本科生畢業論文（設計） 題目 ： 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 姓 名： 康 正 波 學號： 200903334 院 （系）： 土木 工程學院 專業： 工 程 力 學 指導教師： 職稱： 評 閱 人： 職稱： 二 0 一 三 年 六 月 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 摘 要 隨著城市化過程中不斷涌現的中高層和超高層建筑，以及對地 下空間的開發， 就產生了大量的深基坑。在基坑開挖過程中必然會涉及到基坑的支護，而基坑支護不僅會影響工程的進度，也會影響到工程安全，本論文主要對武漢萬達廣場 A-IJ 段基坑支護結構進行設計及穩定性驗算。 廣場 基坑分為 A、 B 基坑兩塊，呈“呂”字型分布 ， 總占地面積約 57000 ，基坑開挖深度都在 10m 左右 ，屬于深基坑， A-IJ 段基坑處地層主要有雜填土 ,粘土 ,淤泥質粉質粘土 ,粉土夾粉砂 ,粉砂 ,粉細砂， 地下水類型主要為上層滯水和第四系空隙承壓水，基坑支護主要采用鉆孔灌注工藝的支護樁進行支護，同時在 基坑上部減載放坡，坑壁設置粉噴樁止水帷幕。 在進行支護樁設計計算時，土壓力計算采用郎肯土壓力理論，水土合算，被動土壓力折減系數取 1.0，支護樁的長度和入土深度采用極限土壓力平衡理論和等值梁法計算確定，支護樁樁長為 14.5m， 求取支護樁的最大彎矩后可以 按混凝土結構設計規范（ GB50010-2002） 中有關公式求支護樁的配筋，此段基坑支護樁配筋為 32 ， 在通過配筋驗算后還要對此段基坑的穩定性進行驗算，采用里正軟件分析基坑的整體穩定性 ,基坑底的隆起和基坑的管涌及沖潰，通過驗算可知 A-IJ段基坑支護設計滿足基坑的穩定性要求。 關鍵詞： 深基坑 深基坑維護 支護設計 穩定性 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 ABSTRACT With the urbanization process ,high-rise buildings and supertall buildings are continuously emerging, and underground space development project become more and more. As a result, it generated a lot of deep excavation projects. In the process of excavation ,it inevitably involves the support of excavation pit. And the excavation will not only affect the progress of the project ,it will also affect engineering safety. This paper mainly studys the design of supporting structure and stability computations of the A-IJ section in Wanda Plaza pit, Wuhan. Wanda Plaza Foundation pit is divided into A, B sections. On the plane, its distribution likes the figure of 呂 type. The total area of Wanda Plaza Foundation pit is about 57000m 2, excavation depth is about 10m, belonging to deep foundation pit. The A-IJ Section of Foundation pit is mainly fill with clay, silty clay, silty soil clip silty sand, silt and fine sand； groundwater types are mainly perched water and Quaternary confined pore water； pit support mainly take bored piles supporting technology, load shedding on the upper foundation, pit wall set DJM waterproof curtain. During the design calculations of supporting piles, earth pressure calculated using the theory of King, soil and water cost-effective and passive earth pressure reduction factor of 1.0.The length and embedded depth of pile are designed with limit equilibrium theory and the earth pressure equivalent beam method. Through calculation, pile length is 14.5m, solving the pile maximum moment can see the code design of concrete structures (GB50010-2002).In the section of pit , the pile reinforcement use 3228. Finally, the stability of pit, uplift of the pit bottom , the piping are checked by the software of LiZheng. Through the checking known, the supporting design of A-IJ Section meet the foundations stability. Key words: deep foundation maintenance of deep foundation supporting design stability 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 目錄 摘要 ABSTRACT 緒 論 . 1 第一節 工程概況 . 6 第二節 工程地質與水文地質條件 . 7 第二章 基坑支護方案比選 . 11 第一節 設計依據 . 11 第二節 設計參數 . 11 第三節 基坑特點分析 . 12 第四節 深基坑圍護方案的選擇 . 12 第三章 A-IJ 段基坑支護結構設計 . 15 第一節 A-IJ 段基坑支護方案選擇 . 15 第二節 A-IJ 段基坑減載放坡設計 . 15 第三節 坑壁粉噴樁設計 . 16 第四章 支護樁設計 . 17 第一節 土壓力計算 . 17 第二節 支護樁入土深度計算 . 22 第三節 支護樁上最大彎矩計算 . 23 第四節 支護樁配筋計算 . 23 第五節 配筋驗算 . 25 第六節 冠梁設計 . 25 第五章 A-IJ 段基坑支護結構穩定驗算 . 25 第六章 結束語 . 30 致 謝 . 31 參考文獻 . 32 附圖 1 H-M 段 基坑周邊 地層展開 圖 附圖 2 樁大樣圖及結構配筋圖蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 1 緒 論 隨著城市化過程中不斷涌現的中高層和超高層建筑，以及大量地下空間的開發，這就產生了大量的深基坑工程。在深基坑工程中，基坑支護對工程的影響是巨大的，不合要求的基坑支護會嚴重影響施工和正常使用，甚至會造成事故，所以基坑的開挖與支護應該引起人們 足夠 的重視。 一、 深基坑工程的主要內容 （ 1）巖土工程勘察與工程調查。確定巖土參數與地下水參數；測定鄰近建筑物、周圍地下埋設物（管道、電纜、光纜等）、城市道路等工程設施的工作現狀，并對其隨地層位移的限值作出分析。 （ 2）支護結構設計。包括擋土墻圍護結構（如連續墻、柱列式灌注樁擋墻）、支承體系（如內支撐、錨桿）以及土體加固等。支護結構的設計必須與基坑工程的施工方案緊密結合，需要考慮的主要依據有：當地經驗，土體和地下水狀況，四周環境安全所允許的地層變形限值，可提供的施工設施與施工場地，工期與造價等。 （ 3）基坑開挖與支護的施工。 包括土方工程、工程降水和工程的施工組織設計與實施。 （ 4）地層位移預測與周邊工程保護。地層位移既取決于土體和支護結構的性能與地下水的變化，也取決于施工工序和施工過程。如預測的變形超過允許值，應修改支護結構設計與施工方案，必要時對周邊的重要工程設施采取專門的保護或加固措施。 （ 5）施工現場量測與監控。根據監測的數據和信息，必要時進行反饋設計，用信息化來指導下一步的施工。 二、深基坑支護的類型 各種建筑物與地下管線都要開挖基坑，一些基坑可直接開挖或放坡開挖，但當基坑深度較深，周圍場地又不寬時，一般都采用基坑支護 ，過去支護比較簡單，也就是鋼板樁加蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 2 井點降水，一般能滿足基坑安全施工，而對于深基坑已不能滿足要求，近幾年來隨著基坑深度和體量的增大，支護技術也有了較大進展，按功能分常用的有以下一些 2： （ 1）擋土系統：常用的有鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、深層水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁、地下連續墻。其功能是形成支護排樁或支護擋土墻阻擋坑外土壓力。 （ 2）擋水系統：常用的有深層水泥攪拌樁、旋噴樁、壓密注漿、地下連續墻、鎖口鋼板樁。其功能是阻擋抗外滲水。 （ 3）支撐系統：常用的有鋼管與型鋼內支撐、鋼筋混凝土內支撐、鋼與鋼筋混凝土組合支 撐。其功能是支承圍護結構側力與限制圍護結構位移。 三、存在的常見問題 深基坑工程支護技術雖已在全國不同地區、不同的地質條件下取得了不少成功的經驗，甚至在一些達到國際水平，但仍存在一些問題需進一步研究或提高，以適應現代化經濟建設的需要。深基坑工程支護施工過程中常常存在的問題主要有以下幾種： （ 1） 土層開挖和邊坡支護不配套 常見支護施工滯后于土方施工很長一段時間，而不得不采取二次回填或搭設架子來完成支護施工一般來說，土方開挖技術含量相對較低，工序簡單，組織管理容易。而擋土支護的技術含量高，工序較多且復雜，施工組 織和管理都較土方開挖復雜。所以在施工過程中，大型工程均是由專業施工隊來分別完成土方和擋土支付工作，而且絕大部分都是兩個平行的合同。這樣在施工過程中協調管理的難度大，土方施工單位搶進度，拖工期，開挖順序較亂，特別是雨期施工，甚至不顧擋土支護施工所需工作面，留給支護施工的操作面幾乎是無法操作，時間上也無法完成支護工作，以致使支護施工滯后于土方施工，因支護施工無操作平臺完成鉆孔、注漿、布網和噴射砼等工作，而不得不用土方回填或搭設架子來設置操作平臺來完成施工。這樣不但難于保證進度，也難于保證工程質量，甚至發生安全事 故，留下質量隱患。 （ 2） 邊坡修理達不到設計、規范要求 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 3 常存在超挖和欠挖現象一般深基礎在開挖時均使用機械開挖、人工簡單修坡后即開始擋土支護的砼初噴工序。而在實際開挖時，由于施工管理人員不到位，技術交底不充分，分層分段開挖高度不一，挖機械操作手的操作水平等因素的影響，使機械開挖后的邊坡表面平整度，順直度極不規則，而人工修理時不可能深度挖掘，只能就機挖表面作平整度修整，在沒有嚴格檢查驗收就開始初噴，故出現擋土支付后出現超挖和欠挖現象。 （ 3） 成孔注漿不到位、土釘或錨桿受力達不到設計要求 深基坑支護所用土釘或錨桿 鉆孔直般為 100150的鉆桿成孔，孔深少則五、六米，深則十幾米，甚至二十多米，鉆孔所穿過的土層質量也各不相同，鉆孔如果不認真研究土體情況，往往造成出渣不盡，殘渣沉積而影響注漿，有的甚至成孔困難、孔洞坍塌，無法插筋和注漿。再者注漿時配料隨意性大、注漿管不插到位、注漿壓力不夠等而造成注漿長度不足、充盈度不夠，而使土釘或錨桿的抗拔力達不到設計要求，影響工程質量，甚至要做再次處理。 （ 4） 噴射砼厚度不夠、強度達不到設計要求 目前建筑工程基坑支護噴射砼常用的是干拌法噴射砼設備 4，其主要特點是設備簡單、體積小，輸 送距離長，速凝劑可在進入噴射機前加入，操作方便，可連續噴射施工。雖然干噴法設備操作簡單方便，但由于操作手的水平不同，操作方法和檢 查控制等手段不全，混凝土回彈嚴重，再加上原材料質量控制不嚴、配料不準、養護不到位等因素，往往造成噴后砼的厚度不夠、砼強度達不到設計要求。 （ 5） 施工過程與設計的差異太大 深層攪拌樁的水泥摻量常常不足，影響水泥土的支護強度。我們發現在同樣做法的支護，發生水泥土裂縫，有時不是在受力最大的地段，檢查下來，往往是強度不足，地面施工堆載在局部位置往往要大大高于設計允許荷載。施工質量與偷工減 料的現象也并不少見。基坑挖土是支護受力與變形顯著增加的過程，設計中常常對挖土程序有所要求來減少支護變形，并進行圖紙交底，而實際施工中土方老板往往不管這些框框，搶進度，圖局部效益。 （ 6） 設計與實際情況差異較大 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 4 深基坑支護由于其土壓力與傳統理論的擋土墻土壓力有所不同，在目前沒有完善的土壓力理論指導下，通常仍沿用傳統理論計算，因此有誤差是正常的，許多學者對此進行了許多研究，在傳統理論土壓力計算的基礎上結合必要的經驗修正可以達到實用要求。問題是對這樣一個極為復雜的課題，脫離實際工程情況，往往會造成過量變形的后果。 如某些設計、不考慮地質條件、地面荷載的差異，照搬照套相同坑深的支護設計。必須根據實際地面可能發生的荷載，包括建筑堆載、載重汽車、臨時設施和附近住宅建筑等的影響，比較正確地估計支護結構上的側壓力。 （ 7） 工程監理不到位 按規定高層建筑、重大市政等的深基坑是必須實行工程監理的，大多數事故工程都沒有按規定實施工程監理，或者雖有監理而工作不到位，只管場內工程，不管場外影響，實行包括設計在內的全過程監理的就更少。客觀地說深基坑工程監理要求監理人員具有較高業務水平，在我國現階段主要就只是監控支護結構工程質量、工期、進度 ，而對于設計監理與對住宅及周邊環境的監控尚有一定差距，巫待完善與提高。 （ 8） 施工監測不重視 主要是建設單位為省錢不要求施工監測，或者雖設置一些測點，數據不足，忽視坑邊住宅的檢測，或者不重視監測數據，形同虛設。支護設計中沒有監測方案，結果發生情況不能及時警報，事故發生后也不易分析原因，不利于事故的早期處理，省了小錢化大錢。 為了減少支護事故，有待精心設計、精心施工、強化監理，保護坑邊住宅與環境，提高深基坑支護技術和管理水平。 四、深基坑技術的發展趨勢 （ 1）基坑向著大深度、大面積方向發展，周邊環境更加復 雜，深基坑開挖與支護的難度愈來愈大。因此，從工期和造價的角度看兩墻合一的逆作法將是今后發展的主要方向。但逆作法施工受樁承載力的限制很大，采用逆作法時不能采用一柱一樁，而是一柱多樁，增加了成本和施工難度。如何提高單樁承載力，降低沉降，減少中柱樁（中間支承柱），蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 5 達到一柱一樁，使上部結構施工速度可以放開限制，從而加快進度，縮短總工期，這將成為今后的研究方向。 （ 2）土釘支護方案的大量實施，使得噴射混凝土技術得以充分運用和發展。為減少噴射混凝土的回彈量以及保護環境的需要，濕式噴射混凝土將逐步取代干式噴射混凝土。 （ 3）目前，在有支護的深基坑工程中，基坑開挖大多以人工挖土為主，效率不高，今后必須大力研究開發小型、靈活、專用的地下挖土機械，以提高工效，加快施工進度，減少時間效應的影響。 （ 4）為了減少基坑變形，通過施加預應力的方法控制變形將逐步被推廣，另外采用深層攪拌或注漿技術對基坑底部或被動區土體進行加固，也將成為控制變形的有效手段被推廣。 （ 5）為減小基坑工程帶來的環境效應（如因降水引起的地面附加沉降），或出于保護地下水資源的需要，有時基坑采用帷幕型式進行支護。除地下連續墻外，一般采用旋噴樁或深層攪拌樁等工法構筑成止 水帷幕。目前，有將水利工程中防滲墻的工法引入到基坑工程中的趨勢。 （ 6）在軟土地區，為避免基坑底部隆起，造成支護結構水平位移加大和鄰近建（構）筑物下沉，可采用深層攪拌樁或注漿技術對基坑底部土體進行加固，即提高支護結構被動區土體的強度的方法。 本論文主要以武漢萬達廣場基坑中的 A-IJ 段支護結構設計為例，并對其進行穩定性驗算。 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 6 第一章 工程概況及工程地質條件 第一節 工程概況 武漢萬達廣場投資有限公司擬在漢口新華西路附近興建武漢新華西路萬達廣場工程。場地位于武漢市江漢區，地塊范圍東臨新華下路，西鄰新華西 路，南側為規劃道路、武漢新聞出版局，北側為馬場公寓、菱湖上品項目。 本項目的施工圖設計由武漢市建筑設計院承擔，場地巖土工程詳細勘察工作由武漢市勘察設計院承擔。受業主招標委托，我單位承擔本項目深基坑支護設計工作。 根據業主提供資料，本場地基坑分為 A、 B 基坑兩塊，總占地面積約 57000m2。 A 基坑為大商業部分，其地下二層主樓的承臺底標高 -12.6m（電梯井 -15.0m），商業 部分底標高-12.4m(電梯井 -13.5m)； B 基坑為住宅部分，其主樓承臺底標高 -11.25m，分布于基坑四周。大商業部分（ A 基坑）的地下 室層高：地下一層 5.5 米，地下二層 4.8 米；住宅部分（ B 基坑）地下室層高：地下一層與地下二層均為 3.8 米。 本項目設計 0.00=22.00m，地下室分為 A 區、 B 區。 A、 B 基坑呈“呂”字型分布，在中間部分設連通地道 2 處，場地地面標高依據勘察報告中鉆孔標高，坑底標高按地下室結構圖紙基礎承臺或基礎梁底標高取值，墊層厚按 100mm 考慮。各段設計開挖深度詳見表1-1、表 1-2。 表 1-1 A 區基坑設計開挖深度設計參數一覽表 段號 地面標高 坑底標高 開挖深度 A-AB 20.90 9.90 11.00 A-BCD 20.90 9.90 11.00 A-DEF 20.90 9.90 11.00 A-FG 20.60 9.60 11.00（坑內留土） A-GH 20.60 11.50 9.10 （本段為車道） A-HI 20.60 9.90 10.70 A-IJ 20.60 9.90 10.70 A-JK 20.60 9.10 11.50 A-KL 20.60 9.90 10.70 A-LM 20.60 9.30 11.30 A-MO 20.60 9.90 10.70 A-OPQ 20.70 9.90 10.80 A-QR 20.70 9.30 11.40 A-RSA 20.70 9.90 10.80 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 7 表 1-2 B 區基坑設計開挖深度設計參數一覽表 段號 地面標高（ m） 坑底標高（ m） 開挖深度（ m） B-MNAB 21.00 10.80 10.20 B-BC 20.50 10.80 9.70 B-CD 20.80 10.80 10.00 B-DE 20.80 10.80 10.00 B-EF 20.90 10.80 10.10 B-FG 20.90 10.80 10.10 B-GHIJ 20.90 10.80 10.10 B-JKLL 20.90 10.80 10.10 B-L M 20.90 10.80 10.10 第二節 工程地質 與水文地質 條件 1.2.1 場區地層概況及工程性質 根據勘察單位提供的場地巖土工程詳細勘察報告 ，場地巖土層自上而下主要由五個單元層組成，從成因上看，（ 1）單元層為新近填土和淤泥層；（ 2）單元層屬第四 系全新統沖積（ Q4al）一般粘性土、淤泥質粉質粘土、粉質粘土夾粉土層；（ 3）單元層為第四系全新統沖積（ Q4al）粉土夾粉砂、粉質粘土層；（ 4）單元層屬第四系全新統沖積（ Q4al）砂土、砂、礫膠結層；（ 5）、（ 6）單元為白堊 下第三系的強中風化泥質粉砂巖或粉砂質泥巖、砂礫巖。 根據各巖土（砂）層力學性質上的差異，可將場區地基巖土進一步細劃為若干亞層。 與基坑支護工程有關的上部主要地層見表 1-3： 表 1-3 地層分布情況一覽 表 地層編號及 巖土名稱 年代 成因 層頂埋深 (M) 層厚 (M) 顏色 狀態 濕度 壓縮性 包含物及特征 (1)雜填土 QML 現地面 0.54.4 雜 松散 稍密 濕 高 分布整個場地，主要由建筑垃圾、混凝土地坪及一般粘性土組成，近期堆填，結構雜亂。 (1-2)淤泥 QL 0.82.9 0.33.3 灰黑 流塑 飽和 高 分布于少部分地段（原湖塘底），含少量螺殼、腐殖物、有機質，有臭味。 (2-1)粘土 Q4AL 0.7 4 0.52.7 褐黃 軟流 塑 飽和 中偏 場地內大部分地段分布，含鐵錳氧 化物、灰色粘土礦物條紋。 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 8 黃褐 高 (2-2)淤泥質粉質粘土 Q4AL 0.56.1 5.817.5 褐灰 稍密中密 飽和 高 分布于整個場地，含少量螺殼、腐殖物、有機質，局部夾粉質粘土、粉土粉砂。 (2-3)粉質粘土混粉土 Q4AL 8.719.3 0.86.6 褐灰 軟可塑 飽和 中偏高 場地內部分地段分布，含鐵錳氧化物、灰色粘土礦物條紋及少量有機質，夾粉土薄層。 (3)粉土夾粉砂、粉質粘土 Q4AL 1019.5 0.85.5 褐灰 中密 飽和 中 場地內部分地段分布，含鐵質氧化物和云母片。 (4-1)粉砂 Q4AL 13.321 0.89.5 灰 松 散稍密 飽和 中 含云母、石英等礦物。場區內部分 地段分布，層面有一定起伏。 (4-1A)粉質粘土夾粉土 Q4AL 15.821.1 0.43.6 灰 可塑 飽和 中 以透鏡體形式分布于（ 4-1）層中，細層理清晰。 (4-2)粉細砂 Q4AL 1.824.5 0.513.2 灰色 中密 （局部密實） 飽和 中偏低 含云母、石英等礦物。場區內均有分布，層面埋深較穩定。 (4-2A)粉質粘土夾粉土 Q4AL 22.525.2 23.3 灰色 可塑 飽和 中 個別孔區分布，以透鏡體形式分布于（ 4-2）層中，細層理清晰。 (4-3)粉細砂 Q4AL 2832.7 0.214.4 灰色 密實 飽和 低 含云母、石英，局部夾小礫石，該層場區內均有分布，層面埋深較穩定。 (4-3A)粉質粘土夾粉土 Q4AL 31.541.9 0.45.2 灰色 可塑 飽和 中 大部分孔區分布，以透鏡體形式分布于（ 4-3）層中，細層理清晰。分布無規律。 (4-4)中粗砂混礫卵石 Q4AL+PL 39 45 0.22.9 雜色 密實 飽和 低 含石英、云母，礫卵石大小 1-8CM，含量 5-20%，大部分地段分布 。 (4-5)砂、礫膠結層 Q4AL+PL 40.445.5 0.66.5 雜色 密實 干 低 場區部分地段分布，膠結程度差，為未成巖半成巖狀，鉆探取樣大部分為碎石、塊石。 由上述對場地各巖土層的巖性描述及物理力學性質指標統計結果可以看出，擬建場區填土層以下地層為武漢地區典型的長江沖積一級階地二元結構地層，顆粒粒徑從上至下由細變粗，力學性質亦隨深度增加而變好。從工程性質來看，淺部的填土層及（ 2）單元層力學強度均不高，不能滿足擬建高層建筑物荷載要求；下部（ 4-2）、（ 4-3）層細砂層密實度好、強度高 ，是擬建多層裙樓、商鋪、地下室、售樓部較理想的樁基持力層；基巖中風化埋深穩定，宜作為 26 33層高層建筑樁基持力層使用。 1.2.2 場區區域地質構造 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 9 武漢位于揚子地臺北部，秦嶺地槽東端之南，屬淮陽山字形構造南弧西翼。雖有多期造山運動復合影響的痕跡，但主要受控于燕山期構造運動，表現為一系列走向近東西到北西西的線性褶皺，以及北西、北西西和近東西的正逆斷層及逆掩斷層。在南北向的應力支配下，還發育有其它次一級的構造帶，即北北東及北西西兩組張扭性斷裂。 根據區域地質構造資料，武漢地區的地質構造均屬古老的地質構造，無 全新世活動跡象，本次勘察鉆探未發現斷層破碎帶。因此，場區地質構造、地殼穩定性良好 。 1.2.3 場區地形地貌 擬建場地位于漢口新華西路，場地平面大致呈不規則矩形，東北側為馬場公寓，西北側為日月華庭小區和第十九中，西南側為新華西路，南側為規劃道路。原始地貌屬長江沖積一級階地，原為華南果品批發市場、汽車修理廠、居民居住區，現場地基本已拆遷整平，地勢平緩，地面標高在 19.84 22.31m之間變化。 1.2.4 場區氣象 水文及 水文地質條件 武漢市屬亞熱帶大陸性季風氣候，具有四季分明、氣候溫和、雨量充沛的氣候特征。冬夏溫差大，歷年 7 月份氣溫最高，平均氣溫為 28.8 31.4，極端最高氣溫 41.3(1934.8.10)，歷年最低氣溫為 1月，平均為 2.6 4.6，極端最低氣溫 -18.1（ 1977年 11 月 30 日）。每年 7、 8、 9 月為高溫期， 12 月至翌年 2 月為低溫期，并有霜凍和降雪發生。多年平均降雨量 1204.5mm，最大年降雨量 2107.1mm，最大月降雨量為 820.1mm（ 1987.6），最大日降雨量 317.4mm（ 1959.6.9），最小年降雨量 575.9mm，降雨一般集中在6 8 月，約占全年降雨量的 40%。年平均蒸發量為 1447.9mm。多年平均霧日數 32.9 天。年平均絕對濕度為 16.4毫巴，年平均相對濕度為 75.7%。 武漢地區 4 7月份以東南季風為主，其余時間以北風或西北風為主，最大風力八級，最大風速 27.9m/s（ 1956年 3月 17日）。基本風壓按 30年一遇、 10秒平均最大風速（ m/s）為標準，武漢地區為 2.5MPa。 武漢地區原屬云夢澤東南角沼澤地帶，由于地殼滄桑變遷，水流夾帶大量泥沙落淤，江湖分離，水流歸槽，形成了河流的雛形。通過水流與河床的相互作用，汊道合并，洲灘與河岸反復分合，逐漸形成今日的雙 汊形態。市區內河網湖泊水系發達，其中水域總面積約 191km2，約占主城區總面積的 14%。主要發育有長江、漢江兩個水系且在市區內交匯。 武漢關水位：歷年最高水位 29.73m（ 1954.8.18，吳淞高程），歷年最低水位 8.7m（ 1965.2.4，吳淞高程），多年平均水位 18.97m（吳淞高程）。 場區內地下水類型主要為上層滯水和第四系孔隙承壓水。 上層滯水主要賦存于第（ 1）層雜填土中，受地表水源、大氣降水和生活用水補給，無蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 10 統一的自由水面，水位及水量受地表水源、大氣降水和生活用水排放量的影響而波動。 第四系孔隙承壓水主要賦存于下部砂性土層中，主要接受側向補給，與長江存在較密切水力聯系，呈互補關系。根據場地勘察報告 ，含水層綜合滲透系數 K平均值 18.0m/d，影響半徑 460m（設計時取 250m）。孔隙承壓水位年變幅為 34米，在豐水期承壓水位標高約為 20.0m。 本基坑開挖深度介于 9.013.0m之間，局部電梯井開挖深度達 15.0m，已揭露（ 3）層粉土夾粉砂、粉質粘土或（ 4-1）層粉砂含水層，因此本基坑必需進行降水設計 。 1.2.5 場區地震效應 根據湖北省建設廳關于確定我省主要城鎮抗震設防烈度、設計基 本地震加速度值和設計地震分組的通知（鄂建文 2001357 號）的規定，武漢地區地震基本烈度為 6度，新建工程必須進行抗震設防。武漢市抗震分組均為第一組，擬建項目可按 6度地震烈度進行設防，地震設計加速度為 0.05g，并且可不考慮飽和粉土、砂土的液化問題。 為判定場地土類型及建筑場地類別，在 K1、 K32、 K134號 鉆孔內及附近區域進行了剪切波速測試及地面脈動測試，根據剪切波 速測試結果，場區地表下 20.0m深度范圍地基土的等效剪切波速 Vse=144.8 152.3m/s，按建筑抗震設計規范 GB50011-2001 第 4.1.3條判定，本場地屬中軟場地土。本次勘察資料顯示，擬建場區基巖埋深在 41.5 51.5m左右，根據建筑抗震設計規范 GB50011-2001第 4.1.6條判定，基巖埋深在 350m之間屬類建筑場地，基巖埋深 50m 屬類建筑場地。本場地僅 4#樓 30#、 31#、 32#孔地段屬類建筑場地，其余地段均屬類建筑場地。 擬建場區設計基本地震加速度值 0.05g，設計地震分組第一組。結合場區地基土成因、巖性及分布條件等綜合判定，本場區屬可進行建設的一般場地。 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 11 第二 章 基坑支護方案 比選 第一節 設計依據 武漢新華西路萬達廣場總平面圖 萬達商業規劃研究院 武漢新華西路萬達廣場地下一層、二層平面圖 萬達商業規劃研究院 “武漢新 華西路萬達廣場巖土工程勘察報告” 武漢市勘察設計院 湖北省深基坑工程技術規程（ DB 42/159-2004） 建筑基坑支護技術規程（ JGJ 120-99） 混凝土結構設計規范（ GB 50010-2002） 鋼結構設計規范（ GB50017-2003） 土層錨桿（索）設計與施工規范（ CECS22： 2005） 建筑樁基技術規范（ JGJ94-2008） 供水水文地質勘察規范（ GB 50027-2001） 建筑與市政降水工程技術規范（ JGJ/T11-98） 建筑地基基礎設計規范（ GB50007-2002） 地基基礎處理規范（ JGJ 79-2002） 建筑基坑工程監測技術規范（ GB 50497-2009） 業主提供的 周邊環境、結構施工圖等相關資料 設計參數 第二 節 設計參數 根據巖土工程詳細勘察報告和湖北省深基坑工程技術規程（ DB42/159-2004）中的附表 2-1，結合相關工程實踐經驗，基坑支護設計有關參數取值 見表 2-1。根據業主提供的地質勘察資料， B區基坑周邊地層概化為 8種不同情況進行計算， A區基坑周邊地層概化為 14種不同情況進行計算。 表 2-1 基坑 設計 土層參數取值 層號 土層 名稱 重度 （ KN/M3） 粘聚力 C（ kPa） 內摩擦角 ( ) M （ kPa/m2） 1 雜填土 18.0 8 18 5480 2-1 粘土 18.0 18 8 2280 2-2 淤泥質粉質粘土 17.0 10 5 800 2-3 粉質粘土混粉土 17.3 16 11 2920 3 粉土夾粉砂 17.5 12 20 7200 4-1 粉砂 19.2 0 27 11880 4-2 粉細砂 19.7 0 33 18480 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 12 第三節 基坑特點分析 2.3.1 開挖范圍廣、深度大 基坑周邊擬開挖深度為 9.0m 13.0m，面積達 56900，呈不規則“呂”字形，基坑周長達 1700m，屬超深、超大極不規則基坑。 2.3.2 周邊環境 周邊環境一般地段較為寬松，一般地段基坑距紅線距離在 12m 之外，距施工圍墻均在 20m以外，場地周邊均具有開闊的放坡卸載空間 。 2.3.3 場地地層條件差 地表土層主要為 松散的雜填土，其下有以軟塑狀態為主的 -2 淤泥質粘土為主，主要存在于坑壁及坡腳，層厚介于 5.8 17.2m，該層土強度低，屬高壓縮性土或中等偏高壓縮性土，在開挖過程中，易產生流動，對基坑坑壁穩定性非常不利，且坡腳穩定性差 。 2.3.4 場地水文地質條件 基坑開挖后揭露的地下水有淺部填土中的上層滯水和下部砂性土層中的承壓水，由于開挖造成的水力坡降，上層滯水從坑壁雜填土層中排出，使部分土體固結壓縮，或承壓水向基坑排泄，造成坑壁下段粉土、粉砂顆粒流失。 在基坑 開挖 過程中，電梯井部位含承壓水地層已揭露，如不采取一定 的防水、降水措施，會產生漏水、涌砂、坑底突涌現象 。 2.3.5 基坑工程重要性等級 根據規程（ DB421/59-2004），結合該基坑工程的實際情況，可綜合判斷該基坑工程重要性等級為一級 。 第四節 深基坑圍護方案的選擇 2.4.1 本圍護設計目標 （ 1） 如上所述，本深基坑工程位于漢口鬧市區，基坑開挖深度大、地層條件復雜。毫無疑問，首先必須確保支護結構萬無一失，確保支護結構能夠承受開挖后最大限度的主動區土體和周邊一切動、靜載荷所產生的土壓力。 （ 2） 支護設計必須嚴格控制支護結構的水平變位，控制降水等地下水治 理措施對周邊環境造成的固結沉降或地層損失所引起的地面變形，基坑支護必須保證周邊建（構）筑物的安全。 （ 3） 滿足武漢市建委對基坑設計、施工有關規定，使支護結構體系控制在紅線范圍之內。 （ 4） 在滿足安全可靠、技術可行的前提下，充分利用一切有利條件，優化支護設計方案，努力做到施工便捷、經濟合理。 2.4.2 可供選擇的支護方案 近年來，武漢市房地產開發的力度不斷加大，高層建筑越來越多。伴隨著房地產業的飛速發展，深基坑支護技術也取得了長足進步。基坑支護方式趨向多樣化，多種支護方式蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 13 并用的聯合支護被采用的越來越多，基坑 支護造價也趨向于更經濟合理。 根據本基坑工程的開挖深度、周邊環境、地層性質，結合武漢市的地區經驗，本工程可供選擇的支護方式及其優劣性分析見表 2-2。 通過比較不難發現，上述支護方案各有優缺點。從技術上講除部分方案本工程不宜采用外，可以采用的支護方案不止一種。只有同時綜合考慮安全、造價、工期等多方面因素，才能使支護方案最終做到既經濟又合理。 本場地大部分地段地面下 15m 范圍內均為軟土，最深處達 18m，而基坑開挖深度達10m-11m，坑內被動區土層強度低，不能為支護體系提供有效的被動土壓力。為保證支護體系的有效 性，減少軟土層對基坑支護體系的影響，對被動區土體采用攪拌樁改良加固處理是必要的。 表 2-2 支護 方式及其優劣性分析表 分項特點 支護方式 主要特點 質量可 靠性 工期 造價 在本工程中的適宜性 樁錨支護 適用于不同深度的基坑，武漢市普遍使用，地區經驗豐富。在淤泥質土中錨桿錨固效果較差，鄰近建筑為樁基礎時不能使用。受紅線限制。 好 較長 較高 受紅線及地質條件影響，本場地不能使用錨桿。但可采用錨拉樁工藝。 樁撐支護 可適用于不同深度的基坑，尤其使用于平面尺寸狹長的基坑，武漢市有成功經驗。但施工周期很 長，尤其對后續施工影響很大。 好 較長 較高 通過合理布置支撐構件，保證土方挖運便利，但土方開挖難度較大，可采用方案。 坡頂減載 放坡 可有效降低支護結構承受的主動土壓力，目前武漢市的深基坑普遍采用。 較好 短 低 利用本場地周邊較為開闊的條件，對坡頂一定范圍內的土方進行有條件卸載，減少主動支護的強度，大部分地段可以采用。 雙排樁支護 適用于不同深度基坑，武漢市已有多個基坑應用，尤其適用于地層差、受紅線限制地段。 較好 較短 較高 本場地部分地段可采 用。 2.4.3 支護方案比選的原則 首先根據地層 、開挖深度、周邊環境的不同詳細對基坑支護分段，然后對每一段按 由簡單到復雜、由低價到高價 的先后順序進行試算、比較，同時兼顧工期及其它工程條件，最后選擇最佳的方案。 2.4.4 支護方案選擇的總體思路 本基坑開挖面積大，平面不規則，開挖深度大，周邊環境條件差異大，且地層條件差，蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 14 本支護設計方案針對各部位因地制宜的采用相應支護結構。 綜合考慮本基坑工程的各項條件，經過充分的比較、論證、試算后，確定本基坑工程支護方案的總體思路如下： 以排樁（ A-JK、 B-CD 地段采用雙排樁）、角撐與對頂撐相結合的內支撐等多種聯合支護手 段，結合坡頂大面積卸土減載、坑內被動區加固等手段，確保支護體系的完善并保證施工的順利、方便實施。 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 15 第三 章 A-IJ段 基坑 支護結構設計 第一節 A-IJ段基坑支護方案 選 擇 因 A-IJ 段基坑上部開闊，而基坑開挖深度大且由以淤泥質土為主，故通過比較主要采用坡頂減載放坡與樁撐支護相結合來進行支護，考慮到場地地下水埋深淺 ，同時在坑壁設置粉噴樁止水帷幕 。 具體支護結構剖面圖見圖 3-1。 圖 3-1 A-IJ 段基坑支護剖面圖 第二節 A-IJ段基坑減載放坡設計 利用 A-IJ段基坑周邊開闊的環境條件，對其上部 3.0m 4.6m 深度、寬度 5.0m18.0m范圍內 采用放坡卸載， 以減少主動區土壓力， 坡中設置放坡平臺（局部地段分二級放坡并設兩級平臺），坡面采用噴錨網保護 。 具體設計見表 3-1 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 16 表 3-1 A-IJ 段基坑上部放坡設計 段號 地面 標高 坑底 標高 開挖 深度 一級坡參數 二級坡參數 三級坡參數 坡高 坡率 平臺 寬 坡高 坡率 平臺寬 坡高 坡率 A-IJ 20.6 9.90 10.7 3.0 1:1 7.50 - - - 7.70 直坡 噴錨 網支護段 噴面采用噴射砼，砼設計強度為 C20，厚度 6cm-8cm，配 比為水泥：砂：石子 1： 2： 1.5，水灰比為 0.4 0.5，采用標號不低于 32.5MPa 的普通硅酸鹽水泥、粒徑不大于 2.5mm的中細砂和粒徑小于 5mm的瓜米石。鋼筋網規格為 6.5 200 200， 加強筋為 16 圓鋼。將各排錨桿、加強筋焊成網絡 , 以增加面層剛度。上下段鋼筋網搭接長度應大于 300mm。錨桿長度為 3.0m4.5m，間距 1200mm 1200mm，角度 15 度。當土層松散、孔內塌孔嚴重時，用一次性錨管代替錨桿，錨管規格為： 48 2.8（錨管需采用幫焊角鋼的方法加強處理）。 第三節 坑壁粉噴樁設計 A-IJ 段基坑坑壁采用攪拌樁工藝，攪拌樁采用干噴工藝，樁徑為 500mm，樁間距為400mm，沿支護樁外側設置二排。水泥采用 P.O 32.5，水泥用量不小于 50kg/m。詳細參數見表 3-2 表 3-2 粉噴樁設計參數 分段號 止 水 帷幕 工藝 樁頂標高（ m） 樁徑（ mm） 樁長（ m） 樁間距 （ mm） 備注 A-IJ 深 層 攪拌樁 16.90 500 9.00 400 400 雙排 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 17 第四 章 支護樁設計 本段 基坑 采用大直徑鉆孔灌注樁作為支護主體，支護樁樁徑為 1m，間距 1.4m，樁身強度為 C30。 本基坑支撐布置原則是力求支撐體系受力堆成，受力特征明確，充分發揮各桿件的作用，并能在穩定性和控制變形方面滿足對周圍環境控制的要求，同時最大限度地方便土體開挖和主題結構的快速施工以及材料回收利用， 本段基坑支撐主要采用對撐形式，盡量減少支撐桿件數量，方便土方的挖運。 通過勘查報告可知 A-IJ 段基坑地層 及底層厚度， 具體參數和各地層厚度見表 4-1： 表 4-1 A-IJ 段基坑地層計算參數 及厚度 層號 土層 名稱 重度KN/M3 粘 聚力 C（ kPa） 內摩擦角( ) M kPa/m2 深度范圍 （ m） 1 雜填土 18.0 8 18 5480 1.6 2-1 粘土 18.0 18 8 2280 1.4 2-2 淤泥質粉質粘土 17.0 10 5 800 11.5 3 粉土夾粉砂 17.5 12 20 7200 2.7 4-1 粉砂 19.2 0 27 11880 2.6 4-2 粉細砂 19.7 0 33 18480 第一節 土壓力計算 4.1.1 主動土壓力計算 為計算簡便，此處把地面設為 0標準面，地下水水位處于 -4m深度處 ， A-IJ段基坑剖面圖見圖 5-2。因減載放坡第二臺階作為施工道路，可以把道路荷載簡化為均部荷載，大小為 q=15KPa，此處如不實施減載放坡，則可以把上部開挖掉的兩層地層轉化為道路面的均部荷載，大小為 (此處取上部雜填土和粘土的重度為17 是因為表 5-2 所給重度為土的飽和重度，故此處根據經驗 應 取 重度 小于18 )， 在此把 p 替代 q 作為支護樁上部的均部荷載，則支護樁上的外荷載即為。 現可以畫出計算簡圖，見圖 4-1。 圖 4-1 A-IJ 段基坑計算簡圖 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 18 現對各層地層的 主動 土壓力分別進行計算，具體計算如下： (1) 車道平面上主動土壓力 (2) 地下水水位面處主動土壓力 (3) 淤泥質粉質粘土與粉土夾粉砂接觸面上表面主動土壓力 (4) 淤泥質粉質粘土與粉土夾粉砂接觸面下表面主動土壓力 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 19 (5) 粉土夾粉砂與粉砂接觸面上表面主動土壓力 (6) 粉土夾粉砂與 粉砂接觸面下表面主動土壓力 (7) 粉砂與粉細沙接觸面主動土壓力 4.1.2 被動土壓力計算 基坑開挖深度為 10.7m，被動土壓力從基坑底部開始計算，具體計算如下： (1) 基坑底部被動土壓力 (2) 淤泥質粉質粘土與粉土夾粉砂接觸面上表面被動土壓力 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 20 (3) 淤泥質粉質粘土與粉土夾粉砂接觸面下表面被動土壓力 (4) 粉土夾粉砂與粉砂接觸面上表面被動土壓力 (5) 粉土夾粉砂與粉砂接觸面下表面被動土壓力 (6) 粉砂與細砂接觸面被動土壓力 4.1.3 主動土壓力和被動土壓力合力計算 圖 4-3 A-IJ 段基坑主動和被動土壓力計算簡圖 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 21 如圖所示，將各層土壓力圖形分成一個矩形和一個三角形，通過計算每個部分的合土壓力和土壓力作用點，可以計 算出各層對樁頂的彎矩。具體計算如下： 現設支護樁進入粉砂層的深度為 x，則各段的合土壓力和作用點離支護樁頂的距離為： (1) 矩形部分 作用點距樁頂 0.5m 作用點距樁頂 作用點距樁頂 作用點距樁頂 作用點距樁頂 作用點距樁頂 作用點距樁頂 (2) 三角形部分 作用點距樁頂 作 用 點 距 樁 頂蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 22 作 用 點 距 樁 頂 作 用 點 距 樁 頂 作用點距樁頂 作 用 點 距 樁 頂 作 用 點 距 樁 頂 第二節 支護樁入土深度計算 各部分對樁頂求矩有 : 化簡有 化簡有 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 23 支護樁處于穩定狀態則有 即 化簡有 求解有 x=0.91m 在這里取 x=1m 可以知道樁的長度為 11.5+2.7+1=15.2m 第三節 支護樁上最大彎矩計算 求取 x 后可以知 道主動土壓力和被動土壓力合力為 樁的內聚力 彎矩最大處 為樁的 0 剪力處，顯然支護樁上剪力為 0 的點有兩個，分兩種情況來分別計算出最大彎矩后再比較得最大彎矩，具體計算如下： 設最大彎矩處距樁頂為 y（假設最大彎矩 處 在樁伸入淤泥質粉質粘土 層內且在坑底平面上部 ）則 求得 y=5.36m 此 處 最 大 彎 矩 為 第四節 支護樁配筋計算 支護樁截面彎矩設計值 式中： 臨時支護結構調整系數 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 24 實際支護樁截面彎矩設計值為 （ 1.4m為支護樁間距） 支護樁配筋計算 當樁的截面彎矩設計值確定后，就可以按混凝土結構設 計規范（ GB50010-2002）中的如下公式進行配筋計算。 （ 4-1） 式中： -對應于受壓區混凝土截面面積的圓心角與 的比值； -混凝土抗壓強度設計值； A-支護樁截面面積 -縱向受拉鋼筋截面面積與全部縱向鋼筋截面面積的比值，即 =1.25-2 ,當0.625時，取 =0； 鋼筋抗拉強度設計值； -全部縱向鋼筋的截面面積。 設 ： =b （ 4-2） 則上式可改寫成： = （ 4-3） （ 4-4） 式中： r 圓形樁截面的半徑； 本段支護樁樁徑 1m，樁身強度為 ， ,采用 鋼筋，鋼筋保護層厚度為 50mm 由 Excel求解得 設縱向鋼筋根數為 n,取用直徑為 32mm 鋼筋， 則 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 25 故主筋采用 22 定位筋 箍筋 第五節 配筋驗算 驗算縱向圓形截面鋼筋保護層是否滿足間距要求： 設鋼筋籠圓周長為 則縱向鋼筋之間距為 ，根據鋼筋混凝土規范縱筋之間的間距滿足要求。 驗算是否滿足最小配筋率：根據鋼筋混凝土結構設計規范規定，受彎構件、偏心受拉、軸心受拉構件，其一側縱向受拉鋼筋應不小于 0.002 和 中的較大者。 最小配筋率至少大于截面面積的千分之 二 則： ，滿足要求。 箍筋應該滿足構造要求 第六節 冠梁設計 支護樁頂端 應該 設置冠梁連接，設計冠梁截面尺寸為 1200 500mm，采用 C30混凝土，配主筋為 2 4 22+2 3 22，箍筋為 8200， 因整個基坑體積較大的特點，水平支撐采用框架梁的形式對頂撐于兩邊冠梁上，框架梁之間設置連系梁連接。因基坑寬度很大，在基坑中采用立柱對支撐進行穩固。 同時內支撐可以兼用作車行道，為施工提供方便。 第五章 A-IJ段基坑支護結構穩定驗算 以下驗算都是通過理正軟件進行的，具體驗算過程如下： 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 26 第一節 整體穩定性驗算 計算方法：瑞典條分法 應力狀態：總應力法 條分法中的土條寬度 : 0.40m 滑裂面數據 整體穩定安全系數 Ks = 1.400 圓弧半徑 (m) R = 21.354 圓心坐標 X(m) X = -0.314 圓心坐標 Y(m) Y = 11.814 第二節 抗隆起驗算 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 27 Prandtl(普朗德爾 )公式 (Ks = 1.1 1.2)，注：安全系數取自建筑基坑工程技術規范YB 9258-97(冶金部 ): K s D N q c N c H D q N q ta n 45 o 2 2 e ta n N c N q 1 1tan N q t a n 45 1 0 . 0 0 02 2 e 3 . 1 4 2 t a n 1 0 . 0 0 0 2 . 4 7 1 N c 2 . 4 7 1 1 1ta n 1 0 . 0 0 0 8 . 3 4 5 K s 1 8 . 5 1 3 7 . 5 0 0 2 . 4 7 1 1 0 . 0 0 0 8 . 3 4 51 8 . 7 5 3 7 . 5 0 0 7 . 5 0 0 4 1 . 5 5 0 Ks = 1.321 = 1.1, 滿足規范要求。 Terzaghi(太沙基 )公式 (Ks = 1.15 1.25)，注：安全系數取自建筑基坑工程技術規范YB 9258-97(冶金部 ): 蘭州交通大 學士學位論文 廣場 A-IJ 段基坑支護設計 28 K s D N q c N c H D q N q12 e 34 2 ta nc os 45 o22 N c N q 1 1tan N q 12 e 34 3 . 1 4 2 1 0 . 0 0 02 t a n 1 0