深基坑的支护结构.doc

深深基基坑坑工工程程的的支支护护结结构构一一、 支支护护结结构构的的作作用用与与构构成成高层建筑上部结构传到地基上的荷载很大，为此多建造补偿性基础。为了充分利用地下空间，有的设计有多层地下室，所以高层建筑的基础埋深较深，施工时基坑开挖深度较大，如北京外经贸委综合楼为 2668m、北京的京城大厦为 2376m、北京中银大厦为 22715m；上海金茂大厦为 1965m、上海银冠大厦为 195m、武汉中南商业广场为 174m、深圳鸿昌广场为 207m 等。许多城市的高层建筑施工都需开挖深度较大的基坑，给施工带来很多困难，尤其在软土地区或城市建筑物密集地区。施工场地邻近的已有建筑物、道路、纵横交错的地下管线等对沉降和位移很敏感，不允许采用较经济的放坡开挖，而需在人工支护条件下进行基坑开挖。对支护结构如何选型、合理的布置和计算、如何组织施工，以及施工过程中的支护结构监测和环境保护等，就是本章需要研究的问题。支护结构的设计和施工，影响因素众多，如土层种类及其物理力学性能、地下水情况、周围形境、施工条件和施工方法、气候等因素都对支护结构产生影响；再加上荷载取值的精确性和计算理论方面存在的问题，要想使支护结构的设计完全符合客观实际，目前还存在一定的困难。为此，如施工过程稍有疏忽或未严格按照设计规定的工况进行施工，都易产生恶性事故，造成巨大的经济损失和社会影响，并严重拖延工期，在这方面已有不少教训。为此，虽然支护结构多数皆届施工期间挡土、挡水、保护环境等所用的临时结构，但其设计和施工都要采取极端摈重的态度，在保证施工安全的前提下，尽力做到经济合理和便于施工。支护结构的种类很多，其构成亦各异： 重力式水泥土挡墙式 通常以挡墙的自重和刚度保护基坑壁，既挡土又挡水，一般不设内支撑，个别情况下必要时亦可辅以内支撑，以加大基坑的支护深度； 排桩与板墙式 由板桩、排桩 (有的地区加止水帷幕)或地下连续墙等用作挡墙，另设内支撑或外拉的土层锚杆；边坡稳定式 有土钉墙和喷锚支护，是一种利用加固后的原位土体来维护基坑边坡土体稳定的支护方法，由土钉(锚杆)、钢丝网喷射混凝土面板和加固后的原位土体三部分组成。除上述三类支护结构外，还有其他一些形式，有时还可以两种类型混合应用，如上面用土钉墙下面用排桩支护等。 二二、 支支护护结结构构的的选选型型支护结构设计的第一步即支护结构选型，根据基坑的安全等级、开挖深度、周围环境情况、土层及地下水位，根据工程经验或专家系统并经过经济比较，正确地选择支护结构形式。（一一） 基基坑坑侧侧壁壁的的安安全全等等级级根据我国的行业标准 “建筑基坑支护技术规程 ”(报批稿)，基坑根据其破坏后果的严重程度，分为表 22 所示的三级安全等级，在计算时要分别取用不同的重要性系数。0（二二） 基基坑坑工工程程勘勘察察要要求求为使支护结构的设计和施工有据可依，在进行地基勘察阶段，对需进行支护的基坑工程，宜按下列要求进行勘察：确定勘察范围时，宜在开挖边界外按开挖深度的12 倍范围内布置勘探点，对软土，勘探范围尚宜扩大。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。应查明基坑开挖深度及挡墙边界附近范围内的暗滨、地下管线及障碍物的分布及埋藏情况，当使用浅层小螺纹钻孔勘探难以查明时，可采用浅层物探方法进行普查。勘探点的间距视地层条件而定，可在1530m 范围内选择，地层变化较大时，应增加勘探点以查明地层分布规律。勘探点的深度，应满足支护结构的设计要求。在软土地区，为满足支护结构稳定性验算的要求，深度一般不宜小于基坑开挖深度的25 倍，对重要的基坑工程宜穿透淤泥质软弱土层。勘探时还要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。同时要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。进行基坑工程勘察时，岩土工程测试参数应包括：土的常规物理试验指标；直接剪切试验测定固结快剪指标 ，c 值；室内或原位试验测试渗透系数K 等。对基坑周边环境的勘查，应包括下述内容：(1)查明基坑开挖影响范围内的建 (构)筑物的结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷藏及上部结构现状；(2)查明基坑周边的各类地下设施，包括上水、下水、电缆、煤气、污水、雨水、热力等管线、管道的分布和性状；(3)查明场地周围邻近地区池表水的汇流和排泄情况；地下水管渗漏情况及对基坑开挖的影响； (4)查明场地四周道路与基坑的距离、车辆载重、道路的构造与重要程度。（三三） 支支护护结结构构的的形形式式支护结构按其工作机理和挡墙形式，一般分为图214 所示的一些类型。下面简单介绍各种形式支护结构的特点及其适用范围，供支护结构选型时参考。1 挡挡墙墙的的选选型型 支护结构中常用的挡墙结构有下列一些类型： (1)钢板桩 钢板桩常用的有简易的槽钢钢板桩和热轧锁口钢板桩。槽钢钢板桩槽钢钢板桩是一种简易的钢板桩挡墙，由槽钢并排或正反扣搭接组成。槽钢长68m，型号由计算确定。由于其抗弯能力较弱，多用于深度不超4m 的基坑，顶部近地面处设一道支撑或拉锚。 热轧锁口钢板桩其形式有 U 型、z 型、一字型、 H 型和组合型。我国一般常用者为U 型，即互相咬接形成板桩墙，只有在基坑深度很大时才用组合型。一字型在建筑施工中基本上不用，在水工等结构施工中有时用来围成圆形墩隔墙。U 型钢板桩可用于开挖深度510m 的基坑，目前我国各地区尚有应用。由于热轧锁口钢板桩一次性投资较大，多以租赁方式租用，用后拔出归还。在软土地基地区钢板桩打设方便，有一定挡水能力，施工迅速，且打设后可立即开挖，当基坑深度不太大、且周围环境要求不太严格时往往是考虑的方案之一。但是，钢板桩毕竟柔性较大，基坑较深时支撑(或拉锚)工程量较大；给坑内施工带来一定困难；而且，由于钢板桩用后拔除时带土，如处理不当会引起土层移动，将会给施工的结构或周围的设施带来危害，故应予以充分注意，采取有效技术措施以减少带土。(2)钢筋混凝土板桩 这是一种传统的支护结构，截面带企口有一定挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永久保留在地基土中，过去多用于钢板桩难以拔除的地段。有的施工单位将其用于高层建筑深基坑支护。其做法是先放坡开挖上层土(如地下水位高则用轻型井点降水 )，然后打设钢筋混凝土板桩，由于挡土高度减小，在开挖下层土时可用单锚板桩代替复杂的多支撑板桩，简化支撑或拉锚。如钢筋混凝土板桩沿基础边线精确地打设，还可兼作基础混凝土浇筑时的模板，简化了基础工程施工。但总的说来，此支护结构应用较少。(3)钻孔灌注桩排桩挡墙常用者为 6001000mm，做成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，设内支撑体系。我国各地都有应用，是支护结构中应用较多的一种。如北京地区近年来基坑深度在-10m 左右的 33 个有代表性的高层建筑深基坑工程中，有22 个是用灌注桩排桩挡墙作支护结构。上海地区近年来亦应用较多，两层地下室及其以下的深基坑多用之。其他地区也多应用。灌注桩挡墙的刚度较大，抗弯能力强，变形相对较小，在土质较好的地区已有78m 悬臂者，在软土地区坑深不超过14m 皆可用之，经济效益较好。但其永久保留在地基土中，可能为日后的地下工程施工造成障碍。由于目前施工时它难以做到相切，桩之间留有 100150mm 的间隙，挡水效果差，有时将它与深层搅拌水泥土桩挡墙组合应用，前者抗弯，后者做成防水帷幕起挡水作用。或用树根桩或注浆止水。(4)H 型钢支柱、木挡板支护挡墙这种支护结构适用于土质较好、地下水位较低的地区，国外应用较多，国内亦有应用。如北京京城大厦深 235m 的深基坑即用这种支护结构，它将长27m 的488mm×300mm 的 H 型钢按 11m 间距打入土中，用三层土锚拉固。上海有的工程亦曾应用，但总的来说，应用不多。 H 型钢支柱按一定间距打入，支柱间设木挡板或其他挡土设施，用后可拔出回收重复使用，较为经济，但一次性投资较大。 (5)地下连续墙 地下连续墙已成为深基坑的主要支护结构挡墙之一，国内大城市深基坑工程利用此支护结构为多，常用厚度为6001000mm，目前也可施工厚 450mm 者，上海至今已完成一百多万平方米地下连续墙。如北京王府井宾馆、京广大厦；广州白天鹅宾馆；上海电信大楼、海伦宾馆、上海国际贸易中心大厦、上海金茂大厦等著名的高层建筑的基础施工都曾采用地下连续墙。尤其是地下水位高的软土地区，当基坑深度大且邻近的建(构)筑物、道路和地下管线相距甚近时，它往往是首先考虑的支护方案。上海地铁的多个车站施工中都采用地下连续墙。当地下连续墙与“逆筑法”结合应用，可省去挖土后地下连续墙的内部支撑，还能使上部结构及早投入施工或使道路等及早恢复使用，对深度大、地下结构层数多的深基础的施工十分有利。我国已有不少“逆筑法”施工成功的先例。地下连续墙如单纯用作支护结构，费用较高，如施工后即成为地下结构的组成部分(即两墙合一 )则较为理想，我国在这方面亦有许多成功应用的例子。(6)深层搅拌水泥土桩挡墙深层搅拌水泥土桩挡墙在软土地区近年来应用较多，尤以上海应用最多，过去多用于地基加固工程。它是用特制进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基上进行原位强制拌合而制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙(有各种形式，计算确定 )，既可挡土又可形成隔水帷幕。对于平面呈任何形状、开挖深度不很深的基坑 (一般认为不超过 6m)，皆可用作文护结构，比较经济；水泥土的物理力学性质，取决于水泥掺入比，多用12左右。目前在上海地区广为应用，收到较好的效果，它特别适应于软土地区。深层搅拌水泥土桩挡墙，属重力式挡墙，深度大时可在水泥土中插入加筋杆件，形成加筋水泥土挡墙，必要时还可辅以内支撑等。(7)旋喷桩挡墙 它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，可用作文护结构挡墙。在较狭窄地区亦可施工。它与深层搅拌水泥土桩一样，亦为重力式挡墙，只是形成水泥土桩的工艺不同而已。在施工旋喷桩时，要控制好上提速度、喷射压力和喷射量，否则质量难以保证。(8)土钉墙土钉墙是一种利用土钉加固后的原位土体来维护基坑边坡土体稳定的支护方法。它由土钉、钢丝网喷射混凝土面板和加固后的原位土体三部分组成。该种支护结构简单、经济、施工方便，是一种较有前途的基坑边坡支护技术，适用于地下水位以上或经降水后的粘性土或密实性较好的砂土地层，基坑深度一般不大于15m。除上述者外，还有用人工挖孔桩 (我国南方地区应用不少 )、打入预制钢筋混凝土桩等支护结构挡墙。近年来SMWI 法(水泥土搅拌连续墙 )在我国已成功应用，有一定发展前途。北京还采用了桩墙合一的方案。即将支护桩移至地下结构墙体位置，轴线桩既承受侧向土压力又承受垂直荷载，轴线桩间增加一些挡土桩承受土压力，桩间砌墙作为地下结构外墙，收到较好的效果，目前亦得到推广。支护结构挡墙的选型，涉及技术因素和经济因素，要从满足施工要求、减少对周围的不利影响、施工方便、工期短、经济效益好等几方面，经过慎重的技术经济比较后加以确定。而且支护结构挡墙选型要与支撑选型、地下水位降低、挖土方案等配套研究确定。图 215 为常用支护结构挡墙形式。2支支撑撑(拉拉锚锚)的的选选型型 当基坑深度较大，悬臂的挡墙在强度和变形方面不能满足要求时，即需增设支撑系统。支撑系统分两类：基坑内支撑和基坑外拉锚。基坑外拉锚又分为顶部拉锚与土层锚杆拉锚，前者用于不太深的基坑，多为钢板桩，在基坑顶部将钢板桩挡墙用钢筋或钢丝绳等拉结锚固在一定距离之外的锚桩上。土层锚杆锚固多用于较深的基坑。目前支护结构的肉支撑，常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类。钢结构支撑多用圆钢管和 H 型钢。为减少挡墙的变形，用钢结构支撑时可用液压千斤顶施加预顶力。(1)钢结构支撑 钢结构支撑拼装和拆除方便、迅速，为工具式支撑，可多次重复使用，且可根据控制变形的需要施加预顶力，有一定的优点。但与钢筋混凝土结构支撑相比，它的变形相对较大，且由于圆钢管和型钢的承载能力不如钢筋混凝土结构支撑的承裁能力大，因而支撑水平向的间距不能很大；相对说来，对于机械挖土不太方便。在大城市建筑物密集地区开挖深基坑，支护结构多以变形控制，在减少变形方面钢结构支撑不如钢筋混凝土结构支撑，但如果分阶段根据变形多次施加预顶力亦能控制变形量，钢结构支撑仍为发展方向。钢管支撑 钢管支撑一般利用 609 钢管余料接长，用不同壁厚的钢管来适应不同的荷载，常用的壁厚 为 12mm，14mm，亦有时用 16mm 者。除609 钢管外，亦有用较小直径钢管者，如 580，406 钢管等。钢管的刚度大，单根钢管有较大的承载能力，不足时还可两根钢管并用。钢管支撑的形式，多为对撑或角撑 (图 2-16)。当为对撑时，为增大间距在端部可加设琵琶撑，以减小腰梁的内力。当为角撑时，如间距较大、长度较长，亦可增设腹杆形成桁架式支撑， 对撑纵横钢管交叉处，可以上下叠交；亦可增设特制的十字接头，纵横钢管都与十字接头连接，使纵横钢管处于同一平面内。后者可使钢管支撑形成一平面框架，刚度大，受力性能好。钢管支撑端部的活络头子和琵琶斜撑的具体构造，参见图2-17。用钢管支撑时，挡墙的腰梁可为钢筋混凝土腰梁，亦可为型钢腰梁。前者刚度大，承载能力高，可增大支撑的间距。 H 型钢支撑 H 型钢支撑用螺栓连接，为工具式钢支撑，现场组装方便，构件标准化，对不同的基坑能按照设计要求进行组合和连接，可重复使用，有推广价值。 H 型钢常用者为焊接 H 型钢和轧制 H 型钢。H 型钢支撑的构造如图 2-18 所示。 (2)钢筋混凝土支撑钢筋混凝土支撑是近年来在上海等地区深基坑施工中发展起来的一种支撑形式，它多用于土模或模板随着挖土逐层现浇，截面尺寸和配筋根据支撑布置和杆件内力大小而定。它刚度大，变形小，能有效地控制挡墙变形和周围地面的变形，宜用于较深基坑和周围环境要求较高的地区。但在施工中要尽快形成文撑，减少土壤蠕变变形，减少时间效应。由于钢筋混凝土支撑为现场浇筑；因而其形式可随基坑形状而变化，故它有多种形式，如对撑；角撑；桁架式支撑；圆形；拱形；椭圆形等形状支撑(图 2-19)。钢筋混凝土支撑的混凝土强度等级多为C30，截面尺寸由计算确定。腰梁的截面尺寸常用者为 600mmx800mm(高×宽)、800mm×1000mm 和 1000mm×1200mm；支撑的截面尺寸常用者为 600mm×800mm(高×宽)、800mm×1000mm、800mm×1200mm 和 1000mm×1200mm。支撑的截面尺寸在高度方向要与腰梁相匹配。配筋由计算确定。对平面尺寸大的基坑，在支撑交叉点处需设立柱，在垂直方向支承水平支撑。立柱可为四个角钢组成的格构式柱、圆钢管或型钢。考虑到承台施工时便于穿钢筋，格构式柱较好，应用较多。立柱的下端插入作为工程桩使用的灌注桩内，插入深度不宜小于2m，否则立柱就要作专用的灌注桩基础。因此，格构式立柱的平面尺寸要与灌注桩的直径匹配。对于多层支撑的深基坑，在进行挖土时如要求挖土机不上支撑，有时有一定的困难(理论上应该要求挖土机不上支撑 )，如果遇到挖土机上支撑挖土，则设计支撑时要考虑这部分荷载，施工中亦要采取措施避免挖土机直接压支撑。如果基坑的宽 (长)度很大，所处地区的土质又较好，在内部支撑需耗费大量材料，且不便挖土施工，此时可考虑选用土层锚杆在基坑外面拉结固定挡墙；我国不少地区已广泛应用，并取得较好的经济效益。三三、 荷荷载载与与抗抗力力计计算算 作用于挡墙上的水平荷载，主要是土压力、水压力和地面附加荷载产生的水平荷载。要求精确计算土压力是困难的，因为影响因素根多，它不仅取决于土质，还与挡墙的刚度、施工方法、基坑空间尺寸、无支撑时间的长短、气候条件等有关。目前计算土压力多用朗金 (Rankine)土压力理论。其基本假定是： 挡墙背竖直、光滑；墙后为砂性填土，且表面水平并无限长； 墙对破坏楔体无干扰。该理论由于未考虑墙背和填土间的摩擦力，求得的主动土压力偏大，而被动土压力偏小，用于设计围护墙偏于安全。由上述朗金土压力理论的基本假定可知，其堵后境土为匀质无粘性砂土，非一般基坑的杂填土、粘性土、粉土、淤泥质土等，不呈散粒状；朗金理论的土体应力是先筑墙后填土，土体应力是增加的过程，而基坑开挖是土体应力释放过程，完全不同；朗金理论将士压力视为定值，实际上土压力在开挖过程中是变化的；朗金理论所解决的挡墙土压力为平面问题，实际上土压力存在显著的空间效应；朋金理论属极限平衡原理，属静态设计原理，而土压力处于动态平衡状态，开挖后由于土体蠕变等原因，会使土体强度逐渐降低，具有时间效应；另外，在朗金计算公式中，土工参数(，c 等)是定值，不考虑施工效应，实际上在施工过程中由于打桩、降水等施工措施，会引起挤土效应和土壤固结，使 ，c 值得到提高。由于上述原因，所以目前要精确计算土压力是困难的，只能根据具体情况选用较合理的计算公式，并进行必要的修正。 根据建筑基坑支护技术规程 (送审稿)的规定，荷载和抗力按 以下所列公式进行计算。 （一）水平荷载标准值 (图 2-20)作用于挡墙上的土压力、水压力和地面附加荷载产生的水平荷载标准值，宜按当地可取经验确定，当无经验时按下列规定计算：1对于碎石土和砂土当计算点位于地下水位以上时，eaik = aik Kai -2Ci(2-8)aiK当计算点位于地下水位以下时，eaik = aik Kai -2Ci+wa (Zi hwa)(1- Kai) (2-9)aiKw式中 aik作用于深度 Zi 处的竖向应力标准值，按式（ 2-12）计算；Kai第 i 层土的主动土压力系数， Kai = tan2(45°-)；2i第 i 层土的内摩擦角标准值；iZi计算点深度；hwa基坑外侧地下水位深度；wa基坑外侧水压力系数，对于密排桩、墙底部土层为隔水层时：wa = 1.0；对于桩、墙底部土层为透水层时：wa = （2-10）)(2)(2wpdwpwawpd hhhhhhh式中，为水的重度。w2对于粉土和粘土eaik = aik Kai -2Ci （2-11）aiK当按上述公式计算的基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时，取其值为零。（二二）基基坑坑外外侧侧竖竖向向应应力力标标准准值值竖向应力标准值 aik按下列规定计算：aik = + 0k +1k （2-12）1自自重重竖竖向向应应力力当计算点位于基坑开挖面以上时，计算点深度Zi处自重竖向应力 ： = mi Zi (2-13)当计算点位于基坑开挖面以下时，计算点深度Zi处自重竖向应力 ： = mh h(2-14)式中 mi深度 Zi以上土的加权平均天然重度；mh开挖面以上土的加权平均天然重度。2地地面面附附加加荷荷载载引引起起的的竖竖向向应应力力当支护结构外侧地面作用均布荷载q0时，基坑外侧任意深度处竖向应力标准值0k，按下式计算：0k = q0 （2-15）当距离支护结构外侧 b1处开始作用有宽度为 b0的条形荷载 q1时（图 2-21），基坑外侧深度 OD 范围内的附加竖向应力标准值1k，按下式计算：1k = q1 （2-16）100 2bbb （三三）基基坑坑内内侧侧被被动动区区水水平平抗抗力力标标准准值值被动区水平抗力标准值 epik按下列规定计算（图 2-22）：1 对于砂土和碎石土epik = pik Kpi -2Ci+wp (Zi hwp)(1- Kpi) （2-17）piKw式中 epik作用于基坑底面以下 Zi 处的竖向应力标准值；epik =mi Zi （2-18）wp基坑内侧水压力系数，对于密排桩、墙底部土层为隔水层时：wp = 1.0在桩、墙底部土层可为透水层时：wp = 2 （2-19）)(2wpdwpwawpdwa hhhhhhhhhKpi = tan2(45°+) （2-20）2i2 对于粘性土及粉土epik = pik Kpi +2Ci （2-21）piK四、水水泥泥土土墙墙式式支支护护结结构构水泥土墙式支护结构包括深层搅拌水泥土桩排挡墙和旋喷桩排挡墙，都属重力式支护结构，除个别情况例外，一般都不设支撑。（一一）水水泥泥土土墙墙式式支支护护结结构构计计算算水泥土挡墙一般要计算下述内容：1 嵌嵌固固深深度度计计算算水泥土挡墙的嵌固深度设计值h d，宜按圆弧滑动简单条分法进行计算（图2-23）：Cili+(q0bi+Wi)cositani- k(q0bi+ Wi)sini 0 （2-22）式中 Ci，i最危险滑动面上第 i 土条滑动面上的粘聚力、内摩擦角；li第 i 土条的弧长；bi第 i 土条的宽度；k整体滑动分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取130；Wi第 i 土条的重量，当滑动面位于粘性土或粉土中，按上覆土层的饱和土重度；计算，当滑动面位于砂土、碎石类土中，按上覆土层的浮重度计算；Qi第 i 土条弧线中点切线与水平线的夹角。对于均质粘性土及无地下水的粉土或砂类土，嵌固深度计算值h0，可按下式确定：h0 =n0h (2-23)式中，n0为嵌固深度系数，当 k取 1.3 时，根据土层固结快剪摩擦角及粘聚力系数 = C/h，查表 2-3 取值。围护墙的嵌固深度设计值，则为 hd = 1.150h0 (2-24)当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应继续验算下卧层的整体稳定性。当按上述方法计算求得的水泥土挡墙嵌固深度设计值hd1.150(2-25)(2)(6)(3)(6wpdwpwawpdwawpd wdcsPpaahhhhhhhhhhhhhEhEh式中 Ea水泥土墙底以上基坑外侧水平荷载标准值的合力；Ep水泥土墙底以上基坑内侧水平抗力标准值的合力；ha合力 Ea作用点至水泥土墙底的距离；hp合力 Ep作用点至水泥土墙底的距离；水泥土墙的平均重度；cs水的重度；whwa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，墙体厚度设计值b，宜按下式计算：b1.150(2-26)0 )()(2dcsppaa hhEhEh当按式(2-25)、式(2-26)计算得出的水泥土墙厚度设计值b04h 时，宜取b04h。3 3正正截截面面承承载载力力验验算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)正应力验算1.25Z+fcs (2-27)0csWM式中 水泥土墙平均重度；cs重要性系数，见表 2-2；0Z由墙顶至计算截面的深度；M单位长度水泥土墙截面组合弯矩设计值；M = 1.25 Mc （2-28）0Mc截面弯矩计算值，可按静力平衡条件确定；W水泥土墙的截面模量；fcs水泥土开挖龄期的抗压强度设计值。（2）拉应力验算- Z0.06 fcsWMcs（二二）水水泥泥土土墙墙式式支支护护结结构构施施工工深层搅拌水泥土桩排挡墙，是采用水泥作为固化剂，利用特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥强制搅拌形成水泥土，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬化成整体性的、并有一定强度的挡土、防渗墙。深层搅拌水泥土桩挡墙，施工时振动和噪音小，工期较短，无支撑，它既可挡土亦可防水，而且造价低廉。普通的深层搅拌水泥土挡墙，通常用于不太深的基坑作支护，若采用加筋搅拌水泥土挡墙 (SMWI 法，则能承受较大的侧向压力，用于较深的基坑护壁。近年来，深层搅拌水泥土桩挡墙在国内已较广泛地用于软土地基的基坑支护工程，在上海等地区应用广泛，多用于深度不超过7m 的基坑。深层搅拌水泥土桩施工时，由于搅松了地基土，对周围有时会产生一定影响，施工时宜采取措施预防。1施工机具(1)深层搅拌机 它是深层搅拌水泥土桩施工的主要机械。目前应用的有中心管喷浆方式和叶片喷浆方式两类。前者的输浆方式中的水泥浆是从两根搅拌轴之间的另一根管子输出，不影响搅拌均匀度，可适用于多种固化剂；后者是使水泥浆从叶片上若干个小孔喷出，使水泥浆与土体混合较均匀，适用于大直径叶片和连续搅拌，但因喷浆孔小易被堵塞，它只能使用纯水泥浆而不能采用其他固化剂。图226 所示为 SJB1 型深层搅拌机，它采用双搅拌轴中心管输浆方式。其技术性能见表2-4。图 2-27 是利用钻机改装的 GZB600 型深层搅拌机，它采用单轴搅拌、叶片喷浆方式。目前深层搅拌机的加固深度已可达 19m。(2)配套机械 主要包括灰浆搅拌机、集料斗、灰浆泵。其中SJB1 型深层搅拌机采用 HB63 型灰浆泵， GZB-600 型深层搅拌机采用 PA-15B 型灰浆泵。2施工工艺 深层搅拌水泥挡墙的施工工艺流程如图2-28 所示。 (1)定位用起重机 (或用塔架 )悬吊搅拌机到达指定桩位，对中。(2)预搅下沉待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。(3)制备水泥浆待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆(水灰比宜 045050)，压浆前将水泥浆倒入集料斗中。(4)提升、喷浆、搅拌待深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基，且边喷浆、边搅拌，同时按设计确定的提升速度提升深层搅拌机。提升速度不宜大于05m/min。(5)重复上、下搅拌为使土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计深度后再提升出地面。桩体要互相搭接200mm，以形成整体。相邻桩的施工间歇时间宜小于10h。(6)清洗、移位向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净；移位后进行下一根桩的施工。桩位偏差应小于50mm，垂直度误差应不超过 1。桩机移位，特别在转向时要注意桩机的稳定。在水泥土挡墙施工时，由于地基土的搅拌和水泥浆的喷入，扰动了原土层，会引起附近土层一定的变形。在施工时如周围存在需保护的设施，在施工速度和施工顺序方面需精心安排。3水泥土的配合比水泥土的无侧限抗压强度 qu一般为 5004000kNm2，比天然软土大几十倍至数百倍，相应的抗拉强度、抗剪强度亦提高不少。其内摩擦角一般20°30°。变形模量 E50=(120150) qu。水泥掺入量取决于水泥土挡墙设计的抗压强度qu，水泥掺入比 aw与水泥土抗压强度的关系，如由 229 所示。水泥标号每提高 100 号，水泥土强度 qu约增大 2030。通常选用龄期为三个月的强度作为水泥土的标准强度较为适宜。搅拌法施工要求水泥浆流动度大，水灰比一般采用0.45050，但软土含水量高，对水泥土强度增长不利。为了减少用水量，又利于泵送，可选用木质素磺酸钙作减水剂，另掺入三乙醇铵以改善水泥土的凝固条件和提高水泥土的强度。 4提高水泥土桩挡墙支护能力的措施深层搅拌水泥土桩挡墙属重力式支护结构，主要由抗倾覆、抗滑移和抗剪强度控制截面和入土深度。目前这种支护的体积都较大，为此可采取下列措施，通过精心设计来提高其支护能力： (1)卸荷 如条件允许可将基坑顶部的土挖去一部分，以减小主动土压力；(2)加筋可在新搅拌的水泥土桩内压入竹筋等，有助于提高其稳定性。但加筋与水泥土的共同作用问题有待研究； (3)起拱 将水泥土桩挡墙做成拱形，在拱脚处设钻孔灌注桩，可大大提高支护能力，减小挡墙的截面。对于边长大的基坑，于边长中部适当起拱以减少变形。目前这种形式的水泥土桩挡培已在工程中应用； (4)挡墙变厚度对于矩形基坑，由于边角效应，在角部的主动土压力有所减小。为此于角部可将水泥土桩挡墙的厚度适当减薄，以节约投资。5 5工工程程实实例例上海四平路某车库，设 58 个载重车位，基坑平面呈矩形，尺寸为86m×49m，开挖深度为 575m，局部深 675m。基坑北侧 13m 处有五层住宅楼多栋，西侧离一中学教学楼围墙仅4m，东侧 10m远处有平房仓库，南面是篮球场。根据周围环境，经技术经济比较，确定采用水泥土搅拌桩作基坑支护。它具有隔水性能好，在基坑内进行人工降水不会引起基坑周围地表土体位移和沉降，能确保民房及中学教学楼的安全等优点；同时，基坑内不设支撑，坑外不设拉钱，施工方便，造价较低。该工程水泥土搅拌桩的布置如图230 所示。基坑东侧和南侧设计为五排水泥土搅拌桩组成的挡土墙，其宽度为47m，其中中间一排桩深 13m，其余为 10m；西侧和北侧设计为由四排水泥土搅拌桩组成的一封闭无底方筒，其外因桩深 13m，内圈桩深 10m。在桩顶挠筑了 100mm 或 200mm 厚的钢筋混凝土路面。该工程的水泥掺入比为1012。图 231 所示为三幢 24 层高层住宅的水泥土桩挡墙布置图，基坑开挖深度为45m，周围建筑及地下管线离基坑较近。该水泥土桩挡墙多为格式，宽度27m，桩长 8m。根据现场条件，要求尽可能地节约支护结构费用，凡周围条件允许大开挖的部位均采用放坡大开挖，仅在边披上部设水泥土桩隔水帷幕 (宽 12m)。五五、 排排桩桩与与板板墙墙式式支支护护结结构构排桩与板墙式支护结构是应用最多的一类，深基坑多数皆用之。这一类支护结构虽然包括的种类较多，但其计算原理皆同，下面分别介绍其挡墙和支撑体系的计算内容和计算方法。（一一） 排排桩桩和和地地下下连连续续墙墙的的挡挡墙墙计计算算1嵌固深度计算(1)悬臂式支护结构挡墙的嵌固深度计算悬臂式支护结构挡墙的嵌固深度hd(图 2-32)，按下式确定：hpEp-1.2 ha Ea=0 (2-30)0式中 Ep 桩、墙底以上基坑内侧各土层水平抗力标准值epik(按式(2-17)、(2-21)计算)的合力； hp合力Ep作用点至挡墙底的距离；Ea桩、墙底以上基坑外侧各土层水平荷载标准值epik的合力；ha合力Ea作用点至桩、墙底的距离。(2)单层支点支护结构挡墙嵌固深度计算 单层支点支护结构挡墙的嵌固深度hd(图 2-33)按下列规定计算： 基坑底面以下，支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离hcl，按下式确定：eail=epil (2-31)支点力 Tcl按下式计算：Tcl = （2-32）clTlpcplacal hhEhEh式中 eail水平荷载标准值；epil水平抗力标准值；hal合力Eac作用点至设定弯矩零点的距离；Eac设定弯矩零点位置以上基坑外测各土层水平荷载标准值的合力；Epc设定弯矩零点位置以上基境内例各土层水平抗力标准值的合力；hpl合力Epc作用点至设定弯矩零点的距离；hTl支点至基坑底面的距离；hcl基坑底面至设定弯矩零点位置的距离。挡墙嵌固深度设计值 hd，按下式计算 :hpEp+Tcl(hTl+hd)-1.2ha Ea=0 (2-33)0多层支点支护结构挡墙嵌固深度计算多层支点支护结构挡墙的嵌固深度计算值吨，按整体稳定条件用圆弧滑动简单条分法计算(图 223)，此处不再重复。 当按上述方法计算求得的悬臂式及单层支点支护结构挡墙的嵌固深度设计值hd03h 时，宜取 hd=03h；多层支点支护结构挡墙的嵌固深度设计值hd02h时，宜取 hd0.2h。当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙挡墙除应满足上述计算外，其嵌固深度设计值，尚应按抗渗透稳定条件确定。2 2内内力力与与变变形形计计算算 支护结构挡墙和支撑体系的内力和变形计算，要根据基坑开挖和地下结构的施工过程，分别按不同工况进行计算，从中找出最大的内力和变形值，供设计挡墙和支撑体系之用。如图 2-34 所示之基坑支护结构的支撑方案和地下结构布置情况，在计算挡墙和支撑的内力和变形时，则需计算下述各工况：第一次挖土至第一层混凝土支撑之顶面(如开槽浇筑第一层支撑 )，此工况之挡墙为一悬臂的挡墙；待第一层支撑形成并达到设计规定的强度后，第二次挖土至第二层混凝土支撑之底面(支模浇筑 )，此工况之挡墙存在一层支撑；待第二层支撑形成并达到设计规定强度后，第三次挖土则至坑底设计标高；待底板 (承台)浇筑后并达到设计规定强度后，进行换撑，即在底板顶面浇筑混凝土带形成支撑点，同时拆去第二层支撑，以便支设模板浇筑地下二层的墙板和顶楼板；待地下二层的墙板和顶楼板浇筑并达到设计规定强度后；再进行换撑，即在地下二层顶楼板处加设支撑 (一般浇筑成间断的混凝土带 )形成支撑点，同时拆去第一层支撑，以使支设模板继续向上浇筑地下一层的墙板和楼板。为此，图234(a)所示之支护结构挡墙，则需按五种工况分别进行计算其内力和变形。支护结构挡墙的内力和变形计算方法很多，在各个不同发展阶段有各种不同的计算理论和方法，近年来其计算方法还与计算技术及电子计算机的发展密切有关。从目前来看，其计算方法有两大类。一类是传统的计算方法，此类方法是以上压力作为媒体，将挡墙从其与土体共同作用体中分离出来，以较简单的力学模型，用结构力学等知识(如静力平衡方程等 )求解其内力和变形。此类方法简单实用，用一般计算工具(手工计算 )即能胜任。但此类方法未考虑挡墙与土体的共同作用，难以考虑时空效应，计算精度有待提高。此类方法的关键是土压力的合理确定，过去常用的等值梁法、弹性曲线法等皆属此类。另一类是桩 (墙)土共同作用的计算方法，此类方法有杆系有限元法和连续介质有限元法。目前前者应用较多。杆系有限元法是将内支撑(或锚杆)、被动土体都视为弹性杆件，将挡墙作为弹性梁，根据基坑开挖的各个工况，以有限元方法分别求得挡墙的内力、水平位移及支撑 (或锚杆)的轴力。连续介质有限元法是假定挡墙为二维弹性体，土体假定为线性弹性体、非线性弹性体、弹塑性体或其他模型，挡墙及土体一般采用八节点等参单元，支撑或锚杆为一维弹性杆单元，根据基坑开挖的各个工况，分别求解挡墙的内力、位移、支撑 (或锚杆)轴力、基坑周围土体与抗底土体的位移等。有限元方法是解决挡墙及支撑内力计算的有力工具，计算迅速，计算结果较准确，输出结果形象；多以图形输出，可形象地表示出各工况的弯矩、剪力和位移情况。但有银元方法需利用计算程序以电子计算机进行计算，目前已有不少较成熟的计算程序可供选用。 下面介绍国家标准 建筑基坑支护技术规程 (送审稿)中推荐的弹性支点法。弹性交点法的计算简图如图2-35 所示。挡墙外例承受土压力、附加荷载等产生的水平荷载标准值 eail；挡墙内侧的支点化作支承弹簧，以支撑体系水平刚度系数表示；挡墙坑底以下的被动侧的水平抗力，以水平抗力刚度系数表示。支护结构挡墙在外力作用下的挠曲方程如下所示：EI-eaikbs=0