毕业设计（论文）-武汉花楼街基坑支护工程设计.doc

本科毕业论文（设计）题目：武汉花楼街基坑支护工程设计姓 名： 学 号： 院（系）： 工 程 学 院 专 业： 工 程 地 质指导教师： 职 称： 评 阅 人： 职 称： 二一三 年 六 月本毕业论文（设计）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及所取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包括他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位证书而使用的材料。与我同一工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中做了明确说明并表示了感谢。 毕业论文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日摘要深基坑工程是一项复杂的系统工程，深基坑的设计、施工、监测技术是近十多年来在我国逐渐涉及到的技术难题。深基坑的支护设计不仅要保证基坑内的正常作业安全，而且还要保证基坑附近的建筑物、道路、管线的正常运行。武汉花楼街基坑开挖总面积约79000m2，基坑支护总工程量非常巨大，本文基坑支护设计只对基坑东侧LM支护段进行设计，开挖深度为7.4m。本文首先认真分析了武汉花楼街基坑工程的环境条件和工程地质条件，之后本着“安全可靠、经济合理、技术可行、施工方便”原则，通过查阅相关规范及文献，决定基坑东侧LM支护段采用单排钻孔灌注桩作挡土结构，配以钢管斜撑、水泥土搅拌桩止水帷幕作为基坑支护结构体系。基坑土压力的计算采用建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）给出的公式进行计算。排桩的入土深度、桩身最大弯矩、以及斜撑支反力采用等值梁法进行计算，桩身最大弯矩、最大剪力采用各工况中的弯矩、剪力最大值。桩与冠梁的配筋以建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）、混凝土结构设计规范（GB50010-2010）为依据，根据最大弯矩、剪力和构造要求分别配置主筋和箍筋。 通过计算确定设计桩长14m，桩径800mm，桩间距1200mm。斜支撑采用60916钢管支撑，钢型为Q235-B，钢管水平方向间距为5m，钢管倾角=22。冠梁宽1000mm，高800mm。止水帷幕采用850600水泥土搅拌桩，有效桩长8.4m。最后，对基坑设计进行了整体稳定性验算，并对施工、降水和监测内容提出了一些合理的建议。验算结果表明，本文所设计的钻孔灌注桩结合竖向钢管斜撑与水泥土搅拌桩止水帷幕支护方案是安全可靠且技术可行的。关键词：深基坑支护 等值梁法 钻孔灌注桩 钢管支撑 稳定性分析Abstract The Deep Excavation Project is a complicated system project, the design of the deep excavation, construction, monitoring technology over the past decade in our country gradually comes to technical problems. Retaining and protecting for deep foundation pit not only to ensure the normal operation of security inside the pit, but also to ensure pit nearby buildings, roads, pipelines running normally. The total area of Wuhan Hualou block is about 79000m2,considering the excavation total project amount is enormous,the design of foundation pit supporting is just for LM section in eastern area,the excavation depth is 7.4m.Firstly,after a careful analysis of environment conditions and engineering geological conditions,and then ,as the principle of“safety and reliable,economical and reasonable,feasible technology,easy construction”,according to consult relevant criterion data,the LM section in eastern foundation pit has been decided to adopt the single row bored pile as retaining structure,with steel pipe and cement-soil wall as supporting structural system of foundation pit. Earth pressure is calculated according to the formulas given by “Technical Specification for Retaining and Protection of Building Foundation Excavation”(JGJ120-99). The embedded depth,the maximum bending moment,as well as the forces of the fulcurms are obtained using the equivalent beam method.When calculating reinforcement of piles and top beams,I use “Technical Specification for Retaining and Protection of Building Foundation Excavation”(JGJ120-99) and “Design Specification of Concrete Structure”(GB50010-2010) as basis,and then reinforcing transverse reinforcement by ratio of reinforcement. Determined by calculating the design of pile length is 14m, pile diameter is 800mm, pile spacing is 1200mm. Oblique support using 60916 steel pipe support, steel type is Q235-B, steel horizontal spacing is 5m, steel angle = 22 . The top beam width is 1000mm, height is 800mm. The curtain for cutting off water using 850600 cement-soil wall,its effective length is 8.4m. Finally, the general stability of foundation is checked,and besides,construction, dewatering and monitoring are added at the end of the thesis.Checking results show that the design of the bored pile with steel pipe supporting and cement-soil wall is safe and reliable and the technology is feasible. Key words: Retaining and protecting for deep foundation excavation Equivalent beam method Bored pile Steel pipe support Stability analysis目录第一章 绪论1第一节 研究目的和意义1第二节 深基坑支护工程国内外研究现状与发展1第三节 深基坑主要支护方案及优缺点2第四节 论文设计研究内容3第二章 工程概况及工程地质条件4第一节 工程概况4第二节 场地工程地质条件4第三章 基坑支护方案比选9第一节 设计依据9第二节 设计参数9第三节 基坑支护特点分析10第四节 基坑支护方案选择10第四章 基坑支护结构设计及稳定性验算12第一节 基坑土体内力计算12第二节 灌注桩结构计算及配筋18第三节 竖向钢管斜撑与冠梁设计24第四节 基坑稳定性验算28第五章 施工与监测建议32第一节 主要施工工序及流程32第二节 地下水控制设计34第三节 基坑监测35第六章 结论36参考文献38 2013.06 中国地质大学本科毕业论文 第1章 绪论第一节 研究目的和意义 随着我国城市化水平提高，地下空间广泛高效利用作为解决城市人口、资源、环境三大危机和实施城市可持续发展的重要途径1。目前，各类用途的地下空间已在世界各大城市建设中得到开发利用，均涉及到各类深大基坑工程2，以致深基坑支护技术已经成为建筑业近年来的一大技术热点。基坑支护是地下基础施工中内容丰富而又富于变化的领域，工程界已意识到基坑支护是一项风险工程3。基坑工程事故不仅给国家经济和人民生命财产安全造成不同程度的损失，造成人员伤亡，延误工期，追加造价以及影响周围居民正常生活的负面效应，加大了投资方负担，同时也给城市建设和企业形象造成不良影响。然而，基坑工程事故的严重性常使人们走向另外一个极端，为了确保工程安全，一味地、片面地提高设计标准，盲目地保守设计，造成了许多不必要的浪费4。因此，只有采取合理的总体方案，才能做到技术先进、经济合理、结构安全，同时对周围环境影响较小。而这也是本论文研究设计的出发点，希望借此次设计，可以提高本人对基坑支护设计的认识和理解，为以后更好的从事相关方面的工作打下基础。第2节 深基坑支护工程国内外研究现状与发展国外20世纪30年代，Terzaghi和Peck5等人最先从事基坑工程的研究，50年代Bjerrum和Eide6给出了分析深基坑坑底隆起的方法，60年代在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测，从70年代起，许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。国外著名的地下工程有法国巴黎中央商场，美国明尼苏达大学土木工程的办公大楼和实验室，日本东京八重洲地下街道等。我国城市地下工程建设起步较晚，20世纪80年代以前，国内为数不多的高层建筑的地下室多为一层，基坑深不过4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。20世纪80年代初才开始出现大量的基坑工程。到20世纪80年代，随着高层建筑的大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。进入20世纪90年代后，在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下，全国工程建设亦突飞猛进，高层建筑迅猛发展，建筑高度越来越高，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m的比比皆是。据不完全统计，19901999年10年间，全国新建的高层建筑超过9000幢。适当发展多层和高层，向空中和地下发展，是解决我国土地资源紧张的一条重要出路。随着基坑向着大深度、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，深基坑支护技术必然会呈现出一些新的发展趋势，主要为：（1）土钉墙方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得到充分运用和发展。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。（2）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。但逆作法的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，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，将成为今后的研究方向。（3）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。第三节 深基坑主要支护方案及优缺点经过20多年的发展，深基坑支护类型已发展到数十种，这里仅介绍目前我国常用的几种支护类型。1、 钢板桩：挡土钢板桩有槽钢钢板桩和热轧锁口钢板桩。前者抗弯能力较弱，一般用于深度不超过4m的基坑，后者可用于开挖深度为510m的基坑。钢板桩属于柔性结构，用后拔土时由于带土，若处理不当会引起边坡土体位移，严重时还会给施工及周围设施造成危害。2、 钢筋混凝土板桩：预制的钢筋混凝土板桩是一种传统的支护结构，有非预应力板桩与预应力板桩两种类型。有一定的挡水作用，基础工程施工完毕后不必拔出。由于支挡结构形式的变化，从总体上看，采用钢筋混凝土板桩作为支护结构的工程较少。3、 钻孔灌注桩挡墙：桩径一般为6001000mm，桩挡墙的刚度较大7，抗弯能力强，在土质较好的地区，桩悬臂长度达710m也能达到预期支护效果。由于钻孔灌注桩施工施工时难以做到两桩相切，故挡水效果差。4、地下连续墙：这种结构常用于较深的基坑，其结构整体性和防渗性能很好，既挡土又可作为止水帷幕，结合支撑可以有效控制变形，但若仅仅将其作为支护结构则工程造价太高。一般在除支护结构之外能用作地下城中结构的工程中较为合理。5、旋喷桩帷幕墙：这种结构用钻机成孔，将水泥固化剂喷入地基土中形成水泥土桩，固化后形成由相连桩体组成的帷幕墙。也可作为支护结构。该工艺受喷射压力、喷射量和钻杆提升速度的影响，质量难以保证，会给基坑开挖工作留下隐患。6、深层搅拌水泥土桩挡墙：这种结构既挡土又可作为止水帷幕，适应基坑周边的任何平面形状，具有施工工期短、效率高的特点8，对开挖不太大的基坑作为支护结构是较经济的。7、土钉墙：土钉墙的使用要求土体具有临时自稳能力，以便给出一定时间施工土钉墙，因此对土钉墙适用的土质条件应加以限制。土钉墙适用于二、三级基坑9、非软土地基，基坑深度不宜大于12m。土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低，但使用土钉墙的工程必须要做好降水，否则水会使土钉墙软化，引起整体或局部破坏。8、锚杆支护：锚杆支护是一种岩土主动加固的稳定技术，通过杆体的受拉作用，调动深部地层的潜能，达到维护基坑稳定的目的。锚杆支护适用性强10，基本不受基坑深度的限制，而且可以与多种支护结构形式联合使用。但不宜用于有机质土，液限大于50%的粘土层及相对密度小于0.3的砂土，且锚杆不能打穿用地红线，以免破坏临近管道和建筑物。9、内撑式围护结构：由围护结构体系与内撑体系组成，围护结构体系一般为钢筋混凝土排桩或地下连续墙，内撑体系采用现浇钢筋混凝土杆件、钢管或型钢等。因内撑体系刚度好、变形小，可用于各类土层的基坑工程中。在国内，秦四清11提出了这样一个支护方案选择顺序：无支护开挖、放坡+土钉、土钉墙、放坡+桩支护、土钉墙+桩支护、悬臂桩、搅拌桩、放坡+锚桩、土钉墙+锚桩、锚桩墙、地下连续墙。龚晓南教授在其主编的深基坑工程设计施工手册12中把支护方法选用原则简单地概括为：安全、经济、方便施工和因地制宜。建筑基坑支护技术规程13指出支护结构可根据周边环境、开挖深度、工程地质和水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，按规程推荐的支护结构选型表确定。在具体基坑支护工程中，我们在基坑支护方案选择决策时，需要考虑安全、造价、工期等目标，这些目标之间存在相互影响和矛盾，如何处理好各个因素间的相互关系还需要科研工作者和工程技术人员不懈地努力。第4节 论文设计研究内容本论文涉及的基坑采用的支护方式根据武汉丰达地质工程有限公司提供的相关资料，综合场地的工程地质条件和水文地质条件，最后决定基坑东侧LM支护段采用钻孔灌注桩结合竖向钢管斜撑与水泥土搅拌桩止水帷幕的支护方式。钻孔灌注桩与竖向钢管斜撑作为支护结构的受力主体，而水泥土搅拌桩则作为挡水防渗措施，有效地改善了排桩之间联系差的问题。在求取排桩设计参数时，求土压力运用的是朗肯土压力理论，求排桩内力及桩长采用的是等值梁法。根据相关规范进行了排桩及冠梁的配筋，并保证满足其构造要求。而且确定了排桩的支护参数后，还对竖向斜撑钢管的材料强度和受压稳定性进行了分析和验算。接下来进行基坑稳定性验算，包括整体稳定性验算、基坑底土抗隆起验算以及抗管涌验算。最后对施工和监测内容提出了一些合理的建议。图1-1 基坑支护设计流程图 第2章 工程概况及工程地质条件第一节 工程概况和记黄埔地产（武汉江汉南）有限公司拟在武汉市江汉路以南，沿江大道以西，民生路以北兴建武汉江汉区花楼街商业及住宅项目。拟建场地北侧为江汉路，东侧为沿江大道，南侧为民生路。场地中间垂直于沿江大道地段有规划地铁区间（地铁2号线）通过，该规划地铁线将拟建场地划分为南北两侧，北侧基坑周长约445m，基坑开挖面积约8000m2，平面呈不规则矩形布置；南侧基坑周长约1313m，基坑开挖面积约71000m2，平面呈不规则L形布置，详细情况见附录-基坑支护平面布置示意图。楼号层数高度（m）基坑开挖深度（m）1#3#、5#9#、11#、12#55+2（F）171-10.04#24（F）73-8.6010#41+3（F）200-13.30南侧商业住宅区地下二层-7.40北侧商业中心地下一层-6.50 表2-1 建筑物基本情况一览表本工程采用框-剪结构，拟采用钻孔灌注桩基础，建筑物设计0.000相当于绝对高程25.40m。其中北侧商业中心部分地下室为1层，底板面标高为-5.00m，底板底标高为-6.50m；南侧商业住宅区地下室设置2层，其中-1层结构板面标高为-2.1m，-2层结构板面标高为-6.1m；2层地下室部分基坑普挖深度为-7.4m，主楼区域开挖深度为-8.60m、-10.00m、-13.30m。第2节 场地工程地质条件2.2.1 场地地形地貌特征勘察场地位于武汉市江汉路以南，沿江大道以西，民生路以北，地势较为平坦，地面高程在25.39m26.71m之间。场地地貌单元为长江一级阶地。2.2.2 场地地层结构特征根据野外钻探、原位测试及室内岩、土试验资料，本场地在勘探深度84.0米范围内所分布的地层为：表层分布有厚度不等的杂填土(Qml)外，其下为第四纪全新统冲积成因一般粘性土、砂土，下伏基岩为志留系坟头组泥岩。场地的工程地质分层、埋深、岩性特征详见表2-2。表2-2 岩土工程地质分层表地层编号地层名称地层年代分布范围层面埋深（m）厚度（m）颜色状态及密度压缩性包含物及其它特征（1-1）杂填土Qml全场地1.97.8杂色松散高为建筑垃圾混粘性土组成，土质不均，结构松散。（1-2）淤泥Ql局部分布2.06.60.24.5黑灰色流塑高含有机质，局部夹少量腐植物，具腥臭味。（2）粉土夹粉质粘土及粉砂Q4al局部缺失1.96.50.44.6褐黄褐灰色稍密中含云母片，切面较粗糙，夹薄层粉砂及粉质粘土，所夹粉质粘土呈可塑状态。（3-1）粉质粘土全场地5.09.01.25.3褐黄色软可塑中含氧化铁、铁锰质，切面较光滑，韧性一般，干强度一般。（3-2）粘土局部缺失7.012.90.95.0褐黄色可塑中含氧化铁、铁锰质，切面较光滑，韧性较高，干强度较高。（3-3）粉质粘土局部缺失7.914.20.55.0褐黄褐灰色软可塑中含氧化铁、铁锰质，切面较光滑，局部夹少量粉土，韧性一般，干强度一般。（4-1）粉质粘土夹粉土、粉砂局部缺失10.616.01.06.1褐灰色可塑中粉质粘土呈可塑状态，夹薄层粉土、粉砂互层，粉土、粉砂呈稍密状态，含云母片。（4-2）粉砂夹粉土、粉质粘土全场地13.419.51.420.8褐灰色稍密中密中粉砂呈稍中密状态，夹可塑状粉质粘土及稍密粉土互层，含长石、云母片及少量腐植物。（5-1）粉细砂（夹粉质粘土）局部缺失16.535.10.814.1灰色稍密中密中含长石、云母片，夹层状粉质粘土，粉质粘土呈可塑状。（5-2）细砂全场地19.640.82.126.8灰色中密中偏低含长石、云母片，少量腐植物，局部夹层状粉质粘土、粉土互层，砂质不纯。（5a）粉土夹粉质粘土透镜体22.450.30.47.8灰色稍密中粉土呈稍密状态，含云母片，夹薄层粉质粘土呈可塑状态。（5-3）中粗砂夹砾卵石全场地43.358.02.315.1灰色中密密实低含长石、石英、云母片，砾卵石含量约15%20%，粒径1040mm，个别大于80mm，成份主要为石英砂岩，局部地段砾卵石富集。（6-1）强风化泥岩S2f全场地56.963.30.29.9灰绿色低岩芯风化呈土状，手捏易散，岩芯多呈短柱状，局部夹少量中风化碎屑。(6-2a)中风化泥质页岩局部分布61.668.03.117.4灰绿色泥质胶结，薄层状构造，节理裂隙发育，产状近乎直立，构造挤压严重，岩芯多呈柱状，局部夹有少量中风化泥岩，属极软岩，岩体质量等级为级。（6-2）中风化泥岩局部缺失57.878.5最大揭露厚度10.8m灰绿色泥质胶结，层状构造，岩芯多呈块状、短柱状，节理裂隙发育，属极软岩，岩体质量等级为级。（6-3）中微风化泥岩全场地62.578.7最大揭露厚度6.8m灰绿色泥质胶结，层状构造，岩芯多呈短柱状、长柱状，节理裂隙发育，属极软岩软岩，岩体质量等级为级。2.2.3 场地水文地质条件据钻探揭露,拟建场区地层属长江一级阶地，地下水类型主要为杂填土层中的上层滞水、潜水和砂层中的孔隙承压水几种类型。其一为上部赋存于杂填土中的上层滞水，一般受大气降水及人工排水补给，水位水量随季节而变化，其二为赋存于层粉土夹粉质粘土及粉砂中的潜水，其补给来源主要为大气降水及人工排放水渗透补给，丰水季节及补给通道充分时有一定水量，勘察期间测得上层稳定水位埋深1.43.2米之间，相当于标高22.2024.00m。下部为赋存于13层中孔隙承压水，主要赋存于砂层、圆砾层中，与长江水体具备密切的水力联系，水量丰富。勘察期间（枯水季节）于抽水试验观测井中量测到承压水稳定水位在地面下3.25m3.55m之间，相当于绝对标高21.90m。根据区域水文资料表明，武汉地区长江一级阶地砂土砾石层中的承压水水头高度年变化幅度在3.04.0m之间。根据场区西南侧一期勘察场地抽水试验资料，降水影响半径（R）建议值为215238m，渗透系数（K）建议值为16.7017.80m/d。该场地地下水对混凝土及混凝土中钢筋具有微腐蚀性。2.2.4 场地周边环境条件 根据建设方提供的周边环境资料及现场踏勘，拟建场地中间垂直于沿江大道地段有地铁区间（轨道交通2号线）通过，该地铁线将拟建场地划分为南北两侧。该基坑周边现有建筑物、道路、在建轨道交通二号线风井及待建地铁行进区间等，大部分地段建筑物距离基坑边较近，环境条件极为紧张，具体情况如下。 北侧商业中心： 1、基坑北侧与江汉路步行街之间存有一排武汉市市级保护建筑，建筑物层高37层，均为砖混结构，该侧地下室外边线距用地红线距离约7.0m左右，距既有建筑物9.0014.00m。 2、基坑东侧有一栋16层的高层建筑，该侧地下室外边线距用地红线距离在5.0m10.08m之间，距既有建筑物16.50m左右。 3、基坑南侧外墙边线紧邻轨道交通控制线，控制线36.0m以外区域为商业住宅区二层地下室。 4、基坑西侧为城市规划道路，其中地下室外边线距用地红线约5.0m左右，红线外20.0m无建（构）筑物分布。 南侧商业住宅区： 1、基坑北侧为在建轨道交通二号线风井及待建地铁行进区间，该侧地下连续墙外墙边线紧邻轨道交通控制线，控制线以外36.0m区域仍属于本项目红线范围内，目前风井已基本施工完毕，轨道区间尚未掘进，其中掘进区域地铁轨道顶位于地面下21.1330.0m左右。 2、基坑东侧为沿江大道，该侧地下室外边线距用地红线约5.00m，红线外3.40m即为沿江大道道路边线，红线外3.4014.0m范围内存在雨水管道、供电及路灯等管线。 3、基坑南侧为民生路，该侧地下室外边线距用地红线最近处约5.0m，红线外7.0m即为民生路道路边线，红线外2.0m范围内埋设管线较多，有供水、排水、供电等管线。 4、基坑西侧为规划道路，该侧南端地下室外边线距用地红线距离约75.0m（该范围为小学还建用地区域），红线外25.0m为宝丽金国际广场的已建一期大楼；该侧北端地下室外边线距用地红线最小距离约5.0m，红线外25.0m为宝丽金国际广场在建二期高层及一座变电站。 第三章 基坑支护方案比选第一节 设计依据1、总平面布置图2、岩土工程勘察报告3、建设单位提供的相关设计图纸4、基坑工程技术规程（湖北省地方标准DB42/159-2004）5、建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）6、建筑结构静力计算手册（第二版）7、混凝土结构设计规范（GB50010-2010）8、建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）9、北京里正深基坑支护设计软件第2节 设计参数3.2.1 岩土设计参数根据勘察报告中“基坑周边地层展开图”，参照基坑工程技术规程（湖北省地方标准DB42/159-2004）附录二的参考数据，该场地基坑支护设计参数按下表选取。表3-1 基坑支护设计参数取值表层号地层名称天然重度（kN/m3）综合建议值C（kPa）（度）1杂填土17.56.020.02淤泥16.514.06.0粉土夹粉质粘土及粉砂18.813.017.01粉质粘土18.417.010.02粘土18.623.012.03粉质粘土18.519.011.01粉质粘土夹粉土、粉砂17.923.013.02粉砂夹粉质粘土、粉土18.00.027.01粉细砂（夹粉质粘土）18.30.031.02细砂18.70.033.0a粉土夹粉质粘土18.311.023.03.2.2 设计基础数据(1)0.00=25.40m。(2)基坑开挖深度：根据结构图纸，主楼区域承台厚度同板厚为1.2m，裙楼按地下室承台开挖深度考虑，塔楼按地下室底板开挖深度考虑。 (3)附加荷载：地面附加荷载15kPa,无限均布；周边住宅楼的荷载按18kPa/层考虑。第三节 基坑特点分析3.3.1 基坑重要性等级根据基坑工程技术规程（湖北省地方标准DB42/159-2004）4.0.1条的规定，结合周边环境、岩土工程与水文地质条件，综合确定本基坑重要性等级为一级14。3.3.2 工程特点1、 基坑面积大：两基坑开挖面积共79000m2，基坑长轴方向约383m，短轴方向233m，基坑支护轴线长度为445.0m、1313.0m，为特大型基坑。2、基坑开挖深度因基础埋置深度及结构施工需要：基坑大部分开挖深度为6.50m、7.40m，塔楼部分开挖深度为8.60m、10.00m、13.30m。3、基坑周边环境紧张：基坑位于汉口繁华商业地带江汉路、沿江大道等，两基坑紧邻武汉市轨道交通2号线。周边建筑物密集、地下管线种类繁多，对基坑支护结构的变形较为敏感。4、复杂的地质条件：场区地层具有典型的二元结构特征，该基坑坑壁主要由第层杂填土、层粉质粘土夹粉土、粉砂、层粉质粘土、1层粉质粘土夹粉土粉砂及2层粉砂夹粉土粉质粘土夹组成，其中层粉质粘土夹粉土、粉砂极易淅土流沙，层粉质粘土、粘土为软可塑状，力学性质较差，基坑底以下主要由1层粉质粘土夹粉土粉砂及2层粉砂夹粉土粉质粘土夹组成，中等压缩性，其力学性质较好，但为弱透水层和承压含水层，水量丰富，存在基坑突涌的风险。5、基坑轴线距离用地红线很近，支护结构顶部放坡空间较小。6、本基坑面积较大，工期紧，土方工程量较大，交叉作业工序多，须合理组织土方、支护结构、地下室的施工。 第四节 基坑支护方案选择3.4.1 基坑设计目标 1、如上所述，本深基坑工程位于闹市区，基坑开挖深、面积大、周边环境紧张。必须确保支护结构万无一失，确保支护结构能够承受开挖后最大限度的主动区土体和周边一切动、静载荷所产生的土压力。 2、基坑周边分布有密集繁华商业区，人流量极大，四面均为交通要道等。且存在已建轻轨高架线以及在建的轨道交通2号线风井及掘进区间，对过大的沉降和差异沉降极其敏感。因此，支护设计必须严格控制支护结构的水平变位，保证周边管线及建筑物的安全。 3、在满足安全可靠的前提下，优化支护设计方案，努力做到施工便捷、经济合理。3.4.2 方案选择 本基坑为特大型基坑，根据不同的周边环境可以将本基坑支护工程分成13种支护类型，每种支护类型需要采取不同的支护方案，由于时间与论文篇幅有限，本人仅对基坑东侧LM支护段进行分析与计算。基坑东侧为沿江大道，该侧地下室外边线距用地红线约5.00m，红线外3.40m即为沿江大道道路边线，红线外3.4014.0m范围内存在雨水管道、供电及路灯等管线。LM支护段基坑开挖深度为7.4m，地面绝对标高25.40m，根据湖北省地方标准湖北省深基坑工程技术规程（DB42/159-2004）、建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）有关规定，基坑安全等级为一级，侧壁安全系数为1.1，附加均布荷载为15kPa。结合工程实际情况，提出以下四种基坑支护方案，见表3-2：表3-2 基坑支护方案比选表方案优缺点分析方案一：水泥土搅拌桩重力挡土墙适应基坑周边任何平面形状，既挡土又可作为止水帷幕，造价低，但水泥土桩抗拉强度低，受荷载后变形大，达不到本基坑变形控制要求。方案二：地下连续墙连续墙结构整体性好，防渗性能好，既挡土又可作为止水帷幕，结合支撑可以有效控制变形，本基坑临近地铁2号线的支护段为了达到严格变形控制要求可以采取此种支护方案，但是对于基坑东侧LM支护段若采取此方案则造价太高。方案三：钻孔灌注桩+锚杆+水泥土深层搅拌桩止水帷幕本方案安全系数大，通过设置锚杆可以有效控制变形、位移，而且施工技术安全可靠，经济合理，但本基坑用地红线紧张，红线外存在大量雨水管道、供电及路灯等管线，不能打锚杆，否则会破坏周边地下设施。方案四：钻孔灌注桩+竖向钢管斜撑+水泥土深层搅拌桩止水帷幕本方案安全系数大，通过设置支撑可以有效控制变形、位移，而且施工技术安全可靠，经济合理，在基坑内侧设置竖向钢管斜撑解决了本基坑用地红线紧张的问题，结合钻孔灌注桩外侧深层搅拌桩止水帷幕达到了防水、防渗要求。 综上所述 ，全方位考虑，经过对投资、施工能力、场地条件等因素分析研究，以及对武汉市基坑支护成功先例的对比分析，最后确定对基坑东侧LM支护段采用方案四支护方案。第4章 基坑支护设计及稳定性验算第1节 基坑土体内力计算4.1.1 基坑东侧LM支护段计算参数 根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99），对1杂填土、粉土夹粉粘粉砂、1粉质粘土、1粉粘夹粉土粉砂采用水土合算，对2粉砂夹粉粘粉土采用水土分算。 基坑东侧LM支护段开挖深度为7.4m，计算深度为6.4m，基坑顶部距钻孔灌注桩1.45m按坡比1：1进行放坡，坡高1m，上部均布荷载根据周边环境和施工的需要确定为为 15kPa。东侧LM支护段场地地质条件和计算参数见表4-1，详细情况见附录-LM段地层展开图。表4-1 基坑东侧LM支护段地地质条件和计算参数表 指标项目 岩土名称天然重度(kN/m3)粘聚力Ci( kPa)内摩擦角层厚 hi(m)地面竖向附加荷载qi ( kPa) 主动土压力系数Kai被动土压力系数Kpi1-1杂填土17.56.020.01.4500.4902.0401-2杂填土17.56.020.01.0017.50.4902.0401-3杂填土17.56.020.00.8532.50.4902.040粉土夹粉粘粉砂18.813.017.01.1032.50.5481.8261粉质粘土18.417.010.02.0032.50.7041.420基坑底面1粉粘夹粉土粉砂17.923.013.04.732.50.6331.5802粉砂夹粉粘粉土18.00.027.08.232.50.3762.6634.1.2 基坑东侧LM支护段主动土压力计算 基坑底面以上土层均为粘性土，根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）3.4.1-3条规定，应采取水土合算法，即总应力计算法，计算公式为： (4-1)式中:第i层的主动土压力系数，为第i层土的摩擦角标准值； 作用于深度处的竖向应力标准值； 确定的第i层土固结不排水剪粘聚力标准值； 图4-1 东侧LM支护段主动土压力简图1、对于1-1杂填土：，取0；土压力强度为零处2、 对于1-2杂填土，考虑到上部1.0m高坡体自重，附加荷载按线性变化从0增加到17.5kPa；3、 对于1-3杂填土,附加荷载包括上部1.0m高坡体自重和地面附加均布荷载，共32.5kPa；4、 对于粉土夹粉粘粉砂：5、对于1粉质粘土：；6、对于1粉粘夹粉土粉砂，位于基坑底面以下，根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）3.4.2-3条规定：当计算基坑底面以下各深度处的基坑外侧主动土压力强度时，竖向自重应力一律采用基坑底面标高处的数值。7、 对于2粉砂夹粉粘粉土，根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）3.4.1-2条规定，砂性土应采用水土分算法 计算点深度； 计算参数，当时，取，当时，取；基坑外侧水位深度；计算参数，当时，取1，当时，取0；水的重度。则有：4.1.3 基坑东侧LM支护段被动土压力计算 图4-2 东侧LM支护段被动土压力简图1、对于1粉粘夹粉土粉砂，根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）3.5.1-2条规定，粘性土采取水土合算法计算被动土压力，计算公式如下： (4-3)式中：第i层的被动土压力系数， 作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值； 确定的第i层土固结不排水剪粘聚力标准值；作用于基坑底面以下深度 处的竖向应力标准值可按下式计算： (4-4)式中：深度以上土的加权平均天然重度；2、对于2粉砂夹粉粘粉土，根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）3.5.1-1条规定，砂性土采取水土分算法计算被动土压力，计算公式如下： (4-5) 计算点深度 基坑内侧水位深度水的重度第二节 灌注桩结构计算及配筋4.2.1 基坑东侧LM支护段单支点内支撑支点力计算 1、反弯点的确定 根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）4.1.1-2条规定，基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑地面的距离y可按下式确定： (4-6) 把数据代入公式得： 解之，得：,取基坑底面为反弯点。 2、支点力的确定 根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）4.1.1-3条规定，支点力可按下式计算： (4-7)水平荷载标准值；水平抗力标准值；设定弯矩零点以上基坑外侧各土层水平荷载标准值合力之和；设定弯矩零点以上基坑内侧各土层水平抗力标准值合力之和；合力作用点至设定弯矩零点的距离；合力作用点至设定弯矩零点的距离；支点至基坑底面的距离；基坑底面至设定弯矩零点位置的距离；，则有： 4.2.2 基坑东侧LM支护段嵌固深度设计值 hd计算 根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）4.1.1-4条规定，嵌固深度设计值hd计算可按下式确定： (4-8)由图4-2可知被动土压力为梯形分布，可分解为矩形和三角形，分别对其求力矩，从而求出被动土压力力矩的值，即为；同理，分别求出主动土压力对灌注桩底面力矩之和，即为； 因为该基坑重要性等级为一级，即取，嵌固深度系数。设,则： 将上面3个多项式以及，代入式（4-8），得： 解得：钻孔灌注桩桩长，取4.2.3 灌注桩内力计算 1、计算桩最大弯矩此基坑灌注桩采用桩径800mm，桩中心距1200mm。剪力为零点位置、 以及相应的最大弯矩设计值计算如下：在开挖面下剪力为零点：由并结合土体内力可得：距坑底；在开挖面上剪力为零点：由得：距坑底；则相应的最大弯矩计算值： 则取最大弯矩计算值为，位于在开挖面下剪力为零处根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）4.2.3-1条，最大弯矩设计值：2、计算桩最大剪力桩最大剪力位置位于反弯点或者桩底处 ，本基坑反弯点位于基坑底面处，则有： 在桩底处： 则最大剪力计算值为，位于桩底处根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）4.2.3-2条，最大剪力设计值：4.2.4 灌注桩配筋计算 1、桩身配筋计算 根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010）E.0.4条知，沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土受拉构件，其受弯承载力应按下列公式计算15。 (4-9) (4-10) (4-11) 式中 构件截面面积； 全部纵向钢筋的截面面积； 圆形截面的半径；