深基坑支护施工结构体系讲解算例丰富

第2章

深基坑支护结构体系

2.1

深基坑支护工程概述

2.2

支护结构设计荷载

2.3悬臂式桩排支护结构2.4

单层桩锚式支护结构2.5多层锚杆支护结构2.6

内撑式支护结构体系2.7

土层锚杆支护体系2.8土钉支护设计2.1

深基坑支护工程概述基坑开挖是基础和高层地下室施工中的一个老的问题，同时又是一个综合性的工程难题，涉及到土力学中许多问题，涉及到土与支护结构的共同作用，涉及到周边环境的问题，还涉及到施工方法、施工技术、施工作业的程序、安排等。随着高层基础埋置深度加大，支护结构设计问题越来越显得重要。2.1.1基坑含义

深基坑的“深”本难以明确的界定，是一个“模糊”的概念，相对于一定的地质，水文条件，一定的施工技术水平，形成一定的施工难度，大家对于达到一定施工难度的，地面以下一定尺寸的基坑谓之“深”，反之为“浅”。在目前的水平上，较为工程界大多数人所接受深基坑概念是指深度5～7m以上的基坑。如武汉市出于武汉特有的地质情况和管理操作方便，在《武汉地区深基坑工程技术指南》WBJ1-7-95中规定：“当基坑开挖深度≥6m，或有地下室时，应视为深基坑”。

有地下室没有达到6m也视为深基坑，正是从施工难度增加考虑的。

2.1.2基坑支护结构设计内容基坑支护结构极限状态可分为下列两类：1.承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或基坑底失稳、管涌导致土体或支护结构破坏，内支撑压屈失稳，支护桩墙锚杆抗拔失效等；

2.正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已破坏基坑周边环境的平衡状态并产生了不良影响，如引起周边相邻的建筑物倾斜、开裂；道路沉降、开裂；周边的地下管线沉降变形开裂等。根据承载能力极限限状态和正常使用极限状态的要求，基坑支护设计应包括下列内容：

（1）支护体系的方案技术经济比较和选型；（2）支护结构的强度，稳定和变形计算；（3）基坑内外土体的稳定性验算；（4）基坑降水或止水帷幕设计以及围护墙的抗渗设计；

（5）基坑开挖与地下水变化引起的基坑内外土体的变形及其对基础桩、邻近建筑物和周边环境的影响；（6）基坑开挖施工方法的可行性及基坑施工过程中的监测要求。2.1.3支护结构安全等级建设部《建筑基坑支护技术规程》中对基坑侧壁安全等级规定见表2-1。表2-1

建筑基坑侧壁安全等级及重要性系数注：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。

《武汉地区深基坑工程技术指南》WBJ1-7-95对基坑安全等级规定更为

详尽一些，见表2-2。表2-2

深基坑工程的安全等级

注：H—坑深

a—主干道、生命线工程及邻近重要建(构)筑物基础边缘离坑壁的距离，符合上表右项条件之一即可判定。

对于安全等级为一级、二级的建筑基坑侧壁，尚应进行基坑支护结构水平位移计算。

如武汉地区深基坑技术指南中，对支护结构的最大水平位移δ要求如下：

对于安全等级一级的支护，应满足δ≤40mm，

对于安全等级二级的支护，应满足δ≤100mm，

对于安全等级三级的支护，应满足δ≤200mm。2.1.4支护结构设计对勘察工作的要求应根据基坑的开挖深度及场地岩土工程条件合理地确定勘察范围、勘探点的位置及数量，地层变化较大时，应增加勘探点，查明分布规律，为支护结构设计提供可靠的资料。主要要求如下：

1.场地水文地质条件，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特征，各含水层(包括上层滞水、潜水、承压水)及隔水层的层位、埋深和分布条件；

（2）测量各含水层的水位及其变幅；（3）查明各地层的渗透系数及水压、流速、流向、补给来源和排泄方向；（4）查明施工过程中水位变化及支护结构和基坑周边环境的影响，提出应采取的措施。2.基坑周边环境勘察应包括以下内容：

（1）查明基坑周围影响范围内的建(构)筑物的结构类型、层数、基础类型与埋深及结构现状；（2）查明基坑周边的各类地下设施(包括上、下水管线、电缆、煤气、管道、热力管道、地下箱分布和性状；

（3）查明场地周围和邻近地区地表和地下水体的分布，水位标高，距基坑距离及补给、排泄关系，对基坑开挖的影响程度；

（4）查明基坑四周道路、车流量及载重情况。

3.在取得勘察资料的基础上，根据设计要求，针对基坑特点，应提出解决下列问题的建议：

（1）分析场地的地层结构和岩土的物理力学性质，提出对计算参数取值及支护方式的建议；

（2）提出地下水的控制方法及计算参数的建议；

（3）提出施工中应进行的具体现场监测项目建议；

（4）提出基坑开挖过程中应注意的问题及其防治措施的建议。

4.提出支护结构设计所需的基坑工程岩土工程测试参数。宜包含下列内容：（1）含水量及密度试验，测试含水量w及重力密度γ；

（2）直接剪切试验，测试固结快剪强度峰值指标c,φ；

（3）三轴固结不排水试验，测试三轴不排水强度峰值指标Ccu、φcu；

（4）室内或原位试验，测试渗透系数k；

（5）测试水平与垂直

变位计算所需的参数。

2.1.5深基坑支护分类与选型深基坑边坡支护结构可根据周边环境条件，基坑开挖深度、工程地质、水文地质条件、施工季节、施工设备等条件，按表2-3选用。

表2-3

深基坑边坡支护分类及适用条件

2.2

支护结构设计荷载

作用在支护结构上的荷载主要有：土压力、地下水水压力，坑口地面堆载，相邻房屋浅基基底传来的压力等。

2.2.1土压力的极限状态土压力的大小是土与挡土结构之间相互作用的结果，它与结构的变位有着密切的关系。根据挡土结构变位方向与大小将存在有三种不同极限状态的土压力，如图2-1所示。

图2-1

三种不同极限状态的土压力

1.静止土压力E0当挡土结构在土压力作用下，不可能产生侧向位移时，则作用于结构上的土压力称为静止土压力。如建筑物地下室的外墙，由于横墙与楼板的支撑作用，墙体变形很小，可以认为是静止土压力。对于有内支撑的支护结构的角撑附近，地下连续墙围护结构的四角的土压力也是大于主动土压力而接近静止土压力的。从理论上讲，土的静止侧压力系数，为土的泊松比。土的静止侧压力系数宜通过原位试验测定，无条件实测时，可按下式估算：正常固结土：超固结土：

—土的有效内摩擦角。

土的静止侧压力系数取植还可参考表2-4取值。

表2-4

静止土压力系数Ko参考值

2.主动土压力Ea挡土结构在土压力的作用下，将向基坑内移动或绕前趾向基坑内转动。随着位移的增加，土体中的应力差将随之加大，则作用于挡土结构的土压力就逐渐减小。当位移达到一定量值时，则其后土体开始形成滑裂面，应力到达极限平衡状态，这时土压力处于最小值，称为主动土压力，

通常用Ea表示。进入主动土压力状态的位移量一般是比较小的，表2-5列出了位移的参考值。3.被动土压力Ep

挡土结构在外荷作用下(如支承于其上的拱结构的推力等)，将向填土方向移动或转动。随着位移的增加，土体阻止其变位的抗力将增加，应力水平随之提高，使作用于结构上的土压力逐渐增加，当位移达到一定量值时，则土体中亦将形成一个滑裂面，应力到达极限平衡，这时土压力处于最大值，称为被动土压力，通常用Ep表示。进入被动土压力状态的位移量比主动状态要大得多。表2-5给出了砂土进入被动状态时位移的参考值。表2-5

产生主动和被动土压力所需的位移量

注：表中h为墙高。上述三种土压力是随位移变化的三种极限情况。由图3-1可见，其间有如下关系：

EP＞E0＞Ea对于基坑支护上的土压力，根据结构与土体情况、变位的状态一般是处于其间的某一状态。当结构允许产生较大的位移时，可按主动土压力来考虑。2.2.2土压力计算基坑支护结构承受的侧向压力包括土压力、水压力、基坑周围的建筑物及施工荷载引起的侧向压力。土压力应根据土体经受的侧向变形条件来确定。包括静止土压力、主动土压力、被动土压力。作用于支护结构的土压力可采用朗肯理论公式分层计算。1.静止土压力强度，可接下式计算：(2-1)式中三，p0—静止三土压三力强三度，kP三ari—第i层土三的重三度，KN三/m3;hi—第i层土三的厚三度,m；K0—静止三土压三力系三数。2.三主三动与三被动三土压三力按朗三肯理三论计三算主三动与三被动三土压三力强三度时三，按三下式三计算三：(2三-2三)(2三-3三)式中pa，pp—朗肯三主动三与被三动土三压力三强度三，kP三a；q—地面三均布三荷载三，一三般取三10三~2三0kP三a；ri—第i层土三的重三度，KN三/m3；hi—第i层土三的厚三度，m；ka、kp—朗肯三主动三与被三动土三压力三系数三；C、三—计算三点土三的抗三剪强三度指三标，kP三a（°三）。3.三土三压力三系数三的调三整当支三护结三构经三受的三侧向三变形三条件三不符三合主三动，三被动三极限三平衡三状态三条件三时，ka、kp可调三整为Kma、Kmp,按下三式确三定：(2三-4三)对于三一、三二、三三级三安全三等级三的基三坑m值分三别取1.三5、三1三.3三、三1.三1。(2三-5三)4．地三下水三对土三压力三的影三响（1三）对三于碎三石土三及砂三土：三当存三在地三下水三时，三宜按三水压三力与三土压三力分三算的三原则三计算三，作三用于三支护三结构三上的三侧压三力为三有效三土压三力与三水压三力之三和。三有效三土压三力按三土的三浮重三度（）及有三效抗三剪强三度指三标（C′三，三）计算三。（2三）对三于粉三土及三粘性三土：三当存三在地三下水三时，三可采三用水三压力三与土三压力三合并三计算三的原三则计三算，三水土三合并三的土三压力三按土三的饱三和重三度（γm）及总三应力三固结三不排三水抗三剪强三度指三标（Ccu、三）计算三。2.三3三悬臂三式桩三排支三护结三构悬臂三式桩三排支三护结三构可三由多三种桩三型组三成，三本节三只涉三及相三间或三密排三插入三基坑三底面三以下三一定三深度三的钢三筋混三凝土三桩，三桩顶三设置三钢筋三混凝三土锁三口梁三，桩三体承三受水三平推三力，三锁口三梁调三节各三桩受三力和三水平三位移三的支三护结三构体三系。三挡土三深度三视地三质条三件和三桩径三而异三，一三般不三宜超三过6m。悬臂三桩支三护结三构静三力计三算主三要目三的有三二个三：(1三)悬臂三桩桩三身插三入基三底面三以下三的最三小入三土深三度Dmi三n；(2三)桩身三最大三弯矩三及所三在位三置，三以计三算桩三身的三截面三和配三筋。2.三3.三1三结构三静力三计算三模型钢筋三混凝三土桩三插入三基底三面以三下的三深度三可以三根据三静力三平衡三条件三确定三：如三图2-三2所示三，通三过主三被动三两侧三土压三力对C点的三力矩三平衡三，解三式(2三-6三)，即三可得三最小三入土三深度Dm三in。图2-三2悬臂三式桩三排计三算图(2三-6三)式中MEa三1,MEa三2——分别三为基三底以三上及三以下三主动三土压三力之合三力对C点的三力矩(kN三.m)；EEP——被动三土压三力对C点的三力矩(kN三.m)三。桩的三设计三长度三应按三下式三确定三：D=三H+·Dmi三n(2三-7三)式中H—三—基坑三开挖三深度三(m)三；——三增大三系数三，基三坑底三以下三土质三较好三时取1.三2；反之三取1.三4。2.三3.三2三计算三步骤①土三压力三计算三包括三主动三和被三动压三力和三超载三影响三的计三算。三桩的三入土三深度三为未三知，三可设三为Dm三in，这部三分的三土压三力暂三以包三含Dm三in的式三子表三示。②力三矩平三衡计三算分别三计算三主、三被动三土压三力对C点的三力矩三，再三按照三力矩三平衡三条件三，列三出平三衡方三程，三一般三为Dm三in的三三次方三程。③解三方程三，得三出Dm三in。④求三剪力三为零三点深三度，三对该三深度三截面三计算三弯矩三，即三为最三大弯三矩Mm三ax。⑤根三据Dm三in确定三桩的三设计三入土三深度三，根三据Mma三x确定三适当三的桩三径、三桩距三和桩三的配三筋。2.三3.三3三算例某工三程基三坑支三护拟三采用三悬臂三桩结三构，三主要三参数三如图三2-三3(a)所示三。试三计算三桩的三设计三长度三，桩三身最三大弯三矩及三所在三位置三。图2三-3悬臂三式桩三排支三护算三例图1.土压三力计三算表2-三6主动三土压三力计三算表注：A点负三值不三计，B点的三深度Z0根据(2C)=三(γ·Z0+q三)·Ka求得三。表2三-7三被动三土压三力计三算表2.三力矩三平衡三计算三计三算各三力对三0点三的力三矩表2三-8主动三区力三矩合三计：1.三55Dm三in3+2三5.三83三Dm三in2+1三43三.3三5D三mi三n+三26三5.三2被动三区力三矩合三计：6.三46三Dm三in3+1三4.三28三Dm三in2根据三平衡三条件三可得三：4.三91Dm三in3-1三1.三55三Dm三in2-1三43三.3三5D三mi三n-三26三5.三2=三0解之三，得三:Dm三in=7三.3三3m桩的三设计三嵌入三深度三取:三1三.2Dm三in=8三.8三m≈三9m桩的三总长三为:三6三+9三=1三5m3.三求最三大弯三矩设剪三力零三点位三于基三底以三下x处，三该点三以上三主动三土压三力合三力为三：(三51三.6三6×三5.三55三)／三2+三51三.6三6x+三0.三5(三γ·三x·三Ka三)x=4三.6三55三x2+5三1.三66三x+三14三3.三35该点三以上三被动三土压三力合三力为三：28三.5三6x+三0.三5(三γ·三x·三Kp三)x三=1三9.三38三x2+2三8.三56三x令两三者相三等，三得：14三.7三25x2-2三3.三1x三-1三43三.3三5=三0解得x=三4.三0m对该三截面三求矩三即得三最大三弯矩Mma三xMm三ax=1三43三.3三5×(5三.5三5／3+三4)三+5三1.三66×4×4／2+三4.三65三5×42×4／3-三28三.5三6×4×4／2-三19三.3三8×42×4／3=三70三9.三4k三Nm至此三计算三完毕三，接三着可三按最三大弯三矩选三择适三当的三桩径三、桩三距和三配筋三。但三尚应三注意三计算三所得Mm三ax是每三延米三桩排三的弯三矩值三，应三乘以三桩距三，并三乘以三荷载三分项三系数1.三25之后三，才三是单三桩弯三矩设三计值三。2.三3.三4三钢筋三混凝三土悬三臂桩三排结三构设三计要三求1.悬臂三钢筋三混凝三土桩三的配三筋应三按钢三筋混三凝土三受弯三构件三计算三和配三筋，三并应三按规三定采三取构三造措三施。三园形三截面三桩宜三均匀三配筋三，在三土质三较好三或采三用人三工挖三孔桩三确有三施工三保证三可采三用不三均匀三配筋三，将三抗弯三钢筋三集中三布置三在受三拉边三的弯三矩作三用平三面左三右各45°范三围内三，以三增大三抵抗三力矩三。2.钢筋三混凝三土锁三口梁三厚度三一般三可为40三0～50三0mm，平面三上外三包桩三体并三突出50～10三0mm，沿基三坑周三边形三成封三闭结三构。三锁口三梁按三水平三面内三作用三有正三负弯三矩的三受弯三构件三配筋三，每三侧不三宜少三于3φ16，梁截三面的三总配三筋率三不小三于0.三4%，角三撑可三按构三造设三计为三钢构三件或三钢筋三混凝三土构三件。3.三支护三的钢三筋混三凝土三桩采三用疏三排布三置时三，在三各桩三中间三的空三隙部三位或三桩背三后适三当布三置止三水桩三，防三止渗三水和三土体三从桩三间流三失。三也可三在基三坑开三挖过三程中三逐步三砌筑三砖拱三防渗三。无三论采三用何三种方三式，三其强三度和三构造三应保三证能三可靠三地将三土水三压力三传递三给桩三身。2.三4单层三桩锚三式支三护结三构桩锚三式支三护由三支护三排桩三，锚三杆及三围檩三等组三成，三用以三支挡三坑壁三土压三力并三限制三坑壁三的侧三向位三移。三锚杆三平面三位置三应在三两个三桩之三间空三隙穿三过。锚杆三由锚三头，三拉杆三和锚三固体三组成三，根三据支三护深三度和三土质三条件三锚杆三可设三置一三层或三多层三，其三锚固三段应三置于三较好三的粘三性土三或粉三土、三粉细三砂层三中。三条件三允许三时，三可在三其坑三边缘三以外(超过三潜在三滑动三面)设置三锚定三板，三锚块三或锚三桩，三用拉三杆与三桩排三联结三成顶三层拉三锚。2.三4.三1三构造2.三4.三2三荷载作用三于桩三锚支三护体三系的三主、三被动三压力三，可三按太三沙基三佩克三包络三图分三布或三朗肯三公式三中偏三于安三全的三使用三。2.三4.三3三计算三模型单层三锚杆三支护三结构三又分三为二三种假三定：①入三土部三分为三自由三端、三上部三铰结三，适三用于三土质三较好三时，三又称三单锚三浅埋三板桩三；②上三部铰三结，三下端三入土三部分三为弹三性嵌三固，三称单三锚深三埋板三桩，三适用三于土三质较三差时三。因上三部锚三固，三板桩三可绕三锚固三点转三动，三下部三入土三深度三太浅三时，三被动三土压三力不三足以三抵抗三主动三土压三力作三用，三达到三一定三深度三时，三绕上三锚固三点的三力矩三平衡三时，三可稳三定(但从三安全三计被三动土三压力三系数三取)，此三时的三情况三相当三于上三述第三一种三情况三。若三板桩三在不三太好三的土三层中三，浅三埋易三受其三它因三素干三扰失三稳，三下端三应按三照弹三性嵌三固假三定计三算，三此时三板桩三入土三深度三要加三大，三相当三于第三二种三情况三。1.三单锚三浅埋三支护三结构沿桩三排方三向取三单位三长度1m研究三，参三见图2-三4。对A点取三矩，三令ΣMA=0，Σx=三0有：MEa三1+MEa三2-MEp=0(2三-8三)T=三Ea1+Ea2-Ep(2三-9三)MEa三1,MEa三2——基坑三底上三、下三主动三土压三力合三力对A的力三矩(KN三·m三)；MEp——被动三土压三力合三力时A点的三力矩(KN·m)；Ea1，Ea2——基底三上、三下主三动土三压力(KN三)；Ep——被动三土压三力合三力(KN三)；Dm三in——最小三入土三深度三。以上三两方三程中三（2-三8）式三中含三有Dm三in可解三出Dm三in，(2三-9三)式可三计算T锚固三力值三。图2-三4单锚三浅埋三支护三结构三计算三图2.三单锚三深埋三支护三结构沿桩三排方三向取三单位三长度1m来研三究。桩排三入土三深度三相对三较深三，变三形曲三线下三部出三现反三弯点三，如三图中三虚线三所示三，反三弯点三的位三置，三由实三验知三近似三简化三为前三后主三、被三动土三压力三为零三处。如图2-三5所示三，设三支护三桩由AK和KN两段三简支三梁组三成，K点为三一固三定铰三。首三先由AK梁的三平衡三求出三锚固三力T和K点剪三刀Vk，然后三按Vk值计三算KN段长三度。由基三坑底三至K点的三深度D1按主三、被三动土三压力三强度三相等三的条三件求三得。D1=(三eah－2三c)三／［三γ·三(kp-ka)］(2三-1三0)Vk=(三ME1+ME2)/三(H－H0+D1)T=三E1+E2－VkD2=(2三-1三1)Dm三in=D1+D2式中D1——三K点距三基坑三底的三深度三(m)三；eaH——坑底三深度三处的三主动三土压三力强三度(kP三a)；γ—三—所考三虑深三度范三围土三的重三度(kN／m3)；B——边坡三单位三长度三，取1m；D2——KN段长三度(m)；ka三,k三p——所考三虑深三度范三围土三的主三、被三动土三压力三系数三；E1,E2——AK之间三坑底三上、三下净三土压三力合三力(kN)；ME1,ME2——AK之间三坑底三上、三下净三土压三力合三力对A点的三力矩(kN三.m)；H，H0——基坑三开挖三深度三及锚三杆设三置深三度(m)其余三符号三意义三同前三。2.三4.三4三算例某基三坑深三6m，拟采三用单三锚式三钢筋三砼桩三排护三壁，三从桩三顶往三下1三.5m处设三置锚三杆，三锚杆三间距三2m，土质三为砂三性土φ=三32三°，三γ=三17三.6三KN三／m3，基坑三边施三工前三为q=三10三Kp三a。试按三单锚三深埋三法计三算锚三杆的三水平三拉力三，桩三的入三土深三度，三桩身三最大三弯短三及所三在位三置。图2三-8三单三锚深三埋算三例图解：三1.三计算三模型三如图三2-三6所三示。沿桩三排方三向取三1m长度三计算三土压三力计三算见三表2-三9,表2-三102.三求反三弯点三位置反弯三点位三置可三以桩三前后三土压三力为三零点三近似三确定三：35三.4三89三+5三.4三03D1=5三7.三28三8D1解出三：D1=0三.6三8m表2-三10被动三土压三力计三算表表2-三9主动三土压三力计三算表3.三求Dm三in在图2-三6中E1=(三3.三07三+3三5.三48三9)×6/三2=三11三5.三67三7K三NE2=三3三5.三48三9×0.三68三=1三2.三06三6K三N对B点取三矩ME1=3三.0三7×6×(三-1三.5三)+×(3三5.三48三9-三3.三07三)×6×(×6-三1.三5)=2三70三.7三7K三NME2=1三2.三06三6×(6三-1三.5三+×0.三68三)=三57三.0三3K三N于是水平三拉力三：T=三E1+E2-VK=1三15三.6三77三+1三2.三06三6-三63三.2三8=三64三.4三6K三N入土三深度三：Dm三in=D1+D2=0三.6三8+三2.三71三=3三.3三9取为3.三4m4.三桩长三设计三值：D=H+三Kd·Dm三in，Kd取1.三4=6三+1三.4×3.三39三=1三0.三75m取D=三11米5.三求桩三身最三大弯三矩及三其位三置设剪三力零三点(三即最三大弯三矩点三)位三于基三底以三下x处。该点三以上三主动三土压三力合三力为三：×(3三.0三7+三35三.4三89三+5三.4三03x)三(6三+x三)；被动三土压三力为三：三×5三7.三28三8x2；锚杆三水平三拉力三为：T=三64三.4三6K三N令桩三排左三右两三边水三平力三相等三并化三简得三方程三：25三.9三44三x2-3三5.三48三9x三-5三1.三21三7=三0解之三可得三，x=三2.三2m对该三截面三取矩三即可三得最三大弯三矩Mm三ax由前三面的三表格三，可三求得三在x=三2.三2m处，三主动三土压三力为三：三35三.4三89三+5三.4三03三×2三.2三=4三7.三38Kp三a被动三土压三力为三：三57三.2三88三×2三.2三=1三26Kp三a对V点取三矩(三图2三-7三)有三：Mm三ax=×3.三07×(6三+2三.2三)2+×(6三+2三.2三)2×三×(三47三.3三8-三3.三07三)-×1三26三×2三.22×-6三4.三46三×(三6+三2.三2-三1.三5)三=6三6.三25三8(KN三·m三)图2三-7桩身三最大三弯矩三计算三图2.三5三多层三锚杆三支护三结构2.三5.三1三计算三假设当基三坑深三度较三大时三，单三层锚三杆尚三不能三完全三保证三桩墙三的稳三定，三需要三设置三多层三锚杆三。多三层锚三杆的三设置三是随三着开三挖不同三工况三逐层三向下三开挖三而分三次设三置的三，见三图2-三8。根据三实测三资料三这样三设置三的多三层锚三杆有三如下三一些三现象三：1.下道三锚杆三设置三之后三，上三道锚三杆的三轴向三力只三有微三小的三变化三，锚三杆所三在点三可以三看作三是不三动点三；2.下道三锚杆三支点三以上三的墙三体变三位，三大部三分是三在下三道横三撑设三置前三产生三的。多层三锚杆三支护三结构三是超三静定三问题三，根三据实三际支三护中三的实三测资三料可三按下三列假三定将三超静三定问三题简三化为三静定三问题三进行三计算三：（1）各三层锚三杆所三在点三均为三不动三支点三；（2）支三护桩三的下三端按三简支三端考三虑；（3）在三自上三至下三逐层三计算三过程三中，三某一三层锚三固力三一旦三确定三，在三后续三的计三算中三保持三不变三。图2-三8多层三锚杆三支护三工况三图2.三5.三2三计算三模型如图三2-三9所三示，三对于三第i层锚三杆计三算如三下：对Ⅰ三点取三矩，三令ΣMI=0，则有三：MEa三2i±MEa三1i+三=0(2三-1三2)Ti=Ea1三i+Ea2三i-Epi-(2三-1三3)式中三及图三中：Hi——设置三第i+三1层锚三杆时三的开三挖深三度(m)Di——所计三算阶三段满三足力三矩平三衡的三计算三入土三深度(m)Ea1三i,Ea2三i——分别三为Hi深度三下的三开挖三底面三上下三主动三土压三力合三力(KN三)Epi——Di深度三范围三内的三被动三土压三力合三力(KN三)图2-三9多层三锚杆三支护三结构三计算三图MEa三1i,MEa三2i,MEp三i——各项三土压三力对三Ⅰ点三的力三矩(KN三.m三)——第Ⅰ三至第i-三1层锚三固力三对Ⅰ三点的三力矩三(KN三.m三)在上三式(2三-1三2)中，三含有Di，解出三后从(2三-1三3)式中三可算三出第i层锚三固力Ti(K三N)。对最三下一三层锚三标计三算得三出的Di值可三作为三桩的三最小三入土三深度Dmi三n。支护三桩的三设计三长度D按下三式确三定：D=H+三Kd·Dmi三n(土质三好时Kd=1三.2三,反之Kd=1三.4三)按此三设计三的入三土深三度，三尚应三满足三整体三稳定三性验三算要三求。2.三5.三3三算例某工三程基三坑深三10m，土层三分布三及参三数见三图2三-1三0所三示，三坑口三地面三堆载三平均三以q=三10三kp三a计算三。拟采三用二三层锚三杆锚三固钢三筋混三凝土三灌注三桩排三支护三结构三，第三一、三二层三锚杆三设在三坑口三下3m,三6m处。三基坑三安全三等级三按一三级考三虑。三试求三支护三桩桩三长，三最大三弯矩三及所三在位三置。右图2-三10土层三分布三图1.三计算三主动三土压三力对多三层锚三杆要三分工三况计三算，三不同三工况三被动三区深三度不三同，三故只三能先三算出三主动三侧的三土压三力，三被动三区的三土压三力则三分工三况计三算。2.三工况三1之三计算工况1：第三一层三锚杆三已设三，锚三固力三待求三，开三挖至7.三0m，第二三层锚三杆尚三未设三置。三如图2-三11所示三。力矩三平衡三计算三：以T1作用三点为三力矩三中心三，设三力矩三逆时三针方三向为三负，三被动三土压三力除三以1.三5折减三。根据三力矩三平衡三条件三可得5.三54Dx3+4三8.三24三D三x2-1三6.三2三Dx三-5三24三.4三3三=三0解之三，得Dx=2三.9三7m。将Dx之值三代入三各块三合力三算式三，利三用水三平向三力的三平衡三条件三，可三得：T1三=5三75三.2三5-三41三3.三8=三16三1.三45三kN表2-三11主动三土压三力计三算表注：q=三10三kP三aea(x三)为土三层内三压力三随深三度变三化的三方程三式，x项系三数等三于层三顶底三土压三力差三除以三层厚三，亦三即土三压力三强度三随深三度变三化方三程的三斜率三。表2-三12被动三土压三力计三算表表2-三13工况1计算三表图2-三11工况1计算三图3.三工况三2之三计算工况2：两三层锚三杆均三已设三，开三挖至10三.0m，第一三层锚三杆力三已确三定为16三1kN，如图2-三12所示三。被动三土压三力计三算：三见下三表力矩三平衡三计算三：以T2作用三点为三力矩三中心三，设三力矩三逆时三针方三向为三负，三被动三土压三力除三以1.三5折减三。注三意除三土压三力之三外，三尚应三包括三上层三锚杆三力的三力矩三。根据三力矩三平衡三条件三可得9.三75Dx3+1三23三.1三Dx2+2三16三Dx三-1三41三1.三35三=0解之三，得Dx=2三.4三5m。Dm三in=3三.5三+2三.4三5=三5.三95三(m三)将Dx之值三代入三各块三合力三算式三，利三用水三平向三力的三平衡三条件三，可三得：T2三=9三90三-1三61三-6三34三=1三95三kN（具体三计算三表格三在下三图）表2三-1三4工况三2被三动土三压力三计算三表图2-三12工况2计算三图表2-三15工况2计算三表4.三求工三况2三的最三大弯三矩最大三弯矩三所在三截面三为剪三力为三零处三。一三般在三最下三一层三锚杆三以下三。根据三土压三力分三布图三可算三得9.三0m深度三处的三剪力三为35三.7kN，13三.5三m深度三处的三剪力三为-1三57三.6三2kN，剪力三零点三在此三之间三。利三用第三④层三土的三土压三力随三深度三变化三关系三，可三列出三方程三，求三出剪三力零三点的三准确三位置三在9.三48m处。三计算9.三48m深度三截面三以上三所有三土压三力、三锚固三力对三该截三面的三力矩三，得三到Mma三x=6三45三.5三kN·m。5.三支护三桩设三计长三度D=H+三Kd三.D三mi三n=1三0+三1.三2×5.三95三=1三7.三14三(m三)2.三5.三4三桩径三、桩三距与三配筋设有三撑锚三的支三护桩三排，三其弯三矩值三可通三过增三加撑三、锚三的层三数来三控制三，因三此一三般比三悬臂三桩的三弯矩三小。三这样三，设三有撑三锚的三支护三桩排三有可三能采三用较三小的三桩径三。通三常推三荐的三桩径三最小三为φ40三0m三m。适用三于土三质好三的粘三性土三分布三区；三土质三较差三时宜三采用φ60三0以上三的桩三。桩的三间距三应根三据土三质、三弯矩三值等三确定三。最三小应三有20三0～30三0mm的净三距，三以便三在桩三间设三置锚三杆。三净距三也不三宜过三大，三以便三有效三地挡三土。设有三撑锚三的支三护桩三内的三弯矩三沿纵三向往三往是三正负三交替三改变三的，三由于三撑锚三对桩三的变三形限三制程三度的三不同三，土三压力三的分三布会三发生三改变三，这三也将三导致三桩身三弯矩三的变三化。三因此三，一三般要三求对三设有三撑锚三的支三护桩三按最三大弯三矩均三匀对三称配三筋。2.三6三内撑三式支三护结三构体三系当采三用悬三臂式三支护三结构三，其三稳定三性、三位移三值不三能满三足要三求时三，可三采用三内撑三式支三护结三构。内撑三式支三护结三构体三系由三两部三分组三成，三一是三围护三壁结三构，三二是三基坑三内的三支撑三系统三。围三护壁三可以三是钢三板桩三，钢三筋混三凝土三地下三连续三墙，三钢筋三混凝三土桩三排等三。支三撑系三统按三材料三分可三分为三钢管三支撑三、型三钢支三撑、三钢筋三混凝三土支三撑，三钢和三钢筋三混凝三土的三组合三支撑三等。三按其三受力三形式三可分三为单三跨压三杆式三支撑三、多三跨压三杆式三支撑三、水三平框三架式三支撑三、水三平桁三架式三支撑三、斜三支撑三、角三支撑三等。2.三6.三1三内撑三式支三护结三构形三式斜支三撑适三用于三支护三结构三高度三不大三，所三需支三撑力三不大三的情三况，三一般三为单三层，三不宜三超过三二层三。水三平支三撑可三设计三成格三构、三桁架三、纵三横对三顶、三环梁三等多三种形三式。三水平三支撑三可以三单层三设置三也可三多层三设置三。基三坑平三面尺三寸较三大时三，还三需在三水平三支撑三下设三置立三柱，三见图三2-三13三。内三支撑三结构三体系三的各三构件三可采三用钢三结构三，亦三可采三用钢三筋混三凝土三结构三。工程三上通三常将三围护三结构三支撑三体系三设计三成水三平的三封闭三体系三，以三提高三支护三结构三的整三体刚三度。三支撑三体系三的几三何形三式可三布置三成多三种多三样(图2-三14三)，要三根据三基坑三平面三大小三、深三度、三基坑三施工三、工三期、三施工三方法三，支三护结三构材三料进三行优三化设三计，三尽可三能使三支护三体系三受力三良好三，施三工方三便、三节省三投资三。为防三止一三个方三向支三撑的三位移三迫使三另一三个方三向支三撑失三稳，三宜采三用基三坑长三边对三顶支三撑与三角撑三分别三受力三的结三构形三式(图2-三14c)，或加三强围三檩式三、格三构式三、加三强角三撑式三结构(图2-三14a,三b,三d)。对于三规则三的正三方形三基坑三可采三用内三环梁三式平三面支三撑体三系(图2-三14e)三。图2三-1三3三内支三撑布三置的三基本三形式三图1.斜支三撑2.角撑3.锁口三梁4.围檩5.横向三水平三支撑6.纵向三水平三支撑7.支撑三立柱8.立柱三基础图2-三14内支三撑布三置形三式示三意图钢结三构支三撑的三平面三布置三宜优三先采三用相三互正三交，三均匀三布置三的平三面对三撑体三系或三对称三桁架三体系三。对三于长三条形三的基三坑可三采用三单向三布置三的对三撑体三系，三在基三坑四三角设三置水三平角三撑(如图2-三14c)。支撑三体系三是为三施工三而构三筑的三临时三结构三，对三它的三要求三就是三既方三便施三工，三又安三全可三靠，三如果三沿用三纵横三交叉三的井三格梁三系作三水平三封闭三框架三，则三施工三空间三受到三分隔三，不三利于三基坑三挖土三和地三下结三构施三工。三以方便三施工三为目三标的三结构三几何三布置三优化就是三要使三支撑三结构三给施三工创三造尽三量大三的工三作空三间，三封闭三框架三的几三何布三置要三根据三基坑三形状三的不三同，三尽可三能采三用一三些受三力性三能良三好的三杆件三形式三，如三圆环三形杆三件、三弓形三桁架三杆件三、折三线形三杆件三等，三在框三架平三面中三心区三域形三成宽三敞的三施工三空间三，如三基坑三是接三近正三方形三的矩三形，三可以三采用三圆环三结构三，是三长方三形的三我们三则可三以选三两个三半圆三加一三些集三束形三支撑三，如三是不三规则三多边三形，三可以三在其三内做三一个三内切三圆，三也可三以在三其周三边做一些三几何三稳定三的折三线形三杆件三，在三内折三角做三一些三搭角三斜撑三等。三综合三应用三这些三杆件三形式三，同三时兼三顾结三构施三工对三支撑三位置三的要三求，三注意三形成三封闭三刚架三的整三体刚三度，三就能三实现三结构三几何三布置三的优三化。在几三何布三置优三化过三程中三，设三计者三应依三据钢三筋混三凝土三材料三的特三性，三尽量三使主三要受三力构三件处三于压三弯状三态，三在以三控制三投资三为目三标的三杆件三设计三优化三中，三要对三封闭三框架三进行三准确三的内三力计三算，三在满三足围三护结三构整三体刚三度的三条件三下，三使预三先设三定的三杆件三断面三趋于三合理三，有三条件三的还三可以三做钢三筋凝三土结三构和三钢结三构组三合框三架，三将拉三杆改三成钢三结构三以减三轻结三构自三重，三日后三可以三更方三便地三拆除三。钢三筋混三凝土三封闭三框架三结构三优化三与否三，将三直接三影响三到工三程的三施工三速度三、投三资控三制，三因此三在支三撑体三系的三设计三中必三须强三调结三构优三化的三指导三思想三。实三践中三优化三的方三法有三以方三便施三工为三目标三的结三构几三何布三置的三优化三和以三控制三投资三为目三标的三杆件三设计三优化三，这三两种三优化三方法三在支三撑体三系中三常常三是一三致的三，先三进行三前一三项的三几何三布置三优化三，尔三后着三手后三一项三的设三计。在竖三向平三面内三，内三支撑三设置三的层三数，三间距三应经三计算三确定三。布三置支三撑结三构应三避开三建筑三物柱三位和三地下三结构三的其三它重三要部三位，三还应三考虑三方便三后续三施工三和拆三除。三与内三支撑三配套三的支三护体三系必三须具三有相三应的三强度三和刚三度。三支柱三应有三一定三的埋三置深三度和三抗压三、抗三拔承三载能三力。2.三6.三2三内撑三式支三护结三构内三力计三算就内三撑式三支护三结构三体系三而言三，围三护桩三墙挡三土结三构和三内支三撑体三系共三同组三成了三一空三间结三构体三系，三共同三承受三土体三荷载三作用三，理三应按三照空三间结三构进三行计三算。三但实三际上三，施三工过三程中三墙体三结构三、支三撑结三构内三力和三变形三与墙三体的三刚度三、支三撑的三刚度三和效三果、三土体三的状三态、三施工三开挖三的方三式、三开挖三的速三度、三围护三墙体三暴露三的时三间等三因素三都有三关，三在计三算中三这些三因素三难以三全部三加以三考虑三，按三空间三结构三进行三计算三的实三施方三法还三有待三于进三一步三研究三。据文三献［3］介三绍，三上海三地区三常用SU三PE三R三SA三P-三5和SA三P-三90两个三程序三，用三以计三算基三坑墙三体、三支撑三的内三力和三位移三，计三算值三与实三测值三有较三大的三差异三，例三如墙三体位三移实三测值三往往三比计三算值三约大2～3倍，三个别三达4～5倍。三这就三是因三为上三述诸三多因三素在三计算三模型三中难三以准三确、三合理三地考三虑，三加之三程序三是以三弹性三理论三为基三础的三，而三土体三一般三是弹三、塑三性的三，到三接近三破坏三时是三进入三塑性三状态三的。三因此三，支三撑体三系设三计宜三尽量三简明三，传三力路三线清三楚、三有足三够的三刚度三构造三措施三、施三工措三施得三力，三计算三模型三符合三施工三工况三实际三，这三样计三算结三果与三实际三出入三就可三能减三小。支护三结构三体系三的传三力途三径基三本上三是这三样的三：基三坑外三侧土三压力三直接三作用三在围三护壁三上，三围护三壁上三的力三通过三围檩三传递三给支三撑结三构体三系。三支撑三杆是三支撑三结构三中的三主要三受压三杆件三，支三撑杆三相对三于受三荷面三来说三有垂三直于三荷载三面和三倾斜三于荷三载面三二种三，即三水平三支撑三和斜三支撑三。支三撑杆三由于三受自重和三施工三荷载三的作三用，三是一三种压三弯杆三件，三是力三学上三的非三线性三问题三，施三工实三践中三常简三化为三线性三问题三来计三算。三在基三坑平三面尺三寸较三大时三，在三各受三压支三撑杆三件增三设三三向束三节点三构造三，以三减短三压弯三支撑三杆件三的计三算长三度，三或将三支撑三杆设三计成三支撑三桁架三，以三加强三支撑三杆件三的刚三度和三稳定三性，三当设三计成三桁架三时，三腹杆三应该三按其三受力三情况三合理三的选三择断三面的三尺寸三。支三撑杆三和支三撑桁三架还三需要三设置三立柱三来支三撑。三立柱三通常三采用三钢管三砼柱三、H型钢三和钢三格构三柱。三立柱三下面三还要三有立三柱桩三支承三，立三柱桩三可以三借用三工程三柱，三也可三以单三独设三计支三承桩三。下三面介三绍在三工程三实用三中对三支撑三结构三的一三些常三用计三算方三法和三原则三。1.三平面三形状三复杂三的支三撑体三系、三格构三式、三桁架三式、三环梁三式支三撑的三内力三宜按三有限三元方三法计三算。2.三对顶三式支三撑结三构的三支撑三力按三下式三计算三：(2三-1三4)式中Ri——第i层支三撑的三支撑三力(kN)——第i层支三撑每三延长三米的三支撑三力(kN三/m)，其计三算方三法与三桩锚三体系三的锚三固力三计算三相同三，见三本章2三.4三,2三.5三节。Li——第i层支三撑的三水平三间距(m)ξ—三—支撑三力分三布不三均匀三系数三，视三工程三重要程度三在1.三1～1.三3之间三取值三。3.垂直三面上三的斜三撑、三水平三角撑三均按三两端三铰支三计算三，计三算简三图见三图2-三15三,2三-1三6。应三计算三的内三容如三下。(1三)垂直三面上三的斜三撑一三般采三用钢三支撑三，垂三直面(绕X-三X轴)内为三偏心三受压三构件三，其三内力三为：N=RAT/c三os三α+g·(L/2三)·三si三nαM=(三1/三8)三·g·(L·c三os三α)2(2三)水平三角撑三可用三钢支三撑、三亦可三用钢三筋混三凝土三支撑三。垂三直面(绕X-三X)为偏三心受三压构三件，三其内三力为：N=RAT/三si三nα三(或N=RBT/co三sα)M=(三1/三8)三·gL2(3三)斜撑三和水三平角三撑应三按中三心受三压验三算平三面内三、外三的稳三定性三。(4三)应验三算斜三撑、三水平三角撑三的支三撑面三及斜三撑下三支点三的抗三滑移三强度三、承三压强三度。图2三-1三5三斜支三撑计三算图g0：单位三长度三支撑三自重RAT：支撑三点A的水三平分三力RBV：地基三垂直三反力RAV:A点支三撑力三的垂三直分三力RBT：地基三水平三反力图2三-1三6三角撑三计算三图RA=RB=RAT/s三inα=RBT/co三sαRAV=RAT/tgαRBV=RBT·tgα4.对顶三式支三撑按三以下三规定三进行三验算三：(1三)单跨三对顶三支撑三的计三算与三第3条水三平角三撑同三，仅α=9三0°,β=9三0°。(2三)基坑三内设三置纵三横对三顶支三撑，三其交三点下三设立三柱，三支撑三的轴三力考三虑温三度影三响按三式(2三-1三5)计算三。Ni=1三.2·Ri(2三-1三5)式中Ni——第i层支三撑的三轴力(kN)Ri——第i层支三撑的三支撑三反力(kN)。(3三)当纵三横支三撑交三叉处三各方三向的三连结三强度三≥Ni/1三0时，三支撑三计算三长度L0=S三(交叉三点间三距)；否三则，L0=L三(整根三支撑三长度)。(4三)支撑三的弯三矩为三安装三偏心e=三L0/1三00三0产生三的弯三矩和三自重三产生三的弯三矩之三和。5.支撑三中间三的立三柱按三中心三受压三柱计三算(1三)立柱三轴力Nz=Nz1±Nz2(2三-1三6)式中Nz1——水平三支撑三及柱三自重三产生三的轴三力(kN)；Nz2——附加三轴力(kN)；Ni——第i层支三撑交三汇于三本立三柱的三所有三受力三杆件三的轴力(kN)，负值三为上三拔力三；n——支撑三层数三。(2三)当支三撑与三立柱三的连三接强三度大三于0.三1Ni时，三以支三撑的三竖向三间距三为柱三计算三长度三，否三则应三以柱三的全三高为三计算三长度三。2.三7土层三锚杆三支护三体系高层三深基三坑支三护结三构采三用内三支撑三体系三往往三给施三工带三