第六章 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

第六章基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)支擋結(jié)構(gòu)用途：修筑建筑物基礎(chǔ)或地下室、埋設(shè)市政工程管道以及開發(fā)地下空間等所開挖的地面以下的坑。第一節(jié)概述要素：支護(hù)結(jié)構(gòu)、土體加固、基坑降水、土方開挖及基坑監(jiān)測等；基本概念支擋結(jié)構(gòu)類型擋土結(jié)構(gòu)剛度分類：剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)和柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)

力平衡方式分類：重力式、懸臂式、支錨式支錨結(jié)構(gòu)方式分類：外支撐、內(nèi)支撐、斜撐二、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式基坑支護(hù)是為保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境所采取的支擋、加固與保護(hù)措施。

在基坑施工時，有的有支護(hù)措施，稱之為有支護(hù)基坑工程；有的則沒有支護(hù)措施，稱之為無支護(hù)基坑工程。無支護(hù)基坑工程一般是在場地空曠、基坑開挖深度較淺、環(huán)境要求不高的情況下才能采用，如放坡開挖，這時主要應(yīng)考慮邊坡穩(wěn)定和排水問題。

常用的擋墻類型有：水泥土墻、排樁、SMW工法或地下連續(xù)墻、土釘墻等。基坑支護(hù)類型重力式擋墻（剛性擋墻,D≤6m）1.擋墻結(jié)構(gòu)柔性擋墻（1）鋼板樁（2）鉆孔灌注樁擋墻（3）SMW工法（4）地下連續(xù)墻（1）板樁（2）鉆孔灌注樁擋墻攪拌（旋噴）樁灌注樁灌注樁攪拌（旋噴）樁（3）SMW工法注漿攪拌樁H型鋼灌注樁（4）地下連續(xù)墻導(dǎo)墻制模導(dǎo)墻挖掘機(jī)接頭管接頭管地下墻鋼筋籠下放鋼筋籠導(dǎo)管接頭管材料：鋼支撐、混凝土支撐。2.內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)支撐鋼管內(nèi)支撐鋼管－混凝土內(nèi)支撐鋼管斜支撐4.土釘墻圍護(hù)墻錨桿圍檁

砼面層土釘3.土層錨桿錨固體防水地面砼護(hù)頂拉桿錨桿頭部錨桿圍檁井點(diǎn)降水圈梁鋼筋網(wǎng)樁頭鋼筋網(wǎng)樁頭三、支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力與特點(diǎn)土的類別、支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度及位移、有無支點(diǎn)及支點(diǎn)的位置和反力大小、時間與空間效應(yīng)、地下水位及施工方法、施工工序和施工過程、外界的荷載與溫度變化…。影響因素產(chǎn)生極限土壓力的位移條件1－井管；2－濾管；3－總管；4－彎聯(lián)管；5－離心泵房6－原有地下水位線；7－降低后地下水位線四、基支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工一、井點(diǎn)降水（一）輕型井點(diǎn)（二）噴射井點(diǎn)(a)噴射井點(diǎn)設(shè)備簡圖(b)噴射揚(yáng)水器原理圖

1－噴射井管；2－濾管；3－進(jìn)水總管；4－排水總管；5一高壓泵；6－集水池；7－水泵；8－內(nèi)管；9－外管；10－噴嘴；11混合室；12－擴(kuò)散管；13－壓力表(a)鋼管管井；(b)混凝土管管井1一沉砂管；2一鋼筋焊接骨架；3－濾網(wǎng)；4－管身；5－吸水管；6－深井泵；7—小礫石過濾層；8－粘土封口；9－混凝土實(shí)管；10－無砂混凝土管；11—潛水泵；12一出水管（三）深井井點(diǎn)（四）電滲井點(diǎn)電滲井點(diǎn)

1一井點(diǎn)管；2一電極；3－直流電源k<0.1m/d

井點(diǎn)類型及其適用性

井點(diǎn)類型滲透系數(shù)(cm/s)降低水位深度(m)土質(zhì)類別一(多)級輕型井點(diǎn)10-2~10-53~6(6~10)

粉砂、砂質(zhì)或粘質(zhì)粉土、含薄層粉砂的粉質(zhì)粘土噴射井點(diǎn)10-3~10-68~20

粉砂、砂質(zhì)或粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、含薄層粉砂夾層的粘土和淤泥質(zhì)粘土。深井井點(diǎn)10-5>10

粉砂、砂質(zhì)粉土、含薄層粉砂的粉質(zhì)粘土、富含薄層粉砂的粘土和淤泥質(zhì)粘土。電滲井點(diǎn)<10-6根據(jù)選用的井點(diǎn)確定

粉質(zhì)粘土、粘土二、土方開挖(1)遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的挖土原則

（2）基坑開挖深度有深淺不同時，土方開挖宜從淺基坑開始，待淺基坑底板澆筑后，再開始挖較深基坑的土方。（3）中心島盆式開挖五、基坑支護(hù)的監(jiān)測與環(huán)境監(jiān)護(hù)

基坑監(jiān)測項(xiàng)目表監(jiān)測項(xiàng)目基坑側(cè)壁安全等級一級二級三級支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移應(yīng)測應(yīng)測應(yīng)測周圍建筑物、地下管線變形應(yīng)測應(yīng)測宜測地下水位應(yīng)測應(yīng)測宜測樁、墻內(nèi)力應(yīng)測宜測可測錨桿拉力應(yīng)測宜測可測支撐軸力應(yīng)測宜測可測立柱變形應(yīng)測宜測可測土體分層豎向位移應(yīng)測宜測可測支護(hù)結(jié)構(gòu)面上側(cè)向壓力宜測可測可測

監(jiān)測方法與技術(shù)要求測點(diǎn)位置監(jiān)測項(xiàng)目測試方法精度要求圍護(hù)墻體墻頂水平位移埋設(shè)測點(diǎn)，用經(jīng)緯儀測1mm墻頂沉降埋設(shè)測點(diǎn)，用水準(zhǔn)儀測1mm墻身水平位移預(yù)埋測斜管，用測斜儀測1mm墻側(cè)土壓力埋設(shè)土壓力盒，用土壓力計(jì)測1/100(F.S)及5kPa墻周土體墻外土體深層水平位移埋設(shè)測斜管，用測斜儀測1mm坑底土隆起埋設(shè)分層沉降管，用沉降儀測1mm孔隙水壓力埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)1kPa地下水位埋設(shè)水位管1mm支撐或錨桿支撐軸力預(yù)先安裝軸力計(jì)1/100(F.S)錨桿拉力錨桿上預(yù)先安裝鋼筋計(jì)1/100(F.S)立柱沉降埋設(shè)測點(diǎn)，用水準(zhǔn)儀測1mm坑外建筑物沉降及傾斜度埋設(shè)測點(diǎn)，用水準(zhǔn)及經(jīng)緯儀測1mm坑外地下管線沉降及水平位移安裝測點(diǎn)于接頭，用水準(zhǔn)儀及經(jīng)緯儀測1mm第二節(jié)支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力計(jì)算填土擋墻開挖擋墻水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值---有支撐柔性圍護(hù)墻砂土及碎石土地下水位以下----有效應(yīng)力方法（水土分算，CU指標(biāo)）粗粒土地下水位以上、細(xì)粒土----總應(yīng)力方法（水土合算，CU指標(biāo)）《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JGJ120-99)haw≤hhaw>h水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值砂土及碎石土----水土分算粉土及粘性土----水土合算++(zj<h)(zj≥h)天然豎向重力s0ks1k第三節(jié)水泥土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）墻體的寬度和深度

按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。如上海地區(qū)一般墻寬可取為開挖深度的0.6~0.8倍，坑底以下插入深度可取為開挖深度的0.8~1.2倍BDHH0壁狀水泥土擋墻（二）寬度方向的布樁形式格柵的置換率（加固土的面積:水泥土墻的總面積）為0.6~0.8，格柵長寬比不宜大于2。隔柵狀水泥土擋墻BDHH0坑底加固壓頂砼面層t≥150mm（四）其它加強(qiáng)措施（三）墻體強(qiáng)度

水泥土圍護(hù)體的強(qiáng)度取決于水泥摻合量(指每立方加固體所拌和的水泥重量)和齡期。 水泥摻合量一般為200~250kg/m3，通常采用425#普通硅酸鹽水泥。水泥土圍護(hù)體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度一般要求齡期一個月的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa。為改善水泥土加固體的性能和提高早期強(qiáng)度，可摻入外摻劑（如早強(qiáng)劑、減水劑）。插筋（一）水土分算二、土壓力計(jì)算適用于土的滲透性較好的土層，如砂土、粉土和粉質(zhì)粘土適用于不透水的粘土層，并采用天然重度。（二）水土合算懸臂式柔性圍護(hù)墻三、基本驗(yàn)算（1）抗傾覆驗(yàn)算（圖a）；（2）整體圓弧滑動穩(wěn)定驗(yàn)算（圖b）；（3）抗滑驗(yàn)算（圖c）；（4）抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算（圖d）；（5）墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算;（6）擋墻水平位移估算。d）（二）抗滑驗(yàn)算抗滑指沿圍護(hù)墻底面的滑動，驗(yàn)算公式為：KHL≥1.2c0、0—墻底土層的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角注：不宜采用以下公式計(jì)算抗滑安全系數(shù)（一）抗傾覆驗(yàn)算式中Kq≥1.2W—墻體自重；Ea—主動土壓力合力；Ep—被動土壓力合力；B/2B/2Ea（三）整體圓弧滑動穩(wěn)定驗(yàn)算采用瑞典條分法，按圓弧滑動面考慮，土體抗剪強(qiáng)度可采用總應(yīng)力法計(jì)算：Kz－應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，無經(jīng)驗(yàn)時可取1.3。注：一般最危險滑動面取在墻底以下0.5～1.0m，滑動圓心位置一般在墻上方，靠近基坑內(nèi)側(cè)。（四）抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算ic—坑底土的臨界水力梯度Ks≥1.5~2.0，坑底土透水性大時取大值。i—坑底土的滲流水力梯度，最短滲徑流線總長度(m)，如當(dāng)防滲帷幕長度范圍內(nèi)各層土的滲透性相差不大時，但當(dāng)此范圍內(nèi)有滲透性較大土層，如砂土、松散填土或多裂隙土，計(jì)算L時應(yīng)扣除這些層厚度。Dwhw透水層不透水層

當(dāng)坑底下為砂土?xí)r，需驗(yàn)算墻角滲流向上溢出處的滲流坡降，以防止出現(xiàn)流砂現(xiàn)象。這里采用以下方法：（五）墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算1.壓應(yīng)力驗(yàn)算2.拉應(yīng)力驗(yàn)算式中0——基坑重要性系數(shù)；cs——水泥土墻平均重度，取18～19kN/m3；

z——墻頂至計(jì)算截面的深度；

M——單位長度水泥土墻截面彎矩設(shè)計(jì)值；

W——水泥土墻截面模量；

fcs—水泥土開挖齡期抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。（按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程－JGJ120-99》）（六）墻體水平位移估算lode=支護(hù)入土段變形+q0hq0loy0hd懸臂段變形第四節(jié)排樁或地下連續(xù)墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

排樁或地下連續(xù)墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括圍護(hù)樁墻、內(nèi)支撐（或土層錨桿）兩方面。

設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括土體穩(wěn)定性驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算（即內(nèi)力變形計(jì)算和構(gòu)件截面尺寸設(shè)計(jì)）。要求掌握土體穩(wěn)定性驗(yàn)算的基本理論。穩(wěn)定性驗(yàn)算的內(nèi)容有：(一)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算(二)坑底抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算(三)抗?jié)B驗(yàn)算(四)坑底土抗承壓水驗(yàn)算。一、圍護(hù)樁墻設(shè)計(jì)(一)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算采用圓弧滑動簡單條分法，同重力式擋墻。(二)坑底抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算

以圍護(hù)樁墻底的平面作為地基極限承載力驗(yàn)算的基準(zhǔn)面，參照Prandtle和Terzaghi求單位寬度的地基極限承載力的公式，如圖：——抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)，一般要求不得小于1.7～2.51——坑外地表至圍護(hù)墻底，各土層重度的厚度加權(quán)平均值2——坑內(nèi)開挖面至圍護(hù)墻底，各土層重度的厚度加權(quán)平均值用Prandtl-Reissner公式時：用Terzaghi公式則為c、φ分別為圍護(hù)墻底以下滑移線場影響范圍內(nèi)地基土粘聚力、內(nèi)摩擦角h0—基坑開挖深度D—圍護(hù)墻在基坑開挖面以下的插入深度q—坑外地面超載（三）抗?jié)B驗(yàn)算

設(shè)防滲帷幕時，計(jì)算至防滲帷幕底；圍護(hù)墻自防水時，計(jì)算至圍護(hù)墻底，計(jì)算理論同重力式擋墻。即Dw式中：其中注：當(dāng)滲透路徑范圍內(nèi)有滲透性較大土層，如砂土、松散填土或多裂隙土，計(jì)算L時應(yīng)扣除這些層厚度。（四）坑底土抗承壓水穩(wěn)定性驗(yàn)算基坑開挖面以下有承壓水層時，應(yīng)按下式驗(yàn)算坑底土抗承壓水穩(wěn)定性。注：驗(yàn)算公式中偏安全，未考慮上覆土層與圍護(hù)樁墻之間的摩擦力影響。Ky—坑底土抗承壓水頭穩(wěn)定安全系數(shù)，一般不小于1.05pcz—基坑開挖面以下至承壓水層頂板間覆蓋土的總自重壓力pwy—承壓水層的水頭壓力二、內(nèi)力變形計(jì)算

樁墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變形可按平面問題來簡化計(jì)算，排樁計(jì)算寬度可取排樁的中心距，地下連續(xù)墻計(jì)算寬度可取單位寬度。目前工程實(shí)踐中內(nèi)力變形計(jì)算應(yīng)用較多的是極限平衡法和彈性支點(diǎn)法（豎向彈性地基梁法）。

極限平衡法假定作用于圍護(hù)樁墻前后的土壓力達(dá)到被動土壓力和主動土壓力，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行力學(xué)簡化.

彈性支點(diǎn)法假定作用于樁墻后的側(cè)壓力已知，一般在坑底以上按朗金主動土壓力來考慮，開挖面以下按矩形分布，大小等于開挖面處的朗金主動土壓力。作用于樁墻前開挖面以下的土體抗力通常按“m”考慮。第五節(jié)土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、加固機(jī)理（1）提高原位土體強(qiáng)度（2）土與土釘間相互作用（3）面層土壓力分布加固2.土釘墻的穩(wěn)定驗(yàn)算（1）外部穩(wěn)定加固區(qū)抗滑移加固區(qū)抗傾覆FFG加固區(qū)地基穩(wěn)定FG深層整體失穩(wěn)（2）內(nèi)部穩(wěn)定土釘拔出加筋區(qū)內(nèi)整體失穩(wěn)T【例】某工程