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1、 基坑围护设计手册 2004 年 5 月 30 日 1 目 录 1 土压力 1.1 库仑土压力 1.2 朗肯土压力 1.3 特殊情况下的土压力 1.4 建筑基坑支护技术规程土压力 1.5 工程实测土压力 1.6 土压力计算模型 2 基坑稳定性 2.1 土坡稳定性 2.2 围护结构整体稳定性 2.3 基坑底面抗隆起稳定性 2.4 基坑底面抗渗流稳定性 3 土钉墙 3.1 概述 3.2 建筑基坑支护技术规程方法 3.3 建筑基坑工程技术规范方法 3.4 基坑土钉支护技术规程方法 3.5 王步云建议的方法 3.6 冶金部建筑研究总院建议的方法 3.7 王长科建议的方法 3.8 工程实例 4 重力式围
2、护结构 5 桩墙式围护结构 5.1 桩墙式围护结构的类型 5.2 悬臂式围护结构 5.3 锚撑式围护结构 6 锚杆 6.1 锚杆承载力 6.2 锚杆稳定性 2 1 土压力 1.1 库仑土压力 1773 年，法国科学家库仑做出两项假定，提出了土压力理论。 （1） 墙后填土为砂土（黏聚力c=0） ； （2） 产生主动、被动土压力时，墙后填土形成滑楔体，其滑裂面 为通过墙脚的平面。 1.1.1 主动土压力（图 1.1-1、图 1.1-2） 库仑主动土压力为： zKe aa = （1.1-1） a 2 a 2 1 KhE= （1.1-2） 2 2 2 a )cos()cos( )sin()sin( 1
3、)cos(cos )(cos + + + = K （1.1-3） 式中 a e-主动土压力强度； a E-总主动土压力； -墙背倾角； -墙背填土表面的倾角； -墙背和土体之间的摩擦角； 、-土的重力密度、内摩擦角； a K-主动土压力系数。 其他符号见图 1.1-1、图 1.1-2。 图 1.1-1 主动状态下的滑动楔体 图 1.1-2 库仑主动土压力 3 1.1.2 被动土压力 库仑被动土压力为： zKe pp = （1.1-4） p 2 p 2 1 KhE= （1.1-5） 2 2 2 p )cos()cos( )sin()sin( 1)cos(cos )(cos + + + = K （
4、1.1-6） 式中 p e-被动土压力强度； p E-总被动土压力； p K-被动土压力系数。 其他符号见图 1.1-3。 图 1.1-3 库仑被动土压力 1.2 朗肯土压力 1857 年，朗肯假定墙背垂直光滑，根据土的极限平衡理论提出了朗 肯土压力理论。 1.2.1 朗肯主动土压力 朗肯主动土压力强度 a p为： aaa 2KcKe z = （1.2-1） ) 2 45(tan 2 a =K （1.2-2） 式中 z -垂直向应力； a K-主动土压系数； 4 、c-抗剪强度指标。 1.2.2 朗肯被动土压力 被动土压力强度 p e为： ppp 2KcKe z += （1.2-3） ) 2
5、45(tan 2 p +=K （1.2-4） 式中 p K-主动土压力系数。 1.3 特殊情况下的土压力 1.3.1 坡顶地面非水平时的土压力 计算土压力时，先将坡顶地面分解为水平和倾斜面，分别计算，最后 在进行组合。 坡顶倾斜时的土压力 22 22 a coscoscos coscoscos cos + =ze（1.3-1） 坡顶水平时的土压力 aa KchzKe2)(a+= （1.3-2） 如图 1.3-1 时，经分解和组合，土压力为图中的阴影部分。 图 1.3-1 地面非水平时支护结构上的主动土压力近似计算 5 1.3.2 坡顶超载作用下的土压力 1. 弹性理论解 图 1.3-3 线荷载
6、 图 1.3-4 条形荷载 2. 建筑边坡工程技术规范GB50330-2002 的规定（图 1.3-5） （a）线荷载 （b） 条形荷载 图 1.3-5 坡顶超载作用下的土压力 注： L Q-kN/m； L q-kN/m2 6 1.4 建筑基坑支护技术规程JGJ120-99 土压力 建筑基坑支护技术规程JGJ120-99 采用了朗肯土压力理论，并规 定对于碎石土及砂土，采用水土分算；对粘性土及粉土采用水土合算。当 计算基坑底面以下各深度处的基坑外侧主动土压力时，规定竖向自重应力 一律采用基坑底面标高处的数值。 1.4.1 基坑外侧竖向应力（图 1.4-1） （a）自重压力 （b）坡顶均布压力
7、（c）坡顶局部荷载 图 1.4-1 基坑外侧竖向应力 1.4.2 水平荷载（主动土压力） （图 1.4-2） 图 1.4-2 水平荷载计算简图 （1）水土分算（碎石土及砂土） 1） 当计算点位于地下水位以上时： aiikaiajkajk KcKe2= （1.4-1） 2） 当计算点位于地下水位以下时： 7 总应力法： waiwawajwajaiikaiajkajk KhmhzKcKe)()(2+= （1.4-2） ) 2 45(tan 2ik ai K = （1.4-3） 式中 ai K-第i层土的主动土压力系数； ajk -深度 j z处的总竖向应力标准值，由自重压力和附加应 力组成； ik
8、 c、 ik -第i层土的黏聚力标准值、内摩擦角标准值（采用总应 力指标） ； j z-基坑外侧计算点深度； wa h-基坑外侧水位深度； w -水的重力密度； j m-计算参数，当 j z = 05.0 .20 55.02 05.0 55.0 的一般黏性土且不得小于 的砂土、粉土 H c HHKKcHK H c HK p aaa a m 2. 地表均布荷载引起的土压力按下式计算： qKp aq = 3. 主动土压力系数 a K按下式计算： ) 2 45(tan2 = a K 34 0 d-土钉孔径； -土钉锚固体和土之间的 黏结强度； ds F , -土钉局部稳定性安全系 数，取 1.21.
9、4。 3. 土钉配筋 各层土钉在内力作用下应满足下式； ykds, 1 . 1fANF s （3.4-4） 式中 s A-土钉钢筋截面积； yk f-钢筋抗拉强度标准值。 3.4.3 喷射混凝土面层计算 喷射混凝土面层所受的侧向土压力 0 p按下式估算： q ppp+= 010 （3.4-5） 1101 7 . 0) 5 5 . 0 5 . 0(7 . 0pp s p += （3.4-6） 式中 s-土钉水平间距和垂直间距的大值，以 m 为计量单位。 3.4.2 内部稳定性计算（图 3.4-3） 取单位长度（1 列土钉控制的边坡长度）支护进行计算， + + = sin)( sin)/(tans
10、in)/(tancos)()cos/( iii khkkikhkkiiiiiii s QW SRSRQWc F （3.4-7） 式中 Wi、Qi-作用于土条 i 的自重和附加荷载； i-圆弧破坏面切线与水平面的夹角； i-土条 i 的宽度； cj、j-土条 i 破坏面处第 j 层土的黏聚力、内摩擦角； Rk-破坏面上第 k 排土钉的最大抗力； k-第 k 排土钉轴线与该处破坏面切线之间的夹角； Shk-第 k 排土钉的水平间距。 图 3.4-2 土钉长度的确定 35 图 3.4-3 内部稳定 3.4.4 外部稳定性计算（图 3.4-4） 土钉支护的外部整体稳定性分析与重力式挡土墙的稳定分析相同
11、（图 3.4-4） ，可将由土钉加固的整个土体视作重力式挡土墙，分别验算： 1）整个支护沿底面水平滑动(图 3.4-4a)； 2）整个支护绕基坑底角倾复，并验算此时支护底面的地基承载力(图 3.4-4b)； 以上验算可参照建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)中的计算公式， 计算时可近似取墙体背面的土压力为水平作用的朗金主动土压力，取墙体 的宽度等于底部土钉的水平投影长度。抗水平滑动的安全系数应不小于 1.2；抗整体倾复的安全系数应不小于 1.3，且此时的墙体底面最大竖向压 应力不应大于墙底土体作为地基持力层的地基承载力设计值土的 1.2 倍。 3） 整个支护连同外部土体沿深部的圆弧破坏面失稳
12、(图 3.4-4c)， 可参 照前述内部稳定性进行验算， 但此时的可能破坏面在土钉的设置范围以外， 计算时公式中的土钉抗力为零，相应的安全系数要求不变。 3.4.5 构造要求 （1） 土钉钢筋用III级或II级热轧变形钢筋， 直径在1832mm范围内； （2） 土钉孔径在7515Omm之间，注浆强度等级不低于l2MPa，3天不 低于6 MPa； （3） 土钉长度l与基坑深度H之比对非饱和土宜在0.6到1.2的范围 图3.4-4 外部稳定验算 36 内，密实砂土和坚硬粘土中可取低值；对软塑粘性土，l/H比值不应小千 1.0。为了减少支护变形，控制地面开裂，顶部土钉的长度宜适当增加。非 饱和土中的
13、底部土钉长度可适当成少，但不宜小于0.5H；含水量高的黏 性土中的底部土钉长度则不应缩减； （4） 土钉的水平和竖向间距Sh和Sv，宜在1.22.0m的范围内，在饱 和粘性土中可小到l.0m，在干硬粘性土中可超过2.0m；土钉的竖向间距应 与每步开挖深度相对应。沿面层布置的土钉密度不应低于每6m 2一根； （5） 喷混凝土面层的厚度在5015Omm之间，混凝土强度等级不低于 C20，3天不低于lOMPa。喷混凝土面层内应设置钢筋网，钢筋网的钢筋直径 68mm， 网格尺寸15030Omm。 当面层厚度大于12Omm时， 宜设置二层钢筋网。 （6） 土钉钻孔的向下倾角宜在020 0的范围内，当利用
14、重力向孔中注 浆时，倾角不宜小于15 0，当用压力注浆且有可靠排气措施时倾角宜接近水 平。当上层土软弱时，可适当加大下倾角，使土钉插入强度较高的下层土 中。当遇有局部障碍物时，允许调整钻孔位置和方向。 (7) 土钉钢筋与喷混凝土面层的连接采用图3.4-5所示的方法。 可在土 钉端部两侧沿土钉长度方向焊上短段钢筋，并与面层内连接相邻土钉端部 的通长加强筋互相焊接。对于重要的工程或支护面层受有较大侧压时，宜 将土钉做成螺纹端，通过螺母、楔形垫田及方形钢垫板与面层连接。 （8） 土钉支护的喷混凝土面层宜插入基坑底部以下，插入深度不少 千0.2m；在基坑顶部也宜设置宽度为12m的喷混凝土护顶。 （9）
15、 当土质较差，且基坑边坡靠近重要建筑设施需严格控制支护变 形时， 宜在开挖前先沿基坑边缘设置密排的竖向微型桩(图3.4-6)， 其间距 不宜小于lm，深入基坑底部13m。微型桩可用无缝钢管或焊管，直径 4815Omm，管壁上应设置出浆孔。小直径的钢管可分段在不同挖深处用击 打方法置入并注浆；较大直径(大于1OOmm)的钢臂宜采用钻孔置人并注浆， 在距孔底1/3孔深范围内的管壁上设置注浆孔，注浆孔直径10l5mm，间距 4005OOmm。 图3.4-5 土钉与面层的连接 图3.4-6 超前微型桩设置 37 3.5 王步云方法 3.5.1 破裂面假定 破裂面假定见图 3.5-1。主要适用于黄土类粉
16、土、粉质黏土。 3.5.2 土压力 作用于面层上的土压力按下式计算： hKmq 0 = （3.5-1） 式中 q-作用于面层上的土压力； 0 m-工作条件系数。使用期少于 2 年的临时性工程取 1.0；使用 期 2 年以上的工程取 1.20； K-土压力系数。)(5 . 0 0a KKK+=， 0 K、 a K分别表示静止、 主动土压力系数； -土的重力密度； h-土压力作用点至坡顶的距离。 当hH/2时， h取实际值； 当hH/2 时，h 取 0.5H。H 为土坡总垂直高度。 3.5.3 土钉内力 单根土钉支撑范围内面层上的土压力Ei按下式计算： yxii SSqE= （3.5-2） 式中
17、yx SS、-土钉横竖间距。 3.5.4 锚固力极限状态验算 在面层土压力作用下，土钉内部潜在滑裂面后的有效锚固段应具有足 图 3.5-1 破裂面假定 图3.5-2 土压力分布 38 够的界面摩阻力而不被拔出，应满足下式： s i i F E F （3.5-3） 其中 eihi LDF= （3.5-4） 式中 Fs-安全系数，取 1.32.0。临时性工程取小值，永久性工程取 大值； Fi-锚固力； h D-钉孔直径； -界面摩阻力； i Le-有效锚固段长度。 3.5.5 抗拉断裂极限状态 在面层土压力作用下，不使土钉端部产生过量的伸长或屈服，土钉配 筋应满足下式： 5 . 1 4 2 i y
18、b E fd （3.5-5） 式中 db-钢筋直径； fy-钢筋抗拉强度标准值。 3.6 冶金部建筑研究总院方法 3.6.1 土钉抗拉力 土钉抗拉拔力标准值 x T取下述 3 个计算结果的最小值。 fBx DLT= 1 （3.6-1） syx AfT= 2 （3.6-2） gBx dLT= 3 （3.6-3） 式中 dD、-锚固体直径、钢筋直径； B L-土钉伸入破裂面以外约束区内长度； 39 gf 、-土钉锚固圆柱体与土体之间抗剪强度、钢筋与砂浆界面 的黏结强度标准值； ys fA、-钢筋截面积、钢筋抗拉强度标准值。 3.6.2 整体稳定性计算 假定滑裂面为圆弧面，采用条分法计算整体稳定安全
19、系数，安全系数 取 1.21.5。 （1）不考虑土钉作用 + = ii iiiii si W WLc K sin tancos （3.6-4） （2） 考虑土钉作用 + = SW TTSWSLc K ii ijixjjixjiiiii pi sin tan)sin()cos(tancos （3.6-5） 式中 si K-不考虑土钉作用时的安全系数； pi K-考虑土钉作用时的安全系数； ii c、-抗剪强度指标； i L-滑动面弧长； i W-土条重量； xj T-某位置土钉抗拉拔能力标准值； S-计算单元的长度（一般与 x S相同） ； i -滑动面某处切线与水平面之间的夹角； j -某土钉
20、与水平面的夹角。 图 3.6-1 内部整体稳定计算 40 3.7 王长科方法 3.7.1 破裂面假定 破裂面形状如图 3.7-1 所示。 图中H表示基坑深度，表示坡角。 0 z、 0 B、B按下列各式计算： ) 2 45tan( qc zo = (3.7-1) ) 2 45tan()( 0 =zHB (3.7-2) tan 0 H BB= (3.7-3) 式中 c表示坡土粘聚力，表示坡土内摩擦角，表示坡土重力密度，q 表示坡顶均布荷载。 3.7.2 土压力分布 土压力分布模型见图 3.7-2。图中 DC 表示基坑底面，O 点表示土压 力零点，B 点表示倒数第二道土钉位置。B 点以上土压力分布采
21、用朗肯土 压力理论。 土压力强度p按下式计算： 当 1 n zz时 )2( aza KcKp= （3.7-4） 当 1 n zz时 01 0 )2( 1 yzH yzH KcKp n aza n + + = （3.7-5） 图 3.7-1 破裂面 图 3.7-2 土压力分布 41 其中 0 )( 2 )( 0 + = ap apa KK KK c KH q y （3.7-6） 主动土压力系数 ）（ 2 45tan 2 = a K （3.7-7） 被动土压力系数 ) 2 45(tan 2 += p K （3.7-8） 土压力折减系数 cr cr = 90 （3.7-9） 临界坡角与坡高的关系 ）
22、（ Hq c cr + += tan2 1 （3.7-10） 式中 p-水平向主动土压力强度（kPa） ； 0 y-土压力零点埋深（m） ； a K-主动土压力系数； p K-被动土压力系数； z-计算点深度（m） ； z -计算点的竖向有效应力（kPa） ； 1n z - 1 = n zz时的竖向有效应力（kPa） ； -主动土压力强度折减系数； -坡角； cr -临界坡角； H-坡高； q-坡顶均布荷载。 3.7.3 土钉内力 土钉内力按下式计算： cos pSS R yx = （3.7-11） 式中R表示土钉内力（kN） ，SxSy表示土钉控制的坡面垂直面积（m 2） ，表 示土钉和水平
23、面的夹角。 42 3.7.4 土钉长度（图 3.7-3） 土钉长度设计值应满足下式： ef LLL+ （3.7-12） D RK L l e = （3.7-13） 当 0 zz 时 cos 1 ) tan ( 0 += z BLf （3.7-14） 当 0 zz 时 cos 1 ) tan ( 0 0 0 + = z B zH zH Lf （3.7-15） 式中 L-土钉长度设计值； e L-稳定区土钉长度； f L-滑动区土钉长度； D-土钉注浆体直径； -土钉注浆体侧摩阻力标准值； l K-分项系数，取 1.11.3。 3.7.5 土钉选筋 钢筋直径设计值应满足下式： yk b f RK
24、d 4 （3.7-16） 式中 d-钢筋直径设计值； yk f-钢筋抗拉强度标准值； b K-分项系数，取 1.11.3。 3.7.6 连接计算 土钉和面层连接可采用焊接或锚定板螺栓连接，应满足下式： )( ft b t DLRKN （3.7-17） 式中 b t N表示土钉和面层之间拉力设计值； t K表示分项系数， 取 1.11.3。 图 3.7-3 土钉长度计算 43 3.8 工程实例 1 岩土工程条件1 岩土工程条件 1.1 建筑概况1.1 建筑概况 石家庄市*工程位于石家庄市繁华地段，主体为三层地下建筑， 混凝土框架结构， 建筑平面为半圆形， 地上为花园式广场。 基坑深度 16.2m
25、， 周长 326m，围护面积约 5200m 2。 1.2 基坑环境 1.2 基坑环境 工程周边建筑物密集，环境条件复杂。基坑北侧近邻办公楼基水泵房 一座，西侧为街道，南侧为食品城，东侧近邻二层批发商店。基坑环境见 图 1。 -16.2m 大 径 北 街 N 图 1 基坑环境 图 1 基坑环境 1.3 水文地质与工程地质条件 1.3 水文地质与工程地质条件 地下水在地表下 35m 以下，本次支护开挖，可不考虑地下水的影响。 边坡工程地质条件见表 1。 1.4 开挖坡度条件限制 1.4 开挖坡度条件限制 因地处闹市，场地狭窄，西侧只能按 90 0 直立开挖，其它各侧最多可 按 85 0放坡。 44
26、 表 1 坡土设计参数 表 1 坡土设计参数 土名及编号 厚度 /m 重度 /(kN/m 3) 粘聚力c /kPa 内摩擦角 /deg 极 限摩阻力 /kPa 杂填土 0.90 19.0 5 15 20 新近堆积土1.50 19.3 14 20 30 黄土状粉土0.60 18.9 8 24 40 黄土状粉质粘 土 2.80 19.1 16 20 50 粉细砂 2.80 18.5 0 32 40 中砂 1.60 18.5 0 36 60 粗砂 0.70 18.5 0 38 90 粉土 1.30 18.9 10 25 50 粉质粘土 2.00 19.7 16 20 50 中砂 0.80 18.5
27、0 36 65 粉质粘土 5.50 19.7 20 20 50 细砂 0.80 18.5 0 32 50 粉质粘土 10.90 19.4 20 21 50 2 设计方案2 设计方案 设计坡角 90，设 10 道土钉，土钉水平间距 1.5m，竖向间距 1.5m。 梅花型布置。土钉下斜角 10，土钉钻孔直径 100mm，土钉采用热轧级钢 筋。注浆采用水灰比为 0.45 的普硅 425 #净水泥浆。掺入外加剂三乙醇胺 0.05%。面层采用挂6.5200200 钢筋网喷射混凝土，钢筋网搭接长度 200mm。用井子架压在钢筋网片上， 并将井子架与土钉钢筋焊接。土钉之 间用16 钢筋连接作为压筋。喷射混凝
28、土面层厚度 80100mm。 表 2 土钉设计方案 表 2 土钉设计方案 土钉道号 深度/m 土钉 （热轧级钢筋） 直径/mm长度/mm 1 1.80 25 12000 2 3.30 25 12000 3 4.80 25 18000 4 6.30 25 15000 5 7.80 25 12000 6 9.30 22 12000 7 10.80 22 12000 8 12.30 20 9000 9 13.80 20 9000 10 15.30 20 7000 45 图 2 土钉设计方案 3 设计分析3 设计分析 石家庄土钉支护经验表明，采用JGJ120-99 建筑基坑支护技术规程 设计过于保守。
29、为此，对本工程采用的方案用王长科建议的方法并结合 JGJ120-99 建筑基坑支护技术规程 进行综合分析。 3.1 单钉等安全度设计分析 3.1 单钉等安全度设计分析 基坑坡顶荷载统一折合成 20kPa 无限均布荷载。以各道单钉安全系数 相等为原则，用JGJ120-99 规程计算结果见表 3，从结果看与石家庄经 验不符。 用王长科建议的方法计算，其中土压力峰值深度zn-1取 7.8m，计算结 果见图 3、4、5 和表 4。 46 表 3 单钉等安全度设计分析（JGJ120-99 方法） 表 3 单钉等安全度设计分析（JGJ120-99 方法） JGJ120-99 方法 土钉道号 深度/m 内力
30、标准值/kN 计算结果 1 1.80 154.70 128 L14360 2 3.30 158.79 132 L12880 3 4.80 233.84 136 L19980 4 6.30 266.55 136 L20720 5 7.80 268.35 136 L17030 6 9.30 307.16 140 L17170 7 10.80 280.57 140 L18780 8 12.30 706.57 240 L44780 9 13.80 604.15 236 L37870 10 15.30 778.38 240 L49920 图 3 滑裂面 图 3 滑裂面 47 -18 -16 -14 -1
31、2 -10 -8 -6 -4 -2 0 0102030405060 主动土压力/kPa 深度/m 图 4 土压力分布 图 4 土压力分布 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 020406080100120140 土钉内力标准值/kN 深度/m 图 5 土钉内力分布 图 5 土钉内力分布 48 表 4 单钉等安全度设计分析(王长科建议的方法) 表 4 单钉等安全度设计分析(王长科建议的方法) 王长科方法 土钉道号 深度/m 内力标准值/kN 计算结果 1 1.80 15.9 16 L11000 2 3.30 41.4 16 L11500 3 4.80 73.2 2
32、0 L14000 4 6.30 97.9 22 L14500 5 7.80 117.9 25 L12500 6 9.30 86.0 20 L9600 7 10.80 66.3 18 L8500 8 12.30 80.8 20 L8500 9 13.80 62.0 18 L6000 10 15.30 39.2 16 L3500 3.2 群钉共同作用优化设计与安全度估计 3.2 群钉共同作用优化设计与安全度估计 根据以上计算结果，结合石家庄土钉支护经验，对最终选用的设计方 案进行分析，各道土钉安全度计算结果见表 5。方案对比见图 6。 表 5 土钉支护最终设计方案分析 表 5 土钉支护最终设计方案
33、分析 王长科建议的方法 土钉道号 深度/m 最终采用的方案 各道土钉安全系数 分步开挖 稳定安全系数 1 1.80 25 L12000 2.50 2.50 2 3.30 25 L12000 1.29 1.90 3 4.80 25 L18000 1.81 1.87 4 6.30 25 L15000 1.23 1.71 5 7.80 25 L12000 1.03 1.57 6 9.30 22 L12000 1.63 1.58 7 10.80 22 L12000 2.00 1.64 8 12.30 20 L9000 1.25 1.59 9 13.80 20 L9000 1.90 1.63 10 15
34、.30 20 L7000 2.56 1.72 49 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 0102030405060 土钉长度/m 距坡顶垂直距离/m 优化选用 王长科 JGJ120-99 图 6 土钉长度对比图 6 土钉长度对比 4 施工难点和解决方案 4 施工难点和解决方案 4.1 测量控制 4.1 测量控制 该工程进行土钉支护时，基坑大部分都已开挖，中心挖至 8m 深，周边 控制依据只有圆心点及建筑物平面布置图。本建筑物为半圆状，基坑开挖 半径 60.275m，而圆心点在开挖边坡外，且基坑内层次多，高低不平，采 用钢
35、尺量距不精确。土方每开挖一层需检测一次，经纬仪测距又复杂，如 采用钓鱼法进行控制。首先利用全站仪将边坡周围各轴线定位好，面上引 重球至基坑每层底部，土方开挖及人工修坡可按基坑深度及坡比来控制边 坡。边坡控制至基底都达到预计目的，为此还得到业主及监理好评。 4.2 穿越厚砂层 4.2 穿越厚砂层 该工程在-6m位置有5m厚左右砂层。 由于砂层较厚而且边坡坡度陡直， 本砂层大部分为中砂，特别容易坍孔及局部坍塌，这给施工带来了一定的 难度。 考虑到时边坡的整体稳定，砂层开挖时是北段开挖支护，留台开挖。 即开挖每 1015m 为一段，开挖深度为 1.5m，沿边坡予留 0.50.8m 的平 台，先进行人
36、工扩孔，设置土钉，再修坡喷护。支护 1.5m 分三次支护，即 50 人工修坡 50cm 挂网立即喷射砼，以保证边坡的稳定。 对确定的孔位按照设计采用洛阳铲人工造孔， 孔径 10cm,孔深18m 不等。由于人工成孔是一道重要工序，需严格控制成孔的质量，孔内碎、 杂质及泥浆都需清理干净。 在洛阳铲人工成孔过程中，在突破砂层时遇到了一定的困难，砂层在 -6-11m，按照设计，锚杆布置为 12m。洛阳铲在砂层中成孔困难，由于 孔壁自稳时间短， 仅为十几分钟， 在孔深 79m 时就开始塌孔,而且孔深达 不到设计要求。每孔完成至 10m 左右，孔底部就塌成扩孔式，成孔时间约 1 小时。针对此种情况，第一砂
37、层比较松散，易于进展，第二为减少对砂 层的振动，避免塌孔造成不成孔，施工人员在洛阳铲的基础上进行改进加 工。用 3mm 厚钢板卷成10cm 圆筒，长 45cm，两端与洛阳铲相同，在中间 位置将圆筒割成槽形，宽约 7cm，长 20cm，用于出砂。用这种铲在砂层中 成孔，增大了每次铲出土的份量，减少了对砂层的频繁振动，大大提高了 砂层成孔的效率。实践证明，每孔成孔时间 2025 min，而且塌孔较少， 能达到设计深度。唯一缺点是 3mm 厚钢板强度低，成孔数量少，拆装比较 频繁。 4.3 南侧污水管加固 4.3 南侧污水管加固 南侧防水管道铺设完毕，回填土设有夯实，而且距基坑边只有 30cm 部分
38、管道接头漏水。在开挖后不到 1 小时，砼注水管脱落，后采用钢管代 替砼管。为防止钢管及原有砼管影响边坡，特对其进行了加固。 a. 钢管的上下均打入 9m 长锚杆，上下锚杆用钢筋连接，下托上拉， 并用风钻在坡顶水泥地坪打孔，设置地锚，间隔与锚杆相同，用拉筋与锚 杆及钢管连接，确保钢管安全。 b. 砼管部分，措施同上，将地上围墙拆除卸载。 c. 将管道漏水处挖开，采取堵漏措施后暴露，以随时检查。 d. 在污水管部位和观查基底 50cm 范围内采用压力注浆托换饱合土 体，使下部软弱土体变为复合地基，防止渗漏影响，压力注浆时另行打入 4m 深注浆孔，与锚杆孔区别。 4.4 冬季施工4.4 冬季施工 计
39、划工期不过冬季，由于甲方资金不到位以及土方开挖进度缓慢，土 钉支护施工需进行冬季施工，为确保工程质量达到要求，采取以下冬季施 工措施。 a. 在喷射砼量料中加入石家庄市清华新型建材厂生产的 FSS型 砼防冻剂，掺量 4%。 b. 在锚杆注浆中加入 FSS型砼泵送防冻剂， 掺量 3%， 保证锚杆的 早期强度。 c. 在喷射砼后表面先覆盖一层塑料布， 上覆盖草帘子， 保证不出现冻 51 害。 d. 在天气特别寒冷时（白天-5 0C 以下）开挖边坡后及时覆盖草帘子。 5 基坑变形观测结果 5 基坑变形观测结果 该支护工程自 2000 年 8 月 24 日开始， 至 2001 年 5 月 7 日完工，
40、 共完成支 护面积 5435.16m 2。至基坑回填前，运营良好。位移观测表明，坡顶水平位 移平均为 18.4mm，最大为 33.5mm，水平位移控制在坡高的 2.1以内，小 于规范规定的容许值 35 。 4 重力式围护结构 52 5 桩墙式围护结构 5.1 桩墙式围护结构的类型 5.1.1 钢板桩 图 5.1-1 槽刚钢板桩 （a）正反扣结； （b） 并排布置 图 5.1-2 热轧锁口钢板桩 5.1.2 钢筋混凝土板桩 图 5.1-3 打入式钢筋混凝土板桩 5.1.3 H 型钢木板桩 图 5.1-4 H 型钢木板桩 （a） 立面； （b）平面 （1主桩；2挡板；3楔子） 53 5.1.4 钻
41、孔灌注桩 图 5.1-5 灌注桩挡图 图 5.1-6 锚杆式灌注桩挡墙 5.1.5 地下连续墙 5.1.6 SMW 支护结构 图 5.1-6 SMW 支护结构（） 54 5.2 悬臂式围护结构 目前，悬臂式围护结构的计算理论有 4 种： （1）静力平衡法：土压力已知 不考虑培体变形； （2）弹性地基粱法（m 法） ：土压力已知 考虑墙体变形； （3）弹性有限元法：土体为弹性介质 土压力随墙体变位而变化 考 虑墙体变形； （4）非线性有限元法：考虑土体为非线性介质 考虑增体变形。 下面介绍静力平衡法。 5.2.1 入土深度计算 1. 计算原理 根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99，悬臂式围
42、护结构的嵌固 深度宜按下式计算： （对桩端 B 点取矩） 02 . 1 0 aapp EhEh （5.2-1） 式中 0 -基坑重要性系数。 aa hE、-基坑外侧总主动土压力、作用点到 B 点的力臂； pp hE、-基坑内侧总被动土压力、作用点到 B 点的力臂； 2. 工程经验 图 5.2-1 悬臂式围护结构嵌固深度 55 5.2.2 内力计算 运用静力平衡法， 先求出剪力为零的位置， 然后求出该位置处的弯矩。 该位置处的弯矩就是最大弯矩。 内力的设计值按下式计算： c0 25. 1MM= （5.2-2） c0 25. 1VV= （5.2-3） 式中 MM、 c -弯矩计算值、设计值； VV、 c -弯矩计算值、设计值； 0 -基坑重要性系数。 5.2.3 圆截面混凝土桩的配筋计算 1. 沿周边均匀配筋（图 5.2-2） （1） 计算公式 根据混凝土结构设计规范GB50010-2002，沿周边均匀配置不少于 6 根纵向钢筋的圆截面钢筋混凝土桩，其正截面受弯承载力计算公式有两 种形式： 形式一： t ssy 3 c1 sinsinsin 3 2+ +=rAfArfM （5.2-4） 形式二： )sin(sin sin 3 2 tsy 3 c1 s + = rf ArfM A （5.2-5）