靖江新佳新村基坑支护设计（10.0m)开题报告
2020-05-20 09:05
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
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文 献 综 述 一、研究目的及意义： 1.1概述 从 20 世纪 80 年代以来，尤其是近些年以来大量的工程实践，我国的高层建筑施工技术得到很大的发展，基坑开挖深度超过10m的比比皆是，其埋置深度也就越来越深，对基坑工程的要求越来越高，随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程的建设，特别是近年来的工程实践，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高。 目前由于深基坑的增多，支护技术发展很快，多采用钻孔灌注桩，地下连续墙，深层搅拌水泥土墙、加筋水泥土墙和土钉墙等，计算理论相比较于从前都有很大的改进。支撑方式有传统的钢柱（或者型钢）和混凝土支撑，亦有在坑外采用土锚拉固。内部支撑形式也有多种，有对撑，角撑，桁架式边撑等。在地下连续墙用于深基坑支护的方面，还推广了”两墙合一”和逆作法施工技术，能有效 的降低支护结构的费用和缩短工期。 基坑支护的原则：安全可靠、经济合理、施工便利、工期保证。 基坑支护的依据：基坑支护的依据：规范；岩土工程规范；基坑支护工程勘察报告；基坑支护 结构设计资；周边环境；基坑的深度。 本项毕业设计选题为靖江新佳新村基坑支护设计，为详细学习和了解与岩土工程相关的知识，巩固以前学习过的（基础工程、土质学与土力学、工程地质学等）知识，并按照现行规范，通过对实际情况的分析把它运用到生产实践中去，同时也培养了调查研究、查阅文献、收集资料和整理资料的能力。通过本次设计使自己能够理论联系实际，并为以后的工作和学习打下坚实的基础。 1.2国内外基坑围护技术的研究现状 国外 20 世纪 30 年代，太沙基和皮克等最先从事基坑工程的研究，20 世纪 60 年代 在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测，从 20 世纪 70 年代起，许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。欧洲、美国等发达国家，利用地下空间开发的地下铁路、地下交通隧道、地下商场等设施随处可见，尤其是通过地下铁路和地下隧道来解决城市的交通拥堵。随着深基坑开挖的面积和深度不断加大，针对不同土体特征和周边环境的保护等级要求，一般选择桩锚支护结构和型钢支撑结构，对基坑支护结构的强度和变形控制要求较高。 目前我国的深基坑支护技术主要有：钻孔灌注桩、地下连续墙、钢筋混凝土支撑结构、钢管支撑结构，常用于开挖深度 8m以上的基坑。土钉墙支护结构常用于开挖深度 5m以内。由于历史原因，我国设计与施工企业为独立的两个子行业，造成很多设计企业对施工企业的技术发展和新工艺了解严重滞后，经常出现设计的方案不是最优，而施工企业又对设计的意图往往不甚了解，所以会导致不优的方案不能发现。目前我国国内 95%以上的深基坑支护工程使用钻孔灌注桩、地连墙、钢筋混凝土支撑结构、钢筋支撑结构等传统技术，这些传统技术造价高、施工空间狭小、施工工期长、高能耗、环境污 染严重；而只有不到 5%的深基坑支护技术使用 SMW 工法、加劲桩、预应力装配式支撑支护结构等新技术，这些技术具有造价低、施工空间大、施工工期短、绿色环保节能、资源重复利用等优点。 二、基坑支护基本内容 基坑工程中采用的围护墙、支撑（或土层锚杆）、围檩、防渗帷幕等结构体 系总称为支护结构。 挡土系统：常用的有钢板桩、钢筋混凝土板桩、深层水泥搅拌桩、钻孔灌注 桩、地下连续墙。其功能是形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力。 挡水系统：常用的有深层水泥搅拌桩、旋喷桩、压密注浆、地下连续墙、锁口钢板桩。其功能是阻挡抗外渗水。 支撑系统：常用的有钢管与型钢内支撑、钢筋混凝土内支撑、钢与钢筋混凝 土组合支撑。其功能是支承围护结构侧力与限制围护结构位移。 支护结构挡墙的选型，涉及技术因素和经济因素，要从满足施工要求、减少对周围的不利影响、施工方便、工期短、经济效益好等几方面，经过技术经济比较后加以确定。而且支护结构挡墙选型要与支撑选型、地下水位降低、挖土方案等配套研究确定。 2.1支护结构 2.1.1放坡开挖 为了防止土壁塌方，确保施工安全，当挖方超过一定深度或填方超过一定高度时， 其边沿应放出的足够的边坡。这就是放坡。 适用条件：基坑侧壁安全等级为三级，周围场地开阔，周围无重要建筑物，土体较 稳定，基坑较浅。 优点：①造价较低；②施工简单。 缺点：①土体有较大位移；②淤泥、流砂及有大量渗水的地层，不宜采用；③回填 土方较大 边坡稳定验算采用极限平衡法、极限分析法和有限元法。极限平衡法修定边坡的失 稳是土体内部产生某一滑裂面，根据滑动土体的静力平衡条件和摩尔#8212;库仑破坏准则计 算滑动土体沿滑裂面滑动的可能性，即安全系数的大小，然后采用同样的方法选取多个 可能的滑裂面，分别计算相应的稳定安全系数。安全系数最低的滑裂面即可能性最大的 滑裂面，为稳定性设计控制滑裂面，取最危险滑裂面的安全系数 K≥1.35~1.5。常用的 方法有圆弧滑动法和条分法。 2.1.2重力式挡墙 依靠石砌圬工或水泥混凝土的墙体自重来抵抗土体土侧压力的挡土墙称为重力式 挡土墙。 适用条件：高度一般小于 6m，地震烈度较低，地基条件良好，土体一般。 优点：①形式简单、施工方便快捷；②成本较低； 缺点：①由于重力式挡墙依靠自身重力来维持稳定平衡，因此墙身断面大，圬工数 量也大；②在软弱地基上修建时受承载力的限制；③如果墙过高，材料耗费多，不经济。 2.1.3钢板桩 用槽钢正反扣搭接而组成，或用 U 型、H 型和 Z 型截面的锁口钢板桩。用打入法打入土中，相互连接形成钢板桩墙，既用于挡土又用于挡水。钢板桩具有较高的可靠性和耐久性，在完成支挡任务后，可以回收重复利用；于多道钢支撑结合，可适合软土地区的较深基坑，施工方便，工期短。钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制。而且钢板桩本身柔性较 大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于 7m时，不宜采用。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出 时对周围地基土和地表土的影响。 2.1.4排桩支护 排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻（冲）孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间的联系差必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠联接。为了防止地下水并夹带土体颗粒从桩间孔隙流入（渗入）坑内，应同时在桩间或桩背采用高压注浆，设置深层搅拌桩、旋喷桩等措施，或 在桩后专门构筑防水帷幕。 排桩支护可分为悬臂式和支锚式，而支锚式又分单点支锚和多点支锚。 排桩支护可分为悬臂式和支锚式，而支锚式又分单点支锚和多点支锚。大多数情况下，悬臂式柱列桩适用于三级基坑，支锚式柱列桩适合于一、二级基坑工 程。一般来说，当基坑深 h=8m～14m，周围环境要求不十分严格时，多考虑采用排桩支护。柱列式灌注桩的工作比较可靠，但要重视帽梁的整体拉结作用，在基坑边角处，帽梁应连续交圈。当要求灌注桩围护结构起到抗水防渗作用时，必须做好桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷桩。当周围环境保护要求严格时，为减少排桩的变形，在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域，用水泥搅 拌桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少支护结构的变形。 悬臂式排桩围护在坑底以上外侧主动土压力作用下，桩将向基坑内侧倾移，而下部则反方向变位，可根据静力平衡条件计算桩的入土深度和内力。通常用静 力平衡法和布鲁姆（Blum）法。 单支点排桩围护是顶端支撑的围护结构，由于顶端有支撑而不致移动而形成 一铰接的简支点。通常用图解分析法（弹性线法）和等值梁法。 多支点排桩围护，为了减少支护桩的弯矩可以设置多层支撑。支撑层数及位置要根据土质、坑深、桩径、支撑结构的材料强度，以及施工要求等因素拟定。目前对多支撑围护结构的计算方法一般有等值梁法（连续梁法）；支撑荷载的 1/2 分担法；逐层开挖支撑力不变法；有限元法等。
2.1.5土钉墙支护 土钉墙是一种原位土体加筋技术。将基坑边坡通过由钢筋制成的土钉进行加固，边坡表面铺设一道钢筋网再喷射一层砼面层和土方边坡相结合的边坡加固型支护施工方法。其构造为设置在坡体中的加筋杆件（即土钉或锚杆）与其周围土体牢固粘结形成的复合体，以及面层所构成的类似重力挡土墙的支护结构。 土钉墙支护的土钉设计和稳定性计算采用总安全系数法。其中以荷载和材料性能的 标准值作为计算值，并根据此确定土压力。层面设计计算采用以概率理论为基础的结构 极限状态计算方法，此时作用于层面的土压力乘以分项系数 1.2 后作为计算值。 适用条件：以粘土及粉质粘土为主的土层、半土半岩地层；周边环境条件容许。 优点：①节省投资，至少节省一半；②可进行信息化设计与施工，施工速度快；③ 基坑作业空间开阔，无内支撑，主体结构施工快；④土钉支护可与预应力锚杆联合使用。 缺点：①变形大；②土钉和锚杆需占用基坑周围的地下空间；③淤泥、流砂及有大 量渗水的地层，不宜采用；④土体有较大位移。 2.1.6 劲性水泥土搅拌连续墙（SMW工法） 它是以水泥土搅拌桩法为基础，在水泥土搅拌桩中插入型钢或其它芯材料形成的同时具有承力和防渗两种功能 的支护形式。凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可以使用 SMW 工法，特别是 适合于以粘土和粉性土为主的软土地区。 优点：①对于靠近建筑物红线施工的深基坑工程具有相当优势，其中心线离建筑物的墙面 80 厘米即可施工；②仅在开槽时有少量土方外运；③构造简单，施工速度快，可大幅缩短工期；④围护结构与主体结构分离，主体结构侧墙可以施工外防水，结构整体性和防水性能均较好，可降低后期维护成本。 2.1.7 地下连续墙 地下连续墙开挖技术起源于欧洲。它是根据打井和石油钻井使用泥浆和水下浇注混凝土的方法而发展起来的，1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥浆地下连续墙施工，20世纪50~60年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基础施工中有效的技术。 地下连续墙是基础工程在地面上采用一种挖槽机械，沿着深开挖工程的周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽，清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段，如此逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁，作为截水、防渗、承重、挡水结构。本法特点是：施工振动小，墙体刚度大，整体性好，施工速度快，可省土石方，可用于密集建筑群中建造深基坑支护及进行逆作法施工，可用于各种地质条件下，包括砂性土层、粒径50mm以下的砂砾层中施工等。适用于建造建筑物的地下室、地下商场、停车场、地下油库、挡土墙、高层建筑的深基础、逆作法施工围护结构，工业建筑的深池、坑；竖井等。 2.2支撑结构 深基坑的支护体系由两部分组成，一是围护壁，二是内支撑或者土层锚杆。作用在挡墙上的水、土压力可以由内支撑有效地传递和平衡，也可以由坑外设置的土锚维持平衡，它们可以减少支护结构位移。为施工需要而构筑的深基坑各类支撑系统，既要轻巧又需有足够的强度、刚度和稳定性，以保证施工的安全、经济和方便，因此支撑结构的设计是目前施工方案设计的一项十分重要的内容。支撑材料按种类可分为以下两类： 2.2.1 现浇钢筋混凝土支撑体系 截面形式：根据设计要求确定断面形状和尺寸。 布置形式：竖向布置有水平撑、斜撑；平面布置有对撑、边桁架、环梁结合边桁架 等，形式灵活多样。 特点：混凝土结硬后刚度大、变形小，强度的安全可靠性强，施工方便，但支撑浇制和养护时间长，围护结构处于无支撑的暴露状态时间长，软土中被动区土体位移大，如对变形有较高要求时、需对被动区软土加固。施工工期长，拆除困难，爆破拆除对周 围环境有影响。 2.2.2 钢结构支撑体系 截面形式：单钢管、双钢管、单工字钢、双工字钢、H型钢、槽钢及以上的组合。 布置形式：竖向布置有水平撑、斜撑；平面布置形式一般为对撑、井字撑、角撑， 亦有与钢筋混凝土支撑结合使用，但要谨慎处理变形协调问题。 特点：安装、拆除施工方便，可周转使用，支撑中加预应力，可调整轴力而有效控 制围护墙变形；施工工艺要求较高，如节点和支撑结构处理不当，施工支撑不及时不准 确，会造成失稳。 2.3 基坑主要止排水方法 2.3.1降水 开挖前需把地下水位降低到边坡面和坑底以下，以防止边坡的塌陷和涌流，并保证施工过程中处于疏干和坚硬的工作条件下进行开挖。止排水的原则为”外排内堵”，视工程性质、开挖深度、土质特性及经济等因素进行考虑。 降水方法按降水机理不同，可分为明沟排水和井点降水。 明沟排水是在基坑内设置排水明沟或渗渠和集水井，使进入基坑内的地下水沿排水沟渠流入井中，然后用水泵将水抽出基坑外的降水方法。明沟排水一般适用于土层较密实，坑壁较稳定，基坑较浅，降水深度不大，坑底不会产生流砂和 管涌等的降水工程。 井点降水是在基坑开挖前，预先埋入深于坑底的一系列井管，利用抽水设备连续抽水，在井管周围形成降水漏斗，使地下水位标高低于坑底标高的降水方法。井点降水类型包括：一（多）级轻型井点、喷射井点、深井井点、电渗井点等，详 见表 1。 降水原则：(1)井点降水应减缓降水速度，均匀出水；(2)井点应连续运转，尽量避 免间歇和反复抽水；(3)降水场地外侧设置挡水帷幕，减小降水影响范围；(4)设置回灌井系统。 表1 各类井点的使用范围
2.3.2止水帷幕 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 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。 2.4基坑工程监测 基坑监测是指在施工及使用期限内，对建筑基坑及周边环境实施的检查、监控工作。 基坑监测主要包括：支护结构、相关自然环境、施工工况、地下水状况、基坑底部及周围土体、周围建（构）筑物、周围地下管线及地下设施、周围重要的道路、其他应监测的对象。 三、参考文献 [1] JGJ 120-2012 建筑基坑支护技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2012 [2] GB50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011 [3] GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012 [4] 应惠清. 建筑工程设计施工详细图集［M］.中国建筑工业出版社，2003. [5] 杨克己. 实用桩基工程［M］.人民交通出版，,2004. [6] 崔江余，梁仁旺. 建筑基坑工程设计计算与施工［M］.中国建材工业出版社，1999. [7] 黄强. 深基坑支护工程设计技术 [M].中国建材工业出版社，2000. [8] 龚晓南，高有潮. 深基坑工程设计施工手册 [M].中国建筑工业出版社，1998. [9] 刘建航，侯学渊. 基坑工程手册［M］.中国建筑工业出版社，1997. [10] 刘宗仁. 基坑工程 [M].哈尔滨工业大学出版社，2008. [11] 余志成，施文华. 深基坑支护设计与施工 [M].中国建筑工业出版社，1997. [12] 王卫东，王建华. 深基坑支护结构与主体结构 [M].中国建筑工业出版社，2007. [13] 秦四清. 深基坑工程优化设计［M］.地震出版社，1998. [14] 赵志缙，应惠清. 简明深基坑工程设计施工手册［M］.中国建筑工业出版社，1997. [15] 建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012［M］.中华人民共和国住房和城乡建设部，2012 [16]陈国兴，樊良本，陈甦等.基础工程学［M］中国水利水电出版社，2002 [17] 高大钊. 深基坑工程（第二版）［M］.机械工业出版社，1999.
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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
一、工程简介
1.工程概况
拟建的靖江市城北安置区新佳新村五期15、16、17#楼位于靖江市城北园区，西侧为东兴北路，北侧为规划建设的纬五路，总建筑面积地上约18000m2，地下约1800m2。建筑物具体建筑特征及规模见表1.1。
拟建建筑物的设计参数详见下
表2 拟建物建筑特性一览表
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建筑物名称 |
15#楼 |
16#楼 |
17#楼 |
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结构形式 |
剪力墙 |
剪力墙 |
剪力墙 |
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层数 |
11F 1（附1层地下室） |
11F 1（附1层地下室） |
11F 1（附1层地下室） |
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高度（m） |
地上31.0m， 地下4.0m |
地上31.0m， 地下4.0m |
地上31.0m， 地下4.0m |
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基础型式 |
桩基 |
桩基 |
桩基 |
2 场地岩土工程条件
2.1岩土层结构与类型
根据钻探资料分析，拟建场地内土层分布较均匀，本场地勘察深度范围内共分8层，据各土层的土性特征，现将各土层从上至下分别描述如下：
①素填土：灰褐色～灰黄色，以软塑粉质粘土为主，农田内上部含植物根茎。场区普遍分布，厚度:1.00～2.10m，平均1.32m；层底标高:-2.61～-1.28m，平均-1.74m；层底埋深:1.00～2.10m，平均1.32m。该层物理力学性质不均匀，不宜作为建筑物持力层。
②粉砂夹粉土：上部为黄色，向下渐变至灰色～灰青色，松散，饱和，以亚圆形石英、长石为主，含云母，级配不良，局部夹粉土。场区普遍分布，厚度:5.20～7.20m，平均5.62m；层底标高:-8.80～-6.87m，平均-7.36m；层底埋深:6.40～8.50m，平均6.94m。该土层属中等压缩性，中低强度土，工程性质一般。
③淤泥质粉质粘土夹薄层粉砂：灰色～深灰色，流塑状态，含有腐殖质，稍有摇震反应，切面稍有光泽，干强度和韧性低，局部夹松散状态粉砂、细砂薄层，具层理。场区普遍分布，厚度:6.20～10.60m，平均9.59m；层底标高:-17.91～-14.71m，平均-16.95m；层底埋深:14.20～17.40m，平均16.53m。该土层属高压缩性，低强度土，工程性质差。
④粉质粘土夹砂质粉土：灰～青灰色，软塑状态，稍有摇震反应，切面稍有光泽，干强度和韧性低，夹粉土。场区普遍分布，厚度:6.50～10.20m，平均7.54m；层底标高：-25.20～-23.96m,平均-24.49m；层底埋深:23.50～24.90m，平均24.07m。该土层属高压缩性，低强度土，工程性质较差。
⑤细砂：青灰色，中密，饱和，以亚圆形石英、长石为主，含云母及贝壳碎屑，级配不良。场区普遍分布，厚度:2.30～5.00m，平均3.31m；层底标高:-29.00～-26.87m，平均-27.80m；层底埋深:26.50～28.50m，平均27.38m。该土层属低压缩性，高强度土，工程性质较好。
⑥粉质粘土：灰褐色，软～可塑，无摇振反应，切面稍有光泽，干强度和韧性中等。场区普遍分布，厚度:6.50～9.40m，平均8.29m；层底标高:-37.51～-35.18m，平均-36.09m；层底埋深:34.80～37.00m，平均35.68m。该土层属中等压缩性，中等强度土，工程性质一般。
⑦粉土夹粉质粘土：棕黄色，粉土为中密状态，粉质粘土为可塑状态，稍有摇振反应，切面稍有光泽，干强度和韧性中等偏低。场区普遍分布，厚度:3.60～13.00m，平均6.71m；层底标高:-48.50～-39.88m，平均-42.78m；层底埋深:39.60～48.00m，平均42.36m。该土层属中等压缩性，中等强度土，工程性质较好。
⑧粉细砂：青灰色，密实，饱和，以亚圆形石英、长石为主，和含云母及贝壳碎屑，级配较好，夹有中砂，局部见粉质粘土。场地普遍分布，本层未揭穿，属中等偏低压缩性，中高强度土，工程性质好。
2.2 水文地质条件
靖江市属北亚热带季风气候区，气候温和湿润，四季分明，多年平均气温15.4℃，最低气温-10.5℃，最高气温38.5℃；地区40年年平均降雨量1051.70mm， 最大年降雨量1449.4mm，年平均蒸发量1200mm以上。夏季受热带气流的控制，形成多雨、高温的天气形势，雨水多集中在7～9月份，占全年降水量的50%左右，冬季干旱少雨，气候适中。河道中河水常年平均水位2.20m，最高水位3.20m，最低 1.80m。
根据场内地下水赋存和埋藏条件，勘察揭示在勘察深度范围内地下水类型主要为浅部孔隙潜水，浅部孔隙潜水主要赋存于②层土中，深部承压水主要赋存于⑤层土层中，对本工程影响不大。地下水补给主要为大气降水和地表径流，排泄方式主要为自然蒸发。地下水位呈季节性周期变化。
3岩土工程分析评价
3.1 基坑周边环境条件
拟建场地为新建场地，西侧距东兴北路最近距离约10.0米，北侧距规划纬五路约17.0米的距离，16#楼东侧距在建的8#楼（6层）约13.0 米，南侧距在建的12#楼（6层）约24.0 米，15#楼东侧距在建的12#楼（6层）约13.0 米，南侧距已建的11#、14#楼（6层）约24.0 米。在建的8#、12#楼，已建的11#、14#均为桩基础，埋深约1.30米，东兴北路下有需要保护的管线。
3.2 基坑维护设计参数
根据室内试验、标准贯入试验、静力触探试验等，综合确定有关基坑围护设计和降水方案的设计参数见下表4。
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层号 |
土 名 |
静探成果 |
土试成果 |
标贯成果 |
推荐成果 | ||||
|
fak kPa |
Es MPa |
fak kPa |
Es MPa |
fak kPa |
Es MPa |
fak kPa |
Es MPa | ||
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② |
粉砂夹粉土 |
130 |
9.77 |
143 |
9.88 |
100 |
7.0 |
130 |
8.0 |
|
③ |
淤泥质粉质粘土夹薄层粉砂 |
116 |
6.39 |
90 |
4.23 |
|
|
80 |
4.0 |
|
④ |
粉质粘土夹砂质粉土 |
179 |
10.07 |
126 |
5.95 |
|
|
120 |
5.5 |
|
⑤ |
细砂 |
250 |
23.5 |
--- |
14.28 |
187 |
16.0 |
200 |
15.0 |
|
⑥ |
粉质粘土 |
176 |
7.72 |
255 |
6.51 |
|
|
145 |
6.5 |
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⑦ |
粉土夹粉质粘土 |
162 |
7.78 |
134 |
6.66 |
199 |
8.0 |
160 |
7.0 |
|
⑧ |
粉细砂 |
217 |
22.5 |
--- |
13.43 |
203 |
13.0 |
180 |
12.5 |
表4 基坑围护设计参数表
二、主要解决的问题和研究方法
2.1 综合考虑
根据对本工程的场地工程地质条件、基坑开挖深度、场地周边环境的综合考虑，本
工程拟采用排桩加支撑的支护形式，采用搅拌桩做止水帷幕，坑内采用管井降水。
支护结构设计时应满足抗隆起、抗渗流和整体稳定性验算要求。
2.2维护结构的荷载计算
在本次工程中采用朗肯土压力计算方法。常计算的内容有静止土压力，墙后主动土
压力计算，墙前被动土压力计算。只有确定了土压力的计算，才能确定支撑杆件的截面
配筋参数以及桩长、桩间排距等。
静止土压力：
朗肯主动土压力强度：
其中：
朗肯被动土压力强度：
其中：
水土分算（无粘性土）
主动土压力：
被动土压力：
注：frac34;#8212;土的有效重度 frac34;frac34;水的重度
水土合算（粘性土）
主动土压力：
被动土压力：
注：frac34;frac34;土的饱和重度
2.3桩的嵌固深度、桩身最大弯矩
2.3.1单支点支护结构
用等值梁法确定计算支点力的大小，然后根据倾覆稳定条件计算嵌固深度设计值。 根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-994.1 条计算。
首先，根据等值梁法计算弯矩为零点的位置，令坑底面以下支护结构设定弯矩零点 位置至坑底距离为 ，按下式确定： ，如下图 1 和图2所示。
图 1 单支点支护结构支点力计算简图 图 2 单支点支护结构嵌固深度计算简图
根据静力平衡，支点力按下式确定：
式中： #8212;#8212;水平荷载标准值；
#8212;#8212; 水平抗力标准值；
#8212;#8212; 弯矩零点位置以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和；
#8212;#8212; 合力作用点至设定弯矩零点的距离；
#8212;#8212;弯矩零点位置以上基坑内侧各土层水平抗力标准值的合力之和；
#8212;#8212;合力作用点至设定弯矩零点的距离；
#8212;#8212;支点至基坑底面的距离；
#8212;#8212;基坑底面至设定弯矩零点位置的距离。
根据抗倾覆稳定条件，并令抗倾覆稳定安全系数为 1.2，考虑基坑重要性系数，嵌固深度设计值 应满足下式：
根据静力平衡计算截面弯矩与剪力，图 2.1，设结构上某截面满足以下条件：
则该截面上的剪力即为最大剪力，其值为：
同样假设结构上某截面满足一下条件：
则该截面上的弯矩即最大弯矩，其值为：
2.3.2多支点支护结构
对于多点支护结构，嵌固深度计算值宜按整体稳定条件用圆弧滑动简单条分法确定：
式中：、#8212;#8212;最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水（快）剪粘聚力、内摩擦角标准值；
第#8212;#8212;i土条的弧长；
第#8212;#8212;i土条的宽度；
#8212;#8212;整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取1.3；
#8212;#8212;作用于滑裂面上第i土条的重量，按上覆土层的天然重度计算；
#8212;#8212;第i土条弧线中点切线与水平线夹角。
当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应继续验算下卧层整体稳定性。
对于均质粘土及地下水位以上的粉土或砂类土，嵌固深度按下式确定：
式中：#8212;#8212;嵌固深度系数，当取1.3时，可根据三轴试验（当有可靠经验时，可采用直剪试验）确定的土层固结不排水（快）剪内摩擦角及粘聚力系数查表（《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 表 A.0.2）； 粘聚力系数 δ 按下式计算。
粘聚力系数 δ：
式中： #8212;#8212;土的天然重度。
嵌固深度设计值可按下式确定：
当按上述方法确定的悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计值得 时，宜取；多支点支护结构嵌固深度设计值小于0.2h时，宜取。
当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙除应满足上述规定外，嵌固深度应满足公式：
式中： 坑外地下水位。
2.4抗隆起倾覆、管涌验算
2.4.1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：
2.4.2 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：#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。
2.4.3 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：#8212;#8212;侧壁重要性系数；
#8212;#8212;土的有效重度；
#8212;#8212;水的重度；
H#8212;#8212;地下水至基坑底的距离；
D#8212;#8212;桩（墙）入土深度。
2.5 止水帷幕的桩型、桩长设计和抗渗验算
2.5.1 止水帷幕桩型和桩长
止水帷幕的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 。
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：
式中： #8212;#8212;帷幕插入不透水层的深度；
#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： #8212;#8212; 坑外地下水位；
H #8212;#8212;基坑深度。
则桩长;可以按下式计算： L=l x 或者
式中：x #8212;#8212;不透水层层顶深度。
止水帷幕的施工方法、工艺和机具的选择应根据现场工程地质、水文地质及施工条件等综合确定。施工质量应满足《建筑地基处理规范》JGJ79-2002 的有关 规定。
2.5.2 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。
2.6 降水设计
2.6.1 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：H#8212;#8212;含水层厚度；
S#8212;#8212;水位深度；
R#8212;#8212;降水影响半径；
#8212;#8212;基坑等效半径；
K #8212;#8212;渗透系数。
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
2 ）均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算
a.基坑远离边界时
b.近河基坑降水，含水层厚度不大时
c.近河基坑降水，含水层厚度很大时
3）均质含水层承压水完整井涌水量
a.当基坑远离边界时
式中 M#8212;#8212;承压含水层厚度
b.当基坑位于河岸边时
4）均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算
a.均质含水层承压~潜水非完整井基坑涌水量计算
2.6.2 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
式中 a、b#8212;#8212;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。
2.6.3 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）。
2.6.4 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5 喷射井点设计出水量
|
型号
|
外管 直径 （mm） |
喷射管 |
工作水 压力 （M pa）
|
工作水 流量 （msup3;/d） |
设计单井出水流量 （msup3;/d） |
适用含水层渗透系数 （msup3;/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 |
5.0~10.0 |
|
6.0型 圆心式 |
162 |
19 |
40 |
0.6~0.8 |
720 |
600~720 |
10.0~20.0 |
3）管井的出水量 q（msup3;/d）可按下列经验公式确定：
式中 #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 1/3；
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：
单井井管进水长度 ，可按下列规定计算：
1）潜水完整井
式中 #8212;#8212;圆形基坑半径；
#8212;#8212;管井半径；
H#8212;#8212;潜水含水层厚度；
#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;承压水位至该承压含水层底板的距离；
M#8212;#8212;承压含水层厚度。
当过滤器工作部分长度小于 2/3 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；
#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。
