【文章內容簡介】 墻上的所受的側壓力，受力合理、安全可靠、易于控制圍墻的變形，雖然內支撐的設置給基坑內挖土帶來不便，但是可以通過換撐加以解決。用土錨拉結圍護墻，坑內施工無任何阻擋，有利于提高施工效率，但是在軟土地區(qū)土錨的變形難以控制。在土質較好的地區(qū)，應發(fā)展土錨。在軟土地區(qū)，以及建筑物密集的城市中，為了便于控制圍護墻的變形，應以內支撐為主。 支撐系統(tǒng)按其材料可以分為鋼管支撐、型鋼支撐、鋼筋混凝土支撐。一般情況下應該優(yōu)先選擇鋼結構支撐。表 支撐優(yōu)缺點比較材料 優(yōu)點 缺點同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）8鋼結構自重小，安裝拆除方便；可重復利用；可以做到隨挖隨撐，并可施加預緊力，有利于控制變形。整體剛度差，安裝節(jié)點多，容易造成節(jié)點變形與鋼結構支撐變形，進而造成基坑過大水平位移?，F澆鋼筋混凝土剛度大，變形??；施工方便，整體性好；適用于各種復雜平面形狀的基坑，靈活多變；節(jié)點可靠。自重大，材料不能重復利用，安裝養(yǎng)護和拆除需要較長工期，爆破拆除產生噪聲，振動，碎塊飛出等危險。 支護方案的比較和確定 基坑特點依據現場工程地質條件、臨近地面地下環(huán)境、基坑開挖深度等得出基坑具有以下特點：①基坑開挖深度范圍內土層條件較差；②周圍環(huán)境條件不太好：基坑周邊有馬路、高壓電塔和民用工廠樓，距離較近因此不能放坡開挖；③場地地下水位較高，設計時取靜止水位地面下5m 計算。 圍護墻的形式選擇根據本工程的特點，設計時此基坑有可能采用的幾種圍護形式：(1)鉆孔灌注樁圍護墻 優(yōu)點：噪聲和振動小，就地澆制施工，對周圍環(huán)境影響?。贿m合軟弱地層使用，缺點：接頭防水性差，要根據地質條件從注漿、攪拌樁、旋噴樁等方法中選用適當方法解決防水問題；整體剛度較差，不適合兼作主體結構；（2）采用排樁圍護中的鋼板樁支護形式作為擋土結構優(yōu)點：鋼板樁施工容易、造價較低，當作為圍護墻時強度剛度大、抗彎能力強、變形相對較小。鋼板樁可以回收利用，適用于短期支護，施工有利于組織、方便、工期短，目前此種技術比較成熟。另設深層水泥攪拌樁為止水帷幕時有好的防水效果，同時也起到了擋土的作用，比較經濟。缺點：不能有效地形成止水帷幕，此基坑含水豐富，如果不能止水在部分地段容易形成流沙現象。（3）采用地下連續(xù)墻優(yōu)點：采用地下連續(xù)墻強度高又可以止水，并成為基礎的結構部分。施工時振動少，可減少對周圍的影響。是比較安全可靠的施工方法。缺點：但是造價比較昂貴且施工工期慢，還須有泥漿處理條件。 支護方案的確定通過上述圍護形式的比較，并結合現場工程地質條件、臨近地面地下環(huán)境條件、同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）9基坑開挖深度等綜合確定采用鋼板樁+鋼管內支撐，利用深層水泥攪拌樁做止水帷幕的支護形式。采用拉森Ⅳ型鋼板樁加一道或兩道內支撐進行基坑支護。根據管道基坑底的地質條件、基坑開挖深度、管道地基處理方式的不同，采用支護一、支護二等幾種不同的支護形式。支護方式一：適用于場地較小，土質較好（承載力特征值 120KPa 以上） ，基坑深度小于 的情況。采用 12m 長 IV 型拉森鋼板樁加一道內支撐進行支護。支護方式二：適用于管道基礎采用水泥攪拌樁處理，基坑深度大于 且小于 的情況。采用 15 m 長 IV 型拉森鋼板樁加二道內支撐進行支護。對檢修閥井基坑支護，采用 15 或 17 米長拉森 IV 型密扣鋼板樁，設兩道鋼支撐并加圍檁增加整體穩(wěn)定性和架起鋼支撐，或者采用鉆孔灌注樁加鋼支撐的支護形式。對于廠房段基坑段采用采用 12 或 15 米長拉森 IV 型密扣鋼板樁，設兩道鋼支撐并加圍檁增加整體穩(wěn)定性和架起鋼支撐。鋼板樁支護直觀圖片如下：同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）10第三章 檢修閥井基坑圍護結構（鋼板樁支護）設計與計算 土壓力計算此基坑位于剝蝕殘丘和沖擊平原交接地帶,地勢相對較為平坦,屬珠江三角洲沖擊平原地貌單元及剝蝕殘丘地貌單元。地表主要為農田、河涌、和公路。地質條件復雜，屬于粘性土地基。進行支護結構計算時，作用在支護結構與土體界面上的壓力即為土壓力。土壓力的大小及其分布規(guī)律是同支護結構的水平位移方向和大小、土的性質、支護結構物的剛度和高度等因素有關。具體檢修閥井基坑地層參數如下表。表 檢修閥井處地層參數指標一覽表地層代號 層厚（m）天然容重 γ（ 3kN/m）凝聚力 c（kPa）內摩擦角φ（度）素填土（第 1 層） 8 8粘 土（第 2 層） 粉質粘土（第 3 層） 13淤泥質粘土（第 4 層） 15 8細砂巖（第 5 層） 15 28泥 巖（第 6 層） 30 30同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）11粉砂巖（第 7 層） 14 35 開挖面深度范圍內的側壓力（土壓力和水壓力）計算 (1) 按庫倫理論計算主動與被動土壓力強度，其公式如下： （）aaia kc2)hrq(P???? （）ppib式中： —— 庫倫主動與被動土壓力強度， ；apb aP—— 地面均勻荷載， ；qakP—— 第 i層土的重度， ；ir 3mN—— 第 層土的厚度， ；ih 、 ——庫倫主動與被動土壓力系數；akp、 —— 計算點土的抗剪強度指標， kPa???。c?根據深基坑工程（高大釗編）計算地下水位以下的水、土壓力，一般采用“水土分算” （即水、土壓力分別計算再相加）和“水土合算”兩種方法。對于砂性土和粉土，可按水土分算原則進行，即分別計算土壓力和水壓力，然后兩者相加。對粘性土可根據現場情況和工程經驗，按水土分算和水土合算進行，此地質條件，屬于粘性土。因此，如當地有成功的水土合算的經驗的話，為了經濟的目的，應該采用水土合算。對與此地質條件，素填土位于地下水位以上，淤泥土和粉質粘土則處于地下水位以下，且根據廣州地區(qū)土質條件判斷為粘性土。所以在此處采用水土合算。取地面以下各土層參數的加權平均值 .16. .. ????????? ??? 3i . 1..同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）12主動土壓力系數： )(tan)245(tanK2???????被動土壓力強度考慮到地基土與擋墻之間的摩擦力應采用庫倫公式的簡化公式： 222p )cos()s(ini1)cos( ?????????? ???????因為墻背垂直，故 ， 表示計算點處地基土與墻面的摩擦角，取0?。???15)432(kj??上式化簡得 2kjp sin)i(cosK??????????? )(150co2???????????參考《深基坑工程》 （第二版） （陳忠漢主編） ，取地面均布荷載 ? 土壓力計算確定臨界深度 ：由 得:0z0kc2)rzq(eaa0???? ???圖 局部均布超載時土壓力強度分布圖根據規(guī)范，采用水土合算，基坑開挖面以上設置鋼支撐，鋼支撐布置處及基坑開同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）13挖底面處土壓力的值: 2aaaA m/ ???????? 2aimB m/ ????aiaaC 62...ce 2aimD /8...14017240K2rqK?????? ：圖 土壓力強度分布圖土壓力零點距基坑底的距離，可根據凈土壓力零點處墻前被動土壓力強度與墻后主動土壓力強度相等的關系求得，即： amaDpmuKreur?? )()(raP ???? 結構內力計算 彎矩計算將基坑支護樁畫成一連續(xù)梁，其荷載為土壓力，～:(1)連續(xù)梁AB段懸臂部分彎矩 ????同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）14 AB段彎矩計算簡圖（2）梁BC段參考《建筑結構靜力計算計算手冊》（第一版）B點鉸支，C端固定公式有 BC段彎矩計算簡圖 )(39。CB ????????? ???????? （3）梁CDE段梁CDE段，E點為零彎矩點，參考《建筑結構靜力計算計算手冊》（第一版），左端固定，右端簡支，C點的彎矩：同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）15圖 CE 段彎矩計算簡圖 ?????????????????? 2232221FC )lb(516q)la(51l984aq)l(8aqM 彎矩分配根據《結構力學》中的彎矩分配法來平衡支點B、C的彎矩假設樁的抗彎剛度EI不變 SCB=3iCB =4iCE CE， 4IliBC?? ?? ?? 表 桿端彎矩的分配計算 （單位：kNm）序號 桿端名稱 B 點 C 點 1 分配系數 2 固端彎矩 — —3 分配與傳遞彎矩 4 最后桿端彎矩 — —最終得分配彎矩： ?????0ME? 支座反力和軸力計算同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）16 參考《基坑工程》 （哈爾濱工業(yè)大學出版社） 圖 各支點反力計算簡圖取 ZB 段梁： 0MA??39。B???取 BC 段梁： 0? )(39。B ??????..739。B39。 ??同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）170MC??)(39。 ??????取 CE 段梁：E 點彎矩為 0 0? ).143().468.()(.6R39。C? ???????39。C39。C???0M?)().(.RE? ???????（7）鋼板樁插入深度計算 參考《深基坑工程》 （第二版） （陳忠漢主編）由公式 )K(xapE??求得土壓力零點以下入土深度 . m583).()(R6apE ?????????以 鋼板樁支護設計思路及驗算 鋼板樁支護設計 根據本工程場地地質情況特點，本工程鋼板樁主要作用是為了隔絕4m～12m 砂層地下水流入基坑，同時支護邊坡防止流砂涌動，起到支護邊坡的作用。設計要點如下：一、采用拉森式 IV 型密扣鋼板樁（U）型，樁長 16m；同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）18二、鋼板樁穿過砂層，進入強（中）風化巖面；三、鋼板樁沿基坑四周連續(xù)設置成封閉的帷幕；四、為保證基坑安全，鋼板樁帷幕上設置一道連續(xù)的工字鋼或槽鋼圍檁以加強鋼度及整體性； 由前面計算出最大彎矩 后可根據下式對鋼板樁選型進行驗算maxM ??fwmaxax???? ——樁身最大應力ax ——樁身最大彎矩mM W ——鋼板樁截面抵抗矩 ——抵抗矩折減系數，對于小企口鋼板樁，當設有整體圍檁或冠梁時 取? ?， 不設冠梁或圍檁分段設置時 取 。?且查相關資料得知拉森式 IV 型密扣鋼板樁（U 型）的相關參數如下表表 拉森式 IV 型密扣鋼板樁（ U 型）的相關參數型號 尺寸（mm）截面積A 單根（cm 2）重量（kg/m） 慣性矩 Ir 截面抵抗矩拉森 寬度 b 高度 h腹板厚 t1翼緣厚t2 單根 每米寬單根（cm 4）每米寬（cm 4/m）單根（cm 3）每米寬（cm 3/m）IV 型 400 180 343 2043所以由 ??????綜上所述，本基坑采用樁長 16m 的進口拉森式 IV 型密扣鋼板樁（U 型） 。在基坑開挖時，由于坑內土體挖出后，使地基的應力場和形變場發(fā)生變化，可能同濟大學本科生畢業(yè)設計（論文）19導致基坑的失穩(wěn)。例如基坑整體或局部滑坡，基坑底隆起及管涌等，從而引發(fā)工程事故。所以在進行基坑支護設計時，需要驗算基坑穩(wěn)定性，必要時應該采取適當的加強防范措施，使基坑的穩(wěn)定性具有一定的安全度。保證基坑開挖整個過程安全?；拥姆€(wěn)定性驗算主要是指對支護結構進行抗傾覆，抗滑移，及各種內力計算外，還應進行基坑底隆起，抗?jié)B流穩(wěn)定性，管涌等各種穩(wěn)定性驗算?；臃€(wěn)定性分析的目的在于基坑側壁支護結構在給定條件設計出合理的嵌固深度或驗算已擬定支護結構的設計是否穩(wěn)定和合理。對有支護的基坑全面地進行基坑穩(wěn)定性分析和驗算，是基坑工程設計的重要環(huán)節(jié)之一。目前，對基坑穩(wěn)定性驗算主要有如下內容：①基坑整體穩(wěn)定性驗算；②基坑的抗隆起穩(wěn)定驗算；③基坑支護結構踢腳穩(wěn)定性驗算；④基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算。 基坑的整體性穩(wěn)定性驗算采用圓弧滑動法驗算支護結構和地基的整體穩(wěn)定抗滑動穩(wěn)定性，應該注意支護結構一般有內支撐或外土錨拉結構，墻面垂直的特點。不同于邊坡穩(wěn)定驗算的圓弧滑動，滑動面的圓心一般在擋土上方，基坑內側附近。通過試算穩(wěn)定最危險的滑動面和最小安全系數?？紤]支撐作用時，通常不會發(fā)生整體穩(wěn)定破壞，因此對支護結構，當設置多道支撐時可不做基坑的整體穩(wěn)定性驗算。 基坑底部土體抗隆起穩(wěn)定性驗算基坑工程的基底抗隆起的穩(wěn)定性驗算具有保證基坑穩(wěn)定和控制變形的重要意義，同時，由于基地抗隆起穩(wěn)定性與支護墻入土深度有著直接的關系，這時確定合適的墻體入土深度就顯得十分重要，一方面要足以保證不發(fā)生基底隆起破壞或過大的基底隆起變形，另一方面在保證穩(wěn)定的基礎上盡量減少墻體入土深度，以達到經濟合理的目的。由《深基坑工程》采用下式進行抗隆起安全系數的驗算。 ??qDHrcNK12L??式中：D——墻