海门市鸿泰-乐颐仕园新建工程基坑（开挖深度9m）设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

随着城市经济发展和人口的增长，城市用地越来越紧张，人们开始关注地下空间的利用和发展。本课题是一个实际工程支护问题，针对该工程首先应该结合资料选择合理的支护案，然后根据初步选择的方案结合地质条件进行相应的支护参数确定及截水止水方案设计，在确定合理的施工参数和作业方法后进行施工组织设计等内容设计中，不仅要认真学习现有规范和工程中常用及新兴的各种施工工艺和施工技术，而且应结合当地工程经验和方法，将这些经验方法与自身所学的科学文化知识相结合，从而提出更加经济、合理、有效、快速的施工方案。

支护技术现多采用钻孔灌注桩，地下连续墙，深层搅拌水泥图强、加筋水泥土墙和土钉墙等。支撑系统是基坑工程围护结构体系的重要组成部分，基于安全等级、环境控要求及不同施工方案的基坑支撑系统优化设计主要体现在横撑水平间距、竖向间距及其预加力设置等方面。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1工程概况

拟建工程位于海门市海永乡海永大道西侧，万年路东侧。项目总用地面积70200m²新建工程包含3栋26层住宅楼、2栋23层住宅楼、1栋22层住宅楼、13栋4层住宅楼、1栋4层商业用房、1层地下车库及变电站、门房等配套设施，总建筑面积约为12942m²。拟建高层住宅基础沉降变形允许值为：整体倾斜0.003，最大沉降量200mm。拟建多层住宅基础沉降变形允许值为：整体倾斜0.004。

建筑物详情见表1.1

表1.1: 建筑物一览表

本工程设计室外地坪标高2.40m，建筑物0.00=3.30m，1985国家高程。拟建工程由南通红磡房地产开发有限公司筹建，委托海门市建筑设计院有限公司对拟建工程场地进行详勘阶段岩土工程勘察。

2.2基坑周边环境

拟建场地地处长江三角洲冲积平原，场地现状为农田，有多条明沟分布，地形平坦，地面标高在2.09～2.87m，平均标高在2.37m左右。

2.3工程和水文地质条件

2.3.1工程地质条件

本工程有1层地下室，基础埋深约4.0m,基坑距东侧海永大道20m，其他三侧均为空地，基坑侧壁所涉及的土层为1～3层土，基坑附近暂无重要的电力通讯等管线。本工程基坑开挖深度4.0m左右，在4.0m深度内，土层为1层素填土、2-1层淤泥质粉质粘土、2-2层粉质粘土夹粉土、3-1层粉砂夹粉土、3-2层粉土夹粉砂。

地形，地貌

拟建场地地基土以粉土、粉砂为主，浅部2.0m左右以淤泥质土、粉质粘土夹粉土为主。为一套第四系海陆交互相（三角洲相）松散堆积物。

土层条件

基坑开挖影响范围内，各层地基土类别，状态，物理特征以及分布情况。

1层素填土:耕作土、以粘性素填土为主，杂色，松散，土质不均，局部夹有淤泥。场区普遍分布，厚度:0.40～2.50m,平均0.98m;层底标高:-0.09～1.95m,平均1.39m;层底埋深:0.40～2.50m,平均0.98m。

2-1层淤泥质粉质粘土: 灰色，流塑～软塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，中高压缩性，局部夹薄层粉土，很湿，稍密。场区普遍分布，厚度:0.80～4.00m,平均1.77m;层底标高:-2.48～0.68m,平均-0.33m;层底埋深:1.60～5.20m,平均2.69m。

2-2层粉质粘土夹粉土：灰色，软塑，稍有光泽，韧性及干强度中等，中等压缩性，土质不均匀，局部夹薄层粉土，很湿，稍密，场区普遍分布，厚度:1.70～5.60m,平均4.32m;层底标高:-6.48～-3.69m,平均-4.63m;层底埋深:6.10～9.00m,平均7.00m。

3-1层粉砂夹粉土: 灰色，饱和，稍密，局部中密，含云母屑、贝壳碎片，矿物成分主要为石英、长石和云母等，中等压缩性，所夹粉土，很湿，稍密。场区普遍分布，厚度:1.70～4.30m,平均2.62m;层底标高:-9.48～-6.18m,平均-7.25m;层底埋深:8.60～12.30m,平均9.62m。

3-2层粉土夹粉砂: 灰色，饱和，稍密～中密，无光泽，摇振反应迅速，中等压缩性，韧性及干强度低，所夹粉砂，灰色，饱和，稍密～中密，局部夹薄层粉质粘土，灰色，软塑。场区普遍分布，厚度:3.20～9.70m,平均7.23m;层底标高:-16.47～-11.65m,平均-14.66m;层底埋深:14.30～18.80m,平均17.07m。

4层粉土夹粉质粘土: 灰色，很湿，稍密，无光泽，摇振反应较迅速，中等压缩性，所夹薄层粉质粘土，灰色，软塑。局部分布，厚度:1.60～5.00m,平均3.19m;层底标高:-18.22～-14.40m,平均-15.71m;层底埋深:16.90～20.80m,平均18.24m。

5-1层淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，以淤泥质粉质粘土为主，夹薄层粉土、粉砂，稍有光泽，韧性及干强度中等，中高压缩性，土质不均匀。场区普遍分布，厚度:9.90～15.10m,平均12.91m;层底标高:-29.70～-26.97m,平均-28.15m;层底埋深:29.40～32.10m,平均30.62m。

5-2层粉质粘土：灰色，流塑，稍有光泽，韧性及干强度中等，中等压缩性，夹薄层粉土，灰色，很湿，稍密，土质不均匀。场区普遍分布，厚度:1.30～3.20m,平均2.43m;层底标高:-32.60～-29.48m,平均-30.58m;层底埋深:31.90～35.00m,平均33.05m。

6-1层粉土与粉质粘土互层: 本层以粉土为主，灰色，很湿，稍密～中密，中等压缩性，韧性及干强度低，无光泽，摇振反应迅速，与夹层粉质粘土呈互层分布，夹层粉质粘土，灰色，可塑～软塑，中等压缩性，韧性及干强度中等，稍有光泽，场区大部分地段分布，局部有缺失。厚度:1.00～7.10m,平均3.52m;层底标高:-37.62～-31.12m,平均-34.02m;层底埋深:33.60～40.00m,平均36.49m。

6-2层粉土夹粉质粘土: 灰色，很湿，稍密～中密，无光泽，摇振反应迅速，韧性及干强度低，中等压缩性，局部夹薄层粉质粘土，灰色，可塑～软塑。局部有缺失，厚度:6.50～10.30m,平均7.73m;层底标高:-41.70～-38.65m,平均-40.12m;层底埋深:41.30～44.50m,平均42.63m。

7层粉土夹粉质粘土：灰色，很湿，稍密～中密，摇振反应较迅速，无光泽，韧性及干强度低，中等压缩性，所夹粉质粘土，灰色，可塑～软塑，土质欠均匀。局部分布，厚度：2.10～5.50m,平均3.95m;层底标高:-44.40～-38.65m,平均-42.51m;层底埋深:41.00～47.00m,平均45.03m。

8-1层粉砂夹粉土: 灰色，中密～密实，饱和，中低压缩性，含云母屑、贝壳碎片，主要成分为石英、长石、云母等，所夹粉土，灰色，中密，主要分布在场地中部及东侧，该层未被揭穿。

8-2层粉土夹粉砂: 灰色，中密，饱和，无光泽，摇振反应迅速，韧性及干强度低。中低压缩性，夹薄层粉砂，灰色，饱和，中密，主要分布在场地西侧，该层未被揭穿。

气象条件

区域性气候：降雨量，年平均降雨量1033.3mm，日最大降雨量234.2mm。风，年平均风速3.3m/s，最大风速34.0m/s；风向，春冬季以北风、东北风为主，夏秋季以东南风、南风为主。日照，平均年日照2122.5小时，最高年日照2529.0小时，最小年日照1821小时。气温，年平均气温15.2C，极端最高气温38.0C，极端最低气温-9.3C，年平均最高气温30.3C，年平均最低气温2.6C。湿度，平均相对湿度80%。

2.3.2水文地质条件

建筑场地位于长江三角洲冲积平原富水亚区。勘察期间平均实测初见水位高程1.40m,平均稳定水位为高程1.50m，水位受降水影响，季节变化性明显。据调查，场地近3～5年历史最高地下水位在2.80m（85国家高程）左右，结合考虑抗浮设计水位取室外地坪标高以下0.5m，抗浮设计水位可取2.80m，地下水位年变化幅度为1.0m左右。

本场地在100米深度内无承压水层。本场地地下水位较高，在地面下0.8m左右，稳定水位1.50m（标高），基槽开挖较深时，因渗流作用易发生渗流破坏，产生流砂或管涌现象，引起基坑侧壁的坍塌，坑底隆起等后果。故地下水会对基础施工产生不利影响。基槽开挖应有可靠的降水方案，消除其影响。根据地下水腐蚀性评价结果，地下水对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿交替情况下具弱腐蚀性，在长期浸水情况下有微腐蚀性。可根据本工程需要决定是否采用防护措施。

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。根据室内土工试验得到的土的物理力学性质指标，提供基坑工程设计参数见表2-1

表2-1：基坑工程设计岩土参数表

2.4本基坑支护类型

（1）基坑支护体系设计

对本场地而言，拟建的1#商业及2#-7#高层住宅荷载较大，场地深部6-1层、6-2层和8-1层、8-2层土质较好，本工程应根据计算要求选择6-1、6-2或8-1、8-2为持力层的钻孔灌注桩方案。根据拟建工程荷载规模以及场地地基条件，持力层选择如下：

1#（4F）楼可选择第3-2层粉土夹粉砂作为桩端持力层，入土深度为16m，假定桩顶标高-2.5m，桩端标高-13.5m,有效桩长11m，采用600mm的混凝土预制桩，以C80孔预估单桩极限承载力标准值约为1380KN;也可选择第6-1层粉土与粉质粘土互层作为桩端持力层，入土深度为16m，假定桩顶标高-2.5m，桩端标高-32.5m,有效桩长30m，采用500mm的混凝土预制桩，以C80孔预估单桩极限承载力标准值约为1977KN，采用600mm的混凝土预制桩，以C80孔预估单桩极限承载力标准值约为2433KN。

2#(22F)楼可选择第8-1层粉砂夹粉土作为桩端持力层，入土深度为51.5m，假定桩顶标高-1.0m，桩端标高-49.0m,桩长48m，采用600mm的混凝土预制桩，以C69孔预估单桩极限承载力标准值约为4933KN。

3#（26F）楼可选择第8-1层粉砂夹粉土作为桩端持力层，入土深度为51.5m，假定桩顶标高-1.0m，桩端标高-49.0m,桩长48m，采用600mm的混凝土预制桩，以C67孔预估单桩极限承载力标准值约为4957KN。

4#（26F）楼可选择第8-1层粉砂夹粉土作为桩端持力层，入土深度为51.5m，假定桩顶标高-1.0m，桩端标高-49.0m,桩长48m，采用600mm的混凝土预制桩，以C63孔预估单桩极限承载力标准值约为5044KN。

5#（23F）楼可选择第8-1层粉砂夹粉土作为桩端持力层，入土深度为51.5m，假定桩顶标高-1.0m，桩端标高-49.0m,桩长48m，采用600mm的混凝土预制桩，以C56孔预估单桩极限承载力标准值约为5056KN。

6#（23F）楼可选择第8-2层粉土夹粉砂作为桩端持力层，入土深度为51.5m，假定桩顶标高-1.0m，桩端标高-49.0m,桩长48m，采用600mm的混凝土预制桩，以C53孔预估单桩极限承载力标准值约为4809KN。

7#（26F）楼可选择第8-2层粉土夹粉砂作为桩端持力层，入土深度为51.5m，假定桩顶标高-1.0m，桩端标高-49.0m,桩长48m，采用600mm的混凝土预制桩，以C49孔预估单桩极限承载力标准值约为4750KN。

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》JGJ120-99 4.1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.基坑设计总说明图

2.基坑周边信息图

3.围护结构平面图

4.支撑平面布置图

5.大样图

6.监测点布置图

7.井点布置图