长沙32层住宅基坑支护方案施工组织设计及验算secret

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1、目 录摘摘 要要.- 1 -Abstract .- 2 -前前 言言.1第一篇第一篇 基坑支护工程方案设计基坑支护工程方案设计.21.1 工程概况.21.2 工程地质条件.31.2.1 场地位置及地形、地貌.31.2.2 地层分布及岩土性状.31.2.3 岩土的物理力学性质.31.3 水文地质条件.41.4 本基坑的特点分析.4第二章第二章 设计依据及设计原则设计依据及设计原则.52.1 本基坑工程设计依据.52.1.1 相关设计规范规程.52.1.2 相关资料.52.2 基坑支护设计原则与设计思路.5第三章第三章 基坑支护方案论证基坑支护方案论证.73.1 支护方案对比分析.73.1.1 桩

2、锚支护.73.1.2 土钉墙支护.83.1.3 地下连续墙.93.2 地下水的控制.103.2.1 集水井降水.103.2.2 轻型井点降水.113.2.3 高压旋喷止水帷幕.113.2.4 控水方案分析.113.3 支护方案的确定.113.3.1 技术可行性比较.113.3.2 经济合理性比较.123.3.3 综合论证.12第四章第四章 基坑支护结构设计及其计算基坑支护结构设计及其计算(验算验算).134.1 设计计算参数及其说明.134.1.1 基坑分段.134.1.2 各段岩层厚度及设计参数.134.1.3 计算用到的公式.144.1.4 附加荷载的选取.154.2 支护结构设计计算.1

3、54.2.1 西面的桩锚设计（AB 段）.154.2.2 东面的土钉墙设计（DE 段）.314.2.3 北面的土钉墙设计（BCD 段）.384.2.4 南面的土钉墙设计（AFE 段）.41第二篇第二篇 施工组织设计施工组织设计.44第一章第一章 施工组织设计依据施工组织设计依据.451.1 技术设计资料.451.1.1 工程概况.451.1.2 工程地质条件.451.1.3 水文地质条件.461.1.4 本基坑的特点.471.2 支护方案、降水方案简述.47第二章第二章 施工技术施工技术.492.1 施工准备及场地平面布置.492.1.1 施工准备.492.1.2 施工场地平面布置.492.2

4、 降水方案施工技术.502.3 支护结构施工技术.502.3.1 桩锚施工.502.3.2 土钉墙支护施工.542.4 土石方开挖.572.4.1 土方开挖顺序.572.4.2 土方施工技术.572.4.3 挖土注意事项.582.5 施工设备机构选型.58第三章第三章 施工质量控制及其标准施工质量控制及其标准.603.1 质量保证体系.603.2 质量保证措施.603.2.1 施工技术的质保措施.603.2.2 施工操作中的质保措施.613.2.3 施工材料的质保措施.623.3 成品保护.62第四章第四章 基坑监测与信息化施工基坑监测与信息化施工.644.1 基坑观测内容.644.1.1 自

5、然环境监测.644.1.2 支护位移、沉降观测及周边环境监测.644.1.3 桩内力和支撑轴力监测.654.1.4 监测频率与监测时间.654.1.5 监测要求.654.2 监测项目的警戒值.654.3 信息反馈渠道及应急措施.664.3.1 信息反馈渠道.664.3.2 应急措施.66第五章第五章 计划工期与施工进度控制计划工期与施工进度控制.675.1 计划工期的确定.675.2 工期保证措施.67第六章第六章 安全文明施工与环境保护安全文明施工与环境保护.716.1 安全文明施工制度与措施.716.2 环境保护要求与措施.726.3 季节性施工注意事项.73第七章第七章 组织机构与岗位责

6、任制组织机构与岗位责任制.747.1 组织机构.747.2 施工人员计划安排组织机构与岗位责任.74结结 论论.76参考文献参考文献.77摘 要通过在长沙市 XXXX 国际公寓基坑支护工程工地的实地操作,并参考相关资料、规范规程做出了本基坑的支护设计、施工组织设计和工程预算。基坑西面有临近建筑物，且与基坑开挖线距离仅为 2.0m，考虑到支护稳定性和控制边坡位移量，采用桩锚支护；其他各向无临近建筑，且具有一定放坡空间，采用土钉墙支护。通过设计计算，并根据这些设计参数进行验算，得出最终的设计参数。在施工组织设计中详尽的说明了本工程的施工明细。最后根据湖南及周边省份相关定额作出了工程预算书，工程总造

7、价为 2177762.10 元，单价为 1037.03 元/m2。关键词关键词：基坑支护；桩锚支护；土钉墙；施工组织设计；工程预决算AbstractAccording to the practice experience in construction site of XXXX International apartment in ChangSha as well as related materials and codes, the correlative design, construction management plan and engineering budget were des

8、igned. There are some important buildings to the west of the pit, which is 2.0m away from excavation. Considering the support stabilization and control of slope shifting, piled anchor support is adopted; and there is certainly put the space of slope of the other sides, while no large building stands

9、 close, therefore the soil nailing wall is employed. Through design calculation, and the checking computation on the basis of design calculation parameters, the final parameters were obtained. The details of the construction are presented in construction management plan. Finally, the project budget,

10、 in accordance with relative quotas of Hunan and neighboring provinces, is submitted, in which the total cost of the project is 2166769.16 Yuan, that is, 1031.79 Yuan per square meter.Keywords：excavation support; piled anchor support; soil nailing wall; construction management plan; engineering budg

11、et.前 言作为建筑基础工程的一部分，基坑工程是施工开挖与结构工程、岩土工程、环境工程等诸多学科的交叉，随着我国经济建设的迅速发展，涉及到基础基坑开挖和支护的工程越来越多。从现在的基坑工程研究来看，基坑工程技术复杂，综合性强，难点很多。本论文的场地是长沙 XXXX 有限公司拟建的 XXXX 国际公寓基坑，位于长沙市岳麓大道南侧与银盆北路交汇处，西面紧邻长沙市岳麓区人民法院。我通过在工地的实地操作和对相关资料、规范的查阅，编写出了该基坑支护工程的支护设计方案、施工组织设计和工程预算书。本次方案的设计，是我对本专业的相关知识进行较深理解和应用的过程，但由于本人水平有限和经验的缺乏，难免出现不足之处

12、，恳请批评指正。第一篇 基坑支护工程方案设计第一章 设计条件及其分析1.1 工程概况长沙 XXXX 有限公司拟建的 XXXX 国际公寓位于长沙市岳麓大道南侧与银盆北路交汇处，西面紧邻长沙市岳麓区人民法院，占地面积约 4 万平方米，建筑面积约 3 万平方米，主体建筑物 32 层，2 层地下室。基坑支护面积约2100 平方米，现有地坪标高在 45.9847.58m，基坑开挖底板标高为 37.8m，开挖深度约为 9.0m。场地周边环境及平面分布图见图 1-1。本设计为临时支护，设计使用年限小于等于两年。本工程业主单位为长沙 XXXX 有限公司，勘探施工单位为 XXXX 设计院。下下下下下下下下下下下

13、下下 8 FNABCDE下下下下37.8m2100015500150002300028000405001900074000100010001000(下下下)下下下下下 8 F(下下下)下下下下下 8 F(下下下)2780053600下下下下下下下下下下下下下下3000300010001000图 1-1 场地周边环境及平面分布图1.2 工程地质条件1.2.1 场地位置及地形、地貌长沙 XXXX 有限公司长沙 XXXX 国际公寓基坑工程位于长沙市岳麓大道南侧与银盆北路交汇处，西面紧邻长沙市岳麓区人民法院。现有地坪标高在45.9847.58m 之间。1.2.2 地层分布及岩土性状钻探揭露，场地内主要

14、地层从上至下有：素填土（Qml） 、淤泥质粘土（Qh） 、残积粉质粘土（Qel),下伏基岩为元古界板溪群板岩（Pt） 。各地层的野外特征描述如下：1素填土（Qml）：红褐色，松散，湿，粉质粘土组成，顶部含少量碎石、砾石及建筑垃圾，分布均匀，厚度 0.97.9m；2淤泥质粘土（Qh）：灰黑色，流塑，很湿，成份为粘性土，局部见少量碎石，分布不均匀，厚度 0.56.10m；3残积粉质粘土（Qel）：褐黄色，硬塑坚硬，湿。由板岩风化而成，局部夹少量碎石。分布厚度不均，厚度 0.56.1m；4强风化板岩（Pt）：黄灰色，节理裂隙极发育，岩芯破碎，呈碎块状及极少量柱状。属于极软岩，场内均有分布，厚度 1.

15、515.3m。其下部为中风化岩，厚度不详；5中风化板岩（Pt）(略)。与本基坑开挖支护有关的土层主要是素填土、淤泥质粘土、残积粉质粘土、强风化板岩。1.2.3 岩土的物理力学性质表 1-1 岩土物理力学参数表土层名称土层厚度（m）天然密度（kN/m3）粘聚力c（kPa）内摩擦角（度）锚固体与土层粘结强度（kPa）素填土0.97.919.51210.020淤泥质粘土0.72.619.0115.015残积粉质粘土0.56.120.12018.065强风化板岩1.515.323.44030.01601.3 水文地质条件根据勘察报告，主要赋场内地下水类型为基岩裂隙水，局部含上层滞水，勘探期间钻孔地下水

16、位 0.32.4m。水质分析表明，地下水对混凝土及混凝土中的钢结构不具腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。基坑开挖施工时需要作水文观测，以便判断是否需要排、降、堵等工程措施，减少其对基坑稳定性的不利影响。1.4 本基坑的特点分析1.该基坑的周边环境条件：（1）基坑西边（AB 段）紧邻岳麓区人民法院三栋 8 层居民楼（相距仅为 2m） ，无放坡空间；（2）基坑北边、南边（BCD、AFE 两段）无相邻建筑，基坑底边线距建筑红线 3.0m，有一定的放坡空间；（3）基坑东边（DE 段）相邻银盆北路（距道路中心线距离约为 27m） ，无重要建（构）筑物，有较大的放坡空间。2.本工程基坑的安全等级：（1）西向为一

17、级，重要性系数 取值 1.10。（2）南、北、东向为二级，重要性系数 取值 1.0。3.根据中国地震动参数区划图 （GB 8306-2001） ，本基坑抗震设防烈度为 6 度。4.基坑使用年限：设计使用年限小于等于两年。5.基坑西面紧邻已有建筑，且距离基坑坑壁仅2.0m，对噪音和振动要求严格，因而不适合于采用机械施工桩基。6.场地内地下水主要为基岩裂隙水，局部含上层滞水，且无地下径流，所以本场地的施工受地下水影响不大。第二章 设计依据及设计原则2.1 本基坑工程设计依据2.1.1 相关设计规范规程1.建筑基坑支护技术规程 （JGJ120-99） ；2.建筑边坡工程技术规范 （GB50330-2

18、002） ；3.基坑土钉支护技术规程 （CECS96:97） ；4.建筑桩基技术规范 （JGJ94-94） ；5.锚杆喷射混凝土支护技术规范 （GB50086-2001） ；6.建筑地基基础设计规范 （GB50007-2002） ；7.土层锚杆设计与施工规范 （CECS22：89） ；8.长沙市挡土墙及基坑支护工程设计、施工与验收规程 （DB43/009-1999） ；9.中国地震动参数区划图 （GB8306-2001） 。2.1.2 相关资料1.湖南省勘测设计院提供的长沙市 XXXX 国际公寓岩土工程详细勘察报告2008 年 8 月；2.湖南省邮政科研规划设计院有限公司提供的XXXX 国际公

19、寓总平面图、 地下室一、二层平面图 。2.2 基坑支护设计原则与设计思路1.本设计遵循的基本原则是：“安全、经济、可行” ，以满足稳定、强度、变形三方面的设计要求进行分析论证；2.设计中遵循建筑基坑支护设计、施工、监测的相关规范规程，由于基坑工程的复杂性和综合性，对比参照了多个规范；3.在保证基坑本身及周边建筑物的安全，包括不产生强度破坏和不妨碍正常使用的前提下，充分考虑了本项目的后续施工和不会对相邻单位产生不良影响；4.在认真研读岩土工程勘察报告、并充分进行现场调查研究和分析的基础上，进行了多种方案的设计计算和技术经济分析对比，最大限度地优化设计方案，以达到尽可能降低工程造价的目的。5.充分

20、考虑了各种不确定的因素，为信息化施工基坑监测和变形控制提出了指导性建议。第三章 基坑支护方案论证根据第一、二章的内容可知，该设计 为基坑临时支护，设计使用年限小于等于两年， 但由于基坑最大开挖深度达 9m，因此对基坑顶部的水平位移要求也较为严格。3.1 支护方案对比分析经初步分析，适合该基坑的支护方案有桩锚支护、土钉墙支护和地下连续墙等方法，下面分别对这三种方案进行分析论证。3.1.1 桩锚支护桩锚支护结构是继桩、墙、撑、锚支护之后的一种用于土体开挖和边坡稳定的新的挡土技术,是当前我国基坑支护结构的主要形式之一，它利用柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩等作为主要挡土结构，并在桩与桩

21、之间安置锚杆，用锚杆支撑可施加预应力或预加力，使其支护结构在土体发生变形前发挥作用，更好的控制基坑变形。1.桩锚支护的作用原理密排的护壁桩具有较高的抗剪和抗弯能力，同时由于锚杆的锚固段和土体共同作用给密排的护壁桩以预拉力，阻止基坑支护体系的变形，两者相结合，提高了整个支护体系的稳定性。2.桩锚支护的主要特点（1）桩锚支护结构适用于坑深8m 的深基坑，与悬臂桩相比，其嵌固深度、桩径、配筋率可大大减小，桩锚支护成本低于悬臂式排桩结构。（2）桩锚支护较好的控制了桩顶位移量，提高了基坑安全性。可根据周边环境的要求，增减锚杆的数量、长度、位置来有效地控制基坑围护结构变形位移量，而且在基坑开挖过程中，根据

22、变形值的大小和发展趋势，可方便地调节施加于锚杆的预应力值，因而有利于信息化施工和变形控制。（3）对压力水土层及卵砾石层，应用高压射水钻杆及金刚石钻杆的钻机。（4）桩锚支护结构本身不具备止水功能。因此，一般只适用于地下水位以上的基坑。当地下水位高于基坑底板时，则需要增设止水帷幕或采取基坑降水措施。3.适用范围桩锚支护适用于各种粘土、砂土、地下水位较高的地层情况，特别是黏性土周边有大的集中荷载或变化荷载的场区。软土，淤泥质土地区要试验后应用，以避免抗拔力过低造成的影响。4.桩型选择桩锚支护中的挡土桩有多种施工方法，如大口径钻(冲)孔钢筋混凝土灌注桩，人工挖孔钢筋混凝土灌注桩。因人工挖孔桩相对钻孔桩

23、造价低 30%左右，而且，人工挖孔施工无需大型设备，可在狭窄场地施工，施工噪声小，可多班组、多工作面同时施工，工期进度容易控制，占用基坑施工工期少；并且长沙地区人工挖孔桩技术水平较高，施工质量有保证。因此，在本方案中考虑人工挖孔挡土桩。3.1.2 土钉墙支护土钉支护是 20 世纪 70 年代发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。它以土钉作为主要受力构件，由被加固的原位土体、放置于原位土体中密集的土钉群、附着于坡面的混凝土面层和必要的防水系统组成，形成一个类似重力式挡土墙的支护结构，称为“土钉墙”。所谓“土钉”，是指用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件，通常采取土中钻孔、置入变形

24、钢筋并沿孔全长注浆的方法做成。土钉也可用钢管、角钢等作为钉体，采取直接击入的方法置入土中。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，并主要承受拉力作用。1.土钉墙的工作机理（1）土钉对复合体起骨架约束作用（2）土钉对复合体起分担作用（3）土钉起着应力传递与扩散作用（4）土钉对坡面变形起约束作用2.土钉墙的特点（1）土钉墙尽可能地保持并提高了基坑侧壁土体的自稳性，土钉与土体形成一个密不可分的整体，共同作用，同时混凝土护面的协同作用也强化了土体的自稳性。（2）土钉长度范围内形成类似重力式挡土墙，用于支撑墙后土体传来的水平荷载。（3）土钉墙提高了边坡整体稳定性和承受坡顶

25、超载能力，增强土体破坏延性，土钉墙破坏一般是从一个土钉处破坏开始，随后周围土体破坏，最后导致基坑失稳，因此它改变了边坡突然塌方性质，有利于安全施工。（4）土钉施工可根据现场开挖发现的土质情况和现场监测的土体变形数据，及时修改土钉参数，以达到更安全的效果。（5）设备简单，施工方便，噪声小；与土方开挖实行平行流水作业时，可缩短工期；一般来说，成本低于排桩及地下连续墙支护，经济效益好。3.土钉墙的适用性当基坑侧壁安全等级为二、三级，周围不具备放坡条件，地下水位较低或坑外有降水条件，临近无重要建筑或地下管线，基坑外地下空间允许锚杆或土钉占用，且土层是地下水位以上或经人工降水后的黏性土、粉土、杂填土，和

26、微胶结砂土等具有一定临时自稳能力的土层，可考虑采用土钉墙支护方式。土钉墙不宜用于没有临时自稳能力的淤泥、淤泥质土、饱和软土、含水丰富的细沙层和砂卵石层。当与有限放坡、护壁桩、预应力锚杆联合支护形成复合土钉墙时，深度可适当增加。3.1.3 地下连续墙地下连续墙起源于欧洲，20 世纪中期我国开始应用地下连续墙。通过开发使用许多新技术、新设备和新材料，现在已经越来越多地用作结构物的一部分或用作主体结构，最近十年更被用于大型的深基坑工程中。在它的初期阶段，基本上都是用作防渗墙或临时挡土墙。1.地下连续墙的定义及工作机理利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下分段挖出窄而深的沟槽，在其内放入钢筋笼

27、并浇注适当的材料而一段段连接成一道具有防渗（水） 、挡土和承重功能的连续的地下墙体。2.地下连续墙的优点（1）施工时振动小，噪音低，非常适于在城市施工；（2）在城市密集建筑物群中施工，对相邻建筑物和地下设施影响很小，能贴近已建的建筑物施工，最小距离可控制在 1m 左右；（3）墙体刚度大，用于基坑开挖时，可承受很大的土压力，极少发生地基沉降或塌方事故；（4）防渗性能好，由于墙体接头形式和施工方法的改进，使地下连续墙几乎不透水。3.地下连续墙的缺点（1）在一些特殊的地质条件下（如很软的淤泥质土，含漂石的冲积层和超硬岩石等） ，施工难度很大。（2）如果施工方法不当或施工地质条件特殊，可能出现相邻墙段

28、不能对齐和漏水的问题。（3）地下连续墙如果用作临时的挡土结构，比其它方法所用的费用要高。（4）施工中需大型设备，要泥浆护壁，相对需较大施工场地且对环境有一定污染，在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦 。（5）地下连续墙与地下工程的顶板、底板、水平框架等连接部分的施工也较复杂，同时施工要预留各种管线等孔口，因此地下连续墙施工必须在整个地下工程设计完成之后进行，而不能和其他几个方案一样，可以在初审通过后立即施工。4.适用范围地下连续墙对地基的适用范围很广，从软弱的冲积地层到中硬的地层、密实的砂砾层，各种软岩和硬岩等所有的地基都可以建造地下连续墙，主要用于深基坑或施工条件较困难的情况，如在密集的建筑群

29、中施工基坑，对周围地面的沉降，建筑物的沉降要求需严格限制时，宜用地下连续墙。另外，围护结构与主体结构相结合，用作主体结构的一部分，且对抗渗有较严格要求时，也宜用地下连续墙。3.2 地下水的控制基坑的开挖与施工，无论是采用支护体系的垂直开挖还是方坡开挖，如果施工地区的地下水位较高，都将涉及到地下水对基坑施工的影响这一问题。为了保证深基坑工程开挖、地下主体结构施工的正常进行以及地基土的强度免遭损失，当开挖面低于地下水位时，需采取降低地下水位的措施，并于基坑开挖期间在坑内采取排水措施以排除坑内滞留水，使基坑处于干燥的状态，以利施工。基坑工程控制地下水的方法有降低地下水位和隔离地下水两类。其中，降低地

30、下水位的方法有重力式降水和强制式降水；隔离地下水的方法一般为防渗帷幕。3.2.1 集水井降水集水井降水属于重力降水，是普遍应用的一种人工降低地下水位、排除明水、保障施工的方法。1.原理集水井降水是在开挖基坑时沿坑底周围开挖排水沟，每隔一定距离设集水井，使基坑内挖土时渗出的水经排水沟流向集水井，然后用水泵抽出基坑。排水沟和集水井的截面尺寸取决于基坑的涌水量。2.特点及适用条件一般来讲，集水井降水施工方便，操作简单，所需设备简单，费用较低，可以适用于除细砂外的各种土质的施工场合，对于弱透水层中的较浅基坑，当基坑环境简单，含水较薄时，可考虑采用集水井明排水。3.2.2 轻型井点降水井点降水属于强制式

31、降水，这种方法是通过对地下水施加作用力来促使地下水的排出，从而达到降低地下水位的目的。轻型井点降水是井点降水的一种。1.原理沿基坑周围以一定的间距埋入井点管，在地面上用水平铺设的集水总管将各井点管连接起来，在一定位置设置真空泵和离心泵，地下水在真空吸力的作用下经滤管进入井管，然后经集水总管排出，从而降低了地下水位。在这一过程中，井点附近的地下水位与真空区外的地下水位之间存在一个水头差，在该水头差的作用下，真空区外的地下水是以重力的方式流动的，在这两个力的作用下，基坑地下水位才会降低，并形成一定范围的降水漏斗。轻型井点降水也称为真空强制性抽水法。2.适用条件轻型井点降水一般适用于粉细砂、粉土、粉

32、质黏土等渗透系数较小的弱含水层，降水深度单层小于 6m，双层小于 12m。3.优缺点采用轻型井点降水，其井间距小，能有效的拦截地下水流入基坑内，尽可能的减少残留滞水层厚度，对保持桩间土的稳定较有利，降水效果较好。其缺点是：占用场地大、设备多、投资大，特别是对于狭窄建筑场地的深基坑工程，其占地和费用一般使建设单位和施工单位难以接受，在较长时间的降水过程中，对供电、抽水设备的要求高，维护管理复杂。3.2.3 高压旋喷止水帷幕高压旋喷止水帷幕属于隔离地下水的方法之一。1.原理利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置，以高压使浆液或水从喷嘴中喷出，边旋转提升钻杆边喷射浆液，使土体与浆液搅拌混合形成

33、水泥土桩体，称为旋喷桩。利用旋喷桩互相搭接形成的壁状、栅格状等形式的水泥土墙，便形成了一个止水帷幕。2.特点高压旋喷注浆可垂直、倾斜和水平喷射，形成的固结体形状可控，耐久性好，隔水性好，材料来源广泛，设备较简单，管理方便，施工较安全。3.适用条件高压旋喷法适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地层，当土中很有较多的大粒径块石、大量植物根茎或有较高的有机质，以及地下水流速过大或已涌水时，应根据现场试验确定其适用性。3.2.4 控水方案分析根据勘察报告，主要赋场内地下水类型为基岩裂隙水，局部含上层滞水，勘探期间钻孔地下水位 0.32.4m。经初步分析，由于该基坑地下水无大

34、范围的流通情况，基坑的开挖受地下水影响不大，集水井降水施工简单方便，费用低廉，使用集水井降水比较合理。3.3 支护方案的确定以上提出的三种支护方案从技术上都是可行的，但是各有各的特点，下面对这三种方案进行比较。3.3.1 技术可行性比较1.桩锚支护中桩的控制变形很有效，并且用锚杆支撑可预加应力，使其支护作用在土体发生变形前发挥出来，提高了基坑的安全性。另外，由于使用了锚杆，可使桩的嵌固深度、桩径、配筋率大大减小，相对降低了成本。但桩锚的施工所需设备稍复杂。2.土钉墙支护方案较其他两个方案施工简便，工程量少，设备使用简便，材料用量也少，并且在施工过程中噪音小，对周围影响不大。土钉支护的显著优点是

35、与基坑开挖同步进行，随挖随支护使土方暴露时间短，施工速度快，效果好，不占用工期，并且可根据现场开挖发现的土质情况和现场监测的土体变形数据，及时修改土钉参数，以达到更安全的效果。但土钉墙支护的变形较其他两个方案要大。3.地下连续墙施工时振动小，噪音低，适于在城市施工 ，且墙体刚度大，用于基坑开挖时，可承受很大的土压力，极少发生地基沉降或塌方事故；但施工中需大型设备，要泥浆护壁，相对需较大施工场地且对环境有一定污染，在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦 ，且地下连续墙与地下工程的顶板、底板、水平框架等连接部分的施工也较复杂，同时施工要预留各种管线等孔口，因此地下连续墙施工必须在整个地下工程设计完成之

36、后进行，而不能和其他几个方案一样，可以在初审通过后立即施工，另外，地下连续墙如果用作临时的挡土结构，比其它方法所用的费用要高。3.3.2 经济合理性比较工程中的经济性比较主要是从施工费用和工期两个方面进行分析，比较各个方案的经济合理性。土钉墙支护的工程量最小，所需设备简单，在三个方案中成本最低，约为桩锚支护所需费用的 50%，为地下连续墙的 30%40%，并且土钉墙的施工工期很短，相对另外两种支护方法可缩短工期约 1/3 以上。而地下连续墙的施工工期和人工挖孔桩相当，但造价是桩锚支护的 1.31.5 倍。假设该基坑各个侧壁均用同一种支护方案，经过初步的估算，使用桩锚支护费用约需要 350 万元

37、，使用土钉墙支护约需要 176 万元，使用地下连续墙约需要 500 万元。3.3.3 综合论证经过以上的分析和比较，这三种支护方案在技术上都适合该基坑，但该工程基坑支护只作临时性支护，在方案选择上考虑成本最低，设备最简便，对周围环境影响最小的作为最优方案。1.在基坑的西侧（AB 段）紧邻有三栋 8 层的住宅楼，为了保证本基坑的开挖不对原有的建筑产生影响，所以对基坑西侧坑壁的水平位移和坑外土体的垂直沉降要求更加严格，用土钉墙满足不了这一要求，故使用桩锚支护。2.基坑北侧（BCD 段）和南侧（AFE 段）因坑外无临近建筑，且有一定的放坡空间，故采用土钉墙支护。3.基坑东面段（DE 段）外无临近重要

38、建（构）筑物，且有较大的放坡空间，故该段采用土钉墙支护。综上所述，本基坑的支护方案确定如下：1.AB 段采用桩锚支护；2.BCD 段采用土钉墙支护；3.AFE 段采用土钉墙支护；4.DE 段采用土钉墙支护。基坑降水采用集水井降水。基坑开挖施工时需要做水文观测，以便判断是否需要采取其他排、降、堵等工程措施，以减少对基坑稳定性的不利影响。第四章 基坑支护结构设计及其计算(验算)4.1 设计计算参数及其说明4.1.1 基坑分段本基坑开挖深度 9m，根据地层情况以及基坑周边环境情况，本基坑可分为 4 段。各段情况如下：AB 段（西侧）：该段长 74m，坑顶标高 46.2m，坑底标高 37.2m，基坑开

39、挖深度 9m。紧邻有三栋 8 层的住宅楼，基础为桩基础，持力层为粉质粘土，距基坑仅 2m。BCD 段（北侧）：该段长 36.5m，坑顶标高 46m，坑底标高 37m，基坑开挖深度 9m。临近无重要建筑物，距离用地红线 3m。DE 段（东侧）：该段长 66m，坑顶标高 46.3m，坑底标高 37.3m，基坑开挖深度 9m。临近无重要建筑物，与银盆北路相邻，有较大空间，施工时用于放置材料及设置工棚等。AFE 段（南侧）：该段长 59.5m，坑顶标高 46.3m，坑底标高 37.3m，基坑开挖深度 9m。临近无重要建筑物，距离用地红线 3m。4.1.2 各段岩层厚度及设计参数根据勘察报告可得各段岩土

40、层的厚度及土体的各项物理参数如下：表 4-1 地层厚度及主要物理力学性质参数统计表土层名称东侧土层厚度（m）南侧土层厚度（m）西侧土层厚度（m）北侧土层厚度（m）天然重度(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角（度）锚固体与土层粘结强度(kPa)素填土3.54.05.04.119.5121020淤泥质粘土01.000.919.011515残积粉质粘土6.05.05.05.220.1201865强风化板岩 11.510.08.09.023.440301604.1.3 计算用到的公式1.主动土压力系数 （4-1）2tan (45)2aK（4-2）tan(45)2aK被动土压力系数 （4-3）2ta

41、n (45)2pK（4-4）tan(45)2pK2.支护结构水平荷载标准值1）对于碎石土及砂土当计算点位于地下水位以上时（4-5）()2aaaehq Kc K当计算点位于地下水位以下时()2aaaehq Kc K（4-6）()()jwajwawaaiwzhmhK2）对于粉土和粘性土（4-7）()2aaaehq Kc K3.基坑内部水平抗力标准值1）对粉土和粘性土（4-8）2pjkiipiipiehKcK2）对于砂土和碎石土（4-9）2()(1)pjkiipiipijwppiwehKcKzhK4.土压力主动土压力为： （4-10）2下上aaaeeEh被动土压力为： （4-11）2下上pppeeE

42、h计算高度： （4-12）13hh（4-13）23()梯abhhab4.1.4 附加荷载的选取基坑东侧、南侧和北侧没有临近建筑；西侧临近基坑 2m 有 8 层的建筑，取荷载q=120kPa，作用在粉质粘土层顶部以下 1m 处。另外，基坑各向地表均考虑附加荷载，取 q0=20kPa。4.2 支护结构设计计算本基坑设计中涉及到的地层及各层的土压力系数如下：表 4-2 土压力系数表土层名称aKaKpKpK素填土0.700.84/淤泥质粘土0.840.92/残积粉质粘土0.530.731.891.38强风化板岩0.330.583.001.734.2.1 西面的桩锚设计（AB 段）该侧坑壁深 9m，临近

43、基坑壁 2m 有 8 层的楼房，取其竖向荷载q=120kPa，由桩基作用在粉质粘土层顶部以下 1m 处，另考虑坑顶地表均布荷载q0=20kPa。设计采用人工挖孔桩，桩径 1m，桩心距 2m，设置 2 排锚杆，第一排设于地表下 1.5m 处，第二排设于地表下 5m 处，锚杆间距 2m。该侧的附加荷载分布见图 4-1。1.当基坑开挖至地表下 5.5m 准备做第二道锚杆之前，此时第一道锚杆受轴向拉力最大。1）土压力计算主动土压力：土压力零点位置 m01011122 12200.4419.5 0.8419.5aqczKC 点上部 110111()2aCACaaehq KcK (19.5520)0.72

44、 120.84 kPa62.09C 点下部 210222()2aCACaaehq KcK (19.5 5 20) 0.53 2 20 0.73 kPa33.08D 点 120222()2aDACCDaaehhq KcK (19.5520.10.520)0.532200.73 kPa38.41000200010005000q=20kPaq=120kPa045下下下下下下下下下下下1000图 4-1 AB 段附加荷载分布图被动土压力：D 点 kPa222pDpecK220 1.3855.2各层土的总土压力及土压力作用点计算kN1101162.09 (50.44)141.5722（h-z）=aaCA

45、CEem1011()(50.44)1.5233aAChhzkN2211()(33.0838.4) 0.517.8722aaCaDCDEeehm22222 33.0838.40.50.243()3 (33.0838.4)aCaDaCDaCaDeehhee此时土压力分布见图 4-2：5000q=20kPa062.09kPa33.08kPa38.4kPa55.2kPa下下下下下下T1440500ABCD图 4-2 AB 段一次开挖土压力分布图2）锚杆水平拉力计算因epDeaD，无土压力零点，可取此时开挖坑底 D 点作为假想土压力零点。对 D 点取弯矩：（4-14）1 11122()aaCDaaThE

46、hhE h 14141.57 (1.520.5) 17.87 0.24T kN172.57T 3）求最大弯矩设计将人工挖孔桩假想为简支梁，最大弯矩应在剪应力为零处，且应该有两个。设正弯矩最大点在 B 点下m 处()，由该点剪力为1x11162.0913.624.56axexx零得：（4-15）11 112axTexm13.26x kPa144.4axe剪力零点以上所有力对零点取弯矩得：（4-16）max1110111(1.5)23axMT xzexx1172.57 (3.260.44 1.5)44.4 3.263.2623kNm81.01假设负弯矩最大点在此时开挖坑底 D 点以下m 处，该点土

47、压力强度为：2x2222222237.9955.2pxppex KcKx由该点剪力为零得：（4-17）2211221()2pDpxaaaxeexTEEE即 2221(55.2 237.99)72.57141.57 17.8738.42x xx m21.74x kPa2121.3pxekN21(55.2 121.3) 1.74153.62pxEm22 55.2 121.31.740.673 (55.2 121.3)pxh剪力零点以上所有力对零点取弯矩得：max111222222()()aaCDaaaxMEhhxEhxEx（4-18）1222(1.5)ADpxpxT xhEh141.57 (1.5

48、20.5 1.74) 17.87 (0.24 1.74)2138.41.7472.57 (1.745.5 1.5) 153.6 0.672kNm92.552.基坑开挖至坑底时（地表下 9m）1）土压力计算主动土压力土压力零点位置： m00.44z C 点上部 kPa162.09aceC 点下部 kPa233.08aceD 点上部 1120222()2aDACCDaaehhq KcK(19.5 520.1 320) 0.532 20 0.73 kPa65.03D 点下部 21201222()2aDACCDaaehhqq KcK60.53 111.1 0.53kPa123.91E 点 120122

49、2()2aEACCEaaehhqq KcK(19.5 520.1 420 111.1) 0.532 20 0.73 kPa134.57F 点下部 21201333()2aFACCEaaehhqq KcK(19.5 520.1 420 111.1) 0.332 40 0.58 kPa55.57被动土压力E 点 kPa2222 20 1.3855.2pEpecKF 点上部 122222pFEFppehKcKkPa20.1 1 1.892 20 1.3893.19 F 点下部 223332pFEFppehKcKkPa20.1 1 32 40 1.73198.86 各层土的总土压力及土压力作用点计算k

50、N1141.57aEm11.52ahkN22111()(33.0865.03) 3147.1722aaCaDCDEeeh m2122122 33.0865.0331.343()3 (33.0865.03)aCaDaCDaCaDeehhee kN3211()(123.91 134.57) 1129.2422aaDaEDEEeeh m23222 123.91 134.5710.493()3 (123.91 134.57)aDaEaDEaDaEeehhee kN4134.57 1134.57aaEEFEE h m4110.52ah kN1111()(55.293.19) 174.222ppEpFEF

51、Eeeh m11122 55.293.1910.463()3 (55.293.19)pEpFpEFpEpFeehhee 土压力分布见图 4-3：1000200010005000q=20kPa0下下下下下下下下下下下10001500T1T262.09kPa33.08kPa65.03kPa123.91kPa134.57kPa55.57kPa55.2kPa93.19kPa198.86kPaA440BCDEF图 4-3 AB 段二次开挖土压力分布图2）锚杆水平拉力计算因，无土压力零点，可取 F 点作为假想土压力零点。对pEaEee22pFaFeeF 点取弯矩：1211(9 1.5 1)(4 1)ppT

52、TE h（4-19）11223344()()()aaCFaaDFaaEFaaEhhEhhEhhE h即： 272.57 8.5574.20 0.46141.57 (1.525)T 147.17 (1.342) 129.24 (0.49 1) 134.57 0.5kN2204.69T 3）求最大弯矩最大弯矩应在剪应力为零处，且应该有两个。假设坑底以上正弯矩最大点在 C 点下m 处，该点的土压力强度为：3x333(65.0333.08)33.0810.6533.083axxex由该点剪力为零得：（4-20）1212331()2aaCaxTTEeex即 3372.57204.69141.57(33.

53、08 2 10.65)2xx m32.82x kPa363.11axekN33232.82()(33.0863.11)135.6322axacaxxEeem23332322 33.0863.112.821.263()3 (33.0863.11)acaxaxacaxeehxee零点以上所有力对零点取弯矩得：（4-21）max2132311333(3.5)()aaaxaxMTxT xEhxEh72.57 (3.52.82)204.69 2.82141.57 (1.522.82) 135.63 1.26kNm250.57假设负弯矩最大点在 F 点下m 处，该点的土压力强度为：4x42343334()

54、270.2198.86pxEFppehx KcKx42441()2pxaFaxEeex由该点剪力为零得：（4-22）121412344ppxaaaaaxTTEEEEEEE即 4472.57204.6974.2(198.86 270.2)2xx 4141.57 147.17 129.24 134.5755.57xm41.1x kPa4276.08pxekN4262.76pxEm40.52pxh剪力零点以上所有力对零点取弯矩得：max2114224()()aaCFaaDFMEhhxEhhx33444444()()aaEFaaaxaxEhhxEhxEh（4-23）142411444(8.5)(5)(

55、)pppxpxTxTxEhxEh141.57 (1.525 1.1) 147.17 (1.342 1.1) 262.2 1.1129.24 (0.49 1 1.1) 134.57 (0.5 1.1)2 72.57 (8.5 1.1)204.69 (5 1.1)74.2 (0.46 1.1)262.76 0.52kNm122.07综上，桩身最大弯矩kNmmaxmax2250.57MM3.桩的入土深度计算假设桩的入土深度为，桩底以上所有力对桩底的力矩达到平衡：dh（4-24）()0pjpjiTidaiaiE hT hhE h设桩底到 F 点距离为 m，则。将数据带入上式得：x1dhx72.57(8

56、.5)204.69(5)74.2(0.46)xxx2 198.8670.2198.86(198.86 270.2 )23(198.86 270.2 )xxxxx 141.57 (1.525) 147.17 (1.342)xx 255.57129.24 (0.49 1) 134.57 (0.5)2xxx 整理得： 3211.771.645201.090.0180 xxxm2.09x 所以： m2.09 13.09dh 入土深度设计值：m01.34.42dhh取入土深度设计值为m。4.5h 4.桩身配筋计算人工挖孔桩采用混凝土，N/mm2，桩径D=1m，桩心距m，30C16.5cmf2hS 采用钢

57、筋， N/mm2。基坑边壁安全等级为一级。335HRB300yf 桩的截面积mm2，主筋保护层厚度 50mm，桩半径r=50mm，主筋785400A 圆半径mm。450sr 桩身弯矩最大值为kNmmaxmax2250.57MM桩身弯矩设计值kNmmax01.25250.57 1.25 1.1 2689hMMS6890000000.10630.1116.5 785400 500cmMmfA r由 m 值查得0.1298mm20.1298 16.5 7854005607300cmsyfAAf 桩身配筋面积mm20.860.86 50056075358450sssrAArB22 钢筋截面积为 380

58、mm2，故取 15 根 B22 的钢筋。335HRB配筋率，符合最小配筋率要求。min15 3800.73%0.6%785400主筋圆净长度mm3.14 900 15 222496sDnd假设混凝土粗骨料最大粒径 40mm，mm，符合净间距要求。249640 1.24810综上，桩身配筋取 15 根 B22 的钢筋。335HRB5.锚杆计算由于该侧上部填土较厚，且上部附加荷载较大，为避免锚杆长度过长，取锚杆倾角，孔径D=150mm。25第一排锚杆锚杆水平拉力计算值kN172.57T 水平拉力设计值kN1101.2572.57 1.25 1.1 2200dhTTS轴向拉力设计值kN1200221

59、coscos25dTT钢筋的抗拉强度设计值N/mm2335HRB300yf 锚杆截面积mm2221000737300syTAf取 2 根 B22 的钢筋。335HRB1）自由段长度：因规范要求锚固段至少需在地下 4m 处，故根据本设计特点，自由段长度设为m49.46sin25fl 2）锚固段长度：第一层土中锚固长度m159.462.37sin25il 第二层土中锚固段长度为，有2il（4-25）1 122iiDlDlTK式中 D钻孔直径（m） ； 锚固体与土层粘结强度（kPa） ； K锚杆安全系数（由土层锚杆设计与施工规范查表本侧壁可取 1.8） 。带入数据得： m212.26il锚固段总长度

60、： m122.37 12.2614.63iiilll锚杆总长度： m9.46 14.6324.1filll第二排锚杆锚杆水平拉力计算值kN2204.69T 水平拉力设计值 kN2201.25204.69 1.25 1.1 2563dhTTS轴向拉力设计值 kN2563621.2coscos25dTT 钢绞线抗拉强度标准值N/mm27 51470yf 锚杆截面积mm26212004231470syTAf取 3 束钢绞线。7 51）自由段长度（4-26）1sin(45)/sin(45)22ftll14145sin(45)/sin(4525 )22m3.2式中 土体各土层厚度加权内摩擦角标准值（）；

61、 锚头中点到F点的距离（m） ；tl锚杆倾角（） 。规范规定锚杆自由段长度不宜小于 5m，且应超过潜在滑裂面 1.5m，故取自由段长度m。5fl 2）锚固段长度第二层土中锚固段长度m2556.8sin25il第三层土中锚固段长度，有3il（4-27）223 3iiDlDlTK 带入数据得： m312.1il 锚固段长度： m236.8 12.118.9iiilll锚杆总长度： m5 18.923.9filll6.圈梁设计在桩顶部设置连续圈梁以增加护坡桩的整体性，高度mm,宽度0.5500hDmm。本设计根据深基坑工程优化设计 （秦四清等编写）中提1.01000bD出的经验配筋，即 （4-28）

62、(0.5 0.8)qsAA式中 圈梁的配筋面积；qA桩按最大弯矩配筋时的钢筋面积。sA取mm2，0.50.5 15 3802850qAAs取 10 根 B20 的钢筋。335HRB7.腰梁设计本基坑腰梁设计以五跨梁和一桩一锚条件计算。1）第一排锚杆腰梁腰梁弯矩设计值：kNm210 10.132 1.250.132 1.25 1.1 72.57 452.69yhMTS选用槽钢，槽钢所需的截面抗弯模量3Acm36311/()52.69 10 /(1.05 210)238956239nyWMfmm式中 截面塑性发展系数，一般取1.05；槽钢的抗拉强度，N/mm2，一般槽钢取210N/mm2。f3A查

63、表知 1 根槽钢cm3，满足设计要求。25a270nW 2）第二排锚杆腰梁腰梁弯矩设计值：kNm22020.132 1.250.132 1.25 1.1 204.69 4148.6yhMT S选用槽钢，槽钢所需的截面抗弯模量3Acm36322/()148.6 10 /(1.05 210)673945673.95nyWMfmm查表知 1 根槽钢cm3，取 2 根槽钢cm3，满足设计要28a340nW 28a680nW 求。8.基坑稳定性验算1）抗倾覆稳定性验算整体倾覆稳定性应满足以下条件：（4-29）1.3pkkiiakkE bTaEa式中 水平抗力总值（kN） ；pkE水平抗力作用点到桩底的距

64、离（m） ；kb第 层锚杆的水平拉力计算值（kN） ；iTi第 层锚杆锚头中点到桩底的距离（m） ；iai水平荷载总值（kN） ；akE水平荷载作用点到桩底的距离（m） 。ka带入数据： 4627.31.171.33948.72pkkiiakkE bTaEa不满足抗倾覆要求，故加长入土深度至 5.5m，再次带入数据得：6335.591.341.34723.56pkkiiakkE bTaEa故最终确定桩的入土深度m5.5dh 总桩长 m95.514.5L 2）抗隆起验算（同济大学法）抗隆起验算按下式验算：（4-30）211.40()qcsDNcNKHDq用 Prandtl 公式，、分别为：qNc

65、N（4-31）2tantan (45)2qNe（4-32）1(1)tancqNN式中 桩身入土深度（5.5m） ；D基坑开挖深度（9m） ；H坑外地表至桩底，各层土天然重度的加权平均值，120.92kN/m3；坑底以下至桩底，各层土天然重度的加权平均值，222.8kN/m3；滑移线范围内土体的剪切强度指标的加权平均值，c36.4kN/m3；地面超载，131.1kN/mm2；q、求地基承载力的系数；qNcN桩底以上土体的内摩擦角加权平均值，。18.97带入数据计算得： ；5.78qN 13.91cN 22.8 5.5 5.7836.4 13.912.831.4020.92 14.5 131.1s

66、K满足抗隆起要求。3）整体稳定性验算采用条分法进行整体稳定性验算，R=16.56m,取 b=0.1R=1.656m,共分为19 个土条，土条编号依次为-810。R=16.56mOCA012345678910-8-7-6-5-4-3-2-1q=20kPa下下下下下下q=120kPa下下图 4-4 AB 段桩锚支护整体稳定性验算上图稳定安全系数为：（4-33）costansiniiiiisiic LWKW式中： 整体稳定性安全系数；sKi 分条的自重（kN/mm3） ；iWi 分条滑裂面处土的粘聚力（kPa） ；ici 分条滑裂面处土的内摩擦角（ ） ；ii 分条滑裂面处中点切线与水平面夹角（ ） ；ii 分条滑裂面处弧长（m） 。iL计算式中各参数： 坑底以上土的加权平均重度kN/mm320.920 土条右边iiiWhbqbq b0 土条左边iiWhbcotiibLsin0.1iibiR计算过程见表 4-3：表 4-3 桩锚整体稳定性分析计算表分条号isinicosiiciLiWtani-8-0.80.600200.9637.840.324-7-0.70.714402.3387.860.