2.2.5水泥土重力式围护结构

式中 δHH 、δHM——分别为单位力、力矩引起的挡墙截面的水平位移； δMH 、 δMM——分别为单位力、力矩引起的挡墙截面的转角。
①墙底支承于非岩石类土中且ahp≥2.5时，或墙底支承于基岩ahp≥3.5 时 1 HH 3 A0 a EI 1 HM MH 2 B0 a EI 1 MM C0 aEI
②被动土压力计算： （a）对于砂性土、粉土及透水性好的杂填土按水土分算原则计算 被动土压力： e pj pj K pi 2 c ik K pi ( z j h wp )(1 K pi ) w (b)对于粘性土按水土合算 原则确定被动土压力：
e pj pj K pi 2 c ik K pi
MH HM MM
1 ( A3 C 4 A4 C 3 ) K h ( A2 C 4 A4 C 2 ) [ ] aEI ( A3 B4 A4 B2 ) K h ( A2 B4 A4 B2 )
③作用在坑底处挡墙截面上的力矩 M包括坑底以上的墙背上压 力产生的力矩M0和坑底以上的墙体自重产生的力矩Mw1，当M <0时， 略去力矩对位移的影响，此时 Y0=H0δHH θ0= H0δMH 墙顶位移： 3
② 墙底支承于非岩石类土中且 ahp ＜2.5时， 或墙底支承于基岩且 ahp＜3.5时
HH
1 ( B3 D4 B4 D3 ) K h ( B2 D4 B4 D2 ) [ ] 3 a EI ( A3 B4 A4 B3 ) K h ( A2 B4 A4 B2 ) 1 ( A3 D4 A4 D3 ) K h ( A2 D4 A4 D2 ) [ ] 2 a EI ( A3 B4 A4 B3 ) K h ( A2 B4 A4 B2 )
关于土压力计算的几点说明：
(2) 关于水土合算与水土分算的合理性在理论上尚未有明 确结论。在工程实际上，不少工程师在计算中，对渗透系数较 小的粘性土地基，采用水土合算计算土压力(包括水压力)，上 式中的重度取饱和重度，土的强度指标取总应力指标。对渗透 系数较大的砂土地基，采用水土分算，上式中的重度取有效重 度，土的强度指标取有效应力指标。同时计算作用在支挡结构 上的水压力，距地下水位距离为h’处水压力值Pw为： Pw=γwh’ (3) 对多层地基，计算参数可采用厚度加权平均值计算土 压力，也可分层计算土压力。
4. 抗滑动验算
验算围护结构沿底面OA产生滑动破坏的可能性。 滑动力Fa为：作用在墙背上的主动压力Pa及水压力之和； 抗滑力FR为：墙前的被动土压力Pp及水压力之和FR2及OA面上 能提供的抗滑力FR1之和。 FR1为： FR1 = Wf + C0B 抗滑动安全系数为：
FR FR1 FR 2 K2 Fa Fa
9. 水泥土墙的变形计算 1） “m”法（注册岩土工程师复习资料） 挡墙被动土压力分布如图所示。将坑底以上的墙背土压力简化 到挡墙坑底截面处（为 M0 、 H0 ） , 坑底以下墙体视为桩头有水平力 H0和力矩M0共同作用的完全埋置桩，然后根据挡墙坑底以下墙身受 力条件，计算墙坑底截面处的水平位移Y0和转动角θ0。 Y0=H0δHH-M0δHM θ0=H0δMH-M0δMM
6.基坑抗隆起验算
方法一（按墙体极限弯矩）：如图 2-2-14所示，假定软土地基沿某 圆柱面EF发生破坏和滑动，失去稳定的地基土绕圆柱面中心轴 O转 动，其滑动力矩Ma为： x2 M a (q H ) 抗滑动力矩Mr为： 2 M r x Cu ( xd ) Cu x 2
1. 初步确定挡土墙宽度B和长度L 基坑开挖深度为 H ，根据地基土质情况，挡土墙 宽度B可取（0.45 ~ 0.95 ）H，基坑底插入深度 d 可取 （0.7 ~1.2）H，即挡土墙长度L=（1.7 ~2.2）H。 2. 土压力计算 1）方法一： 作用在离地面深度为h处的主动土压力密度pa为： p a (q h) K a 2c K a (2.2.21) 作用在离地面深度为h处的被动土压力密度pp为: (2.2.22) p p (q h) K p 2c K p 式中 2 Ka——主动土压力系数， K a tg (45 ) 2 Kp——被动土压力系数， 2
式中
eaj aj K ai 2cik
K ai
σai——作用于深度zj处的竖向应力标准值； mj——计算参数，当zj <h时，取zj ，当zj >h时，取h； ηwa——计算系数，当hwa≦h时，取1，当hwa>h时，取零； zj——计算点深度； hwa——基坑外侧水深； cik——第i层土粘结力，由三轴固结不排水试验确定； Kai——第i层土主动土压力系数。 γw——水的重度。
i 1 i 1 i 1 式中 ci、φi——最危险滑动面上第i土条滑动面上的粘聚力、内摩擦角； li——第i土条的弧长； bi——第i土条的宽度； Wi——第i土条的重力； αi——弧线中点切线与水平线 夹角。 最危险滑动面往往在挡 土墙底下0.5 ~1.0m处，如土 层差，还可能深一些。资料 表明，整体稳定性条件是嵌 入深度的主要控制因素。
2.2.5水泥土重力式围 护结构设计计算
水泥土重力式结构的特点： （1）适用于基坑开挖深度；对于软土的基坑支护， 一般支护深度不大于6m，对于非软土基坑的支护则支 护深度可达10m，做止水帷幕则受到垂直度要求的控 制。 （2）用途： （a）作为基坑开挖重力式围护结构，同 时起到隔水作用；（b）作为提高边坡抗滑稳定性加 固；（c）作为止水帷幕（独立式及联合式）；(d)与 其它桩、型钢等组成组合式结构。
0
抗隆起安全系数K3表达式为：
2C u Mr K3 M a q H
式中 q——基坑面上荷载，kPa； γ——土的重度，kN/m3； x,H——滑动面半径和基底深度m ； Cu——地基土不排水抗剪强度kPa； 一般要求K3不小于1.2。
7. 整体稳定性验算 《建筑基坑支护技术规程》建议采用圆弧滑动简单分条法计算，如 图所示：
K5
w1 ' ' (h 2d ) F f wh
式中 w1——基底表面单元体重力w1= γ’ × 1 × 1 × 1 ； F——基底表面单元体受到的渗透压力F=f ×1 ×1 γ’——土的有效重度。 由式2.2.35可得挡土墙插入基坑底深度d的表达式 h K d ( 5 w 1) 2 ' 抗管涌安全系数K5一般不应小于1.5 ~2.5。
2.2.6 施工 单轴、双轴深层搅拌机械，喷浆、喷粉深层搅拌法，各自都有 一定的优势。一般采用： 处理低含水量地基土用喷浆， 高含水量地基土（淤泥）用喷粉。 处理民用住宅的条基采用单轴比较灵活， 应用于围护结构、防渗帷幕特别是在搅拌形成水泥土块体时， 双轴比单轴有优势。
2.2.7 质量检测 高压喷射水泥水灰比宜为1.0 ~1.5。 切割搭接宽度应符合下列规定： 旋喷固结体不宜小于150mm； 摆喷固结体不宜小于150mm； 定喷固结体不宜小于200mm； 水泥土桩应在施工一周内进行开挖检查或采用钻孔取芯等手段 检查成桩质量，若不符合设计要求，应及时调整施工工艺。 水泥土墙应在设计开挖龄期采用钻芯法检测墙身完整性，钻芯 数量不宜小于总桩数的2%，且不应少于5根；并应根据设计要求取 样进行单轴抗压强度试验。
水泥土重力式围护结构设计计算方法按重力式挡土墙考 虑，主要包括下述计算内容： 1. 初步确定挡土墙的宽度B和长度L（或插入深度d）； 2. 土压力计算（或挡土墙荷载主力、附加力及特殊力计算）； 3. 抗倾覆验算； 4. 抗滑动验算； 5. 墙体强度验算； 6. 基坑抗隆起验算； 7. 整体稳定性验算； 8. 抗管涌验算。 如果3～８项验算中存在不满足要求或安全度偏高，则 应调整挡土墙尺寸，重新验算，直至合格满足规范要求，且 较经济合理为止。
2.3 强夯法和强夯置换法
2.3.1 概述 强夯法是使用吊升设备将很重的锤（一般为100～600kN） 起吊至较大高度（一般为6～40m）后，使其自由落下，产生巨 大的冲击能量（600 ～10000kNm ）作用于地基，给地基以冲 击和振动，从而在一定范围内使地基的强度提高，压缩性降低， 改善地基的受力性能。 强夯法适用条件： 1. 强夯法适用于加固碎石土、砂土、低饱和度的粘性土、 素填土、杂填土、湿陷性黄土等地基。通常认为强夯法只使用 于塑性指数Ip≤10的土。 2. 对于淤泥和淤泥质土结构强度破坏后，土体强度恢复很 慢，甚至难于恢复。土体渗透系数小，超孔隙水压力极难消散， 故不宜采用强夯法加固。 3. 强夯置换法在地基中设置碎石墩，并对地基土进行挤密。 强夯置换法使用范围较广。
c l (q b
ห้องสมุดไป่ตู้i i
n
n
0 i
wi ) cos i tg i ( q 0 bi Wi ) sin i 0
n
8.抗管涌验算 抗管涌验算如图2-2-15所示， 基坑土体最大可能的渗透压应力f为： h f i w w h 2d 式中 i——水力梯度； γw——水的重度，kN/m3。 抗管涌安全系数K5表达式为：
式中 W——围护结构自重； B——OA界面宽度； f、C0——OA界面上摩擦系数及内聚力；
5.墙体强度验算
按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）规定： 1）压应力验算： M 1.25 0z fc W 2）拉应力验算： M z 0.06 f c 式中 W γ——水泥土墙平均重度； W——断面抗弯模量，m3。 γ0——基坑安全等级重要性系数； fc——水泥土开挖龄期抗压强度设计值； z——由墙顶至计算截面的深度； M——单位长度墙截面弯矩设计值，M=1.25γ0Mc kNm ；Mc——截面弯矩计算值。
符号意义同上。
3. 抗倾覆验算
按重力式挡土墙计算绕前趾 O 点（图 2-2-13 ）的抗倾覆安 全系数。 抗倾覆力矩MR有：（a）墙前被动土压力Pp及水压力对O点力 矩； （b）水泥围护结构自重对O点力矩。 倾覆力矩Ma有：（a）墙背主动土压力Pa及水压力对O点力矩； （b）地面荷载对O点产生的倾覆力矩。 抗倾覆安全系数K1为： K1=MR/Ma (2.2.25) 一般要求K1值不小于1.3（按《铁路路基支挡结构设计规范》 2001）
Kp tg (45 2 )
关于土压力计算的几点说明：
(1) 上两式是土体处于极限平衡状态下得到的，而且只考 虑挡土结构的刚性平移。实际中水泥挡土墙在土压力作用下会 产生弯曲变化，它将改变土压力按三角形分布的形状。大部分 基坑围护工程中，土体未达到极限状态。土体未达到一定量的 位移，实际主动压力要比式 2.2.21 计算值大，而被动压力要比 式2.2.22计算值小。实际设计中，常对由式2.2.22计算得到的被 动土压力值作一折减，若基坑周围建筑不允许围护结构产生较 大位移，主动土压力计算值可取静止土压力值与由式2.2.21计 算值之间。土的静止土压力系数K0值由下式计算； K0=1-sinφ’ (2.2.23) 为了考虑挡土结构弹性变形对土压力的影响，可采用“m” 法进行验算。在“m” 法中，作用在挡土结构上的力采用弹簧 力模拟，每只弹簧的力不仅与土的基床系数有关，而且与该点 位移有关。
qH 1 3H 1 2 Ya Y0 0 H (3 H 1 H ) 72 EI 5
式中 a = mb1/EI E——水泥土搅拌桩弹性模量； mv——墙底土的地基系数； I——挡墙截面的惯性距 I = B3b1/12 b1——挡墙计算单元长度，一般取 b1 =1.0m； m——地基土水平抗力沿深度墙长的比例系数； A0 、 B0 、 C0——无量纲系数。 A、 B、 C 、D——无量纲系数，按ahp查《建筑桩基技术规范》 （JGJ94-94）
2）方法二：《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-99）规定的方 法： ①主动土压力计算： （ a ）对于砂性土、粉土及透水性好的杂填土按水土分算原则计 算主动土压力： eaj aj K ai 2cik K ai [( z j hwa ) (m j hwa ) wa K ai ] w (b)对于粘性土按水土合算原则确定主动土压力：