基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)培訓(xùn)講義

基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)

§1

概述§2圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式及適用范圍§3支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載§4懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析§5單錨式圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析§6基坑的穩(wěn)定驗(yàn)算§7土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)§8地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)基坑支護(hù)目的與作用基坑支護(hù)的目的（1）確?；娱_挖和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工安全、順利；（2）確保基坑臨近建筑物或地下管道正常使用；（3）防止地面出現(xiàn)塌陷、坑底管涌發(fā)生?；又ёo(hù)的作用

擋土、擋水、控制邊坡變形?；庸こ痰幕炯夹g(shù)要求（1）安全可靠性；（2）經(jīng)濟(jì)合理性；（3）施工便利性和工期保證性。

1）按開挖深度分。開挖深度H≥5m稱為深基坑；H＜5m為淺基坑。

2）按開挖方式分。分為放坡開挖和支護(hù)開挖兩大類。

3）按功能用途分。樓宇基坑、地鐵站基坑、市政工程基坑、工業(yè)地下廠房基坑等。

4）按安全等級(jí)分?！痘右?guī)程》將基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分為三個(gè)安全等級(jí)?！?

圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式及適用范圍基坑側(cè)壁安全等級(jí)及重要性系數(shù)

安全等級(jí)破壞后果

一級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴(yán)重1.10二級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響一般1.00三級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴(yán)重0.903支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載

作用在一般結(jié)構(gòu)上的荷載可分為三類:

(1)永久荷載

(2)可變荷載

(3)偶然荷載

作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載主要有:(1)土壓力(2)水壓力(3)影響范圍區(qū)內(nèi)建筑物,結(jié)構(gòu)物荷載(5)若支護(hù)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時(shí),應(yīng)考慮地震力(4)施工荷載:汽車,吊車及場(chǎng)地堆載等(6)溫度影響和混凝土收縮引起的附加荷載土壓力主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的產(chǎn)生，前提條件是支護(hù)結(jié)構(gòu)存在位移；當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)沒有位移時(shí)，則土對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力為靜止土壓力。土壓力的分布與支點(diǎn)的設(shè)置及其數(shù)量都有關(guān)系；懸臂支護(hù)樁土壓力的實(shí)測(cè)值與按朗肯公式計(jì)算值的對(duì)比，非挖土側(cè)實(shí)測(cè)土壓力小于朗肯主動(dòng)土壓力，即計(jì)算結(jié)果偏大。土的內(nèi)聚力C、內(nèi)摩擦角φ值可根據(jù)下列規(guī)定適當(dāng)調(diào)整：在井點(diǎn)降低地下水范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)孛嬗信潘头罎B措施時(shí)，φ值可提高20%；在井點(diǎn)降水土體固結(jié)的條件下，可考慮土與支護(hù)結(jié)構(gòu)間側(cè)摩阻力影響，將土的內(nèi)聚力c提高20%。土壓力計(jì)算公式主動(dòng)土壓力：被動(dòng)土壓力：水壓力水壓力，主要根據(jù)土質(zhì)情況確定如何考慮水壓力的問題。對(duì)于粘性土，土壤的透水性較差，此粘性土產(chǎn)生的側(cè)向壓力可采用水土合算的方法，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力與水壓力之和乘以側(cè)壓力系數(shù)。對(duì)于砂性土，采用水土分算，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力乘以側(cè)壓力系數(shù)與該深度處水壓力之和。4懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力并確定計(jì)算簡(jiǎn)圖，確定嵌固深度、內(nèi)力計(jì)算；支護(hù)樁或墻的截面設(shè)計(jì)以及壓頂梁的設(shè)計(jì)等。根據(jù)朗肯-庫倫土壓力理論分層計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力；在此基礎(chǔ)上確定圖所示的計(jì)算簡(jiǎn)圖。據(jù)此簡(jiǎn)圖求出嵌固深度hd;最大彎矩截面位置及最大彎矩值；進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)或承載力計(jì)算；計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端位移。內(nèi)力與變形計(jì)算常用的方法有：極限平衡法和彈性抗力法兩種:

極限平衡法假設(shè)基坑外側(cè)土體處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)，基坑內(nèi)側(cè)土體處于被動(dòng)極限平衡狀態(tài)1.入土較淺時(shí)單支點(diǎn)板樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算：方法:平衡法當(dāng)板樁墻入土深度較淺時(shí)，板樁墻前側(cè)的被動(dòng)土壓力全部發(fā)揮，板樁墻的底端可能有少量向前位移的現(xiàn)象發(fā)生。此時(shí)板樁墻前后的被動(dòng)和主動(dòng)土壓力對(duì)支錨點(diǎn)的力矩相等，板樁墻體處于極限平衡狀態(tài)，板樁墻可看做在支錨點(diǎn)鉸支而下端自由的結(jié)構(gòu)。

2）假設(shè)在C點(diǎn)切開，認(rèn)為AC段為一簡(jiǎn)支梁，即等值梁AC。根據(jù)平衡方程計(jì)算支點(diǎn)反力T和C點(diǎn)剪力P0。3）取板樁墻下段CE為隔離體，可求出有效嵌固深度t而板樁墻在基坑底以下的入土深度D

4）由等值梁AC求算最大彎矩。計(jì)算方法是“等值梁法”。等值梁法的關(guān)鍵是如何確定反彎點(diǎn)的位置。對(duì)單錨或單撐支護(hù)結(jié)構(gòu)，地面以下土壓力為零的位置，即主動(dòng)土壓力等于被動(dòng)土壓力的位置，與反彎點(diǎn)位置較接近。6多道支撐（錨桿）擋土樁墻計(jì)算

多道（層）支撐（錨桿）擋土樁的計(jì)算方法很多，有等值梁法；二分之一分擔(dān)法；逐層開挖支撐支承力不變法；彈性地基梁法（m法）；有限元計(jì)算法等。6.1等值梁法一、計(jì)算步驟

多道支撐等值梁法計(jì)算原理與單道相同，但須計(jì)算固端彎矩，求出彎矩后尚須進(jìn)行分配，最后計(jì)算各支點(diǎn)反力。二、工程實(shí)例計(jì)算

北京京城大廈為超高層建筑，地上52層，地下4層，建筑面積110270m2，地面以上高1853m，基礎(chǔ)深276m(設(shè)計(jì)按25m計(jì)算)，采用進(jìn)口488mm×30mmH型鋼樁擋土，樁中間距1.1m，三層錨桿拉結(jié)。地質(zhì)資料如下圖所示。

對(duì)各土層進(jìn)行加權(quán)平均后得：重度

=19kN/m3，內(nèi)摩擦角

=300，粘聚力c=10kPa。23m以下為砂卵石，

p

=350~430，潛水位在23~30m深的圓礫石中，深10m，地面荷載按10kN/m2計(jì)算。

（一）計(jì)算土壓力系數(shù)取=(2/3)p=25o，則：Ka=tan2(45o-

/2)=tan230o=0.33（二）計(jì)算土壓力零點(diǎn)(近似零彎矩點(diǎn))距基坑坑底的距離y

eaH1=qKa=10×0.33=33kPaeaH2=

HKa=19×25×0.33=147.3kPaeaH=eaH1+eaH1=33+147.3=150.6kPa(Kp–Ka)=19(11.8–0.33)=217.9kN/m3

0.69m

（三）繪制基坑支護(hù)簡(jiǎn)圖圖3-33基坑支護(hù)簡(jiǎn)圖圖3-34連續(xù)梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

（四）求各支點(diǎn)的荷載集度（沒有考慮c!）qA=qKa=10×0.33=3kN/m2qB=qKa

+3+19×5×0.33=34.6kN/m2

同理可求：qC=78.5kN/m2qD=116.2kN/m2qE=150.6kN/m2（五）分段計(jì)算連續(xù)梁各固定端的彎矩1.AB段AB段為懸臂梁MAB=0MBA

=

3×5×(5/2)

+

(1/2)×(34.6

-

3)×5×(5/3)

=

171.7kN?m2.BC段梁

梁BC段的受力如下圖所示，B支點(diǎn)荷載q1=qB

=34.6kN，C支點(diǎn)荷載q2=qC

=78.5kN，由結(jié)構(gòu)力學(xué)可求得：

269.4kN?mCD段梁

CD段梁的受力如下圖所示，兩端均為固支，將原梯形分布荷載看成一矩形荷載q1

=qC

=78.5kN和一三角形荷載q2=qD-qC

=116.2-78.5=37.7kN的疊加，由結(jié)構(gòu)力學(xué)可求得：

280.7kN?m304kN?m4.DEF段梁

DEF

段梁如下圖所示，D

端固定，F(xiàn)

點(diǎn)為零彎矩點(diǎn)，簡(jiǎn)支。將原多邊形分布荷載看成一個(gè)矩形分布荷載和兩個(gè)三角形分布荷載的疊加。

q1

=qD=116.2kN，q2

=150.6-116.2=34.4kN，q3=150.6kN。查得：

將a=5.5m，b=0.69m，l=6.19m，q1

=116.2kN，q2

=34.4kN，q3=150.6kN代入上式，可以計(jì)算得到：MDF=-637

kN?m（六）彎矩分配1.背景知識(shí)由結(jié)構(gòu)力學(xué)知：以上各式中：MIg是固定端I上的不平衡彎矩；MIk

為會(huì)交于固定端I的第k根桿上的分配彎矩；MkIC為會(huì)交于固定端I的第k根桿上另一端的彎矩，稱為傳遞彎矩；

Ik為會(huì)交于固定端I的第k根桿上的彎矩分配系數(shù)；CI

k稱為傳遞系數(shù)；SIk稱為勁度系數(shù)。在等截面桿件的情況下，各桿的勁度系數(shù)和傳遞系數(shù)如下：遠(yuǎn)端為固定支座時(shí)：

SIk=4iIk，CIk=

1/2=0.5

遠(yuǎn)端為鉸支座時(shí)：

SIk=3iIk，CIk

=

0

其中iIk=EI

/

lIk，并稱為桿件的線剛度。在前面的分段計(jì)算中得到的固定端C、D的彎矩不能相互平衡，需要繼續(xù)用剛剛介紹的彎矩分配法來平衡支點(diǎn)C、D的彎矩。2.求分配系數(shù)固端C：SCB

=

3iCB

=

(3/7)EI，SCD

=

4iCD

=

(4/6)EI

=

(2/3)EI，

SC

I=SCB

+SCD

=(23/21)EI=0.391

μCD

=1-μCB=1-0.391=0.609

固端D與固端C類似，可求得：

μDC=0.58，μDF=0.42

分配彎矩由于D點(diǎn)的不平衡力矩MDg=

MDC+

MDF=304–

637=-336kN?m，C點(diǎn)的不平衡力矩MCg=

MCB+

MCD=269.4-280.4=-11kN?m。顯然應(yīng)當(dāng)：①首先對(duì)D支點(diǎn)進(jìn)行彎矩分配

MDCμ=-μ

DCMDg=-

0.58×

(-336)=+195kN?mMDFμ=-μ

DFMDg=-

0.42×

(-336)=+140.1kN?m

由于C點(diǎn)是固支，MDCμ

將對(duì)其產(chǎn)生傳遞彎矩：

MCDC=CDCMDCμ=0.5×

195=96.8kN?m

而F點(diǎn)是簡(jiǎn)支，

MDFμ

不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生傳遞彎矩。②再對(duì)C支點(diǎn)進(jìn)行彎矩分配

MCg'=MCg+MCDC=(-11)+96.8=86.8kN?m

與其相應(yīng)的分配彎矩和傳遞彎矩分別為：

MCBμ=0.391×86.8=-39kN?m，

MCDμ=0.609×86.8=-52.7kN?mMDCC=(1/2)×(-52.7)=-26.4kN?m

此時(shí)，C點(diǎn)達(dá)到了基本平衡，D點(diǎn)又有了新的不平衡彎矩

MDg'=MDCC

=-26.4kN?m，不過已經(jīng)小于原先的不平衡彎矩。按照完全相同的步驟，繼續(xù)依次在結(jié)點(diǎn)C和D消去不平衡彎矩，則不平衡彎矩將越來越小。經(jīng)過若干次同樣的計(jì)算以后，到傳遞力矩小到可以忽略不計(jì)時(shí)，便可停止進(jìn)行。此時(shí)，擋土樁墻已非常接近其真實(shí)平衡狀態(tài)。

上述各次計(jì)算結(jié)果可以用下表清晰表達(dá)：表3-4BCDF-34分配系數(shù)

0.3910.6090.580.42

固端彎矩171.8-171.8+269-280.4+304-637

D一次分配傳遞C一次分配傳遞D二次分配傳遞C二次分配傳遞D三次分配

-39-0+96.8+195-52.7-26.4+7.6+15.2-4.6-2.3+1.3+140.1

+11.1

+1.0

最后桿端彎矩（近似）171.8-171.8232.6-232.6+485-485

通過以上計(jì)算，得到各支點(diǎn)的彎矩為：MB

=-171.8kN?mMC

=-232.6kN?mMD

=-485kN?mMF

=0（七）求各支點(diǎn)反力

根據(jù)連續(xù)梁各支點(diǎn)的彎矩平衡，并參照下圖，可以容易求得各支點(diǎn)反力。

參照?qǐng)D（a），根據(jù)

MA=0求R'BR'B=94.8kN同樣，參照?qǐng)D（b），可以求得：R''B=114.5kNR'C=281.4kN參照?qǐng)D（c），可以求得：R''C=156kNR'D=430.5kNDF段受力比較復(fù)雜，計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)小心。參照?qǐng)D（d）根據(jù)

MF=0，可以列出下式：RD''=476kN根據(jù)

MD=0，可以列出下式：RF=388kN各支點(diǎn)反力為：

209.3kN435kN906.5kNRF=388kN6.2二分之一分擔(dān)法二分之一分擔(dān)法是多支撐連續(xù)梁的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法，計(jì)算較為簡(jiǎn)便。Terzaghi和Peck根據(jù)對(duì)柏林和芝加哥等地鐵工程基坑擋土結(jié)構(gòu)支撐受力的測(cè)定，以包絡(luò)圖為基礎(chǔ)，用二分之一分擔(dān)法將支撐軸力轉(zhuǎn)化為土壓力，提出了圖3-12所示的土壓力分布。反之，如土壓力分布已知（設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)必須確定土壓力分布），則可以用二分之一分擔(dān)法來計(jì)算多道支撐的受力。這種方法不考慮支撐樁、墻的變形，求支撐所受的反力時(shí)，直接將土壓力、水壓力平均分配給每一道支撐，然后求出正負(fù)彎矩、最大彎矩，以確定擋土樁的截面及配筋。顯然，這種計(jì)算簡(jiǎn)單方便。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3-40所示。

如要計(jì)算反力R2，只要求出(l1+l2/2)至（l1+l2+l3/2）之內(nèi)的總土壓力，因此計(jì)算很方便。（a）彎矩圖

（b）軸力圖圖3-40二分之一分擔(dān)法計(jì)算簡(jiǎn)圖6.3逐層開挖支撐(錨桿)支承力不變法多層支護(hù)的施工是先施工擋土樁或擋土墻，然后開挖第一層土，挖到第一層支撐或錨桿點(diǎn)以下若干距離，進(jìn)行第一層支撐或錨桿施工。然后再挖第二層土，挖到第二層支撐（錨桿）支點(diǎn)下若干距離，進(jìn)行第二層支撐或錨桿施工。如此循序作業(yè)，直至挖到坑底為止。一、方法介紹該計(jì)算方法假設(shè)每層支撐或錨桿安裝后，其受力和變形均不因下階段開挖及支撐設(shè)置而改變。

（一）計(jì)算的假定支撐荷載不變每層支撐（錨桿）受力后不因下階段開挖及支撐（錨桿）設(shè)置而改變其數(shù)值，所以鋼支撐需加軸力，錨桿需加預(yù)應(yīng)力。支撐位移不變下層開挖和支撐對(duì)上層支撐變形的影響甚小，可以不予考慮。比如第二層支撐完成后，進(jìn)行第三層土方開挖和第三道支撐時(shí)，就認(rèn)為第二層支撐變形不再變化。對(duì)支護(hù)樁墻來講，每層支撐安設(shè)后可以看作簡(jiǎn)單鉸支座。根據(jù)以上假定，上層支撐（錨桿）設(shè)計(jì)，要考慮的挖土深度應(yīng)當(dāng)直到下層支撐（錨桿）施工時(shí)的開挖深度。并且應(yīng)當(dāng)考慮到坑底下的零彎點(diǎn)，即近似土壓力零點(diǎn)。（二）計(jì)算方法及步驟1.求各道支撐的支撐力RI求第一道支撐的水平力RB，見圖3-42中的右下圖。

基坑開挖到B點(diǎn)以下若干距離（滿足支撐或錨桿施工的距離），但未作第一層（B點(diǎn)）支撐或錨桿時(shí)，必須考慮懸臂樁（AC段）的要求，如彎矩、位移等。在設(shè)計(jì)和施工圖3-42計(jì)算簡(jiǎn)圖

第一層（B點(diǎn)）支撐時(shí)，要考慮它必須滿足第二階段挖土所產(chǎn)生的水平力，直到第二道（C點(diǎn)）支撐未完工之前。算法是：先用前述公式求出C點(diǎn)下零彎點(diǎn)O

距臨時(shí)坑底的距離

y；然后求出O點(diǎn)以上總的主動(dòng)土壓力Ea（包括主動(dòng)土壓力、水壓力），此時(shí)C點(diǎn)尚未支撐或未作錨桿，B支撐以下部分的土壓力將由RB及RO承受。從O點(diǎn)取矩可以求出RB。EA

=RO

+

RB，即一部分主動(dòng)土壓力由被動(dòng)土壓承擔(dān)。(2)求第二道（C點(diǎn)）支撐（錨桿）的支撐力RC

同樣，在求第二道（C點(diǎn)）支撐的支撐力RC時(shí)，要先求出第三道支撐（D點(diǎn)）下的零彎點(diǎn)O

'(土壓力零點(diǎn))，再求出第三階段挖土結(jié)束但第三道（D點(diǎn)）支撐（錨桿）尚未完成時(shí)的各種水平力。從O

'點(diǎn)取矩可以求出RC。

以下各道支撐的支撐力RI求解方法與以上相同。

2.求各斷面的彎矩將樁視為連續(xù)梁，各道支撐為支點(diǎn)，連續(xù)梁上各支點(diǎn)的支撐力已經(jīng)通過上述計(jì)算得到，從而可以求出各斷面的彎矩，找出其中的最大值作為核算強(qiáng)度依據(jù)。6.4彈性地基梁法*一、簡(jiǎn)介目前在支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的仍然是等值梁法和彈性地基梁法。等值梁法基于極限平衡狀態(tài)理論，假定支擋結(jié)構(gòu)前、后受極限狀態(tài)的主、被動(dòng)土壓力作用，不能反映支擋結(jié)構(gòu)的變形情況，無法預(yù)估開挖對(duì)周圍建筑物的影響，故一般只能用于校核支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力。彈性地基梁法則能夠考慮支擋結(jié)構(gòu)的平衡條件和結(jié)構(gòu)與土的變形協(xié)調(diào)，并可有效地計(jì)入基坑開挖過程中的多種因素的影響，如擋墻兩側(cè)土壓力的變化，支撐數(shù)量隨開挖深度的增加，支撐預(yù)加軸力和支撐架設(shè)前的擋墻位移對(duì)擋墻內(nèi)力、變形的影響等，同時(shí)從支擋結(jié)構(gòu)的水平位移也可以初步估計(jì)開挖對(duì)鄰近建筑的影響程度，因而它已經(jīng)成為一種重要的基坑支擋工程設(shè)計(jì)方法，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。

2.彈性抗力法彈性抗力法也稱為土抗力法或側(cè)向彈性地基反力法，將支護(hù)樁作為豎直放置的彈性地基梁，支撐簡(jiǎn)化為與支撐剛度有關(guān)的二力桿彈簧；土對(duì)支護(hù)樁的抗力(地基反力)用彈簧來模擬(文克爾假定)，地基反力的大小與支護(hù)樁的變形成正比。其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示。彈性地基梁法中土對(duì)支擋結(jié)構(gòu)的抗力（地基反力）用彈簧來模擬，地基反力的大小與擋墻的變形有關(guān)，即地基反力由水平地基反力系數(shù)（機(jī)床系數(shù)）同該深度擋墻變形的乘積確定。地基反力系數(shù)有多種分布，不同的分布形式就形成了不同的分析與計(jì)算方法。圖3-48給出地基反力系數(shù)的五種分布圖示。圖3-48地基反力系數(shù)沿深度的分布

上述五種分布圖示都可以用下面的通式來表達(dá)：（3-27）

式中：z為地面或開挖面以下深度；k為比例系數(shù)；n為指數(shù)，反映地基反力系數(shù)隨深度而變化的情況；A0為地面或開挖面處土的地基反力系數(shù)，一般取為零。

根據(jù)n的取值，人們將圖3-48(a)、(b)、(d)分布模式的計(jì)算方法分別稱為張氏法(n

=

0)、C法(

n

=

0.5

)和K法(

n

=

2

)。在圖3-48(c)中，n=1，Kh=k

z(3-28')

此式表明水平地基反力系數(shù)沿深度按線性規(guī)律增大，由于我國(guó)以往應(yīng)用此種分布圖示時(shí)，用m表示比例系數(shù)，即Kh=m

z，故通稱m法（中國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)JTJ024-85）。采用m法時(shí)土對(duì)支擋結(jié)構(gòu)的水平地基反力f可寫成如下的形式：f=mzy(3-28)

式中：

y為計(jì)算點(diǎn)處擋墻的水平位移。水平地基反力系數(shù)Kh和比例系數(shù)m的取值原則上宜由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，也可參照當(dāng)?shù)仡愃乒こ痰膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)不少基坑工程手冊(cè)或規(guī)范也都根據(jù)鐵路、港口工程技術(shù)規(guī)范給出了相應(yīng)土類Kh和m的大致范圍，當(dāng)無現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)可參照下面的表3-6和表3-7選用。表3-6不同土的水平地基反力比例系數(shù)m

地基土類型m(MN/m4)

液性指數(shù)IL≥1的粘性土，淤泥1~2

液性指數(shù)0.5≤IL<1.0的軟粘土，粉砂，松散砂2~4

液性指數(shù)0≤IL<0.5的硬粘土，細(xì)砂，中砂4~6

豎硬的粘性土和粉質(zhì)粘土，砂質(zhì)粉土，粗砂6~10表3-7不同土的水平地基反力系數(shù)Kh

地基土類型Kh(MN/m3)

淤泥質(zhì)粘性土5

夾薄砂層的淤泥質(zhì)粘性土采取超前降水加固時(shí)10

淤泥質(zhì)粘性土采用分層注漿加固時(shí)15

坑內(nèi)工程樁為

600~800mm的灌注樁且樁距為3~5倍的樁徑，圍護(hù)墻前坑底土的0.7倍開挖深度采用攪拌樁加固，加固率在25%~30%時(shí)6~10

對(duì)于上圖所示的支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算模式，微分方程將有下面兩種具體形式：(1)在基坑開挖面以上(0≤z≤H)：

(2)在基坑開挖面以下(z≥H)：

式中：z——支護(hù)結(jié)構(gòu)頂至計(jì)算點(diǎn)的距離(m)；bs——載荷計(jì)算寬度(m)，地下連續(xù)墻和水泥土墻取單位寬度，排樁取樁中心距；y——計(jì)算點(diǎn)水平位移(m)。彈性地基桿系有限元法一般步驟如下：(1)將樁、墻沿豎向劃分為n個(gè)單元，則有n+1個(gè)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。(2)計(jì)算樁、墻單元的剛度矩陣，并組裝梁的總剛度矩陣(3)計(jì)算支撐(或拉錨)剛度矩陣(4)計(jì)算地基剛度矩陣(5)組裝支護(hù)結(jié)構(gòu)總剛度矩陣(6)計(jì)算總的荷載向量(7)高斯法解總平衡方程，得位移向量(8)將回代總平衡方程，求出各節(jié)點(diǎn)處樁、墻內(nèi)力及支撐力(或拉錨力)。配筋和撓度計(jì)算

地質(zhì)條件或其它影響因素較為復(fù)雜時(shí)，也可按最大彎矩?cái)嗝娴呐浣钬炌ㄈL(zhǎng)。配筋應(yīng)滿足下式條件：支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端的水平位移值

鋼筋混凝土護(hù)坡樁配筋計(jì)算1)按鋼筋混凝土受彎構(gòu)件計(jì)算當(dāng)截面內(nèi)縱向鋼筋數(shù)量不少于6根時(shí)，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件配筋計(jì)算公式為:式中：A——圓形截面積；As——全部縱向鋼筋的截面面積；r——圓形截面的半徑；rs——縱向鋼筋重心所在圓周的半徑；fc——軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fy——鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

——對(duì)應(yīng)于受壓區(qū)混凝土截面面積的圓心角(rad)與2的比值；——縱向受拉鋼筋截面面積與全部縱向鋼筋截面面積的比值，=1.25―，當(dāng)>0.625時(shí)，取=0；——混凝土構(gòu)件受壓區(qū)應(yīng)力圖的應(yīng)力值取為軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)

值fc乘以系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過C50時(shí)當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)M——護(hù)坡樁彎矩設(shè)計(jì)值。=1，=0.94，其間按線性內(nèi)插法確定；以上方程組可通過試算求解；另外可按以下方法計(jì)算(按經(jīng)驗(yàn)估算As→求系數(shù)K=fyAs/fcA→由第二式或查表2-1求→把帶入第一式左邊求承載力(記為Mc)，若Mc小于彎矩設(shè)計(jì)值，=1)：則重設(shè)As，重復(fù)以上步驟，直至Mc大于彎矩設(shè)計(jì)值，則得護(hù)坡樁配筋A(yù)s。2)鋼筋混凝土護(hù)坡樁配筋計(jì)算99規(guī)程方法簡(jiǎn)介

截面受拉區(qū)內(nèi)縱向鋼筋不少于三根的圓形截面的情況，沿截面受拉區(qū)和受壓區(qū)周邊配置局部均勻縱向鋼筋或集中縱向鋼筋的圓形截面鋼筋混凝土樁，其正截面受彎承載力可按99規(guī)程以下公式計(jì)算?！?/p>

配置局部均勻配筋和集中配筋的圓形截面式中：——對(duì)應(yīng)于受壓區(qū)混凝土截面面積的圓心角(rad)與2的比值，應(yīng)滿足下列要求：≥；另外應(yīng)滿足≥1/5，否則第二式應(yīng)按下式計(jì)算：≤

——矩形截面的相對(duì)界限受壓區(qū)高度，

rs——縱向鋼筋所在圓周的半徑；

r——圓形截面的半徑；——對(duì)應(yīng)于周邊均勻受拉鋼筋的圓心角(rad)與2的比值；值宜在l/6～l/3之間選取，通?？扇《ㄖ?.25；——對(duì)應(yīng)于周邊均勻受壓鋼筋的圓心角(rad)與2的比值，≤0.5A——構(gòu)件截面面積；Asr、A′sr——均勻配置在圓心角、Asc、A′sc——集中配置在圓心角、面積范圍內(nèi)的縱向受拉、受壓鋼筋截面面積；ysc、y′sc——縱向受拉、受壓鋼筋截面面積Asr、

A′sr的重心至圓心的距離；fy——普通鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fcm——混凝土彎曲抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；宜取受拉、受壓鋼筋截面面積；內(nèi)沿周邊的縱向的混凝土弓形注意事項(xiàng)：1）排樁、地下連續(xù)墻水平荷載計(jì)算單位；中心距和單位長(zhǎng)度；2）有支撐變形計(jì)算按彈性支點(diǎn)法計(jì)算,支點(diǎn)剛度系數(shù)及地基土水平抗力系數(shù)m應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值；3）支撐體系（含具有一定剛度的冠梁）或其與錨桿混合的支撐體系應(yīng)按支撐體系與排樁、地下連續(xù)墻的空間作用協(xié)同分析方法，計(jì)算內(nèi)力和變形。5

支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：樁徑、樁距、入土深度、樁身配筋、圈梁配筋、變形計(jì)算、穩(wěn)定性驗(yàn)算等。步驟如下：樁徑、樁距：按照經(jīng)驗(yàn)取值。樁徑D≥0.6m；有地下水時(shí)，樁中心距（1.2~1.5）D，砂土和軟土取小值。粘性土取大值；無地下水、降水或者土質(zhì)較好時(shí)，樁中心距（2~2.5）D；

對(duì)于確定的按經(jīng)驗(yàn)配筋的樁，其抗彎彎矩可計(jì)算，為Mc，根據(jù)每米單寬土壓力可計(jì)算出樁身最大彎矩及設(shè)計(jì)值M，則樁中心距可取Mc/M。基坑深度hm灌注樁直徑Dm地下連續(xù)墻寬度bmh≤50.4~0.65~70.6~0.87~100.8~1.00.6~0.810~151.0~1.20.8~1.0h≥151.0~1.2

排樁支護(hù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)

一般當(dāng)基坑深度h≤12m時(shí)，灌注樁直徑D=0.6~0.8m或稍大；h＞12m時(shí)，灌注樁直徑D=0.8~1.2m?；由疃萮m支撐道數(shù)跨度m支撐斷面（寬×高）m圈梁斷面（寬×高）mh≤6≥18~100.6×0.71.0×0.76~81~28~100.7×0.80.8×0.81.5×0.7(0.8)1.2×0.88~1028~100.8×0.81.0×0.8(1.2~1.5)×0.8

10~142~38~101.0×0.8(1.2~1.8)×0.8h≥14≥3~48~101.2×0.8(1.2~2.0)×0.8

支撐參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值（錨桿層數(shù)可參照支撐道數(shù)）錨桿位置要低于基坑邊壁中相鄰建筑物的淺基礎(chǔ)底部?？拥滓韵峦翆討冶蹣秵沃c(diǎn)排樁硬~堅(jiān)硬土層0.7~0.80.5~0.6強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖0.6~0.70.4~0.5強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖0.5~0.60.3~0.4中風(fēng)化軟質(zhì)巖0.4~0.5中風(fēng)化硬質(zhì)巖0.3~0.40.2~0.3微風(fēng)化巖0.2~0.40.1~0.2

嵌固深度hd≥αγoh廣州地區(qū)懸臂樁和單支點(diǎn)排樁嵌固深度經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α表6、樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工1）樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求(1)現(xiàn)澆鋼筋混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C20。(2)樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部應(yīng)設(shè)圈梁，如圖所示，其寬度應(yīng)大于樁、墻的厚度。樁、墻頂嵌入圈梁的深度不宜小于50mm；樁、墻內(nèi)豎向鋼筋錨入圈梁內(nèi)的長(zhǎng)度宜按受拉錨固要求確定。(3)支撐和腰梁，如圖所示的縱向鋼筋直徑不宜小于16mm；箍筋直徑不應(yīng)小于8mm。（4）圈梁配筋圈梁高度一般為樁直徑的0.5~0.8倍，且≥0.4m；

寬度＞樁的直徑。樁的主筋錨固于圈梁，錨固長(zhǎng)度不小于30倍主筋直徑。焊接接頭分散布置，同一截面接頭數(shù)不得超過鋼筋數(shù)的一半。圈梁配筋一般采用構(gòu)造配筋，一般符合最小配筋率要求，經(jīng)驗(yàn)值為0.5~0.8）As。As為樁身主筋配筋總面積。當(dāng)圈梁兼作腰梁時(shí)，按照腰梁受力，以最大彎矩按照鋼筋混凝土梁計(jì)算配筋。鋼板樁施工流程：測(cè)量放線安裝導(dǎo)架鋼板樁打設(shè)挖土、監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)施工鋼板樁拔除石灰線地表插鋼筋或木樁對(duì)中“十字”架，吊線墜測(cè)垂直度——要求半徑盡量相等，誤差在允許范圍內(nèi)2）灌注樁擋土結(jié)構(gòu)施工概述灌注樁擋土結(jié)構(gòu)主要有鉆(沖)孔灌注樁、人工挖孔灌注樁，布置形式可分為密排、疏排、雙排，如圖所示，疏排樁、雙排樁可與止水帷幕結(jié)合使用。

挖孔樁施工支護(hù)流程：施工準(zhǔn)備之后：放線定樁位和高程第一節(jié)土方開挖、外運(yùn)支護(hù)壁模板、放附加鋼筋澆灌第一節(jié)護(hù)壁混凝土檢查樁位（中心）軸線安裝電葫蘆（卷揚(yáng)機(jī)）安裝吊桶、照明、活動(dòng)蓋板、水泵、通風(fēng)機(jī)等開挖吊運(yùn)第二節(jié)土方拆第一節(jié)、安裝第二節(jié)支護(hù)壁模板、放鋼筋假設(shè)垂直運(yùn)輸架逐層循環(huán)作業(yè)至設(shè)計(jì)深度澆灌第二節(jié)護(hù)壁混凝土檢查樁位（中心）軸線檢查驗(yàn)收制作鋼筋籠吊放鋼筋籠澆灌樁身砼移位樁身砼養(yǎng)護(hù)破樁圈梁施工養(yǎng)護(hù)開挖、監(jiān)測(cè)、封底、基礎(chǔ)施工移位破樁混凝土養(yǎng)護(hù)圈梁施工和養(yǎng)護(hù)第一步開挖第1層錨桿施工、養(yǎng)護(hù)、樁間土護(hù)壁、排水管安放腰梁、施加預(yù)應(yīng)力、鎖定分層開挖、分層施工錨桿、腰梁等直至坑底錨桿和漿液制作封底、基礎(chǔ)施工開挖樁間土、修坡鋼筋網(wǎng)片安裝固定鋼筋網(wǎng)片隱檢埋設(shè)厚度標(biāo)志鋼筋網(wǎng)片加工噴射混凝土拌合料準(zhǔn)備混凝土噴射作業(yè)噴射混凝土養(yǎng)護(hù)

驗(yàn)收樁間土層滲水處理樁間網(wǎng)噴護(hù)壁施工工藝流程7、內(nèi)支撐的施工支撐在坑內(nèi)土面挖槽安裝。當(dāng)要在支撐頂面開行挖土機(jī)械時(shí)，支撐頂面低于坑內(nèi)土面25cm左右，并架設(shè)通道板。一般在混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開挖支撐以下的土方。支撐穿越工程結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)設(shè)止水結(jié)構(gòu)。鋼支撐施加預(yù)壓力時(shí)，應(yīng)注意對(duì)相臨支撐的影響。支撐長(zhǎng)度超過30m，一般要在支撐兩端同時(shí)加壓。預(yù)壓力宜為30%～

60%支撐軸力。支撐的拆除，可用大錘、機(jī)械，甚至爆破。6基坑的穩(wěn)定性分析

基坑工程的穩(wěn)定性主要表現(xiàn)為以下幾種形式：(1)整體穩(wěn)定性；(2)傾覆及滑移穩(wěn)定性；(3)基坑底隆起穩(wěn)定性；(4)滲流穩(wěn)定性。

對(duì)無支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑，驗(yàn)算方法見土力學(xué)教材。對(duì)有支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑，需計(jì)算圓弧切樁與圓弧通過樁尖時(shí)的基坑整體穩(wěn)定性，圓弧切樁時(shí)需考慮切樁阻力產(chǎn)生的抗滑作用，即每延米中樁產(chǎn)生的抗滑力矩Mp，可按下式計(jì)算。有支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算1.整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，整體穩(wěn)定破壞大體是以圓弧滑動(dòng)破壞面的形式出現(xiàn)，條分法是整體穩(wěn)定分析最常使用的方法。最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面上諸力對(duì)滑動(dòng)中心所產(chǎn)生的抗滑力矩與滑動(dòng)力矩應(yīng)符合下式要求：MR/MS≥1.2 式中：MR——抗滑力矩

MS——滑動(dòng)力矩。(2-42)式中：Mp——每延米中的樁產(chǎn)生的抗滑力矩(kN·m/m)；——樁與滑弧切點(diǎn)至圓心連線與垂線的夾角；Mc——每根樁身的抗彎彎矩(kN·m/單樁)；hi——切樁滑弧面至坡面的深度(m)；γ——hi范圍內(nèi)土的重度(kN/m3)；Kp、Ka——土的被動(dòng)與主動(dòng)土壓力系數(shù)；d——樁徑(m)；Δd——兩樁間的凈距(m)。對(duì)于地下連續(xù)墻、重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)d+Δd＝1.0m。

7支護(hù)樁墻穩(wěn)定驗(yàn)算支護(hù)樁墻除需保證結(jié)構(gòu)本身穩(wěn)定外，還要保證開挖基坑后不會(huì)出現(xiàn)坑底隆起和管涌等現(xiàn)象。

按照剪切破壞驗(yàn)算地基的穩(wěn)定性圖3-72地基隆起驗(yàn)算(a)坑底隆起現(xiàn)象；(b)計(jì)算簡(jiǎn)圖基坑壁后土體在重量W的作用下，其下的軟土地基沿某圓柱面發(fā)生破壞和滑動(dòng)，繞中心軸O轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)：7.1坑底隆起驗(yàn)算

在開挖軟粘土基坑時(shí)，如樁背后的土柱重量超過基坑底面下地基承載力時(shí)，地基平衡狀態(tài)受到破壞，就會(huì)發(fā)生坑壁土流動(dòng)，坑頂下陷、坑底隆起的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為：

(3-49)抵抗滑動(dòng)的力矩為：

(3-50)要保證坑底不發(fā)生隆起，則要求：

Mr/

M0=K≥1.2(3-51)當(dāng)土層勻質(zhì)時(shí)Mr

=π

τ

x

2式中τ

—地基土的不排水抗剪強(qiáng)度。在飽和軟土中φ

=

0，τ

=c，Mr

=π

c

x

2。上述驗(yàn)算方法中，沒有考慮垂直面上土的抗剪強(qiáng)度對(duì)土體下陷的阻力，所以偏于安全，算出的樁的入土深度是較深的?。

【驗(yàn)算舉例】上?；▓@飯店基坑深6.2m，三道支撐，地面荷載20kN/m2。參數(shù)為：

=17kN/m3，7m以下c值為c2=

25kPa，φ值比較小，從安全考慮可以忽略，設(shè)計(jì)板樁深入坑底11.8m，試驗(yàn)算其安全系數(shù)。滑動(dòng)力矩M0為：圖3-73穩(wěn)定驗(yàn)算簡(jiǎn)圖(Ⅰ)M0=(20+17×6.2)×11.82/2=8730kN?m2.傾覆及滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)的傾覆和滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示:重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆及滑移穩(wěn)定驗(yàn)算計(jì)算簡(jiǎn)圖式中：Ka——抗傾覆安全系數(shù)，Ka≥1.3；ba——主動(dòng)土壓力合力點(diǎn)至墻底的距離(m)；bp——被動(dòng)土壓力合力點(diǎn)至墻底的距離(m)；W——重力式支護(hù)體的重力(kN/m)；B——重力式支護(hù)體的寬度(m)；Ea——主動(dòng)土壓力(kN/m)；Ep——被動(dòng)土壓力(kN/m)?？够品€(wěn)定性按下式驗(yàn)算：式中：Kh——抗滑移安全系數(shù)，Kh≥1.2；

——墻底與土之間的摩擦系數(shù)，當(dāng)無試驗(yàn)資料時(shí)，可?。簩?duì)淤泥質(zhì)土＝0.2～0.50，黏性土＝0.25～0.4，砂土＝0.4～0.50。(2-45)≥

(2-47)≥式中：Ep、bp——分別為被動(dòng)側(cè)土壓力的合力及合力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)底端的力臂；Ea、ba——分別為主動(dòng)側(cè)土壓力的合力及合力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)底端的力臂。樁墻式懸臂支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平推移和抗整體傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)滿足下列條件，如圖所示。

基坑底隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算

≥1.6

式中：Nc——承載力系數(shù)，條形基礎(chǔ)時(shí)Nc=5.14；τ0——抗剪強(qiáng)度，由十字板試驗(yàn)或三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)確定(kPa)；

γ——土的重度(kN/m3)；

t——支護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度(m)；

h——基坑開挖深度(m)；

q——地面荷載(kPa)。以上公式依據(jù)Terzaghi地基承載力公式而來：pu=γtNq+cNc+1/2γbNγ，=0時(shí)，Nc=5.14，Nq=1，Nγ=0。4.滲流穩(wěn)定性驗(yàn)算1)流土(或流砂)穩(wěn)定性驗(yàn)算滲流力(或動(dòng)水壓力)可由流網(wǎng)計(jì)算，也可按以下簡(jiǎn)化方法計(jì)算，如圖所示。流土(或流砂)穩(wěn)定性驗(yàn)算

試驗(yàn)證明，流土(或流砂)首先發(fā)生在離坑壁大約為擋土結(jié)構(gòu)嵌入深度一半的范圍內(nèi)(hd/2)，近似地按緊貼擋土結(jié)構(gòu)的最短路線來計(jì)算最大滲流力，則滲流力(或動(dòng)水壓力)j(可另外考慮安全系數(shù))為式中：

——坑內(nèi)外水頭差(m)；

hd——擋土結(jié)構(gòu)入土深(m)；γw——水的重度(kN/m3)。上式表明了要避免發(fā)生流土(或流砂)的擋土結(jié)構(gòu)最小嵌入深度。2)突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算按下式驗(yàn)算:突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算≥1.1

式中：γm——透水層以上土的飽和重度(kN/m3)；t+Δt——透水層頂面距基坑底面的深度(m)；Pw——含水層水壓力(kPa)。注意事項(xiàng)：1）排樁、地下連續(xù)墻水平荷載計(jì)算單位；中心距和單位長(zhǎng)度；2）有支撐變形計(jì)算按彈性支點(diǎn)法計(jì)算,支點(diǎn)剛度系數(shù)及地基土水平抗力系數(shù)m應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值；3）支撐體系（含具有一定剛度的冠梁）或其與錨桿混合的支撐體系應(yīng)按支撐體系與排樁、地下連續(xù)墻的空間作用協(xié)同分析方法，計(jì)算內(nèi)力和變形。7水泥土擋墻設(shè)計(jì)

常見水泥土墻截面形式二.水泥土擋墻支護(hù)設(shè)計(jì)

包括：抗傾覆、滑動(dòng)、整體穩(wěn)定、抗?jié)B、墻體應(yīng)力、位