深基坑工程讲座

基坑工程讲座

（二）同济大学高大钊深基坑工程设计计算深基坑工程设计计算基坑工程设计计算包括三个部分的内容，即稳定性验算、结构内力计算和变形计算。

稳定性验算是指分析土体或土体与围护结构一起保持稳定性的能力，包括整体稳定性、重力式挡墙的抗倾覆稳定及抗滑移稳定、坑底抗隆起稳定和抗渗流稳定等，基坑工程设计必须同时满足这几个方面的稳定性。

结构内力计算为结构设计提供内力值，包括弯矩、剪力等，不同体系的围护结构，其内力计算的方法是不同的；由于围护结构常常是多次超静定的，计算内力时需要对具体围护结构进行简化，不同的简化方法得到的内力不会相同，需要根据工程经验加以判断；变形计算的目的则是为了减少对环境的影响，控制环境质量，变形计算内容包括围护结构的侧向位移、坑外地面的沉降和坑底隆起等项目。稳定性验算

整体稳定性边坡稳定性计算

重力式围护结构的整体稳定性计算锚杆支护体系的整体稳定性计算土钉墙的稳定性分析

抗倾覆、抗滑动稳定性抗倾覆稳定性计算抗水平滑动稳定性计算土钉墙的浅层破坏抗隆起稳定性地基承载力验算踢脚稳定性验算剪力平衡验算

抗渗透破坏稳定性抗渗流稳定性验算

承压水冲溃坑底（亦称为突涌）的验算

边坡稳定性验算假定滑动面为圆弧用条分法进行计算不考虑土条间的作用力最小安全系数为最危险滑动面

当坡面内有如图所示的渗流时，边坡稳定验算需要考虑动水力作用对维持边坡稳定带来不利影响。动水力的计算可以采用流网分析法或平均水力坡降法。采用平均水力坡降法计算时，a、b两点为浸润线与滑动面的交点，平均水力坡降就是ab线的斜率，作用在浸润线以下滑动土体上的总动水力T为重力力式式围围护护结结构构的的整整体体稳稳定定性性重力力式式围围护护结结构构的的整整体体稳稳定定性性计计算算应应考考虑虑两两种种破破坏坏模模式式，，一一种种是是如如图图所所示示的的滑滑动动面面通通过过挡挡墙墙的的底底部部；；另另一一种种考考虑虑圆圆弧弧切切墙墙的的整整体体稳稳定定性性，，验验算算时时需需计计算算切切墙墙阻阻力力所所产产生生的的抗抗滑滑作作用用，，即即墙墙的的抗抗剪剪强强度度所所产产生生的的抗抗滑滑力力矩矩。。重力力式式围围护护结结构构可可以以看看作作是是直直立立岸岸坡坡，，滑滑动动面面通通过过重重力力式式挡挡墙墙的的后后趾趾，，其其整整体体稳稳定定性性验验算算一一般般借借鉴鉴边边坡坡稳稳定定计计算算方方法法，，当当采采用用简简单单条条分分法法时时可可按按上上面面的的公公式式验验算算整整体体稳稳定定性性。。上海海市市标标准准《《基基坑坑工工程程设设计计规规程程》》规规定定，，验验算算切切墙墙滑滑弧弧安安全全系系数数时时，，可可取取墙墙体体强强度度指指标标内内摩摩擦擦角角为为零零，，粘粘聚聚力力c=（1/15~1/10）qu。当水泥搅搅拌桩墙墙体的无无侧限抗抗压强度度qu1MPa时，可不不考虑切切墙破坏坏的模式式。锚杆支护护体系的的整体稳稳定性两种不同同的假定定一种是指指锚杆支支护体系系连同体体系内的的土体共共同沿着着土体的的某一深深层滑裂裂面向下下滑动，，造成整整体失稳稳，如左左图所示示；对于于这一种种失稳破破坏，可可采取上上述土坡坡整体稳稳定的验验算方法法计算，，按验算算结果要要求锚杆杆长度必必须超过过最危险险滑动面面，安全全系数不不小于1.50；以单锚支护体体系为例，如如下图所示，，代替墙法假假定深层滑裂裂面是由直线线bc段和cd段组成，其中中b点取在围护墙墙底部，c点取在锚固段段的中点，cd段是由c点向上作垂线线与地面交于于d点得到的。利利用abcd范围内的力的的平衡关系可可以求解锚杆杆的极限抗力力，安全系数数定义为锚杆杆极限抗力的的水平分力Th与锚杆设计水水平分力的比比值，要求不不小于1.50。显然，代替墙墙法是适用于于锚固段在围围护墙底部以以上的情况，，如图所示：：图（a）中的全部锚杆杆都需要验算算，图（b）中有两道锚杆杆需要验算，，而图（c）中所有锚杆都都深入围护墙墙底部以下，，不需要进行行此项验算。。土钉墙的稳定定性分析基本原理可分分为极限平衡衡法和有限元元法，但实用用的大多为极极限平衡法。。极限平衡法法的关键是如如何确定破裂裂面的形状，，有些方法建建立在圆弧滑滑动的假定基基础上考虑土土钉的抗力，，其安全系数数的计算公式式和边坡稳定定的计算公式式类似，只是是加上土钉力力的作用。式中Ti—某位置土钉的的拉力；—土钉轴线与与土钉相交滑滑动面处切线线间的夹角。。《深圳地区建建筑深基坑支支护技术规范范》给出的验验算整体稳定定性公式中还还考虑了由于于土钉的轴向向力在破裂面面上增加的摩摩阻力，与前前面的公式相比，在抗滑滑力矩中增加加了这项摩阻阻力，考虑到到对破裂面的的正压力不能能全部发挥，，故乘以经验验系数。四个土钉墙工工程破裂面的的实测数据，，并与按对数数螺旋线破裂裂面假定的计计算结果进行行了比较。针对土钉墙的的极限平衡分分析提出了考考虑土钉拉力力的修正条分分法，该法同同时考虑滑动动土条的径向向平衡条件和和切向平衡条条件，在抗滑滑力矩中计入入土钉的拉力力和切力，得得到安全系数数的表达式。。抗倾覆、抗抗滑动稳定定性验算围护结结构抗倾覆覆稳定性的的前提是需需要确知围围护结构的的转点位置置，在工程程设计时为为了简化的的目的通常常假定围护护结构绕其其前趾转动动，得到相相应的计算算公式。这对于土层层地质条件件比较好的的情况下基基本上是合合理的、适适用的，但但对于相反反的情况（（如在软弱弱土地质条条件下）有有可能会得得出：围护护结构的插插入比（D/H）越大、计算算得到的安安全系数越越低的结论论，显然这这是不符合合常规的经经验判断，，其问题实实质就在于于转点位置置选择的正正确与否。。挡墙倾覆失失稳可能有有三种情况况。第一种种是绕前趾趾转动，当当地基很坚坚硬且具有有足够的抗抗滑力时可可能出现这这种情况；；第二种是是绕后踵转转动，当地地基很软且且具有高压压缩性时可可能出现这这种情况；；第三种情情况是绕墙墙底某一点点转动，而而且转动中中心可能逐逐渐朝墙背背方向移动动，最终造造成倾覆破破坏。根据对上述述第三种情情况的分析析，通过墙墙底中部的的转动点作作一垂线将将挡墙分为为两个部分分，如图所所示，左边边的部分形形成倾覆力力矩，右边边的部分形形成稳定力力矩，同时时由于转动动点左边挡挡墙底部的的下压，在在挡墙底面面必然作用用着形成稳稳定力矩的的反力，反反力的最大大值是地基基的极限承承载力。式中W1、W2—分别为转动动中心点垂垂线两边的的挡墙重,W1+W2=W0，kN；l1、l2—分别为W1和W2对转动中心心的力臂,l1+l2=B，m；B0—转动中心至至墙前趾的的距离，m；pu—由抗剪强度度指标计算算的地基极极限承载力力，kPa。抗水平滑动动稳定性计计算式中f为围护结构构底部的摩摩阻力，由由于摩擦系系数的取值值与围护结结构的材料料及土的工工程性质直直接有关，，因此设计计人员应当当结合工程程实际选取取合理的值值。《深圳地区区建筑深基基坑支护技技术规范》》和《武汉汉地区深基基坑工程技技术指南》》给出了如如下几种土土类的摩擦擦系数经验验值：淤泥质土：：=0.20~0.25粘性土：=0.25~0.40砂土：：=0.40~0.50岩石石：：=0.50~0.70土钉钉墙墙的的浅浅层层破破坏坏在土土钉钉墙墙不不发发生生整整体体失失稳稳的的条条件件下下，，尚尚需需验验算算土土钉钉墙墙向向坑坑内内的的倾倾覆覆破破坏坏，，即即浅浅层层破破坏坏。。提提出出了了土土钉钉墙墙内内部部失失稳稳极极限限平平衡衡分分析析方方法法，，认认为为支支护护面面层层上上部部位位移移大大，，土土钉钉墙墙发发生生近近似似绕绕墙墙趾趾转转动动的的位位移移。。当当达达到到临临界界开开挖挖深深度度时时，，土土体体强强度度已已全全部部发发挥挥出出来来，，很很大大部部分分荷荷载载由由土土-土钉界面转移移至土钉体上上，若此时土土钉破坏或被被拔出，土钉钉墙主动区将将绕墙趾向内内侧转动而失失稳，属浅层层破坏。抗隆起稳定性性抗隆起稳定性性的验算是基基坑设计的一一个主要内容容，如果坑底底发生过大的的隆起，将会会导致墙后地地面下沉，影影响环境安全全。但抗隆起起稳定性验算算的方法很多多，基本假定定和思路不完完全一样，计计算的结果也也就相差比较较大。一般常常用的方法，，如地基承载载力验算、踢踢脚稳定性验验算、剪力平平衡验算等。。地基承载力验验算踢脚稳定性验验算（即土压力平平衡验算）踢脚稳定性是是一种形象的的名称，描述述围护结构绕绕最下一道支支撑转动，墙墙顶向墙后方方倾倒，墙的的下端向坑内内朝上翻起，，使坑底隆起起的破坏，如如图所示。有有些地方称为为抗倾覆稳定定验算，其实实这个名称并并不合适，与与约定俗成的的叫法矛盾，，一般将挡墙墙向坑内移动动称为前倾，，向坑外移动动称为后仰。。从验算的实实质来看，称称为抗隆起的的土压力平衡衡验算比较合合适。该法要求验算算最下道支撑撑面以下主、、被动土压力力绕点即最下下道支撑的力力矩平衡问题题，安全系数数定义为：剪力平衡验算算假定在土体1-2-3-4区域内的的自重及超载载作用下，其其下的软土地地基将沿圆柱柱面4-5-6发生剪切切破坏而产生生滑动，此时时转动力矩为为：滑动力矩：而抗滑力矩则则以滑动面3-4-5-6上地基土土的剪切强度度对0点取矩，为：：安全系数为：：原则上值宜根据场地地条件通过采采用合理的土土工试验进行行确定，但是是，由于滑动动面上各点的的应力状态及及排水条件等等各不相同且且加之试验条条件、经费等等的局限，完完全依赖试验验在多数情况况下是不现实实的，因此，，实用上设计计人员又不得得不寻求简化化方法。在关关于的取值方法大大致经历了两两个阶段：起初，对于均均质土假定滑滑动面上各点点的相等：把定义为：地基基土的不排水水剪切强度或或在饱和软土土中取＝c。显然，若按照照地基土的不不排水剪切强强度或在饱和和软土中取＝c进行验算，在在软弱土地区区很难达到验验算要求，而而这样的验算算结果往往也也不符合实际际的经验判断断。因此，在80年代初，根据据上海软土的的实际工程性性质，提出滑滑动面上土体体的剪切强度度应按＝tan＋c计算，其中法法向应力的选选用原则为：：在3-4面上近似取＝zka，ka为主动土压力力系数；在4-5面上法向应力力由两部分组成成，即土体自自重在滑动面面法向上的分分力加上该处处主动土压力力在滑动面法法向上的分力力；在5-6面上法向应力力的计算原则与与4-5面相同。由此可可得抗抗滑动动力矩矩为：：上海市市标准准《基基坑工工程设设计规规程》》将上上述地地基承承载力力验算算和剪剪力平平衡验验算两两种方方法并并列为为抗隆隆起验验算的的必要要内容容，而而将土土压力力平衡衡验算算方法法作为为抗倾倾覆稳稳定验验算的的内容容，小小圆弧弧的中中心设设在第第一道道支撑撑处。。《深圳地地区建筑筑深基坑坑支护技技术规范范》只采采用地基基承载力力验算方方法计算算抗隆起起稳定性性，其验验算公式式采用Caguot公式，适适用于砂砂土，对对于粘性性土可采采用等效效内摩擦擦角的办办法处理理。《建筑基基坑工程程技术规规范》将将地基承承载力验验算和剪剪力平衡衡验算两两种方法法并列为为抗隆起起验算的的必要内内容，但但小圆弧弧的中心心在基坑坑底面。。后两本本标准都都没有验验算抗踢踢脚稳定定性的要要求。抗渗透破破坏稳定定性渗透破坏坏主要表表现为管管涌、流流土（俗俗称流砂砂）和突突涌。这这三种渗渗透破坏坏的机理理是不同同的，但但在一些些书籍中中，将流流土的验验算叫作作管涌验验算，混混淆了概概念。管涌是指指在渗透透水流作作用下，，土中细细粒在粗粗粒所形形成的孔孔隙通道道中被移移动，流流失，土土的孔隙隙不断扩扩大，渗渗流量也也随之加加大，最最终导致致土体内内形成贯贯通的渗渗流通道道，土体体发生破破坏的现现象。而而流土则则是指在在向上的的渗流水水流作用用下，表表层局部部范围的的土体和和土颗粒粒同时发发生悬浮浮、移动动的现象象。流土发生生的条件件：管涌是一一个渐进进破坏的的过程，，可以发发生在任任何方向向渗流的的逸出处处，这时时常见混混水流出出，或水水中带出出细粒；；也可以以发生在在土体内内部。在在一定级级配的（（特别是是级配不不连续的的）砂土土中常有有发生，，其水力力坡降i=0.1～0.4，，对于不均均匀系数数Cu10的均匀砂砂土，更更多的是是发生流流土。管涌和流流土是两两个不同同的概念念，发生生的土质质条件和和水力条条件不同同，破坏坏的现象象也不相相同。有有些规范范中规定定验算的的条件实实际上是是验算流流土是否否发生的的水力条条件，而而不是管管涌发生生的条件件。在基基坑工程程中，有有时也会会发生管管涌，主主要取决决于土质质条件，，只要级级配条件件满足，，在水力力坡降较较小的条条件下也也会产生生管涌。。抗渗流稳稳定性验验算要避免基基坑发生生流土破破坏，需需要在渗渗流出口口处保证证满足下下式计算水力力坡降时时，渗流流路径可可近似地地取最短短的路径径即紧贴贴围护结结构位置置的路线线以求得得最大水水力坡降降值。抗流土安安全系数数抗渗流稳稳定安全全系数K的取值带带有很大大的地区区经验性性，如《《深圳地地区建筑筑深基坑坑支护技技术规范范》规定定，对于于一、二二、三级级支护工工程，分分别取3.00、2.75、2.50；上海市市标准《《基坑工工程设计计规程》》规定，，当墙底底土为砂砂土、砂砂质粉土土或有明明显的砂砂性土夹夹层时取取3.0，其它土土层取2.0。围护结构构内力计计算计算围护护结构内内力主要要是为了了确定结结构截面面尺寸和和配筋。。围护结构构内力的的计算是是一个比比较复杂杂的问题题，墙体体的内力力与支锚锚条件密密切相关关，也是是与土体体相互作作用的结结果，现现行的计计算方法法都作了了各种简简化，是是近似的的解答；；工程技术术人员主主要依据据结构力力学的概概念，采采用结构构力学的的方法处处理问题题，虽然然不太严严格，但但由于具具备基本本的合理理性和适适于手工工运算的的特点现现在仍被被广泛使使用。重力式围围护结构构重力式围围护结构构的截面面尺寸通通过稳定定性验算算确定后后，尚需需对结构构体的强强度进行行校验。。板式围护护结构板式围护护结构又又称为板板墙式或或板桩式式围护结结构，包包括分离离式排桩桩、密排排式排桩桩、板桩桩和地下下连续墙墙等围护护结构的的型式，，这些围围护结构构在计算算结构内内力时其其假定和和方法基基本上是是相同或或相似的的，可以以作为一一类问题题进行讨讨论。内内容包括括悬臂式式、撑锚锚式两大大类，从从计算方方法分可可分为极极限平衡衡法、有有限元法法两种，，在有限限元法中中又可分分为杆件件系统有有限元法法和连续续介质有有限元法法。极限平衡衡法假定定作用在在围护结结构前后后墙上的的土压力力分布达达到被动动土压力力和主动动土压力力，在此此基础上上再进行行力学简简化，将将超静定定问题作作为静定定问题求求解。等等值梁法法和静力力平衡法法等都属属于这一一类。极限平衡衡法在力力学上的的缺陷比比较明显显，没有有反映施施工过程程中墙体体受力的的连续性性，只是是一种近近似，支支撑层数数越多、、土层越越软、墙墙体刚度度越大，，则计算算结果与与实际的的差别越越大。使使用极限限平衡法法时，需需要结合合工程经经验对土土压力和和计算结结果进行行修正。。无撑(锚)板式围护护结构(悬悬臂式)悬臂式围护护结构是最最简单的一一种板式围围护结构，，其受力特特点主要依依靠土的嵌嵌固作用保保持围护结结构的平衡衡，由于在在土体中插插入深度不不同，围护护结构在土土中部分的的变形性质质也不一样样，从而得得出不同的的土压力分分布图式，，求得的结结果也不相相同。悬臂式围护护结构的受受力情况1.如嵌固固条件足够够，围护结结构的下端端可以保持持不移动，，在墙的两两侧的土压压力的分布布如图b所示，相互互抵消以后后净土压力力分布见图图c；2.从围护护结构端部部的变形和和墙的受力力平衡来看看，墙的端端部必然产产生向坑外外的土压力力，其值等等于坑外在在端部深度度处的被动动土压力和和坑内该点点主动土压压力之差。依据作用在在围护结构构上水平力力平衡和各各水平力对对围护结构构底端力矩矩平衡的条条件建立联联立方程，，可以求解解插入深度度。插入深度D确定后，自自上而下通通过计算寻寻找到剪力力零点位置置（此处弯弯矩为最大大），从而而可以计算算出围护结结构的最大大弯矩。在在强度验算算时，还要要考虑到悬悬臂式围护护结构变形形控制的要要求，安全全系数K一般取2.0，即有撑（锚））式围护结结构以单撑（锚锚）支护结结构为例，，如下图所所示，应用用等值梁计计算支护结结构的内力力时，需要要得知正负负弯矩的转转折点位置置，由于该该转折点位位置与开挖挖面下的土土压力强度度零点很接接近，故实实用上就取取开挖面下下的土压力力合力强度度零点C来代替正负负弯矩的转转折点。等值值梁梁法法的的原原理理可可由由下下图图进进行行说说明明，，图图（（a））中的的ad代表表一一个个一一端端自自由由、、一一端端固固定定的的荷荷重重梁梁，，图图（（b））表示示该该梁梁的的弯弯矩矩图图，，在在正正负负弯弯矩矩的的转转折折点点处处以以c点表表示示，，，，若若将将该该梁梁在在c点截截断断并并设设置置一一个个自自由由支支点点，，如如图图（c））所示，，ac梁上的的弯矩矩将保保持不不变，，此时时，ac梁即为为ad梁的等等值梁梁。abc1.计计算算围护护结构构两侧侧主动动土压压力和和被动动土压压力叠叠加以以后的的净土土压力力分布布，求求出土土压力力零点点C；2.计算C点以上上土压压力的的合力力Ea；3.计计算C点以上上土压压力合合力对对C点的力力矩Ma，根据静静定梁梁的解解就可可以很很容易易的计计算出出反力力RA和R0；4.计计算支支撑或或锚杆杆的反反力RA5.计计算C点的反反力R06.墙墙在在土压压力零零点以以下的的插入入深度度t0根据坑坑内侧侧t0区间上上净被被动土土压力力和R0对围护护结构构底端端D点的的力力矩矩相相等等的的原原则则进进行行确确定定内支支撑撑内内力力计计算算1））支支撑撑轴轴向向力力按按围围护护结结构构沿沿长长度度方方向向分分布布的的水水平平反反力力乘乘以以支支撑撑中中心心距距；；当当围围檩檩与与支支撑撑斜斜交交时时，，水水平平反反力力取取支支撑撑长长度度方方向向的的投投影影；；2））在在垂垂直直荷荷载载作作用用下下，，支支撑撑的的内内力力和和变变形形可可近近似似按按单单跨跨或或多多跨跨梁梁分分析析，，其其计计算算跨跨度度取取相相邻邻立立柱柱中中心心距距；；3）立柱柱的轴向向力可取取纵横向向支撑的的支座反反力之和和；4）混凝凝土围檩檩在水平平力作用用下的内内力和变变形按多多跨连续续梁计算算，计算算跨度取取相邻支支撑点的的中心距距；5）钢围围檩的内内力和变变形宜按按简支梁梁计算，，计算跨跨度取相相邻水平平支撑的的中心距距；6）当水平支支撑与围檩斜斜交时，尚应应考虑水平力力在围檩长度度方向产生的的轴向力作用用。对于较为复杂杂的平面支撑撑体系，宜按按空间杆系模模型计算。通通常将支撑结结构视为平面面框架，从支支护结构体系系中截离出来来，在截离处处加上相应的的围护结构内内力，以及作作用在支撑上上的其它荷载载，用空间杆杆系模型进行行分析。为了了简化计算，，加在截离处处的内力只考考虑由围护结结构静力计算算确定的沿围围檩长度方向向正交分布的的水平力，对对于其它的内内力或变形则则通过设置约约束来代替。。计算模型的的边界可按下下列原则确定定：1）在水平支撑与与围檩或立柱柱交点处，以以及围檩的转转角处分别设设置竖向铰支支座或弹簧；；2）基坑四周与围围檩长度方向向正交的水平平荷载不是均均匀分布或支支撑结构布置置不对称时，，可在适当位位置上设置防防止模型整体体平移或转动动的水平约束束。基坑变形估算算对环境的影响响主要是基坑坑的变形，围围护结构的水水平位移和坑坑底的隆起变变形过大，会会引发墙后地地面的下陷、、相邻建筑物物和地下管线线的变形或开开裂。因此必必须估算基坑坑的变形，将将变形控制在在允许的范围围内。但围护护结构的变形形计算比承载载能力计算更更为复杂，通通常需要作许许多简化假定定才能求得变变形值。重力式围护护结构水平平位移计算算由水泥土搅搅拌桩、旋旋喷桩等构构成的重力力式围护结结构，由于于其自身刚刚度较大，，因此可按按刚性体分分析变位规规律。公式适用于于插入深度度D=(0.8～1.2)H，围护结构宽宽度B=(0.6～1.0)H的围护结构构。式中中—围围护护结结构构顶顶部部水水平平位位移移估估算算值值，，cm；；L—基坑的最最大边长长，m；H—基坑开挖挖深度，，m；D—围护结构构的插入入深度，，m；B—围护结结构的的宽度度，m；；—施工质质量系系数，，根据据经验验取0.8～1.5，质质量越越好，，取值值越小小。悬臂支支护桩桩桩顶顶位移移计算算悬臂支支护桩桩桩顶顶位移移的计计算比比重力力式搅搅拌桩桩复杂杂，由由于悬悬臂支支护桩桩是柔柔性桩桩，在在外力力作用用下桩桩身产产生变变形，，桩和和土体体之间间的接接触应应力随随桩身身的变变形而而变化化。将坑底底以上上部分分的桩桩身看看作一一根在在坑底底处嵌嵌固的的悬臂臂梁，，在坑坑外水水土压压力作作用下下产生生挠曲曲，其其值可可以求求得；；插入入坑底底以下下部分分的桩桩身可可以用用承受受水平平荷载载桩的的m法计算算。地表沉沉陷量量计算算（a）所示的的沉陷陷发生生在围围护结结构的的端部部产生生向基基坑内内的移移动，，由此此引起起的地地面沉沉陷比比较大大，但但最大大值的的位置置靠近近围护护结构构，主主要的的变形形区分分布在在基坑坑附近近，对对于这这种情情况的的地表表沉降降可采采用下下式计计算式中为地表沉降降量与基坑坑开挖深度度的比值（（%），具具体数值可可从图中查查得；为考虑围护护结构刚度度及施工工工艺的修正正系数，地地下连续墙墙=0.3，，柱列式围围护结构=0.7，，板桩墙=1.0；；为基坑开开挖深度(m)。从图可以求求得沉陷分分布的范围围和沉陷量量。（b）所示的围护护结构的端端部基本没没有产生位位移，理论论上，地表表土体沉陷陷与围护结结构的侧向向水平变形形及坑底隆隆起有直接接联系，由由于围护结结构的变形形和坑底可可能的隆起起引起地面面的下陷。。但由于目前前还没有很很好的方法法计算坑底底隆起的影影响，只是是考虑了围围护结构的的侧向水平平变形与地地表土体沉沉陷的关系系，即通过过：①在围护结构构侧向水平平变形曲线线所包络的的面积与地地表沉陷曲曲线所包络络的面积之之间建立某某种对应关关系，②利用合理的的数学模型型拟和地表表沉陷曲线线，从而可可以近似求求解地表的的最大沉陷陷量，其中中围护结构构侧向水平平变形曲线线可以通过过杆系有限限元方法进进行求解。。估算地表沉沉陷的指数数函数分布布围护结构侧侧向水平变变形曲线所所包络的面面积Sh与地表沉陷陷曲线所包包络的面积积Sv相等。与围护结构构顶部相邻邻的地表沉沉陷量地表沉陷的的影响区间间坑底隆起变变形计算坑底隆起的的变形计算算包括两个个方面的概概念，一是是由于基坑坑开挖卸荷荷产生的回回弹隆起变变形，另一一种是坑底底塑流产生生的隆起变变形，这是是两种不同同的变形。。工程实测测的隆起或或回弹变形形实际上包包括了这两两部分变形形分量，在在土质比较较软弱的条条件下塑流流可能是主主要的，在在土质较好好的地区，，卸荷回弹弹可能是主主要的变形形。对于前前一种变形形，计算的的机理比较较清楚，主主要是计算算指标的试试验和确定定方法将会会影响计算算的结果；；后一种变变形很难用用解析的方方法计算，，采用有限限元方法可可以计算由由于塑流引引起的坑底底隆起量。。式中—坑底隆起起变形估算算值，cm；c、和—分别为土土的粘聚力力（kg/cm2）、内摩擦角（（°）和容重（（t/m3）；q—地表超载（（t/m2）；H和D—分别为基坑坑开挖深度度和围护结结构的插入入深度（m）。深基坑工程程施工图设设计深基坑工程程施工图设设计是指在在基坑总体体方案确定定以后，根根据总体方方案规定的的原则进行行施工图设设计以供实实施。主要要包括确定定基坑以及及围护结构构各种几何何尺寸、进进行截面强强度验算与与配筋、选选用合理的的构造与节节点处理、、形成施工工图纸与文文字说明。。1.基坑边边坡设计；；2.土钉墙墙设计；3.板式围围护结构设设计，包括括板桩、水水泥土围护护结构、排排桩式围护护结构、地地下连续墙墙和拱圈式式围护结构构；4.内支撑撑体系设计计；5.锚杆体体系设计。。基坑边坡设计计对于适宜于放放坡的基坑，，其坡度可参参考同类土的的稳定坡度确确定；对于土土质比较均匀匀的基坑边坡坡，也可按下下表的要求确确定开挖放坡坡坡度及坡高高，以确保基基坑的稳定性性与安全。当当采用分级放放坡开挖时，，应设置分级级过渡平台。。对于深度大大于5m的土质边坡，，各级过渡平平台的宽度宜宜取为1.0～1.5m，小于5m坡高的土质边边坡可不设过过渡平台。基坑边坡设计计时，除了满满足沿最危险险圆弧滑裂面面破坏的整体体稳定性的要要求，一般在在坡面还要进进行保护性处处理，以免施施工活动对边边坡土体的扰扰动及地表水水和降水等因因素对边坡的的浸蚀和冲刷刷导致边坡破破坏。保护处处理的方法有有水泥抹面、、铺塑料布或或土工布、挂挂网喷水泥浆浆、喷射混凝凝土护面等。。对于较高坡面面的下段，或或坡脚下土层层含有软弱下下卧层或砂层层时，可对土土体采取加固固措施，如土土钉支护、螺螺旋锚、喷锚锚等，或采取取适当的坡脚脚地基加固措措施，如在坡坡脚堆砌草袋袋或土工布砂砂土袋以及切切筑砖石砌体体等，以免出出现坡脚失稳稳或流砂。土钉支护设计计随基坑逐层开开挖，在边坡坡上以较密排排列（上下左左右）打入土土钉（钢筋））以强化受力力土体，并在在土钉坡面铺铺设钢筋网分分层喷射混凝凝土，从而实实现挡土护坡坡的功能，这这就是土钉支支护，也称土土钉墙，设计原则与构构造要求1．一般用于于基坑开挖深深度在15m以内的边坡，，坡角为70～90；2．土钉长度度一般为开挖挖深度的0.5~1.2倍，其间距距宜取1～2m，土钉与水平面面夹角宜取10～20；；3．为保证土土钉与护坡面面层的有效连连接，常设有有承压板和加加强钢筋；4．土钉一般般采用Ⅱ级以以上螺纹钢筋筋，钢筋直径径为φ16～φ32mm，，钻孔直径为φ70～φ120mm；5．喷射混凝土面面层厚度一般般为80~200mm，钢筋网采用ⅠⅠ级钢筋φ6～φ10mm，间距为150~300mm，混凝土强度等等级不宜低于于C20；6．注浆材料宜采采用水泥净浆浆，强度不低低于20Mpa。土钉设计1．边坡最危危险滑动面计计算，以确定定最危险滑动动面的位置，，便于布置土土钉，计算时时可以允许安安全系数小于于1.0。。2．土钉抗拔拔验算土钉抗拔按下下式验算：围护结构设计计水泥搅拌桩重重力式围护结结构的设计包包括围护墙几几何尺寸的确确定、水泥搅搅拌桩体的布布置及截面验验算等。（一）水泥搅搅拌桩墙体尺尺寸水泥搅拌桩墙墙体的深度和和宽度一般根根据基坑的开开挖深度、土土质条件按经经验规则选用用：坑底以下下的插入深度度D=（0.8~1.2））H，墙体宽度B=（0.6~1.0））H，（H为基基坑坑的的开开挖挖深深度度））。。然然后后经经基基坑坑整整体体稳稳定定性性、、坑坑底底隆隆起起稳稳定定性性、、抗抗渗渗流流稳稳定定性性验验算算确确定定基基坑坑底底面面下下的的插插入入深深度度，，由由抗抗倾倾覆覆稳稳定定性性和和抗抗滑滑移移稳稳定定性性验验算算确确定定宽宽度度。。（二））水水泥泥搅搅拌拌桩桩体体的的布布置置形形式式目前前，，施施工工单单位位基基本本上上都都是是使使用用SJB-1型和和仿仿SJB-1型双双轴轴搅搅拌拌机机，，每每轴轴直直径径700mm、、双轴轴中中心心距距500mm，，形成成了了宽宽700mm、、长1200mm的““∞∞””形形加加固固截截面面，，因因此此水水泥泥土土围围护护结结构构断断面面就就是是由由众众多多““∞∞””形形单单元元组组成成。。用用于于基基坑坑围围护护的的水水泥泥土土加加固固体体的的断断面面主主要要采采用用了了格格栅栅式式布布置置，，常常用用的的格格栅栅式式断断面面形形式式见见图图。。截面面验验算算上海海市市标标准准《《基基坑坑工工程程设设计计规规程程》》规规定定验验算算坑坑底底标标高高处处的的应应力力，，验验算算的的要要求求是是截截面面外外侧侧的的边边缘缘应应力力大大于于零零，，即即不不允允许许出出现现拉拉应应力力；；内内侧侧的的边边缘缘应应力力应应符符合合下下式式：：行业标标准《《建筑筑深基基坑工工程技技术规规范》》则提提出了了任意意断面面的墙墙身应应力验验算要要求，，规定定最小小边缘缘应力力必须须大于于零，，即不不允许许出现现拉应应力；；任意意断面面的最最大边边缘应应力由由下式式计算算：关于构构造和和材料料的规规定为了增增强水水泥土土搅拌拌桩墙墙体的的整体体性，，搅拌拌桩之之间的的搭接接不小小于200mm。。并通常常在顶顶部设设置钢钢筋混混凝土土的压压顶圈圈梁，，也称称为压压板。。其厚厚度一一般为为0.2m,宽度至至少与与墙身身的宽宽度一一致，，也可可以与与坑外外的施施工道道路的的路面面连成成整体体。圈圈梁与与水泥泥搅拌拌桩之之间用用插筋筋连接接，插插筋直直径不不小于于12mm，，插入搅搅拌桩桩顶的的深度度不小小于1.0m，每根搅拌桩桩中部设置置一根插筋筋，并与压压板的水平平筋绑扎。。水泥土中的的水泥掺量量不宜小于于15%，，水泥标号号不低于425号。。水泥土28天龄期期的无侧限限抗压强度度不宜低于于1MPa。板桩式围护护结构设计计板桩是最早早使用的围围护结构，，包括钢板板桩和钢筋筋混凝土板板桩。预制制的板桩施施工方便，，工期短；；材料质量量可靠，在在软弱土层层中施工速速度快，并并具有较好好的止水性性，可以拔拔出回收多多次重复使使用，降低低成本等优优点。但因因板桩的刚刚度比较小小，围护结结构的变形形比较大，，只适用于于开挖深度度不深的基基坑，也不不适宜应用用于变形控控制严格的的基坑；钢钢板桩拔出出时又会产产生附加的的变形，不不利于环境境保护。钢板桩钢板桩是带带锁口的热热轧型钢，，钢板桩靠靠锁口或钳钳口相互连连接咬合，，形成连续续的围护结结构实现来来挡土止水水功能。排桩式围护护结构设计计排桩式围护护结构主要要指采用钻钻孔灌注桩桩或人工挖挖孔桩组成成的墙体。。与地下连连续墙相比比，其优点点在于施工工工艺简单单，成本低低，平面布布置灵活；；缺点是防防渗和整体体性较差。。对于地下下水位较高高的地区，，排桩式围围护结构必必须与止水水帷幕相结结合使用，，在这种情情况下，防防水效果的的好坏，直直接关系到到基坑工程程的成败，，须认真对对待。桩排式围护护结构设计计是在肯定定总体方案案的前提下下进行，此此时，挖土土、围护型型式、支撑撑布置、降降水等问题题都已确定定，围护结结构设计的的目的是确确定围护桩桩的长度、、直径、排排列以及截截面配筋，，对于坑内内降水的基基坑，还要要设计止水水帷幕。围护桩的布布置和材料料1．材料：：钻孔灌注注桩通常采采用水下浇浇筑混凝土土的施工工工艺，混凝凝土强度等等级不宜低低于C20（常取C30），，所用水泥通通常为425#或525#普通硅酸盐盐水泥。钢钢筋采用I级圆钢和II级螺纹钢。。2．桩体布布置：如图图所示，当当基坑不考考虑防水（（或已采取取了降水措措施时），，桩体可按按一字形间间隔排列或或相切排列列，间隔排排列的间距距常取2.5~3.5倍的桩桩径，土质质较好时，，可利用桩桩侧“土拱拱”作用适适当扩大桩桩距；当基基坑需考虑虑防水时，，可按一字字形搭接排排列，也可可按间隔或或相切排列列，外加防防水帷幕。。3．防渗措措施：钻钻孔灌注注桩排桩桩墙体防防渗可采采取两种种方式：：一是将将钻孔桩桩体相互互搭接，，二是另另增设防防水抗渗渗结构。。前一种种方式对对施工要要求较高高，且由由于桩位位，桩垂垂直度等等的编差差所引志志的墙体体渗漏水水仍难以以完全避避免，所所以在水水位较高高的软土土地区，，一般采采用后一一种方式式，此时时，桩体体间可留留100~150mm施工间隙隙。具体体的防渗渗止水方方法主要要有：①①桩间压密密注浆；；②桩间高压压旋喷；；③水泥搅拌拌桩墙。确定围护护桩的几几何尺寸寸1.围护桩的的长度围护桩的的长度由由基坑底底面以上上部分和和以下部部分组成成，基坑坑底面以以下部分分称为插插入深度度。插入入深度取取决于基基坑开挖挖深度和和土质条条件，所所确定的的插入深深度应满满足基坑坑整体稳稳定、抗抗渗流稳稳定、抗抗隆起稳稳定以及及围护墙墙静力平平衡的要要求。设设计时，，先按经经验选用用，然后后进行各各种验算算。2.围护桩的的直径围护桩的的直径也也取决于于开挖深深度和土土质条件件，一般般根据经经验选用用。在钻孔灌灌注桩合合理使用用的开挖挖深度范范围内，，桩径变变化范围围从800~1100mm；对于开挖挖深度在在10m以内的基基坑，桩桩径一般般不超过过900mm；开挖深度度大于11m的基坑，，桩径一一般不小小于1000mm。3．排桩桩式围护护结构的的折算厚厚度排桩式围围护结构构虽由单单个桩体体组成，，但其受受力形式式与地下下连续墙墙类似。。分析时时，可将将桩体与与壁式地地下连续续墙按抗抗弯刚度度相等的的原则等等价为一一定厚度度的壁式式地下墙墙进行内内力计算算，称之之为等刚刚度法。。若采用一一字相切切排列，，t<<d，则h=0.838d。这样，即即可按厚厚度为h的壁式地地下墙计计算出每每延米墙墙之内力力、及位位移，然然后利用用下式换换算得相相应单桩桩的内力力、及位位移，由由此，可可按钢筋筋混凝土土圆形截截面构件件进行配配筋。桩身的构构造与配配筋桩身纵向向受力主主筋一般般要求沿沿圆截面面周边均均匀布置置，最小小配筋率率为0.42%且不少少于6根根，主筋筋保护层层不应小小于50mm。箍筋宜采采用φ6～8螺旋箍筋筋，间距距一般为为200～300mm，每隔1500～～2000mm应布置一一根直径径不小于于12mm的焊接加加强箍筋筋，以增增强钢筋筋笼的整整体刚度度，有利利于钢筋筋笼吊放放和水下下浇灌混混凝土。。钢筋笼笼底端一一般距离离孔底200～～500mm。桩身纵向向钢筋应应按基坑坑开挖各各阶段与与地下室室施工期期间各种种工况下下桩的弯弯矩包络络图配筋筋，当地地质条件件或其它它因素复复杂时也也可按最最大弯矩矩通长配配筋。1.桩桩身作作为一个个构件，，配筋应应满足截截面承载载力的要要求。桩桩身截面面的内力力主要由由土压力力产生的的，计算算土压力力的抗剪剪强度指指标是标标准值，，因此求求得的桩桩身内力力也是标标准值。。但截面面承载力力是由混混凝土规规范所提提供的混混凝土和和钢筋的的强度设设计值组组成的。。这就使使得设计计表达式式两侧的的设计变变量的性性质不一一致，必必须加以以调整。。2.计算算桩身内内力时一一般按平平面问题题处理，，求得的的是每延延米围护护墙的内内力。但但桩身截截面配筋筋是按每每根桩计计算的，，这里有有一个内内力数值值的换算算问题，，即将每每延米的的内力换换算为每每根桩的的内力。。设桩径径为d，桩的间距距为t，则每根桩桩的内力力等于每每延米的的内力乘乘以（d+t），计算时（（d+t）以m计。3.当当有可可靠措施施保证钢钢筋笼的的正确方方位时可可按弯矩矩方向采采用沿圆圆周非均均匀分布布形式配配筋；但但无可靠靠措施保保证时，，宜采用用沿圆周周均匀配配筋以保保证安全全。防渗帷幕幕设计防渗帷幕幕设计时时，帷幕幕的插入入深度应应满足防防渗稳定定性验算算的要求求，帷幕幕的插入入深度可可以与钻钻孔灌注注桩的深深度不同同；当深深层有不不透水层层或弱透透水层时时，防渗渗帷幕宜宜深入不不透水层层或弱透透水层一一定深度度，以提提高防渗渗效果。。防渗帷帷幕的厚厚度不作作计算，，一般取取单排搅搅拌桩。。防渗帷帷幕的效效果主要要取决于于施工的的质量，，包括搅搅拌的均均匀程度度和接头头的搭接接程度，，在设计计文件中中应对施施工提出出要求。。地下连续墙墙设计地下连续墙墙设计包括括墙的入土土深度、墙墙的厚度、、槽段的分分段、接头头设计等内内容。地下连续墙墙的插入深深度按围护护结构的静静力平衡条条件确定，，并分别按按基坑稳定定性验算及及墙体变形形控制要求求进行校核核。基坑稳稳定性验算算方法和墙墙身内力、、变形计算算方法均与与排桩式围围护结构相相同，通常常采用杆系系有限元法法计算结构构内力和变变形；地下连续墙墙兼有挡土土和防渗两两个功能，，故验算基基坑稳定性性时，同时时考虑保持持结构稳定定和满足防防渗两方面面的要求。。墙身设计计时亦需同同时考虑这这两方面的的要求，既既满足墙身身结构强度度的要求，，也要满足足墙身及接接头防渗的的要求。墙的厚度及及槽段划分分地下连续墙墙的厚度应应由计算确确定，并与与成槽机的的能力相适适应。一般般情况下现现浇钢筋混混凝土地下下连续墙的的厚度可选选用600～1000mm；预制钢筋混混凝土地下下连续墙的的厚度不宜宜大于500mm。地下连续墙墙单元槽段段的平面性性状和槽段段长度应根根据墙体受受力情况、、施工条件件和环境条条件而定。。平面性状状根据需要要选用一字字形、L形、T形或折线形形等；单元元槽段长度度在保证槽槽壁稳定和和满足施工工设备能力力的条件下下，宜尽量量采用较大大的槽段长长度，一般般可取6~8m。接头设计地下连续墙墙施工要划划分单元槽槽段，槽段段之间就有有接头，这这种接头是是施工时必必须有的，，称之为施施工接头，，常用的有有锁口管接接头和接头头箱接头。。另一种是是在地下墙墙完成后与与梁板柱的的接头是为为结构接头头，常用的的方法有预预埋连接钢钢筋法、预预埋连接钢钢板法和预预埋剪力连连接件法。。划分单元元槽段时必必须考虑槽槽段之间的的接头位置置，以保证证地下连续续墙的整体体性。一般情况下下，接头的的位置要避避免设在转转角以及墙墙内部结构构的连接处处。对接头头的要求：：1．．不不能能妨妨碍碍下下一一单单元元槽槽段段的的挖挖掘掘；；2．．能能传传递递单单元元槽槽段段之之间间的的应应力力，，起起到到伸伸缩缩接接头头的的作作用用；；3．．混混凝凝土土不不得得从从接接头头下下端端流流向向背背面面，，也也不不得得从从接接头头构构造造物物与与槽槽壁壁之之间间流流向向背背面面；；4．在接接头表面面上不应应粘附沉沉渣或变变质泥浆浆的胶凝凝物，以以免造成成强度降降低或漏漏水；5．造价价便宜。。地下连续续墙槽段段之间的的施工接接头的构构造应便便于施工工，一般般可采用用不传递递应力的的普通接接头；在在下列情情况时，，应采用用专门接接头：1.当防水要要求较高高时应采采用防水水接头；；2.当当接头间间需要传传递面内内剪力时时，可采采用带穿穿孔的十十字钢板板抗剪接接头；3.当当接头间间要求传传递面外外剪力或或弯矩时时，可采采用带端端板的钢钢筋搭接接接头，，将地下下连续墙墙连成整整体；地下连连续墙墙的配配筋与与构造造地下连连续墙墙的受受力钢钢筋应应采用用II级钢筋筋，直直径不不宜小小于16mm，，构造钢钢筋可可采用用I级钢筋筋，直直径不不宜小小于12mm；；预制地地下连连续墙墙的构构造钢钢筋直直径不不宜小小于10mm。。单元槽槽段的的钢筋筋笼应应装配配成一一个整整体。。槽深深小于于30m的地下下连续续墙的的钢筋筋笼宜宜整幅幅起吊吊入槽槽；需需要分分段时时，宜宜采用用焊接接接头头。接接头位位置应应选在在受力力较小小处。。且宜宜相互互错开开，搭搭接长长度不不小于于45d（d为钢筋筋直径径）；；当在在同一一断面面搭接接时，，最小小搭接接长度度为70d，且不小小于1.5m。现浇地地下连连续墙墙主筋筋的净净保护护层厚厚度不不应小小于70mm，，预制地地下连连续墙墙主筋筋净保保护层层厚度度不应应小于于30mm。。地下连连续墙墙内预预埋的的与主主体结结构水水平构构件主主筋连连接的的钢筋筋应采采用I级钢筋筋，直直径不不宜大大于25mm，，间距不不小于于150mm，，钢筋板板直后后不得得留有有硬弯弯。钢筋笼笼端部部与接接头管管或相相邻槽槽段混混凝土土接触触面之之间应应留有有间隙隙，一一般不不大于于150mm，，钢筋笼笼下端端500mm长度范范围内内宜按按1:10收成成闭合合状。。钢筋笼笼下端端与槽槽底之之间宜宜留有有不小小于500mm的间隙隙。当地下下连续续墙的的支撑撑体系系不设设围檩檩时，，墙体体的横横向配配筋应应适适当加加强，，其与与支撑撑的接接触部部位应应满足足抗冲冲切要要求。。地下连连续墙墙围护护结构构的墙墙顶通通常设设置钢钢筋混混凝土土圈梁梁，围围檩可可采用用钢筋筋混凝凝土与与型钢钢结构构。顶顶圈梁梁和围围檩都都必须须与地地下连连续墙墙可靠靠固定定。地下连连续墙墙墙体体混凝凝土的的抗渗渗等级级应根根据据最大大作用用水头头与地地下连连续墙墙厚度度之比比按表表27-10选选用；；当墙墙段之之间的的接缝缝不设设止水水带时时，应应选用用锁口口圆弧弧形、、槽形形或V型等防防渗止止水接接头，，其接接头面面必须须严格格清刷刷。槽壁稳稳定计计算泥浆护护壁稳稳定性性计算算是地地下连连续墙墙工艺艺的一一项重重要内内容，，它主主要用用来确确定在在深度度已知知条件件下的的设计计分段段长度度。下下面仅仅介绍绍一种种理论论分析析法，，即抛抛物线线圆柱柱体法法。假设土体沿沿抛物线圆圆桩体形状状下滑。该该槽段设计计长度为b，深度为z，抛物线顶点点距离槽壁壁边线为h，内支撑设计计内支撑设计计与一般的的结构构件件设计相比比，其主要要差别在于于其结构体体系随基坑坑的形状、、开挖深度度及施工条条件而异。。其内力并并随围护结结构的变形形而变化，，由基坑工工程施工期期间的最不不利情况控控制设计，，在内力确确定的情况况下，支撑撑构件的截截面验算与与一般结构构构件设计计无异。内支撑设计计一般包括括下列内容容：1）材料选选择和结构构体系的布布置；2）结构的的内力和变变形计算；；3）构件的的强度和稳稳定验算；；4）构件的的节点设计计；5)结构构的安装与与拆除设计计。支撑体系的的布置与构构造要求支撑体系由由围檩、支支撑杆件或或桁架，立立柱及立柱柱桩等构件件组成。支支撑体系的的布置实例例见图，图中显示了了围护结构构、圈梁、、支撑与立立柱的关系系，图中还还给出了地地下室各层层的位置，，支撑布置置时应考虑虑地下室底底板及楼板板的标高，，留出足够够的避免施施工时的相相互干扰。。1．．围围檩檩围檩檩又又称称为为腰腰粱粱，，是是直直接接与与围围护护结结构构相相连连，，将将作作用用在在围围护护结结构构上上的的水水土土压压力力传传递递给给支支撑撑结结构构的的传传力力构构件件。。围围檩檩的的刚刚度度对对整整个个支支撑撑结结构构的的刚刚度度影影响响很很大大，，所所以以一一般般在在设设计计中中应应十十分分注注意意围围檩檩构构件件的的设设置置与与截截面面设设计计。。围围檩檩的的材材料料可可以以用用钢钢或或钢钢筋筋混混凝凝土土，，不不同同材材料料制制成成的的围围檩檩，，其其设设计计要要求求不不完完全全相相同同。。钢围围檩檩的的截截面面宽宽度度应应大大于于300mm，，可以以采采用用H钢、、工工字字钢钢或或槽槽钢钢以以及及它它们们的的组组合合截截面面。。钢钢围围檩檩的的现现场场拼拼装装点点应应尽尽量量设设置置在在支支撑撑点点附附近近，，不不应应超超过过围围檩檩计计算算跨跨度度的的三三分分点点。。钢钢围围檩