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1、精选优质文档-倾情为你奉上住宅深基坑支护及降水方案设计作者姓名：# 学号：专业：土木工程（岩土工程） 指导教师：#【摘要】本文以“住宅”为例，根据现行规范、场地工程地质条件，在对目前深基坑支护设计常用方法进行分析总结的基础上，经过方案比选，确定了段开挖面采用锚拉桩，其他各段均采用土钉的综合支护方案。同时为了保证基坑开挖和施工的正常进行，对基坑降水进行了方案设计。设计计算方法采用静力平衡法，根据基坑本身的特点和周边的环境条件，支护结构计算中荷载设计值及抗力采用规范提供的计算模型。同时，对基坑整体稳定性、基底抗隆起、支护结构的稳定性等进行了验算，并按要求设计此基坑采取管井方式降水。【关键词】深基坑
2、；降水；锚拉桩；土钉Retaining and dewatering design of deep foundation pit excavation of Fuhe new residenceName：# Student No.：000Major：Civil Engineering（Geotechnical Engineering）Supervisor：#Abstract: The article takes Fuhe new residence for example and determine digging segment adopting anchorage pile , which
3、 is based on the present method of the design of the deep foundation pit. According to present codes, analyze and generalize the above usual used means and compare and select the program. The other sections adopt the program of the soil nail retaining. In the mean while, in order to ensure the safel
4、y proceeding of the excavation and construction of the foundation pit, the program of the dewatering is designed in the foundation pit.The design method is adopted the static load method, according to the character of the foundation pit itself and the environment around, the design value of the load
5、 and resistance is according to present codes in process of the retaining structure calculation. At the same time, the entire stability of foundation pit,basal heave safety against, stability of retaining structure and so on,all had been checked. And the dewatering in the foundation pit by the pipe
6、well had been design following the requirement.Keywords: deep foundation pit; dewatering; anchorage pile; soil nail目 录第1章 前 言11.1研究意义11.2基坑支护理论发展及研究现状21.3本课题解决的主要问题3第2章 工程概况42.1工程概况42.2 场地地层条件42.3 场地水文地质条件62.4 地基土物理力学参数6第3章 深基坑支护方案比选73.1住宅基坑工程特点分析73.2深基坑支护结构功能分析73.3深基坑的支护形式83.3.1钢板桩支护83.3.2深层搅拌支护83.
7、3.3 排桩支护83.3.4地下连续墙93.3.5 土钉支护93.4 基坑支护方案确定10第4章 深基坑支护设计114.1 基坑支护方案114.2设计依据114.3 段开挖面支护设计114.3.1 护壁桩设计参数114.3.2 护壁桩设计124.3.3锚拉桩桩间基坑壁结构设计254.4 ，段开挖面支护设计254.4.1 土钉支护设计参数254.4.2土钉设计计算264.4.3喷射混凝土面层设计334.4.4构造要求354.5 基坑开挖支护施工注意事项354.5.1锚拉桩（人工挖孔）354.5.2材料堆放36第5章 基坑降水方案设计375.1 降水方案设计依据375.2 井点系统设计要求375.
8、3 降水方案设计375.3.1降水方案的选取及降水工程的布置375.3.2 水文地质参数选取385.4 降水方案设计计算395.4.1 降水方法395.4.2 出水量计算395.4.3 管井数（n）确定405.4.4 井点间距（D）确定405.4.5 降水方案论证405.4.5 降水井深度确定425.4.6 降水管井布置425.5管井参数及成井工艺425.6抽降地下水对周边建筑物影响的分析43结 论44致 谢45参考文献46专心-专注-专业第1章 前 言1.1研究意义 深基坑设计与施工既是我国各大城市基本建设工程中的重要关键问题，又是土木工程专业学习中比较复杂和困难的问题。其所以重要，是由于现
9、代大城市高层建筑的地下部分和城市交通均需要充分利用地下空间。基坑开挖深度以从十几米发展到二、三十米。基坑工程事故可导致重大经济损失、延误工期。因此，支护结构设计合理有效是保证深基坑支护工程即安全可靠，又经济合理的关键，也是当前城市建设岩土工程的一项重要工作。但目前深基坑的支护设计中往往存在以下几个问题。支护结构设计计算与实际受力不符目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论，但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明，有的支护结构的按极限平衡理论计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但却发生破坏；有的支护结构却恰恰相反，即安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中获得
10、成功。极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计，而实际上开挖的土体是一种动态平衡状态，也是一个松弛过程，随着时间的延长，土体强度逐渐下降，并产生一定的变形。这说明在设计中必须给予充分的考虑，但在目前的设计计算中却常被忽视。设计中土体的物理力学参数选择不当深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度，但要精确地计算土压力目前还十分困难，至今仍在采用库仑公式或郎肯公式。关于土体物理力学参数的选择是一个十分复杂的问题，尤其在深基坑开挖后，三参数是可变值，很难准确计算出支护结构的实际受力。在支护结构设计中，如果对地基土体的物理力学参数取值不准，将对设计的结果产生很大的影响。深基坑开挖存在的空间效
11、应考虑不周深基坑开挖中大量的实测资料表明：基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小。深基坑边坡失稳常常以长边的居中位置发生。这说明深基坑开挖是一个空间问题。传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基来讲，这种平面应变假设比较符合实际，而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以，在未能进行空间问题处理前而需按平面应变假设设计时，支护结构的构造要适当调整，以适应开挖空间效应的要求。深基坑土体的取样具有不完全性在支护结构设计前，必须对地基土层进行取样分析试验，以取得土体比较合理的物理力学指标，为支护结构的设计提供依据。一般在深基坑开挖区域内，按照国家规范的要求进行钻探取样
12、。为减少勘探的工作量和降低工程造价，不可能钻孔过密。因此，所取得的土样具有一定的随机性。但是，地质构造是极其复杂、多变的，取得的土样不可能全面反映地基土层的真实性。因此，支护结构的设计也就不一定完全符合实际。因此，目前还没有一种深基坑支护计算理论能在一次计算中解决上述所有问题。每一种计算模式都是在某些简化假定的前提下建立的，具有一定的局限性。而且，无论计算技术如何先进，实际计算结果不可能超越其参数测定的精确程度。为了防止在设计和施工中发生失误，在进行深基坑设计中运用理论分析的同时，有必要同时考虑这种理论未曾计入的其它因素，并同时进行分析判断，在进行理论分析的同时并以大量有关的工程实录资料和实践
13、经验为参考作出判断。1.2基坑支护理论发展及研究现状Terzaghi和peck等人早在20世纪40年代就提出了预估挖方稳定程序和支撑荷载大小的总应力法，这一理论原理一直沿用至今，但已有了许多改进和修正。Bjerrurn和Eide在20世纪50年代给出了分析深基坑底板隆起的方法。20世纪60年代开始在奥斯陆和墨西哥城软粘土深基坑中使用仪器进行监测，此后的大量实测资料提高了预测的准确性，并在20世纪70年代起，产生了相应的指导开挖的法规。从20世纪80年代初开始我国逐步进入深基坑设计与施工领域，在深圳地区的第一个深基坑支护工程率先应用了信息施工法，大大节省了工程造价。进入20世纪90年代以后，我国
14、开始着手编制深基坑支护设计与施工的有关法规，现已编制了多部国家行业标准及地方的相关法规。长期以来，国内外学者对挡土结构的受力性状进行了大量的试验研究工作 ，到目前为止有许多挡土结构受力的计算理论和方法，大体可分为以下几类。（1）静力平衡法与等值梁法：利用墙前后土压力的极限平衡条件来求插入深度、结构内力等。从理论上说，首先支护结构前后土压力是否达到极限状态很难确定，尤其是被动土压力情况，有很大的盲目性，实际工程测试已证明了这一点。其次该类方法未考虑结构与土体变形，而变形对土压力的重分布及结构内力有很大影响，故该类方法正逐渐失去它原有的地位。但对于简单基坑开挖，静力平衡法中一些简化使计算较为简单，
15、可以凭经验使用。（2）弹性地基梁的m法：此类方法假定土体处于弹性平衡状态，将支护结构的全部或部分视为弹性地基中的梁来进行分析。m法优点是考虑了支护结构与土体的变形，但各自仍有一些问题有待解决。参数m一般工程难以通过试验确定，现有文献提供的取值范围，各地区差别大。另外，m法无法直接确定支护结构的插入深度，通常假定试算有很大的随意性，有时桩底落在软弱土层中，还须经验来修正。（3）有限单元法：这类方法充分考虑了支护结构与支撑刚度以及支护结构与土体的共同作用，同时也考虑了基坑开挖对周围环境的影响。但选取合理的本构模型与计算参数，以及塑性区范围与稳定性之间的定量关系均缺乏经验。1.3本课题解决的主要问题
16、随着成都地区经济的发展和城市建设步伐的加快，基坑工程向着更深，更宽，更密集的趋势发展，工程所面临的难度越来越高，如成都地铁，成都航天大厦20m深基坑等。对深基坑方面的研究已经成为岩土工程界的重要课题。为了对深基坑工程方面有更加深入的了解，本人选择了“成都住宅深基坑支护及降水方案设计”。该课题主要解决的是针对成都西区典型工程地质条件下深基坑的支护及降水问题。本人在结合实际工程在进行理论分析的同时，重点借鉴了沈俊教授纂写的深基坑工程一书中的实际经验和方法。第2章 工程概况2.1工程概况成都市金牛区土桥小城镇建设委员会拟建的“住宅”工程位于成都市金牛区青杠村一组，交通便利。场地地势较平坦，属成都平原
17、冲洪积岷江水系一级阶地，地貌单一；场地勘探孔地面高程为513.02513.68m，相对高差0.66m。拟建建筑物由主楼及地下室组成，主楼地上24层，高度74.9m，设2层地下室，总建筑面积约28000（其中地上建筑面积约23728，地下建筑面积约4306）。结构类型拟采用框架剪力墙结构,基础形式采用筏板基础。根据设计资料，场地设计标高516.6，筏板基础底标高504.4m（基础底埋深为9.2m),考虑拟取垫层厚0.8m，确定基础开挖深度约10.0m。基坑开挖面积为2265。该基坑东侧18m处为一7层楼建筑，该建筑采用条形基础，基础埋深约为3.3m,结构类型为砖混结构；其余三面靠近绿化地，离正建
18、或待建建筑距离在40m以上。图2-1 基坑平面简图2.2 场地地层条件据拟建场地岩土工程勘察报告和场地地层典型剖面图（详见图2-2）（四川省地质工程勘察院，2007年4月），场地地层结构如下：构成场地的地层为：第四系全新统填土层（Q4ml）和第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)砂土及砂卵石层，下伏白垩系上统灌口组（K2g）基岩。现将其岩性特征自上而下描述如下：第四系全新统填土层（Q4ml）杂填土：灰褐、灰黄色，结构松散，稍湿，主要由卵石、砖块、砼块、砖块和砂土等建筑垃圾组成，含少量炭渣和橡胶等生活垃圾，底部由粘性土和砂土组成，系近期堆积。场地内均有分布，层厚0.401.20m，平均厚度1.0m
19、。第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)中砂：灰、黄灰色，湿饱和，松散，成份以长石、石英为主，次为云母片及暗色矿物。呈透镜体夹于卵石层中，层厚1.602.50m。卵石：灰、灰黄色，湿饱和，主要由石英岩、花岗岩、玄武岩组成，亚圆形，一般粒径3080mm，大者100-120mm，最大达200mm，充填物为砾石和砂土，含510%的漂石，卵石呈中微风化状。场地内均有分布，层厚14.8016.60m。根据卵石的含量和密实度可分四个亚层：松散卵石：卵石排列十分混乱，绝大部分不接触，卵石含量5055%，钻进容易，孔壁及易垮塌；稍密卵石：卵石排列混乱，大部分不接触，卵石含量5560%，钻进较容易，孔壁易垮塌；
20、中密卵石：卵石交错排列，大部分接触，卵石含量6070%，钻进较困难；密实卵石：卵石交错排列，绝大部分接触，卵石含量70%，钻进及困难。白垩系上统灌口组（K2g）基岩泥岩：紫红色，泥质结构，中厚层状构造。局部夹薄层泥质粉砂岩，见灰黄色、灰绿色斑点或条带，含石膏或钙芒硝，偶见溶蚀孔隙。该层分布稳定，厚度大，在勘探深度范围内未揭穿。图2-2 场地地层典型剖面图2.3 场地水文地质条件在深度20m范围内的土体主要为杂填土、中砂、卵石组成，场地内地下水主要为赋存于冲洪积成因砂土和卵石层中的孔隙潜水。砂卵石层透水性较强，富水性较好，含水较丰富，渗透系数20m/d左右。受大气降水、地下水侧向迳流补给，水位随
21、季节改变而变化，勘察期间处于丰水期。由于受场地约40m远处正修建的住宅财富广场深基坑降水的影响，测得的初见水位4.50-6.00m，标高507.51508.78 m，稳定水位埋深4.70-6.60m，标高503.30504.10 m，微具承压性。地下水位年变幅约1.0m，考虑邻近基坑降水停止地下水位的回升，丰水期场地地下水历史最高水位标高约509.00m。综合分析：地下水无色、无味、透明，地下水对混凝土结构及混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性；土对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋及钢结构均无腐蚀性。2.4 地基土物理力学参数据详勘报告，场地各地层岩土力学参数取值主要根据相应的试验方法
22、确定。杂填土厚度较薄，其力学参数可根据周围已有建筑的勘察资料结合本场地的实际工程情况综合确定；中砂及卵石层根据N120超重型动力触探试验和颗粒分析确定，中砂平均值2.12击/dm,卵石4.5515.8击/dm。各地层的地基岩土力学指标建议值详见表2-1。表2-1 地基岩土物理力学指标建议值岩土名称岩土状态天然重度r(kN/m3)压缩模量Es(MPa)变形模量Eo(MPa)承载力特征值fak(kPa)内聚力c(kPa)内摩擦角(度)人工挖孔灌注桩极限端阻力标准值qpk(kPa)极限侧阻力标准值qsk(kPa)杂填土松散17.03/60/10/中砂松散19.08/120/20/10松散卵石松散20
23、.01715180526/100稍密卵石稍密21.02621350535/120中密卵石中密22.03830600538/150密实卵石密实23.06045850540/170第3章 深基坑支护方案比选3.1住宅基坑工程特点分析住宅基坑开挖面积为2265，开挖深度为10m。开挖边界离征地红线距离较近（一般为34m）,不具备放坡条件，必须采取必要的支护措施。本基坑东侧18m处为一7层楼建筑，该建筑采用条形基础，结构类型为砖混结构，由于砖混结构抗变形能力较差，该面基坑开挖时某些未确定因素有可能影响其稳定性。其余三面周边都为绿化地，离正建或待建建筑距离在40m以上，基坑开挖对周围环境影响较小。从整个
24、场地工程地质条件来看，场地内不存在软土和不良地质作用，适宜建筑；从周边已有的深基坑工程实例来看，通过合理的支护措施，均能满足预期要求。根据基坑周围环境特点，可采取分段支护设计。详见图3-1。图3-1 基坑分段支护示意图3.2深基坑支护结构功能分析各种建筑物与地下管线都要开挖基坑，一些基坑可直接开挖或放坡开挖，但当基坑深度较深，周围场地又不宽时，一般都采用基坑支护，过去支护比较简单，也就是钢板桩加井点降水，一般能满足基坑安全施工，而对于深基坑已不能满足要求，近几年来随着基坑深度和体量的增大，支护技术也有了较大进展，按功能分常用的有以下一些：（1）挡土系统：常用的有钢板桩、钢筋混凝土板桩、深层水泥
25、搅拌桩、钻孔灌注桩、地下连续墙。其功能是形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力。（2）挡水系统：常用的有深层水泥搅拌桩、旋喷桩、压密注浆、地下连续墙、锁口钢板桩。其功能是阻挡抗外渗水。（3）支撑系统：常用的有钢管与型钢内支撑、钢筋混凝土内支撑、钢与钢筋混凝土组合支撑。其功能是支承围护结构侧力与限制围护结构位移。3.3深基坑的支护形式3.3.1钢板桩支护钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，把这种钢板桩互相连接就形成钢板桩墙，被广泛应用于挡土和挡水。目前钢板桩常用的截面形式有U形、Z形和直腹板型。钢板桩由于施工简单而应用较广。但是钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很
26、大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制。而且钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于7m时，不宜采用。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出时对周围地基土和地表土的影响。3.3.2深层搅拌支护深层搅拌支护是利用水泥作为固化剂，采用机械搅拌，将固化剂和软土剂强制拌和，使固化剂和软土剂之间产生一系列物理化学反应而逐步硬化，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩墙，作为支护结构。适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、素填土等土层，基坑开挖深度不宜大于6m。对有机质土、泥炭质土，宜通过试验确定。3.3.3 排
27、桩支护排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻（冲）孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间的联系差必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠联接。为了防止地下水并夹带土体颗粒从桩间孔隙流入（渗入）坑内，应同时在桩间或桩背采用高压注浆，设置深层搅拌桩、旋喷桩等措施，或在桩后专门构筑防水帷幕。灌注桩施工简便，可用机械钻（冲）孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低。排桩支护可分为悬臂式和支锚式，而
28、支锚式又分单点支锚和多点支锚。大多数情况下，悬臂式柱列桩适用于三级基坑，支锚式柱列桩适合于一、二级基坑工程。一般来说，当基坑深h=8m14m，周围环境要求不十分严格时，多考虑采用排桩支护。3.3.4地下连续墙地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果，适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，可较好地控制软土地层的变形。在基
29、坑深（一般h10m）、周围环境保护要求高的工程中，经技术经济比较后多采用此技术。但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽会有较大困难，尤其是遇到岩层需要特殊的成槽机具，施工费用较高。目前采用的逆作法施工使得两墙合一，即施工时用作围护结构，同时又是地下结构的外墙。逆作法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏，为此在基坑施工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力，减少支护结构变形，降低造价并缩短工期，是推广应用的新技术之一。除现场浇筑的地下连续墙外，我国还进行了预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙的研究和试用。3.3.
30、5 土钉支护土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用。土钉支护的使用要求土体具有临时自稳能力，以便给出一定时间施工土钉墙，因此对土钉墙适用的地质条件应加以限制。建筑基坑支护技术规程（JGJ）规定了土钉墙适用于二、三级基坑、非软土场地、基坑深度不宜大于12m。土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低，与其他桩墙支护相比，工期可缩短50%以上，节约造价60%左右；而且土钉支护可以紧贴已有建筑物施工，从而省出桩体或墙体所占用的地面。但从许多工程经验看，土钉墙的破坏几乎均是由于水的作用，水使土钉墙产生软化，引起整体或局部破坏，因此规定采用
31、土钉墙工程必须做好降水，且其不宜作为挡水结构。土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件。通常采用钻孔，放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成、它依靠与土体之间的粘结力或摩擦力，在土体发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。由于随挖随支，能有效地保持土体强度，减少土体的扰动。20世纪90年代以后，土钉墙技术开始应用于东南沿海一带，但该地区地质条件属于以淤泥及淤泥质土为主的软土带，为适应这一特性，发展了复合土钉支护技术。另外还有锚杆或喷锚支护、拱圈支护和逆作法支护等。3.4 基坑支护方案确定本工程基坑开挖深度为10.0m，基坑破坏对工程安全影响较为严重。参
32、照建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）、成都市建筑工程深基坑施工安全管理暂行办法，综合确定本工程基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数r0=1.00。由于场地东侧18m处为一7层楼的建筑物，该建筑物为砖混结构，为了减小基坑开挖时某些不确定因素引起的周边土体变形，该处开挖面（简称I段）拟采用能有效控制变形且成本相对低廉的支护形式，综合确定拟采用排桩加单支点支撑相结合的支护结构。由于成都地区地基土较合适做人工挖孔桩且挖孔桩工艺简单，排桩采用人工挖孔桩；基坑宽度较大，只能采用外支撑，所以综合确定该段采用人工挖孔加锚杆的支护结构（锚拉桩）护壁。其余三段开挖面（简称，段）周围场地较为开阔，且开挖土体临
33、时自稳能力较好，综合考虑场地环境条件和基坑侧壁安全等级，确定该三段开挖面采用土钉与喷砼结合的支护形式，由于土钉支护采用的是随挖随支的形式，能有效地保持土体强度，减少土体的扰动。该三段基坑底面线离征地线水平距离约为4m，为了提高护壁土体的稳定性，可做1：0.1放坡处理。各基坑面护壁形式见图3-2。图3-2 各基坑面支护形式示意图第4章 深基坑支护设计4.1 基坑支护方案I段基坑开挖面拟采用人工挖孔桩加锚杆（锚拉桩）的支护形式；，段基坑开挖面采用土钉与喷砼结合的支护形式。4.2设计依据本设计方案依据下列文件设计: 建筑总平面图；建筑基坑支护技术规程(JGJ 120-99)； 建筑桩基技术规范（JG
34、94-96）；混凝土结构设计规范（GB50010-2002）；基坑土钉支护土钉技术规程（CECS96-97）；混凝土结构工程施工及验收规范（GBJ5024-92）；岩土工程勘察报告（四川省地质工程勘察院，2007年4月）。4.3 段开挖面支护设计4.3.1 护壁桩设计参数主要技术参数见列表4-1：表4-1 地基岩土体物理力学指标建议值岩土名称计算层厚(m)天然重度r(kN/m3)承载力特征值fak(kPa)内聚力c(kPa)内摩擦角(度)土体与锚固体粘结强度特征值(kPa)水上水下水上水下杂填土1.017.060/101018细砂2.519.0120/202040松散卵石1.520.01805
35、/292680稍密卵石1.921.03505/3835120中密卵石2.722.06005/4338200密实卵石未揭穿23.08505/46402504.3.2 护壁桩设计本工程基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数r0=1.00。本次设计，基坑支护后有效安全期为12个月。护壁桩采用人工挖孔桩的形式，设计护壁桩内径取1000mm，桩间距取3m，中间设置一层外支撑，与桩联合形成单层支点支护结构，外支撑离地平面距离为1.5m 。该开挖面东侧18m处的7层楼建筑物的地基持力层底下无软弱层，故其荷载扩散角非常小，扩散效应较小，且距离相对较远，故其对支护结构的荷载效应可以忽略。设计时考虑此面坑壁上侧有可能
36、堆载轻型工程材料的影响，取附加荷载5KN/，荷载作用宽度为2m，荷载距离基坑边缘为1m。桩长计算设桩嵌固深度为桩以上基坑外侧各土层水荷载标准值和计算：按下式确定（计算简图见图41）：（计算点位于地下水位以上） （4-1）（计算点位于地下水位以下） （4-2）式中：计算参数，当h时，取；h,取h；h,取1，h,取零；作用于深度处的竖向应力标准值；粘聚力；主动土压力系数，；按下式确定：； （4-3）（计算点位于基坑开挖面以上时）（计算点位于基坑开挖面以下时）（计算简图见图42） （4-4）式中：土层自重应力引起的竖向应力标准值；基坑上条状附加荷载引起的竖向应力标准值；基坑上条状附加荷载距支护结构外
37、侧的距离；基坑上条状附加荷载的作用宽度；附加荷载影响计算：根据图4-2确定附加荷载影响范围为：附加荷载影响深度范围为地面下1m5m。考虑到人工挖孔桩完成后可以选择适当的降水井使其暂停工作提升地下水位，在满足基础施工干作业的情况下，取地下水位-12m （以基坑顶侧为0.00m点）。根据以上公式和计算简图，各计算点水平荷载标准值见表4-2。图4-1 水平荷载标准值计算简图图4-2 附加竖向应力计算简图表4-2 基坑外侧各计算点水平荷载标准值计算表岩土名称计算点位置(m)厚度(m)内聚力c(kPa)内摩擦角(度)主动土压力系数Kaj计算点处(kPa)各土层杂填土0/100.704090.06.011
38、12.0中砂1/200.490299.252.03.52.532.4松散卵石3.55290.3469717.133.451.527.5稍密卵石55380.2378817.642.56.91.927.1中密卵石6.95430.1890621.172.09.62.732.3续表4-2 基坑外侧各计算点水平荷载标准值计算表岩土名称计算点位置(m)厚度(m)内聚力c(kPa)内摩擦角(度)主动土压力系数Kaj计算点处(kPa)各土层密实卵石9.65460.1632427.611.3100.429.11029.158.212229.112/400.2174444.110+-244.1+ 10（-2）其中
39、：桩以上基坑内侧水平抗力和计算：按下式确定： （4-5）被动土压力系数，；作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值；深度以上土的加权平均值。根据以上公式，桩以上基坑内侧各计算点水平抗力和见表4-3表4-3基坑内侧各土层水平抗力标准值计算表岩土名称累积层厚(m)厚度(m)内聚力c(kPa)内摩擦角(度)被动土压力系数Kpj计算点处各土的密实卵石05466.1260524.8331.32.02.0306.52.00404.59891211.5hdhd-2图4-3桩两侧应力简图其中：单层支点的支点力确定按下式确定： （4-6）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之和（由表4-4确定
40、）；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之和；合力作用点至设定弯矩零点的距离；合力作用点至设定弯矩零点的距离；基坑底面至设定弯矩零点位置的距离；按下式确定：水平荷载标准值；水平抗力标准值。根据表4-2和表4-3，确定弯矩零点的位置距离基坑底面为零。表4-4 弯矩零点以上基坑外侧水平荷载标准值合力计算表土层杂填土中砂松散卵石稍密卵石中密卵石密实卵石（Kpa.m）6.052.033.442.572.011.3（Kpa.m）217.2表4-5合力作用点至设定弯矩零点的距离计算表土层杂填土中砂松散卵石稍密卵石中密卵石密实卵石（Kp.m）27.9 280.8 150.1 134.1 1
41、04.2 2.2 （Kpa.m）699.5（m）699.5/217.2=3.22桩嵌固段确定嵌固深度设计值按下式确定： （4-7）式中：桩底以上基坑内侧各土层水平抗力标准值的合力之和；合力作用点至桩底的距离；桩底以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和；合力作用点至桩底的距离；单层支点的支点力；支点至基坑底面的距离。根据、可以确定桩嵌固段长度考虑设计中可能产生的偏差，取嵌固段桩长为5m。且=5m0.3h=0.315=4.5m故桩长嵌固段取5m满足规范要求。结构计算利用静力平衡法计算（计算简图见图4-4）图4-4 静力平衡法计算简图反弯点的剪力按下式确定：（4-8）式中：荷载计算宽度，排桩可取
42、桩间距确定。根据上式计算求得： 单根内支撑拉力T确定：AB段的最大弯矩按下式确定： （4-9）式中：AC段的最大弯矩计算点上侧压力合值；合压力点离计算点距离;AC段的最大弯矩发生位置。AC段的最大弯矩发生位置以上水平荷载标准值合值;进行试算求得BC段的最大弯矩发生位置按下式确定其中，所以BC段的最大弯矩按下式确定：做弯矩简图见图4-5图4-5 桩身弯矩示意图结构内力及支点力设计值计算 截面弯矩设计值M按下式子确定： （4-10）AB段：BC段：单层支点支护结构支点力设计值按下式子确定: （4-11）桩截面配筋及截面承载力计算桩径,桩间距，取钢筋保护层厚度。钢筋笼直径受拉侧选用20钢筋，则Ag=3.1422, ；受压侧选用18钢筋，则Ag=2.5452, ，钢筋布置方式选用沿截面受拉区和受压区周边配置局部均匀纵向钢筋。混凝土强度采用C20，则。对于弯矩最大面，先进行配筋试算，拟配钢筋布置图见（图4-6）。图4-6 配筋试算简图试配钢筋总抗弯能力计算 （4-12）式中：对应于受压区混凝土截面面积的圆心角（）与的比值；对应于周边均匀受拉钢筋的圆心角（）与的比值，宜在1/6与1/3之间取值，由于拟选钢筋受拉钢筋圆心角为，故取1/3；对应于周边均匀受压钢筋的圆心角（）与的比值，由于拟选钢筋受压钢筋圆心角为，故取1/3；构件截面面积，取0.785；，均匀配置在圆心角，内沿周边的纵向受拉