【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第三章 支護(hù)方案的選擇 基坑支護(hù)的類(lèi)型 概述 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系一般包括兩部分：擋土結(jié)構(gòu)和降水止水體系。樁、墻式 支護(hù)結(jié)構(gòu)常采用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、柱列式灌注樁、地下連續(xù)墻等。根據(jù)土質(zhì)條件及基坑規(guī)模，可以設(shè)計(jì)成懸臂式、內(nèi)置程式或錨拉式。重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)多采用水泥土攪拌樁擋墻、土釘墻等，當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)不能起到之水作用時(shí)，可同時(shí)設(shè)置止水帷幕或采取坑外降水，已達(dá)到控制地下水的目 的，使基坑土方工程可在干作業(yè)條件下進(jìn)行。 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)可以分為以下兩類(lèi)： （ 1）樁、墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)。板樁、柱列樁、地下連續(xù)墻等均屬此類(lèi)，支護(hù)樁、墻插入坑底土中一定深度（一般均插入至較堅(jiān)硬土層），上部呈懸臂或設(shè)置錨撐系統(tǒng)，形成一梁式受力構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，可簡(jiǎn)化成在土壓力作用下的一靜定梁，或按插入土中的豎向彈性地基梁求解。 此類(lèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，易于控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，尤其適用于開(kāi)挖深度較大的深基坑，并能適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)計(jì)算路、理論較為成熟，各地區(qū) 的工程經(jīng)驗(yàn)也較多，是基坑工程中經(jīng)常采用的主要形式。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 （ 2）實(shí)體重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)。水泥土攪拌樁擋墻，高壓旋噴樁擋墻，土釘墻等類(lèi)似于重力式擋土墻。此類(lèi)支護(hù)就夠截面尺寸較大，依靠實(shí)體墻身起擋土作用。墻身也可設(shè)計(jì)成格構(gòu)式，或階梯形等多種形式，墻身主要承受壓力，一般不承受拉力，按重力式擋土墻的設(shè)計(jì)原則計(jì)算。無(wú)錨拉或內(nèi)支撐系統(tǒng)、土方施工開(kāi)挖方便。土質(zhì)條件較差時(shí)，基坑開(kāi)挖深度不宜過(guò)大。適用于小型基坑工程。土質(zhì)條件較好時(shí)，水泥攪拌工藝使用受限制。采用土釘墻結(jié)構(gòu)，適用性較大，各地已有大量應(yīng)用實(shí)體重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)的工程經(jīng)驗(yàn)。 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇的依據(jù)、原則和方法 支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇的基本依據(jù) （ 1）基坑場(chǎng)地的形狀、平面尺寸及開(kāi)挖深度等。 （ 2）基坑范圍的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況：包括地質(zhì)勘探資料、勘查數(shù)據(jù)測(cè)試方法、設(shè)計(jì)所需的力學(xué)參數(shù)及試驗(yàn)方法、地下水請(qǐng)款及其分布等。 （ 3）荷載情況： ① 土壓力、水壓力，特別是承壓水的情況。 ② 地面荷載的分布及大小。 ③施工荷載。 ④相鄰建筑物的荷載。 ⑤當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時(shí)，尚應(yīng)考慮人防和地震作用等。 （ 4）環(huán)境條件： ①基坑周?chē)牡貐^(qū)性質(zhì)。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 ②基坑周?chē)慕ㄖ锝Y(jié)構(gòu)形式、層數(shù)、基礎(chǔ) 形式及埋深。 ③基坑周?chē)墓迷O(shè)施分布及地下構(gòu)筑物、地下管線(xiàn)狀況。 ④基坑周?chē)慕煌顩r和道路狀況。 ⑤基坑周?chē)乃驙顩r。 ⑥基坑所處的地區(qū)環(huán)境的特殊情況，以及對(duì)基坑施工的特殊情況。 ⑦相鄰工地的施工情況，特別是打樁和降水情況。 ⑧工期、資金對(duì)基坑施工的影響。 （ 5）建筑的結(jié)構(gòu)（地上及地下）對(duì)基坑施工的特殊要求。 （ 6）各種支護(hù)結(jié)構(gòu)的適用范圍及技術(shù)特點(diǎn)。 （ 7）各種支護(hù)結(jié)構(gòu)的造價(jià)。 （ 8）基坑開(kāi)挖、排水及降水地方法。 （ 9）設(shè)計(jì)的允許變形量。 （ 10）相鄰建筑物基坑支護(hù)情況和類(lèi)似的基坑支護(hù)情況。 （ 11） 業(yè)主對(duì)基坑支護(hù)的要求。 （ 12）建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范及有關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)。 支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇的基本原則 我國(guó)的東北、華北地區(qū)，以及西北的大部分地區(qū)的地基土多為一般黏性土，并且多數(shù)地區(qū)的地下水較深。 （ 1）從場(chǎng)地條件考慮：基坑周?chē)鷪?chǎng)地開(kāi)闊與否，直接關(guān)系到支護(hù)結(jié)構(gòu)容許位移的大小。如果場(chǎng)地開(kāi)闊，則可選擇放坡、懸臂式、錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)；如果場(chǎng)地狹窄或周?chē)兄匾O(shè)施，則選擇位移小的地下連續(xù)墻加錨桿或支撐支護(hù)形式。 （ 2）從基坑開(kāi)挖深度及范圍考慮：基坑開(kāi)挖深度及范圍的大小，是選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的一個(gè)重要考慮因素，開(kāi)挖深度 不大時(shí)，可采用懸臂式山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 支護(hù)結(jié)構(gòu)、土釘墻或錨噴支護(hù)等；開(kāi)挖深度較大時(shí)，則需考慮多層錨桿或多層支撐。 （ 3）從地質(zhì)條件考慮：土質(zhì)較好的條件下可考慮土釘墻或錨噴支護(hù)等；土質(zhì)較差時(shí)，則要采用樁、地下連續(xù)墻加錨桿或支撐支護(hù)方案。 （ 4）從地下水位考慮：地下水位的高低，關(guān)系到是否考慮基坑止水的問(wèn)題。 支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇方法 表 3— 1 支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇方法 擬選擇的支護(hù)結(jié)構(gòu) 選用條件及使用事項(xiàng) 放坡開(kāi)挖 （ 1）基坑周?chē)鷪?chǎng)地允許。 （ 1） （ 2）相鄰基坑邊無(wú)重要建筑物或地下管線(xiàn) （ 2） （ 3）開(kāi)挖深度超過(guò) 45 米時(shí)，易采用分級(jí)放坡 （ 3） （ 4）地下水位較高或單一放坡不滿(mǎn)足基坑穩(wěn)定性要求時(shí)，宜采用深層攪拌樁、高壓噴射注漿墻等措施進(jìn)行截氺或檔土。 （ 4） （ 5）對(duì)基坑邊土體水平位移控制要求較高，或軟塑至流塑狀土質(zhì)不宜采用此方法開(kāi)挖 重力式擋土墻 （ 1） （ 1）基坑周?chē)痪邆浞牌聴l件，但具備重力式擋墻的施工寬度。 （ 2） （ 2）相鄰基坑邊無(wú)重要建筑物或地下管線(xiàn)。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 （ 3） （ 3）基坑開(kāi)挖深度較小，一般為 6 米以下。 （ 4）土層較差且厚度較大時(shí)，特別是軟塑至流塑土層，可選擇水泥土重力式擋土結(jié)構(gòu)。 （ 5）設(shè)計(jì)與 施工時(shí)，應(yīng)確保重力式擋土結(jié)構(gòu)的整體性。 （ 6）對(duì)基坑隊(duì)水平位移控制要求較高時(shí)，不應(yīng)采用此法。 （ 7）要注意整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。 土釘支護(hù)結(jié)構(gòu) （ 1）基坑周?chē)孛媸┕さ鬲M小，臨近基坑邊無(wú)重要建筑物、建筑深基礎(chǔ)或地下管線(xiàn)。 （ 2）土層內(nèi)富含地下水或可塑以下軟弱土層，不宜采用土釘支護(hù)。 （ 3）不宜用于對(duì)基坑土體變形有嚴(yán)格要求的基坑支護(hù)工程。 （ 4）應(yīng)特別注意相鄰建筑及地下管線(xiàn)可能引起的不良后果。 （ 5）注意驗(yàn)算整體穩(wěn)定性。 （ 6）遇有較深軟弱土夾層或許控制基坑土體變形時(shí)，可將預(yù)應(yīng)力錨桿與土釘混用。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 方案確定 根據(jù)業(yè)主提供的工 程地質(zhì)情況，可知，此建筑基坑的南邊和北邊有密集建筑物 ?；A(chǔ)多為樁基礎(chǔ)。因此，必須保證施工過(guò)程中兩邊建筑物的基礎(chǔ)傾斜。 且施工場(chǎng)地狹小。 上表中的方法，以及結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，本方案擬采用土釘墻加微型樁支護(hù)。土釘承受土層主要主要土壓力，微型樁主要防止土體滑落。 土釘支護(hù)的工作性能 土釘支護(hù)工作性能的實(shí)測(cè)結(jié)果 國(guó)外迄今以對(duì)土釘支護(hù)做了不少大型量測(cè)實(shí)驗(yàn)，其中也有專(zhuān)門(mén)為實(shí)驗(yàn)而修建的工程，國(guó)內(nèi)也已進(jìn)行過(guò)一些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。從這些量測(cè)結(jié)果得出土釘支護(hù)在一般土體自重組用下的基本工作特點(diǎn)有： （ 1） 隨著往下開(kāi)挖，支護(hù)不斷向外位移。在勻質(zhì)土中，支護(hù)面的位移沿高度大體呈線(xiàn)性變化，類(lèi)似繞趾部向外轉(zhuǎn)動(dòng)，最大水平位移發(fā)生在頂部。但在非勻質(zhì)土中或地表為斜坡或受有地表重載時(shí)，最大水平位移點(diǎn)的位置可能移向下部。從為數(shù)極少的破壞現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，土釘支護(hù)的破壞是一個(gè)連續(xù)發(fā)展的過(guò)程。 （ 2） 土釘置入現(xiàn)場(chǎng)土體后，如果土體不變形，土釘就不會(huì)受力。隨著往下開(kāi)挖。地表加載、或土體徐變而發(fā)生土體變形，于是通過(guò)土體與土釘之間的粘結(jié)力使土釘參加工作并主要受拉。量測(cè)表明，只要土體發(fā)生微小的變形就可使土釘受力。 （ 3） 土釘?shù)睦ρ仄溟L(zhǎng)度變化 ，最大拉力部位隨著向下開(kāi)挖從開(kāi)始時(shí)靠近面層的端部逐漸向里轉(zhuǎn)移，一般發(fā)生在土釘?shù)目赡苁Х€(wěn)破壞面上。山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 當(dāng)土釘長(zhǎng)度較短時(shí)，土體破壞面可能移出上部土釘之外，這些土釘中的最大拉力一般發(fā)生在土釘中部。 （ 4） 當(dāng)破壞面穿過(guò)土釘加固的土體，后者被分割成失穩(wěn)區(qū)和穩(wěn)定去兩個(gè)部分，前者向外移動(dòng)，與土釘之間的界面剪力或粘結(jié)力的方向向里，使土釘?shù)睦亩瞬恐饾u增加并在可能的破壞面上達(dá)到峰值。而在被動(dòng)區(qū)內(nèi)，土體與土釘之間的界面剪力方向向外。土體破壞面上的土釘或者受拉屈服，或者被拔出。 （ 5） 不同深度位置上的土釘，其受到的最大拉力有很大差 別，頂部和底部的土釘受力較小，靠近中間部位的土釘受力較大。但臨近破壞時(shí)，底部土釘?shù)氖芰︼@著增大。 （ 6） 支護(hù)噴混凝土面層背后的側(cè)向土壓力，其沿高度分布也為中間大、上下小，接近梯形而不是三角形，壓力的合力值要比擋土墻理論給出的計(jì)算值低得多。這表明土釘支護(hù)的面層完全不同于一般的擋土墻。支護(hù)面層所受的土壓力合力遠(yuǎn)小于土釘受到的最大拉力之和。 （ 7） 支護(hù)的最大水平位移 h? 一般不大于坑深或支護(hù)高度 H 的 3‰。h? 與 H 的比 值據(jù)法國(guó)的實(shí)測(cè)資料為 1‰ — 3‰，美國(guó) ‰ — 3‰，德國(guó)為‰ — 3‰。國(guó)內(nèi)的測(cè)試結(jié)果也大體相同。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 第四章 支護(hù)體系具體支護(hù)參數(shù)確定 支護(hù)前穩(wěn)定性驗(yàn)算 1) 當(dāng) R=10m 時(shí)： 如圖，圖條寬度 b=2m， R=10m，總弧長(zhǎng)為 ， 圖 4— 1 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 表 4— 1 基坑分條 土條編號(hào) iθ （ o ） isin? icos? iih cos?? iih sin?? ih 1 2 3 4 5 6 30 7 8 ∑ 由 iiiic l b tg h c o sK b h sin? ? ? ?? ?? （ 4— 1） 得 oiiiic l b tg h c o s 1 2 . 6 2 0 . 6 5 7 1 9 . 5 2 ta n 2 8 3 5 . 5 2K 1 . 5b h s in 1 9 . 5 2 1 6 . 7 8 9? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? 2) 當(dāng) R=9m 時(shí)： 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 4— 2 表 4— 2 基坑分條 土條編號(hào) iθ （ o ） sin iθ cos iθ cosih? iθ sinih? iθ ih 1 2 3 4 30 5 6 ∑ 由公式（ 4— 1）得： 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 0iiiic l b tg h c o s 1 2 . 6 1 6 . 0 3 8 1 9 . 5 1 . 8 ta n 2 8 3 0 . 2 1 7 3K 1 . 4b h s in 1 9 . 5 1 . 8 1 5 . 3 8 2 5? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? 采用破裂面法 分條如圖（土條均為單位寬度）： 圖 4— 3 由 i = iibhiW ∑ γ （ 4— 2）得 1) 土條 1 的重量： 1W = ∑ 1 11bh?1 = + + + ＝ 2) 土條 2的重量： 2W =∑ 22bh2γ = + + ＝ 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 3) 土條 3 的重量： 3W =∑ 33bh3γ = + 4) 土條 4 的重量： 4W =∑ 44bh4γ = ＝ 由 c o ss ini i i i ii i ib h c lK bh ?? i i∑ γ tan φ θ∑ γ tan φ θ （ 4— 3）得 c o ss ini i i i ii i ib h c lK bh ?? ii∑ γ tan φ θ∑ γ tan φ θ= （ 10+58+34++ cos65 tan40+ cos65 tan35+ coa65 + cos65 tan20） /(+++) sin65= 結(jié)論 通過(guò)以上穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算，可知在不加固的情況，基坑的穩(wěn)定系數(shù)很小，約等于 ，破裂面是小于 ，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，所以需要對(duì)其進(jìn)行加固。 土壓力計(jì)算 計(jì)算地下水位以下的水、土壓力，一般采用“水土分算”（即水、土壓力分別計(jì)算，再相加）和“水土合算”兩種方法。對(duì)砂性土和粉土，可按水土分算原則進(jìn)行；對(duì)黏性土可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況 和過(guò)程經(jīng)驗(yàn)，按水土分算和水土合算進(jìn)行。 水土壓力合算法是采用土的飽和重度計(jì)算總的水、土壓力，只是國(guó)內(nèi)目前較流行的方法，特別對(duì)黏性土積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，采用的公式為 aP2sa t a aH k c k??? （ 4— 4） 式中： sat? —— 土的飽和重度，在地下水位以下可近似采用天然重度。山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 因此，以下式中的 ? 均取得近似為天然重度， 第一支護(hù)單元： 表 4— 3 基坑第一支護(hù)單元（ 北側(cè)）土層 參數(shù)表 層號(hào) 計(jì)算厚度（ m） 重度 Kn/m 粘聚力 kpa 摩擦角 （度） 土釘錨固體與土體阻力值（ kpa） 1 素填土 4 粉質(zhì)粘土 15 全風(fēng)化花崗巖 16 強(qiáng)風(fēng)化花崗巖 按朗肯土壓力公式 （ 4— 4） 計(jì)算，如下：