基础工程基坑工程

8.1概述

基坑是建筑工程的一部分，其发展与建筑业的发展密切相关，随着城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现，以及大型市政设施的施工及大量地下空间的开发，必然会有大量的深基坑工程产生。同时，密集的建筑物、基坑周围复杂的地下设施使得放坡开挖基坑这一传统技术不再能满足现代城镇建设的需要，因此，深基坑开挖与支护引起了各方面的广泛重视。

深基坑工程具有以下特点：

1)建筑趋向高层化，基坑向大深度方向发展；

2)基坑开挖面积大，长度与宽度有的达数百米，给支撑系统带来较大的难度；

3)在软弱的土层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响；

4)深基坑施工工期长、场地狭窄，降雨、重物堆放等对基坑稳定性不利；

5)在相邻场地的施工中，打桩、降水、挖土及基础浇注混凝土等工序会相互制约与影响，增加协调工作的难度。8.1.1基坑工程的组成

典型基坑工程可以为是由地面向下开挖的一个地下空间。

基坑四周一般为垂直的挡土结构，挡土结构一般是在开挖面基底下有一定插入深度的板墙结构。常用材料为混凝土、钢、木等，可以有钢板桩，钢筋混凝土板桩、柱列式灌注桩、水泥土搅拌桩、地下连续墙等。根据基坑深度的不同，板墙可以是悬臂的，但更多的是单撑和多撑式的(单锚式或多锚式)结构。支撑的目的是为板墙结构提供弹性支承点。以控制墙体的弯矩至该墙体断面的合理允许范围，以达到经济合理的工程要求。

支撑的类型可以是基坑内部受压体系或基坑外部受拉体系。基坑内部受压体系：为井字撑或其与斜撑组合的受压杆件体系．也有做成在中间留出较大空间的周边桁架式体系。基坑外部受拉体系：为锚固端在基坑周围地层中受拉锚杆体系，可提供易于基坑施工的全部基坑面积大空间。当基坑较深且有较大空间时，悬臂式挡墙可做成厚度较大的实体式或格构式重力型挡土墙。

8.1.2基坑工程的设计与施工

基坑开挖是基础和地下工程施工中的一个古老的传统课题。同时又是一个综合性的岩土工程难题，既涉及土力学中典型强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还涉及到土与支护结构的共同作用。对这些问题的认识及其对策的研究，是随着土力学理论、计算技术、测试仪器以及施工机械、施工工艺的进步而逐步完善的。在理论上，经典的土力学已不能满足基坑工程设计的要求，考虑应力路径(卸载)的作用，土的各向异性，土的流变性、土的扰动、土与支护结构的共同作用等的计算理论以及有限单元法理论和系统工程等软科学已在基坑工程设计中得以应用。

8.1.2基坑工程的设计与施工（续）

基坑工程设计广义上讲包括：勘察、支护结构设计、施工、监测和周围环境的保护等几个方面的内容。基坑工程比其它基础工程更突出的特殊性是其设计和施工完全是相互依赖，密不可分的。施工的每一个阶段，结构体系和外面荷载都在变化，而且施工工艺的变化，挖土次序和位置的变化，支撑和留土时间的变化等不确定因素非常复杂，且都对最后的结果产生直接影响。因此绝非最后设计计算简图所能单独决定的。

目前的设计理论尚不完善，对设计参数的选取还需改进，还不能事先完全考虑诸多复杂因素，在基坑工程施工中处理不当时可能会出现一些意外的情况，但只要设计、施工人员重视，并密切配合加强监测分析，及时发现和解决问题，及时总结经验，基坑工程的难题会得到有效处理，因此，基坑工程的设计中须考虑施工中每一个工况的数据，而基坑工程的施工中须完全遵照设计文件的要求去做，只有这样，工程才会圆满完成，也只有这样，设计理论和施工技术才会获得快速发展。

8.1.3环境要求—变形控制

城市基坑工程通常处于房屋和生命线工程的密集地区，为了保护这些已建建筑物和构筑物的正常使用和安全运营，常需对基坑工程引起的周围地层移动限制在一定变形值之内，也即分别要求挡土结构的水平位移和其邻近地层的垂直沉降限制在某标准值之内，甚至也限制墙体垂直沉降和地层的水平移动值满足周围环境要求，以变形控制值来分成几类标准，用以完善设计基坑工程的方法，取代单纯验算强度和稳定性的传统做法，在软土地区，变形在控制设计限值方面起着主导作用。

基坑工程的支护结构为：支挡和支撑构件，为了满足变形要求可以加大和加密支护结构，但有时更经济有效的办法是在基坑底部进行地基处理，用搅拌桩，注浆等措施改善土体刚度和强度等性质。

完整地讲基坑工程的结构构件：包括支撑、挡墙和地基加固体三者的整体。8.2基坑工程方案设计

深基坑开挖产生的土体位移引起周围建筑物、构筑物、管线的变形和危害，对此必须在设计阶段提出预测和治理对策，并在施工过程中采用监测、监控手段及必须的应变措施来确保基坑的安全和周围环境的安全。针对不同的场地土层条件、周围环境条件及基坑开挖深度等因素，合理选定开挖方法、支护类型和支撑形式是基坑工程设计成功与否的关键。

8.2.1基坑开挖分类、要求与分级

（续）基坑工程根据其开挖和施工方法可分为：无支护开挖与有支护开挖方法。

有支护的基坑工程一般包括以下内容：围护结构、支撑体系、土方开挖、降水工程、地基加固、现场监测和环境保护工程。

有支护的基坑工程可进一步分为无支撑围护和有支撑围护。

无支撑围护开挖适合于开挖深度较浅、地质条件较好、周围环境保护要求较低的基坑工程，具有施工方便、工期短等特点。有支撑围护开挖适用于地层软弱，周围环境复杂、环境保护要求高的深基坑开挖，但开挖机械的施工活动空间受限、支撑布置需考虑适应主体工程施工、换拆支撑施工较复杂。

8.2.1基坑开挖分类、要求与分级

（续）

无支护放坡基坑开挖是在空旷施工场地环境下的一种常用的基坑开挖方法，一般包括以下内容：降水工程、土方开挖、地基加固及土坡坡面保护。

放坡开挖深度通常限于3～6米，如果大于这一深度，则必须采用分段开挖，分段之间应设置平台，平台宽度一般取2～3米。当挖土经过不同土层时，可根据土层情况改变放坡坡率，并酌留平台。

8.2.1基坑开挖分类、要求与分级

（续）基坑工程设计的基本技术要求包括：

1.安全可靠性：

确保基坑工程的安全以及周围环境的安全。

2.经济合理性：

基坑工程在支护结构安全可靠的前提下，要从工期、材料、设备、人工以及环境保护等多方面综合研究经济合理性。

3.施工便利性和工期保证性：

在安全可靠经济合理的原则下，最大限度地满足便利施工和缩短工期的要求。

支护结构通常是作为临时性结构，一旦基础施工完毕即失去作用。有些支护结构的材料可以重复利用，如钢板校及其工具式支撑。

但也有一些支护结构就永久理在地下，如钢筋混凝土板桩、灌注桩、水泥土搅拌桩和地下连续墙等。还合在基础施工时作为基坑的支护结构，施工完毕即为永久结构物的一个组成部分，成为复合式地下室外墙，如地下连续墙等。8.2.1基坑开挖分类、要求与分级（续）

建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）按支护工程损坏造成破坏的严重性按下表提供了基坑侧壁安全等级及重要性系数。

表8－1基坑侧壁安全等级及重要性系数

安全等级破坏后果

0一级支护结构破坏、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很严重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施工影响一般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注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定。

8.2.2基坑工程总体方案设计

基坑工程设计的阶段划分和文件组成，取决于基坑内主体工程的性质、投资规模、建设计划进度等要求，一般有总体方案设计和施工图设计两个阶段。

重要的深大基坑应结合主体工程设计进行基坑总体方案设计，并从以下各点对基坑工程方案进行分析评价和对比选择。

1.按主体工程地下室所处场地的工程地质及水文地质和周围环境条件所考虑的基坑工程问题和相应的总体设计中的对策是否全面、合理；

2.对主体工程地下室的建造层数，开挖深度，基坑面积及形状，施工方法、造价、工期与主体工程和上部工程造价、工期等主要经济指标进行综合分析，以评价基坑工程技术方案的经济合理性；

3.研究基坑工程的围护结构是否兼作主体工程的部分永久结构，对其技术经济效果进行评估；8.2.2基坑工程总体方案设计（续）

4.研究基坑工程的开挖方式的可靠性和合理性；

5.对大型主体工程及其基坑工程施工的分期和前后期工程施工进度安排及相邻影响进行技术经济分析，以通过分析对比提出适应于分期施工的总体方案。

8.2.2基坑工程总体方案设计（续）

基坑总体方案设计目前多在主体工程施工图完成后，基坑施工前进行。但为了使基坑工程与主体工程之间有较好的协调，使临时工程与主体工程的结合能够更经济合理，大型深基坑的总体方案设计应在主体工程的初步设计中就着手进行，以利于协调处理主体工程与基坑工程的相关问题，诸如部分工程桩兼作立柱桩，地下主体工程施工时、支撑如何换撑，基坑支护结构与主体工程的结合方式，围护结构如何适应地下主体结构施工的浇筑方式(逆筑或顺筑)、以及如何处理支模、防水等工序的配合要求。

总体方案设计要在调查研究的基础上，明确设计依据、设计标准，提出基坑开挖方式、围护结构、支撑结构、地基加固、开挖支撑施工、施工监控以及施工场地总平面布置等各项方案设计。

施工图设计一般在主体工程(地下部分)施工图已完成及基坑工程总体方案确定后进行。施工图和施工说明的内容、及各项具体技术标准依据和检验方法必须符合国家及各地区建筑行业管理部门的有关建筑法规、法令和技术规范、规程。8.3基坑工程设计依据

在基坑工程设计的前期工作中，应对基坑内的主体工程设计、场地地质条件、周边环境、施工条件、设计规范的进行调研和收集，以全面掌握设计依据。

8.3.1深基坑支护工程勘察

深基坑支护工程地质勘察所提供的报告及资料，是做好深基坑支护设计与施工的重要依据。在一般情况下，深基坑支护勘察应与主体工程的勘察同步进行。制定勘察任务书或编制勘察纲要时，应考虑到深基坑支护工程的设计、施工的特点与内容，对深基坑支护工程的地质，水文地质勘察工作提出专门要求。

一、在勘察任务书中，应具备下列资料

1.建筑场地的地形、管线及拟建建筑物的平面布置图；

2.拟建建筑物的上部结构类型、荷载以及可能采用的基础类型；

3.基坑开挖深度、坑底标高、基坑平面尺寸及可能采用的基坑支护类型；

4.场地及附近地区的环境条件等。二、在建筑地基详细勘察阶段，对需要支护的工程宜按下列要求进行勘察工作

1.勘察范围应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确定，并宜在开挖边界外按开挖深度的1～2倍范围内布置勘探点，当开挖边界外无法布置勘探点时，应通过调查取得相应资料。对于软土，勘察范围尚宜扩大；

2.基坑周边勘探点的深度应根据基坑支护结构设计要求确定，不宜小于1倍开挖深度，软土地区应穿越软土层；

3.勘探点间距应视地层条件而定，可在15～30m内选择，地层变化较大时，应增加勘探点，查明分布规律。三、场地水文地质勘察应达到以下要求

1.查明开挖范围及邻近场地地下水含水层和隔水层的层位、埋深和分布情况，查明各含水层(包括上层滞水、潜水、承压水)的补给条件和水力联系；

2.测量场地各含水层的渗透系数和渗透影响半径；

3.分析施工过程中水位变化对支护结构和基坑周边环境的影响，提出应采取的措施。

四、基坑开挖支护工程勘察报告应包括的主要内容

1.分析场地的地层结构和岩土的物理力学性质；

2.支护方式的建议，计算参数及支护结构的设计原则；

3.地下水控制方式和计算参数；

4.基坑开挖过程中应注意的问题及其防治措施；

5.施工中应进行的现场监测项目。

8.3.2岩土工程测试参数

岩土工程测试参数应满足深基坑支护和降水设计与施工的需要，一般要包含下列内容：

1.土的常规物理试验指标。包括土的天然重度

、天然含水量

与孔隙e。

2.颗粒分析试验，以确定砂粒、粉粒及粘粒的含量和不均匀系数Cu。以便评价土层管涌、潜蚀及流砂的可能性。

3.土的抗剪强度指标。包括土的内聚力c和内摩擦角

。可以采用原状土室内剪切试验、现场剪切试验获得，对饱和软粘土可采用十字板剪切试验获得土的抗剪强度。对重要工程应采用三轴剪切试验，对于一般工程，可采用直剪试验。试验方法由荷载类型、加荷速率及土的排水条件确定。通常情况下可采用固结快剪。根据上海地区的经验，采用c、

峰值用于土压力与整体稳定计算；对于基底隆起等其他计算采用c、

峰值的70％进行。8.3.2岩土工程测试参数（续）4.室内或原位试验测试土的渗透系数。对重要工程应采用现场抽水试验或注水试验测定土的渗透系数。一般工程可进行室内渗透试验，测定土层垂直向渗透系数kv和水平向渗透系数kh。砂土和碎石上可用常水头试验，粉土和粘性土可用变水头试验。透水性很低的软土可通过固结试验测定。

5.特殊条件下应根据实际情况选择其它适宜的试验方法测试的参数。8.3.3基坑周边环境勘查

在深基坑支护设计施工前，应对周围环境进行详细调查，查明影响范围内已有建筑物、地下结构物、道路及地下管线设施的位置、现状，并预测由于基坑开挖和降水对周围困环境的影响，提出必要的预防、控制和监测措施。基坑周边环境勘查应包括以下内容：

1.查明影响范围内建(构)筑物的结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载大小及上部结构现状；

2.查明基坑周边的各类地下设施，包括上、下水、电缆、煤气、污水、雨水、热力等管线或管道的分布和性状；

3.查明场地周围和邻近地区地表水汇流、排泻情况，地下水管渗漏情况以及对基坑开挖的影响程度；

4.查明基坑四周道路的距离及车辆载重情况。

8.3.4基坑支护结构设计资料

支护结构设计、施工前应取得以下基本资料：

1建筑场地及其周边，地表至支护结构底面下一定深度范围内地层结构、土(岩)购物理力学性质及含水层性质。地下水位、渗透系数等资料；

2标有建筑红线、施工红线的地形图及基础结构设计图；

3建筑场地及其附近的地下管线、地下埋设物的位置、深度、结构形式及埋设时间等；

4邻近的已有建筑的位置、层数、高度、结构类型、完好程度。已建时间以及基础类型、埋置深度、主要尺寸、基础距基坑上口周边的净距等；

5基坑周围的地面排水情况，地面雨水与污水、上下水管线排入或漏入基坑的可能性；

6基坑附近的地面堆载及大型车辆的动、静荷载情况；

7已有相似支护工程的经验性资料。

表8－2支护结构最大水平位移允许值＊

安全等级支护结构最大水平位移允许值（mm）排桩、地下连续墙、放坡、土钉墙钢板桩、深层搅拌一级0.0025h

二级0.0050h0.0100h三级0.0100h0.0200h＊深圳地区建筑深基坑支护技术规范。

表8－3基坑变形控制保护等级标准

保护等级地面最大沉降量及围护墙水平位移控制要求环境保护要求特级1.地面最大沉降量≤0.1％H；2.围护路最大水平位移≤0.14％H；3.Ks*≥2.2离基坑10m，周围有地铁，共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施必须确保安全一级1.地面最大沉降量≤0.1％H；2.围护墙最大水平位移量≤0.3％H3.Ks*≥2.2离基坑周围H范围内没有重要干线、水管、大型在使用的构筑物、建筑物二级1.地面员大沉量控制在≤0.5％H；2.围护堵最大水平位移＜0.7％H；3.Ks*≥2.0在基坑周围H范围内没有较重要支线管道和一般建筑、设施三级1.地面最大沉降量≤1％H；2.围护墙最大水平位移≤1.4％H；3.Ks*≥2.0在基坑周围30m范围内没有需保护建筑设施和管线、构筑物注：H为基坑开挖深度，在17m左右，Ks*为抗隆起安全系数，按圆弧滑动公式算出。上表是上海地铁总公司按上海软土层深基坑工程经验资料而提出的，供参考。8.3.5基坑支护结构设计原则

支护结构设计应符合以下原则：

1满足边坡和支护结构稳定的要求，即不产生倾覆、滑移和整体或局部失稳；基坑底部不产生隆起、管涌；锚杆系统不致抗拔失效；

2满足支护结构构件受荷后不致弯曲折断、剪断和压屈；

3水平位移和地基沉降不超过允许值，支护结构的最大水平位移允许值见表8－2和表8－3，地基沉降按邻近建筑不同结构形式的要求控制；当邻近有重要管线或支护结构作为永久性结构时，其水平位移和沉降按其特殊要求控制。

8.3.6支护结构设计依据

基坑支护结构的设计依据，应包含以下两个方面内容：

1.基坑支护设计必须依据国家及地区现行有关的设计、施工技术规范、规程。如地下连续墙、钻孔灌注桩、搅拌桩等设计施工技术规程、规范和钢筋混凝土结构、钢结构等设计规范。因此设计前必须调研和汇总有关规范和规程并注意各类规范的统一和协调。

2.积极调研和吸取当地相似基坑工程的成功与失败的原因、经验和教训。在基坑工程设计中应以此为重要设计依据。特别在进行异地设计、施工时，更须注意。

8.4支护结构方案设计

8.4.1支护结构类型

支护结构的种类很多，应根据具体开挖深度、地下水和土层条件、周围环境、工程重要性、工程造价和施工条件等多重因素加以选择。常见的支护结构类型主要有：

1.深层搅拌水泥土挡墙(见图8－1,a)，将土和水泥强制拌和成水泥土桩，结硬后成为具有一定强度的整体壁状挡墙，用于开挖深度3～6m的基坑，适合于软土地区、环境保护要求不高，施工低噪声、低振动，结构止水性较好，造价经济，但围护挡墙较宽，一般需3～4m。图8－1abcd8.4.1支护结构类型(续）

2.钢板桩(见图b)，用槽钢正反扣格接组成，或用U型、H型和Z型截面的锁口钢板桩。用打入法打入土中，相互连接形成钢板桩墙，既用于挡土又用于挡水，用于开挖深度3～10m的基坑。钢板桩具有较高的可靠性和耐久性，在完成支挡任务后，可以回收重复使用；与多道钢支撑结合，可适合软土地区的较深基坑，施工方便、工期短。但钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小，开挖后绕度变形较大,打拔桩振动噪声大、容易引起土体移动，导致周围地基较大沉陷。图8－1abcd8.4.1支护结构类型(续）3.钻孔灌注桩挡墙(见图8－1,c)，直径

600～

1000mm，桩长15～30m，组成排桩式挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，用于开挖深度为6～13m的基坑。具有噪声和振动小，刚度较大，就地浇制施工，对周围环境影响小等优点。适合软弱地层使用，接头放水性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩、旋喷桩等方法中选用适当方法解决防水问题，整体刚度较差，不适合兼作主体结构。桩质量取决于施工工艺及施工技术水平，施工时需作排污处理。图8－1abcd8.4.1支护结构类型(续）

4.地下连续墙(见图8－1,d)，在地下成槽后，挠筑混凝土，建造具有较高强度的钢筋混凝土挡墙，用于开挖深度达10m以上的基坑或施工条件较困难的情况。具有施工噪声低，振动小，就地浇制、墙接头止水效果较好、整体刚度大，对周围环境影响小等优点。适合于软弱土层和建筑设施密集城市市区的深基坑，高质量的刚性接头的地下连续墙可作永久性结构，并可采用逆筑法或半逆筑法施工。图8－1abcd8.4.2支护结构的选型

合理地选择支护结构的类型应根据场地地质条件、周围环境要求、工程功能、当地的常用施工工艺设备以及经济技术条件综合考虑而因地制宜地选择围护结构类型。表8－4为目前对于不同开挖深度不同地质环境条件下的支护结构可选择方案的归纳。可作为支护方案选型的参考。

8.5支撑方案设计

8.5.1支撑结构类型

深基坑支护体系由两部分组成，一是围护墙，另一是内支撑或者土层锚杆。支撑与围护墙之间相互联系，增强了支护结构的整体稳定性，不仅直接关系到基坑的安全和土方开挖，对基坑工程的造价和施工进度产生很大的影响。

在基坑工程中，支撑结构是承受围护墙所传递的土压力，水压力的结构体系。

作用在围护墙上的水、土压力可以由内支撑有效地传递和平衡，也可以由坑外设置的土锚维持其平衡，它们还能减少支护结构的位移。

内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受到的侧压力，构造简单，受力明确。

土锚设置在围护墙的背后，为挖土、结构施工创造了空间，有利于提高施工效率。

支撑系统按其材料可分为钢支撑、钢筋混凝土支撑，根据工程情况，有时在同一个基坑中采用钢和钢筋混凝土的组合支撑。

8.5.1支撑结构类型（续）

钢结构支撑具有自重小，安装和拆除都很方便，而且可以重复使用等优点。根据土方开挖进度，钢支撑可以做到随挖随撑，并可施加预应力，可以通过调整轴力而有效控制围护墙的变形，这对控制墙体变形是十分有利的。因此，在一般情况下，应优先采用钢支撑。由于钢结构支撑整体刚度较差，安装节点比较多，当节点构造不合理、施工不当或不符合设计要求，往往容易造成因节点变形与钢支撑变形，进而造成基坑过大的水平位移。有时甚至由于节点破坏，造成断一点而破坏整体的后果。对此应通过合理设计、严格现场管理和提高施工技术水平等措施加以控制。

表8－4基坑工程支护结构的选型方案＊

开挖深度沿海软土地区软弱土层，地下水位较高情况西北、西南、华南、华北、东北地区地质条件较好，地下水位较低情况≤6m(一层地下室)方案1：搅拌桩(格构式)挡土墙；方案2：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设一道支撑；方案3：环境允许，打设钢板桩或须制混凝土板桩，设1～2道支撑；方案4：对于狭长的排管工程采用主柱横挡板或打设钢板桩加设支撑。方案1：场地允许可放坡开挖；方案2：以挖孔灌注桩或钻孔灌注桩做成悬贸式挡墙，需要时亦可设一道拉锚或锚杆；方案3：土层适于打桩，同时环境又允许打桩时，可打设钢板桩。6m～11m（二层地下室）方案1；灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设1～2道支撑；方案2：对于要求围护结构作永久结构的，则可采用设支撑的地下连续墙；方案3：环境条件允许时，可打设钢板桩，设2～3道支撑；方案4：可应用SMW工法；方案5：对于较长的排管工程、可采用打设钢板桩，设3～4道支撑，或灌注桩后加必要的降水帐幕，设3～4道支撑。方案1：挖孔灌注桩或钻孔溜注桩加锚杆或内支撑；方案2：钢板桩支护并设数道拉锚；方案3：较陡的放坡开挖，被面用喷锚混凝上及锚杆支护，亦可用土钉墙。11～14m（三层地下室）方案1：灌注桩后加搅拌校或旋喷桩止水，设3～4道支撑；方案2：对于环境要求高的，或要求支护结构兼作永久结构的，采用设支撑的地下连续墙。采用逆筑法或半逆筑法施工；方案3：可应用SMW工法；方案4：对于特种地下构筑物，在一定条件下可采用沉井(箱)方案1：挖孔灌注桩或钻孔灌注桩加锚杆或内支撑；方案2；局部地区地质条件差，环境要求高的可采用地下连续墙作临时支护结构，亦可兼作永久结构，采用顺筑法或逆筑法，半逆筑法施工；方案3：可研究应用SMW工法。＞14m（四层以上地下室或特种结构)方案1：有支撑的地下连续墙作临时围护结构，亦可兼作主体结构，采用顺筑法或逆筑法，半逆筑法施工；方案2：对于特殊地下构筑物，特殊情况下可采用沉井(箱)。方案1：在有经验、有工程实例前提下，可采用挖孔灌注桩或钻孔灌注桩加锚杆或内支撑；方案2：采用地下连续墙作临时支护结构，亦可兼作永久结构，采用顺筑作法或逆筑法，半逆筑法施工；方案3：可应用SMW工法。＊摘自《基坑工程手册》

SMW（SoilMixingWall）工法(加劲水泥土搅拌墙)：用水泥土搅拌桩做成连续墙，在混凝土凝固前向桩中插入型钢，从而使水泥桩的抗压强度和弹性模量都大卫提高。8.5.1支撑结构类型（续）现浇钢筋混凝土结构支撑具有较大的刚度，适用于各种复杂平面形状的基坑。现浇节点不会产生松动而增加墙体位移。工程实践表明，在钢结构支撑施工技术水平不高的情况下，钢筋混凝土支撑具有更高的可靠性。但混凝土支撑有自重大、材料不能重复使用，支撑浇注、养护时间长拆除困难等缺点。当采用爆破方法拆除支撑时，会对周围环境产生影响。由于混凝土支撑从钢筋、模板、浇捣至养护的整个施工过程需要较长的时间，因此不能做到随挖随撑，这对控制墙体变形是不利的，对于大型基坑的下部采用钢筋混凝土支撑时应特别慎重。

8.5.2支撑体系的结构形式

支撑体系按其受力可以分为：单跨压杆式支撑；多跨压杆式支撑；双向多跨压杆式支撑；水平桁架式支撑；水平框架式支撑；大直径环梁；及边桁架相结合的支撑和斜撑等类型。这些支撑系统在实践中都有各自的特点和不足之处。常见的内支撑结构形式有以下几种：

8.5.2支撑体系的结构形式(1)单跨压杆式支撑(图8－2(a))。当基坑平面呈窄长条状、短边的长度不很大时，所用支撑杆件在该长度下的极限承载力尚能满足支护系统的需要，则采用这个形式具有受力明确、设计简洁、施工安装灵活方便等优点。

8.5.2支撑体系的结构形式(2)多跨压杆式支撑(图8－2(b))。当基坑平面尺寸较大，所用支撑杆件在基坑短边长度下的极限承载力尚不能满足支护系统的要求时，就需要在支撑杆件中部加设若干支点，给水平支撑杆加设垂直支点，就组成了多跨压杆式的支撑系统。这种形式的支撑受力也较明确，施工安装较单跨压杆式来得复杂。

8.5.3支撑体系的布置形式

支撑体系的布置形式在基坑工程设计中常表现出丰富思维创造性，也是技术要求较高的一项设计，支撑体系布置设计应考虑以下要求：

1.能够因地制宜合理选定支撑材料和支撑体系布置形式，使其综合技术经济指标得以优化；

2.支撑体系受力明确，充分协调发挥各杆件的力学性能，安全可靠，经济合理、能够在稳定性和控制变形方面满足对周围环境保护的设计标准要求；

3.支撑体系布置能在安全可靠的前提下，最大眼度地方便土方开挖和主体结构的快速施工要求。

常用支撑体系的布置形式主要有以下几种：

a.平面交叉式(单层或多层)支撑；

b.井字式支撑；

c.角(斜)撑式支撑；

d.周边桁架；

e.圆形环梁；

f.水平压杆支撑；

g.圆拱形支撑；

h.竖向斜撑；

i.中心岛式开挖及支撑；

j.逆作法；

k.锚杆；

l.拉锚(锚破)；

m.组合式支撑。

逆作法原理

先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。逆作法分类

（1）全逆作法：利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板对四周围护结构形成水平支撑。楼盖混凝土为整体浇筑，然后在其下掏土，通过楼盖中的预留孔洞向外运土并向下运入建筑材料。（2）半逆作法：利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板中先期浇筑的交叉格形肋梁，对围护结构形成框格式水平支撑，待土方开挖完成后再二次浇筑肋形楼板。

（3）部分逆作法：用基坑内四周暂时保留的局部土方对四周围护结构形成水平抵挡，抵消侧向压力所产生的一部分位移。

（4）分层逆作法：此方法主要是针对四周围护结构，是采用分层逆作，不是先一次整体施工完成。分层逆作四周的围护结构是采用土钉墙。逆作法工艺特点：

（1）可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建筑规模大、上下层次多时，大约可节省工时1/3。（2）受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。（3）施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。（4）最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。（5）一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。（6）由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量。（7）逆作法存在的不足，如逆作法支撑位置受地下室层高的限制，无法调整高度，如遇较大层高的地下室，有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋。由于挖土是在顶部封闭状态下进行，基坑中还分布有一定数量的中间支承柱和降水用井点管，目前尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械,使挖土的难度增大。但这些技术问题相信很快会得到解决。逆作法经济效益采用逆作法，一般地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式，一方面省去了单独设立的围护墙，另一方面可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积，增加有效使用面积。此外，围护墙的支撑体系由地下室楼盖结构代替，省去大量支撑费用。而且楼盖结构即支撑体系，还可以解决特殊平面形状建筑或局部楼盖缺失所带来的布置支撑的困难，并是受力更加合理。由于上述原因，再加上总工期的缩短，因而在软土地区对于具有多层地下室的高层建筑，采用逆作法施工具有明显的经济效益。一般可节省地下结构总造价的25%~35%。逆作法环境效益

（１）噪音方面：由于逆作法在施工地下室时是采用先表层楼面整体浇筑，再向下挖土施工，故其在施工中的噪音因表层楼面的阻隔而大大降低，从而避免了因夜间施工噪音问题而延误工期。

（２）扬尘方面：通常的地基处理采取开敞开挖手段，产生了大量的建筑灰尘，从而影响了城市的形象；采用逆作法施工，由于其施工作业在封闭的地表下，可以最大限度的减少扬尘。

逆作法社会效益

（１）交通方面：由于逆作法的采取表层支撑，底部施工的作业方法，故在城市交通土建中大有用武之地，它可以在地面道路继续通车的情况下，进行道路地下作业，从而避免了因堵车绕道而产生的损失。

（２）采用了逆作法，＋0.00层平板结构先完成，可以利用结构本身作内支撑。由于结构本身的侧向刚度是无限大的，且压缩变形值相对围护桩的变形要求来讲几乎等于零。因此，可以从根本上解决支护桩的侧向变形，从而使周围环境不至出现因变形值过大而导致路面沉陷、基础下沉等问题，保证了周围建筑物的安全。

（３）采用逆作法施工，地下连续墙与土体之间粘结力和摩擦力不仅可利用来承受垂直荷载，而且还可充分利用它承受水平风力和地震作用所产生建筑物底部巨大水平剪力和倾覆力矩，从而大大提高了抗震效应。

我国是个地震多发区，对地震的防治是必不可少的，从建筑业角度来说，采用适宜的施工工艺便可将地震带来的危害降低到最小，逆作法施工便具有这样的优点，所以在深基坑支护中大量运用逆作法具有广泛的社会效益。逆作法国内应用及前景

推广应用逆作法，能够提高地下工程的安全性，可以大大节约工程造价，缩短施工工期，防止周围地基出现下沉，是一种很有发展前途和推广价值的深基坑支护技术，在辽宁、上海、广州这类地区应用逆作法施工高层建筑深基坑较多。较典型的有上海特种基础工程研究所办公楼，位于上海西南角徐家汇天钥桥路。该建筑物地下2层，地上5层，底板埋置深度为-7.30m。为了探索基础结构与上部结构同时施工，以期缩短施工总工期，大楼采用了逆作法施工技术并取得了成功。又如，由上海第二建筑工程公司施工的恒积大厦工程以逆作法施工地下4层、地上22层，基坑深17m,施工仅用了5个月，整个工期明显加快，并减少支撑费用400万元，周边管线沉降仅为15mm,四周道路及民房位移均在5mm以内，取得了显著的经济效益和社会效益。由此在上海地区掀起了一股逆作法热，其后相继有明天广场、京沙住业大厦等数十项工程采用逆作法施工。

目前，逆作法已颁列入2001年颁布的中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范；各地也陆续公布了地下室逆作法施工工法（YJGF02-96）和（YJGF07-98），由此可说明逆作法施工已日趋成熟，其在深基坑支护中的前景乐观。如果说上个世纪是逆作法起步时期，紧接着在全国范围内迅速发展和大量应用之后，如今它正处于技术成熟期，将会有更大发展的全盛时期。常用支撑体系的布置形式主要有以下几种：a平面交叉式(单层或多层)支撑；b井字式支撑；c角(斜)撑式支撑；d周边桁架；e圆形环梁；f水平压杆支撑；g圆拱形支撑；h竖向斜撑；i中心岛式开挖及支撑

j逆作法；k锚杆；l拉锚(锚破)；m组合式支撑。

8.6作用于支护结构上的荷载

作用在一般结构上的荷载可分为三类：

(1)永久荷载(恒荷载)：在结构使用期间，其值不随的间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。例如结构自重、土压力等。

(2)可变荷就(活荷载)：在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值平均位值相比不可忽略的荷载。例如楼面活载、汽车、吊车及堆载等。

(3)偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间较短的荷载。例如地震力、爆炸力及撞击力等。8.6作用于支护结构上的荷载（续）作用于支护结构上的荷载主要有：

(1)地基土产生的土压力；

(2)地下水产生水压力；

(3)基坑顶面的超载（邻近建筑物、汽车、吊车及场地堆载等）；

(4)地震产生的垂直和水平荷载；

(5)温度影响和混凝土收缩引起的附加荷载。上述各项荷载中，作用于支护结构上的土压力是比较难于准确计算的荷载。土压力的大小及其分布规律是同支护结构的水平位移方向和大小、土的性质、支护结构物的刚度及高度等因素有关，土压力的计算方法可参考有关土力学教材。在设计计算和参数取值上常常采用经验和偏于安全的方法。一般情况下支护设计中不计地震产生的影响。8.7排桩支护设计与计算

8.7.1概述

8.7.2悬臂式排桩支护设计和计算

8.7.3单支点排桩支护设计和计算

8.7.4多支点排桩支护的计算

8.7排桩支护设计与计算

8.7.1概述

基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制而不能采用搅拌桩支护，开挖深度在6~10米左右时，即可采用排桩支护。

排桩支护可采用：钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩。

8.7.1概述（续）排桩支护结构可分为：

（1）柱列式排桩支护：

当边坡土质尚好、地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡，如图8-4a所示。

（2）连续排桩支护（图8-4b）在软土中一般不能形成土拱，支挡结构应该连续排。

（3）密排的钻孔桩可互相搭接，或在桩身混凝土强度尚未形成时，在相邻桩之间做一根素混凝土树根桩把钻孔桩排连起来，如图8-4c所示。也可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩，如图8-4d、e所示。

（4）组合式排桩支护：

在地下水位较高搭

软土地区，可采用钻孔灌注排桩与水泥土桩防渗墙组合的方式，如图8-4f所示。

8.7.1概述（续）按基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩支护可分为一下几种情况。

（1）无支撑(悬臂)支护结构：当基坑开挖深度不大，即可利用悬臂作用挡住墙后土体。（2）单支撑结构：当基坑开挖深度较大时，不能采用无支撑支护结构，可以在支护结构顶部附近设置一单支撑（或拉锚）。（3）多支撑结构：当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以减少挡墙挡压力。根据上海地区的施工实践，对于开挖深度<6m的基坑，在场地条件允许的情况下，可采用重力式深层搅拌桩挡墙较为理想。当场地受限制时，也可采用φ600mm密排悬臂钻孔桩，桩与桩之间可用树根桩密封，也可采用灌注桩后注浆或打水泥搅拌桩作防水帷幕；对于开挖深度在4～6m的基坑，根据场地条件和周围环境可选用重力式深层搅拌桩挡墙，或打入预制混凝土板桩或钢板桩，其后注浆或加搅拌桩防渗，设一道檩和支撑也可采用φ600mm钻孔桩，后面用搅拌桩防渗，顶部设一道圈梁和支撑；对于开挖深度为6～10米的基坑，以往采用φ800～1000mm的钻孔桩，后面加深层搅拌桩或注浆放水，并设2～3道支撑，支撑道数视土质情况、周围环境及围护结构变形要求而定；对于开挖深度大于10m的基坑，以往常采用地下连续墙，设多层支撑，虽然安全可靠，但价格昂贵。近来上海常采用φ800～1000mm大直径钻孔桩代替地下连续墙，同样采取深层搅拌桩放水，多道支撑或中心岛施工法，这种支护结构已成功用于开挖深度达到13米的基坑。

8.7.2悬臂式排桩支护设计和计算

悬臂式排桩支护的计算方法采用传统的板桩计算方法。如图8-5所示。悬臂板桩在基坑底面以上外侧主动土压力作用下，板桩将向基坑内侧倾移，而下部则反方向变位．即板桩将绕基坑底以下某点(如图中b点)旋转。点b处墙体无变位，故受到大小相等、方向相反的二力(静止土压力)作用，其净压力为零。点b以上墙体向左移动，其左侧作用被动土压力，右侧作用主动土压力；点b以下则相反，其右侧作用被动土压力，左侧作用主动土压力。因此，作用在墙体上各点的净土压力为各点两侧的被动土压力和主动土压力之差，其沿墙身的分布情况如图8-5b所示，简化成线性分布后的悬臂板桩计算图式为图8-5c，即可根据静力平衡条件计算板桩的入上深度和内力。H.Blum又建议可以图8-5d代替，计算入土深度及内力。下面分别介绍下面两种方法。

1.静力平衡法

图8-5表示主动土压力及被动土压力随深度呈线性交化，随着板桩入土深度的不同，作用在不同深度上各点的净土压力的分布也不同。当单位宽度板桩墙两侧所受的净土压力相平衡时，板桩墙则处于稳定，相应的板桩入土深度即为板桩保证其稳定性所需的最小入土深度，可根据静力平衡条件即水平力平衡方程(∑F=0)和对桩底截面的力矩平衡方程(∑M=0)。

1.静力平衡法（续）地面几种荷载可折算成均布荷载：繁重的起重机械：距板桩1.5m内按60kN/m2取值；距板桩1.5～3.5m，按40kN/m2取值；轻型公路：按5kN/m2；

重型公路：按10kN/m2；

铁道：按20kN/m2。

对土的内摩擦角φn及内聚力cn按固结快剪方法确定。当采用井点降低地下水位，地面有排水和防渗措施时，土的那摩擦角φn值可酌情调整：

1.静力平衡法（续）

1)板桩墙外侧，在井点降水范围内，φn值可乘以1.1～1.3；

2)无桩基的板桩内侧，φn值可乘以1.1～1.3；

3)有桩基的板桩墙内侧，在送桩范围内乘以1.0；在密集群桩深度范围内，乘以1.2~4；

4)

在井点降水土体固结的条件下，可将土的内聚力cn值乘以1.1～1.3。墙侧的土压力分布如图8-6所示。

(1).板桩墙前后的土压力分布

第n层土底面对板桩墙主动土压力为

:第n层土底面对板桩墙底被动土压力为

:(2).建立并求解静力平衡方程，求得板桩入土深度

(1)计算桩底墙后主动土压力ea3及墙墙被动土压力ep3

，然后进行迭加，求出第一个土压力为零的，该点离坑底距离为u；

(2)计算d点以上土压力合力，求出至d点的距离y；

(3)计算d点处墙前主动土压力ea1及墙后被动土压力ep1

；

（4）计算柱底墙前主动土压力ea2和墙后被动土压力ep2

；（5）根据作用在挡墙结构上的全部水平作用力平衡条件和绕挡墙底部自由端力矩总和为零的条件:整理后可得t0的四次方程式:

求解上述四次方程，即可得板桩嵌入d点以下的深度t0值。

为安全起见，实际嵌入坑底面以下的入土深度为：(3).计算板桩最大弯矩

板桩墙最大弯矩的作用点，亦即结构端面剪力为零的点。例如对于均质的非粘性土，如图8-6所示，当剪力为零的点在基坑底面以下深度为b时，即有：由上述解得b后，可求得最大弯矩：2.布鲁姆(Blum)法

布鲁姆（H.Blum）建议以图8-5d代替8-5c，即原来桩脚出现的被动土压力以一个集中力代替，计算结果图如8-7所示。

2.布鲁姆(Blum)法（续）

如图8-7a所示，为求桩插入深度，对桩底C点取矩，根据有∑Mc=0

∑P——主动土压力、水压力的合力。

a——

∑P合力距地面距离;l=h+uu——土压力为零距坑底的距离。

板桩的插入深度：2.布鲁姆(Blum)法（续）布鲁姆（H.Blum）曾作出一个曲线图，如图8-7c所示可求得x

：令：再令：式中m及n值很容易确定，因其只与荷载及板桩长度有关。在这式中m及n确定后，可以从图8-7c曲线图求得的n及m连一直线并延长即可求得ξ值。2.布鲁姆(Blum)法（续）式中m及n值很容易确定，因其只与荷载及板桩长度有关。在这式中m及n确定后，可以从图8-7c曲线图求得的n及m连一直线并延长即可求得ξ值。得出x值，则可按下式得到桩的插入深度:最大弯矩在剪力Q＝0处，设从O点往下xm处Q＝0，则有

2.布鲁姆(Blum)法（续）a土压力分布b弯矩图图8-8挖孔桩悬臂挡墙计算

最大弯矩在剪力Q＝0处，设从O点往下xm处Q＝0，则有

最大弯矩：

求出最大弯矩后，对钢板桩可以核算截面尺寸，对灌注桩可以核定直径及配筋计算。

【例

8-1】【例

8-1】

某工程基坑挡土桩设计。可采用φ100cm挖孔桩，基坑开挖深度6.0m，基坑边堆载q＝10kN/m2。地基土层自地表向下分别为：（1）粉质粘土：可塑，厚1.1～3.1m；（2）中粗砂：中密～密实，厚2～5m，φ＝340，γ＝20kN/m3；（3）砾砂：密实，未钻穿，φ

＝340。

试设计挖孔桩。

【解】1.求桩的插入深度

【例

8-1】（续）【例

8-1】（续）查布鲁姆理论的计算曲线，得：桩的总长：6+5.84=11.84m，取12.0m。

2.求最大弯矩最大弯矩位置：

最大弯矩：

【例

8-1】（续）3.截面配筋预选桩径d＝100cm，钢筋保护层厚度a＝5cm，钢筋笼直径为d1选竖向主筋20根，沿d1均匀布置，各钢筋至x－x轴的垂直距离y1由比例图量出，如图8-9a所示。选f

25，Ag=4.91cm2，Rg=34kN/cm2

钢筋总抗弯刚度能力：

【例

8-1】（续）a钢筋布置图

b桩的布置示意图图8-9桩身配筋计算图

为了减少竖向钢筋用量，刻考虑受压区（靠基坑一侧的半圆截面）混凝土的抗压作用，混凝土用C15，认为Rw＝1.1kN/m2

受压区每根钢筋截面积为：构造配筋f

14，A’g＝1.54cm2为了进一步减少钢筋用量，宜在桩身上部减少配筋，求1/2Mmax弯矩点，试算地面下5.5m处土的主动土压力强度：

【例

8-1】（续）

为了进一步减少钢筋用量，宜在桩身上部减少配筋，求1/2Mmax弯矩点，试算地面下5.5m处土的主动土压力强度：

因此，开挖桩钢筋笼中，竖向钢筋的配置为：上部5m：5

f

25mm＋5

f

14mm下部7m：10

f

25mm＋10

f

14mm

f

14m钢筋全部配置在桩身混凝土受压区，即在面向基坑内侧的半圆内。

8.7.3单支点排桩支护设计和计算

顶端支撑(或锚系)的排桩支护结构与顶端自由(悬臂)的排桩二者是有区别的。顶端支撑的支护结构，由于顶端有支撑而不致移动而形成一铰接的简支点。至于桩埋入土内部分，入上浅时为简支，深时则为嵌固。下面所介绍的就是桩因入土深度不同而产生的几种情况。

1)支护桩入土深度较浅，支护桩前的被动土压力全部发挥，对支撑点的主动上压力的力矩和被动土压力的力矩相等(图8-10a)。此时墙体处于极限平衡状态，由此得出的跨间正弯矩Mmax其值最大，但入土深度最浅为tmin。这时其墙前以被动土压力全部被利用，墙的底端可能有少许向左位移的现象发生。

图8-10不同入土深度的板桩墙的土压力分布、弯矩及变形图

8.7.3单支点排桩支护设计和计算（续）2)支护桩入土深度增加，大于tmin时(图8-10b)，则桩前的被动土压力得不到充分发挥与利用，这时桩底端仅在原位置转动一角度而不致有位移现象发生，这时桩底的土压力便等于零。未发挥的被动土压力可作为安全度。

图8-10不同入土深度的板桩墙的土压力分布、弯矩及变形图

3)支护桩入土深度继续增加，墙前墙后都出现被动土压力，支护桩在土中处于嵌固状态，相当于上端简支、下端嵌固的超静定梁。它的弯矩己大大减小而出现正负二个方向的弯矩。其底端的嵌固弯矩M2的绝对值略小于跨间弯矩M1的数值，压力零点与弯矩零点约相吻合(图8-10c)。

图8-10不同入土深度的板桩墙的土压力分布、弯矩及变形图

8.7.3单支点排桩支护设计和计算（续）4)支护桩的入土深度进一步增加(图8-10d)，这时桩的入土深度己嫌过深，墙前墙后的被动土压力都不能充分发挥和利用，它对跨间弯矩的减小不起太大的作用，因此支护桩入土深度过深是不经济的。

图8-10不同入土深度的板桩墙的土压力分布、弯矩及变形图

第四种的支护桩入土深度已嫌过深而不经济，所以设计时都不采用。第三种是目前常采用的工作状态，一般使正弯矩为负弯矩的110％~115％作为设计依据，但也有采用正负弯矩相等作为依据的。由该状态得出的桩虽然较长，但因弯矩较小，可以选择较小的断面，同时因入土较深，比较安全可靠。若按第一、第二种情况设计，可得较小的入土深度和较大的弯矩，对于第一种情况，桩底可能有少许位移。自由支承比嵌固支承受力情况明确，造价经济合理。

1、自由端单支点支护桩的计算（平衡法）

图8-11是单支点自由端支护结构的断面，桩的右面为主动土压力，左侧为被动土压力。可采用下列方法确定桩的最小入土深度tmin和水平向每延米所需支点力(或锚固力)R。

图8-11单支点排桩支护的静力平衡计算简图

如图8-11所示，取支护单位长度，对A点取矩，令MA＝0，∑F=0，则有

:式中MEa1、Mea,—基坑底以上及以下主动土压力合力对A点的力矩；Mep—被动土压力合力对A点的力矩；Ea1、Ea2—基坑底以上及以下主动土压力合力；

Ep—被动土压力合力。

2、等值梁法

等值梁法是前面介绍的图解一分析法的简化。桩入坑底土内有弹性嵌固(铰结)与固定两种，现按前述第三种情况，即可当作—端弹性嵌固另一端简支的梁来研究。档墙两侧作用着分布荷载，即主动土压力与被动土压力，如图8-12a所示。在计算过程中所要求出的仍是桩的入土深度、支撑反力及跨中最大弯矩。

图8-12等值梁法计算简图

单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩图如图8-12c所示，若在得出此弯矩图前已知弯矩零点位置，并于弯矩零点处将粱(即桩)断开以简支计算，则不难看出所得该段的弯矩图将同整梁计算时一样，此断梁段即称为整梁该段的等值梁。对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙其净土压力零点位置与弯矩零点位置很接近，因此可在压力零点处将板桩划开作为两个相联的简支梁来计算。这种简化计算法就称为等值梁法，其计算步骤如下(图8-12)：

2、等值梁法(计算步骤)(1)根据基抗深度、勘察资料等，计算主动土压力与被动土压力，求出土压力零点B的位置，按式(8-11)计算B点至坑底的距离u值；

(2)由等值梁AB根据平衡方程计算支撑反力Ra及B点剪力QB

（3）由等值梁BG求算板桩的入土深度，取∑MG=0，则

:由上式求得x后，桩的最小入土深度可由下式求得

:如桩端为一般的土质条件，应乘系数1.1～1.2，即:

（4）由等值梁求算最大弯矩Mmax值。

【例

8-2】【例

8-2】某工程开挖深度10.0m，采用单点支护结构，地质资料和地面荷载如图8－27所示。试计算板桩。

图8-13地质资料和土压力分布

【解】采用等值梁法计算

γ、c、φ值按25米范围内的加权平均值计算得：

1.主动土压力计算

【例

8-2】（续）2.计算土压力零点位置

3.计算支撑反力Ra和QB

【例

8-2】（续）3.计算支撑反力Ra和QB

4.计算板桩的入土深度t

取

t＝13.0m，

板桩长

10+13=23m【例

8-2】（续）5.最大弯矩Mmax的计算

先求Q＝0的位置x0，再求该点Mmax。

8.7.4多支点排桩支护的计算

当基坑比较深、土质较差时，单支点支护结构不能满足基坑支挡的强度和稳定性要求时，可以采用多层支撑的多支点支护结构。支撑层数及位置应根据土质、基坑深度、支护结构、支撑结构和施工要求等因素确定。目前对多支撑支护结构的计算方法很多，一般有等值梁法（连续梁法）；支撑荷载的1/2分担法；逐层开挖支撑力不变法；有限元法等。下面主要介绍前二种计算方法。图8-14各施工阶段的计算简图

1、等值梁法

图8-14各施工阶段的计算简图

多支撑的等值梁法的计算原理与单支点的等值梁法的计算原理相同，一般可当作刚性支承的连续梁计算(即支座无位移)，并应根据分层挖土深度与每层支点设置的实际施工阶段建立静力计算体系，而且假定下层挖土不影响上层支点的计算水平力。如图8-14所示的基坑支护系统，应按以下各施工阶段的情况分别进行计算。

（1）置支撑A以前的开挖阶段（图8-14a）,可将挡墙作为一端嵌固在土中的悬臂桩。（2）在设置支撑B以前的开挖阶段（图8-14b），挡墙是两个支点的静定梁，两个支点分别是A及土中静压力为零的一点。

（3）在设置支撑C以前的开挖阶段（图8-14c），挡墙是具有三个支点的连续梁，三个支点分别为A、B及土中的土压力为零的点。

1、等值梁法（续）图8-14各施工阶段的计算简图

（4）在浇筑底板以前的开挖阶段（图8-14d），挡墙是具有四个支点的三跨连续梁。

以上各施工阶段，挡墙在土内的下端支点，已知上述取土压力零点，即地面以下的主动土压力与被动土压力平衡之点。但是对第2阶段以后的情况，也有其他一些假定，常见的有：

（1）最下一层支撑以下主动土压力弯矩和被动压力弯矩平衡之点，亦即零弯矩点；（2）开挖工作面以下，其深度相当于开挖高度20％左右的一点；

（3）上端固定的半无限长度弹性支撑梁的第一个不动点；

（4）对于最终开挖阶段，其连续梁在土内的理论支点取在基坑底面以下0.6t处（t为基坑底面以下墙的入土深度）。

多支点支护实例例题：某箱形基坑工程，挖土深度9m，土质情况如图所示，挡土结构系采用板桩墙加两道锚杆支撑体系。钢板桩截面模量W=3.82×106mm3。试设计多支点支护结构。解：（1）参数计算多支点支护实例（续）（1）参数计算多支点支护实例（续）（2）第一阶段挖土3.0m，挖土完成后板桩墙为悬臂支护结构，其计算简图如下图所示。第一阶段的主要计算是验算基坑深度为3.0m时悬臂板桩墙支护结构是否满足强度和稳定性条件。

土压力零点位置为：

主动土压力合力：

多支点支护实例（续）第二层在3m处的主动土压力强度为：

设在开挖面以下d1处土压力为零，即：

确定最大弯矩作用点：

确定第一开挖阶段最大弯矩：

由于本工程开挖深度为9m，所以在第一阶段开挖3m深度时，入土深度必然满足要求，不必验算。

多支点支护实例（续）（3）第二阶段挖土深度6.0m，并在开挖的第一阶段深度3m处设立锚杆，计算简图。开挖深度6.0m处，土压力为：开挖面以下土压力零点位置：全部主动土压力合力：全部主动土压力合力作用点：多支点支护实例（续）第一层支点力T1：最大弯矩作用点：因为T1小于Ea2，所以剪力为零的点位于基坑开挖面以下，即最大弯矩：多支点支护实例（续）（3）第三阶段挖土深度9.0m，并在开挖的第二阶段深度6m处设立锚杆，计算简图。开挖深度9.0m处，土压力为：开挖面以下土压力零点位置：全部主动土压力合力：全部主动土压力合力作用点：多支点支护实例（续）第二层支点力T2：最大弯矩作用点：最大弯矩：嵌固深度：【例8-3】【例8-3】北京京城大厦，超高层建筑，地上52层，地下4层，地面以上高183.53m，箱形基础，埋深23.76m（按23.5m计算），采用进口27m长的H型钢桩（488mm×300mm）挡墙土，锤击打入，间距1.1m。三层锚杆拉结。地质资料如图8-15所示。各层土平均重度γ＝19kN/m3，土的内摩擦角平均为300,粘聚力c=10kPa，23m以下为卵石，贯入度大于100,φ=350~430,潜水位于的圆砾石中，深10m内有上层滞水。地面荷载按10kN/m2计。

图8-15北京京城大厦地质剖面及锚杆示意图

【例8-3】(续)1.参数计算

上式中被动土压力系数采用库仑公式，考虑到桩已在基坑下砂卵石中，φ取值为360，δ＝2φ/3约为250，ε=0，β=0。

2.土压力为零（近似零弯点）距离基坑底面距离的计算

3．计算固端弯矩

【例8-3】(续)基坑支护简图如图8-16所示。将支护桩画成一连续梁，其荷载为土压力(图8-17)。

1)连续梁AB段悬臂部分弯矩

图8-16基坑支护简图

图8-17挡墙作为连续梁计算简图

【例8-3】(续)2)梁BC段：3)梁CD段：

4)梁DEF段：F点为零弯矩点，D点的弯矩为

【例8-3】(续)4.弯矩分配

计算固端弯矩不平衡，需要弯矩分配法来平衡支点C、D的弯矩。通过弯矩分配，得出各支点的弯矩为

5.求各支点反力

各种工况下，各层锚杆的支点反力及正负弯矩值汇总于表8-5，上述计算结果主要反映在工况4中。

【例8-3】(续)表8-5各层锚杆的支点反力及正负弯矩表

工况开挖深度/m第一层锚杆第二层锚杆第三层锚杆RB/kNMB/kN

mMBC/kN

mRC/kNMC/kN

m

MCD/kN

mRD/kNMD/kN

m

MDF/kN

m1-5.5

491.5

2-12.5363.6-183.3535.0

3-18.5196.2-158.3116.0578.5-416.8545.8

4-23.5167.2-171.8142.6434.7-235.872.0896.9-486.0395.9【例8-3】(续)6.复核488H型钢的强度

进口的488×300H型钢的截面系数Wx＝2910cm3，[σ]=200MPa,计算最大弯矩MCD＝545.8kNm,H型钢中距为1.1m，因此

548.5×1.1=600.4kN.m<[σ]×105％=200×105％kN/mm2＝210kN/mm2

（满足）

7.H型钢插入深度计算

已计算出土压力零点

u＝0.69m

H型钢桩底已打入砂卵石层，实际H型钢桩长27m，即入土3.5m。

2、支撑荷载的1/2分担法

支撑荷载的1/2分担法是多支撑支护结构的一种简化计算方法，计算较为简便。

Terzaghi和Peck根据柏林和芝加哥等地铁工程基坑挡土结构支撑受力测定，以包络图为基础，以1/2分担法将支撑轴力转化为土压力，提出土压力分布图，见图8-18。反之，如土压力分布图已确定(设计计算时必须确定土压力分布)，则可以用1/2分担法来计算多支撑的受力，这种方法不考虑桩、墙体支撑变形，每道支撑承受的相邻上下个半跨的压力(土压力、水压力、地面超载等)。

图

8－18支撑荷载的1/2分担法

对多支点的支护结构，若支护墙后的主动土压力分布采用Terzaghi和Peck

假定图式，则支承或拉锚的内力及其支护墙的弯矩，可按以下经验法计算。2、支撑荷载的1/2分担法（续）

（2）当土压力强度为q，对于连续梁，最大支座弯矩为M=ql2/10，最大跨中支座弯矩为M=ql2/20。这种方法由于荷载图式多采用实测支撑力反算的经验包络图，所以仍具有一定的实用性，特别对于估算支撑轴力有一定的参考价值。

（1）每道支撑或拉锚所受的力是相应于相邻两个半跨的土压力载荷值。

8.8搅拌桩支