南京河西某住宅楼基坑支护设计.docx

第一章南京河西某住宅楼基坑支护设计总说明
1.1绪论
1.1.1基坑支护设计概论
基坑的设计和施工是一个实用性非常强的学科，对于加快施工的进度和降
低项目的投资有极其深远的影响。
深基坑的开挖工程是一个历久弥新的土木工程课题，其主要包括了基坑支
护的设计与基坑支护的施工，以及大型的土石方工程，是一项集合了各项技术内
容的综合的系统。自从迈进二十一世纪以来，大量出现了一些高层的建筑，对基
坑工程的设计以及施工不断提出新的要求、新的挑战，得以出现了很多新的理论。
根据历史上的大量的工程的案例经验，可以看到，许多工程上的伤亡事故
并不是在建筑的正常使用的时期，而是在其建造的阶段。
在一栋楼的建造的阶段，危险性最大的分部工程，就是地下基础的施工过
程，因为地下工程所使用的都是大型的施工机械，一旦了发生事故，后果往往是
十分严重的，因此，选择一个较为合理的基坑支护的设计以及合适的施工工艺工
法，就显得尤为的重要，这也对设计技术人员的业务水平和其个人的工作的能力
提出了一个更加高的要求以及更加严格的标准。
1. 1. 2基坑支护之设计原则
在目前的实际工程应用当中，基坑的支护结构已经不单单只需要满足工程
本身的施工安全要求，更主要的，是要保证周围的已经建成的建筑构筑物、管线
设施、道路桥梁等工程的安全稳定。因此，边坡稳定性成为基坑支护设计的一个
重要考量。
边坡设计的原则主要是有以下的几个方面：
首先，必须要满足三项基本的要求，及强度、刚度、稳定性，确保基坑施
工过程的安全，以及周围市政管线和建筑构筑物的安全。
第二，要有合理的投入产出，在保证了基坑支护结构的安全性要求的前提
条件之下，根据各个方面，综合确定一个人材机以及其他方面都比较合理的方案。
第三，要能方便施工，满足合理的施工的需求，同时能缩短地下工程的工
期。
1.1. 3基坑开挖方式方法
目前，基坑开挖主要有两种施工方式，一个是无支护开挖，一个是有支护
开挖
无支护开挖，顾名思义，就是利用土体本身形成的放坡，进行基坑的施工
作业，其优点是，施工简单方便，造价相对比较低廉，但是有一个显而易见的缺
点，就是所需的施工场地很大，而且堆土、回填方的量很大，十分不适合在目前
的城市中应用，由此，有必要大力研究有支护开挖。
通常用的基坑支护形式：
1. 基坑内支撑
2. 钢筋混凝土排桩
3. 深层搅拌桩
4. 钢板桩
5. 地下连续墙
6. 水泥土搅拌桩
7. 前述方法的合理搭配使用
1. 1.4地下水控制
单纯的只考虑基坑支护结构本身的安全性是不合理的，因为支护结构必须
与周围的土体形成一个系统，才能有有效的发挥作用。
在基坑的开挖过程中，地下水的控制也是一个重要的组成部分，地下水的
控制主要有以下几种方法：
1. 集水沟明排水
2. 各类井点降水
3. 截水
4. 回灌
5. 前述方法的合理搭配使用
1. 2工程概况
1. 2.1结构概况
(1) 本工程的基坑基础构造情况如下，建筑物的下部设有一层的地下室结
构，地下室的底板的底标高是-5. 8m,其中，部分局部底板加深为-7.2nu
(2) 本工程准备采用的是预应力管桩基础。
(3) 基坑的开挖尺寸：C = 470.71m, 5 =8004..38m 2. 3场地地质概况
(1) 地形地貌
本工程地块属长江现代漫滩地貌单元。
现场为农田和民居，目前，大部分的民居已经拆迁，地貌通透、地形平坦，
地面吴淞高程5. 56〜6. 86m,最大高差1. 30m。
(2) 工程地质概况
本基坑工程地质复杂，土岩种类繁多。

(4) 基坑的挖深：本工程以室外的自然地坪为原点，下文所示的标高全部
是相对标高，图中所注标高都是其相对标高，具体的挖深如下表所小：
表1. 1 基坑开挖深度一览表
区段
自然地面标曷顷)
坑底标高(B)
挖深(m)
ABODE、 FGHIJKL、 OPQRSTUVf
段
±0.00
-5.8
5. 8
其余段
±0.00
-7.2
7. 2

1. 2. 2基坑周边环境
本堆坑南临天成苑住宅小IX.西那苏建豪庭住宅小区以及华降新离，北软在
住的应天西路132地块住宅小区.东临黄山路以及虹苑新寓住它小K网边环境
的具体悄况详情如F：
(1) 北侧：原坑距用地红线最近约10. On.：
(2) 西倒：住坑距用地红线敞近约10. 0m.距西侧道路中心线约18.0m.距
建建筑大J 26. On：
(3) 南侧：基坑距用地红线姒近约10.16».距道路中心线约22 26m：
(I) 东侧：为空地：
本工程的各个不同的分层的土壤土质和岩层的分布范围及分布情况如下所
述：
① 1杂填土：主要的成分是粉质黏土，土层结构松散。层厚0〜1.9m。
① 2素填土：主要的成分是稍密状粉土和软塑状黏土，局部有部分植物的
根茎，湿度位于稍湿与湿之间。它的颜色主要为灰色或灰黄色，局部稍含砖石以
及其他碎块，含量在10%〜20%。层厚一般是0〜2.2m。
① 3淤泥质填土： 土层湿度程度为湿，主要的成分是稍密状粉土和流塑状淤
泥质粉质粘土。该层仅分布于本工程地块南部暗塘处。层厚为0到2.0m。
② 1粉细砂：土层湿度程度为湿，土层结构介于松散到稍密之间，粉质粘土
结构软塑。该层分布较均匀，层厚一般是1. 8m到4. 8m之间，埋深一般是在0. 4m
到2. 8m之间。
② 2粉细砂：土层湿度程度为湿，其颗粒级配较差，压缩性为中等压缩性，
主要矿物成分为长石、石英及云母片，土层结构主要为稍密，但局部为中密，颜
色多为灰色或青灰色。本层的分布情况比较规律，顶板埋深3. 8〜6. 0m,最大揭
露层厚11. 8mo
③ 1粉细砂：其颗粒级配较差，处于饱和状态，压缩性为中等压缩性，土层
结构只要为中密，但局部为密实，颜色多为黄灰色、灰色或青灰色。本层的分布
情况比较规律，层厚一般在7. 7到15. Im之间，其埋深在8. 7至I」16. 2m。
③ 2粉细砂：其颗粒级配较差，压缩性为中等压缩性，处于饱和状态，土层
结构介于中密到密实之间，颜色主要为青灰色。顶板埋深18.2~26.5m,最大揭
露层厚11. 3mo
③3粉细砂：其颗粒级配较差，压缩性为中等压缩性，处于饱和状态，土层
结构密实，颜色多为青灰色。该土层具水平层理，主要成分为云母片、石英以及
长石，局部夫薄层粉土，粉土结构中密。本层的分布情况比较规律，顶板的埋深
在25一2 ~ 32.0m之间，最大揭露层的厚度是29. 6m。
③3a粉质粘土： 土层结构软塑，压缩性为中等压缩性。，该土层具水平层
理，粉土结构稍密。无摇振反应，稍有光泽反应，干强度以及韧性中以及其他，
颜色主要为灰色，局部夹薄层粉土。该层呈透镜状分布于③3粉细砂中，顶板埋
深 39. 4〜42. 0m,层厚 0. 9〜2. Im。
④ 含卵砾石粉细砂：颗粒级配较差，处于饱和状态，土层结构密实，压缩
性介于低等到中等压缩性之间。含砾径为0. 2〜5. Ocm的卵砾石，呈次磨圆状，
含量 5〜20%,颜色主要为灰色或黄灰色，成份以石英岩以及硅质灰岩为主。主
要矿物成分为长石、石英以及云母片。该层分布较均匀，顶板的埋深是57. 7〜
58.1m,层厚度是1. 5〜1. 9m。
⑤ 强风化泥岩：在外力作用下很容易碎掉，其易碎的特点致使干钻的困难
程度加大，但其遇水又容易软化，此岩体属于极软质岩体，风化程度强烈，岩石
结构被破坏程度严重，岩体在经过长时间的破坏之后,岩芯已变成土状或碎块状，
此类岩体质地软弱，基本质量以及其他级属V类，颜色主要为棕红色或暗红色。
该层分布均匀，顶板的埋深是59. 2〜60.0m,最大揭露层的厚度是1. Im。
1.2.4场地水文条件
本工程地块的地下水情况为孔隙潜水。该地下水情况的赋水性比较好，透
水性能比较弱，本工程地块的地下水主要的分布情况是位于②2粉细砂及其下部
的各层的土壤之中，它的上层和下层是统一的含水层，水位的高低主要是由气候
降水所决定的，同时，其还受到了长江水位和相应的河道侧向迳流以及其他的补
给水源所影响。
由于地块附近在建的应天西路132地块住宅小区基础施工所迸行降水的影
响，本次勘察所得的潜水初见水位的深度为5.0到5.5m,潜水稳定水位的埋深
为5. 5到5.9m。由相应地块的岩土工程资料所知，自然状态下，本场地的潜水
的稳定水位埋深的一般为0. 5到1. 6m,等于吴淞绝对高程的4. 5到5. 2m。本工
程地块范围内的旱季、雨季的降水量相差很明显，雨季的降水量比较多，地下水
位的高度有所上升；旱季的降雨量比较少，地下的水位高度有所降低。
而跟随于四季季节的变化，地下水位在一年的时间内，波动幅度大概在一
米左右。在过去几年之内，本工程地块最高的地下水位的高度等于6. 0m （吴淞
局程）左右。
对于碇和钢筋碇结构里面的钢筋，本地块土壤中的地下水并未呈现明显的腐
蚀性，但是对于钢结构来说，是有一定弱腐蚀性影响的。
1.2.5场地土层自然条件
场地土层的具体参数如下表所示1. 2：
表1.2基坑支护结构设计土层参数详情表 (摘自勘探报告)
土层
重度
y(KN/ií)
直耙国快
渗透系数(xiO^car/y)
C
(.kPa)
9
(度〉
Kr

①1
(19. 0)
(IZO)
dao)
(300. 00)
(200. 00)
①2
(1&0)
(IZO)
(8.0)
(50. 00)
(50. 00)
①3
(17. 5)
dao)
(8.0)
(100. 00)
(80. 00)
②1
1&2
(1. 5)
(33. 0)
925.00
900.00
②2
19.7
1.0
34.1
898.00
85Z00
③1
19.8
1.1
32 9
855.00
791. 00

注：括号内数值为平均值或经捡值。
1. 3设计概况
1.3.1主要内容
(1) 土压力的计算主要包括以下两点的主要内容：计算主动土压力；计算
被动土压力。
(2) 支护桩系统的设计计算，主要包括了以下四点的主要内容：桩长、截面、
嵌固深度以及其他一些计算。
(3) 配筋的计算包括以下几点：最大弯矩的计算、支撑体系的内力与其变形
的计算以及支撑的配筋计算、围护墙内力与变形计算、桩身配筋计算。
(4) 稳定性验算主要包括了以下几个方面：基坑边坡整体的稳定性的验算、
围护桩堵底地基承载力验算、基坑的支护结构抗滑移稳定性验算、抗隆起稳定性
验算以及基底土体抗渗流或管涌稳定性验算。
(5) 基坑的止水与降排水。
(6) 基坑变形的监测。
1.3.2方案选择
根据前文所述的地质地貌概况和工程实际周围环境，结合建设单位的要求，
为了尽量减少基坑开挖对周围的环境、建筑物、构筑物、市政管网、路桥等的影
响，对场地情况进行了综合考虑，确定了如下支护方案：
① LMNO. WXYZA1A段采用SMW支护桩加一层钢筋佐支撑作为支护结构；
② 其余段采用三轴深层搅拌桩加自钻式土钉复合土钉墙作为支护结
构；
③ 深浅坑分界处采用自然放坡处理，坡比1:1；
④ 基坑外侧采用管井降低止水帷幕外侧水头，坑|内采用管井降低地下
水位。
图1.2基坑平面图
G

第二章设计选用支护方式概述
2. 1复合土钉支护工法介绍
2.1. 1 土钉墙支护概述
土钉墙支护，它是指在土方开挖的施工过程之中，将排列整齐紧密的细长锚
杆压入、钻入、锤入边坡土壤之中，与此同时，在边坡的表面采用混凝土面层加
固，内设钢筋网片。
其通过土壤本身、埋入土壤的土钉以及边坡表面的混凝土面层的共同作用，
形成一个整体，即为复合土体。
土钉墙主要是能够利用土壤本身的力学性能，形成一个自身稳定的结构，土
钉的主要作用是承担很大一部分拉力，而磴面层的表面是为了增大接触面积，减
小边坡表面的应力。而且，土钉的埋入突然，对边坡周边的土壤有一个压实作用。
在实际的一个施工过程中，土钉墙支护是随着挖深的加深而跟随施工的，对
工期的影响不是太大的，且成本合理可靠，所以本工程采用土钉支护。
2. 1. 2复合土钉支护形式
复合土钉墙支护是为解决土的独立性、隔水性和喷射面层与土层的粘结问
题，采用水泥土、搅拌桩、帷幕等超前支护措施，解决了对水平向进行压密注浆
和压浆技术所存在的复合土钉支护墙土和土钉拔出力的问题，也解决了底板隆
起、管道和渗透等由向相对较长的插入深度所引发的问题。
土钉、防渗帷幕以及超前支护解决了问题，同时就形成了所谓的
复合土钉墙支护的结构如下图所示:
2. 1. 3不同复合土钉支护形式的适用条件
不同结构形式的的使用的形式如下表所示：
图2. 1复合土钉墙支护形式

序号
结构形式
适用条件
1
土钉+桩锚复合支护
硬度较大、可粘性差、易坍塌的卵砂石地层，周
边不允许降水
2
土钉+预应力锚杆复
合支护
粘性土层、周边允许降水，基坑位移要求严格
3
土钉+止水帷幕复合
支护
土质条件较差，开挖后容易塌方，周围环境要求
不能降水，基坑深度小于6m,变形要求低
4
土钉+徽型桩复合支
护
土质条件较差、周边允许降水，施工场地狭小
5
土钉+止水帷幕、预应
力锚杆复合支护
土质条件较差、开挖后容易塌方，周边环境要求
不能降水，基坑深度6〜8m,对基坑变形控制要
求严格
6
土钉+止水帷幕、微型
桩复合支护
地质条件和环境条件复杂，基坑深度较大，变形
控制要求较高
7
土钉+插筋止水帷幕、
预应力锚杆复合支护
地质条件和环境条件复杂，基坑深度较大，变形
控制要求较高

表2.1复合土钉支护的适用条牛
2. 2复合土钉支护设计
根据国家规范JGJ120-99《建筑基础支护技术规程-》的要求，对本工程
所用的复合土钉的具体设计的步骤的确定，以及对相应的施工步骤的阐述，设计
内容具体包括以下几个方面：
1. 抗渗设计；
2. 土钉设计；
3. 面层设计；
4. 以及三个设计所对应的相对稳定性的复合验算。
2. 2. 1抗渗设计
因为本工程的基坑坑底标高位于衣&6cm/s的地层，即为淤泥质粉质粘土或
渗透性较小的粉质粘土的地层，同时由于基坑的挖深不大于3m,而且所谓的基
坑地表变形对其抗渗性的影响力不大,对它周围的市政管网工程和建筑物及构筑
物并没有造成多大的影响。
此类基坑可以直接采取土钉支护的支护方式进行施工，不需要设置防渗帷
帛。
基坑开挖的深度介于3m到5m之间，本工程基坑下部的土体为粉砂、粉土
和以及部分粉质粘土，基坑周边地下水位的变动对影响范围内的市政管网及建
筑构筑物的影响比较大,此类基坑在设置渗帷幕应采取的水泥土搅拌桩的种类由
水头压力大小决定。
基坑开挖深度仅为3m到5m之间时，水头压力相对较小，要设置封闭的防渗
帷幕，可采用单排水泥土桩。当基坑开挖深度加大到5m到7m之间时，水头压力
相对较大，止水帷幕的宽度与开挖深度之间成正比，当开挖深度增加，止水帷幕
的宽度随之增加，达到了 1.2m的宽度，在这种情况下，可以采用水泥土搅拌桩,
这种施工工艺不单单只是解决了一个止水隔水的问题，同时作为基坑支护的重中
之重一一基坑支护的整体稳定性也得到很大提高，抵抗软土的流变的抵抗力随之
增强，坑底的稳定性也随着增大'％
通常情况下，要使水泥土桩的抗渗性能达到&5至&8cm/s',水泥掺入比例需超过10%。结合使用项目的情况进行分析，渗入量在15%-16%之间较合适，水
泥土桩的搭接长度常规在200-250™之间5。
止水帷幕的埋入深度对施工的安全可行、经济合理取决定性作用。该当满足:
对于淤泥质土体，其渗透性较小，在插入防渗帷幕时，其插入深度应尽量大于
1.0米，当隔水层出现不能顺利进入的情况时，该当考虑可能出现的涌水、流砂
的情况，并对动水压力的产生的大小按渗流理论进行详细分析（见图2. 2抗渗流
验算图严。
Ks = ic/i
图2. 2抗渗流验算图
(2-1)
其中：Á一一坑底土体的临界水力梯度，由坑底土体的性质确定
ic = (Gs-l)/(l+e)
(2—2)
Gs——坑底土颗粒的重度 e—坑底土颗粒的天然孔隙比
所一一基坑内外土体的渗流水头，可取坑内外的地下水位差值
I一一坑底土的渗流水力坡度，i = Hw/L
L——最短的渗流路线总长度
L=2Lh+n£L，
(2-3)
一一流径水平段总长度，可取防水帷幕的宽度
£奴一一流径垂直段的总长度，可取m为单位
m一一流径垂直段换算成流径水平段的换算系数，可取厅1.5
Ks 抗渗、抗管或抗涌安全系数，Ks = 1.5—2.0o

2. 2. 2 土钉设计
土钉长度的确定
在确定土钉的长度时，应当采用计算的方式来谕定，水土压力的作用很大,
要确保土钉满足要求不被拔出：2
e——土钉的倾角， p——土钉所处位置的水土压力的分布值
Sv—土钉的竖向距离，乩一一土钉的水平距离
L = L] + FsdN/配。
L = L] + F^dN/MÍor
(2-4)
&——土钉注浆体直径，①48锚管的直径必须现场实测确定
N = (cos^)-1psvsh
/ ——土钉钉注浆体与地层涉勺界面单界面单位面积力
4——为处于不超过滑裂面以外的土钉长度，
岸一一为土钉产生的抗拔力，由土体自重及超载引起的侧向压力引发的
Fsd——土钉抗拔的安全系数，一般取1.5—2.0,
锚固部分的长度越长，土钉的抗拔力越大，为确保整体稳定性达到要求，±
钉的锚固长度要足够长。
由于河西软土地层的土质较软，抗剪强度较低，传统的土钉长度无法满足要
求，故其土钉长度需要加长一些，可取基坑开挖深度的1.5-2.0倍
土钉直径的确定
在整个工作时间内，由于拔拉力的作用很大，土钉很可能会被拉断。为保证
不被拉断，土钉要有足够的截面积:
R = l.l(a/4)fyk I)
上式中：R——土钉受拉时的屈服条件，2
D-一土钉钢筋直径，
如 钢筋抗拉强度的标准值，常取用直径为20mm、22mm,25mm
的螺纹钢筋或者中48 X 3皿的钢管、
土钉水平以及垂直间距的确定
复合土钉支护体系有三个：
一个是承担土压力的作用，地层压力稳定；
二是要考虑土体的变形的限制，形成一个整体变形的重力式挡土墙；
第三是提供灌浆的灌浆孔。垂直和水平间距的产品是一个土钉的应力区域。
在设计时要充分考虑河西地区的水位较高、土质较软所产生的侧土压
力比较大、土体抗剪强度较低的影响，为满足要求土钉间距要适当的小，土钉
间距应小于1. 0米大于1. 5米错误味定义书签。。
土钉倾角的确定
土钉倾角的合理确定有助于施工的顺利。在土钉注浆的过程中有时会遇到
注浆困难的情况，这很可能是倾角太小，使钻孔过平造成的。而倾角太大也是不
利于施工的进行也，它会使人工成孔的困难程度加大，因而建议土钉倾角介于10°
到15°之间，而最后一排土钉的倾角的确定也是非常的重要七本人建议介于20。
到25°之间，这对深层土体的加固起到加强的作用。
2. 2. 3面层设计
表层有三点：一是土壤和水压力下，土压力会被传给土钉；二是要限制土体
的塌陷，三是将土体钉结合成一体，当水泥土桩不透水局部破裂时，表面层的网
状加固缝部活，防止涌土的破坏发生。
面层设计一般包括构造设置和强度校核。在南京河西软土地区，该基坑深度
小于7m,以C20磴作为面层材料，要满足强度要求所需的磴厚度为10cm,另外
还需内配双向钢筋网，钢筋的直径最好是6皿，间距为200皿左右较为合适囱。
2. 2.4稳定性验算
在基坑的开挖土方的过程之中，由于基坑内的土体开挖挖出，是的原来场地
中土体的应力场和应变场产生了显著变化，由此，可能出现一些问题，例如：滑
坡、流沙、基坑底部隆起、管涌等。所以在支护结构体系的设计计算的时候，有
必要对于稳定性进行复核验算，采取一些必要的加强手段和防范措施，保证基坑
开挖过程的安全性和稳定性。
基坑的稳定性复核主要包括了以下几个方面：内部稳定性验算以及外部稳定
性验算、整体稳定性以及底部稳定性。
内部稳定性验算
内部稳定性验算是指对穿过部分或全部土钉而裂开的滑裂面进行稳定性验
算'
在进行内部稳定性验算的时候，我们所需要考虑的重点是部分或全部土钉对
稳定性的影响，在基坑施工过程中消裂面的现象多有发生,当基坑开挖达到需要
有支护措施的深度时，若刖挖出的临空面还没来得及安设土钉以及面层，坡角的
地方就有可能形成滑裂面。
外部稳定性验算
由面层、土钉、注浆以及土体构成的边坡与重力式挡土墙和堵土压力相似，
重力式挡土墙可沿基坑底部滑动面或周围的墙趾侧壁发生破坏，是对土钉支护的
外部稳定性验算。
墙体的厚度:在复合型土钉的边坡支护结构形式里，由于它的上部的土钉比
较长长，而下排的土钉相对来说较短，上部土钉群所占比例较大，通常介于80%
到90%之间，因此对一些学者认为最下一排土钉的水平投影长度可作为墙体的厚
度这一观点是不认同的。
个人认为，是否设置水泥围护桩，直接影响到墙体的厚度的大小。未进行该
设置的墙体的厚度为0. 7倍
在施工过程中，可能会发生支护整体倾覆或沿底面水平滑动的情况，为保证
支护整天的稳定性，两者的安全系数应分别为1. 5和1. 2。
在河西软土地层中，墙底与坑底间摩擦作用比较小，无法与较大的水土对墙
体的挤压力相抗衡,为此建议采取的措施如下：
经过计算，应适当加长底部土钉长度，通常加长2米到3米左右;底部土钉倾
角也需要有所调整,要在一定范围内加大，墙体入土深度根据情况进行调动，水泥
土桩的抗剪强度是需要考虑的一个重点，足够大的抗剪强度是保证抗滑成功的因
素之一。详情见下图2. 3。

图2. 3外部稳定性示意图
整体稳定性验算
基坑开挖到一定的深度，需要对土钉和地表层的端面层进行施工，并要研究
边坡整体的滑动的可能性。
验算过程为：[6]
(1) 不包括在土打等因素影响下，寻找最危险的狡猾的裂纹面，根据圆形滑动
面计算出的安全系数，通常小于1.0;
(2) 在滑动面外，土钉抗拔力的有利影响；错误味定义书黏
(3) 水泥土桩抗剪强度的有利影响。
如图2.4。

图2. 4整体稳定性示意图
整体安全系数采用下式计算：
K = ^―-： —: [(^ ,+C,) cos +K cosa 皿 +(C, +Z),)-^—
£[(%+0)sma,] eos%
+ (sin 即g°, + eos %)如
(2-6)
式中：队、a——(无搅拌桩处)作用于第i 土条的土条自重以及地表超载；错误味定
义书签。
K——(有搅拌桩处)作用于第i 土条的土条自重以及地表超载；错误味定义书签
向一一土条圆弧破坏面切线与水平层的夹角；错误味定义书签。
ZL——第i条土条宽度；
奴、Q——第i 土条圆弧破坏面所处第j层土层的内摩擦角以及内聚力；
错误!未定义书签。
3、以一一第i水泥土搅拌桩土条的内摩擦角以及内聚力；错误味定义书繇
R——第K排土钉的最大抗拔力；错测未定义书繇
A——第K排土钉轴线该处破坏面切线之间的夹角；错误味定义书祝
¿L——土钉的水平间距；2
K-一安全系数，取1.25-1. 30o 2
在计算时，计算顺序可倒过来进行，通常采用软件计算。
底部稳定性验算
针对南京河西的软土土质进行细致分析，考虑哪种复合土钉支护适合于该土
质，此过程中对底部稳定性问题的考虑是不可避免的。
1) 地基承载力复核
基坑开挖时，边坡底部附近的土体由三维力进入二维应力状态，土体的强度
减弱，在土体的作用下，复合土钉堵自重作用下，失去承载力的可能性很大，因
此有必要对土的承载力在地基承载力的基础上进行考虑计算，从而满足：
r,DNo + cNe
Kv.=———~- > 12
错误!未定义书签。 他+以)+广
(2-7)
上式中：幻——坑外各土层(地表至围护墙底)的加权平均值(kN/n?)
r2——坑内各土层(开挖面以下至围护墙底)天然重度的加权平均值
ho 基坑开挖深度(m)
D 围护结构在开挖面以下的入土深度(m)
Q——坑外地面荷载(kPa)
M、Nc——地基下部土方的承载力系数，计算过程如下所示：
Nq = e"g"g2 (45。+ 0.50) (2—8)
Nc = (% -1)/fg。 (2—9)
2) 基坑底部抗隆起复核
验算坑底隆起稳定性的方法有多种，较为方便的是采用稳定系数法：2
N^rH+q/S. < 6. 0 (2~10)
在上式中：7一一坑外土体重的度加权平均值(kN/m3,)
Ho——基坑开挖深度(m)
q 坑边地面超载(kPa)
Su——土体墙体与水泥土桩抗剪强度的加权平均值(KPa)
3) 坑底附近的水泥土桩破坏复核
防渗帷幕和开挖面一般选择水泥土桩作为其临时支护，当开挖到下一层时，
水泥土桩不适用于土钉和喷射混凝土表面，已暴露的水泥土桩将起到临时支撑作
用，防止基坑后面的土挤。
因此，有必要对水泥土的抗剪承载力和弯曲破坏的可能性进行检验。具体破
坏形式见图2. 5o 2
抗冲剪：Kc =—
Q
冬 >2.0
k(A + 0)-2c](S「+0.5B)
(2-11)

图2. 5水泥搅拌桩破坏形式
上式中，B——防水帷幕的宽度(m)
Co 水泥土搅拌桩的抗剪强度，取为(0. 2—0. 3)
fg——水泥土桩无侧限抗压强度
c 土体的凝聚力(kPa)
r 土体的天然重度(kN/m3)
S.——土钉的竖向间距
Ho 基坑的开挖深度
X——主动土压力系数，虬=/(刀/4-0.5。)
抗弯折：= + 3/46?(Sv,./B + 0.5)2 < 0.5fcu (2-12)
(2-13)
0=/—3/40氐,.澎 + 0.5)2展.1 九
上式中：(71 水泥土的拉该当力
a——水泥土的压该当力m
2. 3 SMW工法简介
SMW工法，也称新型水泥土搅拌桩墙工法，SMW是Soil Mixing Wall的缩写。
SMW工法是指在土壤中进行钻孔，钻头的侧边会在钻孔达到预定深度时被注入到
不同的项目的连续墙的水泥浆中，土壤与原土混合，并且在原来的位置上建有一
节水泥墙。此工法使用的钻孔机为多轴型长螺旋钻孔机。
对墙体的二段进行施工，使相邻的水泥墙相互重叠，重复此过程，地下连续
墙便可由此连续重叠施工制成。
同时根据不同需要，插入工字钢、水泥土混合料不难在插入H型钢或钢的应
力钢筋和水泥结硬，它们一起形成具有一定强度和刚度，作深开挖基础支护和止
水帷幕20

图2. 7中空三轴钻
图2. 6深层搅拌桩基本思路图及效果
机基本思路图及效果
2.4 SMW工法设计
2. 4.1型钢设计
1） 型钢长度：视支撑设置情况选用悬臂、单层支点或多层支点计算型钢长度。
2
2） 抗弯计算
5 = 1'25—Mmax w 0] （2-14）
W
式中 Mmax——作用在型钢上的最大作用弯矩计算值（N .mm）；错误味定义书签。
F-一型钢抵抗矩（mn?）；错误味定义书签。
型钢之间的间距除了需要满足它的抗弯的强度控制外，还需要满足以下公
式：
12 <D + h-2e （2-15）
式中12 型钢钢间净间距mm）；
D 三轴轴水泥搅拌桩的直（mm）；
h 型钢钢截面高度mm）；
e——型钢钢形心与三轴水泥拌桩桩圆心间的距离mm）。
3） 抗剪计算 当型钢插1隔1设置时：
7=1.25」QS （2-16）
It
式中Q——作用在型钢用在型钢上力计计算值N）;
S——型钢钢面积矩nm3 ；
I 型钢钢惯性矩nm如
t——型钢钢腹板厚度mm）。
2. 4. 2三轴深层搅拌桩设计
1） 桩长：桩长除满足抗管甬要求外，尚该要求外钢插入深度深0.6-1.0m;
2） 抗剪强度验算
（a）当型钢满堂设置时:
_ 1・25/o0，2
匕“el
17）
式中q——计算截面处每米长度作用剪力计剪力（N/m）;
L——型钢间净间距（m）；
del 计算断面处水泥土的有效厚度（m）;
——水泥土的抗剪强度设计值（kPa）o
（b）当型钢插1隔1设置时:
-—
T —
(2-18)
2心珏」
式中符号的含义见图2. 8：
图2. 8抗剪计算示意

2. 4. 3基坑稳定性验算
基坑稳定性的验算包括整体稳定性验算、底部土体的抗隆起稳定性验算及抗
渗流稳定性验算。
第三章基坑支护结构设计计算书
3. 1计算概述
3. 1.1场地自然条件参数
前期有地质勘探单位对本工程施工范围内的土层、岩层分布情况进行勘察,
根据地质勘探报告的数据，总结如下：[8]
表3. 1地质条件
土层
重度
y（KN/m）
直即固快
渗透系数（XlO^cm/s）
C
(kPa)
（度）

K
①1
(19.0)
(12.0)
(10. 0)
(300.00)
(200.00)
①2
(18.0)
(12.0)
（8.0）
(50.00)
(50.00)
①3
(17. 5)
(10.0)
（8.0）
(100.00)
(80.00)
②1
18.2
(1.5)
（33.0）
925.00
900.00
②2
19.7
1.0
34.1
898.00
852. CO
①1
19.8
1.1
32.9
855.00
791.00

3. 1. 2设计区域的分段
综合考虑了现场的自然条件，建筑物地下结构，和土壤的分层情况，决定
将该工程的基坑支护计算划分为以下三个区段，分别计算，具体如下表所示：
表3. 2设计区域的分段
段位号
ABCDE、 FGHIJKLs
OPQRSTUW
EF
LMNO、WXYZA1A
地面荷载（心）
20
20
20
开捞采度（m）
5.8
7.2
7.2

3. 1.3计算方法
依据国家规范JGJ 120-99：《建筑基坑支护技术规范》里面的有关内容，
主动土压力和被动土压力的计算公式分别有以下两个：
主动土压力系数：Kai = tg2(45?-i/2)
被动土压力系数：实]=tg2(45?+i/2)[9]
计算过程中，可忽略支护桩体与土体之间产生的摩擦力。根据前述公式计
算压力系数如下所示：9
表3. 3 土压力系数表
±层
Áai
SAAAAAA/
y[Kai
Ábi
4^
①1杂填土
0.704
0.839

①2素填土
0.756
0.869
1.323
1.150
①3淤泥质填土
0.756
0.869
1. 323
1.150
②1粉》?
0.295
0. 543
3. 392
1.842
②2粉龄
0.282
0. 531
3. 552
1.885
怎1粉»Í
0.296
0. 544
3. 378
1.838
3. 2 ABCDE、FGHIJKL、0PQRSTUVW 支护结构计算

经计算，基坑开挖深度5. 8m 地面标高+6. 2m,假定为±0.00,地下水位
于+6. 0m,即相对标高-0. 2m,基坑底标高-5. 8m。基坑侧壁安全等级为二级。按
半无限平面计算，地表附加荷载q：=20kPa°本段采用复合土钉墙结构土钉墙采
用花管土钉墙结构，墙宽0.85m,前区采用三轴深层搅拌桩。基坑重要性系数为
1. 0»选用C10勘察孔资料进行计算。
表3. 4 土层厚度一览表
土层
①1杂填土
②1粉
②2粉娜
③1粉
厚度(m)
2.1
2.8
6.3
8.0

3. 2.1采用参数
1)①1号土
9=10. 0°
(7=12. OkPa
②1号土
9=33. 0o
c=l. 5kPa
②2号土
9=34. 1°
c=l. OkPa
③1号土
们=32. 9o
(7=1. IkPa
2)尸 19. 5kN/m3

3）地面超载^20kN/mJ
3. 2. 2 土钉受力计算
由于分层土体性能相差不大，伊及c值取各层土的c值按其厚度加权平
均虬
1） 根据实际情况，为了方便计算便于设计，决定将本工程土壤分成两层来计算,
分层情况如下所示：[11]
根据实际情况，为了方便计算便于设计，决定将本工程土壤分成两层来计算，
① 号土层为原① 1 号土 厚 2.1m, 0=10.0° , ó=12. OkPa
② 号土层为原②1以及②2号土厚3.7m,伊=33.4° , c=1.3kPa
2） 土压力计算
顶层的土压力
—=—-—=0.293 > 0. 05
rH 19.5x2.1
综上所述，可以按照粘性土来进行压力计算如下：
Pl = ka
0=10.伊，肱=0. 704, ^ka = 0.839 , t=19. 5kN/m:
rH =0.704 1- 2X12 !— xl9.5x2.1
19.5x2.1 0.839
= S.69kN/m2 >Q.2rH
R=出于0. 704X20=14. 08kPa
片8. 69+14. 08=22. 77kPa
下层的土压力
—=―——= 0.018 < 0. 05
rH 19.5x3.7
(p=33. 4S Jra=0. 290, =0.538, 2^=19. 5kN/m:
涔kg. 290X20=5. SkPa^
H. 51+5. 8=17. 31kN/m：
-22.77 +17.31 2
p = = 20.04fc\ - m
2
A P
N — • s i , s
按公式 COS 8 h V （土钉水平竖向间距均为1.0m）
A=20. 04X 1. 0X1. 0/cosl0°=20. 35kN
梯形底部及中部A±20. 35kN
上部所4即5. 8/4=1. 45m的部位有一道土钉，其受力为

3.2.3 土钉设计
该地区资料
①1
杂填土
句=IQkPa
①2
素填土
乌=1 ^kPa
①3
淤泥质填土
t3 =16kPa
©1
粉细砂
r4 = 40kPa
©2
粉细砂
t5 = 4。kPa
©1
粉细砂
t6 = 50 kPa

计算土钉直径
7rd2
用公式
式中凡：取1. 5,钢筋抗拉强度设计值fT=210N/mm:
土钉选用网8x3理折钢管，按下部土压力为矩形分布，设计轴力服20.35RN,
1.1? 3.14X 48 X3x 210=104.45kN >Fs.dN = 1.5x20.35 = 3O.53kN
土钉长度计算
根据有关规范的要求，土钉长度的设计计算公式如下:
F N
tiDt
由此可得

1号土钉：
2.=5000mm
2>8m
2号土钉：
-Z.=3300mm
7>8m
3号土钉：
J.=2000m
7>5m
4号土钉：
2 .=1200mm
2>5m
5号•土钉：
2 ;=600mm
2>4m

最后一排甘丁后倾角为20。,加强加深层土体的加固，其余苹丁的倾角为0。。
土钉的抗拉性能的复核验算
破坏面上每坏面上每T立能