【正文】 的造價相對較低，有利于節(jié)省工程費用。樁錨支護結構的適用范圍：（a）適用于周邊環(huán)境比較寬敞、地下管線少且沒有不明地下物的深基坑支護工程；（b）特別適用于平面尺寸較大的深基坑支護工程；（c）對于使用錨桿作為外拉系統(tǒng)的樁錨支護結構，宜運用在具有密實砂土、粉土、粘性土等穩(wěn)定土層或穩(wěn)定巖層的深基坑支護工程中。所謂空間組合，是指支護樁從平面上看可按需要采用不同的排列組合，前排樁頂用圈梁連接，前后排之間有連梁拉接，在沒有錨桿或內(nèi)支撐的情況下，發(fā)揮空間組合樁的整體剛度和空間效應，并與樁土協(xié)同工作，支擋因開挖引起的不平衡力，達到保持坑壁穩(wěn)定、控制變形、滿足施工和相鄰環(huán)境安全的目的。雙排樁支護結構體系的缺點：①雙排支護樁的設計計算方法還不夠成熟，實測數(shù)據(jù)還不多，受力機理不夠清楚。在對深基坑擋土支護結構的位移有限制的要求下，對于一般粘性土地區(qū)來說，雙排支護樁是一種很有應用價值的擋土支護結構類型。 排樁支撐類型內(nèi)支撐可以有效的傳遞和平衡作用在圍護墻體上的水、土壓力，協(xié)調(diào)圍護墻體的受力，控制圍護墻體的變形，使整體支護結構受力平衡。 圖15 現(xiàn)澆混凝土支撐支護體系鋼筋混凝土支撐布置形式靈活，無論直線或曲線桿件均可支?，F(xiàn)澆，可廣泛應用于各種截面形式的深基坑工程；從而鋼筋混凝土支撐整體性好、剛度大，能夠大大的減少支護結構的變形，從而保護周圍環(huán)境；同時承載力大，支撐間距較遠，能夠形成較大的空間，方便機械施工。拆除比較麻煩，如果采用爆破方式將會對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定影響。因此目前的深基坑工程中主要采用這種支護結構。鋼支撐較鋼筋混凝土支撐自重輕，拆裝方便，施工迅速，可減少施工工期，從而降低土體的時間效應；同時可以施加預應力并根據(jù)支護結構的變形的發(fā)展及時調(diào)整預應力值，以控制變形；而且可以多次重復使用，所以目前鋼支撐在深基坑工程也被大量的使用。 圖16 鋼支撐支護體系混合撐則可以充分利用鋼筋混凝土支撐和鋼支撐的優(yōu)點，避免各自不足。支撐結構不僅分類眾多，平面布置形式也是多種多樣的[14]。（a） （b）（b） （d）(e) (f)(a) 加強圍檁式 （b）長邊對頂加角撐 （c）琵琶撐 （d）結構式支撐 （e）環(huán)梁式 （f）加強角撐式 圖17 常用支撐截面形式 本文主要研究內(nèi)容深基坑支護設計分為深基坑支護方案選擇和支護結構設計兩步。因此，對深基坑支護方案優(yōu)化選擇進行研究具有重要意義。排樁內(nèi)支撐支護結構利用內(nèi)支撐系統(tǒng)為圍護構件的穩(wěn)定性提供足夠的支撐力，對基坑土體的位移場和應力場擾動小，對周圍環(huán)境影響較小，應用前景廣闊。本文將對深基坑支護方案優(yōu)化選擇與排樁內(nèi)支撐結構優(yōu)化設計進行研究。第二章 基坑排樁支護結構設計基本理論 基坑支護設計基本原則支護結構應當保證填土、物料、基坑側壁及構筑物本身的穩(wěn)定，構筑物應具有足夠的承載力和剛度，保證結構的安全正常使用。設計的基本原則為:（1）為保證支護結構安全正常使用，必須滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設計要求，對于支護結構應進行下列的計算和驗算:①承載能力極限狀態(tài)的計算，計算內(nèi)容如下所示：（a）根據(jù)支護結構的類型及受力狀態(tài)來競選土體穩(wěn)定性計算。（b）支護結構的受壓、受彎、受剪、受拉承載力計算。②正常使用極限狀態(tài)計算（a）由于基坑工程施工會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，支護結構的變形必須嚴格要求，應對結構的變形進行計算；（b）對鋼筋混凝土構件的抗裂度及裂縫寬度進行計算。（2）應根據(jù)工程的需求、地質(zhì)及水文條件等因素，綜合考慮以確定支護結構的平面布置以及其高度。（4）保證支護結構設計符合相應規(guī)范及條例。（6）支護設計方案必須提出施工監(jiān)控、質(zhì)量監(jiān)測的要求。 側壁安全等級及重要性系數(shù)基坑側壁安全等級劃分難度較大，很難定量說明。表21 基坑側壁安全等級和重要性系數(shù)安全等級破壞后果一級支護結構破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結構施工影響很嚴重二級支護結構破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結構施工影響一般三級支護結構破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結構施工影響不嚴重 土壓力理論 作用在支護結構上的荷載主要有土壓力和水壓力，而土壓力是主要的荷載，它指的是支護結構后填土自重或外荷載對支護結構產(chǎn)生的側向壓力。 靜止土壓力：若支護結構在土壓力作用下不發(fā)生變形和任何位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)，則作用在結構上的土壓力為靜止土壓力。 被動土壓力：若支護結構在外力作用下向墻后發(fā)生位移，則隨著位移的增大，墻后土壓力逐漸增大，當土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在結構上的土壓力為被動土壓力。圖21 支護結構位移與土壓力的關系上述土壓力是隨著位移變化的三種極限情況，在相同的墻高和填土條件下，三種極限土壓力的關系。土體的豎向自重應力,則距填土表面深度z處的靜止土壓力強度可按下式計算: （21）：土的側壓力系數(shù)或靜止土壓力系數(shù)，~；~。由式（21）可知，靜止土壓力沿墻高為三角形分布，如取單位墻長，則作用在墻上的靜止土壓力為： （22）：靜止土壓力，的作用點在距墻底處；H：擋土墻高度，m。朗肯土壓力理論假定墻體是剛性的，墻后土體表面水平、處于主動或被動極限狀態(tài)，墻背為豎直、光滑的平面。則單位墻長的主動土壓力為：無粘性土： （25）粘性土： （26）被動土壓力朗肯被動土壓力強度按下式計算：無粘性土： （27）粘性土： （28）式中：被動土壓力系數(shù)， ； c：填土的粘聚力（）； ：填土的內(nèi)摩擦角； Z：計算點距填土表面的深度（m）。但由于其假定條件較嚴，使得該理論的應用范圍受到限制。（3）庫倫土壓力理論庫侖土壓力理論是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動楔體時，根據(jù)楔體的靜力平衡條件求得的土壓力計算理論。①主動土壓力庫倫主動土壓力計算圖如圖22所示。圖22 庫倫主動土壓力計算圖若墻背豎直()、光滑()及墻后填土面水平（），則庫侖主動土壓力系數(shù)，可見在此條件下,庫侖公式與朗一式相同。②被動土壓力庫侖被動土壓力計算圖如圖23示。 若墻背豎直（）、光滑（）及墻后填土面水平（），則庫侖被動土壓力系數(shù)，即與無粘性土的朗肯公式相同。此外，當有地下水時，特別是考慮滲流效應時，庫侖理論并不適用。由于朗肯土壓力理論計算的主動土壓力值偏大，被動土壓力值偏小，用朗肯土壓力理論來設計深基坑工程相比于庫侖土壓力理論總是偏于安全的，所以目前深基坑工程設計中主要采用朗肯土壓力理論。水壓力的計算要考慮諸多因素，例如地下水的補給情況、排水處理方式、季節(jié)變化和施工場地開挖條件等。兩種計算理論均未考慮滲流的影響。（2）水土合算圖25 水土合算示意圖地下水位以上部分： （217）地下水位以下部分： （218）其中：：地面距地下水位處距離； ：計算點距地面距離； ：土的飽和的重度； ：土的重度。工程界一般認為，對于砂性土和粉土應按水土壓力分算原則進行，然后將計算結果相加。根據(jù)有效應力原理，水土合算是缺乏理論根據(jù)的，但是由于有效應力指標較難獲得，而且一些實例資料表明，在淤泥質(zhì)粘土和夾砂粘性土中，其平均水壓力不到整個側壓力的20%，故目前實際工程設計中應用較多的是合算方法。頂端支撐的支護結構，由于頂端有支撐而不致移動而形成一鉸接的簡支點。下面所介紹的就是樁因入土深度不同而產(chǎn)生的幾種情況。此時墻體處于極限平衡狀態(tài)，由此得出的跨間正彎矩Mmax其值最大，但入土深度最淺為tmin。（2）支護樁入土深度增加，大于tmin時(圖26b)，則樁前的被動土壓力得不到充分發(fā)揮與利用，這時樁底端僅在原位置轉(zhuǎn)動一角度而不致有位移現(xiàn)象發(fā)生，這時樁底的土壓力便等于零。（3）支護樁入土深度繼續(xù)增加，墻前墻后都出現(xiàn)被動土壓力，支護樁在土中處于嵌固狀態(tài)，相當于上端簡支下端嵌固的超靜定梁。其底端的嵌固彎矩M2的絕對值略小于跨間彎矩M1的數(shù)值，壓力零點與彎矩零點約相吻合(圖26c)。圖26 入土深度不同的板樁墻的土壓力分布、彎矩及變形圖以上四種狀態(tài)中，第四種的支護樁入土深度已嫌過深而不經(jīng)濟，所以設計時都不采用。由該狀態(tài)得出的樁雖然較長，但因彎矩較小，可以選擇較小的斷面，同時因入土較深，比較安全可靠：若按第一、第二種情況設計，可得較小的入土深度和較大的彎矩，對于第一種情況，樁底可能有少許位移。單支點的排樁計算方法有很多，包括平衡法、圖解法（彈性線法）、等值梁法、有限元法等，本論文主要介紹平衡法、等值梁法和M法[16][17][18]?？刹捎孟铝蟹椒ù_定樁的最小入土深度tmin和水平向每米所需支點力(或錨固力)R。圖27 單質(zhì)點排樁靜力平衡計算簡圖 等值梁法擋墻兩側作用著分布荷載，即主動土壓力與被功土壓力，如圖28a所示。按一端嵌固另一端簡支的梁進行研究，此時單支撐擋墻的彎矩如圖28c，若在得出此彎矩圖前已知彎矩零點位置，并于彎矩零點處將粱（即樁）斷開以簡支計算，則不難看出所得該段的彎矩圖將同整梁計算時一樣，此斷梁段即稱為整梁該段的等值梁。這種簡化計算法就稱為等值梁法，其計算步驟如下(圖28)：（1）根據(jù)基抗深度、勘察資料等，計算主動土壓力與被動土壓力，求出土壓力零點B的位置，并計算B點至坑底的距離u值；（2） 由等值梁AB根據(jù)平衡方程計算支撐反力Ra及B點剪力QB；圖28 等值梁法計算簡圖 （221） （222）（3）由等值梁BG求算板樁的入土深度，取，則由上式求得 （223）由上式求得x后，樁的最小入土深度可由下式求得 （224）如樁端為一般的土質(zhì)條件，~，即 （225）（4）求剪力為零的點，計算最大彎矩Mmax值。按地基反力系數(shù)沿深度的分布不同形成幾種不同的方法，圖29給出了地基反力系數(shù)的五種分布圖示，用下面的通式表達: （226）式中z為地面或開挖面以下深度；k為比例系數(shù)；n為指數(shù)，反映地基反力系數(shù)隨深度而變化的情況；凡為地面或開挖面處土的地基反力系數(shù)，一般取為零。當n=1時:本次設計使用同濟大學啟明星軟件進行M法的計算設計。主樓最高15層，群樓地面4層，地下室層數(shù)1~2層，建筑面積20000m2，基坑開挖深度9m，基坑面積1500m2。圖31 基坑平面圖 地基土層分布與特征、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土夾粉質(zhì)粘土及粉土、粉砂等組成，屬第四系地層，根據(jù)土性擬建場地自上而下可分為15個工程地質(zhì)層，與基坑開挖相關的各土層分別描述如下：①雜填土：雜色，濕，松散，粘性土為主，淺部雜較多的碎石、碎磚等建筑垃圾，下部局部為淤泥質(zhì)土，土質(zhì)不均勻。②粘土：褐黃色，可塑，含鐵錳質(zhì)結核及灰色條帶，土質(zhì)均勻。分布穩(wěn)定，～，～，場地遍布。③粉質(zhì)粘土：灰黃色，可塑，含氧化物銹斑，土質(zhì)不均勻，局部粉質(zhì)含量較高?！?，～，場地遍布。④粉土：灰黃色，很濕～飽和，中密，夾薄層狀粉質(zhì)粘土，土質(zhì)不均勻，含云母?！?，～，場地遍布。⑤粉砂：灰色，很濕～飽和，中密，含云母，局部夾粉質(zhì)粘土薄層?！?，～，場地遍布。⑥粉質(zhì)粘土：灰色，軟塑，具薄層理，夾薄層狀粉土?！?，場地遍布。⑦粉土夾粉質(zhì)粘土：灰色，很濕～飽和，中密，局部中密，夾薄層狀粉質(zhì)粘土，土質(zhì)不均勻?！?，～，場地遍布。⑧粉砂：灰色，很濕～飽和，中密，局部密實，夾粉土，含云母?！?，～，場地遍布。 地下水根據(jù)本次勘察揭露，結合區(qū)域水文地質(zhì)資料，場地內(nèi)對本工程有影響的地下水主要有三層：（1）潛水、（2）微承壓水、（3）第一承壓含水層。～；～，～。 微承壓水據(jù)蘇州市水文地質(zhì)資料《1：5萬蘇州水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)綜合勘察報告》，淺部微承壓水賦存于粉土和粉砂層中，受大氣降水、地形地貌及地表水體等因素的制約，通過地下徑流排泄。本場地微承壓水主要賦存于④層粉土段及⑤粉砂段中，富水性及透水性均較好，主要接受徑流補給，該層水具微承壓性。地下室底板⑤層粉砂段（微承壓含水層）的下部，該層滲透性好，水量中等，是影響本工程基坑施工的主要含水層。 據(jù)蘇州地區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)資料，～。根據(jù)室內(nèi)測試結果和現(xiàn)場抽水結果，各土層的滲透系數(shù)表31所示：表31 土層滲透系數(shù)表層號土名測試值現(xiàn)場抽水試驗建議值室內(nèi)試驗垂直KH(cm/s)水平KV(cm/s)K(cm/s)K(cm/s)①雜 填 土②粘 土 07③粉質(zhì)粘土④粉 土⑤粉 砂⑥粉質(zhì)粘土 地下水水質(zhì)分析及腐蝕性評價本場地地下水、地下水位以