基礎工程基坑工程

8.1概述

基坑是建筑工程的一部分，其發(fā)展與建筑業(yè)的發(fā)展密切相關，隨著城鎮(zhèn)建設中高層及超高層建筑的大量涌現(xiàn)，以及大型市政設施的施工及大量地下空間的開發(fā)，必然會有大量的深基坑工程產生。同時，密集的建筑物、基坑周圍復雜的地下設施使得放坡開挖基坑這一傳統(tǒng)技術不再能滿足現(xiàn)代城鎮(zhèn)建設的需要，因此，深基坑開挖與支護引起了各方面的廣泛重視。

深基坑工程具有以下特點：

1)建筑趨向高層化，基坑向大深度方向發(fā)展；

2)基坑開挖面積大，長度與寬度有的達數百米，給支撐系統(tǒng)帶來較大的難度；

3)在軟弱的土層中，基坑開挖會產生較大的位移和沉降，對周圍建筑物、市政設施和地下管線造成影響；

4)深基坑施工工期長、場地狹窄，降雨、重物堆放等對基坑穩(wěn)定性不利；

5)在相鄰場地的施工中，打樁、降水、挖土及基礎澆注混凝土等工序會相互制約與影響，增加協(xié)調工作的難度。8.1.1基坑工程的組成

典型基坑工程可以為是由地面向下開挖的一個地下空間。

基坑四周一般為垂直的擋土結構，擋土結構一般是在開挖面基底下有一定插入深度的板墻結構。常用材料為混凝土、鋼、木等，可以有鋼板樁，鋼筋混凝土板樁、柱列式灌注樁、水泥土攪拌樁、地下連續(xù)墻等。根據基坑深度的不同，板墻可以是懸臂的，但更多的是單撐和多撐式的(單錨式或多錨式)結構。支撐的目的是為板墻結構提供彈性支承點。以控制墻體的彎矩至該墻體斷面的合理允許范圍，以達到經濟合理的工程要求。

支撐的類型可以是基坑內部受壓體系或基坑外部受拉體系?；觾炔渴軌后w系：為井字撐或其與斜撐組合的受壓桿件體系．也有做成在中間留出較大空間的周邊桁架式體系?；油獠渴芾w系：為錨固端在基坑周圍地層中受拉錨桿體系，可提供易于基坑施工的全部基坑面積大空間。當基坑較深且有較大空間時，懸臂式擋墻可做成厚度較大的實體式或格構式重力型擋土墻。

8.1.2基坑工程的設計與施工

基坑開挖是基礎和地下工程施工中的一個古老的傳統(tǒng)課題。同時又是一個綜合性的巖土工程難題，既涉及土力學中典型強度與穩(wěn)定問題，又包含了變形問題，同時還涉及到土與支護結構的共同作用。對這些問題的認識及其對策的研究，是隨著土力學理論、計算技術、測試儀器以及施工機械、施工工藝的進步而逐步完善的。在理論上，經典的土力學已不能滿足基坑工程設計的要求，考慮應力路徑(卸載)的作用，土的各向異性，土的流變性、土的擾動、土與支護結構的共同作用等的計算理論以及有限單元法理論和系統(tǒng)工程等軟科學已在基坑工程設計中得以應用。

8.1.2基坑工程的設計與施工（續(xù)）

基坑工程設計廣義上講包括：勘察、支護結構設計、施工、監(jiān)測和周圍環(huán)境的保護等幾個方面的內容?；庸こ瘫绕渌A工程更突出的特殊性是其設計和施工完全是相互依賴，密不可分的。施工的每一個階段，結構體系和外面荷載都在變化，而且施工工藝的變化，挖土次序和位置的變化，支撐和留土時間的變化等不確定因素非常復雜，且都對最后的結果產生直接影響。因此絕非最后設計計算簡圖所能單獨決定的。

目前的設計理論尚不完善，對設計參數的選取還需改進，還不能事先完全考慮諸多復雜因素，在基坑工程施工中處理不當時可能會出現(xiàn)一些意外的情況，但只要設計、施工人員重視，并密切配合加強監(jiān)測分析，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，及時總結經驗，基坑工程的難題會得到有效處理，因此，基坑工程的設計中須考慮施工中每一個工況的數據，而基坑工程的施工中須完全遵照設計文件的要求去做，只有這樣，工程才會圓滿完成，也只有這樣，設計理論和施工技術才會獲得快速發(fā)展。

8.1.3環(huán)境要求—變形控制

城市基坑工程通常處于房屋和生命線工程的密集地區(qū)，為了保護這些已建建筑物和構筑物的正常使用和安全運營，常需對基坑工程引起的周圍地層移動限制在一定變形值之內，也即分別要求擋土結構的水平位移和其鄰近地層的垂直沉降限制在某標準值之內，甚至也限制墻體垂直沉降和地層的水平移動值滿足周圍環(huán)境要求，以變形控制值來分成幾類標準，用以完善設計基坑工程的方法，取代單純驗算強度和穩(wěn)定性的傳統(tǒng)做法，在軟土地區(qū)，變形在控制設計限值方面起著主導作用。

基坑工程的支護結構為：支擋和支撐構件，為了滿足變形要求可以加大和加密支護結構，但有時更經濟有效的辦法是在基坑底部進行地基處理，用攪拌樁，注漿等措施改善土體剛度和強度等性質。

完整地講基坑工程的結構構件：包括支撐、擋墻和地基加固體三者的整體。8.2基坑工程方案設計

深基坑開挖產生的土體位移引起周圍建筑物、構筑物、管線的變形和危害，對此必須在設計階段提出預測和治理對策，并在施工過程中采用監(jiān)測、監(jiān)控手段及必須的應變措施來確?；拥陌踩椭車h(huán)境的安全。針對不同的場地土層條件、周圍環(huán)境條件及基坑開挖深度等因素，合理選定開挖方法、支護類型和支撐形式是基坑工程設計成功與否的關鍵。

8.2.1基坑開挖分類、要求與分級

（續(xù)）基坑工程根據其開挖和施工方法可分為：無支護開挖與有支護開挖方法。

有支護的基坑工程一般包括以下內容：圍護結構、支撐體系、土方開挖、降水工程、地基加固、現(xiàn)場監(jiān)測和環(huán)境保護工程。

有支護的基坑工程可進一步分為無支撐圍護和有支撐圍護。

無支撐圍護開挖適合于開挖深度較淺、地質條件較好、周圍環(huán)境保護要求較低的基坑工程，具有施工方便、工期短等特點。有支撐圍護開挖適用于地層軟弱，周圍環(huán)境復雜、環(huán)境保護要求高的深基坑開挖，但開挖機械的施工活動空間受限、支撐布置需考慮適應主體工程施工、換拆支撐施工較復雜。

8.2.1基坑開挖分類、要求與分級

（續(xù)）

無支護放坡基坑開挖是在空曠施工場地環(huán)境下的一種常用的基坑開挖方法，一般包括以下內容：降水工程、土方開挖、地基加固及土坡坡面保護。

放坡開挖深度通常限于3～6米，如果大于這一深度，則必須采用分段開挖，分段之間應設置平臺，平臺寬度一般取2～3米。當挖土經過不同土層時，可根據土層情況改變放坡坡率，并酌留平臺。

8.2.1基坑開挖分類、要求與分級

（續(xù)）基坑工程設計的基本技術要求包括：

1.安全可靠性：

確?；庸こ痰陌踩约爸車h(huán)境的安全。

2.經濟合理性：

基坑工程在支護結構安全可靠的前提下，要從工期、材料、設備、人工以及環(huán)境保護等多方面綜合研究經濟合理性。

3.施工便利性和工期保證性：

在安全可靠經濟合理的原則下，最大限度地滿足便利施工和縮短工期的要求。

支護結構通常是作為臨時性結構，一旦基礎施工完畢即失去作用。有些支護結構的材料可以重復利用，如鋼板校及其工具式支撐。

但也有一些支護結構就永久理在地下，如鋼筋混凝土板樁、灌注樁、水泥土攪拌樁和地下連續(xù)墻等。還合在基礎施工時作為基坑的支護結構，施工完畢即為永久結構物的一個組成部分，成為復合式地下室外墻，如地下連續(xù)墻等。8.2.1基坑開挖分類、要求與分級（續(xù)）

建筑基坑支護技術規(guī)程（JGJ120-99）按支護工程損壞造成破壞的嚴重性按下表提供了基坑側壁安全等級及重要性系數。

表8－1基坑側壁安全等級及重要性系數

安全等級破壞后果

0一級支護結構破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結構施工影響很嚴重1.10二級支護結構破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結構施工影響一般1.00三級支護結構破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結構施工影響不嚴重0.90注：有特殊要求的建筑基坑側壁安全等級可根據具體情況另行確定。

8.2.2基坑工程總體方案設計

基坑工程設計的階段劃分和文件組成，取決于基坑內主體工程的性質、投資規(guī)模、建設計劃進度等要求，一般有總體方案設計和施工圖設計兩個階段。

重要的深大基坑應結合主體工程設計進行基坑總體方案設計，并從以下各點對基坑工程方案進行分析評價和對比選擇。

1.按主體工程地下室所處場地的工程地質及水文地質和周圍環(huán)境條件所考慮的基坑工程問題和相應的總體設計中的對策是否全面、合理；

2.對主體工程地下室的建造層數，開挖深度，基坑面積及形狀，施工方法、造價、工期與主體工程和上部工程造價、工期等主要經濟指標進行綜合分析，以評價基坑工程技術方案的經濟合理性；

3.研究基坑工程的圍護結構是否兼作主體工程的部分永久結構，對其技術經濟效果進行評估；8.2.2基坑工程總體方案設計（續(xù)）

4.研究基坑工程的開挖方式的可靠性和合理性；

5.對大型主體工程及其基坑工程施工的分期和前后期工程施工進度安排及相鄰影響進行技術經濟分析，以通過分析對比提出適應于分期施工的總體方案。

8.2.2基坑工程總體方案設計（續(xù)）

基坑總體方案設計目前多在主體工程施工圖完成后，基坑施工前進行。但為了使基坑工程與主體工程之間有較好的協(xié)調，使臨時工程與主體工程的結合能夠更經濟合理，大型深基坑的總體方案設計應在主體工程的初步設計中就著手進行，以利于協(xié)調處理主體工程與基坑工程的相關問題，諸如部分工程樁兼作立柱樁，地下主體工程施工時、支撐如何換撐，基坑支護結構與主體工程的結合方式，圍護結構如何適應地下主體結構施工的澆筑方式(逆筑或順筑)、以及如何處理支模、防水等工序的配合要求。

總體方案設計要在調查研究的基礎上，明確設計依據、設計標準，提出基坑開挖方式、圍護結構、支撐結構、地基加固、開挖支撐施工、施工監(jiān)控以及施工場地總平面布置等各項方案設計。

施工圖設計一般在主體工程(地下部分)施工圖已完成及基坑工程總體方案確定后進行。施工圖和施工說明的內容、及各項具體技術標準依據和檢驗方法必須符合國家及各地區(qū)建筑行業(yè)管理部門的有關建筑法規(guī)、法令和技術規(guī)范、規(guī)程。8.3基坑工程設計依據

在基坑工程設計的前期工作中，應對基坑內的主體工程設計、場地地質條件、周邊環(huán)境、施工條件、設計規(guī)范的進行調研和收集，以全面掌握設計依據。

8.3.1深基坑支護工程勘察

深基坑支護工程地質勘察所提供的報告及資料，是做好深基坑支護設計與施工的重要依據。在一般情況下，深基坑支護勘察應與主體工程的勘察同步進行。制定勘察任務書或編制勘察綱要時，應考慮到深基坑支護工程的設計、施工的特點與內容，對深基坑支護工程的地質，水文地質勘察工作提出專門要求。

一、在勘察任務書中，應具備下列資料

1.建筑場地的地形、管線及擬建建筑物的平面布置圖；

2.擬建建筑物的上部結構類型、荷載以及可能采用的基礎類型；

3.基坑開挖深度、坑底標高、基坑平面尺寸及可能采用的基坑支護類型；

4.場地及附近地區(qū)的環(huán)境條件等。二、在建筑地基詳細勘察階段，對需要支護的工程宜按下列要求進行勘察工作

1.勘察范圍應根據開挖深度及場地的巖土工程條件確定，并宜在開挖邊界外按開挖深度的1～2倍范圍內布置勘探點，當開挖邊界外無法布置勘探點時，應通過調查取得相應資料。對于軟土，勘察范圍尚宜擴大；

2.基坑周邊勘探點的深度應根據基坑支護結構設計要求確定，不宜小于1倍開挖深度，軟土地區(qū)應穿越軟土層；

3.勘探點間距應視地層條件而定，可在15～30m內選擇，地層變化較大時，應增加勘探點，查明分布規(guī)律。三、場地水文地質勘察應達到以下要求

1.查明開挖范圍及鄰近場地地下水含水層和隔水層的層位、埋深和分布情況，查明各含水層(包括上層滯水、潛水、承壓水)的補給條件和水力聯(lián)系；

2.測量場地各含水層的滲透系數和滲透影響半徑；

3.分析施工過程中水位變化對支護結構和基坑周邊環(huán)境的影響，提出應采取的措施。

四、基坑開挖支護工程勘察報告應包括的主要內容

1.分析場地的地層結構和巖土的物理力學性質；

2.支護方式的建議，計算參數及支護結構的設計原則；

3.地下水控制方式和計算參數；

4.基坑開挖過程中應注意的問題及其防治措施；

5.施工中應進行的現(xiàn)場監(jiān)測項目。

8.3.2巖土工程測試參數

巖土工程測試參數應滿足深基坑支護和降水設計與施工的需要，一般要包含下列內容：

1.土的常規(guī)物理試驗指標。包括土的天然重度

、天然含水量

與孔隙e。

2.顆粒分析試驗，以確定砂粒、粉粒及粘粒的含量和不均勻系數Cu。以便評價土層管涌、潛蝕及流砂的可能性。

3.土的抗剪強度指標。包括土的內聚力c和內摩擦角

?？梢圆捎迷瓲钔潦覂燃羟性囼灐F(xiàn)場剪切試驗獲得，對飽和軟粘土可采用十字板剪切試驗獲得土的抗剪強度。對重要工程應采用三軸剪切試驗，對于一般工程，可采用直剪試驗。試驗方法由荷載類型、加荷速率及土的排水條件確定。通常情況下可采用固結快剪。根據上海地區(qū)的經驗，采用c、

峰值用于土壓力與整體穩(wěn)定計算；對于基底隆起等其他計算采用c、

峰值的70％進行。8.3.2巖土工程測試參數（續(xù)）4.室內或原位試驗測試土的滲透系數。對重要工程應采用現(xiàn)場抽水試驗或注水試驗測定土的滲透系數。一般工程可進行室內滲透試驗，測定土層垂直向滲透系數kv和水平向滲透系數kh。砂土和碎石上可用常水頭試驗，粉土和粘性土可用變水頭試驗。透水性很低的軟土可通過固結試驗測定。

5.特殊條件下應根據實際情況選擇其它適宜的試驗方法測試的參數。8.3.3基坑周邊環(huán)境勘查

在深基坑支護設計施工前，應對周圍環(huán)境進行詳細調查，查明影響范圍內已有建筑物、地下結構物、道路及地下管線設施的位置、現(xiàn)狀，并預測由于基坑開挖和降水對周圍困環(huán)境的影響，提出必要的預防、控制和監(jiān)測措施?；又苓叚h(huán)境勘查應包括以下內容：

1.查明影響范圍內建(構)筑物的結構類型、層數、基礎類型、埋深、基礎荷載大小及上部結構現(xiàn)狀；

2.查明基坑周邊的各類地下設施，包括上、下水、電纜、煤氣、污水、雨水、熱力等管線或管道的分布和性狀；

3.查明場地周圍和鄰近地區(qū)地表水匯流、排瀉情況，地下水管滲漏情況以及對基坑開挖的影響程度；

4.查明基坑四周道路的距離及車輛載重情況。

8.3.4基坑支護結構設計資料

支護結構設計、施工前應取得以下基本資料：

1建筑場地及其周邊，地表至支護結構底面下一定深度范圍內地層結構、土(巖)購物理力學性質及含水層性質。地下水位、滲透系數等資料；

2標有建筑紅線、施工紅線的地形圖及基礎結構設計圖；

3建筑場地及其附近的地下管線、地下埋設物的位置、深度、結構形式及埋設時間等；

4鄰近的已有建筑的位置、層數、高度、結構類型、完好程度。已建時間以及基礎類型、埋置深度、主要尺寸、基礎距基坑上口周邊的凈距等；

5基坑周圍的地面排水情況，地面雨水與污水、上下水管線排入或漏入基坑的可能性；

6基坑附近的地面堆載及大型車輛的動、靜荷載情況；

7已有相似支護工程的經驗性資料。

表8－2支護結構最大水平位移允許值＊

安全等級支護結構最大水平位移允許值（mm）排樁、地下連續(xù)墻、放坡、土釘墻鋼板樁、深層攪拌一級0.0025h

二級0.0050h0.0100h三級0.0100h0.0200h＊深圳地區(qū)建筑深基坑支護技術規(guī)范。

表8－3基坑變形控制保護等級標準

保護等級地面最大沉降量及圍護墻水平位移控制要求環(huán)境保護要求特級1.地面最大沉降量≤0.1％H；2.圍護路最大水平位移≤0.14％H；3.Ks*≥2.2離基坑10m，周圍有地鐵，共同溝、煤氣管、大型壓力總水管等重要建筑及設施必須確保安全一級1.地面最大沉降量≤0.1％H；2.圍護墻最大水平位移量≤0.3％H3.Ks*≥2.2離基坑周圍H范圍內沒有重要干線、水管、大型在使用的構筑物、建筑物二級1.地面員大沉量控制在≤0.5％H；2.圍護堵最大水平位移＜0.7％H；3.Ks*≥2.0在基坑周圍H范圍內沒有較重要支線管道和一般建筑、設施三級1.地面最大沉降量≤1％H；2.圍護墻最大水平位移≤1.4％H；3.Ks*≥2.0在基坑周圍30m范圍內沒有需保護建筑設施和管線、構筑物注：H為基坑開挖深度，在17m左右，Ks*為抗隆起安全系數，按圓弧滑動公式算出。上表是上海地鐵總公司按上海軟土層深基坑工程經驗資料而提出的，供參考。8.3.5基坑支護結構設計原則

支護結構設計應符合以下原則：

1滿足邊坡和支護結構穩(wěn)定的要求，即不產生傾覆、滑移和整體或局部失穩(wěn)；基坑底部不產生隆起、管涌；錨桿系統(tǒng)不致抗拔失效；

2滿足支護結構構件受荷后不致彎曲折斷、剪斷和壓屈；

3水平位移和地基沉降不超過允許值，支護結構的最大水平位移允許值見表8－2和表8－3，地基沉降按鄰近建筑不同結構形式的要求控制；當鄰近有重要管線或支護結構作為永久性結構時，其水平位移和沉降按其特殊要求控制。

8.3.6支護結構設計依據

基坑支護結構的設計依據，應包含以下兩個方面內容：

1.基坑支護設計必須依據國家及地區(qū)現(xiàn)行有關的設計、施工技術規(guī)范、規(guī)程。如地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、攪拌樁等設計施工技術規(guī)程、規(guī)范和鋼筋混凝土結構、鋼結構等設計規(guī)范。因此設計前必須調研和匯總有關規(guī)范和規(guī)程并注意各類規(guī)范的統(tǒng)一和協(xié)調。

2.積極調研和吸取當地相似基坑工程的成功與失敗的原因、經驗和教訓。在基坑工程設計中應以此為重要設計依據。特別在進行異地設計、施工時，更須注意。

8.4支護結構方案設計

8.4.1支護結構類型

支護結構的種類很多，應根據具體開挖深度、地下水和土層條件、周圍環(huán)境、工程重要性、工程造價和施工條件等多重因素加以選擇。常見的支護結構類型主要有：

1.深層攪拌水泥土擋墻(見圖8－1,a)，將土和水泥強制拌和成水泥土樁，結硬后成為具有一定強度的整體壁狀擋墻，用于開挖深度3～6m的基坑，適合于軟土地區(qū)、環(huán)境保護要求不高，施工低噪聲、低振動，結構止水性較好，造價經濟，但圍護擋墻較寬，一般需3～4m。圖8－1abcd8.4.1支護結構類型(續(xù)）

2.鋼板樁(見圖b)，用槽鋼正反扣格接組成，或用U型、H型和Z型截面的鎖口鋼板樁。用打入法打入土中，相互連接形成鋼板樁墻，既用于擋土又用于擋水，用于開挖深度3～10m的基坑。鋼板樁具有較高的可靠性和耐久性，在完成支擋任務后，可以回收重復使用；與多道鋼支撐結合，可適合軟土地區(qū)的較深基坑，施工方便、工期短。但鋼板樁剛度比排樁和地下連續(xù)墻小，開挖后繞度變形較大,打拔樁振動噪聲大、容易引起土體移動，導致周圍地基較大沉陷。圖8－1abcd8.4.1支護結構類型(續(xù)）3.鉆孔灌注樁擋墻(見圖8－1,c)，直徑

600～

1000mm，樁長15～30m，組成排樁式擋墻，頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁，用于開挖深度為6～13m的基坑。具有噪聲和振動小，剛度較大，就地澆制施工，對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點。適合軟弱地層使用，接頭放水性差，要根據地質條件從注漿、攪拌樁、旋噴樁等方法中選用適當方法解決防水問題，整體剛度較差，不適合兼作主體結構。樁質量取決于施工工藝及施工技術水平，施工時需作排污處理。圖8－1abcd8.4.1支護結構類型(續(xù)）

4.地下連續(xù)墻(見圖8－1,d)，在地下成槽后，撓筑混凝土，建造具有較高強度的鋼筋混凝土擋墻，用于開挖深度達10m以上的基坑或施工條件較困難的情況。具有施工噪聲低，振動小，就地澆制、墻接頭止水效果較好、整體剛度大，對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點。適合于軟弱土層和建筑設施密集城市市區(qū)的深基坑，高質量的剛性接頭的地下連續(xù)墻可作永久性結構，并可采用逆筑法或半逆筑法施工。圖8－1abcd8.4.2支護結構的選型

合理地選擇支護結構的類型應根據場地地質條件、周圍環(huán)境要求、工程功能、當地的常用施工工藝設備以及經濟技術條件綜合考慮而因地制宜地選擇圍護結構類型。表8－4為目前對于不同開挖深度不同地質環(huán)境條件下的支護結構可選擇方案的歸納。可作為支護方案選型的參考。

8.5支撐方案設計

8.5.1支撐結構類型

深基坑支護體系由兩部分組成，一是圍護墻，另一是內支撐或者土層錨桿。支撐與圍護墻之間相互聯(lián)系，增強了支護結構的整體穩(wěn)定性，不僅直接關系到基坑的安全和土方開挖，對基坑工程的造價和施工進度產生很大的影響。

在基坑工程中，支撐結構是承受圍護墻所傳遞的土壓力，水壓力的結構體系。

作用在圍護墻上的水、土壓力可以由內支撐有效地傳遞和平衡，也可以由坑外設置的土錨維持其平衡，它們還能減少支護結構的位移。

內支撐可以直接平衡兩端圍護墻上所受到的側壓力，構造簡單，受力明確。

土錨設置在圍護墻的背后，為挖土、結構施工創(chuàng)造了空間，有利于提高施工效率。

支撐系統(tǒng)按其材料可分為鋼支撐、鋼筋混凝土支撐，根據工程情況，有時在同一個基坑中采用鋼和鋼筋混凝土的組合支撐。

8.5.1支撐結構類型（續(xù)）

鋼結構支撐具有自重小，安裝和拆除都很方便，而且可以重復使用等優(yōu)點。根據土方開挖進度，鋼支撐可以做到隨挖隨撐，并可施加預應力，可以通過調整軸力而有效控制圍護墻的變形，這對控制墻體變形是十分有利的。因此，在一般情況下，應優(yōu)先采用鋼支撐。由于鋼結構支撐整體剛度較差，安裝節(jié)點比較多，當節(jié)點構造不合理、施工不當或不符合設計要求，往往容易造成因節(jié)點變形與鋼支撐變形，進而造成基坑過大的水平位移。有時甚至由于節(jié)點破壞，造成斷一點而破壞整體的后果。對此應通過合理設計、嚴格現(xiàn)場管理和提高施工技術水平等措施加以控制。

表8－4基坑工程支護結構的選型方案＊

開挖深度沿海軟土地區(qū)軟弱土層，地下水位較高情況西北、西南、華南、華北、東北地區(qū)地質條件較好，地下水位較低情況≤6m(一層地下室)方案1：攪拌樁(格構式)擋土墻；方案2：灌注樁后加攪拌樁或旋噴樁止水，設一道支撐；方案3：環(huán)境允許，打設鋼板樁或須制混凝土板樁，設1～2道支撐；方案4：對于狹長的排管工程采用主柱橫擋板或打設鋼板樁加設支撐。方案1：場地允許可放坡開挖；方案2：以挖孔灌注樁或鉆孔灌注樁做成懸貿式擋墻，需要時亦可設一道拉錨或錨桿；方案3：土層適于打樁，同時環(huán)境又允許打樁時，可打設鋼板樁。6m～11m（二層地下室）方案1；灌注樁后加攪拌樁或旋噴樁止水，設1～2道支撐；方案2：對于要求圍護結構作永久結構的，則可采用設支撐的地下連續(xù)墻；方案3：環(huán)境條件允許時，可打設鋼板樁，設2～3道支撐；方案4：可應用SMW工法；方案5：對于較長的排管工程、可采用打設鋼板樁，設3～4道支撐，或灌注樁后加必要的降水帳幕，設3～4道支撐。方案1：挖孔灌注樁或鉆孔溜注樁加錨桿或內支撐；方案2：鋼板樁支護并設數道拉錨；方案3：較陡的放坡開挖，被面用噴錨混凝上及錨桿支護，亦可用土釘墻。11～14m（三層地下室）方案1：灌注樁后加攪拌校或旋噴樁止水，設3～4道支撐；方案2：對于環(huán)境要求高的，或要求支護結構兼作永久結構的，采用設支撐的地下連續(xù)墻。采用逆筑法或半逆筑法施工；方案3：可應用SMW工法；方案4：對于特種地下構筑物，在一定條件下可采用沉井(箱)方案1：挖孔灌注樁或鉆孔灌注樁加錨桿或內支撐；方案2；局部地區(qū)地質條件差，環(huán)境要求高的可采用地下連續(xù)墻作臨時支護結構，亦可兼作永久結構，采用順筑法或逆筑法，半逆筑法施工；方案3：可研究應用SMW工法。＞14m（四層以上地下室或特種結構)方案1：有支撐的地下連續(xù)墻作臨時圍護結構，亦可兼作主體結構，采用順筑法或逆筑法，半逆筑法施工；方案2：對于特殊地下構筑物，特殊情況下可采用沉井(箱)。方案1：在有經驗、有工程實例前提下，可采用挖孔灌注樁或鉆孔灌注樁加錨桿或內支撐；方案2：采用地下連續(xù)墻作臨時支護結構，亦可兼作永久結構，采用順筑作法或逆筑法，半逆筑法施工；方案3：可應用SMW工法。＊摘自《基坑工程手冊》

SMW（SoilMixingWall）工法(加勁水泥土攪拌墻)：用水泥土攪拌樁做成連續(xù)墻，在混凝土凝固前向樁中插入型鋼，從而使水泥樁的抗壓強度和彈性模量都大衛(wèi)提高。8.5.1支撐結構類型（續(xù)）現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構支撐具有較大的剛度，適用于各種復雜平面形狀的基坑?，F(xiàn)澆節(jié)點不會產生松動而增加墻體位移。工程實踐表明，在鋼結構支撐施工技術水平不高的情況下，鋼筋混凝土支撐具有更高的可靠性。但混凝土支撐有自重大、材料不能重復使用，支撐澆注、養(yǎng)護時間長拆除困難等缺點。當采用爆破方法拆除支撐時，會對周圍環(huán)境產生影響。由于混凝土支撐從鋼筋、模板、澆搗至養(yǎng)護的整個施工過程需要較長的時間，因此不能做到隨挖隨撐，這對控制墻體變形是不利的，對于大型基坑的下部采用鋼筋混凝土支撐時應特別慎重。

8.5.2支撐體系的結構形式

支撐體系按其受力可以分為：單跨壓桿式支撐；多跨壓桿式支撐；雙向多跨壓桿式支撐；水平桁架式支撐；水平框架式支撐；大直徑環(huán)梁；及邊桁架相結合的支撐和斜撐等類型。這些支撐系統(tǒng)在實踐中都有各自的特點和不足之處。常見的內支撐結構形式有以下幾種：

8.5.2支撐體系的結構形式(1)單跨壓桿式支撐(圖8－2(a))。當基坑平面呈窄長條狀、短邊的長度不很大時，所用支撐桿件在該長度下的極限承載力尚能滿足支護系統(tǒng)的需要，則采用這個形式具有受力明確、設計簡潔、施工安裝靈活方便等優(yōu)點。

8.5.2支撐體系的結構形式(2)多跨壓桿式支撐(圖8－2(b))。當基坑平面尺寸較大，所用支撐桿件在基坑短邊長度下的極限承載力尚不能滿足支護系統(tǒng)的要求時，就需要在支撐桿件中部加設若干支點，給水平支撐桿加設垂直支點，就組成了多跨壓桿式的支撐系統(tǒng)。這種形式的支撐受力也較明確，施工安裝較單跨壓桿式來得復雜。

8.5.3支撐體系的布置形式

支撐體系的布置形式在基坑工程設計中常表現(xiàn)出豐富思維創(chuàng)造性，也是技術要求較高的一項設計，支撐體系布置設計應考慮以下要求：

1.能夠因地制宜合理選定支撐材料和支撐體系布置形式，使其綜合技術經濟指標得以優(yōu)化；

2.支撐體系受力明確，充分協(xié)調發(fā)揮各桿件的力學性能，安全可靠，經濟合理、能夠在穩(wěn)定性和控制變形方面滿足對周圍環(huán)境保護的設計標準要求；

3.支撐體系布置能在安全可靠的前提下，最大眼度地方便土方開挖和主體結構的快速施工要求。

常用支撐體系的布置形式主要有以下幾種：

a.平面交叉式(單層或多層)支撐；

b.井字式支撐；

c.角(斜)撐式支撐；

d.周邊桁架；

e.圓形環(huán)梁；

f.水平壓桿支撐；

g.圓拱形支撐；

h.豎向斜撐；

i.中心島式開挖及支撐；

j.逆作法；

k.錨桿；

l.拉錨(錨破)；

m.組合式支撐。

逆作法原理

先沿建筑物地下室軸線或周圍施工地下連續(xù)墻或其他支護結構，同時建筑物內部的有關位置澆筑或打下中間支承樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結構自重和施工荷載的支撐。然后施工地面一層的梁板樓面結構，作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐，隨后逐層向下開挖土方和澆筑各層地下結構，直至底板封底。同時，由于地面一層的樓面結構已完成，為上部結構施工創(chuàng)造了條件，所以可以同時向上逐層進行地上結構的施工。如此地面上、下同時進行施工，直至工程結束。逆作法分類

（1）全逆作法：利用地下各層鋼筋混凝土肋形樓板對四周圍護結構形成水平支撐。樓蓋混凝土為整體澆筑，然后在其下掏土，通過樓蓋中的預留孔洞向外運土并向下運入建筑材料。（2）半逆作法：利用地下各層鋼筋混凝土肋形樓板中先期澆筑的交叉格形肋梁，對圍護結構形成框格式水平支撐，待土方開挖完成后再二次澆筑肋形樓板。

（3）部分逆作法：用基坑內四周暫時保留的局部土方對四周圍護結構形成水平抵擋，抵消側向壓力所產生的一部分位移。

（4）分層逆作法：此方法主要是針對四周圍護結構，是采用分層逆作，不是先一次整體施工完成。分層逆作四周的圍護結構是采用土釘墻。逆作法工藝特點：

（1）可使建筑物上部結構的施工和地下基礎結構施工平行立體作業(yè)，在建筑規(guī)模大、上下層次多時，大約可節(jié)省工時1/3。（2）受力良好合理，圍護結構變形量小，因而對鄰近建筑的影響亦小。（3）施工可少受風雨影響，且土方開挖可較少或基本不占總工期。（4）最大限度利用地下空間，擴大地下室建筑面積。（5）一層結構平面可作為工作平臺，不必另外架設開挖工作平臺與內撐，這樣大幅度削減了支撐和工作平臺等大型臨時設施，減少了施工費用。（6）由于開挖和施工的交錯進行，逆作結構的自身荷載由立柱直接承擔并傳遞至地基，減少了大開挖時卸載對持力層的影響，降低了基坑內地基回彈量。（7）逆作法存在的不足，如逆作法支撐位置受地下室層高的限制，無法調整高度，如遇較大層高的地下室，有時需另設臨時水平支撐或加大圍護墻的斷面及配筋。由于挖土是在頂部封閉狀態(tài)下進行，基坑中還分布有一定數量的中間支承柱和降水用井點管，目前尚缺乏小型、靈活、高效的小型挖土機械,使挖土的難度增大。但這些技術問題相信很快會得到解決。逆作法經濟效益采用逆作法，一般地下室外墻與基坑圍護墻采用兩墻合一的形式，一方面省去了單獨設立的圍護墻，另一方面可在工程用地范圍內最大限度擴大地下室面積，增加有效使用面積。此外，圍護墻的支撐體系由地下室樓蓋結構代替，省去大量支撐費用。而且樓蓋結構即支撐體系，還可以解決特殊平面形狀建筑或局部樓蓋缺失所帶來的布置支撐的困難，并是受力更加合理。由于上述原因，再加上總工期的縮短，因而在軟土地區(qū)對于具有多層地下室的高層建筑，采用逆作法施工具有明顯的經濟效益。一般可節(jié)省地下結構總造價的25%~35%。逆作法環(huán)境效益

（１）噪音方面：由于逆作法在施工地下室時是采用先表層樓面整體澆筑，再向下挖土施工，故其在施工中的噪音因表層樓面的阻隔而大大降低，從而避免了因夜間施工噪音問題而延誤工期。

（２）揚塵方面：通常的地基處理采取開敞開挖手段，產生了大量的建筑灰塵，從而影響了城市的形象；采用逆作法施工，由于其施工作業(yè)在封閉的地表下，可以最大限度的減少揚塵。

逆作法社會效益

（１）交通方面：由于逆作法的采取表層支撐，底部施工的作業(yè)方法，故在城市交通土建中大有用武之地，它可以在地面道路繼續(xù)通車的情況下，進行道路地下作業(yè)，從而避免了因堵車繞道而產生的損失。

（２）采用了逆作法，＋0.00層平板結構先完成，可以利用結構本身作內支撐。由于結構本身的側向剛度是無限大的，且壓縮變形值相對圍護樁的變形要求來講幾乎等于零。因此，可以從根本上解決支護樁的側向變形，從而使周圍環(huán)境不至出現(xiàn)因變形值過大而導致路面沉陷、基礎下沉等問題，保證了周圍建筑物的安全。

（３）采用逆作法施工，地下連續(xù)墻與土體之間粘結力和摩擦力不僅可利用來承受垂直荷載，而且還可充分利用它承受水平風力和地震作用所產生建筑物底部巨大水平剪力和傾覆力矩，從而大大提高了抗震效應。

我國是個地震多發(fā)區(qū)，對地震的防治是必不可少的，從建筑業(yè)角度來說，采用適宜的施工工藝便可將地震帶來的危害降低到最小，逆作法施工便具有這樣的優(yōu)點，所以在深基坑支護中大量運用逆作法具有廣泛的社會效益。逆作法國內應用及前景

推廣應用逆作法，能夠提高地下工程的安全性，可以大大節(jié)約工程造價，縮短施工工期，防止周圍地基出現(xiàn)下沉，是一種很有發(fā)展前途和推廣價值的深基坑支護技術，在遼寧、上海、廣州這類地區(qū)應用逆作法施工高層建筑深基坑較多。較典型的有上海特種基礎工程研究所辦公樓，位于上海西南角徐家匯天鑰橋路。該建筑物地下2層，地上5層，底板埋置深度為-7.30m。為了探索基礎結構與上部結構同時施工，以期縮短施工總工期，大樓采用了逆作法施工技術并取得了成功。又如，由上海第二建筑工程公司施工的恒積大廈工程以逆作法施工地下4層、地上22層，基坑深17m,施工僅用了5個月，整個工期明顯加快，并減少支撐費用400萬元，周邊管線沉降僅為15mm,四周道路及民房位移均在5mm以內，取得了顯著的經濟效益和社會效益。由此在上海地區(qū)掀起了一股逆作法熱，其后相繼有明天廣場、京沙住業(yè)大廈等數十項工程采用逆作法施工。

目前，逆作法已頒列入2001年頒布的中華人民共和國國家標準建筑地基基礎設計規(guī)范；各地也陸續(xù)公布了地下室逆作法施工工法（YJGF02-96）和（YJGF07-98），由此可說明逆作法施工已日趨成熟，其在深基坑支護中的前景樂觀。如果說上個世紀是逆作法起步時期，緊接著在全國范圍內迅速發(fā)展和大量應用之后，如今它正處于技術成熟期，將會有更大發(fā)展的全盛時期。常用支撐體系的布置形式主要有以下幾種：a平面交叉式(單層或多層)支撐；b井字式支撐；c角(斜)撐式支撐；d周邊桁架；e圓形環(huán)梁；f水平壓桿支撐；g圓拱形支撐；h豎向斜撐；i中心島式開挖及支撐

j逆作法；k錨桿；l拉錨(錨破)；m組合式支撐。

8.6作用于支護結構上的荷載

作用在一般結構上的荷載可分為三類：

(1)永久荷載(恒荷載)：在結構使用期間，其值不隨的間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計的荷載。例如結構自重、土壓力等。

(2)可變荷就(活荷載)：在結構使用期間，其值隨時間變化，且其變化值平均位值相比不可忽略的荷載。例如樓面活載、汽車、吊車及堆載等。

(3)偶然荷載：在結構使用期間不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間較短的荷載。例如地震力、爆炸力及撞擊力等。8.6作用于支護結構上的荷載（續(xù)）作用于支護結構上的荷載主要有：

(1)地基土產生的土壓力；

(2)地下水產生水壓力；

(3)基坑頂面的超載（鄰近建筑物、汽車、吊車及場地堆載等）；

(4)地震產生的垂直和水平荷載；

(5)溫度影響和混凝土收縮引起的附加荷載。上述各項荷載中，作用于支護結構上的土壓力是比較難于準確計算的荷載。土壓力的大小及其分布規(guī)律是同支護結構的水平位移方向和大小、土的性質、支護結構物的剛度及高度等因素有關，土壓力的計算方法可參考有關土力學教材。在設計計算和參數取值上常常采用經驗和偏于安全的方法。一般情況下支護設計中不計地震產生的影響。8.7排樁支護設計與計算

8.7.1概述

8.7.2懸臂式排樁支護設計和計算

8.7.3單支點排樁支護設計和計算

8.7.4多支點排樁支護的計算

8.7排樁支護設計與計算

8.7.1概述

基坑開挖時，對不能放坡或由于場地限制而不能采用攪拌樁支護，開挖深度在6~10米左右時，即可采用排樁支護。

排樁支護可采用：鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、預制鋼筋混凝土板樁或鋼板樁。

8.7.1概述（續(xù)）排樁支護結構可分為：

（1）柱列式排樁支護：

當邊坡土質尚好、地下水位較低時，可利用土拱作用，以稀疏鉆孔灌注樁或挖孔樁支擋土坡，如圖8-4a所示。

（2）連續(xù)排樁支護（圖8-4b）在軟土中一般不能形成土拱，支擋結構應該連續(xù)排。

（3）密排的鉆孔樁可互相搭接，或在樁身混凝土強度尚未形成時，在相鄰樁之間做一根素混凝土樹根樁把鉆孔樁排連起來，如圖8-4c所示。也可采用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁，如圖8-4d、e所示。

（4）組合式排樁支護：

在地下水位較高搭

軟土地區(qū)，可采用鉆孔灌注排樁與水泥土樁防滲墻組合的方式，如圖8-4f所示。

8.7.1概述（續(xù)）按基坑開挖深度及支擋結構受力情況，排樁支護可分為一下幾種情況。

（1）無支撐(懸臂)支護結構：當基坑開挖深度不大，即可利用懸臂作用擋住墻后土體。（2）單支撐結構：當基坑開挖深度較大時，不能采用無支撐支護結構，可以在支護結構頂部附近設置一單支撐（或拉錨）。（3）多支撐結構：當基坑開挖深度較深時，可設置多道支撐，以減少擋墻擋壓力。根據上海地區(qū)的施工實踐，對于開挖深度<6m的基坑，在場地條件允許的情況下，可采用重力式深層攪拌樁擋墻較為理想。當場地受限制時，也可采用φ600mm密排懸臂鉆孔樁，樁與樁之間可用樹根樁密封，也可采用灌注樁后注漿或打水泥攪拌樁作防水帷幕；對于開挖深度在4～6m的基坑，根據場地條件和周圍環(huán)境可選用重力式深層攪拌樁擋墻，或打入預制混凝土板樁或鋼板樁，其后注漿或加攪拌樁防滲，設一道檁和支撐也可采用φ600mm鉆孔樁，后面用攪拌樁防滲，頂部設一道圈梁和支撐；對于開挖深度為6～10米的基坑，以往采用φ800～1000mm的鉆孔樁，后面加深層攪拌樁或注漿放水，并設2～3道支撐，支撐道數視土質情況、周圍環(huán)境及圍護結構變形要求而定；對于開挖深度大于10m的基坑，以往常采用地下連續(xù)墻，設多層支撐，雖然安全可靠，但價格昂貴。近來上海常采用φ800～1000mm大直徑鉆孔樁代替地下連續(xù)墻，同樣采取深層攪拌樁放水，多道支撐或中心島施工法，這種支護結構已成功用于開挖深度達到13米的基坑。

8.7.2懸臂式排樁支護設計和計算

懸臂式排樁支護的計算方法采用傳統(tǒng)的板樁計算方法。如圖8-5所示。懸臂板樁在基坑底面以上外側主動土壓力作用下，板樁將向基坑內側傾移，而下部則反方向變位．即板樁將繞基坑底以下某點(如圖中b點)旋轉。點b處墻體無變位，故受到大小相等、方向相反的二力(靜止土壓力)作用，其凈壓力為零。點b以上墻體向左移動，其左側作用被動土壓力，右側作用主動土壓力；點b以下則相反，其右側作用被動土壓力，左側作用主動土壓力。因此，作用在墻體上各點的凈土壓力為各點兩側的被動土壓力和主動土壓力之差，其沿墻身的分布情況如圖8-5b所示，簡化成線性分布后的懸臂板樁計算圖式為圖8-5c，即可根據靜力平衡條件計算板樁的入上深度和內力。H.Blum又建議可以圖8-5d代替，計算入土深度及內力。下面分別介紹下面兩種方法。

1.靜力平衡法

圖8-5表示主動土壓力及被動土壓力隨深度呈線性交化，隨著板樁入土深度的不同，作用在不同深度上各點的凈土壓力的分布也不同。當單位寬度板樁墻兩側所受的凈土壓力相平衡時，板樁墻則處于穩(wěn)定，相應的板樁入土深度即為板樁保證其穩(wěn)定性所需的最小入土深度，可根據靜力平衡條件即水平力平衡方程(∑F=0)和對樁底截面的力矩平衡方程(∑M=0)。

1.靜力平衡法（續(xù)）地面幾種荷載可折算成均布荷載：繁重的起重機械：距板樁1.5m內按60kN/m2取值；距板樁1.5～3.5m，按40kN/m2取值；輕型公路：按5kN/m2；

重型公路：按10kN/m2；

鐵道：按20kN/m2。

對土的內摩擦角φn及內聚力cn按固結快剪方法確定。當采用井點降低地下水位，地面有排水和防滲措施時，土的那摩擦角φn值可酌情調整：

1.靜力平衡法（續(xù)）

1)板樁墻外側，在井點降水范圍內，φn值可乘以1.1～1.3；

2)無樁基的板樁內側，φn值可乘以1.1～1.3；

3)有樁基的板樁墻內側，在送樁范圍內乘以1.0；在密集群樁深度范圍內，乘以1.2~4；

4)

在井點降水土體固結的條件下，可將土的內聚力cn值乘以1.1～1.3。墻側的土壓力分布如圖8-6所示。

(1).板樁墻前后的土壓力分布

第n層土底面對板樁墻主動土壓力為

:第n層土底面對板樁墻底被動土壓力為

:(2).建立并求解靜力平衡方程，求得板樁入土深度

(1)計算樁底墻后主動土壓力ea3及墻墻被動土壓力ep3

，然后進行迭加，求出第一個土壓力為零的，該點離坑底距離為u；

(2)計算d點以上土壓力合力，求出至d點的距離y；

(3)計算d點處墻前主動土壓力ea1及墻后被動土壓力ep1

；

（4）計算柱底墻前主動土壓力ea2和墻后被動土壓力ep2

；（5）根據作用在擋墻結構上的全部水平作用力平衡條件和繞擋墻底部自由端力矩總和為零的條件:整理后可得t0的四次方程式:

求解上述四次方程，即可得板樁嵌入d點以下的深度t0值。

為安全起見，實際嵌入坑底面以下的入土深度為：(3).計算板樁最大彎矩

板樁墻最大彎矩的作用點，亦即結構端面剪力為零的點。例如對于均質的非粘性土，如圖8-6所示，當剪力為零的點在基坑底面以下深度為b時，即有：由上述解得b后，可求得最大彎矩：2.布魯姆(Blum)法

布魯姆（H.Blum）建議以圖8-5d代替8-5c，即原來樁腳出現(xiàn)的被動土壓力以一個集中力代替，計算結果圖如8-7所示。

2.布魯姆(Blum)法（續(xù)）

如圖8-7a所示，為求樁插入深度，對樁底C點取矩，根據有∑Mc=0

∑P——主動土壓力、水壓力的合力。

a——

∑P合力距地面距離;l=h+uu——土壓力為零距坑底的距離。

板樁的插入深度：2.布魯姆(Blum)法（續(xù)）布魯姆（H.Blum）曾作出一個曲線圖，如圖8-7c所示可求得x

：令：再令：式中m及n值很容易確定，因其只與荷載及板樁長度有關。在這式中m及n確定后，可以從圖8-7c曲線圖求得的n及m連一直線并延長即可求得ξ值。2.布魯姆(Blum)法（續(xù)）式中m及n值很容易確定，因其只與荷載及板樁長度有關。在這式中m及n確定后，可以從圖8-7c曲線圖求得的n及m連一直線并延長即可求得ξ值。得出x值，則可按下式得到樁的插入深度:最大彎矩在剪力Q＝0處，設從O點往下xm處Q＝0，則有

2.布魯姆(Blum)法（續(xù)）a土壓力分布b彎矩圖圖8-8挖孔樁懸臂擋墻計算

最大彎矩在剪力Q＝0處，設從O點往下xm處Q＝0，則有

最大彎矩：

求出最大彎矩后，對鋼板樁可以核算截面尺寸，對灌注樁可以核定直徑及配筋計算。

【例

8-1】【例

8-1】

某工程基坑擋土樁設計?？刹捎忙?00cm挖孔樁，基坑開挖深度6.0m，基坑邊堆載q＝10kN/m2。地基土層自地表向下分別為：（1）粉質粘土：可塑，厚1.1～3.1m；（2）中粗砂：中密～密實，厚2～5m，φ＝340，γ＝20kN/m3；（3）礫砂：密實，未鉆穿，φ

＝340。

試設計挖孔樁。

【解】1.求樁的插入深度

【例

8-1】（續(xù)）【例

8-1】（續(xù)）查布魯姆理論的計算曲線，得：樁的總長：6+5.84=11.84m，取12.0m。

2.求最大彎矩最大彎矩位置：

最大彎矩：

【例

8-1】（續(xù)）3.截面配筋預選樁徑d＝100cm，鋼筋保護層厚度a＝5cm，鋼筋籠直徑為d1選豎向主筋20根，沿d1均勻布置，各鋼筋至x－x軸的垂直距離y1由比例圖量出，如圖8-9a所示。選f

25，Ag=4.91cm2，Rg=34kN/cm2

鋼筋總抗彎剛度能力：

【例

8-1】（續(xù)）a鋼筋布置圖

b樁的布置示意圖圖8-9樁身配筋計算圖

為了減少豎向鋼筋用量，刻考慮受壓區(qū)（靠基坑一側的半圓截面）混凝土的抗壓作用，混凝土用C15，認為Rw＝1.1kN/m2

受壓區(qū)每根鋼筋截面積為：構造配筋f

14，A’g＝1.54cm2為了進一步減少鋼筋用量，宜在樁身上部減少配筋，求1/2Mmax彎矩點，試算地面下5.5m處土的主動土壓力強度：

【例

8-1】（續(xù)）

為了進一步減少鋼筋用量，宜在樁身上部減少配筋，求1/2Mmax彎矩點，試算地面下5.5m處土的主動土壓力強度：

因此，開挖樁鋼筋籠中，豎向鋼筋的配置為：上部5m：5

f

25mm＋5

f

14mm下部7m：10

f

25mm＋10

f

14mm

f

14m鋼筋全部配置在樁身混凝土受壓區(qū)，即在面向基坑內側的半圓內。

8.7.3單支點排樁支護設計和計算

頂端支撐(或錨系)的排樁支護結構與頂端自由(懸臂)的排樁二者是有區(qū)別的。頂端支撐的支護結構，由于頂端有支撐而不致移動而形成一鉸接的簡支點。至于樁埋入土內部分，入上淺時為簡支，深時則為嵌固。下面所介紹的就是樁因入土深度不同而產生的幾種情況。

1)支護樁入土深度較淺，支護樁前的被動土壓力全部發(fā)揮，對支撐點的主動上壓力的力矩和被動土壓力的力矩相等(圖8-10a)。此時墻體處于極限平衡狀態(tài)，由此得出的跨間正彎矩Mmax其值最大，但入土深度最淺為tmin。這時其墻前以被動土壓力全部被利用，墻的底端可能有少許向左位移的現(xiàn)象發(fā)生。

圖8-10不同入土深度的板樁墻的土壓力分布、彎矩及變形圖

8.7.3單支點排樁支護設計和計算（續(xù)）2)支護樁入土深度增加，大于tmin時(圖8-10b)，則樁前的被動土壓力得不到充分發(fā)揮與利用，這時樁底端僅在原位置轉動一角度而不致有位移現(xiàn)象發(fā)生，這時樁底的土壓力便等于零。未發(fā)揮的被動土壓力可作為安全度。

圖8-10不同入土深度的板樁墻的土壓力分布、彎矩及變形圖

3)支護樁入土深度繼續(xù)增加，墻前墻后都出現(xiàn)被動土壓力，支護樁在土中處于嵌固狀態(tài)，相當于上端簡支、下端嵌固的超靜定梁。它的彎矩己大大減小而出現(xiàn)正負二個方向的彎矩。其底端的嵌固彎矩M2的絕對值略小于跨間彎矩M1的數值，壓力零點與彎矩零點約相吻合(圖8-10c)。

圖8-10不同入土深度的板樁墻的土壓力分布、彎矩及變形圖

8.7.3單支點排樁支護設計和計算（續(xù)）4)支護樁的入土深度進一步增加(圖8-10d)，這時樁的入土深度己嫌過深，墻前墻后的被動土壓力都不能充分發(fā)揮和利用，它對跨間彎矩的減小不起太大的作用，因此支護樁入土深度過深是不經濟的。

圖8-10不同入土深度的板樁墻的土壓力分布、彎矩及變形圖

第四種的支護樁入土深度已嫌過深而不經濟，所以設計時都不采用。第三種是目前常采用的工作狀態(tài)，一般使正彎矩為負彎矩的110％~115％作為設計依據，但也有采用正負彎矩相等作為依據的。由該狀態(tài)得出的樁雖然較長，但因彎矩較小，可以選擇較小的斷面，同時因入土較深，比較安全可靠。若按第一、第二種情況設計，可得較小的入土深度和較大的彎矩，對于第一種情況，樁底可能有少許位移。自由支承比嵌固支承受力情況明確，造價經濟合理。

1、自由端單支點支護樁的計算（平衡法）

圖8-11是單支點自由端支護結構的斷面，樁的右面為主動土壓力，左側為被動土壓力?？刹捎孟铝蟹椒ù_定樁的最小入土深度tmin和水平向每延米所需支點力(或錨固力)R。

圖8-11單支點排樁支護的靜力平衡計算簡圖

如圖8-11所示，取支護單位長度，對A點取矩，令MA＝0，∑F=0，則有

:式中MEa1、Mea,—基坑底以上及以下主動土壓力合力對A點的力矩；Mep—被動土壓力合力對A點的力矩；Ea1、Ea2—基坑底以上及以下主動土壓力合力；

Ep—被動土壓力合力。

2、等值梁法

等值梁法是前面介紹的圖解一分析法的簡化。樁入坑底土內有彈性嵌固(鉸結)與固定兩種，現(xiàn)按前述第三種情況，即可當作—端彈性嵌固另一端簡支的梁來研究。檔墻兩側作用著分布荷載，即主動土壓力與被動土壓力，如圖8-12a所示。在計算過程中所要求出的仍是樁的入土深度、支撐反力及跨中最大彎矩。

圖8-12等值梁法計算簡圖

單支撐擋墻下端為彈性嵌固時，其彎矩圖如圖8-12c所示，若在得出此彎矩圖前已知彎矩零點位置，并于彎矩零點處將粱(即樁)斷開以簡支計算，則不難看出所得該段的彎矩圖將同整梁計算時一樣，此斷梁段即稱為整梁該段的等值梁。對于下端為彈性支撐的單支撐擋墻其凈土壓力零點位置與彎矩零點位置很接近，因此可在壓力零點處將板樁劃開作為兩個相聯(lián)的簡支梁來計算。這種簡化計算法就稱為等值梁法，其計算步驟如下(圖8-12)：

2、等值梁法(計算步驟)(1)根據基抗深度、勘察資料等，計算主動土壓力與被動土壓力，求出土壓力零點B的位置，按式(8-11)計算B點至坑底的距離u值；

(2)由等值梁AB根據平衡方程計算支撐反力Ra及B點剪力QB

（3）由等值梁BG求算板樁的入土深度，取∑MG=0，則

:由上式求得x后，樁的最小入土深度可由下式求得

:如樁端為一般的土質條件，應乘系數1.1～1.2，即:

（4）由等值梁求算最大彎矩Mmax值。

【例

8-2】【例

8-2】某工程開挖深度10.0m，采用單點支護結構，地質資料和地面荷載如圖8－27所示。試計算板樁。

圖8-13地質資料和土壓力分布

【解】采用等值梁法計算

γ、c、φ值按25米范圍內的加權平均值計算得：

1.主動土壓力計算

【例

8-2】（續(xù)）2.計算土壓力零點位置

3.計算支撐反力Ra和QB

【例

8-2】（續(xù)）3.計算支撐反力Ra和QB

4.計算板樁的入土深度t

取

t＝13.0m，

板樁長

10+13=23m【例

8-2】（續(xù)）5.最大彎矩Mmax的計算

先求Q＝0的位置x0，再求該點Mmax。

8.7.4多支點排樁支護的計算

當基坑比較深、土質較差時，單支點支護結構不能滿足基坑支擋的強度和穩(wěn)定性要求時，可以采用多層支撐的多支點支護結構。支撐層數及位置應根據土質、基坑深度、支護結構、支撐結構和施工要求等因素確定。目前對多支撐支護結構的計算方法很多，一般有等值梁法（連續(xù)梁法）；支撐荷載的1/2分擔法；逐層開挖支撐力不變法；有限元法等。下面主要介紹前二種計算方法。圖8-14各施工階段的計算簡圖

1、等值梁法

圖8-14各施工階段的計算簡圖

多支撐的等值梁法的計算原理與單支點的等值梁法的計算原理相同，一般可當作剛性支承的連續(xù)梁計算(即支座無位移)，并應根據分層挖土深度與每層支點設置的實際施工階段建立靜力計算體系，而且假定下層挖土不影響上層支點的計算水平力。如圖8-14所示的基坑支護系統(tǒng)，應按以下各施工階段的情況分別進行計算。

（1）置支撐A以前的開挖階段（圖8-14a）,可將擋墻作為一端嵌固在土中的懸臂樁。（2）在設置支撐B以前的開挖階段（圖8-14b），擋墻是兩個支點的靜定梁，兩個支點分別是A及土中靜壓力為零的一點。

（3）在設置支撐C以前的開挖階段（圖8-14c），擋墻是具有三個支點的連續(xù)梁，三個支點分別為A、B及土中的土壓力為零的點。

1、等值梁法（續(xù)）圖8-14各施工階段的計算簡圖

（4）在澆筑底板以前的開挖階段（圖8-14d），擋墻是具有四個支點的三跨連續(xù)梁。

以上各施工階段，擋墻在土內的下端支點，已知上述取土壓力零點，即地面以下的主動土壓力與被動土壓力平衡之點。但是對第2階段以后的情況，也有其他一些假定，常見的有：

（1）最下一層支撐以下主動土壓力彎矩和被動壓力彎矩平衡之點，亦即零彎矩點；（2）開挖工作面以下，其深度相當于開挖高度20％左右的一點；

（3）上端固定的半無限長度彈性支撐梁的第一個不動點；

（4）對于最終開挖階段，其連續(xù)梁在土內的理論支點取在基坑底面以下0.6t處（t為基坑底面以下墻的入土深度）。

多支點支護實例例題：某箱形基坑工程，挖土深度9m，土質情況如圖所示，擋土結構系采用板樁墻加兩道錨桿支撐體系。鋼板樁截面模量W=3.82×106mm3。試設計多支點支護結構。解：（1）參數計算多支點支護實例（續(xù)）（1）參數計算多支點支護實例（續(xù)）（2）第一階段挖土3.0m，挖土完成后板樁墻為懸臂支護結構，其計算簡圖如下圖所示。第一階段的主要計算是驗算基坑深度為3.0m時懸臂板樁墻支護結構是否滿足強度和穩(wěn)定性條件。

土壓力零點位置為：

主動土壓力合力：

多支點支護實例（續(xù)）第二層在3m處的主動土壓力強度為：

設在開挖面以下d1處土壓力為零，即：

確定最大彎矩作用點：

確定第一開挖階段最大彎矩：

由于本工程開挖深度為9m，所以在第一階段開挖3m深度時，入土深度必然滿足要求，不必驗算。

多支點支護實例（續(xù)）（3）第二階段挖土深度6.0m，并在開挖的第一階段深度3m處設立錨桿，計算簡圖。開挖深度6.0m處，土壓力為：開挖面以下土壓力零點位置：全部主動土壓力合力：全部主動土壓力合力作用點：多支點支護實例（續(xù)）第一層支點力T1：最大彎矩作用點：因為T1小于Ea2，所以剪力為零的點位于基坑開挖面以下，即最大彎矩：多支點支護實例（續(xù)）（3）第三階段挖土深度9.0m，并在開挖的第二階段深度6m處設立錨桿，計算簡圖。開挖深度9.0m處，土壓力為：開挖面以下土壓力零點位置：全部主動土壓力合力：全部主動土壓力合力作用點：多支點支護實例（續(xù)）第二層支點力T2：最大彎矩作用點：最大彎矩：嵌固深度：【例8-3】【例8-3】北京京城大廈，超高層建筑，地上52層，地下4層，地面以上高183.53m，箱形基礎，埋深23.76m（按23.5m計算），采用進口27m長的H型鋼樁（488mm×300mm）擋墻土，錘擊打入，間距1.1m。三層錨桿拉結。地質資料如圖8-15所示。各層土平均重度γ＝19kN/m3，土的內摩擦角平均為300,粘聚力c=10kPa，23m以下為卵石，貫入度大于100,φ=350~430,潛水位于的圓礫石中，深10m內有上層滯水。地面荷載按10kN/m2計。

圖8-15北京京城大廈地質剖面及錨桿示意圖

【例8-3】(續(xù))1.參數計算

上式中被動土壓力系數采用庫侖公式，考慮到樁已在基坑下砂卵石中，φ取值為360，δ＝2φ/3約為250，ε=0，β=0。

2.土壓力為零（近似零彎點）距離基坑底面距離的計算

3．計算固端彎矩

【例8-3】(續(xù))基坑支護簡圖如圖8-16所示。將支護樁畫成一連續(xù)梁，其荷載為土壓力(圖8-17)。

1)連續(xù)梁AB段懸臂部分彎矩

圖8-16基坑支護簡圖

圖8-17擋墻作為連續(xù)梁計算簡圖

【例8-3】(續(xù))2)梁BC段：3)梁CD段：

4)梁DEF段：F點為零彎矩點，D點的彎矩為

【例8-3】(續(xù))4.彎矩分配

計算固端彎矩不平衡，需要彎矩分配法來平衡支點C、D的彎矩。通過彎矩分配，得出各支點的彎矩為

5.求各支點反力

各種工況下，各層錨桿的支點反力及正負彎矩值匯總于表8-5，上述計算結果主要反映在工況4中。

【例8-3】(續(xù))表8-5各層錨桿的支點反力及正負彎矩表

工況開挖深度/m第一層錨桿第二層錨桿第三層錨桿RB/kNMB/kN

mMBC/kN

mRC/kNMC/kN

m

MCD/kN

mRD/kNMD/kN

m

MDF/kN

m1-5.5

491.5

2-12.5363.6-183.3535.0

3-18.5196.2-158.3116.0578.5-416.8545.8

4-23.5167.2-171.8142.6434.7-235.872.0896.9-486.0395.9【例8-3】(續(xù))6.復核488H型鋼的強度

進口的488×300H型鋼的截面系數Wx＝2910cm3，[σ]=200MPa,計算最大彎矩MCD＝545.8kNm,H型鋼中距為1.1m，因此

548.5×1.1=600.4kN.m<[σ]×105％=200×105％kN/mm2＝210kN/mm2

（滿足）

7.H型鋼插入深度計算

已計算出土壓力零點

u＝0.69m

H型鋼樁底已打入砂卵石層，實際H型鋼樁長27m，即入土3.5m。

2、支撐荷載的1/2分擔法

支撐荷載的1/2分擔法是多支撐支護結構的一種簡化計算方法，計算較為簡便。

Terzaghi和Peck根據柏林和芝加哥等地鐵工程基坑擋土結構支撐受力測定，以包絡圖為基礎，以1/2分擔法將支撐軸力轉化為土壓力，提出土壓力分布圖，見圖8-18。反之，如土壓力分布圖已確定(設計計算時必須確定土壓力分布)，則可以用1/2分擔法來計算多支撐的受力，這種方法不考慮樁、墻體支撐變形，每道支撐承受的相鄰上下個半跨的壓力(土壓力、水壓力、地面超載等)。

圖

8－18支撐荷載的1/2分擔法

對多支點的支護結構，若支護墻后的主動土壓力分布采用Terzaghi和Peck

假定圖式，則支承或拉錨的內力及其支護墻的彎矩，可按以下經驗法計算。2、支撐荷載的1/2分擔法（續(xù)）

（2）當土壓力強度為q，對于連續(xù)梁，最大支座彎矩為M=ql2/10，最大跨中支座彎矩為M=ql2/20。這種方法由于荷載圖式多采用實測支撐力反算的經驗包絡圖，所以仍具有一定的實用性，特別對于估算支撐軸力有一定的參考價值。

（1）每道支撐或拉錨所受的力是相應于相鄰兩個半跨的土壓力載荷值。

8.8攪拌樁支