支護結(jié)構(gòu)計算

6-2-6支護結(jié)構(gòu)計算

6-2-6-1排樁與地下連續(xù)墻計算

對于較深的基坑，排樁，地下連續(xù)墻圍護墻應(yīng)用最多，其承受的荷載比較復(fù)雜,

一般應(yīng)考慮下述荷載：土壓力，水壓力，地面超載，影響范圍內(nèi)的地面上建筑物和構(gòu)

筑物荷載，施工荷載，鄰近基礎(chǔ)工程施工的影響（如打樁,基坑土方開挖，降水et.）.

作為主體結(jié)構(gòu)一部分時，應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載及地震作用，需要時應(yīng)結(jié)合工

程經(jīng)驗考慮溫度變化影響和混凝土收縮，徐變引起的作用以及時空效應(yīng).排樁和地

下連續(xù)墻支護結(jié)構(gòu)的破壞,包括強度破壞，變形過大和穩(wěn)定性破壞（圖6-65）.其強

度破壞或變形過大包括：

圖6-65排樁和地下連續(xù)墻支護結(jié)構(gòu)的破壞形式

（a）拉錨破壞或支撐壓曲；（b）底部走動；（c）平面變形過大或彎曲破壞;

（d）墻后土體整體滑動失穩(wěn)；（e）坑底隆起；（f）管涌

（1）拉錨破壞或支撐壓曲：過多地增加了地面荷載引起的附加荷載,或土壓

力過大，計算有誤,引起拉桿斷裂，或錨固部分失效，腰梁（圍擦）破壞，或內(nèi)部支撐

斷面過小受壓失穩(wěn).為此需計算拉錨承受的拉力或支撐荷載，正確選擇其截面或錨

固體.

（2）支護墻底部走動：當(dāng)支護墻底部嵌固深度不夠，或由于挖土超深,水的沖

刷et.原因都可能產(chǎn)生這種破壞.為此需正確計算支護結(jié)構(gòu)的入土深度.

（3）支護墻的平面變形過大或彎曲破壞：支護墻的截面過小,對土壓力估算

不準(zhǔn)確，墻后增加大量地面荷載或挖土超深et.都可能引起這種破壞.

平面變形過大會引起墻后地面過大的沉降，亦會給周圍附近的建（構(gòu)）筑物,

道路，管線et.造成損害.

排樁和地下連續(xù)墻支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性破壞包括：

（1）墻后土體整體滑動失穩(wěn)：如拉錨的長度不夠,軟粘土發(fā)生圓弧滑動，會引

起支護結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn).

（2）坑底隆起：在軟粘土地區(qū)，如挖土深度大，嵌固深度不夠,可能由于挖土

處卸載過多，在墻后土重及地面荷載作用下引起坑底隆起.對挖土深度大的深坑需

進行這方面的驗算，必要時需對坑底土進行加固處理或增大擋墻的入土深度.

（3）管涌：在砂性土地區(qū)，當(dāng)?shù)叵滤惠^高,坑深很大和擋墻嵌固深度不夠時,

挖土后在水頭差產(chǎn)生的動水壓力作用下，地下水會繞過支護墻連同砂土一同涌入

基坑.

1.嵌固深度計算

排樁,地下連續(xù)墻嵌固深度設(shè)計值，按下列規(guī)定計算：

（1）懸臂式支護結(jié)構(gòu)圍護墻的嵌固深度計算

懸臂式支護結(jié)構(gòu)圍護墻的嵌固深度設(shè)計值加（圖6-66），宜按下式確定：

/2pSEpj-1.2YoAaSEai^O（6-37）

式中2品一一樁,墻底以上基坑內(nèi)側(cè)各土層水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值epjk（按式（6-32）,

式（6-36）計算）的合力之和；

每一一合力2曲作用點至樁,墻底的距離；

2一一樁,墻底以上基坑外側(cè)各土層水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值eaik的合力之和；

ha一一合力作用點至樁,墻底的距離.

圖6-66懸臂式支護結(jié)構(gòu)圍護墻嵌固深度計算簡圖

（2）單層支點支護結(jié)構(gòu)圍護支點力及墻嵌固深度計算

單層支點支護結(jié)構(gòu)圍護墻的支點力（圖6-67）及嵌固深度設(shè)計值加（圖6-68）

宜按下式計算：

圖6-67單層支點支護結(jié)構(gòu)支點力計算簡圖

圖6-68單層支點支護結(jié)構(gòu)圍護墻嵌固深度計算簡圖

1）基坑底面以下，支護結(jié)構(gòu)設(shè)定彎矩零點位置至基坑底面的距離垢,按下式

確定：

ealk=6plk（6-38）

2）支點力為按下式計算：

halEEac一九p/EEpc

1QI=""

hTl+hcl（6-39）

式中Calk----水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

Cplk----水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值；

出一一合力2瓦。作用點至設(shè)定彎矩零點的距離；

2Eac一—設(shè)定彎矩零點位置以上基坑外側(cè)各土層水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值的合力；

ZEpc——設(shè)定彎矩零點位置以上基坑內(nèi)側(cè)各土層水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值的合力；

/Ipl——合力ZEpe作用點至設(shè)定彎矩零點的距離；

/2TI一一支點至基坑底面的距離；

加一一基坑底面至設(shè)定彎矩零點位置的距離.

3）圍護墻嵌固深度設(shè)計值包,按下式計算：

hpSEPj+Tci（hTl+/id）-1.2y0haSEai（6-40）

（3）多層支點支護結(jié)構(gòu)圍護墻嵌固深度計算

多層支點支護結(jié)構(gòu)圍護墻的嵌固深度設(shè)計值E按整體穩(wěn)定條件采用圓弧滑

動簡單條分法計算（圖6-69）：

圖6-69多層支點支護結(jié)構(gòu)圍護墻嵌固深度計算簡圖

+2（＜70加+皿）cos&tgpk-7kW（q（）6i+皿）sin&20（6-41）

式中Cik,（pik——最危險滑動面上第i土條滑動面上土的固結(jié)不排水（快）剪粘聚

力，內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值；

1\----第i土條的弧長；

歷——第i土條的寬度；

Yk——整體穩(wěn)定分項系數(shù)，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗確定，當(dāng)無經(jīng)驗時可取1.3；

Wi——作用于滑裂面上第i土條的重量，按上覆土層的天然土重計算；

9i一一第i土條弧線中點切線與水平線夾角.

當(dāng)嵌固深度下部存在軟弱土層時，應(yīng)繼續(xù)驗算軟下臥層的整體穩(wěn)定性.

對于均質(zhì)粘性土及地下水以上的粉土或砂類土，嵌固深度計算值加，可按下式

確定：

ho=noh(6-42)

式中〃o——嵌固深度系數(shù)，當(dāng)Yk取1.3時,根據(jù)三軸試驗（當(dāng)有可靠經(jīng)驗時,可采用

直接剪切試驗）確定土層固結(jié)（不排水）快剪內(nèi)摩擦角（pk及粘聚

力系數(shù)6=a/次查表6-68取值.

圍護墻的嵌固深度設(shè)計值，則為

/w=1.1/zo（6-43）

嵌固深度系數(shù)no值（地面超載卯=0）表6-68

:

7.510.012.515.017.520.020.525.027.530.032.535.037.540.042.5

0.003.182.241.691.281.050.800.670.550.400.310.260.250.15<0.1

0.022.872.031.511.150.900.720.580.440.360.260.190.14<0.1

0.42.541.741.291.010.740.600.470.360.240.190.13<0.1

0.062.191.541.110.810.630.480.360.270.170.12<0.1

0.081.891.280.940.690.510.350.260.15<0,1<0.1

0.101.571.050.740.520.350.250.13<0.1

0.121.220.810.540.360.22<0.1<0,1

0.140.950.550.350.24<0.1

0.160.680.350.24<0,1

0.180.340.24<0.1

0.200.24<0.1

0.22<0.1

當(dāng)嵌固深度下部存在軟弱土層時，尚應(yīng)繼續(xù)驗算下臥層的整體穩(wěn)定性.

當(dāng)按上述方法計算確定的懸臂式及單層支點支護結(jié)構(gòu)圍護墻的嵌固深度設(shè)

計值/?d<0.3/i時，宜取Ad=0.3/1；多層支點支護結(jié)構(gòu)圍護墻的嵌固深度設(shè)計值/w

<0.2//時，宜取/?d=0.2/z.

當(dāng)基坑底為碎石土及砂土,基坑內(nèi)排水且作用有滲透水壓力時，側(cè)向截水的排

樁，地下連續(xù)墻圍護墻除應(yīng)滿足上述計算外，其嵌固深度設(shè)計值尚應(yīng)按下式抗?jié)B透

穩(wěn)定條件確定(圖6-70)：

圖6-70抗?jié)B透穩(wěn)定計算簡圖

例21.20丫0(h-hC(6-44)

2.內(nèi)力與變形計算

支護結(jié)構(gòu)圍護墻和支撐體系的內(nèi)力和變形的計算，要根據(jù)基坑開挖和地下結(jié)

構(gòu)的施工過程，分別按不同的工況進行計算，從中找出最大的內(nèi)力和變形值，供設(shè)

計圍護墻和支撐體系之用.如圖6-71所示之基坑支護結(jié)構(gòu)的支撐方案和地下結(jié)構(gòu)

布置情況，在計算圍護墻,支撐的內(nèi)力和變形時，則需計算下述各工況：第一次挖土

至第一層混凝土支撐之底面(如開槽澆筑第一層支撐，則可挖土至第一層支撐頂

面)，此工況圍護墻為一懸臂的圍護墻；待第一層支撐形成并達到設(shè)計規(guī)定的強

度后，第二次挖土至第二層混凝土支撐之底面，此工況圍護墻存在一層支撐；待第

二層支撐形成并達到設(shè)計規(guī)定強度后，第三次挖土則至坑底設(shè)計標(biāo)高；待底板(承

臺)澆筑后并達到設(shè)計規(guī)定強度后，進行換撐,即在底板頂面澆筑混凝土帶形成支

撐點,同時拆去第二層支撐，以便支設(shè)模板澆筑-2層的墻板和頂樓板；待-2層的墻

板和頂樓板澆筑并達到設(shè)計規(guī)定強度后，再進行換撐，即在-2層頂樓板處加設(shè)支撐

(一般澆筑間斷的混凝土帶)形成支撐點,同時拆去第一層支撐，以便支設(shè)模板繼

續(xù)向上澆筑地下室墻板和樓板.為此，圖6-71(a)所示之支護結(jié)構(gòu)圍護墻,則需按

圖6-71(b)~(f)五種工況分別進行計算其內(nèi)力和變形.

圖6-71圍護墻計算工況示意圖

（a）內(nèi)支撐和地下結(jié)構(gòu)布置；（b）挖土至第一層支撐底標(biāo)高；（c）

加設(shè)第一層支撐，繼續(xù)挖土至第二層支撐底標(biāo)高；（d）加設(shè)第二層

支撐,繼續(xù)挖土至坑底設(shè)計標(biāo)高；（e）進行換撐，在底板頂面形成支

撐，同時拆去第二層支撐；（f）再進行換撐，在地下室樓板處再形成

支撐,同時拆去第一層支撐

支護結(jié)構(gòu)圍護墻的內(nèi)力和變形的計算方法很多，過去對簡單的,坑不深的支護

結(jié)構(gòu)可用et.值梁法，彈性曲線法et.進行近似的計算.近年來有很大改進，多用豎向

彈性地基梁基床系數(shù)法，以有限元方法利用計算程序以電子計算機進行計算，計算

迅速，較準(zhǔn)確而且輸出結(jié)果形象，多以圖形表示，可形象的表示出各工況的彎矩，剪

力值及變形情況.近來，為反映基坑施工時的空間效應(yīng)和時間效應(yīng),又在研究和改

進三維的計算程序，期望計算結(jié)果更加貼近實際情況，更加精確.

下面介紹《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）中推薦的彈性支點法：

彈性支點法的計算簡圖如圖6-72所示.圍護墻外側(cè)承受土壓力，附加荷載et.

產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值emk；圍護墻內(nèi)側(cè)的支點化作支承彈簧，以支撐體系水平剛

度系數(shù)表示；圍護墻坑底以下的被動側(cè)的水平抗力,以水平抗力剛度系數(shù)表示.

圖6-72彈性支點法的計算簡圖

支護結(jié)構(gòu)圍護墻在外力作用下的撓曲方程如下所示：

EI粵-e?6=0(0<zh)(6-45)

aZeikSn

EI粵+mb()(z-hn)y-eafk?%=0(z>hn)(6-46)

aZ

支點處的邊界條件按下式確定：

7j=A：Tj(y—yoj)+7bj(6-47)

式中EI——結(jié)構(gòu)計算寬度內(nèi)的抗彎剛度；

m一—地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)；

bo一一抗力計算寬度，地下連續(xù)墻取單位寬度；排樁結(jié)構(gòu)，對圓形樁取b0=

0.9(1.5J+0.5)(d為樁直徑)，對方形樁取氏=1.56+0.5"為方

樁邊長)，如計算的抗力計算寬度大于排樁間距時，應(yīng)取排樁間距；

z——支護結(jié)構(gòu)頂部至計算點的距離；

hn---第n工況基坑開挖深度；

y——計算點處的水平變形；

從一一荷載計算寬度，排樁取樁中心距，地下連續(xù)墻取單位寬度；

任一一第j層支點的水平剛度系數(shù)；

?---第j層支點處的水平位移值；

加一一在支點設(shè)置前，第j層支點處的水平位移值；

Toj——第j層支點處的預(yù)加力.當(dāng)7]W7bj時，第j層支點力7]應(yīng)按該層支點位

移為冽的邊界條件確定.

式（6-46）中的機值，應(yīng)根據(jù)單樁水平荷載試驗結(jié)果按下式計算:

?cr'

m6O(EI)2/3

(6-48)

當(dāng)無試驗結(jié)果或減少當(dāng)?shù)亟?jīng)驗時,加值按下列經(jīng)驗公式計算：

]

m=T（0?2（Pik-Qik+%k）

△rtkYtk（6-49）

式中m一一地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)（MN/n?）,該值為基坑開挖面以下2

（d+1）m深度內(nèi)各土層的綜合值；

Her——單樁水平臨界荷載（MN），按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-94）附

錄E方法確定；

Xcr---單樁水平臨界荷載對應(yīng)的位移（m）；

vx一一樁頂位移系數(shù)，按表6-69采用（先假定m,試算a）；

以值表6-69

換算深度如24.03.53.02.82.62.4

Vx2.4412.5022.7272.9053.1633.526

注：VEI.

bo一一計算寬度；地下連續(xù)墻取單位寬度；排樁結(jié)構(gòu)，對圓形樁取歷=0.9

（1.5J+0.5）（d為樁直徑），對方形樁取m=1.58+0.5（匕為方樁

邊長）；

<pik——第i層土的固結(jié)不排水（快）剪內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（°）；

仇一一第i層土的固結(jié)不排水（快）剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；

△一一基坑底面處位移量（mm），按地區(qū)經(jīng)驗取值,無經(jīng)驗時可取10.

式6-46中的支點水平剛度系數(shù)，視支點為錨桿或支撐體系而有所不同.

當(dāng)支點為錨桿時，錨桿水平剛度系數(shù)質(zhì),應(yīng)按錨桿的基本試驗來確定.當(dāng)無試

驗資料時，可按下式計算:

krT_3AESECA?“Jn

-3ZfEeAe+EsAl.（6-50）

式中A----桿體的截面面積；

￡s一一桿體的彈性模量；

Ec一一錨固體組合彈性模量，按下式計算：

_AEs+（Ac-AEm）

Em一一錨固體中注漿體彈性模量；

Ac---錨固體的截面面積；

It--錨桿自由段長度；

/a——錨桿錨固段長度；

0一—錨桿的水平傾角.

當(dāng)支點為由支撐體系時，支撐體系（含具有一定剛度的冠梁）或其與錨桿混

合的支撐體系的水平剛度系數(shù)也應(yīng)按支撐體系與排樁，地下連續(xù)墻的空間作用協(xié)

同分析方法確定；亦可根據(jù)空間作用協(xié)同分析方法直接確定支撐體系及排樁或地

下連續(xù)墻的內(nèi)力與變形.

當(dāng)基坑周邊支護結(jié)構(gòu)的荷載相同,支撐體系采用對撐并沿具有較大剛度的腰

梁或冠梁et.間距布置時，水平剛度系數(shù)后可按下式計算：

,2aEAs

k------------a(6-51)

TLs

式中打一一支撐結(jié)構(gòu)的水平剛度系數(shù)；

a——與支撐松弛有關(guān)的系數(shù)，取0.8~1.0；

E——支撐構(gòu)件材料的彈性模量；

A一—支撐構(gòu)件的斷面面積；

L——支撐構(gòu)件的受壓計算長度；

s——支撐的水平間距；

5a——按平面間題計算時的計算寬度.排樁取中心距，地下連續(xù)墻取單位

寬度或一個墻段.

（1）懸臂式支護結(jié)構(gòu)圍護墻的彎矩計算值Me和剪力計算值K的計算（圖

6-73)嵌和%可按下列公式計算：

Me=hmz2Emz—%au2Eau(6-52)

Vc=ZEmz—ZEaz(6-53)

式中ZEmz——計算截面以上根據(jù)式(6-45),(6-46)確定的基坑內(nèi)側(cè)各土層彈

性抗力值"go(z—岳)y的合力之和；

hm2一一合力2Emz作用點至計算截面的距離；

2Eau一—計算截面以上根據(jù)式(6-45),(6-46)確定的基坑外側(cè)各土層

水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值eaikA的合力之和；

haz——合力2Eaz作用點至計算截面的距離.

圖6-73支護結(jié)構(gòu)圍護墻內(nèi)力計算簡圖

(a)懸臂式圍護墻；(b)有支點的圍護墻

(2)有支點的支護結(jié)構(gòu)圍護墻的彎矩計算值族和剪力計算值k的計算(圖

6-73b)

此種情況的Me和弘按下式計算：

Me=S7j(〃j+/?c)+hmzsEmz—hazSEaz(6-54)

匕=Z7;j+2￡；皿—ZEaz(6-55)

式中用一一支點力兀至基坑底的距離；

九一一基坑底面至計算截面的距離，當(dāng)計算截面在基坑底面以上時取負值.

3.圍護墻結(jié)構(gòu)計算

(1)內(nèi)力及支點力設(shè)計值的計算

按上述方法算出截面的彎矩，剪力和支點力的計算值后，根據(jù)《建筑基坑支護

技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-99)的規(guī)定按下列規(guī)定計算其設(shè)計值：

1)截面彎矩設(shè)計值M

M=1.25yoMc(6-56)

式中Yo----重要性系數(shù)，見表6-64.

2)截面剪力設(shè)計值V

丫=1.25丫0%(6-57)

3)支點結(jié)構(gòu)第j層支點力設(shè)計值窕

7dj=1.25yoT^j(6-58)

(2)截面承載力計算

1)沿截面受拉區(qū)和受壓區(qū)的周邊配置局部均勻縱向鋼筋或集中縱向鋼筋的

圓形截面鋼筋混凝土樁,其正截面受彎承載力按下式計算：

a/cmA(l-+/y(A^+A'*-A”一A8c)=0(6-59)

M43fcmAr汗+fyAsr〉s+fyA8c1yse+fyAsr/s磔，+S?Axyx

(6-60)

選取的距離y*、應(yīng)符合下列條件：

yscyscos?ras(6-61)

Vse>7scos〃a's(6-62)

混凝土受壓區(qū)圓心半角的余弦應(yīng)符合下列要求：

costo>1-(1+^cosn-ajSb(6-63)

式中a——對應(yīng)于受壓區(qū)混凝土截面面積的圓心角(rad)與2兀的比值；

as——對應(yīng)于周邊均勻受拉鋼筋的圓心角(rad)與2兀的比值；cu宜在

1/6-1/3之間選取,通常可取定值0.25；

展——對應(yīng)于周邊均勻受壓鋼筋的圓心角(rad)與2兀的比值，宜取(AW

0.5a；

A---構(gòu)件截面面積；

Asr,Asr——均勻配置在圓心角2兀5,2兀屋內(nèi)沿周邊的縱向受拉，受壓鋼筋的截面面

積；

AscAsc——集中配置在圓心角271as,2兀屋的混凝土弓形面積范圍內(nèi)的縱向受拉，受

壓鋼筋的截面面積;

Y——圓形截面的半徑；

ys一一縱向鋼筋所在圓周的半徑;

Jsc,y'sc---------縱向受拉，受壓鋼筋截面面積Asc/'sc的重心至圓心的距昌；

fy——鋼筋的抗拉強度設(shè)計值；

fem——混凝土彎曲抗壓強度設(shè)計值；

€b——矩形截面的相對界限受壓區(qū)高度.

計算的受壓區(qū)混凝土截面面積的圓心角（rad）與2兀的比值a,宜符合下列條

件：

心1/35（6-64）

當(dāng)不符合上述條件時，其正截面受彎承載力可按下式計算：

M</yAsr0.78/+兀+6Ase（0.787+yj々公、

沿圓形截面受拉區(qū)和受壓區(qū)周邊實際配置均勻縱向鋼筋的圓心角，應(yīng)分別取

為2仁1皿，和2如」加1，其中n,m分別為受拉區(qū)，受壓區(qū)配置均勻縱向鋼筋的

nm

根數(shù).

配置在圓形截面受拉區(qū)的縱向鋼筋的最小配筋率（按全截面面積計算），在

任何情況下不宜小于0.2%.在不配置縱向受力鋼筋的圓周范圍內(nèi),應(yīng)設(shè)置周邊縱

向構(gòu)造鋼筋，縱向構(gòu)造鋼筋直徑不應(yīng)小于縱向受力鋼筋直徑的二分之一，且不應(yīng)小

于10mm；縱向構(gòu)造鋼筋的環(huán)向間距，不應(yīng)大于圓截面的半徑和250mm兩者中的

較小值，且不的少于1根.

2）沿周邊均勻配置縱向鋼筋的圓形截面（圖6-74）鋼筋混凝土樁，當(dāng)縱向鋼

筋不少于6根時,其受彎承載力按下式計算：

sinTra+sin70。

M=y/-r3?sin3Tea+/?A-r

cmyssn(6-66)

A(l-^^)+(a-at)fy,As=0

afcm

且(6-67)

5=1.25—2a(6-68)

式中M-----單樁抗彎承載力（N?mm）；

A-----樁的橫截面積（mn?）；

As----縱向鋼筋截面積（mm?）；

i---樁的半徑（mm）；

rs-----縱向鋼筋所在的圓周半徑（mm）,八=7~as,as為鋼筋保護層厚度

（mm）；

a——對應(yīng)于受壓區(qū)混凝土截面面積的圓心角（弧度）與2兀的比值；

a（一一縱向受拉鋼筋截面積與全部縱向鋼筋截面積的比值；

一一混凝土強度設(shè)計值（MPa）；

fy——鋼筋強度設(shè)計值（MPa）.

圖6-74配置局部均勻配筋和集中配筋的圓形截面

具體計算步驟如下：

①根據(jù)經(jīng)驗取灌筑樁配筋量As；

②計算系數(shù)K=fy?As//cm咽,根據(jù)K值查表6-70的出系數(shù)a值,或據(jù)式（6-67）

求的a值；

③將a值代入式（6-66）求出單樁抗彎承載力M.

④比較M值與單樁承受的彎矩值,若過大則減小4值,若過小則增加As值，重

復(fù)②,③步驟，直至滿足為止.

a值表表6-70

KaatKaaKaaKa

0.010.1131.2040.260.2720.7060.510.3110.6280.760.3320.586

0.020.1390.9720.270.2740.7020.520.3120.6260.770.3330.584

0.030.1560.9380.280.2760.6980.530.3130.6240.780.3340.582

0.040.1690.9120.290.2780.6940.540.3140.6220.790.3340.580

0.050.1800.8900.300.2800.6900.550.3150.6200.800.3350.578

0.060.1890.8720.310.2820.6860.560.3160.6180.810.3360.578

0.070.1970.8560.320.2840.6820.570.3170.6160.820.3360.576

0.080.2040.8420.330.2860.6780.580.3180.6140.830.3370.576

0.090.2100.8300.340.2880.6740.590.3190.6120.840.3370.574

0.100.2160.8180.350.2890.6720.600.3200.6100.850.3380.572

0.110.2220.8060.360.2910.6680.610.3210.6080.860.3390.572

0.120.2260.7980.370.2930.6640.620.3220.6060.870.3390.570

0.130.2310.7880.380.2940.6620.630.3230.6040.880.3400.570

0.140.2350.7800.390.2960.6580.640.3230.6040.890.3400.568

0.150.2390.7720.400.2970.6560.650.3240.6020.900.3410.568

0.160.2430.7640.410.2980.6540.660.3250.6000.910.3410.566

0.170.2470.7560.420.3000.6500.670.3260.5980.920.3420.566

0.180.2500.7500.430.3010.6480.680.3270.5960.930.3420.566

0.190.2530.7440.440.3030.6440.690.3270.5960.940.3430.564

0.200.2560.7380.450.3040.6420.700.3280.5940.950.3430.564

0.210.2590.7320.460.3050.6400.710.3290.5920.960.3440.562

0.220.2620.7260.470.3060.6380.720.3300.5900.970.3440.562

0.230.2640.7220.480.3070.6360.730.3300.5900.980.3450.560

0.240.2670.7160.490.3090.6320.740.3310.5880.990.3450.560

0.250.2690.7120.500.3100.6300.750.3320.5861.000.3460.558

3)et?效矩形截面配筋

灌筑樁以圓截面受彎而采用的沿周邊均勻配筋的計算公式，是考慮了任何方

向都要具有相同的抗彎能力，而擋土樁的受拉側(cè)是一定的，鋼筋的布置則應(yīng)是有方

位性的，布置在非受拉側(cè)的鋼筋實際上是沒有起到受拉作用的.設(shè)想將受拉主筋配

置在樁體受拉一側(cè)，而不是沿周邊均勻配筋,這就是et.效矩形截面配筋.主筋受拉,

其他為構(gòu)造筋.

如圖6-75所示，令切3/12=-1冠)；,并使b=d,

64

貝ijZJ=J=O.876DO

受拉側(cè)，主筋

b

圖6-75et.效矩形截面配筋

如此將灌筑樁截面et.效成匕Xd的方形截面進行配筋，按鋼筋混凝土梁的截面

進行計算，便可求出受拉側(cè)主筋的截面積.

另外還可以采用式(6-69)求縱向鋼筋采用單邊配筋時樁截面的受彎承載力

Me：

Mc=Asfy(yi+”)(6-69)

.3

式中￡

1.5a—0.75sin2a

必=2痣勺/萬

式中各符號意義同前.

需要注意的是，采用集中受拉側(cè)配筋方法時，施工時要特別注意鋼筋籠吊裝的

方向，并防止鋼筋籠扭轉(zhuǎn)，將鋼筋集中的側(cè)向做上標(biāo)志，每根鋼筋籠安裝完畢后，做

詳細檢查，最好做隱蔽工程檢查,以防鋼筋籠方向不對而造成灌筑樁受力時破壞.

4)排樁的構(gòu)造配筋

鉆孔灌筑樁的最小配筋率為0.42%,主筋保護層厚度不應(yīng)小于50mm.

鋼箍宜采用66~68螺旋筋，間距一般為200~300mm，每隔1500~2000mm應(yīng)

布置一根直徑不小于12mm的焊接加強箍筋，以增加鋼筋籠的整體剛度，有利于鋼

筋籠吊放和澆灌水下混凝土?xí)r整體性.

鋼筋籠的配筋量由計算確定，鋼筋籠一般離孔底200~500mm.

5)排樁設(shè)計示例

某工程采用"600灌筑樁作為圍護墻，樁中心距750mm，經(jīng)計算圍護墻最大彎

矩為520kN,m/m,試配筋.

［解］

①單樁承受最大彎矩Mm=520kN?m/mX0.75m=390kN-m

②按均勻周邊配筋計算

取灌筑樁采用C30/m=16.5MPa,H級鋼筋力=310MPa,保護層厚度以=

50mm，則rs=r—as=300—50=250mm

設(shè)鋼筋配置為160_22A=6082mm2,而4=兀戶=2.83X有：K=

為4優(yōu)m?4=310X6082/16.5X2.83X105=0.404

查表6-70的：a=0.2974,3=0.6552

代入式(6-66)，的

2asinto+sin?rat

M=57cm,廠3/松+/y-As-rs---------

=Vx16.5x3003,sin(0.2974*)

3?

+n乂xAOR?xsin(0.2974萬)+sin(0-6552./)

+31UxZJUxbUoZx

TT

=2.39X1O8+2.53X108

=4.92X108(N-mm)

=492(kN*m)>390kN?m

故按169_22配筋可以滿足要求.

③按et.效矩形截面配置縱向鋼筋計算.

設(shè)鋼筋配置為8型22A=3041mm?

2

有：K=fy?4俄m?A=3041X310/16.5XnX300=0.202

查表6-70的a=0.2566

代入式(6-69)的

ysin3a2及?。?/p>

M-Asfy(yi+y2)=Asfy

1.5a-0.75sin2aTT/

3041x310300?sin3(0.2566)2及x250

.1.5X0.2566—0.75sin(2x0.2566)n

=4.89X108(N-mm)

=489kN-m>390kN-m

故按8±22進行單邊縱向配筋可以滿足要求.

從本例可以看出，采用et.效矩形截面縱向配筋可以比周邊均勻配筋節(jié)省主筋

一半左右，但是還需在非受拉側(cè)配置構(gòu)造鋼筋,因此總縱向鋼筋配筋量可節(jié)省大約

30%~40%.

6-2-6-2水泥土墻計算

水泥土墻設(shè)計，應(yīng)包括：方案選擇；結(jié)構(gòu)布置；結(jié)構(gòu)計算；水泥摻量與外加

劑配合比確定；構(gòu)造處理；土方開挖；施工監(jiān)測.

水泥土墻一般宜用于坑深不大于6m的基坑支護，特殊情況例外.

1.水泥土墻布置

水泥土墻和平面布置，主要是確定支護結(jié)構(gòu)的平面形狀，格柵形式及局部構(gòu)造

et..平面布置時宜考慮下述原則：

（1）支護結(jié)構(gòu)沿地下結(jié)構(gòu)底板外圍布置，支護結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)底板應(yīng)保持一

定凈距，以便于底板，墻板側(cè)模的支撐與拆除,并保證地下結(jié)構(gòu)外墻板防水層施工

作業(yè)空間.

當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)外墻設(shè)計有外防水層時，支護結(jié)構(gòu)離地下結(jié)構(gòu)外墻的凈距不宜小

于800mm；當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)設(shè)計無外防水層時，該凈距可適當(dāng)減小，但不宜小于

500mm；如施工場地狹窄,地下室設(shè)計無外防水層且基礎(chǔ)底板不挑出墻面時，該凈

距還可減小，考慮到水泥土墻的施工偏差及支護結(jié)構(gòu)的位移，凈距不宜小于

200mm.此時，模板可采用磚胎模，多層夾板et.不拆除模板.如地下室基礎(chǔ)底板挑出

墻面,則可以使地下室底板邊與水泥土墻的凈距控制在200mm左右.

（2）水泥土墻應(yīng)盡可能避免向內(nèi)的折角，而采用向外拱的折線形（圖6-76）,

以利減小支護結(jié)構(gòu)位移,避免由兩個方向位移而使水泥土墻內(nèi)折角處產(chǎn)生裂縫.

圖6-76水泥土墻平面形狀

（a）向內(nèi)折角一較為不利的形狀；（b）向外拱形一較為有利的形狀

1-支護結(jié)構(gòu)；2-基礎(chǔ)底板邊線

（3）水泥土墻的組成通常采用樁體搭接，格柵布置,常用格柵的形式如圖

6-77.

0

0

2J

(加)

⑺(P)

圖6-77典型的水泥土樁格柵式布置

(a)n=3；(b),(c)n=4；(h),(d),(e)n=5：(f),(g)n=6；

(h)n=7；(i),(j)n=8；(k),(1),(m)n=9；(n),(p)n=10

1)搭接長度Li

攪拌樁樁徑Jo=700mm時,Ld一般取200mm；

Jo=600mm時,Ld一般取150mm；

Jo=500mm時,Ld一般取100-150mm.

水泥土樁與樁之間的搭接長度應(yīng)根據(jù)擋土及止水要求設(shè)定，考慮抗?jié)B作用時,

樁的有效搭接長度不宜小于150mm；當(dāng)不考慮止水作用時，搭接寬度不宜小于

100mm.在土質(zhì)較差時，樁的搭接長度不宜小于200mm.

2)支護擋墻的組合寬度8

水泥土攪拌樁搭接組合成的圍護墻寬度根據(jù)樁徑面及搭接長度小,形成一定

的模數(shù)，其寬度b可按下式計算

b=do+(n—1)(do—L1i)(6-70)

式中匕一一水泥土攪拌樁組合寬度(m)；

do---攪拌樁樁徑(m)；

1d——攪拌樁之間的搭接長度(m)；

n一一攪拌樁搭接布置的單排數(shù).

3)沿水泥土墻縱向的格柵間距離小

當(dāng)格柵為單排樁時,冊取1500?2500mm；

當(dāng)格柵為雙排樁時Zg取2000?3000mm；

當(dāng)格柵為多排樁時,人也可相應(yīng)的放大.

格柵間距應(yīng)與攪拌樁縱向樁距相協(xié)調(diào),一般為樁距的3?6倍.

圖6-77為典型的水泥土樁格柵式布置形式.當(dāng)采用雙鉆頭攪拌樁機施工時,

樁的布置應(yīng)盡可能使鉆頭方向一致，以便于施工.當(dāng)發(fā)生鉆頭方向不一致時(圖

6-98(e),(i),(k),(m))，■—臺樁機往往因鉆頭不可轉(zhuǎn)向而無法施工,故需由

兩臺樁機先后施工兩個不同方向的樁體，這樣先后施工的樁在搭接上質(zhì)量不易控

表6-71為采用圖6-77布置形式的不同樁徑，不同搭接長度的水泥土墻墻體寬

度.

各種布置形式的水泥土墻墻體寬度（mm）表6-7

do700600500

LA200150200150100150100

31700180014001500160012001300

42200235018001950210015501700

52700290022002400260019002100

63200345026002850310022502500

n

73700400030003300360026002900

84200455034003750410029503300

94700510038004200460033003700

105200565042004650510036504100

4）水泥土墻宜優(yōu)先選用大直徑，雙鉆頭攪拌樁，以減少搭接接縫，加強支護結(jié)

構(gòu)的整體性，同時也可提高生產(chǎn)效率.國外有4鉆頭,6鉆頭甚至更多鉆頭的攪拌樁

機,其效果更佳.

5）根據(jù)基坑開挖深度，土壓力的分布,基坑周圍的環(huán)境平面布置可設(shè)計成變寬

度的形式.

水泥土墻的剖面主要是確定擋土墻的寬度A樁長h及插入深度飽，根據(jù)基坑

開挖深度，可按下式初步確定擋土墻寬度及插入深度：

b=（0.5-0.8）h（6-71）

hd=（0.8-1.2）h（6-72）

式中b一一水泥土墻的寬度（m）；

ha一一水泥土墻插入基坑底以下的深度（m）；

h——基坑開挖深度（m）.

當(dāng)土質(zhì)較好,基坑較淺時力,加取小值；反之，應(yīng)取大值.根據(jù)初定的仇〃d進行支

護結(jié)構(gòu)計算，如不滿足，則重新假設(shè)"加后再行驗算，直至滿足為止.

按式（6-71）估算的支護結(jié)構(gòu)寬度，還應(yīng)考慮布樁形式力的取值應(yīng)與按式

（6-70）計算的結(jié)果吻合.

如計算所的的支護結(jié)構(gòu)攪拌樁樁底標(biāo)高以下有透水性較大的土層，而支護結(jié)

構(gòu)又兼作止水帷幕時，樁長的設(shè)計還應(yīng)滿足防止管涌及工程所要求的止水深度，通

?？刹捎眉娱L部分樁長的方法,使攪拌樁插入透水性較小的土層或加長后滿足止

水要求.插入透水性較小的土層的長度可取（1?2）do,加長部分加寬度不宜小于

1/2的加長段長度并不小于1200mm（圖6-78），以防止支護結(jié)構(gòu)位移造成加長段

折斷而失去止水效果.此外，加長部分在沿支護結(jié)構(gòu)縱向必須是連續(xù)的.

圖6-78采用局部加長形式保證支護結(jié)構(gòu)的止水效果

1-水泥土墻；2-加長段（用于止水）；3-透水性較大的土層；4-透水性較小的土層

2.水泥土墻計算

水泥土墻的全面計算應(yīng)包括表6-72中的內(nèi)容.我國《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》

JGJ120-99規(guī)定的計算內(nèi)容和方法如下所示：

水泥土墻計算內(nèi)容表6-72

項目驗算

抗傾覆穩(wěn)定必須驗算

抗滑動穩(wěn)定必須驗算

整體穩(wěn)定墻體下部為軟弱土層時應(yīng)驗算

抗隆起穩(wěn)定墻體下部為軟弱土層時應(yīng)驗算

抗管涌（抗?jié)B透）穩(wěn)定坑底或墻體下部為砂石及砂土?xí)r應(yīng)驗算

樁體強度基坑開挖深度較大時應(yīng)驗算

基底地基承載力墻體下部為軟弱土層時應(yīng)驗算

格柵穩(wěn)定格柵分格較大時應(yīng)驗算

位移對支護結(jié)構(gòu)及墻背土體有位移控制要求時應(yīng)驗算

（1）嵌固深度計算

水泥土墻的嵌固深度設(shè)計值加的計算，同多層支點的排樁，地下連續(xù)墻嵌固深

度設(shè)計值A(chǔ)的計算，亦宜按圓弧滑動簡單條分法進行計算,參見圖6-68,此處不再

重復(fù).

當(dāng)基坑底的土質(zhì)為砂土和碎石土，而且基坑內(nèi)降排水且作用有滲透水壓時，水

泥土墻的嵌固深度除按圓弧滑動簡單條分法計算外，尚應(yīng)按圖6-69所示按抗?jié)B透

穩(wěn)定條件進行驗算.

當(dāng)按上述方法計算的嵌固深度設(shè)計值也小于0.4/7時，宜取0.4/?.

（2）墻體厚度計算

水泥土墻厚度設(shè)計值"宜根據(jù)抗傾覆穩(wěn)定條件計算確定.

1）當(dāng)水泥土墻底部位于碎石土或砂土?xí)r（圖6-79a），墻體厚度設(shè)計值宜按

下式確定:

圖6-79水泥土墻寬度計算簡圖

（a）墻底位于碎石土或砂土；（b）墻底位于粘土或粉土

>]1。（1.2yoKW2a「/ip2Epj）

X，5>cs（h+hd）-2y0yw（2h+3hd-h^-lh^（6-73）

式中》珠——水泥土墻底以上基坑外側(cè)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值的合力之和；

SEpj一一水泥土墻底以上基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值的合力之和；

ha一一合力2圓作用點至水泥土墻底的距離；

hp——合力24作用點至水泥土墻底的距離；

Yes——水泥土墻的平均重度；

Yw---水的重度；

hwa一一基坑外側(cè)地下水位深度；

hwp一—基坑內(nèi)側(cè)地下水位深度.

2）當(dāng)水泥土墻底部位于粘性土或粉土中時（圖6-79b），墻體厚度設(shè)計值b,

宜按下列經(jīng)驗公式計算：

b>F（L27/0EEafp國）

V>cs（無+無d）（6-74）

當(dāng)按上述計算方法確定的水泥土墻厚度小于0.4/?時，宜取0.4/2.

（3）正截面承載力驗算

水泥土墻厚度設(shè)計值，除應(yīng)符合上述要求外，其正截面承載力尚需符合下述要

求：

1）壓應(yīng)力驗算

1?25九3+修《幾

W（6-75）

式中Yes---水泥土墻平均重度；

Yo——重要性系數(shù)，見表6-64；

z——由墻頂至計算截面的深度；

M一一單位長度水泥土墻截面組合彎矩設(shè)計值，按式（6-56）計算；

W一—水泥土墻的截面模量；

fcs——水泥土開挖齡期的抗壓強度設(shè)計值.

2）拉應(yīng)力驗算

w,06/cs

TV10-/07

【例】某基坑屬二級基坑，開挖深度為5.5m,地面荷載qo=2OkN/m2,土的內(nèi)摩

擦角（p=15°,粘聚力c=8kN/m2,土的重度y=18kN/m3,擬采用水泥土墻支護結(jié)構(gòu),

試計算水泥土墻的嵌固深度及墻體厚度.

【解】按《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120-99計算.

①嵌固深度計算

本工程為均質(zhì)粘性土且無地下水，按ho=noh計算.

土層固結(jié)快剪粘聚力系數(shù)

根據(jù)外3查表6-68得〃o=0.69

則，嵌固深度為：

九0="0五=0?69x5?5=3?8m

二級基坑重要性參數(shù)為取1,則嵌固深度

設(shè)計值hd為

Ad=l.1OAO=1.1OX3.8=4.18(m)

取4.5m。

②水平荷載及抗力計算

a.水平荷載

Kai=tg2(45°_/)

=tg2^45°-=0.59

OO'截面處：

%%=。通+。0卜+"=00=20(kN/m2)

圖6-80水平荷載及抗力計算簡圖

^atk—aik,Kai-2qJKat

=20X0.59-2X870.59

=-0.49(kN/m2)

AA'截面處：

<Tatk=byk+ff0k+alk

—ymi%+Qo

=18x5.5+20=119(kN/m2)

e：ik=°aik?Kai-2c廊t

=119X0.59-2X8709=57.9(kN/m2)

0.49

為—57.9+0.49X5.5=0.046(m)

..”0很小，近似取為=0

七人1=會"，無=方x57.9X5.5

=159.2(kN/m)

九a2='1"五+無<1=$'*5.5+4.5

=6.33(m)

Ea2=e1F&d=57.9X4.5

=260.6(kN/m)

五32=^^d='^x4.5=2.25(m)

SEai=Eai+Ea2=159.2+260.6=419.8(kN/m)

Eai九ai+E/i159.2X6.33+260.6X2.25

h=a2a2=3.8(m)

aSEa419.8

b.水平抗力

Kp,=tg2]45°+/=tg2[450+1|：j=1.7

AA'截面處:

Opik=°

2

e；;k=2c笈7=2.8/E7=20.9(kN/m)

Epi=e[k*'<1=20.9X4.5=94.1(kN/m)

hpl=y/id=.2.25(m)

BB'截面處：

ff=2

Pikym.z.=18?4.5=81(kN/m)

4k=3k?Kp,=81X1.7

=137.7(kN/m2)

￡x

P2=4-<lk^d=y137.7X4.5=309.8(kN/m)

無p2=g■力d=1.5(m)

EEp,=Epi+Ep2=94.1+309.8=403.9(kN/m)

Epi&pi+Ep2加p294.1X2.25+309.8X1.5..

%=一正—=E=1"7g)

③墻體厚度

二p(1.2為九aWEai-MEEp,)-

V7cs(九+九d)

=/2(1.2X1.OX3.8X419.8-1.67X403.9)

-V19(5.5+4.5)

=3.6(m)

采用2小700水泥土攪拌樁，搭接200,格柵式布置，按表6-71取0=3.70m,共設(shè)

置7排.

（4）構(gòu)造要求

水泥土墻采用格柵式布置時，水泥土的置換率對于淤泥不宜小于0.8,淤泥質(zhì)

土不宜小于0.7；一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格柵長寬比不宜大于2.

當(dāng)水泥土墻變形不能滿足要求時，宜采用基坑內(nèi)側(cè)土體加固，水泥土墻插筋加

混凝土面板或加大嵌固深度et.措施.

在軟弱土層中