7 基坑支护工程

7 基坑支护工程基坑支护工程7.1 概述概述7.1.1 支护的目的与作用支护的目的与作用1、基坑支护的目的、基坑支护的目的（1）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；（2）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；（3）防止地面出现塌陷、坑底管涌发生。）防止地面出现塌陷、坑底管涌发生。2、基坑支护的作用、基坑支护的作用 挡土、挡水、控制边坡变形。挡土、挡水、控制边坡变形。3、基坑工程的基本技术要求、基坑工程的基本技术要求（1）安全可靠性；）安全可靠性；（2）经济合理性；）经济合理性；（3）施工便利性和工期保证性。）施工便利性和工期保证性。7.1.2 支护结构的类型及适用条件支护结构的类型及适用条件（1）无围护放坡开挖；）无围护放坡开挖；（2）桩墙支护：）桩墙支护：它由桩墙结构及支护结构两部分组成，桩墙结它由桩墙结构及支护结构两部分组成，桩墙结构有钢板桩、板桩墙、灌注桩排、地下连续墙；构有钢板桩、板桩墙、灌注桩排、地下连续墙；支护结构类型有内支撑式、外拉锚杆式、地面锚支护结构类型有内支撑式、外拉锚杆式、地面锚定式、无锚式等。定式、无锚式等。（3）重力式支护结构：）重力式支护结构：软土地基可用深搅桩、旋喷桩、树根桩等形成软土地基可用深搅桩、旋喷桩、树根桩等形成重力式的挡土结构。重力式的挡土结构。（5）开槽施工法：）开槽施工法：与中央开挖施工法施工正好相与中央开挖施工法施工正好相反，先在坑内周边挖槽，用内支撑板桩墙法修筑周反，先在坑内周边挖槽，用内支撑板桩墙法修筑周边的基础工程，形成一道重力式挡土墙，再挖除挡边的基础工程，形成一道重力式挡土墙，再挖除挡土墙内的全部土体，构筑中央部分的基础工程。土墙内的全部土体，构筑中央部分的基础工程。（6）墙前被动区土体加固法：）墙前被动区土体加固法：对于软土地基深大对于软土地基深大基坑，为控制挡墙侧向位移，降低护桩的入土深度，基坑，为控制挡墙侧向位移，降低护桩的入土深度，在基坑开挖前用深搅桩、旋喷法对墙前土体进行加在基坑开挖前用深搅桩、旋喷法对墙前土体进行加固，加固深度固，加固深度36m，宽度，宽度59m。7.1.2 支护结构的类型及适用条件支护结构的类型及适用条件 （4）中央开挖施工法：）中央开挖施工法：先施工基坑四周排桩，桩先施工基坑四周排桩，桩内放坡开挖后施工中央部分基础工程，待完工后内放坡开挖后施工中央部分基础工程，待完工后再挖除排桩内侧土体，边挖边用支撑杆将支护排再挖除排桩内侧土体，边挖边用支撑杆将支护排桩与中央部分基础工程支撑起来，最后再施工周桩与中央部分基础工程支撑起来，最后再施工周边基础工程。边基础工程。7.1.2 支护结构的类型及适用条件支护结构的类型及适用条件（7）逆作法；（）逆作法；（8）沉井法；（）沉井法；（9）土钉墙支护；）土钉墙支护；（10）组合型支护。）组合型支护。两种以上的支护方法组合起来使用，既能保证两种以上的支护方法组合起来使用，既能保证支护结构的安全又降低成本。如上部放坡，下部支护结构的安全又降低成本。如上部放坡，下部桩墙锚杆支护；锚杆与土钉组合；深搅桩与灌注桩墙锚杆支护；锚杆与土钉组合；深搅桩与灌注桩排组合；深搅桩中打入桩排组合；深搅桩中打入H钢桩组合支护等。钢桩组合支护等。7.1.3 支护结构方案的选择支护结构方案的选择 根据场地、地层、基坑深度、设备等条件选择支护根据场地、地层、基坑深度、设备等条件选择支护的方法，并力求做到支护方案的优选及设计计算的正确，的方法，并力求做到支护方案的优选及设计计算的正确，具体参考建议：具体参考建议：（1）粘性土、粉质粘土等强度较高的地基，当基坑深）粘性土、粉质粘土等强度较高的地基，当基坑深度度H6m时，用土钉支护，若地下水位高，进行降水或时，用土钉支护，若地下水位高，进行降水或施工防渗墙配合来土钉使用；也可采用锚杆桩墙支护的施工防渗墙配合来土钉使用；也可采用锚杆桩墙支护的方案，锚杆层数不宜超过四层。方案，锚杆层数不宜超过四层。（2）淤泥质或饱和粘性土等软弱地基，当）淤泥质或饱和粘性土等软弱地基，当H7m时，时，且只考虑边坡稳定时，优先选用水泥土搅拌桩等重力式且只考虑边坡稳定时，优先选用水泥土搅拌桩等重力式支护方案；当基坑较深时，可采用地下连续墙内支撑支支护方案；当基坑较深时，可采用地下连续墙内支撑支护的方案或逆作法施工。护的方案或逆作法施工。（3）对于松散的砂土层或粉细砂土层，可用化学注浆加）对于松散的砂土层或粉细砂土层，可用化学注浆加固与桩墙支护相结合的支护方案；其次为土钉支护及地固与桩墙支护相结合的支护方案；其次为土钉支护及地下连续墙的施工方案，也可考虑用插筋补强及网状结构下连续墙的施工方案，也可考虑用插筋补强及网状结构树根桩的支护方案。树根桩的支护方案。7.1.3 支护结构方案的选择支护结构方案的选择 （4）对于防渗止水要求严格的基坑工程，护桩间）对于防渗止水要求严格的基坑工程，护桩间土体宜采用高压旋喷（或定喷、摆喷）注浆进行防土体宜采用高压旋喷（或定喷、摆喷）注浆进行防渗补强加固；也可用地下连续墙（内支撑、逆作法）渗补强加固；也可用地下连续墙（内支撑、逆作法）或沉井法施工的方案。或沉井法施工的方案。（5）为节约投资，基坑较深时应多采用组合式的支）为节约投资，基坑较深时应多采用组合式的支护方案，对于直立性较好的土体，上部放坡开挖护方案，对于直立性较好的土体，上部放坡开挖（坡深（坡深34m）,下部桩墙支护，以减少锚杆层数；下部桩墙支护，以减少锚杆层数；亦可采用土钉与锚杆相结合的支护方案。亦可采用土钉与锚杆相结合的支护方案。（6）对于大型基坑（平面尺寸及深度都较大）工程，）对于大型基坑（平面尺寸及深度都较大）工程，可采用中央开挖施工法、开槽施工法等支护方案；可采用中央开挖施工法、开槽施工法等支护方案；每个边坡的支护方法可以不同。每个边坡的支护方法可以不同。7.2 支护结构的受力及破坏形式支护结构的受力及破坏形式 7.2.1 支护板桩的受力性状支护板桩的受力性状（1）悬臂式板桩）悬臂式板桩：插入土体部分视为固定端，插入土体部分视为固定端，上部为自由端；即看作悬臂梁结构。上部为自由端；即看作悬臂梁结构。（2）浅埋单锚式板桩）浅埋单锚式板桩：插入土体部分视为固插入土体部分视为固定铰，上部锚拉作用点为活动铰；即看作定铰，上部锚拉作用点为活动铰；即看作简支梁结构。简支梁结构。（3）深埋单锚式板桩：）深埋单锚式板桩：插入土体部分视为固插入土体部分视为固定端，上部锚拉作用点为活动铰；即看作定端，上部锚拉作用点为活动铰；即看作静不定梁结构。静不定梁结构。（4）多层锚拉式板桩：）多层锚拉式板桩：插入土体部分视为固插入土体部分视为固定端，上部各个锚拉作用点为活动铰；即定端，上部各个锚拉作用点为活动铰；即看作连续梁结构。看作连续梁结构。7.2.2支护板桩的侧向土压力计算支护板桩的侧向土压力计算 1、侧向土压力计算模式、侧向土压力计算模式关于基坑桩墙侧向土压力计算模式很多，主要采用关于基坑桩墙侧向土压力计算模式很多，主要采用的有以下两大类：的有以下两大类：（1）以）以Rankine、Coulomb等理论公式计算的土压等理论公式计算的土压力；使用时应注意地基土的力；使用时应注意地基土的c、的取值。计算时的取值。计算时还应考虑地面荷载、地面不规则几何形状等对桩还应考虑地面荷载、地面不规则几何形状等对桩墙侧土压力的影响。墙侧土压力的影响。土压力与水压力可分开计算，也可合并计算；土压力与水压力可分开计算，也可合并计算；合并计算时地下水以下土的重度取饱和含水重度，合并计算时地下水以下土的重度取饱和含水重度，降水后土层按稍湿状态考虑。对于粘性土，可忽降水后土层按稍湿状态考虑。对于粘性土，可忽略粘聚力，适当增加内摩擦角来计算。略粘聚力，适当增加内摩擦角来计算。（2）由土压力计等测定换算的实测值为基础的土）由土压力计等测定换算的实测值为基础的土压力分布模型压力分布模型(图示法图示法)或侧压系数法，亦称用表或侧压系数法，亦称用表观土压力系数计算的土压力，图示法中采用较多观土压力系数计算的土压力，图示法中采用较多的是的是Terzaghi-Peck所建议的土压力分布模型法。所建议的土压力分布模型法。7.2 支护结构的受力及破坏形式支护结构的受力及破坏形式 Hka65.0 Hka H)4.02.0(砂土砂土 软软中硬粘土中硬粘土 硬粘土硬粘土 7.2.2支护板桩的侧向土压力计算支护板桩的侧向土压力计算 2、基坑底桩前土压力计算取值、基坑底桩前土压力计算取值 基坑底桩前土抗力常采用的是基坑底桩前土抗力常采用的是Rankine公式计公式计算，由于计算出来的被动土压力是以极限状态为算，由于计算出来的被动土压力是以极限状态为前提的，当被动土压力达到理论计算值时，其围前提的，当被动土压力达到理论计算值时，其围护结构的变形位移将很大，一般达到坑深或桩墙护结构的变形位移将很大，一般达到坑深或桩墙高度的高度的5%，这么大的变形位移是基坑支护结构所，这么大的变形位移是基坑支护结构所不能允许的。因此，对于基坑支护被动土压力计不能允许的。因此，对于基坑支护被动土压力计算中，一般取其折减系数算中，一般取其折减系数=0.30.5。3、护桩与土体间的摩擦作用、护桩与土体间的摩擦作用 桩墙支护结构在土压力作用下发生变形变位时，桩墙支护结构在土压力作用下发生变形变位时，护桩和土体之间有相对位移而产生摩擦力，摩擦护桩和土体之间有相对位移而产生摩擦力，摩擦力将使桩墙后的主、被动土压力减小；相反确使力将使桩墙后的主、被动土压力减小；相反确使桩墙前面的被动土压力增大。为此进行支护结构桩墙前面的被动土压力增大。为此进行支护结构设计时应考虑桩墙与土体的摩擦作用，即将墙前、设计时应考虑桩墙与土体的摩擦作用，即将墙前、后的被动土压力乘以修正系数后的被动土压力乘以修正系数.7.2.2支护板桩的侧向土压力计算支护板桩的侧向土压力计算 但为慎重起见对主动土压力可不进行但为慎重起见对主动土压力可不进行折减。一般使墙前被动土压力增大的修正折减。一般使墙前被动土压力增大的修正系数可取系数可取K=1.52.8；使墙后被动土压力；使墙后被动土压力减小的修正系数可取减小的修正系数可取K=1.00.35。修正。修正系数与土的内摩擦角系数与土的内摩擦角有关，有关，值越大，修值越大，修正系数正系数K越大越大,而而K越小。越小。实际工程设计计算中，为简化起见，既实际工程设计计算中，为简化起见，既不进行被动土压力理论计算值的折减，也不进行被动土压力理论计算值的折减，也不进行因摩擦作用而使墙前被动土压力增不进行因摩擦作用而使墙前被动土压力增大的修正。大的修正。1、支护结构的破坏形式、支护结构的破坏形式（1）支锚结构系统破坏；）支锚结构系统破坏；(2)板桩底部向基坑内侧移板桩底部向基坑内侧移;（3）板桩弯曲破坏；）板桩弯曲破坏；(4)整体圆弧滑动；整体圆弧滑动；（5）基坑底管涌发生。）基坑底管涌发生。7.2.3 支护结构的破坏形式支护结构的破坏形式锚 拉 系 统 破 坏底 部 内 移板 桩 弯 曲整 体 滑 动管 涌、隆 起 7.2.3 支护结构的破坏形式支护结构的破坏形式 2、支护结构设计应考虑的问题、支护结构设计应考虑的问题（1）确保锚杆（支撑）的强度与稳定；）确保锚杆（支撑）的强度与稳定；（2）板桩的入土深度应满足要求；）板桩的入土深度应满足要求；（3）板桩截面尺寸、间距、抗弯强度够用；）板桩截面尺寸、间距、抗弯强度够用；（4）基坑底稳定验算满足要求。）基坑底稳定验算满足要求。7.3 支护板桩的设计计算支护板桩的设计计算7.3.1 悬臂式板桩的计算悬臂式板桩的计算 1、单排式板桩计算、单排式板桩计算 （1）试算求1t，使得：0.2acpcMM；（2）1)2.11.1(tt；（3）求maxM及作用点位置；（4）选择板桩尺寸，验算强度。7.3.1 悬臂式板桩的计算悬臂式板桩的计算 2、双排式板桩计算、双排式板桩计算将双排桩看做钢架结构计算内力。将双排桩看做钢架结构计算内力。（1）双排桩的）双排桩的Mmax是单排桩的是单排桩的75%；（2）桩顶位移是单排桩的）桩顶位移是单排桩的3040%；(3）护桩入土深度是单排桩的）护桩入土深度是单排桩的70%；（4）桩直径mm600400，排距dL)0.35.1(。7.3.2 单锚式板桩的计算单锚式板桩的计算1、浅埋式单锚板桩的计算、浅埋式单锚板桩的计算（简支梁法求解）（简支梁法求解）2、深埋式单锚板桩的计算（、深埋式单锚板桩的计算（等值梁法求等值梁法求t1）（1）以）以d点主、被动土点主、被动土 压力强度相等，求压力强度相等，求t0；由 得 apktHkt)(00apakkHkt02、深埋式单锚板桩的计算深埋式单锚板桩的计算（2）求相当梁的锚杆支反力）求相当梁的锚杆支反力R、t0 处的支反力处的支反力、Mmax及作用点及作用点h。（3）求护桩的最小入土深度）求护桩的最小入土深度t1；（4）护桩实际埋深为：）护桩实际埋深为：6/)(3xkkpxap)(6apkkpxxtt011)2.11.1(tt 7.3.3 多层锚拉板桩的计算多层锚拉板桩的计算1、支锚结构的层间距布置型式及特点支锚结构的层间距布置型式及特点 （1）等弯矩布置：）等弯矩布置：各跨度的最大弯矩相等，可各跨度的最大弯矩相等，可充分利用板桩的抗弯强度；但是较深基坑，充分利用板桩的抗弯强度；但是较深基坑，下部的支锚层距过小，层数多，不经济。下部的支锚层距过小，层数多，不经济。（2）等反力布置）等反力布置：各层支锚水平反力基本相等，：各层支锚水平反力基本相等，使锚杆设计简化；但当基坑较深时，下部的使锚杆设计简化；但当基坑较深时，下部的支锚层距过小，层数多，同样不经济。支锚层距过小，层数多，同样不经济。（3）等间距布置：）等间距布置：支锚结构的上、下排间支锚结构的上、下排间距基本相同，基坑较深时，减少了支锚层数，距基本相同，基坑较深时，减少了支锚层数，较经济；但带来了较复杂的计算量。等间距较经济；但带来了较复杂的计算量。等间距布置在工程实际中设计最为普遍。布置在工程实际中设计最为普遍。1、等弯矩布置、等弯矩布置 h=6wfy/Yka1/3h1=1.11hh2=0.88hh3=0.77hh4=0.70hh5=0.65hh6=0.61hh7=0.58hh8=0.55h2、等反力布置等反力布置h1=0.60hh2=0.45hh3=0.36hh4=0.32h3、等间距布置等间距布置 7.3.3 多层锚拉板桩的计算多层锚拉板桩的计算 盾恩法求板桩的入土深度：盾恩法求板桩的入土深度：按着按着1/2分担法可求出各层支锚结构的水平分担法可求出各层支锚结构的水平反力，再乘以反力，再乘以1.35不均匀系数就是水平力的设不均匀系数就是水平力的设计值；通过续梁可求出计值；通过续梁可求出Mmax及作用点及作用点h；由21)(21)(21tkkthHkapia 整理得：0)(121iaaaphHktHktkk；解方程可求出1t；7.4 钢筋混凝土桩抗弯设计计算钢筋混凝土桩抗弯设计计算（见钢筋混凝土结构设计，此处略）（见钢筋混凝土结构设计，此处略）7.5 基坑底稳定验算基坑底稳定验算 1、基坑底隆起、基坑底隆起（1）地基稳定验算；）地基稳定验算；（2）地基强度验算；）地基强度验算；2、水压力与基坑底管涌水压力与基坑底管涌（1）流砂与基坑底管涌）流砂与基坑底管涌（2）承压水冲溃坑底）承压水冲溃坑底