10．2 支挡式支护结构设计要点及构造措施
10．2．1 支挡式支护结构
支挡式支护结构是指以钢筋混凝土桩、地下连续墙、型钢水泥土搅拌墙、钢桩等为受力构件的悬臂式或支点式支护结构。支挡式结构应根据基坑深度、土的性质、基坑周边环境条件及施工场地条件等因素，选择锚杆—排桩、锚杆—地下连续墙、内支撑—排桩、内支撑—地下连续墙、悬臂式排桩、悬臂式地下连续墙或双排桩等结构形式。基坑较深或基坑周边环境对支护结构位移的限制严格时，宜采用锚拉式结构或支撑式结构。基坑较浅且基坑周边环境对支护结构位移的限制不严格时，可采用悬臂式结构。
10．2．2 结构受力及变形计算要点：
1 支挡式支护结构按照受力条件分段按平面问题计算，排桩可取1根桩作为计算单元，荷载计算宽度为排桩中心距，地下连续墙取单位宽度或一个墙段。
2 结构受力及变形计算应根据基坑开挖及地下结构施工过程的不同工况进行，即在计算时要考虑上一工况支护结构受力和变形对下一工况的影响，计算出每个工况下的内力和变形。
3 支护结构应计算的内容见表10．2．2。
2 锚杆位置(标高)的设计
锚杆位置的设计一般需考虑以下因素：
1)施工的可行性；
2)尽量使锚杆锚固段位于强度相对较高的土层，以提高锚杆的工作效力；
3)尽量使支护结构的受力、变形合理，充分发挥材料性能；
4)如果锚杆需要拆除，需考虑与替换锚杆的结构的高程关系。
一般在设计计算时，通过调整各参数，经过多次试算得到最优化的计算结果。
3 锚杆长度设计
锚杆的长度与锚杆所在土层的强度及锚杆的施工工艺有关，主要体现在锚杆锚固体与周围土体之间的粘结强度，《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120给出了直孔一次常压注浆的参考值，实际工程中，为了充分发挥锚杆的作用及节约工程投资，往往采用压力灌浆、多次高压灌浆等工艺提高锚固体与土体间的粘结强度，以提高锚杆的工作效率。这种情况下，锚杆试验、工程经验对确定锚杆承载力尤为重要。
锚杆的自由段长度根据潜在滑裂面的位置确定，一般情况，设计的锚杆自由段长度不能小于锚杆位于滑裂面内的长度。
锚杆的锚固段存在一个合理、经济的长度范围，如果锚固段长度超过一定范围，土体与锚固体的粘结强度将不能在锚固段长度范围内同时发挥，此时增加锚杆长度不能明显提高锚杆的承载力。从经济合理角度上讲，一般认为锚固段长度不宜超过15m。
4 锚杆预加力的确定
桩墙—锚杆支护结构一般采用预应力锚杆，锚杆预加轴力取值大小对支护结构水平位移有较明显的影响，预加轴力大时位移小，预加轴力小时位移大。按《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120，锚杆预加轴力宜为锚杆受拉承载力设计值的0．50～0．65倍。
虽然加大锚杆预加轴力能减小支护结构水平位移，但并不是越木越好，应结合支护结构的预计位移来决定。因为预加轴力增加，会使在基坑开挖后的实际拉力增加，当超过设计的拉力时，其安全度会降低而造成不安全的因素。
5 锚杆腰梁设计
锚杆—排桩支扩结构中，一般需设置腰梁将锚杆拉力传递到支护桩上，腰梁一般采用型钢或钢筋混凝土，腰梁的内力可按照两端支承在相邻支护桩上简支梁计算，梁的跨度为两支承桩的间距，梁上的荷载为锚杆传递到梁上拉力(图10．2．4—2)。对于不进行验收试验的锚杆腰梁，作用在腰梁上荷载可取锚杆拉力设计值，对于需进行验收试验的锚杆腰梁，作用在腰梁上荷载需根据验收试验的最大荷载及考虑适当的安全度确定。对于由2根型钢组成的腰梁，计算腰梁时需考虑2根型钢可能分担荷载不均的不利因素。
锚杆腰梁与支护桩之间需有可靠的连接措施，通常采用桩内植筋焊接垫板或钢筋拉接等方法。
6 锚杆选择时需考虑对地下环境的影响
随着城市建设理念的转变，城市将更多的利用地下空间，城市交通、公共设施、人居空间、资源存储等等将大量转入地下。锚杆的大量使用，使得城市地下变成“蜘蛛网”或“蜜蜂窝”，变成了地下空间开发的“绊马索”。因此，在需要开发地下空间的地段，必须使用锚杆时，宜采用可拆芯式锚杆。可拆芯式锚杆可参考《岩土锚杆(索)技术规程》CECS 22：2005。
7 构造要求：
1)锚杆自由段长度不宜小于5m，土层锚杆锚固段长度不宜小于4m。
2)锚杆杆体下料长度应考虑在锚孔外的外露长度，外露长度需满足锚杆张拉作业的要求。
3)锚杆沿轴线方向每隔1．5～2．0m设置一个定位支架，保证锚杆杆体具有足够的保护层。
4)锚杆锚固体上覆土层厚度不宜小于4m，锚杆倾角宜为15°～25°，最大不应超过45°。
5)多排锚杆上下排间距不宜小于2m，水平间距不宜小于1．5m，当锚杆间距不满足该要求时，相邻锚杆应采用不同的入射角度，以使相邻锚杆的锚固段保持一定距离，避免群锚效应。
10．2．5 内支撑形式的选择
1 支撑平面选型
选择内支撑的结构形式应根据基坑的形状、尺寸、深度、土质条件、基坑挖土的施工条件和要求，周边环境对支护结构位移的要求等因素综合考虑后进行方案的优选。
对于窄长条形基坑，一般可采用简单对撑的形式，对撑受力明确，设计条件简单。当支撑轴力较大、压杆计算长度较大时，应在支撑下设置立柱以减小支撑垂直方向的计算长度。但立柱对水平方向的受压稳定性影响极小，一般不予考虑。可采用支撑两端设斜向压杆形成燕尾形支撑来增加水平向的受压稳定性。
当基坑尺寸较大、支撑较长时，可沿支撑设置多个立柱，形成多跨的支撑，同时对撑可设计成桁架式，增加水平方向的受压稳定性。
基坑的角部可采用水平斜撑形式。
当基坑形状为圆形、正方形或拟正方形时，可考虑采用圆环形或椭圆形支撑。圆形内支撑将作用在圆径向的荷载转变为切向的压力，能充分利用混凝土的受压强度高的特性，一般圆环支撑与桩墙间用压杆连接以传递荷载。圆环内支撑中心形成一个较大的空间，对基坑土方的开挖创造了方便的条件。
2 支撑标高的确定
支撑布置形式、支点位置和尺寸应根据工程的具体条件、施工经验和通过计算来决定，其中支撑的标高应考虑下面几个因素：
1)单层或多层支撑应通过调整支撑点标高，使支撑的断面设计合理，桩墙的弯矩分布比较均匀，避免出现过大的支撑力和弯矩。
2)要结合实际挖土的需要，如机械挖土时，应满足挖土机的活动范围并使运土车顺利通过。
3)应考虑地下室各层楼板施工时，每层支撑拆除的方便，不影响地下室施工。避免当楼板替换支撑时，支护结构桩墙内力和上层支撑轴力产生突然的增长，影响支护结构的安全或增大设计截面和配筋。
考虑以上因素后，可优化方案，使之可行、受力合理。
10．2．6 内支撑设计计算要点：
1 基坑周边地层差异较大、平面复杂的支撑体系应按支撑体系与排桩、地下连续墙的空间作用协同分析方法，计算支撑体系及支挡式结构的内力与变形。
2 基坑周边条件相近、平面比较简单的支撑体系，水平平面内的受力计算，可按水平平面内的平面结构进行计算(支撑构件的结点根据实际连接情况取刚接或铰接)，支点水平荷载可沿腰梁、冠梁长度方向分段简化为均布荷载，水平荷载设计值按第10．1．5条支点水平力设计值确定；支撑体系竖向平面内的受力计算，可按多跨连续梁计算支撑构件的弯矩、剪力，计算跨度取相邻立柱中心距，竖向荷载设计值应包括构件自重及施工荷载。
3 当基坑形状接近矩形且基坑对边条件相近采用网格对撑时，支撑构件轴向力可近似取水平荷载设计值乘以支撑点中心距，具体方法同本条第2款。
4 一般情况，支撑构件为双向偏心受压构件，应在水平方向和垂直方面都满足受压稳定的要求，受压稳定应根据支撑轴力的大小按钢结构或混凝土结构规范的相关要求进行设计。受压构件计算长度的取值按《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120。
5 支撑构件在竖向平面内的跨度较大时，应在支撑构件下设置立柱。一般情况，立柱为偏心受压构件，按照国家相关标准进行截面设计。受压构件计算长度的取值按《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120。
6 支撑体系的节点必须具有足够的承载力，并且应该采用受力合理、传力明确、施工方便的节点型式，节点必须按照有关规范进行承载力计算。当采用斜支撑时，不能忽视支撑端部的受剪承载力验算。钢支撑应验算其焊缝的抗剪强度并严格保证焊接施工质量，钢筋混凝土支撑应验算截面的受剪承载力。
10．2．7 截面设计
1 截面内力设计值的确定
确定临时支挡式结构的截面时，截面弯距设计值M、截面剪力设计值V应按下列公式计算：
2 截面配筋及承载力计算
护坡桩、地下连续墙的截面设计按照现行国家相关技术标准进行。护坡桩、地下连续墙仅作为临时支护结构时，需进行正截面、斜截面设计计算，如果地下连续墙同时作为永久地下结构时，在满足临时支护的同时，尚需按照满足永久结构的要求根据有关规定进行抗裂、抗渗以及耐久性等方面的设计。
