陈富路商办地块基坑支护设计 毕业设计

毕业设计（论文）UNDERGRADUATEPROJECTTHESIS题目陈富路商办地块基坑支护设计学院土木工程学院专业土木工程专业学号学生姓名指导教师起讫日期09101910035目录摘要3ABSTRACT4绪论5第一章基坑及基坑支护结构概述811基坑8111基坑的概念8112基坑的类型9113基坑的特点1012基坑支护11121基坑支护的概念11122基坑支护的类型和使用范围12123基坑支护的设计要求14124基坑支护形式的选取原则14125基坑支护结构内支撑体系15第二章基坑支护设计计算方法1721作用于支护结构上的荷载17211概述17212土压力17213水压力1822基坑支护设计的计算方法20221概述20222静力平衡法20223等直梁法21224M法2223基坑稳定性验算24第三章基坑工程支护设计实例方案3031工程概况30311一般概况30312结构概况3032工程周边环境30321建筑环境30322地质环境3133设计思路31第四章工程实例基坑支护方案的计算书3241等值梁法手算3242配筋计算3742启明星软件电算43421灌注桩43422搅拌桩50结论57致谢58参考文献59陈富路商办地块基坑支护设计摘要基坑工程是一门综合性很强的学科，它包括结构的强度和稳定性的计算。同时又受到地质及水文条件等环境因素的控制。另一方面，基坑支护结构是临时性构筑物，经济因素也是主导其合理性的重要方面。如何设计出安全、合理、可行的基坑设计方案，已然成为国内外建筑工程界共同的课题。本文主要介绍上海陈富路商办地块支护设计过程。通过对基坑知识的学习与梳理，进行实例计算。首先运用等值梁法进行结构受力分析。其次根据规范进行结构配筋及构件选择与稳定验算。然后使用同济大学启明星软件进行整体计算，校核，编制计算书。最后绘制CAD图纸。关键词基坑；支护；等值梁法；M法ABSTRACTFOUNDATIONEXCAVATIONISAVERYCOMPLEXSUBJECT,ITINCLUDESTHECALCULATIONOFSTRUCTURALSTRENGTHANDSTRUCTURALSTABILITYATTHESAMETIME,ITISCONTROLEDBYTHEGEOLOGICALCONDITIONSANDHYDROLOGICALCONDITIONSONTHEOTHERHAND,FOUNDATIONPITISATEMPORARYSTRUCTURESOECONOMICFACTORISALSOLEDANIMPORTANTASPECTOFITSRATIONALITYHOWTODESIGNASAFE,REASONABLEANDFEASIBLEDESIGNOFFOUNDATIONPITHASBECOMEACOMMONTHEMEINTHECONSTRUCTIONINDUSTRYTHISPAPERDESCRIBESABOUTTHEDESIGNPROCESSOFBUSINESSPLATEONTHECHENFUROADINSHANGHAITHROUGHLEARNINGTHEKNOWLEDGEOFTHEFOUNDATIONPITIHAVEDONEAEXAMPLECALCULATIONATTHEFIRST,IUSETHEEQUIVALENTBEAMMETHODTOANALYSISTHEFORCEOFTHESUPPORTTHESECOND,IDOTHEREINFORCEMENT,SELECTCOMPONENTANDCHECKTHESTABILITYTHETHIRD,IUSETHETONGJIQIMSTARFRWSV40TOCALCULATTHEWHOLEPROCESSTOCHECKTHERESULTANDPREPARETHECALCULATIONSLASTIDRAWTHECADPAPERKEYWORDSFOUNDATIONPITSUPPORTEQUIVALENTBEAMMETHODMMETHOD绪论1基坑支护设计的发展概况城市居民已经进入了快节奏的生活。人们更愿意在一个大型商场里购物、娱乐、甚至是运动等。这就对生活空间的需求提出了新的概念需要一个超级大商场，里面装满了生活所需的日用品和商品。消费者可以在不出商场的情况下购买到他们想要的所有东西。这大不但大节省了我们的时间和精力，还可以节省城市空间。要做到能够容纳形形色色商铺的大型市场，这对于建筑的设计与施工都是不小的考验。万幢高楼从地起，若要建造巨大的商厦，那么对于基础的需求也是一个难题。作为基础工程的临时性围护结构基坑工程。同样面临这一问题的考验。基坑工程是为了保护主体部分的安全和周边环境不受影响。是建筑结构的基础工程。为了适应现代化城市的多功能性、空间充分利用性、时间的快节奏性以及节能减排的大环境要求，我们对基坑工程的设计也越来越多样化。基坑工程本身是一个传统课题，古来有之。伴随着经验的积累，基坑工程俨然已演变成一门海纳百川，包容性很强的综合性岩土难题，其间牵涉到工程地质、水文地质、工程结构、施工工艺等学科。由于我国在世界地位的不断提升，从国外引进先进的科学技术与高端的施工设备，我国的基础工程俨然已经列入了世界的先进。但是由于基坑设计的复杂性，现阶段我国深基坑支护设计的理论还很不完善，模型试验，工程测试还有待进一步发展，留给我们研究创新的空间还很大。我国城市土地资源的紧张，居住空间的发展，高层、超高层建筑的出现以及地下工程的不断涌现。对基坑工程的要求也越来越高。现如今，摆在基坑工程面前并急需解决的有两大问题一是如何在保证安全的情况下降低造价，尽可能节约成本以达到节能节源的目的，这就逼迫要寻求更好的符合我国国情的基坑围护技术。二是如何缩短施工工期以便符合我国的工业化需求。基坑未来的趋势是向着大深度和大面积方向发展，周边的环境也更为复杂，基坑围护的难度亦愈来愈大。无论是设计还是施工，均应着眼于经济性和实效性两发面，更好的发展基坑工程。2基坑支护设计的内容和目标基坑支护设计的研究目标保证结构安全可靠、确保结构能够正常使用、还要尽可能做到经济节能，使施工难度降低，工期缩短。而进行的最优化设计。基坑支护设计的主要内容包括一、根据地质勘探报告、周边已建构筑物的情况分析场地工程地质条件，进行合理选型。二、根据周围气候环境条件，水文条件，地形的研究，拟订工程可行性研究报告。三、综合以上工程特点和地质条件，确定基坑支护的类型和范围。四、对已掌握的工程的信息做一些计算处理，算出受力图以及绘制施工图纸。五、制作基坑施工计划进度，安排施工次序。六、在现场要做到放火、防倒塌等防护安全应急措施。七、现场监测内容及要求。3基坑支护设计中应注意的问题1、周边环境条件周边环境一般决定了基坑支护的基本形式，往往也是控制造价的关键性因素。周边环境通常包括周边建筑物，道路，地下管线（水管，煤气管，电缆，光缆等）。2、水的因素有句俗语讲无水不塌方。基坑失事的关键诱因往往就是水。因此，一定要做好防、排水工作；避开多雨季节，选择少雨季节施工是通行做法。3、设计理念作为设计者，宗旨是“先人后己”。意思是作为一个方案，不仅仅是只考虑工程本身，更多应考虑的是应响到的所以建筑物、道路、管道等，因为如果是因此基坑施工而造成相关方的损失，所付出引起的代价远大于基坑支护本身失败所致。所以设计的前期工作应深入调查基坑影响范围内的建筑物基础型式、埋深，管道距离、道路沉降要求等各种因素。如果以上问题没有解决，那么后继工作就无法展开，这不仅是技术问题也是职业者的社会态度趋向问题。作为一个设计师更应该是一名有对社会负责任感的策划者。4、技术问题岩土工程是一门半经验半理论的学科，基坑工程也不例外。随着地下空间的发展，深度和难度对设计者来说都是前所未有的挑战。设计方案不但仅仅是计算，更多的是同类工程的对比、参考。在专家的审查过程中资深专家提到的不仅是方案的选型、计算结果及参数的选取，更多的是一些辅助措施的采取，同类经验的交流。5、岩土参数的选取岩土参数直接影响计算结果，也是衡量基坑安全的一项最主要指标之一。所以选取参数要慎之又慎。岩土主要的参数一般包括土的抗剪强度指标、内摩擦角、超载值、摩阻力等。参数的选取主要依据为本工程的岩土工程勘察报告所提供的数据，另外根据现场的具体情况进行修正。现计算的软件一般是理正深基坑软件，此软件根据专家的经验对软土层计算结果和实际出入较大，可信度较差，所以在计算此类土层时对计算的参数要做调整，计算结果进行对比。当设计采用不同的支护参数，方案中只有一种岩土参数要对不同的岩土情况进行验算，或取最不利情况进行验算。粘性土的C、值取值不能偏大。地质钻孔的选择应选取附近最有代表性的（应考虑弱层厚、水位等）6、基坑接合处阴阳角问题很多方案因现场条件所限或结构所需，往往开挖时坑壁或者坑底结合部位出现陡坎（凸角），从表面上看这样减少了削去该阳角土方的工程量，但这样不但增加了支护的复杂程度，也带来了不稳定因素。所以，此类做法往往不可取，专家一般指出在该处较大范围内进行过渡使原来的阳角处出现平缓过渡。7、支护方案选型基坑支护方案选型的原则是“技术先进、经济合理、确保基坑边坡稳定、基坑周围建筑物、道路及地下设施安全”。所以结构选型时应综合考虑工程地质和水文地质条件、基础类型、基坑开挖深度、排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的要求、基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素，做的因地制宜，合理设计。4本文章节安排第一章主要介绍基坑的基本概念，包括基坑围护结构的类型，选取原则和设计要求。第二章主要介绍基坑支护设计的主要方法，侧重介绍了实例工程设计的方法等值梁法，以及启明星软件M法的基本原理。第三章主要介绍实例工程概况。第四章为计算书。最后为结论，主要总结自己的收获与要改进处。第1章基坑及基坑支护结构概述11基坑111基坑的概念（一）基坑基本概念建筑基础开挖的临时性坑井称为基坑（如图11）。基坑工程是建筑工程的一部分。为了防止主体结构周围环境受损害而采取的支护结构。是为保证建筑结构安全的基础工程。它要求基坑支护体系是临时结构，在地下工程施工完成后就不再需要。基坑工程主要包括降水和土方开挖与回填，包括勘察、基坑支护体系设计、施工和检测等。基坑工程一般位于城市中，地质条件和周边环境条件复杂，有各种建筑物、构筑物、管线等，一旦失事就会造成生命和财产的重大损失。图11某工程基坑实图（二）基坑的结构基坑由几块挡土墙构成，挡土墙插入土中。常用的材料为混凝土、钢、木等。基坑的形式可以有钢板桩，钢筋混凝土板桩、柱列式灌注桩、水泥土搅拌桩、地下连续墙等。（三）基坑对周边的环境的要求基坑对周边的环境要求也是比较高的，分别要求挡土结构的水平位移和其邻近地层的垂直沉降限制在某标准值之内，甚至也限制墙体垂直沉降和地层的水平移动值满足周围环境要求。（四）软土地区（上海）的应用现状上海的基坑工程具有其特殊性,地层基本为饱和含水流塑或软塑粘土层,抗剪强度低,含水量高达40以上,具有高灵敏度、高压缩性,流变性较大。开挖过程中,土体变形较大,且上海道路繁忙，街道下方管道密布,基坑变形要求严格。由于软土地区的各种条件的不利，上海推出了上海基坑工程的条文规定第一条建设单位或者工程总承包单位应当在勘察前对深基坑附近的建筑物、构筑物、道路、地下管线等现状，以及同期施工的相邻建设工程施工情况进行调查，并应当将调查资料及时提供给设计、施工、监测单位。第二条前期的调查范围以基坑边线起，基坑开挖深度3倍的范围为准。邻近地铁、隧道工程或有特殊要求的建设工程，按市有关规定执行。第三条建设单位或工程总承包单位在施工前，应当邀集设计、施工、监理、市政、公用、供电、通讯、监测等有关单位，介绍设计、施工方案，施工可能产生的影响，征询相关单位意见；对可能受影响的相邻建筑物、构筑物、道路、地下管线等作进一步检查；对可能发生争议的部位拍照或摄像，布设记号，并作好记录。对受影响可能发生争议的相邻建筑物、构筑物，建设单位或工程总承包单位应当与相邻建筑物、构筑物的建设单位签订书面协议，并应当委托房屋检测单位进行检测。检测单位应当提出建筑物、构筑物可承受外界影响的程度。第四条建设单位或者工程总承包单位应当按照本市承发包管理规定，择优选择深基坑工程的勘察、设计、施工、监理和监测单位，不得肢解发包工程。第五条深基坑工程的开挖深度超过7米或者地下室二层以上（含二层），或者深度虽未超过7米，但地质条件和周围环境较复杂及工程影响重大时，深基坑工程的设计方案应委托市建委科学技术委员会组织专家评审或者经认可的其他评审委员会评审，经论证在技术经济上切实可行后方可施行。第六条建设工程相邻有多项建设工程相继施工时，各建设单位要采取措施，共同作好协调、配合工作，避免对相邻建设工程的影响和损失。后施工工程的建设单位或者工程总承包单位应当制定安全技术措施，并组织相邻建设工程的建设、设计、施工、监理等有关单位、专家共同参加的会议作审定。112基坑的类型根据不同的基坑深度、地质、环境与荷载情况采用不同的围护结构根据基坑支护结构周边环境条件基坑工程分为3级，基坑支护结构设计应根据工程情况选用相应的安全等级。当重要工程或支护结构做主体结构的一部分，或开挖深度大于10M，或与临近建筑物，重要设施的距离在开挖深度以内的基坑以及基坑开挖影响范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑属于一级基坑；当基坑开挖深度小于7M，且周围环境无特别要求时的基坑属于三级基坑；除一级和三级外的基坑属二级基坑。如果基坑周围已有的建筑、设施（如地铁、隧道、城市生命线工程等）有特殊要求时，尚应符合这些要求。基坑土方工程必须确保支护结构安全和周围环境安全。当设计有指标时，以设计要求为依据，如无设计指标时应按表11的规定执行。表11基坑变形的监控值（MM）基坑类别支护结构墙顶位移支护结构墙体最大位移地面最大沉降一级基坑305030二级基坑608060三级基坑80100100113基坑工程的特点基坑工程作为建筑工程的一部分，具有以下特点基坑工程作为建筑工程的一部分，具有以下特点1）基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性。基坑工程施工过程中应进行监测，并应有应急措施。在施工过程中一旦出现险情，需要及时抢救。2）基坑工程具有很强的区域性。如软粘土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很大。同一城市不同区域也有差异。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖都要因地制宜，根据本地情况进行，外地的经验可以借鉴，但不能简单搬用。3）基坑工程具有很强的个性。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质水文地质条件有关，还与基坑相邻建（构）筑物和地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性，以及周围场地条件等有关。有时保护相邻建（构）筑物和市政设施的安全是基坑工程设计与施工的关键。这就决定了基坑工程具有很强的个性。因此，对基坑工程进行分类、对支护结构允许变形规定统一标准都是比较困难的。4）基坑工程综合性强。基坑工程不仅需要岩土工程知识，也需要结构工程知识，需要土力学理论、测试技术、计算技术及施工机械、施工技术的综合。5）基坑工程具有较强的时空效应。基坑的深度和平面形状对基坑支护体系的稳定性和变形有较大影响。在基坑支护体系设计中要注意基坑工程的空间效应。土体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性，作用在支护结构上的土压力随时间变化。蠕变将使土体强度降低，土坡稳定性变小。所以对基坑工程的时间效应也必须给予充分的重视。6）基坑工程是系统工程。基坑工程主要包括支护体系设计和土方开挖两部分。土方开挖的施工组织是否合理将对支护体系是否成功具有重要作用。不合理的土方开挖、步骤和速度可能导致主体结构桩基变位、支护结构过大的变形，甚至引起支护体系失稳而导致破坏。同时在施工过程中，应加强监测，力求实行信息化施工。7）基坑工程具有环境效应。基坑开挖势必引起周围地基地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对周围建（构）筑物和地下管线产生影响，严重的将危及其正常使用或安全。大量土方外运也将对交通和弃土点环境产生影响。12基坑支护121基坑支护的概念中华人民共和国行业标准建筑基坑支护技术规程JGJ12099对基坑支护中华人民共和国行业标准建筑基坑支护技术规程JGJ12099对基坑支护的定义如下为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施（如图12）。JGJ12099对基坑侧壁安全等级级及重要性系数规定如下安全等级一级，重要性系数为110；安全等级二级，重要性系数为100；安全等级三级，重要性系数为009；基坑支护包括基坑支护体系和内支撑体系，在基坑开挖期间，地下水控制也属于基坑支护的一部分，地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水和回灌等型式单独或组合使用。图12基坑支护结构122基坑支护的类型基坑支护有很多种类型，根据原理和施工方法的不同，大致有放坡开挖、深层搅拌水泥土围护墙、高压旋喷桩、槽钢钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、土钉墙、SMW工法等。它们各有特点，分别适用于不同的环境和施工条件，设计时应根据工程的特殊性，具体分析，选择合适的支护类型。1、放坡开挖适用于周围开阔的场地，周围没有重要的建筑物，只要求稳定，严格控制位移要求，价钱最便宜，回填土方较大。2、深层搅拌水泥土围护墙这种支护结构防水性能好,可不设支撑,基坑能在开敞的条件下开挖。该结构形式采用深层搅拌机将土和水泥浆强行搅拌,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比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。水泥土围护墙的缺点首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时,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、高压旋喷桩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,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，挡土和止水，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。4、排桩支护。排桩包括钢板桩、钢筋混凝土板桩及钻孔灌注桩、人工挖孔桩等,其支护形式包括（1）柱列式排桩支护当边坡土质较好、地下水位较低时,可利用土拱作用,以稀疏的钻孔灌注桩或挖孔桩作为支护结构（2）连续排桩支护在软土中常不能形成土拱,支护桩应连续密排,并在桩间做树根桩或注浆防水也可以采用钢板桩、钢筋混凝土板桩密排。（3）组合式排桩支护在地下水位较高的软土地区,可采用钻孔灌注桩排桩与水泥搅拌桩防渗墙组合的形式。对于开挖深度小于6米的基坑,在无法采用重力式深层搅拌桩的情况下,可采用600MM密排钻孔桩,桩后用树根桩防护,也可采用打入预制混凝土板桩或钢板桩,板桩后注浆或加搅拌桩防渗,顶部设圈梁和支撑对于开挖深度为610米的基坑,常采用8001000MM的钻孔桩,后面加深层搅拌桩或注浆防水,并设置2（4）道支撑对于开挖深度大于10米的基坑,可采用地下连续墙加支撑的方法,也可采用8001000MM大直径钻孔桩加深层搅拌桩防水,设置多道支撑。钢板桩这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。其特点为槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用施工方便,工期短缺点不能挡水和土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施抗弯能力较弱,支护刚度小,开挖后变形较大。钢筋混凝土板桩优点具有施工简单、现场作业周期短等特点。缺点由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工厂预制,再运至工地,成本较灌注桩等略高。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。工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于组织、方便、工期短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,但是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。5、地下连续墙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，地下连续墙具有如下优点墙体刚度大、整体性好,因而结构和地基变形较小,可用于超深的支护结构适用于各种地质条件。特别是遇到砂卵石地层或要求进入风化岩层时,钢板桩难于施工,可采用地下连续墙支护可减少工程施工时对环境的影响。缺点周边环境要求较高，造价较高，施工要求专用设备。当在软土层中基坑开挖深度大于10米、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求较高时常采用地下连续墙作基坑的支护结构而且对废浆液难于处理。6、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上述围护墙不同,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。优点施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。7、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。123基坑支护的设计要求基坑支护应该满足两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态，对基坑支护来说就是支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用极限状态则是指支护结构的变形或是由于开挖引起周边土体产生的变形过大，影响正常使用，但未造成结构的失稳。因此，基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支护产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。因而，作为设计的计算理论，不但要能计算支护结构的稳定问题，还应计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关，这就是通常基坑规范中所谓的基坑安全等级的划分。一般最大水平位移在30MM内地面不致有明显的裂缝，当最大水平位移在4050MM内会有可见的地面裂缝，因此一般的基坑最大水平位移应控制不大于50MM为宜，否则会产生较明显的地面裂缝和沉降，感观上会产生不安全的感觉。124基坑支护形式的选取原则基坑支护选型对于基坑工程而言是十分重要的第一步。由于土力学的局限，我国现在的选型一般按照经验，大致方法如表12所示。一般当地质条件较好，周边环境要求较宽松时，可以采用柔性支护，如土钉墙等；当周边环境要求高时，应采用较刚性的支护型式，以控制水平位移，如排桩或地下连续墙等。同样，对于支撑的型式，当周边环境要求较高地质条件较差时，采用锚杆容易造成周边土体的扰动并影响周边环境的安全，应采用内支撑型式较好；当地质条件特别差，基坑深度较深，周边环境要求较高时，可采用地下连续墙加逆作法这种最强的支护型式。基坑支护最重要的是要保证周边环境的安全。表12基坑支护形式选取的影响因素形成安全、经济的支护体系技术合理施工可行保护化境经济指标支护结构的强度支护结构的变形支护结构的整体稳定性基坑渗流稳定性坑底隆起稳定性土方工程施工便利高速提供足够多的施工空间主体结构施工方便支护挡墙对周围环境的影响土方开挖对周围环境的影响降低地下水引起地表沉降支护总体造价工期125基坑支护结构内支撑体系通常的基坑支撑方式有三种，即锚杆支撑、钢管支撑和混凝土梁支撑，或这三种支撑方式的联合支护方式，这三种方式各有优缺点，见表13。表13支撑方式对比表支撑方式优点缺点锚杆支撑1供开阔的施工空间，提高挖土的机械程度和结构施工的效率与质量。2在平面尺寸很大的、岩面较高的基坑工程中，锚杆比内支撑节省工程量，对围护结构的变形控制有好处。3锚杆的设计拉力可直接在锁定时通过测试来获得，因此保证设计有足够的安全度。4锚杆可采用预加拉力，以控制挡土墙的变形。5锚杆在施工中，钻孔及灌浆都是用膨胀泥浆循环作业的，不会造成土体中水体的流失，而产生土体沉降。1锚杆施工会降低围护结构原有的防渗能力，锚头处的防水较困难。2锚杆将会延伸出基坑边界，需处理好与邻近业主的关系。3由于锚杆没法回收，因此消耗钢材较大。钢管支撑1钢管自身刚度大，对墙体的变形、强度都有利。减少大面积的节点处理。2确保围护结构的防水性能。3钢支撑可由施工单位回收作多次使用，节约钢材。4采用钢支撑，不受混凝土龄期影响，施工速度快。5可在支撑位置施加预应力，减轻支护结构的受力和位移。1由于支撑的阻碍，对基坑出土及主体结构的施工影响较大。2支撑的安装施工技术要求。混凝土梁支撑1钢筋混凝土抗压性能好。2减少大面积的节点处理。3确保围护结构的防水性能。1由于支撑的阻碍，对基坑出土及主体结构的施工影响较大。2受混凝土龄期影响，施工速度慢。3结构施工时需凿除混凝土。第2章基坑支护设计计算方法21作用于支护结构上的荷载211概述作用在支护结构上的荷载主要有1）土压力；2）水压力；3）影响区范围内建筑物、结构物荷载；4）施工荷载汽车、吊车及场地堆载等；5）若直呼作为主体结构的一部分时，应考虑地震力；6）温度影响和混凝土收缩引起的附加荷载。其中土压力和水压力是影响支护结构稳定的主要因素，所以在实际设计中，为了方便，对于一般的基坑支护设计只要考虑土压力和水压力即可。212土压力进行支护结构计算时，作用在支护结构与土体界面上的压力即为土压力。土压力的大小及其分布规律是同支护结构的是水平位移方向和大小、土的性质、支护结构物的刚度及高度等因素有关。土压力根据性质可以分为静土压力、主动土压力、被动土压力。1）静止土压力，若刚性挡墙保持原来位置静止不动，则作用在墙上的土压力称为静止土压力，挡墙厚的土处于弹性平衡状态。静止土压力可按下式计算2100IPHQK式中计算点处的静止土压力强度（）；0PKPA计算点以上第层土的重度（）；II3/MN计算点以上第层土的厚度（M）；IHI地面均布荷载（）；QKPA计算点处土的静止土压力系数，由试验确定。0K2）朗金主动土压力计算，当墙背是竖直、填土面是水平时，就可以应用土体于极限平衡状态时的最大和最小主应力间的关系来计算作用于墙背的主动土压力。朗金主动土压力计算公式砂性土2TAN45PZ22AK粘性土2TN45TAN452APZC23AAK式中主动土压力系数，；AK245TN2土的重度（）；3/MKN、土的内聚力（）及内摩擦角；CPA计算点距填土面的深度（M）。Z3）朗金被动土压力计算，同2），其被动土压力公式砂性土242TAN45PPZZK粘性土2TAN45TAN452PZC25PPKC式中245TAN2P213水压力作用在挡土结构上的荷载，除了土压力以外，还有地下水位以下的水压。计算水压力时，水的重度一般取W10KN/M3。水压力与地下水的补给数量、季节变化、施工开挖期间挡墙的水密度、入土深度、排水处理方法等因素有关。计算地下水位以下的水、土压力，一般采用“水土分算”和“水土合算”两种方法。对砂性土和粉土，可按水土分算原则进行，即分别计算土压力和水压力，然后两者相加。对粘性土可根据现场情况和工程经验，按水土分算或水土合算进行。1）水土压力分算法，利用有效应力原理计算土压力，水、土压力分开计算。这种方法概念比较明确，但在实际使用中还存在一些困难，有时较难于获得有效强度指标，因此在许多情况下采用总应力法计算土压力，再加上水压力，即总应力法262AAAWPHKC27PPPH式中土的浮重度；水的重度；W按土总应力强度指标计算的主动土压力系数，AK；245TN2按土总应力强度指标计算的被动土压力系数，P；245TAN2K按固结不排水确定的内摩擦角；按固结不排水确定的内聚力。C2）水土压力合算法，是采用土的饱和重度计算总的水、土压力，这是国内目前较为流行的方法，特别对粘性土积累了一定的经验，采用282ASTAAPHKC29PPSATP式中土的饱和重度，在地下水位以下可近似采用天然重度；SAT主动土压力系数，；AK245TAN2K被动土压力系数，；PTA按总应力法确定的固结不排水剪确定的土的内摩擦角；按总应力法确定的固结不排水剪确定的土的内聚力。C22基坑支护设计的计算方法221概述计算板桩墙的常用方法，主要有自由端支撑法静力平衡法、弹性线法、等值梁法，后来又提出1/2分割法，矩形荷载经验法，太沙基法，均适用于基坑围护结构计算。由于本工程拟采用排桩式围护，故主要介绍下面介绍板桩墙设计方法静力平衡法和等值梁法。222静力平衡法它假定支护结构是刚性的，随着板桩入土深度的不同，作用在不同深度上各点的净土压力的分布不同。当单位宽度板桩墙处于稳定，相应的板桩入土深度即为板桩保证其稳定性所需要的最小入土深度，可根据静力平衡条件即水平力平衡方程H0和对桩底截面的力矩平衡方程M0联解求得。图21为单撑锚支护结构的内力计算简图。整个支护结构是稳定的，故作用在挡土结构上的RA、EA、EP三力必须平衡。图中RA为支撑锚力；EA为主动土压力；EP为被动土压力；Q。为地面均布荷载。图21底部自由支承单撑锚支护结构计算根据力的平衡条件可以得到210EQAPR根据对支撑锚位置的力矩平衡条件可以得到211H由以上两个方程可以得到关于入土深度T的三次方程，当主、被动土压力都确定后，入土深度只随撑锚位置HO而改变，调整HO可以调整入土深度，关系是HO增大，T减小；反之增大。从而可以达到调整桩长的目的。同时桩中的最大弯矩也是HO的函数，当HO从小到大增大时，桩中的最大弯矩是先小后增大，它有一个最小值，取此值进行桩径设计可以使桩径最小。223等值梁法桩入坑底土内有弹性嵌固铰结与固定两种，当作一端弹性嵌固另一端简支的梁来研究。挡墙两侧作用着分布荷载，即主动土压力与被动土压力，如图21所示。在计算过程中所要求得出的仍是桩的入土深度、支撑反力及跨中最大弯矩。单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩如图22所示，若在得出此弯矩图前己知弯矩零点位置，并于弯矩零点处将梁即桩断开以简支计算，则不难看出所得该段的弯矩图将同整体梁计算时一样，此段梁段即称为整梁该段的等值梁。对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙其净土压力零点位置与弯矩零点位置很接近，因此可在压力零点处将板桩划开作为两个相联的简支梁来计算。这种简化计算就称为等值梁法，其计算步骤如下1）根据基坑深度、勘察资料等，计算主动土压力与被动压力，求出土压力零点B的位置，按式212计算B点至坑底的距离U值；图22等值梁法计算简图2）由等值梁AB根据平衡方程计算支撑反力RA及B点剪力Q2120HUAERA2130QB3由等值梁BG求算板桩的入土深度，取艺MC0，则214361XKRXAPB由上式求得215APBQX由上式求得X后，桩的最小入土深度可由下式求得216XUT0如土质差时，应乘系数，即21217021TT4由等值梁求算最大弯矩值。MAXM224M法弹性地基梁法中土对支挡结构的抗力地基反力用土弹簧来模拟，地基反力的大小与挡墙的变形有关，即地基反力由水平地基反力系数同该深度挡墙变形的乘积确定。按地基反力系数沿深度的分布不同形成几种不同的方法，图23给出了地基反力系数的五种分布图示，用下面的通式表达2180NHKAKZ图23地基反力系数分布图式中Z为地面或开挖面以下深度K为比例系数N为指数，反映地基反力系数随深度而变化的情况凡为地面或开挖面处土的地基反力系数，一般取为零。根据N值的取值而将采用图分布模式的计算方法分别称为张氏法、C法和M法。当N1时219KZKH此式表明水平地基反力系数沿深度按线性规律增大，由于我国以往应用此种分布图示时，用M表示比例系数，即，故通称M法。ZH一般的工业民用建筑的M值的取值按建筑桩基技术规范JGJ9494中的规定，如表21表21地基土的比例系数MMN/M4工民建基础设计采用预制桩、钢桩灌注桩地基土类别M相应单桩在地面水平处位移MMM相应单桩在地面水平处位移MM淤泥、淤泥质土饱和湿陷性黄土2045102560612流流塑ILL、软塑075IL1，状粘土，E09粉土、松散粉细砂；松散、稍密填土4560106014048可塑025IL075状粘性土,E0709粉土，湿陷性黄土,稍密，中密填土，稍密细砂601001014035036硬塑0IL025、坚硬IL0状粘性土、湿陷性黄土，E07粉土，中密的中粗砂，密实老填土1002201035010025中密、密实的砾砂,碎石类土100300153注1当桩顶水平位移大于表列数值或当灌注桩配筋率较高065时，M值应适当降低，当预制桩的水平位移小于10MM时，M值适当提高；2当水平荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列值M乘以04降低使用；3当地基为可液化土时，应将表列数值M乘以建筑桩基技术规范JGJ9494中5212系数中L。目前在许多地方对M值的取值也积累了一定的经验，可在围护结构的初步设计时采用，如上海地区，无当地经验，可根据现场土的C、值按下式估算M值220201Y式中Y为基坑底面位移量估算值，可取2040MM。本次设计使用同济大学启明星软件进行M法的计算设计，如图24图24同济启明星深基坑计算M值23基坑稳定性验算基坑稳定性验算主要包括管涌验算、基坑抗倾覆验算、坑底抗隆起验算和滑移验算。1）管涌管涌主要是自于水头差所引起的，当排桩或地下连续墙插入透水性和粘聚力均小的饱和土中如粉砂、淤泥等施工时采用坑内明沟排水时，常有可能发生管涌或流砂现象。一般基坑开挖后基坑内排水，地下水形成水头差H，如图25，当地下水由高处向低处渗流，坑底下的土浸泡在水中，其有效重度为浮重度；当地下水向上渗流力动水压力JY时，土粒则处于浮动状态，在坑底产生管涌现象要避免管涌现象出现图25基坑抗管涌计算示意图则要求221KJ或22251J其中223WWTHIJ2式中抗管涌安全系数，一般取1520；K土的浮重度；土的重度；地下水重度；W最大渗流力（动水压力）；J水头梯度；I排桩或地下连续墙的入土深度；T地下水位至坑底的距离（即地下水形成的水头差）；H不发生管涌的条件为224512WHTK或225T或2262HTW即板桩入土深度如满足上述条件，即不发生管涌。若坑底以上的土层为松散填土、多裂隙土层等透水性强的土层，则地下水流经此层的水头损失很小，可忽略不计，此时不产生管涌的条件为2272WKHT或228WHT在确定排桩入土深度时，也应符合以上条件。2）基坑抗倾覆验算为了保证深基坑开挖安全和基坑周围土体的稳定，排桩与地下连续墙支护必须有一定的坑底深度。结合本次设计工程实例，只选择单支撑支护结构进行介绍。如图26对于仅设单锚点或单支撑的排桩或地下连续墙的最小插入坑底深度，由静力平衡条件按下式求得2290N0PAER230M12LP式中锚杆（或支撑）承载力；RA被动土压力合力EP至支撑的距离，即L2H12/3T；2L主动土压力合力E至支撑的距离；1同样，为了安全，实际插入深度。T21图26基坑抗倾覆验算示意图3）坑底抗隆起验算当基坑底为软土时，应按以下两种条件验算坑底土涌起稳定性。因基坑外的荷载及由于土方开挖造成的基坑内外的压差，使支护桩端以下土体向上涌土，可按式231和图27左图进行验算。231QTHNOCD式中承载力系数，514；CNC由十字板试验确定的总强度；0土的重度，；3/MKN入土深度部土隆起抗力分项系数，；D41支护结构入土深度，；T基坑开挖深度，；HM地面荷载，。QKPA图27坑底抗隆起验算示意图考虑支护墙弯曲抗力作用的基坑底土体向上涌起，可按式232和图27右图进行验算。（22/0THQDMPH32）式中基坑底部处支护桩、横墙截面抗弯弯矩标准值，MPMKN基坑底部处土隆起抗力分项系数，13。HH4）滑移验算在重力式挡土墙设计中，抗滑移是一个很重要的方面。滑移是指由于墙体受到的主动土压力值大于墙体的抗滑总阻力，使墙体延墙底平面水平运动，如图28。图28抗滑移验算示意图抗滑总阻力（2WFEIXRAKH308133）主动土压力值（2245TAN22EA34）其中单桩水平承载力设计值；HR挡土墙抗滑移的摩擦阻力；K桩身变形系数；桩顶水平位移容许值；AX挡土墙的自重；W挡土墙底板与基土粘土摩擦系数F得抗滑移安全系数（235）AERK/第3章基坑工程支护设计实例方案31工程概况311一般概况1）项目名称陈富路商办地块项目2）项目地点上海市宝山区陆翔路312结构概况1）结构概况1620层商办楼及附属裙房、整体1层地下室（机械停车库）2）基坑规模基坑东西向宽142M179M、南北向长312M，基坑面积约51750M2、围护挡土墙周圈约988延长米。3）基坑挖深本工程室内外高差030M，目前场地内平均绝对标高为400M。底板厚050M150M，砼垫层考虑厚100MM，经推算基坑实际开挖深度如下A）主要区域挖深620M；B）下沉式广场区域挖深825M；C）商铺区域挖深925M。32工程周边环境321建筑环境A工程北侧和绿化道相邻，基坑开挖面距用地红线约936M。绿化带外为河道。B工程西侧和已建住宅楼相邻，基坑开挖面距用地红线约595M，距离已建33层住宅约257M。C工程东侧和陆翔路相邻，基坑开挖面距离用地红线约448M1405M，陆翔路下为在建轨道交通7号线，基坑开挖面距离7号线地铁车站约905M1137M、距离7号线区间隧道约228M323M。D工程南侧和规划锦泊湖路相邻，距离用地红线约434607M，红线外为规划路。322建筑环境本基坑大部分挖深620M，按照上海市标准基坑工程设计规程DBJ086197中相关规定，大部分区域可评为三级基坑，下沉式广场及商铺为二级基坑。东侧陆翔路及其下轨道交通7号线地铁设施为本基坑工程重点环境保护对象。表31场地土层分布及参数表土层编号土层名称重度KN/M3CKPA渗透系数CM/S杂填土1810101粉质粘土191829134E072粉质粘土1811523386E07淤泥质粉质粘07淤泥质粘土16910512376E071粉质粘土19617452粉质粘土19517549注C、均为勘察报告所提供的基坑支护设计参数（直剪固快峰值）；33设计思路1）本基坑大部分开挖深度为620M，平面大体接近矩形，平面最大尺寸312M179M、面积巨大。宜采用中心岛开挖方式进行开挖。东侧陆翔路下地铁设施及其下可能有的市政管线需保护，为本工程重点环境保护对象；2）本工程西、南两侧基坑开挖面距离用地红线距离较近。3）本工程西南角有深基坑，需要具体处理。【AA剖面】（北侧、西侧、东侧）采用47米宽重力式水泥土搅拌桩坝体作为挡土止水结构，基坑支护结构桩长1584米。第4章工程实例基坑支护方案的计算书41等值梁法手算1）根据工程概况绘制计算简图，如图41。其中开挖深度为62M,地表超载为20KN/M。支撑位置为桩顶以下145M，设支撑处位置为Q。桩底位置设为H点，距开挖面距离为14XM。图41灌注桩计算简图2）计算各土层主被动土压力系数，如表42。表41各土层参数KN/MCKPA层厚度M杂填土1810102351粉质粘土191829092粉质粘土1811523095淤泥质粉质粘土1731451334淤泥质粘土16910512981粉质粘土19617452粉质粘土19517549表42各土层主被动压力系数2TAN4K2TAN4PK杂填土070411粉质粘土052792粉质粘土05888淤泥质粉质粘土0599516680淤泥质粘土06917144571粉质粘土05475182632粉质粘土3）计算各层控制点主被动土压力强度。因为该工程处于上海地区，所以可以使用水土合算法（详见第二章）进行计算，在计算过程中，对于地下水位以下的土层，可以用土的天然重度代替其饱和重度。表43各土层主被动压力计算位置土压力类型2EHQKCKPAA主动20070412100839127上主动1805200704121008391364B下主动1805200704121008391364上主动182352007041210083912708C下主动18235200527922907266925上主动182351909200527922907266023D下主动1823519092005888223076731145上主动1823519091810952005888223076732158E下主动1823519091810952005995213077433778F上主动18235190918109517322005995213077435852上被动18235190918109517322005995213077430下主动213129155852下被动182351909181095173342005995213077433358上主动1731416680213129157304上被动182351909181095173342006917212083177398下主动1731414457212120248754G下被动18235190918109517334169982006917212083176387上主动182351909181095173341699820069172120831719158上被动1731416998144572121202428132下主动182351909181095173341699820054752450739910085H下被动17314169981826324513514440554）由上述计算结果画出主被动土压力分布图图42和净土压力分布图（图43）图42主被动土压力分布图5）计算各段净土压力合力，如表43并绘制等值梁受力图，