第六章 基坑支護結(jié)構(gòu)

第六章基坑支護結(jié)構(gòu)支擋結(jié)構(gòu)用途：修筑建筑物基礎或地下室、埋設市政工程管道以及開發(fā)地下空間等所開挖的地面以下的坑。第一節(jié)概述要素：支護結(jié)構(gòu)、土體加固、基坑降水、土方開挖及基坑監(jiān)測等；基本概念支擋結(jié)構(gòu)類型擋土結(jié)構(gòu)剛度分類：剛性支護結(jié)構(gòu)和柔性支護結(jié)構(gòu)

力平衡方式分類：重力式、懸臂式、支錨式支錨結(jié)構(gòu)方式分類：外支撐、內(nèi)支撐、斜撐二、基坑支護結(jié)構(gòu)的形式基坑支護是為保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境所采取的支擋、加固與保護措施。

在基坑施工時，有的有支護措施，稱之為有支護基坑工程；有的則沒有支護措施，稱之為無支護基坑工程。無支護基坑工程一般是在場地空曠、基坑開挖深度較淺、環(huán)境要求不高的情況下才能采用，如放坡開挖，這時主要應考慮邊坡穩(wěn)定和排水問題。

常用的擋墻類型有：水泥土墻、排樁、SMW工法或地下連續(xù)墻、土釘墻等。基坑支護類型重力式擋墻（剛性擋墻,D≤6m）1.擋墻結(jié)構(gòu)柔性擋墻（1）鋼板樁（2）鉆孔灌注樁擋墻（3）SMW工法（4）地下連續(xù)墻（1）板樁（2）鉆孔灌注樁擋墻攪拌（旋噴）樁灌注樁灌注樁攪拌（旋噴）樁（3）SMW工法注漿攪拌樁H型鋼灌注樁（4）地下連續(xù)墻導墻制模導墻挖掘機接頭管接頭管地下墻鋼筋籠下放鋼筋籠導管接頭管材料：鋼支撐、混凝土支撐。2.內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)支撐鋼管內(nèi)支撐鋼管－混凝土內(nèi)支撐鋼管斜支撐4.土釘墻圍護墻錨桿圍檁

砼面層土釘3.土層錨桿錨固體防水地面砼護頂拉桿錨桿頭部錨桿圍檁井點降水圈梁鋼筋網(wǎng)樁頭鋼筋網(wǎng)樁頭三、支護結(jié)構(gòu)上的土壓力與特點土的類別、支護結(jié)構(gòu)的剛度及位移、有無支點及支點的位置和反力大小、時間與空間效應、地下水位及施工方法、施工工序和施工過程、外界的荷載與溫度變化…。影響因素產(chǎn)生極限土壓力的位移條件1－井管；2－濾管；3－總管；4－彎聯(lián)管；5－離心泵房6－原有地下水位線；7－降低后地下水位線四、基支護結(jié)構(gòu)的施工一、井點降水（一）輕型井點（二）噴射井點(a)噴射井點設備簡圖(b)噴射揚水器原理圖

1－噴射井管；2－濾管；3－進水總管；4－排水總管；5一高壓泵；6－集水池；7－水泵；8－內(nèi)管；9－外管；10－噴嘴；11混合室；12－擴散管；13－壓力表(a)鋼管管井；(b)混凝土管管井1一沉砂管；2一鋼筋焊接骨架；3－濾網(wǎng)；4－管身；5－吸水管；6－深井泵；7—小礫石過濾層；8－粘土封口；9－混凝土實管；10－無砂混凝土管；11—潛水泵；12一出水管（三）深井井點（四）電滲井點電滲井點

1一井點管；2一電極；3－直流電源k<0.1m/d

井點類型及其適用性

井點類型滲透系數(shù)(cm/s)降低水位深度(m)土質(zhì)類別一(多)級輕型井點10-2~10-53~6(6~10)

粉砂、砂質(zhì)或粘質(zhì)粉土、含薄層粉砂的粉質(zhì)粘土噴射井點10-3~10-68~20

粉砂、砂質(zhì)或粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、含薄層粉砂夾層的粘土和淤泥質(zhì)粘土。深井井點10-5>10

粉砂、砂質(zhì)粉土、含薄層粉砂的粉質(zhì)粘土、富含薄層粉砂的粘土和淤泥質(zhì)粘土。電滲井點<10-6根據(jù)選用的井點確定

粉質(zhì)粘土、粘土二、土方開挖(1)遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的挖土原則

（2）基坑開挖深度有深淺不同時，土方開挖宜從淺基坑開始，待淺基坑底板澆筑后，再開始挖較深基坑的土方。（3）中心島盆式開挖五、基坑支護的監(jiān)測與環(huán)境監(jiān)護

基坑監(jiān)測項目表監(jiān)測項目基坑側(cè)壁安全等級一級二級三級支護結(jié)構(gòu)水平位移應測應測應測周圍建筑物、地下管線變形應測應測宜測地下水位應測應測宜測樁、墻內(nèi)力應測宜測可測錨桿拉力應測宜測可測支撐軸力應測宜測可測立柱變形應測宜測可測土體分層豎向位移應測宜測可測支護結(jié)構(gòu)面上側(cè)向壓力宜測可測可測

監(jiān)測方法與技術(shù)要求測點位置監(jiān)測項目測試方法精度要求圍護墻體墻頂水平位移埋設測點，用經(jīng)緯儀測1mm墻頂沉降埋設測點，用水準儀測1mm墻身水平位移預埋測斜管，用測斜儀測1mm墻側(cè)土壓力埋設土壓力盒，用土壓力計測1/100(F.S)及5kPa墻周土體墻外土體深層水平位移埋設測斜管，用測斜儀測1mm坑底土隆起埋設分層沉降管，用沉降儀測1mm孔隙水壓力埋設孔隙水壓力計1kPa地下水位埋設水位管1mm支撐或錨桿支撐軸力預先安裝軸力計1/100(F.S)錨桿拉力錨桿上預先安裝鋼筋計1/100(F.S)立柱沉降埋設測點，用水準儀測1mm坑外建筑物沉降及傾斜度埋設測點，用水準及經(jīng)緯儀測1mm坑外地下管線沉降及水平位移安裝測點于接頭，用水準儀及經(jīng)緯儀測1mm第二節(jié)支護結(jié)構(gòu)上的土壓力計算填土擋墻開挖擋墻水平荷載標準值---有支撐柔性圍護墻砂土及碎石土地下水位以下----有效應力方法（水土分算，CU指標）粗粒土地下水位以上、細粒土----總應力方法（水土合算，CU指標）《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)范》(JGJ120-99)haw≤hhaw>h水平抗力標準值砂土及碎石土----水土分算粉土及粘性土----水土合算++(zj<h)(zj≥h)天然豎向重力s0ks1k第三節(jié)水泥土墻支護結(jié)構(gòu)設計一、設計內(nèi)容（一）墻體的寬度和深度

按地區(qū)經(jīng)驗確定。如上海地區(qū)一般墻寬可取為開挖深度的0.6~0.8倍，坑底以下插入深度可取為開挖深度的0.8~1.2倍BDHH0壁狀水泥土擋墻（二）寬度方向的布樁形式格柵的置換率（加固土的面積:水泥土墻的總面積）為0.6~0.8，格柵長寬比不宜大于2。隔柵狀水泥土擋墻BDHH0坑底加固壓頂砼面層t≥150mm（四）其它加強措施（三）墻體強度

水泥土圍護體的強度取決于水泥摻合量(指每立方加固體所拌和的水泥重量)和齡期。 水泥摻合量一般為200~250kg/m3，通常采用425#普通硅酸鹽水泥。水泥土圍護體的設計強度一般要求齡期一個月的無側(cè)限抗壓強度不小于0.8MPa。為改善水泥土加固體的性能和提高早期強度，可摻入外摻劑（如早強劑、減水劑）。插筋（一）水土分算二、土壓力計算適用于土的滲透性較好的土層，如砂土、粉土和粉質(zhì)粘土適用于不透水的粘土層，并采用天然重度。（二）水土合算懸臂式柔性圍護墻三、基本驗算（1）抗傾覆驗算（圖a）；（2）整體圓弧滑動穩(wěn)定驗算（圖b）；（3）抗滑驗算（圖c）；（4）抗?jié)B穩(wěn)定驗算（圖d）；（5）墻體結(jié)構(gòu)強度驗算;（6）擋墻水平位移估算。d）（二）抗滑驗算抗滑指沿圍護墻底面的滑動，驗算公式為：KHL≥1.2c0、0—墻底土層的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角注：不宜采用以下公式計算抗滑安全系數(shù)（一）抗傾覆驗算式中Kq≥1.2W—墻體自重；Ea—主動土壓力合力；Ep—被動土壓力合力；B/2B/2Ea（三）整體圓弧滑動穩(wěn)定驗算采用瑞典條分法，按圓弧滑動面考慮，土體抗剪強度可采用總應力法計算：Kz－應根據(jù)經(jīng)驗確定，無經(jīng)驗時可取1.3。注：一般最危險滑動面取在墻底以下0.5～1.0m，滑動圓心位置一般在墻上方，靠近基坑內(nèi)側(cè)。（四）抗?jié)B穩(wěn)定驗算ic—坑底土的臨界水力梯度Ks≥1.5~2.0，坑底土透水性大時取大值。i—坑底土的滲流水力梯度，最短滲徑流線總長度(m)，如當防滲帷幕長度范圍內(nèi)各層土的滲透性相差不大時，但當此范圍內(nèi)有滲透性較大土層，如砂土、松散填土或多裂隙土，計算L時應扣除這些層厚度。Dwhw透水層不透水層

當坑底下為砂土時，需驗算墻角滲流向上溢出處的滲流坡降，以防止出現(xiàn)流砂現(xiàn)象。這里采用以下方法：（五）墻體結(jié)構(gòu)強度驗算1.壓應力驗算2.拉應力驗算式中0——基坑重要性系數(shù)；cs——水泥土墻平均重度，取18～19kN/m3；

z——墻頂至計算截面的深度；

M——單位長度水泥土墻截面彎矩設計值；

W——水泥土墻截面模量；

fcs—水泥土開挖齡期抗壓強度設計值。（按《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程－JGJ120-99》）（六）墻體水平位移估算lode=支護入土段變形+q0hq0loy0hd懸臂段變形第四節(jié)排樁或地下連續(xù)墻式支護結(jié)構(gòu)設計

排樁或地下連續(xù)墻式支護結(jié)構(gòu)的設計包括圍護樁墻、內(nèi)支撐（或土層錨桿）兩方面。

設計計算內(nèi)容包括土體穩(wěn)定性驗算和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算（即內(nèi)力變形計算和構(gòu)件截面尺寸設計）。要求掌握土體穩(wěn)定性驗算的基本理論。穩(wěn)定性驗算的內(nèi)容有：(一)整體穩(wěn)定性驗算(二)坑底抗隆起穩(wěn)定驗算(三)抗?jié)B驗算(四)坑底土抗承壓水驗算。一、圍護樁墻設計(一)整體穩(wěn)定性驗算采用圓弧滑動簡單條分法，同重力式擋墻。(二)坑底抗隆起穩(wěn)定驗算

以圍護樁墻底的平面作為地基極限承載力驗算的基準面，參照Prandtle和Terzaghi求單位寬度的地基極限承載力的公式，如圖：——抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)，一般要求不得小于1.7～2.51——坑外地表至圍護墻底，各土層重度的厚度加權(quán)平均值2——坑內(nèi)開挖面至圍護墻底，各土層重度的厚度加權(quán)平均值用Prandtl-Reissner公式時：用Terzaghi公式則為c、φ分別為圍護墻底以下滑移線場影響范圍內(nèi)地基土粘聚力、內(nèi)摩擦角h0—基坑開挖深度D—圍護墻在基坑開挖面以下的插入深度q—坑外地面超載（三）抗?jié)B驗算

設防滲帷幕時，計算至防滲帷幕底；圍護墻自防水時，計算至圍護墻底，計算理論同重力式擋墻。即Dw式中：其中注：當滲透路徑范圍內(nèi)有滲透性較大土層，如砂土、松散填土或多裂隙土，計算L時應扣除這些層厚度。（四）坑底土抗承壓水穩(wěn)定性驗算基坑開挖面以下有承壓水層時，應按下式驗算坑底土抗承壓水穩(wěn)定性。注：驗算公式中偏安全，未考慮上覆土層與圍護樁墻之間的摩擦力影響。Ky—坑底土抗承壓水頭穩(wěn)定安全系數(shù)，一般不小于1.05pcz—基坑開挖面以下至承壓水層頂板間覆蓋土的總自重壓力pwy—承壓水層的水頭壓力二、內(nèi)力變形計算

樁墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變形可按平面問題來簡化計算，排樁計算寬度可取排樁的中心距，地下連續(xù)墻計算寬度可取單位寬度。目前工程實踐中內(nèi)力變形計算應用較多的是極限平衡法和彈性支點法（豎向彈性地基梁法）。

極限平衡法假定作用于圍護樁墻前后的土壓力達到被動土壓力和主動土壓力，在此基礎上進行力學簡化.

彈性支點法假定作用于樁墻后的側(cè)壓力已知，一般在坑底以上按朗金主動土壓力來考慮，開挖面以下按矩形分布，大小等于開挖面處的朗金主動土壓力。作用于樁墻前開挖面以下的土體抗力通常按“m”考慮。第五節(jié)土釘墻支護結(jié)構(gòu)設計一、加固機理（1）提高原位土體強度（2）土與土釘間相互作用（3）面層土壓力分布加固2.土釘墻的穩(wěn)定驗算（1）外部穩(wěn)定加固區(qū)抗滑移加固區(qū)抗傾覆FFG加固區(qū)地基穩(wěn)定FG深層整體失穩(wěn)（2）內(nèi)部穩(wěn)定土釘拔出加筋區(qū)內(nèi)整體失穩(wěn)T【例】某工程