基坑支护结构详解

北京新万亨基坑倒塌
6.3 悬臂式支护结构设计
一. 土压力计算——采用Rankine土压力理论
支护结构承受的荷载一般包括
土压力 水压力 墙后地面荷载引起的附加荷载（超载）。
RANKINE土压力理论
主动土压力
粘性土：
Biblioteka Baidu
a
H tan2 (45
) 2c tan(45
2
)
2
HKa 2c Ka
支撑（拉锚）的选型
当基坑深度较大，悬臂挡墙的强度和变形不能 满足要求时，需增设支撑系统。
支撑系统有: 基坑内支撑 基坑外拉锚（顶部拉锚）
常用的有 钢结构支撑 钢筋混凝土支撑
（一） 钢结构支撑
1 钢管支撑
对撑
角撑
钢管支撑
钢筋混凝土支撑
有角撑、对撑、桁架式支撑，还有圆形、拱形 和椭圆形等形状的支撑。
2
)
2
HKp 2c Kp
注意：
地下水位以下可采用水、土压力的分算或合算。
一般情况下，由于粘性土中水主要是结晶水和 结合水，宜合算，采用γsat。
在粉土、砂土中土颗粒之间的空隙中充满的是 自由水，受重力作用，为静水压力作用，宜分算， 采用γ′ 。
C、φ采用固结不排水抗剪指标。
不同深度处土的内聚力C不是一个常数，它与土的 上覆荷重有关，一般随深度的加大而增大，对于暴 露时间长的基坑，土的内聚力可由于土体含水量的 变化和受扰动等因素的影响而减小甚至消失。
基坑工程
基础 基坑
开挖深度12.35m
支护结构的设计和施工，影响因素众多， 不少高层建筑的支护结构费用已超过工程桩 基的费用。为此，支护结构的设计和施工应 采取极慎重的态度，在保证施工安全的前提 下，尽量做到经济合理和便于施工。
基坑工程特点
（1）支护结构是临时性的结构、安全储备小，风险 性大。
（2）具有较强的地域性特征。不能生搬硬套。 （3）综合性较强的系统工程。设计、施工 （4）时空效应。土性随时间变化 （5）对周边环境影响大。
勘察 设计
施工 监测
基坑工程是当前岩土工程领域重要的分支。
基坑工程设计原则 （1）满足支护结构本身强度、稳定性和变形 要求的同时，确保周围环境的安全。 （2）在保证安全可靠的前提下，设计方案应具 有较好的技术经济性。 （3）为基坑工程施工和基础施工提供施工方 案，并保证施工安全。
（包括变形过大），都会导致整个支护结构的失败。
拉锚
支撑
挡墙
支护结构的型式 放坡开挖及简易支护 重力式挡墙（水泥搅拌桩墙） 土钉墙支护结构
桩墙式
悬臂式支护结构 内撑式支护结构 拉锚式支护结构
地下连续墙 其它形式支护结构
水泥搅拌桩
高压旋喷桩
支撑体系是由支撑、围檩、立柱三部分组成。
φ、C 值是计算侧向土压力的主要参数，但在工程 桩打设前后的φ、C值是不同的。在粘性土中打设工 程桩时，产生挤土现象，孔隙水压力急剧升高，对 φ、C值产生影响。另外，降低地下水位也会使φ、 C值产生变化。
二、受力特点
悬臂无支撑挡墙，其压力分布为主动土压力，是 三角形分布，被动土压力也是线性分布。
被动土压力
主动土压力
Ep E′a
Ea E′p
三、悬臂桩墙的内力分析
强度破坏 （1）嵌入深度
支护墙体底部位移破坏。支 护墙入土深度不够、挖土过深均可 产生这种破坏。
踢脚
（2）最大弯矩
支护墙的平面变形过大或弯曲破坏。支护墙截面过小、 土压力估不准、墙后增大量地面荷载或挖土超深，需准确 计算最大弯矩值以验算截面。
第6章 基坑工程
6.1 概述
随着城市建设的发展，基础埋深越来越 大，地下空间的利用率越来越高（地下室、 地铁隧道、人防工程等），出现了大量的基 坑工程。
随着基础埋深加大给施工带来很多困难， 尤其在城市建筑物密集地区，施工场地的狭 小，邻近建筑物、道路和管线纵横交错，多 数情况下不能放坡开挖，需要采用支护结构， 这就是本章所要研究的问题。
基坑侧壁安全等级及重要性系数
安全 等级
破坏后果
支护结构破坏、土体失稳或变形过大对基坑
一级 周边环境及地下结构施工影响严重
支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑
二级 周边环境及地下结构影响一般
γ0 1.10 1.00
支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑
三级 周边环境及地下结构施工影响不严重
0.90
无粘性土：
a
H tan2(45
2
)
HKa
土压力分布
可计算此种情况下的临界高度Z0，进而计算临界
高度以下的主动土压力。
Z0
Z0
2c
tan(45
)
H
2
被动土压力
无粘性土
p
H tan2 (45
2
)
HK
p
Kp
tan2 (45
)
2
粘性土
p
H tan2 (45
) 2c tan(45
Epjhpj Eaihai 0
假设支护桩绕桩底转动。 试算法
Ea1
h
EP1
hd
∑EP
hp EP2
Ea2 ∑Ea
Ea3 ha Ea4
hp 是合力 Epj 作用点至桩、墙底的距离
圆形支撑
SMW工法
槽钢钢板桩
由槽钢并排或正反扣搭接组成。 槽钢长6-8m，多用于深度不超过4m的基坑。
顶部宜设一道支撑或拉锚。
事故分析
上海莲花河畔倒楼 杭州地铁 杭州某道路
杭州某道路
可能原因：
由于来往工程车长期荷载过重，造成地面 下沉； 基坑暴露时间过长。 基坑挖土进度过快，没有必要的加固措施
稳定问题 墙后土体整体滑动失稳拉锚的长度不够、整体发生圆
弧滑动，引起支护结构整体失稳。
坑底隆起
如挖土深度大，由于卸土过多，在墙后土重及地 面荷载作用下引起坑底隆起。
抗流砂 在砂土区，当地下水位较深时，在动水压力作用下，
地下水绕过支护墙连砂土一同涌入基坑。
（1）嵌固深度计算
悬臂式支护结构嵌固深度设计值hd：
基坑工程设计内容 （1）地质条件和环境条件的调查。（建筑物 类型、地下管线、地下水等） （2）支护结构方案技术经济比较和选型。 （3）支护结构计算：强度和变形。 （4）基坑降水、止水帷幕设计。 （5）挖土方案和基坑监测方案设计。
6.2 支护结构形式与适用条件
支护结构包括挡墙和支撑（或拉锚）两部分。 挡墙或支撑中任何一部分的选型不当或产生破坏