1、安徽建筑大學本科畢業設計 摘要 經過多年的發展， 深基坑工程已發展成為一門綜合性的學科。 隨著高層、 超 高層建筑項目日益增多， 地下工程的大量施工， 基坑開挖深度越來越深， 開挖面 積逐漸增大， 相對的是場地越來越狹窄， 使施工所遇到的難度也越來越大， 因為 在深基坑開挖支護過程中， 不僅要保證基坑自身的穩定， 還必須保證臨近建筑設 施的安全與穩定。如何優化選擇一種既能保證深基坑開挖施工過程中的安全穩定 性，又能取得較好經濟效益的深基坑支護結構方案， 一直以來都是基坑工程研究 的首要問題。 目前基坑支護結構種類很多， 如何根據實際需要選擇合適的支護結構并合理 地確定支護結構的參數仍然是一個難

2、題。 由于排樁支護結構具有環境影響小、 地 層適應性強等優點， 被廣泛用于基坑支護工程中。 本文以排樁支護結構為研究對 象，深入研究其結構問題。 本文首先對深基坑支護結構的工程特點進行了論述， 介紹了幾種常用深基坑 支護的結構類型； 然后，論文介紹了排樁內支撐的概念， 排樁支護類型及支撐類 型，簡述了其應用范圍， 對排樁支護結構的計算理論進行較為全面、 系統的分析 和研究；最后，對基坑開挖 9m 的實際工程采用排樁鋼支撐支護結構應用等值梁 法進行了設計計算 , 使用同濟大學啟明星軟件進行整體計算、 校核、編制計算書， 計算結果可供工程設計和施工參考。 關鍵詞 ：深基坑；深基坑支護；等值梁法；單

3、排樁鋼支撐 安徽建筑大學本科畢業設計 Abstract After years of development, deep foundation pit engineering has developed into a comprehensive discipline. With high-level, high-rise building projects increasing, the underground engineering of construction, more and more deep foundation pit excavation depth, excavation

4、area increases gradually, relative field is more and more narrow, make construction encountered the difficulty also bigger and bigger, because in the process of deep foundation pit excavation supporting, it should not only guarantee the stability of foundation pit itself, also must guarantee the saf

5、ety of adjacent building facilities and stability. How to optimally choose a deep foundation pit supporting structure scheme that can not only ensure the safety in the process of excavation of deep stability, also obtain good economic benefits has always been the prime problem of the foundation pit

6、engineering research. The foundation pit supporting structure is a lot of more phyletic, how to choose appropriate supporting structure according to actual needs and reasonably determine the parameters of the supporting structure is still a problem. Due to pile supporting structure has the advantage

7、s of small environmental impact, formation strong adaptability, is widely used in foundation pit supporting engineering. Based on the pile supporting structure as the research object, the further this article study of the structure. This article first discusses the engineering characteristics of dee

8、p foundation pit supporting structure, this paper introduces several common types of deep foundation pit supporting structure; Then, the paper introduces the concept of pile brace, the pile supporting type and support type, describes its application scope, Through the calculation theory of pile supp

9、orting structure is more comprehensive and systematic analysis and research ;Finally, the excavation of the 9 m engineering using pile steel support application of equivalent beam method for the design and calculation of retaining structure, using the Tongji university Qim star for integral calculat

10、ion, check, formulation of calculation, the calculation results can be used for reference in the engineering design and construction. Keywords: deep foundation; deep foundation pit support; equivalent beam method; single pile steel support II 安徽建筑大學本科畢業設計 目錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1. 1.1 本文研究意義 1.

11、 1.2 基坑排樁支護結構的發展狀況 4. 1.3 排樁內支撐支護結構形式 6. 1.3.1 排樁支護類型 7. 1.3.2 排樁支撐類型 1.1 1.4 本文主要研究內容 1.3 第二章 基坑排樁支護結構設計基本理論 1.5 2.1 基坑支護設計基本原則 1.5 2.2 側壁安全等級及重要性系數 1.5 2.3土壓力理論 1.6. 2.3.1 經典土壓力理論 1.7 2.3.2 水壓力計算理論 2.0 2.4 單支點排樁支護設計和計算 2.2 2.4.1自由端單支點支護樁的計算（平衡法） 2. 3 2.4.2等值梁法 2.3. 2.4.3 M 法 2.4. 第三章 工程概況 2.6. 3.1

12、工程簡介 2.6. 3.2 地基土層分布與特征 2.6 3.3 地下水2.7. 3.3.1潛水2.7. 3.3.2微承壓水 2.8. 3.3.3承壓水 2.8. 3.3.4土層滲透性 2.8 3.3.5 地下水水質分析及腐蝕性評價 2. 9 3.4 不良地質作用和對工程不利埋藏物 2. 9 3.5 基坑設計各層土的主要力學指數 2.9 3.6 對地基土的評價 2.9. 第四章 工程實例基坑支護設計計算 3.1 4.1 基坑支護結構方案設計 3.1 III 安徽建筑大學本科畢業設計 4.2等值梁法手算 3.2. 4.3配筋計算 3.6. 4.4穩定性計算 3.9. 4.5 啟明星軟件電算 3.9

13、. 第五章 結論與展望 4.6. 5.1 結論4.6. 5.2 展望4.7. 致謝 4.8. 參考文獻 4.9. 附錄（英文翻譯） 5.0. IV 安徽建筑大學本科畢業設計 第一章 緒論 1.1 本文研究意義 基坑工程是基礎和地下工程施工中的一個傳統課題， 同時又是一個綜合性的 巖土工程難題， 既涉及土力學中典型的強度、 穩定及變形問題， 還涉及土與結構 共同作用問題、 基坑中的時空效應問題以及結構計算問題。 對它的研究將隨著土 力學理論、計算水平、測試技術、數值模擬、施工機械和施工工藝等技術的發展 而進步，基坑工程同時也是高難度巖土工程課題，其影響因素多，主要有：場地 環境、水文地質條件、施

14、工管理和現場檢測、氣候條件等，事故隱患多 1 。隨著 高層、超高層建筑項目日益增多， 地下工程的大量施工， 基坑開挖深度越來越深， 開挖面積逐漸增大，相對的是場地越來越狹窄， 使施工所遇到的難度也越來越大， 因為在深基坑開挖支護過程中， 不僅要保證基坑自身的穩定， 還必須保證臨近建 筑設施的安全與穩定。 迫使工程技術人員須從新的角度去審視基坑工程這一綜合 課題，為更加合理的設計和施工基坑工程提供指導。 根據支護結構的性質和結構本身，對其進行大致分類，見表 1-1 所示。 表 1-1 深基坑支護體系分類表 透水擋土結構 止水擋土結構 擋土部分 H 型鋼、工字鋼板加插板 地下連續墻 疏排灌注樁鋼絲

15、網水泥抹面 深層攪拌樁水泥土樁、墻 密排樁（灌注樁、預制樁） 深層攪拌水泥樁、加灌注樁 雙排樁擋土 密排樁間加高壓噴射水泥樁 連供式灌注樁 密排樁間加化學注漿樁 樁墻合一、地下室逆作法 鋼板樁 土釘支護 閉合拱圈墻 插筋補強支護 支撐部分 自立式（懸臂式、墻） 錨拉支護（錨拉梁、樁） 土層錨桿 鋼管、型鋼支撐（水平撐） 斜撐 環梁支護設計 逆作法施工 1 安徽建筑大學本科畢業設計 支護結構可根據基坑周邊環境、 開挖深度、 工程地質與水文地質、 施工作業 設備和施工季節條件按表 1-2 進行選取。 表 1-2 深基坑支護結構的使用條件 結構選型 使用條件 排樁或地下連續墻 1、 適用于基坑側壁安

16、全系數 1、2、3 級； 2、 懸臂式結構在軟土場地中不大于 5m； 3、 當地下水位高于基坑底面時， 宜采用降水、 排樁加截水帷幕或地下 連續墻 水泥土墻 1、 基坑側壁安全等級為 2、3 級； 2、 水泥土樁施工范圍內地基土承載力不宜大于150Mpa ； 3、 基坑深度不宜大于 6m 土釘墻 1、 基坑側壁安全等級為 2、3 級的非軟土場地； 2、 基坑深度不應大于 12m ； 3、 當地下水位高于基坑底面時，應采用降水措施或者截水措施 逆作拱墻 1、 基坑側壁安全等級為 2、3 級； 2、 淤泥河淤泥質場地不宜使用； 3、 拱墻軸線的矢跨比不宜小于 1/8； 4、 基坑深度不宜大于 12

17、m； 5、 當地下水位高于基坑底面時，應采用降水措施或者截水措施 放坡 1、 基坑側壁安全等級為 3 級； 2、 施工現場應滿足放坡條件； 3、 可獨立或與上述其他結構類型結合使用； 4、 當地下水位高于基坑底面時，應采用降水措施 基坑支護體系由支護結構和支撐體系組成， 而根據其施工、 開挖方法可以分 為無支護開挖與有支護開挖方法 2 。無支護的放坡基坑工程一般包括以下內容 : 降水工程；土方開挖（工藝及設施） ；地基加固及土坡護面。有支護結構 的基坑工程一般包括以下內容 : 支護結構；支撐體系；土方開挖 （ 工藝及 設施） ；降水工程；地基加固；檢測；環境保護。 基坑工程在我國發展較晚，但是

18、發展趨勢迅速。 70 年代以前我國建筑水平 比較落后， 高層建筑較少且地下室多為一層， 基坑深不過 4m，常采用放坡開挖。 80 年代后，我國大力發展城市建設，新建了大量的高層（超高層）建筑，同時 許多大城市進入了大規模的舊城改造階段， 各種地下市政設施、 地下商場、 地鐵 車站的興建使基坑工程在我國有了廣泛的應用， 同時也促進了基坑工程理論和施 安徽建筑大學本科畢業設計 工技術的迅猛發展 3 ，基坑工程是一門綜合性很強的系統工程，但總體來說，基 坑工程有如下特點： （1）基坑工程呈現出深、大、多等特點 隨著城市建設的發展，目前國內興建了大量高（超高）層建筑，基坑工程越 來越多，開挖面積越來越

19、大，開挖深度也越來越深。據初步統計 ,近 20年來，我 國各大中城市中 10 層以上的建筑物已逾 1 億平方米，其中高度超過 100m 的建 筑物已有約 200座。上海金茂大廈、 深圳第一信興地王大廈、 賽格廣場的高度均 超過 320m。上海中心工程更是高達到 632m, 建筑高度令人矚目。同時，已建和 在建的建筑的基坑深度也越來越深， 開挖面積也越來越大。 如上海中心城區基坑 最深的嘉里中心南塔樓開挖深度達到了 31.5m。天津高銀中央商務區 （ 又稱 117 大廈）基坑長 368米、寬 262米，大面積開挖深度為 19米，主塔樓部位開挖深度 為 37 米，是世界房建單體項目土方量最大、開挖

20、深度最深的工程。潤揚長江大 橋北錨錨旋基坑的深度更是達到 50m，目前這在國內是第一深基坑， 在國際上也 是罕見的。隨著我國經濟建設的不斷發展 , 我國的高層建筑將會越來越多，深基 坑工程應用也會越來越廣泛，深基坑工程向大深度、大面積發展是必然的趨勢。 （2）基坑支護形式多樣化 早期的基坑工程由于基坑深度較淺， 常采用放坡開挖的形式。 但是隨著基坑 工程的發展 , 基坑開挖深度越來越深，開挖面積越來越大，施工環境也越來越復 雜,放坡開挖已不能滿足工程要求。 經過工程實踐的篩選 , 形成了適合于不同地質 條件和基坑深度的經濟合理的多樣化的支護結構體系 3 。目前深基坑工程中常用 的有懸臂式圍護結

21、構、 水泥土重力式擋土墻圍護結構、 內支撐圍護結構、 拉錨式 圍護結構、土釘墻圍護結構、 雙排樁門架式圍護結構以及復合支護型圍護結構等 數十種支護形式。 （3）逆作法施工技術的廣泛應用 逆作法施工可縮短基坑開挖和支護結構暴露的時間， 改善支護結構受力性能 使其剛度大為增強， 減少支護結構的變形及對相鄰建筑物的影響， 并且降低總造 價，一舉多得，是一種先進的施工作業方法，因此在深基坑工程中大量被采用。 目前國內大部分的高層及超高層建筑例如上海環球金融中心、北京王府井大廈、 安徽國際金融貿易中心工程均采用逆作法施工技術。 （4）基坑周邊施工環境的復雜化 深基坑施工不僅要確保本身基坑穩定， 更要注意

22、對已有建筑的保護。 而目前 國內的許多大型基坑工程都是在繁華的城區內進行深基坑開挖， 基坑四周已建或 在建高大建筑物密集或緊靠重要市政設施 , 基坑周邊施工環境越來越復雜。如上 海中心主樓工程地處浦東陸家嘴金融開發區的核心地帶，基坑四周被金茂大廈、 安徽建筑大學本科畢業設計 環球金融中心、盛大金磐住宅小區和在建的太平金融大廈環繞，最近間距只 45 米左右，深基坑施工環境極其復雜，對施工技術要求極高。 （5）設計方法的發展和專業軟件的開發 對支護結構采取按變形控制的設計方法正逐漸代替傳統的單純驗算強度和 穩定性的方法，并逐步完善。同時對傳統土壓力理論進行改進或發展 , 提出了考 慮位移的土壓力計

23、算公式， 并考慮土與結構的共同作用， 提出了模擬施工過程的 計算方法。 目前國內根據現有的深基坑支護理論編制研發了大量的深基坑支護設計專 業軟件。如武漢地區的“天漢”軟件 , 北京地區的“理正”軟件 , 上海地區的“啟 明星”軟件等。各種深基坑支護設計專業軟件的開發及應用極大的方便和簡化了 支護結構的設計 , 提高了深基坑工程設計的效率。 1.2 基坑排樁支護結構的發展狀況 基坑工程在國內進行廣泛研究始于 80 年代初期。基坑支護體系的設計包括 支護結構的計算和復核、 質量檢測及施工監控等幾方面。 對基坑支護結構進行設 計時首先應對支護結構進行選擇 4 。支護類型應因地制宜 , 結合場地工程地

24、質條 件和水文地質條件、基坑開挖深度及周邊環境 , 并參照鄰近基坑工程和當地的基 坑工程、當地技術法規及標準來確定。 為了把排樁支護結構技術更好地應用到工程中， 人們對排樁的工作性能進行 了深入的探討和研究。 研究手段包括理論研究、 數值分析和室內外實驗研究等幾 個方面，重點對排樁內力、 排樁變形、 穩定性和排樁相互作用及優化設計等方面 進行了探討和分析。 排樁支護是深基坑支護的一個重要組成部分， 在工程中已得到廣泛使用。 它 隨著科學技術的發展、時代的需要而產生；隨著巖土工程、結構工程、環境工程 的不斷發展而發展；隨著工程力學、計算方法、材料科學的發展，其受力特性將 更加明確，形式將更加多樣

25、。 隨著基坑開挖深度的加大，排樁支護結構得到普遍運用。 1993年開始, 由于 高層和超高層建筑的大量涌現，基坑的開挖深度愈來愈大，普遍挖深在 67m 以 上，加之基坑周邊可以利用的場地愈來愈狹窄， 簡單的放坡及排樁支護已不能滿 足要求。此時，懸臂式大直徑鉆孔灌注樁和人工挖孔樁成為主要的支護結構類型。 由于大量采用懸臂式的支護結構出現變形過大、 斷樁事故，周邊環境也受到較大 影響,開始對挖深大于 89m 的基坑開始采用排樁加鋼管內支撐或錨桿的支護技 術。 1994 年開始，排樁加內支撐或排樁加錨桿的支護技術廣泛應用于挖深在 1012m的基坑工程，并以樁錨支護結構居多 5 。 Iame5定性地分

26、析出了若干因素對基坑周邊土體變形的影響，并歸納為八 安徽建筑大學本科畢業設計 個方面: （1）基坑尺寸 （長度、寬度、深度 ）；（2）土的性質；（3）地下水狀況； （ 4）基坑暴露時間；（5）支撐體系；（ 6）開挖和支撐的順序； （7）鄰近的建筑 和設施；（8）活荷載。 Bransby7 等對砂土地層中的懸臂板樁進行了室內模型試驗, 通過該試驗研 究了板樁和土體在土方開挖過程中的受力變形特性， 并研究了土與擋墻之間接觸 面光滑程度及砂土性質等因素對擋墻側移大小和坑周土體沉降變形的影響。 Laefer,Debra Fer8 分別具體地研究了剛性與柔性懸臂支護結構對基坑周邊 土體沉降及近鄰建筑物發

27、生位移所產生的不同影響。 吳銘炳9 根據福州軟土基坑應用排樁支護結構的原位測試結果， 分析總結了 排樁支護結構實際受力變形特征，對比了不同理論計算結果與實測結果的異同 , 提出了：（1）控制排樁位移措施。（2）圍護樁為受彎構件，樁身鋼筋應力狀態主 要與支護形式（懸臂或支撐）有關，圍護樁采用雙面不對稱配筋，有利于發揮圍 護樁強度。（3）懸臂式排樁頂部位移最大， 其大小主要受土層性質控制， 支（錨） 撐式支護樁位移在開挖面附近達最大值，其大小主要受支護結構本身剛度控制。 （ 4）鋼筋混凝土內支撐松弛系數： 第一層支撐 =0.91.0，第二層支撐 =0.70.9, 第三層支撐 =0.50.7, 應盡

28、量減少支撐層數。（ 5）目前常用的計算方法對 （軟土 地基）一層支撐的排樁支護計算較為準確， 二層以上支撐的排樁支護內力應采用 考慮支撐設置滯后的 m 法計算，但由于軟土的特殊性位移計算仍不準確，在支 護設計中應采取相應措施。 許錫昌，陳善雄，徐海濱 10以矩形基坑懸臂排樁支護結構為研究對象， 通過 分析現場實測數據和數值計算， 歸納出了冠梁和支護樁的空間變形模式， 建立了 整個支護系統的能量表達式。 利用最小勢能原理， 推導了基坑中部樁頂最大位移 的解析解，分析了各主要支護參數對該位移的影響。 研究結果表明， 樁頂最大位 移隨坡頂超載和樁間距的增大基本呈線性增大趨勢；當嵌固深度系數逐漸增大

29、時，樁頂最大位移也逐漸增大，但趨勢漸緩；基坑長度對其影響也較大，當基坑 長度超過一定數值后， 最大位移值趨于穩定。 最后利用所得的研究成果對某基坑 進行了驗證，并與現場實測結果進行了對比，計算結果能夠滿足工程要求。 樁頂圈梁協調了樁與樁之間的協同工作， 但盡將圈梁作為一種安全儲備造成 一種浪費。 何建明，白世偉 11 以圈梁兩端固定為假設條件， 建立了深基坑排樁一 圈梁支護系統空間協同作用的計算模型與方法。計算結果表明 : 排樁一圈梁支護 系統有明顯的空間協同作用， 在工程設計和施工中， 可以把圈梁作為排樁支護系 統的第一道支撐考慮，并根據圈梁在不同部位所起的不同作用來合理配置受力 筋，充分發

30、揮圈梁的作用。 林雪梅 12結合具體工程探討軟土地基排樁支護的優化設計并對監測的結果 安徽建筑大學本科畢業設計 進行分析，包括：方案優選、支撐點位置的優化、支撐結構體系的確定、監測排 樁鋼筋應力、土壓力、排樁水平位移。總結出： （ 1）軟土地基深基坑支護設計， 應根據場地情況和周邊環境， 進行多種方案的經濟技術比較， 提出優化設計方案； （2）支撐梁的剛度和強度是控制基坑變形的關鍵，應做到強支撐弱節點； （ 3） 基坑支護的現場監測是基坑工程的重要環節， 應做好信息反饋和分析工作。 根據 空間桿系有限元方法， 建立了排樁支護結構的計算模型。 分析了切向平面內圈梁 對支護樁結構變形，內力的影響和

31、法向平面內基坑的幾何尺寸效應。 本世紀以來， 基坑工程的場地條件愈來愈嚴峻， 工程地質、 水文地質條件及 對周邊環境的保護等， 都成為基坑工程中的難點。 噴錨支護由于造價較低得到廣 泛運用，同時為滿足日益艱巨的工程條件， 逐漸發展了復合噴錨支護和復合土釘 墻，但在基底軟土層厚度較厚時， 仍易發生工程事故， 這些因素反而促進了雙排 樁支護結構和多支撐排樁支護結構的發展。 1.3 排樁內支撐支護結構形式 目前深基坑工程支護形式多樣化， 其中排樁支護體系由于可靠性高、 不侵越 紅線、便于與逆作法相結合等優點而受到了越來越廣泛的應用， 排樁支護結構已 逐漸成為深基坑工程中應用最為廣泛的支護形式之一，

32、因此對于排樁支護結構體 系的研究具有重要的理論價值和現實意義。 由于排樁支護對各種地質條件的適應性、 施工簡單易操作且設備投入一般不 是很大，在我國排樁式支護是應用較多的一種。排樁通常多用于坑深 715m 的 基坑工程，做成排樁擋墻，頂部澆筑混凝土圈梁，它具有剛度大、抗彎能力強、 變形相對較小， 施工時無振動、 噪聲小，無擠土現象， 對周圍環境影響小等特點。 當工程樁也為灌注樁時，可以同步施工，從而有利于施工組織，且工期短。當開 挖影響深度內地下水位高且存在高透水層時， 需采取隔水措施或降水措施。 當開 挖深度較大或對邊坡變形要求嚴格時，需結合拉錨系統或支撐系統使用。 圖 1-1 排樁內支撐結

33、構示意圖 安徽建筑大學本科畢業設計 排樁內支撐支護結構是一種廣泛應用的基坑支護形式，它主要由支護排樁、 鋼支撐或鋼筋混凝土支撐和外側各式止水（防擠土）帷幕（高壓旋噴樁、水泥攪 拌樁等 ） 等構成，如圖 1-1。各個結構構件之間相互聯系、相互影響、構成一個 有機統一整體， 采用“外護內支” 方式保持基坑開挖過程中土體應力場與滲流場 處于靜力平衡或動態平衡穩定狀態。 其中外護是指依靠圍護墻體 （排樁） 擋住基 坑邊壁土體（防止土體顆粒的大量流失） 、阻止地下水滲漏；內支是指為保證整 體結構的穩定和具有一定的剛度并且受力均衡，采用內支撐為圍護墻體（排樁） 的穩定與平衡提供足夠的支撐力。 1.3.1

34、排樁支護類型 支護結構中的排樁是主要受力結構 , 有多種形式，主要有：鉆孔灌注樁、預 制鋼筋混凝土板樁或者鋼板樁、 人工挖孔樁等， 其中鉆孔灌注樁應用最廣泛。 鉆 孔灌注樁一般直徑不宜小于 400500mm，樁間距通常由樁間土穩定條件及排樁 受力確定，一般不大于樁徑的 1.5 倍。為防止樁間土體的塌落滑移，通常在樁間 土體表面采用水泥砂漿鋼筋網護面，或對樁間土體注漿加固。 （1）按基坑開挖的深度及支護結構受力情況 , 排樁支護結構可以分為以下幾 種： 無支撐 （懸臂）圍護結構 當基坑開挖深度不大時 , 可利用懸臂作用擋住圍護結構后土體。 單層支點支護 當基坑開挖深度較大時 , 不能采用無支撐圍

35、護結構 , 可以在圍護結構頂部 附近設置一單支撐。 多層支點支護 當基坑開挖深度較深時， 僅僅設置一層支撐已經不能滿足控制支護結構內力 和位移的要求， 可以在不同的標高處設置多道支撐， 以減少圍護結構的內力和位 移。 （2）排樁支護依其結構形式可分為懸臂式支護結構與（預應力）錨桿結合 形成樁錨式和與內支撐 （ 鋼筋混泥土支撐、鋼支撐 ）結合形成樁撐式支護結構 13 。 懸臂式排樁支護結構 懸臂式支護結構主要是根據基坑周邊的土質條件和環境條件的復雜程度選 用，其技術關鍵之一是嚴格控制支護深度。如圖 1-2 所示，懸臂式支護結構適用 于開挖深度不超過 l0m 的粘土層，不超過 5m 的砂性土層，以

36、及不超過 4-5m 的 淤泥質土層。 懸臂式排樁結構的優缺點及適用范圍如下： （a）優點：結構簡單，施工方便，有利于基坑采用大型機械開挖。 7 安徽建筑大學本科畢業設計 （b）缺點：相同開挖深度的位移大，內力大，支護結構需要更大截面和插 入深度。 （c）適用范圍：場地土質較好，有較大的 c、 值，開挖深度淺且周邊環境 對土坡位移要求不嚴格。 內撐式排樁支護結構 內撐式支護結構由支護結構體系和內撐體系兩部分組成。 支護結構體系常采 用鋼筋混凝土樁排樁墻、 SMW工法、鋼筋混凝土咬合樁等型式。內撐體系可采用 圖 1-2 懸臂式支護簡圖 水平支撐和斜支撐。 根據不同開挖深度又可采用單層水平支撐、 二

37、層水平支撐及 多層水平支撐，分別如圖 1-3（a）、（b）及（ d）所示。當基坑平面面積很大，而 開挖深度不太大時，宜采用單層斜支撐如圖 1-3（ c）所示。 a）（ b） c） 圖 1-3 內撐式圍護結構示意圖 內撐常采用鋼筋混凝土支撐和鋼管或型鋼支撐兩種。 鋼筋混凝土支撐體系的 優點是剛度好、變形小，而鋼管支撐的優點是鋼管可以回收，且加預壓力方便。 內撐式支護結構適用范圍廣，可適用各種土層和基坑深度。 內支撐結構造價比錨桿低。但對地下室結構施工及土方開挖有一定的影響。 但是在特殊情況下，內支撐式結構具有顯著的優點 樁撐支護結構的優點： 安徽建筑大學本科畢業設計 （a）施工質量易控制，工程質

38、量的穩定程度高； （b）內撐在支撐過程中是受壓構件，可充分發揮出混凝土受壓強度高的材 性特點，達到經濟目的； （c）樁撐支護結構的適用土性范圍廣泛，尤其適合在軟土地基中采用。 樁撐支護結構的缺點： （a）內撐形成必要的強度以及內撐的拆除都需占據一定工期； （b）基坑內布置的內撐減小了作業空間，增加了開挖、運土及地下結構施 工的難度， 不利于提高勞動效率和節省工期， 隨著開挖深度的增加， 這種不利影 響更明顯； （c）當基坑平面尺寸較大時，不僅要增加內撐的長度，內撐的截面尺寸也 隨之增加，經濟性較差。 樁撐支護結構的適用范圍： （a）適用于側壁安全等級為一、二、三級的各種土層和深度的基坑支護工

39、程，特別適合在軟土地基中采用； （b）適用于平面尺寸不太大的深基坑支護工程，對于平面尺寸較大的，可 采用空間結構支撐改善支撐布置及受力情況； （c）適用于對周圍環境保護及變形控制要求較高的深基坑支護工程。 拉錨式排樁支護結構 拉錨式支護結構由支護結構體系和錨固體系兩部分組成。 支護結構體系同于 內撐式支護結構， 常采用鋼筋混凝土排樁墻和地下連續墻兩種。 錨固體系可分為 錨桿式和地面拉錨式兩種。 隨基坑深度不同， 錨桿式也可分為單層錨桿、 二層錨 桿和多層錨桿。地面拉錨式支護結構和雙層錨桿式支護結構示意圖分別如圖 1-4 所示。地面拉錨式支護結構需要有足夠的場地設置錨樁， 或其它錨固物。 錨桿式

40、 需要地基土能提供較大的錨固力。 錨桿式較適用于砂土地基或粘土地基。 由于軟 粘土地基不能提供錨桿較大的錨固力，所以很少使用。 圖 1-4 拉錨式圍護結構示意圖 樁錨支護結構的優缺點及適用范圍： 安徽建筑大學本科畢業設計 樁錨支護結構的優點： （a）樁錨支護結構的尺寸相對較小，而整體剛度大，在使用中變形小，有 利于滿足變形控制的要求； （b）與樁撐支護結構相比，樁錨支護結構的拉錨力與深基坑的平面尺寸無 關，在平面尺寸較大的深基坑工程采用樁錨支護結構能凸顯它的這個優勢； （c）樁錨支護結構的施工相對較為簡單，而且由于基坑內沒有支擋，坑內 有較大的凈空空間， 從而能確保土方開挖與運輸、 結構地下部

41、分施工所需的作業 空間，也為提高勞動效率、節省工期創造了前提性條件； （d）樁錨支護結構的造價相對較低，有利于節省工程費用。 樁錨支護結構的缺點： （a）樁錨支護結構所占作業空間較大，錨桿的設立要求場地有較寬敞的周 邊環境和良好的地下空間； （b）需要有穩定的土層或巖層以設置錨固體； （c）地質條件太差或土壓力太大時使用樁錨支護結構，容易發生支護結構 的受彎破壞或傾覆破壞。 樁錨支護結構的適用范圍： （a）適用于周邊環境比較寬敞、地下管線少且沒有不明地下物的深基坑支 護工程； （b）特別適用于平面尺寸較大的深基坑支護工程； （c）對于使用錨桿作為外拉系統的樁錨支護結構， 宜運用在具有密實砂土、

42、 粉土、粘性土等穩定土層或穩定巖層的深基坑支護工程中。 （3）排樁從布樁形式上，可分為單排布置和雙排布置 雙排樁支護結構體系屬于懸臂類空間組合支護體系。 所謂空間組合， 是指支 護樁從平面上看可按需要采用不同的排列組合， 前排樁頂用圈梁連接， 前后排之 間有連梁拉接， 在沒有錨桿或內支撐的情況下， 發揮空間組合樁的整體剛度和空 間效應，并與樁土協同工作，支擋因開挖引起的不平衡力，達到保持坑壁穩定、 控制變形、滿足施工和相鄰環境安全的目的。 雙排樁支護結構體系的特點主要體現為： 在雙排樁支護結構中， 前后排樁均分擔主動土壓力， 其中前排樁主要起分 擔土壓力的作用，后排樁兼起支擋和拉錨的雙重作用

43、雙排樁支護結構形成空間格構，增強支護結構自身穩定性和整體剛度 充分利用樁土共同作用的土拱效應， 改變土體側壓力分布， 增強支護效果。 雙排樁支護結構體系的缺點： 雙排支護樁的設計計算方法還不夠成熟， 實測數據還不多， 受力機理不夠 10 安徽建筑大學本科畢業設計 清楚。 基坑周邊要有一定空間，以利于雙排支護樁的布置和施工。 在對深基坑擋土支護結構的位移有限制的要求下，對于一般粘性土地區來 說，雙排支護樁是一種很有應用價值的擋土支護結構類型。 地下水位較高的軟土 地區采用雙排支護樁時， 應做好擋土、 擋水，以防止樁間土流失而造成結構失效， 上海、杭州、寧波、福建、廣東等地區已經有很多雙排樁擋土支

44、護結構的成功實 例。 1.3.2 排樁支撐類型 內支撐可以有效的傳遞和平衡作用在圍護墻體上的水、 土壓力，協調圍護墻 體的受力，控制圍護墻體的變形，使整體支護結構受力平衡。 支撐體系按材料劃分可以分為現澆鋼筋混凝土支撐 （如圖 1-5）、鋼支撐 （如 圖 1-6 ）和混合支撐三種。 圖 1-5 現澆混凝土支撐支護體系 鋼筋混凝土支撐布置形式靈活， 無論直線或曲線桿件均可支模現澆， 可廣泛 應用于各種截面形式的深基坑工程； 從而鋼筋混凝土支撐整體性好、 剛度大， 能 夠大大的減少支護結構的變形， 從而保護周圍環境； 同時承載力大， 支撐間距較 遠，能夠形成較大的空間，方便機械施工。但是鋼筋混凝土

45、支撐自重大，澆筑和 11 安徽建筑大學本科畢業設計 養護時間較長，導致基坑工程整體施工工期長，若組織不當容易長生時間效應， 對基坑不利， 而且鋼筋混凝土支撐不能重復使用， 基坑開挖完畢后需要拆除。 拆 除比較麻煩， 如果采用爆破方式將會對周圍環境產生一定影響。 但是目前大量采 用的逆做法施工技術將部分內支撐體系作為主體結構的梁、 板，從而大大的提高 了內支撐結構的可利用性。因此目前的深基坑工程中主要采用這種支護結構。 鋼支撐多采用鋼管、 型鋼或型鋼與鋼管組成的組合式構件。 鋼支撐較鋼筋混 凝土支撐自重輕，拆裝方便，施工迅速，可減少施工工期，從而降低土體的時間 效應；同時可以施加預應力并根據支護

46、結構的變形的發展及時調整預應力值， 以 控制變形； 而且可以多次重復使用， 所以目前鋼支撐在深基坑工程也被大量的使 用。但是鋼支撐多為直線桿件， 無法適應曲線形支撐的需要， 而且節點構造相對 復雜，同時剛度較混凝土支撐小，支撐間距不宜過大，需要合理的設置立柱，否 則可能會發生整體失穩，導致整個基坑工程垮塌。 圖 1-6 鋼支撐支護體系 混合撐則可以充分利用鋼筋混凝土支撐和鋼支撐的優點， 避免各自不足。 如 在深基坑工程中， 可以在基坑上部使用混凝土支撐， 基坑下部使用鋼支撐， 這樣 即可以發揮混凝土支撐剛度大、 承載力大的優點， 又發揮了鋼支撐快捷方便， 施 工方便的特點，揚長避短，即保證基坑

47、工程的安全，又減少施工工期。 支撐結構不僅分類眾多， 平面布置形式也是多種多樣的 14 。目前支撐結構主 12 安徽建筑大學本科畢業設計 d） b） (e) (f) （a） 加強圍檁式（ b）長邊對頂加角撐（ c）琵琶撐 d）結構式支撐（ e）環梁式 f ）加強角撐式 圖 1-7 常用支撐截面形式 1.4 本文主要研究內容 深基坑支護設計分為深基坑支護方案選擇和支護結構設計兩步。目前 , 深基 坑支護方案的決策還沒有一個明確的體系， 大多數情況下依靠經驗專家的定性分 析，具有較大的主觀性， 由于方案選擇不當導致深基坑工程事故， 造成重大經濟 損失的案例時有發生； 同時， 由于方案選擇過于保守，

48、 造成隱形浪費的實例也不 13 安徽建筑大學本科畢業設計 鮮見。因此， 對深基坑支護方案優化選擇進行研究具有重要意義。 隨著城市建筑 物密集區深基坑工程的增多， 環境要求越來越嚴格。 排樁內支撐支護結構利用內 支撐系統為圍護構件的穩定性提供足夠的支撐力， 對基坑土體的位移場和應力場 擾動小，對周圍環境影響較小， 應用前景廣闊。 環境影響評價是方案選擇的重要 影響因素， 因此準確預測基坑開挖對周圍環境影響非常重要。 本文將對深基坑支 護方案優化選擇與排樁內支撐結構優化設計進行研究。 本文首先對深基坑支護結構的工程特點進行了論述， 介紹了幾種常用深基坑 支護的結構類型； 然后，論文介紹了排樁內支撐

49、的概念， 排樁支護類型及支撐類 型，簡述了其應用范圍， 對排樁支護結構的計算理論進行較為全面、 系統的分析 和研究；最后，對基坑開挖 9m 的實際工程采用排樁鋼支撐支護結構應用等值梁 法進行了設計計算 , 使用同濟大學啟明星軟件進行整體計算、 校核、編制計算書， 計算結果可供工程設計和施工參考。 14 安徽建筑大學本科畢業設計 第二章 基坑排樁支護結構設計基本理論 2.1 基坑支護設計基本原則 支護結構應當保證填土、 物料、 基坑側壁及構筑物本身的穩定， 構筑物應具 有足夠的承載力和剛度， 保證結構的安全正常使用。 同時， 在設計中還應做到技 術先進、經濟合理以及方便施工。設計的基本原則為 :

50、 （1）為保證支護結構安全正常使用，必須滿足承載能力極限狀態和正常使 用極限狀態的設計要求，對于支護結構應進行下列的計算和驗算 : 承載能力極限狀態的計算，計算內容如下所示： （a）根據支護結構的類型及受力狀態來競選土體穩定性計算。穩定性驗算 包括：為保證支護結構不會發生整體滑動， 應對支護結構的整體穩定性進行驗算； 支護結構抗傾覆穩定驗算；支護結構抗滑移驗算；支護結構的抗隆起穩定驗算； 支護結構抗滲流驗算。 （b）支護結構的受壓、受彎、受剪、受拉承載力計算。 （c）若加設錨桿或內支撐時，應對其進行承載力計算和穩定性驗算。 正常使用極限狀態計算 （a）由于基坑工程施工會對周圍環境產生影響，支護

51、結構的變形必須嚴格 要求，應對結構的變形進行計算； （b）對鋼筋混凝土構件的抗裂度及裂縫寬度進行計算。 支護結構的變形與裂縫應符合： Sd C ，其中 Sd 為變形、裂縫等荷載效應 的設計值； C 為設計對變形、裂縫等規定的相應限值。 （2）應根據工程的需求、地質及水文條件等因素，綜合考慮以確定支護結 構的平面布置以及其高度。 （3）根據土體性質、受荷情況、地質及水文條件等，確定支護結構類型及 其幾何形狀。 （4）保證支護結構設計符合相應規范及條例。 （5）支護設計必須與環境相協調，滿足保護環境的要求。 （6）支護設計方案必須提出施工監控、質量監測的要求。 （7）確保支護結構的耐久性 , 根據

52、基坑要求，給出基坑維護的細則。 2.2 側壁安全等級及重要性系數 基坑側壁安全等級劃分難度較大， 很難定量說明。建筑基坑支護技術規程 （JGJ120-99）中采用了結構安全等級劃分的基本方法，按支護結構的破壞后果 分為很嚴重、 嚴重、不嚴重三種情況分別對應于三種安全等級， 其重要性系數的 15 安徽建筑大學本科畢業設計 選用與建筑結構可靠度設計統一標準 ( GB50068-2001)相一致，見表 2-1 表 2-1 基坑側壁安全等級和重要性系數 安全等級 破壞后果 0 一級 支護結構破壞、土體失穩或過大變形對基坑周邊環境及地下結構 施工影響很嚴重 1.10 二級 支護結構破壞、土體失穩或過大變

53、形對基坑周邊環境及地下結構 施工影響一般 1.00 三級 支護結構破壞、土體失穩或過大變形對基坑周邊環境及地下結構 施工影響不嚴重 0.90 2.3 土壓力理論 作用在支護結構上的荷載主要有土壓力和水壓力，而土壓力是主要的荷載， 它指的是支護結構后填土自重或外荷載對支護結構產生的側向壓力。 土壓力的計 算是個比較復雜的問題， 它隨著支護結構可能位移的方向、 大小及填土所處的狀 態分為主動土壓力、被動土壓力和靜止土壓力 。 靜止土壓力 E0 ：若支護結構在土壓力作用下不發生變形和任何位移，墻后 填土處于彈性平衡狀態，則作用在結構上的土壓力為靜止土壓力。 主動土壓力 Ea ：若支護結構在土壓力作用

54、下向墻前發生位移，則隨著位移 的增大，墻后土壓力逐漸減少， 當土體達到極限平衡狀態時， 作用在結構上的土 壓力為主動土壓力。 被動土壓力 Ep ：若支護結構在外力作用下向墻后發生位移，則隨著位移的 增大，墻后土壓力逐漸增大， 當土體達到極限平衡狀態時， 作用在結構上的土壓 力為被動土壓力。 三種土壓力與支護結構的位移的關系如圖 2-1 所示。 圖 2-1 支護結構位移與土壓力的關系 16 安徽建筑大學本科畢業設計 上述土壓力是隨著位移變化的三種極限情況，在相同的墻高和填土條件下， 三種極限土壓力的關系 EaE0 1.25 1.1 max 936.02 m 滿足要求。 （ 2）支撐結構計算 本基

55、坑按照國內通常做法，采用600 鋼管，同時根據建筑基坑技 術設計規范 YB9258-97 對支撐的相關規定，合理布置支撐，平面支撐規 范跨度為 56m ，豎向距離不超過 5m，本站根據實際工程情況，橫向跨度 最小取值 4.5m ，最大 6m；豎向設 1 層支撐，其豎向深度為 2m。其計算跨 度為安全起見，取較長的為準，即取L=15m ， 600 鋼管壁厚12mm， 37 安徽建筑大學本科畢業設計 0.21 L = 15 = 0.21 71.4 75 0.867 (d 2 d12 ) 2 0.02249m 支撐軸力為（支撐的水平距離為 則鋼管支撐的應力： N 1110.58 A 0.02249

56、0.867 4m)N= Ra 4 1110.58 56.96 103 170 103 滿足要求 圍檁采用 600 300 12 17（A B t1 t2）H型鋼 Q345 ，查鋼結構有：強 度設計值：抗彎，壓，拉 ： 295 103kN / m3 ；抗剪：170 103kN/m3。 （ 3）圈梁設計計算 19 Ra 277.64 KN ，設計圈梁均為 800 1000，混凝土 C30 正截面強度計算 1.25 1.1 max 936.02 m M 1 f cbh02 936.02 106 2 1.0 14.3 800 1000 35 2 =0.0879 s 0.5 1 1 2 s =0.954

57、 6 936.02 106 936.02 10 2 = =4841.61 mm2 fy sh0 210 0.954 1000 35 選用 828mm， s 4926 mm2 斜截面強度計算 V 1 2 277.64 7 1.25 1214.68 0.7ftbh0 0.7 1.43 800 1000 35 772.78 3，滿足要求。 10 9 （ 3）抗傾覆穩定性 qRskk =4.33 ，滿足要求 4.5 啟明星軟件電算 1）打開同濟大學啟明星深基坑分析計算軟件，并輸入主要設計指 數和參數（參照第三章工程概況相關部分）如圖4-5 ： 39 安徽建筑大學本科畢業設計 圖 4-5 輸入主要技術指

58、數 2）輸入土層信息，其中 M 和 K 值通過設計規范查閱得到，如圖 4-6。 圖 4-6 土層物理力學性質 40 安徽建筑大學本科畢業設計 3)輸入工況信息，如圖4-7 工況 1: 水土合算 , 矩形荷載 開挖到 2m 深度(m) 水平位移 (mm) Max: 28.1 深度(m) 彎矩(kN*m) Max: -346.2 圖 4-8 工況 1 位移彎矩剪力圖 200 100 0 -100 -200 2 4 6 8 10 12 14 16 18 深度(m) 剪力(kN) Max: -99.6 41 安徽建筑大學本科畢業設計 工況 2: 水土合算 , 矩形荷載 深度 (m)深度(m) 深度(m

59、) 在2m處加支撐水平位移 (mm)彎矩 (kN*m)剪力 (kN) Max: 28.1 Max: -346.2 Max: -99.6 圖 4-9 工況 2 位移彎矩剪力圖 工況 3: 水土合算 , 矩形荷載 40 20 0 -20 -40 深度 (m)深度 (m) 開挖到7m 深度(m) 水平位移 (mm) Max: 25.9 彎矩 (kN*m)剪力(kN) Max: 186.7 Max: -100.2 圖 4-10 工況 3 位移彎矩剪力圖 42 安徽建筑大學本科畢業設計 （ 5 ）進行穩定性驗算，包括：整體穩定驗算（圖 4-11），極限平衡嵌固 深度驗算（圖 4-12），墻底抗隆起驗算（

60、圖 4-13），坑底抗隆起驗算（圖 4-14），抗 傾覆驗算（圖 4-15），管涌驗算。 圖 4-11 整體穩定性驗算示意圖 極限平衡嵌固深度驗算 水土合算 , 矩形荷載 60 （雜填土） 219 1 （ 粘土） （ 粉質粘土） （粉土） Pp=2100kN 2.7m （粉砂） 力矩比 K=1.35 壓力比 K=2.45 圖 4-12 極限平衡嵌固深度驗算示意圖 43 安徽建筑大學本科畢業設計 墻底抗隆起驗算 圖 4-13 墻底抗隆起驗算示意圖 60 2m （ 雜填土） 9 1 （ 粘土） （ 粉質粘土） （粉土） 8 （粉砂） 坑底抗隆起驗算 K=2.58 圖 4-14 坑底抗隆起驗算示意圖