支护结构设计及施工样本

普通设设计某些

1工程地质及水文地质资料

1.1工程概况及工程地质

1.1.1工程地质

南京地铁珠江路综合楼工程位于中山路吉兆营路路口东南角，占地面积南北

长约70m,东西宽约50m。综合楼主楼26层，高约100m,采用钢构造体系；裙楼

高6层，采用框架构造体系。综合楼设三层地下室，基坑开挖深度分为17.86m。

本工程地质条件与珠江路车站北段基本类似，地面实测标高在10.46m左右。建

址范畴内自上向下土层构成分别为：

(1)①杂填土：褐黄色，松散〜稍密，由碎砖、碎石及粉质粘土混填；

(2)①・2b2-3素填土：褐黄〜褐灰色，软〜可塑，重要由粉质粘土填积，夹少

量碎砖；

(3)②・lb3粉质粘土：灰黄〜褐灰色，软塑，局部夹粉土；

(4)②・2b3-4粉质粘土：灰色，软〜流塑，夹淤泥质粘土；

(5)③粉质粘土：灰黄〜绿灰色，可〜硬塑；

(6)③・l・lb2粉质粘土：灰黄〜褐黄色，可塑；

(7)③・l・2b3-4粉质粘土：褐黄〜褐灰，软〜流塑；

(8)③・2-lb2-3粉质粘土：褐黄〜褐灰.可〜软塑；

(9)③・2-2b3-4粉质粘土：褐灰〜灰色，软〜流塑，夹薄层粉砂；

(10)③・3-lb2粉质粘土：褐灰〜灰色，可塑；

(11)③-3・2b2粉质粘二：灰黄〜绿灰色，可塑，夹少量粉细砂及卵砾石；

(12)③・3・3d2中粗砂：灰〜灰黄色，中密，局某些布；

(13)③-4e粉质粘土混粗砂卵砾石：灰黄色〜紫红色，可塑，卵砾石含量普通为5〜

30%,粒径1〜8cm,局部含量达60%,粒径不不大于10cm。

1.1.2水文地质

场区内地下水重要为浅层孔隙潜水和微承压水。浅层孔隙潜水直接由大气降

水和地表水渗入补给，地下水位埋深约1.0〜1.4米。咱们取地下水位为1米，高程

为9.46米。

深层微承压水重要分布在第③・3・3d2层2.0m厚粗砂混砾石土层中，地下水位埋

深约32m左右。该层地下水补给来源和径流条件较复杂。

场地内水渗入性较差，在4.5m厚第③・1・2b3-4层粉质粘土(夹薄层状粉砂)中,

水平渗入系数为12.1X10-7cm/s,垂直渗入系数为59X10-7cm/s,此层降水后

可较大幅度提高土体强度，减少基坑位移。

1.2工程周边环境

依照《基坑工程手册》，在大中都市建筑物稠密地区进行基坑工程施工，宜对

下述内容进行调查：

(1)周边建(构)筑物分布，及其与基坑边线距离，

(2)周边建(构)筑物上部构造型式、基本构造及埋深、有无桩基和对沉降差别敏

感限度，需要时要收集和参阅关于设计图纸，

(3)周边建筑物与否屈于历史文物或近代先进建筑，或对使用有待殊严格规定;

(4)如周边建(构)筑物在基坑开挖之前己经存在倾斜、裂缝、使用不正常等状况

通过拍片、绘图等手段收集关于资料。必要时要请有资质单位事先进行分析鉴定。

本工程建址为一块已拆迁空地，南侧为同仁大厦附属建筑，该建筑构造为6层

钢筋混凝土框架构造，其地下室边墙距离车站东边墙约8m,基本为30m深450X

450静压预制桩。东侧为同仁宾馆，该建筑为7层框架构造，片筏基本，柱下450

X450静压预制桩，深度24m。

在吉兆营路北侧，有二幢省电力建设公司砖混构造多层房屋，其中一幢为7层,

1幢为4层，均为条形基本，构造较差。两幢建筑距基坑北边线12.5m。

中山路下有若干地下市政管线，与本工程关系密切是下水1050、电力380V和

电信排管，这些管线由于地铁施工需要当前正在搬迁中。

吉兆营路当前正在拓宽，抵作为中山路翻交后非机动车绕行道路。

因而，地面超载取为20o

2设计根据和设计原则

2.1基坑工程设计根据

1)《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)

2)《混凝土构造设计规范》(GB50010—)

3)《地基与基本工程施工及验收规范》(GBJ202—83)

4)《建筑地基解决技术规范》(JGJ79-)

5)《地基解决技术规范》(DBJ08—40—94)

6)《地铁基本工程施工规程》(SZ—08—)

7)《基坑工程设计规程》(DBJ08—6L97)

8)《简要深基坑工程设计施工手册》

9)《基坑工程手册》

2.2基坑工程级别拟定

在基坑方案总体设计中，必要依照周边环境规定、工程功能规定等制定出安全

而合理设计原则。

按深基坑工程己有■工程经验，依照周边环保规定，将基坑变形控制原则分为

四个级别如下表2T

地面最大沉降量及围护墙水平移

保护级别控制规定环保规定

离基坑10m,周边有地铁，

1.地面最大沉降量WO.1%H；共同沟、煤气管、大型压力

2.围护墙最大水平位移WO.14%H；总水管等重要建筑及设施

特级3.K22.2必要保证安全

3.K22.2

1.地面最大沉降量W0.2%H；

2.围护增最大水平位移WO.3H；离基坑周边H范畴内设有

3.K22.0重要干线、水管、大型在使

一级3.K22.()用构筑物、建筑物

1.地面最大沉降量£0.5%11；

2.围护墙最大水平位移WO.7%H；在基坑周边H范畴内设有

3.K21.5较重要支线管线和普通建

二级3.K21.5筑、设施

1.地面最大沉降量W1%H；

2.围护墙最大水平位移W1.4%H；在基坑周边30nl范畴内设

3.K21.2有需保护建筑设施和管线

三级3.K21.2构筑物

注：H为基坑开挖深度，在17m左右,K为抗隆起安全系数，按圆弧滑动公式算出。

依照以上原则，该工程级别可以拟定为二级。

2.3基坑设计控制原则

1）全面响应招标文献，严格遵守招标文献各项条款。

2）采用先进、成熟、有效、切实可行施工方案，保证在业重规定工期内，安

全、优质、高效、低耗地完毕本标段施工任务。

3）充分考虑本标段工程特点和周边施工环境，最大限度地减少工程施工对

都市秩序、环境卫生、市容市貌、地面交通、既有设施安全及市民正常生活带来

不利影响。

4）严格贯彻“安全第一”原则；采用监控量测办法和信息反馈系统指引施工,

保证施工安全、环境安全及周边建筑物安全。

5）保证工程质量和工期。

6）文明施工和环保达到沈阳市政府及业重规定。

7）坚持优化技术方案和推广应用“四新”成果,加强科技创新和技术攻关，

应用新技术、新材料、新工艺、新设备，保证工程全面创优。

8）加强施工管理，提高生产效率，减少工程造价。

3基坑维护方案设计

3.1支护体系构成

当基坑工程土方开挖、采用有支护开挖方式时，在基坑土方开挖之前则需先施

工支护体系。

支护体系按其工作机理和材料特性，分为水泥土挡墙体系、排桩和板墙式支护

体系和边坡稳定式三类。

水泥土挡墙体系，依托其自身自重和刚度保护坑壁，普通不设支撑，特殊状

况下经采用办法后亦可局部加设支撑。

排桩和板墙式支护体系，普通由围护堵、支撑（或土层诺杆）及防渗旅幕等构

成。

3.2几种常用支护体系

在基坑支护中，事实上多采用如下四种办法，依照工程水文地质及工程安全

级别、周边环境等各方面规定，对如下四种支护方式进行详细分析，从而选出最适

合于本工程施工一种支护方式。

321深层搅拌水泥土围护墙

深层搅拌水泥土围护溜是采用深层搅拌机就地将土和输入水泥浆强行搅拌,

形成持续搭接水泥土柱状加固体挡墙。

水泥土围护墙长处：由于普通坑内无支撑，便于机械化迅速挖土；具备挡土、止水

双重功能；普通状况下较经济。

其缺陷一方面是位移相对较大，特别在基坑长度大时C为此可采用中间加墩、起拱

等办法以限制过大位移;另一方面是厚度较大，只有在红线位置和周边环境容许时

才干采用，并且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周边环境。

普通状况下，当红线位置和周边环境容许，基坑深度V7m,在软土地区应优先考

虑采用之。

322槽钢钢板桩

这是一种简易钢板校园护墙，由槽钢正反扣搭接或并排构成。槽钢长6—8m,

型号由计算拟定。打人地下后顶部近地面处设一道拉锚或支撑。由于搭接处不严

密，普通不能完全止水。如地下水位高，需要时可用轻型井点减少地下水位。普通

只用于某些小型工程。

钢板桩长处是材料质量可靠，在软土地区打设以便，施工速度快并且简便；有

一定挡水能力（小趾口音挡水能力更好）；可多次重复使用：普通费用较低。

其缺陷是普通钢板桩刚度不够大，用于较深基坑时支撑（或拉锚）工作量大，否则变

形较大；在透水性较好土层中不能完全挡水；拔除时易带土，如解决不当会引起土

层移动，也许危害周边环境。

由于其截面抗弯能力弱，普通用于深度不超过4m基坑。

323地下持续墙

地下持续墙是于基坑开挖之前，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖深槽,

然后下钢筋笼浇筑混凝土形成地下土中混凝土墙。地下持续墙用作围护墙有厂述

长处：

(1)施工时振动少、噪声低，可减少对周边环境影响，能紧邻建筑物和地下管

线施

(2)地下持续墙刚度大、整体性好、变形相对较小，可用于深基坑；

(3)地下持续墙为持续整体构造，施工时解决好接头部怔，能有较好抗渗止水作用

地下持续墙有如下缺陷：如单独用作围护堵成本较高；施工时需泥浆护壁，泥浆要

妥善解决，否则影响环境。当基坑深度大，周边环境复杂井规定严格时，往往一方

面考虑采用。

3.2.4SMW工法(劲性水泥土搅拌桩法)

SMW工法为日本叫法，国内亦称劲性水泥土搅拌校法，即在水泥土搅拌桩内插入

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，使之成为同步具备受力与抗渗两种功能支护构造围护培。坑深大时亦

可加设支撑。

从国内当前设计施工水平看，SMW工法围护墙在软土地区用于两层地下室基坑工

程(深度8—10m)完全是可以，上海东方明珠二期工程用于10.7m基坑。如果用后

能将H型钢拔出回收，则经济效益明显。

3.3方案对比分析及选取

对于深层搅拌水泥土围护墙，由于基坑开挖深度达到17.86米,坑内无支撑必

定达不到安全施工规定。同步基坑长度过大，达到71.06米，为此要采用中间加墩、

起拱等办法以限制过大位移，因此施工比较复杂。另•方面是由于其厚度较大，只

有在红线位置和周边环境容许时才干采用，并且在水泥土搅拌桩施工时要影响周

边环境。该工程两侧均有建筑物，可施工空间有限。因而此工法在此不可应用。

对于槽钢钢板桩，由于搭接处不严密，普通不能完全止水。且普通钢板桩刚度不够

大,用于较深基坑（本工程17.86m）时支撑（或拉锚）工作量大，变形较大；且由于

其截面抗弯能力弱，普通用于深度不超过4m基坑。对于本工程，显然不合规定，故

放弃此支护方案。

对于地下持续墙和SMW（劲性水泥土搅拌桩法），是深基坑支护方式最惯用几种办

法之一，在此工程中两种办法都可以应用。但是考虑到环境和造价规定，我以为还

是优先使用SMW（劲性水泥土搅拌桩法）工法进行施工。由于该工程南侧为同仁大

厦附属建筑，东侧为同仁宾馆，在吉兆营路北侧，有二幢省电力建设公司砖混构造

多层房屋，两幢建筑距基坑北边线12.5m,由于地下持续墙施工对环境规定和破坏

都很大，同步由于该工程开挖深度深，基坑长，如果采用地下持续墙施工话，那么

工程造价势必会提高诸多。因此采用SMW工法较为合理。详细参数如下。

331型钢选取

SMW工法中，由于内插型钢，不需要配筋。选用取

HW394*398*18*11H型钢,型钢截面见图3-1。

o

♦---

图3-1型钢示意图

332水泥土搅拌桩

水泥土搅拌桩桩机钻孔直径为800mm,孔轴间距为600mm,且水泥搅

拌桩选取w=394nim,t=600mm,见图3-2。

4基坑支撑方案设计

4.1支撑构造类型

依照《基坑工程手册》，对丁深度较大基坑，为使围护堵经济合理和受力后变形控

制在一定范畴内，都需沿围护墙竖向增设文承点，以减小跨度。如在坑内对围护墙

加设支承称为内文撑；如在坑外对围护墙拉设支承，则称拉锚（土锚）。内支撑受力

合理、安全可靠、易于控制图护墙变形但内支撑设立给基坑内挖土和地下室构造

支模和浇筑带来某些不便，需通过换撑加以解决。用土锚拉结围护墙，坑内施工无

任何阻挡，但于软土地区土锚变形较难控制，且土锚有一定长度，在建筑物密集地

区如超过红线油需专门申请，否则是不容许。普通状况下，在土质好地区，如具备

锚杆施工设备和技术，应发展土锚；在软土地区为便于控制围护墙变形，应以内支

撑为主。

支护构造内支撑，按材料分，可分为钢支撑和钢筋混凝土支撑两类。

钢支撑长处是安装和拆除速度较快.能尽快发挥艾撑作用，减小时间效应.既

使围护墙因时间效应增长变形减小：可以重复运用，多为租赁方式，便于专业化施

工；可以施加预紧力，还可依照围护墙变形发展状况，多次调正预紧力值以限制围

护墙变形发展。

其缺陷是整体刚度相对较弱，支撑间距相对较小；由于在两个方向施加预紧力，使

纵、横向方捏诈接处处在较接状态。

钢筋混凝土支撑长处是形状多样性，由于是现浇而成，可浇筑成直线、曲线构

件，可依照基坑平面形状，浇筑成最优化市置型式；整体刚度大、安全可靠，可使

围护墙变形小，有助于保护周边环境；可以便地变化构件截面和配筋，以适应其内

力变化。其缺陷是支撑成型和发挥作用时间长，现场浇筑需时较长，再加上养护达

到规定强度，时间更加长，为此时间效应大，使围护墙因时间效应而产生变形增

大；属一次性支撑构造，不能重复运用（做成装配式者例外）；拆除相对困难，如运

用控制爆破拆除，有时周边环境不容许，如用人工拆除.时间较长，劳动强度大C

4.2支撑方式对比选取

由于本工程施工同步施工影响着珠江路地铁车站施工，因此工期较为紧张。而

钢筋混凝土支撑由于其成型和发挥作用时间长，现场浇筑需时较长，同步养护要

达到规定强度，时间更加长，一来是时间不容许，二来是围护墙也会因时间效应而

产生变形增大后果；且不能重复运用；拆除相对困难。又由于工程周边建筑物较

多，空间上也不许。

而钢支撑安装和拆除速度较快，能尽快发挥支撑作用，减小时间效应，有助于保

证工期；可以重复运用。此基坑长度长，开挖深度大，若是连结处处在绞结状态话,

对于基坑开挖安全性是不能保证，也能满足环境规定。

因而我建议采用钢支撑施工，采用钢管作为支撑，设立四道钢支撑。

4.3立柱

当基坑平面尺寸较大时，需布置支撑立柱来支撑水平支撑系统自重，同步还

可以防止支撑弯曲，在一定限度上起到缩短支撑计算长度，防止支撑失稳破环作

用。

支撑立柱普通采用钢立柱。由于在基坑开挖结束建筑底板时候支撑立柱普通不能

拆除，因此立柱最佳做成格构式，以利于底板钢筋通过，否则必要截断底板钢筋

或在立柱侧壁上穿洞，而导致不必要麻烦。

本工程中，立柱采用和钢支撑同样材料，为钢管。

4.4围楝

围檬作用为将支护墙体上所承受土压力、水压力等外荷载传递到支撑上，围楝另一

种重要作用是加强支护墙体整体性，将支护墙体各施工单元构成一种整体而共同

受力。

4.5支撑制作注意事项

内支撑施工体系安装施工要点：

(1)千斤顶预加轴力必要对称同步，以平衡横撑自重下落也许和初期开挖预

放初应变。

(2)钢管横撑设立时间必要严格按设计工程条件掌握，土方开挖时应分段分

层，严格控制安装横撑所需基坑开挖深度。

(3)所有支撑连接处，均应垫紧贴密，防止钢管支撑偏心受压。

(4)端头斜撑处钢围囹及支撑头，必要严格按设计尺寸和角度加工焊接、安

装、保证支撑为轴心受力。

(5)钢管支撑安装容许偏差应满足表4.1规定

表4.1钢管横撑安装容许偏差

横撑中心标支撑两端支撑主柱横撑与主横撑水平

项目高及同层顶标高差挠曲度垂直度柱轴线偏轴线偏差

面标高差差

容许士30mmW20mniW1/1000LW1/3000HW50mmW30nlm

值<1/600L

4.6基坑施工应变办法

461支护墙渗水与漏水

土方开挖后支护墙浮现渗水或漏水，对基坑施工带来不便，如渗漏严重时则往往

会导致土颗粒流失，引起支护墙背地面沉陷甚至文护构造坍塌。在基坑开挖过程中,

一旦浮现渗水或漏水应及时解决，惯用办法有：

对渗水量较小，不影响施工区不影响周边环境状况，可采用坑底设沟排水办

法。

对渗水量较大，但没有泥砂带出，导致施工困难，而对周边影响不大状况，可

采用“引流一修补”办法。

4.6.2断桩及漏桩解决

在成桩过程中有时会遇到无法清除地下障碍，使支护桩形成断桩或漏桩现象,

在钻孔灌注校施工中也会遇到坍孔等因素导致断校。这对支护堵受力会带来影响,

断桩或漏桩处也易导致严重漏水。

对于施工过程中已知或怀疑也许发生断桩或漏桩，在基坑开挖前，应先行对

该桩险及桩背进行压密注浆或高压喷射注浆，保证其在开挖后不发生严重漏水,

以便开挖后解决。断桩如发生在基坑底面以上，则在开挖后，可将断校部位泥浆、

粘土、浮浆及不密实棍凝土凿干净，支模后用很凝土补浇填实。

对于施工过程中未知断桩或漏校，开挖发现后应先进行止水解决，再用混凝

土补浇填实

施工阶段未知断桩，其位置又发生在基坑底面如下，普通很难发现也难以修

复。

4.6.3防止侧向位移发展办法

基坑开挖后，支护构造发生一定位移是正常，但如位移过大，或位移发展过快，则

往往会导致较严重后果如发生这种状况，应针对不同支护构造采用相应应急办法。

464流砂及管涌解决

在细砂、粉砂层土中往往会浮现局部流砂或管涌状况，对基坑施工带来困

难。如流砂等十分严重则会引起基坑周边建筑、管线倾斜、沉降。

对轻微流砂现象，在基坑开挖后可采用加快垫层浇筑或加厚垫层办法“压住”流砂。

对较严重流砂应增长坑内降水办法，使地下水位降至坑底如下0.5—1m左右。降水

是防治流砂员有效办法。但应注意，坑内降水不能对基坑外产生不利影响，因而，

如果支护构造自身没有止水帷幕或止水椎幕渗漏严重，则应慎用。

465临近建筑与管线位移控制

基坑开挖后，坑内大量土方挖去，土体平衡发生根大变化，对坑外建筑或

地下管线往往也会引起较大沉降或位移，有时还会导致建筑倾斜，并由此引起房

屋裂缝，管线断裂、泄漏。

对建筑沉降控制普通可采用跟踪注浆办法。

对基坑周边管线保护应急办法普通有二种办法：一是打设封闭桩或开挖隔离沟；

二是管线架空。

4.7支撑施工技术要点

4.7.1支撑安装

钢支撑安装质量直接影响到工程安全和施工人员安全，对于工程质量和地表

沉降有着至关重要作用，必要引起高度注重，施工中，必要加强如下几种方面控

制：

(1)本次基坑施工钢支撑选用。580规格，钢支撑进场后，应有技术人员专

人负责

(2)钢支撑进入施工现场后都应作全面检查验收，必要进行试拼装，不符合

规定坚决不用。

(3)对施加支撑轴向预应力液压装置要经常检查，使之运营正常，使量出预

应力值精确，每根支撑施加预应力值要记录备查。

(4)钢管支撑连接螺栓一定要全数栓上，不能减少螺栓数量，以免影响钢支撑拼

接质量。

(5)在基坑开挖与支撑施工中，应对SMW墙体变形和地层移动进行监测，内容涉

及SMW墙体变形观测及沉降观测、邻近建筑物沉降观测。规定每天均有日报表，及

时反馈资料指引施工。

4.7.2内支撑体系拆除

支撑体系拆除过程其实就是支撑“倒换”过程，即把由钢管横撑所承受侧土

压力较至永久支护构造或其她暂口寸支护构造。

支撑体系拆除施工应特别注意如下两点：

（1）拆除时应避免瞬间预加应力释放过大而导致构造局部变形、开裂。

（2）运用主体构造换撑时，主体构造楼板或底板混凝土强度应达到设计强度。

473支撑体系重要施工技术办法

（1）严格遵循“边挖边撑”原则，合理安排施工周期

第一层土方开挖沿纵向长度一次不超过6m,一旦挖出工作面即迅速安装钢支

撑，当支撑预应力施加完毕后，才干继续沿纵向开挖。第二层及如下各层土体开

挖中，每一小段长度不超过6叫开挖每一层小段土方，要再16小时内完毕，随后

在8小时内安装好两根钢支撑，完毕后方可进行下一段或下一层土方开挖。斜支

撑头部设立垫箱。

（2）施加支撑预应力

开挖前准备好合格支撑以及施加支撑预应力各项装置、仪表，支撑时按设计

支撑轴向力80%施加预应力，考虑到所加预应力损失10%,对施加预应力油泵装置

要经常检查，使之运营正常。

5计算书

5.1土压力计算

5.L1原则段地下持续墙深度拟定

按照《基坑工程手册》，搅拌桩加固深度，亦即桩长度，与开挖深度及土层

分布等因素关于，普通取开挖深度L8—2.2倍进行试算。

即H=l.8h=1.8*17.86=32.12(m),»

5.1.2土特性计算

计算中普通考虑粘性土内摩擦角和粘聚力c影响。为简化计算，对成层

构造土体，墙底以上各层土物理力学性质指标按各层土厚度加权平均计算，即：

r=匕*/?,./h(5-1)

i=i

0=^761Khi/h(5-2)

f-i

c=Cj*/?z/h(5-3)

i=\

式中：

九：第i层土天然重度(kN/m3)；

：第i层土厚度(m)；

：第i层土内摩擦角(°):

：笫i层土粘聚力(KPa)；

H:墙深(m),取H=L8h=32.12m.

由墙底至坑底间各土层参数计算得：

7=(1.3*18+0.9*18+0,8*18.93+3.3*18.83+4.5*19.9+3.1*19.49+3.6*18..54

+1.8*18.73+3.5*17.96+6.1*19.62+3.12*20)19.07(kN/m")

二19.07(kN/m3)

c=(1.3*10+0.9*10+0.8*11.4+3.3*10+4.5*6.66+3.1*9.2+3.6*15.0+1.8*12

.2+3.5*9.3+G.1*11.410.5+3.12米)/32.12(KPa；

=10.4(KPa；

7=(1.3*20+0.9*20+0..8*28.3+3.3*26.9+4.5*18.8+3.1*26.9+3.6*21+1.8*

20+3.5*20+6..1*22+3.12*25.5)/32.12(°)

=22.4(°)

5.1.3水土压力计算

1)由于年平均地下水位在地表如下LOT.4m,取地下水位在地表如下1.0m

处。地面超载取20kN/mo

开挖面如下积极上压力：

计算压力简图5-1如下：

有公式：

Pa=+q+r0(z--2c&+*z-％)(5-4)

Ka=tan2(45°-。/2)=0.45

其中：

P”一坑内土被动土压力；

7一计算厚度内土平均天然重度（KN/n?）；

。一计算厚度内土平均内摩擦角（°）；

c-计算厚度内土平均粘聚力（KPa）；

「一水重度；取为10KN/m3；

%—土浮重度；

%—水土压力临界值点。

代入数值计算得：

pal=-4.42KPa

pa2=248.45KPa

P"454.62KPa

2）开挖面如下被动土压力：

P°=y°2Kp+2c访（5-5）

其中：

2

Kp=tan（45°+^/2）=2.19

代入公式计算得：

〃p2=31.64KPa

pp3=628.01KPa

5.2支撑及墙体内力计算

在本设计中，我采用日本山肩邦男为简化计算，止肩邦男提出了如下近似解法,

其基本假定如下：

(1)在粘土地层中，挡土构造作为底端自由有限长弹性依；

(2)挡土构造背侧土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以厂取为矩形，

已抵消开挖面一侧静止上后力；

(3)开挖面如下土横向抵抗反力取为被动土压力；

(4)横撑没置后即作为不动支点；

(5)下道横撑设立后，以为上道横撑轴力保持不变且下道横撑点以上挡土构造仍

保持本来位置:

(6)开挖面如下挡土构造弯矩M=0那点假设为一种钱，并且忽视此校如下挡土构

造对此较以上挡土构造剪力传递。

521各参数计算

按水土分算公式计算水土压力等于零点:

令式(5-4)等于零得：=0.96m

由式(5-4)计算得基坑底水土压力:

6=248.45KPa

由上面计算水土压力等于零点力地面如下0.96m,考虑地下水位作用取水

土压力等于零点力地面如下1.0m处，近似取水土压力为三角形分布，三角形顶点

在地表如下1.0m处，可得三角形荷载斜率：

203.07

1二---------------

15.457

=14.73

_248.45-（17.86-1）*10

a1^86

=4.73

P-i]~a—14.73-4.73

=10

由于二x+,由式（5-5）可得：=41.76x+31.64

则有：

0:41.76r=31.640=10a=4.73?7=14.73

522支撑内力计算

由十咱们所考虑墙后水、土荷重图式与山肩邦南法所采用小同样，故虽然照

山肩邦南基本假定，但是另行推导了近似解计算公式，

基本假定与山肩邦南法相似。开挖面如下水平力以为衰减到零。被动侧土抗

力以为达到被动积极力，为区别于山肩邦南已减去静止土压力某些，以代替

o计算简图5-2如下：

Ftl和推导得出如下式子（5-6）,（5-7）:

：-a-（：叭球一J》一:附乂+\al%~；您OA）%：

一（加a~v~\0%）k+（ZN也一砥ZM+g夕晨（砥一号）]二°和

Ni=nxhok%“+鼠一；①琮—用0k_ENf_；+；a%，

依照计算机VB编写计算小程序可以直接得出各支撑轴力和墙体所受弯矩。各

计算参数如下:

第•道支撑参数：K=1i=0=G.5+20/r=7.55=4.5

第二道支撑参数：K=2i=0,1=12.01=9=4.5=

zz•

第三道支撑参数：K=3i=1,2=16.51=13.5=9二4.5

=•

第四道支撑参数：K=4i=l,2,3=18.85=15.84=11.34=6.84

=2.34=；

计算得：

X,=3.65X2=5.86Xy=7.93X4=8.63

N,=325.33乂=599.38乂=940.73N4=675.45

M

M,=8.28M2=-407.43M.=-1372.364=-2971.53

=-3522.32

注：为坑底弯矩值。

523求最大弯距及剪力值

(1)最大弯矩值

由经验可知最大弯矩处位于基坑底面和最后一道支撑之间.设该点距最后一

道支撑距离为xm。

则对此点取距得:

Mmax=325.3x(X+13.5)+599.38x(x+9)+940.73x(x+4.5)+675.45xx

(x+15.5)3x14.73

6

对两边求导

〃m“=325.33+599.38+940.73+675.45-14.73(x+15.5)72

使Mnax=°可得：

X=2.077m

代回可得最大弯矩

“max=3546.45kN.m

围护构造及支撑内力见下图5-3:

(2)最大剪力值

坑底处剪力最大，最大值为：

=[(325.33+599.38+940.73+675.45-0.5*16.84*14.73*16.84)]

=452.29KN

图5-3围护及支撑构造内力图

524SMW内力验算

(1)内力计算

按厚度为h混凝上壁式地下墙，计算出每延米墙之内力，，然后换算得

每根型钢承受内力：其中w=394mm,t=600mmo

Mp=(w+t)MQ=(w+t)Q

wPw(5-8)

注:w为型钢宽度；t为型钢间净距。

由于咱们只要验算出内力最大处强度若满足规定，那么构造就会安全.在

5.2支撑和墙体内力计算中咱们已经得最弯矩和剪力为:

“W=3546.45(KN.m)^=452.29(N)

故：=3546.45*(0.394+0.600)

=3525.17(KN.m)

QP=452.29*(0.394+0.600)

=449.57(KN)

(2)强度验算

1)抗弯验算

考虑弯矩所有由型钢承担，则型钢应力需满足下式:

—^</v(5-9)

注：一型钢抵抗矩(mm3)；=2860cm3

Mx一绕X轴最大计算弯矩0;

-塑性截面发展系数，为；

一钢材抗弯强度设计值，为N/mm2o

代入数值得：

3525.17*10’

=117.38N/mm2<215N/mm2

1.05*2860*1(?

故满足抗弯规定。

2)型钢抗剪验算:

(5-10)

r=—<fi.

w

注：一计算剪力(N):

S一型钢面积矩(mm)

S=398*18*(197-18/2)+(197-18)2*11/2=1523057.5mm3

一毛截面惯性矩，为cm4；

却一所验算点处钢板厚度；

一钢材抗剪强度设计值，为N/mm2o

代入数值得：

449.57*1()3*]523057.5

=110.36N/mm2<125N/mm2

56400*104*11

故满足规定。

5.3基坑稳定性验算

在基坑开挖时，由于坑内土体挖出后，使地基应力场和变形发生变化，也许导致

地基失稳，例如地基滑坡，坑底隆起及涌砂等。因此在进行支护设计（涉及排桩

支护与地下持续墙支护等）时，需要验算基坑稳定性，必须时应采用必要加强防

范办法，使地基稳定性具各一定安全度。

531基坑底部抗隆起稳定性验算

许多验算抗隆起安今系数公式中，仅仅给出了纯粘性土（）或纯砂性土（c=0）公式。

很少同步考虑c,。显然对于普通粘性土，在土体抗剪强度中应涉及c,因素。因

而参照Ptndtl和Terzaghi地基承载力公式，并将墙底面平面作为求极限承载力基准

面,示意图5-5如下:

K$=W?DNq+CNc）M（ho+D）+q\（5-11）

其中：

D:墙体入土深度（m）,D=14.26m；

:基坑开挖深度（m；,=17.86m；

，:墙体外侧及坑底土体加权平均重度（kN/m）,=19.06kN/m,=19.07kN/m：

,一分别为墙底如下重要影响范畴内地基土粘聚力、内摩擦角峰值，取，；

q：地面超载（KN/m）,取q=20kN/m；

,:地基承载力系数，由太沙基公式：

其中27,M由太沙基公式得：

2

(?L〃£)tan0

e42*180

(5-12)

2cos(450+多

Nq—\

tan0(5-13)

代入得:

2

/311*7V、c,八°

(-7T----------)(an21.9

e42*180

J2

~co~s(Z457~H--2---1--9-)、

二9.08

N.9.08-1

ctan21.9°

=20.11

把各数值代入公式(5T1)中得:

19.07*14,269.084-10.69*20.11

19.06(17.84+14.26)+20

=4.248

为支护墙底地基承载力安全系数。依照基坑重要性级别，一级基坑取

2.5；二级基坑取2.0；三级基坑取1.7。

本基坑安全级别为二级，故验算满足规定.

5.3.2围护墙抗倾覆稳定性验算

板式支护构造抗倾覆稳定性又称踢脚稳定性，是验算最下道支撑如下积极、被

动土压力绕最下道支撑(拉锚)点转动力矩与否平衡。计算简图如图5-6:

图5-6抗倾覆计算简图

支护构造抗倾覆稳定性可按式下式验算：

K=^-(5-14)

(1)土压力计算

2点处被动土压力、3点处主被动土压力已在荷载计算中计算得出:

e〃2=31.64KPa；

=628.01KPa；

%=454.62KPa；

4点处积极土压力式5-4计算：

eg=（19.07+20+9.07*14.5）x0.49-2x10.16x7049+10*14.5

=214.36KPa；

（2）坑内、外土体土压力对支撑点产生力矩：

M=力儿（九+0.5%）+051%（%-%）（九+2hd⑶（5T5）

M，=0.5/S+%）2+（%「%）她+松2/3（5-16）

其中式中：

一坑内被动土压力对最下层支撑点4点处产生力矩,kN.nVm；

一坑外积极土压力对最下层支撑点4点处产生力矩,kN.m/m；

一坑内开挖面处被动土压力强度,KPa；

坑内墙•角处被动土压力强度，KPa；

一最下道支撑4点处距离开挖面距离,m：=2.34m；

一持续墙埋深,m；=14.26m；

一坑外最下道支撑处4点处积极土压力强度,KPa：

一坑外墙底处积极上压力强度，KPa；

代入参数得到:

A/r=31.64*14.26(2.34+14.26/2)+0.5*14.26*(628.01-31.64)*(2.34+2*14.26/3)

=54646.16(kN.m/m)

M=0.5*214.36(2.34+14.26)2+(454.62-214.36)*1(2.34+14.26)2

=31382.5{kN.m/m)

K=MJM、

=54646.16/41382.5=1.32>1.2

故抗倾覆稳定性满足规定。

533整体圆弧滑动稳定性验算

全面地对有支护基坑进行稳定性分析，是基坑工程设计最重要环节之一。分析中

所需地质资料要能反映基坑顶面如下至少2・3倍基坑开挖深度工程地质和水文地

质条件。

采用圆弧滑动法验算支护构造和地基整体抗滑动稳定性时，应注意支护构造普通

有内支撑或外锚拉构造，墙面垂直特点，不同于边坡稳定验算圆弧滑动，滑动面

圆心普通在挡墙上方，靠坑内侧附近.通过试算拟定最危险滑动面和最小安全系

数。考虑内支撑作用时，普通不会发生整体稳定破坏，因而，对支护构造，只设

一道支撑时，需验算整体滑动、对设立多道支撑时可不作验算。

534抗渗流验算

在地下水位较高地区基坑开挖后来，地下水形成水头差，使地下水由高

处向低处渗流。当渗流力较大时，就有也许导致基坑底部潘流或管涌稳定性破坏。

为防止此类破坏，便可通过提高挡水帐幕入土深度，增K地下水渗流路线，从而

减小渗流水力坡度，达到防止渗流或管涌失稳破坏目，

由于该工程地下水位埋深约32m左右，而搅拌桩入土深度为32.12m,故取坑底

渗流途径刚好通过基坑底部。

如图5-7所示，可通过下式验算基坑底部稳定性：

k、=h(5-17)

I

式中：

一坑底土体临界水力坡度，依照坑底土特性计算：

0一坑底土体相对密度；依规范取2.65；

一坑底土体天然孔隙比；依照地质资料，按平均加权计算得：0.828；

i一坑底土体渗流水力坡度；i=牛；

一基坑内外土体渗流水头(m),取坑内外地下水位差；取为17.84m；

L一最短渗径流线总长度(m),；

Z4—渗径水平段总长度(m)；ZL4=0.8m；

Z4一渗径垂直段总长度(m)；Zk=/4+2*D'

。一基坑底部下地下水位距离桩底部距离(m)；Dr=D-l；

D一基坑底部距离桩底部距离(m)；D=14.26m；

m一途径垂直段换算成水平段换算系数，单排挡小帷幕墙取时，m=

1.50；多排帷幕墙取m=2.0；

-抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取1.5—2.0。基坑底土为砂性土、砂质粉土或玷

性土与粉性土中有明显薄层粉沙夹层时取大值。

图5-7坑底土体渗入计算简图

由=17.84m=14.26-1=13.26(m)得:

ZLh=hw+2*O'=17.84+2*13.26

=44.32(m)

由于按单排桩计算，故m取为1.5,由公式得:

LEL/mEk=44.32+1.5*0.8

=45.52(m)

由于=2.65.=0.828,由公式得:

./?-12.65-1

「-1+e-1+0.828

=0.9026

由于=17.84ni、-45.52,由公式得：

.h17.84

i=—w=-------

L45.52

=0.3919

故—二丝竺

5i0.3919

=2.30>2Q满足规定。

6基坑重要技术经济指标

基坑构造类似与长方形，其长度为71.6m,总高度17.84m,总宽度45.8m。

6.1开挖土方量

实体土方开挖量为:V=71.6*45.8*17.84=58502.35(m3)

依照工程经验，取松散系数为1.2。则松散体土方量为：

%=58502.35*1.2=7C202.82m3

6.2SMW工法水泥土搅拌桩水泥用量

水泥搅拌桩长度L计算如下：

L=(71.6+45.8)*2-25=209.8m

水泥搅拌桩直径为1m,则水泥搅拌桩构成板桩墙厚度也取为1.0m,水泥搅拌

桩长32.12m。水泥采用普硅325#水泥，水灰比1.5〜2.(),水泥搅拌桩中水泥与土之

比取为。因此，水泥搅拌桩内水泥用量为：

,\_

匕=1*209.8*32.12*-*-=1497.51mm3

■33

6.3钢材用量计算

依照所选型钢可求型钢截面积为：

A=398*18*2+(394-18*2)*11=18266mm3

每根水泥土搅拌桩内插一根所选型钢，依照水泥土搅拌桩总长度可知总共需

要约21()根型钢。型钢体积和型钢质量分别计算如下：

匕=210*18266*10^*32.12=123.21mm3

M=123.21*7.8*10'=0.961*106Kg

钢支撑用钢计算，由于选用钢管：

钢管壁厚12mm。取对撑钢支撑水平平均距离为9m,钢支撑平均长度为45.8m。钢

管截面积计算如下：

22

A2=；*乃*(。2_〃2)=3.14*(5802-556)/4=21402.24mm

因而，支撑用钢量体积和质量分别计算如下：

71A

匕=(-^--1)*4*45.8*21402.24*10-6«27.44mm3

36

M2=27.44*7.8*10=0.214*10Kg

立柱用钢计算：

*7]A

M,=(-^-l)*4*32.l2*21402.24*10-6*7.8*103

=0.150*10^Kg

6.4人工费用计算

施工过程中，重要工序人员如下：1支围护桩专业施工队，二个作业面,60人；

基坑开挖，1支机械化基坑施工队，90人，分为2个作业面；内部构造回筑,1支构造

施工队，170人,2个作业面同步展开。

剩余工序人员分派如下，注浆加固，1支地基加固施工队,30人；制作支撑支承桩，1

支桩基施工队,35人。

依照当前市场行情和以往工程经验，人工费用计算见表6.1。

表6.1人工费用计算表

每天需相应工种工作日人工日费用人工总费用

工种

人数（个）（天）（元）（元）

混凝土工408050160000

钢筋工20506060000

挖土工90155067500

地基加固32206038400

制作支撑30306054000

管理费10907063000

总计442900

7基坑施工准备

7.1基坑施工现场准备

7.L1拆除障碍物

一方面拆除场地上妨碍施工建筑物或构筑物，再改造地下妨碍施工管线。

7.1.2测量放线

按照设计单位提供建筑总平面图及给定永久性经纬坐标控制网和水准控制基桩，

进行场区施工测量，设立场区永久性经纬坐标桩，水准基桩和建立场区工程测量

控制网。

7.1.3“三通一平”

“三通一平”是指路通、水通、电通和平整场地，

(1)通路：施工现场道路是组织物资运送动脉。在工程开工前，必要按照施

工总平面布置图规定，修好施工现场永久性道路以及必要暂时道路，形成完整畅

通运送网络。

（2）通水：水是施工现场生产和生活不可缺少。在工程开工前，必要按照施工平

面布置图规定，接通施工月水和生活用水管线，使其尽量与永久性给水系统结合

起来，做好地面排水系统，为施工创造良好环境。

（3）通电：在工程开工前，要按照施工组织设计规定，接通电力和电讯设施，做

好其她能源（如蒸汽、压缩空气）供应，计算选取配电变压器；架设好连接电力

干线工地内外暂时供电线路及通讯线路。

（4）平整场地：按照建筑总平面图规定，一方面拆除场地上妨碍施工建筑物或构

筑物，然后依照建筑总平面图规定标高和土方竖向设计图纸，进行挖填土方工程

量计算，拟定平整场地施工方案，进行平整场地工作。

7.1.4暂时设施准备

按照施工总平面图布置，建造施工暂时设施，为正式开工准备好生活、办

公、生产、居住和贮存等暂时用房。

（1）现场布置方案

依照业重规定，周边工程环境，施工总体安排及经四路交通疏导需要，施工现

场布置应达到如下目：

a分期疏导场外交通，保证经四路交通安全畅通。

b保证按期恢复经四路交通，满足奥体中心整体绿化规定。

c不对周边在建工程导致不良影响，特别是紧邻商业区联强大厦。

d生产、生活、办公区域分开布置，以便生产生活。

e场地布置美观、整洁、尽量绿化，满足文明工地规定。

（2）暂时设施

1）暂时房屋

办公用房均采用二层彩钢夹芯复合板构造，宿舍采用二层彩钢板夹芯复合板

或水泥复合板构造生活用房中食堂、厕所、锅炉房、浴室采用一层彩钢板夹芯合

板构造或砖木构造。

生产用房中材料库，电工房，机修间等采用一层水泥复合板构造或砖木构造,

材料库，木工房等采用钢管支撑简易工棚。

2）暂时供水

供水：采用①100mm上水管从业主提供供水接口接入，再采用中50mm水管沿

基坑四周环向布置，然后通过中25mm分管引入施工场地内。在基坑四周每50m设

立一种阀门及水龙头，以便于水管维修，并将生产用水引入工作面。生活用水水龙

头距离依照实际状况布置。

3）暂时供电

a施工用电：

通过业主提供变压器380V下线，经动力、照明总配电柜分派后引至各分派电

箱。此外设1台250KVA合1台120KW发电机作自备应急电源，以满足暂时停电

时降水井井口水泵等小型设备运转及办公、生活照明用电。

变压器及自备电源发电室均设避雷装置。

全线配备30个施工电箱，其中24个用于生产及设备运转，此外6个用于施工

场地及生活区照明。

b现场照明

①沿基坑四周每30米搭设一灯塔，同步配备足够高压钠灯作局部照明，以保

证基坑照明规定。

②车站站台层构造施工时，每50米增设一配电箱作为施工照明用电，电箱应

设立良好接地装置，有漏电开关，防止触电事故发生。

4）暂时供风

本工程施工采用2台12立方米移动式空压机供风，车站和商业区共用，依照施工

需要灵活布置。

7.2基坑施工技术准备

技术准备是施工准备核心。详细有如下内容：

(D在基坑开挖前，必要布置做基坑施工测量网点，放出各轴线位置及地面

标高。以便控制挖土标高，拟定板、梁、柱位置与立模基准。

(2)开挖基坑前，应对全体施工人员进行技术交底，使全体施工人员熟悉并

掌握本工程所执行各项技术办法和技术原则。

(3)依照基坑施工工作量及工期规定，配备好开