基坑坑壁支撑施工及计算方法

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：但在建筑物密集的地区或地质条件不允许放坡的情况下，为防止坑壁坍塌，一般采用挡土板支撑坑壁的措施，以确保土方施工的安全。水平挡土板式支撑和垂直挡土板式支撑的计算原理是相同的，现以较常用的连续式水平挡土板式支撑说明其计算方法。水平挡土板式支撑由水平挡土板、立柱和横撑三部分组成，应分别计算支撑所承受的荷载。土壁压力的分布不仅与土的性质、土壁坡高有关，还与支撑的变形有关。支撑计算简图见图312。

1.坑臂支撑方法

开挖基坑时，如地质和周围条件允许，可放坡开挖。但在建筑物密集的地区或地质条件不允许放坡的情况下，为防止坑壁坍塌，一般采用挡土板支撑坑壁的措施，以确保土方施工的安全。

浅基坑、沟、槽的开挖，挡土板多采用横撑式土壁支撑法（见图3 pagenumber_ebook=84,pagenumber_book=72 51）。横撑式土壁支撑根据挡土方式不同，分为水平挡土板式和垂直挡土板式两类，水平式挡土板的布置又分间续式和连续式两种，湿度较小的黏性土开挖深度小于3m时，可用间续式水平挡土板支撑；对松散和湿度大的土质可用连续式水平挡土板支撑。对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板式支撑。

输电线路工程常用的挡土板有木质挡土板和铁挡土板，木质挡土板规格为：50mm×200mm×（2000～3000）mm；铁挡土板规格一般为：-4mm×200mm×（2000～3000mm）；横撑如用方木，则其截面应不小于150mm×150mm。

水平挡土板式支撑和垂直挡土板式支撑的计算原理是相同的，现以较常用的连续式水平挡土板式支撑说明其计算方法。水平挡土板式支撑由水平挡土板、立柱和横撑三部分组成，应分别计算支撑所承受的荷载。土壁压力的分布不仅与土的性质、土壁坡高有关，还与支撑的变形有关。由于支撑多为随挖、随铺、随撑，支撑构件的刚度不同，撑紧的程度又难以一致。故作用在支撑上的压力不能按库伦或朗肯土压力理论计算。实测资料表明，作用在木板支撑上的土压力分布很复杂，没有规律。支撑计算简图见图3 pagenumber_ebook=85,pagenumber_book=73 12。

图3 pagenumber_ebook=85,pagenumber_book=73 11　横撑式土壁支撑示意图

（a）连续式水平挡土板支撑；（b）垂直挡土板支撑
1—水平挡土板；2—立柱；3—横撑；4—垂直挡土板；5—横木

图3 pagenumber_ebook=85,pagenumber_book=73 12　挡土板支撑受力计算简图

2.水平挡土板、立柱、横撑受力计算

（1）挡土板计算。以连续水平板式支撑为例，计算简图如图3 pagenumber_ebook=85,pagenumber_book=73 13（a）所示，水平挡土板与梁的作用相同，承受土的水平压力作用，设土与挡土板间的摩擦力不计，则深度h处的主动土压力强度为

其中

式中　pa——土壁压力强度，kN/m2；

h——基坑深度，m；

γ1、γ2、γ3——不同土质层土体计算容量，kN/m3，见表3 pagenumber_ebook=85,pagenumber_book=73 12；

φ1、φ2、φ3——不同土质层土体计算内摩擦角，（°），见表3 pagenumber_ebook=85,pagenumber_book=73 12；

h1、h2、h3——不同土质层深度；

γ——坑壁土体平均容重，kN/m3，见表3 pagenumber_ebook=85,pagenumber_book=73 12；

φ——土体平均内摩擦角，（°），见表3 pagenumber_ebook=85,pagenumber_book=73 12。

图3 pagenumber_ebook=86,pagenumber_book=74 13　挡土板土壁压力简化计算图形

（a）水平挡土板土受力情况；（b）立柱受力；
1—水平挡土板；2—立柱；3—横撑

挡土板厚度按受力最大的下面一块计算，它所承受的压力图为梯形，可以简化为矩形压力图来代替，设深度h处的挡土板宽度为b（m），则主动土压力作用在该水平挡土板上的荷载为

q1=pab

将挡土板视作简支梁，当立柱间距为L时，则挡土板承受的最大弯矩Mmax（N·m）为

所需挡土板的截面抵抗矩W（cm3）为

式中　fm——木材的抗弯设计值，N/mm2，见表3 pagenumber_ebook=86,pagenumber_book=74 13。

需用木挡土板的厚度d为

表3 pagenumber_ebook=86,pagenumber_book=74 12　土的计算容重γ及计算内摩擦角φ表

土壁压力简化计算图形如图3 pagenumber_ebook=86,pagenumber_book=74 14所示。

表3 pagenumber_ebook=87,pagenumber_book=75 13　常用树种木材的强度设计值和弹性模量　单位：N/mm2

注　1.当采用原木时，若验算部位未经切削，其顺纹抗压和抗弯强度设计值和弹性模量可提高15%。
2.当构件矩形截面短边尺寸不小于150mm时，其抗弯强度设计值可提高10%。
3.当采用湿材时，各种木材横纹承压强度设计值和弹性模量，以及落叶松木材的抗弯强度设计值宜降低10%。
4.仅有恒荷载或恒荷载所产生的内力超过全部荷载所产生的内力的80%时，应乘以0.8调整系数。

图3 pagenumber_ebook=87,pagenumber_book=75 14　土壁压力简化计算图形

（a）多道横撑支撑情况；（b）立柱承受荷载情况
1—水平挡土板；2—立柱；3—横撑；4—木楔

（2）立柱计算。立柱为承受三角形荷载的连续梁，也按多跨简支梁计算，并按控制跨度设计其尺寸。当坑槽壁仅设置二道横撑木[见图3 pagenumber_ebook=88,pagenumber_book=76 13（b）]时，其上下横撑间距l1，立柱间距为L，则下端支点处主动土压力的荷载为q2=paL（kN/m），式中pa为立柱下端的土压力（kN/m2）。