明挖基坑支护结构设计

第七章明挖基坑支护结构设计

14.1基坑工程概述

基坑是为了修筑建筑物的基础或地下室、埋设市政工程的管道以及开发地下空间（如地铁车站。地下商场）等所开挖的地面以下的坑。基坑支护工程是指在基坑开挖时，为了保证坑壁不致坍塌、保护主体地下结构的安全以及使周围环境不受损害所采取的工程措施的总称。基坑开挖施工有两种，有支护基坑工程和无支护基坑工程。无支护基坑工程一般在场地空旷、基坑开挖深度较浅、。环境要求不高的情况下才采用，如放坡开挖，这时主要考虑边坡稳定和排水问题。随着城市的发展，建筑物基础深度加大，建筑物及地下管线等越来越密集，可施工的空间越来越小，而且有环境的要求，所以现在多采用有支护的基坑开挖施工。随着我国城市化的快速发展，城市地下空间的开发利用在节约土地资源、调节城市土地使用结构、城市现代化基础设施建设、防灾救火和国防建设等方面将发挥越来越重要的作用。可以说，没有城市地下空问的有效开发利用就没有城市的可持续发展，这样也势必带来大规模的深基坑工程问题，也对深基坑开挖与支护提出了更高、更严格的要求;2

深基坑工程是基础工程和地下工程施工中的一个古老而又崭新的课题。在中国，20世纪80年代以前我国的高层和多层建筑的地下室多为3m--4m左右深的单层地下室，深基坑工程数量较少。随着我国国民经济和城市建设的高速发展，进入80年代后期以来，为了充分利用地皮，高层、超高层建筑如春笋般拔地而起。由于建筑结构设计、建筑使用功能及人防工程的要求，深基坑开挖深度越来越深，开挖面积也越来越大。如上海金茂大厦，地上88层，塔楼开挖深度达一19.65m，裙房开挖深度也达一15.1m.基坑开挖面积近2万㎡。自90年代以来，大量的城市高层建筑开始出现，一些大城市，如北京、上海、广州地铁工程也相继全面展开。90年代中期以后，各地纷纷组织技术力量进行了深基坑工程技术标准的编制工作。在各地基坑支护技术的工程实施和理论研究的基础上，两本国家行业标准:同时由于基坑工程的区域性、不确定性、个体差异性及复杂性等特点，工程事故仍时有发生。基坑工程中深、大、地面与地下复杂条件下深基坑开挖施工与基坑安全稳定性分析与维护问题己成为当今工程界的热点、难点和重点问题之一。34.2深基坑工程特点(1)深基坑工程具有很强的区域性岩土工程区域性强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中，深基坑工程差异性很大，即使是同一城市不同区域也有差异。由于岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件极其复杂，造成勘察数据离散性很大，精确度低。因此，深基坑开挖要因地制宜，不能简单地完全照搬经验。(2)深基坑工程具有很强的个性深基坑工程与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此，对深基坑工程安全等级进行分类、对支护结构允许变形规定统一的标准是非常困难的。(3)基坑工程具有很强的综合性深基坑工程涉及土力学中强度、变形和整体稳定、渗流等基本课题，往往需要综合处理。有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾，有的土中渗流引起土体破坏是主要矛盾，有的基坑周围地面变形是主要矛盾。深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交叉的学科，是多种复杂因素相互影响的系统工程，是理论上尚待发展的综合性学科。4(4)深基坑工程具有较强的时空效应深基坑的深度和平面形状，对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在深基坑设计中，要注意深基坑工程的空间效应。软土土体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化，蠕变将使土体强度降低，使土坡稳定性减小，故基坑开挖时应注意其时空效应。(5)深基坑工程具有较强的环境效应深基坑工程的开挖，必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及市政地下管线产生影响，严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。施工过程中还会产生噪声和浮尘，土方及材料运输会干扰交通，对周围环境和居民生活都有较大影响。（6）深基坑工程工程量大及工期紧深基坑开挖深度一般较大，工程量比浅基坑增加很多。降雨以及开挖土体暴露时间长，都对结构稳定不利。因此，抓紧施工工期，不仅是施工管理上的要求，它对减小基坑变形、周围环境的变形及减少事故都具有特别的意义。（7）深基坑工程质量要求高深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域，有时其支护结构还是地下永久结构的一部分，而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构。所以，必须保证深基坑工程的质量，才能保证地下结构和上部结构的工程质量。5(8)深基坑工程具有较大的风险性深基坑工程是个临时工程，安全储备相对较小，因此风险性较大。由于深基坑工程技术复杂，涉及范围广，事故频繁，因此在施工过程中应进行监测，并应具备应急措施。深基坑工程造价较高，但一般为临时性工程，业主一般不愿投入较多资金，一旦出现事故，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。(9)深基坑工程具有较高的事故率深基坑工程施工周期长，从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，安全度的随机性较大，事故的发生往往具有突发性。据有关资料统计，深基坑工程事故的发生率一般约占基坑工程数量的20%左右，有的城市甚至占30%左右。(10)深基坑工程具有很高的不确定性土体内部物质成分、结构构造、强度特征、应力历史、物理力学性质以及环境、荷载条件等不同使得任一点土性可能都有较大的变异性，其所能提供的土抗力(基床)系数、抗剪强度指标存在很大的离散性:另外，采取土样受扰动而与现场土样不一致;仪器本身存在着一定的精度;统计样本数量少或统计方法本身存在不足，另外还有土性参数间的相关性等，这些因素都使得土性参数具有极大的不确定性。64.3基坑支护结构种类基坑支护工程是指在基坑开挖时，为了保证坑壁不致坍塌、保护主体地下结构的安全以及使周围环境不受损害所采取的工程措施的总称。

4.3.1按基坑支护结构形式分：支护结构水泥土挡墙深层搅拌水泥土桩高压旋喷桩板桩式钢板桩钢筋混凝土板桩型钢横挡板钻孔灌注桩挖孔灌注桩排桩和板墙式现浇地下连续墙预制装配式地下连续墙板墙式排桩式边坡稳定式土钉墙喷锚网逆作拱墙式放坡7两个功能：一是挡土；二是止水。基坑支护分两类：支护型——将支护墙（排桩）作为主要受力构件；支护型基坑支护包括板桩墙、排桩、地下连续墙等。在基坑较浅时可不设支撑，成悬臂式结构；当基坑较深或对周围地面变形严格限制时，应设水平或斜向支撑，或锚定系统；形成空间力系是发展方向。加固型——充分利用加固土体的强度。加固型包括水泥搅拌桩、高压旋喷桩、注浆和树根桩等。8支护结构名称防水抗渗性能施工特点造价工期对环境影响适宜地质条件1钢板桩咬口好，能止水

难打入硬质土层，施工方便快捷能重复利用，一般费用较低较快刚度不够大，变形大;拔除易带十，且施了一振动噪音大软土、淤泥及淤泥质土2地下连续墙防水抗渗性能好需有大型机械设备，施工复杂高慢废弃泥浆易污染环境各种地质、水位条件皆适宜3排桩式需有防水抗渗措施，否则止水性差施工机具简单，施工简便易行较低较快整体性和刚度较地下连续墙差，对环境影响小除砾石层外各种土层皆适宜4深层搅拌水泥土桩好需深层搅拌机械，施工较容易一般较经济较慢墙后土体位移变形较大，且水泥浆易污染环境软土、淤泥质土5悬臂式支护结构差施工简单较省较快应注意支护结构位移变形软土、粘土、砂土等6桩锚支护结构差施工需锚杆机械及灌浆设备造价较高较慢锚杆深入基坑外土层中并灌桨，对周围土层有影响:有噪音粘土、粉土、砂土等，软土与淤泥质土不宜7土钉墙较好占用场地小，施工设备简单，效率高造价低较快施工噪音、振动小:土钉本身变形小，对周边环境影响小砂士、粘土、粉土9支护结构类型及其适用范围结构形式适用范围排桩结构稀疏排桩土质较好，地下水位低或降水效果好连续排桩土质差，地下水位高或降水效果差框架式排桩单排桩刚度不能满足变形要求组合排桩结构排桩加挡板排桩桩距较大，利用挡板传递土压并有一定防渗作用排桩加水泥搅拌桩以水泥搅拌桩互搭组成平面拱代替挡板传递土压力，具有较好防涌效果排桩加水泥防渗墙地下水位较高的软土地区排桩或组合排桩加锚杆结构开挖深度较大，排桩或组合排桩结构强度无法满足要求地下连续墙结构与地下室墙体合一，防渗性强，施工场地较小，开挖深度大沉井结构软土地区重力式挡土墙结构具有一定施工空间，软土地区10

4.3.2按支护结构所处位置分:

壁式挡墙支护、内支撑和外层拉锚等三部分。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。

1、壁式挡墙支护是保证基坑壁稳定或形成人造稳定基坑壁的各种临时性支护工程措施。防止坑外的水渗流进入坑内，并控制由于坑内外水头差造成的流砂及管涌等现象。如挡墙结构、支护墙体、防渗帷幕、锚杆、喷锚网支护、地下连续墙支护、水泥土深层搅拌桩；旋喷桩、注浆、各钢管桩、板桩等各种支护加强桩支护等。112、内支撑系统内支护系统是由围梁、支护杆件以及立柱等组成的结构体系，其作用是同坑底被动区土体共同平衡支护墙体外的主动区压力（包括土压力、水压力及地面荷载引起的侧压力）。围梁是一道或几道沿着支护墙体内侧设置，把支护墙体所受的力相对均匀地传递给内支护杆件的水平向梁。支护杆件承受着围梁传来的轴力和弯矩。立柱的作用一方面是承受支护及施工荷载的重量，另一方面增加对支护杆件的约束（图）3、外层拉锚加固支护是一种一端固定在开挖基坑外的稳定底层内，另一端与支护墙相连接的受拉杆件。其作用同内支护系统，它不设置在基坑内，使基坑内有宽敞的工作环境。如土层长锚杆、锚索支护，预应力锚杆与锚索支护等。124.4施工监测监测是在在基坑工程施工过程中，对基坑支护结构、其周围地层、附近建筑物、地下管线等的受力和变形进行的测量。目的主要在于确保基坑工程本身的安全；对基坑周围环境进行有效的保护；检验设计所采用参数及假定的正确性；并为改进设计、提高工程整体水平提供依据。134.5支护结构形式

4.5.1壁式挡墙支护形式

（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（八）重力式挡土墙壁式挡墙支护形式（九）SMW工法（十）逆作拱墙式14一、钢板桩支护钢板桩支护是基坑支护结构中常用的一种类型，通常是由钢板桩支护墙体（一般兼作防水帷幕)、支撑(或土层锚杆)组成的防水挡土体系。两部分共同作用，抵抗土压力等外荷载，维持平衡，保证深基坑开挖施工的顺利进行。1、根据有无支撑以及支撑设置的位置可分成以下三种类型:(1)悬臂式钢板桩支护结构:不设置内支撑或土层锚杆等，基坑内施工方便。由于墙身刚度小，所以内力和变形均较大，当环境要求较高时，不宜用于开挖较深的基坑。(2)单层或多层内支撑钢板桩支护结构:设置的内支撑可有效地减少围护墙体的内力和变形，通过设置多道支撑可用于开挖很深的基坑。但设置的内支撑对土方的开挖以及地下结构的施工带来较大不便。内支撑可以是水平的，也可以是倾斜的。(3)单层或多层土层锚杆钢板桩支护结构;通过固定于稳定上层内的锚杆来减少围护堵体的内力与变形，设置多层锚杆.可用于开挖深度较大的基坑。152.钢板桩支护根据其型钢的结构构件形式的不同，可分成以下两种类型;(1)槽钢钢板桩这是一种简易的钢板桩围护墙，由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6~8m，型号由计算确定。打入地下后顶部近地面处设一道拉锚或支撑。由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m的基坑。由于搭接处不严密，一般不能完全止水。如果地下水位高，需要时可配合用轻型井点降低地下水位。一般只用于一些小型工程。其优点是材料来源广，施工简便，可以重复使用。(2)热轧锁口钢板桩热轧锁口钢板桩的形式有U型、H型、Z型、一字型和组合型，。建筑工程中常用者为前两种，基坑深度较大时才用后两种，但我国较少用。我国生产的鞍IV型钢板桩为“拉森式”(U型)，其截面宽400mm.高310mm，重77kg/m，每延米桩墙的截面模量为2042cm'a除国产者外，我国也使用从日本、卢森堡等国进口的钢板桩。近年来由于轧钢技术的发展，生产了一些宽度和高度较大的钢板桩，钢板桩的效率截面模量/重量)大为提高，还有些采用了高强钢板代替传统的低碳钢，使其用途扩大。常用的U型钢板桩，多用于周围环境要求不高的深5-8m的基坑。16（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。（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17如图所示，钢板桩截面形式很多，如U形、H形、Z形、钢管等。其优点是材料质量可靠，防水性能较好，软土中施工速度快、操作简单、可重复使用，占地小，结合多道支护，可用于较深基坑。不足的是价格较贵、施工噪音及振动大、刚度小、变形大、需注意接头防水，拔桩时容易引起土体移动导致周围环境发生较大沉降。有些钢板桩需另设咬合装置做到自防水，否则还需采取防渗措施。18193、钢板桩支护的特点1）钢板桩具有以下主要优点（1）.具有一定的挡水能力（小趾口者挡水能力更好):（2）.施工简单，工期缩短；

（3）.对空间的要求：本身占用场地小，可以在距红线较近的地方施工。

（4）.使用钢板桩能提供必要的安全性而且（救灾抢险的）时效性较强；

（5）.使用钢板桩可以不受天气条件的制约；

（6）.在使用钢板桩的过程中，能简化检查材料或系统性能的复杂程序；

（7）.保证其适应性、互换性良好，并且可以重复使用;施工中多以租赁方式租用，用后拔出归还，可多次重复使用，一般费用较低。2）-钢板桩具有以下主要缺点(1)一般的钢板桩刚度不够大，用于较深的基坑时支撑(或拉锚)工作量大，否则变形较大;(2)透水性较好的土层中不能完全挡水，需注意接头防水处理;(3)施工噪音及振动大:(4)拔除时易带土，如处理不当会引起土层移动，可能导致周围环境发生较大沉降，进而危害周围的环境:(5)钢板桩材料本身一次性投资大204、钢板桩支护在工程中应用由于钢板桩自身具有明显的优点，它在临时性支护或永久性工程中应用都非常广泛。钢板桩作为临时性结构常用于地下建(构)筑物深基坑支护、桥梁桥墩水中基础及海岸工程等的施工围堰;钢板桩作为永久性结构已广泛应用于码头、船坞、船闸闸室墙及大堤防渗墙等。深基坑施工常受施工场地限制，不能放坡开挖，而需进行垂直开挖施工作业。钢板桩支护结构作为垂直开挖的一种极具特点的支护方法，广泛应用于高层建筑地下室、地下铁路、市政工程、水工施工围堰等项目施工中，在工程实践中已取得了较好的经济效益和环境效应21热轧锁口钢板桩正反扣接22工人23242526272829（二）钢筋混凝土板桩如图所示，截面有矩形凹凸槽结合、工字型薄壁和方形薄壁三种形式。矩形凹凸槽结合的截面形式界面可以做到50cm*50cm左右，壁厚8~12cm，采用预制的现浇相结合的制作方式，此外在板桩中间需结合注浆来防渗。钢筋混凝土板桩的优点是比钢板桩造价低。缺点是施工不便、工期长、施工噪音大、振动及挤土大、接头防水性能差。不宜在建筑密集的市区内使用，也不适于在硬土层中施工。30钢筋混凝土板桩该板桩截面带企口，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。31图3－1板桩

32（三）柱列式灌注桩排桩支护1、定义：以钢筋砼灌注桩配合土锚杆或横向支撑以减少柱身弯距的挡土结构优点：施工机具简单，施工简便易行，造价较低，工期较快，适用于除砾石层外的各种土层。缺点：整体性和刚度较地下连续墙差，需有防水抗渗措施，否则止水性差排桩支护结构按照支护类型可分为:1）柱列式排桩支护:

当基坑十质较好、地下水位较低时，可利用土拱作用采取稀疏排列钻孔灌注桩或人工挖孔桩进行基坑支护。2）连续排桩支护:

在软土中一般不能形成土拱，支护桩应该连续密排。密排的钻孔桩可以互相搭接，把钻孔桩排连起来或在桩身混凝上强度尚未形成时，在相邻桩之间做一根素混凝土树根桩也可以采用钢板桩、钢筋混凝土板桩。3）组合式排桩支护:

在地下水位较高的软土地区，可采用钻孔灌注排桩与水泥土桩防渗墙组合等形式。332、钻孔灌注桩（或形成挡墙）钻孔灌注桩作为支护桩的几种平面布置如图5所示，桩径一般在600~1200mm。当地下水较低时，包括间隔排列在内都无须采取防水措施。钻孔灌注桩的优点是施工噪音低、振动小、对环境影响小、自身刚度和强度较大。缺点是施工速度慢、质量难控制、需处理泥浆、自防水差、需结合防水措施、整体刚度较差。适用于软土底层，开挖深度可在5~12m，甚至更深；在砂砺层和卵石中施工慎用。其他如树根桩、挖孔灌注桩等与其相似，34钻孔灌注桩挡墙常用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。35图组合挡土壁36图单排与双排桩支护结构37图接头管接头的施工程序a)开挖槽段；b)吊放接头管和钢筋笼；c)浇筑砼；d)拔出接头管；e)形成接头3839（四）H型钢支柱（钢筋混凝土桩支柱）、木挡板支护墙这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。40（五）地下连续墙1、地下连续墙在所定位置利用专用的挖槽机械和泥浆(又叫稳定液、触变泥浆等)护壁，开挖出一定长度的深槽后，插入钢筋笼，并在充满泥桨的深槽中用导管浇筑混凝土(混凝土从槽底开始，逐渐向上，泥浆也就被置换出来)，最后把这些槽段用特制的接头相互连接起来形成一道连续的现浇地下墙，起截水防渗、挡土或承重作用，这就是地下连续墙。在基坑工程中，其平面布置的几种形式如图所示。连续墙壁厚通常有60cm、80cm及100cm，深度可达数十米。地下连续墙的优点是施工噪音低、振动小、整体刚度大、能自防渗、占地少、强度大。缺点是施工工艺复杂、造价高、需处理泥浆。适用于软弱底层，在建筑密集的市区可施工，常用于开挖10m以上深度的基坑，还可同时作为主体结构的组成部分。41

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。422地下连续墙能在世界范围内得到推广应用，主要由于下列突出的优点：①适用于各种土质(除岩溶地区和承压水头很高的砂砾层中不用其他辅助措施不能采用者外)，尤便于在软土中施工;②墙体刚度大，目前国内地下连续墙的厚度可达0.6-1.3m(国外已达2.8m).用于基坑开挖时，可承受很大的土压力;③可以贴近施工，对领近建筑物和地下设施没有什么影响〔如国外已有距原有建筑物只有几厘米而成功地进行地下连续墙施工的实例);④无振动，无噪音，不必放坡，不用支模:⑤可在各种复杂条件下施工，如地下埋有旧码头等障碍物，或如地下连续墙的平面形状非常复杂(如广州白天宾馆的腰鼓形地下室等);⑥防渗性能好，由于墙体接头形式和施工方法的改进，使地下连续墙几乎不透水;⑦综合经济效果较好(单价造价有时可能很高);⑧深度较深，为其他施工方法难以达到，国外已有深度达100m的实例。433地下连续墙的缺点:①施工时泥浆作业影响城市市容环境，要处理好废浆液;②如果施工不当或地质条件特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题:③作为临时性挡土结构，不够经济;④墙背不够平滑等。444地下连续墙的分类地下连续墙虽然己经有将近50年的历史，但要严格分类，仍是很难的。按成墙方式分可分为:①桩排式;②槽板式:③组合式。按墙的用途分可分为:①防渗墙;②临时挡土墙:③永久挡土(承重)墙;④做为基础用的地下连续墙。按墙体材料分可分为:①钢筋混凝土墙;②塑性混凝土墙;③固化灰浆墙;④自硬泥浆;⑤预制墙;⑥泥浆槽墙(回填砾石、粘土和水泥三合土):⑦后张预应力地下连续墙;⑧钢制地下连续墙按开挖情况可分为:①地下连续墙(开挖);②地下防渗墙(不开挖)455地下连续墙施工（1）导墙制作导墙作用：在地下连续墙成槽前，应浇筑导墙和施工便道，导墙制作必须精心施工，导墙质量的好坏直接影响地下连续墙的轴线和标高，导墙的作用是为成槽设备导向、存储泥浆稳定液位，维护上部土体稳定和防止土体坍落，关键的要求是必须座于原状土上。导墙施工顺序：平整场地测量放样挖槽浇筑导墙垫层混凝土钢筋绑扎立模板浇筑混凝土养护设置横向支撑施工便道。整个地下连续墙导墙分为多段施工每段施工长度为60米长左右。导墙接缝采用错缝搭接，并且与地下连续墙接缝错开，由预留的水平钢筋连接起来，使导墙成为整体。46导墙采用小钢模47导墙浇筑48对撑加固49回填土50（2）泥浆工艺泥浆作用：首先是护壁作用；其次是携渣作用；再就是冷却机具和切土润滑的作用，减少机具磨损，延长机具寿命，提高挖槽效率。51泥浆制备厂52泥浆制备厂内部53泥浆池54（3）成槽施工55抓斗机进行成槽施工5657（4）接头施工地下连续墙各槽段的接头采用凹凸型接头形式，对地下连续墙的施工，接头部位是个关键工序。对于接连幅或闭合幅，则必须用带钢丝刷头的专用刷壁器进行刷壁处理，直到刷壁器上不沾泥为止。以确保地下墙抗渗和抗弯要求。58升千斤顶接头箱59（5）钢筋笼制作两侧设凹凸接头60地下连续墙钢筋笼（注浆管）

61为控制保护层的厚度，在钢筋笼的主筋上每隔4米设置一道定位器，沿钢筋笼水平方向每侧设两列。62钢筋笼吊放636465最后一节注浆管安装钢筋笼下放钢筋笼放入设计标高后，利用槽钢制作的扁担搁置在导墙上。66（6）浇注混凝土水下浇注混凝土采用导管法施工，在浇注混凝土时导管应始终插入混凝土中，其埋深必须大于2.0—4.0米,严禁混凝土导管拔空,以免发生混凝土质量问题。混凝土浇注架67（六）深层搅拌水泥土桩挡墙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。68（七）旋喷桩帷幕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。69（八）重力式挡土墙重力式挡土墙是一种常用的挡土结构，它是依靠挡土墙本身的自重来平衡坑内外土压力差。墙身材料通常采用堆砌石快石料、沙袋等重物，或用水泥土搅拌桩、旋喷桩等形成墙体（图）。由于墙体抗拉、抗剪强度较小，因此墙身需做成厚而重的刚性墙以确保其强度及稳定。重力式挡土墙具有结构简单，施工方便，施工噪音低、振动小、速度快、止水效果好、造价经济等优点。缺点是宽度大，需占用地基红线内一定面积，而且墙身位移较大。重力式挡土墙主要适用于软土地区，环境要求不高、开挖深度小于或等于7m的情况。70711、SMW工法就是利用特殊多轴搅拌钻机在原地层中切削土体，同时钻机前端低压注入水泥浆液，与切碎土体充分混合形成止水性较高的水泥土柱列式挡墙，并在墙体中插入H型钢或其他加强芯材，形成地下连续墙体，利用该墙体直接作为挡土和止水结构。其主要特点是构造简单，止水性能好，工期短，造价低，环境污染小，特别适合城市中的基坑工程。SMW工法考虑到不同形式材料的工程特性和力学性质，克服常规各种形式围护结构的弊端，结构强度可靠度高，具有较大发展前景。

SMW桩就是SMW围护桩工法。水泥土搅拌桩作为地基处理和防渗帷幕已被广泛用于地下工程，而型钢水泥土搅拌复合桩——SMW围护桩作为基坑围护结构1976年由日本一家企业开发并应用，我国引进也有十多年了。SMW挡土墙是先施工水泥土挡墙，最后按一定的形式在其中插入型钢（如H钢），即形成一种劲性复合围护结构。：止水好，刚度大，构造简单，型钢插入深度一般小于搅拌深度，型钢可回收重复使用，成本较低。SMW适宜的基坑深度为6～10m，国外开挖深度已达20m。要求型钢间距不能过大，保证水泥土的强度由受剪，受压控制。（九）SMW工法722、SMW工法的特点1）对周围环境影响小

SMW工法施工采用就地切削土体、且与水泥悬浊液充分搅拌混合的方法，无须开槽或钻孔，施工噪音小，从而减少了对邻近土体的扰动，降低对邻近地面、道路、建筑物、地下设施的危害。2）防渗性能好相邻桩体完全搭接无接缝，且水泥土搅拌充分均匀，与传统的地下连续墙和钻孔灌注桩相比具有更好的止水性。3）环保节能施工

水泥悬浊液与土体充分搅拌无废泥浆产生，无需回收处理泥浆。少量废水泥土可以存放至事先设置的基槽中，限制其溢流污染;最终将其处理后可用于敷设场地道路，达到降低造价，消除建筑垃圾公害的目的。4）适用土层范围广

采用经过改进的多轴螺旋钻机，SMW工法适于从软弱地层到砂、砂砾地层以及直径在l00mm以上的卵石，甚至风化岩层等。如果用预削孔方法还可以适用于硬质地层或单轴抗压强度在60MPa以下的岩层。5）工期短，投资省

SMW工法就地施工，一次成墙。同地下连续墙施工相比，其工艺简单、成桩速度快，工期缩短近一半。在一般深度20-25m情况下日进平均8-10m，最高可达12m;

造价方面，围护结构本身约为地下连续墙的70%左右，如考虑回收则可降至60%。733、SMW工法施工在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其他种类的受拉材料形成一种同时具有受力和防渗两种功能的复合结构形式，即劲性水泥土搅拌法，日本称为SMW工法。其平面布置形式有多种，如图所示。SMW工法的优点是施工噪音低、对环境影响小、止水效果好、墙身强度高。缺点是应用经验不足、H型钢不易回收且造价较高，凡适合应用水泥土搅拌桩的场合均可采用SMW工法，开挖深度可较大，应用前景较好。74（a）全位“满堂”；（b）全位“1隔1”（c）全位“1隔2”；（d）半位“满堂”；（e）半位“1隔1”7576777879（十）逆作拱墙挡土结构在基坑四周场地都允许起拱的条件下，可以采用闭合的水平拱圈来支挡土压力以围护基坑的稳定；拱结构是以受压力为主，能更好地发挥混凝土抗压强度高的材料特性，而且拱圈支挡高度只需在坑底以上。这个闭合拱圈可以由几条二次曲线围成的组合拱圈（曲率不连续），也可以是一个完整的椭圆或蛋形拱圈（曲率连续）。安全可靠，每道拱圈分别承受该道拱圈高度内的压力，不相互影响；节省工期，施工方便；节省挡土费用，用拱圈支护的费用仅为用挡土桩的40%~60%。而且，基坑越深，经济效益越显著。逆作拱墙这种支护结构截面构造如图所示，拱墙截面宜为Z字形，拱璧的上下端加的是勒梁；当基坑较深，一道Z字形拱墙的高度不够时，可由数道拱墙叠合组成，沿拱墙高度应设置数道勒梁；当基坑边可施工的场地狭窄时，可不加肋，但应加厚拱璧。拱墙的壁厚一般小于50cm，后壁拱的壁厚一般小于70cm。拱墙材料为强度等级不低于C25的钢筋混凝土结构。8081

当基坑深度较大，壁式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，基坑外拉锚加固（顶部拉锚土层锚杆、长锚索等）4.5.2内支护（支撑）结构及特点1、按材料分类现浇钢筋混凝土。截面一般为矩形，具有刚度大、强度易保证、施工方便、整体性好、节点可靠、平面布置形式可灵活多变等优点。但支护浇注及其养护时间长导致支护结构暴露状态的时间长，影响工期，此外自重大，拆除支护有难度且对环境影响大。钢结构。截面一般为单股钢管、双股钢管、单根工字钢，组合工字钢等。安装和拆卸方便、施工速度快、课周转使用、可加预应力、自重小。缺点是施工工艺要求较高、构造及安装相对较复杂、节点质量不易保证、整体性较差。此外，有的基坑支护采用刚支护及钢筋混凝土支护相结合的形式，可各取所长。822、按布置形式分类布置方式有多种，如图所示。

纵横对支构成的井字形。这种布置形式安全稳定、整体刚度大。缺点是土方开挖及主体结构施工困难、拆除困难、造价高。此种形式往往在环境要求很高、基坑范围较大时采用。

井字形集中式布置。挖土及主体结构施工相对较容易，缺点是整体刚度及稳定性不及井字形布置。

角支结合对支。按土及主体结构施工较方便，缺点是整体刚度及稳定性不及井字形布置的支护。基坑的范围较大以及坑角的钝角太大时不易采用。83边桁架。挖土及主体结构施工较方便，但整体刚度及稳定性相对较差。适用的基坑范围不宜太大。圆形环梁。较经济、受力较合理、可节省钢筋混凝土用量、挖土及主体结构施工较方便。但坑周荷载不均匀，土性软硬差异大时慎用。竖直向斜支。优点是节省立柱及支护材料；缺点是不易控制基坑稳定及变形，与底板及地下结构外墙连接处结构难处理，适用于开挖面积大而挖深小的基坑。8485便于土方开挖和主体结构施工，但仅适用于周边场地具有拉设锚杆的环境和地质条件开挖面积大、深度小的基坑宜采用；在软弱土层中，不易控制基坑的稳定和变形多采用钢筋混凝土支撑；支撑体系受力条件好；开挖空间大，便于施工多采用钢筋混凝土支撑；中部形成大空间，有利于开挖土方和主体结构施工钢支撑和钢筋混凝土支撑均可布置；支撑受力明确，安全稳定，有利于墙体的变形控制，但开挖土方较为困难平面尺寸不大，且长短边长相差不多的基坑宜布置角撑。它的开挖土方空间较大，但变形控制要求不能很高特点斜角撑直撑桁架圆撑斜撑斜拉锚86

钢结构支撑钢管支撑

对撑角撑87

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。88

钢筋混凝土支撑有角撑、对撑、桁架式支撑，还有圆形、拱形和椭圆形等形状的支撑。圆形支撑对撑89909192933、逆作法施工与支护结构1）概述

逆作法施工技术是高层建筑物目前最先进的施工技术方法。据统计，我国建成的高层建筑累计已超过1.3亿平方米,高度超过100m的超高层建筑已超过200幢。高层建筑最深的地下室基坑为6层，深度-26.2m。国外已达13层。逆作法是一项近几年发展起来新兴的基坑支护技术。它是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。在国外如美、日、德、法等国家，已广泛应用，收到较好的效果。例如：日本的读卖新闻社大楼，地上9层、地下6层。采用逆作法施工，总工期只用22个月，与日本采用传统施工方法施工的类似工程相比，缩短工期6个月。又如美国芝加哥水塔广场大厦，75层、高203m，4层地下室，用18m深地下连续墙和144根大直径灌注桩作为中间支承柱，用逆作法进行施工，当该工程地下室结构全部完成时，主楼上部结构已施工至32层。虽然逆作法的施工工艺和相关理论都取得一定成果，应用也有一定的普及，但目前仍作为一种特殊施工方法应用，主要用于对工程有特殊要求，或用传统方法施工满足不了要求而又十分不经济的情况下。942）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。

953）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。964）工艺特点逆作法的优点（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。

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。封闭状态下的环境进行施工，作业环境较差；大型机械设备难于进场；地下结构中墙柱的混凝土接搭质量较难控制；控制导柱的垂直度和承载力较难；逆作法侧向刚度较封闭式的小，施工中应采取措施，防止一侧连续墙的过大变形。9798日本读卖新闻社大楼

逆作法施工地上９层，地下６层，总工期只用了２２个月，比常规方法缩短了６个月。该工程用2.0m大直径钻孔灌注桩作为中间支承柱，Ｌ＝３０m,共用３５根。99立柱立柱在逆作施工中具有无法取代的重要性，立柱设计和计算，为逆作法设计的主要内容：1)立柱位置的设置

2）立柱负担荷载的计算3）允许应力的决定４）立柱桩的设计按灌注桩进行。５）上部结构体加固设计６）立柱的设计７）柱脚根部插入部分的设计。100

逆作法施工，以地面层的梁板结构是封闭还是敞开分为“封闭式逆作法”和“开敞式逆作法”。我国第一个按“封闭式逆作法”施工的试点工程是上海基础工程科研楼，地上５层，地下２层。另一个为上海电信大楼地下室工程采用了“开敝式逆作法”旋工（该工程地下３层，地上17层），在南京夫子庙地下商场也采用过该方法施工。

1014.5.3外加固支护

1、锚杆与锚索支护

1）锚杆与锚索锚杆作为地下工程和岩石边坡的主要支护形式之一,对土木工程稳定性的维护起着重要作用,尤其是在节理裂隙岩体中,锚杆对岩体的加固作用十分明显。锚杆支护是以锚杆为主体的支护结构的总称。它包括锚杆、锚喷、锚喷网等支护形式。

自1912

年,德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来

,锚杆支护以其结构简单,施工方便、成本低和对工程适应性强等特点,在土木工程(包括采矿工程)

中得到了广泛应用。三峡工程大坝施工中使用了大量锚杆(索)

维护开挖的边坡、岩壁。煤矿开采中,每年新掘的锚喷支护的井巷工程长达2000

km。但是,锚杆支护作用理论的研究落后于其工程应用是不争的事实,使得现在锚杆支护设计中,还多采用技术要求低、成本低和管理容易的工程类比的经验方法。1022）锚杆类型及特点如图所示，土层锚杆体系由围梁、托架及锚杆三部分组成。腰梁可采用工字钢、槽钢或钢筋混凝土结构，托架材料为钢材或钢筋混凝土，锚杆由锚杆头部、拉杆及锚固体三部分组成，锚杆头部将拉杆与支护墙牢固地连接起来，使支护结构承受的土侧压力可靠地传递到拉杆上去并将其传递给锚固体，锚固体将来自拉杆的力通过摩擦阻力传递给地基稳固的地层中去。土层锚杆的优点是基坑开敞，坑内挖土及地下主体结构施工方便，造价经济。适用于基坑周围有较好土层以利于锚杆锚固，锚杆施工范围内无障碍物，周围环境允许打设锚杆等条件。缺点是稳定性及变形依赖于锚固的效果。103104基坑预应力锚杆支护105重庆市高切坡

预应力锚索支护

1062土钉支护

“土钉”源自法文,英文翻译为Soil

Nailing

,在国外又被称为原位加筋横向支撑系统

。国内使用土钉时常将其称为砂浆锚杆,土钉支护也被称为锚钉支护或喷锚网支护。

土钉是国外先发展起来的边坡支护技术,由于土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来完成的,因此也被国内岩土工程界称为砂浆锚杆,土钉支护也被称为锚钉支护或喷锚网支护。

“复合土钉”是近年来在我国沿海地区发展起来的复合型土钉支护。其背景是我国沿海地区经济建设活跃但多数城市地层条件差,而普通土钉支护不能适用于不良地层。在工程实践中,我国广大科技人员在土钉支护的基础上因地制宜的采用多种支护形式共同作用,以弥补普通土钉支护在防水、变形、强度等方面的不足。107土钉支护结构土钉支护是以土钉为主要受力构件的边坡支护技术，它由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层和必要的防水系统组成。如图7-11所示。土钉是用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。通常采用土中钻孔、放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠于土体之间的界面粘结力或摩擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，并主要承受拉力作用。土钉也可采用钢管、角钢等作为钉体，采用直接击入得方法置入土中。108109

土钉墙是一种较新式的结构物，它主要由“钉”（即锚杆）、混凝土面板（挂网喷射混凝土）、锚板组成。

土钉墙的工作原理是通过规则排列的锚杆（“钉”）、面板、锚板将边坡一定范围内的土体进行原位加固，形成一种复合结构式的墙——土钉墙，墙后土压力由土钉墙承担。

土钉墙主要适用于风化破碎较严重的岩石边坡，也可用于粉土、砾石和砂土边坡。承受土压力一般，其最大优点是从上往下逐层开挖土石方并及时对边坡进行封闭加固，能有效减少边坡因开挖临空而带来的应力释放，使边坡保持原来的稳定结构，避免坍塌。土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和喷射砼面板组成，形成一个以土挡土的重力式挡土墙。土钉墙自上而下施工，步步为营，土钉墙是靠土钉的相互作用形成复合整体作用。土层锚杆的失效影响较大，不应用于没有临时自稳能力的淤泥、饱和软弱土层。

土钉墙构造要求：

①施工程序为：成孔－清孔－置筋－注浆－喷射第一层细石混凝土－装挂钢丝网－喷射第二层细石混凝土；

②第一层细石混凝土厚7～10cm,第二层细石混凝土厚8cm。

110

图土钉墙应用领域a)托换基础;b)竖井的挡墙;c)斜面的挡土墙d)斜面稳定;e)和锚杆并用的斜面防护1111121134.6基坑支护设计依据4.6.1相关规范规程基坑工程根据其重要性分成若干个等级，各地区的划分标准不尽相同。不同等级的基坑设计时其安全系数、变形控制标准等要求是不一样的。我国目前已有正式颁布的中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》等有关基坑支护工程的规范规程。部分地区已有各自的地区规程，这些基坑工程的设计规程规范以及钢结构、钢筋混凝土结构以及地基基础设计规范等，这些规程规范也是进行基坑支护工程设计的重要依据。1144.6.2地质勘查资料1、工程地质资料场地土层分布情况、层厚、土层描述、地质剖面以及土层物理力学性质指标的掌握是进行基坑方案选择和进行基坑稳定性、内力变形计算时不可缺少的依据。2、水文地质资料场地地层中地下水文条件在设计前应查清，如地下水位、承压水等情况，因为流砂、管涌、渗流等产生均与水文地质条件有关。1154.6.3工程环境条件周围环境条件是选择方案、确定支护结构位移、基坑稳定安全系数控制标准等工作的重要依据，一般应掌握如下几方面的周围环境资料。1.邻近构筑物情况应掌握邻近建筑物分布情况、结构形式、质量情况、基础状况及建筑红线位置等。2.周围道路情况应掌握周围道路的交通情况、路基情况、路面情况等。3.周围管线情况116应掌握以下管线情况：(1)地下管道煤气、上水、下水等管道的使用功能、位置、埋深、大小、构造及接头等情况。(2)电缆线地上、地下电缆的埋设、架设及其使用等情况。4.浅层地下障碍物情况特别在市区，浅层地层往往有地下障碍物，如旧建筑物的桩或基础、废弃人防工程、地下室、工业或建筑垃圾等，这些障碍物分布复杂，应充分掌握、以免造成停工、修改设计及事故隐患等。1174.6.4主体结构设计资料用地红线图、建筑平面图、剖立面图、地下结构图以及桩位布置等式确定支护结构类型、进行平面布置、支护结构布置、立柱定位等必不可少的资料。4.6.5场地施工条件在考虑基坑支护方案、确定控制标准时，应充分注意到场地的施工条件、如场地为施工提供的空间、施工允许的工期、环境对施工的噪音、振动、污染扥格的允许程度以及当地施工所具备的施工设备、技术等条件。1184.7重力式混凝土挡墙设计

4.7.1设计内容深度

1.墙体宽度墙体宽度和深度的确定与基坑开挖深度、范围、地质条件、周围环境、地面荷载以及基坑等级有关。初步设计时可按经验确定，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。初步确定墙体宽度和深度后，要进行整体圆弧滑动、抗滑、抗倾覆、墙体结构强度以及抗渗验算，验证是否满足要求。1192宽度方向布桩形式最简单的布置形式就是不留空挡，打成实体。但这样做较浪费，为节约工程量。常做成格栅式。3.墙体强度采用42.5Mpa普通硅酸盐水泥，水泥土支护体的强度要求龄期一个月的无侧限抗压强度不小于0.8Mpa。掺入外掺剂具有改善土性、提高强度、节约水泥、促进早强、缓凝或减水等作用，外掺剂的使用与水泥品种、水灰比、气候条件等有关，选用时应有一定经验或事先进行室内试块实验。粉煤灰是具有较高活性和明显的水硬性的工业废料，可明显提高水泥土强度及早期增长速度。1204.其他加强措施1）坑底加固有的场地基坑边与建筑红线之间距离有限，不能满足正常的搅拌桩宽度的要求，这时可考虑减少坑底以上搅拌桩宽度，加宽坑底以下搅拌桩宽度，因为这部分搅拌桩可设置于底板以下，从而增强了稳定性，同时能提高被动区抗力。2）墙身插毛竹或钢筋插毛竹时，毛竹的小头直径宜不小于5cm，长度宜不小于开挖深度，插毛竹能减少墙体位移和增强墙体整体性；插钢筋时，钢筋长度一般为1~2m，由于钢筋与水泥土接触面积小，所能提供的握裹力有限，但施工方便。1213）强顶现浇混凝土路面厚度不小于150mm，内配置双向钢筋网片，不但便于施工现场运输，也利于加强墙体整体性，防止雨水从墙顶渗入挡墙格栅而损坏墙体。4.7.2土压力计算土压力作用于重力式水泥土挡墙上的侧压力可按朗肯土压力理论计算，即假设墙面竖直光滑、墙后土面水平、土体处于极限平衡状态。地下水位以下的土体侧压力有两个计算原则，即水土合算和水土分算。1221.水土分算原则水土分算原则是分别计算土压力和水压力，两者之和即总的侧压力。这一原则适用于土的渗透性较好的土层，如砂土、粉土和粉质粘土。按水土分算分算原则计算土压力时，采用有效重度。从理论上讲采用有效抗剪强度指标是正确的，但当前工程地质勘查报告中极少提供有效抗剪强度指标。通过一些工程的实测，近似地可以采用三轴的固结不排水或固结快剪试验峰值指标来计算土压力。计算水压力时应按支护墙体的隔水条件和土层的渗流条件，先对地下水的渗流条件作出判断，，区分地下水处于静水无渗流状态还是地下水发生绕防渗帷幕底的稳定渗流状态，不同的状态采用不同的水压式分布模式。1232.水土合算原则水土合算原则适用与不透水的粘土层，并采用天然重度。水土合算原则的墙上作用力比水土合算的大，因此设计的墙体结构费用高，而有些土层一时难以确定其透水性时，则需从安全使用和投资费用两方面做出判断。对于地基土成层、墙后有无穷分布或局部超载、墙后土面倾斜等情况下的土压力计算可参阅有关文献。1244.7.3基本验算在初步确定了墙体的宽度、深度、平面布置及材料之后，应进行下列计算，以验算设计的挡土墙是否满足变形、强度及稳定性等要求。重力式水泥土挡墙的验算主要有以下一些内容：(1)抗倾覆验算；(2)抗滑验算；(3)抗渗验算；(4)整体圆弧滑动稳定验算；(5)墙体结构强度验算。计算简图见图7—12。1251261.抗倾覆验算抗倾覆验算常以绕墙趾A点的转动来分析，计算公式为（7—1）式中：---抗倾覆安全系数，一般要求不小于1.2；

B----支护墙的宽度，m；

W----支护墙自重，KN；

---墙体平均重度，一般为18~19N/m3

，---主、被动土压力的合力。Kpa；，---主、被动土压力合力作用线距离墙底的距离，m。1272.抗滑验算抗滑验算指墙体沿支护墙底面的抗滑验算，其验算公式为（7-2）

式中：——墙底抗滑安全系数，一般要求不小于1.2；、——墙底土层的黏聚力（kPa）、内摩擦角（。）；注意不宜采用以下公式计算抗滑安全系数（7-3）因为当搅拌桩插入深度大时，常接近于，计算得到的安全系数偏大，不安全。1283.抗渗验算由于基坑开挖时要求坑内无积水，坑内外将存在水头差。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，防止出现流砂现象；当坑底为黏性土层而其下有砂土透水层时，也需进行渗流验算。抗渗验算可采用大卫登可夫和弗兰克的分段来计算，以平面渗流为出发点，具体可参见《土木原理与计算》。不透水层深度取无明显夹砂层的黏土或粉质黏土层深度，见图7-13，当H>0.9T1时，取H=0.9T1；当D>0.9T2时，取D=0.9T2。(1)对于一般地下沟槽开挖工程，可按平面渗流考虑。129130见图7-14，由及，可查出阻力系数，再由和查的阻力系数，然后按下式计算渗入的单宽流量（7-4）式中：——支护墙体单位宽度的渗流量，

——土竖直向渗透系数，

——坑外地下水位至坑底的距离，131出口段A1点的水头（7-5）出口段平均渗透坡降，应满足抗渗安全要求

7-6）式中：——抗渗安全系数，当墙底为砂土、砂质粉土或有明显的砂性土夹层时取3.0，其他土层取2.0；

——出口段平均渗透坡降；

——临界坡降。取1.0.132（2）对于圆形基坑。渗入基坑的单宽渗流量和墙底出口处溢出水头的计算式为：

（7-7）（7-8）（3）对于方形基坑，每边中点墙体溢出水头的计算式为

基坑角点墙体溢出水头的计算式为

（7-11）133(4)对于长方形基坑，可按方形基坑计算。当长宽比接近或大于2时，长边中点的溢出水头可按平面渗流考虑。(5)对于多边形基坑，可近似按圆形基坑计算。当支护墙体大哥排桩的长度不同时，可采用最长一排的桩长进行抗渗验算。

4.整体圆弧滑动稳定验算水泥土挡墙常用于软土地基，整体稳定验算是一项重要的验算内容。可以采用瑞典条分法，按圆弧滑动面考虑并采用等代重度法考虑渗流力的作用，土体抗剪强度可采用总应力法计算。134计算公式：135式中：——圆弧滑动稳定安全系数，应根据经验确定，无经验取1.3；、——第i土条圆弧面经过的土的黏聚力合内摩擦角；

——第i土条滑弧中点的切线和水平线的夹角；

——第i土条沿圆弧的弧长；

——第i土条处的地面荷载；

——第i土条宽度；

——第i土条重量。136一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。按式（7-12）通过试算找出安全系数最小的最危险滑动面，相应的安全系数即为整体圆弧滑动稳定安全系数。验算挡墙滑弧安全系数时，可取墙体强度指标，当水泥土无侧限抗压强度时，可不计算挡墙滑弧安全系数。上述计算可通过编制程序来实现。1375.墙体结构强度验算式中：——安全系数，通常取2.0；

——计算截面最外侧正应力；

——计算截面最内侧正应力；

M——计算截面以上墙侧压力在计算截面引起的弯矩；

——墙体截面水泥土置换率，为水泥土加固和墙体截面积之比；

——搅拌桩体的无侧限抗压强度。1384.8排桩与地下连续墙式支护结构设计 以下从构成排桩或地下连续墙式支护结构的支护桩墙、内支护及土层锚杆三方面介绍这种支护结构设计计算。4.8.1支护桩墙设计此类支护结构的支护桩墙种类很多，但受力变形有一些共同的特点，所以有着相同的基本计算内容。基本计算内容有：1、坑底土抗稳定验算；2、防渗帷幕抗渗验算；3、坑底土抗承压水验算；支护桩墙及支护内力变形计算。1391.基本计算1)坑底土抗隆起稳定验算以支护桩墙底的平面作为地基极限承载力验算的基准面，参照普朗德尔和太沙基求地基极限承载力的公式，滑移线形状如图7-15.该法未考虑墙底以上土体的抗剪强度对抗隆起的影响，也未考虑滑动土体体积力对隆起的影响140式中：——抗隆起稳定安全系数，一般不小于1.7~2.5;——坑外地表至支护墙底，各土层天然重度的加权平均值；

——坑内地表至支护墙底，各土层天然重度的加权平均值；

——基坑开挖深度，m；

D——支护墙在基坑开挖面以下的插入深度，m；

q——坑外地面超载。Kpa

，——地基土的承载力系数，可用下面的计算。141Prandtl—reissner公式

Terzaghi公式其中，c、分别为支护墙底以下滑移线场影响范围内地基土黏聚力、内摩擦角的峰值。1422)抗渗验算（图7-16）当支护墙体外设防渗帷幕墙时，抗渗验算应计算至防渗帷幕墙底，当采用支护墙体自防水时，抗渗验算则应计算至支护墙底。由于防渗轮廓线形状比较简单，为便于计算有能满足工程要求，可采用以下方法：

143

3)基坑底抗承压水头稳定性验算基坑开挖面以下有承压水层时，应按式（7-16）验算坑底土抗承压水的稳定性，如图7-17所示，验算公式中偏安全地未考虑上覆土层与支护桩墙的摩擦力影响。

1443)内力变形计算桩墙结构可按平面问题来简化计算，排桩计算宽度取排桩的中心距，地下连续墙计算宽度可取单位宽度。对于悬臂式及支点刚度较小的桩墙支护结构，由于水平变形大，可按图7-18（a）所示的被动侧极限应力法计算；当支点刚度较大，桩墙水平位移较小时，应按图7-18（b）所示的竖向弹性地基梁法进行计算。145146

被动侧极限应力法假定作用于支护桩墙上的侧压力均达到极限状态，这种方法考虑支护桩墙的变形，同时也不能考虑开挖及地下结构施工过程的不同工况对内力的影响。属于这种类型的如等值梁法、太沙基塑性铰法、等弯矩法及等轴力法等。竖向弹性地基梁假定作用于撞墙后的侧压力在坑底以上按朗肯主动土压力来考虑，开挖面以下按矩形分布，大小等于开挖面处的朗肯主动土压力。作用于桩墙前开挖面以下的侧压力通常按“m”法来考虑，m坑取值参见表7-2。坑内开挖面以上的支护点，以弹性支座来模拟。该法能根据开挖及地下结构施工过程的不同工况内力与变形计算，考虑开挖工况影响，第i道支护的自护反力的计算方法如下。147

当土方开挖到第i到支护标高，此时若支护桩墙在该标高处的水平位移为，则设置了第i道支护并继续往下开挖后，如当支护桩墙在第i道支护标高的总水平位移变为，则第i道支护的支护反力为（7-17）（7-18）表7-2所列仅供参考，实测m值时，可在基坑支护桩中选择若干有代表性桩，埋设侧斜仪和土压力盒，随着开挖的进行，用实测土压力p和水平位移u求得k=p/u值，k值沿深度的斜率即。合理的分析计算应考虑地基土的成层性，不同土层采用不同m值。上述内力变形计算过程可采用杆系有限元法编制程序来实现。148地基土分类m/(Kn/m4)流塑的黏性土1000~2000软塑的黏性土、松散的粉砂性土和砂土2000~4000可塑的黏性土、稍密~中密的粉性土和砂土4000~6000坚硬的黏性土、密实的粉性土、砂土6000~10000水泥土搅拌桩加固，置换率>25%水泥掺量<8%2000~4000水泥掺量>12%4000~6000表7-2地基土水平抗力系数的比例系数m值1492.设计内容排桩或地下连续墙式支护结构的支护桩墙种类很多，以下分别介绍它们各自有关的设计内容。1)钢板桩、钢筋混凝土板桩选择截面形式及大小。钢板桩常用的界面形式有U型、Z型、直腹板式及H型、槽钢、半圆形等；钢筋混凝土板桩的截面确定还应考虑起吊时的自重弯矩。钢筋混凝土板桩的厚度尚应结合其长度确定，表7-3可供参考。选择何种形式及型号要根据变形计算机施工条件等综合确定。桩长/m101520桩的厚度/cm163550150（1）内力计算确定U型钢板桩构件的惯性矩和弹性抵抗矩时，应根据锁扣状态，分别乘以折减系数和。当桩顶设有整体圈梁及支护点或锚头设有整体圈梁时，取；桩顶不设圈梁或围梁分段设置时，取。入土深度的确定根据前述基本计算的坑底土抗隆起、抗渗、抗倾覆及内力变形计算等综合确定。151（2）防渗措施对于钢板桩，当采用墙体自防渗时，抗渗等级不宜小于S6级，并在板桩接缝处设置可靠地防渗水构造；当采用锁口式防水结构时，沉桩前应在锁口内嵌填黄油、沥青或其他密封止水材料，必要时可在沉桩后坑外锁口处注浆防渗。对于预制钢筋混凝土板桩，当采用墙体自防渗时，混凝土的设计强度等级不宜低于C30，钢筋混凝土板桩在接缝处的凹凸槽有专门构造，在凹凸槽孔内注浆防渗，注浆材料的强度等级不应低于M15.2)钻孔灌注桩(1)内力计算按上述内力变形计算方法可计算得到平面上每延米支护墙的内力，若桩间净距为，桩径为D,则可进一步换算得到单桩内力为。152(2)入土深度的确定要根据前述基本计算的坑底土抗隆起、抗倾覆及内力变形计算等综合确定。(3)构造要求钢筋笼的箍筋宜采用的螺旋箍筋，间距200~300mm；加强箍筋应焊接封闭，间距宜取2m，。桩身混凝土设计强度等级不应小于C20，水泥通常为42.5Mpa或52.5Mpa的普通硅酸盐水泥，主筋保护层厚度不小于50mm。153(4)确定平面布置及截面平面布置的几种形式见图7-5.桩径不宜小于600mm，常用的桩径为，具体大小要根据内力变形计算等确定。(5)截面配筋当钻孔灌注桩纵向钢筋要求沿截面周边均匀布置，且不少于6根时（图7-19），截面抗弯承载力可按下面的偏心受压公式计算154155(6)防渗设计防渗帷幕的深度由抗渗验算确定，并应贴近钻孔灌注桩，其底部宜进入不透水土层，防渗常有以下几种形式（见图7-20）

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注浆帷幕：与灌注桩之间的净距不宜大于150mm；桩间高压旋喷：应使旋喷桩体紧贴灌注桩；深层搅拌桩：通常相互搭接20cm，与灌注桩之间的净距不宜大于15cm。帷幕顶宜设置厚15cm的混凝土面层，并与灌注桩桩顶圈梁浇成一体，防止地表水渗入。3)SMW工法（劲性水泥土搅拌桩）通常认为水土侧压力全部由型钢承担，而水泥土桩的作用在于抗渗止水。水泥土对型钢的包裹作用提高了型钢的刚度，可起到减少位移的作用。此外，水泥土起到套箍作用，可以防止型钢失稳。157(1)内力计算内力分析