超高层建筑深基坑支护设计施工探讨

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深基坑支护设计与施工是当前城市高层、超高层建筑突显的技术难题。通过工程实例，从设计方案的选择到施工、监测，提供了有益的经验。

1工程概况

.-物业经理人

福州平安大厦系一座31层商住楼，高度115m，占地面积4614㎡，总建筑面积37355㎡.设地下室3层，基坑平面尺寸56.6m×36.5m，自然地面标高-1.65m，坑底标高-11.70m，开挖深度10.05m，土方开挖工作量约21000m3.

2地质条件

拟建场地处于福州盆地中部，上部覆盖层为海陆相冲积形成的砂性土，基底为燕山期中粗粒花岗岩。

在基坑支护桩埋深范围内，自上而下垂直分布地层为：杂填土，灰黑色，松散，夹碎石块，厚度1.5～3.6m；粘土，黄绿色，可塑，厚度2～3m，容重γ=18.30kN/m3，内聚力C=50.66kPa，内摩擦角φ=14.19°；淤泥，深灰色，流塑（天然含水量55.8%～74.2%），厚度5.7～10.1m，γ=18.10kN/m3，C=7.92kPa，φ=4.95°；粉质粘土，褐黄色，可塑，厚度1.4～5.7m，γ=17.50kN/m3，C=19.90kPa，φ=9.51°；含泥中细砂，灰白色，中密，粒径0.10～0.25mm，含泥量15%～20%，厚度2.7～10.4m.

水文地质情况：地下水位在自然地面下0.6～1.7m，场地内除淤泥、粘土层顶上贮有上层滞水外，还有埋藏于粘土层下中细砂至碎卵石的多层承压水。对本工程而言，关键是要隔断来自于含泥中细砂的承压水（第一含水层）。经现场抽水试验，此含水层渗透系数k=1.62m/d；单孔涌水量q=11.48m3/d；影响半径R=96.5m.

3支护结构设计

基坑支护结构一般由垂直挡土结构和水平支撑结构组成，设计方案必须满足以下2方面要求：保证边坡稳定及周围建筑物、地下管线设施安全，不得引起拟建物正面五一路主干道开裂，影响市区交通；确保基坑开挖顺利进行，并提供足够的地下室施工作业空间。

根据上述要求，业主邀请了有关专家多次研讨，经可行性论证、方案比较，最后确定方案如下。

3.1以钻孔灌注桩作为基坑的挡土结构，高压旋喷桩形成止水帷幕（如图1所示）

图1深基坑支护桩平面布置图

首先依据开挖各土层的的γ、C．φ值，当把挡土桩视为弹性地基上的竖直构件，基坑开挖面以下的土体视为直线变形体时，采用库仑郎肯公式计算坑外侧土压力，然后考虑基坑面积、开挖深度、施工条件等综合因素确定。本工程钻孔挡土桩直径800mm，桩长23m，桩端落在含泥中细砂层上，沿封口环梁中轴线布置，混凝土强度等级C25，配筋率0.8%，数量177根。

止水帷幕旋喷桩沿2根钻孔挡土桩外切圆密布，计算桩径500mm，桩长15m（阻隔上层滞水及第一含水层），水泥置换率18%～22%，数量179根。

3.2水平支撑结构由2层椭圆环形钢筋混凝土梁和14根格构式钢架竖向支柱组成（如图2所示）

图2支护结构剖面图

第一道水平支撑梁面标高-3.35m，断面尺寸1000mm×800mm；第二道水平支撑梁面标高-7.75m，断面尺寸1200mm×800mm.

设计采用双层椭圆环梁及其临时钢架立柱与钻孔挡土桩及其桩顶封口梁共同作用形成一个空间结构来承受基坑开挖后侧向土压力、水压力和附加压力。两相交的双椭圆梁水平支撑见图3，在基坑四周共形成了6个拱圈。众所周知，拱圈结构承受水平推力后产生的内应力较小，并使水平支撑构件完全处于受压应力状态，有利于抵抗基坑外侧压力。相交双椭圆水平支撑结构除了受力状态最佳外，还有一个优点，就是基坑左右两半形成无任何障碍物的宽阔空间，极有利于机械挖土及构筑地下室时装模、布筋、浇注混凝土作业。

图3第一道平面支撑结构图

经计算水平支撑椭圆环梁混凝土强度等级为C25，其配筋计算可采用PK程序、TBSA程序计算叠加，配筋率0.7%，箍筋按构造要求设置。

4支护结构施工与土方开挖

4.1钻孔挡土桩施工

钻孔灌注桩作为挡土桩使用，施工时需注意：（1）桩孔施工顺序应按同一轴线5孔为一小组，3小组为一大组，跳隔循环施工，以避免已灌注的桩身混凝土受到破坏。（2）桩孔垂直度要求要比工程桩更严，一般≤0.5%L（L为桩长）。否则，同一编组最后一根桩难以施工到位，影响质量。（3）钢筋笼投放埋设要准确，受拉、受压区密布弧段欲放置于基坑内外侧方向，这样才能发挥钢筋在混凝土构件中作用。

4.2旋喷止水帷幕桩施工

按设计要求，本工程旋喷止水帷幕桩选用单层管法施工，喷浆压力12～18MPa，喷管提升速度15～20cm/min，浆液水灰比1，水泥置换率≮15%.

4.3封口梁、上下椭圆水平支撑环梁施工

（1）挡土桩顶封口梁及第一层（上层）椭圆水平支撑环梁先行施工。工艺流程是：定位放线→模板工程→钢筋工程→混凝土工程。对拱圈与封口梁、角撑、立柱等交汇节点处，均应采取加强措施，确保安全。

（2）根据先支撑后开挖原则，当土方开挖至-7.75m标高时，停止挖土作业，按第一道水平支撑环梁施工方法施工第二道（下层）椭圆水平支撑环梁。

4.4基坑土方开挖

依施工组织设计，本基坑工程土方开挖分3个阶段进行。第一阶段，从自然地面标高-1.65m挖至-3.35m，挖深1.70m（该标高以上土体用M10水泥砂浆砌筑240mm厚砖墙挡土），然后凿去挡土桩顶疏松混凝土，施工桩顶封口梁及第一道椭圆水平支撑环梁。第二阶段，待第一道水平支撑环梁混凝土强度达到设计值后，继续开挖至-7.75m，挖深4.40m，施工第二道水平支撑环梁。第三阶段，待第二道水平支撑环梁混凝土强度达到设计值后，继续挖土至-11.70m，挖深3.95m.最后一次开挖局部深度到达基底标高后，要随挖随即浇捣300mm厚

C15毛石混凝土垫层，并使封底混凝土紧抵挡土桩。

4.5土方开挖的注意事项

（1）采用机械开挖，注意防止挖掘机铲斗碰撞损坏工程桩及临时支柱。

（2）在土方开挖过程中，自始至终要做好排水、疏水、截水、降水工作。

（3）每日挖出的弃土，应当班运走，严禁基坑四周堆土过量（堆土高度≯1m），否则会增加挡土桩的附加荷载。

（4）-10.70m以下部分土体要采用人工挖掘及修整。承台施工应逐个进行，土方挖好后即刻浇捣钢筋混凝土，避免大面积开挖或基坑长时间暴露。

5施工监测

由于影响基坑工程安全的不确定因素甚多，故需采取信息化施工，对基坑施工全过程进行监测。

（1）根据埋设于挡土桩顶封口梁上10个位移观测点监测，挡土桩向基坑内侧方向最大水平位移S=34mm≤40mm，满足一级安全等级的支护要求。

（2）经椭圆环梁预埋钢筋应力计测定，拱圈水平支撑构件均处于受压状态，压应力不大。

（3）开挖基坑底部未出现土体变形与隆起。

（4）基坑开挖作业自1997年12月8日开始至1998年3月29日结束，累计112天（含春节放假15天），正面五一路市区交通干道及地下管线未发现异常情况，周围建筑物正常使用。

6技术经济效果

（1）该基坑支护结构工程总造价320万元，按支护延长米计算17390元/m，按支护面积计1549元/㎡，按支护空间体积计153元/m3，比预算造价节约18.5%，效益可观。

（2）本工程采用钻孔挡土桩、高压旋喷止水帷幕、双层椭圆环梁水平支撑的支护结构体系，技术先进，安全适用，经济合理。

（3）水平支撑拱圈结构受力佳，空间大，极利于多层地下室施工，为类似深基坑施工提供了有益的经验。

篇2：建筑基坑支护专项安全施工组织设计(方案)

建筑基坑支护专项安全施工组织设计（方案）

按照JGJ59-99《建筑施工安全检查标准》规定，施工现场进行基础施工作业，当基坑深在5m以内时，应当编制安全施工方案；当基坑深度超过5m时，应当编制专项安全施工组织设计。编制的专项安全施工组织设计（或方案）要以施工图和施工现场的地质勘探报告为依据进行专项支护设计，并根据施工现场及其周边环境以及施工的季节性因素等情况制定周密、详细的防护要求以及相应的安全施工技术措施。

1、现场勘测

现场勘测包括测绘现场的地形、地貌，工程的定位、现场生产、生活临设建筑物及作业通道的位置，地下管、线及障碍物的分布，现场周边的环境等。

2、安全边坡及基坑支护结构形式的选择与设计。

基坑支护结构形式主要是根据现场的地质资料，基坑的深浅，采用的施工方法，作业场地的周边环境等决定安全边坡或基坑支护的结构形式.根据选定的基坑支护结构形式对锚固桩的布置、入土深度及其主要的各项施工参数，内支撑的形式及材料的选用，每节护壁的高度，桩与支撑的联接，土、桩、内支撑共同工作的问题等进行设计和计算,并对作业时应遵守的时间和施工顺序，基坑的排水措施等作出明确的规定。

3、基坑支护变形的监测措施

基坑支护变形的监测措施是指在基础施工过程中,应有对挡土结构位移、支撑锚固系统应力、支护系统的变形及位移、边坡的稳定，基坑周围建筑的变化、排水设计的变化等进行严密监测的措施，主要包括：监测点的设置和保护，监测的方式、内容及时间，监测的记录，监测记录的分析、处理等内容。

4、防止毗邻建筑物和邻近道路等沉降的措施

基坑支护专项安全施工组织设计应当根据基坑的施工方法和开挖深度对周边建筑物地基持力层的影响，编制防止毗邻建筑物和邻近道路及重要管线沉降的具体措施，主要包括：观测点的设置，对毗邻的建筑物和邻近道路及重要管线等设施进行沉降观测及变形测量的方式及时间，监测的记录，监测记录的分析、处理等内容。

5、基础施工的安全技术措施

编制基础施工的安全技术措施要和现场的实际情况相适应，其主要是：临近防护的设置，作业人员上、下基坑专用通道的设置，夜间作业的照明配备，采用机械开挖土方时使用土石方机械的问题，人工挖土的作业安全，立体交叉作业的隔离防护问题,冬、雨季施工的安全技术措施等。的位置，地下管、线及障碍物的分布，现场周边的环境等。

6、绘制有关基坑支护设计的施工图纸

主要有基坑支护施工总平面图和施工图、锚桩布置平面图和立面图、支撑系统的平面图和立面图以及关键部位的细部构造节点详图等图纸。

7、有关人工挖孔桩施工的安全技术措施

人工挖孔桩安全施工组织设计中的安全技术措施，应针对人工挖孔桩施工的特点编制，其重点有：

（1）孔井护壁方案及井口围护措施。

（2）施工现场的围挡及有关的防护措施。

（3）安全用电的措施，应当符合安全用电规范的规定；

（4）深井挖孔时，保证井下通风的措施，以确保向井下作业人员供给新鲜空气并保护井下通风良好；

（5）要勘察并排除作业区域内的有毒有害气体。作业区域有腐植土、杂植土层时，应有防沼气、瓦斯等有毒气体伤害的措施，并配备有相应的技术手段；

（6）作业人员应严格遵守安全生产纪律和安全技术规程；

（7）应有监测孔井土壁稳定的措施。

篇3：专业性较强危险性较大工程专项安全施工设计:基坑支护

专业性较强、危险性较大工程专项安全施工设计：基坑支护

（一）、基坑支护设计和施工方案

⑴、基坑支护设计：

1、工程概况：

本工程的基坑深度，即场地表面至基坑底面的深度为3.5m，根据地质斟察资料报告得知：基坑的上表层土质为杂填土，中、下层为粘性土，有少量的地下水。本基础土方采用机械在坑底开挖，配以人工修整的施工方法。

2、选择支护型式：

依据以上已知条件和场地周围的环境情况，本工程的支护结构型式选用水泥土墙的方式进行基坑的支护。

3、确定基坑侧壁重要性系数（r0）：

经初步分析，如果支护结构破坏、土体失稳或过大变形则对基坑周边环境及地下结构施工影响一般，所以安全等级设定为二级，那么，基坑侧壁重要性系数r0=1.00。

4、水泥土墙嵌固深度（hd）的计算：

嵌固深度设计值按下式确定：

hd=1.1h0

由于h0=n0.h

式中n0嵌固深度系数取0.3

已知h=5.5m则：h0=n0.h=0.3×5.5=1.65m

那么，hd=1.1h0=1.1×1.65=1.82m

因为hd0.4h

1.82m0.4×5.5m

1.82m2.2m

所以hd取2.2m（依据JGJ120-99之5.1.3条规定）

5、水泥土墙的墙体厚度（b）计算：

因为水泥土墙底部位于粘性土层中，所以墙体厚度设计值按下列经验公式确定：

b≥√2（1.2r0.ha.∑Eai-hp∑Epj）/rcs（h+hd）

≥√2(1.3×1×2×8270-1.5×5820)/2400×(5.5+2.2)

≥2.1m

因为：b0.4h

2.1m2.2m

所以：b取2.2m（依据JGJ120-99之5.2.1条规定）

6、正截面承载力验算：

①压应力验算：

验算公式：1.25r0.rcs.z+M/W≤fcs

式中：M=1.25r0.MC

=1.25×1×8250

=10000N.m

查《简明建筑结构设计手册》得：

W=8000N/mm2

代入验算公式：得

1.25×1×2400×2.5+10000/8000≤150

即：120N/mm2≤150N/mm2满足要求。

②拉应力验算：

验算公式：

M/W-rcs.z≤0.06fcs

即：10000/8000-2400×2.5≤0.06×150

得：8.5≤9满足要求。

7、结论：

本工程基坑采用水泥土墙支护型式，墙厚度设计为2.2m，嵌固深度设计为2.2m，经计算此支护方法能使基坑土壁安全，在外力（荷载）的作用下不会产生裂缝、变形和塌方。

8、水泥土墙的构造要求：

①、本工程的水泥土墙采用格栅布置，水泥土的置换率为0.65，格栅长宽比为1.5。

②、水泥土桩与桩之间的有效搭接宽度为200mm。

③、万一变形不能满足要求时，则采用基坑内侧土体加固或水泥土墙插筋加混凝土面板及加大嵌固深度等措施。

9、水泥土墙的技术措施：

①、水泥土墙应采取切割搭接法施工。应在前桩水泥土尚未固化时进行后序搭接桩施工。施工开始和结束的头尾搭接处，应采取加强措施，消除搭接沟缝。

②、深层搅拌水泥土墙施工前，应进行成桩工艺及水泥掺入量或水泥浆的配合比试验，以确定相应的水泥掺入比或水泥浆水灰比，浆喷深层搅

③、拌的水泥掺入量宜为被加固土重度的15％-18％；粉喷深层搅拌的水泥掺入量宜为被加固土重度的13％-16％。

④、高压喷射注浆施工前，应通过试喷试验，确定不同土层旋喷固结体的最小直径、高压喷射施工技术参数等。高压喷射水泥水灰比宜为1.0-1.5。

⑤、深层搅拌桩和高压喷射桩水泥土墙的桩位偏差不应大于50mm，垂直度偏差不宜大于0.5％。

⑥、当设置插筋时桩身插筋应在桩顶搅拌完成后及时进行。插筋材料、插入长度和出露长度等均应按构造要求确定。

⑦、高压喷射注浆应按试喷确定的技术参数施工，切割搭接宽度应符合下列规定：

A、旋喷固结体不宜小于150mm；

B、摆喷固结体不宜小于150mm；

C、定喷固结体不宜小于200mm。

D、水泥土桩应在施工后一周内进行开挖检查或采用钻孔取芯等手段检查成桩质量，若不符合设计要求应及时调整施工工艺。

E、水泥土墙应在设计开挖龄期采用钻芯法检测墙身完整性，钻芯数量不宜少于总桩数的2％，且不应少于5根；并应根据设计要求取样进行单轴抗压强度试验。

10、基坑施工的安全技术要求：

①、基坑施工时，坑边堆土的高度不得超过1.5m，堆土距离基边应大于1.2m。多台机械同时开挖时，机械间的间距应有10m。

②、应从上而下分层进行，禁止采用挖空底脚的操作方法。在沟、坑边堆放泥土、材料至少要距边沿1.2m以上，高度不超过1.5m。

③、人工修整土方时，作业人员的横向间距应大于2m，纵向间距应大于3m。应设置人员上、下的专用通道并有防滑措施。

④、开挖深度超过2m时，基坑临边应有防护栏杆。阴天光线不足时或夜间加班应设置足够的照明。

⑤、基坑边界周围地面应设排水沟，且应避免漏水、渗水进入坑内。基坑周边严禁超堆负荷。软土基坑必须分层均衡开挖，层高不宜超过1m。

⑥、基坑开挖过程中，应采取措施防止碰撞支护结构、工程桩或扰动基底原状土。

⑦、发生异常情况时，应立即停止挖土，并应立即查清原因和采取措施，方能继续挖土。

⑧、开挖至坑底标高后坑底应及时满封闭并进行基础工程施工。

⑨、基坑土方开挖过程中及基础施工过程中，应对支护结构、周围建筑物、地下管线和土体等进行监控并做好记录。

篇4：专业性较强危险性较大工程专项安全施工设计之基坑支护2

专业性较强、危险性较大工程专项安全施工设计之基坑支护2

⑵、基坑支护施工方案

本工程为七层框架结构的商住楼，底层层高为4.6m，标准层为2.8m。基础为独立基础，基底设计标高为－4.800m，基坑（槽）实际深度为4.2m（场地表面至基底深度）。从地质勘察资料得知：基坑（槽）上层土质为回填土，中层为亚粘土，下层为硬黄土，采用机械在基底开挖（人工修整），查表放坡系数为1：0.25。土方大部份外运，小部份堆放在距离基坑（槽）边2.5m以外的空地上。安全技术措施如下：

1、基础土方开挖采用机械开挖，人工修整，操作时应注意观察基坑土质变化情况，有否崩裂危险或滑坡现象，如有发现异常应暂停施工，人员撤至安全地带，险情排除后方可继续施工。

2、基坑边角及余土由人工修整及清理，作业时应注意两人间距应大于2.5m。挖土顺序为由上至下，分层开挖，禁止底脚掏空挖土。上下基坑采用专设的木梯上下。

3、除施工人员及现场指挥人员外，其他人不得随意进入施工现场，施工人员应自觉遵守安全法规，不得嘻闹或酒后上班作业，如因作业必须临时拆除或变动安全防护设施时，必须经施工负责人同意，并采取相应的措施，作业完后应立即恢复。

4、基础施工应做好排水作业，在同一边挖一条排水沟，隔10m设置1个集水坑，下雨或地下水位高时将水抽掉，防止基坑边坡被水泡软而造成塌方事故，抽水设备必须配备漏电保护器及保护接零

5、根据现场施工条件，在两条基坑中间搭设好临时脚手架，架板搁置应牢固稳定，不得搁置在松土层上；跳板上积土要及时清理，水平坡度不大于5％并设有护栏。

6、材料堆放应距基坑（槽）边缘2.5m以外，各种施工机械之间应有一定的安全距离，机械操应持证上岗，土方开挖应由专业队伍承担施工。

7、如果夜间加班，应根据需要提供足够的照明设施，线路架设应符合规范要求，架空线路最低处与地面的垂直距离在机动车道处不得低于6m，在非机动车道处不得低于4m，在危险地段应设置红灯警示和警示牌。

8、在距离基坑（槽）边1.5m处，四周用脚手架钢管埋地深50cm作立杆，立杆间距为2m，水平横杆设三道：18cm高设一道，60cm高设一道，110cm高再设一道，外围用密目式安全立网封闭，以防止小物体等掉入基坑（槽）内伤人。

9、在休息时或一个班工作完毕之后，不