某大厦深基坑支护工程毕业设计.doc

X XX X 大大学学 # # #学学院院 毕业设计（论文） 题目 XX 某大厦深基坑支护工程 学生姓名： # 学 号：20#4042# 专 业： 土木工程 班 级： 20#4042 指导教师： 评阅教师： 完成日期 二一三年 月 III 目 录 前 言.1 1.1 题目背景.1 1.2 研究意义.1 1.3 国内外相关研究情况.1 1.4 本课题的主要设计内容 3 1 工程概况.5 1.1 工程简介 5 1.2 工程地质与水文地质条件 6 2 设计依据原则及相关参数.8 2.1 设计依据 8 2.2 设计原则 8 2.3 设计所选参数 9 3 支护方案的选择与比较.11 3.1 基坑支护的类型及其特点和适用范围 11 3.2 方案的比较及确定 13 4 支护结构计算.15 4.1 结构计算简图 15 4.2 计算原理描述 15 4.3 计算结果 27 5 施工要求及监测方案.27 5.1 基坑施工要求 27 5.2 基坑监测方案 29 参参 考考 文文 献献.32 致 谢.34 附 录.35 1 前 言 1.1 题目背景 近些年来，随着城市经济的快速发展，高层建筑大批兴建，发展趋势是层数增 多，高度增大，基础埋深加大，平面布置更加复杂，与周围建筑物联系更加紧密。 城市地下空间的开发利用，使得基坑面积和开挖深度越来越大，因此，传统基坑支 护方式面临深度与广度的挑战。深基坑支护正是在人们的不断实践探索中发展起来， 具有一定的地区经验性，方法灵活多变，视工程实际而定。本课题为 XX 某大厦深 基坑支护工程，正是这一背景下的软土深基坑。 该基坑周边环境及工程地质条件复杂对施工影响严重，安全等级为一级。为确 保基坑开挖、地下室结构施工的顺利进行和施工安全，减少或避免对周边环境的不 利影响，基坑工程施工时应采取相应的防护措施。 1.2 研究意义 选定该课题是为了培养自己的综合能力。根据土木工程专业（岩土与地下工程 方向）的培养目标要求及本人毕业后的主要服务去向，通过毕业设计，能够使我们 把所学过的专业知识综合应用于实际工程设计中，使理论与生产实践相结合提高工 程设计能力，能独立进行基坑支护结构设计。通过该工程中的基坑支护结构设计， 我们在应用现行规范、标准、技术指标与经济指标等方面能得到基本训练，达到对 所学专业知识进行巩固、综合掌握和灵活运用的目的，提高分析问题、解决问题的 能力。 1.3 国内外相关研究情况 由于深基坑的增多，支护技术发展很快，目前软土地区经常采用的主要基坑支 挡类型有： 1)深层搅拌水泥土挡墙（以下简称搅拌桩）：将土和水泥强制搅和成水泥土桩， 结硬后成为具有一定强度的整体壁状挡墙，一般用于开挖深度不超过 7m 的基坑， 2 适合于软土地区，环境保要求不高，施工低噪声、低振动，结构止水性较好，造价 经济，但围护较宽，一般取基坑开挖深度的 0.70.8 倍。 2)钻孔灌注桩挡墙：直径 6001000mm，桩长 1530m，组成排桩式挡墙， 顶部浇筑钢筋混凝土圈粱，用于开挖深度为 6m13m 的基坑。具有噪声和振动小， 刚度大，就地浇制施工，对周围环境影响小等优点。适合软弱地层使用，接头防水 性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩等方法中选用适当方法解决防水问题，整体 刚度较差，不适合兼作主体结构。桩身质量取决于施工工艺及施工技术水平，施工 时需作排污处理。 3)地下连续墙：在地下成槽后，浇筑混凝土，建造具有较高强度的钢筋混凝土 挡墙，用于开挖深度达 10m 以上的基坑或施工条件较困难的情况。具有施工噪声低， 振动小，就地浇制、墙接头止水效果较好，整体刚度大，对周围环境影响小等优点。 适合于软弱土层和建筑设施密集城市市区的深基坑，高质量的刚性接头的地下连续 墙可作永久性结构，并可采用逆作法施工。 4)SMW 工法（劲性水泥土搅拌桩）：劲性水泥土搅拌桩以及水泥土搅拌桩法为 基础，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可以使用劲性桩。特别是适合于以粘土 和粉细砂为主的松软地层，对于含砂卵石的地层要经过适当处理后方可采用。 5)土锚：用拉杆锚固支护基坑的开挖或用作抗拔桩抵抗浮托力等的应用已日益 普遍。拉锚最大的优点是在基坑内部施工时，开挖土方与支撑互不干扰，尤其是在 不规则的复杂施工场所，以锚杆代替挡土横撑，便于施工。这是人们乐于大量使用 的主要原因。随着对锚固法的不断改进和使用可靠性的监测手段，使拉锚支护的范 围更加广泛。拉锚是将一种新型受拉杆件的一端（锚固段）固定在开挖基坑的稳定 地层中，另一端与工程构筑物相联结（钢板桩、挖孔桩、灌注桩以及地下连续墙等） ， 用以承受由于土压力等施加于构筑物的推力，从而利用地层的锚固力以维持构筑物 （或土层）的稳定。 6)土钉墙：土钉墙支护是通过沿土钉通长与周围土体接触形成复合体。在土体 发生变形的条件下，通过土钉与土体的接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动 受拉，通过受拉工作面给土体约束加固，提高整体稳定性和承载能力，增强土体变 形的延性。土钉墙适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非 松散砂土和卵石土等。对于淤泥质土、饱和软土，应采用复合型土钉墙支护。 3 1.3.1 基坑支护研究趋势 1)基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑开挖与支护 的难度愈来愈大。因此，从工期和造价的角度看两墙合一的逆作法将是今后发展的 主要方向。但逆作法施工受桩承载力的限制很大，采用逆作法时不能采用一柱一桩， 而是一柱多桩，增加了成本和施工难度。如何提高单桩承载力，降低沉降，减少中 柱桩（中间支承柱） ，达到一柱一桩，使上部结构施工速度可以放开限制，从而加快 进度，缩短总工期，这将成为今后的研究方向。 2)土钉支护方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减 少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射 混凝土。 3)目前，在有支护的深基坑工程中，基坑开挖大多以人工挖土为主，效率不高， 今后必须大力研究开发小型、灵活、专用的地下挖土机械，以提高工效，加快施工 进度，减少时间效应的影响。 4)为了减少基坑变形，通过施加预应力的方法控制变形将逐步被推广，另外采 用深层搅拌或注浆技术对基坑底部或被动区土体进行加固，也将成为控制变形的有 效手段被推广。 5)为减小基坑工程带来的环境效应（如因降水引起的地面附加沉降） ，或出于保 护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外，一般采 用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。目前，有将水利工程中防渗墙的工 法引入到基坑工程中的趋势。 6)在软土地区，为避免基坑底部隆起，造成支护结构水平位移加大和邻近建 （构）筑物下沉，可采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固，即提高 支护结构被动区土体的强度的方法。 1.4 本课题的主要设计内容 根据土力学所学，确定荷载，包括土压力、水压力等；采用考虑桩土共同作用 的弹性地基上的杆系或框架模型，根据施工过程中发生的实际工况分步进行计算。 4 1)根据设计基坑的图纸情况及其使用任务和性质，确定支护方案。在此基础上， 结合周围环境条件与主要技术指标的应用，进行基坑支护方案的设计与比较，确定 最优支护方案，考虑一个合理可行并且在经济、施工难易、安全稳定性上都相对最 优的支护方案。 2)设计内容包括：支护结构的设计原则；选择设计方案的依据（基坑几何尺寸、 基坑支护结构将要承受的荷载及基坑场地的工程勘测地质和水文情况） ；基坑支护设 计方案的选择以及相关的内力计算、稳定性验算并且由上述计算为依据所设计出的 支护结构的尺寸、配筋情况并验算合格。最后完成施工图设计阶段应完成的各种图、 表及设计说明书。 5 1 工程概况 1.1 工程简介 该大厦是一项集商场、娱乐、办公为一体的大型建筑物。本工程位于 XX 南路 以东、XX 路以北交界处。大厦由主楼和副楼组成。两者基础间设有后浇带。基础 为独立承台地梁连接的格构式箱型基础，高度为 2m。独立承台下设 994 根灌注桩， 桩径分别为 1000m 和 1200m 两种，桩长分别为 59.6m 和 42m 两种，建筑总面积 7144800m2,建筑物占地面积 12000m2，基础埋深为-9.5-11.5m，实际挖土深度为 8.11-10.71m。 本工程四周环境条件较差，地下管线复杂。建筑物边线距离规划红线约 68 米， 东侧距新辟的崂山西路仅 7 米，北侧距民宅为 10 米。XX 路地下管线有四条，XX 南路地下管线有八条，有直径为 1650 的雨水管及直径为 1200 的煤气管，且煤气管 线距离规划红线只有 89 米。 图图 1.1 平面位置示意图平面位置示意图 6 1.2 工程地质与水文地质条件 1.2.1 工程土层分布 根据勘察资料显示，拟建场地地基土的组成自上而下为：黄褐色粉质粘土 （2.4m） ；灰色淤泥质粉质粘土(2.6m)、灰色砂质粉土夹层(1m)，灰色淤泥质粉质粘 土(3m)，灰色淤泥质粘土(5.5m)，灰色粘土(4.0m)，灰色粉质粘土(5.2m)等。详细信 息见下表： 表表 1.1 土层信息表土层信息表 固结快剪渗透系数 （10-7）cm/s C 土层 编 号 土层名称厚度 （m） 含水量 （%） 重度 (KN/m3) 孔隙 比 e （kh）(kv)(KPa)() 1褐黄色粉质 粘土 2.433.418.90.9273.382.12131445 2灰色淤泥质 粉质粘土 2.642.118.01.1554.693.2771830 3灰色砂质粉 土夹层 1.032.019.00.87677131342815 4灰色淤泥质 粉质粘土 3.042.118.01.1554.693.2771830 5灰色淤泥质 粘土 5.549.617.11.4063.171.567645 6灰色粘土4.044.017.71.22911545 7灰色粉质粘 土 5.235.418.41.01615945 8暗绿色粉质 粘土 2.522.320.20.647321315 9草黄色粉质2.323.320.10.669351430 7 粘土 10黄色砂质粉 土-粉砂 29.529.119.00.82822730 11灰色粉细砂22.027.819.20.79132915 1.2.2 水文地质条件 （1）地下水位： XX 所在的三角洲是第四纪以来河流沉积，海水反复侵蚀形成的浅海沉积环境， 地下水位埋深较浅，为-4.00m。各含水层地下水水位年变幅为 0.103.00 米。 （2）地下水类型、赋存方式、补给及流向： 拟建场地地下水主要为第四系孔隙潜水。主要赋存于冲、洪积砂层中，预测水 量较大。本段第四系孔隙水承压含水层位于第七层土体-18.50m 处。其上层的灰色粘 土为相对隔水层。 （3）地下水水质特征及水、土腐蚀性： 场区地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿交替条 件下具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。地基土对混凝土结构均无腐蚀性，对钢筋 混凝土结构中的钢筋及钢结构具弱腐蚀性。 1.2.3 特殊地质条件 （1）拟建场地周边除分布有复杂地下管线外还可能遇到未查明的地下构造物等 硬物，应注意施工安全并及时处理。 （2）填土：该层土组成物质复杂，颗粒粒度极不均匀，土性差异大，结构松散， 开挖易坍塌，引起地面变形。 （3）湿陷性黄土：根据本次勘察探井（本次共完成 7 个探井）土试样室内土工 试验结果，无湿陷性黄土分布深度，故可不考虑黄土湿陷性问题。 （4）地震作用：该工程所在地区，地震发生较少，历史最大震级仅为 4.6 级且 烈度不大，区域稳定性较强，故不考虑地震作用。 8 2 设计依据原则及相关参数 2.1 设计依据 1、 商厦岩土工程勘察报告 ； 2、 商厦建筑施工图、结构施工图 ； 3、 建筑基坑支护技术规程 （JGJ120-2012） ； 4、 建筑桩基技术规范 （JGJ94-94） ； 5、 建筑地基处理技术规范 （JGJ79-2002） ； 6、 土层锚杆设计施工规程 （GEC22-90） ； 7、 锚杆喷射混凝土支护技术规范 （GB50086-2001） ； 8、 混凝土结构工程施工及验收规范 （GB50204-92） ； 9、 混凝土结构设计规范 （GB50010-2001） ； 10、 基础工程技术规定 （DB42/159-2004） ； 11、 基坑工程设计规程 （DBJ08-61-97） 。 2.2 设计原则 （1）满足边坡和支护结构稳定的要求，即不产生倾覆、滑移和整体或局部失稳； 基坑底部不产生隆起、管涌；锚杆系统不致抗拔失效； （2）满足支护结构构件受荷后不致弯曲折断、剪断和压屈； （3）水平位移和地基沉降不超过允许值，支护结构的最大水平位移允许值见表 2.1 和表 2.2，地基沉降按邻近建筑不同结构形式的要求控制；当邻近有重要管线或 支护结构作为永久性结构时，其水平位移和沉降按其特殊要求控制。 表表 2.1 支护结构最大水平位移允许值支护结构最大水平位移允许值 支护结构最大水平位移允许值（mm）安全等级 排桩、地下连续墙、放坡、土钉墙钢板桩、深层搅拌桩 一级0.0025h 二级0.0050h0.0100h 三级0.0100h0.0200h 9 表表 2.2 基坑变形控制保护等级标准基坑变形控制保护等级标准 保护等 级 地面最大沉降量及围护墙水平位移控制要 求 环境保护要求 特级1.地面最大沉降量0.1%H； 2.围护路最大水平位移0.14%H； 离基坑 10m，周围有地铁、煤气管、大 型压力总水管等重要建筑及设施必须确 保安全 一级1.地面最大沉降量0.1%H； 2.围护路最大水平位移0.3%H； 离基坑 H 范围内没有重要干线、水管、 大型在使用的建（构）筑物 2.3 设计所选参数 本设计根据工程重要性确定基坑等级为一级，故基坑侧壁重要性系数取值 0 1.1。桩计算，弯矩折减系数取值 0.85，剪力折减系数取值 1.00，荷载分项系数取值 1.25；锚杆计算，抗拔安全系数取值 1.6，锚杆荷载分项系数取值 1.25。 2.3.1 荷载参数 表表 2.3 荷载参数表荷载参数表 边号荷载类型荷载大小(kPa)作用宽度(m)距坑边距(m) AB、BC、CD、 DE、EF 路面荷载20157 AF建筑物荷载1801510 2.3.2 土层参数 表表 2.4 土层参数表土层参数表 层号土类名称层厚 (m) 重度 (kN/m3) 浮重度 (kN/m3) 粘聚力 (kPa) 内摩擦角 (度) 1粉土2.4018.9-13.0014.75 2淤泥质土2.6018.08.07.0018.50 3细砂1.0019.09.14.0028.25 10 4淤泥质土3.0018.08.07.0018.50 5淤泥质土5.5017.17.37.006.75 6粘性土4.0017.77.811.005.75 7粉土5.2018.48.6- 2.3.3 锚杆参数 表表 2.5 土层参数表土层参数表 锚杆钢筋级别HRB400 锚索材料强度设计值(MPa)1220.000 锚索材料强度标准值(MPa)1220.000 锚索采用钢绞线种类1 7 锚杆材料弹性模量(105 MPa)2.000 锚索材料弹性模量(105 MPa)1.950 注浆体弹性模量(104MPa)3.000 锚杆抗拔安全系数1.600 锚杆荷载分项系数1.250 层号 与锚固体摩 擦阻力(kPa) 粘聚力 水下(kPa) 内摩擦角 水下(度) 水土 计算方法 m,c,K值 抗剪强度 (kPa) 150.0-m法4.18- 225.06.3020.35合算m法5.70- 3100.03.6031.08分算m法16.57- 425.06.3020.35合算m法6.88- 525.06.307.43合算m法0.99- 670.09.906.32合算m法1.16- 750.013.5010.73分算m法2.58- 11 3 支护方案的选择与比较 3.1 基坑支护的类型及其特点和适用范围 3.1.1 放坡开挖 适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制无严格要求， 价钱最便宜，回填土方较大。 3.1.2 深层搅拌水泥土围护墙 深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌， 形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。 优点：由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功 能；一般情况下较经济；施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微，因此在闹市 区内施工更显出优越性。 缺点：首先是位移相对较大，在边长较长的基坑中尤为明显，为此可采取中间 加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环 境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。 3.1.3 高压旋喷桩 高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆，它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷 入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来挡土和止水。 优点：施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动 很小，噪音也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害，它可用 于空间较小处。 缺点：高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩，施工中有大量泥浆排 出，容易引起污染。对于地下水流速过大的地层，无填充物的岩溶地段永冻土和对 水泥有严重腐蚀的土质。由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固，一般不宜采用该 法。 12 3.1.4 钢板桩 钢板桩支护中一般采用型钢支护 优点：这种支护方法施工方便，工期短，在基坑施工完毕回填土后可将钢拔出， 重新利用，可以将支护费用降到最低。 缺点：不能挡水和土中的细小颗粒，且在地下水位高时还要求降水或隔水，这 与本工程地下水位高，地水丰富的地质条件极不相称。另外钢板桩支护抗弯能力较 弱，开挖挠曲变形较大，一般适用深度不超过 4m。很显然本基坑软弱含水的地质条 件 10m 的开挖深度，以及地处城市建筑密集区对挠曲位移的严格要求等均不适宜采 用钢板桩支护，一经采用必将造成严重后果。 3.1.5 钻孔灌注桩 钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。其多 用于坑深 710m 的基坑工程，在我国北方土质较好地区已有 89m 的臂桩围护墙。 优点：施工时无振动、无噪音等环境公害，无挤土现象，对周围环境影响小； 墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小；当工程桩也为灌注桩时可以同步施 工，从而更有利于施工的组织安排和缩短施工工期；桩间缝隙易造成水土流失，特 别时在高水位软粘土质地区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施 工措施以解决挡水问题，适用于软粘土质和砂土地区。 缺点：在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用；桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和 围檩连成整体，因而相对整体性较差，当在重要地区，特殊工程及开挖深度很大的 基坑中应用时需要特别慎重。 3.1.6 SMW 工法 SMW 工法亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插入 H 型钢等(多数为 H 型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等)，将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为 同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW 支护结构的支护特点主 要为：施工时基本无噪音，对周围环境影响小；结构强度可靠，凡是适合应用水泥 土搅拌桩的场合都可使用，特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层；挡水防渗 性能好，不必另设挡水帷幕；可以配合多道支撑应用于较深的基坑；此工法在一定 条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功 13 回收 H 型钢等受拉材料，则大大低于地下连续墙，因而具有较大发展前景。 3.1.7 地下连续墙 通常连续墙的厚度为 600mm、800mm、1000mm，也有厚达 1200mm 的。地下 连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和 复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，对施工设备的要求 较高。 优点：施工时振动小，噪音低；墙体刚度大，基坑安全性能够得到保证；防渗 性能好，工期短，质量可靠，经济效益高。 缺点：对废泥浆处理，不但会增加工程费用，如泥水分离不完善或处理不当， 造成新的环境污染；槽壁坍塌问题。如地下水位急剧上升，护壁泥浆液面急剧下降， 土层中有软弱的砂性砂层，泥浆的性质不当或已变质，施工管理不当等均可能引起 壁槽壁坍塌，引起地面沉降，危害邻近工程结构和地下管理的安全。同时也可能使 墙体混凝土体积超方，墙面粗躁结构尺寸超出允许界限，从而提高了造价。 3.1.8 土钉墙 土钉墙是一种边坡稳定式的支护，其作用与被动的具备挡土作用的围护墙不同， 它是起主动嵌固作用，增加边坡的稳定性，使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主 要用于土质较好地区，我国华北和华东北部一带应用较多，目前我国南方地区亦有 应用，有的已用于坑深 10m 以上的基坑，定可靠、施工简便且工期短、效果较好、 经济性好、在土质较好地区应积极推广。采用土钉墙的一般要求：土钉墙可适用 于塑，不塑或坚硬的粘性土；在有地下水的土层中，土钉支护应该在充分降排水 的前提下采用；土钉墙容易引起土体位移，采用土钉墙支护应慎重考虑，墙体变 形对周围环境的影响。 3.2 方案的比较及确定 3.2.1 基坑的特点 综合分析本工程的地理位置、土质条件、基坑开挖深度及周围环境的影响，有 以下的特点： 14 （1）基坑开挖面积较大，下方市政管线较多，基坑要求为一级。 （2）基坑开挖深度范围内的土层的工程性较差。开挖层包含较多层不同性质土 层。 （3）基坑周围存在高层建筑及待建高层，对沉降要求较高，且可能牵扯到文物 的保护，环境条件复杂。 （4）基坑所在地地下水位埋深较浅为-4.00m，而开挖深度在 10.00m，所以还 需作降水处理。 3.2.2 支护方案的选择 根据本工程的特点，设计时此基坑有可能采用的几种支护形式从技术上和经济 上进行了分析比较。 方案一：采用挖孔灌注桩作为挡土结构、深层水泥搅拌桩为止水帷幕及结合锚 杆支撑的支护方式。 优点：挖孔灌注桩造价较低，目前此种技术比较成熟。另外搭配深层水泥搅拌 桩为止水帷幕时有较好的防水防渗效果。锚杆支撑具有拼装方便、施工速度快并可 以多次重复使用等优点，并可施加预应力。此时支护结构有一定的安全性和经济性。 缺点：主体结构深度太大，地下水位较高，施工难度较大。 方案二：主体采用地下连续墙及钢支撑。 优点：施工振动小；墙体刚度大，防渗性能好；适用于多种地基条件，可以作 为刚性基础；占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间；工效高，工 期短，质量可靠。 缺点：地下连续墙作为挡土结构时造价比较高；在一些特殊地质条件下施工难 度大；还须有泥浆处理条件，对废泥浆的处理会造成环境污染。施工中如出现槽壁 坍塌问题会引起邻近地面沉降，墙体混凝土超方。 由于此工程周围都是高层住宅或是规划中的高层以及分布有大量密集的道路管 线，所以对整个工程建设过程的要求都比较高。因此根据建设单位对基坑支护工程 的具体要求，以及对基坑场地的周边环境、土层条件以及基坑开挖深度的综合考虑， 为尽可能避免基坑开挖对周围建（构）筑物、道路的影响，本着“安全可靠，经济 合理，技术可行，方便施工”的原则，经过细致分析计算和方案比较，确定本基坑 支护结构采用方案一作为支护方案，基坑开挖前采用喷射井点降低地下水位。 15 4 支护结构计算 4.1 结构计算简图 图图 4.1 结构计算简图结构计算简图 4.2 计算原理描述 4.2.1 围护墙主动侧土压力计算 （1）朗肯土压力 深度处第 层土的主动土压力强度的标准值，按下列公式计算：采用水土zi iak e , 合算或计算点在水位以上时： （4-1） iaija i j jjiak KcKhqe , 1 , 2)( （4-2）)2/45(tan2 ,i o ia K 采用水土分算且计算点在水位以下时： （4-3） iaijawiwa i j jjiak KcKhzhqe , 1 , 2)( （4-4）)2/45(tan2 ,i o ia K 对于矩形土压力模式，自重部分须扣除坑内土的自重（对水位以下的分算土层， 扣除 有效自重；坑内水位取坑底位置，天然水位在坑底以下就取天然水位）。 式中： 16 第层土的天然重度； j j 水的重度，取10kN/m3； w 第j层土的厚度； j h 地下水位； iwa h , 、第 层土的内聚力、有效内聚力； i c i c i 、第 层土的内摩擦角、有效内摩擦角； i i i 超载。q （2）放坡的影响 将放坡模拟成等效荷载，荷载的大小为坡的土体自重，按照假定的方式将这部 分土重增加到围护墙体范围内土体的自重中。如下图是两种增加土体自重的方式， 阴影部分即为增加的土重，直线部分的大小为坡的土重。 图图4.2 放坡方式一放坡方式一 图图4.3 放坡方式二放坡方式二 4.2.2 围护墙被动侧土压力计算 被动侧土压力采用简化库伦土压力公式： 采用水土合算或计算点在水位以上时： 17 i j iphipjjipk KcKhe 1 , 2 （4-5） ， （4-6） 2 cos sin)sin( 2 , 1 cos i iii i ip K 2 22 , )sin(1 coscos ii ii iph K 采用水土分算且计算点在水位以下时： （4-7） iphip i j iwpjjipk KcKhzhe , 1 , 2 )( ， （4-8） 2 cos sin)sin( 2 , 1 cos i iii i ip K 2 22 , )sin(1 coscos ii ii iph K 式中： 坑内地下水位； iwp h , 、第 层土与墙体的摩擦角和有效摩擦角，取或。 i i i)4/33/2( 4.2.3 水压力的计算 静止水压力： 图图4.4 水压力计算简图水压力计算简图 （4-9）hP 18 图中为水的重度10kN/m3。 4.2.4 围护墙内力变形计算 图图4.5 维护墙内力变形计算简图维护墙内力变形计算简图 内力变形方程： （4-10） 2 2 dz xd EIEIM 平衡方程： ， （4-11） 3 3 dz xd EI dz dM Qxbkxbkbe dz xd EI dz dQ pasak00 4 4 支撑处边界条件： （4-12） i m Z m Zssi ZZ Z TxxbK dz xd EIQ sisi si si 0 1 3 3 )( 桩端处边界条件： （4-13） L L L ZZ ZZ Z dz dx K dz xd EIM 2 2 式中： 桩身弯矩；M 围护墙抗弯刚度，E为墙体材料的弹性模量， I截面惯性矩；EI 曲率； 19 水平位移；x 深度；z 桩身剪力；Q 主动侧水土压力； ak e 基底以上土的水平向基床系数，见“土体水平向基床系数计算”。当位移为正 a K 是取0； 基底以下土的水平向基床系数，见“土体水平向基床系数计算”。可考虑坑底 p K 土的塑性性质，当时，取，为坑底极限被动土压 pkpx eKxeK pkp / pk e 力，见“围护墙被动侧土压力计算”； 主动侧水土压力计算宽度，对板桩、连续墙、搅拌桩取每延米，对排桩、 s b SMW工法桩取桩中心距； 土体抗力计算宽度。墙式围护取每延米；对圆形排桩围护： 0 b ，为桩径；对方形排桩围护：，为边长；)5 . 05 . 1 (9 . 0 0 dbd5 . 05 . 1 0 bbb 计算值超过桩间距时取桩间距； 0 b 第 道支撑的深度； si Zi 第 道支撑每延米的水平刚度，见“支撑或锚的水平刚度计算”； si Ki 第 道支撑处的墙体剪力； si Z Qi 第 道支撑处第m工况的水平位移； m Zsi xi 第 道支撑每延米的水平向预加轴力； i T0i 墙底端的深度； L Z 墙底端的墙体弯矩； L Z M 墙底端旋转约束刚度，模拟墙底土对墙底的约束作用，对于较厚的搅拌桩， K 可考虑这种作用，对于其他厚度较薄的围护墙，可忽略这种作用。 20 ，为嵌入深度。12/ )(1DkbK ps 上述微分方程可用有限单元法求解，解得水平位移后，可求出桩身内力。 4.2.5 土体水平向基床系数的计算 法计算：m ，为土层的水平向基床系数随深度增长的比例系数，为计算点距离开挖mzkpmz 面的深度（对于主动侧就是距桩顶的距离）； 4.2.6 灌注桩配筋计算 4.2.6.1 正截面受弯承载力计算 图图 4.6 正截面受弯承载力计算简图正截面受弯承载力计算简图 正截面受弯承载力应符合： （4-14）)()()() 2 ( 00001pppypssyc ahAfahAf x hbxfM 混凝土受压区高度应满足： （4-15） 0 hx b （4-16）ax 2 （4-17） ppypppysysyc AfAfAfAfbxf)( 01 式中： 弯矩设计值；M 系数； 1 、受拉区、受压区纵向普通钢 s A s A 筋的截面面积； 21 、受拉区、受压区纵向预应力筋的截面面积； p A p A 受压区纵向预应力筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力 0p 筋应力； 矩形截面的宽度或倒 T 形截面的腹板宽度；b 截面有效高度； 0 h 、受压区纵向普通钢筋合力点、预应力筋合力点至截面受压边缘的距 s a p a 离； 受压区全部纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离，当受压区未配 a 置纵向预应力筋或受压区纵向预应力筋应力为拉应力时，公)( 0pyp f 式（4-16）中的用代替。 a s a 4.2.6.2 斜截面受剪承载力计算 当时4/bhw （4-18） 0 25 . 0 bhfV cc 当时6/bhw （4-19） 0 2 . 0bhfV cc 当时，按线性内插法确定。6/4bhw 式中： 构件斜截面上的最大剪力设计值；V 混凝土强度影响系数：当混凝土强度等级不超过C50时，取； c 0 . 1 c 当混凝土强度等级为 C80 时，取c；其间按线性内插法确定；8 . 0 c 矩形截面的宽度，T 形截面或 I 形截面的腹板宽度；b 截面的有效高度； 0 h 截面的腹板高度：矩形截面，取有效高度；T 形截面，取有效高度减 w h 去翼缘高度；I 形截面，取腹板净高。 22 4.2.7 锚杆计算 4.2.7.1 锚杆极限抗拔承载力验算 （4-20） t K K K N R 式中： 锚杆抗拔安全系数；安全等级为一级、二级、三级的支护结构， Kt 分别不 t K 应小于 1.8、1.6、1.4； 锚杆轴向拉力标准值(kN)； K N 锚杆极限抗拔承载力标准值(kN)。 K R 4.2.7.2 锚杆的轴向拉力标准值计算 （4-21） cos a h K b sF N 式中： 锚杆的轴向拉力标准值(kN)； K N 挡土构件计算宽度内的弹性支点水平反力(kN)； h F 锚杆水平间距(m)；s 结构计算宽度(m)； a b 锚杆倾角()。 4.2.7.3 锚杆极限抗拔承载力计算 （4-22） isikK lqdR 式中： 23 锚杆的锚固体直径(m)；d 锚杆的锚固段在第 i 土层中的长度(m)；锚固段长度（la）为锚杆在理论直线 i l 滑动面以外的长度； 锚固体与第 i 土层之间的极限粘结强度标准值(kPa)。 sik q 4.2.7.4 锚杆自由端长度计算 图图 4.7 理论直线滑动面理论直线滑动面 （4-23）5 . 1 cos ) 2 sin(45 ) 2 -45sin()tan( m m 21 d daa lf 式中： 锚杆自由段长度（m） ； f l 锚杆的倾角()； 锚杆的锚头中点至基坑底面的距离（m） ； 1 a 基坑底面至挡土构件嵌固段上基坑外侧主动土压力强度与基坑内侧被动土压 2 a 力强度等值点 O 的距离（m） ，对多层土地层，当存在多个等值点时应按其中 最深处的等值点计算； 挡土构件的水平尺寸（m） ；d 24 O 点以上各土层按厚度加权的内摩擦角平均值 ()。 m 4.2.7.5 锚杆杆体受拉承载力验算 （4-24） ppyA fN 式中： 锚杆轴向拉力设计值(kN)N 预应力钢筋抗拉强度设计值(kPa)；当锚杆杆体采用普通钢筋时，取普通钢 py f 筋强度设计值（fy） 预应力钢筋的截面面积(m2)。 p A 4.2.8 整体稳定验算 瑞典条分法总应力法： （4-25） sin)( tancos)( iii jiiiiii S GQ NGQlc K 其中， （4-26） pjijiNjjiNjj NSTTN/tan)cos()cos( （4-27） p apppc pp S KKhM N )(2 cos 式中： 整体稳定安全系数； S K 土钉、锚杆、微型桩、排桩在滑弧上产生的抗滑力标准值； j N 第 分条滑裂面处土体（或水泥土，乘折减系数后的c）的粘聚力； i ci 第 分条滑裂面处土体（或水泥土，乘折减系数后的）的内摩擦角； i itan 主动土压力系数； a K 第 分条滑动面弧长； i Li 25 第 分条土条（包括水泥土）重量； i Gi 第 分条土条受到的水浮力； i Wi 第 分条土条受到坑内水位以下那部分水的水浮力（当地下水位高于开挖面 i W i 时，坑内水位取开挖面，否则取地下水位）； 第 分条土条底部中心处的孔隙隙水压力，即为该点处的静水压力；若考虑土 i ui 性，则对水土合算的土层取0；静水压力与浸润线有关，当地下水低于开挖面 时，浸润线就是地下水位线；当地下水高于开挖面时，浸润线如下： 图图4.8 浸润线不考虑止水帷幕浸润线不考虑止水帷幕 图图4.9 浸润线考虑止水帷幕浸润线考虑止水帷幕 超载和邻近荷载在第 分条上分布的总力； i Qi 第道土钉或锚杆在滑裂面外的部分的抗拔力标准值和杆体抗拉强度标准值 Nj Tj 中的小值； 第道土钉或锚杆的水平间距； j Sj 第分条滑动面切线与水平面之间的夹角； j j 第道土钉或锚杆与水平面之间的夹角。 j j 、土钉或锚杆切向力折减系数、法向力折减系数。 26 滑弧切过排桩或连续墙时桩墙的抗滑力； p N 滑弧切桩点切线与水平面的夹角； p 桩墙抗弯承载力设计值； c M 切桩点到坡面的深度； p h 范围内土的平均重度； p p h 排桩间距，连续墙取1m。 p S 4.2.9 抗倾覆稳定性验算 带撑抗倾覆计算： 图图4.10 抗倾覆计算简图抗倾覆计算简图 当不记支撑点以上土压力时： （4-28） 1111 2/ wwaa pp O HEHE GBHE K 记入支撑点以上土压力时： （4-29） 22221111 2/ wwaawwaa pp O HEHEHEHE GBHE K 27 式中： 倾覆转点，最下道支撑位置处；o 、点以下、以上主动侧土压力合力； 1a E 2a Eo 、点以下、以上水压力合力； 1w E 2w Eo 、点以下水压力、主动侧土压力合力作用点离o点的距离； 1w H 1a Ho 、点以上水压力、主动侧土压力合力作用点离o点的距离。 2w H 2a Ho 4.2.10 抗渗流稳定验算 简易法根据水位和嵌入深度来确定安全系数： 图图4.11 抗渗流计算简图抗渗流计算简图 （4-30） w d s hh h K 式中： 抗渗流安全系数 s K 28 4.2.11 墙底抗隆起稳定性验算 图图4.12 墙底抗隆起计算简图墙底抗隆起计算简图 （4-31） he m cqm s K qDh cNDN K 01 2 )( 其中， （4-32） tan2 ) 2 45(taneN o q tan 1 ) 1( qC NN 式中： 承载力安全系数； s K 基坑外挡土构件底面以上土的重度度(kN/m3)；对地下水位以下的砂土、碎 1m 石土、粉土取浮重度；对多层土取各层土按厚度加权的平均重度； 基坑内挡土构件底面以上土的重度(kN/m3)；对地下水位以下的砂土、碎石 2m 土、粉土取浮重度；对多层土取各层土按厚度加权的平均重度； 基坑底面至挡土构件底面的土层厚度 (m)；D 、地基承载力系数； q N c N 、挡土构件底面以下土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()c 基坑深度(m)；h 地面均布荷载(kPa)； 0 q 29 抗隆起安全系数；安全等级为一级、二级、三级的支护结构，分别不应 he K he K 小于1.8、1.6、1.4； 4.2.12 坑底抗隆起验算 以最下层支点为转动轴心的圆弧条分法计算： 4.13 坑底抗隆起计算简图坑底抗隆起计算简图 （4-33） RL jjjj jjjjjjj K Gbq Gbqlc sin)( )tancos)( 式中： 以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定安全系数；安全等级为一级、二级、 RL K 三级的支挡式结构，分别不应小于2.2、1.9、1.7。 RL K 、第j土条在滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()； j c j 第j土条的滑弧段长度(m)，取； j l jjj blcos/ 作用在第j土条上的附加分布荷载标准值(kPa)； j q 第j土条的宽度(m)； j b 30 第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角()； j 第j土条的自重(kN)，按天然重度计算。 j G 4.2.13 抗管涌验算 （4-34） se d K h Dl K )8 . 02( 1 流土稳定性安全系数；安全等级为一、二、三级的基坑支护，流土稳定性 se K 安全系数分别不应小于1.6、1.5、1.4； 截水帷幕在基坑底面以下的长度(m)； d l 潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的垂直距离(m)； 1 D 土的浮重度(kN/m3)； 基坑内外的水头差(m)； h 地下水重度(kN/m3)； 4.2.14 抗承压水（突涌）验算 图图4.14 抗突涌计算简图抗突涌计算简图 （4-35） wy cz y P P K 31 式中： 基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN/m2)； cz P 承压水层的水头压力(kN/m2)； wy P 抗承压水头(突涌)稳定性安全系数，规范要求取大于1.100。 y K 4.3 计算结果 采用理正深基坑软件计算，详细计算结果 AB、BC、CD、DE、EF 段计算结果 见计算书 1（附录）。AF 段计算结果见附录计算书 2（附录）。 5 施工要求及监测方案 5.1 基坑施工要求 严格建筑桩基础技术规范 （JGJ94-94） 、 建筑基坑支护技术规程 （JGJ120- 2012）进行施工。 5.1.1 挖孔灌注桩 （1）灌注桩截面尺寸为 800mm600mm，桩中心间距 1.4m，采用人工挖孔法 施工。 （2）挖孔桩工艺流程图：放线、定桩位挖第一节桩孔土方支模浇第一节砼 护壁在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线 安装垂直运输架 第二节挖土 清理桩四壁、拆上节护壁模板、支下节护壁模板浇第二节砼护壁重复上述工作， 循环作业至设计要求的深度检查孔底，达到设计要求后进行扩底清底，检查几 何尺寸和孔底地质情况封底验筋，吊放钢筋笼浇筑桩身砼清理桩头桩基 验收。 （3）灌注桩布置：AB 段，距 A 点 0.5m 处开始布桩，桩中心间距 1.4m，共 92 根；BC 段，距 B 点 0.3m 处开始布桩，桩中心间距 1.4m，共 88 根；CD 段，距 C 点 0.1m 处开始布桩，桩中心间距 1.4m，共 39 根；DE 段，距 D 点 0.4m 处开始布 桩，桩中心间距 1.4m，共 50 根；EF 段，距 E 点 0.6m 处开始布桩，桩中心间距 32 1.4m，共 14 根；AF 段，距 A 点 0 m 处开始布桩，桩中心间距 1.4m，共 57 根。 5.1.2 钢筋工程 （1）钢筋笼制作允许偏差：主筋间距允许偏差不大于10mm，箍筋间距或螺旋 筋螺距不大于20mm，钢筋笼直径不大于10mm，钢筋笼长度不大于50mm 。 （2）钢筋笼搬运和吊装时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，就 位后应立即固定。 （3）分段制作的钢筋笼，其接头采用焊接，并遵守混凝土结构工程施工及验 收规范GB50204-2002。 （4）钢筋焊接施工之前，应清除钢筋、钢板焊接部位以及钢筋与电极接触处表 面上的锈斑污、杂物等；钢筋端部当有弯折、扭曲时，应予以矫直或切除。 （5）钢筋接头、焊接应按照钢筋焊接及验收规程（JGJ18-2003，J253- 2003）及混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）执行。 5.1.3 基坑降水、排水 （1）基坑周边据上边缘1.5m处共布置157口800降水井，下入360/300水泥井 管，孔内填35mm绿豆砂，其中AB段43口，BC段41口，CD段18口，DE段23口， EF段6口，AF段26口。井点中心间距均为3m。 （2）基坑开挖前应提前两周进行降水，确保基坑开挖面无明水；应保证水井的 施工质量。 （3）整个基坑内降水井内水位必须低于基坑面以下3.0m，单口降水井出水量应 根据抽水试验确定。 （4）视施工现场情况沿地面及基坑内应设排水沟及集水井。排水沟截面尺寸为 500mm200mm，内壁为120厚Mu10页岩砖M5水泥砂浆砌筑，200mm厚C15素混凝 土作沟底垫层并设1%找坡；集水井截面尺寸为1000mm10