溧阳锦江大厦基坑支护设计（9.0米）开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

基坑工程是一门既富理论内涵，又具有非常强的实践性学科。随着我国建筑业的蓬勃发展，土地资源越来越紧缺，高层建筑如雨后春笋，基坑数量随之迅速增加。目前,我国大部分城市都在向外扩建,扩大城市范围占地面积,有利的缓解了城市的中心区土地资源的紧张情况,但是在城市密集区的建设随着工程技术水平的发展,正向着地下部分发展,有效开发利用在节约土地资源、容积率、调节城市土地使用结构、国防建设、给排水设施建设等方面将发挥举足轻重的作用。

工程规模和复杂问题这必将带来大量的深基坑工程的技术难题,即基坑支护结构不仅要保证基坑的安全使用,还要满足地下工程的施工和基坑周边道路、管道、建筑物正常使用的功能要求,同时满足上述功能的前提下减少支护结构的工程造价达到较好的经济效益和社会效益。然而，深基坑开挖受到高层建筑群、各种地下管网的干扰，施工起来困难很大。我国工程界、学术界等部门的建设者们，通过实践经验总结、理论研究，以及潜心学习国外的一些先进技术，创造出一些适宜国情、卓有成效的支护技术，结合勘察监测、有限元软件设计和信息化施工组织管理为深基坑开挖安全奠定了坚实的基础。

1.1基坑支护技术概述

基坑支护技术是指在基坑工程施工中，为了保证施工安全，对基坑侧壁和周边环境采用的支档、加固与保护措施。

基坑工程是建筑工程重要的组成部分，是一项复杂的综合性工程需要综合各方面的因素，这给施工增加了诸多的难度。所谓的深基坑，与建筑基坑的深度有直接的关系艰据基坑周围地质条件、环境以及施工技术水平一般来说将基坑开挖深度大于5米成者地质条件差，周围管线复杂、地下区域宽的基坑称之为深基坑。目前绝大多数业内人士将基坑深度超过5米的基坑称作深基坑。

基坑工程施工特点具体体现在以下几个方面:①基坑施工是一项复杂的综合性工程涉及领域较广，包括建筑学、力学、测量技术、结构力学、岩土工程、计算技术等等;②土方开挖时基坑施工的重点在具体施工过程中土方开挖速度与步骤的合理性关系着整个深基坑工程的质量;③基坑支护结构属于临时性结构具有风险大、安全储备低等特点;④不同城市基坑施工具有明显的差异，及时同一个城市的建筑工程，由于地质条件、周边环境等因素的不同基坑施工也存在明显差异濡要根据具体地质条件以及实际情况因地制宜;⑤基坑工程施工对周边的环境以及地下管线具有一定的影响，甚至会影响周围建筑物的施工功能。

鉴于基坑工程的特点，基坑支护设计是基坑工程的主要研究热点，基坑支护体系中主导型的结构是传统的排桩支护，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。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、环梁支撑、桁架式边撑等。

1.2 基坑支护工程分类和主要技术方法

基坑支护技术从类型上分，可以归纳为两类。

（1） 被动支护方法：为防止基坑周边土体失稳滑坡而产生的主动侧压力而设置的抵御性的支撑结构，例如挡土墙、板桩围堰等。

（2）主动支护方法：①锚杆拉 在基坑外插入锚杆，其头部与基坑内支护结

的头部连接以保护结构的稳定，从而阻止土体的坍塌。②土模支护 在不扰动原状土的前提下，将土体修正成结构内型轮廓状，然后浇砌结构工程整体。

目前经常采用的主要基坑支护技术方法

（1）内支撑支护：内支撑支护形式主要通过支护桩或者墙与内支撑组成，这样的支撑结构对土层没有那么高的要求。

（2）悬臂式支护：悬臂式支护结构是设置锚杆和支撑的一个支护体系，其要深入土层足够的深度，同时其要借助锚杆的抗弯强度来达到支撑效果，从而发挥其支护性能，保证结构的安全、稳定性。这也注定了它要用于土质较好而且挖掘深度不太深的基坑。

（3）土打墙支护：该种支护结构根据其自身的特点，由密置的土钉、加固的土体以及喷射到坡面的混凝土面板构成。在一定程度上，这种支护结构可以增强建筑整体结构的稳定性，尤其是在地下水以上的粘性土和沙土上使用效果更明显。但是，在淤泥中使用就达不到这么好的效果。

（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。

灌注桩施工简便，可用机械钻（冲）孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低。同时，灌注桩围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力（承受侧压），这时在桩与主体之间通常不设拉结筋，并用防水层隔开。

（5）土钉墙支护：它是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件土钉置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层，通常土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体。土钉墙支护充分利用土层介质的自承力，形成自稳结构，承担较小的变形压力，土钉承受主要压力，喷射混凝土面层调节表明应力分布，体现整体作用；同时，由于土钉排列较密，通过高压注浆扩散后使土体性能提高。土钉墙施工快捷简便，经济可靠，土钉墙适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。

（6）复合型土钉墙支护：它是以水泥土搅拌桩等超前支护组成防渗帷幕，解决土体的自立性、隔水性及喷射面层与土体的粘结问题。对于淤泥质土、饱和软土，应采用复合型土钉墙支护。

复合土钉墙支护设计包括：土钉设计；稳定分析；层面设计；防渗设计。

（7）水泥土桩墙的支护形式：这种支护结构是利用水泥当做固化剂，将水泥和软土进行搅拌，让其发生一些物理反应进而产生强度更大、承受力更强的水泥土桩体，从而增强整体结构的稳定性及牢固性。

（8）重力式档土墙支护：该种支护方式主要是利用其自身重量对土体产生的压力进行阻挡和抵抗，从而达到支护目的。

（9）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。

SMW工法具有占用场地小、施工速度快、环境污染小，无废弃泥浆、施工方法简单、造价低等优点。

SMW工法适宜的基坑深度与施工机械有关，国内目前一般以基坑开挖深度6～10m，国外尤其是日本由于施工钻孔机械先进，基坑深度达到20m以上时也采用SMW工法，取得较好的环境和经济效果，它极有可能逐步代替钻孔灌注桩围护，在某些工程中有可能代替地下连续墙。

劲性水泥土搅拌桩是在水泥土搅拌桩中插入受拉材料构成的，常插入H型钢。通常认为：水土侧压力全部由型钢单独承担，水泥土桩的作用在于抗渗止水。

SMW挂墙内力计算模式与壁式地下连续墙类似。

（10）地下连续墙：它是利用特制的成槽机械在泥浆（又称稳定浆）护壁的情况下进行开挖，形成一定槽段长度的沟槽；再将地面上制作好的钢筋笼放入槽段内，采用导管法进行水下混凝土浇筑，完成一个单元的墙段，各墙段之间的特定的接头方式相互联结，形成一道连续的地下钢筋混凝土墙。

地下连续墙具有墙体刚度大、整体性好，因而结构和地基变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构；适用于各种地层；可以减少工程施工时对环境的影响；可进行逆筑法施工。逆筑法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏，为此，在基坑施工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力（即利用地下结构自身的桩、柱、梁、板作为支撑，同时可省去内部支撑体系），减少支护结构变形，降低造价并缩短工期的有效方法。

但是，地下连续墙施工法也有不足之处：对废泥浆的处理；槽壁坍塌；地下连续墙如作临时挡土结构，则造价高，不够经济。

1.3 基坑主要止（降）水主要方法和分类

在沿海软土地区，一般地下水位都比较高，当地层中有厚层饱和淤泥质土、粘质粉土、砂质粉土或粉砂等，基坑开挖时，坑内地下水位必然产生大大低于四周，周围的地下水向坑内渗流，产生渗透力。为了防止由此产生的渗流破坏，基坑必须有止（降）水方案。

地下水控制的设计和施工应满足支护结构设计要求应根据场地及周边工程地质条件水文地质条件和环境条件并结合基坑支护和基础施工方案综合分析确定，地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水、和回灌等型式，单独或组合使用。

1.3.1降水

工程降水是基坑工程的一个难点。由于土质和地下水位的条件不同，基坑开挖的施工方法大不相同。在地下水位以下开挖基坑时，采用降水的作用是：

（1）截住基坑边坡面及基底的渗水；

（2）增加边坡的稳定性，并防止基坑从边坡或基底的土粒流失；

（3）减少板桩和支撑的压力，减少隧道内的空气压力；

（4）改善基坑和填土的砂土特性；

（5）防止基底的隆起和破坏。

降水有各种不同的方法，应视工程性质、开挖深度、土质特性及经济等因素进行考虑。在选择和设计基坑降水前，必须由甲方提供工程地质勘察资料，建筑物平面图和立面图，建筑物场地附近房屋平面图等，对于重大工程，设计人员除掌握相应资料外，必须在设计前到工程现场亲自了解，最好能目测各土层的土样，对将来降水工程的布置及其与邻近建筑物的影响。

降水方法按降水机理不同，可分为明沟排水和井点降水。明沟排水是在基坑的周围，有时在基坑中心，设置排水沟，每隔30~40cm设一个集水井，使地下水汇流于集水井内，用水泵将水排出基坑外。明沟排水由于其制约条件较多，尚不能得到广泛的应用，而井点降水的适用条件较广，并经过二十多年来的应用、发展和改进，已形成了多种井点降水的方法。目前常用的井点降水方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、深井井点、管井点、辐射井点等。这些有效的降水方法现已被广泛用于各种降水工程中，但由于降低地下水位以后，可能带来一些不良影响，如地面沉降，邻近已有建筑物或构筑物的安全稳定及残留滞水的处理等。

表1-1 各类井点的使用范围

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。

在地下水位以下施工基坑工程时，通常采用井点（垂直和水平井点）降水法来降低地下水位。垂直井点常沿基坑四周外围布设，水平井点则可穿越基坑四周和底部，井点深度大于要求的降水深度，通过井点抽水或引渗来降低地下水位，实现基坑外的暗降，保证基坑工程的施工。经井点降水后，能有效地截住地下渗流，降低地下水位，克服基坑的流砂和管涌现象，防止边坡和基坑底面的破坏；减少侧土压力，增加挖掘边坡的稳定性，有利于边坡的支护和施工；防止基底隆起和破坏，加速地基土的固结作用；有利于提高工程质量，加快施工进度及保证施工安全。

1.3.2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。

1.3.3降水时的注意事项

在城市中由于深基坑降水，使邻近建筑物下的水位也降低，若其下是软弱土层，则将因水位降低而减少土中地下水的浮托力，从而使软弱土层压缩而沉降，影响邻近建筑物和管线，降水的时候应该注意：（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。

采用止水帷幕，将坑外地下水位保持原状，仅在坑内降水。目前，采用钻孔压浆成桩法、地下连续墙、板桩、深层搅拌桩墙等止水结构形式，效果均较好。其入土深度，取决于土层的透水性，要防止出现管涌、流砂等问题。

当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法，截水后，基坑中的水量或水压较大时，宜采用基坑内降水；当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施保证坑底土稳定。

1.4基坑开挖的技术要点

为了确保工程的顺利进行和周围建筑物的安全，基坑开挖时的有以下技术要点：

（1）有关降排水的要求：为了避免水对施工造成影响，一定要采取相应的降水排水措施，降排水时一定要根据现场的实际情况采取措施。在开挖前，需在边坡坡顶设置截水沟，达到截流的目的，防止明水冲击坡底造成土层承载力的降低。

（2）分层分段开挖原则：边坡的破坏从局部开始，首先产生局部破坏的位置作为突破点，当土体应力超过其强度的时候，突破点开始破坏，从而造成周围土体的力学性质发生变化、其应力增加，扩大破坏面积。在边坡开挖之后，严重破坏了原土体的受力状态，就会存在许多种力对土体进行作用，很容易发生塌方。采用分层分段开挖的方式可以有效释放边坡能量。

（3）有关变形情况的补救：深基坑支护其结构容易发生变形，主要有基坑边坡的变形、地下管线的变形和周围建筑物的变形等。对于这些变形情况要对其进行实时观测，以更好更及时的发现和解决问题。为了保证施工安全和质量，一定要使观测的数据准确可靠，要求相关负责人员认真负责、按设计要求进行观测，一旦发现异常情况，立刻采取措施制止，若出现变形或滑动的情况较严重，必须分析其原因，做出合理的设计，防止变形或滑动恶化。

1.5 基坑工程监测

为正确指导施工，确保工程的顺利进行和周围建筑物的安全，应加强施工期间的监测工作，实施信息化施工，随时预报，及时处理，并根据监测数据及时调整施工进度和施工方法。

基坑监测的内容大致有：

（1）围护结构的竖向位移与水平位移；

（2）坑周土体位移

（3）支撑结构轴力

（4）邻近建（构）筑物、道路及地下管网等的变形；

（5）地下水位及孔隙水压力

（6）坑底隆起量

1.6基坑支护的前景展望

随着计算机技术的飞速发展，基坑支护设计越来越依赖软件计算和分析，除了基于传统算法的理正软件等一系列计算软件，作为基坑支护设计、变形分析的重要方法连续介质有限元法，不仅具有强大的数据分析和图形显示功能，而且能够充分考虑基坑设计与土方开挖过程的许多影响因素，计算土方开挖对周围环境的影响。基坑开挖引起支护结构变形，导致周围环境受到影响，有限元模拟是一种有效的预测支护结构及周边环境变形的分析方法。

连续介质有限元法，是一种为求得偏微分方程边值问题近似解的数值技术。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

工程常用的有MADIS GTS岩土工程分析软件、NANSYS、PLAXIS、FLAC、ITASCA系列软件、PFC及UDEC等一系列有限元软件。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1 工程概况

拟建工程场地位于溧阳市溧城镇，东泰路之东，燕城大道之北，交通便利。拟建工程为锦江大厦（东泰路东侧2#地块）工程。

其规模、结构形式、基础形式等列表如下： 表1

拟建工程重要性等级高层建筑为二级，其余多层建筑为三级，场地及地基复杂程度等级均为二级，据此岩土工程勘察等级高层建筑为乙级，多层建筑为乙级；地基基础设计等级高层建筑为甲级，其余为乙级；基坑侧壁安全等级为二级，建筑桩基设计等级高层建筑为甲级，其余为乙级，抗震设防类别为丙类。

2.2 基坑周边环境

场地西侧和南侧为交通道路，基坑边界线距南侧道路较近，道路两侧埋有地下管线，基坑支护和开挖时，必须保证周边道路及管线的安全。

2.3 工程、水文地质条件

2.3.1 工程地质条件

地形、地貌：

拟建场地位于溧阳市溧城镇，东泰路之东，燕城大道之北。基底为白垩系上统砂岩，上覆地层为第四系上更新统（Q₃）洪积层和第四系全新统（Q₄）沉积层。根据钻探资料，场地覆盖层厚度在37.1~38.1m。

拟建场地在地貌上属平原地貌。工程地质条件一般。地面高程在2.14~4.86m，相对高差2.72m。在控制深度范围内拟建场地①层为表土层，②、③、④、⑤层为第四系全新统（Q₄^al）一般粘性土、粉土，⑥、⑦、⑧层为第四系上更新统（O₃）老粘性土、砂土、砾石层，基底为白垩系上统砂岩。

土层条件：

①表土：主要为植被土，局部包括填土（填龄小于5年）、土堆，杂色，松散，不均匀。工程性质差。层厚0.5~1.9m，平均值0.91m；层底标高0.94~4.26m，平均值2.77m。

第四系全新统（Q₄^al）地层

②淤泥质粉质粘土：灰色，灰黑色，流塑，无摇振反应，干强度及韧性中等，高压缩性，工程性质差。层厚0.8~5.0m，平均值2.60m；层底标高-2.35~2.89m，平均值0.57m；层底埋深1.4~5.7m，平均值3.33m。主要分布于场地西南端。

③粉质粘土：黄褐色，可塑，含FeMn质胶膜，局部含粉质较重，干强度及韧性中等，无摇震反应，中等压缩性，工程性质较好。层厚4.6~11.4m，平均值9.10m；层顶标高-2.35~3.47m，平均值1.61m；层顶埋深0.5~5.7m，平均值2.07m。分布稳定，局部厚度变化较大。

④粉土：黄褐色，灰黄色.局部夹薄层粉质粘土，湿，中密，中等压缩性，工程性质一般。层厚0.9~2.4m，平均值1.60m；层顶标高-8.3~-6.15m，平均值-7.50m；层顶埋深10.1~12.4m，平均值11.17m。分布稳定，局部厚度变化较大。

⑤粉质粘土：黄褐色、灰黄色，可塑，干强度及韧性中等，无摇震反应，中等压缩性，工程性质一般。层厚1.0~2.2m，平均值1.34m；层顶标高-9.89~-8.13m，平均值-9.09m；层顶埋深11.6~13.8m，平均值12.77m。分布稳定。

第四系上更新统（Q₃）地层

⑥粉质粘土：暗绿色、褐黄色，含FeMn质结核，硬塑，局部可塑，干强度及韧性中等，中等偏低压缩性，工程性质良好。层厚3.3（静探孔）~15.3m；层顶标高-11.17~-9.55m，平均值-10.43m；层顶埋深12.6~15.3m，平均值14.11m，分布稳定。

⑦粉砂：灰黄色，局部含薄层中砂，中密~密实，湿~稍湿，钻探中可见局部夹少量细砂，含云母、石英，中压缩性，工程性质较好。厚度3.7~4.8m，平均4.2m；层底标高-25.59~-24.6m，平均-25.03m；层底埋深27.8~28.6m，平均28.2m。

⑧砾石：主要为圆砾，夹少量角砾、砾砂。灰色，灰黄色。石质粒径在30~70mm，最大可达150mm。湿~稍湿，中密~密实。工程性质好。层厚4.7~5.6m，平均值5.23m；层顶标高-29.79~-28.72m，平均值-29.23m；层顶埋深31.9~33.1m，平均值32.4m。分布稳定。

白垩系上统砂岩

⑨-1强风化粉砂岩：灰色，灰白色，粉砂质，为极软岩，极破碎~破碎，岩体基本质量等级分类属Ⅴ类。使用合金钻头钻进容易，N_63.5实测值18~31击／10cm，工程性质好。层厚3.9~5.3m；层顶标高-34.93~-33.92m，平均值-34.46m；层顶埋深37.1~38.1m，平均值37.63m。

⑨-2中风化粉砂岩：灰色，灰白色，粉砂质，为极软岩，较完整，岩体基本质量等级分类属Ⅴ类。使用合金钻头钻进容易，N_63.5实测值49~63击／10cm，工程性质好。未穿，揭露层厚1.9~3.4m；层顶标高-39.22~-38.5m，平均值-38.84m；层顶埋深41.6~42.4m，平均值42.01m。

2.3.2 水文地质条件

本场地地下水主要分为三类，一为赋存于包气带①、②土层中的孔隙潜水，主要受大气降水及地表水渗透补给，以蒸发及地下径流的方式排泄。地下水埋藏浅，埋深于地面下0.1~1.2m（标高2.6~3.7m，地势对水位影响较大），地下水的年变化幅度在1m左右，对基坑开挖有一定影响；二为赋存于④土层中弱承压水，对其量侧水位，位置在3号孔左侧约0.5m处，量测如下：根据静探曲线，在钻探至④土层顶面以上30cm处停钻，下入套管，抽干孔内地下水，然后将套管打入④土层一定深度（＞0.5m），掏去残留的③层土，测得④层弱承压水的水头埋深为5.1m（黄海标高约-1.93m）；三为赋存于⑦、⑧土层中的承压水（⑦、⑧土层相互贯通），其埋藏深度相对较大，对本场地基坑开挖无影响，对桩基础施工影响小，故未单独量测其水位。根据室内水质分析资料，判定本场区地下潜水对对钢结构有微腐蚀性

根据场地水文地质条件及环境条件，赋存于①、②土层中的孔隙潜水，主要受大气降水及地表水渗透补给，以蒸发和地下径流的方式排泄。对基础施工有影响，可采用开挖排水沟、集水井明排地下水；赋存于④土层中的弱承压水水头埋深约为5.1m（黄海标高-1.93m），经估算在基坑开挖时，对基坑底板不会产生突涌；赋存于⑧、⑨土层中的承压水对本工程基坑开挖无影响，对桩基础施工影响小，可在桩基础施工中采取相应措施。

2.3.3 基坑设计参数

根据本工程的岩土工程勘察报告，选取各土层的固快指标作为基坑支护设计计算参数，并按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据。

基坑开挖支护与降水设计参数建议值见下表： 表2

注：*为经验值。

2.4 本基坑支护类型

拟建地下汽车库设二层地下室，底板埋深9.0m左右，基坑开挖深度影响范围内土层主要为①层表土、②层淤泥质粉质粘土、③层粉质粘土。①层表土土较松散，局部为填土，填料复杂，密度较差，容易坍塌； ②层为淤泥质粉质粘土，高压缩性、低强度，灵敏度较高，具触变和蠕变性，侧向变形大，基坑开挖时易坍塌。由于地下水位高，且基坑开挖深度内地基土条件差，必须采取合理可靠的基坑支护和降（止）水措施。基坑的西侧中部往北段、北侧段及东侧段采用排桩加支撑支护体系；在基坑的西侧中部往南段、南侧段（即有软土分布区域），采用排桩加支撑的支护体系，支护体外侧采用水泥土搅拌桩止水。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。

2.4.1 计算步骤

（1）土压力

水土分算（无粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

注： 土的有效重度； 水的重度

水土合算（粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

注： 土的饱和重度

（2）桩的嵌固深度、桩身最大弯矩

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h_c1，h_c1按下式确定：

根据静力平衡，支点力按下式确定：

式中：e_a1k水平荷载标准值；

e_p1k水平抗力标准值；

∑E_ac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；

h_a1合力∑E_ac作用点至设定弯矩零点的距离；

∑E_pc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；

h_p1合力∑E_pc作用点至设定弯矩零点的距离；

h_T1支点至基坑底面的距离；

h_c1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γ_o，嵌固深度设计值h_d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h_c1满足以下条件：

则该截面上的弯矩即最大弯矩，其值为：

在计算得到截面最大弯矩M_c和最大剪力V_c的计算值后，按下列公式计算支点力设计值T_d、弯矩设计值M和剪力设计值V：

由设计值即可进行截面承载力计算。

2 多支点支护结构

对于多层支点支护结构，嵌固深度计算值h₀宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定：

式中：c_ik、φ_ik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；

l_i第i土条的弧长；

b_i第i土条的宽度；

γ_k整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取1.3；

ω_i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；

θ_i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。

对于均质粘性土及地下水位以上的粉土或砂类土，嵌固深度h₀按下式确定：

式中：n₀嵌固深度系数，当γ_k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φ_k及粘

聚力系数δ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应按下式确定：

式中：γ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h_d0.3h时，宜取h_d=0.3h；多支点支护结构嵌固深度设计值小于0.2h时，宜取h_d=0.2h。

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，嵌固深度尚应满足公式：

式中：h_wa坑外地下水位。

（3）桩的配筋计算

根据计算得到的支点力设计值T_d、弯矩设计值M和剪力设计值V,可以计算截面承载力，进行桩的配筋计算。

（4）圈梁、围檩配筋计算

（5）整体稳定性验算

（6）抗隆起、倾覆、管涌验算

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 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：M_p被动土压力及支点力对桩底的弯矩；

Ma主动土压力对桩底的弯矩。

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（见图2.3）。管涌稳定性验算可按下式进行：

式中：γ₀侧壁重要性系数；

γ^'土的有效重度；

h^'地下水位至基坑底的距离；

D桩（墙）入土深度。

（7）止水帷幕的桩型、桩长设计和抗渗验算

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1.010^-6cm/s。

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：l帷幕插入不透水层的深度；

h_w作用水头；

b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：h_wa坑外地下水位；

h基坑深度。

则桩长L可以按下式计算：

L=l x或者L=h h_d

式中：x不透水层层顶深度。

当地下水含水层渗透性较强，厚度较大时，可采用悬挂式竖向止水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向止水与水平封底相结合的方案。

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 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。

（8）混凝土支撑和立柱桩的设计

（9）降水设计

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Q基坑涌水量；

k渗透系数；

H潜水含水层厚度；

S基坑水位降深；

R降水影响半径；

基坑等效半径。

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承压含水层厚度

b.当基坑位于河岸边时

（ ）

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

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 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分别为基坑的长、短边。

2）不规则块状基坑等效半径

式中A基坑面积。

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降水影响半径（m）；

S基坑水位降深（m）；

k渗透系数（m/d）；

H含水层厚度（m）。

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基坑涌水量

Q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36~60m/d确定；

2）真空喷射井点出水量可按下表确定

表2-2 喷射井点设计出水量

3）管井的出水量q（m/d）可按下列经验公式确定：

式中 过滤器半径（m）；

l过滤器进水部分长度（m）；

k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y_o，可按下列规定计算：

1）潜水完整井：

式中 圆形基坑半径；

管井半径；

H潜水含水层厚度；

基坑等效半径与降水井影响半径之和；

R降水井影响半径。

2）承压完整井：

式中 H'承压水位至该承压含水层底板的距离；

M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在基坑中心处或各井点中心处地下水位降深；

r₁r₂r₃r₄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。

2.4.2 出图

1、计算断面土压力分布图（两个断面，2张）

2、基坑周边环境信息图1张

3、.基坑支护结构平面图1张

4、支撑平面布置图1-2张

5、支护结构大样图（冠梁、支撑、降水、立柱等）2-3张

6、基坑监测点布置图1张

2.5 基坑支护设计进度安排