【軟土地的基坑支護(hù)整體方案設(shè)計(jì)與計(jì)算10000字（論文）】

一、緒論（一）基坑工程概況基坑工程是巖土工程的主要內(nèi)容，是目前基礎(chǔ)工程中日益普遍的重要環(huán)節(jié)，尤其是大型土木工程，無(wú)一例外地涉及到這一領(lǐng)域。因此，熟練掌握這一專業(yè)設(shè)計(jì)技能，對(duì)于從事相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)的人員來(lái)說(shuō)是非常重要的。根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置目的，一般要求基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)同時(shí)具備三個(gè)方面的作用[1-3]：(1)擋土作用，保證基坑周圍未開(kāi)挖土體的穩(wěn)定，使基坑內(nèi)有一個(gè)開(kāi)闊、安全的空間。(2)控制土體變形，保證基坑相鄰的周圍建筑物和地下管線在基坑內(nèi)結(jié)構(gòu)施工期間不因土體向坑內(nèi)的位移而收到損害。(3)截水作用，保證基坑內(nèi)場(chǎng)地達(dá)到無(wú)水施工作業(yè)條件，不影響周圍水位變動(dòng)。80年代以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，基礎(chǔ)埋深逐步增大，基坑深度也隨之增加，基坑支護(hù)問(wèn)題也變得更加復(fù)雜?；又ёo(hù)是一項(xiàng)綜合性的巖土工程，涉及面廣，不但包括土力學(xué)中的強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)還涉及土及支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用問(wèn)題，并及施工密不可分，所以要求設(shè)計(jì)人員具備結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、地基處理、原位測(cè)試等多學(xué)科知識(shí)。深基坑支護(hù)工程已成為目前工程建設(shè)引人注目的熱點(diǎn)，當(dāng)今深基坑支護(hù)工程具有以下特點(diǎn)[4-5]：(1)建筑趨向高層化，基坑向更深層發(fā)展。(2)基坑開(kāi)挖面積增大，寬度超過(guò)百米，長(zhǎng)度達(dá)到上千米，整體穩(wěn)定性要求更高。(3)在軟弱地層中的深基坑開(kāi)挖易產(chǎn)生較大的位移和沉降，對(duì)周圍環(huán)境可造成較大的影響。(4)深基坑施工運(yùn)行周期長(zhǎng)，對(duì)臨時(shí)性基坑支護(hù)有更高的牢固性要求。(5)深基坑支護(hù)系統(tǒng)不再只是臨時(shí)性支護(hù)結(jié)構(gòu)，而是參及到加固及改善建筑物的基礎(chǔ)和地基作用當(dāng)中。目前，主要采用的基坑支護(hù)類型有：土釘墻支護(hù)、水泥深層攪拌樁支護(hù)、樁錨聯(lián)合支護(hù)、噴錨網(wǎng)支護(hù)、地下連續(xù)墻支護(hù)和內(nèi)支撐支護(hù)等。（二）基坑支護(hù)設(shè)計(jì)原則基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)的總體原則為[6-8]：貫徹執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量。除了應(yīng)滿足工程設(shè)計(jì)要求外，尚應(yīng)做到因地制宜、就地取材、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要求安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性三方面統(tǒng)籌兼顧、同時(shí)滿足。安全性包含兩個(gè)方面，一是支護(hù)結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度滿足，結(jié)果內(nèi)力必須在材料強(qiáng)度容許范圍內(nèi)。二是支護(hù)結(jié)構(gòu)及被支護(hù)體之間的作用是穩(wěn)定的，要求支護(hù)結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力，不產(chǎn)生過(guò)量的變形。經(jīng)濟(jì)性要求在設(shè)計(jì)中通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)和手段，充分把握支護(hù)結(jié)構(gòu)特征，通過(guò)多方案比較，尋求最佳設(shè)計(jì)方案，使支護(hù)結(jié)構(gòu)造價(jià)最低。適用性是指方案在施工中采用適當(dāng)?shù)墓に?、工序，可以使設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)合理，既滿足規(guī)范要求，又不過(guò)量配置材料，也不影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的使用功能。支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)水平變形、地下水的變化對(duì)周圍環(huán)境的水平及豎向變形的影響，對(duì)于安全等級(jí)為Ⅰ級(jí)和周邊環(huán)境變形有限定要求的Ⅱ級(jí)建筑基坑，應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境的重要性、對(duì)變形的適應(yīng)能力及土的性質(zhì)等因素確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形限值[9]。（三）基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的一般規(guī)定在選擇基坑支護(hù)方案前，應(yīng)完成下列工作[10]：(1)搜集詳細(xì)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地基基礎(chǔ)等資料。(2)根據(jù)工程的設(shè)計(jì)要求，確定基坑支護(hù)的目的、范圍和達(dá)到的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。(3)結(jié)合工程情況，了解本地區(qū)基坑支護(hù)經(jīng)驗(yàn)和施工條件以及其他地區(qū)相似場(chǎng)地上同類工程的基坑支護(hù)經(jīng)驗(yàn)和使用情況等。設(shè)計(jì)前應(yīng)認(rèn)真分析地質(zhì)地層條件、周邊環(huán)境及基坑特征，綜合考慮以確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的平面布置及高度位置。根據(jù)地層、荷載、環(huán)境、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件確定支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及截面尺寸，支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)及周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合相應(yīng)規(guī)范、條例的要求。基坑支護(hù)方法的確定按下列步驟進(jìn)行：(1)根據(jù)荷載大小結(jié)合地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、地下水特征、環(huán)境情況和對(duì)臨近建筑的影響等因素，初步選定幾種可供考慮的基坑支護(hù)方案。(2)對(duì)初步選定的基坑支護(hù)方案，分別從原理、適用范圍、效果、材料來(lái)源及耗材、機(jī)具條件、施工進(jìn)度和對(duì)環(huán)境的影響等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和對(duì)比，選擇最佳的基坑支護(hù)方法，必要時(shí)也可選擇兩種或多種基坑支護(hù)措施組成的綜合方法。(3)對(duì)已選定的基坑支護(hù)方法，宜按建筑物安全等級(jí)和場(chǎng)地復(fù)雜程度，在有代表性場(chǎng)地上進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，并進(jìn)行必要的測(cè)試，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)和處理效果，如達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)查找原因并采取補(bǔ)救措施或修改設(shè)計(jì)?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)整體是一個(gè)各部分有著內(nèi)在聯(lián)系的共同作用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮地層的物理力學(xué)性質(zhì)、上部荷載位置、支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型、材質(zhì)、施工方法、環(huán)境影響、造價(jià)及工期等多種因素。（四）基坑支護(hù)類型因基坑作業(yè)易引發(fā)群死群傷，所以在建設(shè)施工中對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)是尤為重要的?；又ёo(hù)的目的與作用有以下幾點(diǎn)[11]：1.保證基坑邊坡穩(wěn)定性，要保證足夠的施工空間。2.保證周圍建筑及設(shè)施不受破壞。3.保證基坑工程施工作業(yè)面在地下水位以上。4.基坑支護(hù)的重要作用是保障施工作業(yè)的安全，也可以理解為就是一種土體安全防護(hù)。基坑支護(hù)主要類型有以下幾個(gè)[12-14]：1.鋼板樁此方法較為簡(jiǎn)單的支護(hù)，成本低，一般用于軟地層，如圖1.1所示。圖1.1鋼板樁結(jié)構(gòu)2.地下連續(xù)墻此種設(shè)計(jì)能夠很有效的提升建筑剛度，并且同時(shí)也能提高建筑的防水性能，此結(jié)構(gòu)一般用于黏土及沙土地區(qū)。如圖1.2所示圖1.2地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)3.柱列式的灌注樁的排樁支護(hù)支護(hù)方式主要分為密排和疏排兩種，此方法一般需要截面較大的鋼筋進(jìn)行澆筑，保證鋼筋混泥土的可靠性，為了方式滲水，一般采用高壓注漿的方式。如圖1.3圖1.3柱列式的灌注樁的排樁支護(hù)4.邊坡開(kāi)挖其適用于場(chǎng)地開(kāi)闊，土質(zhì)較好，周邊無(wú)復(fù)雜地形，無(wú)臨邊建筑物或構(gòu)筑物的的條件下施工。如圖1.4所示圖1.4邊坡開(kāi)挖5.SMW工法樁SMW工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法,即在水泥土樁內(nèi)插入H型鋼等(多數(shù)為H型鋼,亦有插入拉伸式鋼板樁、鋼管等),將承受荷載與防滲擋水結(jié)合起來(lái),使之成為同時(shí)具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻。施工時(shí)基本無(wú)噪聲,對(duì)周圍環(huán)境影響小;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠,凡是適合應(yīng)用水泥土攪拌樁的場(chǎng)合都可使用。如圖1.5所示圖1.5SMW工法樁6.高壓旋噴樁高壓旋噴樁一般是通過(guò)利用高壓將水泥射入土層內(nèi)，形成水泥土，相互搭接形成排樁,用來(lái)?yè)跬梁椭顾Ｈ鐖D1.6所示圖1.6高壓旋噴樁7.鉆孔灌注樁此方法較為環(huán)保，施工無(wú)噪音出現(xiàn)，對(duì)周圍建筑影響較小，一般情況下支護(hù)穩(wěn)定性高、位移變形小，有利于施工縮短工期。如圖1.7所示圖1.7鉆孔灌注樁8．土釘墻.土釘墻與上述支護(hù)作用有所不同，他是起到主動(dòng)嵌固的作用，可以更加能提高邊坡穩(wěn)定性，使得基坑在開(kāi)挖后亦能保持穩(wěn)定。如圖1.8所示圖1.8土釘墻.9.水泥土重力式擋墻其形式一般分為兩種，分別為雙軸或三軸水泥土攪拌樁，攪拌樁可按搭接施工，搭接長(zhǎng)度控制在150mm~200mm，擋墻頂面宜設(shè)置混凝土面板；一般土層條件下，攪拌深度小于16m的應(yīng)優(yōu)先選用造價(jià)更低的雙軸，超過(guò)16m的應(yīng)選用三軸，遇到淤泥等軟弱土層，水泥摻量適當(dāng)提高；結(jié)構(gòu)如圖1.9所示圖1.9水泥土重力式擋墻對(duì)于基坑支護(hù)施工一般應(yīng)遵守以下要求：1.嚴(yán)格按照國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案確定后經(jīng)單位總工程師審批，并報(bào)總監(jiān)理工程師審批，符合規(guī)范及法律法規(guī)要求才能施工。2.深基坑施工必須解決地下水位，一般采用輕型井點(diǎn)抽水，使地下水位降到基坑底1.0m以下，須有專人負(fù)責(zé)24h值班抽水，并應(yīng)做好抽水記錄，當(dāng)采取明溝排水時(shí)，施工期間不得間斷排水，當(dāng)構(gòu)筑物未具備抗浮條件時(shí)，嚴(yán)禁停止排水。3.深基坑土方開(kāi)挖時(shí)，多臺(tái)挖土機(jī)之間間距應(yīng)大于10m，挖土由上而下，逐層進(jìn)行，不得深挖。4.深基坑上下應(yīng)挖好階梯或支撐靠梯，禁止踩踏支撐上下作業(yè)，基坑四周應(yīng)設(shè)置安全欄桿。5.人工吊運(yùn)土方時(shí)應(yīng)檢查起吊工具，工具是否牢靠，吊斗下面不得站人。6.在深基坑邊上側(cè)堆放材料及移動(dòng)施工機(jī)械時(shí)，應(yīng)與挖土邊緣保持一定距離，當(dāng)土質(zhì)良好時(shí)，應(yīng)離開(kāi)0.8m以外，高度不得超過(guò)1.5m。7.雨季施工，坑四周地面水必須設(shè)排水措施，防止雨水及地面水流入深基坑，雨季開(kāi)挖土方應(yīng)在基坑標(biāo)高以上留15~30cm泥土，待天晴后再開(kāi)挖。8.深基坑回填土要四周對(duì)稱回填，不能一邊填滿后延伸，并做好分層夯實(shí)。（五）本章小結(jié)本章首先介紹基坑目前額的發(fā)展概況，以此來(lái)引出本文所研究的內(nèi)容，再介紹基坑支護(hù)設(shè)計(jì)原則和基坑選擇的方式，本文例舉出常見(jiàn)的10大基坑支護(hù)形式及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為本文設(shè)計(jì)基坑支護(hù)選擇做出參考。二、基坑支護(hù)整體方案設(shè)計(jì)（一）工程概況該工程位于某東部沿海城市元江路中心線分布，處于軟土地區(qū)。本工程項(xiàng)目為四棟住宅樓，基坑面積1200m2，基坑周長(zhǎng)30*40m，基坑深4.9m。根據(jù)周圍的施工環(huán)境和本地的土層條件，確定基坑安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，邊坡的安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，進(jìn)而得知基坑的安全等級(jí)的重要性系數(shù)為1.0。（二）場(chǎng)地土層參數(shù)場(chǎng)區(qū)地形較為平坦，工程地質(zhì)條件如下：第一層：素填土，層厚平均為1.1m，下部多為生活垃圾，含有機(jī)質(zhì)，和少量的建筑垃圾，地層下部約有30㎝的素土。第二層：沖填土，可塑，層厚平均為1.5m，含褐色、褐黃色Fe、Mn質(zhì)氧化斑及結(jié)核，向下?tīng)顟B(tài)變軟，粉粘含量增加，局部呈粉質(zhì)粘土。第三層：粉質(zhì)粘土，中密～流塑，層厚平均為0.8m，層狀～薄層狀，砂質(zhì)粉土厚5～20cm，局部呈粉土層狀，淤泥質(zhì)土含量下部較高，逐漸向淤泥質(zhì)粘土過(guò)渡。第四層：粉質(zhì)粘土，中密～流塑，層厚平均為0.5m，層狀～薄層狀，砂質(zhì)粉土厚5～20cm，局部呈粉土層狀，淤泥質(zhì)土含量下部較高，逐漸向淤泥質(zhì)粘土過(guò)渡。第五層：粉質(zhì)粘土、粘土，層厚平均為3.7m。第六層：粉質(zhì)粘土，含有機(jī)質(zhì)及泥質(zhì)結(jié)核，層厚平均為4.9m。第七層：粉質(zhì)粘土～草綠色粉質(zhì)粘土，層厚平均為6.3m，見(jiàn)氧化物斑點(diǎn)及細(xì)小結(jié)核。表1土層物理力學(xué)參數(shù)如下表1土層物理力學(xué)參數(shù)土層厚度（平均值）重度γ粘聚力C內(nèi)摩擦角（m）（KN/m3）(kPa)(°)素填土1.119.5810沖填土1.518.434.514.9粉質(zhì)粘土0.817.826.713.5粘質(zhì)粉土0.518.420.825.6淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土3.717.316.610.4粉質(zhì)粘土4.918.952.415.7粉質(zhì)粘土6.318.538.815.4（三）水文地質(zhì)條件該場(chǎng)地主要地下水類型為潛水，勘察期間測(cè)得場(chǎng)地地下潛水水位如下：初見(jiàn)水位埋深2.20～2.40m，相當(dāng)于標(biāo)高1.82～1.58m。靜止水位埋深1.30～1.50m，相當(dāng)于標(biāo)高2.72～2.48m。本基坑場(chǎng)地為淺水，主要通過(guò)降水進(jìn)行補(bǔ)給，排泄方式主要是蒸發(fā)，水位的高低隨季節(jié)變化而變化，每年的漲降幅度為0.5-1mm之間。（四）支護(hù)方案選擇根據(jù)本工程的地質(zhì)資料可以看出，地層多數(shù)為軟弱的淤泥質(zhì)粘土層。本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)需要考慮以下幾點(diǎn)：A、用于軟土地層，開(kāi)挖深度為5m～11m的基坑。B、排樁支護(hù)的噪音小比較環(huán)保，同時(shí)能夠增大地基剛度，當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行澆筑，對(duì)周邊建筑等有很小的影響。C、樁身質(zhì)量取決于施工工藝及施工技術(shù)水平，施工時(shí)需作排污處理E、排樁加錨桿支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)在于造價(jià)經(jīng)濟(jì)，土方開(kāi)挖及主體結(jié)構(gòu)施工方便。在基坑內(nèi)部施工時(shí)，開(kāi)挖土方與支撐互不干擾，尤其是在不規(guī)則的復(fù)雜施工場(chǎng)所，以錨桿代替擋土橫撐，便于施工。本基坑工程的特點(diǎn)是地基土層以粉質(zhì)粘土為主，周圍建筑物距離基坑距離4.2米，對(duì)變形要求較高，沉降要求較小，水平位移不得大于61mm。因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足上述要求。綜合考察現(xiàn)場(chǎng)的周邊環(huán)境、道路及巖土組合等條件，為盡可能避免基坑開(kāi)挖對(duì)周圍建筑物影響，綜上所述，經(jīng)過(guò)分析最終決定采用排樁加錨桿支護(hù)，其中排樁采用鉆孔灌注樁。三、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算（一）支護(hù)驗(yàn)算1、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)依據(jù)1.《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）-國(guó)標(biāo)。2.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50204）-國(guó)標(biāo)。3.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）-國(guó)標(biāo)。4.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ15-31-2003）-某東部沿海城市標(biāo)準(zhǔn)。5.《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JGJ120-2012）-行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)本工程場(chǎng)地面積較小，勘察布點(diǎn)均布設(shè)置，樁間距1000mm，且該工程對(duì)基坑周邊建筑物影響較大，五個(gè)孔大小一致，采用直剪固結(jié)快剪指標(biāo)水土分算進(jìn)行計(jì)算。灌注樁尺寸：φ600@1000，樁長(zhǎng)（9.9-0.6）=9.3m,嵌固深度暫定為5.0m，基坑開(kāi)挖深度4.9m，計(jì)算時(shí)考慮施工荷載5kPa，及周邊房屋荷載30kPa作為超載。圖2孔土層分布圖3、附加超載P根據(jù)上述描述，本文設(shè)置支護(hù)的大小為φ600@1000，支護(hù)的深度為9.9，基坑挖深為4.9m，最終得到灌注樁在土層里面的示意圖如圖2所示。圖2灌注樁在土層里面的示意圖本次總共涉及1道支撐，支護(hù)中心標(biāo)高為-1.1m,基坑附近存在附加載荷，附加載荷分別為施工荷載5kPa，及周邊房屋荷載30kPa作為超載，基坑與支護(hù)和土層示意圖如圖3所示。圖3基坑與支護(hù)和土層示意圖上圖中h=0.5m，x=0.6m，s=45deg,這是開(kāi)挖時(shí)需要的施工所需參數(shù)，表2給出了施工載荷和周邊房屋載荷的邊界及載荷大小。表2外加載荷的邊界及載荷大小。編號(hào)P(kPa或kN/m)a(m)b(m)c150.7202306300.54、水平載荷根據(jù)超載下水土壓力計(jì)算方法，由朗肯土壓力計(jì)算理論可以計(jì)算出土作用下的側(cè)向壓力，假設(shè)忽略支護(hù)樁和土之間的摩擦，地下水上部土體不考慮水的作用，水平載荷計(jì)算依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ120-2012》。對(duì)于地下水位上部土體，可根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：其中：ci、土粘聚力和內(nèi)摩擦角；kai、kpi土的壓力系數(shù)；σak、σpk土中豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa），按照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ120-2012》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；pak主動(dòng)土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；若pak<0,則取0對(duì)于水土分算的土層，按照如下公式計(jì)算：其中、為計(jì)算點(diǎn)的水壓力，按照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ120-2012》執(zhí)行。對(duì)于靜止地下水，按照如下公式計(jì)算：其中：為地下水重度。為基坑外側(cè)地下水位至主動(dòng)土壓力強(qiáng)度計(jì)算點(diǎn)的垂直距離（m）；為基坑地下水位至被動(dòng)土壓力強(qiáng)度計(jì)算點(diǎn)的垂直距離（m）；土的豎根據(jù)表1給出的土的物理參數(shù)，最終計(jì)算得出各土的壓力系數(shù)表，如表3所示。表3各土層壓力系數(shù)表（主動(dòng)和被動(dòng)）土層厚度（m）（1）-11.10.700.841.421.20（1）-21.50.590.771.691.3（2）-10.80.620.791.611.27（2）-20.50.400.632.521.59（3）3.70.680.831.461.21（4）-11.90.570.761.741.32（4）-26.30.580.761.721.31本計(jì)算取地下水深為0.9m，=10kN/m3；地面超載取q=0KN/m2；基坑重要性系數(shù)γ0=1.00。帶入公式，最終得到各主動(dòng)土層的壓力分布載荷如表4所示。表4各主動(dòng)土層的壓力分布載荷土層厚度（平均值）（m）(kPa)(kPa)素填土0-0.9（無(wú)地下水）0.5612.8450.9-1.1（有地下水）/16.175沖填土1.5-27.85-5.42粉質(zhì)粘土0.87.08518.95粘質(zhì)粉土0.522.10828.788淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土3.744.94100.304粉質(zhì)粘土4.912.21526.78粉質(zhì)粘土6.3//計(jì)算得到各主動(dòng)土層的壓力載荷合力及作用點(diǎn)如表5所示。土層厚度（平均值）土壓力荷載合壓力載荷合力作用點(diǎn)位置作用點(diǎn)（距離頂部）（m）(KN)(m)素填土0-0.9（無(wú)地下水）60.590.9-1.1（有地下水）2.91沖填土1.5-24.951.68粉質(zhì)粘土0.8293.7883.06粘質(zhì)粉土0.512.7243.66淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土3.7268.75.99粉質(zhì)粘土4.9189.4總的土壓及位置/293.7888.34同理也可以得到被動(dòng)土的壓力分荷載、壓力水平荷載合力及作用點(diǎn)。最終繪制各載荷分布圖如圖4所示。圖4載荷分布圖5、支點(diǎn)力計(jì)算1.彎矩零點(diǎn)位置基坑底面下的支護(hù)最下端為彎矩零點(diǎn)位置，此位置距離基坑底面距離為，則根據(jù)：最終得到：2.計(jì)算支點(diǎn)力設(shè)定彎矩零點(diǎn)位于第五層圖內(nèi)：則距離基坑開(kāi)挖面5.34m，計(jì)算支點(diǎn)力：則合力為：作用點(diǎn)距離設(shè)定彎矩零點(diǎn)的距離計(jì)算：設(shè)定彎矩零點(diǎn)位置以上基坑內(nèi)側(cè)各土層水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值的：水平抗力作用點(diǎn)離設(shè)定彎矩零點(diǎn)的距離：設(shè)定錨桿插于離地面1.5m的位置處，則彎矩零點(diǎn)為所以支點(diǎn)力為根據(jù)上述力和力矩的計(jì)算，最終得到巖土的包絡(luò)圖如圖5所示。圖5包絡(luò)圖6、樁身彎矩計(jì)算以上已算得可以知道剪力為零的點(diǎn)在基坑底上部的主動(dòng)土壓力層中，且在第五層土中。所以設(shè)剪力為零的點(diǎn)在3.7m以下，令，為基坑頂?shù)郊袅榱愕狞c(diǎn)的距離.則有：剪力為零的土壓力：則此層的土壓力因?yàn)榫嗷禹敒樘幍募袅榱悖瑒t有：得則由于最大彎矩點(diǎn)即為剪力零點(diǎn)，即最大彎矩可表示為：7、配筋計(jì)算本文設(shè)計(jì)的支護(hù)為600@1000，可轉(zhuǎn)化為的矩形梁等效配筋，本文采用的是C25混泥土，鋼筋選用Ⅱ級(jí)，最終通過(guò)等級(jí)查表可得到：其中：、、分別是混泥土軸向破壞強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和混泥土軸向抗拉破壞強(qiáng)度值。計(jì)算系數(shù)可知：最終得到：根據(jù)上述計(jì)算，本文選取的16的配筋，箍筋選用8的螺旋箍。（二）地基承載力驗(yàn)算根據(jù)普朗得爾（prandtle）地基極限承載力公式計(jì)算，設(shè)定樁底的平面為基準(zhǔn)面，如圖6所示：圖6地基承載示意圖得到維護(hù)樁底地基承載的安全系數(shù)：最終得到：則得到設(shè)計(jì)滿足要求。（三）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算整體穩(wěn)定性驗(yàn)算方法由很多，本文采用的是圓弧滑動(dòng)條分法進(jìn)行驗(yàn)算，采用此方法時(shí)，整體穩(wěn)定性應(yīng)當(dāng)符合如下公式：其中：安全系數(shù)，1.35、1.3、1.25分別為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)的下限。、為圖的粘聚力和摩擦角等參數(shù)。普朗得爾（prandtle）地基極限承載力公式圓弧滑動(dòng)條分法整體穩(wěn)定性驗(yàn)算如圖7所示。圖7整體穩(wěn)定性驗(yàn)算根據(jù)公式，最終得到根據(jù)要求可知，整體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)滿足要求。（四）本章小結(jié)本章首先對(duì)工作基坑支護(hù)方式進(jìn)行調(diào)研，最終選取排樁加錨桿支護(hù)，其中排樁采用鉆孔灌注樁。然后進(jìn)行土水平載荷、支點(diǎn)力、支點(diǎn)彎矩等進(jìn)行計(jì)算，在這個(gè)基礎(chǔ)上并對(duì)配筋進(jìn)行選取，本文選取的是16的配筋，箍筋選用8的螺旋箍。分別采用普朗得爾（prandtle）地基極限承載力公式和圓弧滑動(dòng)條分法驗(yàn)證本文基坑設(shè)計(jì)的承載力和整體穩(wěn)定性，根據(jù)驗(yàn)算滿足設(shè)計(jì)要求。四、有限元計(jì)算及校核（一）有限元建模1、模型簡(jiǎn)化及其裝配在abaqus軟件中，直接進(jìn)行建模，本文采用的是二維建模方式，其中樁采用的是梁?jiǎn)卧`行建模，最終在ABAQUS軟件中對(duì)模型進(jìn)裝配，得到裝配圖，如圖4.1所示，文采用的單位為m、Pa、T、N、S。圖4.1裝配圖2、材料參數(shù)設(shè)置及分析步材料參數(shù)的正確與否對(duì)分析結(jié)果有很大的影響。本文土體分為六層，每層的土壤類型和尺寸如表4.1所示。層號(hào)地層名稱層厚(m)重度KN/m3粘聚力KPa內(nèi)摩擦角（o）壓縮系數(shù)MPa-1壓縮模量MPa滲透系數(shù)（cm/s）地基承載力（Kpa）①雜填土2.1②粘質(zhì)粉土1.218.420190.494.043.0×10-4130③砂質(zhì)粉土與淤泥質(zhì)粘土互層6.017.81418.50.643.476.2×10-490④淤泥質(zhì)粘土7.817.116101.272.013.3×10-760⑤粘土3.017.2169.50.882.623.0×10-7150⑥粉質(zhì)粘土5.419.443200.247.404.2×10-6155支護(hù)采用混泥土C25,彈性模量為28Gpa,泊松比為0.3，材料的密度為2.5g/cm3，材料參數(shù)如表3.2所示。表1C25#材料屬性材料名稱密度/g/m3楊氏模量/MPa泊松比C252.5280000.3本文分為8個(gè)分析步，第一步進(jìn)行地應(yīng)力平衡；第二步進(jìn)行支護(hù)添加;第三步到第八步開(kāi)始分層開(kāi)挖圖層。分析步如圖4.2所示。圖4.2分析步設(shè)置3、地應(yīng)力平衡方法及本文選擇在巖土工程數(shù)值分析中，首先要對(duì)模型進(jìn)行初始地應(yīng)力平衡計(jì)算。ABAQUS有限元軟件有五種初始地應(yīng)力平衡方法：①自動(dòng)平衡法；②關(guān)鍵字定義初始地應(yīng)力法（或在界面操作）；③ODB導(dǎo)入法；④初始應(yīng)力提取法；⑤用戶子程序SIGNI法。由于第五種方法需要一定的編程基礎(chǔ)，操作起來(lái)太復(fù)雜不易掌握，故本文只講解較為實(shí)用的前四種平衡方法。地應(yīng)力平衡的目標(biāo)：使土層在自重作用下的變形很小不存在初始位移，只存在初始應(yīng)力。一般情況下，最大位移達(dá)到10-4次冪以下就可以了。本文選取的是ODB導(dǎo)入法，此方法較為簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)。4、生死單元的應(yīng)用及支護(hù)與土層耦合生死單元用途廣泛，可以實(shí)現(xiàn)在指定的分析步中移除指定區(qū)域單元，同樣也可以在之后的分析步中將移除的單元重新激活。生死單元在CAE界面實(shí)現(xiàn)方法為：

createinteraction》選擇需要移除或者激活的分析步

step并選擇modelchange。如圖4.3所示中選擇step-3使用

modelchange。當(dāng)開(kāi)挖每層土?xí)r候，即可采用生死單元進(jìn)行殺死，進(jìn)而模擬每層土的開(kāi)挖。圖4.3生死單元設(shè)置為了簡(jiǎn)化處理，本文將支護(hù)之間采用的是Tie綁定約束，此方法可以有效的處理支護(hù)與土之間的接觸行為。5、界及網(wǎng)格劃分約束土體的左右水平自由度，約束下地面的全部自由度，如圖4..4所示。圖4.4邊界設(shè)置本文在經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，最終選取的單元為結(jié)構(gòu)里面提單元CPE4R，單元的總體尺寸為0.3，局部進(jìn)行加密處理，網(wǎng)格劃分如圖4.5所示。單元總數(shù)為55778，總結(jié)點(diǎn)數(shù)為56344。圖4.5網(wǎng)格劃分（二）地應(yīng)力平衡計(jì)算結(jié)果地應(yīng)力是一種初始的存在于地殼中的天然應(yīng)力，在巖土力學(xué)中，地應(yīng)力必須予以平衡，本文采用地應(yīng)力平衡方法為odb導(dǎo)入方法，這種方法使用之前計(jì)算過(guò)得Gravity結(jié)果文件，定義初始應(yīng)力時(shí)直接指定od文件，方法簡(jiǎn)單且有效。圖4.6和圖4.7為未平衡地應(yīng)力時(shí)的Z方向應(yīng)力云圖和位移云圖。圖4.6未平衡地應(yīng)力應(yīng)力云圖圖4.7未平衡地應(yīng)力位移云圖根據(jù)上圖可知，當(dāng)不平衡地應(yīng)力時(shí)，土體會(huì)出現(xiàn)一定的位移，這個(gè)位移會(huì)隨著建立土體大小規(guī)模的變化而變化。圖4.8和圖4.9為平衡地應(yīng)力時(shí)的Z方向應(yīng)力云圖和位移云圖。圖4.8平衡地應(yīng)力應(yīng)力云圖圖4.9平衡地應(yīng)力應(yīng)力云圖對(duì)比圖4.6和圖4.8可知，平衡地應(yīng)力與否對(duì)模型的應(yīng)力基本不發(fā)生變化。對(duì)比圖4.7和圖4.9可知，平衡后的土體初始位移基本位0，從地應(yīng)力平衡前后土體位移精度的比較可知，本文采用的地應(yīng)力平衡方法適用可行。（三）開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)位移及應(yīng)力云圖變化在開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)的水平位移變化如圖4.10所示。開(kāi)挖第一層土開(kāi)挖第二層土開(kāi)挖第三層土開(kāi)挖第四層土開(kāi)挖第五層土開(kāi)挖第六層土圖4.10開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)水平位移隨挖深的變化根據(jù)上述計(jì)算可以看出，在開(kāi)挖過(guò)程中，支護(hù)的水平位移是隨著開(kāi)挖深度的變化而變化，當(dāng)開(kāi)挖深度為4.9m時(shí)，水平位移最大值為0.0217m。水平位移的趨勢(shì)不隨開(kāi)挖深度的變化而變化，水平位移最大值都發(fā)生在支護(hù)的頂端，未隨開(kāi)挖深度變化而變化。在開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)的應(yīng)力變化如圖4.11所示。開(kāi)挖第一層土開(kāi)挖第二層土開(kāi)挖第三層土開(kāi)挖第四層土開(kāi)挖第五層土開(kāi)挖第六層土圖4.11開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)水平應(yīng)力隨挖深的變化根據(jù)上述計(jì)算可以看出，在開(kāi)挖過(guò)程中，支護(hù)的水平應(yīng)力是隨著開(kāi)挖深度的變化而變化，當(dāng)開(kāi)挖深度為4.9m時(shí)，水平應(yīng)力不是開(kāi)挖過(guò)程中的最大值，，水平應(yīng)力的趨勢(shì)不隨開(kāi)挖深度的變化而變化，水平應(yīng)力最大值都發(fā)生在本次開(kāi)挖的這一層。（四）開(kāi)挖過(guò)程中土體位移及應(yīng)力云圖變化在開(kāi)挖過(guò)程中土體的位移變化如圖4.12所示。開(kāi)挖第一層開(kāi)挖第二層開(kāi)挖第三層開(kāi)挖第四層開(kāi)挖第五層開(kāi)挖第六層圖4.12開(kāi)挖過(guò)程中土體的位移變化根據(jù)上述計(jì)算可以看出，在開(kāi)挖過(guò)程中，土體的位移是隨著開(kāi)挖深度的變化而變化，當(dāng)開(kāi)挖深度為4.9m時(shí)，水平位移最大值為0.1222m。土體位移變化的趨勢(shì)不隨開(kāi)挖深度的變化而變化，土體位移最大值都發(fā)生在開(kāi)挖層的中間，位置不隨開(kāi)挖深度變化而變化。在開(kāi)挖過(guò)程中土體的應(yīng)力變化如圖4.12所示。開(kāi)挖第一層開(kāi)挖第二層開(kāi)挖第三層開(kāi)挖第四層開(kāi)挖第五層開(kāi)挖第六層根據(jù)上述計(jì)算可以看出，在開(kāi)挖過(guò)程中，土體的最大應(yīng)力值一定發(fā)生在土體的最下端，這是由于地應(yīng)力存在的原因，且最大值與建模土體的大小有關(guān)，建模尺寸越大，則應(yīng)力最大值越大。在支護(hù)附近，我們可以看出，當(dāng)開(kāi)挖深度較淺時(shí)，則開(kāi)挖位置處的應(yīng)力較小，但是隨開(kāi)挖深度增大，則開(kāi)挖土層根部就會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中，這是由于此處發(fā)生了擠壓行為而導(dǎo)致應(yīng)力的集中。（五）本章小結(jié)本章主要是對(duì)開(kāi)挖過(guò)程模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，首先平衡地應(yīng)力，本文采用的是ODB導(dǎo)入的方法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，平衡地應(yīng)力與否對(duì)模型的應(yīng)力基本不發(fā)生變化。但是平衡后的土體初始位移小了很多，從地應(yīng)力平衡前后土體位移精度的比較可知，本文采用的地應(yīng)力平衡方法適用可行。其次對(duì)開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行分析，土體在開(kāi)挖過(guò)程中最大位移發(fā)生在挖土的中間，且位移隨開(kāi)挖深度的加深而變大，土體的最大應(yīng)力是跟土體建模大小有關(guān)，建模尺寸越大則最大力越大，這是由于地應(yīng)力存在的原因，在支護(hù)附近，我們可以看出，當(dāng)開(kāi)挖深度較淺時(shí)，則開(kāi)挖位置處的應(yīng)力較小，但是隨開(kāi)挖深度增大，則開(kāi)挖土層根部就會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中，這是由于此處發(fā)生了擠壓行為而導(dǎo)致應(yīng)力的集中。五、總結(jié)與展望本文的基坑屬于深基坑開(kāi)挖，設(shè)計(jì)支護(hù)難度大，選擇合適的支護(hù)較為重要，本文首先對(duì)工作基坑支護(hù)方式進(jìn)行調(diào)研，最終選取排樁加錨桿支護(hù)，其中排樁采用鉆孔灌注樁。然后進(jìn)行土水平載荷、支點(diǎn)力、支點(diǎn)彎矩等進(jìn)行計(jì)算，在這個(gè)基礎(chǔ)上并對(duì)配筋進(jìn)行選取，本文選取的是16的配筋，箍筋選用8的螺旋箍。分別采用普朗得爾（prandtle）地基極限承載力公式和圓弧滑動(dòng)條分法驗(yàn)證本文基坑設(shè)計(jì)的承載力和整體穩(wěn)定性，根據(jù)驗(yàn)算滿足設(shè)計(jì)要求。基于abaqus有限元軟件，建立基坑開(kāi)挖模型，對(duì)基坑開(kāi)挖進(jìn)行過(guò)程進(jìn)行有限元建模，以期驗(yàn)證本文支護(hù)設(shè)計(jì)的合理性，根據(jù)有限元計(jì)算可知，本文設(shè)計(jì)的支護(hù)模型在基坑開(kāi)挖過(guò)程中滿足設(shè)計(jì)要求。證明本文設(shè)計(jì)是可行的。由于時(shí)間有限，本文研究?jī)?nèi)容具有一定的局限性：1模型并未考慮基坑開(kāi)挖過(guò)程中，相鄰支護(hù)之間的相互影響；2模型未考慮地下水，考慮地下水模型可以改善模型，使得模型更加符合工程實(shí)際。