地下建筑结构(中国地质大学孙金山)6-2

8.3基坑支护结构的设计设计原则支护方案的选择

几种支护结构设计

1设计原则1.1基坑工程的分级

1.2基坑支护结构极限状态

1.3设计计算内容

1.4设计荷载

1.1.1

基坑工程的分级

建设部规范《建筑基坑技术规范》：

安全等级

破坏后果一级支护结构破坏对基坑周边环境影响很严重。1.10二级支护结构破坏对基坑周边环境影响很小，但对本工程地下结构施工影响严重。1.00三级支护结构破坏对基坑周边环境影响及地下结构施工影响不严重。0.951.1.2

基坑支护结构极限状态

基坑支护结构极限状态分为下列两类：

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；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的平衡状态并产生了不良影响。1.1.3

设计计算内容支护结构均应进行承载能力极限状态的计算。对有位移控制要求的工程应进行支护结构的位移计算。1.1.4

设计荷载设计荷载土压力水压力一般地面超载影响区内建筑（构筑）物荷载施工荷载、邻近施工影响其他一.挡土构造物上的土压力和水压力

a.静水压力作用下的水土压力:水土分算与合算b.不同渗流情况下的水土压力c.岩质基坑荷载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。目前计算土压力多用朗金(Ranking)土压力理论。假定：①挡墙背竖直、光滑；②墙后为砂性填土，且表面水平并无限长；③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。a静水压力作用下的水土压力《建筑基坑支护技术规程》水平荷载标准值对于碎石土和砂土：计算点位于地下水位以上计算点位于地下水位以下、桩、墙底部土层为透水层粉土和粘土：计算点深度Zi基坑内侧被动区水平抗力标准值

对于砂土和碎石土：粘性土及粉土：水土分算与合算水土分算水土合算饱和土基坑外侧竖向应力标准值

自重竖向应力：计算点位于基坑开挖面以上计算点位于基坑开挖面以下地面附加荷载引起的竖向应力：1.在板桩前，由于下部承压水向上渗流，可能发生流土2.即使不发生流土，会使使竖向有效应力及被动土压力大大减小。可能因被动土压力减少而失稳，b.不同渗流情况下的水土压力wEw1Ew2R

Ea

C岩质基坑：滑动面与楔体平衡假设若干直线滑裂面，计算土压力E，寻找E的最大值－对应是主动土压力Ea二、基坑的稳定计算抗倾覆稳定、抗水平推移稳定整体抗滑稳定坑底抗隆起稳定坑底抗渗稳定1.2

设计方案选择1.2.1方案选择的依据1.2.2基坑变形控制标准1.2.3不同开挖深度的方案选择1.2.1

方案选择的依据

基坑开挖深度；工程地质与水文地质；基坑等级（邻近环境）；土方开挖方法；地下水处理；支护工程造价1.2.2

基坑变形控制标准

保护要求地面最大沉降（）支护墙最大水平位移（）特别0.1%h0.15%h重要0.2%h0.3%h一般0.5%h0.7%h低1%h1.5%hh—基坑开挖深度1.2.3不同开挖深度的方案选择

h≤3m(半地下室)

挡土结构降水或止水措施1、放坡开挖明排水、井点降水2、土钉墙明排水、井点降水2、水泥土搅拌桩——3、悬臂式钢(混凝土)板桩明排水、井点降水1.2.3不同开挖深度的方案选择

h=3~6m(一层地下室)

挡土结构降水或止水措施1、土钉墙井点降水、搅拌桩止水2、水泥土搅拌桩——3、悬臂式钢（砼）板桩明排水、井点降水4、钢(砼)板桩+一道支撑搅拌桩止水、井点降水5、灌注桩+一道支撑搅拌桩止水1.2.3不同开挖深度的方案选择

h=6~9m(一~二层地下室)

挡土结构降水或止水措施1.水泥土搅拌桩——2.钢(砼)板桩+一~二道支撑搅拌桩止水3.灌注桩+一~二道支撑搅拌桩止水1.2.3不同开挖深度的方案选择

h=9~12m(二~三层地下室)

挡土结构降水或止水措施1．钢(砼)板桩+二~三道支撑搅拌桩止水2．灌注桩+二~三道支撑搅拌桩止水3．SMW工法

——4．地下连续墙（搅拌桩止水）1.2.3不同开挖深度的方案选择

h>12m(三层以上地下室)

挡土结构降水或止水措施1．灌注桩+三~四道支撑搅拌桩止水2．SMW工法——3．地下连续墙（搅拌桩止水）4．半逆作法、逆作法地下连续墙1.3几种支护结构设计

1.3.1土钉墙1.3.2水泥土搅拌桩1.3.3排桩、地下连续墙1.3.1

土钉墙（计算简图）1—喷射混凝土面层；2—土钉

1—喷射混凝土面层；2—土钉

一般条件土钉墙墙面倾角与垂直方向成0°~25°土钉水平方向倾角一般为5°~25°土钉长度L与开挖深度H之比为L/H=0.5~1.0（对于密实土和干硬性粘土取小值）土钉水平间距为（10-15）D，D为锚固体的直径。一般水平间距为0.8~1.2m垂直间距依土层根据局部稳定计算确定，一般也为0.8~1.2m。上下插筋交错排列。1.3.1土钉墙（构造）土钉的长度一般为开挖深度的0.5~1.2倍(软土中为1~2倍)，间距1~2m；土钉与面层必须有可靠的连接；墙面坡度不宜大于1:0.1；钢筋钉钻孔70~120mm，钢筋直径16~32mm；钢管钉一般用

48/3钢管；注浆材料——

水泥浆或水泥砂浆；喷锚网厚度~80mm，混凝土不小于C20。土钉墙计算单根抗拔整体稳定单根抗拔抗拉承载力设计值受拉荷载标准值单根土钉抗拉承载力计算应符合下列要求：土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值土的名称土的状态（kPa）填土16~20淤泥10~16淤泥质土16~20粘性土18~3030~4040~5353~6565~7373~80粉土e>0.900.75<e≤0.90e<0.7520~4040~6060~90粉细砂稍密中密密实20~4040~6060~80中砂稍密中密密实20~4040~6070~90粗砂稍密中密密实60~9090~120120~150砾砂中密、密实130~160采用圆弧滑动简单条分法圆弧滑动条分法1.3.1土钉墙（案例）

1.3.1土钉墙（案例）

1.3.2

水泥土墙（计算简图）

b=(0.6~0.8)h

hd=(0.8~1.2)h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。水泥土挡墙结构一般要计算下述内容：1、嵌固深度计算（圆弧滑动简单条分法）2、墙体厚度计算（抗倾覆稳定条件）3、正截面承载力验算1.3.2

水泥土墙（构造）

1.3.2

水