在建筑工程中，尤其是深基坑施工过程中，支护结构的设计是确保工程安全与顺利进行的重要环节。其中，悬臂式支护结构因其构造简单、施工便捷，在一些地质条件较好、开挖深度不大的工程中得到了广泛应用。本文将围绕悬臂式支护结构的设计计算过程进行详细阐述，旨在为相关工程提供参考依据。

一、设计背景与适用条件

悬臂式支护结构通常适用于土质较为稳定、地下水位较低且基坑深度较浅的工程环境。其主要特点是依靠支护体自身的刚度和强度来抵抗土压力，无需设置支撑或锚杆等辅助结构。因此，该类结构对地层的承载能力有一定要求，适用于黏性土、砂质土等具有一定自稳性的土层。

二、设计参数收集与分析

在进行悬臂支护结构设计前，需收集以下关键参数：

1. 基坑开挖深度（H）：根据施工图纸确定。

2. 土层物理力学性质：包括土的内摩擦角（φ）、粘聚力（c）、容重（γ）等。

3. 地下水位情况：影响土压力及支护结构的稳定性。

4. 周边荷载：如地面堆载、车辆通行等，需考虑其对支护结构的影响。

5. 支护材料性能：如混凝土强度等级、钢筋规格等。

三、支护结构选型与布置

根据现场地质条件及开挖深度，选择合适的支护形式。常见的悬臂式支护结构包括：

- 地下连续墙（地下板桩）

- 灌注桩

- 钢板桩

以地下连续墙为例，其截面形式多为矩形或T形，具有良好的抗弯和抗剪性能，适合用于较深的基坑支护。

四、受力分析与计算

1. 土压力计算

采用朗肯土压力理论或库伦土压力理论，计算基坑侧壁所承受的主动土压力和被动土压力。

- 主动土压力（Ea）：由土体向基坑方向施加的压力。

- 被动土压力（Ep）：由土体对支护结构产生的反向阻力。

公式如下：

$$

E_a = \frac{1}{2} \gamma H^2 K_a

$$

$$

E_p = \frac{1}{2} \gamma H^2 K_p

$$

其中：

- $K_a$ 为主动土压力系数；

- $K_p$ 为被动土压力系数；

- $\gamma$ 为土的容重；

- $H$ 为基坑开挖深度。

2. 支护结构内力计算

通过结构力学方法，计算支护结构在土压力作用下的弯矩、剪力和轴力分布情况。常用的方法有：

- 静力平衡法

- 有限元分析法

在实际工程中，常采用简化计算方法，结合经验系数进行修正，以提高计算结果的可靠性。

3. 结构验算

对支护结构进行强度、刚度及稳定性验算，确保其满足设计规范要求。

- 强度验算：检查支护构件是否满足抗弯、抗剪、抗压等强度要求。

- 刚度验算：确保支护结构在土压力作用下变形不超过允许范围。

- 整体稳定性验算：防止支护结构发生倾覆、滑移或失稳。

五、构造设计与施工注意事项

1. 钢筋配置：根据计算结果合理布置钢筋，确保结构的整体性和延性。

2. 接缝处理：对于地下连续墙等结构，应做好接缝防水和连接处理。

3. 施工顺序：遵循“先支后挖”的原则，避免因施工不当导致支护结构破坏。

4. 监测与反馈：施工过程中应加强监测，及时发现异常情况并调整设计方案。

六、结论

悬臂式支护结构作为一种经济、高效的支护方式，在一定条件下具有良好的应用前景。通过科学合理的计算与设计，可以有效保障基坑施工的安全性与稳定性。在实际工程中，应结合具体地质条件和施工环境，灵活选用支护形式，并严格按照设计要求进行施工与监测。

附录：参考规范

- 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120）

- 《建筑地基基础设计规范》（GB 50007）

- 《建筑结构荷载规范》（GB 50009）

本计算书仅作为设计参考，具体实施应结合现场实际情况进行调整与优化。