深基坑围护设计方法及实例

（1）支挡式结构根据具体形式与受力、变形特性等采用下列分析方法。

1）锚拉式支挡结构，可将整个结构分解为挡土结构、锚拉结构（锚杆及腰梁、冠梁）分别进行分析；挡土结构宜采用平面杆系结构弹性支点法进行分析；作用在锚拉结构上的荷载应取挡土结构分析时得出的支点力。

2）支撑式支挡结构，可将整个结构分解为挡土结构、内支撑结构分别进行分析；挡土结构宜采用平面杆系结构弹性支点法进行分析；内支撑结构可按平面结构进行分析，挡土结构传至内支撑的荷载应取挡土结构分析时得出的支点力；对挡土结构和内支撑结构分别进行分析时，应考虑其相互之间的变形协调。

3）悬臂式支挡结构、双排桩支挡结构，宜采用平面杆系结构弹性支点法进行结构分析。

4）当有可靠经验时，可采用空间结构分析方法对支挡式结构进行整体分析或采用数值分析方法对支挡式结构与土进行整体分析。

（2）锚拉式和支撑式支挡结构的设计工况应包括基坑开挖至坑底的状态和锚杆或支撑设置后的开挖状态。当需要在主体地下结构施工过程以其构件替换并拆除局部锚杆或支撑时，设计工况中尚应包括拆除锚杆或支撑时的状态。悬臂式和双排桩支挡结构，可仅以基坑开挖至坑底的状态作为设计工况。支挡式结构的构件应按各设计工况内力和支点力的最大值进行承载力计算。替换锚杆或支撑的主体地下结构构件应满足各工况下的承载力、变形及稳定性要求。

对采用水平内支撑的支撑式结构，当不同基坑侧壁的支护结构水平荷载、基坑开挖深度等不对称时，应分别按相应的荷载及开挖状态进行支护结构计算分析。

（3）采用平面杆系结构弹性支点法时，宜采用图8-13所示的结构分析模型。挡土结构采用排桩且取单根支护桩进行分析时，排桩外侧土压力计算宽度（b_a）应取排桩间距，主动土压力强度标准值（p_ak）可按第二章第二节第三小节的有关规定确定；排桩嵌固段上的土反力（p_s）和初始土反力（p_s0）的计算宽度（b₀）应按本小节第（7）条取值（图8-15），土反力（p_s）和初始土反力（p_s0）可按本小节第（4）条确定。

挡土结构采用地下连续墙且取单幅墙进行分析时，地下连续墙外侧土压力计算宽度（b_a）应取包括接头的单幅墙宽度，主动土压力强度标准值（p_ak）可按第二章第二节第三小节的有关规定确定；地下连续墙嵌固段上的土反力（p_s）和初始土反力（p_s0）的计算宽度（b₀）取包括接头的单幅墙宽度，土反力（p_s）和初始土反力（p_s0）可按本小节第（4）条确定。

锚杆和内支撑对挡土构件的约束作用应按弹性支座考虑，其边界条件应按本小节第（8）条确定。

图8-13 弹性支点法计算

a）悬臂式支挡结构 b）锚拉式支挡结构或支撑式支挡结构

1—挡土构件 2—由锚杆或支撑简化而成的弹性支座 3—计算土反力的弹性支座

（4）作用在挡土构件上的分布土反力可按下列公式计算：

p_s=K_sv+p_s0 （8-4a）

挡土构件嵌固段上的基坑内侧分布土反力应符合下列条件：

p_s≤E_p （8-4b）

当不符合式（8-4b）的计算条件时，应增加挡土构件的嵌固长度或取p_s=E_p时的分布土反力。

式中 p_s——分布土反力（kPa）；

k_s——土的水平反力系数（kN/m³），按公式（8-5）确定；

v——挡土构件在分布土反力计算点的水平位移值（m）；

p_s0——初始土反力强度（kPa）；作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧初始土压力强度

可按式（2-3a）或式（2-3e）计算，但应将公式中的p_ak用p_s0代替、σ_ak用σ_pk代替、u_a用u_p代替，且不计项；

p_s——作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力（kN）；

E_p——作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力（kN），按第二章第二节第三小节的有关规定计算。

（5）挡土构件内侧嵌固段上土的水平反力系数可按下列公式计算：

k_s=m（z-h） （8-5）

式中 m——土的水平反力系数比例系数（kN/m⁴），按本小节第（6）条确定。

z——计算点距地面的深度（m）；

h——计算工况下的基坑开挖深度（m）。

（6）土的水平反力系数的比例系数（m）宜按桩的水平荷载试验及地区经验取值，缺少试验和经验时，可按下列经验公式计算：

式中 m——土的水平反力系数的比例系数（MN/m⁴）；

c、φ——土的黏聚力（kPa）、内摩擦角（°），按第二章第一节第一小节第（14）条的规定确定；对多层土，按不同土层分别取值；

υ_b——挡土构件在坑底处的水平位移量（mm），当此处的水平位移不大于10mm时，可取υ_b=10mm。

（7）排桩的土反力计算宽度应按下列规定计算（图8-14）：对于圆形桩

b₀=0.9（1.5d+0.5） （d≤1m） （8-7a）

b₀=0.9（d+1） （d>1m） （8-7b）

对于矩形桩或工字形桩

b₀=1.5b+0.5 （b≤1m） （8-7c）

b₀=b+1 （b>1m） （8-7d）(www.xing528.com)

式中 b₀——单桩土反力计算宽度（m）；当按式（8-7a）～式（8-7d）计算的b₀大于排桩间距时，取b₀等于排桩间距；

d——桩的直径（m）；

b——矩形桩或工字形桩的宽度（m）。

（8）锚杆和内支撑对挡土构件的作用应按下式确定：

F_h=k_R（v_R-v_R0）+p_h （8-8）

式中 F_h——挡土构件计算宽度内的弹性支点水平反力（kN）；

k_R——计算宽度内弹性支点刚度系数（kN/m）；采用锚杆时可按本小节第（9）条的规

图8-14 排桩计算宽度

a）圆形截面排桩计算宽度 b）矩形或工字型截面排桩计算宽度

1—排桩对称中心线 2—圆形桩 3—矩形桩或工字桩

定确定，采用内支撑时可按本小节第10条的规定确定；

v_R——挡土构件在支点处的水平位移值（m）；

v_R0——设置支点时，支点的初始水平位移值（m）；

p_h——挡土构件计算宽度内的法向预加力（kN）；采用锚杆或竖向斜撑时，取p_h=P cosαb_a/s；采用水平对撑时，取p_h=Pb_a/s；对不预加轴向压力的支撑，取p_h=0；锚杆的预加轴向拉力（P）宜取（0.75N_k～0.9N_k），支撑的预加轴向压力（P）宜取（0.5N_k～0.8N_k），此处，P为锚杆的预加轴向拉力值或支撑的预加轴向压力值，α为锚杆倾角或支撑仰角，b_a为结构计算宽度，s为锚杆或支撑的水平间距，N_k为锚杆轴向拉力标准值或支撑轴向压力标准值。

（9）锚拉式支挡结构的弹性支点刚度系数宜按下式计算：

式中 Q₁、Q₂——锚杆循环加荷或逐级加荷试验中（Q～s）曲线上对应锚杆锁定值与轴向拉力标准值的荷载值（kN），按规定进行预张拉时，应取在相当于预张拉荷载的加载量下卸载后的再加载曲线上的荷载值；

s₁、s₂——（Q～s）曲线上对应于荷载为Q₁、Q₂的锚头位移值（m）；

b_a——结构计算宽度（m）；

s——锚杆水平间距（m）。

对拉伸型钢绞线锚杆或普通钢筋锚杆，在缺少试验时，弹性支点刚度系数也可按下列公式计算：

式中 E_s——锚杆杆体的弹性模量（kPa）；

E_c——锚杆的复合弹性模量（kPa）；

A_p——锚杆杆体的截面面积（m²）；

A——锚杆固结体的截面面积（m²）；

l_f——锚杆的自由段长度（m）；

l_a——锚杆的锚固段长度（m）；

E_m——锚杆固结体的弹性模量（kPa）。

当锚杆腰梁或冠梁的挠度不可忽略不计时，应考虑其挠度对弹性支点刚度系数的影响。

（10）支撑式支挡结构的弹性支点刚度系数宜通过对内支撑结构整体进行线弹性结构分析得出的支点力与水平位移的关系确定。对水平对撑，当支撑腰梁或冠梁的挠度可忽略不计时，计算宽度内弹性支点刚度系数（k_R）可按下式计算：

式中 λ——支撑不动点调整系数：支撑两对边基坑的土性、深度、周边荷载等条件相近，且分层对称开挖时，取λ=0.5；支撑两对边基坑的土性、深度、周边荷载等条件或开挖时间有差异时，对土压力较大或先开挖的一侧，取λ=0.5～1.0，且差异大时取大值，反之取小值；对土压力较小或后开挖的一侧，取（1-λ）；当基坑一侧取λ=1时，基坑另一侧应按固定支座考虑；对竖向斜撑构件，取λ=1；

α_R——支撑松弛系数，对混凝土支撑和预加轴向压力的钢支撑，取α_R=1.0，对不预加支撑轴向压力的钢支撑，取α_R=0.8～1.0；

E——支撑材料的弹性模量（kPa）；

A——支撑的截面面积（m²）；

l₀——受压支撑构件的长度（m）；

s——支撑水平间距（m）。

（11）结构分析时，按荷载标准组合计算的变形值不应大于按第二章第一节第一小节第（8）条确定的变形控制值。