排桩支护-写作提纲

PAGEword文档可自由复制编辑摘要随着我国经济和城市建设的高速发展，特别是市政工程和高层建筑的大量兴建，基坑工程越来越多，基坑的开挖深度也越来越深，规模和复杂程度不断加大。为了保证基坑周围土体不变形、周边建筑物的安全和基坑边坡的稳定，必须对基坑边坡的稳定性和土压力进行分析，研究基坑边坡治理方案。兰州某基坑BC段开挖深度为12m，场地工程地质条件复杂，上部为杂壤土，中间是卵石层，下部基岩为性质较差的无胶结风化砂岩，地下水埋藏浅。本文运用圆弧条分法、朗肯土压力理论分别对基坑边坡稳定性和土压力进行了分析，从而决定采用排桩支护和止水帷幕的治理方案对基坑边坡进行支护。最后对基坑的施工方案和监测方案做了简要设计。基于前人关于基坑工程研究与实践的基础，相信在以后的基坑工程实践中，伴随我国经济建设的高速发展，基坑工程技术水平将会不断提高与完善。加关键词：基坑工程；稳定性；土压力；排桩支护；止水帷幕AbstractKeywords:Excavation;Stability;EarthPressure;RowPiles;SealingCurtain

目录1绪论 11.1基坑工程发展简况 11.2基坑工程概述 21.2.1基坑工程支护体系的效用和要求 21.2.2基坑工程的主要特点 21.2.3基坑支护形式分类及适用范围 31.3排桩支护体系概述 71.3.1排桩围护体的种类与特点 71.3.2排桩围护体的止水 81.3.3排桩围护体的应用 91.4本设计的主要内容及技术流程图 101.4.1本设计的主要内容 101.4.2技术流程图 112工程概况 122.1工程简介 122.2工程地质条件 122.3结构体系和布置 132.3.1结构体系 132.3.2结构布置 133土压力计算分析 153.1概述 153.1.1土压力的类型 153.1.2土压力与位移的关系 163.2朗肯土压力理论 173.2.1朗肯主动土压力 173.2.2朗肯被动土压力 183.3土压力计算 193.3.1土压力系数计算 193.3.2局部荷载作用影响范围 193.3.3主动土压力计算 203.3.4被动土压力计算 213.3.5水压力计算 224支护前稳定性分析 234.1概述 234.2影响边坡稳定性的因素 244.3基坑支护前稳定性计算 254.3.1软弱滑动面的确定 254.3.2最小安全系数的计算公式 254.3.3稳定性计算 265排桩支护结构设计 285.1概述 285.1.1排桩选型和适用范围 285.1.2结构分析方法 295.1.3计算工况 315.2排桩嵌固深度设计 315.2.1概述 315.2.2支挡结构嵌入深度较浅时的计算方法 315.2.3嵌固深度计算 325.3排桩桩径与桩距的设计 365.3.1排桩桩径 365.3.2排桩桩距 365.4桩截面配筋设计 365.5止水帷幕设计 375.5.1地下水概况 375.5.2止水帷幕的设置原则 375.5.3止水帷幕设计 386支护后稳定性验算 406.1基坑失稳的主要形态 406.2基坑边坡整体稳定性验算 406.3基坑底部土体抗隆起稳定性分析 436.4基坑渗流稳定性分析 437排桩支护的施工方案和监测方案 457.1施工方案 457.1.1编制依据 457.1.2工程概况 457.1.3施工工艺 46（1）支护桩施工工艺 477.1.4工程施工进度计划和保证措施 507.1.5工程质量保证体系及措施 517.1.6安全文明施工措施及方案 537.2监测方案 567.2.1监测目的及内容 567.2.2监测工期与监测频率 577.2.3提交的即时报告和监测报告 577.2.4质量保证和控制 587.2.5业主与施工单位应提供的配合要求 597.2.6文明生产与安全生产 59结论与建议 60结论 60建议 60致谢 61参考文献 62word文档可自由复制编辑1绪论1.1基坑工程发展简况基坑工程主要包含岩土工程勘察、基坑支护结构的设计和施工、地下水控制、基坑土方开挖、工程监测和周围环境保护等内容，通常有开挖和支护系统两大工艺体系，其主要作用是为各种建筑物和构筑物的地下结构施工创造条件。近30年来，随着我国城市建设的迅猛发展，高层、超高层建筑不断涌现，地铁车站、铁路客站、明挖隧道、市政广场、桥梁基础等各类大型工程日益增多，地下空间开发规模越来越大，都极大地推动了基坑工程理论和技术水平的快速发展，在基坑支护结构、地下水控制、基坑监测、信息化施工、环境保护等诸多方面呈现出过去难以涉猎的新特点以及前所未有的新趋势。（1）基坑尺度大深化近年来我国基坑深度已发展至30m以上，如上海市地下空间开发面积达10~30万平方米的地下综合体项目近年来多达几十个，基坑开挖面积一般可达2~6万平方米，如上海仲盛广场基坑开挖面积为5万平方米；天津市117大厦基坑面积为9.6万平方米，上海虹桥综合交通枢纽工程开挖面积达35万平方米等；基坑的深度也越来越深，一般基坑深度为16~25米以上，如天津津塔挖深23.5米，苏州东方之门最大挖深22米，而上海世博（2）变形控制严格化大量的基坑工程主要集中在繁华市区，由于周围存在建筑物、地下管线、既有隧道、道路桥梁等复杂环境条件，流变性土体、高地下水位等不良地质条件，使得这些基坑工程不仅要保证支护结构及基坑本身的安全，还要严格控制基坑开挖引起的周围土体变形，以保证邻近建筑物和构筑物的安全和正常使用。随着对位移要求越来越严格，基坑工程正在从传统的稳定控制设计向以变形控制设计方向发展。（3）支护形式多样化基坑的支护形式已从早期的放坡开挖，发展至现在的多种支护方式。目前常用支护形式主要有：放坡开挖；土钉墙支护和复合土钉墙支护；悬臂式排桩墙支护结构；内撑式排桩墙支护结构；锚拉式排桩墙支护结构；水泥土重力式支护结构；型钢水泥土墙支护结构；地下连续墙支护结构；组合型支护结构等。（4）施工监控信息化目前基坑监测技术已从原来的单一参数人工现场监测，发展到现在的多参数远程监测。在基坑施工过程中，根据检测结果，以正确方便地评价出当前基坑的安全等级，然后根据这些评判结果，采取相应的工程措施，及时指导施工，减少工程失效概率，确保工程安全、顺利的进行，施工监控信息化愈显重要。随着基坑开挖深度和规模的增大，基坑工程的难度更加突出。近些年来，基坑工程在技术上取得了长足的进步，但也有不少失败的案例，轻则造成邻近建筑物开裂、倾斜，道路沉陷、开裂，地下管线错位，重则造成邻近建筑物倒塌和人员伤亡，不但延误了工期，而且产生了不良的社会影响。究其原因，在地质勘察、设计计算、施工和监测等方面均存在不足，这些对基坑工程的进一步发展提出了挑战。1.2基坑工程概述1.2.1基坑工程支护体系的效用和要求基坑工程支护体系的效用是：提供基坑土方开挖和地下结构工程施工作业的空间，并控制土方开挖和地下结构工程施工对周围环境可能造成的不良影响。为满足上述效用，对基坑工程支护体系有如下要求：（1）在土方开挖和地下结构工程施工过程中，基坑四周边坡稳定，提供足够的土方开挖和地下结构工程施工的空间，而且支护体系的变形也不会影响土方开挖和地下结构工程施工。（2）土方开挖和地下结构工程施工范围内的地下水位降至利于土方开挖和地下结构工程施工的水位。（3）因地制宜控制支护体系的变形，控制坑外地基中地下水位，控制由支护体系的变形、基坑挖土卸载回弹、坑内外地下水位变化、抽水可能造成的土地流失等原因造成的基坑周围地基的附加沉降和附加水平位移。（4）当基坑紧邻市政道路、管线、周边建筑物和构筑物时，应严格控制基坑支护体系可能产生的变形，严格控制坑外地基中地下水位可能产生的变化范围。（5）对基坑支护体系允许产生的变形量和坑外地基中地下水位允许的变化范围应根据基坑周围环境保护要求确定。1.2.2基坑工程的主要特点（1）基坑支护体系是临时结构，具有较大的风险性。除少数基坑支护结构同时用作地下结构的“二墙合一”支护结构外，基坑支护结构一般是临时结构。临时结构与永久性结构相比，设计标准考虑的安全储备较小，因此基坑工程具有较大的风险性，对设计、施工和管理各个环节提出了更高的要求。（2）岩土工程条件区域性强。场地工程地质条件和水文地质条件对基坑工程性状具有极大的影响。软粘土地基、砂性土地基、黄土地基等地基中的基坑工程性状差别很大。同时软粘土地基，天津、上海、杭州、宁波、温州、福州、湛江、昆明等各地软粘土地基性状也有较大差异。地下水，特别是承压水对基坑工程性状影响差异也很大。基坑工程具有很强的区域性。（3）环境条件影响大。基坑工程不仅与场地工程地质条件和水文地质条件有关，还与周围环境条件有关。如周围环境条件较复杂，需要保护周围的地下周边的建筑物和构筑物，需要严格控制支护结构体系的变形，基坑工程设计需要按变形控制设计。如基坑处在空旷处，支护结构体系的变形不会对周边环境产生不良影响，基坑工程设计可按稳定控制设计。基坑工程设计程序一定要重视周边环境条件的影响。（4）时空效应强。基坑工程空间大小和形状对支护体系受力具有较大影响，基坑土方开挖顺序对基坑支护体系受力也具有较大影响，因此基坑工程的时空效应强。土具有蠕变性，随着蠕变的发展，变形增大，抗剪强度降低，因此基坑工程具有时间效应。在基坑支护设计和土方开挖中要重视和利用基坑工程时空效应。（5）设计计算理论不完善，需重视概念设计理念。作用在支护结构上的主要荷载是土压力。一方面，作用在支护结构上的土压力大小与土的抗剪强度、支护结构的位移、作用时间等因素有关，很复杂，加之基坑支护结构本身又是一个很复杂的体系，基坑支护结构设计计算理论不完善，基坑支护结构设计中应重视概念设计理论；另一方面，基坑支护设计中不仅涉及土力学中稳定、变形和渗流三个基本课题，而且涉及岩土工程和结构工程两个学科。基坑支护结构体系受力复杂，要求设计人员系统地掌握岩土工程和结构工程方面的知识。（6）系统性强。基坑支护结构设计，支护结构施工，土方开挖，地下结构施工是一个系统工程。支护结构设计应考虑施工条件的许可性，尽量便于施工。支护结构设计应对基坑工程施工组织提出要求，对基坑监测和变形允许值提出要求。基坑工程需要加强监测，实行信息化施工。（7）环境效应强。基坑支护体系的变形和地下水位下降都可能对基坑周边的道路、地下管线和建筑物产生不良影响，严重的可能导致破坏。基坑工程环境效应，设计和施工一定要予以重视。1.2.3基坑支护形式分类及适用范围在基坑工程中应用的支护形式很多，对基坑支护工程形式进行合理分类中，包括各种支护形式是很困难的。这里将基坑工程常用的支护形式分为下述四大类：（1）放坡开挖及简易支护放坡开挖及简易支护的支护形式主要包括：放坡开挖；放坡开挖为主，辅以坡脚采用短桩、隔板及其他简易支护；放坡开挖为主，辅以喷锚网加固等，如图1-1所示。（a）放坡开挖（b）放坡开挖和简易木桩围护图1-1放坡开挖及简易支护（2）加固边坡土体形成自立式支护对基坑边坡土体进行土质改良或加固，形成自立式支护。包括：水泥土重力式支护结构；各类加筋水泥土墙支护结构；土钉墙支护结构；复合土钉墙支护结构；冻结法支护结构等，如图1-2所示。（a）复合土钉墙支护结构（b）下段重力式挡土墙支护图1-2加固边坡土体形成自立式支护（3）挡墙式支护结构挡墙式支护结构又可分为悬臂式挡墙式支护结构、内撑式挡墙式支护结构和锚拉式挡墙式支护结构三类。另外还有内撑与锚拉相结合挡墙式支护结构等形式。挡墙式支护结构中常用的挡墙形式有：排桩墙、地下连续墙、板桩墙、加筋水泥土墙等。排桩墙中常采用的桩型有：钻孔灌注桩、沉管灌注桩等，也有采用大直径薄壁筒桩、预制桩等不同桩型。（4）其他形式支护结构其他形式支护结构常用形式有：门架式支护结构、重力式门架支护结构、拱式组合型支护结构、沉井支护结构等。每种支护形式都有一定的适用范围，而且随工程地质和水文地质条件，以及周围环境条件的差异，其合理支护高度可能产生较大的差异。如：当土质较好，地下水位以上十多米深的基坑可能采用土钉墙支护，而软粘土地基土钉墙支护极限高度只有5m左右，且变形较大。常用基坑支护形式分类及适用范围如表1.1所示。对表中提及的适用范围应慎重，应根据当地经验合理选用。表1.1常用基坑支护形式分类及适用范围类别支护形式适用范围备注放坡开挖及简易支护放坡开挖地基土质较好，地下水位低，或采取降水措施，以及施工现场有足够放坡场所的工程。允许开挖深度取决于地基土的抗剪强度和边坡坡度费用较低，条件许可时采用放坡开挖为主，辅以坡脚采用短桩、隔板及其他简易支护基本同放坡开挖。坡脚采用短桩、隔板及其他简易支护，可减小放坡占用场地面积，或提高边坡稳定性放坡开挖为主，辅以喷锚网加固基本同放坡开挖。喷锚网主要用于提高边坡表层土体稳定性加固边坡土体形成自立式围护加固边坡土体形成自立式围护水泥土重力式支护结构可采用深层搅拌法施工，也可采用旋喷法施工。适用土层取决于施工方法。软粘土地基中一般用于支护深度小于6m的基坑可布置成格栅状，支护结构宽度较大，变形较大加筋水泥土墙支护结构基本同水泥土重力式支护结构，一般用于软粘土地基中深度小于6m的基坑常用型钢、预制钢筋混凝土T形桩等加筋材料。采用型钢加筋需考虑回收土钉墙支护结构一般适用于地下水位以上或降水后的基坑边坡加固。土钉墙支护临界高度主要与地基土体的抗剪强度有关。软粘土地基中应控制使用，一般可用于深度小于5m、而且可允许产生较大的变形的基坑可与锚、撑式排桩墙支护联合使用，用于浅层支护复合土钉墙支护结构基本同土钉墙支护结构复合土钉墙形式很多，应具体情况，具体分析冻结法支护结构可用于各类地基应考虑冻融过程中对周围的影响，全过程中电源不能中断，以及工程费用等问题挡墙式支护结构悬臂式排桩墙支护结构基坑深度较浅，而且可允许产生较大变形的基坑。软粘土地基中一般用于深度小于6m的基坑常辅以水泥土止水帷幕排桩墙加内撑式支护结构适用范围广，可适用于各种土层和基坑深度。软粘土地基中一般用于深度大于6m的基坑常辅以水泥土止水帷幕地下连续墙加内撑式支护结构适用范围广，可适用于各种土层和基坑深度。一般用于深度大于10m的基坑加筋水泥土墙加内撑式支护结构适用土层取决于形成水泥土施工方法。SMW工法三轴深层搅拌机械不仅适用于粘性土层，也能用于砂性土层的搅拌；TRD工法则适用于各种土层，且形成的水泥土连续墙水泥土强度沿深度均匀，水泥土连续墙连续性好，加固深度可达60m采用型钢加筋需考虑回收。TRD工法形成的水泥土连续墙连续性好，止水效果好排桩墙加锚拉式支护结构砂性土地基和硬粘土地基可提供较大的锚固力。常用于可提供较大的锚固力地基中的基坑。基坑面积大，优越性显著；采用浆囊式锚杆可用于软粘土地基尽量采用可拆式锚杆地下连续墙加锚拉式支护结构常用于可提供较大的锚固力地基中的基坑。基坑面积大，优越性显著其他形式支护结构门架式支护结构常用于开挖深度已超过悬臂式支护结构的合理支护深度，但深度也不是很大的情况。一般用于软粘土地基中深度7m~8m，而且可允许产生较大的变形的基坑重力式门架支护结构基本同门架式支护结构对门架内土体采用深层搅拌法加固拱式组合型支护结构一般用于软粘土地基中深度小于6m、而且可允许产生较大的变形的基坑辅以内支撑可增加支护高度、减小变形沉井支护结构软土地基中面积较小且呈圆形或矩形等较规则的基坑1.3排桩支护体系概述排桩围护体是利用常规的各种桩体，例如钻孔灌注桩、挖孔桩、预制桩及混合式桩等并排连续起来形成的地下挡土结构。1.3.1排桩围护体的种类与特点按照单个桩体成桩工艺的不同，排桩围护体桩型大致有以下几种：钻孔灌注桩、预制混凝土桩、挖孔桩、压浆桩、SMW工法（型钢水泥土搅拌桩）等。这些单个桩体可在平面布置上采取不同的排列形式形成挡土结构，来支挡不同地质和施工条件下基坑开挖时的侧向水土压力。图1-3中列举了几种常用排桩围护体形式。其中，分离式排列适用于无地下水位较深，土质较好的情况。在地下水位较高时应与其它防水措施结合使用，例如在排桩后面另行设置止水帷幕。一字形相切或搭接排列式，往往因在施工中桩的垂直度不能保证及桩体扩颈等原因影响桩体搭接施工，从而达不到防水要求。当为了增大排桩围护体的整体抗弯刚度时，可把桩体交错排列，见图1-3（c）所示。有时因场地狭窄等原因，无法同时设置排桩和止水帷幕时，可采用桩与桩之间咬合的形式，形成可起到止水作用的排桩围护体，图1-3（d）所示。相对于交错式排列，当需要进一步增大排桩的整体抗弯刚度和抗侧移能力时，可将桩设置成为前后双排，将前后排桩桩顶的帽梁用横向连梁连接，就形成了双排门架式挡土结构，图1-3（e）所示。有时还将双排桩式排桩进一步发展为格栅式排列，在前后排桩之间每隔一定的距离设置横隔式的桩墙，以寻求进一步增大排桩的整体抗弯刚度和抗侧移能力设置。（a）分离式排桩；（b）相切式排桩；（c）交错式排列（d）咬合式排桩；（e）双排式排桩；（f）格栅式排列图1-3排桩围护体的常见形式因此，除具有自身防水的SMW桩型挡墙外，常采用间隔排列与防水措施结合，具有施工方便，防水可靠，成为地下水位较高软土地层中最常用的排桩围护体形式。1.3.2排桩围护体的止水对图1-3所示的各种形式，仅图1-3（d）所示的咬合式排桩兼具止水作用，其它形式都没有隔水的功能。当在地下水位高的地区应用除咬合桩排桩以外的排桩围护体时，还需另行设置止水帷幕。最常见的止水帷幕是采用水泥搅拌桩（单轴、双轴或多轴）相互搭接、咬合形成一排或多排连续的水泥土搅拌桩墙，由于搅拌均匀的水泥土渗透系数很小，可作为基坑施工期间的止水帷幕。止水帷幕应设置在排桩围护体背后，如图1-4（a）所示。当因场地狭窄等原因，无法同时设置排桩和止水帷幕时，除可采用咬合式排桩围护体外，也可采用图1-4（b）所示的方式，在两根桩体之间设置旋喷桩，将两桩间土体加固，形成止水的加固体。但该方法常因桩距大小不一致和旋喷桩沿深度方向因土层特性的变化导致的旋喷桩体直径不一而导致渗漏水。此时，也可采用图1-4（c）、（d）所示的咬合型止水，其中图1-4（c）中，先施工水泥土搅拌桩，在其硬结之前，在每两组搅拌桩之间施工钻孔灌注桩，因灌注桩直径大于相邻两组搅拌桩之间净距，因此可实现灌注桩与搅拌桩之间的咬合，达到止水的效果；而在图1-4（d）中，则是利用先后施工的灌注桩的混凝土咬合，达到止水的目的。当采用双排桩时，视场地条件，可在双排桩之间或之后设置水泥搅拌桩止水帷幕，分别于图1-4（e）、（f）所示。（a）连续型止水；（b）分离式止水；（c）咬合型止水形式1（d）咬合型止水形式2；（e）双排桩止水帷幕形式1；（f）双排桩止水帷幕形式2图1-4排桩围护体的止水措施采用水泥搅拌桩排桩止水帷幕相对比较经济，按一般的工程经验，该法在基坑深度为9~10以内时，通常只需设一排搅拌墙止水，当深度超过10m或环境条件有特殊要求时，可增至2排搅拌桩，甚至在钻孔桩之间再补以压密注浆。目前国内深层搅拌桩成桩深度一般不超过15~18m，所以，对于防渗深度超过此施工限制时，需另外选择止水措施，例如采用三轴SMW工法，目前国内施工深度可达35m左右，近期引进了日本的新设备，例如可逐节接长钻杆的超深SMW工法，成墙深度可达60m，以及TRD工法，成墙深度也可达60m以上。抗渗墙的深度应根据抗渗流或抗管涌稳定性计算确定，墙底通常应进入不透水层3m~4m，并应满足抗渗稳定的要求。防渗墙应贴近围护墙，其净距不宜大于200mm。帷幕墙顶面及与围护墙之间的地表面应设置混凝土封闭面层，防止地表水渗入，当土层的渗透性较大且环境要求严格时，宜在防渗墙与围护墙之间注浆，防渗墙的渗透系数不宜大于10-6cm/s。渗透系数应根据不同的地质条件采用不同的水泥含量，经试验确定，常用的水泥含量为10%~12%1.3.3排桩围护体的应用排桩围护体与地下连续墙相比，其优点在于施工工艺简单，成本低，平面布置灵活，缺点是防渗和整体性较差，一般适用于中等深度（6~10m）的基坑围护，但近年来也应用于开挖深度20m以内的基坑。其中压浆桩适用的开挖深度一般在6m以下，在深基坑工程中，有时与钻孔灌注桩结合，作为防水抗渗措施，见图1-4d。采用分离式、交错式排列式布桩以及双排桩时，当需要隔离地下水时，需要另行设置止水帷幕，这是排桩围护体的一个重要特点，在这种情况下，止水帷幕防水效果的好坏，直接关系到基坑工程的成败，须认真对待。非打入式排桩围护体与预制式板桩围护体相比，有无噪声、无振害、无挤土等许多优点，从而日益成为国内城区软弱地层中中等深度基坑（6~15m）围护的主要形式。钻孔灌注桩排桩围护体最早在北京、广州、武汉等地使用，以后随着防渗技术的提高，钻孔灌注桩排桩围护体适用的深度范围已逐渐被突破。如上海港汇广场基坑工程，开挖最深达15m之多，采用1000φφ钻孔围护桩及两排深层搅拌桩止水的复合式围护，取得了较好的效果。此外，天津仁恒海河广场，基坑开挖深度达17.5m，采用1φ1200钻孔围护桩，并采用三轴水泥搅拌桩机设置了1850@650、33m深止水帷幕（止水帷幕截断第一承压含水层），工程也获得了很好的效果。SMW（SoilMixingWall）工法在日本东京大阪等软弱地层中的应用非常普遍，适应的开挖深度已达几十米，与装配式钢结构支撑体系相结合，工效较高。在引进改工法的初期，由于该工法由于钻机深度所限（<20m），所以在国内应用较少。1994年，同济大学会同上海基础工程有限公司把该工法首次应用于上海软弱地层（上海环球世界广场，基坑深8.65m，桩长18m）取得了成功的经验，随着施工机械的发展，该工法正逐渐被推广使用。目前国内施工深度可达35m左右，近期引进了日本的新设备，成墙深度可达60m。挖孔桩常用于软土层不厚的地区，由于常用的挖孔桩桩直径较大，在基坑开挖时往往不设支撑。当桩下部有坚硬基岩时，常采用在挖孔桩底部加设岩石锚杆使基岩受力为一体，这类工程实例在我国东南沿海地区也有报道。压浆桩也称树根桩，其直径常<400mm，有时也称为小口径混凝土灌注桩，它除了具有一定的强度外，还具有一定的抗渗漏能力。1.4本设计的主要内容及技术流程图1.4.1本设计的主要内容首先收集并熟悉基坑支护的相关资料，简介各种基坑支护结构，重点为排桩支护结构。接着介绍兰州某基坑的工程概况，并用朗肯土压力理论和圆弧条分法分别计算基坑边坡土压力和稳定性，从而决定采用排桩支护形式对基坑边坡进行支护。在排桩支护结构中，应确定排桩嵌固深度、桩径与桩距、桩截面配筋等，并设计止水帷幕。在完成排桩支护设计后应验算支护后稳定性是否满足要求，包括支护后整体稳定性验算、基坑底部土体抗隆起稳定性验算和抗渗流稳定性验算。最后做出简要的施工方案和监测方案。1.4.2技术流程图技术流程图如图1-3所示。绪论绪论工程概况土压力计算分析主动土压力计算被动土压力计算支护前稳定性分析排桩支护结构设计嵌固深度设计桩径与桩距设计桩截面配筋设计止水帷幕设计支护后稳定性验算施工方案和监测方案图1-3技术流程图2工程概况2.1工程简介拟建兰州某基坑位于兰州市城关区繁华地段的南关什字东南角，是兰州市标志性建筑物；北临庆阳路、西接酒泉路、南靠中街子、东邻兰州交通银行（15F）及其配套附属用房（8F）和地下设备用房。由兰州民百集团股份有限公司投资建设，占地面积78m×115m，设计主楼56层，裙楼12层，设3层地下室。建筑场地现状地面绝对标高在1520.22m～1521.34m，设计正负0.000标高为1521.10m，基坑实际开挖深度可统一按12m考虑。基坑周围有道路和大量管线分布，且部分地段相邻地下室或地下通道，整个基坑规模较大，长×宽约为120m×70m，周长约为400m工程设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级。地下室顶板作为上部结构的嵌固端。根据抗震规范，抗震设防烈度为八度，设计基本地震加速度值为0.20g，多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.16，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.45s。而《场地安全性评定报告》中多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.23，特征周期为0.35s，房屋面标高以下部分的结构抗震设防类别为重点设防类别。风荷载取100年重现期的基本风压0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。2.2工程地质条件兰州处于青藏高原隆起的东北边缘地带，为第四纪相对较活动的区域，但位于轻微凹陷的兰州-通渭盆岭带的中西部，在晚第三纪至更早世时期处于平原化过程，第三纪剥蚀发育，主要堆积物为第三系砂岩、泥岩，厚度达1850米拟建场地地貌单元上划属黄河南岸Ⅱ级阶地。地面标高变化不大。地层主要由杂填土、黄土状粉土、卵石及砂岩构成，地层岩性特征从上而下依次为：（1）层杂填土：层厚0.50~3.20米（2）黄土层状粉土：层厚0.8~4.0米，层顶埋深0.50~3.20（3）卵石：层厚3.90~7.60米，层顶埋深3.80~5.50米，青灰色，圆形-亚圆形，中密-密实状态，湿。卵石颗粒相互之间交错排列，单粒结构，磨圆性好，级配交均匀，颗粒粒径在2cm~（4）粉砂：层厚0.10~2.90米，层顶埋深3.20~9.80（5）砂岩：揭露层厚4.30~12.0米，层顶埋深7.30~12.0米。橘红色或棕红色，成分以石英、长石为主，中厚层，中密状态，湿，中-场地地下水属潜水类型，主要含水层为卵石层，下部第三系砂岩为隔水底板。地下水水量较丰富，流向自西南至东北，实测稳定水位埋藏深度4.50~6.30米，年水位变化幅度约为0.5~1.0场地主要含水层卵石层渗透系数为30米/2.3结构体系和布置2.3.1结构体系针对建筑的平立面特点和使用功能，考虑到项目所在地属于高烈度区，塔楼采用了矩形钢管混凝土柱-钢梁-钢骨混凝土核心筒结构体系。核心筒作为主要的抗侧力体系，能够有效地抵抗水平方向的地震作用和风荷载。外框架不仅提供抗侧力作用，同时也能配合建筑立面的要求。主屋面与停机坪之间楼层高15.30m，为了减小柱子的计算长度，经与建筑专业沟通，沿着竖向每隔5.10m周边斜柱设置一圈边梁，同时在斜柱和核心筒之间设置拉梁，形成整体结构。2.3.2结构布置楼面钢梁单向布置，与外围框架柱之间采用刚接，与核心筒之间采用铰接。地面以上楼板可根据当地施工水平和材料价格等综合考虑，从现浇钢筋混凝土楼板或钢筋桁架自承式组合楼板系统中选用一种。在裙房和塔楼顶部楼板开洞较大的楼层，楼面梁之间增设楼面水平斜撑，以有效传递水平荷载。塔楼核心筒采用钢筋混凝土内筒。塔楼外围框架柱在地下室范围内采用型钢混凝土柱，出地面后采用方钢管柱。建筑立面要求柱子是方的，同时考虑到柱子与平面钢梁及斜支撑连接的便捷性，外围柱采用方钢管混凝土柱，内灌密实高强混凝土。为增强钢管内壁与混凝土之间的粘结，强化钢管对内部混凝土的约束作用，并延缓管壁钢板的局部屈曲，在截面尺寸较大的钢管混凝土柱内壁设置纵向加劲肋或栓钉。裙房入口处建筑立面存在一个斜切面，塔楼顶部层46起对称设有2个斜切面，结合立面效果在斜切面上布置斜框架柱。为更好发挥建筑的使用功能，增加下部商场的使用空间，层12通过设置桁架转换进行轴柱转换。3土压力计算分析3.1概述随着城市高层建筑越来越多，城市建筑基坑设计也越来越深，为了维护基坑开挖边坡的稳定，常需要设置临时性或永久性的支护体系。作用于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，特别是在大型深基坑的开挖中能较正确地估计土压力，对于确保工程的顺利施工具有十分重要的意义。土压力是指支挡结构后的土体因自重或外荷载作用对支护结构体产生的侧压力。由于土压力是支挡结构的主要外荷载，因此在基坑支护设计时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。3.1.1土压力的类型根据支护结构的位移方向和大小的不同，将存在有三种不同极限状态的土压力，如图3-1所示。一般分为：静止土压力、主动土压力与被动土压力。(a)(b)(c)（a）静止土压力；（b）主动土压力；（c）被动土压力图3-1三种不同极限状态的土压力（1）静止土压力。当支挡结构在土压力作用下静止不动，土体处于弹性平衡状态时，作用于支挡结构上的土压力称为静止土压力。如建筑物地下室的外墙，由于横墙与楼板的支撑作用，墙体的变形很小，可以忽略不计，此时作用于墙上的土压力可认为是静止土压力，通常用E0来表示，如图3-1a所示。（2）主动土压力。当支挡结构在土压力的作用下，将向基坑内移动或绕前趾向基坑内转动，随着位移的增加，土体中的应力差将随之加大，则作用于挡土结构的土压力就逐渐减小。当位移达到一定量值时，其后土体开始形成滑裂面，应力达到极限平衡状态，这时作用于支挡结构上的土压力处于最小值，称为主动土压力，通常用Ea来表示，如图3-1b所示。进入主动土压力状态的位移量一般是比较小的，表3-1列出了位移的参考值。表3-1产生主动和被动土压力所需要的位移量土类应力状态位移形式所需位移量砂土主动平移0.001h被动平移0.001h主动绕前趾转动0.05h被动绕前趾转动0.1h粘土主动平移0.004h被动绕前趾转动0.004h（3）被动土压力。当支挡结构在外荷载作用下（如支撑于其上的拱结构、支撑等的推力等），将向填土方向移动或转动。随着位移的增加，土体阻止其变位的抗力将增加，应力水平随之提高，使作用于结构上的土压力逐渐增加。当位移达到一定量值时，则土体中亦将形成一个滑裂面，应力达到极限平衡，这时作用于支挡结构上的土压力处于最大值，称为被动土压力，通常用Ep来表示，如图3-1c所示。进入被动土压力状态的位移量比主动状态要大得多。表3-1给出了粘土进入被动状态时的位移参考值。3.1.2土压力与位移的关系在基坑工程中，主动土压力极限状态一般较易达到，而达到被动土压力极限状态则需要较大的土体位移，如图3-2所示。因此，应根据围护墙与土体的位移情况和采取的施工措施等因素确定土压力的计算状态。设计时的土压力取用值应根据围护墙与土体的位移情况分别取主动土压力极限值、被动土压力极限值或主动土压力提高值、被动土压力降值低（如采用弹性地基反力）等。对于无支撑或锚杆的基坑支护(如板桩、重力式挡墙等)，其土压力通常可以按极限状态的主动土压力进行计算；当对支护结构水平位移有严格限制时，如出于环境保护要求对基坑变形有严格限制，采用了刚度大的支护结构体系或本身刚度较大的圆形基坑支护结构等，墙体的变位不容许土体达到极限平衡状态，此时主动侧的土压力值将高于主动土压力极限值。对此，设计时宜采用提高的主动土压力值，提高的主动土压力强度值理论上介于主动土压力强度Pa与静止土压力强度P0之间。对环境位移限制非常严格或刚度很大的圆形基坑，可将主动侧土压力取为静止土压力值。基坑支护中的土压力计算与刚性挡墙后土有诸多相似与不同之处：基坑支护中土多为原状土，而非可选择的回土；基坑开挖是一个卸载的过程，导致一般土工试验由加载得出的土的强度指标可能不适用；基坑开挖一般不是二维问题，而是有很强的空间性；基坑中地下水导致土侧压力计算的不确定、土抗剪强度的降低甚至直接导致基坑失事等。同时，又由于深基坑支护结构常采用的支护方式都属于柔性围护墙，其刚度较小，墙体在侧向土压力的作用下会发生明显挠曲变形，因而会影响土压力的大小和分布。对于这种类型的围护墙，墙背受到的土压力成曲线分布，在一定条件下计算时可简化为直线分布。图3-2土压力与支护结构水平位移的关系3.2朗肯土压力理论1857年英国学者朗肯（Rankine）从研究弹性半空间体内的应力状态，根据支挡结构的移动方向，由土体内任一点的极限平衡状态推导出了作用于支挡结构上的土压力的方法，又称为极限应力法。该理论做如下假定：（1）墙身是刚性的，不考虑墙身的变形；（2）墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平（β=0）；（3）墙背垂直光滑（墙与垂向夹角ε=0，墙与土的摩擦角δ=0）。3.2.1朗肯主动土压力朗肯主动土压力强度ea计算公式如下：对无粘性土ea=Kaγz（3-1）对粘性土ea=Kaγz-2c（3-2）式中，Ka为主动土压力系数，Ka=tan2(45°-)；其余符号同前。无粘性土主动土压力为：Ea=γH2Ka(3-3)由式（3-2）知，粘性土的主动土压力由两部分组成：一部分为土重产生的土压力，即γzKa；另一部分是由内聚力c引起的负侧压力，即2c，这两部分土压力叠加的结果如图3-3所示。可看出两项之和使得墙后土压力在z0深度以上出现负值，即拉应力，但实际上墙与土在很小的拉力作用下就会脱开，出现深度为z0的裂缝，因此，在z0以上可认为土压力为零，z0以下，土压力强度按三角形分布，令式（3-2）中ea=0，可解得：z0=(3-4)总主动土压力Ea应为三角形的面积，即：Ea=γH2Ka-2cH+c（3-5）（a）（b）（c）（a）主动土压力；（b）无粘性土；（c）粘性土图3-3主动土压力强度分布图3.2.2朗肯被动土压力如图3-4所示，被动土压力强度ep为：ep=σzKp+2c（3-6）Kp=tan2（45°+）（3-7）式中，Kp为被动土压力系数。朗肯土压力理论是库仑土压力理论的一个特例，但由于朗肯土压力理论计算方便，便于工程实际，故目前工程中，对作用于支挡结构上的土压力，绝大多数是采用朗肯土压力理论进行计算的。无粘性土的被动土压力为：Ep=γH2Kp（3-8）粘性土的被动土压力为：Ep=γH2Kp+2cH（3-9）其形心位置距底面的距离为。朗肯土压力理论应用半空间中的应力状态和极限平衡理论的概念比较明确，公式简单便于记忆，对于无粘性土和粘性土都可以用该公式直接计算，应用较广。但其忽略了墙背与填土间的摩擦影响，因此计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小。（a）(b)(c)（a）被动土压力；（b）无粘性土；（c）粘性土图3-4被动土压力强度分布图3.3土压力计算基坑BC端开挖深度为12m，下部基岩为性质较差的无胶结风化砂岩。各土层的厚度如图3-5所示。3.3.1土压力系数计算3.3.2局部荷载作用影响范围若填土表面有有局部荷载q作用时，则q对墙背产生的附加土压力强度值仍可用朗肯公式计算，即paq=qKa，但其分布范围缺乏在理论上的严格分析。一种近似方法认为，地面局部荷载产生的土压力是沿平行于破裂面的方向传递至墙背上的。z1=tan(45°+)×8.64=14.97mz2=tan(45°+)×20.14=34.88m由于本设计开挖深度为12m，故不考虑局部荷载的影响。3.3.3主动土压力计算图3-5各土层厚度3.3.4被动土压力计算3.3.5水压力计算4支护前稳定性分析4.1概述基坑工程的设计计算一般包括三方面的内容，即稳定性验算、支护结构强度设计和基坑变形计算。稳定性验算是指分析基坑周围土体或土体与围护体系一起保持稳定性的能力；支护结构强度设计是指分析计算支护结构的内力使其满足构件强度设计的要求；变形计算的目的是为了控制基坑开挖对周边环境的影响，保证周边相邻建筑物、构筑物和地下管线等的安全。基坑边坡的坡度太陡，围护结构的插入深度太浅，或支撑力不够，都有可能导致基坑丧失稳定性而破坏。基坑的失稳破坏可能缓慢发展，也有可能突然发生。有的有明显的触发原因，如振动、暴雨、超载或其他人为因素，有的却没有明显的触发原因，这主要由于土的强度逐渐降低引起安全度不足造成的。基坑破坏模式根据时间可分为长期稳定和短期稳定。根据基坑的形式又可分为有支护基坑和无支护基坑破坏。其中有支护基坑围护形式又可分为刚性围护、无支撑柔性围护和带支撑柔性围护。各种基坑围护形式因为作用机理不同，因而具有不同的破坏模式。基坑可能的破坏模式在一定程度上揭示了基坑的失稳形态和破坏机理，是基坑稳定性分析的基础。基坑的失稳形态归纳为两类：一、因基坑土体强度不足、地下水渗流作用而造成基坑失稳，包括基坑内外侧土体整体滑动失稳；基坑底土隆起；地层因承压水作用，管涌、渗漏等等。二、因支护结构(包括桩、墙、支撑系统等)的强度、刚度或稳定性不足引起支护系统破坏而造成基坑倒塌、破坏。基坑的整体稳定计算，按平面问题考虑，并采用圆弧滑动面计算。对不同情况（如不同设计状况、不同验算方法及不同土性指标）的基坑稳定性验算，其危险滑弧均应满足下式要求：K≤(4-1)式中K—抗力分项系数，其取值应根据地区经验加以调整；Md，Mr—作用于危险滑弧面上的总滑动力矩设计值和抗滑力矩标准值，kN.m支护前的基坑稳定性分析，按《土力学》的边坡稳定性验算方法进行验算。采用圆弧滑动法分析基坑稳定性时所需地质资料要能反映基坑顶面以下至少2~3倍基坑开挖深度的工程地质和水文地质条件，因此在验算时又不同于边坡稳定验算的圆弧滑动。4.2影响边坡稳定性的因素边坡的稳定是一个比较复杂的问题，影响边坡稳定性的因素较多，主要有以下几个方面：（1）地形地貌地形地貌与自然边坡稳定性有一定关系。斜坡的坡度、高度和形态是影响边坡稳定性的重要因素。边坡潜在不稳定的地形地貌有：临空面多的山体、陡崖、陡坡、阶地前缘地带。易受水冲刷的河流凹岸地带、泉水出露地段。（2）岩土性质边坡岩土成因类别、矿物成分、原生构造、物理力学性质是影响边坡（特别是土质边坡）稳定性的重要因素之一。这些性质主要有：岩土的坚硬程度，抗剪强度，抗风化和抗软化能力，颗粒大小，形状以及透水性能。其中抗剪强度是控制边坡稳定的主要指标，其它指标是通过改变岩土的抗剪强度而影响边坡的稳定性。（3）岩土结构及构造岩土体的结构面往往是影响岩质边坡稳定的控制因素。岩土体结构面包括层里面、断层面、节理面、劈理面、不整合面、风化界面、卸荷裂隙。岩土体结构面性质包括产状、充填物质、粗糙度、胶结情况及延伸分布等，包括节理、劈理、裂隙的发育程度及分布规律，结构面胶结情况以及软弱面、破碎带的分布与斜坡的相互关系，下伏岩土面的形态和坡向、坡度等。（4）水文地质作用水的作用是影响边坡稳定的一个极为重要的因素，如地下水埋藏条件，流动、潜蚀情况以及动态变化等，其影响主要表现为：增大滑面上的孔隙水压力，相应减小了有效应力，降低了滑面上的抗剪强度。软化岩土体，一定程度降低了岩土抗剪强度，如红粘土等。增加了土体质量，相应加大了净滑动力，坡缘垂直张裂缝充水增加滑动推力。易溶矿物或软弱夹层，在地下水的溶滤作用下，造成化学管涌和机械侵蚀。（5）地震作用地震作用除了岩土体受到地震加速度的作用而增加下滑力外，在地震作用下，岩土中的孔隙水压力增加和岩土体强度降低对斜坡的稳定都不利。（6）气候作用岩土风化速度、风化层厚度以及岩石风化后的机械变化和化学变化，均与气候有关。此外气候引起的降水作用也是影响边坡稳定的重要因素。（7）风化作用风化作用使岩土的强度减弱，裂隙增加，影响斜坡的形状和坡度，使地面水易于侵入，改变地下水的动态等。同时，沿裂隙风化时，可使岩土体脱落或沿斜坡崩塌、堆积、滑移等。（8）人类活动人类活动对边坡稳定性的影响很大。例如：因基坑开挖，人为使边坡变高变陡而临空；地下水位下降，基坑周边岩土体主动土压力增加；水的渗流可能形成管涌，使周围土体形成土洞等，导致岩土体失去稳定性。4.3基坑支护前稳定性计算对于场地条件较好，场地周边无重要建筑的基坑在基坑开挖施工时往往采用直接放坡的形式进行开挖，开挖形成的边坡不做任何支挡；而对于场地条件比较复杂，工程重要等级较高的基坑则需对基坑进行支护。但无论采用何种支护方式，必须保证基坑侧壁在开挖过程中安全，不会出现滑坡、坍塌等安全事故，因此在对基坑侧壁进行稳定性评价时，应该对开挖形成的边坡进行基坑侧壁的稳定性计算。在本设计中，支护前稳定性通过以下方法进行计算。4.3.1软弱滑动面的确定根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330—2002，用式4-2进行边坡塌滑区估算：L=（4-2）圆弧滑动面的确定如图4-1所示，首先边坡塌滑区与地面线的交点A、C，A为剪出口，C为边坡塌滑区，连接AC，作AC的中垂线EF，过C点作铅垂线CD，实际情况下，滑动面圆弧不可能凹进铅垂线CD右侧，故此在EF线上找一点为圆心O，使能作过A点和C点并与CD线相切的弧。此时过A点、C点和以CD为切线可以位移确定一个圆弧AC，该圆弧面定为软弱滑动面。4.3.2最小安全系数的计算公式K=（4-3）图4-1确定圆弧滑动面4.3.3稳定性计算在本设计中基坑开挖深度为12m。根据上述方法确定滑动面，圆弧滑动面及半径的确定如图4-2所示，用圆弧条分法计算列于表4-1。图4-2确定圆弧滑动面及半径表4-1圆弧条分法计算结果编号αi/°土条重量Qi/kNsinαi切向力Ti=Qisinαicosαi法向力Ni=Qicosαitanφi摩阻力Nitanφi总粘聚力cl/kN1234567合计边坡塌滑区估算：最小安全系数：由于K=，故土体不稳定。应在基坑侧壁设置支护结构。5排桩支护结构设计5.1概述排桩支护体系是由排桩、排桩加锚杆或支撑组成的支护结构体系的统称，其结构类型可分为：悬臂式排桩、锚拉式排桩、支撑式排桩和双排桩等（如图5-1所示）。这类支护结构都可用弹性梁与弹性支点法计算模型进行结构分析。排桩支护体系受力明确，计算方法和工程实践相对熟悉，是目前国内基坑工程中应用最多的支护结构形式之一。（a）(b)(c)(d)（a）悬臂式排桩；（b）锚拉式排桩；（c）支撑式排桩；（d）双排桩图5-1排桩支护体系的结构类型排桩平面布置形式一般常采用相隔一定间距的疏排桩布置形式，当基坑需要截水时，可采用排桩与搅拌桩或高压喷射注浆体相互搭接的组合形式，既作为挡土结构又作为挡水的截水帷幕。排桩平面布置也可采用密排的咬合桩形式，同时用于挡土和截水。排桩通常采用混凝土灌注桩（钻孔桩、挖孔桩、冲孔桩），也可采用型钢桩、钢管桩、钢板桩、预制桩和预应力管桩等桩型。5.1.1排桩选型和适用范围（1）选型时应考虑的因素：1）基坑深度；2）土的性状及地下水条件；3）基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构一旦失效可能产生的后果；4）主体地下结构及其基础形式、基坑平面尺寸及形状；5）支护结构施工工艺的可行性；6）施工场地条件及施工季节；7）经济指标、环保要求和施工工期。（2）排桩支护体系的选型和适用范围1）锚拉式排桩锚拉式排桩通过对锚杆施加一定的预应力，可使其产生的水平变形较小；锚杆的位置和层数灵活，通过调整锚杆的位置和层数可使支护桩内力分布较均匀；并且在基坑内形成无障碍空间，便于土方开挖运输和后期主体地下结构施工。当基坑较深或基坑周边环境对支护结构位移的要求严格时，或基坑平面尺寸宽大，不适宜用支撑式排桩时，可采用锚拉式排桩。虽然锚拉式排桩可以给后期土方开挖与主体结构施工提供很大的便利，但在下列情况下不应采用锚拉式结构：①缺少能对锚杆提供足够锚固力且不蠕变的土层；②受基坑周边的建筑物的基础、地下管线、地下构筑物等的防碍，使锚杆在稳定土体内的锚固长度不足；③碎石土、砂土、粉土等土层中地下水位或承压水头较高，锚杆成孔不能避免流砂或注浆液不能形成完整的固结体；④锚杆的施工会对基坑周边建筑物的地基基础造成损害。另外，锚杆长期留在地下，给相邻地域的地下空间使用和开发造成障碍，不符合保护环境和可持续发展的要求。一些国家在法律上禁止锚杆侵入红外线之外的地下区域，但我国大部分地方目前还没有这方面的限制。为此可采用可回收锚杆。2）支撑式排桩仅从技术角度讲，支撑式排桩比锚拉式支挡结构适用范围要宽得多，支撑式排桩易于控制其水平变形，当基坑较深或基坑周边环境对支护结构位移的要求严格时，可采用支撑式排桩。但内支撑的设置给后期施工造成很大障碍。所以，当能用其它支护结构形式时，一般不首选支撑式排桩。3）悬臂式排桩悬臂式排桩顶位移较大，内力分布不理想，但可省去锚杆和支撑，当基坑较浅且基坑周边环境对支护结构位移的限制不严格时，可采用悬臂式排桩。4）双排桩双排桩是一种钢架结构形式，其内力分布特性明显优于单排的悬臂式结构，水平变形也比悬臂式结构小得多，使用的基坑深度比悬臂式结构大一些，但占用场地较宽。当不适合采用其它支护结构形式且在场地条件及基坑深度均满足要求的情况下，可采用双排桩。当基坑周边有受保护的建筑物、地下管线、地下构筑物等时，支护桩的施工应针对受保护对象的特点采取相应措施，不得对其造成损害。5.1.2结构分析方法结构分析应根据支护结构的具体形式与受力、变形特性等因素，采用下列分析方法：（1）平面杆系结构弹性支点法平面杆系结构弹性支点法的分析对象为支护结构本身，不包括土体。土体对支护结构的作用简化为荷载或约束。把支护桩简化为竖向的弹性地基梁，一般都按线弹性体考虑，是目前最常用和成熟的支护结构分析方法，适用于大部分支挡式结构。1）锚拉式排桩将整个结构分解为挡土结构（排桩）、锚拉结构（锚杆及腰梁）分别进行分析。排桩宜采用平面杆系结构弹性支点法进行分析。锚拉结构应以挡土结构分析时得出的支点力为荷载计算锚杆及梁的内力。采用该方法对锚拉式排桩进行结构分析时，首先将挡土结构部分（排桩）取作分析对象，采用平面杆系结构弹性支点法按梁进行分析。土和锚杆对排桩的支撑应简化为弹性支座。腰梁、冠梁的计算较为简单，只需以挡土结构分析时得出的支点力作为荷载，根据腰梁、冠梁的实际约束情况，按简支梁或连续梁算出其内力，将支点力转换为锚杆轴力。2）支撑式排桩将整个结构分解为挡土结构（排桩）与内支撑结构，分别进行分析。排桩采用平面杆系结构弹性支点法进行分析。内支撑结构可按平面结构进行分析，挡土结构传至内支撑的荷载应取挡土结构分析时得出的支点力。首先将挡土结构部分（排桩）取作分析对象，采用平面杆系结构弹性支点法按梁进行分析。土和支撑对排桩的支撑应简化为弹性支座。分解出的内支撑结构按平面结构进行分析，将排桩分析时得出的支点力作为荷载反向加至内支撑上。值得注意的是，将支撑式排桩分解为挡土结构和内支撑结构并分别独立计算时，在其连接处应满足变形协调条件。当计算的变形不协调时，应调整在其连接处简化的弹性支座的弹簧刚度等约束条件，直至满足变形协调。3）悬臂式排桩、双排桩悬臂式排桩、双排桩宜采用平面杆系结构弹性支点法进行结构分析。悬臂式排桩可看作是支撑式和锚拉式排桩的特例，采用平面杆系结构弹性支点法进行结构分析，只是将锚杆或支撑所简化的弹性支座取消即可。（2）空间结构分析方法当有可靠经验时，可采用空间结构分析方法对支护结构进行整体结构分析。按空间结构分析时，整体结构的边界条件应与实际情况一致。（3）结构与土相互作用的分析方法当理论或试验数据可靠时，可采用结构与土相互作用的分析方法对支护结构与土进行整体分析。5.1.3计算工况支挡式结构设计时应对下列工况进行计算，并应按其中最不利的作用效应进行支护结构设计：（1）基坑开挖至坑底时的受力状况；悬臂式排桩、双排桩只需计算该工况；（2）对锚拉式和支撑式支挡结构，基坑开挖至各层锚杆或支撑施工面时的受力状况；（3）在主体地下结构施工过程中需要以主体结构构件替换支撑或锚杆的受力状况；此时，主体结构构件应满足替换后各设计工况下的承载力、变形及稳定性要求。基坑支护结构的有些构件，如锚杆与支撑，是随基坑开挖过程逐步设置的，基坑需按锚杆或支撑的位置逐层开挖。所谓支护结构设计工况，是指设计时就要拟定锚杆和支撑与基坑开挖的关系，需要设计开挖与锚杆或支撑设置的步骤，对每一开挖过程支护结构的受力与变形状态进行分析。因此，支护结构施工和基坑开挖时，只有按设计的开挖步骤才能满足符合设计受力状况的要求。一般情况下，基坑开挖到基底时受力与变形最大，但有时也会出现开挖中间过程支护结构内力最大，支护结构构件的截面或锚杆抗拔力按开挖中间过程确定的情况。特别是，当用结构楼板作为支撑替代锚杆或支护结构的内支撑构件时，此时支护结构构件的内力可能会是最大的。5.2排桩嵌固深度设计5.2.1概述在采用排桩支护的基坑设计中，为确保排桩桩顶水平位移满足设计要求，防止悬臂式排桩出现倒塌，此时在桩顶须设置单点支撑。在排桩桩顶设置单点支撑的情况，对于单点支撑可采用钢管支撑、钢筋混凝土支撑或拉锚支撑。设计验算时，单点支撑排桩主要验算排桩的嵌固深度、支撑轴力。5.2.2支挡结构嵌入深度较浅时的计算方法这种情况如图5-2所示，此时，支挡结构只有一个方向的弯矩。假定A点为铰接，支挡结构和A点不发生移动。图5-2支挡结构任意位置单支点计算简图（1）支挡结构嵌入深度。对A点取矩，并令则：Ea（za-hm）-Ep（H-hd+zp）=0（5-1）由式（5-1）可解得支挡结构插入深度hd。（2）支撑（或拉锚）力。支撑（或拉锚）力根据静力平衡条件计算，则：TA=Ea-Ep（5-2）（3）支撑结构的最大弯矩。图5-2的最大弯矩应在剪力为零处。设在A点以下xm处剪力为零，则由图可得：Eaxm-TA=0（5-3）由上式可求得xm。最大弯矩为：Mmax=TAxm-Eaxm（xm+hm-zaxm）（5-4）5.2.3嵌固深度计算5.3排桩桩径与桩距的设计5.3.1排桩桩径排桩桩径一般不小于φ400mm，埋深在12m以内的基坑，桩径d宜选φ400~800mm，埋深超过12m以上时，宜选φ800~1200mm的桩。本设计中基坑的开挖深度为12m，故选桩径为d=1000mm。5.3.2排桩桩距排桩桩间距一般可选（1.2~1.5）d，对于砂性土和软土宜采用较小桩距，粘性土可选较大桩距。选取桩距时应按照桩间土不发生滑塌的原则进行。本设计中第一层土为粘性土，第二、三层为非粘性土，故排桩桩距可取为l=1.2d=1.2m。5.4桩截面配筋设计5.5止水帷幕设计5.5.1地下水概况本设计中地下水位较高，为使基坑开挖和地下构筑物施工得以顺利进行，保证基坑周边不因土体中地下水渗流而产生过大的位移变形，同时也保证周边区域内的地下水资源不受影响，拟采用止水帷幕的方案隔水。5.5.2止水帷幕的设置原则（1）设置竖向止水帷幕的目的，是为了阻止地下水从基坑侧面渗入坑内而形成危害。（2）在基本上满足基坑干作业的前提下，止水帷幕可以允许少量渗流进入基坑，或在止水帷幕内侧预留泄露管道减少坑侧向水压，用明排疏干渗入地下水，这样设置止水帷幕符合经济节约的原则，在加强监控，信息法施工控制下，能达到既经济又安全的目的。（3）对于桩锚支护，在支护桩间布置帷幕桩，填补支护桩间的空间，共同组成既挡土又挡水的连续竖向构筑物。5.5.3止水帷幕设计止水帷幕的施工方法很多，结合本设计中基坑的特点，选用高压旋喷桩作为止水帷幕。布置方式为每两根钻孔灌注桩之间设置一根高压旋喷桩，高压旋喷桩与钻孔灌注桩互相咬合，形成组合式止水帷幕，如图5-4所示。图5-4咬合型止水形式（1）止水帷幕厚度的确定在本设计中，支护结构为钻孔灌注桩支护，止水帷幕采用桩间高压旋喷桩。根据相关资料，当止水帷幕深度小于支护桩的嵌入深度时，止水帷幕仅起止水作用，而侧压力基本上由支护桩承受。主要要求止水帷幕体不开叉和不渗漏。本设计在两根钻孔灌注桩间设置一根高压旋喷桩，止水帷幕的厚度以钻孔灌注桩及高压旋喷桩直径较小者进行计算（钻孔灌注桩桩径d=1000mm）。取高压旋喷桩的桩径d’=300mm。（2）止水帷幕深度的确定止水帷幕深度的确定常与土层的分布有关，并常与围护结构和环境条件密切结合。根据《建筑基坑支护规程》（JGJ120-99）要求落底式止水帷幕应插入下卧不透水层内的深度按下式计算：L=0.2hw-0.5b（5-5）式中L——帷幕插入不透水层的深度；hw——作用水头；b——帷幕体厚度。本基坑标高为-12m，地下水位标高为-4.3m，则L=0.2×（12－4.3）－0.5