1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述 1 工程背景 随着我国国民经济的高速发展，城市空间日趋紧张，三维城市空间已开始作为一种重要的自然资源加以开发。

一方面，地下空间开发和利用是21 世纪城市建设的方向； 另一方面，20 世纪80 年代以来，高层建筑的数量和高度都不断增加。

随着建筑高度的增加，根据构造及使用要求，基础埋深也随之不断增加，从而产生了大量的深基坑工程。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

（1）工程名称：CR13028地块三期（功能区一）地下室基坑支护

（2）场地位置：南通市青年东路南侧，通京大道（外环东路）东侧。

（3）建设单位：南通天泰置业有限公司

（4）勘察单位：江苏省纺织工业设计研究院有限公司南通分公司

（5）主体设计单位： 南通市建筑设计院有限公司

2 结构概况

拟建场地位于南通市青年东路南侧，通京大道（外环东路）东侧，海港引河西侧。基坑周长约355米，基坑面积约6930平方米。

本工程#177;0.00m相当于绝对标高5.45m（85高程），场地整平后标高约为4.50m（85高程），场地相对标高为-0.95m。本基坑底板顶标高为-11.65m，1#商办楼底板厚度1400mm，2#商业楼底板厚度850mm，地下室底板厚度700mm，垫层厚度100mm。则1#商办楼底板垫层底标高为-13.15m，挖深12.20m；2#商业楼底板垫层底标高为-12.60m，挖深11.65m；地下室底板垫层底标高为-12.45m，挖深11.50m。设两层地下室，负一层地下室板顶标高为-6.40m。

基础型式：本工程采用桩基础。

3 基坑周边环境

基坑外侧环境如下叙述：

本基坑北侧为已建道路，道路边距离基坑5.4~6.1m，北侧红线距离基坑2.9~3.1m；基坑东侧为已建小区，已建小区与本施工场地间存在已施工围墙，围墙距离基坑约18米，东侧红线距离基坑2.5~4.0m；基坑南侧为已建小区，已建小区与本施工场地间为已施工围墙，围墙距离基坑4.0~4.8m，南侧红线距离基坑2.9~3.1米；基坑西侧为已建道路，道路边距离基坑3.6~6.6m，西侧红线距离基坑2.6~4.2m。

东侧和南侧已建小区主楼采用载体桩基础，基础埋深约6.7m。地下室采用天然地基，基础埋深约5.0m。基坑西侧及北侧已建道路下存在污水管和雨水管，污水管埋深1.8m，采用DN400管；雨水管埋深1.4m，采用DN400管。

4 工程地质、水文地质概况

4.1地形地貌

拟建南川园四期CR13028地块（功能区一）工程位于南通市青年东路南侧，通京大道（外环东路）东侧，海港引河西侧。在地域上属长江下游三角洲冲积平原地貌单元，勘探深度范围内地基土均为河流相和海相沉积物。场地现为工棚，现地面高程为4.50～5.50m，原地面高程约在3.85～3.98m左右，由于南侧南川园四期工程施工，在现场地表层堆土约0.50～1.80m厚。

4.2地层分布及成因

根据勘探结果，在钻孔深度80.30m内地基土根据土的成因和物理力学性质的差异，将本次勘探深度范围内的土层分成10个工程地质层，自上而下分别为：

素填土（层1）：灰黄色、杂色。表层含有大量植物根茎、碎砖和混凝土碎块，下部以粉土为主，松软。层厚0.80～2.00m，层底标高为3.10～4.10m。本层土全场地分布。

粉土夹粉质粘土（层2）：灰黄、灰色，见Fe、Mn质斑痕，含云母。粉土稍密～中密，湿～很湿，无光泽，摇振反应中等，干强度低；粉质粘土软塑，局部可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。层厚1.00～1.90m，层底标高为1.50～2.90m。属中压缩性土层。本层土全场地分布。

粉质粘土夹粉土（层3）：青灰、灰色，含云母。粉质粘土软塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等；粉土稍密～中密，湿～很湿，无光泽，摇振反应中等，干强度低。层厚1.20～3.10m，层底标高为-1.10～1.40m。属中压缩性土层。此层土全场地分布。

粉砂夹粉土（层4）：青灰色，含云母。粉砂中密，局部密实，饱和，主要矿物成分为石英和长石；粉土中密，湿，无光泽，摇振反应中等，干强度低，韧性低。层厚4.60～8.60m，层底标高为-8.10～-4.98m。属中压缩性土层。此层土全场地分布。

粉土夹粉砂（层5）：青灰、灰色，含云母碎屑，局部夹薄层粉质粘土。粉土中密，湿～很湿，无光泽，摇振反应中等，干强度低，韧性低；粉砂中密，饱和，主要矿物成分为石英和长石。层厚4.30～8.90m，层底标高为-14.80～-11.50m。属中压缩性土层。此层土全场地分布。

粉砂夹细砂（层6）：青灰、灰色，含云母碎屑。中密～密实，饱和，主要矿物成分为石英和长石。层厚4.00～7.20m，层底标高为-19.80～-17.50m。属中压缩性土层。此层土全场地分布。

粉质粘土夹粉土（层7）：灰色，含云母。粉质粘土软塑，局部可塑，有光泽，干强度中等，韧性中等；粉土稍密～中密，湿～很湿，无光泽，摇振反应中等，干强度低，韧性低。层厚7.00～10.20m，层底标高为-28.59～-25.10m。属中压缩性土层。此层土全场地分布。

粉砂夹粉质粘土（层8）：灰色，含云母，局部互层状。粉砂中密，局部密实，饱和，主要矿物成分为石英和长石；粉质粘土可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。层厚13.80～18.50m，层底标高为-45.10～-40.40m。属中压缩性土层。此层土全场地分布。

粉土夹粉质粘土（层9）：灰色，含云母。粉土中密，局部稍密，湿～很湿，无光泽，摇振反应中等，干强度低，韧性低；粉质粘土软塑～可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。层厚8.00～12.00m，层底标高为-54.00～-52.40m。属中压缩性土层。此层土全场地分布。

粉砂夹细砂（层10）：灰色，含云母。密实，饱和，主要矿物成分为石英和长石。该层土未揭穿,层厚大于12.20m。属中压缩性土层。此层土场地西北角分布。

各土层分布情况请阅《工程地质剖面图》

4.3土层物理力学性质指标

基坑支护和降水设计参数表

备注：括号内为经验值

4.4水文地质条件

1、浅部潜水

建筑场地浅层地下水主要赋存于层1～层6层土中，属孔隙潜水类型。补给来源为大气降水、地表水以及区域水系。水位水量跟季节和人类活动有关，水量较丰富。初见地下水位埋深为1.45m～2.50m，平均埋深为1.98m；初见地下水位标高为3.00m～3.02m，平均初见水位标高为3.01m。稳定地下水位埋深为1.35m～2.40m，平均埋深为1.88m，稳定地下水位标高为3.10m～3.11m，平均标高为3.10m。

根据南通市水文地质资料，拟建场地历史最高地下水位标高约3.80m左右，近年场区内最高地下水位标高约3.50m左右，最低地下水位标高约1.50m左右，水位变化幅度约2.00m。

建筑场地现地面高程一般为4.50～5.50m，工程建成后室外地坪高程约为5.30m，周边道路高程约为4.75m，排水良好，因此本工程地下水抗浮设计水位建议取高程4.50m。

2、微承压水

场地内承压水主要贮存于下部的粉土～粉砂层（层10）系列，主要接受侧向径流补给及越流补给，承压水头约为-1.5m。承压水埋藏深度大，该层地下水对基坑开挖无影响。

5 需要研究或解决的问题

本选题的重点是基坑支护结构的设计，具体完成的设计内容和任务如下：

（1）设计方案的比选结合拟建场地的工程水文地质条件，确定支护方案，在此基础上，结合基坑周围的环境条件和其他技术指标，进行方案比选，选择一个安全可靠、技术可行、经济合理、施工方便的最优深基坑支护方案。

（2）设计内容包括

①收集支护设计资料，包括场地岩土工程勘察报告、基坑尺寸、基坑支护结构将要承受的荷载、基坑边线和红线的平面图、基础结构设计图、基坑周围的环境条件、相似工程的经验性资料等。

②选择合理的止、降水方案，进行止、降水的设计计算。

③深基坑支护的设计计算过程当中，进行抗倾覆、抗隆起、抗滑移、抗管涌和整体稳定性验算。

④提出基坑开挖和地下室施工的监测内容和控制标准。

⑤撰写符合工程实际的施工组织设计方案。

⑥绘制基坑支护设计和降、排水设计、支撑、围檩、立柱桩、降水井平面布置图、剖面图、大样图。

⑦编写基坑支护设计报告。

6 研究手段

6.1 基坑支护方案选择

本基坑北侧为已建道路，道路边距离基坑5.4~6.1米，北侧红线距离基坑2.9~3.1米；基坑东侧为已建小区，已建小区与本施工场地间存在已施工围墙，围墙距离基坑约18米，东侧红线距离基坑2.5~4.0米；基坑南侧为已建小区，已建小区与本施工场地间为已施工围墙，围墙距离基坑4.0~4.8米，南侧红线距离基坑2.9~3.1米；基坑西侧为已建道路，道路边距离基坑3.6~6.6米，西侧红线距离基坑2.6~4.2米。

东侧和南侧已建小区主楼采用载体桩基础，基础埋深约6.7米。地下室采用天然地基，基础埋深约5.0米。基坑西侧及北侧已建道路下存在污水管和雨水管，污水管埋深1.8米，采用DN400管；雨水管埋深1.4米，采用DN400管。

根据基坑周边情况，基坑破坏后果严重，据《建筑基坑支护技术规程》综合确定本基坑支护结构安全等级为一级。

（1）地下连续墙 内支撑的支护结构体系

该支护方案最为安全、可靠。地下连续墙既是基坑开挖的止水、挡土结构，将来结构施工时亦为地下室的外墙，做到两墙合一。

为了确保地下连续墙自身的沉降不能过大，同时又起到止水作用。地下连续墙墙体应插入强度较高、渗透性弱的岩层中，本工程建议连续墙插入中风化岩层中。

为了控制因支护结构变形而导致的周围土体变形，连续墙厚度应根据验算后确定，同时应设置合理、可靠的支撑系统。

（2）排桩 止水帷幕 内支撑的支护结构体系

由于地下连续墙成本高，施工工艺较复杂。还可以采用排桩 止水帷幕 内支撑的支护结构体系。

排桩应采用钻孔灌注桩，桩长应经严密计算确定，对靠近地铁区间隧道一侧支护结构应加强；同时应采取可靠的地下水控制措施，并设置安全可靠的支撑系统。

6.2 计算步骤

6.2.1 土压力的计算

本工程选取朗肯土压力计算方法，计算内容有基坑外侧作用在支护结构上的主动土压力和基坑底面以下嵌固深度内支护结构上的被动土压力。同时计算土压力的时候，对本工程的粘性土以及粘质粉土采用总应力法，水压力、土压力采用合算方法，对砂质粉土采用水土分算。

水土分算（无粘性土）：

主动土压力：

被动土压力：

式中： 土的有效重度

水的重度

水土合算（粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

式中： 土的饱和重度

6.2.2 桩的内力计算

因为基坑深度约8米，相对较深，不建议采用悬臂桩。应设置支撑甚至可以设置多道支撑，在这里先考虑单支点桩支护的计算方法，本基坑拟采用等值梁法。

桩入坑底土内可当作#8212;端弹性嵌固另一端简支的梁来研究。档墙两侧作用着分布荷载，即主动土压力与被功土压力，如图2-1a所示。在计算道程中所要求出的是桩的入土深度、支撑反力及跨中最大弯矩。

单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩图如图2-1c所示，若在得出此弯矩图前已知弯矩零点位置，并于弯矩零点处将粱(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梁计算时一样，此断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。这种简化计算法就称为等值梁法，其计算步骤如下

图2-1 等值梁法计算简图

①根据基抗深度、勘察资料等，计算主动土压力与被动土压力，求出土压力零

点B的位置，按下计算B点至坑底的距离u值：

② 由等值梁AB根据平衡方程计算支撑反力R_a及B点剪力Q_B：

③由等值梁BG求算桩的入土深度，取，则：

由上式可得：

由上式求得x后，桩的最小入土深度可由下式求得

如桩端为一般的土质条件，应乘系数1.1～1.2，即

④由等值梁求算最大弯矩M_max值。

⑤在计算得到截面最大弯矩Mc 和最大剪力Vc 的计算值后，按下列公式计算支点力设计值Td、弯矩设计值M 和剪力设计值V：

(2.12)

(2.13)

由设计值即可进行截面承载力计算。

6.2.3桩的配筋计算

根据计算得到的支点力设计值Td、弯矩设计值M 和剪力设计值V,可以计算截面承载力，进行桩的配筋计算。

6.2.4圈梁、围檩配筋计算

6.2.5整体稳定性验算

6.2.6抗隆起、倾覆、管涌验算

① 抗隆起验算：

在软粘土地区，如挖土深度大，可能由于挖土处卸载过多，在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。为此，需要进行抗坑底隆起验算。坑底隆起稳定性验算可按下式（太沙基公式）进行：

② 抗倾覆验算：

水泥土挡墙如截面、重量不够大，在墙后推力作用下，会绕某一点产生整体倾覆失稳。为此，需要进行抗倾覆验算。倾覆稳定性验算可按下式进行：

式中：Mp#8212;#8212;被动土压力及支点力对桩底的弯矩；

Ma#8212;#8212;主动土压力对桩底的弯矩。

③ 抗管涌验算：

在砂性土地区，当地下水位较高、坑深很大时，挖土后在水头差产生的动水压力作用下，地下水会绕过支护墙连同砂土一同涌入基坑。为此，需要进行抗管涌验算。管涌稳定性验算可按下式进行：

式中：γ₀#8212;#8212;侧壁重要性系数；

γ'#8212;#8212;土的有效重度；

γ_w#8212;#8212;水的重度；

h'#8212;#8212;地下水位至基坑底的距离；

D#8212;#8212;桩（墙）入土深度。

6.2.7止水帷幕的桩型、桩长设计和抗渗验算

① 止水帷幕桩型和桩长

止水帷幕厚度应该满足基坑的防渗要求，且止水帷幕的渗透系数宜小于1.0#215;10^－6。落底式竖向止水帷幕应插入下卧不透水层，其插入深度可以按下式计算：

(2.19)

式中：l#8212;#8212;帷幕插入不透水层的深度；

h_w#8212;#8212;作用水头；

b#8212;#8212;帷幕宽度。

当止水帷幕未插入不透水层，其嵌固深度应满足抗渗透稳定条件，其嵌固深度可以按下式计算：

式中：h_wa#8212;#8212;坑外地下水位；

h#8212;#8212;基坑深度。

则桩长L 可以按下式计算：

式中：x#8212;#8212;不透水层层顶深度。

当地下水含水层渗透性较强，厚度较大时，可采用悬挂式竖向止水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向止水与水平封底相结合的方案。

② 抗渗验算

当止水帷幕未插入不透水层时，还应进行抗渗验算，可以按基坑抗管涌验算进行。

6.2.8

（1）基坑涌水量计算

① 均质含水层潜水完整井

a. 基坑远离边界时

式中 Q#8212;#8212;基坑涌水量；

k#8212;#8212;渗透系数；

H#8212;#8212;潜水含水层厚度；

S#8212;#8212;基坑水位降深；

R#8212;#8212;降水影响半径；

r_o #8212;#8212;基坑等效半径。

b.岸边降水时

c.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时

d.当基坑靠近隔水边界

④ 均质含水层承压水非完整井

a.均质含水层承压潜水非完整井

（2） 等效半径

当基坑为圆形时，基坑等效半径应取为圆半径，当基坑为非圆形时，等效半径可按下列规定计算：

① 矩形基坑等效半径

r_{0 =}0.29(a b)

式中 a、b#8212;#8212;分别为基坑的长、短边。

②不规则块状基坑等效半径

式中 A#8212;#8212;基坑面积。

（3）降水影响半径

降水井影响半径宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时。

潜水含水层：

承压含水层：

式中 R#8212;#8212;降水影响半径（m）；

S#8212;#8212;基坑水位降深（m）；

k#8212;#8212;渗透系数（m/d）；

H#8212;#8212;含水层厚度（m）。

（4）降水

降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置，井间距应大于 15 倍井管直径，在地下室补给方向应适当加密；当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设置降水井。

降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑地面以下 0.5m。

降水井的数量 n 可按下式计算：

式中 Q#8212;#8212;基坑涌水量

q#8212;#8212;设计单井出水量

设计单井出水量可按下列规定确定：

① 井点出水能力可按 36~60msup3;/d 确定；

② 真空喷射井点出水量可按下表确定

表6-1喷射井点设计出水量

③ 管井的出水量 q（msup3;/d）可按下列经验公式确定：

式中r_s #8212;#8212;过滤器半径（m）；

l#8212;#8212;过滤器进水部分长度（m）；

k#8212;#8212;含水层渗透系数（m/d）。

过滤器长度宜按下列规定确定：

① 真空井点和喷射井点的过滤器长度不宜小于含水层厚度的 l/3；

② 管井过滤器产度宜与含水层厚度一致。

群井抽水时，各井点单井过滤器进水部分长度，可按下式验算：

y₀ gt;l

单井井管进水长度 y_o，可按下列规定计算：

① 潜水完整井：

式中 r₀ #8212;#8212;圆形基坑半径；

r_w #8212;#8212;管井半径；

H#8212;#8212;潜水含水层厚度；

R₀ #8212;#8212;基坑等效半径与降水井影响半径之和；

R#8212;#8212;降水井影响半径。

② 承压完整井：

式中 H'#8212;#8212;承压水位至该承压/3 含水层厚度时应采用非完整井公式计算。

若不满足 上式条件，应调整井点数量和井点间距，再进行验算。当井距足够小不能满足要求时应 考虑基坑内布井。

基坑中心水位降水计算可按下列方法确定：

① 块状基坑降水深度可按下式计算：

a.潜水完整井稳定流：

b.承压完整井稳定流：

式中S#8212;#8212;在基坑中心处或各井点中心处地下水位降深；

r₁r₂r₃r₄#8212;#8212; 各井点距基坑中心或各井中心处的距离。

②对非完整井或非稳定流应根据具体情况采用相应的计算方法；

③计算出的降深不能满足降水设计要求时，应重新调整井数、布井方式。

在降水漏斗范围内因降水引起的计算沉降量可按分层总和法计算。

7 基坑监测

本工程基坑挖深13.0m，按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》7.1.7节，本基坑为一级基坑，按《高层建筑岩土工程勘察规范》（JGJ 72-2004）基坑工程安全等级为一级，参照《南通市深基坑专项设计施工方案审查指导意见》（试行）划分基坑等级为一级，基坑监测应按照《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）进行相关监测。

8 设计成果

1、基坑周边环境信息图（1#215;A2）

2、基坑支护平面布置图（1#215;A2）

3、基坑支护结构、止降水结构剖面图（1#215;A2）

4、基坑支护结构大样图、节点大样图（1#215;A2）

5、基坑开挖监测点平面布置图（1#215;A2）