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1、挡 土 墙7.1 7.1 概述概述一、挡土墙的用途与类型一、挡土墙的用途与类型 建造挡土墙的目的在于支挡墙后土体，防止土体建造挡土墙的目的在于支挡墙后土体，防止土体产生坍塌和滑移。产生坍塌和滑移。P填土面填土面码头码头桥台桥台P隧道侧墙隧道侧墙PP1 1、挡土墙的用途、挡土墙的用途2 2、挡土墙的类型、挡土墙的类型重力式、悬壁式、重力式、悬壁式、扶壁式、锚杆式、扶壁式、锚杆式、加筋土挡土墙加筋土挡土墙按结构形式分类按结构形式分类(1)重力式挡土墙重力式挡土墙-靠自身的重量保持墙身的稳定靠自身的重量保持墙身的稳定特点：特点：墙体抗弯能力较差墙体抗弯能力较差挡土墙的断面较大挡土墙的断面较大按挡土墙
2、墙背的倾斜分为：按挡土墙墙背的倾斜分为：仰斜、垂直、俯斜式三种。仰斜、垂直、俯斜式三种。仰斜式仰斜式挖方、墙前地形较平坦时采用，可减小主动土压力。挖方、墙前地形较平坦时采用，可减小主动土压力。俯斜式俯斜式填方、墙前地形较陡时采用。填方、墙前地形较陡时采用。(4)板桩式挡土墙板桩式挡土墙可用作永久性也可作临时性的挡土结构，是一种承担弯矩的结构。可用作永久性也可作临时性的挡土结构，是一种承担弯矩的结构。按结构型可分为：按结构型可分为：悬壁式和锚定式悬壁式和锚定式按墙体刚度分类按墙体刚度分类刚性挡土墙刚性挡土墙柔性挡土墙柔性挡土墙刚性墙体刚性墙体指墙体本身刚度较大，在土压力作用下墙体基本不变形指墙体
3、本身刚度较大，在土压力作用下墙体基本不变形或变形很小的挡墙。如或变形很小的挡墙。如 重力式重力式、悬臂式、悬臂式、扶臂式、扶臂式。在计算土压力时，可以不考虑墙体变形对土压力及其分布的影响。在计算土压力时，可以不考虑墙体变形对土压力及其分布的影响。柔性挡墙柔性挡墙墙体刚度不大，在土压力作用下，墙体会产生变形的墙墙体刚度不大，在土压力作用下，墙体会产生变形的墙体，如支撑墙，板柱墙，锚定板墙等。体，如支撑墙，板柱墙，锚定板墙等。在计算土压力时，应考虑墙体变形的影响。在计算土压力时，应考虑墙体变形的影响。3 3、挡土墙的土压力、挡土墙的土压力 土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载土压力通常是指挡
4、土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。作用对墙背产生的侧压力。被动土压力被动土压力主动土压力主动土压力静止土压力静止土压力土压力土压力(1).(1).静止土压力静止土压力 挡土墙在压力作用下不发生任何变形挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力。作用在挡土墙背的土压力。Po o-+主动主动被动被动静止静止朗肯土压力理论朗肯土压力理论3.3.墙体为刚性体墙体为刚性体1.1.挡土墙背垂直、光滑挡土墙背垂直、光滑 2.2.填土面水平填土面水平朗肯理论适用条件：朗肯理论适用条件：是根据半空间的应力状态和土
5、的极限平衡条件而得出的是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件而得出的土压力计算方法土压力计算方法无粘性土的土压力无粘性土的土压力z=zxK0zzE EaKazE EpKpz增加增加减小减小4545o o-/24545o o /2大主应力方向大主应力方向主动主动伸展伸展被动被动压缩压缩小主应力方向小主应力方向E EaE Ep f zK0z f=c+tan 伸展伸展压缩压缩4545o o-/2/24545o o/2/2土体处于土体处于弹性平衡弹性平衡状态状态主动极限主动极限平衡状态平衡状态被动极限被动极限平衡状态平衡状态水平方向均匀压缩水平方向均匀压缩主动朗主动朗肯状态肯状态被动朗被动朗肯状态肯
6、状态水平方向均匀伸展水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，处于主动朗肯状态，1 1方向竖直，剪切方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o-/2/2处于被动朗肯状态，处于被动朗肯状态，3 3方向竖直，剪切方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为破坏面与竖直面夹角为4545o o/2/2当当c=0=0,无粘性土无粘性土朗肯主动土压力朗肯主动土压力h/3Ea hKah1.1.无粘性土主动土压力强度与无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布成正比，沿墙高呈三角形分布2.2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.3.合力作用点在三角
7、形形心，即作用在离墙底合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处处一、库仑土压力基本假定一、库仑土压力基本假定1.1.墙后的填土是理想散粒体墙后的填土是理想散粒体 2.2.滑动破坏面为通过墙踵的平面滑动破坏面为通过墙踵的平面 3.3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形二、库仑土压力二、库仑土压力 墙向前移动或转动时，墙后土体沿墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面某一破坏面BC破坏，土楔破坏，土楔ABC处于主处于主动极限平衡状态动极限平衡状态土楔受力情况：土楔受力情况：GhCABq qPR 3.3.墙背对土楔的反力墙背对土楔的反力E,大小未知，方大小未知，方
8、 向与墙背法线夹角为向与墙背法线夹角为 1.1.土楔自重土楔自重G=ABC,方向竖直向下方向竖直向下2.2.破坏面为破坏面为BC上的反力上的反力R,大小未知，大小未知，方向与破坏面法线夹角为方向与破坏面法线夹角为 库仑土压力理论库仑土压力理论土楔在三力作用下，静力平衡土楔在三力作用下，静力平衡 GhACBq qPR 滑裂面是任意给定的，不同滑裂面滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力得到一系列土压力E，E是是q q的函数的函数，E的的最大值最大值Emax，即为墙背的主动土，即为墙背的主动土压力压力Ea，所对应的滑动面即是最危险，所对应的滑动面即是最危险滑动面滑动面库仑主动土压力库仑主动
9、土压力系数，查表确定系数，查表确定土对挡土墙背的摩擦土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，角，根据墙背光滑，排水情况查表确定排水情况查表确定7.4 7.4 挡土墙的设计计算挡土墙的设计计算主动土压力主动土压力被动土压力被动土压力静止土压力静止土压力作用在挡土墙上的荷载作用在挡土墙上的荷载土压力土压力静水压力静水压力作用在墙背作用在墙背上侧压力有上侧压力有土压力和水土压力和水压力两部分压力两部分地震时由于地震时由于地面运动使地面运动使土压力增加土压力增加附加应力附加应力地震力地震力当地面有荷当地面有荷载时因超载载时因超载产生的附加产生的附加应力应力土压力土压力有地下水的土压力有地下水的土压力地面有
10、荷载时地面有荷载时地震时的土压力地震时的土压力水土分算水土分算水土和算水土和算将连续均布荷载换算成当量的土重将连续均布荷载换算成当量的土重地震力地震力主动土压力主动土压力一、重力式挡土墙设计一、重力式挡土墙设计按土压力理论计算承受的土压力，再验算地基和墙身按土压力理论计算承受的土压力，再验算地基和墙身的强度与稳定性。的强度与稳定性。设计步骤：设计步骤：1).1).选型：有仰斜式、垂直式、选型：有仰斜式、垂直式、俯斜式，目的使墙后土压力最小。俯斜式，目的使墙后土压力最小。(1).(1).墙的背坡和面坡的选择：墙的背坡和面坡的选择：根据实际地形，面坡尽量与背坡平行。根据实际地形，面坡尽量与背坡平行
11、。(2).(2).基底逆坡坡度：对于土质地基的基底基底逆坡坡度：对于土质地基的基底逆逆坡一般不坡一般不宜大于宜大于0.1:10.1:1。(3).(3).墙趾台阶：墙趾高墙趾台阶：墙趾高h和墙趾宽和墙趾宽a a的比例可取的比例可取h:a=2:1h:a=2:1，a a不得小于不得小于20cm.20cm.2).2).外形外形1：0.251：0.23).3).挡土墙的埋置深度挡土墙的埋置深度根据根据持力层的承载力持力层的承载力冻结深度冻结深度岩石风化程度岩石风化程度流水冲刷流水冲刷等因素确定等因素确定4).4).排水措施：排水措施：在墙身布置适量的泄水孔。在墙身布置适量的泄水孔。5).5).设置沉降缝
12、：设置沉降缝：一般间距一般间距10-20m,10-20m,或不同地基变化处或不同地基变化处,缝宽缝宽2cm,2cm,缝内嵌填柔缝内嵌填柔性防水材料。性防水材料。6).6).填土要求：填土要求：宜用卵石、砾石、粗砂、中砂等抗剪性质稳定、透水性宜用卵石、砾石、粗砂、中砂等抗剪性质稳定、透水性好、粗散颗粒材料。好、粗散颗粒材料。7).7).挡土墙的要求：挡土墙的要求：材料要求、砌筑要求。材料要求、砌筑要求。地基承载力验算地基承载力验算墙身强度验算墙身强度验算计算内容计算内容抗倾覆验算抗倾覆验算抗震计算抗震计算挡土墙的设计计算挡土墙的设计计算抗滑移验算抗滑移验算 计算挡墙时按平面问题考虑计算挡墙时按平
13、面问题考虑,即沿墙的延伸方向截取即沿墙的延伸方向截取单位长的一段进行计算单位长的一段进行计算.内力计算内力计算时采用设时采用设计荷载计荷载稳定性验算稳定性验算时不考虑活时不考虑活荷载的作用荷载的作用（2 2）抗滑移验算）抗滑移验算主要验算抗滑移安全系数主要验算抗滑移安全系数 挡墙滑移时挡墙滑移时,滑移力是滑移力是沿着基底方向的沿着基底方向的（3 3）地基承载力验算）地基承载力验算地基承载力验算与一般偏心受压基础验算方法相同，要求地基承载力验算与一般偏心受压基础验算方法相同，要求出作用在基底的垂直力和作用点。出作用在基底的垂直力和作用点。u首先求出首先求出G G、E Ea a的合力及夹角的合力及
14、夹角.u将合力作用线延长到基底交于将合力作用线延长到基底交于m m点。点。u在在m m点将点将E E分解为垂直、平行基底分解为垂直、平行基底的两个分量的两个分量E En n、E Et t，En就是作用在就是作用在基底的垂直合力基底的垂直合力N N。偏心距的求法：偏心距的求法：可验算挡土墙地基承载力：可验算挡土墙地基承载力：当当时，基底压力呈梯形或三角形分布时，基底压力呈梯形或三角形分布当当时，基底压力呈三角形分布时，基底压力呈三角形分布（5 5）挡土墙的抗震计算）挡土墙的抗震计算 计算地震区挡土墙时要考虑有地震和无地震时两种情况计算地震区挡土墙时要考虑有地震和无地震时两种情况,无地震时无地震时
15、,安全安全度高度高;有地震时有地震时,增加地震力增加地震力,但安全度降低但安全度降低.故要取二者中墙截面较大者故要取二者中墙截面较大者.有地震时抗倾覆验算有地震时抗倾覆验算EaEazEaxO法线法线无地震时抗倾覆验算无地震时抗倾覆验算有地震时抗滑移验算有地震时抗滑移验算有地震时墙身强度验算有地震时墙身强度验算二、悬壁式挡土墙二、悬壁式挡土墙常用于地基土较差或缺少石料的情况常用于地基土较差或缺少石料的情况尺寸要求：尺寸要求：悬壁式挡土墙的立壁悬壁式挡土墙的立壁(墙身墙身)、墙趾、墙踵可看成三个、墙趾、墙踵可看成三个悬臂板悬臂板,均承受弯矩均承受弯矩,均做成上小下大形状。均做成上小下大形状。立壁双
16、排配筋时，；立壁双排配筋时，；单排配筋时，可适当减小单排配筋时，可适当减小 墙身常做成上小下大的墙身常做成上小下大的变截面；变截面；墙身面坡采用墙身面坡采用1：0.020.05，底板宽度底板宽度b最小为最小为200mm;设置泄水孔、伸缩缝；设置泄水孔、伸缩缝；若挡土墙的抗滑移不满足要求时，可在基础底板加防若挡土墙的抗滑移不满足要求时，可在基础底板加防滑键。键的最小宽度为滑键。键的最小宽度为300mm；墙身配筋：受拉一侧按计算配筋，受压一侧按构造配墙身配筋：受拉一侧按计算配筋，受压一侧按构造配置纵横向钢筋网。置纵横向钢筋网。计算内容计算内容墙身内力及配筋墙身内力及配筋基础底板的内力及配筋基础底板
17、的内力及配筋基础承载力的验算基础承载力的验算抗倾覆、抗滑移抗倾覆、抗滑移（1 1）墙身内力及配筋）墙身内力及配筋墙身按下端嵌固在基础板中的悬壁板计算墙身按下端嵌固在基础板中的悬壁板计算按按 配筋配筋求出嵌固端的弯矩求出嵌固端的弯矩M下端可按下端可按 配筋配筋上端可按上端可按 配筋配筋内力计算时采用内力计算时采用设计荷载及设计荷载及稳定性验算中不考虑稳定性验算中不考虑活荷载的作用，用活荷载的作用，用（2 2）地基承载力计算）地基承载力计算先假定基础底板截面尺寸，求出合力。先假定基础底板截面尺寸，求出合力。合力合力e 作用在基础底板上作用在基础底板上的荷载有：的荷载有：（3 3）基础）基础底底板内
18、力及配筋（采用设计荷载，荷载乘相应分项系数）板内力及配筋（采用设计荷载，荷载乘相应分项系数）计算墙趾计算墙趾(嵌固端嵌固端)弯距，弯距，由此求出由此求出AsAs，钢筋配在基础板上，钢筋配在基础板上部部。由此求出由此求出As，钢筋配在墙趾下部。，钢筋配在墙趾下部。计算墙踵计算墙踵(嵌固端嵌固端)弯距，弯距，（4 4）稳定性验算）稳定性验算抗倾覆验算抗倾覆验算,以墙趾下端以墙趾下端o点为转动点点为转动点,抗滑移验算抗滑移验算,注注:稳定性验算稳定性验算中不考虑活荷中不考虑活荷载的作用。载的作用。当有地下水浮力当有地下水浮力Q时，（时，（G1+G2+G3）中要减去）中要减去Q值。值。提高稳定性的措施
19、提高稳定性的措施在立壁中部设置减压平台在立壁中部设置减压平台增加墙踵的悬臂长度增加墙踵的悬臂长度提高基础抗滑能力提高基础抗滑能力基础底板做成倾斜面，基础底板做成倾斜面，设置滑移键。设置滑移键。三、扶壁式挡土墙设计三、扶壁式挡土墙设计扶壁式挡土墙是针对墙高较大扶壁式挡土墙是针对墙高较大（H H8m8m）时增加了扶壁，增强了）时增加了扶壁，增强了悬壁式挡土墙墙身的抗弯性能。悬壁式挡土墙墙身的抗弯性能。沿墙的长度方向每隔沿墙的长度方向每隔做一道扶臂，即做一道扶臂，即支托支托(1)(1)墙身的计算（墙身的计算（内力及配筋）内力及配筋）墙身由竖向扶壁和基础底板支承，故墙身可看成墙身由竖向扶壁和基础底板支
20、承，故墙身可看成双向板（三边固定、一边自由）双向板（三边固定、一边自由）单向板（连续）单向板（连续）计算内容计算内容由于土压力呈三角形分布，计算的弯矩为嵌固端弯矩，由于土压力呈三角形分布，计算的弯矩为嵌固端弯矩，故可同悬壁式挡土墙一样，采用不同配筋：故可同悬壁式挡土墙一样，采用不同配筋：由此计算由此计算(3)(3)扶壁的计算扶壁的计算扶壁可看成固定在基础底板的变截面扶壁可看成固定在基础底板的变截面T T形梁形梁钢筋的拉力钢筋的拉力T T：(2)(2)基础底板的计算基础底板的计算墙趾板：同悬臂式设计方法墙趾板：同悬臂式设计方法墙踵板：同墙身墙踵板：同墙身 扶壁中配置有三种钢筋：水平筋、垂直扶壁中
21、配置有三种钢筋：水平筋、垂直筋为构造配筋；筋为构造配筋；斜筋为斜筋为T T形梁的受拉筋。形梁的受拉筋。所需钢筋截面面积为所需钢筋截面面积为第八章第八章 基坑工程基坑工程一、基坑：一、基坑：由地面向下开挖的地下空间称为基坑由地面向下开挖的地下空间称为基坑a.a.基坑开挖是地下工程中不可忽视的重要组成部分。基坑开挖是地下工程中不可忽视的重要组成部分。b.b.基坑开挖的方法影响整个工程的造价和进度。基坑开挖的方法影响整个工程的造价和进度。c.c.基坑支护是为了保证岩土开挖、地下结构的安全施工，基坑支护是为了保证岩土开挖、地下结构的安全施工，并使周围环境不受损害而采取结构支护、地下水控制并使周围环境不
22、受损害而采取结构支护、地下水控制等方面的工程措施。等方面的工程措施。这种挡土和截水的结构称为围护结构。这种挡土和截水的结构称为围护结构。二、基坑工程二、基坑工程a.a.建筑或结构或其地下部分施工时的基坑开挖建筑或结构或其地下部分施工时的基坑开挖 1 1、基坑工程的内容、基坑工程的内容d.d.对四周已有建筑、结构、道路、地下管线等相邻工程对四周已有建筑、结构、道路、地下管线等相邻工程的安全进行监测和维护。的安全进行监测和维护。b.施工降水施工降水c.c.基坑防坍的围护基坑防坍的围护基坑开挖大体可分为：基坑开挖大体可分为：放坡开挖、放坡开挖、挡土支护开挖、挡土支护开挖、分部开挖。分部开挖。2 2、
23、基坑失稳形态、基坑失稳形态失稳形态有失稳形态有土与支护结构一起失稳（整体失稳）土与支护结构一起失稳（整体失稳）土体失稳土体失稳基坑底土体隆起基坑底土体隆起支护结构失稳支护结构失稳倾覆失稳、滑移失稳倾覆失稳、滑移失稳 基坑开挖的每个阶段都有可能发生失稳基坑开挖的每个阶段都有可能发生失稳,因此对各个因此对各个施工阶段都要进行稳定性验算施工阶段都要进行稳定性验算.3 3、基坑工程设计内容、基坑工程设计内容a.a.支护体系的方案比较和选形。支护体系的方案比较和选形。b.b.支护结构的强度、稳定性和变形。支护结构的强度、稳定性和变形。c.c.基坑内外土体的稳定性。基坑内外土体的稳定性。d.d.基坑降水或
24、止水帷幕设计及围护墙的抗渗设计。基坑降水或止水帷幕设计及围护墙的抗渗设计。e.e.基坑开挖及地下水变化引起的基坑内外土体的变形及基坑开挖及地下水变化引起的基坑内外土体的变形及其对桩基础和周边环境的影响。其对桩基础和周边环境的影响。f.f.基坑开挖施工的可行性及基坑施工过程中的监测要求。基坑开挖施工的可行性及基坑施工过程中的监测要求。三、常用的基坑围护结构型式三、常用的基坑围护结构型式1.1.放坡开挖及简易支护放坡开挖及简易支护2.2.悬臂式围护结构悬臂式围护结构3.3.重力式重力式围护结构围护结构4.内撑式围护结构内撑式围护结构5.拉锚式围护结构拉锚式围护结构 6.土钉墙围护结构土钉墙围护结构
25、7.其它其它n基坑围护结构的分类：基坑围护结构的分类：桩墙式支护结构桩墙式支护结构n钢板桩钢板桩n钢筋混凝土板桩钢筋混凝土板桩n柱列式灌注桩柱列式灌注桩 n 地下连续墙地下连续墙 实体重力式支护结构实体重力式支护结构n水泥土搅拌桩挡墙水泥土搅拌桩挡墙n土钉墙土钉墙悬臂式悬臂式内支撑式内支撑式锚拉式锚拉式n水泥水泥土搅拌土搅拌桩挡墙桩挡墙n钢板桩钢板桩n槽钢钢板桩槽钢钢板桩n热轧锁口钢板桩热轧锁口钢板桩钢筋混凝土板桩：钢筋混凝土板桩：n预制的钢筋混凝土板桩预制的钢筋混凝土板桩非预应力板桩非预应力板桩 预应力板桩预应力板桩n截面形状：矩形、工字型、截面形状：矩形、工字型、T字型。字型。采用打桩设备
26、沉桩，为了减小沉桩时阻力，采用打桩设备沉桩，为了减小沉桩时阻力，桩底端制成尖楔形。桩底端制成尖楔形。钻孔灌注桩挡墙：钻孔灌注桩挡墙：n在基坑开挖施工前，沿基坑外围成排施工钻孔灌注桩，在基坑开挖施工前，沿基坑外围成排施工钻孔灌注桩，以形成排桩挡墙并在桩顶浇注钢筋混凝土冠梁。以形成排桩挡墙并在桩顶浇注钢筋混凝土冠梁。冠梁人工挖孔桩由于钻孔灌注桩施工时，由于钻孔灌注桩施工时，难以做到两相邻桩相切，难以做到两相邻桩相切，邻桩间隙为邻桩间隙为100200mm，故桩挡墙的挡水效果差。故桩挡墙的挡水效果差。目前，常在灌注桩外围施目前，常在灌注桩外围施工深层搅拌水泥土桩或旋工深层搅拌水泥土桩或旋喷及摆喷桩，以
27、形成防水喷及摆喷桩，以形成防水帷幕。灌注桩承受边坡侧帷幕。灌注桩承受边坡侧压力，防水帷幕起止水作压力，防水帷幕起止水作用。用。防水帷幕H型钢支柱木挡板支护墙型钢支柱木挡板支护墙n该支护型式是将该支护型式是将H型钢沿基坑外围按一定间距打入土体中型钢沿基坑外围按一定间距打入土体中作为挡土墙支柱，在两支柱间设置木板、钢板等，支柱作为挡土墙支柱，在两支柱间设置木板、钢板等，支柱及木挡板共同组成支护墙。及木挡板共同组成支护墙。n特点：用后可拔出回收，较为经济，若一次性投资则费特点：用后可拔出回收，较为经济，若一次性投资则费用较大。用较大。地下连续墙：地下连续墙：n施工方法：采用特制的挖槽机械沿基坑外围按
28、设计宽度分施工方法：采用特制的挖槽机械沿基坑外围按设计宽度分单元钻挖出基槽，并采用泥浆护壁，成槽至设计标高后将单元钻挖出基槽，并采用泥浆护壁，成槽至设计标高后将钢筋骨架吊放入槽内，进行水下混凝土灌注，各单元间有钢筋骨架吊放入槽内，进行水下混凝土灌注，各单元间有特制的接头连接以形成地下连续墙。特制的接头连接以形成地下连续墙。开开挖挖设设备备钢钢筋筋笼笼的的吊吊装装n当地下连续墙为封闭型时，基坑开挖过程中连续墙既挡土当地下连续墙为封闭型时，基坑开挖过程中连续墙既挡土也挡水。若仅仅将其作为支护结构则工程造价太高，若又也挡水。若仅仅将其作为支护结构则工程造价太高，若又作为建筑的地下承重结构的组成部分则
29、更为理想。作为建筑的地下承重结构的组成部分则更为理想。深层搅拌水泥土桩挡墙深层搅拌水泥土桩挡墙 它是用特制的深层搅拌机它是用特制的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂在地将喷出的水泥浆固化剂在地基土内进行原位强制拌合，基土内进行原位强制拌合，形成水泥土桩，硬化后即成形成水泥土桩，硬化后即成为具有一定强度的壁状挡墙，为具有一定强度的壁状挡墙，既挡土又可作为止水帷幕。既挡土又可作为止水帷幕。旋喷桩帷幕墙旋喷桩帷幕墙 旋喷桩施工是先在地基旋喷桩施工是先在地基土中用钻机成孔，在钻杆土中用钻机成孔，在钻杆上提过程中，利用钻杆端上提过程中，利用钻杆端部的旋转喷嘴将水泥固化部的旋转喷嘴将水泥固化剂喷入地基土中形成
30、水泥剂喷入地基土中形成水泥土桩，固化后即形成由相土桩，固化后即形成由相连桩体组成的帷幕墙，也连桩体组成的帷幕墙，也可作为支护结构。可作为支护结构。土钉墙土钉墙 它由被加固土、设置于原它由被加固土、设置于原位土体中的土钉（螺纹钢筋、位土体中的土钉（螺纹钢筋、型钢等）及附着于坡面厚度型钢等）及附着于坡面厚度约约80100mm的配筋喷射混的配筋喷射混凝土面板组成，形成类似重凝土面板组成，形成类似重力式墙的挡土墙，以抵抗墙力式墙的挡土墙，以抵抗墙后土压力等荷载，使边坡维后土压力等荷载，使边坡维持稳定。持稳定。支撑及锚杆支撑及锚杆n悬臂的缺点：悬臂的缺点：悬臂长度较大，则挡墙易遭破坏悬臂长度较大，则挡墙
31、易遭破坏 n解决办法：常常在挡墙不同高度处设置内支撑，或设置解决办法：常常在挡墙不同高度处设置内支撑，或设置锚杆对墙体进行拉固。锚杆对墙体进行拉固。n支撑及锚杆的作用：增加支挡结构的强度支撑及锚杆的作用：增加支挡结构的强度n常用的支撑形式：对撑、角撑常用的支撑形式：对撑、角撑 圆形或近方形基坑：采用圆形、拱形支撑圆形或近方形基坑：采用圆形、拱形支撑。n支撑杆件：不同壁厚的钢管、支撑杆件：不同壁厚的钢管、大规格工字钢、大规格工字钢、钢筋混凝钢筋混凝土杆件土杆件 为了防止杆件下立柱受荷载后下沉和倾斜，使支撑体为了防止杆件下立柱受荷载后下沉和倾斜，使支撑体系维持在一平面上，立柱应具有较大刚度，并埋入
32、基坑系维持在一平面上，立柱应具有较大刚度，并埋入基坑底一定深度或打设专用桩以支承立柱。底一定深度或打设专用桩以支承立柱。n立柱立柱:保证角撑杆件的稳定。保证角撑杆件的稳定。立柱立柱角撑角撑n角撑：位于基坑拐角处支撑。角撑：位于基坑拐角处支撑。内支撑的缺点：在大面积深基坑开挖工程中，若采用大内支撑的缺点：在大面积深基坑开挖工程中，若采用大量的内支撑量的内支撑(还需设置相应数量的立柱还需设置相应数量的立柱)，不但钢材用量大，不但钢材用量大，而且占用了大量的施工空间。而且占用了大量的施工空间。锚杆锚杆 土层锚杆是设置于钻孔内、端部深入稳定土层中的受拉土层锚杆是设置于钻孔内、端部深入稳定土层中的受拉杆
33、体，锚杆杆体（钢筋或钢绞线）锚固于孔内注浆体中并杆体，锚杆杆体（钢筋或钢绞线）锚固于孔内注浆体中并形成锚固段，通过杆体及锚固段将支护结构传来的拉力传形成锚固段，通过杆体及锚固段将支护结构传来的拉力传递到稳定岩土层中。递到稳定岩土层中。支护结构上的荷载支护结构上的荷载土压力土压力有地下水的土压力有地下水的土压力地面荷载地面荷载水土分算水土分算水土和算水土和算 作用在挡土结构上的侧向土压力及其分布状况不仅与地基土作用在挡土结构上的侧向土压力及其分布状况不仅与地基土体特性有关，而且在很大程度上还与支护结构本身的变形有关。体特性有关，而且在很大程度上还与支护结构本身的变形有关。挡土结构位移对土压力的影
34、响挡土结构位移对土压力的影响一、悬臂式围护结构一、悬臂式围护结构现行对悬臂式支护结构的计算方法均采用对构件现行对悬臂式支护结构的计算方法均采用对构件在整体失稳时两侧荷载分布作一些假设，然后简化为在整体失稳时两侧荷载分布作一些假设，然后简化为静定的平衡问题来进行解答。静定的平衡问题来进行解答。悬臂式围护结构上部悬臂挡土，下部嵌入一定悬臂式围护结构上部悬臂挡土，下部嵌入一定深度作为固定，看似一端固定的悬臂梁，实际二者深度作为固定，看似一端固定的悬臂梁，实际二者有根本的不同。有根本的不同。悬臂梁悬臂梁固定端位置确定固定端位置确定悬臂式围护结构悬臂式围护结构固定端位置不确定固定端位置不确定悬臂板桩在不
35、同插入坑底深度时的变形情况悬臂板桩在不同插入坑底深度时的变形情况1.1.插入坑底深度插入坑底深度D D，桩顶向坑内倾，桩顶向坑内倾移较小时，下端移较小时，下端B B处没有位移。处没有位移。2.2.插入深度插入深度D Dminmin，桩上端向坑内倾较桩上端向坑内倾较大时，下端大时，下端B B处向坑外位移。处向坑外位移。作用在板桩上各点的净土压力为各点作用在板桩上各点的净土压力为各点两侧为主、被动土土压力之差。两侧为主、被动土土压力之差。c点以上点以上,左侧作用被动土压力左侧作用被动土压力,右侧作用主动土压力右侧作用主动土压力;c点以下点以下,左侧作用主动土压力左侧作用主动土压力,右侧作用被动土压
36、力右侧作用被动土压力.所以被动土压力除了在基坑内侧出现，外侧的底所以被动土压力除了在基坑内侧出现，外侧的底部也会出现。部也会出现。点点c c处桩无位移处桩无位移,净土压力为零净土压力为零简化成线性分布后，为：简化成线性分布后，为：a.假设假设c0，在杆下端，在杆下端右侧的被动土压力呈三右侧的被动土压力呈三角形分布角形分布静力平衡法静力平衡法b.假设假设c0，在杆下端，在杆下端右侧的被动土压力为一右侧的被动土压力为一集中力集中力布鲁姆法布鲁姆法c.的情况的情况根据土土压力的分布情况，常用的设计计算法主要有两种：根据土土压力的分布情况，常用的设计计算法主要有两种：（1 1）极限平衡法：）极限平衡法
37、：假设板桩下端主动土压力区的假设板桩下端主动土压力区的被动土压力分布为三角形，随着板被动土压力分布为三角形，随着板桩入土深度不同，作用在不同的深桩入土深度不同，作用在不同的深度上各点的净土压力的分布也不同。度上各点的净土压力的分布也不同。当单位宽度板桩墙两侧所受的净土当单位宽度板桩墙两侧所受的净土压力平衡时，板桩墙处于稳定状态，压力平衡时，板桩墙处于稳定状态，相应的入土深度即最小入土深度。相应的入土深度即最小入土深度。假设假设c0，适用于砂性土。，适用于砂性土。可根据可根据 联解，求出联解，求出u、t0板桩入土深度板桩入土深度(1)计算板桩底墙后主动土压力计算板桩底墙后主动土压力ea3和墙前被
38、动土压力和墙前被动土压力ep3，然，然后进行叠加，求出第一个土压力为零的点后进行叠加，求出第一个土压力为零的点d，该点距坑底为，该点距坑底为u。(2)计算计算d点以上土压力合力点以上土压力合力Ea,求出求出Ea至至d点的距离点的距离y。(3)计算计算d点处墙前主动土压力点处墙前主动土压力ea1和墙后被动土压力和墙后被动土压力ep1。(4计算桩底墙前主动土压力计算桩底墙前主动土压力ea2和墙后被动土压力和墙后被动土压力ep2。(5)根据板桩墙上的水平作用力平衡和对板底自由端力矩为零，根据板桩墙上的水平作用力平衡和对板底自由端力矩为零，可求出可求出t0，为安全，可取嵌入基坑底，为安全，可取嵌入基坑
39、底面以下的入土深度为：面以下的入土深度为：t=u+1.2t0板桩最大弯矩板桩最大弯矩 最大弯矩在剪力为零处，最大弯矩在剪力为零处，当剪力为零的点在基坑底面当剪力为零的点在基坑底面以下深度为以下深度为b b时，有时，有 最大弯矩为：最大弯矩为：（2 2）布鲁姆法：）布鲁姆法：假设板桩下端主动土假设板桩下端主动土压力区的被动土压力为一压力区的被动土压力为一集中力集中力P PR R，作用在杆端。，作用在杆端。假设假设c0，适用于砂性土。，适用于砂性土。时，适用于粘性土。时，适用于粘性土。在桩长范围内的土质为在桩长范围内的土质为不同的土层时，则可把土层划为若干层。不同的土层时，则可把土层划为若干层。-
40、主动土压力合力主动土压力合力板桩入土深度板桩入土深度对桩底对桩底c点取矩，则有点取矩，则有可得可得 根据静土压力零点处板桩墙前被动土压力强度与墙后根据静土压力零点处板桩墙前被动土压力强度与墙后主动土压力强度相等的关系，可求出主动土压力强度相等的关系，可求出入土深度为：入土深度为：t=u+1.2x板桩最大弯矩板桩最大弯矩 最大弯矩在剪力为零处，设从最大弯矩在剪力为零处，设从o o点往下点往下x xm m处处Q=0Q=0，则有，则有 最大弯矩为：最大弯矩为：位移计算位移计算常对悬臂式支护结构的边界做一些假定，把桩分为两段：常对悬臂式支护结构的边界做一些假定，把桩分为两段：坑底以上视为悬臂梁，坑底以
41、下视为弹性梁。坑底以上视为悬臂梁，坑底以下视为弹性梁。+=s=s二、单锚式围护结构的内力计算二、单锚式围护结构的内力计算 多点式内撑围护结构和拉锚式围护结构因为有分部多点式内撑围护结构和拉锚式围护结构因为有分部开挖、拆撑、换撑等步骤开挖、拆撑、换撑等步骤,需要使用有限元等方法进行应需要使用有限元等方法进行应力和应变分析。力和应变分析。随着入土深度的不同，支护结构将发生不同的变形，支随着入土深度的不同，支护结构将发生不同的变形，支护结构的变形反过来又影响土压力的分布。护结构的变形反过来又影响土压力的分布。1、单锚式围护结构的内力分析、单锚式围护结构的内力分析顶端加支撑的支护结构，由于有支撑而不发
42、生位移，顶端加支撑的支护结构，由于有支撑而不发生位移，在顶端形成一个铰接的简支梁在顶端形成一个铰接的简支梁支护结构埋入基坑土中，入土深度较浅时，可视为简支护结构埋入基坑土中，入土深度较浅时，可视为简支；入土深度较深时，可视为嵌固支；入土深度较深时，可视为嵌固(a)入土深度较浅入土深度较浅 时，墙前被动土时，墙前被动土压力全部发挥，对支撑点的主动土压力和压力全部发挥，对支撑点的主动土压力和被动土压力的力矩相等，此时作用在支护被动土压力的力矩相等，此时作用在支护的板桩墙上的外力达到极限平衡状态。的板桩墙上的外力达到极限平衡状态。（b)入土深度时，墙前被动土压力不入土深度时，墙前被动土压力不能全部发
43、挥，这时墙体底端仅在原位置发生转能全部发挥，这时墙体底端仅在原位置发生转动而不产生位移，墙体底端的土压力为零。动而不产生位移，墙体底端的土压力为零。只有一个方向的弯矩，且跨间正弯矩数值只有一个方向的弯矩，且跨间正弯矩数值最大。入土部分位移较大，墙底端可能产生最大。入土部分位移较大，墙底端可能产生少许的向左位移。这种工作状态墙体的入土少许的向左位移。这种工作状态墙体的入土深度最小，但断面模量要求最大深度最小，但断面模量要求最大。未发挥作用的被动土压力可作为安全度。未发挥作用的被动土压力可作为安全度。(c)入土深度入土深度 时，墙前、墙后都出现时，墙前、墙后都出现被动土压力，支护结构在土中处于嵌固
44、状态，被动土压力，支护结构在土中处于嵌固状态，可视为上端简支下端嵌固的超静定梁。可视为上端简支下端嵌固的超静定梁。墙中的弯矩大大减小，出现正负两个方向墙中的弯矩大大减小，出现正负两个方向的弯矩。压力零点与弯矩零点大致相吻合。的弯矩。压力零点与弯矩零点大致相吻合。这种工作状态，墙的截面模量较小，人土部这种工作状态，墙的截面模量较小，人土部分位移也较小，稳定性好，比较安全可靠。分位移也较小，稳定性好，比较安全可靠。(d)入土深度入土深度 时，墙前墙后的被动土时，墙前墙后的被动土压力都不能充分发挥作用，而且对跨间弯矩压力都不能充分发挥作用，而且对跨间弯矩的减小不起太大作用。的减小不起太大作用。因此入
45、土过深是不经济的。因此入土过深是不经济的。平衡法（自由端法）平衡法（自由端法）（t=tmin）等值梁法（等值梁法（t=tmax）2、单支点支护结构的内力计算、单支点支护结构的内力计算 当支护结构插入基坑深度较浅时，其上端可视为简当支护结构插入基坑深度较浅时，其上端可视为简支，下端为自由支承，其作用相当于单跨简支梁。支，下端为自由支承，其作用相当于单跨简支梁。1）平衡法）平衡法 支护结构右侧为主动土压力，左侧为被动土压力，支护结构右侧为主动土压力，左侧为被动土压力，挡土墙稳定，作用在墙上的各作用力应平衡挡土墙稳定，作用在墙上的各作用力应平衡。由对支撑点由对支撑点A点的主动土压力的力矩和被动土压力
46、的点的主动土压力的力矩和被动土压力的力矩相等，可列出平衡方程力矩相等，可列出平衡方程得出桩的入土深度得出桩的入土深度桩的设计入土深度桩的设计入土深度（1）设有一单支点而另一端嵌固的）设有一单支点而另一端嵌固的梁，在荷载作用下可得到其弯矩图，梁，在荷载作用下可得到其弯矩图，弯矩零点为弯矩零点为c点。点。（2）假设在）假设在c点将梁断开，并在点将梁断开，并在c点点处设一支点，则处设一支点，则ac梁及梁及cb梁的弯矩与梁的弯矩与断开前一样断开前一样,毫无改变。梁毫无改变。梁ac就称为就称为梁梁ab的等值梁。的等值梁。单支点支护结构下端为弹性嵌固时，可用等值梁法计算。单支点支护结构下端为弹性嵌固时，可
47、用等值梁法计算。2）等值梁法）等值梁法等值梁的概念等值梁的概念（3）如果知道了）如果知道了c点就可按简支结构求出梁点就可按简支结构求出梁ab的弯的弯矩及剪力。矩及剪力。（4）将支护桩）将支护桩(墙墙)视作梁视作梁ab，则关键在于确定，则关键在于确定c点，点，根据经验根据经验c点位置与支护二侧土压力迭加后的零点很点位置与支护二侧土压力迭加后的零点很接近，因此就近似地认为二者为同一点，由此可解出接近，因此就近似地认为二者为同一点，由此可解出支护结构的内力。支护结构的内力。(1)计算支护结构两侧主动土压与被动土压计算支护结构两侧主动土压与被动土压(含水压力及含水压力及地面荷载影响地面荷载影响)，找出
48、土压力零点，找出土压力零点c（计算出（计算出t1）等值梁法解单支撑支护墙的计算步骤等值梁法解单支撑支护墙的计算步骤(2)计算计算c点以上土压力对点以上土压力对c点的力点的力矩矩Mc 根据根据c点的弯矩为零，可求出点的弯矩为零，可求出Ra(3)C点的反力点的反力Rc为为式中式中Ea为梁为梁AC上的土压力合力。上的土压力合力。(5)计算出插入深度计算出插入深度t后，按经验实际的插入深度后，按经验实际的插入深度D应比应比t大大一些，取一些，取D=(1.11.2)t(6)根据解出的各作用力，求出支护桩墙的代表截面弯矩并根据解出的各作用力，求出支护桩墙的代表截面弯矩并检验其强度。检验其强度。(4)支护的
49、计算插人深度支护的计算插人深度t的求法应根据对端点的求法应根据对端点D处的处的M=0的条件，将的条件，将CD段上段上Rc和被动土压力侧的土压力对和被动土压力侧的土压力对D点取点取矩，并令二者相等，则矩，并令二者相等，则注：等值梁法求得的截面弯矩常比实际的大，因而可注：等值梁法求得的截面弯矩常比实际的大，因而可乘乘0.60.8的折减系数。的折减系数。【例例】某工程开挖深度某工程开挖深度10m，采用单支点支护结构，地，采用单支点支护结构，地质资料和地面荷载质资料和地面荷载如图所示。试设计板桩。如图所示。试设计板桩。解：采用等值梁法计算解：采用等值梁法计算 1主动土压力计算主动土压力计算 值按值按2
50、5.0 m范范围内加权平均值计算得：围内加权平均值计算得：基坑的稳定分析基坑的稳定分析包括包括整体稳定整体稳定抗隆起稳定抗隆起稳定抗渗流稳定抗渗流稳定 基坑底抗隆起的验算方法很多，主要有考虑墙体极限弯矩及太基坑底抗隆起的验算方法很多，主要有考虑墙体极限弯矩及太沙基与普朗特沙基与普朗特(Prandtl)的抗隆起验算方法。的抗隆起验算方法。抗隆起稳定抗隆起稳定抗隆起安全系数抗隆起安全系数 此法认为开挖底面以下的墙体能起到帮助抵抗基底土体隆起的此法认为开挖底面以下的墙体能起到帮助抵抗基底土体隆起的作用，以支护结构的底平面作为求极限承载力的基准面，滑动面为作用，以支护结构的底平面作为求极限承载力的基准