基坑支护工程设计毕业论文

本科毕业论文（设计）

题目：武汉花楼街基坑支护工程设计

姓 名： 学 号： 院（系）： 工 程 学 院 专 业： 工 程 地 质 指导教师： 职 称： 评 阅 人： 职 称：

二〇一三 年 六 月

本毕业论文（设计）原创性声明

本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及所取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包括他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位证书而使用的材料。与我同一工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中做了明确说明并表示了感谢。

毕业论文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日

摘 要

深基坑工程是一项复杂的系统工程，深基坑的设计、施工、监测技术是近十多年来在我国逐渐涉及到的技术难题。深基坑的支护设计不仅要保证基坑内的正常作业安全，而且还要保证基坑附近的建筑物、道路、管线的正常运行。

武汉花楼街基坑开挖总面积约79000m2，基坑支护总工程量非常巨大，本文基坑支护设计只对基坑东侧L’M支护段进行设计，开挖深度为7.4m。本文首先认真分析了武汉花楼街基坑工程的环境条件和工程地质条件，之后本着“安全可靠、经济合理、技术可行、施工方便”原则，通过查阅相关规范及文献，决定基坑东侧L’M支护段采用单排钻孔灌注桩作挡土结构，配以钢管斜撑、水泥土搅拌桩止水帷幕作为基坑支护结构体系。

基坑土压力的计算采用《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）给出的公式进行计算。排桩的入土深度、桩身最大弯矩、以及斜撑支反力采用等值梁法进行计算，桩身最大弯矩、最大剪力采用各工况中的弯矩、剪力最大值。桩与冠梁的配筋以《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）为依据，根据最大弯矩、剪力和构造要求分别配置主筋和箍筋。

通过计算确定设计桩长14m，桩径800mm，桩间距1200mm。斜支撑采用Φ609?16钢管支撑，钢型为Q235-B，钢管水平方向间距为5m，钢管倾角?=22°。冠梁宽1000mm，高800mm。止水帷幕采用Φ850@600水泥土搅拌桩，有效桩长8.4m。

最后，对基坑设计进行了整体稳定性验算，并对施工、降水和监测内容提出了一些合理的建议。验算结果表明，本文所设计的钻孔灌注桩结合竖向钢管斜撑与水泥土搅拌桩止水帷幕支护方案是安全可靠且技术可行的。

关键词：深基坑支护 等值梁法 钻孔灌注桩 钢管支撑 稳定性分析

Abstract

The Deep Excavation Project is a complicated system project, the design of the deep excavation, construction, monitoring technology over the past decade in our country gradually comes to technical problems. Retaining and protecting for deep foundation pit not only to ensure the normal operation of security inside the pit, but also to ensure pit nearby buildings, roads, pipelines running normally.

The total area of Wuhan Hualou block is about 79000m2,considering the excavation total project amount is enormous,the design of foundation pit supporting is just for L'M section in eastern area,the excavation depth is 7.4m.Firstly,after a careful analysis of environment conditions and engineering geological conditions,and then ,as the principle of“safety and reliable,economical and reasonable,feasible technology,easy construction”,according to consult relevant criterion data,the L'M section in eastern foundation pit has been decided to adopt the single row bored pile as retaining structure,with steel pipe and cement-soil wall as supporting structural system of foundation pit.

Earth pressure is calculated according to the formulas given by “Technical Specification for Retaining and Protection of Building Foundation Excavation”(JGJ120-99). The embedded depth, the maximum bending moment,as well as the forces of the fulcurms are obtained using the equivalent beam method.When calculating reinforcement of piles and top beams,I use “Technical Specification for Retaining and Protection of Building Foundation Excavation”(JGJ120-99) and “Design Specification of Concrete Structure”(GB50010-2010) as basis,and then reinforcing transverse reinforcement by ratio of reinforcement.

Determined by calculating the design of pile length is 14m, pile diameter is 800mm, pile spacing is 1200mm. Oblique support using Φ609?16 steel pipe support, steel type is Q235-B, steel horizontal spacing is 5m, steel angle ?= 22 °. The top beam width is 1000mm, height is 800mm. The curtain for cutting off water using Φ850@600 cement-soil wall,it's effective length is 8.4m.

Finally, the general stability of foundation is checked,and besides,construction, dewatering and monitoring are added at the end of the thesis.Checking results show that the design of the bored pile with steel pipe supporting and cement-soil wall is safe and reliable and the technology is feasible.

Key words: Retaining and protecting for deep foundation excavation Equivalent beam method Bored pile Steel pipe support Stability analysis

目 录

第一章 绪论 ................................................................................................................................... 1

第一节 研究目的和意义 ....................................................................................................... 1 第二节 深基坑支护工程国内外研究现状与发展 ............................................................... 1 第三节 深基坑主要支护方案及优缺点 ............................................................................... 2 第四节 论文设计研究内容 ................................................................................................... 3 第二章 工程概况及工程地质条件 ............................................................................................... 4

第一节 工程概况 ................................................................................................................... 4 第二节 场地工程地质条件 ................................................................. 错误！未定义书签。 第三章 基坑支护方案比选 ........................................................................................................... 9

第一节 设计依据 ................................................................................................................... 9 第二节 设计参数 ................................................................................................................... 9 第三节 基坑支护特点分析 ................................................................................................. 10 第四节 基坑支护方案选择 ................................................................................................. 10 第四章 基坑支护结构设计及稳定性验算 ................................................................................. 12

第一节 基坑土体内力计算 ................................................................................................. 12 第二节 灌注桩结构计算及配筋 ......................................................................................... 18 第三节 竖向钢管斜撑与冠梁设计 ..................................................................................... 24 第四节 基坑稳定性验算 ..................................................................................................... 28 第五章 施工与监测建议 ............................................................................................................. 32

第一节 主要施工工序及流程 ............................................................................................. 32 第二节 地下水控制设计 ..................................................................................................... 34 第三节 基坑监测 ................................................................................................................. 35 第六章 结论 ............................................................................................... 错误！未定义书签。6 参考文献 ....................................................................................................................................... 38

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

第一章 绪论

第一节 研究目的和意义

随着我国城市化水平提高，地下空间广泛高效利用作为解决城市人口、资源、环境三大危机和实施城市可持续发展的重要途径[1]。目前，各类用途的地下空间已在世界各大城市建设中得到开发利用，均涉及到各类深大基坑工程[2]，以致深基坑支护技术已经成为建筑业近年来的一大技术热点。

基坑支护是地下基础施工中内容丰富而又富于变化的领域，工程界已意识到基坑支护是一项风险工程[3]。基坑工程事故不仅给国家经济和人民生命财产安全造成不同程度的损失，造成人员伤亡，延误工期，追加造价以及影响周围居民正常生活的负面效应，加大了投资方负担，同时也给城市建设和企业形象造成不良影响。然而，基坑工程事故的严重性常使人们走向另外一个极端，为了确保工程安全，一味地、片面地提高设计标准，盲目地保守设计，造成了许多不必要的浪费[4]。

因此，只有采取合理的总体方案，才能做到技术先进、经济合理、结构安全，同时对周围环境影响较小。而这也是本论文研究设计的出发点，希望借此次设计，可以提高本人对基坑支护设计的认识和理解，为以后更好的从事相关方面的工作打下基础。

第二节 深基坑支护工程国内外研究现状与发展

国外20世纪30年代，Terzaghi和Peck[5]等人最先从事基坑工程的研究，50年代Bjerrum和Eide[6]给出了分析深基坑坑底隆起的方法，60年代在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测，从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。国外著名的地下工程有法国巴黎中央商场，美国明尼苏达大学土木工程的办公大楼和实验室，日本东京八重洲地下街道等。

我国城市地下工程建设起步较晚，20世纪80年代以前，国内为数不多的高层建筑的地下室多为一层，基坑深不过4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。20世纪80年代初才开始出现大量的基坑工程。到20世纪80年代，随着高层建筑的大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。进入20世纪90年代后，在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下，全国工程建设亦突飞猛进，高层建筑迅猛发展，建筑高度越来越高，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m的比比皆是。据不完全统计，1990~1999年10年间，全国新建的高层建筑超过9000幢。适当发展多层和高层，向空中和地下发展，是解决我国土地资源紧张的一条重要出路。

随着基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。因此，深基坑支护技术必然会呈现出一些新的发展趋势，主要为：（1）土钉墙方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得到充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。（2）从工期和造价的角度看两墙合一的逆作法将是今后发展的主要方向。但逆作法的施工受桩承载力的限制很大，采用逆作法时不能采用一柱一桩，而是一柱多桩，增加了成本和施工难度。如何提高单桩承载力，达到一柱一桩，使上部结构施工速度可以放开限制，从而加快进度，缩短

1

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

总工期，将成为今后的研究方向。（3）为了减少基坑变形，通过施加预应力的方法控制变形将逐步被推广，另外采用深层搅拌或注浆技术对基坑底部或被动区土体进行加固，也将成为控制变形的有效手段被推广。

第三节 深基坑主要支护方案及优缺点

经过20多年的发展，深基坑支护类型已发展到数十种，这里仅介绍目前我国常用的几种支护类型。

1、钢板桩：挡土钢板桩有槽钢钢板桩和热轧锁口钢板桩。前者抗弯能力较弱，一般用于深度不超过4m的基坑，后者可用于开挖深度为5~10m的基坑。钢板桩属于柔性结构，用后拔土时由于带土，若处理不当会引起边坡土体位移，严重时还会给施工及周围设施造成危害。

2、钢筋混凝土板桩：预制的钢筋混凝土板桩是一种传统的支护结构，有非预应力板桩与预应力板桩两种类型。有一定的挡水作用，基础工程施工完毕后不必拔出。由于支挡结构形式的变化，从总体上看，采用钢筋混凝土板桩作为支护结构的工程较少。

3、钻孔灌注桩挡墙：桩径一般为600~1000mm，桩挡墙的刚度较大[7]，抗弯能力强，在土质较好的地区，桩悬臂长度达7~10m也能达到预期支护效果。由于钻孔灌注桩施工施工时难以做到两桩相切，故挡水效果差。

4、地下连续墙：这种结构常用于较深的基坑，其结构整体性和防渗性能很好，既挡土又可作为止水帷幕，结合支撑可以有效控制变形，但若仅仅将其作为支护结构则工程造价太高。一般在除支护结构之外能用作地下城中结构的工程中较为合理。

5、旋喷桩帷幕墙：这种结构用钻机成孔，将水泥固化剂喷入地基土中形成水泥土桩，固化后形成由相连桩体组成的帷幕墙。也可作为支护结构。该工艺受喷射压力、喷射量和钻杆提升速度的影响，质量难以保证，会给基坑开挖工作留下隐患。

6、深层搅拌水泥土桩挡墙：这种结构既挡土又可作为止水帷幕，适应基坑周边的任何平面形状，具有施工工期短、效率高的特点[8]，对开挖不太大的基坑作为支护结构是较经济的。

7、土钉墙：土钉墙的使用要求土体具有临时自稳能力，以便给出一定时间施工土钉墙，因此对土钉墙适用的土质条件应加以限制。土钉墙适用于二、三级基坑[9]、非软土地基，基坑深度不宜大于12m。土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低，但使用土钉墙的工程必须要做好降水，否则水会使土钉墙软化，引起整体或局部破坏。

8、锚杆支护：锚杆支护是一种岩土主动加固的稳定技术，通过杆体的受拉作用，调动深部地层的潜能，达到维护基坑稳定的目的。锚杆支护适用性强[10]，基本不受基坑深度的限制，而且可以与多种支护结构形式联合使用。但不宜用于有机质土，液限大于50%的粘土层及相对密度小于0.3的砂土，且锚杆不能打穿用地红线，以免破坏临近管道和建筑物。

9、内撑式围护结构：由围护结构体系与内撑体系组成，围护结构体系一般为钢筋混凝土排桩或地下连续墙，内撑体系采用现浇钢筋混凝土杆件、钢管或型钢等。因内撑体系刚度好、变形小，可用于各类土层的基坑工程中。

在国内，秦四清[11]提出了这样一个支护方案选择顺序：无支护开挖、放坡+土钉、土钉墙、放坡+桩支护、土钉墙+桩支护、悬臂桩、搅拌桩、放坡+锚桩、土钉墙+锚桩、锚桩墙、地下连续墙。龚晓南教授在其主编的《深基坑工程设计施工手册》[12]中把支护方法选

2

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

用原则简单地概括为：安全、经济、方便施工和因地制宜。《建筑基坑支护技术规程》[13]指出支护结构可根据周边环境、开挖深度、工程地质和水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，按规程推荐的支护结构选型表确定。在具体基坑支护工程中，我们在基坑支护方案选择决策时，需要考虑安全、造价、工期等目标，这些目标之间存在相互影响和矛盾，如何处理好各个因素间的相互关系还需要科研工作者和工程技术人员不懈地努力。

第四节 论文设计研究内容

本论文涉及的基坑采用的支护方式根据武汉丰达地质工程有限公司提供的相关资料，综合场地的工程地质条件和水文地质条件，最后决定基坑东侧L’M支护段采用钻孔灌注桩结合竖向钢管斜撑与水泥土搅拌桩止水帷幕的支护方式。

钻孔灌注桩与竖向钢管斜撑作为支护结构的受力主体，而水泥土搅拌桩则作为挡水防渗措施，有效地改善了排桩之间联系差的问题。在求取排桩设计参数时，求土压力运用的是朗肯土压力理论，求排桩内力及桩长采用的是等值梁法。根据相关规范进行了排桩及冠梁的配筋，并保证满足其构造要求。而且确定了排桩的支护参数后，还对竖向斜撑钢管的材料强度和受压稳定性进行了分析和验算。接下来进行基坑稳定性验算，包括整体稳定性验算、基坑底土抗隆起验算以及抗管涌验算。最后对施工和监测内容提出了一些合理的建议。

工程地质条件场地周边条件经济技术条件桩撑支护桩撑尺寸配筋计算稳定性验算 施工与监 测建议

图1-1 基坑支护设计流程图

3

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

第二章 工程概况及工程地质条件

第一节 工程概况

和记黄埔地产（武汉江汉南）有限公司拟在武汉市江汉路以南，沿江大道以西，民生路以北兴建武汉江汉区花楼街商业及住宅项目。拟建场地北侧为江汉路，东侧为沿江大道，南侧为民生路。场地中间垂直于沿江大道地段有规划地铁区间（地铁2号线）通过，该规划地铁线将拟建场地划分为南北两侧，北侧基坑周长约445m，基坑开挖面积约8000m2，平面呈不规则矩形布置；南侧基坑周长约1313m，基坑开挖面积约71000m2，平面呈不规则L形布置，详细情况见附录Ⅰ-基坑支护平面布置示意图。 表2-1 建筑物基本情况一览表

楼号 1#～3#、5#～9#、11#、12# 4# 10# 南侧商业住宅区 北侧商业中心 层数 55+2（F） 24（F） 41+3（F） 地下二层 地下一层 高度（m） 基坑开挖深度（m） 171 73 200 -10.0 -8.60 -13.30 -7.40 -6.50 本工程采用框-剪结构，拟采用钻孔灌注桩基础，建筑物设计±0.000相当于绝对高程25.40m。其中北侧商业中心部分地下室为1层，底板面标高为-5.00m，底板底标高为-6.50m；南侧商业住宅区地下室设置2层，其中-1层结构板面标高为-2.1m，-2层结构板面标高为-6.1m；2层地下室部分基坑普挖深度为-7.4m，主楼区域开挖深度为-8.60m、-10.00m、-13.30m。

第二节 场地工程地质条件

2.2.1 场地地形地貌特征

勘察场地位于武汉市江汉路以南，沿江大道以西，民生路以北，地势较为平坦，地面高程在25.39m~26.71m之间。场地地貌单元为长江一级阶地。 2.2.2 场地地层结构特征

根据野外钻探、原位测试及室内岩、土试验资料，本场地在勘探深度84.0米范围内所分布的地层为：表层分布有厚度不等的杂填土(Qml)外，其下为第四纪全新统冲积成因一般粘性土、砂土，下伏基岩为志留系坟头组泥岩。场地的工程地质分层、埋深、岩性特征详见表2-2。

4

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

表2-2 岩土工程地质分层表 地层 编号 地层 名称 地层 分布 年代 范围 层面 厚度 状态及压缩埋深颜色 包含物及其它特征 （m） 密度 性 （m） 为建筑垃圾混粘性高 土组成，土质不均，结构松散。 含有机质，局部夹高 少量腐植物，具腥臭味。 含云母片，切面较粗糙，夹薄层粉砂中 及粉质粘土，所夹粉质粘土呈可塑状态。 含氧化铁、铁锰质，中 切面较光滑，韧性一般，干强度一般。 含氧化铁、铁锰质，中 切面较光滑，韧性较高，干强度较高。 （1-1） 杂填土 全场Q 地 ml 1.9~7.8 杂色 松散 （1-2） 淤泥 Ql 局部 2.0~6.6 0.2~4.5 黑灰色 流塑 分布 粉土夹粉（2） 质粘土及粉砂 局部 褐黄~1.9~6.5 0.4~4.6 稍密 缺失 褐灰色 （3-1） 粉质粘土 全场软~ 5.0~9.0 1.2~5.3 褐黄色 地 可塑 局部 缺失 7.0~12.9 0.9~5.0 褐黄色 可塑 Q4al 局部 缺失 （3-2） 粘土 （3-3） 粉质粘土 7.9~14.2 0.5~5.0 褐黄~软~ 褐灰色 可塑 含氧化铁、铁锰质，切面较光滑，局部中 夹少量粉土，韧性一般，干强度一般。 粉质粘土夹 （4-1） 粉土、粉砂 局部 缺失 10.6~ 1.0~6.1 褐灰色 可塑 16.0 粉质粘土呈可塑状态，夹薄层粉土、中 粉砂互层，粉土、粉砂呈稍密状态，含云母片。 5

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

粉砂夹粉（4-2） 土、 粉质粘土 全场地 13.4~ 19.5 1.4~ 稍密~褐灰色 20.8 中密 粉砂呈稍~中密状态，夹可塑状粉质中 粘土及稍密粉土互层，含长石、云母片及少量腐植物。 含长石、云母片，夹层状粉质粘土，中 粉质粘土呈可塑状。 粉细砂（5-1） （夹粉质粘土） 局部 缺失 16.5~ 35.1 0.8~ 14.1 灰色 稍密~中密 （5-2） 细砂 全场地 19.6~ 40.8 2.1~ 26.8 灰色 含长石、云母片，少量腐植物，局部中偏中密 夹层状粉质粘土、低 粉土互层，砂质不纯。 粉土呈稍密状态，含云母片，夹薄层中 粉质粘土呈可塑状态。 含长石、石英、云母片，砾卵石含量约15%～20%，粒径10～40mm，个低 别大于80mm，成份主要为石英砂岩，局部地段砾卵石富集。 岩芯风化呈土状，手捏易散，岩芯多低 呈短柱状，局部夹少量中风化碎屑。 （5a） 粉土夹粉质粘土 透镜体 22.4~ 0.4~7.8 灰色 50.3 稍密 中粗砂夹（5-3） 砾卵石 全场地 43.3~ 58.0 2.3~ 15.1 灰色 中密~密实 强风化泥S2f （6-1） 岩 全场地 56.9~ 0.2~9.9 灰绿色 63.3 6

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

(6-2a) 中风化泥质页岩 局部 分布 61.6~ 68.0 3.1~ 灰绿色 17.4 泥质胶结，薄层状构造，节理裂隙发育，产状近乎直立，构造挤压严重，岩芯多呈柱状，局部夹有少量中风化泥岩，属极软岩，岩体质量等级为Ⅴ级。 泥质胶结，层状构造，岩芯多呈块状、短柱状，节理裂隙发育，属极软岩，岩体质量等级为Ⅴ级。 泥质胶结，层状构造，岩芯多呈短柱状、长柱状，节理裂隙发育，属极软岩～软岩，岩体质量等级为Ⅴ级。 中风化泥（6-2） 岩 局部 缺失 最大揭 57.8~ 露厚度 灰绿色 78.5 10.8m 中微风化 （6-3） 泥岩 全场地 最大揭 62.5~ 露厚度 灰绿色 78.7 6.8m

2.2.3 场地水文地质条件

据钻探揭露,拟建场区地层属长江一级阶地，地下水类型主要为杂填土层中的上层滞水、潜水和砂层中的孔隙承压水几种类型。

其一为上部赋存于①杂填土中的上层滞水，一般受大气降水及人工排水补给，水位水量随季节而变化，其二为赋存于②层粉土夹粉质粘土及粉砂中的潜水，其补给来源主要为大气降水及人工排放水渗透补给，丰水季节及补给通道充分时有一定水量，勘察期间测得上层稳定水位埋深1.4~3.2米之间，相当于标高22.20~24.00m。

下部为赋存于④1~⑤3层中孔隙承压水，主要赋存于砂层、圆砾层中，与长江水体具备密切的水力联系，水量丰富。勘察期间（枯水季节）于抽水试验观测井中量测到承压水稳定水位在地面下3.25m~3.55m之间，相当于绝对标高21.90m。根据区域水文资料表明，武汉地区长江一级阶地砂土砾石层中的承压水水头高度年变化幅度在3.0~4.0m之间。

根据场区西南侧一期勘察场地抽水试验资料，降水影响半径（R）建议值为215~238m，渗透系数（K）建议值为16.70~17.80m/d。

该场地地下水对混凝土及混凝土中钢筋具有微腐蚀性。

7

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

2.2.4 场地周边环境条件

根据建设方提供的周边环境资料及现场踏勘，拟建场地中间垂直于沿江大道地段有地铁区间（轨道交通2号线）通过，该地铁线将拟建场地划分为南北两侧。该基坑周边现有建筑物、道路、在建轨道交通二号线风井及待建地铁行进区间等，大部分地段建筑物距离基坑边较近，环境条件极为紧张，具体情况如下。 北侧商业中心：

1、基坑北侧与江汉路步行街之间存有一排武汉市市级保护建筑，建筑物层高3~7层，均为砖混结构，该侧地下室外边线距用地红线距离约7.0m左右，距既有建筑物9.00~14.00m。 2、基坑东侧有一栋16层的高层建筑，该侧地下室外边线距用地红线距离在5.0m~10.08m之间，距既有建筑物16.50m左右。

3、基坑南侧外墙边线紧邻轨道交通控制线，控制线36.0m以外区域为商业住宅区二层地下室。 4、基坑西侧为城市规划道路，其中地下室外边线距用地红线约5.0m左右，红线外20.0m无建（构）筑物分布。 南侧商业住宅区：

1、基坑北侧为在建轨道交通二号线风井及待建地铁行进区间，该侧地下连续墙外墙边线紧邻轨道交通控制线，控制线以外36.0m区域仍属于本项目红线范围内，目前风井已基本施工完毕，轨道区间尚未掘进，其中掘进区域地铁轨道顶位于地面下21.13~30.0m左右。 2、基坑东侧为沿江大道，该侧地下室外边线距用地红线约5.00m，红线外3.40m即为沿江大道道路边线，红线外3.40~14.0m范围内存在雨水管道、供电及路灯等管线。

3、基坑南侧为民生路，该侧地下室外边线距用地红线最近处约5.0m，红线外7.0m即为民生路道路边线，红线外2.0m范围内埋设管线较多，有供水、排水、供电等管线。 4、基坑西侧为规划道路，该侧南端地下室外边线距用地红线距离约75.0m（该范围为小学还建用地区域），红线外25.0m为宝丽金国际广场的已建一期大楼；该侧北端地下室外边线距用地红线最小距离约5.0m，红线外25.0m为宝丽金国际广场在建二期高层及一座变电站。

8

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

第三章 基坑支护方案比选

第一节 设计依据

1、总平面布置图 2、岩土工程勘察报告

3、建设单位提供的相关设计图纸 4、《基坑工程技术规程》（湖北省地方标准DB42/159-2004） 5、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99） 6、《建筑结构静力计算手册》（第二版） 7、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010） 8、《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009） 9、《北京里正深基坑支护设计软件》

第二节 设计参数

3.2.1 岩土设计参数

根据勘察报告中“基坑周边地层展开图”，参照《基坑工程技术规程》（湖北省地方标准DB42/159-2004）附录二的参考数据，该场地基坑支护设计参数按下表选取。

表3-1 基坑支护设计参数取值表

层号 ①1 ①2 ② ③1 ③2 ③3 ④1 ④2 ⑤1 ⑤2 ⑤a

9

地层名称 杂填土 淤泥 粉土夹粉质粘土及粉砂 粉质粘土 粘土 粉质粘土 粉质粘土夹粉土、粉砂 粉砂夹粉质粘土、粉土 粉细砂（夹粉质粘土） 细砂 粉土夹粉质粘土 天然重度?（kN/m3） 17.5 16.5 18.8 18.4 18.6 18.5 17.9 18.0 18.3 18.7 18.3 综合建议值 C（kPa） 6.0 14.0 13.0 17.0 23.0 19.0 23.0 0.0 0.0 0.0 11.0 ?（度） 20.0 6.0 17.0 10.0 12.0 11.0 13.0 27.0 31.0 33.0 23.0 2013.06 中国地质大学本科毕业论文

3.2.2 设计基础数据

(1)±0.00=25.40m。

(2)基坑开挖深度：根据结构图纸，主楼区域承台厚度同板厚为1.2m，裙楼按地下室承台开挖深度考虑，塔楼按地下室底板开挖深度考虑。

(3)附加荷载：地面附加荷载15kPa,无限均布；周边住宅楼的荷载按18kPa/层考虑。

第三节 基坑特点分析

3.3.1 基坑重要性等级

根据《基坑工程技术规程》（湖北省地方标准DB42/159-2004）4.0.1条的规定，结合周边环境、岩土工程与水文地质条件，综合确定本基坑重要性等级为一级[14]。 3.3.2 工程特点

1、 基坑面积大：两基坑开挖面积共79000m2，基坑长轴方向约383m，短轴方向233m，基坑支护轴线长度为445.0m、1313.0m，为特大型基坑。

2、基坑开挖深度因基础埋置深度及结构施工需要：基坑大部分开挖深度为6.50m、7.40m，塔楼部分开挖深度为8.60m、10.00m、13.30m。

3、基坑周边环境紧张：基坑位于汉口繁华商业地带江汉路、沿江大道等，两基坑紧邻武汉市轨道交通2号线。周边建筑物密集、地下管线种类繁多，对基坑支护结构的变形较为敏感。

4、复杂的地质条件：场区地层具有典型的二元结构特征，该基坑坑壁主要由第①层杂填土、②层粉质粘土夹粉土、粉砂、③层粉质粘土、④1层粉质粘土夹粉土粉砂及④2层粉砂夹粉土粉质粘土夹组成，其中②层粉质粘土夹粉土、粉砂极易淅土流沙，③层粉质粘土、粘土为软~可塑状，力学性质较差，基坑底以下主要由④1层粉质粘土夹粉土粉砂及④2层粉砂夹粉土粉质粘土夹组成，中等压缩性，其力学性质较好，但为弱透水层和承压含水层，水量丰富，存在基坑突涌的风险。

5、基坑轴线距离用地红线很近，支护结构顶部放坡空间较小。

6、本基坑面积较大，工期紧，土方工程量较大，交叉作业工序多，须合理组织土方、支护结构、地下室的施工。

第四节

3.4.1 基坑设计目标

1、如上所述，本深基坑工程位于闹市区，基坑开挖深、面积大、周边环境紧张。必须确保支护结构万无一失，确保支护结构能够承受开挖后最大限度的主动区土体和周边一切动、静载荷所产生的土压力。

2、基坑周边分布有密集繁华商业区，人流量极大，四面均为交通要道等。且存在已建轻轨高架线以及在建的轨道交通2号线风井及掘进区间，对过大的沉降和差异沉降极其敏感。因此，支护设计必须严格控制支护结构的水平变位，保证周边管线及建筑物的安全。 3、在满足安全可靠的前提下，优化支护设计方案，努力做到施工便捷、经济合理。

基坑支护方案选择

10

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

3.4.2 方案选择

本基坑为特大型基坑，根据不同的周边环境可以将本基坑支护工程分成13种支护类型，每种支护类型需要采取不同的支护方案，由于时间与论文篇幅有限，本人仅对基坑东侧L’M支护段进行分析与计算。

基坑东侧为沿江大道，该侧地下室外边线距用地红线约5.00m，红线外3.40m即为沿江大道道路边线，红线外3.40~14.0m范围内存在雨水管道、供电及路灯等管线。

L’M支护段基坑开挖深度为7.4m，地面绝对标高25.40m，根据湖北省地方标准《湖北省深基坑工程技术规程》（DB42/159-2004）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）有关规定，基坑安全等级为一级，侧壁安全系数为1.1，附加均布荷载为15kPa。结合工程实际情况，提出以下四种基坑支护方案，见表3-2：

表3-2 基坑支护方案比选表 方案 方案一： 水泥土搅拌桩重力挡土墙 方案二： 地下连续墙 优缺点分析 适应基坑周边任何平面形状，既挡土又可作为止水帷幕，造价低，但水泥土桩抗拉强度低，受荷载后变形大，达不到本基坑变形控制要求。 连续墙结构整体性好，防渗性能好，既挡土又可作为止水帷幕，结合支撑可以有效控制变形，本基坑临近地铁2号线的支护段为了达到严格变形控制要求可以采取此种支护方案，但是对于基坑东侧L’M支护段若采取此方案则造价太高。 本方案安全系数大，通过设置锚杆可以有效控制变形、位移，而且施工技术安全可靠，经济合理，但本基坑用地红线紧张，红线外存在大量雨水管道、供电及路灯等管线，不能打锚杆，否则会破坏周边地下设施。 本方案安全系数大，通过设置支撑可以有效控制变形、位移，而且施工技术安全可靠，经济合理，在基坑内侧设置竖向钢管斜撑解决了本基坑用地红线紧张的问题，结合钻孔灌注桩外侧深层搅拌桩止水帷幕达到了防水、防渗要求。 方案三： 钻孔灌注桩+锚杆+水泥土深层搅拌桩止水帷幕 方案四： 钻孔灌注桩+竖向钢管斜撑+水泥土深层搅拌桩止水帷幕

综上所述 ，全方位考虑，经过对投资、施工能力、场地条件等因素分析研究，以及对武汉市基坑支护成功先例的对比分析，最后确定对基坑东侧L’M支护段采用方案四支护方案。

11

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

第四章 基坑支护设计及稳定性验算

第一节 基坑土体内力计算

4.1.1 基坑东侧L’M支护段计算参数

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），对①1杂填土、②粉土夹粉粘粉砂、③1粉质粘土、④1粉粘夹粉土粉砂采用水土合算，对④2粉砂夹粉粘粉土采用水土分算。 基坑东侧L’M支护段开挖深度为7.4m，计算深度为6.4m，基坑顶部距钻孔灌注桩1.45m按坡比1：1进行放坡，坡高1m，上部均布荷载根据周边环境和施工的需要确定为为 15kPa。东侧L’M支护段场地地质条件和计算参数见表4-1，详细情况见附录Ⅱ-LM段地层展开图。

表4-1 基坑东侧L’M支护段地地质条件和计算参数表 指标项目 岩土名称 ①1-1杂填土 ①1-2杂填土 ①1-3杂填土 ②粉土夹粉粘粉砂 ③1粉质粘土 ④1粉粘夹粉土粉砂 ④2粉砂夹粉粘粉土 天然重度?i (kN/m3) 17.5 17.5 17.5 18.8 18.4 17.9 18.0 粘聚 力Ci ( kPa) 6.0 6.0 6.0 13.0 17.0 23.0 0.0 内摩 擦角 ?i(?) 20.0 20.0 20.0 17.0 10.0 13.0 27.0 层厚 hi (m) 1.45 1.00 0.85 1.10 2.00 4.7 8.2 地面竖主动土向附加压力系荷载qi 数Kai ( kPa) 0 17.5 32.5 32.5 32.5 32.5 32.5 0.490 0.490 0.490 0.548 0.704 0.633 0.376 被动土压力系数Kpi 2.040 2.040 2.040 1.826 1.420 1.580 2.663 基坑底面 4.1.2 基坑东侧L’M支护段主动土压力计算 基坑底面以上土层均为粘性土，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）3.4.1-3条规定，应采取水土合算法，即总应力计算法，计算公式为：

eajk??ajkKai?2cikKai (4-1)

式中:K?i——第i层的主动土压力系数，Kai?tan2(45??摩擦角标准值；

??jk——作用于深度zj处的竖向应力标准值； Cik——确定的第i层土固结不排水剪粘聚力标准值；

12

?ik2)，?ik为第i层土的

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

单位mm14501000Tc115kPa4.04kPa①1杂填土21.2kPa-350028.55kPa35.85kPa30.18kPa②粉土夹41.5kPa粉粘粉砂49.58kPa③1粉质粘土75.49kPa56.88kPa④1粉粘夹粉土粉砂126.83kPa208.83kPa

图4-1 东侧L’M支护段主动土压力简图

1、对于①1-1杂填土：

8200④2粉砂夹粉粘粉土470020001100850100014501000740064006000

上ea1?qKa1?2c1Ka1?0?0.49?2?6?0.49?-8.4(kPa)，取0； 下ea1?(q?17.5?1.45)Ka1?2c1Ka1?(0?17.5?1.45)?0.49?2?6?0.49?4.04(kPa)1Ea三角1??4.04?1.45?0.95(kN)

2

13

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

土压力强度为零处z0?2c/?1Ka1?2?6/17.5?0.49?0.98(m)

2、对于①1-2杂填土，考虑到上部1.0m高坡体自重，附加荷载按线性变化从0增加到17.5kPa

上ea2?(q?17.5?1.45)Ka2?2c2Ka2?(0?17.5?1.45)?0.49?2?6?0.49?4.04(kPa)下ea2?(q?17.5?1.45?17.5?1)Ka2?2c2Ka2?(17.5?17.5?1.45)?0.49?

2?6?0.49?21.20(kPa)Ea三角2?1?(21.20?4.04)?1?8.58(kN)；Ea矩形2?4.04?1?4.04(kN) 23、对于①1-3杂填土,附加荷载包括上部1.0m高坡体自重和地面附加均布荷载，共32.5kPa

上ea3?(q?17.5?1.45?17.5?1)Ka3?2c3Ka3?(32.5?17.5?1.45?17.5?1)?0.49?2?6?0.49?28.55(kPa)下ea3?(q?17.5?1.45?17.5?1?17.5?0.85)Ka3?2c3Ka3?(32.5?

17.5?1.45?17.5?1?17.5?0.85)?0.49?2?6?0.49?35.85(kPa)Ea三角3?1?(35.85?28.55)?0.85?3.10(kN)；Ea矩形3?28.55?0.85?24.27(kN) 24、对于②粉土夹粉粘粉砂：

上ea4?(q?17.5?1.45?17.5?1?17.5?0.85)Ka4?2c4Ka4?(32.5?17.5?1.45?17.5?1?17.5?0.85)?0.548?2?13?0.548?30.18(kPa)下ea4?(q?17.5?1.45?17.5?1?17.5?0.85?18.8?1.1)Ka4?2c4Ka4?

(32.5?17.5?1.45?17.5?1?17.5?0.85?18.8?1.1)?0.548?2?13?0.548?41.50(kPa)Ea三角4?1?(41.50?30.18)?1.1?6.23(kN) 2

Ea矩形4?30.18?1.1?33.19(kN)

5、对于③1粉质粘土：

上ea5?(q?17.5?1.45?17.5?1?17.5?0.85?18.8?1.1)Ka5?2c5Ka5?(32.5?17.5?1.45?17.5?1?17.5?0.85?18.8?1.1)?0.704?2?17?0.704?49.58(kPa)

14

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

下ea5?(q?17.5?1.45?17.5?1?17.5?0.85?18.8?1.1?18.4?2)Ka5?2c5Ka5?(32.5?17.5?1.45?17.5?1?17.5?0.85?18.8?1.1?18.4? 2)?0.704?2?17?0.704?75.49(kPa)1Ea三角5??(75.49?49.58)?2?25.91(kN)；Ea矩形5?49.58?2?99.15(kN)

26、对于④1粉粘夹粉土粉砂，位于基坑底面以下，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）3.4.2-3条规定：当计算基坑底面以下各深度处的基坑外侧主动土压力强度时，竖向自重应力一律采用基坑底面标高处的数值。

??(q??1?1.45??2?1??3?0.85??4?1.1??5?2)?147.73(kN/m2)

上下ea.73?0.633?2?23?0.633?56.88(kPa) 6?ea6??Ka6?2c6Ka6?147Ea矩形6?56.88?4.7?267.34(kN)

7、对于④2粉砂夹粉粘粉土，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）3.4.1-2条规定，砂性土应采用水土分算法

eajk??ajkKai?2cikKai?(zj?hwa)?(mj?hwa)?waKa7?w （4-2）??zj——计算点深度；

mj——计算参数，当zj?h时，取zj，当zj?h时，取h； hwa——基坑外侧水位深度；

?wa——计算参数，当hwa?h时，取1，当hwa?h时，取0；

?w——水的重度。

则有：

上ea7??Ka7?2c7Ka7?(zj?hwa)?(mj?hwa)?waKa7?w?147.73?0.376?0??????(12.1?3.5)?(7.4?3.5)?1?0.376??10?126.83(kPa)下ea7??Ka7?2c7Ka7?(zj?hwa)?(mj?hwa)?waKa7?w?147.73?0.376?0?

?(20.3?3.5)?(7.4?3.5)?1?0.376??10?208.83(kPa)Ea三角7?1?(208.83?126.83)?8.2?336.2(kN) 2Ea矩形7?126.83?8.2?1040.01(kN)

15

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

4.1.3 基坑东侧L’M支护段被动土压力计算

单位mm14501000Tc115kPa4.04kPa①1杂填土21.2kPa-350028.55kPa35.85kPa30.18kPa②粉土夹41.5kPa粉粘粉砂49.58kPa③1粉质粘土75.49kPa-840057.83kPa56.88kPa④1粉粘夹粉土粉砂190.80KPa126.83kPa162.50kPa471.17kPa208.83kPa

8200④2粉砂夹粉粘粉土470020001100850100014501000740064006000

图4-2 东侧L’M支护段被动土压力简图

1、对于④1粉粘夹粉土粉砂，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）3.5.1-2条规定，粘性土采取水土合算法计算被动土压力，计算公式如下：

epjk??pjkKpi?2cikKpi (4-3)

式中：Kpi——第i层的被动土压力系数，Kpi?tan(45??

16

2?ik2)

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

?pjk——作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值； Cik——确定的第i层土固结不排水剪粘聚力标准值；

作用于基坑底面以下深度zj 处的竖向应力标准值?pjk可按下式计算：

?pjk??mjzj (4-4)

式中：?mj——深度zj以上土的加权平均天然重度；

e上p1?2c6Kp6?2?23?1.580?57.83(kPa)

e下p1?17.9?4.7Kp6?2c6Kp6?17.9?4.7?1.580?2?23?1.580?190.80(kPa)Ep三角1?1?(190.80?57.83)?4.7?312.47(kN) 2Ep矩形1?57.83?4.7?271.80(kN)

2、对于④2粉砂夹粉粘粉土，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）3.5.1-1条规定，砂性土采取水土分算法计算被动土压力，计算公式如下：

epjk??pjkKpi?2cikKpi?(zj?hwp)(1?Kpi)?w (4-5)

zj——计算点深度

hwp——基坑内侧水位深度

?w——水的重度

e上1?Kpi)?w?17.9?4.7?2.663?0?p2??p7Kp7?2c7Kp7?(zj?hwp)((12.1?1)?(1?2.663)?10?162.50(kPa)e下1?Kpi)?w?(17.9?4.7?18?8.2)p2??p7Kp7?2c7Kp7?(zj?hwp)(?2.663?0?(20.3?1)?(1?2.663)?10?471.17(kPa)1Ep三角2??(471.17?162.50)?8.2?1265.55(kN)

2

Ep矩形2?162.50?8.2?1332.5(kN)

17

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

第二节 灌注桩结构计算及配筋

4.2.1 基坑东侧L’M支护段单支点内支撑支点力计算 1、反弯点的确定

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）4.1.1-2条规定，基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑地面的距离y可按下式确定：

epjk?eajk (4-6) 把数据代入公式得：

17.9?1.580y?2?23?1.580?56.88 解之，得：y??0.03m,取基坑底面为反弯点。 2、支点力的确定

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）4.1.1-3条规定，支点力TC1可按下式计算： TC1?hal?Eac?hpl?EpchT1?hc1 (4-7)

eajk——水平荷载标准值； epjk——水平抗力标准值；

?Eac——设定弯矩零点以上基坑外侧各土层水平荷载标准值合力之和；

?Epc——设定弯矩零点以上基坑内侧各土层水平抗力标准值合力之和；

hal——合力?Eac作用点至设定弯矩零点的距离；

hpl——合力?Epc作用点至设定弯矩零点的距离； hT1——支点至基坑底面的距离；

hc1——基坑底面至设定弯矩零点位置的距离； hT1?6m，hc1?0，?Epc?0

则有：

18

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

Tc1?5.11?Ea三角1?4.28?Ea三角2?4.45?Ea矩形1?3.38?Ea三角3?3.53?Ea矩形3

6?0 ?2.37?Ea三角4?2.55?Ea矩形4?0.67?Ea三角5?1?Ea矩形5?0?61.9(kN)

6?04.2.2 基坑东侧L’M支护段嵌固深度设计值 hd计算 根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）4.1.1-4条规定，嵌固深度设计值hd计算可按下式确定：

hp?Epj?Tc1(hT1?hd)???0ha?Eai?0 (4-8)

由图4-2可知被动土压力为梯形分布，可分解为矩形和三角形，分别对其求力矩，从而求出被动土压力力矩的值，即为hp?Epj；同理，分别求出主动土压力对灌注桩底面力矩之和，即为ha?Eai； 因为该基坑重要性等级为一级，即取?0=1.1，嵌固深度系数

??1.2。

设hd?x,则：

hp?Epj?Ep三角6?(1/3?4.7?x?4.7)?Ep矩形6?(1/3?4.7?x?4.7)?1/2?31.304x?x?1/3x?162.5x?1/2x

Tc1(hT1?hd)?61.9?(6?x)

ha?Eai?Ea三角1?(1/3?0.47?4.95?x)?Ea三角2?(1/3?1?3.95?x)?Ea矩形2?(1/2?1?3.95?x)?Ea三角3?(1/3?0.85?3.1?x)?Ea矩形3? (1/2?0.85?3.1?x)?Ea三角4?(1/3?1.1?2?x)?Ea矩形4?(1/2?1.1?

2?x)?Ea三角5?(1/3?2?x)?Ea矩形5?(1/2?2?x)?Ea矩形6?(1/2?4.7?x?4.7)?1/2?10x?x?1/3x?126.83x?1/2x 将上面3个多项式以及?0=1.1，??1.2代入式（4-8），得：

.46?0 3.02x?40.17x?288.63x?116632 解得：x?7.5m

钻孔灌注桩桩长h?hd?6.4?13.9m，取h?14m

19

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

4.2.3 灌注桩内力计算 1、计算桩最大弯矩

此基坑灌注桩采用桩径800mm，桩中心距1200mm。剪力为零点位置hm1、hm2 以及相应的最大弯矩设计值Mmax计算如下：

在开挖面下剪力为零点： 由

?Epj?Tc1??Eai?0并结合土体内力可得：距坑底hm1?3.15m；

?0得：距坑底hm2?2.47m；

在开挖面上剪力为零点： 由Tc1??Eai则相应的最大弯矩计算值：

Mc1??Epjhj?Tc1(hT?hm1)??Eaihi?1/2?31.304?3.15?3.15?1/3?3.15?57.83?1/2?3.152?61.9?（6?3.15）?(Ea三角1?(1/3?0.47?8.1)?Ea三角2?(1/3?1?7.1)?Ea矩形2?(1/2?1?7.1)?Ea三角3?(1/3?0.85?6.25)?Ea矩形3?(1/2?0.85?6.25)?Ea三角4?(1/3?1.1?5.15)?Ea矩形4?(1/2?1.1?5.15)?Ea三角5?(1/3?2?3.15)?Ea矩形5?(1/2?2?3.15)?56.88?1/2?3.152)??300.06kN?m

Mc2?Tc1(hT?hm2)??Eaihi?61.9?（6?2.47）?(Ea三角1?(1/3?0.47?

2.48)?Ea三角2?(1/3?1?1.48)?Ea矩形2?(1/2?1?1.48)?Ea三角3?(1/3?0.85?0.63)?Ea矩形3?(1/2?0.85?0.63)?1/2?36.66?0.63?1/3?0.63?1/2?30.18?0.632)?155.7kN?m则取最大弯矩计算值为Mc?300.06kN?m，位于在开挖面下剪力为零处

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）4.2.3-1条，最大弯矩设计值：

Mmax?1.25?0McSv?1.25?1.1?300.06?1.2?495.1kN?m

2、计算桩最大剪力

桩最大剪力位置位于反弯点或者桩底处 ，本基坑反弯点位于基坑底面处，则有：

Q1??Eai?Tc1?205.42?61.9?143.52kN

16 在桩底处：

Q2??E17ai?Tc1??Epj?882.62?61.9?1187.15??366.43kN

12 20

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

则最大剪力计算值为Qc?366.43kN，位于桩底处

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）4.2.3-2条，最大剪力设计值：

Qmax?1.25?0QcSv?1.25?1.1?366.43?1.2?604.61kN

4.2.4 灌注桩配筋计算 1、桩身配筋计算

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）E.0.4条知，沿周边均匀配置纵向钢筋

[15]

的圆形截面钢筋混凝土受拉构件，其受弯承载力应按下列公式计算。

??1fcA(1?sin2??)?fyAs(???t)?0 (4-9) 2??3sin???sin??t (4-10) 2sin?? M??fAr?fAru1cyss3???t?1.25?2? (4-11)

式中

A——构件截面面积；

AS——全部纵向钢筋的截面面积； r——圆形截面的半径；

rs——纵向钢筋所在圆周的半径；

?——对应于受压区混凝土截面面积的圆心角(rad)与2?的比值；

?t——纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当??0.625 时，取?t?0；

?1——系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取为1.0 ，当混凝土强度等级为C80

时，取0.94，其间按线性内插法确定。

上述3个方程式有3个未知数AS、?和?t，要求解这个未知数是比较麻烦的。因此，在工程中常采用假定钢筋的品种、规格、数量为已知（即先确定AS）的情况下，在计算出?、?t；然后代入公式复合结构的强度。

假定纵筋采用HRB335钢筋，沿圆周方向配置14Φ22mm钢筋，混凝土保护层厚度取

21

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

50mm；混凝土采用C30。

经查表得：fy?300N/mm，fc?14.3N/mm，ft?1.43N/mm；

222.82mm； 计算得：AS?14??112?5321.86mm2，A??r?502654由（4-9）得： ?(1?22fyAssin2?? (4-12) )??(???t)2??fcA设 K?fyAsf?0.22 (4-13)

cA将(4-11)与(4-13)代入(4-12)得： ??11?3b(1.25K?sin2??2?)?11.57(0.24?sin2??2?) (4-14) 经试算得： ??0.262?0.625

将?代入(4-11)得： ?t?0.726 求允许的弯矩设计值Mu

sin???sin(??0.265)?0.740 sin???0.265)??sin(???0.235

sin??t?sin(??0.726)???0.241

将上述数据代入(4-10)得：

M2sin3??sin???sin??tu?3?1fcAr??fyAsrs??505.86kN?m Mu?505.86kN?m?Mmax?495.1kN?m； 满足设计要求！

配筋率??As?r2?5321.86??4002?1.059%??0.45?ftmin?f?0.215% y 满足设计要求！

详细配筋见附录Ⅲ-钻孔灌注桩及冠梁配筋图。

22

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

2、箍筋配筋计算 ①验算截面条件

根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)6.3.15条规定，圆形截面可以等效成矩形截面计算，b?1.76r?1.76?400?704mm，h0?hw?1.6r?640mm； hw/b=1.6r/1.76r?4

V?0.25?cfcbh0?0.25?1.0?14.3?704?640?1611kN Vmax?604.61kN?1611kN ，故截面尺寸符合要求；

式中

V——构件斜截面上的最大剪力设计值

?c——混凝土强度影响系数: 当混凝土强度等级不超过C50 时，取?c?1.0，当混

凝土强度等级为C80 时，取?c?0.8，其间按线性内插法确定

fc——混凝土轴心抗压强度设计值

b——矩形截面的宽度，T 形截面或I 形截面的腹板宽度

h0——截面的有效高度

hw——截面的腹板高度: 对矩形截面取有效高度h0，对T形截面，取有效高度减去

翼缘高度，对I 形截面，取腹板净高。

②配置箍筋

Vu?0.7ftbh0?0.7?1.43?704?640?451.01kN?Vmax?604.61kN

所以，必须按计算配置箍筋，采用HPB235级箍筋，选配?12@150箍筋， V?0.7ftbh0?fyvnAsv2?113.1h0?451.01?210??640?654.13kN s150则有V?654.13kN?Vmax?604.61kN 满足设计要求！

??nAsv2?113.1f??0.214%??min?0.24t?0.163% bs704?150fyv满足设计要求！

详细配筋见附录Ⅲ-钻孔灌注桩及冠梁配筋图。

23

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

第三节 竖向钢管斜撑与冠梁设计

4.3.1 竖向钢管斜撑

竖向斜撑体系的作用是将围护墙所受的水平力通过斜撑传到基坑中部先浇筑好的斜撑基础上。其施工流程是：围护墙完成后，先对基坑中部的土方采用放坡开挖，其后完成中部的斜撑基础，并安装斜撑，在斜撑的支挡作用下，再挖除基坑周边留下的土坡，并完成基坑周边的主体结构。

竖向斜撑体系一般由斜撑、压顶圈梁和斜撑基础等构件组成，斜撑一般在投影长度大于15m 时应在其中部设置立柱。斜撑一般采用钢管支撑或者型钢支撑，钢管支撑一般采用Φ609×16，型钢支撑一般采用 H700×300、H500×300 以及 H400×400，斜撑坡率不宜大于 1：2，并应尽量与基坑内土堤的稳定边坡坡率相一致，斜撑与围檩及斜撑与基础之间的连接，以及围檩与围护墙之间的连接应满足斜撑的水平分力和竖向分力的传递要求。 本次设计竖向钢管斜撑示意图见下图：

5000130050010001:1放坡网喷13501000850自然地面25.40m1000冠梁顶24.40m5007400钢管斜撑Φ609、t=16mm钢筋砼支墩22°61003000800-6.100(B2/F)8005004400Φ800@1200钻孔灌注桩三轴搅拌桩止水帷幕5600普挖18.00m-7.40m10000850

图4-3 地下室及钢管斜撑关系示意图

采用?609?16钢管，钢型为Q235-B钢，材料强度许用应力[?]?215MPa，钢管每延米自重2.4kN，每延米施工荷载5kN，斜撑与水平面交角为22°，支撑间距最大取5m，钢筋硂支墩距钻孔灌注桩10m，根据《基坑工程技术规程》（湖北省地方标准DB42/159-2004）6.7.9条，考虑温度变化的影响，有：

钢管轴向力：FN?1.35?Tc1L61.9?5?1.35?1.20??540.8(kN)

cos22?cos22?其中?为内力分布不均匀及温度影响分项系数，可取1.20

24

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

?29792.32mm 截面面积：A?（609?577）4截面惯性矩：I??222（6094?5774）?1310508296mm4

64?mm3 回转半径：i?截面模量：W?I/R?4303804支撑长度：L0?10/cos22??10.79m

I/A?209.73mm

L010.79?1000??51.45,查表得稳定因数??0.85 i209.731（2.4?5）?L2钢管自重和施工荷载作用弯矩M1??0?107.69kN?m 8长细比：??支撑安装偏心距e0?L0/1000?10.79mm 偏心距产生弯矩M2?FN?e0?5.84kN?m 杆件弯矩设计值M?1.35（M1?M2）?153.3kN?m 所以最大应力：?max?FNM??54MPa?[?]?215MPa AW满足材料强度要求！

钢管受压稳定许用应力为：

[?]st??[?]?0.85?215?182.75MPa??max?54MPa

满足受压稳定要求！详细情况见附录Ⅳ-1-1剖面斜撑施工图。 4.3.2 冠梁设计

冠梁顶设计标高比实际地面标高平均低 1m 左右，截面尺寸为1000?800，冠梁采用混凝土现场浇筑，设计强度为C30，混凝土保护层厚度 50mm。斜撑沿冠梁长度方向上均匀布置，水平方向的间距均取 5米。根据《基坑工程技术规程》（湖北省地方标准DB42/159-2004）6.7.13条规定，冠梁应按以支撑点为支座的多跨连续梁计算，根据《建筑结构静力计算手册》(第二版)将冠梁简化成五跨连续梁计算模型[16]（图4-4）。

501.4501.4501.4501.4501.4501.42500500050005000ABC5000C50002500BA

图4-4 五跨连续梁计算模型

25

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

图4-4中，N1?N2?N3?N4?N5?1.35?Tc1l?501.4kN，钢管间距l?5m， 悬臂l0?2.5m，排桩对梁的反力pj?力见表4-2和表4-3。

表4-2 弯矩计算公式 支座弯矩 跨中弯矩 ?NLi?100.3(kN/m)，按经验系数法求弯矩和剪

MA MB pl02/2 pl2/10 pl2/12 M1 M2 ?MC M3 p2(13l2?35l0) 140432?pl 84052?pl 84 表4-3 剪力计算公式 左 QApl0 右 QA?2?5l02?pl1?()? 5??4l?左 QB3?5l02?pl?1?()? 5?6l?右 QB?31pl 601pl 2左 QC29pl 60右 QC? 按表4-2中计算公式可得：

MA?313.4kN?m M1??76.1kN?m MB?250.7kN?m M2??128.3kN?m MC?204.1kN?m M3??149.3kN?m 按表4-3中计算公式得：

QA?250.7kN QA??263.2kN QB?238.2kN QB??258.4kN QC?242.5kN QC??250.7kN

左右左右左右 26

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

可知，Mmax?313.4kN?m，Qmax?263.2kN

1、配置纵向受拉与受压钢筋，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）对冠梁进行配筋。

Mmax313.4?106?s???0.030 22?1fcbh01?14.3?800?950??1?1?2?s?0.030??b?0.550，满足适用条件???b

?s?0.5?(1?1?2?s)?0.98

Mmax?1122mm2

fy?sh02 As?纵筋受拉和受压区各选配6?20HRB335级钢筋，As?1884mm，构造筋选配

2?5?14HRB335钢筋，详细配筋见附录Ⅲ-钻孔灌注桩及冠梁配筋图。

??Asfh?0.248%?0.45?t??0.226% bh0fyh0h?0.211% h0同时??0.248%?0.2%满足最小配筋率要求！

详细配筋见附录Ⅲ-钻孔灌注桩及冠梁配筋图。 2、配置箍筋

由Qmax?263.2kN对冠梁配置箍筋：

Qmax?263.2kN?0.7ftbh0?760.8kN，所以仅需按构造配置箍筋

箍筋选配2?10@200HPB235级钢筋，

??nAsvf4?78.5??0.196%??min?0.24t?0.163% bs800?200fy满足最小配筋率要求！

详细配筋见附录Ⅲ-钻孔灌注桩及冠梁配筋图。

27

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

第四节 基坑稳定性验算

4.4.1 整体稳定性验算

整体稳定性分析就是通过试算确定最危险的滑动面和最小的安全系数确定和判断基坑的稳定性。通常再有多道内支撑和锚杆作用时，基坑不会发生整体稳定性破坏，一般不予以稳定性验算。由于本基坑只设一道内撑，为确保基坑的整体稳定，应当进行稳定性验算，这里采用北京里正软件分析程序进行基坑的稳定性验算。

图4-5 基坑整体稳定性验算图

计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法

条分法中的土条宽度: 0.40m

滑裂面数据：

圆弧半径(m) R = 15.572 圆心坐标X(m) X = -1.768 圆心坐标Y(m) Y = 7.759

整体稳定安全系数 Ks = 1.709?1.3 故基坑满足整体稳定性要求。

28

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

4.4.2 基坑底土抗隆起验算

当开挖深度较大的软粘土基坑时，若挡墙背后的土柱重量超过挡墙前基坑底面以下地基土的承载力时，基坑的平衡状态会受到破坏，此时挡墙背后坑壁土可能产生向下移动使基坑顶部地面下沉，基坑底面土体隆起。为保证基坑东侧L’M支护段的隆起稳定，采用普朗德尔-瑞斯纳地基承载力公式进行隆起验算。将支护桩底平面作为承载力的基准面。如图4-6所示。

图4-6 抗隆起验算图

Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

Ks??DNq?cNc??H?D??q

Nq???tan45o??2?? 2e?tan? Nc??Nq?1?1tan?29

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

Nq???tan45?23.00021??2e3.142tan23.000?8.661 Nc??8.661?117.969??6.400?7.600??31.281 Ks = 4.174?1.2, 故基坑底部土体不会产生隆起现象。 本基坑桩底处为砂性土，故不作隆起量计算。

4.4.3 抗管涌验算

为保证基底安全，基坑施工时，必须对地下水采用综合治理措施，根据武汉地区经验宜采取轻型井点降水和周边隔水帷幕相结合的方法。即采用多井点轻型井点降水，使地下水承压水头从3.5m降到8.4m，在基坑四周布置比基坑开挖深度大2m的连续隔水防渗垂直帷幕,抗管涌验算见图4-7。

Ks??18.049tan23.000 17.938?7.600?8.661?0.000?18.049?

图4-7 抗管涌验算图

30

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

抗管涌稳定安全系数(K ?1.5): 1.5?'0h?w??h'?2D??'

?0———侧壁重要性系数; ?’———土的有效重度(kN/m3);

?3w———地下水重度(kN/m);

h'———地下水位至基坑底的距离(m);

D———桩(墙)入土深度(m); K = 4.120 ?1.5, 满足规范要求。

31

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

第五章 施工与监测建议

第一节 主要施工工序及流程

本基坑东侧L’M支护段所用的钻孔灌注桩、三轴搅拌桩、钢管支撑、降水井、网喷等工艺均为湖北工程界成熟的工艺，施工的重点是按有关规范、规定严格施工，保证施工质量才能保证支护安全。 5.1.1 施工顺序

1、对场地中的管线进行调查及改移；

2、三轴水泥土搅拌桩止水帷幕、钻孔灌注支护桩及降水井施工；

3、钻孔灌注桩施工完成后开挖土方至冠梁底标高处，进行坡面网喷及冠粱施工，不得超挖；

4、待冠梁及支撑砼达到设计强度80%后，采用墙前留土放坡开挖（桩墙前设4.4m高留土平台，平台上部宽3.5m,按坡比1：1.25放坡）；

5、降水维持根据实时水位及土方开挖深度适时逐渐开启；

6、留土平台后方土方开挖至-7.4m时，施工地下室底板及斜撑牛腿，待其达到设计强度后施工钢管斜支撑；

7、挖除剩余留土平台后施工地下室底板，完毕后拆除钢管斜支撑； 5.1.2 钻孔灌注桩施工

支护桩采用钻孔灌注桩，桩径?800mm，桩间距1200mm。桩长14m。桩芯砼强度C30，主筋详见大样图，箍筋?12@150，加强筋?16@2000。支护桩应嵌入锁口梁100mm，主筋伸入锁口梁长度需满足规范要求。

1、灌注桩主筋保护层厚度为50mm，混凝土设计强度等级为C30。 2、钢筋：圆钢HPB235（?），螺纹钢HRB335（Φ），钢板、钢管：Q235-B。

3、桩身主筋应沿桩周均与布置，桩身主筋与主筋之间连接采用机械或焊接连接。主筋焊接搭接长度不小于10d，同一断面接头数量不应超过50%，且相邻接头错开35d（d为主筋直径），

4、钻孔灌注桩施工之前应先探明每根桩位处是否有地下障碍物及市政管线。

5、采用多台钻机施工时，在相邻混凝土桩灌注完毕的邻桩旁成孔施工，相邻钻机开孔之间距不得小于四倍桩径，或最少时间间隔不应少于36小时。

6、桩顶标高的施工误差不得超过±100mm，桩底标高的施工误差0～300mm（即桩长不得小于设计桩长），支护桩桩孔垂直度不超过1/100，成桩中心与设计桩心不大于10mm，桩底沉渣厚度不大于100mm，桩身因扩颈造成局部突起不应大于100mm.

7、本工程土层砂性较重，灌注桩成孔时容易发生塌孔。本工程应首先施工三轴水泥土搅拌桩，再施工钻孔灌注围护桩。应针对本工程地层特点采取有效措施确保灌注桩成桩质量满足设计及规范要求。

32

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

5.1.3 三轴水泥土搅拌桩止水帷幕施工

1、三轴水泥土搅拌桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量为20%，被搅拌土体的体积按搅拌桩体截面面积与深度的乘积计算。水灰比1.5,施工前须先做比重测试，经测试确定后，具体施工时，控制标准以比重计测试为准。

2、三轴水泥土搅拌桩采用?850mm@600mm和?650mm@400mm三轴搅拌桩设备进行施工，搅拌桩成桩应采用二喷二搅的施工工艺，在桩体范围内必须做到水泥搅拌均匀,其中止水帷幕桩采用套接一孔法施工。

3、桩位平面定位误差不大于50mm，桩体垂直偏差不大于1/200。 4、现场施工时第一批桩（不少于3根），须始终在监理人员检查下施工。检查内容：水泥投放量、水灰比、比重、浆液泵送时间、钻头下沉及提升时间、标高垂直度控制方法。

5、桩体施工一般须连续进行，由于意外原因造成桩体搭接时间超过24小时，须在竣工图中表示清楚，再统一考虑补救措施，超过48小时须在接头旁加桩补强。

6、搅拌桩养护时间不小于28天，28天无侧限抗压强度标准值不宜小于1MPa。 7、三轴搅拌桩施工之前，应编制详尽可行的三轴水泥土搅拌桩施工方案，确保止水帷幕成桩的可靠性、完整性及封闭性。 5.1.4 冠梁施工

冠梁施工应符合《混凝土结构施工及验收规范》的有关规定。

冠梁混凝土强度等级为C30，截面尺寸及配筋详见附录Ⅲ-钻孔灌注桩及冠梁配筋图。 5.1.5 钢管支撑施工

本工程支撑的布置原则是力求支撑体系受力对称，受力特征明确，充分发挥各杆件的作用，并能在稳定性和控制变形方面满足对周围环境控制的要求，同时最大限度地方便土体开挖和主体结构的快速施工。

钢管支撑截面尺寸及壁厚：主杆件为Φ609mm/壁厚16mm钢管，次联系杆件为 Φ478mm/壁厚10mm钢管，杆件之间连接均采用焊接。

在土方开挖到位后，底板结构混凝土浇筑时，同时将底板与支护桩内侧地段浇注回填，待混凝土强度达到设计强度的70%后，完成支撑置换，斜撑完成换撑工作。

详细情况见附录Ⅳ-1-1剖面斜撑施工图。 5.1.6 坡面网喷施工

1、施工流程：边坡开挖→人工修坡→初喷→挂网→复喷。

2、按设计开挖坡率、深度分层开挖，开挖一层，施工一层，不得超挖。 3、本支护设计所用钢筋网为Φ6.5@250×250钢筋网。 4、本支护设计所用喷射砼为C20细石砼，砼面层厚80mm。喷射砼水灰比为0.40～0.45，砂率45%～50%，水泥与砂石重量比为1：4～1：4.5。喷射砼内掺速凝剂，喷射砼所用水泥为42.5普通硅酸盐水泥，喷射砼内粗骨料最大粒径不宜超过15mm。 5.1.7 地面硬化及地面、坡脚排水沟施工

基坑开挖后应立即在基坑坡顶及平台上作表面硬化处理，硬化层宽0.50~2.00m，硬化层厚度为50mm厚C20素砼，宽宜作成反坡，反坡坡率0.5%。并在硬化层外施工排水沟。表面硬化层宜作成反坡，排水沟应不漏水，排水沟作成后可方便基坑内向外排水。基坑坡脚处设汇水沟集水坑。

33

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

5.1.8 土方开挖施工

一、土方开挖流程

土方开挖施工流程根据施工技术要求，整个基坑土方开挖按设计要求分层进行。 1、场区整平后，同时施工支护桩、立柱桩、三轴搅拌桩、降水井施工。 2、一层土方开挖至-2.00m后进行坡面网喷砼以及冠梁施工。

3、二层土方开挖至-3.00m后，按1：1.25坡率预留坑内留土平台，平台上部宽3.5m,平台高4.4m。

4、三层土方开挖至-7.40m后，进行中心岛底板结构施工，达到设计强度后架设斜撑，挖掉留土平台。

二、与支撑结构施工的配合方案

为保证支撑结构施工的需要，土方除按施工技术要求分区、分段、分层开挖。

土方开挖施工应注意对支护成品的保护，严禁对已施工完的成品进行碰撞。基坑开挖过程中，土方应随挖随运，不得随意堆置于基坑周边。

土方开挖施工组织要求严密。土方开挖队伍一定要与基坑支护队伍严密配合，协调施工；同时还应根据环境监测所反馈的信息及时调整挖土顺序、挖土速度；土方开挖施工时应分层开挖，每层开挖深度不得超过设计要求的施工深度。

第二节 地下水控制设计

5.2.1 水泥土搅拌桩设计

为了弥补桩撑支护方案桩间缝隙易造成水土流失的问题，本方案采用了水泥土搅拌桩作为止水方案。

三轴水泥土搅拌桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量为20%，搅拌桩养护时间不小于28天，28天无侧限抗压强度标准值不宜小于1MPa。墙体厚度和入土深度与基坑开挖深度以及场地水文地质条件有关。止水帷幕应穿过①1杂填土、②粉土夹粉粘粉砂、③1粉质粘土和④1粉粘夹粉土粉砂土层形成侧向的防渗帷幕。方案确定墙体厚度为850mm，与钻孔灌注桩排桩的净间距为600mm，入土深度为9.4m，详细施工要求见5.1.3 三轴水泥土搅拌桩止水帷幕施工。

5.2.2 上层滞水及潜水的处理

对上层滞水及潜水采用坑外止水帷幕（三轴搅拌桩）阻隔、坑内明沟集水井排水集中抽排进行处理。

排水沟相关要求见5.1.7地面硬化及地面、坡脚排水沟施工。 5.2.3 下层承压水的处理

为保证基底安全，基坑施工时，必须对地下水采用综合治理措施，根据武汉地区经验宜采取轻型井点降水和周边隔水帷幕相结合的方法。即采用多井点轻型井点降水，使地下水承压水头从3.5m降到8.4m，在基坑四周布置比基坑开挖深度大2m的连续隔水防渗垂直帷幕。

降水方案已通过基坑抗管涌验算，详细计算过程见4.4.3基坑抗管涌验算。

34

2013.06 中国地质大学本科毕业论文

第三节 基坑监测

5.3.1 监测目的

鉴于该建筑场地地质条件和环境条件，为确保该项目地下工程安全、顺利地完成，在基坑开挖及地下室施工过程中，必须采用信息法施工。即运用多手段的联合监测，加强施工过程中的信息管理，做到定时监测，及时反馈。 5.3.2 监测项目

在监测过程中，采用工程测量、工程测试及目测三种手段相结合的方法进行监测，并对相关数据进行综合分析，排除外界因素和监测系统的偶发性误差，从而提供精确的、可靠的、科学的监测数据。

基坑施工期间，每天应有专人进行现场目测，目测中可使用一般的度量器具对裂缝、塌陷、渗漏等现象的发生、发展进行测定，作出详细记录。

监测项目包括：

1、桩顶冠梁位移和沉降； 2、支护桩桩身变形(测斜)； 3、桩侧土体深层位移(测斜)；

4、基坑周边建筑物、道路及地下管线设施沉降； 5、桩体受力钢筋应力状态； 6、支撑应力监测； 7、地下水动态监测。 5.3.3 监测信息反馈

1、沉降和位移观测应在基坑开挖前建好点，并进行首次原始数据的观测。在第二层土方开挖前每两天观测一次，在开始第二层土方开挖后每一天观测一次，基坑开挖到底半个

[17]

月后可每周进行一次观测。遇大大雨或变形速率过大等情况时，应加密观测。

2、基坑监测发生异常或累计达到监控报警值，应停止施工并立即通知设计方，决定是否采用应急措施。

3、报警控制指标：基坑顶支护结构水平位移大于32mm，或连续3天位移速率大于5mm/d，应进行基坑报警。周边构筑物差异沉降按有关规范或视构筑物完好程度现场确定。承压水水头上升0.5m，应进行预警。 对于基坑周边市政管道监控报警值：

煤气管道变形：沉降或水平位移不应超过10mm，连续3天超过2mm/d。 供水管道变形：沉降或水平位移不应超过30mm，连续3天超过5mm/d。 5.3.4 应急措施

出现支护结构变形过大或者其它破坏征兆时，应采用坡顶加大卸土范围线或者采用砂袋、挖土进行坑内被动区反压或者坑内预留土反压、分条开挖、增设内支撑等相应措施。

35

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gim3.html