河西中部地区33-2号地块项目深基坑支护设计开题报告
2020-05-20 08:05
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
1 题目背景
改革开放以来，随着我国国民经济和城市化的高速发展，城市空间日趋缺乏，为满足市民出行、轨道交通的换乘、商业和民用的需要，在用地日趋紧张的城市中心，大型地下空间成为重要的自然资源加以开发，诸如高层及超高层建筑的多层地下室、地铁车站、地下道路、地下商场、地下停车库、地下仓库、地下变电站，地下民防工程以及地下工业与民用设施等[1]。
大型地下空间的大规模开发，随之而来的是深基坑工程在我国的城市建设中大量出现，其开挖深度也不断增加,例如北京地区最大基坑开挖深度已超过30m，上海中心大厦的基础开挖深度已达到31m，广东、苏州、成都等其他城市都有开挖深度已达30m深的深基坑工程。
深基坑工程的综合性很强，其支护方案受制于诸多因素。深基坑工程的深度一般在10m以上，开挖面积大、地域性强、工程造价高、平面布置复杂、与周围环境联系密切，传统的支护方式面临深度和广度的挑战。为保证深基坑工程的安全施工，支护设计根据工程实际情况和地区经验来确定。本深基坑设计正是在这一背景下的软土地区深基坑。
拟建建筑物高度约200m，基坑开挖深度在14.95~15.45m范围内。基坑开挖面积约21000m2，支护周长约613。基坑周边有道路，高层建筑和轨道交通的隧道，环境条件比较复杂，破坏后果很严重。工程场地位于南京河西地区，工程地质条件复杂，地下水埋深较浅，对施工影响严重。为保证基坑开挖，地下室的施工的安全顺利进行，减小的基坑周围环境的影响，基坑工程施工时需要采取必要的防护措施。
2 国内外研究现状
深基坑支护设计与施工既是地基基础工程中的一个的传统课题，又是一个综合性的岩土工程难题，不但涉及土力学中典型的强度、变形和稳定性问题，还涉及土与支护结构的相互影响、共同作用问题。对这些问题的认识及其对策的研究，是随着土力学理论、测试技术、监测技术、计算技术以及施工机械、施工技术的进步而逐渐完善的[2]。
2.1国外研究现状
深基坑支护设计与施工等岩土工程问题的研究始于20世纪30年代Terzaghi。20世纪40年代时期，Pack和Terzaghi等人率先提出预估挖方稳定程度与支撑荷载大小的总应力法[3]，这一理论在后人的改进和修正中一直沿用至今。
1950年，意大利学者第一次将地下连续墙的支护方法运用于堤坝和水池的防渗墙，20世纪50年代，Eide和Bierrum通过模拟实验的方法，得出深基坑坑底隆起的计算方法方法[4][5]，50年代末期，土层锚杆的支护方法应用于实际工程中，挡土结构进入一个全新的发展时期。
20世纪60年代初期，随着测量仪器在墨西哥和奥斯陆城软黏土基坑工程中的使用，得到大量的基坑施工过程中土体变化实测数据，微小的土体变化对工程有着巨大的影响，监测仪器的使用提高了基坑在开挖的过程中分析和预测的准确性。同一时期，有限单元法及其与之配套的计算机技术在岩土工程领域得到应用。信息技术的应用既提高基坑支护模拟计算的速度，又方便呈现出土体间的微妙关系。
20世纪70年代，土钉墙支护方法率先在技术比较先进的美国、德国和法国的实际工程中广泛运用，例如德国的Stuttgart大型工程和美国匹兹堡PPG工业总部[6]。70年代中期，SWM工法（水泥土搅拌桩墙）在日本应运而生，因其工期短、绿色、环保，并且具有受力的抗渗两大主要功能广受设计者使用。
2.2国内研究现状
我国的深基坑工程研究始于20世纪60年代初期，一批学者呕心沥血，潜心研，引进国外先进技术的同时结合我国特有的地形地貌和地质情况，不断改进，创造出各种适合于我国工程建设的基坑支护方法。20世纪70年代末期，喷射混凝土以及锚杆相结合的支护方法在国内工程中运用，1980年，土钉技术首次在我国基坑工程中运用，20世纪90年代，SMW工法（新型水泥土搅拌桩墙）在国内得到推广。21世纪，各种深基坑支护方法在我国应用已经成熟，学者们追求不同支护方案的组合运用[7]。
我国在基坑工程技术近二十年的发展历程大略可分为两个阶段。第一阶段是20世纪80年代末到90年代末，工程界缺少足够深基坑设计和施工的经验，这一阶段处于研究和探索在2000年前后颁布了一批有关基坑工程的国家行业标准和地方标准，这些规范(规程)总结了我国基坑工程前十年的研究成果和实践经验，也使以后基坑工程的设计与施工”有法可循”。第二阶段是在2009年颁布了国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009后，随着行业规范规程的修订，工程经验的总结，让我国基坑工程来到一个全新的更高的水平。同时，信息化设计和施工也运用于基坑工程，在基坑工程进行实时监测和反分析以及基坑工程的风险分析和设计，实现了基坑的预测和预控[8]。
2.3深基坑工程支护结构分析方法发展
基坑工程支护结构分析常用方法可分为传统分析方法与数值分析方法，传统分析方法主要有平衡法、自由端法、等值梁法、塑性铰法、三肩帮男法、弹性法、弹塑性法、等值梁法、弹性地基梁法等，数值方法主要包含有限差分法、有限元法等。由于在理论上存在各自的局限性，传统的古典分析方法与解析方法现在已经应用得很少。目前常用弹性地基梁法、基于弹性地基梁法的数值方法和考虑土与结构共同作用的连续介质数值方法。
弹性地基梁法和基于弹性地基梁法的数值分析方法的关键是计算水土压力和确定地基土的水平抗力。水土压力计算涉及水土合算与水土分算、地下水渗流、开挖中土压力重分布、时间效应的影响等问题。
连续介质数值方法考虑土与结构的共同作用，能模拟土体变形特性、复杂开挖过程和边界条件等，20世纪70年代以来在基坑工程中得到了广泛应用。众多学者通过建立了模拟基坑开挖的平面有限元模型，利用分析结果指导了工程设计与施工[9]。
3 深基坑工程的基本要求和设计依据
深基坑设计的基本技术要求：安全可靠、经济合理、技术可行、施工便利。
深基坑设计的施工技术要求：环境保护、风险管理、安全控制、工期保证。
深基坑设计依据：工程地质及水文地质资料、地下障碍物和环境调查、工程施工条件、有关设计规范和本地经验等。
4 深基坑支护体系类型
4.1土钉墙支护
土钉是一种原为加固土的技术，在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体，与土共同作用，形成土钉墙复合体，提高土体的整体刚度，弥补土体抗拉和抗剪强度低的弱点，有效地保证边坡稳定。通过相互作用，土体自身结构强度的潜力得到充分发挥，并改变了边坡的变形和破坏形状，显著提高了整体稳定性[10]145-149。
（1）土钉墙支护的优点：
①土钉墙与土体形成复合土体，共同作用，提高了土体的稳定性和承载能力。
②土钉墙增强了土体破坏的延性，延缓了土体向外的发展过程。
③土钉墙施工进行信息化管理，边施工边监测，并根据监测情况及时调整土钉的间距和长度，可减少施工风险，保障施工安全。
④土钉墙工程施工机具轻便，技术工艺简单易行，有利于文明施工。
⑤和其他支护方法相比，可缩短基坑施工工。
⑥经济效益好。
（2）土钉墙的不足
①对于一级基坑工程不适合。
②在其达到设计强度之前，土方边坡不能够保持稳定。
③在软土中不应单独采用土钉支护。
土钉墙的适用范围：
适用与地下水位低于土坡开挖段或通过降水使地下水位低于开挖土层的的杂填土、黏性土、粉质黏土、黄土及弱胶结的砂土边坡;不适用于淤泥质土、含水丰富的粉细砂、中细砂及含水较为丰富的中粗砂、砾砂和卵石层。
4.2土层锚杆支护
土层锚杆简称土锚杆，它是在地面或深开挖的地下室墙面(挡土墙、桩或地下连续墙或未开挖的基坑立壁土层)钻孔或掏孔，达到一定设计深度后，然后再孔内放入钢筋、钢管或钢丝束、钢绞线或其他抗拉材料，最后灌入泥浆或化学浆液，使之与土层结合成为抗拉力强的锚杆。锚杆端部与挡土墙灌注联结，或再张拉，将构筑物受到的外力，通过拉杆传给远离构筑物的稳定土层，以达到控制基坑支护的变形，保持基坑土体与结构物稳定的目的。
（1）土层锚杆特点
①使用锚杆拉结挖土方便。
②锚杆要有一定覆盖深度，要有一定抗拔力。
③预应力锚杆对挡土桩、墙的位移要小。
④对压力水土层及卵砾石层，应用高压射水钻杆及钻石钻杆的钻机
（2）适用范围：
土层锚杆在国内外已广泛应用于地下工程结构施工的临时支护和作永久性建筑工程的承拉构件，土层锚杆适应性强，可应用于一般粘土、砂土地区，软土、淤泥质土要试验后应用，主要是抗拔力低。对灌注桩、地下连续墙等挡土结构，都可应用锚杆拉结支护[10]136-143。在使用锚杆支护时，锚杆上覆土厚度不小于4.0米，锚杆的水平和垂直间距一般不宜大于4.0米，也不小于1.5米，以避免群锚效应降低锚固力。
4.3深层搅拌水泥桩支护
水泥土搅拌法是以水泥为固化剂，通过特制的深层搅拌机械将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度桩体的支护处理方法。
（1）搅拌法的特点
搅拌法的特点为加固效果显著，设计比较灵活，充分利用原土，对周围环境无污染，施工机具简单，节约资金。
（2）搅拌法的优点
①形成复合地基，提高地基承载力，改善地基变形形状。
②形成水泥土重力式围护结构。
③作为防渗帷幕使用，具有较好的防渗能力，因此常将水泥土桩搭接施工组成连续的水泥土帷幕墙，广泛地用于砂土、砂夹层、砂土地基的防渗工程。
④水泥土桩的组合作用，与其他类型的桩共同组成复合地基，也可与其他材料组合形成水泥土复合结构，用于提高地基土的复合抗剪强度。
（3）适用范围:
水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和散沙土等地质。当地基土的天然含水量小于30%或者地下水的pH小于4时不宜采用。水泥土搅拌法用于处理泥炭土、有机质土、地下水具有腐蚀性以及无工程经验的地区时，必须通过现场试验确定其适用性[10]85-89。
4.4高压旋喷桩支护
高压喷射注浆法是用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固的处理方法。高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流的方向有关。一般分为旋喷法、定喷法、摆喷法。旋喷法施工时，喷嘴一面喷射一面旋转提升，与周围土体形成复合地基，主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度、改善土的变形性质。定喷法喷射方向固定不变，摆喷法喷射方向呈较小角度来回摆动，定喷和摆喷通常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等[10]95-98。
（1）旋喷桩的优点
高压喷射注浆法主要应用于新建工程和既有建筑地基加固，以及深基础、地铁等地下工程的土层加固或防水，堤坝基加固及路基加固。
①形成复合地基，提高地基承载力，减少建筑物沉降。对于整治既有建筑物和不均匀沉降托换有一定的效果。
②基坑开挖时保护临近建筑物或路基，防止基坑底部隆起，地下管道、涵洞坑道、隘道的护拱。
③增大土的摩擦力和粘聚力，防止小型塌方滑坡。
④防止路基冻胀，整治路基翻浆。
⑤减少设备基础振动，防止饱和砂土液化。
⑥防渗帷幕，防止涌砂冒水;地下井巷防渗帷幕;地下连续墙补缺，支护排桩间防渗。
（2）旋喷桩支护特点
①高压喷射水泥注浆能防止防渗。
②地下水不能渗入基坑，仅在坑内降水排水，不影响坑外相邻建筑物的沉降。
③施工设备简单，施工简单。
适用范围:
①高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等。
②对砾石直径过大，砾石含量过多及大量纤维质的腐植土，喷射质量差。
③对于地下水流速过大，喷射注浆无法在注浆管周围凝结;土质对水泥有腐蚀性的情况，都不宜用此法[10]98-99。
4.5地下连续墙
地下连续墙是用特定的施工机具，通过化学泥浆的护壁作用，向地下钻挖具有一定厚度、长度和深度的沟槽，同时在沟槽内吊放加工制作好的钢筋笼，然后灌注混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙段，并逐段连接起来形成一道连续封闭的地下墙体。
（1）其主要优点
①施工时振动小，噪声低，工期短，经济效果好，可昼夜施工。适合于环境要求严格的地区施工。
②墙体刚度大，承载能力高，地连墙可构筑40-120cm的钢筋混凝土墙，墙体刚度大于一般挡土墙，能承受较大的土压力，在开挖基坑时，不会产生地基的沉降或塌方。适合于相邻建筑物较近的工程。
③防渗性能好。由于其整体性、防水性和耐久性能好，因此具有多种功能，可作为各种土木工程的永久性结构，也可作临时支护设施。
④符合安全要求。全部工作在地面上进行，劳动条件得到改善，且便于机械化施工。
⑤对周边基坑无扰动。
⑥可结合逆作法施工，缩短施工总工期。
（2）地下连续墙的缺点
①对地质条件及施工的适应性要求较高，对于岩溶地区承压水头很高的砂砾层或土质很软的私土，如不采取其他辅助措施，目前无法采用地下连续墙工艺。
②如施工不当或土层条件特殊，容易出现不规则超挖和槽壁坍塌。
③现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较高，墙面的平整处理增加了工期和造价。
④地下连续墙如仅用施工期间的临时挡土结构，当基坑开挖深度较小时造价较高，不如采用其他支护形式经济。
⑤需要有一定数量的施工机械和具有一定技术水平的专业施工队伍，限制了该技术的广泛推广;施工现场组织不善可能造成现场潮湿和泥泞，影响施工，而且增加了对废弃泥浆的处理问题。
（3）地下连续强的适用范围:
适用于多种地基，从较软的冲积层到中硬的地层，密实的砂卵石、软质岩土、硬质岩土以及地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，同时还适用于对周围环境保护要求较高，而施工场地狭窄的深基坑支护工程，特别适用于有挡土、止水及兼作建筑物永久性主体结构的承重墙三重要求的深基坑支护工程[11]，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。
4.6喷锚网支护
喷锚网支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网联合支护的简称，是通过在岩土体内施工一定长度和分布的锚杆，与岩土体共同作用形成复合体，弥补岩土体强度不足并发挥锚拉作用，使岩土体自身结构强度潜力得到充分发挥，保证边坡的稳定。坡面设置钢筋网喷射混凝土，起到约束坡面变形的作用，使整个坡面形成一个整体。
（1）喷锚网支护特点
①施工设备简单。
②配合好施工速度快，省工期。
③必须与挖土方配合。
④节省造价较多。
（2）适用范围:
喷锚网支护可用于多种土层，适应性强。喷锚网支护作为一种先进的支护加固技术，成功的应用于岩土质高边坡和大跨度地下工程，特别是在不良地质条件下[11]。
4.7板桩式支护
板桩式支护是由板状，锚栓及墙面三部分组成。板桩承受水平土压力作用。它的稳定一是靠桩底端有一定入土深度后的被动土压力;二是靠板桩顶附近板桩保持垂直的锚栓。根据工程所处条件的不同，锚栓可以是锚杆;也可能是带有锚板板的钢拉杆。设有锚栓的板桩，由锚栓承受其大部分水平土压力。板桩式挡土墙一般常用钢板桩或钢筋混凝土板状，在岩石地基或非岩石地基均可使用。钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，实际使用时往往把一系列钢板桩互相连接就形成钢板桩墙，主要应用于抵挡土体的侧压力和阻挡地下水入侵[12]。钢板桩是一种较老的基坑支护，目前常用的钢板桩形式有槽型和Z形。
（1）钢板桩特点
①钢板桩一次性投入大。
②可以拔出，重复使用，仅出摊销费，因此费用较少，但是如果拔不出或者不拔，则造成很大浪费。
③打桩时易于倾斜，要使全部钢板桩无误的封闭合拢。
④钢板桩刚度较其他桩的刚度小。
⑤锤击钢板桩有噪音、振动，扰民。
（2）适用范围:
由于钢板桩施工可能会对相邻基础产生一定的扰动，并且施工时产生噪声较大，因此不适宜在人口密集、建筑密度很大、环境保护要求较高的的地区。另外钢板桩本身柔性较大，如果设置不当，其变形会很大，所以基坑支护深度不宜大于7m，适合于软土、淤泥质土以及地下水多地区，易于施工，难于打入密砂及硬粘土中。在使用板桩支护时，为了保证板状支护的耐久性，必须采取金属结构防腐措施。一般在水位变化地区更应注意防腐。打桩前在钢板桩上涂沥青或其他防腐材料，钢锚杆可以涂沥青防腐。
4.8排桩式支护
排桩支护结构，主要用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、钢板桩和预制钢筋混凝土板桩为主要受力构件，排桩支护结构需要设置专门的防渗与止水结构。排桩可以是桩与桩连接起来，或用挡土板设置与钢板桩及钢筋混凝土板桩之间形成的围护结构。为保证结构的稳定和具有一定的刚度，可设置内支撑或锚杆。排桩支护结构可分为柱列式排桩支护(当边坡土质较好，地下水位地，可利用土拱作用，以钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土体).连续排桩支护。
钻孔灌注桩包括人工挖孔灌注桩、机械钻(冲)孔灌注桩和沉管灌注桩等。钻孔灌注桩是桩排式中应用最多的一种布置形式，主要起挡土等作用，在我国应用广泛。由于钻孔灌注桩挡墙多为间隔式排列，止水效果差，其主要适用于软土、一般粘性土、砂土、地下水位较深、土质较好地区，在砂烁层和卵石中不宜采用[13]当在地下水位高地区使用钻孔灌注桩时需要另作挡水帷幕。
4.9加筋土挡土墙支护
土的加筋是指在土体中设置加筋材料，形成可以承受抗压、抗拉、抗剪、抗弯的复合土体，以提高地基承载力、减少沉降和增加地基稳定性。土体中加筋作用的人工材料称为筋体。由土和筋所组成的复合土体称为加筋土。加筋土挡土墙是由直立的墙面板，在填土中布置一定量的拉筋和填料三部分组成一个整体的复合结构。其工作原理是依靠填料与拉筋之间的摩擦力，来平衡墙面所承受的的水平土压力；并以拉筋、填料的复合结构抵抗拉筋尾部填料所产生的土压力，从而保证挡土墙的稳定。
（1）加筋土挡土墙的特点
①由钢筋混凝土面板和加筋组成，为柔性挡土墙，断面尺寸小。
②挡土墙抗倾覆和抗滑稳定主要靠加筋实现，土压力主要靠加筋平衡，相对挡土墙结构稳定性好，受力合理。
③面板、筋带等构件全部预制，实现工厂化生产。能充分利用材料性能，使挡土结构轻型化;整体性好，具有良好的抗震性能。
（2）加筋土挡土墙的优点
①加筋土挡土墙的优点是墙可做的很高，对地基承载力要求较低，适合在软土地基上建造。
②加筋土挡土墙施工简便，可保证质量，构件较轻，施工速度快，造价低，占地面积少，面板的形式可根据需要选用，拼装完成后外形美观。
（2）适用范围:
①适用于4-8米高的填方边坡，支挡填土工程，软弱地基，一般在公路、铁路和煤矿工程中应用较多，适合于城市道路的支挡工程。
②可用于非饱和土挡土墙和非浸水条件的边坡抗滑移挡土墙。
③在地震区的高烈度和强烈腐蚀环境中不宜使用[14]。
5 深基坑工程的支撑与锚杆体系
5.1内支撑体系
支撑结构选型包括支撑材料和体系的选择以及支撑结构布置等内容。支撑结构选型从结构体系上可分为平面支撑体系和竖向斜撑体系;从材料上可分为钢支撑、钢筋混凝土支撑和钢和混凝土组合支撑的形式。各种形式的支撑体系根据其材料特点具有不同的优缺点和应用范围。由于基坑规模、环境条件、主体结构以及施工方法等的不同，难以对支撑结构选型确定出一套标准的方法，应以确保基坑安全可靠的前提下做到经济合理、施工方便为原则，根据实际工程具体情况综合考虑确定。
5.1.1钢支撑体系
钢支撑体系是在基坑内将钢构件用焊接或螺栓拼接起来的结构体系。由于受现场施工条件的限制，钢支撑的节点构造应尽量简单，节点形式也应尽量统一，因此钢支撑体系通常均采用具有受力直接、节点简单的正交布置形式，从降低施工难度角度不宜采用节点复杂的角撑或者析架式的支撑布置形式。钢支撑体系目前常用的材料一般有钢管和H型钢两种，钢管大多选用Φ609，壁厚可为l0mm,12mm,14mm;型钢支撑大多选用H型钢，常用的有H700#215;300. H500#215;300等。
钢支撑架设和拆除速度快、架设完毕后不需等待强度即可直接开挖下层土方，而且支撑材料可重复循环使用的特点，对节省基坑工程造价和加快工期具有显著优势，适用于开挖深度一般、平面形状规则、狭长形的基坑工程中。钢支撑几乎成为地铁车站基坑工程首选的支撑体系。但由于钢支撑节点构造和安装复杂以及目前常用的钢支撑材料截面承载力较为有限.
5.1.2钢筋混凝土支撑体系
钢筋混凝土支撑具有刚度大、整体性好的特点，而且可采取灵活的平面布置形式适应基坑工程的各项要求。支撑布置形式目前常用的有正交支撑、圆环支撑或对撑、角撑结合边析架布置形式。
（1）正交支撑形式
正交对撑布置形式的支撑系统支撑刚度大、传力直接以及受力清楚，具有支撑刚度大变形小的特点，在所有平面布置形式的支撑体系中最具控制变形的能力，十分适合在敏感环境下面积较小或适中的基坑工程中应用，如邻近保护建(构)筑物、地铁车站或隧道的深基坑工程;或者当基坑工程平面形状较为不规则，采用其他平面布置形式的支撑体系有难度时，也适合采用正交支撑形式。该布置形式的支撑系统主要缺点是支撑杆件密集、工程量大，而且出土空问比较小，不利于加快出土速度。
（2）对撑、角撑结合边析架支撑形式
对撑、角撑结合边析架支撑体系近年来在深基坑工程中得到了广泛的使用，具有十分成熟的设计和施工经验。对撑、角撑结合边析架支撑体系具有受力十分明确的特点，且各块支撑受力相对独立，因此该支撑布置形式无需等到支撑系统全部形成才能开挖下皮土方，可实现支撑的分块施工和土方的分块开挖的流水线施工，一定程度上可缩短支撑施工的绝对工期。而且采用对撑、角撑结合边析架支撑布置形式，其无支撑面积大，出土空问大，而且通过在对撑及角撑局部区域设置施工栈桥，将可大大加快土方的出土速度。
（3）圆环支撑形式
通过对深基坑支撑结构的受力性能分析可知，挖土时基坑围护墙须承受四周土体压力的作用。从力学观点分析，可以设置水平方向上的受力构件作支撑结构，为充分利用混凝土抗压能力高的特点，把受力支撑形式设计成圆环形结构，支承其土压力是十分合理的。在这个基本原理指导下，土体侧压力通过围护墙传递给围擦与边析架腹杆，再集中传至圆环。在围护墙的垂直方向上可设置多道圆环内支撑，其圆环的直径大小、垂直方向的问距可由基坑平面尺寸、地下室层高、挖土工况与土压力值来确定。圆环支撑形式适用于超大面积的深基坑工程，以及多种平面形式的基坑，特别适用于方形、多边形。
5.2锚杆支撑体系
锚杆作为一种支护形式用作基坑围护工程已近五十年，它一端与围护墙连接，另一端锚固在稳定地层中，使作用在围护结构上的水土压力，通过白由段传递到锚固段，再由锚固段将锚杆拉力传递到稳定土层中去。与其他设置内支撑的支护形式相比，采用锚杆支护形式，节省了大量内支撑和竖向支承钢立柱的设置和拆除，因此经济性相对于内支撑支护形式具有较大的优势，而且由于锚杆设置在围护墙的背后，为基坑工程的土方开挖、地下结构施工创造了开阔的空问，有利于提高施工效率和地下工程的质量。但锚杆支护受到地层条件和环境条件的限制，主要指传力地层的地质条件使锚杆力能否有效地传递，以及锚杆有可能超越用地红线对红线以外的已建建(构)筑物形成不利影响或者形成将来地下空问开发的障碍。
锚杆结构一般由锚头、白由段以及锚固段三部分组成，其中锚固段用水泥浆或水泥砂浆将杆体(普通钢筋或者预应力筋)与土体粘结在一起形成锚杆的锚固体。锚杆按其使用年限分为临时性锚杆(使用时问lt;2年)和永久性锚杆(使用时问gt;2年)。临时性锚杆和永久性锚杆的设计安全度、防腐处理以及锚头构造都有不同的要求。作为基坑工程使用的锚杆，有效作用时问通常都在一年左右，因此对用于基坑支护的锚杆可按临时性锚杆考虑。
锚杆支护技术在基坑工程领域经过多年的应用和发展，已经形成多种成熟的、可供选择的锚杆形式。锚杆的具体选型需根据工程水文土层地质条件、周边环境情况以及基坑工程的面积及开挖深度等特点确定[15]。
6 深基坑的降、止水
水是导致基坑工程事欲的主要因素，许多基坑工程事故都是由于水的原因而造成的。因此，在基坑开挖过程中，为了防止管涌、流砂、坑底隆起以及与地下水有关的坑外地层过度变形，必须做好对地下水的控制。
基坑降水设计应包括下列内容:
（1）基坑降水系统设计应包括下列内容:
①确定降水井的布置、井数、井深、井距、井径、单井出水量;
②疏干井和减压井过滤管的构造设计;
③人工滤层的设置要求;
④排水管路系统;
（2）验算坑底土层的渗流稳定性及抗承压水突涌的稳定性;
（3）计算基坑降水域内各典型部位的最终稳定水位及水位降深随时间的变化;
（4）计算降水引起的对临近建、构筑物及地下设施产牛的沉降;
（5）回灌井的设置及回灌系统设计;
（6）渗流作用对支护结构内力及变形的影响;
（7）降水施工、运营、基坑安全监测要求，除对周边环境的监测外，还应包括对水位和水中微颗粒含景的监测要求[16]。
6.1常见的深基坑降水方法
基坑工程降水采用的技术方法，可根据降水深度、含水层岩性和渗透性，按表6.1-1确定
降水技术方法适用范围 表6.1-1
|
井点类型 |
土层渗透系数 （cm#183;s-1） |
降低水位深度（m） |
使用土层种类 |
|
单级轻型井点 |
10-3~10-6 |
3~6 |
粉砂、砂质粉土、粘质粉土、含薄层粉砂层的粉质粘土 |
|
多级轻型井点 |
10-3~10-6 |
6～9（由井点级数确定） |
粉砂、砂质粉土、粘质粉土、含薄层粉砂层的粉质粘土 |
|
喷射井点 |
≤10-6 |
8~20 |
粉砂。砂质粉土、粘质粉土、粉质粘土、含薄层粉砂层的、泥质粉质粘土 |
|
电渗井点 |
≤10-4 |
根据阴极井点确定 |
淤泥质粉质粘土、淤泥质土 |
|
电渗井点 |
≤10-4 |
3~5 |
各种砂土、砂质粉土 |
|
深井井点 |
≤10-4 |
≥5或降低深部地层承压水 |
各种砂土、砂质粉土 |
|
真空深井井点 |
10-3~10-7 |
≥5 |
砂质粉土、粘质粉土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土 |
6.2常见的深基坑止水方法
深基坑止水采用防水帷幕，用来阻止或限制地下水渗流到基坑中去。采用防水帷幕后，有时还需要在帷幕内或外面降水。常用的防渗帷幕有以下三种：
(1)水泥土搅拌桩连续搭接的水泥土搅拌桩，是一种最常用的防渗止水结构。水泥土挡墙可以同时起到挡土和止水作用。在钻孔桩排桩挡土时，可以用水泥土搅拌桩止水。
(2)地下连续墙一般能达到自防渗，不会产生渗漏情况。地下连续墙的防渗薄弱点是墙段间的接头部位，在防渗要求较高时，可在墙段接头处的坑外增设注浆防渗。
(3)水泥和化学灌浆帷幕在透水的土层内，沿基坑喷射水泥化学浆以填充土的孔隙，灌浆孔一个紧靠以形成连续防水帷幕。
7 深基坑开挖
为了确保工程的顺利进行和周围建筑物的安全，基坑开挖应符合下列规定:
（1）当支护结构构件强度达到开挖阶段的设计强度时，方可下挖基坑;对采用预应力锚杆的支护结构，应在锚杆施加预加力后，方可下挖基坑;对土钉墙，应在土钉、喷射混凝土面层的养护时间大于2d后，方可下挖基坑；
（2）应按支护结构设计规定的施工顺序和开挖深度分层开挖；
（3）锚杆、土钉的施工作业面与锚杆、土钉的高差不宜大于500mm；
（4）开挖时，挖土机械不得碰撞或损害锚杆、腰梁、土钉墙面、内支撑及其连接件等构件，不得损害已施工的基础桩；
（5）当基坑采用降水时，应在降水后开挖地下水位以下的土方；
（6）当开挖揭露的实际土层性状或地下水情况与设计依据的勘察资料明显不符，或出现异常现象、不明物体时，应停止开挖，在采取相应处理措施后方可继续开挖；
（7） 挖至坑底时，应避免扰动基底持力土层的原状结构。
软土基坑开挖除应符合上述的规定外，尚应符合下列规定：
（1）应按分层、分段、对称、均衡、适时的原则开挖；
（2）当主体结构采用桩基础且基础桩已施工完成时，应根据开挖面下软土的性状，限制每层开挖厚度，不得造成基础桩偏位；
（3）对采用内支撑的支护结构，宜采用局部开槽方法浇筑混凝土支撑或安装钢支撑;开挖到支撑作业面后，应及时进行支撑的施工；
（4）对重力式水泥土墙，沿水泥土墙方向应分区段开挖，每一开挖区段的长度不宜大于40m[17]。
8 深基坑工程的现场监测
现场监测是深基坑工程中的一项重要工作。在施工过程中跟踪施工活动，对坑周地层位移和附近建筑物、地下管道等保护对象及受力情况进行量测，通过所取得的数据与预测值或计算值的比较，能可靠地反映工程施工所造成的影响，能较准确地以量的形式反映这种影响的程度。在地下工程中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其他因素的复杂影响，很难单纯从理论上预测工程中可能遇到的问题，而且理论预测值还不能全面而准确地反映工程的各种变化，所以，在理论分析指导下有计划地进行现场监测十分必要。对于实践较多的一般工程，可借助于以往的经验，根据工程地质勘察资料和室内土工试验参数进行设计和施工，而对于较为复杂的大中型工程或者环境要求严格的项目，就必须在施工组织设计中制定和实施监测计划[18]。
深基坑监测的主要项目包括：
（1）地表、地下管线、建筑物等沉降
（2）地表、地下管线、建筑物等水平位移
（3）深层土体水平位移和分层沉降
（4）孔隙水压力
（5）地下水位
（6）支护结构内力
（7）支撑轴力
（8）锚杆拉力
（9）土压力
9 研究的目的和意义
当前，随着我国高楼的增多，建筑基坑也越来越深，特别是软土地区，工程地质条件不良，周围环境复杂，施工难度大，这就要求在设计施工工作中不断总结、创新，提高技术水平。因此，如何科学合理的选择一个安全可靠、技术可行、施工简便、经济合理以及其他各方面综合效益更优的支护方案是软土地区深基坑工程要解决的主要内容，也是当前的热点问题。
南京河西地区，是指秦淮河及南河以西至夹江，北起三汉河南至绕城公路之间的近似”半月”形地块，而积约40 km2。该地块为长江河床侧向侵蚀及河道西迁形成的近岸漫滩，地势低平，地而高程(吴淞高程系)6m-7m，水塘、水沟地表水系发育。河西地区软土层分布较复杂，大都是第四纪沉积物，多由填土、软黏土、砂性土和砾石组成，厚度大，最厚可达50m厚，堆积松散，没有固结成岩，土体的物理力学性能较差，工程地质特征及工程性质差异很大，总体上为不均匀松软土建筑地基场地，地下水类型为潜水，埋深较浅，存在管涌、流沙的潜在危险，这些因素的存在使得河西地区建筑基坑的设计和施工更为复杂[19]。
本设计为南京河西地区33-2号地块项目深基坑支护设计，在该工程设计中，采用地下连续墙加内支撑的支护方式，实际的施工过程中采用信息法施工，对基坑开挖实施定点监测，并对监测数据进行分析。
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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
1 工程概况
河西中部地区33-2号地块项目位于南京河西中心区，地块南侧为河西大街，西侧为恒山路，东侧为黄山路，北侧为金润国际广场项目。项目包括3幢41层组成”门”字形的主楼、1～3层商业裙房和3层地下室。41层主楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，结构高度约200m；1～3层商业裙房采用框架结构；根据建筑设计图，拟建建筑室内地坪标高为7.600m（吴淞高程系），室外设计标高为7.300m（吴淞高程系），#177;0.00=8.05m。本基坑挖深为14.95～15.45m。基坑开挖面积约21000m2，支护周长约613m。
周边环境条件：
基坑东侧：地下室侧壁距离红线约3.0m，红线外为黄山路人行道。
基坑南侧：地下室侧壁即为用地红线，红线外20.0m为河西大街人行道；人行道95.0m为地铁十号线元通至中胜站左线隧道（该地铁隧道为明挖施工，轨道面绝对标高-1.20米左右，隧道结构顶板埋深3.50米左右）。
基坑西侧：地下室侧壁距离红线3.0m，红线外为恒山路人行道。
基坑北侧：地下室侧壁距离红线3.0m红线外3.0m为金润广场项目地下室外墙（地连续墙逆做法施工，地下4层，基坑深度20.50m左右）。
2 场地自然地理环境、地形地貌、地质构造
2.1场地自然地理环境
南京虎踞龙盘，为六朝古都，文化名城，历史悠久。
拟建场地位于南京市河西地区，黄山路与河西大街交界处西北隅。场地位于南京河西CBD二期商务区附近，紧邻地铁10号线轨道，北侧为金润国际广场项目，西侧为空地，南侧为住宅区，东侧为南京金沙高尔夫练习场，周围道路四通八达。环境优越，交通便利。
经过现场调查，场地北侧金润国际广场项目正在进行基础施工；场地南侧为地铁一号线轨道，距离基坑最近仅约24m。
2.2场地地形、地貌
拟建场地位于黄山路与河西大街交界处西北隅，原地形基本平坦，地势较低，地面高程在7.0m左右。由于北侧金润国际广场基础施工时挖出的土堆积于场地西半部和东南角形成土堆，导致地形起伏，局部地势较高，最高地面高程达9.1m。
场地地貌单元为长江漫滩。
3 岩土层分布
3.1场地岩土层组成
根据勘察结果，场地覆盖层厚度较大，为典型的长江漫滩相沉积物，各岩土层分布基本均匀，工程性质与土性和状态相关。场地基岩岩面较平缓，工程性质与风化程度相关。
3.1.1覆盖层
根据成因时代、土性和物理力学性质，场区土层可划分三个工程地质大层：
第一工程地质层：为人工填土，土性较杂，含碎砖、碎石和少量建筑垃圾等，工程性质较差，厚度较大，分布于整个场区。
第二工程地质层：系晚全新世漫滩相淤积、冲积形成的一套厚度较大饱和软土和砂土层，饱和软土工程性质较差，厚度大，分布于整个场区；砂土层工程性质较好，厚度大，分布于整个场区。
第三工程地质层：系晚更新世冲积形成的砾质土，工程性质较好，但土质不均匀，厚度变化较大，分布于整个场区。
3.1.2基岩
场地基岩为白垩系葛村组泥岩，属于极软岩。其强度与风化程度有关，按风化程度分两个亚层。
3.2岩土层详细描述
根据野外勘探鉴别、现场原位测试，结合室内试验资料综合分析，场地岩土层分布自上而下详细描述如下：
（1）人工填土层（Q4ml）#8212;层号①
①~1杂填土：褐~褐灰色，稍密，由碎砖、少量煤渣混粉质粘土填积，密实度较差，填龄在5年以上。其中，场地西半部及东南角表层约0.8~1m为金润国际广场连续墙施工时挖出的软~流粉质粘土及淤泥质粉质粘土堆填，填龄不足1年的新填土，密实度、均匀性差。层厚2.2~6.0m。
①~2素填土：灰褐~黄灰色，软塑为主，局部可塑，由粉质粘土填积，夹少量碎砖石，部分为耕值土，土质不均匀，填龄在10年以上。层顶埋深2.2~5.0m，层厚0.3~2.0m。
①~2a淤泥质填土、淤泥：黑灰色，流塑，含腐植物及贝壳，有腐臭味，分布于填塘底部，填龄不足10年。层顶埋深3.5~4.2m，层厚0.7~0.8m。
（2）全新世冲淤积成因土层（Q4al）#8212;层号②
②~1粉质粘土、粘土：黄灰~灰褐色，软塑，局部可塑，切面稍有光泽，韧性、干强度中等偏高。层顶埋深3.4~6.0m，层厚0.2~1.4m。
②~2淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，局部软塑~流塑粉质粘土，含腐植物，偶夹粘土及薄层粉土，切面稍有光泽，韧性、干强度中等。层顶埋深3.0~6.7m，层厚13.9~18.1m。
②~3淤泥质粉质粘土、粉质粘土：灰色，软~流塑，夹薄层状粉土、粉砂，具水平层理。切面稍有光泽，韧性、干强度中等。层顶埋深19.1~23.3m，层厚11.4~20.3m。
②~4粉细砂：青灰~灰色，密实状态，局部夹中砂，颗粒成分以石英质为主，含少量腐植物及云母碎片。层顶埋深32.0~57.0m，层厚1.5~25.6m。
②~4a粉质粘土：灰色，软塑，部分可塑，切面稍有光泽，韧性、干强度中等，夹薄层粉土、粉砂，呈透镜体状分布于②~4层中。层顶埋深42.1~58.0m，层厚1.1~3.3m。
（3）、晚更新世冲淤积成因土层（Q34）#8212;层号④
④中粗砂混卵砾石：灰色，密实，卵砾石以石英质成份为主，呈亚圆形，粒径一般在1~8cm，个别为10cm以上，含量不均匀，一般在5%~20%，局部25%~35%。层顶埋深56.8~59.7m，层厚0.6~10.0m。
（4）、下白垩统葛村组沉积岩（K1g）
⑤~1强风化泥岩：棕褐色，风化强烈，岩石结构已破坏，已风化呈土状，属极软岩，岩体基质本量等级分类属Ⅴ级，遇水极易软化。层顶埋深59.7~67.5m，层厚0.7~3.0m。
⑤~2中风化泥岩：棕褐色，岩体较完整，岩质软硬不均，局部夹泥质粉砂岩，有少量裂隙发育，主要为极软岩，岩体基本质量等级分类属Ⅴ级，遇水易软化。层顶埋深61.8~69.5m，层厚1.5~3.4m。
⑤~3中风化泥岩：棕褐色，局部夹泥质粉砂岩，岩体较完整，有少量裂隙发育，水平层理面及裂隙中充填有薄层石膏，主要为极软岩，夹软岩，基本质量等级分类属Ⅴ级，遇水易软化。层顶埋深64.2~71.6m，未钻穿。
4 场地水文地质条件
4.1场地地表水
场区属长江流域的漫滩相地貌单元，场内已无地表水体分布。
根据水文地质资料，长江南京下关站最高水位在10.22m（1954年），最大洪峰流量为92600m3/s，最低水位在1.56m（1956年）。
据大通站1950~2006年资料统计，多年平均流量为28500m3/s，相应多年平均径流量9000亿m3；径流年内分配不均匀，5~10月份的径流量占全年径流量的70.7%。从多年平均情况来看，7月份平均流量最大，为50300m3/s，相应径流量占年径流量的14.7%，1月份平均流量最小，为11100m3/s，仅占年径流总量的3.2%；径流的年际变化较大，历史最大年径流量为1954年的13600亿m3，历史最小年径流量为1978年的6760亿m3。
4.2场地地下水
根据勘探揭示的地层结构和渗透性，勘探深度范围内的地下水可分为浅层潜水和弱承压水。
（1）浅层潜水
潜水含水层由①层人工填土②~1层、②~2层和②~3层软弱粘性土构成含水层组。
场地人工填土厚度普遍较大（最大厚度达6.0m），由于密实度差，其间的大孔隙往往成为地下水的赋存空间，且连通性较好，富水性及透水性较好，属弱透水层，雨季水量较丰富。
新近沉积的②~1、②~2及②~3层粘性土饱含地下水，但给水性较差、透水性弱，属微~弱透水地层。
南京地下水最高水位一般在7~8月份，最低水位多出现在旱季12月份至翌年3月份。
场地缺少长期水文地质观测资料，根据调查和勘察资料，长江漫滩属地下水丰富的地貌单元，其水位变化与季节性关系密切，同时与地形条件亦有关。
雨季或暴雨天一般地下水位很高，地势低洼处甚至溢出地面。所以，场地近3~5年最高水位一般可按地面下0~0.5m考虑；如场地地势高时，可按周围道路高程考虑。而枯水位（旱季）其水位一般可按地面下1.5m左右考虑，如场地地势较高时，可按周围道路下1.5m左右考虑。
地下水的补给来源主要为大气降水，以蒸发和侧向径流为主要排泄方式，水位受季节性变化的影响，年变化幅度在1.0m。
（2）弱承压水
弱承压含水层组由中下部的②~4层粉细砂和④层中粗砂混卵砾石构成。
层顶的②层粉质粘土由于透水性弱，与砂土层渗透性差异性大，可以周围弱承压含水层的隔水顶板，隔水底板为下伏基岩。
该含水层富水性好，透水性强，厚度大，水量丰富，属弱透水~透水地层。
场地范围均匀布置了承压水水位测量孔，现场钻孔中量测的承压水头埋深在现地面下约3.40~4.20m，高程4.10~4.34m，平均高程4.22m。
另外，场地范围还进行了抽水试验，根据抽水试验成果，承压水水头埋深在现地面下约4.12m，高程3.89m。
综合上述两种结果，场地承压水头建议按高程4.22m取值。
承压水主要接受场外与其相通的地表水体（如长江）的补给，还接受潜水的越流补给，以侧向径流方式排泄，水头较为稳定，但会随季节性略有升降，但变幅一般小于0.5m。
承压水与潜水含水层有水力联系。
4.3水文地质参数
本工程地下室范围、挖深均较大。场地覆盖层均为含水层，施工中地下水控制好坏对周围的环境至关重要（尤其地铁10号线区间隧道）。
本次勘察进行了大量室内渗透性试验。因取样和室内制样原因，以及室内试验中水的渗流路径的局限性，会导致室内试验指标比现场试验小。为了确定接近实际施工工况和边界条件的及水文地质参数，本次勘察对承压含水层进行了抽水试验。
根据抽水试验成果，场地承压含水层水文地质参数为：综合渗透系数Kcp=9.17310-3cm/s、影响半径R约308m、涌水量约为24.44 m3/d#183;m。结合河西地区类似工程的抽水试验成果及工程经验，上述水文地质参数可供设计使用。
5 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 采用的研究手段
6.1拟采用的基坑支护方案比选
本工程基坑侧壁安全等级为一级，基坑周边环境复杂，场地工程地质和水文地质条件较差。所以，支护结构变形和地下水的控制，以及施工中降排水对周围环境影响的控制是基坑工程成败的关键。现提供适合本工程的两种基坑支护方案如下：
（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。
（3）基坑支护方案的建议
本工程基坑侧壁安全等级为一级，场地工程地质条件较差，场地地下水对工程施工影响较大，尤其基坑南侧靠近地铁区间较近（隧道底板在基坑底板以上）。建议采用连续墙 内支撑的支护结构体系。
6.2 土压力的计算
本设计中采用朗肯土压力计算方法，计算内容有墙后主动土压力和墙前被动土力。
确定土压力从而确定支撑杆件的截面设计和配筋参数。
水土分算（无粘性土）
主动土压力：
被动土压力：
其中#8212;#8212;土的有效重度 #8212;#8212;水的重度
水土合算（粘性土）
主动土压力：
被动土压力：
其中#8212;#8212;土的饱和重度
6.3挡土结构内力与变形的计算
地下连续墙作为基坑围护结构的内力和变形计算目前应用最多的是平面弹性地基梁法，该方法计算简便，可适用于绝大部分常规工程;而对于具有明显空间效应的深基坑工程，可采用空间弹性地基板法进行地下连续墙的内力和变形计算;对于复杂的基坑工程需采用连续介质有限元法进行计算。
墙体内力和变形计算应按照主体工程地下结构的梁板布置，以及施工条件等因素，合理确定支撑标高和基坑分层开挖深度等计算工况，并按基坑内外实际状态选择计算模式，考虑基坑分层开挖与支撑进行分层设置，以及换撑拆撑等工况在时问上的先后顺序和空问上的位置不同，进行各种工况下的连续完整的设计计算。
本深基坑具有明显的空间效应，拟采用空间弹性地基板法进行地下连续墙的内力和变形计算。
6.4基坑稳定性验算
对于基坑的稳定性验算主要有以下内容：基坑整体稳定性验算、基坑的抗隆起稳定验算、基坑的侧壁抗倾覆稳定性、基坑底抗渗流稳定性验算。
6.4.1整体稳定性验算
6.4.2抗隆起稳定性验算
采用同时考虑 、的计算方法验算抗隆起稳定性。
图6.4-1 同时考虑 、的抗隆起计算示意图
式中
#8212;#8212; 墙体插入深度；
#8212;#8212; 基坑开挖深度；
#8212;#8212; 地面超载；
#8212;#8212; 坑外地表至墙底，各土层天然重度的加强平均值；
#8212;#8212; 坑内开挖面以下至墙底，各土层天然重度的加强平均值；
、#8212;#8212; 地基极限承载力的计算系数；
、#8212;#8212; 为墙体底端的土体参数值；
用普郎特尔公式，、分别为：
6.4.3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：
其中：#8212;#8212;被动土压力及支点力对桩底的弯矩；
#8212;#8212;主动土压力对桩底的弯矩。
6.4.4基坑底抗渗流稳定性验算
6.4.4.1 抗管涌稳定性验算
本设计采用一般方法避免基坑底部土体发生管涌破坏
图6.4-2 抗管涌计算示意图
需满足下式：
其中 #8212;#8212;安全系数；
#8212;#8212;土体浮重度；
#8212;#8212;水的重度；
#8212;#8212;地下墙的插入深度；
#8212;#8212;坑底内外的水头差。
6.4.4.2 抗承压水头稳定性验算
在不透水的粘土层下，有一层承压含水层，或者含水层中虽然不是承压水，但由于土方开挖形成的基坑内外水头差，使基坑内侧含水层中的水压力大于静水压力，如图6.4-3所示，可按下式验算基坑底部的抗承压水的稳定性。
图6.4-3 承压水引起的基坑隆起
其中：#8212;#8212;基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力；
#8212;#8212;承压水层的水头压力；
#8212;#8212;抗承压水头的稳定性安全系数，取1.05。
6.5降水设计
6.5.1基坑涌水量计算
根据水井理论，水井分为潜水（无压）完整井、潜水（无压）非完整井、承压完整井和承压非完整井。这几种井的涌水量计算公式不同。
a．均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算
根据基坑是否邻近水源，分别计算如下：
1）基坑远离地面水源时（图6.5-1a）
式中 Q#8212;#8212;基坑涌水量；
K#8212;#8212;土壤的渗透系数；
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；宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑安全等级为二、三级时，对潜水含水层按下式计算：
对承压含水层按下式计算：
k#8212;#8212;土的渗透系数；
r0#8212;#8212;基坑等效半径；当基坑为圆形时，基坑等效半径取圆半径。当基
坑非圆形时，对矩形基坑的等效半径按下式计算：
式中 a、b#8212;#8212;分别为基坑的长、短边。
对不规则形状的基坑，其等效半径按下式计算：
式中 A#8212;#8212;基坑面积。
2）基坑近河岸（图6.5-1b）
（b＜0.5R）
3）基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间时（图6.5-1c）
4）当基坑靠近隔水边界时（图6.5-1d）
图6.5-1 均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算简图
（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岩；
（c）基坑位于两地表水体之间；（d）基坑靠近隔水边界
b．均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算
1）基坑远离地面水源（图6.5-2a）
2）基坑近河岸，含水层厚度不大时（图6.5-2b）
（b＞M/2）
式中 M#8212;#8212;由含水层底板到滤头有效工作部分中点的长度。
3）基坑近河岸（含水层厚度很大时）：（图6.5-2c）
（b＞l）
（b＜l）
图6.5-2 均质含水层潜水非完整井涌水量计算简图
（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岸，含水层厚度不大；
（c）基坑近河岸，含水层厚度很大
c．均质含水层承压水完整井基坑涌水量计算
1）基坑远离地面水源（图6.5-3a）
式中 M#8212;#8212;承压含水层厚度。
2）基坑近河岸（图6.5-3b）
（b＜0.5r0）
3）基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间（图6.5-3c）
图6.5-3 均质含水层承压水完整井涌水量计算简图
（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岸；（c）基坑位于两地表水体之间
d．均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算
图6.5-4 均质含水层承压水非完整井涌水量计算简图
e．均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算
图6.5-5 均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算简图
6.5.2降水
降水即在基坑土方开挖之前，用真空（轻型）井点、喷射井点或管井深入含水层内，用不断抽水方式使地下水位下降至坑底以下，同时使土体产生固结以方便土方开挖。
降水井（井点或管井）数量计算
式中 Q#8212;#8212;基坑总涌水量；
q#8212;#8212;设计单井出水量；
真空井点出水量可按36~60m3/d确定；
真空喷射井点出水量按表6.5-1确定；
管井的出水量q（m3/d）按下述经验公式确定：
rs#8212;#8212;过滤器半径（m）；
l#8212;#8212;过滤器进水部分长度（m）；
k#8212;#8212;含水层的渗透系数（m/d）
喷射井点的设计出水能力 表6.5-1
|
型号 |
外管直径 （mm） |
喷射管 |
工作水 压力 （MPa） |
工作水 流量 （m3/d） |
设计单个井 点出水能力 （m3/d） |
适用含水层 渗透系数 （m/d） | |
|
喷嘴直径 （mm） |
混合室直径 （mm） | ||||||
|
1.5型并列式 |
38 |
7 |
14 |
0.6~0.8 |
112.8~163.2 |
100.8~138.2 |
0.1~5.0 |
|
2.5型圆心式 |
68 |
7 |
14 |
0.6~0.8 |
110.4~148.8 |
103.2~138.2 |
0.1~5.0 |
|
4.0型圆心式 |
100 |
10 |
20 |
0.6~0.8 |
230.4 |
259.2~388.8 |
5~10 |
|
6.0型圆心式 |
162 |
19 |
40 |
0.6~0.8 |
720 |
600~720 |
10~20 |
6.6施工监测
鉴于本基坑工程的重要性和复杂性，应将施工监测作为基坑设计与施工中不可缺少的重要内容，使基坑施工全过程处于受控状态以确保安全施工。本工程的基坑监测具体可严格按《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009 对一级基坑的规定要求执行。
7 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（3#215;A2）
3、基坑支护结构、止降水结构剖面图（2#215;A2）
4、基坑支护结构大样图、节点大样图（2#215;A2）
5、基坑开挖监测点平面布置图（1#215;A2）
