岩土工程之基坑支护分析

1、2021-5-11 7.1 概述 7.1.1 支护的目的与作用 1、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； （2）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。 2、基坑支护的作用 挡土、挡水、控制边坡变形。 3、基坑工程的基本技术要求 （1）安全可靠性； （2）经济合理性； （3）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 （1）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，桩墙结构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；有钢板桩、板桩墙、

2、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、地面锚定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。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。 （4）中央开挖施工法：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 周边基础工程。 （5）开槽施工法：与中央开挖施工法施工正好相反，与中央开挖施工法施工正好相反， 先在坑内周边挖槽，用内

3、支撑板桩墙法修筑周边的基先在坑内周边挖槽，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，再挖除挡土墙内的础工程，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。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：对于软土地基深大基坑，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，在基坑开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固，加固深度挖前用深搅桩、旋喷法对墙前土体进行加固，加固深度 36m，宽度，宽度59m。 （7）逆作法；（）逆作法；（8）沉井法；（）沉井法；（9）土钉墙支

4、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 注桩排组合；深搅桩中打入H钢桩组合支护等。 土钉与桩土钉与桩- -锚复合支护锚复合支护 预应力锚杆 土钉 钢砼圈梁 钻孔灌注桩 水泥土搅拌桩 土钉土钉 土层锚杆土层锚杆 钻孔灌注桩钻孔灌注桩 防渗帷幕防渗帷幕 土钉与微型桩组成的复合支护土钉与微型桩组成的复合支护 微型桩微型桩 土钉土钉 土钉与微型桩组成的复合支护土钉与微型桩组成的复合支护 钢砼管桩钢砼管桩 土钉土钉 基坑支护工程：基坑支护工程： 7.1.3 支护

5、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： （1）粘性土、粉质粘土等强度较高的地基，当基坑 深度H6m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H7m时， 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 撑支护的方案或逆作法施工。 （3）对于）对于松散的砂土层或粉细砂土层松散的砂土层或粉细砂土层，可用化学，可用化学 注浆加固与桩

6、墙支护相结合的支护方案；其次为土注浆加固与桩墙支护相结合的支护方案；其次为土 钉支护及地下连续墙的施工方案，也可考虑用插筋钉支护及地下连续墙的施工方案，也可考虑用插筋 补强及网状结构树根桩的支护方案。补强及网状结构树根桩的支护方案。 （4）对于）对于防渗止水要求严格的基坑工程防渗止水要求严格的基坑工程，护桩间土，护桩间土 体宜采用高压旋喷（或定喷、摆喷）注浆进行防渗体宜采用高压旋喷（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）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，）为节约投资，基坑较深时应多采用组合

7、式基坑较深时应多采用组合式 的支护方案的支护方案，对于直立性较好的土体，上部放坡，对于直立性较好的土体，上部放坡 开挖（坡深开挖（坡深34m）,下部桩墙支护，以减少锚杆下部桩墙支护，以减少锚杆 层数；亦可采用土钉与锚杆相结合的支护方案。层数；亦可采用土钉与锚杆相结合的支护方案。 （6）对于）对于大型基坑大型基坑（平面尺寸及深度都较大）（平面尺寸及深度都较大） 工程，可采用中央开挖施工法、开槽施工法等支工程，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。护方案；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

8、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，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定铰，上部锚拉作用点为活动铰；即 看作简支梁结构。 （3）深埋单锚式板桩：）深埋单锚式板桩：插入土体部分视为固定端，上部锚拉作用点为活动铰；即 看作静不定梁结构。 （4）多层锚拉式板桩：）多层锚拉式板桩：插入土体部分视为固定端，上部各个锚拉作用点为活动铰； 即看作连续梁结构。 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

9、用的有以下两大类： （1）以朗肯、库伦等理论公式计算的土压力； 使用时应注意地基土的c、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； 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 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）由土压力计等测定换算的实测值为基础的土压力土压力 分布模型分布模型(图示法图示法)或侧压系数法或侧压系数法，亦称用，亦称用表观土压力系表观土压力系 数计算的土压力数计算的土压力，图示法中采用较多的是，图示法中采用较多的是

10、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。 砂土砂土 软软中硬粘土中硬粘土 硬粘土硬粘土 Hka65. 0 Hka H) 4 . 02 . 0 ( 2 2、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朗肯公式计算， 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，其围护结 构的变形位移将很大，一般达到坑深或桩墙高度 的5%5%，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算中 ，一般取其折减系数=0.3=0.30.50.5。 3 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

11、护结构在土压力作用下发生变形变位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，摩时，护桩和土体之间有相对位移而产生摩擦力，摩 擦力将使擦力将使桩墙后的主、被动土压力减小桩墙后的主、被动土压力减小；相反确使；相反确使 桩墙前面的被动土压力增大桩墙前面的被动土压力增大。为此进行支护结构设。为此进行支护结构设 计时应考虑桩墙与土体的摩擦作用，即将计时应考虑桩墙与土体的摩擦作用，即将墙前、后墙前、后 的被动土压力乘以修正系数的被动土压力乘以修正系数。 但为慎重起见对主动土压力可不进行折减。一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系数可

12、取般使墙前被动土压力增大的修正系数可取K = K = 1.51.52.82.8；使墙后被动土压力减小的修正系数可取；使墙后被动土压力减小的修正系数可取 K= 1.0K= 1.00.350.35。修正系数与土的内摩擦角。修正系数与土的内摩擦角有关，有关， 值越大，修正系数值越大，修正系数K K越大越大, ,而而KK越小。越小。 实际工程设计计算中，为简化起见，既不进行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，也不进行因摩擦作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大的修正。用而使墙前被动土压力增大的修正。 1、支护结构的破坏形式、支护结构的

13、破坏形式 （1）支锚结构系统破坏； （2）板桩底部向基坑内侧移; （3）板桩弯曲破坏； 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 某复合土钉支护基坑整体失稳时照片某复合土钉支护基坑整体失稳时照片 边坡型式的边坡型式的 破坏破坏 （4）整体圆弧滑动； （5）基坑底管涌发 生。 锚 拉 系 统 破 坏 底 部 内 移板 桩 弯 曲 整 体 滑 动管 涌 、 隆 起 2 2、支护结构设计应考虑的问题 （1 1）确保锚杆（支撑）的强度与稳定； （2 2）板桩的入土深度应满足要求； （3 3）板桩截面尺寸、间

14、距、抗弯强度够用； （4 4）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 1 t，使得：0 . 2 ac pc M M ； （2） 1 ) 2 . 11 . 1 (tt ； （3）求 max M及作用点位置； （4）选择板桩尺寸，验算强度。 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。 （1）双排桩的Mmax是单排桩的75%； （2）桩顶位移是单排桩的3040%； (3）护桩入土深度是单排桩的70%； （4）桩直径mm600400，排距dL) 0 .

15、 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） 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t1） （1）以d点主、被动土 压力强度相等，求t0 ； 由 得 ap ktHkt)( 00 ap a kk Hk t 0 2、 深埋式单锚板桩的计算 （2）求相当梁的锚杆支反力R、 t0 处的支反力、 Mmax及作用点h。 （3）求护桩的最小入土深度t1； （4）护桩实际埋深为： 6/)( 3 xkkpx ap )( 6 ap kk p x xtt 01 1 )2 . 11 . 1 (tt 7.3.3 7.

16、3.3 多层锚拉板桩的计算 1 1、支锚结构的层间距布置型式及特点 （1 1）等弯矩布置：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，下部的 支锚层距过小，层数多，不经济。 （2 2）等反力布置：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，下部的支锚层 距过小，层数多，同样不经济。 （3 3）等间距布置： 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，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。 1、等弯矩布置 h=6wfy/Yka1/3 h1=1.11h h2=0.88h h3=0.77h h4=0.70h h5=0.65h h6=0.61h h7=0.58h h8=0.55h 2、等反力布置、等反力布置 h1=0.60h h2=0.45h h3=0.36h h4=0.32h 3、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： 按着1/2分担法可求出各层支锚结构的水平 反力，再乘以1.35不均匀系数就是水平力的设 计值；通过续梁可求出Mmax及作用点h ； 由 2 1 )