国际商务大酒店配套办公楼项目支护规划设计.doc

题目 江苏国际商务大酒店二期配套办公楼项目支护设计交通学院 院（系） 城市地下空间工程专业学 号_学生姓名_ _指导教师_ _起止日期_摘要近年来，随着城市地下空间的开发利用，全国各地出现了各种各样的基坑工程，如何安全、经济、快捷地完成这些基坑工程已经成为深基坑工程的一个重要研究方向。目前，基坑工程中采用的主要支护结构有地下连续墙、排桩+止水帷幕、重力式挡墙、土钉等，这些技术基本都是原位成孔。它们不仅工程造价大、污染环境、浪费材料、造成不良的地质问题，而且受地质情况、区域等的限制。本文在现有的双排桩和钢桩的基坑支护技术基础上，提出了新型的装配式双排钢桩支护体系，它的计算理论采用的是传统双排桩的计算理论。采用钢板桩和H型钢桩两两组合或者两者交叉组合，可以形成双排钢桩基坑支护结构。解决了传统双排桩仅在桩顶连接，下部无法连接成整体、前后排桩变形不协调等问题。具有可循环利用性、经济环保、施工便捷等优点在现代快速发展的城市地下空间中有着较好的使用前景。江苏国际商务大酒店二期配套办公楼项目基坑开挖总面积约10412m2、开挖深度6.3m左右，场地土质多为淤泥质土，考虑到钢板桩的止水性能强且可以重复使用，经济性较好，具有轻型、施工快捷等特点。因此，该基坑工程采用组合钢板桩门式桁架加挡土结构的支护体系，并进行方案的计算设计以及提出具体施工要求。关键词：深基坑；支护结构；钢板桩；H型钢；AbstractIn recent years, with the development and utilization of urban underground space, the country appeared a variety of excavation works, how safe, economical, efficient completion of these projects have become the deep foundation pit engineering is an important research direction.Currently, the foundation pit engineering used in the main supporting structure of underground continuous wall, pile waterproof curtain, gravity retaining wall, soil nailing, etc. These techniques are basically in situ into the hole. Not only are they great project cost, environmental pollution, waste material, adverse geological problems, but also by the geological conditions, regional and other restrictions.In this paper, the existing double piles and steel pile excavation technique is proposed based on a new type of fabricated double steel piles supporting system, which is used in the calculation of theoretical calculation of the traditional theory of double-row piles. Use of steel piles and piles H-beam combination of two or both cross combinations can form double steel pile foundation pit supporting structure. Solution to the traditional double-row piles only on top of the pile connection cannot connect to the lower overall, front row piles deformation uncoordinated and other issues. With recyclability, the economic environment, convenient construction, etc. In the modern fast-growing urban underground space has a good application prospect.Jiangsu International Business Hotel two office projects supporting excavation total area of about 10412m2, excavation depth of about 6.3m, site soil for many salty soil, taking into account the steel sheet pile sealing performance is strong and can be reused, economic better, with a light, quick construction and so on. Therefore, the use of combinations of steel sheet pile foundation pit gantry truss plus retaining structures supporting system, computational design and conduct programs and to propose specific construction requirements.Keywords: Deep foundation; Supporting structure; Steel sheet pile; H-beam;目录摘要1AbstractII第一章绪论11.1引言11.2工程背景与意义11.3主要内容5第二章装配式双排钢桩基坑支护技术72.1双排桩的概述72.2双排桩的计算模式72.3装配式双排钢桩基坑支护技术112.3.1简介112.3.2适用范围122.3.3计算132.3.4工法案例132.3.5工法造价和工期162.4 本章小结16第三章江苏国际商务酒店二期配套办公楼基坑支护设计173.1工程概况173.1.1结构与基坑概况173.1.2周围环境概况173.1.3基坑环境保护等级193.1.4工程地质、水文地质条件193.1.5本基坑支护工程的特点233.1.6设计依据及规范233.2基坑开挖方案比选243.2.1围护体选型243.2.2地下水处理方案263.2.3综合以上分析，本工程可以采用如下方案：263.3本章小结27第四章江苏国际商务酒店二期配套办公楼基坑支护方案设计计算284.1组合钢板桩方案支护详细信息284.1.1支护体系284.1.2材料要求284.2组合钢板桩方案设计计算284.2.1基坑支护单元计算284.3施工及检测要求464.4.1支护结构施工顺序464.4.2钢板桩的施工及检测要求474.4.3 H型钢施工要求504.4.4钢板加强构件以及挡土构件514.4.5双轴深搅桩施工要求514.46降水系统施工要求524.4.8土方开挖524.4.9基坑监测要求534.5 本章小结53第五章结论555.1主要结论555.2研究展望55参考文献58致谢60附件图纸61第一章 绪论1.1引言基坑工程是一个古老而具时代特点的岩土工程课题，针对不同的地质条件进行合理的围护方案设计是目前专家和学者正在研究的课题。随着城市的发展，愈益要求开发城市的三维空间。目前各类用途的地下空间已在世界各中大城市中得到开发利用。诸如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下停车库、地下街道、地下商场、地下医院、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等。国外著名的地下工程有法国的巴黎中央商场、美国明尼苏达大学土木工程系的办公大楼和实验室、东京八重洲地下街等。国内近年来也兴建了大量的高层建筑，由此而产生了大量的深基坑工程，且规模和深度不断加大。量多面广的基坑工程已经成为城市地下空间的主要内容之一。此外，其他如工业、采矿、军事、航天等都会出现一些大中型基坑工程，基坑工程学应用而生是必然趋势。基坑工程在我国出现较晚，2O世纪70年代，国内只在少数大工程项目中有开挖深度达10 m以上的基坑工程，而且是在较少或者没有相邻建筑物和地下结构物的地区。8O年代以来，我国首先在北京、上海、广州、深圳等大型城市大量兴建高层建筑，而高层建筑多数带有地下室，基坑支护工程随之剧增，基坑支护设计、施工与监测成为基础工程中的新热点。90年代以后，大多数城市都进入了大规模的旧城改造阶段，在繁华的市区内进行深基坑开挖给这一古老的课题提出了新的内容，那就是如何提高深基坑开挖的环境效应问题，从而进一步促进了深基坑开挖技术的研究与发展，产生了许多先进的设计计算方法，众多新的施工工艺也不断付诸实施，出现了许多技术先进的成功的工程实例。但由于基坑工程的复杂性以及设计、施工的不当，工程事故的概率仍然很高。1.2工程背景与意义21世纪人类面临着人口增长、土地砂化、能源紧张、水资源减少、环境变坏、气候变暖六大挑战。“可持续发展”作为国策提出来了,摆在每个学科、每个产业的面前,谁违背了六大难题的挑战,谁就会被调整掉。随着经济的发展，城市化步伐的加快，为满足日益增长的市民出行、轨道交通换乘、商业、停车等功能的需要，在用地愈发紧张的密集城市中心，结合城市建设和改造开发大型地下空间已成为一种必然，诸如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下道路、地下停车库、地下街道、地下商场、地下医院、地下变电站、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等。钱七虎院士指出19世纪是桥的世纪，20世纪时高层建筑的世纪，21世纪是“地下空间”的世纪。目前地下空间开发规模越来越大，如上海市地下空间开发面积达1030万平方米的地下综合体项目近年来多达几十个；基坑开挖面积一般可达26万平方米，如南京河西金鹰天地广场基坑开挖面积为53000m2，周长约为940米；南京河西金融城基坑开挖面积为79629.8平方米；南京河西紫金创业特别社区152263 m2，支护周长约2399m；上海仲盛广场基坑开挖面积为5万平方米；天津市117大厦基坑面积为9.6万平方米，上海虹桥综合交通枢纽工程开挖面积达35万平方米等；基坑的深度也越来越深，一般基坑深度为1625米以上，如金鹰天地广场挖深21.7-24m；天津津塔挖深23.5米，苏州东方之门最大挖深22米，而上海世博500kV地下变电站挖深34米，上海地铁四号线董家渡修复基坑则深达41米。这些深大基坑通常都位于密集城市中心，基坑工程周围密布着各种地下管线、各类建筑物、交通干道、地铁隧道等各种地下构筑物，施工场地紧张、工期紧、地质条件复杂、施工条件复杂、周边设施环境保护要求高。所有这些导致基坑工程的设计和施工的难度越来越大，重大恶性基坑事故不断发生，工程建设的安全生产形势越来越严峻。高层、超高层建筑物和城市地下空间的开发利用的发展促进了基坑工程的设计和施工的进步。基坑在早期一直是作为一种地下工程施工措施而存在，它是施工单位为了便于地下工程敞开开挖施工而采用的临时性的施工措施，正如要浇捣钢筋混凝土构件必须要立模板一样。但随着基坑的开挖越来越深，面积越来越大，基坑围护结构的设计和施工越来越复杂，所需要的理论和技术越来越高，远远超越了作为施工辅助措施的范畴，施工单位没有足够的技术力量来解决复杂的基坑稳定、变形和环境保护问题，研究和设计单位的介入解决了基坑工程的理论计算和设计问题，由此逐步形成了一门独立的学科分支，基坑工程。目前，基坑工程中采用的主要支护结构有地下连续墙、排桩+止水帷幕、重力式挡墙、土钉墙等，这些技术基本都是原位成孔，然后灌入钢筋混凝土，或原位搅拌形成水泥土。基坑支护结构需要大量的水泥、砂、石子、钢材等；工程实施过程中会产生渣土、泥浆、噪音等污染；混凝土支撑拆除后将形成大量的建筑垃圾；基坑降水会消耗地下水资源并造成地面沉降等不良后果；基坑支护结构、加固体留在土体内部，将来可能形成难以清除的地下障碍物，污染环境。由于原位形成桩体，受地质情况影响显著，因此基坑支护技术具有明显的区域性，在含泥炭土等有机质含量高的土层、深厚砂层中，搅拌桩止水帷幕容易失效，导致流土、管涌等基坑事故发生。图1-1 地下连续墙图1-2 排桩+止水帷幕图1-3 SMW工法桩图1-4 PCMW工法桩图1-5 水泥土重力式围护墙图1-6 土钉墙图1-7 钢筋混凝土圆环撑图1-8 钢筋混凝土对撑图1-9 H型钢对撑图1-10 钢管十字对撑基坑工程属于能耗高、污染较大的行业。因此，在基坑工程的方案设计中，应考虑到基坑工程的可持续发展，尽量采取措施节约社会资源，降低能耗。可采取的技术措施包括围护结构不得出红线、减小支护结构工程量、尽量采用可重复利用的材料、废泥浆的利用、在可能的情况下采用支护结构与主体结构相结合的方案等，以减少工程开发对社会的不利影响和对环境的破坏。预制桩，是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩（如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等），用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。中国建筑施工领域采用较多的预制桩主要是混凝土预制桩和钢桩两大类。混凝土预制桩能承受较大的荷载、坚固耐久、施工速度快，是广泛应用的桩型之一，主要应用于桩基础中。钢桩主要是钢板桩、钢管桩和H型钢桩等。预制桩具有工厂化生产，生产速度快，造价低，桩身质量可靠，施工方便，可以回收等优点，但侧向刚度不高，在基坑支护中应用不多。东南大学岩土所李仁民博士及其团队提出采用钢板桩和H型钢组成组合钢板桩基坑支护结构，核心技术有钢板桩H型钢组合基坑支护（HSW工法）、装配式双排钢桩基坑、H型钢钢板基坑支护（HPW工法）、地下空间钢桁架基坑支护、装配式基坑支护体系等。组合钢板桩结构充分发挥钢板桩挡土止水、H型钢抗弯能力强，组合结构可以兼具两者优点，极大拓展钢结构在地下工程的应用领域，使用完成后，均可以拔除，循环使用，绿色环保。本项目能解决长期困扰基坑工程的难题，将复杂基坑支护施工变的简单、快捷，质量易控，大大降低地下空间开发成本，推进地下空间开发速度。江苏国际商务酒店二期配套办公楼基坑支护设计，主要对酒店二期工程基坑支护，本项目总建筑面积57218平方米，用地面积11231平方米。本工程基坑周长约为423m，开挖面积约为10412平方米。基坑普遍开挖深度在6.30米左右，塔楼处开挖深度约为6.80米。该设计创新的使用组合钢板桩门式桁架加挡土结构构成基坑周边多有段的支护结构形式。即利用钢板桩的止水能力和型钢的挡土能力，组成既可以止水有能有效地挡土的支护形式，钢板桩由于施工简单而应用较广。钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于7m时，不宜采用。通过普通钢板桩与H型钢的组合，可以大幅提高组合体的抗弯模量及截面模数，可以承担较大的荷载，从而有效的控制变形。组合钢板桩门式桁架体系，其结构模型相当于双排桩支护，门式桁架具有较大的侧向刚度，可以有效地限制基坑变形进而可以减少水平支撑。可以发挥钢板桩挡土止水作用的同时，还可通过型钢来提高强度而减少使用止水帷幕。其施工便捷，材料可以回收，不存在材料强度时间问题，工期较短，造价经济。1.3主要内容本文以传统的双排桩支护技术为基础，结合现有的一些研究的成果，通过理论分析和具体设计，完成以下工作：（1）通过和传统的支护技术比较，结合钢板桩的支护技术，首先从理论上对双排桩支护形式的计算模型经行分析，进而引出装配式双排钢桩基坑支护技术，从工法、计算、适用范围、造价等几个方面进行介绍。（2）根据江苏国际商务酒店二期配套办公楼基坑开挖面积、周边环境、地质概况等情况，对可能采用的所有的支护方法在技术经济上进行了分析比较，分析组合钢板桩门式桁架的设计理念与应用，对支护型式的合理性来选择方法，并验证其可行性。（3）对江苏国际商务酒店二期配套办公楼基坑进行“组合式钢板桩门式桁架+挡土结构”方案计算设计，并提出可行的支护信息以及施工流程。（3）总结这种新型的基坑支护结构形式的优缺点并展望它的应用前景。第二章装配式双排钢桩基坑支护技术2.1双排桩的概述双排桩支护结构是由两排平行的钢筋混凝土桩及桩顶的连梁形成的空间门式围护体系，具有整刚度比较大，侧向变形较单排桩小，不需设置支撑，施工方便等优点，因而在实际工程中得到了广泛的应用。双排桩支护结构体系可以理解为将密集的单排悬臂桩中的部分桩向后移，并在桩顶用刚性联系梁盖梁把前后排连接起来，沿基坑长度方向形成双排支护的空间结构体系。与单排悬臂桩支护结构相比，在基坑开挖后土体顶部位移减小，对周围建筑物因基坑开挖所产生的不利影响也相应减小。图2-1 双排桩支护技术2.2双排桩的计算模式双排桩支护结构体系作为一种空间组合类支护结构，在深基坑工程中的运用在我国始于20世纪90年代初期。到目前为止，双排桩己有不少计算方法，基于不同的假定，本文中主要介绍规范计算方法。图2-2-1 双排桩计算模型 图2-2-2 双排桩桩顶连梁布置双排桩支护结构可采用图2.2-1和2.2-2所示的平面刚架结构模型进行计算。(1)作用在后排桩上的主动土压力应按下列规定确定：作用在支护结构外侧、内侧的主动土压力强度标准值、被动土压力强度标准值宜按下列公式计算(如图2.3所示)：图2-3 土压力计算1）对于地下水位以上或水土合算的土层 式2-1-1 式2-1-2 式2-1-3 式2-1-4式中：支护结构外侧，第i层土中计算点的主动土压力强度标准值(kPa)；当时，应取；、分别为支护结构外侧、内侧计算点的土中竖向应力标准值(kPa)。、分别为第i层土的主动土压力系数、被动土压力系数；、第i层土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()；支护结构内侧，第i层土中计算点的被动土压力强度标准值(kPa)。2）对于水土分算的土层 式2-2-1 式2-2-2式中：、分别为支护结构外侧、内侧计算点的水压力(kPa)对静止地下水，水压力（、）可按下列公式计算(图2.2)： 式2-3-1 式2-3-2式中：地下水的重度()，取10；基坑外侧地下水位至主动土压力强度计算点的垂直距离(m)；基坑内侧地下水位至被动土压力强度计算点的垂直距离(m)；前排桩嵌固段上的土反力应按下式确定：作用在挡土构件上的分布土反力可按下列公式计算： 式2-4挡土构件嵌固段上的基坑内侧分布土反力应符合下列条件： 式2-5当不符合公式（2-5）的计算条件时，应增加挡土构件的嵌固长度或取时的分布土反力。式中：分布土反力(kPa)；土的水平反力系（）v挡土构件在分布土反力计算点的水平位移值(m)；初始土反力强度(kPa)；作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力(kN)作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力(kN)（2）前、后排桩的桩间土体对桩侧的压力可按下式计算： 式2-6式中：前、后排桩间土体对桩侧的压力(kPa)；可按作用在前、后排桩上的压力相等考虑；桩间土的水平刚度系数(kN/m3)；前、后排桩水平位移的差值(m)：当其相对位移减小时为正值；当其相对位移增加时，取0；前、后排桩间土体对桩侧的初始压力(kPa)。（3）桩间土的水平刚度系数（）可按下式计算： 式2-7式中：计算深度处，前、后排桩间土体的压缩模量(kPa)；双排桩的排距(m)；d桩的直径(m)。（4）双排桩结构的嵌固稳定性应符合下式规定（图2.3）： 式2-8式中：嵌固稳定安全系数；安全等级为一级、二级、三级的支挡式结构，分别不应小于1.25、1.2、1.15；、基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力的标准值(kN)；、分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力的合力作用点至挡土构件底端的距离(m)；G排桩、桩顶连梁和桩间土的自重之和(kN)；双排桩、桩顶连梁和桩间土的重心至前排桩边缘的水平距离(m)。图2-4 双排桩抗倾覆稳定性验算2.3装配式双排钢桩基坑支护技术问题的提出：超大型深基坑，例如苏州吴江财智广场7.4万平米，南京建邺紫金特别社区10万平米，尤其是两层地下室挖深8-12m，能否不设内支撑.不设内支撑常用的支护方法有：中心岛开挖、抛撑、重力式挡墙、双排桩方案。2.3.1简介双排桩支护结构是指在地基土中设置两排平行桩，前后两排桩桩体呈矩形或梅花形布置，在两排桩顶设置圈梁，并用联系梁连接，沿坑壁平行方向，形成门字形空间结构，为空间超静定结构，整体刚度大，可以有效的限制基坑变形。双排桩支护结构不需要架设内支撑, 具有更大的施工空间, 挖土方便。传统的双排桩为灌注桩或管桩，仅能在桩顶通过圈梁和连梁实现连接，双排桩在桩顶变形协调，但桩顶以下部位两排桩中间没有任何连接，前排桩和后排桩变形不协调，一般前排桩变形大，后排桩变形小，不能充分发挥后排桩的作用，即两排桩的整体刚度不大，抗弯和抗变形能力不强，在一些较深的基坑中难以适用。采用钢板桩和H型钢桩两两组合或者两者交叉组合，可以形成双排钢桩基坑支护结构（双排钢板桩基坑支护结构、双排H型钢基坑支护结构及双排钢板桩和H型钢基坑支护结构）。为解决传统双排桩仅在桩顶连接，下部无法连接形成整体问题，在前后排钢桩上设置导向锁扣，两者之间采用两边带翼钢板连接，形成整体装配式双排钢桩基坑支护结构。该结构具有同时兼有挡土和止水功能，整体水平刚度大，施工灵活，循环使用，绿色环保等优点。图2.5装配式双排钢桩基坑支护结构图2-6 装配式双排钢结构基坑支护模型2.3.2适用范围该工法由于采用钢板桩和H型钢组成双排桩体系，具有传统双排桩的刚度大、整体性好，挖土方便等所有优点。由于采用钢板将前排桩和后排桩连成整体，具有更大的刚度，可以适应更深的挖深，传统双排桩挖深9m左右，本工法挖深10m左右。配合坡顶卸载，可以用于12m左右的基坑工程。配合锚杆、内支撑等，可以挖深至15m左右，即15m以内的三层地下室。止水帷幕深度一般不超过35m。适用的土质情况为粘土、粉土、砂土、淤泥、淤泥质粉质粘土等，卵石层、强风化、中风化岩层施工比较困难。对于硬塑状的粉质粘土、密实的砂层可以结合高压射水或预成孔进行施工。2.3.3计算采用双排桩计算模型，双排桩之间的连接钢板简化为连梁，即钢板作为安全储备。可以采用理正6.5、理正7.0，同济启明星深基坑支挡支护结构分析计算软件FRWS7.*等进行计算。图2-7 装配式双排钢结构基坑计算2.3.4工法案例（1）双排PHC管桩基坑支护技术在地基土中设置两排平行PHC管桩，前后两排桩桩体呈矩形或梅花形布置，在两排桩顶用钢性冠梁连接，沿坑壁平行方向，形成门字形空间结构，这种结构具有较大的侧向刚度，可以有效的限制基坑变形，具有更大的施工空间, 挖土方便。溧阳文化公园及数码广场：基坑面积1.6万平米，周长559米，挖深6.2米，基坑北侧约6.5米外为文化局建筑物（23层框架结构、独立柱基综合楼），西侧8米外为体育路，南侧8.7米外为龙亭路。基坑支护选用PHC500120(AB型) 双排高强预应力砼管桩，桩顶采用W型拉梁联接，桩间土采用挂网喷浆固定。图 2-8 地质剖面图图2-9 双排PHC管桩基坑支护技术（2）双排灌注桩基坑支护技术新加坡南京生态科技岛2011G68一期工程A地块：基坑面积约15169m2，周长约为518m，挖深为7.00m9.20m，局部电梯井、集水坑落深1.52.8m。挖深7.0-7.75m区域：基坑支护采用7001800双排桩结合坑内双轴水泥土搅拌桩被动区加固的支护型式，上部2.5m采用1:1放坡卸土，圈梁顶标高+4.50m，桩底标高-10.00m，桩间距1.8m，排距3.0m，桩顶冠梁宽度0.8m，高度0.7m，用0.5m*0.7m拉梁连接，桩间土采用挂网喷浆处理。挖深9.2m区域：采用9001800双排桩结合坑内双轴水泥土搅拌桩被动区加固的支护型式，上部2.5m采用1:1放坡卸土，圈梁顶标高+4.50m，桩底标高-11.00m，桩间距1.8m，排距3.0m，桩顶冠梁宽度1.0m，高度0.7m，用0.5m*0.7m拉梁连接，桩间土采用挂网喷浆处理。图2-10双排灌注桩基坑支护技术（3）双排钢桩基坑支护技术南京妇女干部学校接桩项目钢板桩支护：江苏省妇女干部学校宿舍楼工程位于南京市建邺区莫愁湖西路5号，本工程为1栋5-11层宿舍楼，框架结构，0.00标高7.5m，层底架空，设一层地下室，地下室底板标高为0.00以下4.205.50米，地下室结构边线距地铁二号线隧道结构边线最近距离为7.6米，采用桩基础方案。由于地下室方案调整，需要进行工程桩接桩施工。根据工程实际情况，共分5个基坑，周长分别为16m、16m、30.4m、28.8m、29m，挖深5.64-7.39m，小基坑采用两道钢围囹，大基坑采用两道钢支撑。图2-11双排钢桩基坑支护技术2.3.5工法造价和工期案例1.溧阳文化公园：2万平米，一层地下室采用传统灌注桩+一道内支撑方案：造价800万，工期8个月。双排管桩方案：造价350万，工期5个月。案例2.淮河斜拉桥主墩圆形钢板桩围堰工程，挖深14m、32m直径圆环；传统双壁套箱方案：造价820万，工期5个月。双排钢板桩+钢管方案：320万，工期3个月。2.4 本章小结本章先简述了双排桩支护体系的概念以及基本知识，然后简单的介绍了双排桩支护体系的计算模式。重点讲述了双排桩的计算采用门式刚架杆系规范法计算模型进行的。阐述了现在普遍通用的双排桩支护体系的计算模型。然后引进新的支护技术-装配式双排钢桩基坑支护技术，从工法、使用情况、计算、和造价几个方面分别进行分析，得出组合钢板桩门式桁架基坑支护技术的适用性。第三章 江苏国际商务酒店二期配套办公楼基坑支护设计3.1工程概况3.1.1结构与基坑概况拟建“江苏国际商务大酒店二期配套办公楼项目”项目位于江苏省昆山市花桥国际商务城兆丰路2号，本项目总建筑面积57218平方米，用地面积11231平方米。本工程建设内容为新建2幢22F办公楼及1F地下车库及其它附属建筑，具体拟建建（构）筑物性质详见下表。表3.1 拟建建筑物性质一览表建(构)筑物结构类型层数高度（m）柱间距（m）基础设计资料单位荷重（kN/m2）地下地上基础型式基础埋深（m）办公楼A、B剪力墙1F22F99.854.2桩基约6m800地下车库框架1F/5.058.1桩基约6m/本工程基坑周长约为423m，开挖面积约为10412平方米。基坑普遍开挖深度在6.30米左右，塔楼处开挖深度约为6.80米。3.1.2周围环境概况工程周边环境较为复杂，基坑东侧为已建江苏国际商务酒店（希尔顿酒店）一期，基坑距酒店外墙最近处约5.8m；南侧为纬二路，距离基坑最近约2.3m；西侧为经四路及公交首末站施工工地；北侧为上海市轨道交通11号线北段工程安亭站兆丰路站高架区间，基坑距高架区间承台基础约16.0m27.4m。基坑南侧的纬二路下有一根1200雨水管，埋深3.25m，局部横穿基坑西南角，需改迁；基坑西侧经四路下有一根400污水管，埋深约2.80m，距离基坑最近处为4.8m，详细布置参数见下表。表3.2 市政管线详细表序号管线名称规格中心埋深（m）材质距围护结构边线距离（m）1雨水管12003.25玻璃钢夹砂管局部横穿2污水管4002.80UPVC加筋管4.8图3-1基坑周边环境信息图基坑北侧基坑东侧基坑西侧基坑南侧图3-2 基坑现场周围环境照片3.1.3基坑环境保护等级根据开挖深度，综合场地周边环境、基坑开挖深度、场地工程地质和水文地质条件，按照相关规范综合判定：基坑侧壁安全等级确定为二级，即重要性系数o=1.0。3.1.4工程地质、水文地质条件（1）工程地质条件1）地形地貌拟建工程位于昆山市花桥镇，东与上海市交界，属长江三角洲冲积平原地貌。地面标高在2.14m3.40m之间。2）地基土的构成与特征拟建场地土层分布较为稳定，主要由粘性土组成。根据地基土的成因、时代、结构特征及物理力学性质指标等综合分析，划分为10个主要工程地质层次。拟建场地地基土构成及特性分述如下：第1层杂填土，普遍分布，以粘性土为主，上部夹少量碎石、砖块，土质松散不均，G4孔下部夹少量有机质土。第2层浜土，暗浜区有分布，灰黑色淤泥，夹有机质，土质差。第层灰黄色粉质粘土，局部缺失，可塑，压缩性中等，含云母、氧化铁斑点，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。第层灰色淤泥质粉质粘土，普遍分布，流塑，压缩性高等，含云母、贝壳碎屑，偶夹薄层状粉土，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。第层灰色淤泥质粉质粘土，普遍分布，流塑，压缩性高等，含云母、贝壳碎屑，稍许有机质，夹薄层状粉土，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。第层灰色淤泥质粉质粘土夹砂，普遍分布，流塑，压缩性高等，含云母、贝壳碎屑、有机质，夹薄层粉土、粉砂，局部较集中，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。第层灰色淤泥质粉质粘土，普遍分布，流塑软塑，压缩性高等中等，含云母、贝壳碎屑、有机质，夹薄层粉土，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。第层灰色粉质粘土，普遍分布，软塑，压缩性中等，含云母、贝壳碎屑、有机质，夹薄层粉土，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。第层灰色粉质粘土，普遍分布，层面埋深较稳定，软塑，压缩性中等，含云母、贝壳碎屑、有机质，夹薄层粉土，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。第层灰色粉质粘土夹粉土，普遍分布，软塑可塑，压缩性中等，含云母、贝壳碎屑，夹薄层粉土，局部呈互层状，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。第层灰色粉质粘土夹粉土，未揭穿，软塑可塑，压缩性中等，含云母、贝壳碎屑，夹薄层粉土，局部呈互层状，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。场地典型地址剖面图如下：2粉质粘土4淤泥质粉质粘土3淤泥质粉质粘土图3-3基坑北侧（临近地铁高架）地质剖面图2粉质粘土4淤泥质粉质粘土3淤泥质粉质粘土图3-4基坑东侧（临近谢尔顿一期）地质剖面图4淤泥质粉质粘土2粉质粘土3淤泥质粉质粘土图3-5基坑南侧地质剖面图2粉质粘土3淤泥质粉质粘土4淤泥质粉质粘土图3-6基坑西侧地质剖面图（2）水文地质条件拟建场地表层地下水属潜水，主要赋存于1层填土、层粉质粘土、层淤泥质粉质粘土，其主要补给来源为大气降水及地表径流。地下水稳定水位埋深在1.30m1.90m 之间。（3）基坑支护设计参数根据提供的勘察报告，选取各土层的固结快剪指标作为基坑支护设计计算参数，并按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据，详见表3-3。表3-3土层物理力学参数一览表层号名称天然重度KN/m3固结快剪标准值渗透系数内聚力kpa内摩擦角(度)水平cm/s垂直cm/s粉质粘土18.63312.47.34E-065.30E-06淤泥质粉质粘土17.211.410.39.32E-066.90E-06淤泥质粉质粘土17.212.39.71.04E-057.84E-05注：渗透系数KV、KH为室内试验统计结果。3.1.5本基坑支护工程的特点(1)基坑开挖面积较大，约为10412平方米，挖深不大，约为6.3米；(2)临近地铁高架一侧需要采取针对性的保护措施；(3)整个场地淤泥质粉质粘土层较厚，厚度达到25米左右，在场地南部揭遇有局部暗浜分布；(4)基坑北侧临近地铁高架，东侧紧邻其一期工程建筑物，需要采取针对性保护措施。3.1.6设计依据及规范(1）建设单位(昆山广庭置业有限公司)提供的资料：1）江苏国际商务酒店二期配套办公楼建筑总平面图、地形图；2）江苏国际商务酒店二期配套办公楼地下室基础平面图等；3）花桥国际商务城市政配套工程先导区雨污水管网工程排水管道设计图竣工图；4）其他相关资科(2）上海海洋地质勘察设计有限公司提供的“江苏省昆山市江苏国际商务大酒店二期配套办公楼项目岩土工程详细勘察报告”工程编号：K164-2012。(3）遵循设计规范1）国家标准建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）2）国家标准建筑基坑支护技术规程（JGJ 120一2012）3）国家标准混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）4）国家标准建筑结构荷载规范（GB 500092001）（2006年版）5）国家标准建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB 502022011）6）国家标准混凝土工程施工质量验收规范（GB 502042011）7）国家标准钢结构设计规范（GB50017-2003）8）国家标准建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）9）国家标准建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）10）国家标准建筑基桩检测技术规范（JGJ1062003）11）国家标准建筑钢结构焊接技术规程（JGJ81-2002）12）其它中华人民共和国国家、行业及江苏省现行的有效设计标准、规范、规程和标准图集。3.2基坑开挖方案比选根据建设单位对基坑工程的具体要求，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环境、道路的影响，本着“安全可靠，经济合理，技术可行，施工方便”的原则，对现有的基坑支护技术进行比选。3.2.1围护体选型根据长三角地区已实施的大量基坑工程的成功实践经验，类似基坑工程一般采用板式围护体系，板式围护体一般可供选择的有型钢水泥土搅拌墙（SMW工法）、钻孔灌注桩结合止水帷幕、钢板桩以及地下连续墙和其它预制桩支护。（1）SMW工法桩即在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入型钢形成的复合挡土止水结构。现阶段可供选择的SMW工法桩抗侧刚度较为有限，在长三角软土地区开挖深度超过13m的深基坑工程较少采用SMW工法桩围护体。本工程基坑面积较大，其施工工期相对较长，不仅型钢用量大，型钢租赁期也较长，经济性较差。而且SMW桩属于柔性支护结构，变形相对较大，本工程周围环境复杂，对变形要求较严。同时，其需要大面积的支持体系或者以牺牲工期而使用抛撑，故不推荐采用。（2）钻孔灌注排桩结合止水帷幕钻孔灌注桩结合止水帷幕作为一种成熟的工法，其施工工艺简单、质量易控制，施工时对周边环境影响小，在长三角地区应用广泛，尤其适用于顺作法基坑工程。其止水帷幕可根据工程的土层情况、周边环境特点、基坑开挖深度以及经济性等要求的综合因素选用合适的工艺。钻孔灌注排桩围护结构施工便捷，造价经济。且采用钻孔灌注桩作为围护体与主体结构的设计关联程度相对较小，可以在地下室外轮廓及各层楼板、底板标高及底板厚度确定的情况下即可设计钻孔灌注桩围护体，并且在围护桩施工过程中完成主体结构的设计，待主体结构的设计完成后可再进行围护结构的后续设计与施工。便于设计周期与施工工期相流水，节省项目的总工期，并尽可能提早项目的开工时间。缺点是钻孔灌注桩施工时需采取泥浆护壁措施，环境污染较大；钻孔灌注桩仅作为挡土结构，需另设置止水帷幕，支护结构占用宽度较大。本工程采用钻孔灌注排桩结合止水帷幕，造价较高，工期长，需要大面积支撑或抛撑，故不推荐采用。(3)双排钻孔灌注桩双排桩支护结构是指在地基土中设置两排平行桩，前后两排桩桩体呈矩形或梅花形布置，在两排桩顶用钢性冠梁连接，沿坑壁平行方向，形成门字形空间结构，这种结构具有较大的侧向刚度，可以有效的限制基坑变形。一般情况下，两排支护桩呈悬臂式，具有更大的施工空间， 挖土方便。双排桩结构具有较大的侧向刚度和很好的抵抗变形的能力，比较适用于软土地区大面积深度深基坑支护，在天津、南京地区已应用于深度9m以上的基坑工程，具有南京江心洲基坑、南京德盈国际广场和云峰大厦基坑等成功的应用经验。其缺点，钻孔灌注桩施工时需采取泥浆护壁措施，环境污染较大；需要另外设置隔水帷幕，同时桩间距较大，有比较严重的流土情况，相对预制桩支护工期较长。本工程采用双排桩需要结合止水帷幕，可以使用。(4)双排预制管桩另一种双排桩为双排高强预应力混凝土PHC管桩，双排预应力混凝土管桩整体刚度大，可以有效控制基坑变形，减少桩身弯矩，施工简单快捷、质量易控制、工程造价低廉。本工程由于土质比较差，双排管桩无法满足强度和变形要求，但是本场地淤泥质土层较厚，土质较差，不推荐使用该方案。（5）钢板桩是一种带锁口或钳口的热轧（或冷弯）型钢，钢板桩打入后靠锁口或钳口相互连接咬合，形成连续的钢板桩围护墙，用来挡土和挡水。钢板桩根据其加工制作工艺的不同可以分为：热轧/拉森钢板桩、冷弯薄壁钢板桩。常用的钢板桩有U型钢板桩、Z型钢板桩、L/S钢板桩、直线型钢板桩。钢板桩具有轻型、施工快捷的特点。基坑施工结束后钢板桩可拔除，循环利用，经济性较好。但普通钢板桩抗侧刚度相对较小，变形较大。通过普通钢板桩与H型钢的组合，可以大幅提高组合体的抗弯模量及截面模数，可以承担较大的荷载，从而有效的控制变形。钢板桩应用较为有效的岩土工程和应用环境： 围堰、河道分洪及控制、水处理系统围栏、防洪、围墙、防护堤、海岸护堤、隧道切口及隧道掩体、防波堤、堰墙、坡边固定、挡板墙。组合钢板桩门式桁架体系，其结构模型相当于双排桩支护，门式桁架具有较大的侧向刚度，可以有效地限制基坑变形进而可以减少水平支撑。可以发挥钢板桩挡土止水作用的同时，还可通过型钢来提高强度而减少使用止水帷幕。其施工便捷，材料可以回收，不存在材料强度时间问题，工期较短，造价经济，根据本工程周围环境的特点，推荐采用组合钢板桩门式桁架体系。综上所述，结合本基坑工程的面积、开挖深度，通过工期、经济性、施工等多个方面的分析，在安全可靠的前提下，本工程基坑可以采用 “组合钢板桩门式桁架”支护型式。3.2.2地下水处理方案本工程的地下水类型主要是浅层潜水，采用基坑外侧钢板桩形成封闭止水体系，坑内设置真空降水管井降水。3.2.3综合以上分析，本工程可以采用如下方案：止水体系：采用钢板桩封闭连接，作为挡土止水体系，坑内设置真空降水管井。围护体系：所有周边（AB/BC/CD/DE/EA）都采用组合钢桩门式桁架（H型钢和钢板桩）+挡土构件。3.3本章小结本章通过对江苏国际商务大酒店二期配套办公楼项目基坑工程勘察报告的分析，介绍了该基坑工程的结构、周围环境、工程地质、水文地质、基坑安全等级等概况，总结出该基坑开挖面积较大，挖深不大；临近地铁高架一侧需要采取针对性的保护措施；整个场地淤泥质粉质粘土层较厚；在场地南部揭遇有局部暗浜分布等特点。根据以上基坑特点，确定了支护桩采用组合钢板桩，即钢板桩和H型钢组合成双排桩支护形式，中间加强结构和挡土结构，组合成门式桁架形式；第四章 江苏国际商务酒店二期配套办公楼基坑支护方案设计计算