第六章 基坑支护结构

第六章基坑支护结构支挡结构用途：修筑建筑物基础或地下室、埋设市政工程管道以及开发地下空间等所开挖的地面以下的坑。第一节概述要素：支护结构、土体加固、基坑降水、土方开挖及基坑监测等；基本概念支挡结构类型挡土结构刚度分类：刚性支护结构和柔性支护结构

力平衡方式分类：重力式、悬臂式、支锚式支锚结构方式分类：外支撑、内支撑、斜撑二、基坑支护结构的形式基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境所采取的支挡、加固与保护措施。

在基坑施工时，有的有支护措施，称之为有支护基坑工程；有的则没有支护措施，称之为无支护基坑工程。无支护基坑工程一般是在场地空旷、基坑开挖深度较浅、环境要求不高的情况下才能采用，如放坡开挖，这时主要应考虑边坡稳定和排水问题。

常用的挡墙类型有：水泥土墙、排桩、SMW工法或地下连续墙、土钉墙等。基坑支护类型重力式挡墙（刚性挡墙,D≤6m）1.挡墙结构柔性挡墙（1）钢板桩（2）钻孔灌注桩挡墙（3）SMW工法（4）地下连续墙（1）板桩（2）钻孔灌注桩挡墙搅拌（旋喷）桩灌注桩灌注桩搅拌（旋喷）桩（3）SMW工法注浆搅拌桩H型钢灌注桩（4）地下连续墙导墙制模导墙挖掘机接头管接头管地下墙钢筋笼下放钢筋笼导管接头管材料：钢支撑、混凝土支撑。2.内支撑结构混凝土内支撑钢管内支撑钢管－混凝土内支撑钢管斜支撑4.土钉墙围护墙锚杆围檩

砼面层土钉3.土层锚杆锚固体防水地面砼护顶拉杆锚杆头部锚杆围檩井点降水圈梁钢筋网桩头钢筋网桩头三、支护结构上的土压力与特点土的类别、支护结构的刚度及位移、有无支点及支点的位置和反力大小、时间与空间效应、地下水位及施工方法、施工工序和施工过程、外界的荷载与温度变化…。影响因素产生极限土压力的位移条件1－井管；2－滤管；3－总管；4－弯联管；5－离心泵房6－原有地下水位线；7－降低后地下水位线四、基支护结构的施工一、井点降水（一）轻型井点（二）喷射井点(a)喷射井点设备简图(b)喷射扬水器原理图

1－喷射井管；2－滤管；3－进水总管；4－排水总管；5一高压泵；6－集水池；7－水泵；8－内管；9－外管；10－喷嘴；11混合室；12－扩散管；13－压力表(a)钢管管井；(b)混凝土管管井1一沉砂管；2一钢筋焊接骨架；3－滤网；4－管身；5－吸水管；6－深井泵；7—小砾石过滤层；8－粘土封口；9－混凝土实管；10－无砂混凝土管；11—潜水泵；12一出水管（三）深井井点（四）电渗井点电渗井点

1一井点管；2一电极；3－直流电源k<0.1m/d

井点类型及其适用性

井点类型渗透系数(cm/s)降低水位深度(m)土质类别一(多)级轻型井点10-2~10-53~6(6~10)

粉砂、砂质或粘质粉土、含薄层粉砂的粉质粘土喷射井点10-3~10-68~20

粉砂、砂质或粘质粉土、粉质粘土、含薄层粉砂夹层的粘土和淤泥质粘土。深井井点10-5>10

粉砂、砂质粉土、含薄层粉砂的粉质粘土、富含薄层粉砂的粘土和淤泥质粘土。电渗井点<10-6根据选用的井点确定

粉质粘土、粘土二、土方开挖(1)遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的挖土原则

（2）基坑开挖深度有深浅不同时，土方开挖宜从浅基坑开始，待浅基坑底板浇筑后，再开始挖较深基坑的土方。（3）中心岛盆式开挖五、基坑支护的监测与环境监护

基坑监测项目表监测项目基坑侧壁安全等级一级二级三级支护结构水平位移应测应测应测周围建筑物、地下管线变形应测应测宜测地下水位应测应测宜测桩、墙内力应测宜测可测锚杆拉力应测宜测可测支撑轴力应测宜测可测立柱变形应测宜测可测土体分层竖向位移应测宜测可测支护结构面上侧向压力宜测可测可测

监测方法与技术要求测点位置监测项目测试方法精度要求围护墙体墙顶水平位移埋设测点，用经纬仪测1mm墙顶沉降埋设测点，用水准仪测1mm墙身水平位移预埋测斜管，用测斜仪测1mm墙侧土压力埋设土压力盒，用土压力计测1/100(F.S)及5kPa墙周土体墙外土体深层水平位移埋设测斜管，用测斜仪测1mm坑底土隆起埋设分层沉降管，用沉降仪测1mm孔隙水压力埋设孔隙水压力计1kPa地下水位埋设水位管1mm支撑或锚杆支撑轴力预先安装轴力计1/100(F.S)锚杆拉力锚杆上预先安装钢筋计1/100(F.S)立柱沉降埋设测点，用水准仪测1mm坑外建筑物沉降及倾斜度埋设测点，用水准及经纬仪测1mm坑外地下管线沉降及水平位移安装测点于接头，用水准仪及经纬仪测1mm第二节支护结构上的土压力计算填土挡墙开挖挡墙水平荷载标准值---有支撑柔性围护墙砂土及碎石土地下水位以下----有效应力方法（水土分算，CU指标）粗粒土地下水位以上、细粒土----总应力方法（水土合算，CU指标）《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-99)haw≤hhaw>h水平抗力标准值砂土及碎石土----水土分算粉土及粘性土----水土合算++(zj<h)(zj≥h)天然竖向重力s0ks1k第三节水泥土墙支护结构设计一、设计内容（一）墙体的宽度和深度

按地区经验确定。如上海地区一般墙宽可取为开挖深度的0.6~0.8倍，坑底以下插入深度可取为开挖深度的0.8~1.2倍BDHH0壁状水泥土挡墙（二）宽度方向的布桩形式格栅的置换率（加固土的面积:水泥土墙的总面积）为0.6~0.8，格栅长宽比不宜大于2。隔栅状水泥土挡墙BDHH0坑底加固压顶砼面层t≥150mm（四）其它加强措施（三）墙体强度

水泥土围护体的强度取决于水泥掺合量(指每立方加固体所拌和的水泥重量)和龄期。 水泥掺合量一般为200~250kg/m3，通常采用425#普通硅酸盐水泥。水泥土围护体的设计强度一般要求龄期一个月的无侧限抗压强度不小于0.8MPa。为改善水泥土加固体的性能和提高早期强度，可掺入外掺剂（如早强剂、减水剂）。插筋（一）水土分算二、土压力计算适用于土的渗透性较好的土层，如砂土、粉土和粉质粘土适用于不透水的粘土层，并采用天然重度。（二）水土合算悬臂式柔性围护墙三、基本验算（1）抗倾覆验算（图a）；（2）整体圆弧滑动稳定验算（图b）；（3）抗滑验算（图c）；（4）抗渗稳定验算（图d）；（5）墙体结构强度验算;（6）挡墙水平位移估算。d）（二）抗滑验算抗滑指沿围护墙底面的滑动，验算公式为：KHL≥1.2c0、0—墙底土层的内聚力、内摩擦角注：不宜采用以下公式计算抗滑安全系数（一）抗倾覆验算式中Kq≥1.2W—墙体自重；Ea—主动土压力合力；Ep—被动土压力合力；B/2B/2Ea（三）整体圆弧滑动稳定验算采用瑞典条分法，按圆弧滑动面考虑，土体抗剪强度可采用总应力法计算：Kz－应根据经验确定，无经验时可取1.3。注：一般最危险滑动面取在墙底以下0.5～1.0m，滑动圆心位置一般在墙上方，靠近基坑内侧。（四）抗渗稳定验算ic—坑底土的临界水力梯度Ks≥1.5~2.0，坑底土透水性大时取大值。i—坑底土的渗流水力梯度，最短渗径流线总长度(m)，如当防渗帷幕长度范围内各层土的渗透性相差不大时，但当此范围内有渗透性较大土层，如砂土、松散填土或多裂隙土，计算L时应扣除这些层厚度。Dwhw透水层不透水层

当坑底下为砂土时，需验算墙角渗流向上溢出处的渗流坡降，以防止出现流砂现象。这里采用以下方法：（五）墙体结构强度验算1.压应力验算2.拉应力验算式中0——基坑重要性系数；cs——水泥土墙平均重度，取18～19kN/m3；

z——墙顶至计算截面的深度；

M——单位长度水泥土墙截面弯矩设计值；

W——水泥土墙截面模量；

fcs—水泥土开挖龄期抗压强度设计值。（按《建筑基坑支护技术规程－JGJ120-99》）（六）墙体水平位移估算lode=支护入土段变形+q0hq0loy0hd悬臂段变形第四节排桩或地下连续墙式支护结构设计

排桩或地下连续墙式支护结构的设计包括围护桩墙、内支撑（或土层锚杆）两方面。

设计计算内容包括土体稳定性验算和结构内力计算（即内力变形计算和构件截面尺寸设计）。要求掌握土体稳定性验算的基本理论。稳定性验算的内容有：(一)整体稳定性验算(二)坑底抗隆起稳定验算(三)抗渗验算(四)坑底土抗承压水验算。一、围护桩墙设计(一)整体稳定性验算采用圆弧滑动简单条分法，同重力式挡墙。(二)坑底抗隆起稳定验算

以围护桩墙底的平面作为地基极限承载力验算的基准面，参照Prandtle和Terzaghi求单位宽度的地基极限承载力的公式，如图：——抗隆起稳定安全系数，一般要求不得小于1.7～2.51——坑外地表至围护墙底，各土层重度的厚度加权平均值2——坑内开挖面至围护墙底，各土层重度的厚度加权平均值用Prandtl-Reissner公式时：用Terzaghi公式则为c、φ分别为围护墙底以下滑移线场影响范围内地基土粘聚力、内摩擦角h0—基坑开挖深度D—围护墙在基坑开挖面以下的插入深度q—坑外地面超载（三）抗渗验算

设防渗帷幕时，计算至防渗帷幕底；围护墙自防水时，计算至围护墙底，计算理论同重力式挡墙。即Dw式中：其中注：当渗透路径范围内有渗透性较大土层，如砂土、松散填土或多裂隙土，计算L时应扣除这些层厚度。（四）坑底土抗承压水稳定性验算基坑开挖面以下有承压水层时，应按下式验算坑底土抗承压水稳定性。注：验算公式中偏安全，未考虑上覆土层与围护桩墙之间的摩擦力影响。Ky—坑底土抗承压水头稳定安全系数，一般不小于1.05pcz—基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的总自重压力pwy—承压水层的水头压力二、内力变形计算

桩墙结构的内力变形可按平面问题来简化计算，排桩计算宽度可取排桩的中心距，地下连续墙计算宽度可取单位宽度。目前工程实践中内力变形计算应用较多的是极限平衡法和弹性支点法（竖向弹性地基梁法）。

极限平衡法假定作用于围护桩墙前后的土压力达到被动土压力和主动土压力，在此基础上进行力学简化.

弹性支点法假定作用于桩墙后的侧压力已知，一般在坑底以上按朗金主动土压力来考虑，开挖面以下按矩形分布，大小等于开挖面处的朗金主动土压力。作用于桩墙前开挖面以下的土体抗力通常按“m”考虑。第五节土钉墙支护结构设计一、加固机理（1）提高原位土体强度（2）土与土钉间相互作用（3）面层土压力分布加固2.土钉墙的稳定验算（1）外部稳定加固区抗滑移加固区抗倾覆FFG加固区地基稳定FG深层整体失稳（2）内部稳定土钉拔出加筋区内整体失稳T【例】某工程