总结围护结构设计说明

1、总结围护结构设计，我实在不够资格，原因有二：第一，我既不是学地下结构的，也不是半岩 土的，列位大虾中有不少是“关公”级的人物，我在这儿耍大刀岂不贻笑大方；第二，我做围护结构 设计不过4年，工穆实践经验实在比不上很多老前辈所以用“戏说”。但为了让更年轻的同志少走弯賂，我就恬着脸写点东西，全当科曾读物。另外，我写的未必全对，有 不对的地方诸大家指正。我刚才说丁，我围护结构工程经验不多，记得我是从2000年开始接触围护结构设计的，开始是的挡 土埴，后来是的粧锚支护，到2002年接触的板式支撑体系，包括地下连续埴、SMW X法桩，以及 2003年接触的钻孔咬合桩。从我接触围护结构这4年里，我个人认为，

2、有四个基本问题是在设计中 要搞渚楚。第一：水土问题（也就是工程水文地质情况）。水土问题不仅是围护结构选型的因素，同时也是确定围护结构侧壁压力的依据。土的性质和水有非常大的关系。如：含水饱和的粉砂、细砂很容易失稳;而粘性土一旦失去水份,其 强度又会很高（例如的层土，我卓子上有一块，有兴趣可以去摸摸看）。对于围护结构来说，土中 有没有水，对围护结构的选形和设计起重要作用。例如，城铁东直门站采用桩锚式支护，粧径lm、 问距1 -4m,桩间采用钢筋网喷射混凝土。反之，如果地下水位较高，则应考虑采用止水能力强的围 护结构形式。象地下水位较高的、等地，其围护结构的逸择就受到水的因素制约。但同是地下水位较高

3、的地区，土层条件不同，围护结构的选型围又有较大出入。如，地区基坑围护可 以采用桩锚体系（类似）结合轻形井点降水或围护结构自止水实现。而在地区，锚杆就很难实施，原 因是土层较软，能够起作用的锚杆需要打得很长，基坑变形难以控制。听吴老总讲起有个限奎发明丁 用斜打的工法桩代替锚杆的方法，据说变形还是很大。在整个基坑开挖过程中，基坑外的水总是在变化的，既有有利于围护结构的变化，又可能发生不利的 变化。根据围护结构专家的说法，围护结构无论采用何种形式，基坑开挖后，基坑外的地下水位均会 有不同穆度的降低，上站施工监測的结果也证实了这种说法。实际上，基坑周遍有条件的话，隆低坑 外土隹水位是改善围护结构受力条

4、件的好方法。当然，水的变化也可能导致不利的情况出现，如： 雨、洪水或坑外埋设的水管因土隹变形导致的爆裂等等。因此设计中应对地下水的惰况予以充分哮虑, 要认渚水是怎么形成的？是上层滞水还是承压水?这都是设计前应该搞渚楚的问题。关于承压水的问题，我想多提两句。我参加过几次地铁基坑围护结构评审（、）,首要间题往往就是 承压水问题。上站基坑开挖过程中发生了一次小事故，给我敲了警钟。我们南锦区问4区局部有一个区间泵房，区间深15.6m,泵房深17.92m,开挖整区问时基底没有 出现问题，再挖0.5m即出现涌砂现象。经过紧急处理，情况很快控制住了。为了搞渚原因，我们进 行丁分析。根据地质报告，该段墓底以下

5、5.5m处21灰色砂质粉土为弱承压水层，弱承压水头高 度在13.2m左右，开挖基坑后，应有至少有8m厚的隔水层才能满足基坑抗承压水的要求。该段区 问基底位于1灰色淤泥质粘土层，局部泵房底距21层顶仅2.3m。可能由于该段基坑均采用了注 浆加固措施，因此开挖至区间底部没有发生问题，但开挖局部泵房时，由于隔水层太薄，导致涌砂现 象出现。在此前，我也怀疑是此处的一个钻孔回填没有处理好，导致深层可能存在承压水的层土与 21层土沟通造成涌砂出现，但从涌砂的点状分布看，排除丁钻孔造成的涌砂的可能性。因此，水的I'可题是威胁基坑安全的重要因素，应引起年轻弟兄们的足够重视。第二、围护结构安全竽级的确定

6、。必须深入了解基坑周边情况，包括管线、房星、构筑物等，以确定基坑安全等级，也是确定围护结构 的形式的依据之一。王总巳经几次提醒我们，不要把基坑等级定的太高，应该根据周边建筑物、构筑 物及笹线的情况，有针对性的确定安全等级，以及围护结构的形式。而我们往往为了省事，本来局部 是一级、大部可定成二级的基坑，统统定成一级。这次M7线围护结构总体院的会审期问也提到这个 问题。地铁基坑保护等级标准表（）保护等级地面最大沉降量及围护结构水平级位移控制要求一级1地面最大沉降量0.1%H; 2.围护结构最大水平位移0.14%H; 3.Ks1.8二级1地面最大沉降量0.2%H; 2.围护结构最大水平位移0.3%H

7、; 3. Ks1.6三级1地面最大沉降量控制在0.5%H2.S护结构最大水平位移0.7%H; 3.Ks1.4从表中可以看出，不同的等级变形控制值是不同的(注意不同的地区，基坑的安全等级的划分也有可 能不同，上表即是地铁基坑工程施工规(SZ-08-2000)的划分方法，而建筑基坑支护技术规 程(JGJ 120-99)与之不同)。基坑等级定高，可能导致基坑变形对围护结构的刚度要求提高、 围护结构加棵、支撑增加道数，另外可能还要增加坑底加固措施等等，实际上是增加了投资。关于围护结构的深度，我认为，一方面要满足基坑的稳定的计算要求；一方面要专虑基坑围土隹水的 渗流对基坑的影响；另一方面也要解决一个经济

8、问题。同时，应该建立强支撑、弱围护的观念。围护 可能是永久的，但支撑是临时的。我们结构设计往往不太重视投资。实际上，地下车站的土建投资很大一部分是用在围护上，围护结构 的经济与否，直接影响土建投资。因此，围护结构评审，一方面要审查围护结构的安全性，另一方面 也要审査围护结构的经济性。第三、计算模型及方法的确定。确定围护结构的形式后，该解决计算模型问题。以上站为例，车站的围护结构有两种：一种是地下连续境，一种是SMW劲性混凝土搅样桩。采用地墙一般有两种做法：一种是有衬的，一种是无衬的。我目前接触的都是有衬的那种。区别从字 面上可以大致丢出，但虽说同是地下墙，没有衬的需要采用刚性连接十字钢板接头。

9、因此从造价 上，单埴不一定比双埴便宜。地下连续埴不仅在施工期问起围护结构的作用，便用阶段地下连续埴作 为主体结构的一部分参与结构受力；在地下连续埴侧相与顶、底板及中楼板的位要预埋接驳器与板钢 筋连为一体。这是的习惯做法。另，如果抗浮需要，还可以在地下连续埴表面预留拉结筋，以确保衬 埴与地下连续埴结合为整俸。 工法桩与钻孔II注桩的区别是：工法桩在使用期间不参与部结构受力，即按照临时结构专虑。但如果 是型钢不拔除，可以考虑起抗浮作用。施工軽围护结构力及变形分析计算选用能反映从基坑开挖到回筑过程中结构受力变化的计算方法， 要点如下：“结构一般按平面问题考虑，取单位长度进行结构分析，采用平面杆系有限

10、尤法计算。（端头井、换 乘节点按空问结构计算）基坑开挖阶段，把围护埴视为侧向地基上的梁；浇注底板后，分两种情况考虑：地下埴：考虑与主体结构的共同作用。结构为弹性地基上带刚域的变截面框架，部结构板与地下墙的 连接按刚接考虑。SMW桩：不考虑边墙的作用，顶、底板作为围护结构的可压缩立点，按拆撑和水平构件浇注的实际 顺序计算。为了模拟分布施工过程各阶段不同的受力状态，根据开挖、加撑、施作结构拆撑及回填时的构件组 成和道载变化将结构的受力过程分为若千个相对独立的阶段。在分阶段计算时考虑结构受力的继承性。按“先变形，后支撑”的原则进行分析。受力过程中围护墙 的刚度无变化时（SMW桩在基坑开挖和回筑阶段；

11、地下墻在基坑开挖阶段），把设要支撑前的埴体 位移作为初始条件，用总和法直接求得当前阶段结构的力和变形。地下墻与部结构结合后，结构组成 和刚度发生变化，采用增量法求得每个阶段结构的力和变形增量。分别用水平弹簧和竖向弹簧摸拟坑底地层对墙体水平位移埴趾及底板垂直位移的约東作用。竖向弹 簧不能受拉。基床系数取值考虑降水加固影响。为了反映基坑开挖面附近土体受到扰动的实际情况， 假定自开挖面以下4m深度的围，水平基床系数从零线性增大到定值10000KN/m3o用压缩刚度等 效的弹簧模拟临时支撑对墙体变形的约東作用。侧向水土压力取值：施工阶段水土合算。视基坑等级 的不同，一级基坑取主动土压力与静止土压力之和

12、的平均值,二级基坑取主动土压力,三角形分市； 开挖侧的土压力由飪生土勒和与墙体变形一次方呈比例的土抗力组成。墙体的计算刚度：SMW桩按插焊接工字钢的刚度计算，哮虑水泥土的作用后增大10%.地下境 施作衬后，按两者養合的整体埴计算刚度。”第四、土压力的计算取值问题。土压力的计算，应按照地方规执行。比如：地区施工期间是水土合算，即土的抗剪强度指标采用总应 力c、e值和天然重度Y（或饱和容量）计算土压力，并认为水压力巳包括在；而地区施工期问则采用 水土分算，采用有效应力指标，即土的抗剪强度指标釆用有效应力c、e值和浮容量Y计算土压力， 另解水压力。（根据有效应力原理E =6u）总应办法应用方便，适用

13、于不透水或弱透水的粘性土貝' 有效应力法应用于砂性土层。关于土的抗剪强度指标c、e的取值问题，它们的大小关系道围护结构的刚度、强度、稳定性。实际 工程中，我也走了弯路。做上站时，地勘报告仅给了一组抗剪强度指标c、e,我们别无选择，也没 有搞渚楚是什么指标。后来做地铁的时侯，地勘报告给了四组c、e值。（1）有直剪固快试验指标 c、e； （2）三轴试验不甦不排水指标cu、eu, （3）三轴试脸輕不排水总应力指标ecu、 ecu； （4）三轴试验璽不排水有效应力指标c'、。这下儿傻了，到底选择哪个指标？因为 不僅这几个指标的由来，只好查规。还好规里有。到底如何选用指标呢？（1）当施工

14、速度较快，地基土的透水性和排水条件不良时,可采用三轴不排水、不固结或直剪试验 结果。（2）当地基荷栽增长速率较慢，地基土的透水性较好,排水较好时，（如粘土中夹砂层），可采用 固结排水或慢剪试验结果。（3）条件介于两者之问时，可采用固结不排水或固结快剪试验结果。 关于有效应力指标，由于实验设备和实验周期的问题，大多数勘寮报告是不提供的，一般只给直剪固 快指标。“相对于三轴试验而言，直剪试验的设备简单，操作方便，故目前在实际工程中使用比较普 遍。然而，直剪试验中只是用剪切速率的“快”与“慢”来模拟试验中的“不排水”和“排水”，对 试验排水条件的控制是很不严格的，因此在有条件的懵况下应尽量采用三轴试验方法。另外，GBJ 123-88土工试验方法标准规定直剪试验的固结快剪和快剪试脸只适用于渗透系数小于10 6cm/s的粘土，对于其它的土类，则不宜采用直剪试验方法。”“注意：在实际工程中，地基条件与加荷1W况不一定非常明确，如加荷速度的快慢、土层的厚薄、1 载大小以及加荷过程等都没有定量的界限值，而常规的直剪试验与三轴试验是在理想化的室试验条件 下进行，与实际工程之间存在一定的差异。因此，在选用强度指标前需要认舆分析实际工程的地基条 件与加荷条件，并结合