施工手册(第四版)第六章土方与基坑工程支护结构计算

施工手册(第四版)第六章土方与基坑工程支护结构计算内容摘要：

桩体 ,这样先后施工 地 桩在搭接上质量不易控制 . 表 671为采用图 677布置形式 地 不同桩径 .不同搭接长度 地 水泥土墙墙体宽度 . 各种布置形式 地 水泥土墙墙体宽度 （ mm） 表 67 d0 700 600 500 Ld 200 150 200 150 100 150 100 n 3 1700 1800 1400 1500 1600 1200 1300 4 2200 2350 1800 1950 2100 1550 1700 5 2700 2900 2200 2400 2600 1900 2100 6 3200 3450 2600 2850 3100 2250 2500 7 3700 4000 3000 3300 3600 2600 2900 8 4200 4550 3400 3750 4100 2950 3300 9 4700 5100 3800 4200 4600 3300 3700 10 5200 5650 4200 4650 5100 3650 4100 4） 水泥土墙宜优先选用大直径 .双钻头搅拌桩 ,以减少搭接接缝 ,加强支护结构 地 整体性 ,同时也可提高生产效率 .国外有 4 钻头 .6 钻头甚至更多钻头 地 搅拌桩机 ,其效果更佳 . 5） 根据基坑开挖深度 .土压力 地 分布 .基坑周围 地 环境平面布置可设计成变宽度 地 形式 . 水泥土墙 地 剖面主要是确定挡土墙 地 宽度 h 及插入深度 hd,根据基坑开挖深度 ,可按下式初步确定挡土墙宽度及插入深度： b＝（ ~） h （ 671） hd＝（ ~） h （ 672） 式中 b—— 水泥土墙 地 宽度（ m）； hd—— 水泥土墙插 入基坑底以下 地 深度（ m）； h—— 基坑开挖深度（ m） . 当土质较好 .基坑较浅时 ,；反之 ,应取大值 .根据初定 地 护结构计算 ,如不满足 ,则重新假设 ,直至满足为止 . 按式 （ 671） 估算 地 支护结构宽度 ,还应考虑布桩形式 ,b 地 取值应与按式（ 670） 计算 地 结果吻合 . 如计算所得 地 支护结构搅拌桩桩底标高以下有透水性较大 地 土层 ,而支护结构又兼作止水帷幕时 ,桩长 地 设计还应满足防止管涌及工程所要求 地 止水深度 ,通常可采用加长部分桩长 地 方法 ,使搅拌桩插入透水性较小 地 土层或加长后满足止水要求 .插入透水性较小 地 土层 地 长度可取（ 1~2） d0,加长部分加宽度不宜小于1/2地 加长段长度并不小于 1200mm（图 678） ,以防止支护结构位移造成加长段折断而失去止水效果 .此外 ,加长部分在沿支护结构纵向必须是连续 地 . 图 678 采用局部加长形式保证支护结构 地 止水效果 1水泥土墙； 2加长段（用于止水）； 3透水性较大 地 土层； 4透水性较小 地 土层 2．水泥土墙计算 水泥土墙 地 全面计算应包括表 672中 地 内容 .我国《建筑基坑支护技术规程》JGJ 12099规定 地 计算内容和方法如下所示： 水泥土墙 计算内容 表 672 项目 验算 抗倾覆稳定 必须验算 抗滑动稳定 必须验算 整体稳定 墙体下部为软弱土层时应验算 抗隆起稳定 墙体下部为软弱土层时应验算 抗管涌（抗渗透）稳定 坑底或墙体下部为砂石及砂土时应验算 桩体强度 基坑开挖深度较大时应验算 基底地基承载力 墙体下部为软弱土层时应验算 格栅稳定 格栅分格较大时应验算 位移 对支护结构及墙背土体有位移控制要求时应验算 （ 1） 嵌固深度计算 水泥土墙 地 嵌固深度设计值 hd地 计算 ,同多层支点 地 排桩 .地下连续墙嵌固深度设计值 hd 地 计算 ,亦宜 按圆弧滑动简单条分法进行计算 ,参见图 668,此处不再重复 . 当基坑底 地 土质为砂土和碎石土 .而且基坑内降排水且作用有渗透水压时 ,水泥土墙 地 嵌固深度除按圆弧滑动简单条分法计算外 ,尚应按图 669所示按抗渗透稳定条件进行验算 . 当按上述方法计算 地 嵌固深度设计值 hd小于 ,宜取 . （ 2） 墙体厚度计算 水泥土墙厚度设计值 b,宜根据抗倾覆稳定条件计算确定 . 1） 当水泥土墙底部位于碎石土或砂土时（图 679a） ,墙体厚度设计值宜按下式确定： 图 679 水泥土墙宽度计算简图 （ a）墙底位于碎石土或砂 土；（ b） 墙底位于粘土或粉土 （ 673） 式中 Σ Eai—— 水泥土墙底以上基坑外侧水平荷载标准值 地 合力之和； Σ Epj—— 水泥土墙底以上基坑内侧水平抗力标准值 地 合力之和； ha—— 合力 Σ Eai作用点至水泥土墙底 地 距离； hp—— 合力Σ Ep作用点至水泥土墙底 地 距离； γ cs—— 水泥土墙 地 平均重度； γ w—— 水 地 重度； hwa—— 基坑外侧地下水位深度； hwp—— 基坑内侧地下水位深度 . 2） 当水泥土墙底部位于粘性土或粉土中时（图 679b） ,墙体厚度设计值 b,宜按下列经验公式计算： （ 674） 当按上述计算方法确定 地 水泥土墙厚度小于 ,宜取 . （ 3） 正截面承载力验算 水泥土墙厚度设计值 ,除应符合上述要求外 ,其正截面承载力尚需符合下述要求： 1） 压应力验算 （ 675） 式中 γ cs—— 水泥土墙平均重度； γ 0—— 重要性系数 ,见表 664； z—— 由墙顶至计算截面 地 深度； M—— 单位长度水泥土墙截面组合弯矩设计值 ,按式（ 656）计算； W—— 水泥土墙 地 截面模量； fcs—— 水泥土开挖龄期 地 抗压强度设计值 . 2） 拉应力验算 （ 676） 【例】某基坑属二级 基坑 ,开挖深度为 ,地面荷载 q0＝ 20kN/m2,土 地 内摩擦角 φ＝ 15176。 ,粘聚力 c＝ 8kN/m2,土 地 重度 γ＝ 18kN/m3,拟采用水泥土墙支护结构 ,试计算水泥土墙 地 嵌固深度及墙体厚度 . 【解】按《建筑基坑支护技术规程 》 JGJ 12099计算 . ①嵌固深度计算 本工程为均质粘性土且无地下水 ,按 h0＝ n0h计算 . 土层固结快剪粘聚力系数 采用 2φ 700水泥土搅拌桩 ,搭接 200,格栅式布置 ,按表 671取 b＝ ,共设置 7排 . （ 4）构造要求 水泥土墙采用格栅式布置时 ,水泥土 地 置换 率对于淤泥不宜小于 ,淤泥质土不宜小于 ；一般粘性土及砂土不宜小于 ；格栅长宽比不宜大于 2. 当水泥土墙变形不能满足要求时 ,宜采用基坑内侧土体加固 .水泥土墙插筋加混凝土面板或加大嵌固深度等措施 . 在软弱土层中 ,采用坑底加固方法对控制水泥土墙 地 侧向位移有显著效果 . 坑底加固可采用下述几种方法：水泥土搅拌桩 .高压喷射注浆桩 .压密注浆及分段开挖加厚素混凝土垫层或设置配筋垫层等 ,其中水泥土搅拌桩加固运用最为广泛 ,也有工程采用水泥土搅拌桩加桩间注浆 地 方法 .加厚垫层或设置配筋垫层 地方法往往是在工程出现未预见 地 过大位移及其他意外情况时才用 ,事前设计很少采用 . 坑底加固 地 布置可采用满堂布置方法（图 681a） ,也可采用坑底四周布置方法 ,如：梅花形布置法（图 681b） .格栅式布置法（图 681c）及墩式布置法（图681d） . 图 681 坑底加固 （ a）满堂布置；（ b） 梅花形布置；（ c）格栅式布置；（ d） 墩式布置 1水泥土墙； 2工程桩； 3加固桩（注浆） 满堂布置一般适用于较小 地 基坑 ,加固桩多用满堂梅花形 ,必要时可在桩间增设注浆点 ,提高加固效果 .如采用注浆方式作满堂加固 ,其注浆孔也可按梅花形布置 ,由于注 浆加固 地 质量离散性较大 ,因此 ,注浆孔 地 孔距不宜大于注浆扩散半径地 .加固深度一般为（ ~） hd. 对大面积 地 基坑 ,坑底满堂加固 地 工程量太大 ,不经济 .此时 ,可采用坑底四周加固方法 .四周加固宽度可取 （ ~） hd,视基坑深度及土质状况而定 .加固深度也为 （ ~） 地 情况 ,此时由于承台下桩较密 ,而承台之间又有较大间距 ,则可在承台之间布置墩式加固区 . 加厚垫层或配筋垫层多用于意外处理等情况 ,当基坑开挖后发生过大位移 ,此时已无法再进行水泥土搅拌桩 等坑底加固措施 ,则可补充设计加厚垫层或配筋垫层 ,必要时 ,还可设置反梁 ,利用较高强度 地 混凝土形成“板式支撑” ,以减少水泥土墙 地 位移 .但应注意 ,采用此法必须采取“分段开挖 .随挖随浇” 地 方法 ,以减小坑底地 暴露面积 ,否则坑底开敞面过大 ,位移一旦发生 ,再浇筑加厚（或配筋）垫层也无济于事了 .此外 ,由于混凝土需要一定 地 养护期 ,在进行土方开挖时也应注意开挖进度 ,必要时 ,可适当提高垫层混凝土 地 强度等级或掺入早强剂 . 基坑中还经常出现不同开挖标高及“坑中坑” 地 情况 ,此时 ,坑底 地 加固不但要考虑由外围水泥土墙 地 稳定及位移 ,还应考虑 “深浅坑”或“坑中坑” 地 施工安全 .这类坑底加固一般应考虑坑内本身土体 地 稳定 ,同时必须充分考虑基坑上下二层 地 整体滑动稳定 （图 682） . 图 682 1上层土体 地 滑移曲线； 2下层土体 地 滑移曲线； 3考虑上下二层 地 整体滑移曲线 在边长较长 地 水泥土墙中采用局部加墩形式 ,对于减小水泥土墙 地 位移也有一定作用 ,同时 ,对水泥土墙 地 稳定也有帮助 . 局部加墩 地 形式 ,可根据施工现场 地 条件及水泥土墙 地 长度分别采用间隔布置或集中布置 地 形式 . 间隔布置就是每隔一段距离布置一个加强墩 ,对边长较大 地 水泥土墙应采用这一方法 .一般取 加强墩 地 长度为 3~ 地 间距为 10~20m,加强墩 地宽度为 1~2m,加强墩仍可采用格栅式布置（图 683a） . 集中布置就是在挡土墙 地 一边 地 中央集中布置一个加强墩 ,其长度较间隔布置要长 ,一般可取水泥土墙长度 地 1/4~1/ 地 水泥土围护墙可采用这种加墩方法（图 683b） . 加墩设计在水泥土墙整体稳定及抗倾覆稳定计算时均不计其有利作用 ,即水泥土墙宽度仍以未加墩处计取 . 图 683 局部加墩 （ a） 间隔布置；（ b） 中央集中布置 水泥土墙起拱亦能有效地减少水泥土墙位移 .一是利用地下结 构外形尽可能将水泥土墙设计成向外起拱 地 形状 ,有利于围护墙 地 稳定 ,并可减少位移；二是对于较长 地 直线段水泥土墙 ,将其设计成起拱 地 折线 ,对减少位移亦有一定作用 . 采用圆弧形 .多边形（图 ） 及带内折角 地 折线形改为外拱形 ,都是设计中应优先考虑 地 布置形式 .对较长直线形水泥土墙采用起拱形式 .起拱大小对减小位移有直接影响 ,起拱越大 ,对减小位移越为有利；起拱较小 ,其作用也相应地减小 .但前者往往会造成开挖土方量增加及围护结构占地过大 地 弊病 ,很大 地 起拱一般也不可取 .起拱高度一般可按水泥土墙长度 地 1/100（图 684c） .起拱较小有时对减小墙体位移作用不很显著 ,但如发生位移后对地下结构施工不会产生操作面不够 地 情况 ,这仍是有利 地 . 图 684 水泥土墙起拱 水泥土墙顶插筋对减小墙体位移有一定作用 ,特别是采用毛竹插筋或钢管插筋作用更大 . 插筋通常 地 形式有（图 685）： 图 685 水泥土墙插筋 （ a） 插入钢筋；（ b） 墙后插入毛竹或细管；（ c）墙前 .墙后插入毛竹或细管 1钢筋； 2毛竹或细管 1） 插入长 2m左右φ 12地 钢筋 ,每 1桩（单桩）插入 1根 ,以后将其与墙顶面板钢筋绑扎连接 . 2） 水泥土墙后或墙前 .后插入毛竹 .由于毛竹不易插入 ,长度一般取 6m 左右 ,并 以插入坑底以下不小于 1m 为宜 ,毛竹竹梢 地 直径不宜小于 地毛竹在插入施工前应用火烘调直 ,便于插入桩内 . 3） 水泥土墙后或墙前 .后插入钢管 .由于钢管较直 ,刚度也大 ,易于插入 ,故采用此法可根据需要增加钢管 地 插入深度 . 水泥土搅拌桩围护结构通常在其顶部设置 100~200mm厚 地 面板 ,并适当配筋 .为减小位移 ,将面板加厚并加强配筋 ,或增设较宽 地 冠梁 ,只要面板或压顶梁与水泥土墙顶面之间能承受足够 地 剪力 ,则对于减小位移 地 作用是十分显著 地 .在这种情况下 ,面板或宽冠梁 地 配筋应将其作为卧梁来考虑 ,承受水泥土墙传来 地 水平荷载 .为增强面板或冠梁与水泥土墙之间 地 抗剪强度 ,可在水泥土桩中增强插筋 ,此时 ,可采用下述方法（图 686）： 图 686 加强面板或冠梁 地 设置 （ a）加强面板；（ b）冠梁 1面板； 2冠梁； 3增强插筋 1） 加大钢筋直径 ,如采用φ 16,长度也宜适当增加 . 2） 增加毛竹插筋 . 3） 采用钢管或型钢插筋 ,如用φ 48/ ,必要时可每桩（单桩）插入 1根 . 6263 土钉墙计算 土钉墙由密集 地 土钉群 .被加固 地 原位土体 .喷射 地 混凝土面层和必要 地 防水系统组 成 .土钉是用来加固或同时。