重力式挡土墙基坑围护设计
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【摘要】依据某勘测单位提供的地质勘察报告，结合周边环境确定基坑邻周的地面荷载、基坑围护结构的特点和基坑周边的建筑物、构筑物、地下管线的情况，选择围护方案。结合具体工程实例，详细介绍了水泥土搅拌桩重力式挡墙这种基坑围护设计的计算过程和施工技术。设计计算中涉及土压力计算、挡墙抗滑移验算、挡墙抗倾覆验算、软土地基承载力验算、墙身应力验算以及施工图纸。对设计进行总结以。
【关键词】 水泥搅拌桩；重力式挡墙；基坑围护设计
中图分类号：TV551文献标识码： A
一、引言
基坑工程中的岩土工程问题的研究最早是在20世纪30年代，提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法。之后，世界各国的许多学者都投入了研究，并不断在这一领域取得丰硕的成果。我国在基坑工程方面进行广泛的研究是始于70年代末，那时我国改革开放方兴未艾，基本建设如火如荼，高层建筑不断涌现，相应的基坑埋深不断增加。特别是到了90年代，大多数城市都进入了旧城改造阶段，有限的城市地面空间已不能满足人们日益增长的工作和生活需要，人们开始向高空和地下寻求发展空间，城市建设更是由底层建筑向高层建筑转变，基坑开挖的深度从几米到十几米再到几十米，对基坑工程的要求越来越高，促使人们用新的眼光去审视这一古老的课题，也使许多新的经验和理论的研究方法得以出现和成熟。
现在的基坑工程有以下主要特点：（1）建筑倾向高层化，基坑向大深度方向发展；（2）基坑开挖面积大，长度与宽度有的达数百米，给支撑体系带来了较大的难度：（3）在软弱的土层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政建设和地下管线造成影响；（4）深基坑施工工期长，场地狭窄，降雨、重物堆放等对基坑稳定性不利：（5）在相邻场地施工中，打桩、降水、挖土及基础浇筑混凝土等工序会相互制约与影响，增加协调工作的难度。
这些又将人们的目光引向基坑工程的一个重要内容上，即基坑围护的设计与施工。
围护结构最早采用木桩，现在常用钢筋混凝土桩、地下连续墙、钢板桩以及通过地基处理方法采用水泥土挡墙、土钉墙等。钢筋混凝土桩设置方法有钻孔罐注桩、人工挖孔桩、沉管罐注桩和预制桩。常用的基坑围护结构型式有：
（1）放坡开挖及简易支护
（2）重力式围护结构
（3）悬臂式围护结构
（4）内撑式围护结构
（5）拉锚式围护结构
（6）土钉墙围护结构
二、重力式挡墙构造设计
选择合理的挡墙类型，对基坑围护的设计具有重要意义，主要有以下几点：
1.使墙后土压力最小
重力式挡墙按墙背的倾斜情况分为仰斜、垂直和俯斜三种。仰斜墙主动土压力最小，俯斜墙主动土压力最大，垂直墙主动土压力处于仰斜和俯斜两者之间，因此仰斜墙较为合理，墙身截面设计较为经济，应优先考虑应用。在进行墙背的倾斜型式选择时，还应根据使用要求、地形条件和施工等情况综合考虑确定。
2.墙的背坡和面坡选择
在墙前地面坡度较陡处，墙面坡可取1：0.05～1：0.2，也可采用直立的截面。当墙前地形较平坦时，对于中、高挡土墙，墙面坡可较缓坡度，但不宜缓于1：0.4，以免增高墙身或增大开挖宽度。仰斜墙墙背坡愈缓，则主动土压力愈小，但为了避免施工困难，墙背仰斜时其倾斜度一般不宜缓于1：0.25.面坡应尽量与背坡平行。
3.基底逆坡坡度
在墙体稳定性验算中，倾覆稳定较易满足要求，而滑动稳定常不宜满足要求。为了增加墙身的抗滑移稳定性，将基底做成逆坡是一种有效的办法。对于土质地基的基底逆坡一般不宜大于0.1：1（n：1）。对于岩石地基一般不宜大于0.2：1。由于基底倾斜，会使基底承载力减少，因此需将地基承载力特征值折减。当基底逆坡为0.1：1时，折减系数为0.9；当基底逆坡为0.2：1时，折减系数为0.8。
4.墙趾台阶
当墙身高度超过一定限度时，基底压应力往往是控制截面尺寸的重要因素。为了使基底压应力不超过地基承载力，可加墙趾台阶，以扩大基底宽度，这对挡土墙的抗倾覆和抗滑移稳定都是有利的。
墙趾高h和墙趾宽a的比例可取h:a=2:1，a不得小于20cm。墙趾台阶的夹角一般应保持直角或钝角，若为锐角时不宜小于。此外，基底法向反力的偏心距必须满足（b为无台阶时的基底宽度）。
1.工程概况
主体概况：拟建的工程由一幢4层商铺及一层整体地下车库组成。规划总用地面积12000，总建筑面积16705，其中地下建筑面积7464。工程桩采用φ600～800钻孔灌注桩。
基坑概况：标高的±0.000相当于黄海高程2.450米，现地面平均相对标高为-0.400米。根据承台、地梁不同的开挖深度分4个区域：Ⅰ区承台底标高为-2.250～-2.550，地梁底标高为-1.950～-2.200；Ⅱ区承台底标高为-3.100，地梁底标高-2.900；Ⅲ区承台底标高为-3.900，地梁底标高为-3.700；Ⅳ区承台底标高为-4.500，地梁底标高为-4.300。
2.设计原则
(1) 在基坑开挖和施工过程中，确保周围建筑物、地下管线、路面等正常使用：
(2) 保证围护结构及土体在施工期间的整体稳定性；
(3)方便施工，造价经济合理。
3.基坑围护方案
综合分析场地地理位置、土质条件、开挖深度及周围环境的影响，本基坑具有以下特点：本工程承台和地梁所处土层的土质差、开挖深度较浅（大部分在5米以上）、基坑边缘受场内道路和材料堆场的限制放坡宽度有一定限制。
针对本基坑特点，本围护采用：
(1)Ⅰ区全部采用1:1放坡，坡面采用150厚C15混凝土护坡；
(2)Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区采用水泥搅拌桩重力式挡墙形式；
(3)各区域过渡段以卸土放坡为主，局部可以根据需要打设松木桩加强坡脚稳定；
(4)办公楼的开挖深度较浅，可采用1:1.5大放坡，局部东北角挖深较大的可打设送木桩进行局部支护。
4.基坑排水
场地地下水较浅，埋深0.4～0.8米，赋存于人工填土和土层中。人工填土结构松散，性质不均，易形成地下水流入基坑的通道；另外坑内积水会泡软土体，危及基坑安全，应做好相应的排水措施。
(1)地表排水
在基坑外侧地面设置300×300砖砌排水沟，防止地表水流入坑内；
(2)坑内排水
在坑内设置有组织排水，并在相应位置设置500×500×600的集水井，以便及时用水泵把坑内积水排出坑外（原则上承台和地梁作为坑内的集水井和排水沟，不另设排水系统）；
(3)防渗措施
为防止地表水从杂填土中渗入基坑，在放坡的坡面上设置100厚C15的混凝土护坡，并在坡面上间隔5.0米左右设置φ50PVC排水管（长300mm），PVC排水管设在杂填土和原状土交界处。
5.抗滑稳定性验算：
挡墙自重 G=7.5*3.2*18.5=444kN/m ；
滑动力 F=215.1+194.47=409.57kN；
抗滑力 F'=116.16+222.9+444*tg8.2°+3.2*13.0=544.64 kN；
抗滑安全系数 Ks=F'/ F=544.64/409.57=1.33>1.2 。
6.抗倾覆稳定性验算：
计算各力对挡墙前趾A点的力矩，
倾覆力矩M1=215.1*(1.79+2.1)+194.47*1.0=859.13kN・m
抗倾覆力矩M2=116.16*(0.93+2.1)+222.9*0.97+444*1.6=1278.58 kN・m
抗倾覆安全系数K0=1278.58/859.13=1.48>1.4
7.软土地基承载力验算
G=444kN/m;
859.13-116.16*（0.97+2.1）-222.9*0.97=190.95kN・m
8.墙身应力验算：
取基坑底面墙身截面，按格栅状截面验算。挡墙面由φ700水泥搅拌桩组成，桩间搭接200mm，取每排桩的计算宽度为500mm。
坑底挡墙截面计算单元特征计算表
表 3-10
单元名称 小单元面积A
m2 y
m Ay
I0
m4 d
m Ad2
m4
A1 3 2.5 7.5 0.25 1 3
A2 1 1.5 1.5 0.083 0 0
A3 3 0.5 1.5 0.25 1 3
合计 7 10.5 0.583 6
计算单元形心位置为
各小单元形心至计算单元形心距离设为d，则计算单元惯性距为
坑底截面以上计算单元自重（包括土重）
W'=3.2*3.2*3.0*18.5=568.32 kN
计算单元所受土压力合力为
E1=0
E2=2*(22.81+49.87)*3.0/2=172.42kN
Z2=2*(2*22.81+49.87)/(3*(22.81+49.87))=0.87 m
主动土压力对坑底截面的力矩为
M'=172.42*0.87=150kN・m
挡墙截面边缘应力
满足设计规范要求安全。
四、结论
通过对工程实例的设计计算分析研究，初步得到以下结论：
基坑围护设计方案计算结果表明，该工程采用重力式挡墙基坑支护是有效合理的。在考虑安全、经济、施工方便等多个因素下，采用重力式支护会达到较为理想的效果。在做支护设计之前，支护结构的选型尤为重要，要因地制宜。
土压力的计算是整个基坑支护挡土结构计算的首要问题，是计算的关键。但计算出的土压力似乎达不到精准。目前支护设计中土压力的计算通常采用几个经典理论和计算公式。而深基坑支护土压力的分布问题是一个极为复杂的课题，虽国内外许多学者对土压力问题做了许多研究并取得一定的效果，但土压力问题涉及的影响因素很多，它与支护结构的形式、刚度、土的性状、地下水状况等因素有关，因此每种成果都有局限性。
经典的土压力理论和计算公式也存在缺陷的。库仑-朗肯土压力理论计算的是极限平衡状态时的土压力，但是在实际的基坑工程中，对基坑位移均有严格的控制要求，位移过大是不容许的。基坑挡土结构上实际发生的土压力总是介于静止土压力与主动土压力或静止土压力与被动土压力之间。尤其在开挖过程中，土压力随开挖和支护的进行是一个动态变化过程，应用库伦-朗肯土压力理论无法计算出这一动态过程中相应的土压力。
既然基坑围护的各种计算方法均存在一定缺陷，那就更应该注重基坑围护的动态设计。基坑工程是土体与围护结构体系相互作用的一个动态变化的复杂系统，仅仅依靠理论和经验是难以把握在复杂的条件下基坑围护结构和土体的变化破坏，也难以完成可靠而经济的基坑设计。通过施工时对整个基坑工程系统的监测，可以了解其变化的趋势，利用监测信息的反馈分析，就能较好地预测系统的变化趋势。当出现险情预兆时，可做出预警，及时采取措施，保证施工和环境的安全。
参考文献：
[1] 腾智明、朱金铨《混凝土结构及砌体结构(上册)》（第二版）［M］.北京 中国建筑工业出版社.2003年6月
[2] 腾智明、朱金铨.《混凝土结构及砌体结构(下册)》（第二版）［M］.北京 中国建筑工业出版社.2003年6月
[3] 朱慈勉. 《结构力学（上册）》［M］. 北京 高等教育出版社.2004
[4] 朱慈勉.《结构力学（下册）》［M］.北京 高等教育出版社.2004
[5] 同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重庆大学合编 《房屋建筑学（第四版）》 ［M］. 北京 中国建筑工业出版社.2005
[6] 华南理工大学、浙江大学、湖南大学编 《基础工程》［M］. 北京 中国建筑工业出版社. 2003
[7] 东南大学 浙江大学 湖南大学 苏州科技学院合编《土力学》（第二版）中国建筑工业出版社
[8] GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》［S］.北京中国建筑工业出版社2002
[9] GB50011-2001《建筑抗震设计规范》［S］.北京中国建筑工业出版社 2001
[10] JGJ94-94《建筑桩基技术规范》［S］.北京中国建筑工业出版社 1994
[11] 郑荣跃 周必飞 梧松 徐永春编《结构可靠性设计基础》吉林科学技术出版社