PAGE26常見基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)用設(shè)計(jì)前言基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工問題，是我省土木工程建設(shè)中經(jīng)常遇到較重要的問題，又是巖土力學(xué)學(xué)科較復(fù)雜和困難的問題，其復(fù)雜性在于基坑邊緣條件（水、電、煤氣、通訊、光纜等管道敷設(shè)）及水文、地質(zhì)情況復(fù)雜，其困難性在于天然地層中有些力學(xué)性質(zhì)尚不能用室內(nèi)或野外常規(guī)試驗(yàn)方法確定。在國外國內(nèi)有關(guān)雜志和期刊發(fā)表了許多基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論文章，每篇文章中闡述的理論，均附帶某些假定，有一定的局限性，計(jì)算出的結(jié)果差異較大，給支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師們帶來很多疑惑和不便。本資料以“建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程”（JGJ120-99）為主線，結(jié)合我省常見的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，突出概念設(shè)計(jì)，提出常見基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)用設(shè)計(jì)方法，供實(shí)際工作中參考。1．基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的近些年來，國內(nèi)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生幾起人身傷亡及危及相鄰建（構(gòu)）筑物使用或安全的事故。有些工程雖未發(fā)生傷亡事故，但基坑坍塌，造成坑內(nèi)建（構(gòu)）筑物受損，延誤工期等事故多有發(fā)生。因此，要求基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工單位，精心設(shè)計(jì)精心施工，采取可靠措施，保證基坑相鄰建（構(gòu)）筑物正常使用和安全，保證基坑內(nèi)建（構(gòu)）筑物和坑內(nèi)的施工人員安全，使基坑內(nèi)施工正常有序進(jìn)行。2．基坑破壞形式總結(jié)我省近幾年基坑發(fā)生坍塌事故，基坑破壞形式有整體破壞和局部破壞兩種。如圖1所示，基坑側(cè)墻土體沿abc曲線滑到基坑內(nèi)，此時(shí)基坑地面土層隆起，這是整體失穩(wěn)坡壞。如圖2所示，基坑側(cè)墻土體沿曲線ab滑到基坑內(nèi)，這是局部失穩(wěn)破壞。3．我省常見基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式我省近些年常見基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工形式有：1、懸臂排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)基坑不深，地面超載小，且無相鄰建（構(gòu)）筑物時(shí)采用這種支護(hù)形式?？繕蹲陨韯偠群颓度胪林猩疃葋淼涂够觽?cè)墻土壓力，防止土體坍塌。樁埋入基坑底面以下深度和樁直徑由土質(zhì)情況、基坑深度通過計(jì)算確定。2、排樁加錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)基坑較深、土質(zhì)較差，尚有相鄰建（構(gòu)）筑物，地面超載較大時(shí)采用此種支護(hù)結(jié)構(gòu)?？孔陨韯偠群湾^桿間接向基坑側(cè)墻土體施加予應(yīng)力，來抵抗土體側(cè)向土壓力。此時(shí)錨桿的錨固體深入滑裂面以外的穩(wěn)定土層中，因此該種支護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形相對的要小。樁直徑、間距、錨桿豎向排數(shù)及水平間距，根據(jù)土質(zhì)情況、基坑深度、地面超載情況，由計(jì)算確定。排樁可采用砼樁或H型鋼樁。3、土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)基坑較深，土質(zhì)好，地面超載小，采用這種支護(hù)結(jié)構(gòu)。土釘墻是土體原位加筋技術(shù)，對土體進(jìn)行加固，形成復(fù)合墻體，有效提高土體整體剛度，提高了土體抗拉、抗剪強(qiáng)度，提高了土體穩(wěn)定性及承受地面超載能力。土釘墻土釘密度和長度，根據(jù)土質(zhì)情況、基坑深度及地面荷載情況，由計(jì)算確定。4、地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)地下結(jié)構(gòu)使用情況、地下水情況，采用砼連續(xù)墻和水泥土連續(xù)墻做為支護(hù)結(jié)構(gòu)?？孔陨韯偠葋淼挚雇馏w側(cè)向壓力，當(dāng)基坑較深時(shí)，采用錨桿和內(nèi)支撐保證其穩(wěn)定及減少墻的厚度。4.支護(hù)結(jié)構(gòu)與擋土墻的區(qū)別支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用是保持基坑側(cè)墻土體的穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)要插入土中一定深度，有時(shí)還要在支護(hù)結(jié)構(gòu)中加以水平支撐（錨桿），來維持結(jié)構(gòu)、土體的穩(wěn)定；而擋土墻是靠其自重力及其與土體的摩擦保護(hù)結(jié)構(gòu)及土體穩(wěn)定。擋土墻自身剛度要比支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度大很多。從施工上看，支護(hù)結(jié)構(gòu)是先施工支護(hù)結(jié)構(gòu)后在基坑內(nèi)側(cè)挖土；擋土墻是先施工擋土墻后在墻后填土。5.支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級及重要性系數(shù)取值根據(jù)“建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程”（JGJ120-99）規(guī)定，當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很嚴(yán)重，側(cè)壁安全等級定為一級，重要性系數(shù)取1.10；如果影響一般時(shí)安全等級定為二級，重要性系數(shù)取1.0；如果影響不嚴(yán)重時(shí)，安全等級定為三級，重要性系數(shù)取0.9。6.支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性、變形的計(jì)算；（2）基坑內(nèi)外土體穩(wěn)定性計(jì)算；（3）基坑降水或止水帷幕設(shè)計(jì)及圍護(hù)墻抗?jié)B設(shè)計(jì)。7.排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.1支護(hù)結(jié)構(gòu)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值7.1.1支護(hù)結(jié)構(gòu)水平荷載以朗金土壓力理論為基礎(chǔ)，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按以下公式計(jì)算（圖3）：（1）對于碎石土及砂土a、當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以上時(shí)b、當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以下時(shí)（2）對于粉土及粘性土以上公式中—第i層土的主動壓力系數(shù)，—作用于深度處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；—粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值；—計(jì)算點(diǎn)深度；—計(jì)算參數(shù)，當(dāng)＜h時(shí)，取；當(dāng)≥h時(shí)，取h；—基坑外側(cè)水位深度；—計(jì)算系數(shù)，當(dāng)≤h時(shí)，取1；當(dāng)＞h時(shí)，取零；—水的重度；—第i層土內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)按以上規(guī)定計(jì)算出基坑開挖面以上水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于零時(shí)，應(yīng)取零。豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算土自重應(yīng)力（計(jì)算點(diǎn)在基坑底面以上）（計(jì)算點(diǎn)在基坑底面以下）當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)地面作用有附加均布荷載q0時(shí)，基坑外側(cè)任意深度處附加豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值為（圖4）：當(dāng)距支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)，地面上或地面下某深度作用有寬度為的條形附加均布荷載時(shí)，基坑外側(cè)深度CD范圍內(nèi)的附加豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值按下式確定（圖5）：上式中，、—分別為深度以上、基坑底面以上土的加權(quán)平均天然重度。7.2基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值（圖6）：對于碎石土及砂土對于粉土及粘性土第i層土被動土壓力系數(shù)7.3懸臂排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算（圖7）7.3.1支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計(jì)值按下式確定式中—分別為基基坑內(nèi)側(cè)各各土層水平平抗力標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值、基坑坑外側(cè)各土土層水平荷荷載標(biāo)準(zhǔn)值值的合力。7.4單支點(diǎn)點(diǎn)排樁支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算算主動土壓力與被被動土壓力力相等點(diǎn)近似為反反彎點(diǎn)（彎彎矩為零點(diǎn)），該點(diǎn)至基基坑底面距距離由下式確定（圖88）,（2）支點(diǎn)反力標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值為：式中—分別為彎彎矩零點(diǎn)以以上基坑內(nèi)內(nèi)側(cè)各土層層水平抗力力標(biāo)準(zhǔn)值、基基坑外側(cè)各各土層水平平荷載標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值的合力力。嵌固深度設(shè)計(jì)值值由下式確確定（圖99）懸臂式及單支點(diǎn)點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)嵌固于土土層中值小小于0.33時(shí)，取=00.3h。按上述公式計(jì)算算出的嵌固固深度，工工程實(shí)踐證證明該值均均大于整體體穩(wěn)定及基基坑底面抗抗隆起的要要求。7.4.1排排樁支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)截面彎彎矩、剪力力標(biāo)準(zhǔn)值，按按（圖9）靜力平平衡條件確確定，截面面的彎矩、剪剪力設(shè)計(jì)值值為：，正截面受彎及斜斜截面受剪剪承載力以以及縱向鋼鋼筋、箍筋筋構(gòu)造要求求均按“混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范”（GB500010--20022）規(guī)定執(zhí)執(zhí)行。7.5多支點(diǎn)點(diǎn)排樁支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算算對于多支點(diǎn)排樁樁支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)，因施加加支撐方式式、施工程程序等原因因，基坑外外側(cè)土壓力力分布和墻墻體變形及及排樁內(nèi)力力不盡相同同。由于考考慮因素和和假定條件件不同，有有不同的計(jì)計(jì)算方法。本本資料只介介紹便于手手工計(jì)算、較較實(shí)用的逐逐層開挖、支支撐（錨桿桿）支承力力不變的“山肩邦男”近似計(jì)算算法。7.5.1“山肩邦男”近似計(jì)算算法的計(jì)算算假定（1）排樁為下端自自由的彈性性體；（2）主動土壓力在在開挖面以以上為三角角形分布，在在開挖面以以下為矩形形分布；（3）為被動土壓力減減去靜止土土壓力之值值；（4）設(shè)置支撐（錨錨桿）后，即即做為不動動點(diǎn)；（5）下道支撐（錨錨桿）設(shè)置置后，認(rèn)為為上道支撐撐（錨桿）軸軸力不變，排排樁變形不不變；（6）開挖面以下排排樁彎矩為為零點(diǎn)視為為鉸，并忽忽略鉸點(diǎn)以以下排樁對對上部排樁樁的剪力傳傳遞。7.5.2排排樁嵌入土土中深度和和支撐（錨錨桿）軸力力按下式計(jì)計(jì)算（圖110）（A（A）由：（B）式中—主動土壓壓力及地面面荷載引起起側(cè)向壓應(yīng)應(yīng)力合力的的斜率。7.5.3計(jì)計(jì)算步驟（1）在第一次開挖挖中，公式式（A）（B）的上腳腳標(biāo)，為零，由由公式（BB）求出，再再代入公式式（A）中求出出；（2）在第二次開挖挖中，公式式（A）（B）的上腳腳標(biāo)，只有一個(gè)個(gè)為已知，即即為，由公公式（B）求出，代代入公式（A）中求出，以此類推，設(shè)幾道支撐（錨桿）就算幾次；（3）支撐（錨桿）軸軸力求出后后，利用靜靜力平衡條條件求出排排樁各點(diǎn)彎彎矩、剪力力。7.5.4排排樁整體穩(wěn)穩(wěn)定計(jì)算排樁根據(jù)施工期期間不同開開挖深度及及基坑底面面以下可能能滑動面，采采用園弧滑滑動簡單條條分法計(jì)算算，可用計(jì)計(jì)算機(jī)來完完成，此處處從略。7.6錨桿計(jì)計(jì)算7.6.1錨錨桿軸力設(shè)設(shè)計(jì)值應(yīng)按按下式計(jì)算算：式中—錨桿水平平拉力設(shè)計(jì)計(jì)值，即排排樁支點(diǎn)反反力設(shè)計(jì)值值，=1..25—錨桿桿軸向抗拉拉承載力設(shè)設(shè)計(jì)值；θ—錨錨桿與水平平面傾角。7.6.2錨錨桿桿體的的截面面積積按下式計(jì)計(jì)算：普通鋼筋：預(yù)應(yīng)力鋼筋：、—普通鋼筋、預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼筋截截面面積；；—普通鋼筋、預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼筋抗抗拉強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值。7.6.3等等截面園柱柱形錨桿軸軸向受拉承承載力設(shè)計(jì)計(jì)值按下式式計(jì)算：式中d—錨桿錨錨固體直徑徑；—土體與錨固體極極限摩阻力力標(biāo)準(zhǔn)值，見見表1；—高壓注漿后值的的提高系數(shù)數(shù)，見表11；—錨固體在各土層層中的長度度；—錨桿抗拉分項(xiàng)系系數(shù)，取11.3。7.6.4錨錨桿全長為為（圖111）：計(jì)算出再加上11.5m后后小于5mm時(shí)，取=55m?！^桿錨頭中點(diǎn)至至基坑底面面以下主動動土壓應(yīng)力力和被動土土壓應(yīng)力相相等點(diǎn)的距距離。7.6.5腰腰梁計(jì)算腰梁內(nèi)力按多跨跨連續(xù)梁計(jì)計(jì)算，計(jì)算算簡圖如圖圖12所示。為樁樁對腰梁壓壓力設(shè)計(jì)值值，錨桿的的間距為腰腰梁的計(jì)算算跨度。7.7排樁支支護(hù)結(jié)構(gòu)的的構(gòu)造要求求（1）懸臂排樁樁徑徑不宜小于于φ600mmm，排樁樁頂部應(yīng)設(shè)設(shè)砼冠梁，冠冠梁寬只少少比樁徑大大200mmm，梁高高不宜小于于400mmm，樁砼砼嵌入冠梁梁內(nèi)不少于于100mmm。排樁樁與冠梁砼砼強(qiáng)度不宜宜小于C225，冠梁梁縱向受力力筋配在梁梁兩側(cè)面。（2）基坑開挖后，排排樁的樁間間土防護(hù)可可采用鋼絲絲網(wǎng)砼護(hù)面面，砌磚等等方法，當(dāng)當(dāng)樁間滲水水時(shí)，應(yīng)在在護(hù)面設(shè)泄泄水孔。當(dāng)當(dāng)基坑底面面在實(shí)際地地下水位以以上且土質(zhì)質(zhì)較好，暴暴露時(shí)間短短時(shí)，可不不對樁間土土進(jìn)行防護(hù)護(hù)處理。（3）錨桿自由段長長度不宜小小于5m，并應(yīng)應(yīng)超過潛在在滑裂面11.5m。錨錨桿上下排排垂直間距距不宜小于于2m，水平平間距不宜宜小于1..4m。錨錨桿錨固體體上覆土層層厚度不宜宜小于4mm。錨桿傾傾角優(yōu)先采采用15°，最大不不應(yīng)大于445°。為準(zhǔn)確確確定錨桿桿桿體位置置，宜每隔隔1.5~~2.0mm設(shè)置定位位支架。錨錨固體采用用的水泥漿漿或水泥砂砂漿，其強(qiáng)強(qiáng)度不宜低低于M100。采取可可靠措施保保證桿體內(nèi)內(nèi)水泥漿或或水泥砂漿漿的充盈度度、注漿密密實(shí)度。（4）鋼腰梁與排樁樁間宜采用用不低于CC20細(xì)石石砼填實(shí)，鋼鋼腰梁焊接接成多跨連連續(xù)梁。（5）錨桿自由段、鋼鋼腰梁要涂涂防銹油漆漆。8.土釘墻設(shè)設(shè)計(jì)土釘墻設(shè)計(jì)計(jì)算算時(shí)，只考考慮土釘受受拉。土釘釘錨固體及及土釘鋼筋筋直徑均應(yīng)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)計(jì)的拉力要要求，同時(shí)時(shí)還應(yīng)滿足足支護(hù)內(nèi)部部整體穩(wěn)定定性要求。8.1土釘墻墻水平荷載載標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)國內(nèi)外對土土釘墻實(shí)測測資料及國國內(nèi)設(shè)計(jì)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，土釘釘墻土壓應(yīng)應(yīng)力P分布如圖圖13所示。為支護(hù)土體自重重產(chǎn)生的側(cè)側(cè)向壓應(yīng)力力，按下式式計(jì)算：對于及砂土土和粉土，對于及一般般粘性土，為地面超載q引引起的側(cè)向向壓應(yīng)力式中—土天然重重度；h—基基坑底面深深度。8.2土釘最最大拉力標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值N按下式計(jì)計(jì)算：—土釘墻坡面與水水平面的夾夾角；—土釘水平平、豎向間間距；θ—土釘與水平面夾夾角。8.3土釘錨錨固體長度度按下式計(jì)計(jì)算：式中：—土釘抗抗拉分項(xiàng)系系數(shù)，取11.3；——土釘錨固固體直徑；；——土釘穿越越第i層土?xí)r與與錨固體極極限摩阻力力標(biāo)準(zhǔn)值，按按表2采用；?！趈根土釘在在直線破裂裂面外穿越越第i層穩(wěn)定土土體內(nèi)的長長度；破裂裂面與水平平面的夾角角為。8.4土釘鋼鋼筋直徑dd按下式計(jì)計(jì)算：8.5土釘全全長（圖114）按下下式計(jì)算：：8.6土釘墻墻后土體抗抗滑移計(jì)算算：式中：b—復(fù)合合墻寬，取取土釘錨固固體平均長長度的水平平投影。8.7土釘墻墻后土體抗抗傾復(fù)計(jì)算算：8.8整體穩(wěn)穩(wěn)定計(jì)算土釘墻應(yīng)根據(jù)施施工期間不不同開挖深深度及基坑坑底面以下下可能滑動動面，采用用園弧滑動動簡單條分分法計(jì)算，可可用計(jì)算機(jī)機(jī)來完成，此此處從略。8.9土釘墻墻構(gòu)造要求求（1）土釘墻墻面坡坡度不宜大大于1:00.1；（2）土釘一般選用Ⅱ、Ⅲ級熱軋變變形鋼筋，直直徑在166~32mmm的范圍圍內(nèi)；（3）土釘長度L與與基坑深度度h之比：對對于非飽和和土宜在00.5~11.2之間間；密實(shí)砂砂土和堅(jiān)硬硬粘土可取取低值，而而對軟塑粘粘土比值不不應(yīng)小于11.0。為為減小土釘釘墻變形，控控制地面開開裂，頂部部的土釘可可適當(dāng)加長長，有時(shí)也也可施加預(yù)預(yù)應(yīng)力。非非飽和土底底部土釘長長度可適當(dāng)當(dāng)減短，但但不宜小于于0.5hh。含水量量高的粘土土底部土釘釘長度不應(yīng)應(yīng)減短。（4）土釘間距一般般在1.22~2.00m范圍內(nèi)內(nèi)。在飽和和粘土中可可小到1米，在干干硬性粘土土中可用到到2米。土釘釘?shù)呢Q向間間距應(yīng)與開開挖深度相相適應(yīng)，沿沿面層布置置的土釘密密度不宜低低于6平方米一一根。（5）土釘錨固體直直徑在700~1200mm之間間，常用直直徑為1000mm。土土釘孔向下下傾角一般般在0°~20°的范圍內(nèi)內(nèi)，當(dāng)利用用重力向孔孔中注漿時(shí)時(shí)，傾角不不宜小于115°；當(dāng)用壓壓力注漿且且有可靠排排氣措施時(shí)時(shí)傾角宜接接近零度，即即鉆孔水平平。當(dāng)上層層土層軟弱弱時(shí)，可適適當(dāng)加大傾傾角，使土土釘插入強(qiáng)強(qiáng)度高的下下層土層中中。（6）注漿材料宜用用水泥漿或或水泥砂漿漿，其強(qiáng)度度不低于MM10；（7）噴射砼面層厚厚度不宜小小于80mmm。砼強(qiáng)強(qiáng)度不低于于C20，3天強(qiáng)度不不低于100MPa。噴噴射砼面層層內(nèi)應(yīng)設(shè)鋼鋼筋網(wǎng)。面面層應(yīng)插入入基坑底面面以下0..2m。坡坡面上下段段鋼筋網(wǎng)搭搭接長度應(yīng)應(yīng)大于3000mm。面面層應(yīng)與土土釘采用螺螺栓連接或或用井字短短筋與土釘釘鋼筋焊接接。（8）土釘墻頂面應(yīng)應(yīng)采用寬度度不少于22m的砼面面層。土釘釘墻頂面和和墻腳應(yīng)設(shè)設(shè)排水措施施，可根據(jù)據(jù)情況設(shè)泄泄水孔。（9）土釘墻應(yīng)做基基礎(chǔ)，以免免墻體沉降降變形使土土釘墻后土土體開裂。9.計(jì)算例題題例1：設(shè)計(jì)一懸臂排樁樁支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)?；又苤車翞榈[礫砂土，重重度20KKN/m33，內(nèi)摩擦擦角，粘聚聚力c=0，基坑坑開挖深度度為4.55m，排樁樁間距1mm，樁徑φ600。無無地面超載載，基坑支支護(hù)安全等等級二級，（圖15）。（1）排樁在基坑底底面以下嵌嵌固深度計(jì)計(jì)算由圖13知：代入公式：整理得：：解之（2）排樁最大彎矩矩a、最大彎矩截面面就是剪力力為零點(diǎn)截截面（距基基坑底面為為）解之b、最大彎矩（3）排樁變形及配配筋計(jì)算從從略。例2：設(shè)計(jì)單支點(diǎn)排樁樁支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)。如圖1