深基坑工程樁錨支護設計

計算理論及應用

1深基坑工程樁錨支護設計

計算理論及應用

1第1章緒論

第2章樁錨支護設計計算理論與分析

第3章樁錨支護工程的降水設計與監測技術

第4章深基坑支護工程實例第5章總結與展望2第1章緒論2第1章緒論

1.1深基坑支護方法的分類及特點

（1）基坑圍護體系是臨時結構，具有較大的風險性（2）基坑工程具有很強的區域性

（3）基坑工程具有很強的特性

（4）基坑工程具有很強的綜合性

（5）基坑工程和土壓力具有很強的相關性（6）基坑工程具有較強的時空效應

（7）基坑工程是系統工程（8）基坑工程的周邊環境較復雜（9）基坑圍護方法多

3第1章緒論1.1深基坑支護方法的分類及特點31.2深基坑支護的發展概況

深基坑的支護技術及其理論研究在國外發展較早，但在我國起步較晚，僅是近二十多年才逐漸涉及。上世紀70年代以前我國所涉及的基坑都較淺，一般意義上都稱不上是深基坑。上世紀70年代初北京建成了深20.0m的地鐵區間站和東站深基坑。上世紀80年代中期廣東、上海、北京及其它城市修建的深基坑陸續增加，設施和施工都不斷積累了經驗，為了總結各地經驗和理論，由中國土木學會和中國建筑學會土力學和基礎工程學會組織，上世紀80年代以來相繼在北京、上海、天津等地召開過全國和地方性深基坑會議，并出版相關論文集；進入上世紀90年代為了總結我國深基坑支護設計技術與施工經驗，上海市、深圳市、武漢市、廣東省等地區陸續頒布了關于深基坑設計的地方規程，北京國家行業標準亦頒布使用；同時上海、武漢、杭州等地已出版了多冊關于深基坑設計與施工方面的實錄集。2003年武漢市開始統一使用“天漢軟件”為深基坑設計服務；2004年8月12日湖北省建設廳發布了地方標準基坑工程技術規程。

41.2深基坑支護的發展概況

深基坑的支護技術及其理論研究在

近幾年來，高層建筑與市政建設處于大發展時期，由于設計與施工隊伍對當地的基坑施工特點不夠熟悉，因而發生了一些事故。為避免這些事故的發生，應從如下幾方面進行總結，并改進這些方面的工作。

（1）設計方面（2）施工方面（3）監測方面

基坑支護設計中的主要問題是穩定性和變形問題，現在對支護結構的穩定性計算的常規方法一般是按彈性地基梁理論，采用等值梁法或連續梁法。其缺陷和不足是：①土體是各向異性、非均質、非連續的介質，不完全是彈性體。②深基坑開挖是一個卸荷過程，基坑開挖后邊界條件改變，亦即穩定性分析未考慮應力路徑變化對土體強度及變形性質的影響。③特別是對于軟土，基坑開挖后支護結構的穩定性應考慮軟土長期流變的影響。④對于不同的土類別，采用同一種穩定分析計算方法，不盡合理。⑤僅考慮了支護結構本身的穩定性，而往往忽略了支護結構與邊坡上體作為一個整體的整體邊坡穩定性。⑥深基坑變形破壞類型的劃分一般是按傾覆、整體滑移，強度破壞、踢腳底鼓、管涌、變形過大、地面開裂沉陷等來劃分，這是否缺乏科學性和系統性。5近幾年來，高層建筑與市政建設處于大發展時期第2章樁錨支護設計計算理論與分析

2.1深基坑邊坡的變形破壞模式

當基坑坑壁采用樁（墻）錨、樁（墻）撐式支護結構時，深基坑可能發生三種形式的變形破壞：⑴支護樁（墻）入土深度不足，支護樁（墻）下部出現“踢腳”⑵錨桿的錨固力或支撐力不足，使錨桿拉出或使支撐“壓屈”；⑶支護樁（墻）強度不足出現剪斷破壞。當基坑坑壁采用噴錨（土釘墻）支護時，基坑可能發生以下三種形式的變形破壞：⑴錨桿或土釘長度不足，基坑邊坡土體沿朗肯主動破裂面發生變形破壞；⑵個別錨桿或土釘的抗拔力不足，被從土體內拉出；⑶錨桿（土釘）與面層鋼筋聯接不牢固，與面層鋼筋拉脫。

6第2章樁錨支護設計計算理論與分析2.1深基坑邊2.2支護結構選型

武漢地區深基坑支護結構的主要型式如下：

1)放坡開挖2)懸臂樁3)水泥土重力式擋土墻

4)樁錨式支護結構5)內支撐式支護結構

6)噴錨支護（土釘墻）7)綜合措施

2.3土層錨桿的內力計算

錨桿的承載力式中：Qu__錨桿極限承載力；rb__錨桿錨固體半徑；La—錨桿錨固段長度；τu錨桿周圍土體的抗剪強度72.2支護結構選型

武漢地區深基坑支護結構的主要型式如下：

土層錨桿基于局部變形的內力計算理論的假定如下：

(1)假定錨固體周圍土體上某一點的剪力集度（單位長度錨固體的剪力）與這點的位移成正比關系，即：q=-Ksw，式中q—剪力集度（N/m），q=2πrbτ，其中rb為錨固體半徑（m），τ為剪應力（Pa），Ks—綜合切向剛度系數（N/m/m）

w為錨固體上某點位移（m）

上述假定，實際上是用一系列獨立作用的“切向彈簧”來描述錨固體與周圍土體之間的相互關系。

(2)忽略土體對錨桿的壓縮變形。

(3)不考慮土體對錨桿頂端和底端作用。8

土層錨桿基于局部變形的內力計算理論的假定如下：

(12.4支護結構水平荷載與抗力計算

2.4.1超載作用下支護結構水平荷載與抗力計算模式圖2-1水平荷載與抗力計算模式92.4支護結構水平荷載與抗力計算

2.4.1超載作用下支護結2.4.2支護結構水平荷載標準值

圖2-2水平荷載標準值計算簡圖102.4.2支護結構水平荷載標準值

圖2-2水平2.4.3支護結構水平抗力標準值計算

圖2－5水平抗力標準值計算簡圖112.4.3支護結構水平抗力標準值計算

圖2－5水平抗力標準2.5樁錨支護結構設計計算

2.5.1懸臂式支護結構計算

圖2-6懸臂式支護結構嵌入深度計算簡圖圖2-7內力計算簡圖122.5樁錨支護結構設計計算

2.5.1懸臂式支護結構計算2.5.2多支點支護結構計算計算簡圖圖2-8支點力圖2-9嵌固深度hd計算簡圖132.5.2多支點支護結構計算計算簡圖圖2-8支點力圖2圖2-11多支點支護結

構內力計算簡圖圖2-12逐層開挖支撐（拉錨）力不變等值梁法計算簡圖14圖2-11多支點支護結

構內力計算簡圖圖2-12逐層開挖支撐2.5.3結構內力及截面承載力計算

5)排樁及支撐體系混凝土結構的承載力應按下列規定計算：(1)正截面受彎及斜截面受剪承載力計算以及縱向鋼筋、箍筋的構造要求，應符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》GBJ10的有關規定；(2)圓形截面正截面受彎承載力應按下列規定計算：沿截面受拉區和受壓區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（圖2-14），其正截面受彎承載力可按下列公式計算：152.5.3結構內力及截面承載力計算

5)排樁及支撐體系混2.5.4錨桿計算

1)錨桿承載力計算應符合下式：

錨桿自由段長度按下式計算：（圖2-15）

錨桿長度設計應符合下列規定：

(1)錨桿自由段長度不宜小于5m并應超過潛在滑裂面1.5m；

(2)土層錨桿錨固段長度不宜小于4m;

(3)錨桿桿體下料長度應為錨桿自由段、錨固段及外露長度之和，外露長度須滿足臺座、腰梁尺寸及張拉作業要求。

6)錨桿上下排垂直間距不宜小于2.0m，水平間距不宜小于1.5m；錨桿錨固體上覆土層厚度不宜小于4.0m；錨桿傾角宜為15°～25°，且不應大于45°。錨桿錨固體宜采用水泥漿或水泥砂漿，其強度等級不宜低于M10。

162.5.4錨桿計算

1)錨桿承載力計算應符合下式：

錨桿總結基坑支護結構設計計算思路如下：

(1)若設計某一段，則應己知該段各土層的厚度、γ、c、φ、K、及q0、q1、b0、b1，選取該段重要性系數γ0，設定該段樁長初值為h+hd，若樁長不滿足下列要求，則應加大樁長，直至滿足為止；

(2)由式(2-4)～(2-7)計算基坑外側豎向應力標準值；

(3)由2.4.2節的公式計算支護結構水平荷載標準值；

(4)由式(2-11)計算作用于基坑底面以下深度處的豎向應力標準值；

(5)由2.4.3節的公式計算基坑內側水平抗力標準值；

(6)對懸臂式支擋結構，按式(2-14)確定懸臂式支護結構嵌入深度設計值hd，若滿足，則可確定樁長；若不滿足要求，則應加大樁長，直至滿足為止；

(7)由式(2-15)驗算抗滲透穩定條件；

(8)由式(2-16、17)計算支擋結構彎矩計算值及剪力計算值；

(9)由式(2-34、35)計算支擋結構截面彎矩設計值及截面剪力設計值；(10)由式(2-37～43)進行支擋結構截面尺寸(如直徑)及配筋等設計；

17總結基坑支護結構設計計算思路如下：

(1)若設計某一段，則(11)對單層支點支護結構，先按式(2-18)確定基坑底面以下支護結構設定彎矩零點位置至基坑底面的距離；

(12)由式(2-19)計算支點力；

(13)由式(2-20)確定嵌固深度設計值；

(14)由式(2-25)計算支點支護結構彎矩計算值及剪力計算值；

(15)按上面第(9)、(10)步進行單層支點支護結構截面尺寸及配筋等設計；

(16)對多層支點支護結構，先按式(2-21)、(2-22)確定嵌固深度計算值；

(17)由式(2-24)計算嵌固深度設計值；

(18)按彈性支點法計算多支點支護結構支點力計算值；或按逐層開挖支撐力不變等值梁法由式(2-27、29、31)計算支點力計算值；

(19)由式(2-25)計算多層支點支護結構彎矩計算值及剪力計算值；

(20)由式(2-25)計算支點結構第層支點力設計值；

(21)按上面第(9)、(10)步進行多層支點支護結構截面尺寸及配筋等設計；

(22)由2.5.4節的公式和規定進行錨桿承載力計算，確定錨桿桿體的截面面積，確定錨桿軸向受拉承載力設計值，計算錨桿自由段長度，進行錨桿長度、間距、傾角等設計；對于內支撐結構，應進行強度驗算、穩定性及細長比驗算等。

18(11)對單層支點支護結構，先按式(2-18)確定基坑底面以第三章樁錨支護工程的降水設計與監測技術

3.1深基坑工程降水設計

降水基本理論

設計基坑降水系統需要選用滲流公式確定井的數目、間距、深度、直徑以及井的出水量等。選用滲流公式時，要根據基坑的深度，考慮場地的水文地質條件，即地下水的類型、補給源及井的結構等。根據地下水有無壓力，水井分為無壓井和承壓井。當水井布置在具有潛水自由面的含水層中時，稱為無壓井；當水井布置在承壓含水層中時,稱為承壓井。當水井底部達到不透水層時稱為完整井，否則稱為非完整井。各類井的涌水量計算方法都不同。1857年，法國水力學家Dupuit首先研究出地下水涌水的理論。這些理論雖與實際情況有出入，但直到現在還廣泛地被應用著。他研究了完整承壓井和完整潛水井的涌水情況，并作了如下假定：①含水層為均質和各向同性；②水流為層流；③流動條件為穩定流或非穩定流；④水井出水量不隨時間變化；

19第三章樁錨支護工程的降水設計與監測技術3.1深基坑工程降基坑涌水量的計算

基坑井點系統是由許多井點同時抽水，各個單井水位降落漏斗彼此發生干擾，因而使各個單井的涌水量比計算的要小，但總的水位降低值確是大于單個井點抽水時的水位降低值，這種情況對于以疏干為主要目的的基坑施工是有利的。

潛水完整井環行井點系統可按下式計算涌水量：

式中，R’—群井的影響半徑（R’=R+r0）；S—水位降低值（m）；r0—環狀井點系統的假想半徑，可按下式計算：

式中，F—井點系統包圍的基坑面積（m2）

20基坑涌水量的計算

基坑井點系統是由許多井點同時抽水，各個單井3.2樁錨支護工程的監測技術

工程監測的目的及重要性主要表現在：

(1)將監測獲取的數據與理論計算值比較以判斷原施工參數取值是否合理，以便調整下一步施工參數，做好信息化施工。

(2)將監測結果信息反饋優化設計，使之更符合實際，使支護結構設計更加經濟、安全。

(3)積累基坑工程施工、設計優化的實際資料，指導今后設計施工。

深基坑支護工程監測技術主要包括以下幾個方面：

1)支護結構的監測（1）水平位移監測。根據基坑大小，一般每間隔6-8m布設一個監測點，在關鍵部位適當加密布點。考慮到施工場地狹窄、測點常被阻擋的實際情況，可用位移收斂計、經緯儀、伸縮計等多種方法進行監測。（2）傾斜監測。根據支護結構受力及周邊環境等因素，在關鍵的地點鉆孔布設測斜管，用高精度測斜儀定期進行監測，也可在基坑開挖過程中在支護結構側面用經緯儀觀測，以掌握支護結構在各開挖施工階段的傾斜變化情況，及時提供支護結構深度—水平位移—時間的變化曲線及分析計算結果。（3）沉降監測。可按常規方法用DSI型精密水準儀對支護結構的關鍵部位進行監測。213.2樁錨支護工程的監測技術

工程監測的目的及重要性2)周邊環境的監測

3)確定監測周期及頻率

4)設定預警值

5）監測結果的分析與評價

6）險情預報

7）提出合理化措施

（1）在支護結構水平位移速率和累計位移較大時，分別增設鋼管水平角支撐、加密支撐、及時安裝支撐構件、跳槽開挖、停止超挖、先支撐后開邊支撐邊開挖、在擋土結構的背后挖土卸荷或加設樹根樁等。

（2）對較復雜的周邊環境，為保證支護結構的位移較小，對錨桿施加足夠的預應力，或在水平鋼管支撐安設時用千斤頂施加預應力頂緊支護結構。

（3）對鄰近較重要的建筑物及地下煤氣管道等進行灌漿加固等措施。對滲漏、管涌等要引流堵漏，壓密注漿水堵漏，降水堵漏，鋼絲網水泥砂漿護壁等。對周邊地面澆注混凝土薄層，增設排水通道，對周邊土體裂縫及時用水泥砂漿封閉，以防地表水往下滲流。

（4）對變更設計、施工方案的分析評價和建議。222)周邊環境的監測

3)確定監測周期及頻率

4)設定預警第四章深基坑支護工程實例

4.1工程概況

武漢RDR國際廣場主體工程為3棟塔樓，其中2棟28層，1棟24層，裙樓6層，地下二層。總建筑面積67405m2，地下總建筑面積8296m2，基坑占地面積約5000m2，平面形狀近似矩形。本工程設計正負零標高約相當于絕對標高21.20m，基礎承臺墊層底標高為-10.70m至-9.20m，電梯井局部基礎承臺墊層底標高為-11.40m。基坑周邊實際最大開挖深度為9.9-8.4m。

該場地周邊現有建（構）筑物、地下管網、道路等具體情況如下：北側：基坑北側緊鄰江大路，坑壁距道路邊線最近處7.0m，且有電信溝、煤氣管道、排水管道。東側：基坑東側緊鄰黃孝河路，坑壁距道路邊線8.5m，且有電信溝、煤氣管道、排水管道，距黃孝河排水箱涵12m。南側：南側基坑邊線距武漢市交通委員會武漢交通信息中心約11m；西側：為規劃道路，距擬建建筑物邊線約25-30m外有兩棟8-9的砼結構住宅樓。23第四章深基坑支護工程實例

4.1工程概況與基坑支護有關的各土層分別描述如下：

（1）人工填土層（Qml）:灰、灰黑、黃褐色等顏色，主要由爐碴、碎石及粘性土組成，結構松散。局部有原黃孝河道淤泥分布。土層厚2.00-4.5m。（2-1）粘土（Q4al）:褐色，褐黃，軟塑，含鐵、錳質結核，土層頂板埋深2.00-4.50m，層厚1.10-4.50m，平均厚度2.60m。局部地段缺失。（2-2）粘土（Q4al）棕黃灰褐色，可塑狀，含鐵、錳質結核，土質均勻，土層頂板埋深4.40-6.00m，層厚1.00-3.10m，平均厚度1.96m。（2-3）粉質粘土（Q4al）灰褐色，軟塑-流塑狀，土質不均，夾粉土薄層，局部為淤泥質土。土層頂板埋深6.20-8.10m，層厚4.90-7.80m，平均厚度5.83m。（3-1）粉土、粉砂夾粉質粘土（Q4al）：灰褐色-灰色，粉土粉砂松散、稍密，粉質粘土軟塑狀，薄層產出。土層頂板埋深11.40-14.20m，層厚1.20-2.80m，平均厚度1.98m。向北西向南東多變薄或尖滅。（3-2）粉砂（Q4al）：青灰色，稍密-中密，飽和。成份以長石、石英為主，少量云母、暗色礦物及粘粒，夾含多層不規則薄層狀及透鏡體狀粉土。土層頂板埋深12.80-16.10m，層厚6.20-13.90m，平均厚度9.34m。24與基坑支護有關的各土層分別描述如下：244.2深基坑支護方案的選擇支護方案比選的原則是：首先根據地層、開挖深度、周邊環境的不同詳細對基坑支護分段，然后對每一段按由簡單到復雜、由低價到高價的先后順序進行試算、比較，同時兼顧工期及其它工程條件，最后選擇最佳的方案。綜合考慮本基坑工程的各項條件，經過充分的比較、論證、試算后，確定本基坑工程支護方案的總體思路如下：以排樁+預應力錨桿作為主要支護手段，輔助坡頂減載、坑內坡腳留設反壓土體、外設加強樁、止水帷幕、坑內深井降水等手段，確保支護體系的完善。對已施工的支護樁充分利用，原支護樁不能滿足要求時，采取加錨或加樁等措施予以補強。本工程擬采用坑內深井降水、坑壁深層攪拌止水、坑內明排相結合的地下水處理措施。深井降水不可避免的會引起場地周邊地面一定的沉降量，但根據多年來在武漢市從事深基坑工程方面的經驗，可以通過以下兩個方面來將其負面影響降低到最小程度：⑴優化設計⑵合理安排抽水時間254.2深基坑支護方案的選擇254.3支護設計

由于場地內各段土層厚度有一定的變化，故分段概化為5種地層剖面分別計算。現將DE段和FG段概化地層圖示如下：264.3支護設計26

坡頂超載：施工荷載取10-15kPa，道路荷載取30kPa，建筑荷載取15kPa/層。土壓力分布模式按朗肯土壓力理論，水土壓力合算，被動土壓力折減系數取1.0。排樁的入土深度按彈性抗力法計算結果確定，同時滿足樁長構造要求。排樁的內力取上面確定的樁的長度，通過彈性抗力法和桿件有限元法分工況計算確定，彎矩取值按彈性抗力法計算結果確定。冠梁按多跨連續梁計算。計算和輔助設計軟件，采用“天漢2005”軟件。根據本基坑工程特點和工程經驗，本基坑支護結構設計總體方案是：以排樁+預應力錨桿作為主要支護手段，輔助坡頂減載、坑內坡腳留設反壓土體、外設加強樁、止水帷幕、坑內深井降水等手段。對已施工的支護樁充分利用，原支護樁不能滿足要求時，采取加錨或加樁等措施予以補強。27坡頂超載：施工荷載取10-15kPa，道路荷載取30k28282929圖4.74-4(DE)剖面樁錨設計計算結果30圖4.74-4(DE)剖面樁錨設計計算結果30圖4.74-4(DE)剖面樁錨設計計算結果

圖4.74-4(DE)剖面樁錨設計計算結果31圖4.74-4(DE)剖面樁錨設計計算結果圖4.74-

圖4.8支護樁大樣圖32圖4.8支護樁大樣圖32圖4.9樁錨支護結構立面圖33圖4.9樁錨支護結構立面圖33放坡噴錨設計

樁頂平均放坡深度按2.4-3.0m計算。該段坡面設計坡率為1：0.5，坡腳設0.5-2.5m寬平臺（見表4.3）。設計錨桿2排，錨桿長度為4.5m-9.0，錨桿直徑110mm，水平間距1.3-1.5m，垂直間距1.0-1.3m，主筋為1Φ20。34放坡噴錨設計34

3535圖4.13基坑抗隆起分析圖4.12DE段樁頂放坡噴錨支護36圖4.13基坑抗隆起分析圖4.12DE段樁頂放坡噴錨支

噴錨面層設計

噴面采用噴射砼，砼設計強度為C20，厚度8cm-10cm，配比為水泥：砂：石子＝1：2：1.5，水灰比為0.4～0.5，采用標號不低于32.5Mpa的普通硅酸鹽水泥、粒徑不大于2.5mm的中細砂和粒徑小于5mm的瓜米石。鋼筋網規格為Φ6.5＠200×200，加強筋為Φ16圓鋼。將各排錨桿、加強筋焊成網絡,以增加面層剛度。上下段鋼筋網搭接長度應大于20cm。圖4.15基坑噴錨支護大樣圖37噴錨面層設計圖4.15基坑噴錨支護大樣圖374.4基坑降水設計為使本基坑既經濟安全又盡量減少基坑降水可能的環境影響，結合場地地質條件，對本基坑采用減壓降水法。基坑降水設計時需要有一定的安全系數，對本基坑取1.0-2.0米水頭的安全系數。則本基坑降水設計時需要將場內的承壓水水頭降低至標高9.00米（大開挖部分）-8.0米（電梯井部分），即降水設計時考慮將場內承壓水水頭降低10.0米-11.0米。此為本基坑降水設計目標由于降水井所抽取的地下水主要為砂層中的地下水，根據該層顆粒特征、含水層滲透性能及經濟分析,基坑內降水井單井抽水量設計為80T/h，由此可知所需的降水井數目為： 17000t/dn＝──────────≈9口 80t/h×24h/d

9口降水井在基坑中的布置見下圖：

384.4基坑降水設計383939基坑降水后地面沉降預測等值線圖40基坑降水后地面沉降預測等值線圖404.5基坑監測方案設計

監測的目的是根據現場監測數據與設計值（或預測值）進行比較，如超過某個限值就采取工程措施，防止支護結構破壞和環境事故的發生。用監測數據指導現場施工，進行信息化施工，使施工組織設計得以優化。

監測項目包括：⑴基坑邊坡土體和支護樁水平位移；⑵基坑邊坡土體和支護樁沉降變形；⑶周邊道路、管網、建筑物沉降變形；⑷基坑邊坡深層土體位移；⑸裂縫監測。

監測要求如下：基坑開挖前布設基準點、基坑周邊道路管網沉降點，并進行基點聯測和沉降點基礎數據觀測。并布設好測斜孔，基坑開挖前進行初始值監測。基坑開挖第一層土之前每3天觀測一次，開挖以下土層應每2天觀測一次，基坑開挖至基底后可每周觀測一次。每次觀測的結果應當天通報給基坑支護設計單位、施工單位、監理單位及建設單位，并且提出必要的建議。當坡頂位移變形速率超過5mm/天，或沉降速率超過3mm/天時，或者支護樁頂沉降量累計超過30mm,累計位移超過30mm時，須加密監測，提出預警通知。設計方根據現場情況和監測報告做出加固應急方案，及時消除隱患。414.5基坑監測方案設計414.6基坑實際監測結果的分析

土體沉降由兩方面原因引起，一是由于地下水位降低引起，一是由于支護結構水平位移引起的。從沉降監測圖可知：未降水前，基坑挖至第一層錨桿處時（圖4.21中40天），沉降較小，啟動降水井和開挖至設計基坑底標高時（圖4.21中80天）為沉降高峰期，基坑坑底結構施工時由于降水井的降水作用沉降小而平緩。從位移監測圖可知：從地面開挖基坑至第一層錨桿處時（圖4.22中45天），水平位移變化較小，之后為水平位移的高峰期，到基坑開挖到設計標高時（圖4.22中100天）位移趨于穩定。424.6基坑實際監測結果的分析42圖4.21RDR國際廣場基坑沉降監測圖圖4.22RDR國際廣場基坑位移監測圖43圖4.21RDR國際廣場基坑沉降監測圖圖4.22

深基坑工程樁錨支護設計計算理論雖然已經較完善，但還需要進一步的研究。計算方法有彈性抗力法、極限土壓力平衡法等，選擇那一種方法更切合實際?如何將深基坑工程樁錨支護設計計算理論應用于越來越復雜的深基坑工程，并節約投資，保證工程結構的穩定、安全和可靠?錨桿是樁錨支護結構中一個重要的組成部分，目前，雖然土層錨桿已廣泛地應用于各種土質坡、基、洞工程中，但土層錨桿技術理論還需要進一步完善。44深基坑工程樁錨支護設計計算理論雖然已深基坑工程樁錨支護設計

計算理論及應用

45深基坑工程樁錨支護設計

計算理論及應用

1第1章緒論

第2章樁錨支護設計計算理論與分析

第3章樁錨支護工程的降水設計與監測技術

第4章深基坑支護工程實例第5章總結與展望46第1章緒論2第1章緒論

1.1深基坑支護方法的分類及特點

（1）基坑圍護體系是臨時結構，具有較大的風險性（2）基坑工程具有很強的區域性

（3）基坑工程具有很強的特性

（4）基坑工程具有很強的綜合性

（5）基坑工程和土壓力具有很強的相關性（6）基坑工程具有較強的時空效應

（7）基坑工程是系統工程（8）基坑工程的周邊環境較復雜（9）基坑圍護方法多

47第1章緒論1.1深基坑支護方法的分類及特點31.2深基坑支護的發展概況

深基坑的支護技術及其理論研究在國外發展較早，但在我國起步較晚，僅是近二十多年才逐漸涉及。上世紀70年代以前我國所涉及的基坑都較淺，一般意義上都稱不上是深基坑。上世紀70年代初北京建成了深20.0m的地鐵區間站和東站深基坑。上世紀80年代中期廣東、上海、北京及其它城市修建的深基坑陸續增加，設施和施工都不斷積累了經驗，為了總結各地經驗和理論，由中國土木學會和中國建筑學會土力學和基礎工程學會組織，上世紀80年代以來相繼在北京、上海、天津等地召開過全國和地方性深基坑會議，并出版相關論文集；進入上世紀90年代為了總結我國深基坑支護設計技術與施工經驗，上海市、深圳市、武漢市、廣東省等地區陸續頒布了關于深基坑設計的地方規程，北京國家行業標準亦頒布使用；同時上海、武漢、杭州等地已出版了多冊關于深基坑設計與施工方面的實錄集。2003年武漢市開始統一使用“天漢軟件”為深基坑設計服務；2004年8月12日湖北省建設廳發布了地方標準基坑工程技術規程。

481.2深基坑支護的發展概況

深基坑的支護技術及其理論研究在

近幾年來，高層建筑與市政建設處于大發展時期，由于設計與施工隊伍對當地的基坑施工特點不夠熟悉，因而發生了一些事故。為避免這些事故的發生，應從如下幾方面進行總結，并改進這些方面的工作。

（1）設計方面（2）施工方面（3）監測方面

基坑支護設計中的主要問題是穩定性和變形問題，現在對支護結構的穩定性計算的常規方法一般是按彈性地基梁理論，采用等值梁法或連續梁法。其缺陷和不足是：①土體是各向異性、非均質、非連續的介質，不完全是彈性體。②深基坑開挖是一個卸荷過程，基坑開挖后邊界條件改變，亦即穩定性分析未考慮應力路徑變化對土體強度及變形性質的影響。③特別是對于軟土，基坑開挖后支護結構的穩定性應考慮軟土長期流變的影響。④對于不同的土類別，采用同一種穩定分析計算方法，不盡合理。⑤僅考慮了支護結構本身的穩定性，而往往忽略了支護結構與邊坡上體作為一個整體的整體邊坡穩定性。⑥深基坑變形破壞類型的劃分一般是按傾覆、整體滑移，強度破壞、踢腳底鼓、管涌、變形過大、地面開裂沉陷等來劃分，這是否缺乏科學性和系統性。49近幾年來，高層建筑與市政建設處于大發展時期第2章樁錨支護設計計算理論與分析

2.1深基坑邊坡的變形破壞模式

當基坑坑壁采用樁（墻）錨、樁（墻）撐式支護結構時，深基坑可能發生三種形式的變形破壞：⑴支護樁（墻）入土深度不足，支護樁（墻）下部出現“踢腳”⑵錨桿的錨固力或支撐力不足，使錨桿拉出或使支撐“壓屈”；⑶支護樁（墻）強度不足出現剪斷破壞。當基坑坑壁采用噴錨（土釘墻）支護時，基坑可能發生以下三種形式的變形破壞：⑴錨桿或土釘長度不足，基坑邊坡土體沿朗肯主動破裂面發生變形破壞；⑵個別錨桿或土釘的抗拔力不足，被從土體內拉出；⑶錨桿（土釘）與面層鋼筋聯接不牢固，與面層鋼筋拉脫。

50第2章樁錨支護設計計算理論與分析2.1深基坑邊2.2支護結構選型

武漢地區深基坑支護結構的主要型式如下：

1)放坡開挖2)懸臂樁3)水泥土重力式擋土墻

4)樁錨式支護結構5)內支撐式支護結構

6)噴錨支護（土釘墻）7)綜合措施

2.3土層錨桿的內力計算

錨桿的承載力式中：Qu__錨桿極限承載力；rb__錨桿錨固體半徑；La—錨桿錨固段長度；τu錨桿周圍土體的抗剪強度512.2支護結構選型

武漢地區深基坑支護結構的主要型式如下：

土層錨桿基于局部變形的內力計算理論的假定如下：

(1)假定錨固體周圍土體上某一點的剪力集度（單位長度錨固體的剪力）與這點的位移成正比關系，即：q=-Ksw，式中q—剪力集度（N/m），q=2πrbτ，其中rb為錨固體半徑（m），τ為剪應力（Pa），Ks—綜合切向剛度系數（N/m/m）

w為錨固體上某點位移（m）

上述假定，實際上是用一系列獨立作用的“切向彈簧”來描述錨固體與周圍土體之間的相互關系。

(2)忽略土體對錨桿的壓縮變形。

(3)不考慮土體對錨桿頂端和底端作用。52

土層錨桿基于局部變形的內力計算理論的假定如下：

(12.4支護結構水平荷載與抗力計算

2.4.1超載作用下支護結構水平荷載與抗力計算模式圖2-1水平荷載與抗力計算模式532.4支護結構水平荷載與抗力計算

2.4.1超載作用下支護結2.4.2支護結構水平荷載標準值

圖2-2水平荷載標準值計算簡圖542.4.2支護結構水平荷載標準值

圖2-2水平2.4.3支護結構水平抗力標準值計算

圖2－5水平抗力標準值計算簡圖552.4.3支護結構水平抗力標準值計算

圖2－5水平抗力標準2.5樁錨支護結構設計計算

2.5.1懸臂式支護結構計算

圖2-6懸臂式支護結構嵌入深度計算簡圖圖2-7內力計算簡圖562.5樁錨支護結構設計計算

2.5.1懸臂式支護結構計算2.5.2多支點支護結構計算計算簡圖圖2-8支點力圖2-9嵌固深度hd計算簡圖572.5.2多支點支護結構計算計算簡圖圖2-8支點力圖2圖2-11多支點支護結

構內力計算簡圖圖2-12逐層開挖支撐（拉錨）力不變等值梁法計算簡圖58圖2-11多支點支護結

構內力計算簡圖圖2-12逐層開挖支撐2.5.3結構內力及截面承載力計算

5)排樁及支撐體系混凝土結構的承載力應按下列規定計算：(1)正截面受彎及斜截面受剪承載力計算以及縱向鋼筋、箍筋的構造要求，應符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》GBJ10的有關規定；(2)圓形截面正截面受彎承載力應按下列規定計算：沿截面受拉區和受壓區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（圖2-14），其正截面受彎承載力可按下列公式計算：592.5.3結構內力及截面承載力計算

5)排樁及支撐體系混2.5.4錨桿計算

1)錨桿承載力計算應符合下式：

錨桿自由段長度按下式計算：（圖2-15）

錨桿長度設計應符合下列規定：

(1)錨桿自由段長度不宜小于5m并應超過潛在滑裂面1.5m；

(2)土層錨桿錨固段長度不宜小于4m;

(3)錨桿桿體下料長度應為錨桿自由段、錨固段及外露長度之和，外露長度須滿足臺座、腰梁尺寸及張拉作業要求。

6)錨桿上下排垂直間距不宜小于2.0m，水平間距不宜小于1.5m；錨桿錨固體上覆土層厚度不宜小于4.0m；錨桿傾角宜為15°～25°，且不應大于45°。錨桿錨固體宜采用水泥漿或水泥砂漿，其強度等級不宜低于M10。

602.5.4錨桿計算

1)錨桿承載力計算應符合下式：

錨桿總結基坑支護結構設計計算思路如下：

(1)若設計某一段，則應己知該段各土層的厚度、γ、c、φ、K、及q0、q1、b0、b1，選取該段重要性系數γ0，設定該段樁長初值為h+hd，若樁長不滿足下列要求，則應加大樁長，直至滿足為止；

(2)由式(2-4)～(2-7)計算基坑外側豎向應力標準值；

(3)由2.4.2節的公式計算支護結構水平荷載標準值；

(4)由式(2-11)計算作用于基坑底面以下深度處的豎向應力標準值；

(5)由2.4.3節的公式計算基坑內側水平抗力標準值；

(6)對懸臂式支擋結構，按式(2-14)確定懸臂式支護結構嵌入深度設計值hd，若滿足，則可確定樁長；若不滿足要求，則應加大樁長，直至滿足為止；

(7)由式(2-15)驗算抗滲透穩定條件；

(8)由式(2-16、17)計算支擋結構彎矩計算值及剪力計算值；

(9)由式(2-34、35)計算支擋結構截面彎矩設計值及截面剪力設計值；(10)由式(2-37～43)進行支擋結構截面尺寸(如直徑)及配筋等設計；

61總結基坑支護結構設計計算思路如下：

(1)若設計某一段，則(11)對單層支點支護結構，先按式(2-18)確定基坑底面以下支護結構設定彎矩零點位置至基坑底面的距離；

(12)由式(2-19)計算支點力；

(13)由式(2-20)確定嵌固深度設計值；

(14)由式(2-25)計算支點支護結構彎矩計算值及剪力計算值；

(15)按上面第(9)、(10)步進行單層支點支護結構截面尺寸及配筋等設計；

(16)對多層支點支護結構，先按式(2-21)、(2-22)確定嵌固深度計算值；

(17)由式(2-24)計算嵌固深度設計值；

(18)按彈性支點法計算多支點支護結構支點力計算值；或按逐層開挖支撐力不變等值梁法由式(2-27、29、31)計算支點力計算值；

(19)由式(2-25)計算多層支點支護結構彎矩計算值及剪力計算值；

(20)由式(2-25)計算支點結構第層支點力設計值；

(21)按上面第(9)、(10)步進行多層支點支護結構截面尺寸及配筋等設計；

(22)由2.5.4節的公式和規定進行錨桿承載力計算，確定錨桿桿體的截面面積，確定錨桿軸向受拉承載力設計值，計算錨桿自由段長度，進行錨桿長度、間距、傾角等設計；對于內支撐結構，應進行強度驗算、穩定性及細長比驗算等。

62(11)對單層支點支護結構，先按式(2-18)確定基坑底面以第三章樁錨支護工程的降水設計與監測技術

3.1深基坑工程降水設計

降水基本理論

設計基坑降水系統需要選用滲流公式確定井的數目、間距、深度、直徑以及井的出水量等。選用滲流公式時，要根據基坑的深度，考慮場地的水文地質條件，即地下水的類型、補給源及井的結構等。根據地下水有無壓力，水井分為無壓井和承壓井。當水井布置在具有潛水自由面的含水層中時，稱為無壓井；當水井布置在承壓含水層中時,稱為承壓井。當水井底部達到不透水層時稱為完整井，否則稱為非完整井。各類井的涌水量計算方法都不同。1857年，法國水力學家Dupuit首先研究出地下水涌水的理論。這些理論雖與實際情況有出入，但直到現在還廣泛地被應用著。他研究了完整承壓井和完整潛水井的涌水情況，并作了如下假定：①含水層為均質和各向同性；②水流為層流；③流動條件為穩定流或非穩定流；④水井出水量不隨時間變化；

63第三章樁錨支護工程的降水設計與監測技術3.1深基坑工程降基坑涌水量的計算

基坑井點系統是由許多井點同時抽水，各個單井水位降落漏斗彼此發生干擾，因而使各個單井的涌水量比計算的要小，但總的水位降低值確是大于單個井點抽水時的水位降低值，這種情況對于以疏干為主要目的的基坑施工是有利的。

潛水完整井環行井點系統可按下式計算涌水量：

式中，R’—群井的影響半徑（R’=R+r0）；S—水位降低值（m）；r0—環狀井點系統的假想半徑，可按下式計算：

式中，F—井點系統包圍的基坑面積（m2）

64基坑涌水量的計算

基坑井點系統是由許多井點同時抽水，各個單井3.2樁錨支護工程的監測技術

工程監測的目的及重要性主要表現在：

(1)將監測獲取的數據與理論計算值比較以判斷原施工參數取值是否合理，以便調整下一步施工參數，做好信息化施工。

(2)將監測結果信息反饋優化設計，使之更符合實際，使支護結構設計更加經濟、安全。

(3)積累基坑工程施工、設計優化的實際資料，指導今后設計施工。

深基坑支護工程監測技術主要包括以下幾個方面：

1)支護結構的監測（1）水平位移監測。根據基坑大小，一般每間隔6-8m布設一個監測點，在關鍵部位適當加密布點。考慮到施工場地狹窄、測點常被阻擋的實際情況，可用位移收斂計、經緯儀、伸縮計等多種方法進行監測。（2）傾斜監測。根據支護結構受力及周邊環境等因素，在關鍵的地點鉆孔布設測斜管，用高精度測斜儀定期進行監測，也可在基坑開挖過程中在支護結構側面用經緯儀觀測，以掌握支護結構在各開挖施工階段的傾斜變化情況，及時提供支護結構深度—水平位移—時間的變化曲線及分析計算結果。（3）沉降監測。可按常規方法用DSI型精密水準儀對支護結構的關鍵部位進行監測。653.2樁錨支護工程的監測技術

工程監測的目的及重要性2)周邊環境的監測

3)確定監測周期及頻率

4)設定預警值

5）監測結果的分析與評價

6）險情預報

7）提出合理化措施

（1）在支護結構水平位移速率和累計位移較大時，分別增設鋼管水平角支撐、加密支撐、及時安裝支撐構件、跳槽開挖、停止超挖、先支撐后開邊支撐邊開挖、在擋土結構的背后挖土卸荷或加設樹根樁等。

（2）對較復雜的周邊環境，為保證支護結構的位移較小，對錨桿施加足夠的預應力，或在水平鋼管支撐安設時用千斤頂施加預應力頂緊支護結構。

（3）對鄰近較重要的建筑物及地下煤氣管道等進行灌漿加固等措施。對滲漏、管涌等要引流堵漏，壓密注漿水堵漏，降水堵漏，鋼絲網水泥砂漿護壁等。對周邊地面澆注混凝土薄層，增設排水通道，對周邊土體裂縫及時用水泥砂漿封閉，以防地表水往下滲流。

（4）對變更設計、施工方案的分析評價和建議。662)周邊環境的監測

3)確定監測周期及頻率

4)設定預警第四章深基坑支護工程實例

4.1工程概況

武漢RDR國際廣場主體工程為3棟塔樓，其中2棟28層，1棟24層，裙樓6層，地下二層。總建筑面積67405m2，地下總建筑面積8296m2，基坑占地面積約5000m2，平面形狀近似矩形。本工程設計正負零標高約相當于絕對標高21.20m，基礎承臺墊層底標高為-10.70m至-9.20m，電梯井局部基礎承臺墊層底標高為-11.40m。基坑周邊實際最大開挖深度為9.9-8.4m。

該場地周邊現有建（構）筑物、地下管網、道路等具體情況如下：北側：基坑北側緊鄰江大路，坑壁距道路邊線最近處7.0m，且有電信溝、煤氣管道、排水管道。東側：基坑東側緊鄰黃孝河路，坑壁距道路邊線8.5m，且有電信溝、煤氣管道、排水管道，距黃孝河排水箱涵12m。南側：南側基坑邊線距武漢市交通委員會武漢交通信息中心約11m；西側：為規劃道路，距擬建建筑物邊線約25-30m外有兩棟8-9的砼結構住宅樓。67第四章深基坑支護工程實例

4.1工程概況與基坑支護有關的各土層分別描述如下：

（1）人工填土層（Qml）:灰、灰黑、黃褐色等顏色，主要由爐碴、碎石及粘性土組成，結構松散。局部有原黃孝河道淤泥分布。土層厚2.00-4.5m。（2-1）粘土（Q4al）:褐色，褐黃，軟塑，含鐵、錳質結核，土層頂板埋深2.00-4.50m，層厚1.10-4.50m，平均厚度2.60m。局部地段缺失。（2-2）粘土（Q4al）棕黃灰褐色，可塑狀，含鐵、錳質結核，土質均勻，土層頂板埋深4.40-6.00m，層厚1.00-3.10m，平均厚度1.96m。（2-3）粉質粘土（Q4al）灰褐色，軟塑-流塑狀，土質不均，夾粉土薄層，局部為淤泥質土。土層頂板埋深6.20-8.10m，層厚4.90-7.80m，平均厚度5.83m。（3-1）粉土、粉砂夾粉質粘土（Q4al）：灰褐色-灰色，粉土粉砂松散、稍密，粉質粘土軟塑狀，薄層產出。土層頂板埋深11.40-14.20m，層厚1.20-2.80m，平均厚度1.98m。向北西向南東多變薄或尖滅。（3-2）粉砂（Q4al）：青灰色，稍密-中密，飽和。成份以長石、石英為主，少量云母、暗色礦物及粘粒，夾含多層不規則薄層狀及透鏡體狀粉土。土層頂板埋深12.80-16.10m，層厚6.20-13.90m，平均厚度9.34m。68與基坑支護有關的各土層分別描述如下：244.2深基坑支護方案的選擇支護方案比選的原則是：首先根據地層、開挖深度、周邊環境的不同詳細對基坑支護分段，然后對每一段按由簡單到復雜、由低價到高價的先后順序進行試算、比較，同時兼顧工期及其它工程條件，最后選擇最佳的方案。綜合考慮本基坑工程的各項條件，經過充分的比較、論證、試算后，確定本基坑工程支護方案的總體思路如下：以排樁+預應力錨桿作為主要支護手段，輔助坡頂減載、坑內坡腳留設反壓土體、外設加強樁、止水帷幕、坑內深井降水等手段，確保支護體系的完善。對已施工的支護樁充分利用，原支護樁不能滿足要求時，采取加錨或加樁等措施予以補強。本工程擬采用坑內深井降水、坑壁深層攪拌止水、坑內明排相結合的地下水處理措施。深井降水不可避免的會引起場地周邊地面一定的沉降量，但根據多年來在武漢市從事深基坑工程方面的經驗，可以通過以下兩個方面來將其負面影響降低到最小程度：⑴優化設計⑵合理安排抽水時間694.2深基坑支護方案的選擇254.3支護設計

由于場地內各段土層厚度有一定的變化，故分段概化為5種地層剖面分別計算。現將DE段和FG段概化地層圖示如下：704.3支護設計26

坡頂超載：施工荷載取10-15kPa，道路荷載取30kPa，建筑荷載取15kPa/層。土壓力分布模式按朗肯土壓力理論，水土壓力合算，被動土壓力折減系數取1.0。排樁的入土深度按彈性抗力法計算結果確定，同時滿足樁長構造要求。排樁的內力取上面確定的樁的長度，通過彈性抗力法和桿件有限元法分工況計算確定，彎矩取值按彈性抗力法計算結果確定。冠梁按多跨連續梁計算。計算和輔助設計軟件，采用“天漢2005”軟件。根據本基坑工程特點和工程經驗，本基坑支護結構設計總體方案是：以排樁+預應力錨桿作為主要支護手段，輔助坡頂減載、坑內坡腳留設反壓土體、外設加強樁、止水帷幕、坑內深井降水等手段。對已施工的支護樁充分利用，原支護樁不能滿足要求時，采取加錨或加樁等措施予以補強。71坡頂超載：施工荷載取10-15kPa，道路荷載取30k72287329圖4.74-4(DE)剖面樁錨設計計算結果74圖4.74-4(DE)剖面樁錨設計計算結果30圖4.74-4(DE)剖面樁錨設計計算結果

圖4.74-4(DE)剖面樁錨設計計算結果75圖4.74-4(DE)剖面樁錨設計計算結果圖4.74-

圖4.8支護樁大樣圖76圖4.8支護樁大樣圖32圖4.9樁錨支護結構立面圖77圖4.9