1、支護形式的選擇：在基坑開挖過程中，土壁的穩定主要是依靠土體的內摩擦力和黏聚力來保持平衡的，一旦土體在外力作用下失去平衡，土壁就會坍塌。土壁坍塌，不僅會妨礙土方工程的施工，還會危及附近的建筑物、道路、地下管線等的安全，甚至會導致人員傷亡，造成嚴重的后果。因此，為了保證基坑工程的順利進行，我們有必要選擇合理的支護形式。目前經常采用的主要基坑支護類型有：（1） 水泥土深層攪拌樁支護，其優點是采用重力式擋墻，不需要支撐，基坑內開挖土施工方便，攪拌樁施工時無環境污染（無噪聲、無振動、無排污），造價低廉及防滲性好，但這種支護結構往往要求基坑周圍有一定間距布置攪拌樁，且只適用于深度不大的基坑；（2） 排樁支

2、護結構，可以是稀疏排樁支護，適用于土質較好的地區；也可采用連續排樁支護加攪拌樁防滲，適用于軟土地區。這種排樁支護結構適用于較深的基坑，其造價也比較低；（3） 地下連續墻，這種支護結構施工時對周邊環境影響小，對土層使用性強，墻體抗彎剛度、防滲性能和整體性均較好，但其造價比較高。根據該工程開挖深度、地基土層條件和周邊環境，我們選擇了比較經濟而又滿足開挖條件的排樁支護形式-多層土層錨桿支撐的鉆孔灌注樁擋墻結構。鉆孔灌注樁具有施工方便、速度快、打樁后可立即開挖、工期短、剛度大、變形小的特點，而且與地下連續墻相比，經濟效果顯著。土層錨桿是一種受拉桿件，它的一端與工程結構物或擋土墻聯接，另一端錨固于地基的

3、土層或巖層中，以承受結構物的上托力、拉拔力、傾側力或擋土墻的土壓力，它利用地層的錨固力維持結構物的穩定。用錨桿代替內支撐，為土方施工提供巨大的工作面，而且采用預應力可以控制結構的變形，施工時的噪聲和振動均很小。支護結構的設計：支護結構的設計就是根據基坑開挖條件和各種水文地質條件在滿足工程安全可靠、經濟、便于施工的基礎上進行支護結構承載力和變形的計算。支護結構設計的內容包括支護結構上荷載的計算，灌注樁內力的計算和截面、配筋的計算，錨桿的設計計算，圍檁的設計計算，和基坑穩定性的驗算。一） 作用于支護結構上荷載的計算1） 作用在支護結構上的荷載可分為三類： 永久荷載：主要為土壓力，不考慮降水導致水對

4、支護的影響，將水壓力與土壓力均作為恒載，采用水土合算計算壓力。 可變荷載：主要為地面上汽車、吊車及堆載，取q=20kN/m 。 偶然荷載：主要包括地震力、爆炸力等等，暫不列入本次計算內容。2） 荷載計算理論支護結構上荷載的計算主要是土壓力的計算，然而實際作用于支護上的土壓力一般都比較復雜，并沒有精確的理論來保證其正確可靠，而是通過現場測試和室內模型試驗并依此為基礎，但限于條件，我們采用經典的朗肯土壓力理論來近似計算擋土壓力，并輔以一定的安全系數，這樣計算得到的結果都是偏于安全的。 對于地下水對土壓力的影響，根據土層信息，我們采用水土合算法。合算原則認為土孔隙中不存在自由的重力水，而僅存在結合水

5、，結合水不能傳遞靜水壓力，以土粒與孔隙水共同組成的土體為對象，適用于于黏性大、滲透系數比較小的土層。而本工程土樣滲透系數為0.08m/d，孔隙比n=0.75，符合水土合算要求。3） 水土壓力計算因為基坑的開挖使得開挖部分土體失去了平衡，坑外土體有向坑內運動的趨勢，于是墻后土層就會施加于圍護結構一個主動土壓力，迫使擋墻向基坑內變形，對坑地下層土體產生擠壓效果，與此同時，基坑內底層土體就會施加于圍護結構一個被動土壓力。沿支護墻長度方向取1m延米進行計算雜填土主動土壓力系數：Ka1=tan2(45o-/2)= tan2(45o-15o/2)=0.59粉質粘土主動土壓力系數：Ka2=tan2(45o-

6、/2)= tan2(45o-20o/2)=0.49雜填土上層土壓力：ea0=(q+1h) Ka1-2c1Ka1 = 0.49kPa雜填土下層土壓力：ea1-=14.74kPa粉質粘土上層土壓力：ea1+=-9.38kPa基坑底面處土層壓力：ea2=(q+1h+2h) Ka1-2c2Ka2 = 0.49kPa土層信息圖朗肯理論假定墻背與填土之間無摩擦力，即摩擦力=0，計算出主動土壓力偏大，被動土壓力偏小，因此，在計算被動土壓力系數時，使0，則被動土壓力系數可按照下式計算：Kp=coscos-sin(+)sin2式中 Kp主動土壓力系數； 土的內摩擦角； 樁土間的摩擦角（=1323）。取=122=

7、10o,則該黏性土層的被動土壓力系數Kp=2.64鑒于安全考慮，一般不對主動土壓力予以折減，故上述主動土壓力仍以朗肯理論計算所得。對于多支點排樁支護的計算方法，一般有等值梁法（連續梁法）、支撐荷載的1/2分擔法、逐層開挖支撐力不變法和有限元法。而我們采用連續梁法進行以下計算： 土壓力為的點（近似零彎點）距離基坑底面的距離的計算土壓力分布圖y = ea(Kp-Ka)=107(2.64-0.49)×19=2.62m 計算連續梁（灌注樁）的內力采用連續梁的計算方法得到各點的彎矩和剪力值如下：各點ABCDEM(kNm)0-5.13-59.45-236.40V(kN)010.8150.7478

8、.1167.5 計算灌注樁入土深度根據等值梁法得：入土深度X=y+6RF(KP-Ka)=2.62+6×167.519（2.64-0.49）=2.62+ 4.96=7.58m考慮土質較差，應乘以一定的安全系數，取K=1.1,即灌注樁的入土深度為1.1×7.58=8.34m則灌注樁總長度為H=13.5+8.34=21.84m，取H=22m。4） 灌注樁擋墻設計 樁體材料根據規范要求“鉆孔灌注樁采用水下澆筑混凝土，混凝土強度等級不宜低于C20（通常用C30）”，故我們選用C30的混凝土，水泥采用425號普通硅酸鹽水泥，粗骨料粒徑控制在40mm以內，鋼筋采用HRB335（fy=30

9、0N/mm2）。 樁身參數初定鉆孔灌注樁常用樁徑為5001000mm，我們初定為800mm，樁與樁之間的中心距為1000mm，樁與樁之間的凈距則為200mm，便于施工,鋼筋保護層厚度為50mm。 樁體配筋計算我們采用圓形截面均勻配筋，其正截面受彎承載力可按下式計算：MC=23fcr3sin3+fyASrssin+sint式中 MC單樁抗彎承載力，Nmm; AS-縱向鋼筋截面面積，mm2; r-樁的直徑，mm;rs-縱向鋼筋所在的圓周半徑，mm，為樁的半徑減去鋼筋保護層厚度，mm; t-縱向受拉鋼筋截面面積與全部縱向鋼筋截面積的比值； -對應于受壓區混凝土截面積的圓心角與2的比值； fc-混凝土

10、強度設計值，MPa； fy-鋼筋強度設計值MPa。我們初取AS=2500mm2(滿足最小配筋率=0.42%的條件下)，計算系數K=fyAS/(fcA)=0.10，查表得=0.216，t=0.818，代入公式算的MC=248.6kNm，略大于單樁承受的最大彎矩值。故AS=2500mm2滿足要求，但考慮到受彎構件強度設計安全系數K=1.4則AS=1.4×2500=3500mm2，選用1022（AS=3801mm2） 構造配筋鉆孔灌注樁的箍筋采用8200 螺旋箍,每隔2000mm布置一根直徑為16mm的焊接加強箍筋，以增強鋼筋籠的整體剛度，有利于鋼筋籠吊放和澆筑水下混凝土的整體性。5） 土

11、層錨桿設計計算 確定基坑支護方案，根據基坑開挖深度和土的參數，確定錨桿的層數、傾角等根據開挖深度和樁身受力分析，我們采用三層土層錨桿支護，每先挖到錨桿標高，就進行錨桿施工，待錨桿張拉好后，方可進行下一步開挖。參照土層錨桿設計和施工規范，我們選取土層錨桿水平間距為2m，錨桿傾角為30o，然后進行設計。 根據錨桿的間距、傾角，計算錨桿軸力第i層錨桿 12 3錨桿軸力（kN） 24.9 348.0 1103.9 計算錨桿自由段長度錨桿自由段長度Lf可按下式計算：Lf=LAB=LAOsin（45o-2)sin（45o+2+)式中 LAO錨桿錨頭中點至基坑底面以下土壓力為零點處的距離； 土體各土層厚度加

12、權內摩擦值標準值； 錨桿傾角。第一層錨桿：Lf1=9.04m，考慮到自由段變形長度應超過滑裂面0.51.0m的長度，故取Lf1=10m，以下同理。第二層錨桿：Lf1=7.0m第三層錨桿：Lf1=5.0m，雖然經計算僅為4.25，但規范建議不應短于5m，故取為5.0m 計算錨桿錨固段長度錨桿的錨固段長度La按下式計算：La=KmNtdm 式中 dm-錨桿段直徑，可取鉆孔直徑的1.2倍； Km錨固安全系數，可取1，當使用年限超過兩年或周邊環境要求較高時，可取2.0 Nt-錨桿設計拉力； -錨固體與土層之間的剪切強度，可按各地積累的經驗取用，或者按式=c+tan確定，c為土體內力，為錨固段中點的土覆

13、壓力，為錨 固段與土體之間的摩擦角，通常取 =（1/31/2）。當采用二次壓力注漿工藝時，取=，其中為土體的固結（快）剪的內摩擦角峰值。 鉆孔直徑一般為150mm，故我們取錨固段直徑dm=1.2×150=180mm，開挖深度范圍內土體力學指標加權平均值： =15×1+20×12.513.5=19.6o c=5×1+20×12.513.5=18.9kPa取為1/2=9.8，則各層錨桿的錨固段長度為,第一層土層錨桿：代入公式的La1=3.3m，因為錨固段長度不應小于4.0m，因此La1=4.0m 第二層土層錨桿：La2=15m第三層土層錨桿：La3

14、=33m 計算錨桿錨索的斷面尺寸錨桿桿體的截面面積按下列公式確定：普通鋼筋AsKmTdfycos預應力筋ApKmTdfpycos As,Ap普通鋼筋，預應力鋼筋桿體截面面積；fy，fpy普通鋼筋，預應力鋼筋抗拉強度設計值；Km安全系數，取1.3。計算結果如下：第一層錨桿:As=108.1mm2，選用普通鋼筋212（As=226mm2）第二層錨桿：As=1306mm2，選用普通鋼筋325（As=1473mm2）第三層錨桿：Ap=1595mm2,選用預應力螺紋鋼筋232（Ap=1609mm2。 預應力張拉值計算因為第三層錨桿處荷載值較大，我們選用了預應力螺紋鋼。土層錨桿灌漿后，待錨固體強度達到80

15、%設計值以上，便可對錨桿進行張拉。預應力張拉時，為了減少應力損失，我們采用“跳張法”，即隔1拉1的方法。正式張拉前，取設計拉力的10%20%，即110.39220.78kN，對錨桿預張一兩次，使各部位接觸緊密。正式張拉采用分級加載，每級加載后恒載3分鐘，記錄伸長量。張拉到設計荷載（不超過軸力），恒載10分鐘，鎖定預應力為設計軸拉力的75%，即827.9 kN。 土層錨桿抗拔設計計算土層錨桿的極限抗拔設計值按下式進行計算Nu=sdqsikli+d1qsjklj+2ck(d12-d2)式中 d1-擴孔錨固體直徑；d-非擴孔錨桿錨固體直徑；li-第i層土中直孔部分錨固段長度；Lj-第j層土中擴孔錨固

16、段長度；Qsik、qsjk-土體與錨固體的極限摩阻力標準值；Ck-擴孔部分土體黏聚力標準值；s-錨桿軸向受拉抗力分項系數，取1.3則第一層極限抗拔設計值為Nu=3.141.30.18×70×2+0.3×70×2+2×20×（0.32-0.182）=167.88kN錨桿抗拔安全系數Kb=167.8824.9=6.74>1.5第二層錨桿抗拔力設計值為Nu=3.141.30.18×70×5+0.3×70×10+2×20×（0.32-0.182）=664.97 kN錨桿抗拔安全

17、系數Kb=664.97348.0=1.91>1.5第三層錨桿抗拔力設計值為Nu=3.141.30.18×70×3+0.3×70×30+2×20×（0.32-0.182）=1618.56kN錨桿抗拔安全系數Kb=1618.56 1103.9=1.47略小于1.5因為采用臨時支錨，故只需作加強處理。 各層錨桿長度結果匯總第i層錨桿 1 2 3錨桿自由段長度（m） 10 7 5錨桿錨固段長度（m） 4 15 33錨桿總長度（m） 14 22 386） 腰梁設計計算腰梁是將錨頭拉力傳到樁上的水平傳力構件，為了保證擋墻具有較好的連續性和整

18、體性，我們采用現澆鋼筋混凝土梁，腰梁的計算如下： 腰梁荷載計算第一層腰梁上作用的均布荷載：Q1=4.12+9.432×0.52+14.74+32.562×52=60.82kN/m第二層腰梁上作用的均布荷載：Q2=14.74+32.562×52+32.56+79.092×52=198.69kN/m第三層腰梁上作用的均布荷載：Q3=32.56+79.092×52+79.09+1072×32=279.13kN/m 腰梁彎矩值計算及配筋以第三層腰梁計算為例。我們假定腰梁的截面尺寸取為600×800mm，采用C30的混凝土，鋼筋采用H

19、RB335級鋼（fy=300kN/m),鋼筋保護層厚度取為50mm，受彎構件強度設計安全系數K=1.4。根據上述單位均布力作用下的荷載圖可得，腰梁上支座處最大彎矩Mmax=0.4×279.13=111.65kNm，則腰梁截面抵抗矩系數s=KM1fcbho2=1.4×111.65×1061.0×14.3×600×(800-65)2=0.034相對受壓區高度=1-1-2×s=0.034腰梁鋼筋用量AS=1fcbhofy=1.0×14.3×600×(800-65)300=714.7mm2最小配筋率mi

20、n=max0.2%，0.45ftfy=0.2145%因為AS>minbh=1029.6mm2,故只需構造配筋。因此，支座處我們選用616的HRB335級鋼。同理，對于跨中，其彎矩值與支座處相差不多，故采用對稱配筋。 腰梁剪力值計算及相關配筋同理可以得出腰梁中最大剪力值Vmax=1.2×279.13=335kN0.7ftbho=0.7×1.43×600×800-65÷1000=441kN>335kN故只需構造配置箍筋，我們配置8250 HPB300級光圓鋼筋。7） 穩定性驗算 整體穩定性驗算由于圍護樁插入深度比較大，且錨桿比較長、比較

21、密，這些對提高邊坡抗滑移能力是有利的，故在此不驗算邊坡整體穩定性。具體分析見附錄軟件計算結果。 深層滑移穩定性若樁、錨桿的共同作用超過土的安全范圍，就會從樁腳處剪力面開始向墻拉結的方向形成一條深層滑縫，造成傾覆，因此我們有必要驗算土體深層滑移穩定性。深層滑移穩定性驗算，可按德國學者克蘭次的方法進行：1. 通過錨固段中點c與圍護墻的假想支撐點b連一直線，再通過c點作豎直線交地面于d點，確定土體穩定性驗算的范圍;2. 力系驗算，包括土體自重及地面超載G，圍護墻主動土壓力的合力Fa，cd面上土體主動土壓力以合力Fcd,bc面上以合力Fbc;3. 作力多邊形，求出力多邊形以平衡力，即錨桿拉力Rtmax

22、;4. 按下式計算深層滑移穩定性安全系數Kms; RtmaxNtKms 式中 Nt-土層錨桿設計軸向拉力 Kms-深層滑移穩定安全系數，Kms=1.21.5。近似取如圖所示滑動塊受力分析：第一層土層錨桿，Rtmax=392.6kN RtmaxNt=392.624.9=15.7>1.5第二層土層錨桿，Rtmax=751.7kN RtmaxNt=751.7348=2.16>1.5第三層土層錨桿，Rtmax=3414.5kN RtmaxNt=3414.51103.9=3.09>1.5 均符合深層穩定性要求。 圍護樁墻底地基承載力驗算在很多穩定性驗算的計算公式中，該方法建議采用下式進

23、行地基承載力穩定性驗算：KL=2DNq+cNc1H+D+q式中 D-墻體插入深度；H-基坑開挖深度；q-地面超載；1-坑外地表至墻底，各土層天然重度的加權平均值；2-坑內開挖面以下至墻底，各土層天然重度的加權平均值； Nq、Nc-地基極限承載力計算公式。 用普朗特爾公式，Nq、Nc分別為 Nq=tan2(45o+2)etanNc=(Nq-1)1tan因雜填土土層較薄，僅1m，而且雜填土與粘土容重接近，故取 2=1=19kPa/m，代入得 KL=3.0>1.21.3故圍護樁底部地基承載力驗算滿足要求。 基坑底部土體抗隆起穩定性驗算假定滑動面通過墻底，并以最下層錨定點作為轉動中心，按下式驗算基坑底部土體的抗隆起穩定性：KL=MRLMSL式中 MRL-抗隆起力矩， MRL=R1Katan+ R2tan+R3c R1=Dho