕深度的確定止水帷幕深度的確定常與土層的分布有關，并常與圍護結構和環(huán)境條件密切結合。根據《建筑基坑支護規(guī)程》（JGJ120-99）要求落底式止水帷幕應插入下臥不透水層內的深度按下式計算：L=0.2hw-0.5b（5-5）式中L——帷幕插入不透水層的深度；hw——作用水頭；b——帷幕體厚度。本基坑標高為-12m，地下水位標高為-4.3m，則L=0.2×（12－4.3）－0.5