1、單支點扌非樁支護結構設計示例基坑支護結構設計一.基坑側壁安全等級的確定基坑支護結構設計與其它建筑結構設計一 樣，要求在規定的時間和規定的條件下， 完成各 項預定功能。不同的基坑工程，其功能要求則不 同。為了區別對待各種不同的情況，建筑基坑 支護技術規程(JGJ120-99)根據支護結構破壞 可能產生后果的嚴重程度，把基坑側壁劃分為不 同的安全等級。建筑基坑支護結構設計應根據表 1選用相應的側壁安全等級及重要性系數。基坑側壁安全等級及重要性系數表1安 全等 級破壞后果Y0級支護結構破壞、土體失穩或 過大變形對基坑周圍環境及地 下結構施工影響很嚴重；1.10級支護結構破壞、土體失穩或 過大變形對基

2、坑周圍環境及地 下結構施工影響 般；1.00級支護結構破壞、土體失穩或 過大變形，對基坑周圍環境及地 下結構施工影響不嚴重0.90建筑基坑分級的標準各種規范不盡相同，建筑地基基礎工程施工質量驗收規范對基坑 分級和變形監控值的規定如表1-2。基坑變形監控值(cm)表 2級坑類別圍護結構墻 頂位移監控值圍護結構墻 體最大位移 監控值地面最大沉 降監控值一級基坑333二級基坑686三級基坑81010注：1.符合下列情況之一，為一級基坑：重要工程或支護結構做主體結構的一部分； 開挖深度大于10m ；與臨近建筑物、重要設施的距離在開挖深度 以內的基坑；基坑范圍內有歷史文物、 近代優秀建筑、 重 要管線等

3、需嚴加保護的基坑。2. 三級基坑為開挖深度小于7m,且周圍環 境無特殊要求的基坑。3. 除一級和三級外的基坑屬于二級基坑。4. 當周圍已有的設施有特殊要求時，尚應 符合這些要求。基坑支護結構均應進行承載能力極限狀態 的計算；對于安全等級為一級的及對支護結構變 形有限定的二級建筑基坑側壁， 尚應對基坑周邊 環境及支護結構變形進行驗算。二.計算參數的確定基坑工程支護設計的主要計算參數， 包括土 的重力密度Y及土的抗剪強度指標 c 值。對于超固結土， 用常規試驗方法進行剪切試 驗獲得的粘聚力， 包括真粘聚力和表觀粘聚力兩 部分，其中表觀粘聚力比真粘聚力要大的多。 而 超固結土一旦遇水， 表觀粘聚力迅

4、速下降至真粘 聚力。因此應對試驗給出的粘聚力值進行折減 后，才能用于基坑工程設計。 根據長春地區的工 程經驗，將c值乘以0.40.5的折減系數，給出設計計算參數c、e和丫值。為了將土壓力分布表為直線，應求出基坑 底面以上及基坑底面至樁端處的平均土性指標。平均重度:i hihCihi平均粘聚力:平均內摩擦角:hi根據長春地區的工程經驗，鑒于本工程的實 際情況，將c值乘以0.40.5的折減系數，給出 設計計算參數C、和y值如表（二）所示：某基坑工程主要計算參數表3層 號巖土 名稱層 厚m實驗給出參數設計計算參數C kP AoYKN/m3C kP AoYKN/m3+雜填土 粉質 粘土2.822.61

5、6.018.011.316.018.0粉質粘 土1.648.618.019.121.918.019.1粉 粘質 土3.940.520.519.618.220.519.6粘土4.55.15.20.222.15.20.234020粘土1.45.15.20.120.15.20.160020粘土4.94.14.20.337.14.20.356585粉粘質土1.10614.19.942.14.19.95.3050三荷載計算作用在支護結構的荷載包括：土壓力、水壓力、 施工荷載、地面超載等。 土壓力：土壓力是指土體作用在支護結構 上的側向壓力，它是由土體的自重產生的。 地面荷載：地面臨時荷載一般包括建筑材

6、料、臨時堆放待運棄土及施工機械等。地面臨時 荷載可按2030KN/m2計算，它基本上可以包 羅現場各種各樣的臨時荷載。 水壓力：在地下水位較高的地區，基坑內 外存在著水位差，將對支護結構產生水壓力。建 筑基坑支護技術規程中建議，對于粘性土可米 用水壓力與土壓力合算的方法，即對作用在支護 結構上的土壓力，用土的天然重度和總應力抗剪 強度指標進行計算，不另計水壓力。作用在支護結構上的荷載，可按建筑基坑 支護技術規程給出的支護結構水平荷載標準值 及水平抗力標準值計算表達式進行計算。1 水平荷載標準值（主動土壓力）建筑基坑支護設計規程中規定：對于粉 土及粘性土，支護結構水平荷載標準值可按下式 計算。e

7、ajk ajk kai 2Cik kai式中（T ajk作用于深度Zj處的豎向應力標準 值；ajkk 0k式中Tyk計算點深度Zj處自重豎向應力； 計算點位于基坑開挖面以上時：k mj Zj式中Ymj深度Zj以上土的加權平均重度；Zj 計算點深度。計算點位于基坑開挖面以下時：k mhh式中 mh 開挖面以上土的加權平均重度；b Ok當支護結構外側，地面作用滿布附加荷載 q0 時，基坑外側任意點附加豎向應力標準 值，可按下式確定：Ok qOCk第i層土粘聚力標準值；Kai 第 i 層土主動土壓力系數。Kai=tan 2(45 - ik/2)式中 0 ik 第i層土的內摩擦角的標準值。由于土壓力呈

8、直線變化， 按上述公式計算主 動土壓力時，可取三個計算點，即基坑頂面處(Z=0)、基坑底面處(Z=H )、基坑底面以下(Z H )。當按上述公式計算的基坑開挖面以上水平 荷載標準值小于零時，則取其值為零。按上述公式計算主動土壓力：z=0時(基坑頂面處)b a0k=18.0 E+30=30KN/m2Kao=tan2(45 -16 /2)=O.568VKao= tan (45 -16 /2)=0.754cik = 1 1 . 3kpaeaok=3OXO.568-2 創.3 區754=0Zj=11.2m時（基坑底面處）為了將水平荷載分布表為直線，求zjW1.2m 范圍內的平均土性指標，平均重度：mh

9、=(18X2.8+19.1 X6+19.6 3.9+20.2 2.9)/11.2=19.3KN/ m3平均粘聚力：cmh=(11.3 X8+21.9 X6+18.2 3.9+22.2 2.9)/11.2=18.0KN/m2平均內摩擦角：0mh=(16.0 X8+18.0 X6+20.5 X9+15.0 X)/11.2= 仃.6 平均主動土壓力系數：J=tan2(45 -17.6 /2)=0.536Km tan (4517.6 /2)0.732ahk = 19.3 X1.2+30=246.2 KN/卅eahk=246.2 X.536-2 X.0 X.732=105.6KN/ m2zj 11.2時

10、(基坑底面以下)ajk=19.3 11.2+30=246.2 KN/m2eajk =246.2 0.536-218.0 &732=105.6KN/m2q* t * * Iu- M max。因此，當M仁M max時， M max為最小，同時錨樁的入土深度及造價比也 達到最小。故根據 M仁M max確定錨點的位置是 最優的。但在實際工程中，常常為了搶工期，不能等 待錨桿達到一定強度后才開挖，。因此，確定錨 點設置深度應留有一定余地，不能太大，以保證 安全。綜合考慮支護結構變形和受力兩方面的因 素，單支點錨樁的錨點設置深度應取hTo=O.4H左右為宜。單支點樁錨支護結構的計算簡圖，如圖(3) 所示：

11、3“等值梁“法計算內力(1)確定彎矩零點的位置用“等值梁”法計算單支點支護結構，首先要知道彎矩零點的位置。y * * 丿T cii11Ea1hL1ha1EpiEa2J. h Ep2ha2hPepikeaikdd 1hqo圖研究表明：單支點支護 結構的彎矩零點與基坑底面 以下土壓力為零的點位置相 近，計算時可取該點作為彎 矩零點。設：基坑底面至彎矩零 點的距離為hcl,根據 ea1k=ep1k ea1k=1.3( Y mj hclK pi +2Cik a/ Kpi) 可求得hcihci=(105.6/1.3-2X 1.303)/(20.2 X1.689)=0.7m(2)計算支點力Tcl 計算簡圖

12、如圖(4 ),根據刀Mc=0得Tc1 = (Ea1 ha1 +Ea2ha2-Ep1 hp1 -Ep2hp2“(h T1+hc1) (3)計算支點力Tcl(取樁間距Sa=1.2m作為計算單元)計算簡圖如圖(3-7),根據刀Mc=0q。I一Tc1I1111Ea1ha1hcE p1Ea22.Ep2ha21h2ep1kea1kdh圖(3-7)得Tc1 = (Ea1ha1+Ea2ha2-Ep1hp1-Ep2hp2)/(h T1+hc1)Eai=1/2 X05.6 X1.2 X.2=709.6KNhai=11.2/3+0.7=4.4mEa2=105.6 8.7 *2=88.7KNha2=0.7/2=0.3

13、5mEpi=75.3 0.7 *2=63.3KNEp2=1/2(105.6-75.3) 0.7X1.2=12.7KN hp2=0.7/3=0.2m709.6 4.4 88.7 0.35 63.3 0.35 12.7 0.2小“Tcl396.0KNhpi=0.7/2=0.35m7.2 0.7(4) 確定嵌固深度設計值確定單支點支護結構嵌固深度，其計算簡圖 如圖(4),根據極限平衡條件，并考慮一定的安 全儲備,按下式確定支護結構的嵌固深度設計 值。nnTcl(htl hd)Epj hpj 1.2 0 Eai hai 0j 1i 1先假設h d，代入上式進行抗傾覆穩定性驗算。取 hd=9.0m hT

14、l+hd=16.2mEa1 = 1/2 為05.6 1.2 11.2=709.6KN ha1=11.2/3+9.0=12.7m0圖(3-8)Ea2=105.6 *2 g.0=1140.5KNha2=9.0/2=4.5mEpi=75.3 1.2 9.0=677.7KNhpi=9.0/2=4.5mEp2=1/2(506.6-75.3) 1.2X9.0=2329.0KNHp2=9.0/3=3.0m396. (7.2 9.) 813.2 45 2329.0 3.01.211.0 (709.6 12.7 1140.5 4.5) 2當hd=9.0m時，滿足抗傾覆穩定要求。(5) 計算最大彎矩值計算最大正彎

15、矩(+Mmax)在彎矩零點以上，剪力為零的點，即為最大 正彎矩的點。設：剪力零點D距地面的距離為x,該點主 動土壓力強度為eaD貝U有Tci 1/2 1.2eaDX 0xeaD根據三角形的相似比112亦6解方程組得eaD=79.2KN/m2x=8.4mM max Tci(x 4)1/2eaDX 1.2 x /3624.7KN m計算最大負彎矩值(-Mmax)最大負彎矩發生在支點1設：支點的土壓力為ea1ea1 105.6 4.0/11.237.7KN /m2Mmax 1/2 37.7 4.0 1.2 4.0/3120.6KN m(6) 計算最大剪力值土壓力強度為零點即為最大剪力的位置，其最大剪

16、力為：Hmax 1/2 105.6 11.2 1.2 105.6 0.7 1.21/2 (75.3 105.6) 0.7 1.2 396.0 326.3KN4.鋼筋混凝土灌注樁設計(1)樁體布置由于在基坑開挖前已米取人工降水措施，基坑支護不考慮防水，灌注樁可按一字型間隔排 列，樁間距一般取1.52.0倍樁徑。考慮長春地 區樁間土塌落拱的間距在400500 mm,且本工程場地土土質較好，可利用“土拱作用，取樁間距Sa=1.2m。具體布置如(3-16)所示:68.0m1.2820J05圖(3-16)(2) 結構內力及支點力設計值截面彎矩設計值截面剪力設計值 支點力設計值截面彎矩設計值 支點力設計值

17、TdM 1 25 0 M maxV 1.25 oVmaxTd!125 0Tc!1.25 oM max 781KN m1.25 TC1495 KN(3) 截面承載力計算本設計采用沿排樁截面周邊均勻配置縱向鋼筋。其正截面承載力按混凝土結構設計規范(GB 5020492)的有關規定進行計算，并符合 其有關構造要求。計算公式為：fcA(1 Sin)( ! t)fyAs 0(3-19)M Mu33 fcAr sinfyAsrssinsin t(3-20)t 1.252(3-21)式中M 彎矩設計值；A 構件截面面積 A= n r2 ;As全部縱向鋼筋的截面面積；r圓形截面半徑；rs縱向鋼筋所在圓周半徑；

18、a 1對應于受壓區混凝土截面面積的圓心 角與2 n的比值；a t縱向受拉鋼筋的截面面積與全部縱向鋼筋截面面積的比值，當a 0.65時，取a t=0cm A由(3-19)(3-20)可推出：(3-22)M f cmA sinAs3fy(sinsin t)(3-23)將r=400mm rs=350mm fc=14.3N/mm211.25 fyAs2sin 2fcmA3 fyAsfy=310N/mm2 M 781KN m代入（3-22）（3-23）式，用迭 代法可求得As 8326mm2取樁截面配筋為1625 （As 8345mm ）,其配 筋圖如圖（3-17）:圖（3-17）支護樁配筋圖（4）冠梁

19、與腰梁設計1）冠梁設計為了使各自獨立的支護樁形成一個閉合的、 連續的抵抗水平力的整體，在支護樁頂部需設置 鋼筋混凝土冠梁。冠梁的剛度對支護結構的整體剛度影響很 大。其剛度愈大，愈相當于支點的作用，對樁的 受力和變形將起著顯著的改善作用。 因此，設計 時可將其截面尺寸加大，并配以適量的鋼筋，以 增強其剛度。取冠梁尺寸為600 X 1000,其配筋計算根據 經驗公式：Aq=（0.5 0.8）As=39986396mm2 取冠梁截面配筋為1025（Aq=4909mm2） 其構造如圖（3-18）所示：圖（3-18）2）腰梁設計為了使基坑外側土壓力及地面荷載對支護 樁所產生的水平作用力傳遞給土層錨桿，再

20、通過 土層錨桿傳遞到周圍土層。在支護樁的錨點處要 設置一道腰梁。腰梁計算：腰梁為多跨連續梁，其受力如圖(3-19)所示:R Jjd s Rd s Rd s F:zszzzs.z圖(3-19)樁距Sa=1.2m,取錨桿水平間距為S =Sa=1.2m貝 y Rdi Tdi 495KNM max 0.132Rdi 65.3KN mM max 0.118Rd1 58.4KN m當錨桿的傾角較小時，其垂直分力較小。腰 梁可采用工字鋼組合箱形直梁，支承在灌注樁牛 腿上。所需腰梁的截面抗彎剛度為：Wn 晉 2893Cm3選用 2I14 W 306cm35土層錨桿設計錨桿屬于受拉構件，它一端與支護樁聯結， 另一端錨固在地基土層中，將支護樁傳來的水平 拉力傳遞到土層中，以利用土層的錨固力維持支 護結構的穩定。(1)錨桿