基坑支护结构计算讲义讲稿.doc

6-2-6 支护结构计算6-2-6-1 排桩与地下连续墙计算对于较深的基坑，排桩、地下连续墙围护墙应用最多，其承受的荷载比较复杂，一般应考虑下述荷载：土压力、水压力、地面超载、影响范围内的地面上建筑物和构筑物荷载、施工荷载、邻近基础工程施工的影响（如打桩、基坑土方开挖、降水等）。作为主体结构一部分时，应考虑上部结构传来的荷载及地震作用，需要时应结合工程经验考虑温度变化影响和混凝土收缩、徐变引起的作用以及时空效应。排桩和地下连续墙支护结构的破坏，包括强度破坏、变形过大和稳定性破坏（图6-65）。其强度破坏或变形过大包括：图6-65 排桩和地下连续墙支护结构的破坏形式（a）拉锚破坏或支撑压曲；（b）底部走动；（c）平面变形过大或弯曲破坏；（d）墙后土体整体滑动失稳；（e）坑底隆起；（f）管涌（1）拉锚破坏或支撑压曲：过多地增加了地面荷载引起的附加荷载，或土压力过大、计算有误，引起拉杆断裂，或锚固部分失效、腰梁（围擦）破坏，或内部支撑断面过小受压失稳。为此需计算拉锚承受的拉力或支撑荷载，正确选择其截面或锚固体。（2）支护墙底部走动：当支护墙底部嵌固深度不够，或由于挖土超深、水的冲刷等原因都可能产生这种破坏。为此需正确计算支护结构的入土深度。（3）支护墙的平面变形过大或弯曲破坏：支护墙的截面过小、对土压力估算不准确、墙后增加大量地面荷载或挖土超深等都可能引起这种破坏。平面变形过大会引起墙后地面过大的沉降，亦会给周围附近的建（构）筑物、道路、管线等造成损害。排桩和地下连续墙支护结构的稳定性破坏包括：（1）墙后土体整体滑动失稳：如拉锚的长度不够，软粘土发生圆弧滑动，会引起支护结构的整体失稳。（2）坑底隆起：在软粘土地区，如挖土深度大，嵌固深度不够，可能由于挖土处卸载过多，在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。对挖土深度大的深坑需进行这方面的验算，必要时需对坑底土进行加固处理或增大挡墙的入土深度。（3）管涌：在砂性土地区，当地下水位较高、坑深很大和挡墙嵌固深度不够时，挖土后在水头差产生的动水压力作用下，地下水会绕过支护墙连同砂土一同涌入基坑。1嵌固深度计算排桩、地下连续墙嵌固深度设计值，按下列规定计算：（1）悬臂式支护结构围护墙的嵌固深度计算悬臂式支护结构围护墙的嵌固深度设计值hd（图6-66），宜按下式确定：hpEpj1.20haEai0 （6-37）式中 Epj桩、墙底以上基坑内侧各土层水平抗力标准值epjk按式（6-32）、式（6-36）计算的合力之和；hp合力Epj作用点至桩、墙底的距离；Eai桩、墙底以上基坑外侧各土层水平荷载标准值eaik的合力之和；ha合力Eai作用点至桩、墙底的距离。图6-66 悬臂式支护结构围护墙嵌固深度计算简图（2）单层支点支护结构围护支点力及墙嵌固深度计算单层支点支护结构围护墙的支点力（图6-67）及嵌固深度设计值hd（图6-68）宜按下式计算：图6-67 单层支点支护结构支点力计算简图图6-68 单层支点支护结构围护墙嵌固深度计算简图1）基坑底面以下，支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离hcl，按下式确定：ealkeplk （6-38）2）支点力Tcl按下式计算： （6-39）式中 ealk水平荷载标准值；eplk水平抗力标准值；hal合力Eac作用点至设定弯矩零点的距离；Eac设定弯矩零点位置以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力；Epc设定弯矩零点位置以上基坑内侧各土层水平抗力标准值的合力；hpl合力Epc作用点至设定弯矩零点的距离；hTl支点至基坑底面的距离；hcl基坑底面至设定弯矩零点位置的距离。3）围护墙嵌固深度设计值hd，按下式计算： （6-40）（3）多层支点支护结构围护墙嵌固深度计算多层支点支护结构围护墙的嵌固深度设计值hd，按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法计算（图6-69）：图6-69 多层支点支护结构围护墙嵌固深度计算简图 （6-41）式中 cik、ik最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水（快）剪粘聚力、内摩擦角标准值；li第i土条的弧长；bi第i土条的宽度；k整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取1.3；wi作用于滑裂面上第i土条的重量，按上覆土层的天然土重计算；i第i土条弧线中点切线与水平线夹角。当嵌固深度下部存在软弱土层时，应继续验算软下卧层的整体稳定性。对于均质粘性土及地下水以上的粉土或砂类土，嵌固深度计算值h0，可按下式确定：h0n0h （6-42）式中 n0嵌固深度系数，当k取1.3时，根据三轴试验（当有可靠经验时，可采用直接剪切试验）确定土层固结（不排水）快剪内摩擦角k及粘聚力系数ck/rh，查表6-68取值。围护墙的嵌固深度设计值，则为hd1.1h0 （6-43）嵌固深度系数n0值（地面超载q00） 表6-68当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应继续验算下卧层的整体稳定性。当按上述方法计算确定的悬臂式及单层支点支护结构围护墙的嵌固深度设计值hd0.3h时，宜取hd0.3h；多层支点支护结构围护墙的嵌固深度设计值hd0.2h时，宜取hd0.2h。当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙围护墙除应满足上述计算外，其嵌固深度设计值尚应按下式抗渗透稳定条件确定（图6-70）：图6-70 抗渗透稳定计算简图hd1.200（hhwa） （6-44）2内力与变形计算支护结构围护墙和支撑体系的内力和变形的计算，要根据基坑开挖和地下结构的施工过程，分别按不同的工况进行计算，从中找出最大的内力和变形值，供设计围护墙和支撑体系之用。如图6-71所示之基坑支护结构的支撑方案和地下结构布置情况，在计算围护墙、支撑的内力和变形时，则需计算下述各工况：第一次挖土至第一层混凝土支撑之底面（如开槽浇筑第一层支撑，则可挖土至第一层支撑顶面），此工况围护墙为一悬臂的围护墙；待第一层支撑形成并达到设计规定的强度后，第二次挖土至第二层混凝土支撑之底面，此工况围护墙存在一层支撑；待第二层支撑形成并达到设计规定强度后，第三次挖土则至坑底设计标高；待底板（承台）浇筑后并达到设计规定强度后，进行换撑，即在底板顶面浇筑混凝土带形成支撑点，同时拆去第二层支撑，以便支设模板浇筑-2层的墙板和顶楼板；待-2层的墙板和顶楼板浇筑并达到设计规定强度后，再进行换撑，即在-2层顶楼板处加设支撑（一般浇筑间断的混凝土带）形成支撑点，同时拆去第一层支撑，以便支设模板继续向上浇筑地下室墙板和楼板。为此，图6-71（a）所示之支护结构围护墙，则需按图6-71（b）（f）五种工况分别进行计算其内力和变形。图6-71 围护墙计算工况示意图（a）内支撑和地下结构布置；（b）挖土至第一层支撑底标高；（c）加设第一层支撑，继续挖土至第二层支撑底标高；（d）加设第二层支撑，继续挖土至坑底设计标高；（e）进行换撑，在底板顶面形成支撑，同时拆去第二层支撑；（f）再进行换撑，在地下室楼板处再形成支撑，同时拆去第一层支撑支护结构围护墙的内力和变形的计算方法很多，过去对简单的、坑不深的支护结构可用等值梁法、弹性曲线法等进行近似的计算。近年来有很大改进，多用竖向弹性地基梁基床系数法，以有限元方法利用计算程序以电子计算机进行计算，计算迅速、较准确而且输出结果形象，多以图形表示，可形象的表示出各工况的弯矩、剪力值及变形情况。近来，为反映基坑施工时的空间效应和时间效应，又在研究和改进三维的计算程序，期望计算结果更加贴近实际情况，更加精确。下面介绍建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）中推荐的弹性支点法：弹性支点法的计算简图如图6-72所示。围护墙外侧承受土压力、附加荷载等产生的水平荷载标准值eaik；围护墙内侧的支点化作支承弹簧，以支撑体系水平刚度系数表示；围护墙坑底以下的被动侧的水平抗力，以水平抗力刚度系数表示。图6-72 弹性支点法的计算简图支护结构围护墙在外力作用下的挠曲方程如下所示：支点处的边界条件按下式确定：TjkTj（yiy0j）T0j （6-47）式中 EI结构计算宽度内的抗弯刚度；m地基土水平抗力系数的比例系数；b0抗力计算宽度，地下连续墙取单位宽度；排桩结构，对圆形桩取b00.9（1.5d0.5）（d为桩直径），对方形桩取b01.5b0.5（b为方桩边长），如计算的抗力计算宽度大于排桩间距时，应取排桩间距；z支护结构顶部至计算点的距离；hn第n工况基坑开挖深度；y计算点处的水平变形；bs荷载计算宽度，排桩取桩中心距，地下连续墙取单位宽度；kTj第j层支点的水平刚度系数；yj第j层支点处的水平位移值；y0j在支点设置前，第j层支点处的水平位移值；T0j第j层支点处的预加力。当TjT0j时，第j层支点力Tj应按该层支点位移为y0j的边界条件确定。式（6-46）中的m值，应根据单桩水平荷载试验结果按下式计算： （6-48）当无试验结果或减少当地经验时，m值按下列经验公式计算： （6-49）式中 m地基土水平抗力系数的比例系数（MN/m4），该值为基坑开挖面以下2（d1）m深度内各土层的综合值；Hcr单桩水平临界荷载（MN），按建筑桩基技术规范（JGJ 94-94）附录E方法确定；xcr单桩水平临界荷载对应的位移（m）；vx桩顶位移系数，按表6-69采用（先假定m，试算）；vx值 表6-69换算深度ahd4.03.53.02.82.62.4vx2.4412.5022.7272.9053.1633.526注：。b0计算宽度；地下连续墙取单位宽度；排桩结构，对圆形桩取b00.9（1.5d0.5）（d为桩直径），对方形桩取b01.5b0.5 （b为方桩边长）；ik第i层土的固结不排水（快）剪内摩擦角标准值（）；cik第i层土的固结不排水（快）剪粘聚力标准值（kPa）；基坑底面处位移量（mm），按地区经验取值，无经验时可取10。式6-46中的支点水平刚度系数，视支点为锚杆或支撑体系而有所不同。当支点为锚杆时，锚杆水平刚度系数kT，应按锚杆的基本试验来确定。当无试验资料时，可按下式计算： （6-50）式中 A杆体的截面面积；Es杆体的弹性模量；Ec锚固体组合弹性模量，按下式计算：Em锚固体中注浆体弹性模量；Ac锚固体的截面面积；lf锚杆自由段长度；la锚杆锚固段长度；锚杆的水平倾角。当支点为由支撑体系时，支撑体系（含具有一定刚度的冠梁）或其与锚杆混合的支撑体系的水平刚度系数kT，应按支撑体系与排桩、地下连续墙的空间作用协同分析方法确定；亦可根据空间作用协同分析方法直接确定支撑体系及排桩或地下连续墙的内力与变形。当基坑周边支护结构的荷载相同、支撑体系采用对撑并沿具有较大刚度的腰梁或冠梁等间距布置时，水平刚度系数kT可按下式计算： （6-51）式中 kT支撑结构的水平刚度系数；与支撑松弛有关的系数，取0.81.0；E支撑构件材料的弹性模量；A支撑构件的断面面积；L支撑构件的受压计算长度；s支撑的水平间距；sa按平面间题计算时的计算宽度。排桩取中心距，地下连续墙取单位宽度或一个墙段。（1）悬臂式支护结构围护墙的弯矩计算值Mc和剪力计算值Vc的计算（图6-73）Mc和Vc可按下列公式计算：MchmzEmzhauEau （6-52）VcEmzEaz （6-53）式中 Emz计算截面以上根据式（6-45）、（6-46）确定的基坑内侧各土层弹性抗力值mb0（zhn）y的合力之和；hmz合力Emz作用点至计算截面的距离；Eau计算截面以上根据式（6-45）、（6-46）确定的基坑外侧各土层水平荷载标准值eaikbs的合力之和；haz合力Eaz作用点至计算截面的距离。图6-73 支护结构围护墙内力计算简图（a）悬臂式围护墙；（b）有支点的围护墙（2）有支点的支护结构围护墙的弯矩计算值Mc和剪力计算值Vc的计算（图6-73b）此种情况的Mc和Vc按下式计算：McTj（hjhc）hmzEmzhazEaz （6-54）VcTjEmzEaz （6-55）式中 hj支点力兀至基坑底的距离；hc基坑底面至计算截面的距离，当计算截面在基坑底面以上时取负值。3围护墙结构计算（1）内力及支点力设计值的计算按上述方法算出截面的弯矩、剪力和支点力的计算值后，根据建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）的规定按下列规定计算其设计值：1）截面弯矩设计值MM1.250Mc （6-56）式中 0重要性系数，见表6-64。2）截面剪力设计值VV1.250Vc （6-57）3）支点结构第j层支点力设计值TdjTdj1.250Tcj （6-58）（2）截面承载力计算1）沿截面受拉区和受压区的周边配置局部均匀纵向钢筋或集中纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土桩，其正截面受弯承载力按下式计算：式中 对应于受压区混凝土截面面积的圆心角（rad）与2的比值；s对应于周边均匀受拉钢筋的圆心角（rad）与2的比值；s宜在1/61/3之间选取，通常可取定值0.25；s对应于周边均匀受压钢筋的圆心角（rad）与2的比值，宜取s0.5；A构件截面面积；Asr、Asr均匀配置在圆心角2s、2s内沿周边的纵向受拉、受压钢筋的截面面积；Asc、Asc集中配置在圆心角2s、2s的混凝土弓形面积范围内的纵向受拉、受压钢筋的截面面积；圆形截面的半径；s纵向钢筋所在圆周的半径；ysc、ysc纵向受拉、受压钢筋截面面积Asc、Asc的重心至圆心的距离；fy钢筋的抗拉强度设计值；fcm混凝土弯曲抗压强度设计值；b矩形截面的相对界限受压区高度。计算的受压区混凝土截面面积的圆心角（rad）与2的比值，宜符合下列条件：1/35 （6-64）当不符合上述条件时，其正截面受弯承载力可按下式计算： （6-65）沿圆形截面受拉区和受压区周边实际配置均匀纵向钢筋的圆心角，应分别取为和，其中n、m分别为受拉区、受压区配置均匀纵向钢筋的根数。配置在圆形截面受拉区的纵向钢筋的最小配筋率（按全截面面积计算），在任何情况下不宜小于0.2%。在不配置纵向受力钢筋的圆周范围内，应设置周边纵向构造钢筋，纵向构造钢筋直径不应小于纵向受力钢筋直径的二分之一，且不应小于10mm；纵向构造钢筋的环向间距，不应大于圆截面的半径和250mm两者中的较小值，且不得少于1根。2）沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面（图6-74）钢筋混凝土桩，当纵向钢筋不少于6根时，其受弯承载力按下式计算： （6-66）且 （6-67）t1.252 （6-68）式中 M单桩抗弯承载力（Nmm）；A桩的横截面积（mm2）；As纵向钢筋截面积（mm2）；r桩的半径（mm）；rs纵向钢筋所在的圆周半径（mm），rsras，as为钢筋保护层厚度（mm）；对应于受压区混凝土截面面积的圆心角（弧度）与2的比值；t纵向受拉钢筋截面积与全部纵向钢筋截面积的比值；fcm混凝土强度设计值（MPa）；fy钢筋强度设计值（MPa）。图6-74 配置局部均匀配筋和集中配筋的圆形截面具体计算步骤如下：根据经验取灌筑桩配筋量As；计算系数KfyAs/fcmA，根据K值查表6-70得出系数值，或据式（6-67）求得值；将值代入式（6-66）求出单桩抗弯承载力M。比较M值与单桩承受的弯矩值，若过大则减小As值，若过小则增加As值，重复、步骤，直至满足为止。值表 表6-70KtKtKtKt0.010.1131.2040.260.2720.7060.510.3110.6280.760.3320.5860.020.1390.9720.270.2740.7020.520.3120.6260.770.3330.5840.030.1560.9380.280.2760.6980.530.3130.6240.780.3340.5820.040.1690.9120.290.2780.6940.540.3140.6220.790.3340.5800.050.1800.8900.300.2800.6900.550.3150.6200.800.3350.5780.060.1890.8720.310.2820.6860.560.3160.6180.810.3360.5780.070.1970.8560.320.2840.6820.570.3170.6160.820.3360.5760.080.2040.8420.330.2860.6780.580.3180.6140.830.3370.5760.090.2100.8300.340.2880.6740.590.3190.6120.840.3370.5740.100.2160.8180.350.2890.6720.600.3200.6100.850.3380.5720.110.2220.8060.360.2910.6680.610.3210.6080.860.3390.5720.120.2260.7980.370.2930.6640.620.3220.6060.870.3390.5700.130.2310.7880.380.2940.6620.630.3230.6040.880.3400.5700.140.2350.7800.390.2960.6580.640.3230.6040.890.3400.5680.150.2390.7720.400.2970.6560.650.3240.6020.900.3410.5680.160.2430.7640.410.2980.6540.660.3250.6000.910.3410.5660.170.2470.7560.420.3000.6500.670.3260.5980.920.3420.5660.180.2500.7500.430.3010.6480.680.3270.5960.930.3420.5660.190.2530.7440.440.3030.6440.690.3270.5960.940.3430.5640.200.2560.7380.450.3040.6420.700.3280.5940.950.3430.5640.210.2590.7320.460.3050.6400.710.3290.5920.960.3440.5620.220.2620.7260.470.3060.6380.720.3300.5900.970.3440.5620.230.2640.7220.480.3070.6360.730.3300.5900.980.3450.5600.240.2670.7160.490.3090.6320.740.3310.5880.990.3450.5600.250.2690.7120.500.3100.6300.750.3320.5861.000.3460.5583）等效矩形截面配筋灌筑桩以圆截面受弯而采用的沿周边均匀配筋的计算公式，是考虑了任何方向都要具有相同的抗弯能力，而挡土桩的受拉侧是一定的，钢筋的布置则应是有方位性的，布置在非受拉侧的钢筋实际上是没有起到受拉作用的。设想将受拉主筋配置在桩体受拉一侧，而不是沿周边均匀配筋，这就是等效矩形截面配筋。主筋受拉，其他为构造筋。如图6-75所示，令bd3/12=，并使bd，则bd0.876D0图6-75 等效矩形截面配筋如此将灌筑桩截面等效成bd的方形截面进行配筋，按钢筋混凝土梁的截面进行计算，便可求出受拉侧主筋的截面积。另外还可以采用式（6-69）求纵向钢筋采用单边配筋时桩截面的受弯承载力Mc：McAsfy（y1y2） （6-69）式中 式中各符号意义同前。需要注意的是，采用集中受拉侧配筋方法时，施工时要特别注意钢筋笼吊装的方向，并防止钢筋笼扭转，将钢筋集中的侧向做上标志，每根钢筋笼安装完毕后，做详细检查，最好做隐蔽工程检查，以防钢筋笼方向不对而造成灌筑桩受力时破坏。4）排桩的构造配筋钻孔灌筑桩的最小配筋率为0.42%，主筋保护层厚度不应小于50mm。钢箍宜采用68螺旋筋，间距一般为200300mm，每隔15002000mm应布置一根直径不小于12mm的焊接加强箍筋，以增加钢筋笼的整体刚度，有利于钢筋笼吊放和浇灌水下混凝土时整体性。钢筋笼的配筋量由计算确定，钢筋笼一般离孔底200500mm。5）排桩设计示例某工程采用600灌筑桩作为围护墙，桩中心距750mm，经计算围护墙最大弯矩为520kNm/m，试配筋。解单桩承受最大弯矩Mm520kNm/m0.75m390kNm按均匀周边配筋计算取灌筑桩采用C30，fcm16.5MPa，II级钢筋fy310MPa，保护层厚度as50mm，则rsras30050250mm设钢筋配置为1622，As6082mm2，而Ar22.83105mm2，有：KfyAs/fcmA3106082/16.52.831050.404查表6-70得：0.2974，t0.6552代入式（6-66），得故按1622配筋可以满足要求。按等效矩形截面配置纵向钢筋计算。设钢筋配置为822，As3041mm2有：KfyAs/fcmA3041310/16.530020.202查表6-70得0.2566代入式（6-69）得故按822进行单边纵向配筋可以满足要求。从本例可以看出，采用等效矩形截面纵向配筋可以比周边均匀配筋节省主筋一半左右，但是还需在非受拉侧配置构造钢筋，因此总纵向钢筋配筋量可节省大约30%40%。6-2-6-2 水泥土墙计算水泥土墙设计，应包括：方案选择；结构布置；结构计算；水泥掺量与外加剂配合比确定；构造处理；土方开挖；施工监测。水泥土墙一般宜用于坑深不大于6m的基坑支护，特殊情况例外。1水泥土墙布置水泥土墙和平面布置，主要是确定支护结构的平面形状、格栅形式及局部构造等。平面布置时宜考虑下述原则：（1）支护结构沿地下结构底板外围布置，支护结构与地下结构底板应保持一定净距，以便于底板、墙板侧模的支撑与拆除，并保证地下结构外墙板防水层施工作业空间。当地下结构外墙设计有外防水层时，支护结构离地下结构外墙的净距不宜小于800mm；当地下结构设计无外防水层时，该净距可适当减小，但不宜小于500mm；如施工场地狭窄，地下室设计无外防水层且基础底板不挑出墙面时，该净距还可减小，考虑到水泥土墙的施工偏差及支护结构的位移，净距不宜小于200mm。此时，模板可采用砖胎模、多层夹板等不拆除模板。如地下室基础底板挑出墙面，则可以使地下室底板边与水泥土墙的净距控制在200mm左右。（2）水泥土墙应尽可能避免向内的折角，而采用向外拱的折线形（图6-76）,以利减小支护结构位移，避免由两个方向位移而使水泥土墙内折角处产生裂缝。图6-76 水泥土墙平面形状（a）向内折角较为不利的形状；（b）向外拱形较为有利的形状1-支护结构；2-基础底板边线（3）水泥土墙的组成通常采用桩体搭接、格栅布置，常用格栅的形式如图6-77。图6-77 典型的水泥土桩格栅式布置（a）n3；（b）、（c）n4；（h）、（d）、（e）n5；（f）、（g）n6；（h）n7；（i），（j）n8；（k），（l），（m）n9；（n），（p）n=101）搭接长度Ld搅拌桩桩径d0700mm时，Ld一般取200mm；d0600mm时，Ld一般取150mm；d0500mm时，Ld一般取100150mm。水泥土桩与桩之间的搭接长度应根据挡土及止水要求设定，考虑抗渗作用时，桩的有效搭接长度不宜小于150mm；当不考虑止水作用时，搭接宽度不宜小于100mm。在土质较差时，桩的搭接长度不宜小于200mm。2）支护挡墙的组合宽度b水泥土搅拌桩搭接组合成的围护墙宽度根据桩径d0及搭接长度Ld，形成一定的模数，其宽度b可按下式计算bd0（n1）（d0Ld） （6-70）式中 b水泥土搅拌桩组合宽度（m）；d0搅拌桩桩径（m）；Ld搅拌桩之间的搭接长度（m）；n搅拌桩搭接布置的单排数。3）沿水泥土墙纵向的格栅间距离Lg当格栅为单排桩时，Lg取15002500mm；当格栅为双排桩时，Lg取20003000mm；当格栅为多排桩时，Lg也可相应的放大。格栅间距应与搅拌桩纵向桩距相协调，一般为桩距的36倍。图6-77为典型的水泥土桩格栅式布置形式。当采用双钻头搅拌桩机施工时，桩的布置应尽可能使钻头方向一致，以便于施工。当发生钻头方向不一致时（图6-98（e）、（i）、（k）、（m），一台桩机往往因钻头不可转向而无法施工，故需由两台桩机先后施工两个不同方向的桩体，这样先后施工的桩在搭接上质量不易控制。表6-71为采用图6-77布置形式的不同桩径、不同搭接长度的水泥土墙墙体宽度。各种布置形式的水泥土墙墙体宽度（mm） 表6-7d0700600500Ld200150200150100150100n317001800140015001600120013004220023501800195021001550170052700290022002400260019002100632003450260028503100225025007370040003000330036002600290084200455034003750410029503300947005100380042004600330037001052005650420046505100365041004）水泥土墙宜优先选用大直径、双钻头搅拌桩，以减少搭接接缝，加强支护结构的整体性，同时也可提高生产效率。国外有4钻头、6钻头甚至更多钻头的搅拌桩机，其效果更佳。5）根据基坑开挖深度、土压力的分布、基坑周围的环境平面布置可设计成变宽度的形式。水泥土墙的剖面主要是确定挡土墙的宽度b、桩长h及插入深度hd，根据基坑开挖深度，可按下式初步确定挡土墙宽度及插入深度：b（0.50.8）h （6-71）hd（0.81.2）h （6-72）式中 b水泥土墙的宽度（m）；hd水泥土墙插入基坑底以下的深度（m）；h基坑开挖深度（m）。当土质较好、基坑较浅时，b、hd取小值；反之，应取大值。根据初定的b、hd进行支护结构计算，如不满足，则重新假设b、hd后再行验算，直至满足为止。按式（6-71）估算的支护结构宽度，还应考虑布桩形式，b的取值应与按式（6-70）计算的结果吻合。如计算所得的支护结构搅拌桩桩底标高以下有透水性较大的土层，而支护结构又兼作止水帷幕时，桩长的设计还应满足防止管涌及工程所要求的止水深度，通常可采用加长部分桩长的方法，使搅拌桩插入透水性较小的土层或加长后满足止水要求。插入透水性较小的土层的长度可取（12）d0，加长部分加宽度不宜小于1/2的加长段长度并不小于1200mm（图6-78），以防止支护结构位移造成加长段折断而失去止水效果。此外，加长部分在沿支护结构纵向必须是连续的。图6-78 采用局部加长形式保证支护结构的止水效果1-水泥土墙；2-加长段（用于止水）；3-透水性较大的土层；4-透水性较小的土层2水泥土墙计算水泥土墙的全面计算应包括表6-72中的内容。我国建筑基坑支护技术规程JGJ 120-99规定的计算内容和方法如下所示：水泥土墙计算内容 表6-72项目验算抗倾覆稳定必须验算抗滑动稳定必须验算整体稳定墙体下部为软弱土层时应验算抗隆起稳定墙体下部为软弱土层时应验算抗管涌（抗渗透）稳定坑底或墙体下部为砂石及砂土时应验算桩体强度基坑开挖深度较大时应验算基底地基承载力墙体下部为软弱土层时应验算格栅稳定格栅分格较大时应验算位移对支护结构及墙背土体有位移控制要求时应验算（1）嵌固深度计算水泥土墙的嵌固深度设计值hd的计算，同多层支点的排桩、地下连续墙嵌固深度设计值hd的计算，亦宜按圆弧滑动简单条分法进行计算，参见图6-68，此处不再重复。当基坑底的土质为砂土和碎石土、而且基坑内降排水且作用有渗透水压时，水泥土墙的嵌固深度除按圆弧滑动简单条分法计算外，尚应按图6-69所示按抗渗透稳定条件进行验算。当按上述方法计算的嵌固深度设计值hd小于0.4h时，宜取0.4h。（2）墙体厚度计算水泥土墙厚度设计值b，宜根据抗倾覆稳定条件计算确定。1）当水泥土墙底部位于碎石土或砂土时（图6-79a），墙体厚度设计值宜按下式确定：图6-79 水泥土墙宽度计算简图（a）墙底位于碎石土或砂土；（b）墙底位于粘土或粉土 （6-73）式中 Eai水泥土墙底以上基坑外侧水平荷载标准值的合力之和；Epj水泥土墙底以上基坑内侧水平抗力标准值的合力之和；ha合力Eai作用点至水泥土墙底的距离；hp合力Ep作用点至水泥土墙底的距离；cs水泥土墙的平均重度；w水的重度；hwa基坑外侧地下水位深度；hwp基坑内侧地下水位深度。2）当水泥土墙底部位于粘性土或粉土中时（图6-79b），墙体厚度设计值b，宜按下列经验公式计算： （6-74）当按上述计算方法确定的水泥土墙厚度小于0.4h时，宜取0.4h。（3）正截面承载力验算水泥土墙厚度设计值，除应符合上述要求外，其正截面承载力尚需符合下述要求：1）压应力验算 （6-75）式中 cs水泥土墙平均重度；0重要性系数，见表6-64；z由墙顶至计算截面的深度；M单位长度水泥土墙截面组合弯矩设计值，按式（6-56）计算；W水泥土墙的截面模量；fcs水泥土开挖龄期的抗压强度设计值。2）拉应力验算 （6-76）【例】某基坑属二级基坑，开挖深度为5.5m，地面荷载q020kN/m2，土的内摩擦角15，粘聚力c8kN/m2，土的重度18kN/m3，拟采用水泥土墙支护结构，试计算水泥土墙的嵌固深度及墙体厚度。【解】按建筑基坑支护技术规程JGJ 120-99计算。嵌固深度计算本工程为均质粘性土且无地下水，按h0n0h计算。土层固结快剪粘聚力系数 采用2700水泥土搅拌桩，搭接200，格栅式布置，按表6-71取b3.70m，共设置7排。（4）构造要求水泥土墙采用格栅式布置时，水泥土的置换率对于淤泥不宜小于0.8，淤泥质土不宜小于0.7；一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格栅长宽比不宜大于2。当水泥土墙变形不能满足要求时，宜采用基坑内侧土体加固、水泥土墙插筋加混凝土面板或加大嵌固深度等措施。在软弱土层中，采用坑底加固方法对控制水泥土墙的侧向位移有显著效果。坑底加固可采用下述几种方法：水泥土搅拌桩、高压喷射注浆桩、压密注浆及分段开挖加厚素混凝土垫层或设置配筋垫层等，其中水泥土搅拌桩加固运用最为广泛，也有工程采用水泥土搅拌桩加桩间注浆的方法。加厚垫层或设置配筋垫层的方法往往是在工程出现未预见的过大位移及其他意外情况时才用，事前设计很少采用。坑底加固的布置可采用满堂布置方法（图6-81a）,也可采用坑底四周布置方法，如：梅花形布置法（图6-81b）、格栅式布置法（图6-81c）及墩式布置法（图6-81d）。图6-81 坑底加固（a）满堂布置；（b）梅花形布置；（c）格栅式布置；（d）墩式布置1-水泥土墙；2-工程桩；3-加固桩（注浆）满堂布置一般适用于较小的基坑，加固桩多用满堂梅花形，必要时可在桩间增设注浆点，提高加固效果。如采用注浆方式作满堂加固，其注浆孔也可按梅花形布置，由于注浆加固的质量离散性较大，因此，注浆孔的孔距不宜大于注浆扩散半径的1.4倍。加固深度一般为（0.51.0）hd。对大面积的基坑，坑底满堂加固的工程量太大，不经济。此时，可采用