第六章 基坑支护结构

1、支挡结构用途：修筑建筑物基础或地下室、埋设市政工程管道以及开发地下空间等所开挖的地面以下的坑。第一节第一节 概概 述述要素：支护结构、土体加固、基坑降水、土方开挖及基坑监测等；基本概念基本概念支挡结构类型支挡结构类型挡土结构刚度分类：刚性支护结构和柔性支护结构 力平衡方式分类 ：重力式、悬臂式、支锚式 支锚结构方式分类 ：外支撑、内支撑、斜撑 二、二、 基坑支护结构的形式基坑支护结构的形式基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境所采取的支挡、加固与保护措施。 在基坑施工时，有的有支护措施，称之为有支护基坑工程；有的则没有支护措施，称之为无支护基坑工程。 无支护基坑

2、工程一般是在场地空旷、基坑开挖深度较浅、环境要求不高的情况下才能采用，如放坡开挖，这时主要应考虑边坡稳定和排水问题。常用的挡墙类型有：水泥土墙、排桩、SMW工法或地下连续墙、土钉墙等。基坑支护类型基坑支护类型重力式挡墙（刚性挡墙, D6m）1. 挡墙结构挡墙结构柔性挡墙（1）钢板桩 （2）钻孔灌注桩挡墙（3）SMW工法（4）地下连续墙（1）板桩（2）钻孔灌注桩挡墙搅拌（旋喷）桩灌注桩灌注桩搅拌（旋喷）桩（3）SMW工法注浆搅拌桩H型钢灌注桩（4）地下连续墙导墙制模导墙制模导墙导墙挖掘机挖掘机接头管接头管接头管接头管地下墙钢筋笼地下墙钢筋笼下放钢筋笼下放钢筋笼导管导管接头管接头管材料：钢支撑、混

3、凝土支撑。圈梁围囹围囹支撑支撑支撑围囹围囹圈梁围护墙立柱桩立柱桩立柱桩深层搅拌加固立柱桩立柱桩立柱桩2. 内支撑结构内支撑结构混凝土内支撑混凝土内支撑钢管内支撑钢管内支撑钢管混凝土内支撑钢管混凝土内支撑钢管斜支钢管斜支撑撑4.土钉墙土钉墙围护墙锚杆围檩 砼面层土钉3. 土层锚杆土层锚杆锚固体防水地面砼护顶拉杆锚杆头部锚杆锚杆围檩围檩井点降水井点降水圈梁圈梁钢筋网钢筋网桩头桩头钢筋网钢筋网桩头桩头三、三、 支护结构上的土压力与特点支护结构上的土压力与特点土的类别、支护结构的刚度及位移、有无支点及支点的位置和反力大小、时间与空间效应、地下水位及施工方法、施工工序和施工过程、外界的荷载与温度变化。影

4、响因素影响因素产生极限土压力的位移条件1井管；2滤管；3总管；4弯联管；5离心泵房 6原有地下水位线；7降低后地下水位线四、四、 基支护结构的施工基支护结构的施工一、井点降水一、井点降水（一）轻型井点（一）轻型井点（二）喷射井（二）喷射井点点 (a)喷射井点设备简图 (b)喷射扬水器原理图 1喷射井管喷射井管；2滤管；3进水总管；4排水总管；5一高压泵一高压泵；6集水池；7水泵；8内管；9外管；10喷嘴；11混合室；12扩散管；13压力表 (a)钢管管井；(b)混凝土管管井1一沉砂管；2一钢筋焊接骨架；3滤网；4管身；5吸水管；6深井泵；7小砾石过滤层；8粘土封口；9混凝土实管；10无砂混凝土

5、管；11潜水泵；12一出水管（三）深井井点（三）深井井点（四）电渗井点（四）电渗井点电渗井点 1一井点管；2一电极；3直流电源k10 粉砂、砂质粉土、含薄层粉砂的粉质粘土、富含薄层粉砂的粘土和淤泥质粘土。电渗井点h水平抗力标准值水平抗力标准值piikpipjkpjkKcKp2wpiwpjpiikpipjkpjkKhzKcKp12砂土及碎石土砂土及碎石土-水土分算水土分算粉土及粘性土粉土及粘性土-水土合算水土合算+hzmjjmjrk(zjh)(zjh)天然竖天然竖向重力向重力0k1k第三节第三节 水泥土墙支护结构设计水泥土墙支护结构设计一、设计内容一、设计内容（一） 墙体的宽度和深度按地区经验确

6、定。如上海地区一般墙宽可取为开挖深度的0.60.8倍，坑底以下插入深度可取为开挖深度的0.81.2倍 BDHH0壁状水泥土挡墙（二）宽度方向的布桩形式格栅的置换率（加固土的面积格栅的置换率（加固土的面积:水泥土墙的总面积）为水泥土墙的总面积）为0.60.8，格栅长宽比不宜大于，格栅长宽比不宜大于2 。隔栅状水泥土挡墙BDHH0坑底坑底加固加固压顶砼面层t 150mm（四）其它加强措施（三）墙体强度水泥土围护体的强度取决于水泥掺合量(指每立方加固体所拌和的水泥重量)和龄期。水泥掺合量一般为200250kg/m3，通常采用425#普通硅酸盐水泥。水泥土围护体的设计强度一般要求龄期一个月的无侧限抗压

7、强度不小于0.8MPa。为改善水泥土加固体的性能和提高早期强度，可掺入外掺剂（如早强剂、减水剂）。 插筋 （一）水土分算二、土压力计算二、土压力计算适用于土的渗透性较好的土层，如砂土、粉土和粉质粘土 222tan (45)22tan (45)2azaaapzpppwwpKcKKpKcKKpuz，222tan (45)22tan (45)20aasataappsatppwpKzcKKpKzcKKp，适用于不透水的粘土层，并采用天然重度。（二）水土合算悬悬臂臂式式柔柔性性围围护护墙墙三、基本验算三、基本验算（1）抗倾覆验算（图a）；（2）整体圆弧滑动稳定验算（图b）； （3）抗滑验算（图c） ；（

8、4）抗渗稳定验算（图d ）；（5）墙体结构强度验算;（6）挡墙水平位移估算。d）（二）抗滑验算 抗滑指沿围护墙底面的滑动，验算公式为： apHLEEBcWtgK00KHL 1.2c0、0 墙底土层的内聚力、内摩擦角 paHLEEBcWtgK00注：不宜采用以下公式计算抗滑安全系数（一）抗倾覆验算 aappqhEBWhEK21式中 Kq 1.2 W墙体自重；Ea主动土压力合力；Ep被动土压力合力；B/2 B/2Ea（三）整体圆弧滑动稳定验算 采用瑞典条分法，按圆弧滑动面考虑，土体抗剪强度可采用总应力法计算：niiiiininiiiiiiiizwbqtgwbqlcK111sincosKz应根据经验

9、确定，无经验时可取1.3 。注：一般最危险滑动面取在墙底以下0.51.0m，滑动圆心位置一般在墙上方，靠近基坑内侧。 （四）抗渗稳定验算 iiKcsic坑底土的临界水力梯度 )1 (1ediscKs 1.52.0，坑底土透水性大时取大值。 i坑底土的渗流水力梯度， Lhiw最短渗径流线总长度(m)，如当防渗帷幕长度范围内各层土的渗透性相差不大时 ，但当此范围内有渗透性较大土层，如砂土、松散填土或多裂隙土，计算L时应扣除这些层厚度。 BDhLww2Dwhw透水层不透水层当坑底下为砂土时，需验算墙角渗流向上溢出处的渗流坡降，以防止出现流砂现象。这里采用以下方法： （五）墙体结构强度验算1. 压应力

10、验算 01.25cscsMzfW 2. 拉应力验算0.06cscsMzfW式中 0基坑重要性系数； cs水泥土墙平均重度，取1819kN/m3； z墙顶至计算截面的深度； M单位长度水泥土墙截面弯矩设计值； W水泥土墙截面模量； fcs水泥土开挖龄期抗压强度设计值。（按建筑基坑支护技术规程JGJ 120-99）（六）墙体水平位移估算hye00loe=支护入土段变形支护入土段变形+0 h0loy0h悬臂段变形悬臂段变形第四节第四节 排桩或地下连续墙式支护结构设计排桩或地下连续墙式支护结构设计排桩或地下连续墙式支护结构的设计包括围护桩墙、内支撑（或土层锚杆）两方面。设计计算内容包括土体稳定性验算和

11、结构内力计算（即内力变形计算和构件截面尺寸设计）。 要求掌握土体稳定性验算的基本理论 。稳定性验算的内容有：(一一)整体稳定性验算整体稳定性验算(二二)坑底抗隆起稳定验算坑底抗隆起稳定验算(三三)抗渗验算抗渗验算(四四)坑底土抗承压水验算。坑底土抗承压水验算。一、围护桩墙设计一、围护桩墙设计(一)整体稳定性验算采用圆弧滑动简单条分法，同重力式挡墙。 (二)坑底抗隆起稳定验算 以围护桩墙底的平面作为地基极限承载力验算的基准面，参照Prandtle和Terzaghi求单位宽度的地基极限承载力的公式，如图： qDhcNDNKcqwz)(012wzK抗隆起稳定安全系数，一般要求不得小于1.72.5 1

12、坑外地表至围护墙底，各土层重度的厚度加权平均值 2坑内开挖面至围护墙底，各土层重度的厚度加权平均值 用Prandtl-Reissner公式时： 用Terzaghi公式则为tgNNtgeNqctgq) 1()245(2tgNNeNqctgq124cos212243c、分别为围护墙底以下滑移线场影响范围内地基土粘聚力、内摩擦角 h0基坑开挖深度 D围护墙在基坑开挖面以下的插入深度 q坑外地面超载 （三）抗渗验算 设防渗帷幕时，计算至防渗帷幕底；围护墙自防水时，计算至围护墙底，计算理论同重力式挡墙。即DwiiKcs)1 (1ediscLhiwwwDhL2式中：其中注：当渗透路径范围内有渗透性较大土层

13、，如砂土、松散填土或多裂隙土，计算L时应扣除这些层厚度。 （四）坑底土抗承压水稳定性验算 基坑开挖面以下有承压水层时，应按下式验算坑底土抗承压水稳定性。注：验算公式中偏安全，未考虑上覆土层与围护桩墙之间的摩擦力影响。wyczyppK Ky坑底土抗承压水头稳定安全系数，一般不小于1.05 pcz基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的总自重压力 pwy承压水层的水头压力二、内力变形计算二、内力变形计算 桩墙结构的内力变形可按平面问题来简化计算，排桩计算宽度可取排桩的中心距，地下连续墙计算宽度可取单位宽度。目前工程实践中内力变形计算应用较多的是极限平衡法和弹性支点法（竖向弹性地基梁法）。极限平衡法假

14、定作用于围护桩墙前后的土压力达到被动土压力和主动土压力，在此基础上进行力学简化.弹性支点法假定作用于桩墙后的侧压力已知，一般在坑底以上按朗金主动土压力来考虑，开挖面以下按矩形分布，大小等于开挖面处的朗金主动土压力。作用于桩墙前开挖面以下的土体抗力通常按“m”考虑。 EaEa第五节第五节 土钉墙支护结构设计土钉墙支护结构设计一、加固机理一、加固机理（1 1）提高原位土体强度）提高原位土体强度（2 2）土与土钉间相互作用）土与土钉间相互作用（3 3）面层土压力分布）面层土压力分布加固加固2. 土钉墙的稳定验算土钉墙的稳定验算（1 1）外部稳定）外部稳定加固区加固区抗滑移抗滑移加固区加固区抗倾覆抗倾覆F FF FG G加固区加固区地基稳定地基稳定F FG G深层整体失稳深层整体失稳（2 2）内部稳定）内部稳定土钉拔出土钉拔出加筋区内整体失稳加筋区内整体失稳T T【例例 】某工程基坑开挖深度为15.70 m，采用地下连续墙支护结构厚1.0m，深30.0m。支护结构断面及土层资料如图所示。试验算基坑的抗隆起(按Prandtle理论)和抗渗流的稳定性。坑外地下水位在地表下1.0m,坑内地下水位在