深基坑的支护结构培训教育课件

深基坑的支护结构

采用深基坑随着基础埋深加大给施工带来很多困难，尤其在城市建筑物密集地区，施工场地的狭小，邻近建筑物、道路和管线纵横交错，多数情况下不能放坡开挖，需要采用支护结构，这就是本课程所要研究的问题。1．引言

随着城市建设的发展，高层建筑和市政工程大量涌现。1929年我国在上海建成14层的锦江饭店，1934年建成24层的国际饭店。但我国高层建筑大规模发展还是从20世纪70年代末开始的。在北京、上海、广州等城市陆续建造了一大批高层建筑。如上海金茂大厦，达88层，高420．5m；上海环球金融中心，中国目前第一高楼，世界第二高楼、世界最高的平顶式大楼，楼高492米，地上101层，开发商为“上海环球金融中心公司”，由日本森大楼公司（森ビル）主导兴建。目前我国高层建筑建筑总数己达数千幢。2．深基坑开挖的分类、工作内容与程序

深基坑工程根据场地条件、施工、开挖方法，可以分为无支护开挖与有支护开挖。图片关于基坑工程：1、基坑支护的目的（1）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；（2）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；（3）防止地面出现塌陷、坑底管涌发生。

2、基坑支护的作用挡土、挡水、控制边坡变形。

3、基坑工程的基本技术要求（1）安全可靠性；（2）经济合理性；（3）施工便利性和工期保证性。传统支护方法

传统方法(桩、板、墙、管、撑等)，曾经对我国城市建设和人类文明做出过重要贡献，且至今仍在发挥一定作用。它受力明确，易于设计，设备简单，便了操作工序简化，易于施工，其中人工挖孔桩造价较低，故工程采用概率较高。在工程地质条件较好．或基坑较浅(4—9m)时，仍常见这类方法的应用(图I—l及图1—2)。但是，随着国家经济建设的发展和基坑：工程新特点的出现，它与基坑的不相适应性日见突出。改良方法

改良方法(桩锚、板锚、墙锚、管锚、撑锚)是当今国内外较流行的方法，在基坑围护工程中占有主导地位。改良方法的最大优点是安全度较高，且其设计方法已基本形成，施工工艺亦趋完善，故近年来发展较快。以深圳、广州为例，目前较重要一点的工程，大都是采用桩锚、墙锚或板锚法建造的。为了减少工程事故，有的城建管理部门还硬性规定，在某个深度以下．如采用人工挖孔桩护壁，则必须加设锚杆，即采用桩锚法。这一作法客观上促进了该方法的推广应用。如：桩锚支护支护结构的类型及适用条件

(1)无围护放坡开挖；（2）桩墙支护：它由桩墙结构及支护结构两部分组成，桩墙结构有钢板桩、板桩墙、灌注桩排、地下连续墙；支护结构类型有内支撑式、外拉锚杆式、地面锚定式、无锚式等。（3）重力式支护结构：软土地基可用深搅桩、旋喷桩、树根桩等形成重力式的挡土结构。

（4）中央开挖施工法：先施工基坑四周排桩，桩内放坡开挖后施工中央部分基础工程，待完工后再挖除排桩内侧土体，边挖边用支撑杆将支护排桩与中央部分基础工程支撑起来，最后再施工周边基础工程。（5）开槽施工法：与中央开挖施工法施工正好相反，先在坑内周边挖槽，用内支撑板桩墙法修筑周边的基础工程，形成一道重力式挡土墙，再挖除挡土墙内的全部土体，构筑中央部分的基础工程。（6）墙前被动区土体加固法：对于软土地基深大基坑，为控制挡墙侧向位移，降低护桩的入土深度，在基坑开挖前用深搅桩、旋喷法对墙前土体进行加固，加固深度3～6m，宽度5～9m。

（7）逆作法；（8）沉井法；（9）土钉墙支护；（10）组合型支护。

两种以上的支护方法组合起来使用，既能保证支护结构的安全又降低成本。如上部放坡，下部桩墙锚杆支护；锚杆与土钉组合；深搅桩与灌注桩排组合；深搅桩中打入H钢桩组合支护等。2、加固型

近几年来，高层建筑与市政建设处于大发展时期，由于设计与施工队伍对当地的深基坑特点不够熟悉，因而发生了一些事故：为避免这些事故的发生，应从如下几方向进行总结，并改进这些方面的上作：(1)设计方面设计时首先对地质资料(包括流砂、暗沟、洞穴、承压水层等)了解清楚，查明周围各种地下管线、建筑物或构筑物的使用要求。(2)施工方面在施工中发生事故的原因大致是：施工质量问题：超挖问题；施工管理问题等等。（杭州地铁一号线湘湖站塌方）

支撑结构不合理，施工质量差。如钢管支撑支点数量少，联接不牢固；有的钢管与斜撑、支撑焊接质量不好，经常发生焊缝拉裂；有的钢管使用多年，壁厚变薄，结果部分钢管变形大，节点道破坏，而后整体破坏。

超挖是基坑施工中的“大敌”，有些工程没有做到先撑后挖，而是一挖到底、先挖后撑的不良施工方法，往往会发生险情甚至事故。

挖土前两周，要进行坑内降水以保证坑内的良好施工条件。当坑内开挖不降水，由于开挖坡度较陡和挖土振动的影响，土的强度有所降低，土体将发生滑动，导致国护墙倾斜，工程桩位移，甚至桩身断裂。

现场施工管理，目前往往是工程总包一家，支撑系统一家，开挖土方另一家，三家如何协调．偷工减料的事情是有发生。警钟：事故教训

深圳

2008年4月1日龙岗区地铁3号线荷坳段工地发生坍塌，混凝土倾泻而下5人被埋，最终3死2伤。

广州

2008年1月17日珠江大桥引桥下的双桥路旁边花圃内的地面突然下陷。事故没有造成人员伤亡。

北京

2007年3月28日地铁10号线工程苏州街车站发生塌方事故，6名施工者被埋。(3)监测方面深基坑施工中的监测工作是指导施工、避免事故发生的必要措施，也是进行信息化施工的手段；监测也是检验设计理论的正确性和发展设计理论的重要依据，近年来，有的深基坑工程为了节约而不安排监测，或减少监测费用；有的工程对测试数据不认真分析，或者分析水平不高。因而造成各种大大小小的事故和不应有的损失。支护结构方案的选择

根据场地、地层、基坑深度、设备等条件选择支护的方法，并力求做到支护方案的优选及设计计算的正确，具体参考建议：（1）粘性土、粉质粘土等强度较高的地基，当基坑深度H<6m时，放坡开挖或悬臂桩（单、双排）墙支护；当H>6m时，用土钉支护，若地下水位高，进行降水或施工防渗墙配合来土钉使用；也可采用锚杆桩墙支护的方案，锚杆层数不宜超过四层。（2）淤泥质或饱和粘性土等软弱地基，当H<7m时，且只考虑边坡稳定时，优先选用水泥土搅拌桩等重力式支护方案；当基坑较深时，可采用地下连续墙内支撑支护的方案或逆作法施工。

（3）对于松散的砂土层或粉细砂土层，可用化学注浆加固与桩墙支护相结合的支护方案；其次为土钉支护及地下连续墙的施工方案，也可考虑用插筋补强及网状结构树根桩的支护方案。（4）对于防渗止水要求严格的基坑工程，护桩间土体宜采用高压旋喷（或定喷、摆喷）注浆进行防渗补强加固；也可用地下连续墙（内支撑、逆作法）或沉井法施工的方案。（5）为节约投资，基坑较深时应多采用组合式的支护方案，对于直立性较好的土体，上部放坡开挖（坡深3～4m）,下部桩墙支护，以减少锚杆层数；亦可采用土钉与锚杆相结合的支护方案。（6）对于大型基坑（平面尺寸及深度都较大）工程，可采用中央开挖施工法、开槽施工法等支护方案；每个边坡的支护方法可以不同。加固型基坑工程(1)水泥搅拌桩加固法(2)高压旋喷桩加固法〔3)注浆加固法(4)网状树根桩加固法（5)插筋补强法侧压力的计算

侧向土压力在深基坑支护工程问题中是一个重要的设计参数。挡墙和板桩墙，支撑的和不支撑的开挖，简仓壁和储箱上的谷物压力，隧道墙以及其它地下结构物上的土或岩石压力都需要对构件的侧向压力有定量的估算来作设计或稳定性分析。

根据墙的移动情况，作用在挡土墙墙背上的土压力可以分为静止土压力、主动土压力(往往简称土压力)和被动土压力(往往简称土抗力)三种，其中主动土压力值最小，被动土压力值最大，而静止土压力值则介乎两者之间，它们与墙的位移关系如图2—2所示。

算例[例1]某基坑开挖深度6m．从地面到6m深度为三种土层，各土层厚度和主要物理性质指标如图所示。试求主动土压力。

[解]当由不同土层组成时，可分层计算土压力。对任一层的上覆土层的自重压力可近似地看作为作用在该层表面上的连续均布荷载。例2：求图示挡土墙的主动土压力：(1)墙后填土无地下水；(2)因排水不良，墙后

地下水位在距墙底2m处。设填土为砂土＝18KN／m3：，饱和重度；20kN／m3，内摩擦角＝30度(在水位以下假定其值不变)。

非重力式支护结构的计算1.承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；2.正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。基坑侧壁安全等级及重要性系数安全等级

破坏后果γ0一级支护结构破坏、土体失稳或变形过大对基坑周边环境及地下结构施工影响严重1.10二级支护结构破坏、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（二）悬臂桩墙的计算排桩、地下连续墙嵌固深度设计值宜按下列规定：1.悬臂式支护结构嵌固深度设计值hd宜按下式确定：桩墙底以上基坑内侧各土层被动土压力强度和桩墙底以上基坑外侧各土层主动土压力强度和悬臂桩墙的计算合力作用点至桩、墙底的距离合力作用点至桩、墙底的距离h、分别为基坑挖深和桩墙入土深度

hhpEa1Ea2Ea4Ea3∑EaEP1EP2∑EP分别为被动土压力合力和主动土压力合力支护结构计算当确定悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计值（构造要求）

当基坑底为碎石土及砂土，基坑内排水且作用有渗透压力时，嵌固深度设计值还应满足下式抗渗稳定条件：单支点支护结构计算单层支点结构支点力及嵌固深度计算支点力：基坑底面以下支护结构设定弯矩零点至基坑底面距离hCl按下式确定h单支点支护结构计算

单层支点结构支点力及嵌固深度计算支点力Tcl按下式计算支点至基坑底面的距离基坑底面至设定弯矩零点位置的位置

分别为合力作用点至设定弯矩零点的距离第6章排桩与地下连续墙一、悬臂式支挡结构的设计计算要点：悬臂式支挡结构主要依靠嵌入坑底土内的深度平衡上部地面超载、主动土压力及水压力所形成的侧压力。因此，对于悬劈式支挡结构，嵌入深度至关重要。同时需计算支挡结构所承受的最大弯矩．以便进行支挡结构的断面设计和构造。H．Blum建议的计算模式(1)支挡结构嵌入深度由以上两式可得：(2)支挡结构的最大弯矩

图4—1(b)的最大弯矩应在剪力为零处。设在O点下Xm处剪力为零(主动土压力等于被动土压力)，则由图可得：二、单支点支挡结构的设计计算1．顶部支撑(或拉锚)计算(1)支挡结构嵌入深度

由式(4-7)可解得支挡结构插入深度hd，如果土质较差，施工时尚应乘以1.1—1.2。(2)支撑(或拉锚)力顶部单支点支撑算例(4)最大弯矩

最大弯矩应在剪力为零处。设在地面以下xm处剪力为零，则可得3支档结构任意位置的单支撑(或拉锚)计算

支挡结构任意位置的单支撑(或拉锚)计算分两种情况进行，即支挡结构嵌入深度较浅和支挡结构嵌入深度较深两种情况。（1）支挡结构嵌入深度较深

如图，此时，支挡结构底部出现反弯矩，下部位移较小，可将支挡结构底端作为固定端，支点A铰接，采用等值梁法计算。等值梁法亦称假想支点法，图中B点为零弯矩点，则为假想支点，AB为等值简支梁，通过简支梁分析求A、B支点的弯矩和支点反力、A点支反力TA则为支撑(或抗锚)力。B点以下通过被动土压力和B点支反力PB的平衡条件，确定支挡结构所需嵌入深度。由于零弯矩点B与土压力强度零点很接近，所以，工程中一般将主动土压力强度与被动土压力强度零点看作零弯矩点B。三、多支点支挡结构的设计计算（略）6.2.4支护桩墙稳定验算

1、放坡开挖的基坑中，边坡失稳主要由于土方开挖引起基坑内外压力差(包括水位差)。边坡的整体稳定性验算通常采用因弧滑动法(如条分让)进行稳定性分析计算。有支护的基坑的整体稳定分析，同样采用园弧滑动法进行验算。分析所需地质资料要能反映基坑项面以下至少2—3倍基坑开挖深度的工程地质和水文地质条件。

采用圆弧滑动法验算支护结构和地基的整体抗滑移稳定性时，应注意支护结构一般有内支撑或外侧的锚拉结构，墙面垂直的特点，不同于边坡稳定验算的圆弧滑动，滑动面的圆心一般在挡墙上方，靠坑内侧附近。通过试算确定最危险的滑动面和最小安全系数。注意！考虑内支撑作用时，通常不会发生整体稳定破坏。因此，对只设一道支撑的支护结构，需验算整体滑动，对设置多道内支撑时支护结构不作验算。

（一）非重力式支护结构挡墙的破坏

包括强度破坏稳定性破坏。A强度破坏（非重力式）

1拉锚破坏或支撑压曲地面荷载增加过多、土压力过大使拉杆断裂，或锚固失败、腰梁破坏、内支撑受压失稳。2

地下墙在基坑底面以下的墙体部分称为插入深度，也称为入土深度。为确定墙体的插入深度，需要考虑基坑底地基的稳定性要求和抗渗要求。6.2.4.3基坑的抗隆起稳定验算1、太沙基-派克法

太沙基研究了坑底的稳定条件。设粘土的内摩擦角=0，滑动面为圆弧面与平面组成，如图所示。太沙基认为．对于基坑底部的水平断面来说，基坑两侧的土就如作用在该断面上的均布超载。这个超载有趋向使无超载的坑底发生隆起的现象。

太沙基认为，若荷载强度超过地基的极限承载力就会产生基坑隆起。则抗隆起的安全系数K为太沙基建议K．不少于1．5。6.2.4.4基坑的抗渗流稳定性验算1、坑底抗流砂稳定性

在含水饱和的土层中进行深基坑开挖时，随时都要考虑水压力的存在，为确保基坑稳定，有必要验算在渗流情况下是否存在发生管涌(流砂)现象的可能性。当地下水从基坑底面以下向基坑底面以上流动时，砂土地基中的砂土颗粒就会受到渗透压力引起的浮托力，一旦出现过大的渗透压力，砂土颗粒就会在流动的水中呈悬浮状态，从而发生管涌（流砂）现象。2、基坑底土突涌稳定性

在不透水的粘土层下，有一层承压含水层，或者含水层中虽然不是承压水，但由于土方开挖形成的基坑内外水头差，使基坑内侧含水层中的水压力大于静水压力，如图所示。可按6.37式验算基坑底部上的抗突涌稳定性：四、桩墙式支档结构的构造与施工1、排式灌注桩支挡结构的构造与施工

排式灌注桩支挡结构主要有钻(冲)孔灌注桩桩排和人工挖孔桩，按布置形式又可分为密排桩排、疏排桩排和双排桩排，如图。根据工程地质情况，对于疏排桩排和双排桩排一般与隔水帐幕一起使用。1．构造用于支护结构的钻(冲)孔灌注桩的直径一般为500MM一1200MM。邻桩的中心距一般不大于桩径的1.5倍，最大不超过桩径的2倍。对于疏排桩和双排桩，为防止桩间土的剥落，可采用桩间土表面抹水泥砂浆或对桩间土进行注桨加固加以保护。灌注桩的混凝土强度等级不低于C20。如果用于主体的一部分，则必须预埋与主体结构的梁、板、柱连接钢筋。(2)圆形截面桩身配筋根据支挡结构设计计算出的内力，按现行《钢筋混凝土结构设计规范》(GBJ10—2002)中的圆截面受弯杆件进行计算，当同时受水平荷载和垂直荷载作用时可按弯压构件计算，如图支护结构的稳定性验算

在基坑开挖时，由于坑内土体挖出后，使地基的应力场和变形场发生变化，可能导致地基的失稳，例如地基的滑坡、坑底隆起及涌砂等。所以在进行支护设计(包括排桩支护与地下连续墙支护等）时，需要进行基坑稳定性验算必要时应采取必要的加强防范措施，使地基的稳定性具有一走的安全度。1基坑的抗隆起稳定验算（三）支护结构计算的其它方法1等值梁法2弹性曲线法3竖向弹性地基梁法（基床系数法）4有限元法(转到80页）3．悬臂式支护结构

设计时应根据挡土结构的实际工作条件，主要是墙身的位移情况，决定采用哪一种土压力作为计算依据。一般基坑支抗护结构上部分由于它受到墙后土的作用和地基变形，总要转动向前移动，这些微小的转动或移动将足以使作用在培背上的土压力接近于主动土压力，所以设计时多按主动土压力计算。在这同时，基坑支护结构的下部分，由于结构向坑内的可能位移，使土体处于被动受压状态，产生了被动土压力以维持结构的平衡作用。锚杆工程

支撑或拉锚是支护结构的主要组成部分，也是基坑设计的重要内容。其设计的合理可靠程度、施工的质量好坏不仅对基坑的工程造价和施工周期影响很大，而且直接关系到土方开挖和基坑的安全。一、土层锚杆的构造

土层锚杆一般为灌浆锚杆，由拉杆、锚头、腰梁、自由段保护套管和锚固体等组成。

如图，当锚头是支挡结构与拉杆的连接部分时，为了保证来自支挡结构和其他结构上荷载的有效传递，一方面必须保证锚头构件本身有足够的强度，并紧密固定；同时应尽量将较大的集中荷载分散开。国内目前常用的锚头有VOM系列、JMl2系列以及QM系列等。锚头一般由锚座、承压板、紧固器组成。参考地铁基坑中图片

紧固器可以保证拉杆、锚座、承压板、支档结构、腰梁等的紧密配合和牢固连接。由以上图可以看出。不同的拉杆材料一般要采用不同的紧固器。2腰梁

腰梁是传力结构，将锚头的轴向拉力传导支挡结构上。腰梁设计要充分考虑支护结构的特点、材料、锚杆倾角、受力(特别是轴向力的垂直分力的大小)等情况。图3是土锚腰梁的三种常用形式。3、拉杆

常用的土层锚杆拉杆有钢管、粗钢筋、钢丝束和钢绞线，一般把采用钢管或粗钢筋作拉杆的土层锚杆称锚杆，而用钢丝束或钢绞线的称为锚索。究竞采用何种拉杆，主要根据设计轴向承载力和现有材料的情况来选择。为了使拉杆顺利下到设计深度，并能将拉杆安装在钻孔的中心，防止非锚固段(自由段)产生过大的挠曲，同时为了增加拉杆和锚固体的握裹力，故在拉杆上必须按一定的间距(一般钢筋拉杆为2m左右，钢丝束拉杆不大于1m，钢绞线为1—2M)设置一定数量的定位架(导正架、隔离件)，如图4、图5、图6。钢筋或钢管拉杆的定位架用细钢筋制作(一般按120。焊接)，而钢丝束和钢绞线拉杆则需特制的定位架和隔离件。定位架的直径一般比钻孔直径小1cm。4、锚固体

如图7，锚固体是指处于潜在滑动面以外的稳定土体中的锚杆尾端部分，通过锚固体与土体之间的相互作用，将拉杆的轴力传递到稳定地层。锚固体提供的锚固力的大小是保证支挡结构等稳定的关键。3．按锁定应力情况分类

按锁定应力情况可分为，预应力锚杆和普通锚杆。普通描杆因锚头与腰梁和支挡结构之间、锚固体与土体之间均无应力状态，只有当潜在滑动面内的土体发生滑动或存在滑动趋势时，锚杆才发挥作用，也就是说，普通锚杆要发挥作用，土体和支挡结构必须产生一定的位移。如果对支挡结构和周边土体的位移控制要求严格，则必须人为地对锚杆预先施加拉力，使锚杆、支挡结构和土体首先产生约束应力和摩阻力。另外，预加应力也是锚杆在土层中的一次荷载试验。预应力锚杆只是减少支挡结构和土体等的位移，并不能增强锚杆的抗拔性能。4．按使用期限分类

按使用期限可分为临时性锚杆和永久性锚杆二、土层锚杆的承载力

1、锚杆的作用原理如图,当锚杆锚固段受力时，首先通过拉杆与周边水泥砂浆(水泥浆)固结体之间的握裹力传到固结体中，然后通过固结体传到周围土体。传递过程随着荷载的增加，拉杆与固结体之间的握裹力逐渐发展到锚杆的下端，待锚固体内的握裹力发挥到最大时，锚固体与土体之间就会发生相对位移，产生土与锚固体之间的摩阻力，直到极限摩阻力。2．影响锚杆抗拔力因素及抗拔力计算(1)土体的抗剪强度土层锚杆与周围土体之间的摩阻力取决于土体的抗剪强度，土体抗剪强度可用库仑定律表示如下：3土层锚杆的设计土层锚杆的设计主要考虑的内容包括：1、锚杆的布置。2、锚杆抗拔力确定。3、锚杆截面设计、锚杆长度设计、腰梁截面设计。4、整体稳定性验算等。5、腰梁截面设计必须对腰梁的抗弯强度和抗剪强度进行验算。1．锚杆布置锚杆布置包括确定锚杆的层数、锚杆的水平间距和锚杆的倾角等。(1)锚杆的层数锚杆的层数取决于支档结构的截面和其所受的荷载，要考虑挖土后未设置锚杆时支挡结构所能承受力的大小和位移控制的要求。锚杆层数越多施工工期越长。因此，锚杆层数的多少，必须根据支挡结构承载力的大小、基坑工程的位移控制要求和基坑的稳定性进行合理的计算确定。在设计锚杆层位时，应尽量避免在流砂层设置锚头，以防流砂从锚孔流出。一般情况下，首层锚杆的锚固段的上覆土层不小于4m，相邻排间距不小于2m。(2)锚杆的水平间距锚杆的水平间距取决于支挡结构承受的荷载和每根锚杆能承受的拉力值。在支挡结构的荷载一定的情况下，锚杆水平间距越大，每根锚杆承受的拉力则越大，因此，需经过计算确定。另外，锚杆的水平间距过小，则锚杆间会产生相互影响，使单根锚杆的抗拔力降低。锚杆的水平间距一般要大于1．5。(3)锚杆倾角。锚杆倾角是指拉杆轴线与水平方向的夹角，其大小决定了锚杆水平分力和垂直分力的大小，也影响作锚固段和自由段的划分，对锚杆的整体稳定性和施工的便易也有影构。锚杆倾角一般为13度一35度。且不大于45’。3．锚杆抗拔安全系数

土层锚杆的抗拔安全系数是指土层锚杆的极限抗拔力与锚杆的设计容许荷载的比值。表5.5表示国外及我国香港规定的土层锚杆抗拔安全系数。

我国土锚技术也取得了丰富的实践经验，铁道部科学研究院根据土层原型拉拔试验提出当以现场试验的屈服拉力作为设计依据时，应采用不小于1．5酌安全系数，若以极限拉力作为设计依据，临时性土锚采用2．0，永久性土锚采用2．5；同济大学对上海土层情况，根据土锚的蛹变性能，提出安全系数为1．54。4锚杆的承载能力

锚杆的极限承载力(极限抗拔力)可按土的抗剪强度计算确定，也可按锚杆的抗拔试验确定。(以下内容来自基坑支护规程JGJ120-99)

4.4.3锚杆轴向受拉承载力设计值应按下列规定确定：

1安全等级为一级及缺乏地区经验的二级基坑侧壁，应按本规程附录E进行锚杆的基本试验，锚杆轴向受拉承载力设计值可

取基本试验确定的极限承载力除以受拉抗力分项系数rs,受拉抗力分项系数可取1.3。

2基坑侧壁安全等级为二级且有邻近工程经验时，可按下式计算锚杆轴向受拉承载力设计值，并应按本规程附录E要求进行

锚杆验收试验：2．锚杆抗拔试验

在锚杆工程施工前，应进行锚杆的锚固体与地基土之间的极限抗拔力试验，以验证设计所估算的锚固长度是否足够安全，并可检验所采用的土质参数是否合理。

1)试验设备。锚杆抗拔试验的试验设备主要有加载装置、量测装置及反力装置三部分。

2)试验方法与步骤。现场钻孔、灌浆后的锚杆，待砂浆强度达到70%后才能进行抗拔试验。一胺情况下对普通水泥必须养护8天左右，早强水泥4天左右。荷载分组施加，每级荷载按预估极限荷载的1／10—1／15施加，直至破坏。加载后每隔5-10MIN测读一次变位。稳定标准为连续3次读数的累计变位量不超过0.1MM。稳定后即可加下一级荷载。若变位量不断有所增加直至2小时后仍不能稳定者即认为锚杆已达破坏。卸载分级约为加荷的2—4倍，直至荷载全部卸除后，测得残余变位值。3)根据试验结果可绘制荷载一位移曲线.5.锚杆锚固段长度6.锚杆自由段长度7、锚杆（索）截面积（见书97页）8．锚杆整体稳定性计算(1)整体破坏模式锚杆抗拔力虽已有安全系数，但是挡土桩、墙、锚杆、土体组成的结构，有可能出现整体性破坏。一种是从桩脚向外推移，整个体系沿着一条假定的滑缝下滑，造成上体破坏，如图6—26所示：另—种是，桩、墙，锚杆的共同作用超过土的安全范围，因而从桩脚处剪力面开始向锚拉结的方向形成一条深层滑缝，造成倾覆，如图6-27所示。(2)稳定性验算土层锚杆围护墙整体稳定性验算，通常采用通过墙底土层的圆弧滑动面计算。深层滑移稳定性验算，可按德国学者克兰茨方法进行。对于单层锚杆围护墙的深层滑移稳定性验算如图所示，采用作图分析法，具体步骤如下：2．锚杆抗投力的设计值

土层锚杆施工包括钻孔、安放拉杆、灌浆、养护和张拉与锁定。施工的一般工艺流程如下：

施工准备--钻孔安放拉杆--插入注浆管--灌浆--养护--上腰梁及锚头--张拉--锁定。三、土层描杆施工和质量控制土钉墙支护技术

土钉墙支护技术的发展始于20世纪70年代，其设计思想源于20世纪60年代初的隧洞围岩支护的“新奥法”，即在充分考虑结构体本身的自承能力的前提下进行支护设计。土钉墙支护技术是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术。由于其节约投资、施工占地少、进度快、安全可靠等优点，在深基坑开挖支护工程中得到较为广泛的应用。一、土钉墙支护的特点及应用范围

1．土钉墙支护的工作原理土钉墙支护技术的工作原理是充分利用原状土的自承能力，把本来完全靠外加支护结构来支挡的土体，通过土钉技术的加固使其成为一个复合的挡土结构。土钉墙支护是由被加固土体、放置在其中的土钉体和喷射混凝土面层组成，天然土体通过土钉的加固并与混凝土面板相结合，共同抵抗土压力和其他荷载，以保证边坡的稳定性。如图。

土钉在土钉墙支护体系中的作用主要有如下几个方面：

(1)骨架约束作用由于土钉本身的强度和刚度，以及它在土体中的空间分布，并与土体构成一个整体，从而对土体变形起骨架约束作用。(2)分担作用一方面，：土钉和土体共同承担外载和自重应力；另一方面，由于土钉有较强的抗拉、抗剪强度和土体无法相比的抗弯强度、所以在土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时，土钉的分担作用更加突出，这时土钉内出现了弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉体中浆体碎裂、钢筋屈服。工程实践和试验表明，因为采用了土钉，使土体的塑性变形延迟，土体开裂也呈渐进性，这与土钉的分担作用是密切相关的。(3)应力传递和扩散作用试验表明，随着荷载增加到一定程度，且边坡表面和内部裂缝发展到一定宽度时，此时坡脚应力最大。这时下层土钉伸入滑裂面外土体中的部分仍能提供较大的抗拉力。这样，土钉通过其应力传递作用，将滑裂面内部分应力传递到后部稳定土体中，并分散在较大范围的土体内，降低了应力集中程度。(4)坡面变形的约束作用坡面混凝土面板与土钉连接在一起，一方面，它可以有效发挥土钉的作用；另—方面，面板也起到对坡面变形的约束作用。二、土钉墙支护的构造

除土体外，土钉墙一般由三部分组成，即土钉、面层和泄防水系统。1．土钉

①钻孔注浆土钉。这是一种最常用的土钉，即先在土中成孔，置入变形钢筋，然后沿全长注浆填孔，这样整个钢筋就由土钉钢筋和外裹的水泥砂浆(细石混凝土或水泥浆)组成。为了保证土钉钢筋处于钻孔中心位置，周围有足够的浆体保土上钉钢筋直径一般为20一32mm，钻孔直径多为70一150mm。土钉钢筋多为Ⅰ、级螺纹钢。

3．土钉与面层连接

土钉可以布置在面层的纵横主筋交叉处，也可布置在纵横主筋围成区域的中央.

三、土钉墙支护设计

土钉墙支护作为一种挡土结构应满足规定的强度、稳定性、变形和耐久性等要求。土钉墙支护用于城市建筑物密集地区的基坑工程时，必须严格控制变形，保证周围建筑设施的安全。现有的工程设计分析方法都不能很好地定量分析支护体系的变形。另外，土钉墙支护的变形不仅与结构设计参数有关，而且在很大程度上取决于施工方法、施工工序和施工速度。1．土钉布置土钉的间距显然不能过大，土钉可按矩形网格或梅花形布置，一般多取土钉水平间距和竖向间距相等，在非饱和土中为1.2一1.5m，而对坚硬粘土或风化岩则可超过2m。(2)土钉长度

试验和实际工程测量表面，沿支护高度上下分布的土钉，其在使用状态最大内力相差很大，一般呈中部大，上部和底部偏小，所以中部的土钉所起的作用较大。但是顶部土钉对限制变形甚为重要，如果过短，在土钉尾部和后部以外的上方土体容易出现较大的开裂。底部土也不宜过短，否则不利于支护体系作为整体抵抗滑动、倾覆和深部失稳。在城市内施工，一般非饱和土钉长度与基坑深度之比在0.6一0.8范围内，对于顶部土钉不宜小于0.8；而在饱和软土中，由于土体抗剪强度很低，而且土钉内力因水压作用增加，此时可能会超过2。(3)土钉倾角上钉倾角一般在00——250度之间取值.

由于土钉在土体中的作用是抗拔受拉，当倾角越小时，其水平拉力越大，越有利于土钉对土体的加固，但倾角过小，不利于施工。根据工程施工经验，土钉的倾角以不超过15。应力圆与土的抗剪强度

CφBO1σ1σ3Ocτfσ

支护结构的设计和施工，影响因素众多，不少高层建筑的支护结构费用已超过工程桩基的费用。为此，对待支护结构的设计和施工均应采取极慎重的态度，在保证施工安全的前提下，尽量做到经济合理和便于施工。第一节支护结构的选型支护结构包括挡墙和支撑（或拉锚）两部分。档墙或支撑中任何一部分的选型不当或产生破坏（包括变形过大），都会导致整个支护结构的失败。支护结构的型式放坡开挖悬臂式支护结构内撑式支护结构拉锚式支护结构土钉墙支护结构环梁护壁支护结构其它形式支护结构一.挡墙的选型（一）钢板桩

1.槽钢钢板桩

2.热轧锁口钢板桩（二）钢筋混凝土板桩（三）钻孔灌注桩挡墙（四）H型钢支柱（或钢筋混凝土桩支柱）（五）地下连续墙（六）深层搅拌水泥土桩挡墙（七）旋喷桩帷幕墙1.槽钢钢板桩由槽钢并排或正反扣搭接组成。槽钢长6～8m，多用于深度不超过4m的基坑。

顶部宜设一道支撑或拉锚。

（一）钢板桩2热轧锁口钢板桩其形式有U型、Z型、一字型、H型和组合型。

U型Z型一字型

该板桩截面带企口，有一定的挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永留地基土中。适于3—6m基坑，但应用较少。

（二）钢筋混凝土板桩

常用Φ600—1000mm，是支护结构中应用最多的一种。宜形成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁。但施工难以做到相切，挡水效果差。（三）钻孔灌注桩挡墙

该类支护结构适用于土质较好、地下水位较低的地区。型钢或支柱按一定间距打入，支柱间设木挡板或其它挡土设施。

（四）H型钢支柱（钢筋混凝土桩支

柱）、木挡板支护墙（五）地下连续墙

地下连续墙已是目前深基坑的主要支护结构之一。在地下结构层数多的深基坑的施工非常有利。地下连续墙常是采用“逆筑法”的支护结构的首选。

天津市的华联商厦、紫金花园、鸿吉大厦、津汇广场等很多工程均采用地下连续墙方法施工。

深层搅拌水泥土桩挡墙是用特制的进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制搅拌制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙，既可挡土又可形成隔水帷幕。（六）深层搅拌水泥土桩挡墙（

旋喷桩帷幕墙是钻孔后，将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中，形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙。旋喷桩帷幕墙可用作支护结构挡墙，也可用于挡水。（七）旋喷桩帷幕墙当基坑深度较大，悬臂挡墙的强度和变形不能满足要求时，需增设支撑系统。支撑系统有基坑内支撑基坑外拉锚（顶部拉锚土层锚杆拉锚）常用的有钢结构支撑钢筋混凝土支撑二.支撑（拉锚）的选型1钢管支撑对撑

（一）钢结构支撑1钢管支撑角撑（一）钢结构支撑钢管支撑示意图(一)钢结构支撑2型钢支撑

型钢支撑主要采用H型钢，用螺栓连接，为工具式钢支撑，现场组装方便，可重复使用。

有角撑、对撑、桁架式支撑，还有圆形、拱形和椭圆形等形状的支撑。圆形支撑（二）钢筋混凝土支撑第二节支护结构计算一.支护结构的破坏形式和计算内容支护结构可分为两类：重力式支护结构非重力式支护结构重力式包括深层搅拌水泥土桩挡墙旋喷桩帷幕墙非重力式包括钢板桩、钢筋混凝土预制桩、钻孔灌注桩挡墙、地下连续墙等。包括强度破坏稳定性破坏。Ⅰ强度破坏（非重力式）

1拉锚破坏或支撑压曲地面荷载增加过多、（一）非重力式支护结构挡墙的破坏土压力过大使拉杆断裂，或锚固失败、腰梁破坏、内支撑受压失稳。Ⅰ强度破坏（非重力式）

2支护墙体底部走动支护墙入土深度不够或挖土过深以及水的冲刷均可产生这种破坏。需正确的计算入土深度

（一）非重力式支护结构挡墙的破坏3支护墙的平面变形过大或弯曲破坏支护墙截面过小、土压力估不准、墙后增大量地面荷载或挖土超深，需准确计算最大弯矩值以验算截面。（一）非重力式支护结构挡墙的破坏Ⅰ强度破坏（非重力式）Ⅱ非重力式支护结构的稳定性破坏

1墙后土体整体滑动失稳拉锚的长度不够、软粘腿发生圆弧滑动，引起支护结构整体失稳。（一）非重力式支护结构挡墙的破坏Ⅱ非重力式支护结构的稳定性破坏2挡墙倾覆3坑底隆起如挖土深度大，由于卸土过多，在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。（一）非重力式支护结构挡墙的破坏Ⅱ非重力式支护结构的稳定性破坏

4管涌在砂土区，当地下水较高坑较深时，在动水压力作用下，地下水绕过支护墙连砂土一同涌入基坑。（一）非重力式支护结构挡墙的破坏（二）重力式支护结构的破坏重力式支护结构的破坏包括强度破坏稳定性破坏其强度破坏只是水 泥土抗剪强度不足，产生剪切破坏，为 此需验算最大剪应力处的墙身应力。（二）重力式支护结构的破坏

重力式支护结构的稳定性破坏包括：1.倾覆2.滑移3.土体整体滑动失稳4.坑底隆起5.管涌

二非重力式支护结构计算（一）支护结构承受的荷载支护结构承受的荷载一般包括土压力水压力墙后地面荷载引起的附加荷载。二非重力式支护结构计算1土压力

⑴主动土压力：若挡墙在墙后土压力作用下向前位移时随位移增大，墙后土压力渐减小。当位移达某一数值时，土体内出现滑裂面，墙后土达极限平衡状态，此时土压力称为主动土压力，以Ea表示。

Ea-Δ滑裂面二非重力式支护结构计算⑵静止土压力：若挡墙在土压力作用下墙本身不发生变形和任何位移（移动或滑动），墙后填土处于弹性平衡状态，则此时作用在挡墙上的土压力成为静止土压力。以E0表示。E0二非重力式支护结构计算(3)被动土压力：若挡墙在外力作用下墙向墙背向移动，随位移增大，墙所受土的反作用力渐增大，当位移达一定数值时，土体内出现滑裂面，墙后土处被动极限平衡状态，此时土压力称为被动土压力，以Ep表示。+Δ外力Ep滑裂面土压力表示主动土压力强度（无粘性土）

粘性土

对于粘性土按计算公式计算时，主动土压力在土层顶部（H=0处）为负值，即表明出现拉力区，这在实际上是不可能发生的。可计算临界高度以下的主动土压力：土压力分布ZcH可计算此种情况下的临界高度Zc，进而计算临界高度以下的主动土压力。土压力分布土压力表示被动土压力强度无粘性土粘性土

土压力表示悬臂式挡土结构，对于土的性质、荷载大小等非常敏感，它完全依靠足够的入土深度来保持其稳定性，故其高度一般不大于4ｍ。为了施工的安全，支撑和锚杆宜根据最大土压力计算，即根据实测压力曲线的包络线来确定。该包络线近似梯形或矩形，与库伦理论计算的三角形土压力不同。土压力分布⑴悬臂无支撑挡墙，其压力分布为主动土压力，是三角形分布，被动土压力也是三角形分布。被动土压力主动土压力土压力分布⑵多支撑或多拉锚的挡墙背面上的土压力分布图形砂土为梯形，粘土土压力分布图是稍复杂的三角形。土压力分布悬臂挡土墙所承受的主动土压力完全由其底部的被动土压力来平衡；而锚定板单支点的挡土结构，其主动土压力则由锚定板拉杆和底部的被动土压力共同承受，加以平衡。TEa1Ea2EP土压力分布

不同深度处土的内聚力C不是一个常数，它与土的上覆荷重有关，一般随深度的加大而增大，对于暴露时间长的基坑，土的内聚力可由于土体含水量的变化和氧化等因素的影响而减小甚至消失。

φ、C值是计算侧向土压力的主要参数，但在工程桩打设前后的φ、C值是不同的。在粘性土中打设工程桩时，产生挤土现象，孔隙水压力急剧升高，对φ、C值产生影响。另外，降低地下水位也会使φ、C值产生变化。2.水压力

作用于支护结构上的水压力一般按静水压力考虑。有稳态渗流时按三角形分布计算。ABCDEF2.水压力ABCEHF在有残余水压力时，水压力按梯形分布。水压力和土压力

水压力和土压力的分算或合算问题，目前均采用。一般情况下，由于粘性土中水主要是结晶水和结合水，宜合算;在砂性土中土颗粒之间的空隙中充满的是自由水，受重力作用，为静水压力作用，宜分算。水压力和土压力合算时，地下水位以下土的重力密度采用饱和重力密度γsat

；分算时，地下水位以下土的重力密度采用浮重力密度;另外单独计算静水压力，按三角形分布考虑。3.墙后地面荷载引起附加荷载

有三种情况：

⑴墙后有均布荷载ｑ

⑵距离支护结构一定距离有均布荷载ｑ

⑶距离支护结构一定距离有集中荷载Ｐ（如塔吊、混凝土泵车等）由Ｐ引起的附加荷载分布在支护结构的一定范围ｈ2上。⑴墙后有均布荷载ｑ

如墙后堆有土方、材料等地面均布荷载对支护结构引起的附加荷载，可按下式计算：

qH⑵距离支护结构一定

距离有均布荷载ｑ此时压应力传到支护结构上有一空白距离h1

,在h1之下产生均布的附加应力：l1qHe1e23.墙后地面荷载引起附加荷载

⑶距离支护结构一定距离有集中荷载Ｐ（如塔吊、混凝土泵车等）由Ｐ引起的附加荷载分布在支护结构的一定范围ｈ2上。HPl2h2φ非重力式支护结构的计算深基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。基坑支护结构极限状态可有两类：承载能力极限状态正常使用极限状态等值梁法

图中ab梁一端固定一端简支，弯矩图的正负弯矩在c点转折，若将ab梁在c点切断，并于c点加一自由支承形成ac梁，则ac梁上的弯矩将保持不变，即称ac梁为ab

梁上ac段上的等值梁。等值梁原理ababc等值梁法介绍等值梁法：如ab梁一端固定，一端简支，弯矩图的正负弯矩在c点转折。若将ab梁在c点切断，并在c点置一自由支承，形成ac梁，则ac梁上的弯矩将保持不变，则称ac梁为ab梁上ac段的等值梁。HAPaBCD等值梁法HAPaBCDPaP0等值梁板桩上土压力分布图板桩弯矩图等值梁法

用等值梁计算板桩，先要知道正负弯矩的转折点的位置。因板桩地面下土压力等于0的位置，接近正负弯矩的转折点，为简化即用土压力等于0的位置代替它。P0Pa三重力式支护结构计算（一）原理重力式支护结构是依靠结构自身重力来维持极限平衡状态的。（二）荷载组合

1土压力；

2重力式结构自重；

3地面超载包括：永久荷载、道路荷载、可变地下水位和施工荷载（施工机械荷载、材料堆放荷载）以及偶然荷载（地震荷载、人防荷载）。（三）重力式结构计算内容1滑动稳定性验算2倾覆稳定性验算3.土体整体滑动验算4.坑底隆起验算5.管涌验算重力式支护结构计算简图重力式支护结构主要是深层搅拌水泥土桩墙和旋喷桩帷幕墙，计算简图如图：EaEpBbbA（三）重力式支护结构计算（滑动稳定性）1滑动稳定性验算墙体自重；基底墙体与土的摩擦系数；

被动土压力合力；主动土压力合力。（三）重力式支护结构计算（倾覆稳定性）2倾覆稳定性验算

墙体自重；

墙体厚度之半；分别为对墙趾A点的力臂。抗倾覆稳定安全系数；（三）重力式支护结构（整体滑动验算）3.土体整体滑动验算水泥土桩挡墙由于水泥掺量少，故将其看作提高了强度的部分土体，进行土体整体稳定性验算。R·重力式支护结构计算（基坑隆起）4.坑底隆起

开挖面以下墙体能起帮助抵抗地基土隆起的作用，宜假定土体沿墙体底面滑动，认为墙体底面以下为一圆弧，如图所示。产生滑动力的是和q,抵抗滑动的则为土体抗剪强度。qzABOCDHE重力式支护结构计算(基坑隆起）对于非理想粘性土，土的抗剪强度AB面上应为水平侧压力，取重力式支护结构计算（基坑隆起）将滑动力矩与抗滑力矩分别对圆心O取矩，得重力式支护结构计算（基坑隆起）抗滑动力矩将上式积分并整理后得抗隆起安全系数重力式支护结构计算（基坑隆起）为达稳定，避免基坑隆起，必须满足如要严格控制地面沉降，则需增加挡墙入土深度，或进行坑底土体加固，提高土体抗剪强度，使该系数达到1.5～2.0。5管涌验算当基坑地下水的向上渗流力时土颗粒处于悬浮状态，于是坑底产生管涌现象。不发生管涌的条件应为：重力式支护结构计算（管涌验算）tj挡墙入土深度如满足以下要求，也不会产生管涌：重力式支护结构计算（管涌现象）如坑底以上的土层为松散填土、多裂隙土层等透水性好的土层，则地下水可略去，此时不产生管涌的条件为：第三节支护结构施工一钢板桩施工（一）常用种类：U型、Z型、H型、直腹板式和组合式。钢板桩的施工（二）打设前准备工作

1钢板桩的检验和矫正

2导架安装

3沉桩机械的选择打设钢板桩可用落锤、汽锤、柴油锤和振动锤，前三种皆为