4.1 大开挖基坑工程 4.5 土钉墙 4.2 排桩、地下连续墙 4.6 SMW 4.3 土层锚杆 4.7 逆作拱墙 4.4 水泥土墙设计 4.8 逆作法施工

4.1 大开挖基坑工程 定义：大开挖基坑工程是指不采用支撑而采用直立或放 坡进行开挖的基坑工程。 Ka——主动土压力系数； 特点：费用低，工期短。 Ka——主动土压力系数； 当基坑侧壁的顶部地表面与水平面夹角β=0时， Ka=tg2（45º- ）； 当 >0时，采用朗肯主动土压力系数， 为坑壁土的内摩 擦角标准值。 宜采用1.2~1.5的安全系数； 当基坑附近有超载时，应重新验算；当坑壁因吸水或失水等 原因，一旦形成裂缝时，公式不成立；对黄土及具有裂隙的 胀缩性土，该式不适用。 4.1.1 竖直开挖 适用于开挖深度不大、无地下水、基坑土质条件较好的场地。 竖直开挖时坑壁自然稳定的最大临界深度可按下式估算：

无地下水时直立开槽的允许高度 表4-1 土层类别 坡高允许值（m） 密实、中密的砂土和碎石类石（充填物为砂土） 1.00 无地下水时直立开槽的允许高度 表4-1 土层类别 坡高允许值（m） 密实、中密的砂土和碎石类石（充填物为砂土） 1.00 硬塑、可塑的粘质粉土及粉质粘土 1.25 硬塑、可塑的粘性土和碎石类石（充填物为粘性土） 1.50 坚硬的粘性土 2.00

4.1.2 放坡开挖 一、散坡开挖分类 无地下水的一般放坡开挖 明沟排水放坡开挖 井点降水放坡开挖 适用于地下水在开挖深度以下 。 适用于地下水为潜水型、涌水量较小、坑壁土及坑底土不会产生流砂、管涌、基坑突涌的场地条件。 井点降水放坡开挖 地下水埋深较浅、基坑开挖较深可能产生流砂、管涌、基坑突涌等不良现象时，可采用井点降水放坡开挖。 特别注意降水对附近建筑设施产生的不良影响。

二、开挖坡度的确认 查表法（表） 坑壁土类型 状态 边坡高度 6米以内 10米以内 软质岩石 微风化 1﹕0.0 1﹕0.10 中等风化 1﹕0.20 强风化 1﹕0.25 碎石类土 密 实 中 密 1﹕0.30 稍 密 1﹕0.40 粘性土 坚 硬 1﹕0.35 1﹕0.50 硬 塑 1﹕0.45 1﹕0.55 可 塑 1﹕0.65 粉土 Sr< 0.5

Taylor法 边坡的临界高度由下式确定：

条分法

（a）坡顶卸土； （b）坡度减小； (c) 台阶放坡 三、边坡失稳的防治措施 ① 边坡修坡 （a）坡顶卸土； （b）坡度减小； (c) 台阶放坡

② 设置边坡护面 设置边坡护面

③ 边坡坡脚抗滑加固 基坑边坡坡脚抗滑加固

4.2 排桩、地下连续墙 组成：维护墙、支撑、防渗帷幕等 排桩：钢管桩、预制混凝土桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、加筋水泥土桩（SMW工法）等 4.2 排桩、地下连续墙 组成：维护墙、支撑、防渗帷幕等 排桩：钢管桩、预制混凝土桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、加筋水泥土桩（SMW工法）等 计算主动土压力和被动土压力 并确定计算简图，确定嵌固深度、内力计算 支护桩或墙的截面设计以及压顶梁的设计等

4.2.1 悬臂式支护结构 根据朗肯-库伦土压力理论分层计算主动土压力和被动土压力； 在此基础上确定计算简图。 据此简图求出嵌固深度hd; 最大弯矩截面位置及最大弯矩值； 进行配筋设计或承载力计算； 计算支护结构顶端位移。

计算简图 据此求出嵌固深度hd

配筋和挠度计算 地质条件或其它影响因素较为复杂时，也可按最大弯矩断面的配筋贯通全长。 配筋应满足下式条件： 支护结构顶端的水平位移值 y—剪力为零处即D点至基坑底的距离 —悬臂梁上段结构柔性变形值 —下段结构在弯矩Mmax作用下产生的转角 —下段结构在弯矩Mmax作用下在D点产生的水平位移

4.3 土层锚杆 定义：土层锚杆是一种埋入土层深部的受拉杆件，它一端与构筑物相连，另一端锚固在土层中。

4.3.1 锚杆设计 ① 锚杆承载力计算 ② 锚杆杆体的截面面积

③ 锚杆轴向受拉承载力设计值 安全等级为一级及缺乏地区经验的二级基坑侧壁，应进行锚杆的基本试验，受拉抗力分项系数可取1.3。 基坑侧壁安全等级为二级且有邻近工程经验时。 对于塑性指数大于17的粘性土层中的锚杆应进行蠕变试验。 锚杆预加力值（锁定值）应根据地层条件及支护结构变形要求确定，宜取为锚杆轴向受拉承载力设计值的0.50~0.65倍。 自由段计算长度

4.4 水泥土墙设计 水泥土墙定义： 又称搅拌桩挡墙，利用一种特殊的搅拌头或钻头，钻进地基至一定深度后，喷出固化剂，与地基土强行拌和而形成的加固土桩体。 Mixed-In-Place Method MIP(美国) Deep Mixing Method (日本) 固化剂采用水泥或石灰； 适用于加固淤泥质土、粘土； 国外最大深度60m ，国内12－18m； 特点：施工无震动、噪音、无废水泥浆； 坑内无需支撑拉锚，优良的抗渗特性。 支挡高度，国内最深9m;

挡墙宽度为0.6～0.8开挖深度，桩长为开挖深度的1.8-2.2倍。 水泥墙的结构形式 挡墙宽度为0.6～0.8开挖深度，桩长为开挖深度的1.8-2.2倍。

4.4.1 土压力计算： 计算主动土压力和被动土压力 4.4.2 抗倾覆计算 4.4.3 抗滑移计算 4.4.4 墙身应力验算 4.4.5 整体稳定计算 一般情况下，使墙体强度不成为设计的控制条件，而以结构和边坡的整体稳定控制设计。

4.4.1 土压力计算： 墙后主动土压力 ： 墙前被动土压力：

4.4.2 抗倾覆计算 按重力式挡墙计算墙体绕前趾A的抗倾覆安全 系数 ，不小于(1.0～1.1).

4.4.3 抗滑移计算 按重力式挡墙计算墙体沿底面滑动的安全系数：

4.4.4 墙身应力验算 墙体所验算截面处的法向应力： 剪应力按下式进行 ：

4.4.5 整体稳定计算 整体稳定计算时，将滑动土体与搅拌桩挡墙视为一个整体考虑(常选在墙底下0.5－1.0米处)，采用圆弧滑动法计算：

构造要求： 格栅布置时，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 ； 桩与桩之间的搭接宽度 ：考虑截水作用时，桩的有效搭接宽度不宜小于150mm；当不考虑截水作用时，搭接宽度不宜小于100mm。 不能满足要求时，宜采用基坑内侧土体加固或水泥土墙插筋、加混凝土面板及加大嵌固深度等措施。 搅拌桩挡墙设计计算实例（详见教材)

4.5 土钉墙 土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和喷射砼面板组成，形成一个以土挡土的重力式挡土墙。 土钉墙自上而下施工，步步为营，土钉墙是靠土钉的相互作用形成复合整体作用。 土层锚杆的失效影响较大，不应用于没有临时自稳能力的淤泥、饱和软弱土层。 土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和喷射砼面板组成，形成一个以土挡土的重力式挡土墙。 土钉墙自上而下施工，步步为营，土钉墙是靠土钉的相互作用形成复合整体作用。 土层锚杆的失效影响较大，不应用于没有临时自稳能力的淤泥、饱和软弱土层。 a) 托换基础; b) 竖井的挡墙; c) 斜面的挡土墙 d) 斜面稳定; e) 和锚杆并用的斜面防护

4.5.1 土钉受拉承载力计算 受拉承载力 受拉荷载标准值 荷载折减系数

4.5.2 土钉墙承载力计算 采用简化圆弧滑动条分法

4.5.3 构造要求 土钉墙墙面坡度不宜大于1：0.1； 喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为6～10mm，间距宜为150～300mm； 喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度不宜小于80mm； 土钉钢筋宜采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋，钢筋直径宜为16～32mm，钻孔直径宜为70～120mm；

本讲要点 重点掌握水泥土挡墙的设计要点 荷载、强度、稳定（倾覆、滑动、整稳） 土钉墙的设计要点：土钉承载力和整稳

4.6 SMW SMW挡土墙是先施工水泥土挡墙，最后按一定的形式在其中插入型钢（如H钢），即形成一种劲性复合围护结构。 止水好，刚度大，构造简单，型钢插入深度一般小于搅拌深度，型钢可回收重复使用，成本较低。 SMW适宜的基坑深度为6～10m，国外开挖深度已达20m。 要求型钢间距不能过大，保证水泥土的强度由受剪，受压控制。

（a）全位“满堂”；（b）全位“1隔1” （c）全位“1隔2”；（d）半位“满堂”；（e）半位“1隔1”

4.6.1 型钢净间距的确定 保证型钢间的水泥土在侧向水土压力作用下不产生弯曲应力

4.6.2 水泥土强度校核 “连续”截面剪力

4.6.3 型钢“间隔”布置 验算拱的轴力强度

4.7 逆作拱墙 在基坑四周场地都允许起拱的条件下（基坑各边长L的起拱矢高 ），可以采用闭合的水平拱圈来支挡土压力以围护基坑的稳定，采用闭合的水平拱圈来支挡土压力以围护基坑的稳定 。 拱结构是以受压力为主，能更好地发挥混凝土抗压强度高的材料特性，而且拱圈支挡高度只需在坑底以上。

这个闭合拱圈可以由几条二次曲线围成的组合拱圈（曲率不连续），也可以是一个完整的椭圆或蛋形拱圈（曲率连续）。 安全可靠，每道拱圈分别承受该道拱圈高度内的压力，不相互影响。 节省工期，施工方便。 节省挡土费用，用拱圈支护的费用仅为用挡土桩的40%~60%。而且，基坑越深，经济效益越显著。

4.7.1 截面形状

4.7.2 拱墙计算 均布荷载作用下，圆形闭合拱墙结构轴向压力设计值应按下式计算： 逆作拱墙结构型式根据基坑平面形状可采用全封闭拱墙，也可采用局部拱墙，拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8，基坑开挖深度h不宜大于12m。 当基坑开挖深度范围或基坑底土层为砂土时，应按抗渗透条件验算土层稳定性 ； 当基底土层为粘性土时，基坑开挖深度满足下列抗隆起验算条件： 均布荷载作用下，圆形闭合拱墙结构轴向压力设计值应按下式计算： 圆拱的外圈半径。 在分道高度范围内的基坑外侧水平荷载标准值 的平均值。 拱墙分道计算高度。

4.7.3 构造要求 混凝土强度等级不宜低于C25 ； 拱墙截面宜为Z字型，拱壁的上、下端宜加肋梁； 肋梁，其竖向间距不宜大于2.5m。 圆形拱墙壁厚不应小于400mm，其他拱墙壁厚不应小于500mm。

4.8 逆作法施工 深地下室的常规施工是通过临时支护基坑坑壁，开挖至预定深度后，浇底板并由下而上施工各层地下室结构，待地下室完工后，再逐层进行地上结构的施工。 利用地下连续墙采用逆作法施工较深的多层地下室，成为发展的方向，这已在国内外到得了显著的效果。 逆作法施工工艺是先沿建筑物外围施工地下连续墙，作为地下室的边墙或基坑的围护结构。 在建筑物内部的浇筑中间支承柱，开挖土方至第一层地下室底面标高，浇注梁及部分的板，该层楼盖即可作为地下连续墙刚度很大的支撑系统。然后在梁间没有浇板的空档内，向下逐层施工各层地下室结构。与此同时，在已完成底面梁板结构的基础上，做上部结构。 地下室封底前，地面上允许施工的层数要通过计算确定。

逆作法的优点： 地下主体结构的梁、板、柱作为挡土墙的横向支撑； 大幅度缩短工期； 逆作法只开挖有效范围内的土方量，减少了大量的土方量； 安全性好，且基本上不受气候所左右。

逆作法的不足： 封闭状态下的环境进行施工，作业环境较差；大型机械设备难于进场； 地下结构中墙柱的混凝土接搭质量较难控制 ； 控制导柱的垂直度和承载力较难； 逆作法侧向刚度较封闭式的小，施工中应采取措施，防止一侧连续墙的过大变形。

逆作法施工，以地面层的梁板结构是封闭还是敞开分为“封闭式逆作法”和“开敞式逆作法”。 我国第一个按“封闭式逆作法”施工的试点工程是上海基础工程科研楼，地上５层，地下２层。 另一个为上海电信大楼地下室工程采用了“开敝式逆作法”旋工（该工程地下３层，地上17层），在南京夫子庙地下商场也采用过该方法施工。

立柱 立柱在逆作施工中具有无法取代的重要性，立柱设计和计算，为逆作法设计的主要内容。 立柱位置的设置。 立柱负担荷载的计算。 允许应力的决定。 立柱桩的设计按灌注桩进行。 上部结构体加固设计。 立柱的设计。 柱脚根部插入部分的设计。

本讲要点 掌握SMW方法的设计要点； 了解逆作拱墙的设计过程； 了解逆作法施工。