1、SMW工法圍護結構設計計算方法的研究總結一.板式支護結構形式概述基坑的圍護工程是指在基坑開挖時，為了保證坑壁不致坍塌、保護主體地下結構的安全以及使周圍環境不受損害所采取的工程措施的總稱。按照有無支護措施可將基坑工程分為有支護基坑工程和無支護基坑工程。無支護基坑工程，即放坡開挖，一般是在場地空曠、土質較好、環境要求不高的情況下才能使用。但隨著城市的發展，建筑物基礎深度加大，建筑物及地下管線等越來越密集，可施工的空間越來越狹小，而且周圍環境要求的提高，相應對基坑圍護工程也提出了越來越高的要求。目前，支護結構按其受力機理主要可分為土釘支護、重力式擋土墻、排樁或地下連續墻式擋土結構、逆作拱墻擋土結構。

2、上海市基坑支護規范將排樁和地下連續墻稱為板式支護結構。由于板式圍護結構占地少，對環境影響小，適用的基坑深度大等優點，已經成為目前城市中使用最多的一類圍護結構。其結構形式主要包括地下連續墻、灌注樁、鋼板樁、SMW工法等。（一）地下連續墻地下連續墻是利用各種挖槽機械，借助于泥漿的護壁作用，在地下挖出窄而深的溝槽，并在其內澆注適當的材料而形成一道具有防滲水、擋土和承重功能的連續的地下墻體。地下連續墻作為基坑圍護結構首先應用于上海電訊大樓基坑并采用逆作法施工，作為承重結構則最先用于上海市基礎公司科研樓，均獲得成功。目前在基坑工程中應用的地下連續墻形式有以下幾種：（1）壁板式：應用最多的地下連續墻形式，

3、用于直線形、圓弧形、折線形墻段。（2）T形及形地下連續墻：適用于基坑開挖深度較大，支撐垂直間距較大的情況。（3）格形地下連續墻：這是一種將壁板式及T形地下連續墻組合成的結構，靠自重維持墻體的穩定，已用于大型的工業基礎。（4）預應力U形折板地下連續墻：折板是一種空間受力結構，具有剛度大、變形小、能節省材料的新型地下連續墻形式。地下連續墻技術具有如下優點：施工時震動少，噪聲低；能夠緊鄰相鄰的建筑及地下管線施工，對沉降及變形較易控制；墻體剛度大、整體性好，因而結構和地基變形都較小，即可用于超深圍護結構，也可用于主體結構；耐久性及抗滲性能較好；可實行逆作法施工，有利于施工安全，并加快施工進度。（二）柱

4、列式鉆孔灌注樁灌注樁屬于柱列式擋土墻，是把單個鉆孔灌注樁體并排連續起來形成的地下擋土結構，樁徑一般為6001200mm。這些單個樁體可在平面布置上采取不同的排列形式形成連續的板式擋土結構，來支撐不同地質和施工技術條件下基坑開挖時的側向水土壓力。圖1列出了幾種常用柱列式擋土墻形式。其中，間隔排列式如圖1(a)適用于無地下水或地下水位較深，土質較好的情況；一字形相切式如圖1(b)往往因在施工中樁的垂直度不能保證及樁體擴頸等原因影響樁體搭接施工，從而達不到止水要求；搭接排列式如圖1(c)、圖1(d)。因此，在地下水位較高的軟土地層中，最常用的是間隔排列與防水措施結合的方法，如圖1(e)。圖1 常用鉆

5、孔灌注樁柱列形式鉆孔灌注樁柱列式擋土墻的優點在于施工工藝簡單，平面布置靈活，剛度較大。缺點是防滲和整體性較差。適用于軟土地層，開挖深度可在512m。近年來，通過上海等地的大量基坑工程實踐，以及隨著防滲技術的提高，鉆孔灌注樁適用的深度范圍已逐漸被突破。鋼板樁是一傳統支護結構，它是將鋼板樁打入土層，設置必要的支撐或拉錨，抵抗土壓力和水壓力并保持周圍地層的穩定，確保施工安全。鋼板樁支護結構，有永久性結構和臨時性結構兩類，其中用于深基坑圍護的多為臨時性結構。鋼板樁圍護結構作為臨時性結構，是由鋼板樁擋墻和鋼板樁支撐結構（或拉錨結構）組成的。支撐結構一般由縱向圍檁、水平橫撐、角撐、水平及垂直聯系桿件等組成

6、。（三）鋼板樁支護鋼板樁多采用帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼，鋼板樁靠鎖扣或鉗口相互連接咬合，形成連續的鋼板連續墻，用來擋土和擋水。鋼板樁斷面形式很多，不同國家都制定有各自的規格標準，我國最常用的鋼板樁為拉森板樁。鋼板樁支護的優點是板樁材料質量可靠，在軟弱土層中施工速度快，施工也較簡單，具有較好的擋水性，并且可拔出多次重復使用，降低成本。不足的是施工噪音及振動較大，剛度小，變形大，需注意接頭防水，拔樁時容易引起土體移動，導致周圍環境發生較大的沉降。（四）SMW工法圍護樁SMW工法圍護樁，即型鋼水泥土復合樁，是通過多軸深層攪拌機將土體切散，同時從其鉆頭前端將水泥漿注入土體，通過攪拌頭將水泥漿與原位土反復

7、混合攪拌，采取重疊搭接的方式，在水泥土混合體硬結前，按設計間距插入H型鋼作為應力加強材料，直至水泥土硬結后形成型鋼水泥土復合樁。當圍護結構的擋土功能完成后，回收型鋼并可重復利用。常見的型鋼水泥土復合樁的斷面布置形式有5種，詳見圖2。工程上按型鋼在攪拌樁截面中的位置分成兩種形式：半位和全位。半位形式即型鋼只布置在攪拌樁受拉區，以提高樁的彎曲抗拉性能，而主要壓力由水泥土承擔，如圖2(d)、圖2(e)；全位形式即型鋼在攪拌樁中全截面布置，既承擔拉力又承擔壓力，如圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)。半位形式可節省鋼材，充分利用材料特性；全位形式則全面承擔載荷，提高截面剛度。按受力單元承載大小，布置型鋼

8、有3種形式：“滿堂”；“1隔1”；“1隔2”。“滿堂”即每個攪拌樁單元內都有型鋼；“1隔1”即間隔一個攪拌樁單元布置型鋼；“1隔2”即間隔兩個攪拌樁單元布置型鋼。“滿堂”形式用于作用載荷較大的情形，所需的型鋼量很大；“1隔1”和“1隔2”形式用于作用載荷相對較小的情形，所需的型鋼量較少。圖2 型鋼水泥土復合樁的斷面布置形式與地下連續墻和鉆孔灌注樁相比，SMW工法圍護樁具有對周圍地基影響小、高止水性、地層適應性強、造價低等優點。目前SMW工法的成墻厚度可在5501300mm之間，最大深度達65m。二.SMW工法簡介SMW工法是Soil Mixing Wall的簡稱，由日本成幸工業株式會社1976

9、年開發成功。它是一種勁性復合圍護結構，該工法通過在各施工單元之間采取重疊搭接施工，然后在水泥土混合體未結硬前插入H型鋼或鋼板作為其應力補強材料，至水泥結硬，形成一道具有一定強度和剛度、連續完整、無接縫的地下墻體。將承載與防滲擋水結合起來，使之成為同時具有受力和抗滲雙重功能的支護擋墻。這種結構充分發揮了水泥土混合體和受拉材料的力學特性，同時具有經濟、工期短、高止水性、對周圍環境影響小等特點。該工法作為基坑圍護結構的一種施工方法得到了廣泛的應用。SMW擋土墻具有以下功能：止水墻的功能；承擔抵抗側壓的功能；承擔拉錨或逆作法工程中荷載的垂直分量的功能。SMW擋土墻主要是把水泥土的止水性能和芯材的高強度

10、特性有效地組合而成一種抗滲性好、剛度高、經濟的圍護結構，同其它圍護型式相比，有以下特點：1. 抗滲性好：由于樁體水泥漿強化劑與土體能反復充分攪拌且樁與樁之間互相咬合搭接，無施工冷縫，所以這種圍護結構比地下連續墻具有更高的止水性。2. 整體剛度大、強度高：由于深層攪拌樁可施工成很厚的墻體，而且無施工冷縫，本身剛度很高，而插入的H型鋼又具有很高強度。3. 工程造價低：由于水泥土攪拌樁施工設備少，加上H型鋼可回收，使其造價低于地下連續墻的60%，比柱列式鉆孔灌注樁低；同時由于其剛度較大，基坑開挖時還可減少一道支撐費用。4. 適用范圍廣：它能適應于多種地層條件，可在粘性土、粉土、砂礫石和單軸抗壓強度地

11、60MPa以下的巖石中應用。尤其是在6m12m深基坑中支護更適用。5. 施工速度快：由于采用就地將原土加固的方式施工而一次性筑成墻體，施工工藝簡單，施工效率高，所需工期較其它工法為短。6. 對環境影響小：由于施工時是就地對土體進行切削攪拌，相對其它圍護結構施工對周圍土體的擾動較小，無水土流失，引起的沉降也就較小。7. 環境污染小：廢土外運量較其它施工方法少、施工時無泥漿污染、噪聲較小、振動也較小。三.SMW支護結構設計計算方法（一）側向土壓力 在深基坑支護設計中，側向土壓力是一個非常重要的參數。影響土壓力的因素很多，它不僅受到土體性質的影響，而且與土體變形程度、上體位移、基坑降水方法及效果、基

12、坑支護形式等有關。在側向土壓力的計算理論方面主要有朗肯理論及庫倫理論。 朗肯理論和庫倫理論分別根據不同的假設條件，以不同的方法求算土壓力。只有在最簡單的情況下（、均為零）用這兩種理論算得的結果才相等，否則便得出不同的結果。因此，應針對實際情況選擇使用，以下列出了這兩種土壓力理論在某些主要方面的區別。1. 朗肯理論分析原理：根據土體中各點都處于極限平衡狀態的應力條件，直接求得墻背上各點的土壓力強度分布。墻背條件：假設墻背鉛直、光滑（=0）或墻背傾角>45-/2，以保證上述極限平衡狀態之產生。填土條件：填土可為粘性土或無粘性土；假設填土表面為水平；在復雜的填土表面條件下需作較多的簡化假定；成

13、層的填土條件下，計算較方便。計算誤差：對混凝土垂直墻背，算得的主動土壓力比庫倫理論算得的偏大。但適用于懸臂式、扶墻式或L型的擋土墻。此外，用來計算被動土壓力誤差較小。2. 庫倫理論分析原理：根據墻背與滑動面之間的土楔整體處于極限平衡狀態時的靜力平衡條件，求得墻背上的總土壓力。墻背條件：墻背可以是傾斜和粗糙的（0<<），以保證土楔沿墻背滑動，如墻背傾角>cr時，便得考慮第二滑動面。填土條件：假設填土為無粘性土，其表面為水平或傾斜的。圖解法還可適用于任何形狀的填土面和墻背。對粘性土也可用圖解法，但簡化較多。計算誤差：對混凝土墻背，算得的主動土壓力較合理。且較經濟，但用于計算被動土

14、壓力誤差過大。（二）設計計算方法流程1. 原始資料收集、分析（土層性狀、地下水位、施工現場等）2. 選定結構形式及施工方法（支撐形式、開挖方式、排水等）3. 選擇水泥土配合比、確定水泥土強度4. 墻體入土深度的確定5. 型鋼型號、SMW截面形式6. 內力計算7. 豎直方向承載力驗算8. 穩定驗算9. 構造要求10. 綜合分析11. 方案確定設計強度的取值 為了滿足結構可靠度的要求，應該采用材料強度設計值進行支護結構設計。對于水泥土，其強度設計值可以由強度標準值除以強度分項系數得到。其中，抗壓強度標準值可參照建筑地基處理技術規范中的規定，采用通過70.7mm*70.7mm*70.7mm的立方體試

15、塊測得的28d齡期立方體抗壓強度fcu。水泥土抗剪強度隨抗壓強度增加而提高。當水泥土抗壓強度fcu在0.54MPa之間時，取u=（0.20.3）fcu。水泥土抗拉強度與抗壓強度也有一定關系，一般情況下，t在（0.150.25）fcu之間，強度分項系數取1.5以上。SMW圍護樁入土深度的確定 入土深度的合理確定是支護結構設計的重要內容，入土深度過深，會造成浪費，但入土深度過淺，則會產生危險。地下水豐富的地區入土深度除了要滿足力和位移的要求外，還要滿足滲透穩定條件。 SMW擋墻的入土深度可分為H型鋼的入土深度DH和水泥土樁的入土深度DC兩部分，H型鋼的入土深度DH主要由基坑的抗隆起穩定性和圍護墻的

16、內力、變形允許值，以及能順利拔出等條件決定。在進行圍護墻結構內力、變形和基坑的抗隆起穩定性分析時，圍護墻的結構深度僅計算到H型鋼底端，不計型鋼底面以下那部分水泥土攪拌樁對抗彎、抗隆起的作用。 水泥土樁的入土深度DC主要由以下3個方面的水力條件決定：確保坑內降水不影響到基坑以外的環境；防止管涌發生；防止底鼓發生。 取以上條件中入上深度的最大值作為水泥土樁的最終入土深度值，同時應滿足DC>DH。一般認為，水泥土與型鋼之間的粘結強度和混凝土與鋼筋之間的粘結強度相比很小，因而很難認為水泥土與型鋼是共同工作的。通常認為，水土側壓力全部由型鋼獨立承擔，水泥土攪拌樁用于抗滲止水。（1）H型鋼入土深度的

17、確定目前，主要按下式進行基坑抗隆起安全系數Ks的驗算，從而確定H型鋼的入土深度DH式中： Ks 一 抗隆起安全系數； DH 一 H型鋼的入土深度（m）； H 一 基坑開挖深度（m）； 一 坑底及墻外側土體重度（KN/m3）； c 一 坑底土體的粘聚力（KPa）； q 一 地面超載（KPa）；其中埋入水泥土中的實際深度L=H+DH。（2）水泥土樁入土深度的確定當地下水的向上滲流力大于土的有效重度時，土粒會處于浮動狀態，產生滲流失穩現象。要防止這種現象的發生就要求：式中： Ks 一 抗滲流安全系數，取1.52.0；j 一 地下水的向上滲流力； 一 坑底土體的有效重度（KN/m3），可按下式計算其中

18、： i 一 滲流水力坡度； w 一 地下水的重度（KN/m3）； DC 一 水泥土樁的入土深度（m）；hw、h 一 意義見下圖水泥土樁的入土深度計算簡圖于是，水泥土樁的最小入土深度為同時應滿足DC>DH。截面設計 加勁水泥土擋墻的截面設計主要是確定墻體厚度、型鋼截面和型鋼間距。由于型鋼與水泥土相互作用的機理非常復雜，很難象單一材料構件那樣通過受力分析直接計算結構所需的截面尺寸。可先根據抗滲條件初步確定水泥土擋墻的厚度，然后由受力和變形條件確定型鋼的大小和布置方式。（1）墻體厚度 擋墻厚度要滿足抗滲的要求：墻壁單位面積最大滲水量要小于由設計排水能力確定的單位面積容許滲水量，即式中： Qm

19、一 擋墻單位面積最大滲水量（cm3/m），Qm=k*i*A； k 一 水泥土的滲透系數，一般取0.5*10-6cm/s； i 一 水力坡度，i=hw/Bc； hw 一 基坑內外地下水位差（m）； Bcs 一 水泥土墻厚度（m）； A 一 單位面積； Qc 一 由設計排水能力確定的單位面積容許滲水量（cm3/s）。由此可得墻體的最小厚度為：（2）型鋼截面 基坑支護結構的極限狀態分為兩類：一是承載能力的極限狀態，對應于支護結構達到最大的承載能力或土體失穩、過大變形導致支護結構或基坑周邊環境破壞；二是正常使用極限狀態，對應于支護結構的變形已妨礙地下結構施工或影響基坑周邊環境的正常使用功能。即支護結構

20、的變形是判斷其能否正常使用、決定其承載能力的重要因素。工程實踐也表明，處于軟弱土層、建筑密集地區的基坑支護結構，通常是水平位移控制其承載能力，而材料的應力水平往往較低，遠遠達不到其極限強度。另外，加勁水泥土擋墻的破壞屬于脆性破壞，如果用結構的承載能力進行設計，是不夠安全的。對于第一類加勁水泥土擋墻，組合截面剛度是影響其水平位移的重要因素。但是型鋼與水泥土之間的相互作用不但機理非常復雜，而且在受力過程中不斷發生變化，所以要精確的計算組合結構整個工作過程中的截面剛度困難很大。研究表明，組合結構在受力不大的情況下，型鋼與水泥土之間幾乎不滑動，整體變形相應較小，基本上符合平截面假定。同時，支護結構在正

21、常使用的情況下，恰好符合受力和變形均較小的條件。所以假設加勁水泥土擋墻在正常使用階段，型鋼與水泥土完全粘結無相對錯動，其組合剛度可以通過材料力學中組合梁的計算方法得出。這種方法的核心是依據平截面假定，把不同材料的寬度進行折算，形成同一種材料的相當截面梁，再計算相當截面梁的剛度。如下圖所示組合截面，設鋼材的彈性模量為Es，水泥土的彈性模量為Ecs，先對型鋼的外側翼緣進行折算。當截面承受彎矩時，設此處原截面和相當截面距中性軸同一距離y處的縱向線應變分別為S和S，由于原梁和相當截面梁的變形應完全相同，所以有S=S，于是此處原截面和相當截面上的正應力分別為則陰影位置原截面和相當截面上的全部法向力為其中

22、h1，h2分別為此處上下兩邊到組合截面中性軸的距離。由于將該部分寬度轉換為折算寬度后不應改變其承受的內力，因此有N=N，即由S=S得到型鋼外側翼緣的折算寬度公式同理，型鋼內側翼緣及腹板有類似形式的寬度折算公式。求得相當截面以后，就可以確定其中性軸，進而計算相當慣性矩I*。于是，組合截面梁就等效成慣性矩為I*，彈性模量為Ecs的單一材料梁。實際中，考慮型鋼作用的折減，得到組合截面的相當慣性矩為式中： Ics 一 組合截面中水泥土的慣性矩； Acs 一 組合截面中水泥土的面積； Is 一 組合截面中型鋼的慣性矩； As 一 組合截面中型鋼的面積； Es 一 型鋼的彈性模量； Ecs 一 水泥土的彈

23、性模量； 一 考慮彈性相對滑移的折減系數，取為0.5；以上計算組合截面相當慣性矩的方法有兩方面問題需要注意。首先，上述計算的前提是擋墻處于正常使用階段，這在實際中需要一定的變形、受力條件來保證。其次，圖示組合截面，中性軸位于型鋼以上，即型鋼全截面同時伸長或縮短。由y1、y2之間的關系得出，隨著型鋼截面As的增大，y1逐漸增大，即中性軸逐漸下移。當它移到型鋼高度范圍以內時，型鋼截面部分受壓、部分受拉，組合截面的受力機理發生變化。因此，組合截面中性軸的位置也是區分兩類擋墻重要標志。 如果第一類擋墻的側移小于1%，最大彎矩不到破壞彎矩的30%，它就處于正常使用階段。按照組合梁法得到組合截面的相當慣性

24、矩以后，就可以按照建筑結構基礎設計規范中的彈性法計算支護結構的變形。擋土結構假定為無限長彈性體，采用微分方程求解擋土結構內力和橫撐軸力。主動側的水土壓力己知，假定為三角形分布。擋土結構入土面以下假定只有被動土抗力，土抗力的數值與墻體變位成正比。支撐設置以后即可把橫撐作為不動支點。（3）型鋼間距在實際工程中，加勁水泥土擋墻中的型鋼往往是按一定的間隔插入水泥土中的。這樣，相鄰型鋼之間便形成了一個非加筋區。組合結構的加筋區和非加筋區承擔著同樣的水土壓力。但在加筋區，由于型鋼和水泥土的共同作用，組合結構剛度較大，變形較小，可以視為非加筋區的支點。型鋼的間距越大，加筋區和非加筋區交界面上所承受的剪力就越

25、大。當型鋼間距增大到一定程度，該交界面有可能在擋墻達到豎向承載力之前發生破壞，因此應該根據交界面的抗剪能力確定合適的型鋼間距，計算簡圖如下如圖所示，交界面上的剪應力應該滿足下式式中： q 一 設計側壓力（KN/m2）； 一 水泥土抗剪強度設計值（KPa）；d 一 計算用的豎向高度（m）；Be 一 水泥土的有效厚度（m）；l1 一 相鄰交界面之間的距離（m），l1=l-b；l 一 型鋼間距（m）；b 一 型鋼寬度（m）。經整理，型鋼的最大間距為：承載力驗算 按照上面的方法確定組合截面剛度以后，可以把它等效成單位長一定厚度的混凝土地下連續墻，計算出墻體的內力，再換算成每根型鋼承受的內力。在驗算擋墻

26、承載力時，認為彎矩、剪力全部由型鋼承擔，即可按照鋼結構的有關方法進行計算。下面重點討論擋墻的承載力計算方法。（1）豎直方向受彎破壞模式及承載力 許多模型試驗表明，隨著梁側面豎向裂縫的出現，試件形成靠未開裂的水泥土受壓，鋼板受拉，鋼板和水泥土的接觸面傳遞拉力的結構，直到接觸面發生滑動，模型梁喪失承載能力。實際的水泥土重力式擋土墻除了整體失穩、整體傾覆兩種破壞形式以外，還可能發生繞坑底附近某點傾覆破壞。有限元計算中，擋墻的最大壓應力出現在內側坑底以下約0.5m處，最大拉應力出現在外側坑底以下約1m處，恰好證明了這種破壞趨勢。在擋墻的受拉一側插入型鋼無疑可以限制擋墻繞坑底的傾覆，防止這種破壞的發生。

27、所以型鋼在擋墻工作過程中以受拉為主，現場實測數據和有限元分析也充分證明了這一結論。綜上所述，計算假設：加勁水泥土擋墻接近破壞時，有繞墻內側坑底處傾覆的趨勢，形成了靠未開裂水泥土受壓，型鋼受拉，兩種材料的接觸面傳遞拉力的結構；擋墻的破壞始于接觸面上的剪切應力超過其所能提供的側摩阻力，型鋼與水泥土相對錯動。根據以上分析，可以參照鋼筋混凝土的計算模式，建立加筋水泥土擋墻的承載力計算公式，計算簡圖如下根據水平力的平衡條件則為了保證擋墻處于正常使用階段，需要滿足式中： 一 極限側摩阻力設計值； Cs 一 型鋼截面周長； l0 一 摩擦區的計算長度，取l1、l2的較小值； l1、l2 一 分別為墻身最不利

28、截面距墻頂、墻底的距離； l 一 型鋼間距； qu 一 水泥土抗壓強度設計值； M 一 擋墻最不利截面上的彎矩；（2）豎直方向受剪破壞模式及承載力與常用的鋼筋棍凝土構件不同，加勁水泥土擋墻沒有配置專門的抗剪鋼筋，僅靠型鋼和水泥土抵抗剪應力。特別是第一類擋墻，不但插入型鋼的面積較小，而且水泥土的抗剪強度較低，所以這類支護結構的受剪承載力也非常關鍵。在對模型梁試驗結果進行理論分析的基礎上，認為加勁水泥土擋墻的受力模式是有兩個拱體的拉桿拱，或稱為“雙肋拉桿拱”，如下圖所示。下部拱肋斜向受壓，把承受的內力通過下部型鋼的銷栓作用傳到支座；拱體I既可起拱體的作用而斜向傳遞壓力，又可與試件下部受拉型鋼一起平

29、衡荷載產生的彎矩；下部型鋼則在作為受拉桿的同時，通過銷栓作用傳遞荷載，承擔部分剪力。于是擋墻的受剪承載力由兩部分組成，一是型鋼的銷栓作用，二是拉桿拱的受剪承載力。理論研究和有限元分析均表明，型鋼主要由腹板承擔剪應力。設下部型鋼腹板高度為hw，腹板寬度為tw，抗剪強度設計值為fv，則型鋼的受剪承載力Vs可以表達為對于拉桿拱部分的受剪承載力，在確立了計算模型的基礎上，分析各區水泥土的受力情況，建立力學平衡方程，最終得出水泥土受剪承載力Vcs表達式如下式中： fc 一 水泥土抗壓強度設計值（N/mm2）； l 一 計算跨度（mm），多道支撐時為相鄰兩層支撐之間的距離； h 一 加勁水泥土支護墻體計算

30、單元的截面高度（mm）； b 一 加勁水泥土支護墻體計算單元的截面寬度（mm）； h0 一 加勁水泥土支護墻體計算單元的截面有效高度（mm），取h0=0.86h； 一 支承條件系數，根據實際圍檁的支承條件在0.360.5之間選取。 所以，加勁水泥土擋墻豎直方向受剪承載力Vu就是Vs與Vcs的和。實際中，要求支護墻體的最大剪力設計值V滿足（3）非加筋區水平向承載力 非加筋區水平方向的破壞通常都是由型鋼翼腳產生的剪切裂縫斜向發展引起的，直至最后非加筋區的水泥土被剪斷而發生破壞。實測的水泥土表面應變和型鋼腹板及翼緣的壓應力表明，在跨中產生彎曲裂縫后，型鋼間的水泥土內的應力流可假設為拱狀。因此，可以把

31、這時的傳力模式設想為下圖所示的拋物線形拱，型鋼之間的水泥土充當拱體，把荷載傳至充當拱腳的下部型鋼。則拱體寬度t為：式中： ha 一 型鋼的截面高度；bf 一 型鋼的翼緣寬度； 一 拱軸在拱腳處的切線與水平方向的夾角。為方便公式推倒，將模型進一步簡化為如上圖（b）所示的三鉸拱，采用圖中坐標系并設其拱軸方程為均布荷載作用下的合理拱軸方程。可求得非加筋區水平向承載力公式為：式中： V 一 非加筋區水平向承載力（N）； fc 一 水泥土棱柱體抗壓強度（MPa）； bv 一 計算厚度(mm)，為計算方便可取1000mm； ha 一 型鋼截面高度（mm）； bf 一 型鋼翼緣寬度（mm）。 從上式中可以看

32、出，非加筋區水平向承載力與型鋼的截面高度和翼緣寬度有關，這是因為型鋼截面高度和翼緣寬度影響了拱體寬度的大小，從而影響了承載力；同時，翼緣寬度也 代表了拱腳處的豎向受壓面積，所以增大翼緣寬度對提高承載力是有利的。穩定驗算 穩定性驗算是加勁水泥土擋墻設計的重要環節。參照板式支護體系的穩定性驗算，分別對擋墻的整體穩定性、抗傾覆穩定性和基坑底抗隆起穩定性進行分析。（1）整體穩定驗算加勁水泥土擋墻和地基的整體滑動穩定性驗算，通常采用通過墻底土層的圓弧滑動面計算。考慮這類擋墻的特點，滑動面的圓心一般在墻面上方，靠坑內側附近。宜通過試算，確定最危險的滑動面和最小安全系數，當不計支撐或錨拉力的作用，且考慮滲流

33、力時，整體抗 滑動穩定性的容許最小安全系數應不小于1.25；考慮支撐或錨拉力作用時，整體穩定可不驗算，除非支撐或拉錨失效，或錨桿長度在土體滑動面以內。懸臂式擋墻整體穩定計算簡圖對于懸臂式擋墻，可以按下式進行整體穩定驗算，計算簡圖如上。式中： K 一 整體抗滑穩定安全系數；Ci 一 第i分條土的粘聚力（KPa）；li 一 第i分條土的圓弧長度（m）；qi 一 第i分條土的地面超載（KN/m2）；i 第i分條土的重度，無滲流作用時，地下水位以上取土的天然重度計算，地下水位以下用土的有效重度計算（KN/m2）； bi 一 第i分條土的寬度（m）； hi 一 第i分條土的平均高度（m）； i 一 第i

34、分條弧線中點切線與水平線夾角， i 一 第i分條土的內摩擦角。（2）抗傾覆穩定性驗算 在水平荷載作用下，對于內支撐或錨桿支撐體系來說，基坑土體有可能在支護結構產生傾覆破壞時產生不穩定現象。對于單支撐結構，傾覆破壞產生于以支撐為轉動點的失穩；對于多層支護結構，則可能繞最下層支撐轉動而產生傾覆失穩。其計算模型如下圖所示。抗傾覆穩定計算簡圖驗算時，坑外極限主動土壓力按照朗肯土壓力理論進行計算。坑內極限被動土壓力強度按照下式計算式中： ep 一 計算點處的被動土壓力強度（KPa）；i 一 計算點以上各層土的天然重度（KN/m2），地下水位以下取有效重度； hi 一 計算點以上各層土的厚度（m）； Kp

35、、Kph 一 計算點處的被動土壓力系數。（3）抗隆起穩定驗算 基坑工程的基底抗隆起穩定分析具有保證基坑穩定和控制變形的重要意義。因此在按照前述方法初步確定型鋼入土深度以后，有必要進行抗隆起穩定驗算。抗隆起穩定驗算圖 對于粘性土，土的抗剪強度指標包括c、。將支護結構底面作為求極限承載力的基準面，如果產生滑動，其滑動曲線形狀如上圖所示。參照Prandtl地基承載力公式，不考慮AC面上土抗剪強度的作用，可采用下式驗算抗隆起安全系數式中： 1 一 坑外地表至擋墻底各土層天然重度加權平均值（KN/m3）； 2 一 坑內開挖面以下至擋墻底各土層天然重度加權平均值（KN/m3）； c 一 擋墻底處的地基土粘

36、聚力； q 一 坑外地面荷載； H一 基坑開挖深度（m）； D 一 墻體入土深度（m）； Nq，Nc 一 地基承載力系數。 一 擋墻底處的地基土內摩擦角；KL 一 擋墻底地基承載力安全系數，根據基坑的重要性等級選取。四.工程實例復核驗算工程概況 天津某地下車庫基坑工程，占地面積約為50000平方米。建筑場地屬于濱海平原，地形較平坦。地表建筑物密集，地下各種管道、管線縱橫交錯。工程地質及水文條件 根據上海巖土工程勘察設計研究院有限公司提供的勘查報告，該項目地層主要為第四系全新統人工填土、上部陸相層、第一海相層、中上部陸相層及更新統堆積層。場地地震基本烈度為度，無地震可液化層。土壤最大凍結深度0.

37、7m。本場地地下水為第四系孔隙潛水，主要賦存于粘性土及砂類土中。地下水埋深0.92.6m。地下車庫位于第四系全新統上部陸相層，第一海相層中，巖性以粘土、粉質粘土為主，土質松軟，多呈軟塑一流塑狀，屬中高壓縮性土。本段地下水埋藏淺且較豐富，易發生坍塌變形和不均勻沉降，側壁易坍塌失穩。綜合評價，場地工程地質條件較差。基坑圍護方案 本工程基坑開挖深度為5.0m，采用厚度為1.2m的水泥土攪拌樁圍護結構，墻體為直徑0.7m，間距0.5m的兩排水泥土攪拌樁，樁長為9.5m，采用加筋水泥土擋墻。在水泥土攪拌樁中插H型鋼（HM600x300x14x23），插入深度也為9.5m，型鋼截面慣性矩為137000cm

38、4，型鋼間距為1000mm。樁頂標高為3.7m，計算時考慮地面超載10KPa。基坑開挖示意圖基坑圍護結構計算（1）地質條件和計算參數場地地質條件根據JD-17勘探孔的勘察結果，基坑開挖涉及范圍內土層的物理力學指標和計算參數見下表。地下水位標高為1.5m。 某工程土層特征表層號土層名稱平均層厚（m）底深（m）重度（KN/m3）粘聚力（kPa）幕擦角（o）壓縮模量（MPa）雜填土1.01.018.3730.831.12.6粘土6.27.218.829.016.13.1粉質粘土8.015.219.020.524.54.3粉質粘土6.621.819.928.321.33.4粉砂2.324.120.117.034.021.6粉質粘土20.332.317.05.3（2）承載力驗算豎直方向受彎破壞模式及承載力樁身水泥土采用425號普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為20%，水灰比為1:6。試塊28天無側限抗壓強度為1.002.73Mpa之間，因此水泥土的力學性能指標可取為qu=1.2MPa，ft=0.2MPa，E=120MPa。型鋼的fy=235MPa，E=206*103MPa，型鋼設計抗拉強度f=210MPa。土壓力采用朗肯理論計算，主動土壓力系數為：則土壓力為：擋墻最大彎矩為：水泥土受壓區寬度：將結果代入得：由上述計算結果可知墻體滿足豎直方向受彎破壞模式承載力要