基坑排桩支护毕业设计讲解

1、安徽建筑大学本科毕业设计 摘要 经过多年的发展， 深基坑工程已发展成为一门综合性的学科。 随着高层、 超 高层建筑项目日益增多， 地下工程的大量施工， 基坑开挖深度越来越深， 开挖面 积逐渐增大， 相对的是场地越来越狭窄， 使施工所遇到的难度也越来越大， 因为 在深基坑开挖支护过程中， 不仅要保证基坑自身的稳定， 还必须保证临近建筑设 施的安全与稳定。如何优化选择一种既能保证深基坑开挖施工过程中的安全稳定 性，又能取得较好经济效益的深基坑支护结构方案， 一直以来都是基坑工程研究 的首要问题。 目前基坑支护结构种类很多， 如何根据实际需要选择合适的支护结构并合理 地确定支护结构的参数仍然是一个难

2、题。 由于排桩支护结构具有环境影响小、 地 层适应性强等优点， 被广泛用于基坑支护工程中。 本文以排桩支护结构为研究对 象，深入研究其结构问题。 本文首先对深基坑支护结构的工程特点进行了论述， 介绍了几种常用深基坑 支护的结构类型； 然后，论文介绍了排桩内支撑的概念， 排桩支护类型及支撑类 型，简述了其应用范围， 对排桩支护结构的计算理论进行较为全面、 系统的分析 和研究；最后，对基坑开挖 9m 的实际工程采用排桩钢支撑支护结构应用等值梁 法进行了设计计算 , 使用同济大学启明星软件进行整体计算、 校核、编制计算书， 计算结果可供工程设计和施工参考。 关键词 ：深基坑；深基坑支护；等值梁法；单

3、排桩钢支撑 安徽建筑大学本科毕业设计 Abstract After years of development, deep foundation pit engineering has developed into a comprehensive discipline. With high-level, high-rise building projects increasing, the underground engineering of construction, more and more deep foundation pit excavation depth, excavation

4、area increases gradually, relative field is more and more narrow, make construction encountered the difficulty also bigger and bigger, because in the process of deep foundation pit excavation supporting, it should not only guarantee the stability of foundation pit itself, also must guarantee the saf

5、ety of adjacent building facilities and stability. How to optimally choose a deep foundation pit supporting structure scheme that can not only ensure the safety in the process of excavation of deep stability, also obtain good economic benefits has always been the prime problem of the foundation pit

6、engineering research. The foundation pit supporting structure is a lot of more phyletic, how to choose appropriate supporting structure according to actual needs and reasonably determine the parameters of the supporting structure is still a problem. Due to pile supporting structure has the advantage

7、s of small environmental impact, formation strong adaptability, is widely used in foundation pit supporting engineering. Based on the pile supporting structure as the research object, the further this article study of the structure. This article first discusses the engineering characteristics of dee

8、p foundation pit supporting structure, this paper introduces several common types of deep foundation pit supporting structure; Then, the paper introduces the concept of pile brace, the pile supporting type and support type, describes its application scope, Through the calculation theory of pile supp

9、orting structure is more comprehensive and systematic analysis and research ;Finally, the excavation of the 9 m engineering using pile steel support application of equivalent beam method for the design and calculation of retaining structure, using the Tongji university Qim star for integral calculat

10、ion, check, formulation of calculation, the calculation results can be used for reference in the engineering design and construction. Keywords: deep foundation; deep foundation pit support; equivalent beam method; single pile steel support II 安徽建筑大学本科毕业设计 目录 摘 要 I Abstract II 第一章 绪论 1. 1.1 本文研究意义 1.

11、 1.2 基坑排桩支护结构的发展状况 4. 1.3 排桩内支撑支护结构形式 6. 1.3.1 排桩支护类型 7. 1.3.2 排桩支撑类型 1.1 1.4 本文主要研究内容 1.3 第二章 基坑排桩支护结构设计基本理论 1.5 2.1 基坑支护设计基本原则 1.5 2.2 侧壁安全等级及重要性系数 1.5 2.3土压力理论 1.6. 2.3.1 经典土压力理论 1.7 2.3.2 水压力计算理论 2.0 2.4 单支点排桩支护设计和计算 2.2 2.4.1自由端单支点支护桩的计算（平衡法） 2. 3 2.4.2等值梁法 2.3. 2.4.3 M 法 2.4. 第三章 工程概况 2.6. 3.1

12、工程简介 2.6. 3.2 地基土层分布与特征 2.6 3.3 地下水2.7. 3.3.1潜水2.7. 3.3.2微承压水 2.8. 3.3.3承压水 2.8. 3.3.4土层渗透性 2.8 3.3.5 地下水水质分析及腐蚀性评价 2. 9 3.4 不良地质作用和对工程不利埋藏物 2. 9 3.5 基坑设计各层土的主要力学指数 2.9 3.6 对地基土的评价 2.9. 第四章 工程实例基坑支护设计计算 3.1 4.1 基坑支护结构方案设计 3.1 III 安徽建筑大学本科毕业设计 4.2等值梁法手算 3.2. 4.3配筋计算 3.6. 4.4稳定性计算 3.9. 4.5 启明星软件电算 3.9

13、. 第五章 结论与展望 4.6. 5.1 结论4.6. 5.2 展望4.7. 致谢 4.8. 参考文献 4.9. 附录（英文翻译） 5.0. IV 安徽建筑大学本科毕业设计 第一章 绪论 1.1 本文研究意义 基坑工程是基础和地下工程施工中的一个传统课题， 同时又是一个综合性的 岩土工程难题， 既涉及土力学中典型的强度、 稳定及变形问题， 还涉及土与结构 共同作用问题、 基坑中的时空效应问题以及结构计算问题。 对它的研究将随着土 力学理论、计算水平、测试技术、数值模拟、施工机械和施工工艺等技术的发展 而进步，基坑工程同时也是高难度岩土工程课题，其影响因素多，主要有：场地 环境、水文地质条件、施

14、工管理和现场检测、气候条件等，事故隐患多 1 。随着 高层、超高层建筑项目日益增多， 地下工程的大量施工， 基坑开挖深度越来越深， 开挖面积逐渐增大，相对的是场地越来越狭窄， 使施工所遇到的难度也越来越大， 因为在深基坑开挖支护过程中， 不仅要保证基坑自身的稳定， 还必须保证临近建 筑设施的安全与稳定。 迫使工程技术人员须从新的角度去审视基坑工程这一综合 课题，为更加合理的设计和施工基坑工程提供指导。 根据支护结构的性质和结构本身，对其进行大致分类，见表 1-1 所示。 表 1-1 深基坑支护体系分类表 透水挡土结构 止水挡土结构 挡土部分 H 型钢、工字钢板加插板 地下连续墙 疏排灌注桩钢丝

15、网水泥抹面 深层搅拌桩水泥土桩、墙 密排桩（灌注桩、预制桩） 深层搅拌水泥桩、加灌注桩 双排桩挡土 密排桩间加高压喷射水泥桩 连供式灌注桩 密排桩间加化学注浆桩 桩墙合一、地下室逆作法 钢板桩 土钉支护 闭合拱圈墙 插筋补强支护 支撑部分 自立式（悬臂式、墙） 锚拉支护（锚拉梁、桩） 土层锚杆 钢管、型钢支撑（水平撑） 斜撑 环梁支护设计 逆作法施工 1 安徽建筑大学本科毕业设计 支护结构可根据基坑周边环境、 开挖深度、 工程地质与水文地质、 施工作业 设备和施工季节条件按表 1-2 进行选取。 表 1-2 深基坑支护结构的使用条件 结构选型 使用条件 排桩或地下连续墙 1、 适用于基坑侧壁安

16、全系数 1、2、3 级； 2、 悬臂式结构在软土场地中不大于 5m； 3、 当地下水位高于基坑底面时， 宜采用降水、 排桩加截水帷幕或地下 连续墙 水泥土墙 1、 基坑侧壁安全等级为 2、3 级； 2、 水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150Mpa ； 3、 基坑深度不宜大于 6m 土钉墙 1、 基坑侧壁安全等级为 2、3 级的非软土场地； 2、 基坑深度不应大于 12m ； 3、 当地下水位高于基坑底面时，应采用降水措施或者截水措施 逆作拱墙 1、 基坑侧壁安全等级为 2、3 级； 2、 淤泥河淤泥质场地不宜使用； 3、 拱墙轴线的矢跨比不宜小于 1/8； 4、 基坑深度不宜大于 12

17、m； 5、 当地下水位高于基坑底面时，应采用降水措施或者截水措施 放坡 1、 基坑侧壁安全等级为 3 级； 2、 施工现场应满足放坡条件； 3、 可独立或与上述其他结构类型结合使用； 4、 当地下水位高于基坑底面时，应采用降水措施 基坑支护体系由支护结构和支撑体系组成， 而根据其施工、 开挖方法可以分 为无支护开挖与有支护开挖方法 2 。无支护的放坡基坑工程一般包括以下内容 : 降水工程；土方开挖（工艺及设施） ；地基加固及土坡护面。有支护结构 的基坑工程一般包括以下内容 : 支护结构；支撑体系；土方开挖 （ 工艺及 设施） ；降水工程；地基加固；检测；环境保护。 基坑工程在我国发展较晚，但是

18、发展趋势迅速。 70 年代以前我国建筑水平 比较落后， 高层建筑较少且地下室多为一层， 基坑深不过 4m，常采用放坡开挖。 80 年代后，我国大力发展城市建设，新建了大量的高层（超高层）建筑，同时 许多大城市进入了大规模的旧城改造阶段， 各种地下市政设施、 地下商场、 地铁 车站的兴建使基坑工程在我国有了广泛的应用， 同时也促进了基坑工程理论和施 安徽建筑大学本科毕业设计 工技术的迅猛发展 3 ，基坑工程是一门综合性很强的系统工程，但总体来说，基 坑工程有如下特点： （1）基坑工程呈现出深、大、多等特点 随着城市建设的发展，目前国内兴建了大量高（超高）层建筑，基坑工程越 来越多，开挖面积越来越

19、大，开挖深度也越来越深。据初步统计 ,近 20年来，我 国各大中城市中 10 层以上的建筑物已逾 1 亿平方米，其中高度超过 100m 的建 筑物已有约 200座。上海金茂大厦、 深圳第一信兴地王大厦、 赛格广场的高度均 超过 320m。上海中心工程更是高达到 632m, 建筑高度令人瞩目。同时，已建和 在建的建筑的基坑深度也越来越深， 开挖面积也越来越大。 如上海中心城区基坑 最深的嘉里中心南塔楼开挖深度达到了 31.5m。天津高银中央商务区 （ 又称 117 大厦）基坑长 368米、宽 262米，大面积开挖深度为 19米，主塔楼部位开挖深度 为 37 米，是世界房建单体项目土方量最大、开挖

20、深度最深的工程。润扬长江大 桥北锚锚旋基坑的深度更是达到 50m，目前这在国内是第一深基坑， 在国际上也 是罕见的。随着我国经济建设的不断发展 , 我国的高层建筑将会越来越多，深基 坑工程应用也会越来越广泛，深基坑工程向大深度、大面积发展是必然的趋势。 （2）基坑支护形式多样化 早期的基坑工程由于基坑深度较浅， 常采用放坡开挖的形式。 但是随着基坑 工程的发展 , 基坑开挖深度越来越深，开挖面积越来越大，施工环境也越来越复 杂,放坡开挖已不能满足工程要求。 经过工程实践的筛选 , 形成了适合于不同地质 条件和基坑深度的经济合理的多样化的支护结构体系 3 。目前深基坑工程中常用 的有悬臂式围护结

21、构、 水泥土重力式挡土墙围护结构、 内支撑围护结构、 拉锚式 围护结构、土钉墙围护结构、 双排桩门架式围护结构以及复合支护型围护结构等 数十种支护形式。 （3）逆作法施工技术的广泛应用 逆作法施工可缩短基坑开挖和支护结构暴露的时间， 改善支护结构受力性能 使其刚度大为增强， 减少支护结构的变形及对相邻建筑物的影响， 并且降低总造 价，一举多得，是一种先进的施工作业方法，因此在深基坑工程中大量被采用。 目前国内大部分的高层及超高层建筑例如上海环球金融中心、北京王府井大厦、 安徽国际金融贸易中心工程均采用逆作法施工技术。 （4）基坑周边施工环境的复杂化 深基坑施工不仅要确保本身基坑稳定， 更要注意

22、对已有建筑的保护。 而目前 国内的许多大型基坑工程都是在繁华的城区内进行深基坑开挖， 基坑四周已建或 在建高大建筑物密集或紧靠重要市政设施 , 基坑周边施工环境越来越复杂。如上 海中心主楼工程地处浦东陆家嘴金融开发区的核心地带，基坑四周被金茂大厦、 安徽建筑大学本科毕业设计 环球金融中心、盛大金磐住宅小区和在建的太平金融大厦环绕，最近间距只 45 米左右，深基坑施工环境极其复杂，对施工技术要求极高。 （5）设计方法的发展和专业软件的开发 对支护结构采取按变形控制的设计方法正逐渐代替传统的单纯验算强度和 稳定性的方法，并逐步完善。同时对传统土压力理论进行改进或发展 , 提出了考 虑位移的土压力计

23、算公式， 并考虑土与结构的共同作用， 提出了模拟施工过程的 计算方法。 目前国内根据现有的深基坑支护理论编制研发了大量的深基坑支护设计专 业软件。如武汉地区的“天汉”软件 , 北京地区的“理正”软件 , 上海地区的“启 明星”软件等。各种深基坑支护设计专业软件的开发及应用极大的方便和简化了 支护结构的设计 , 提高了深基坑工程设计的效率。 1.2 基坑排桩支护结构的发展状况 基坑工程在国内进行广泛研究始于 80 年代初期。基坑支护体系的设计包括 支护结构的计算和复核、 质量检测及施工监控等几方面。 对基坑支护结构进行设 计时首先应对支护结构进行选择 4 。支护类型应因地制宜 , 结合场地工程地

24、质条 件和水文地质条件、基坑开挖深度及周边环境 , 并参照邻近基坑工程和当地的基 坑工程、当地技术法规及标准来确定。 为了把排桩支护结构技术更好地应用到工程中， 人们对排桩的工作性能进行 了深入的探讨和研究。 研究手段包括理论研究、 数值分析和室内外实验研究等几 个方面，重点对排桩内力、 排桩变形、 稳定性和排桩相互作用及优化设计等方面 进行了探讨和分析。 排桩支护是深基坑支护的一个重要组成部分， 在工程中已得到广泛使用。 它 随着科学技术的发展、时代的需要而产生；随着岩土工程、结构工程、环境工程 的不断发展而发展；随着工程力学、计算方法、材料科学的发展，其受力特性将 更加明确，形式将更加多样

25、。 随着基坑开挖深度的加大，排桩支护结构得到普遍运用。 1993年开始, 由于 高层和超高层建筑的大量涌现，基坑的开挖深度愈来愈大，普遍挖深在 67m 以 上，加之基坑周边可以利用的场地愈来愈狭窄， 简单的放坡及排桩支护已不能满 足要求。此时，悬臂式大直径钻孔灌注桩和人工挖孔桩成为主要的支护结构类型。 由于大量采用悬臂式的支护结构出现变形过大、 断桩事故，周边环境也受到较大 影响,开始对挖深大于 89m 的基坑开始采用排桩加钢管内支撑或锚杆的支护技 术。 1994 年开始，排桩加内支撑或排桩加锚杆的支护技术广泛应用于挖深在 1012m的基坑工程，并以桩锚支护结构居多 5 。 Iame5定性地分

26、析出了若干因素对基坑周边土体变形的影响，并归纳为八 安徽建筑大学本科毕业设计 个方面: （1）基坑尺寸 （长度、宽度、深度 ）；（2）土的性质；（3）地下水状况； （ 4）基坑暴露时间；（5）支撑体系；（ 6）开挖和支撑的顺序； （7）邻近的建筑 和设施；（8）活荷载。 Bransby7 等对砂土地层中的悬臂板桩进行了室内模型试验, 通过该试验研 究了板桩和土体在土方开挖过程中的受力变形特性， 并研究了土与挡墙之间接触 面光滑程度及砂土性质等因素对挡墙侧移大小和坑周土体沉降变形的影响。 Laefer,Debra Fer8 分别具体地研究了刚性与柔性悬臂支护结构对基坑周边 土体沉降及近邻建筑物发

27、生位移所产生的不同影响。 吴铭炳9 根据福州软土基坑应用排桩支护结构的原位测试结果， 分析总结了 排桩支护结构实际受力变形特征，对比了不同理论计算结果与实测结果的异同 , 提出了：（1）控制排桩位移措施。（2）围护桩为受弯构件，桩身钢筋应力状态主 要与支护形式（悬臂或支撑）有关，围护桩采用双面不对称配筋，有利于发挥围 护桩强度。（3）悬臂式排桩顶部位移最大， 其大小主要受土层性质控制， 支（锚） 撑式支护桩位移在开挖面附近达最大值，其大小主要受支护结构本身刚度控制。 （ 4）钢筋混凝土内支撑松弛系数： 第一层支撑 =0.91.0，第二层支撑 =0.70.9, 第三层支撑 =0.50.7, 应尽

28、量减少支撑层数。（ 5）目前常用的计算方法对 （软土 地基）一层支撑的排桩支护计算较为准确， 二层以上支撑的排桩支护内力应采用 考虑支撑设置滞后的 m 法计算，但由于软土的特殊性位移计算仍不准确，在支 护设计中应采取相应措施。 许锡昌，陈善雄，徐海滨 10以矩形基坑悬臂排桩支护结构为研究对象， 通过 分析现场实测数据和数值计算， 归纳出了冠梁和支护桩的空间变形模式， 建立了 整个支护系统的能量表达式。 利用最小势能原理， 推导了基坑中部桩顶最大位移 的解析解，分析了各主要支护参数对该位移的影响。 研究结果表明， 桩顶最大位 移随坡顶超载和桩间距的增大基本呈线性增大趋势；当嵌固深度系数逐渐增大

29、时，桩顶最大位移也逐渐增大，但趋势渐缓；基坑长度对其影响也较大，当基坑 长度超过一定数值后， 最大位移值趋于稳定。 最后利用所得的研究成果对某基坑 进行了验证，并与现场实测结果进行了对比，计算结果能够满足工程要求。 桩顶圈梁协调了桩与桩之间的协同工作， 但尽将圈梁作为一种安全储备造成 一种浪费。 何建明，白世伟 11 以圈梁两端固定为假设条件， 建立了深基坑排桩一 圈梁支护系统空间协同作用的计算模型与方法。计算结果表明 : 排桩一圈梁支护 系统有明显的空间协同作用， 在工程设计和施工中， 可以把圈梁作为排桩支护系 统的第一道支撑考虑，并根据圈梁在不同部位所起的不同作用来合理配置受力 筋，充分发

30、挥圈梁的作用。 林雪梅 12结合具体工程探讨软土地基排桩支护的优化设计并对监测的结果 安徽建筑大学本科毕业设计 进行分析，包括：方案优选、支撑点位置的优化、支撑结构体系的确定、监测排 桩钢筋应力、土压力、排桩水平位移。总结出： （ 1）软土地基深基坑支护设计， 应根据场地情况和周边环境， 进行多种方案的经济技术比较， 提出优化设计方案； （2）支撑梁的刚度和强度是控制基坑变形的关键，应做到强支撑弱节点； （ 3） 基坑支护的现场监测是基坑工程的重要环节， 应做好信息反馈和分析工作。 根据 空间杆系有限元方法， 建立了排桩支护结构的计算模型。 分析了切向平面内圈梁 对支护桩结构变形，内力的影响和

31、法向平面内基坑的几何尺寸效应。 本世纪以来， 基坑工程的场地条件愈来愈严峻， 工程地质、 水文地质条件及 对周边环境的保护等， 都成为基坑工程中的难点。 喷锚支护由于造价较低得到广 泛运用，同时为满足日益艰巨的工程条件， 逐渐发展了复合喷锚支护和复合土钉 墙，但在基底软土层厚度较厚时， 仍易发生工程事故， 这些因素反而促进了双排 桩支护结构和多支撑排桩支护结构的发展。 1.3 排桩内支撑支护结构形式 目前深基坑工程支护形式多样化， 其中排桩支护体系由于可靠性高、 不侵越 红线、便于与逆作法相结合等优点而受到了越来越广泛的应用， 排桩支护结构已 逐渐成为深基坑工程中应用最为广泛的支护形式之一，

32、因此对于排桩支护结构体 系的研究具有重要的理论价值和现实意义。 由于排桩支护对各种地质条件的适应性、 施工简单易操作且设备投入一般不 是很大，在我国排桩式支护是应用较多的一种。排桩通常多用于坑深 715m 的 基坑工程，做成排桩挡墙，顶部浇筑混凝土圈梁，它具有刚度大、抗弯能力强、 变形相对较小， 施工时无振动、 噪声小，无挤土现象， 对周围环境影响小等特点。 当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，从而有利于施工组织，且工期短。当开 挖影响深度内地下水位高且存在高透水层时， 需采取隔水措施或降水措施。 当开 挖深度较大或对边坡变形要求严格时，需结合拉锚系统或支撑系统使用。 图 1-1 排桩内支撑结

33、构示意图 安徽建筑大学本科毕业设计 排桩内支撑支护结构是一种广泛应用的基坑支护形式，它主要由支护排桩、 钢支撑或钢筋混凝土支撑和外侧各式止水（防挤土）帷幕（高压旋喷桩、水泥搅 拌桩等 ） 等构成，如图 1-1。各个结构构件之间相互联系、相互影响、构成一个 有机统一整体， 采用“外护内支” 方式保持基坑开挖过程中土体应力场与渗流场 处于静力平衡或动态平衡稳定状态。 其中外护是指依靠围护墙体 （排桩） 挡住基 坑边壁土体（防止土体颗粒的大量流失） 、阻止地下水渗漏；内支是指为保证整 体结构的稳定和具有一定的刚度并且受力均衡，采用内支撑为围护墙体（排桩） 的稳定与平衡提供足够的支撑力。 1.3.1

34、排桩支护类型 支护结构中的排桩是主要受力结构 , 有多种形式，主要有：钻孔灌注桩、预 制钢筋混凝土板桩或者钢板桩、 人工挖孔桩等， 其中钻孔灌注桩应用最广泛。 钻 孔灌注桩一般直径不宜小于 400500mm，桩间距通常由桩间土稳定条件及排桩 受力确定，一般不大于桩径的 1.5 倍。为防止桩间土体的塌落滑移，通常在桩间 土体表面采用水泥砂浆钢筋网护面，或对桩间土体注浆加固。 （1）按基坑开挖的深度及支护结构受力情况 , 排桩支护结构可以分为以下几 种： 无支撑 （悬臂）围护结构 当基坑开挖深度不大时 , 可利用悬臂作用挡住围护结构后土体。 单层支点支护 当基坑开挖深度较大时 , 不能采用无支撑围

35、护结构 , 可以在围护结构顶部 附近设置一单支撑。 多层支点支护 当基坑开挖深度较深时， 仅仅设置一层支撑已经不能满足控制支护结构内力 和位移的要求， 可以在不同的标高处设置多道支撑， 以减少围护结构的内力和位 移。 （2）排桩支护依其结构形式可分为悬臂式支护结构与（预应力）锚杆结合 形成桩锚式和与内支撑 （ 钢筋混泥土支撑、钢支撑 ）结合形成桩撑式支护结构 13 。 悬臂式排桩支护结构 悬臂式支护结构主要是根据基坑周边的土质条件和环境条件的复杂程度选 用，其技术关键之一是严格控制支护深度。如图 1-2 所示，悬臂式支护结构适用 于开挖深度不超过 l0m 的粘土层，不超过 5m 的砂性土层，以

36、及不超过 4-5m 的 淤泥质土层。 悬臂式排桩结构的优缺点及适用范围如下： （a）优点：结构简单，施工方便，有利于基坑采用大型机械开挖。 7 安徽建筑大学本科毕业设计 （b）缺点：相同开挖深度的位移大，内力大，支护结构需要更大截面和插 入深度。 （c）适用范围：场地土质较好，有较大的 c、 值，开挖深度浅且周边环境 对土坡位移要求不严格。 内撑式排桩支护结构 内撑式支护结构由支护结构体系和内撑体系两部分组成。 支护结构体系常采 用钢筋混凝土桩排桩墙、 SMW工法、钢筋混凝土咬合桩等型式。内撑体系可采用 图 1-2 悬臂式支护简图 水平支撑和斜支撑。 根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑、 二

37、层水平支撑及 多层水平支撑，分别如图 1-3（a）、（b）及（ d）所示。当基坑平面面积很大，而 开挖深度不太大时，宜采用单层斜支撑如图 1-3（ c）所示。 a）（ b） c） 图 1-3 内撑式围护结构示意图 内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管或型钢支撑两种。 钢筋混凝土支撑体系的 优点是刚度好、变形小，而钢管支撑的优点是钢管可以回收，且加预压力方便。 内撑式支护结构适用范围广，可适用各种土层和基坑深度。 内支撑结构造价比锚杆低。但对地下室结构施工及土方开挖有一定的影响。 但是在特殊情况下，内支撑式结构具有显著的优点 桩撑支护结构的优点： 安徽建筑大学本科毕业设计 （a）施工质量易控制，工程质

38、量的稳定程度高； （b）内撑在支撑过程中是受压构件，可充分发挥出混凝土受压强度高的材 性特点，达到经济目的； （c）桩撑支护结构的适用土性范围广泛，尤其适合在软土地基中采用。 桩撑支护结构的缺点： （a）内撑形成必要的强度以及内撑的拆除都需占据一定工期； （b）基坑内布置的内撑减小了作业空间，增加了开挖、运土及地下结构施 工的难度， 不利于提高劳动效率和节省工期， 随着开挖深度的增加， 这种不利影 响更明显； （c）当基坑平面尺寸较大时，不仅要增加内撑的长度，内撑的截面尺寸也 随之增加，经济性较差。 桩撑支护结构的适用范围： （a）适用于侧壁安全等级为一、二、三级的各种土层和深度的基坑支护工

39、程，特别适合在软土地基中采用； （b）适用于平面尺寸不太大的深基坑支护工程，对于平面尺寸较大的，可 采用空间结构支撑改善支撑布置及受力情况； （c）适用于对周围环境保护及变形控制要求较高的深基坑支护工程。 拉锚式排桩支护结构 拉锚式支护结构由支护结构体系和锚固体系两部分组成。 支护结构体系同于 内撑式支护结构， 常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙两种。 锚固体系可分为 锚杆式和地面拉锚式两种。 随基坑深度不同， 锚杆式也可分为单层锚杆、 二层锚 杆和多层锚杆。地面拉锚式支护结构和双层锚杆式支护结构示意图分别如图 1-4 所示。地面拉锚式支护结构需要有足够的场地设置锚桩， 或其它锚固物。 锚杆式

40、 需要地基土能提供较大的锚固力。 锚杆式较适用于砂土地基或粘土地基。 由于软 粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力，所以很少使用。 图 1-4 拉锚式围护结构示意图 桩锚支护结构的优缺点及适用范围： 安徽建筑大学本科毕业设计 桩锚支护结构的优点： （a）桩锚支护结构的尺寸相对较小，而整体刚度大，在使用中变形小，有 利于满足变形控制的要求； （b）与桩撑支护结构相比，桩锚支护结构的拉锚力与深基坑的平面尺寸无 关，在平面尺寸较大的深基坑工程采用桩锚支护结构能凸显它的这个优势； （c）桩锚支护结构的施工相对较为简单，而且由于基坑内没有支挡，坑内 有较大的净空空间， 从而能确保土方开挖与运输、 结构地下部

41、分施工所需的作业 空间，也为提高劳动效率、节省工期创造了前提性条件； （d）桩锚支护结构的造价相对较低，有利于节省工程费用。 桩锚支护结构的缺点： （a）桩锚支护结构所占作业空间较大，锚杆的设立要求场地有较宽敞的周 边环境和良好的地下空间； （b）需要有稳定的土层或岩层以设置锚固体； （c）地质条件太差或土压力太大时使用桩锚支护结构，容易发生支护结构 的受弯破坏或倾覆破坏。 桩锚支护结构的适用范围： （a）适用于周边环境比较宽敞、地下管线少且没有不明地下物的深基坑支 护工程； （b）特别适用于平面尺寸较大的深基坑支护工程； （c）对于使用锚杆作为外拉系统的桩锚支护结构， 宜运用在具有密实砂土、

42、 粉土、粘性土等稳定土层或稳定岩层的深基坑支护工程中。 （3）排桩从布桩形式上，可分为单排布置和双排布置 双排桩支护结构体系属于悬臂类空间组合支护体系。 所谓空间组合， 是指支 护桩从平面上看可按需要采用不同的排列组合， 前排桩顶用圈梁连接， 前后排之 间有连梁拉接， 在没有锚杆或内支撑的情况下， 发挥空间组合桩的整体刚度和空 间效应，并与桩土协同工作，支挡因开挖引起的不平衡力，达到保持坑壁稳定、 控制变形、满足施工和相邻环境安全的目的。 双排桩支护结构体系的特点主要体现为： 在双排桩支护结构中， 前后排桩均分担主动土压力， 其中前排桩主要起分 担土压力的作用，后排桩兼起支挡和拉锚的双重作用

43、双排桩支护结构形成空间格构，增强支护结构自身稳定性和整体刚度 充分利用桩土共同作用的土拱效应， 改变土体侧压力分布， 增强支护效果。 双排桩支护结构体系的缺点： 双排支护桩的设计计算方法还不够成熟， 实测数据还不多， 受力机理不够 10 安徽建筑大学本科毕业设计 清楚。 基坑周边要有一定空间，以利于双排支护桩的布置和施工。 在对深基坑挡土支护结构的位移有限制的要求下，对于一般粘性土地区来 说，双排支护桩是一种很有应用价值的挡土支护结构类型。 地下水位较高的软土 地区采用双排支护桩时， 应做好挡土、 挡水，以防止桩间土流失而造成结构失效， 上海、杭州、宁波、福建、广东等地区已经有很多双排桩挡土支

44、护结构的成功实 例。 1.3.2 排桩支撑类型 内支撑可以有效的传递和平衡作用在围护墙体上的水、 土压力，协调围护墙 体的受力，控制围护墙体的变形，使整体支护结构受力平衡。 支撑体系按材料划分可以分为现浇钢筋混凝土支撑 （如图 1-5）、钢支撑 （如 图 1-6 ）和混合支撑三种。 图 1-5 现浇混凝土支撑支护体系 钢筋混凝土支撑布置形式灵活， 无论直线或曲线杆件均可支模现浇， 可广泛 应用于各种截面形式的深基坑工程； 从而钢筋混凝土支撑整体性好、 刚度大， 能 够大大的减少支护结构的变形， 从而保护周围环境； 同时承载力大， 支撑间距较 远，能够形成较大的空间，方便机械施工。但是钢筋混凝土

45、支撑自重大，浇筑和 11 安徽建筑大学本科毕业设计 养护时间较长，导致基坑工程整体施工工期长，若组织不当容易长生时间效应， 对基坑不利， 而且钢筋混凝土支撑不能重复使用， 基坑开挖完毕后需要拆除。 拆 除比较麻烦， 如果采用爆破方式将会对周围环境产生一定影响。 但是目前大量采 用的逆做法施工技术将部分内支撑体系作为主体结构的梁、 板，从而大大的提高 了内支撑结构的可利用性。因此目前的深基坑工程中主要采用这种支护结构。 钢支撑多采用钢管、 型钢或型钢与钢管组成的组合式构件。 钢支撑较钢筋混 凝土支撑自重轻，拆装方便，施工迅速，可减少施工工期，从而降低土体的时间 效应；同时可以施加预应力并根据支护

46、结构的变形的发展及时调整预应力值， 以 控制变形； 而且可以多次重复使用， 所以目前钢支撑在深基坑工程也被大量的使 用。但是钢支撑多为直线杆件， 无法适应曲线形支撑的需要， 而且节点构造相对 复杂，同时刚度较混凝土支撑小，支撑间距不宜过大，需要合理的设置立柱，否 则可能会发生整体失稳，导致整个基坑工程垮塌。 图 1-6 钢支撑支护体系 混合撑则可以充分利用钢筋混凝土支撑和钢支撑的优点， 避免各自不足。 如 在深基坑工程中， 可以在基坑上部使用混凝土支撑， 基坑下部使用钢支撑， 这样 即可以发挥混凝土支撑刚度大、 承载力大的优点， 又发挥了钢支撑快捷方便， 施 工方便的特点，扬长避短，即保证基坑

47、工程的安全，又减少施工工期。 支撑结构不仅分类众多， 平面布置形式也是多种多样的 14 。目前支撑结构主 12 安徽建筑大学本科毕业设计 d） b） (e) (f) （a） 加强围檩式（ b）长边对顶加角撑（ c）琵琶撑 d）结构式支撑（ e）环梁式 f ）加强角撑式 图 1-7 常用支撑截面形式 1.4 本文主要研究内容 深基坑支护设计分为深基坑支护方案选择和支护结构设计两步。目前 , 深基 坑支护方案的决策还没有一个明确的体系， 大多数情况下依靠经验专家的定性分 析，具有较大的主观性， 由于方案选择不当导致深基坑工程事故， 造成重大经济 损失的案例时有发生； 同时， 由于方案选择过于保守，

48、 造成隐形浪费的实例也不 13 安徽建筑大学本科毕业设计 鲜见。因此， 对深基坑支护方案优化选择进行研究具有重要意义。 随着城市建筑 物密集区深基坑工程的增多， 环境要求越来越严格。 排桩内支撑支护结构利用内 支撑系统为围护构件的稳定性提供足够的支撑力， 对基坑土体的位移场和应力场 扰动小，对周围环境影响较小， 应用前景广阔。 环境影响评价是方案选择的重要 影响因素， 因此准确预测基坑开挖对周围环境影响非常重要。 本文将对深基坑支 护方案优化选择与排桩内支撑结构优化设计进行研究。 本文首先对深基坑支护结构的工程特点进行了论述， 介绍了几种常用深基坑 支护的结构类型； 然后，论文介绍了排桩内支撑

49、的概念， 排桩支护类型及支撑类 型，简述了其应用范围， 对排桩支护结构的计算理论进行较为全面、 系统的分析 和研究；最后，对基坑开挖 9m 的实际工程采用排桩钢支撑支护结构应用等值梁 法进行了设计计算 , 使用同济大学启明星软件进行整体计算、 校核、编制计算书， 计算结果可供工程设计和施工参考。 14 安徽建筑大学本科毕业设计 第二章 基坑排桩支护结构设计基本理论 2.1 基坑支护设计基本原则 支护结构应当保证填土、 物料、 基坑侧壁及构筑物本身的稳定， 构筑物应具 有足够的承载力和刚度， 保证结构的安全正常使用。 同时， 在设计中还应做到技 术先进、经济合理以及方便施工。设计的基本原则为 :

50、 （1）为保证支护结构安全正常使用，必须满足承载能力极限状态和正常使 用极限状态的设计要求，对于支护结构应进行下列的计算和验算 : 承载能力极限状态的计算，计算内容如下所示： （a）根据支护结构的类型及受力状态来竞选土体稳定性计算。稳定性验算 包括：为保证支护结构不会发生整体滑动， 应对支护结构的整体稳定性进行验算； 支护结构抗倾覆稳定验算；支护结构抗滑移验算；支护结构的抗隆起稳定验算； 支护结构抗渗流验算。 （b）支护结构的受压、受弯、受剪、受拉承载力计算。 （c）若加设锚杆或内支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。 正常使用极限状态计算 （a）由于基坑工程施工会对周围环境产生影响，支护

51、结构的变形必须严格 要求，应对结构的变形进行计算； （b）对钢筋混凝土构件的抗裂度及裂缝宽度进行计算。 支护结构的变形与裂缝应符合： Sd C ，其中 Sd 为变形、裂缝等荷载效应 的设计值； C 为设计对变形、裂缝等规定的相应限值。 （2）应根据工程的需求、地质及水文条件等因素，综合考虑以确定支护结 构的平面布置以及其高度。 （3）根据土体性质、受荷情况、地质及水文条件等，确定支护结构类型及 其几何形状。 （4）保证支护结构设计符合相应规范及条例。 （5）支护设计必须与环境相协调，满足保护环境的要求。 （6）支护设计方案必须提出施工监控、质量监测的要求。 （7）确保支护结构的耐久性 , 根据

52、基坑要求，给出基坑维护的细则。 2.2 侧壁安全等级及重要性系数 基坑侧壁安全等级划分难度较大， 很难定量说明。建筑基坑支护技术规程 （JGJ120-99）中采用了结构安全等级划分的基本方法，按支护结构的破坏后果 分为很严重、 严重、不严重三种情况分别对应于三种安全等级， 其重要性系数的 15 安徽建筑大学本科毕业设计 选用与建筑结构可靠度设计统一标准 ( GB50068-2001)相一致，见表 2-1 表 2-1 基坑侧壁安全等级和重要性系数 安全等级 破坏后果 0 一级 支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构 施工影响很严重 1.10 二级 支护结构破坏、土体失稳或过大变

53、形对基坑周边环境及地下结构 施工影响一般 1.00 三级 支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构 施工影响不严重 0.90 2.3 土压力理论 作用在支护结构上的荷载主要有土压力和水压力，而土压力是主要的荷载， 它指的是支护结构后填土自重或外荷载对支护结构产生的侧向压力。 土压力的计 算是个比较复杂的问题， 它随着支护结构可能位移的方向、 大小及填土所处的状 态分为主动土压力、被动土压力和静止土压力 。 静止土压力 E0 ：若支护结构在土压力作用下不发生变形和任何位移，墙后 填土处于弹性平衡状态，则作用在结构上的土压力为静止土压力。 主动土压力 Ea ：若支护结构在土压力作用

54、下向墙前发生位移，则随着位移 的增大，墙后土压力逐渐减少， 当土体达到极限平衡状态时， 作用在结构上的土 压力为主动土压力。 被动土压力 Ep ：若支护结构在外力作用下向墙后发生位移，则随着位移的 增大，墙后土压力逐渐增大， 当土体达到极限平衡状态时， 作用在结构上的土压 力为被动土压力。 三种土压力与支护结构的位移的关系如图 2-1 所示。 图 2-1 支护结构位移与土压力的关系 16 安徽建筑大学本科毕业设计 上述土压力是随着位移变化的三种极限情况，在相同的墙高和填土条件下， 三种极限土压力的关系 EaE0 1.25 1.1 max 936.02 m 满足要求。 （ 2）支撑结构计算 本基

55、坑按照国内通常做法，采用600 钢管，同时根据建筑基坑技 术设计规范 YB9258-97 对支撑的相关规定，合理布置支撑，平面支撑规 范跨度为 56m ，竖向距离不超过 5m，本站根据实际工程情况，横向跨度 最小取值 4.5m ，最大 6m；竖向设 1 层支撑，其竖向深度为 2m。其计算跨 度为安全起见，取较长的为准，即取L=15m ， 600 钢管壁厚12mm， 37 安徽建筑大学本科毕业设计 0.21 L = 15 = 0.21 71.4 75 0.867 (d 2 d12 ) 2 0.02249m 支撑轴力为（支撑的水平距离为 则钢管支撑的应力： N 1110.58 A 0.02249

56、0.867 4m)N= Ra 4 1110.58 56.96 103 170 103 满足要求 围檩采用 600 300 12 17（A B t1 t2）H型钢 Q345 ，查钢结构有：强 度设计值：抗弯，压，拉 ： 295 103kN / m3 ；抗剪：170 103kN/m3。 （ 3）圈梁设计计算 19 Ra 277.64 KN ，设计圈梁均为 800 1000，混凝土 C30 正截面强度计算 1.25 1.1 max 936.02 m M 1 f cbh02 936.02 106 2 1.0 14.3 800 1000 35 2 =0.0879 s 0.5 1 1 2 s =0.954

57、 6 936.02 106 936.02 10 2 = =4841.61 mm2 fy sh0 210 0.954 1000 35 选用 828mm， s 4926 mm2 斜截面强度计算 V 1 2 277.64 7 1.25 1214.68 0.7ftbh0 0.7 1.43 800 1000 35 772.78 3，满足要求。 10 9 （ 3）抗倾覆稳定性 qRskk =4.33 ，满足要求 4.5 启明星软件电算 1）打开同济大学启明星深基坑分析计算软件，并输入主要设计指 数和参数（参照第三章工程概况相关部分）如图4-5 ： 39 安徽建筑大学本科毕业设计 图 4-5 输入主要技术指

58、数 2）输入土层信息，其中 M 和 K 值通过设计规范查阅得到，如图 4-6。 图 4-6 土层物理力学性质 40 安徽建筑大学本科毕业设计 3)输入工况信息，如图4-7 工况 1: 水土合算 , 矩形荷载 开挖到 2m 深度(m) 水平位移 (mm) Max: 28.1 深度(m) 弯矩(kN*m) Max: -346.2 图 4-8 工况 1 位移弯矩剪力图 200 100 0 -100 -200 2 4 6 8 10 12 14 16 18 深度(m) 剪力(kN) Max: -99.6 41 安徽建筑大学本科毕业设计 工况 2: 水土合算 , 矩形荷载 深度 (m)深度(m) 深度(m

59、) 在2m处加支撑水平位移 (mm)弯矩 (kN*m)剪力 (kN) Max: 28.1 Max: -346.2 Max: -99.6 图 4-9 工况 2 位移弯矩剪力图 工况 3: 水土合算 , 矩形荷载 40 20 0 -20 -40 深度 (m)深度 (m) 开挖到7m 深度(m) 水平位移 (mm) Max: 25.9 弯矩 (kN*m)剪力(kN) Max: 186.7 Max: -100.2 图 4-10 工况 3 位移弯矩剪力图 42 安徽建筑大学本科毕业设计 （ 5 ）进行稳定性验算，包括：整体稳定验算（图 4-11），极限平衡嵌固 深度验算（图 4-12），墙底抗隆起验算（

60、图 4-13），坑底抗隆起验算（图 4-14），抗 倾覆验算（图 4-15），管涌验算。 图 4-11 整体稳定性验算示意图 极限平衡嵌固深度验算 水土合算 , 矩形荷载 60 （杂填土） 219 1 （ 粘土） （ 粉质粘土） （粉土） Pp=2100kN 2.7m （粉砂） 力矩比 K=1.35 压力比 K=2.45 图 4-12 极限平衡嵌固深度验算示意图 43 安徽建筑大学本科毕业设计 墙底抗隆起验算 图 4-13 墙底抗隆起验算示意图 60 2m （ 杂填土） 9 1 （ 粘土） （ 粉质粘土） （粉土） 8 （粉砂） 坑底抗隆起验算 K=2.58 图 4-14 坑底抗隆起验算示意图