第三章 基坑支护工程设计二

2） 灌注桩挡土结构施工概述
灌注桩挡土结构主要有钻(冲)孔灌注桩、人工挖孔灌注桩，布置 形式可分为密排、疏排、双排，如图所示，疏排桩、双排桩 可与止水帷幕结合使用。
灌注桩挡土结构布置形式

钢板桩施工流程：
测量放线
安装导架 钢板桩打设 挖土、监测、基础施工
钢板桩拔除

挖孔桩施工支护流程：施工准备之后：
(3) 支撑和腰梁，如图所示的纵向钢筋直径不宜小于16mm； 箍筋直径不应小于8mm。
腰梁的设置 1—灌注桩竖向钢筋 2—拉吊筋 3—腰梁 4—环形钢板 5—小牛腿 6—支撑 7—顶部圈梁 8—钢板 9—拉吊筋 10—混凝土支撑主筋 11—钢腰梁 12—钢牛腿 13—支撑 14—型钢柱挡土结构
（4）圈梁配筋
d4y EI 4 k s .b. y ea bs 0 dz
ks mz
d4y EI 4 m.z.b. y ea bs 0 dz
求解可得到支护结构的内力和变形，通常可用 杆系有限元法求解。首先将支护结构进行离散， 支护结构采用梁单元，支撑或锚杆用弹性支撑 单元，外荷载为支护结构后侧的主动土压力和 水压力，其中水压力既可单独计算，即采用水 土分算模式，也可与土压力合并计算，即水土 合算模式。
圈梁高度一般为桩直径的0.5~0.8倍，且≥0.4m；宽 度＞桩的直径。桩的主筋锚固于圈梁，锚固长度不小 于30倍主筋直径。焊接接头分散布置，同一截面接头 数不得超过钢筋数的一半。 圈梁配筋一般采用构造配筋，一般符合最小配筋率要 求，经验值为（0.5~0.8）As。As为桩身主筋配筋总 面积。 当圈梁兼作腰梁时，按照腰梁受力，以最大弯矩按照 钢筋混凝土梁计算配筋。
取单位计算宽度板桩墙分析，先假设板桩 墙的入土嵌固深度 D，根据对支点A的力矩平衡 条件求得：
T Ea1 Ea 2 E p
M Ea1 M Ea2 M Ep 0
2.入土较深时单支点板桩墙支护结构计算
方法:等值梁法
计算步骤如下： 1） 确定正负弯矩反弯点的位置。实测结果表明 净土压力为零点的位置与弯矩零点位置很接近， 因此可假定反弯点就在净土压力为零点处。
式中：Mp——每延米中的桩产生的抗滑力矩(kN· m/m)；
i ——桩与滑弧切点至圆心连线与垂线的夹角；
Mc——每根桩身的抗弯弯矩(kN· m/单桩)； hi——切桩滑弧面至坡面的深度(m)； γ——hi范围内土的重度(kN/m3)； Kp、Ka——土的被动与主动土压力系数； d——桩径(m)； Δd——两桩间的净距(m)。
对于地下连续墙、重力式支护结构d+Δd＝1.0m。
2. 倾覆及滑移稳定性验算
重力式支护结构的倾覆和滑移稳定性验算的计算简图 如图所示:
重力式支护结构倾覆及滑移稳定验算计算简图
Ka
Ep bp WB / 2 Ea ba
式中：Ka——抗倾覆安全系数，Ka≥1.3； ba——主动土压力合力点至墙底的距离(m)； bp——被动土压力合力点至墙底的距离(m)； W——重力式支护体的重力(kN/m)； B——重力式支护体的宽度(m)； Ea——主动土压力(kN/m)； Ep——被动土压力(kN/m)。
Ep bp Ea ba ≥ 1.3
(2-47)
Ep Ea
≥ 1.2
式中：Ep、bp——分别为被动侧土压力的合力及合力对支护结构 底端的力臂； Ea、ba——分别为主动侧土压力的合力及合力对支护结构底 端的力臂。
3. 基坑底隆起稳定性验算
对饱和软黏土，抗隆起稳定性的验算是基坑设计的一个主要 内容。基坑底土隆起，将会导致支护桩后地面下沉，影响环境 安全和正常使用。隆起稳定性验算的方法很多。可按地基规范 推荐的以下条件进行验算：
3.6 基坑的稳定性分析
基坑工程的稳定性主要表现为以下几种形式： (1) 整体稳定性；
(2) 倾覆及滑移稳定性；
(3) 基坑底隆起稳定性； (4) 渗流稳定性。
1. 整体稳定性验算
大量工程实践经验表明，整体稳定破坏大体是以圆弧滑动破坏 面的形式出现，条分法是整体稳定分析最常使用的方法。最危 (2-42) 险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应 符合下式要求： MR/MS≥1.2 式中：MR——抗滑力矩
放线定桩位和高程 第一节土方开挖、外运 支护壁模板、放附加钢筋 假设垂直运输架
浇灌第一节护壁混凝土
检查桩位（中心）轴线
安装电葫芦（卷扬机）
安装吊桶、照明、活动盖板、水泵、通风机等
开挖吊运第二节土方
拆第一节、安装第二节支护壁模板、放钢筋
浇灌第二节护壁混凝土
检查验收 吊放钢筋笼
检查桩位（中心）轴线
浇灌桩身砼

4、多层锚拉式支护结构设计
当土质较差，基坑又较深时，通常采用 多层支锚结构，支锚层数及位置则根据土层分 布及性质、基坑深度、支护结构刚度和材料强 度以及施工要求等因素确定。
1）连续梁法
多支撑支护结构可作为刚性支承（支座无位移）的 连续梁，应按以下各施工阶段的情况分别计算。 如：在设置支撑C以前的开挖阶段： 板桩墙是具有三个支点的连续梁，三个支点分别为 A、B及净土压力零点。
逐层循环作业至设计深度 移位 桩身砼养护
制作钢筋笼 破桩 圈梁施工养护 开挖、监测、封底、基础施工
地表插钢筋或木桩
对中 “十字”架，吊 线坠测垂直度—— 要求半径尽量相等， 误差在允许范围内
石灰线
移位 混凝土养护 破桩 圈梁施工和养护 第一步开挖 锚杆和浆液制作 第1层锚杆施工、养护、桩间土护壁、排水管安放 腰梁、施加预应力、锁定 分层开挖、分层施工锚杆、腰梁等直至坑底 封底、基础施工
支撑参数经验值（锚杆层数可参照支撑道数）
基坑深度h m h≤6 6~8 8~10 10~14 h≥14 支撑 道数 ≥1 1~2 2 2~3 ≥3~4 跨度 m 8~10 8~10 8~10 8~10 8~10 支撑断面（宽×高） 圈梁断面（宽×高） m m 0.6×0.7 0.7×0.8 0.8×0.8 0.8×0.8 1.0×0.8 1.0×0.8 1.2×0.8 1.0×0.7 1.5×0.7(0.8) 1.2×0.8 (1.2~1.5)×0.8 (1.2~1.8)×0.8 (1.2~2.0)×0.8
MS——滑动力矩。
对无支护结构的基坑，验算方法见土力学教材。对有支护结构 的基坑，需计算圆弧切桩与圆弧通过桩尖时的基坑整体稳定性， 圆弧切桩时需考虑切桩阻力产生的抗滑作用，即每延米中桩产生 的抗滑力矩Mp，可按下式计算。
有支护结构的基坑整体稳定性验算
M P R cos i
2 M c h （ i K p K a） d d

排桩支护经验参数
基坑深度h m h≤5 5~7 7~10 灌注桩直径D m 0.4~0.6 0.6~0.8 0.8~1.0 0.6~0.8 地下连续墙宽度b m
10~15
h≥15
1.0~1.2
0.8~1.0
1.0~1.2
一般当基坑深度h≤12m时，灌注桩直径D =0.6~0.8m或稍大；h＞12m 时，灌注桩直径D =0.8~1.2m。
5 支护结构的设计步骤


设计内容包括：桩径、桩距、入土深度、桩身配筋、圈 梁配筋、变形计算、稳定性验算等。 步骤如下： 桩径、桩距：按照经验取值。 桩径D≥0.6m； 有地下水时，桩中心距（1.2~1.5）D，砂土和软土取小 值。粘性土取大值； 无地下水、降水或者土质较好时，桩中心距（2~2.5） D； 对于确定的按经验配筋的桩，其抗弯弯矩可计算， 为Mc，根据每米单宽土压力可计算出桩身最大弯矩及 设计值M，则桩中心距可取Mc/ M。
4）由等值梁AC求算最大弯矩。



计算方法是“等值梁 法”。 等值梁法的关键是如何 确定反弯点的位置。 对单锚或单撑支护结构， 地面以下土压力为零的 位置，即主动土压力等 于被动土压力的位置， 与反弯点位置较接近 。
3、计算内力和配筋
单层支撑支护结构的最大弯矩: 发生在剪力为0处，应根据土压力平衡，求得此 处的位置y,可得Mmax。 弯矩图可按静力平衡条件求得 可以分段配筋，也可以按最大弯矩断面通长配 筋.
开挖桩间土、修坡 钢筋网片安装固定 钢筋网片隐检 喷射混凝土拌合料准备 埋设厚度标志 混凝土喷射作业 桩间土层渗水处理 钢筋网片加工
喷射混凝土养护 验收
桩间网喷护壁施工工艺流程
7、内支撑的施工
支撑在坑内土面挖槽安装。当要在支撑顶面开行挖土机械 时，支撑顶面低于坑内土面25cm左右，并架设通道板。 一般在混凝土强度达到80%设计强度后，开挖支撑以下的 土方。 支撑穿越工程结构时，应设止水结构。 钢支撑施加预压力时，应注意对相临支撑的影响。支撑长度 超过30m，一般要在支撑两端同时加压。预压力宜为30%～ 60%支撑轴力。 支撑的拆除，可用大锤、机械，甚至爆破。
基坑底隆起稳定性验算
N c 0 t ≥1.6 （h t） q
式中：Nc——承载力系数，条形基础时Nc =5.14； τ0——抗剪强度，由十字板试验或三轴不固结不排水 试验确定(kPa)； γ——土的重度(kN/m3)； t——支护结构入土深度(m)； h——基坑开挖深度(m)； q——地面荷载(kPa)。 =0时，Nc=5.14，Nq=1，Nγ=0。 以上公式依据Terzaghi地基承载力公式而来： pu=γtNq+cNc+1/2γbNγ，
2）支撑荷载1／2分担法
对多支点的支护结构，若支护板桩墙后的主动 土压力分布采用太沙基一佩克假定，每道支撑 或拉锚所受的力是相应于相邻两个半跨的土压 力荷载值 ；按连续梁计算。
3）弹性支点法
弹性支点法，又称为弹性抗力法、地基反力法。 其计算方法如下： A. 基坑开挖面以下的支护结构受到的土体抗力 用弹簧模拟： x k s y B. 支锚点按刚度系数为的弹簧进行模拟。 以m法为例，基坑支护结构的基本挠曲微分方程 为：
0.4~0.5 0.3~0.4 0.2~0.4 0Βιβλιοθήκη Baidu3~0.4 0.2~0.3 0.1~0.2
6、桩墙式支护结构的施工
1） 桩墙式支护结构的构造要求
(1) 现浇钢筋混凝土支护结构的混凝土强度等级不得低于C20。 (2) 桩墙式支护结构的顶部应设圈梁，如图所示，其宽度应 大于桩、墙的厚度。桩、墙顶嵌入圈梁的深度不宜小于50mm； 桩、墙内竖向钢筋锚入圈梁内的长度宜按受拉锚固要求确定。
单支点深埋板桩计算
2 ）假设在 C 点切开，认为 AC 段为一简支梁， 即等值梁 AC 。根据平衡方程计算支点反 力T和C点剪力P0。 3）取板桩墙下段CE为隔离体，可求出有效 嵌固深度t
M
E
0
6 P0 t (K p K a )
而板桩墙在基坑底以下的入土深度D
Dmin x Kt' .t
4. 渗流稳定性验算
1) 流土(或流砂)稳定性验算 渗流力(或动水压力)可由流网计算，也可按以下简化方法计算， 如图所示。
流土(或流砂)稳定性验算
试验证明，流土(或流砂)首先发生在离坑壁大约为挡土结构 嵌入深度一半的范围内(hd/2)，近似地按紧贴挡土结构的最短路 线来计算最大渗流力，则渗流力(或动水压力)j(可另外考虑安全 系数)为
锚杆位置要低于基坑边壁中相邻建筑物的浅基础底部。
嵌固深度hd≥αγoh
广州地区悬臂桩和单支点排桩嵌固深度经验系数α表
坑底以下土层 硬~坚硬土层 强风化软质岩 悬臂桩 0.7~0.8 0.6~0.7 单支点排桩 0.5~0.6 0.4~0.5
强风化硬质岩
中风化软质岩 中风化硬质岩 微风化岩
0.5~0.6
3.5 单锚式围护结构内力分析
1.入土较浅时单支点板桩墙支护结构计算： 方法:平衡法 当板桩墙入土深度较浅时，板桩墙前侧的被动 土压力全部发挥，板桩墙的底端可能有少量向前位 移的现象发生。此时板桩墙前后的被动和主动土压 力对支锚点的力矩相等，板桩墙体处于极限平衡状 态，板桩墙可看做在支锚点铰支而下端自由的结构。
抗滑移稳定性按下式验算：
Kh WP W Ea
(2-45)
式中：Kh——抗滑移安全系数，Kh≥1.2； ——墙底与土之间的摩擦系数，当无试验资料时， 可取：对淤泥质土 ＝0.2～0.50，黏性土 ＝0.25～0.4，砂土＝0.4～0.50。


桩墙式悬臂支护结构的水平推移和抗整体倾覆稳定验算应 满足下列条件，如图所示。