深基坑支护设计浅探

邵明彦

简介： 深基坑支护的设计、施工、监测技术是近10多年来在我国逐渐涉及的技术难题。深

基坑的护壁，不仅要求保证基坑内正常作业安全，而且要防止基坑及坑外土体移动，保证基 坑附近建筑物、道路、管线的正常运行。各地通过工程实践与科研，在基坑支护理论与技术上都有了进一步的发展，取得了可喜的成绩。

关键字：深基坑 支护 1.深基坑支护类型选择

深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定，而且要满足变形控制要求，以确保基坑周围的建筑物 、地下管线、道路等的安全。如今支护结构日臻完善，出现了许多新的支护结构形式与稳定边坡的方法。

根据本地区实际情况，经比较采用钻孔灌注桩作为挡土结构，由于基坑开采区主要为粘性土，它具有一定自稳定结构的特性，因此护坡桩采用间隔式钢筋混凝土钻孔灌注桩挡土，土层锚杆支护的方案，挡土支护结构布置如下：(1)护坡桩桩径600mm，桩净距1000mm；(2)土层锚杆一排作单支撑，端部在地面以下2.0m，下倾18°，间距1.6m；(3)腰梁一道，位于坡顶下2.00m处，通过腰梁，锚杆对护坡桩进行拉结；(4)桩间为粘性土不作处理。

2.深基坑支护土压力

深基坑支护是近些年来才发展起来的工程运用学科，新的完善的支护结构上的土压力理

论还没有正式提出，要精确地加以确定是不可能的。而且由于土的土质比较复杂，土压力的计算还与支护结构的刚度和施工方法等有关，要精确地确定也是比较困难的。目前，土压力的计算，仍然是简化后按库仑公式或朗肯公式进行。常用的公式为：

12c22200 主动土压力：粘性土 EarHtg(45/2)2cHtg(45/2)

2r 无粘性土 Ea1rH2tan2(450/2) 2 式中：Ea——主动土压力(KN)，r——土的容重，采用加权平均值。H——挡土桩长(m) 。

——土的内摩擦角(°)。c——土的内聚力(KN)。 被动土压力：无粘性土 Ep粘性土 Ep1rH2Kp 21rH2Kp2cHKp 2 式中：Ep——被动土压力(KN)，Kp——被动土压力系数， 一般取Kptg2(45/2)。 由于传统理论存在达些不足，在工程运用时就必须作经验修正，以便在一定程度上能够

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满足工程上的使用要求，这也就是从以下几个方面具体考虑：

2.1.土压力参数：尤其抗剪强度c,的取值问题。抗剪强度指标的测定方法有总应力法和有效应办法，前者采用总应力值c,和天然重度r(或饱和容量)计算土压力，并认为水压力包括在内，后者采用有效应力c,及浮容量r计算土压力，另解水压力，即是水土分算。总应办法应用方便，适用于不透水或弱透水的粘土层。有效应力法应用于砂层。

2.2.朗肯理论假定墙背与填土之间无摩擦力。这种假设造成计算主动土压力偏大，而被动土压力偏小。主动土压力偏大则是偏安全的，而被动土压力偏小则是偏危险的。针对这一情况，在计算被动土压力时，采用修正后的被动土压力系数Kp，因为库仑理论计算被动土压力偏大。因此采用库仑理论中的被动土压力系数擦角，克服了朗肯理论在此方面的假定。可以求得修正后的Kp是：Kpcoscossin(0)sin0，式中是按等值内摩擦角计算，

22对粘性土取0是根据经验取值，一般为。

3 2.3.用等值内摩擦角计算主动土压力。在实践中，对于抗深在10m内的支护计算，把有

12c2220粘聚力的主动土压力Ea，计算式为：EarHtg(45/2)。

2r12c222 用等值内摩擦角时，按无粘性土三角形土压力并入0，EcHtg(450/2)，

2rrHtg2(45/2)4ctg(45/2)而EEa由此可得：tg(450/2)。

rH2 2.4.深基坑开挖的空间效应。基坑的滑动面受到相邻边的制约影响，在中线的土压力最大，而造近两边的压力则小，利用这种空间效应，可以在两边折减桩数或减少配筋量。 2.5.重视场内外水的问题。注意降排水，因为土中含水量增加，抗剪强度降低，水分在较大土粒表面形成润滑剂，使摩擦力降低，而较小颗粒结合水膜变厚，降低了土的内聚力。 综上所述，结合本场地地质资料以及所选择的基抗支护形成，水压力和土压力分别按以下方 式计算：

2.5.1.水压力：因支护桩所处地层主要为粘性土层，且为硬塑中密状态，另开挖前已作降水处理，故认为此压力采用水土合算是可行的。

2.5.2.土压力：桩后主动土压力，采用朗肯主动土压力计算，即：

12c22200EarHtg(45/2)2cHtg(45/2)；

2r 桩前被动土压力，采用修正后的朗肯被动土压力计算，即：Ep 式中：Kpcoscossin(0)sin0。

21rH2Kp2KpcH。 2 3.护坡桩的设计

该工程支护结构主要采用钢筋混凝土钻孔灌注桩加斜土锚的设计方案，桩的直径为

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600mm， 桩间净距为1000mm。考虑基坑附近建筑屋的影响，还有环城南路上机车等动截荷的影响，支护设计时，笔者参照部分支护结构设计的相关情形取地面均布载荷q40KN/m 3.1.桩上侧土压力：①桩后侧主动土压力，因为桩后土为三层(杂添土、粘土、粉粘土)所以计算时采用加权平均值的C、、γ，=21.32，得：Ea4.7H22.76H108.49；②桩前侧被动土压力：因为桩前侧土为两层(粘土层、粉质粘土层)，所以计算时应采用加权平均值的c、、r，得：Ep33.89676H2104.5H；③均布载荷对桩的侧压力：由公式

EqqKaH，得：Eq18.672H。

3.2.桩插入深度确定：计算前须作如下假设：(1)锚固点A无移动；(2)灌注桩埋在地下无移动；(3)自由端因较浅不作固定端，按地下简支计算。

3.2.1.建立方程：对铰点(锚固点)A求矩，则必须满足：MA0 所以有：kEp(23tha)Eq23(ht)aEp(ht2a)q 式中：k为安全系数，取2，得：8.31t382.97t2138.75t114.12

3.2.2.插入深度及柱长计算：根据实际情况t取最小正解；t1.99m。

根据《建筑结构设计手册》及综合地质资料，取安全系数为1.2，所以桩的总长度为：Lh1.2t10.9m。

3.3.锚拉力的计算：由于桩长已求出，对整个桩而言，由于力平衡原理可以求出A点的锚拉力，FA0，即EaEqEpTA，取t1.99m解得：TA194.35KN。

4.土层锚定设计

锚固点埋深a2m，锚杆水平间距1.6m，锚杆倾角18°，这是因为考虑到：(1)基坑附

近有环 城南路和建筑物的存在，倾角小，锚杆的握裹力易满足；(2)支护所在粘土层较厚，并且均 一，可作为锚定区；(3)粘土层的下履层(粉质粘土层、粉砂层、圆砾层)都是饱水且较薄。

4.1.土层锚杆抗拔计算：土层锚杆锚固端所在的粘土层：c=47.7kp， =20.72°

r20.13KN/m2

4.1.1.土层锚杆锚非固端段长度的确定：

由三角关系有：BFsin(45/2)/sin(45/2a)(Had)代入数据计算得：

BF5.06m。

4.1.2.土层锚杆锚段长度的确定：该土层锚杆采用非高压灌浆，则主体抗压强度按下面

1公式 计算：rcrhtg。式中：r——埋深h处的抗剪强度，k——安全系数1.5，d2

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——锚杆孔径，取0.12m，锚固段长度L=17.98m

5 钢筋混凝土灌注桩实例

某污水处理厂中间水池基坑支护，基坑底标高-4.2m。 5.1地质资抖

采用12号钻孔土层分布数据。 土层分布和地质技术参数如下表。 岩土 编号 土层 厚度 m 层底 高程 m 重力密度均值 γ KN/m3 内摩擦 角均值 Φq （度） 粘聚力 均值 Cq kpa 主动土压力系数 Kai 被动土 压力系数 Kpi 岩土名称 ① 人工填土 1.12 0.68 19.2 ② 粘土 1.30 -0.62 18.5 6.5 14.6 0.80 1.26 ③1 淤泥质粘土 2.00 -2.62 17.4 5.2 9.1 0.83 1.20 ③2 ③3 ③4 ④ ⑤2 粘性土与 粉土互层 淤泥质粘土 粉质粘土 粉质粘土 粉砂 5.10 5.00 2.30 4.10 6.00 -7.72 -12.72 -15.02 -19.12 -25.12 18.4 17.9 18.3 19.3 20.0 19.2 6.4 7.5 18.6 20 12.0 11.4 10.8 12.3 4 0.51 0.80 0.77 0.52 0.49 1.98 1.25 1.30 1.94 2.04 基坑土方开挖前，场地撤土卸载至＋1.0m，撒土范围自基坑口向外不小于3m。 5.2计算简图，土压力计算

irihiq0 aiaikai2ckai

 pipikpi2ckpi kaitg2(45) kpitg2(45)

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4

31.0 ② r=18.5 Kai=0.8 c=14.6 ③1 r=17.4 Ka1=0.83 c=9.1 2.1 q=25KN/m2 0 σa1=18.5×1.6=29.6 ea1=29.6×0.8-2×14.6 0.8=-2.44~0 ea2'=29.6×0.83-2×9.1 0.83=7.99 σa2=29.6+17.4×2.0=64.4 ea2=64.4×0.83-2×9.1 0.83=36.87 σa3'=64.4+25=89.4 ea3'=89.4×0.51-2×12 0.51=28.45 σa3=89.4+18.4×1.6=118.84 ea3=118.84×0.51-2×12 0.51=43.47 ea4'=ea3=43.47 ea4=ea3=43.47 ea5'=118.84×0.8-2×11.4 0.8=74.68 45°-4.20ep1'=2c Kp1=33.77 3,5σp1=18.4×3.5=64.4 ep1=64.4×1.98+2×12 1.98=161.28 ep2'=64.4×1.25+2×11.4 1.25=105.99 ③3 r=17.9 Ka4=0.8 Kp4=1.25 c=11.4σp2=64.4+17.9×5=153.9 553,52,3 ③2 r=18.4 Ka3=0.51 Kp3=1.98 c=121,621,6 ep2=153.9×1.25+2×11.4 1.25=217.87 ep3'=153.9×1.30+2×10.8 1.30=224.70 σp3=153.9+18.3×2.3=195.99 ep3=195.99×1.3+2×10.8 1.30=279.42 ③4 r=18.3 Ka5=0.77 Kp5=1.30 c=10.8 ea5=ea5'=74.33 ea6'=118.84×0.77-2×10.8 0.77=72.56 ea6=ea6'=72.56

2,35

5.3土压力计算

1,67.99Ea236.8728.4543.471,6233.77Ea3Ea474.68Ep1161.283,5105.9943.475Ep2224.7217.872,3Ea572.5674.68Ep3Ea2279.4272.56Ea6

12.0(7.99236.87)(7.9936.87)2.044.86 ha214.413.19 23(7.9936.87)11.6(28.45243.4)(28.4543.47)1.657.54 ha312.411.54 23(28.4543.47)Ea3Ea443.473.5152.15 ha410.83.529.05 Ea574.685373.4 ha57.3524.8 Ea672.562.3166.89 ha61.15

Ep113.5(33.772161.28)(33.77161.28)3.5341.34 hp110.88.67 23(33.77161.28) 6

Ep215(105.992217.87)(105..99217.87)5809.65 hp27.34.51 23(105.99217.87)12.3(224.72279.42)(224.7279.42)2.3579.74 hp32.31.11 23(224.7279.42)Ep35.4支护排桩抗倾覆稳定验算

A、取桩长16m ，桩径D=0.8m，间距b=1.5m，r01.1。 对桩底取力矩：

bEaihai1.5(44.8613.1957.5411.54152.159.05373.444.8166.891.15)

6925.37

bEpihpi1.5(341.348.67809.654.51579.741.11)

10881.68

10881.68bEpi1.571.2r01.32（可！ ） bEaihai6925.37B、取桩长13.7m D=0.80m b=1.5m r01.1 上式中主动土压力 ，被动土压力距桩底高度均减少2.3m

bEaihai1.5(44.8610.8957.549.24152.156.75373.42.5)

4471.07

bEpihpi1.5(341.346.37809.652.21)

5945.49 5945.49bEpi1.331.2r01.32（尚可！） bEaihai4471.075.5支护桩内力

按平面问题计算，最大弯矩产生于剪力为0处

按 EaiEpi 条件，剪力o点位于几坑下③2土层中。 Ea2444.8657.54152.15254.55Ep1 Ep1Ea24341.34254.5586.79 按以下土压力图：

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33.77Ea4'Ep1'0ep1117.8143.47161.28 有：e0p1117.81 令

Ep1'0△h43.47

(161.2833.77)h117.8136.43h

3.51117.81(117.8136.43h)h86.79 2 36.43h2235.62h173.580 h0.85m，距桩顶7.85m

ep1e0.8136.430.8543.47130.31 p143.47117Ep11(33.77130.31)(3.50.85)217.41 20距剪力0点： hp1(3.50.85)(130.31233.77)1.07

3(130.3133.77)4(3.50.85)43.47115.20 Ea0ha41(3.50.85)1.33 2剪力0点以上Eai、Epi分别对0点取力矩。

0Ea244.86 ha.09 25.04 Ma22200.06 Ea357.54 ha33.39 Ma319504115.2 ha.22 Ea41.33 Ma4153 8

3.5E.41 h.63 p1217p11.07 Mp123200M0EpihpiEaihai232.63(220.09195.06153.22)

335.74KNm

按桩径D=0.8m，间距b=1.5m，

计算宽度 b00.9(1.50.80.5)1.53m，取b0b1.5m。 支护桩计算弯距：Mcb0m01.5335.74503.61KNm

6.结论

深基坑支护工程是近二十年来随着城市高层建筑发展而发展的一门新的实践工程学，它还有待于理论上的完善，如何取一种在经济技术上都合理的支护类型就必须充分考虑现场环境、工程地质条件以及工程要求。

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