1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

基坑为进行建(构)筑物地下部分的施工由地面向下开挖出的空间。基坑支护是临时结构，为地面下建筑结构的施工创造一个安全的施工环境。随着我国建筑的不断增高，深基坑支护也越来越重要，方法和技术也日趋先进和成熟。

本次毕业设计通过对所学基础理论和专业知识的巩固、充实、加深、扩大，并且结合实际工程中的具体问题提高了学生对工程设计的认识，以及综合运用所学知识和解决工程实际问题的能力。

在教师指导下，通过收集毕业设计所需资料，阅读相关文献资料，合理选择基坑支护方案，熟悉基坑支护设计内容、设计规范(规程)和设计过程，掌握设计参数的合理选用、支护结构的设计和计算，独立按时完成毕业设计任务书所规定内容和工作量，使学生在资料收集与分析、设计计算、设计报告编写、图件绘制等方面得到初步的系统训练，进一步提高学生的理论分析、工程设计、计算机应用、工程制图和外文阅读的能力，为从事本专业领域的有关工作打下较为坚实的基础。

1.1基坑支护设计的原则与依据

基坑支护的原则：是设计施工做的技术先进、经济合理，确保基坑边坡稳定，基坑周围建筑物、道路及地下设施安全。具体体现在以下几个方面：

在 ①在满足支护结构本身强度、稳定性和变形要求的同时，确保周围环境安全；

在 ②在保证安全可靠的前提下，设计方案应具有较好的技术经济和环境效益；

为 ③为基坑支护工程施工和基础工程施工提供最大限度的施工方便。^[1]

基坑支护设计的依据：

①国家及地区规范规程；

②场地岩土工程勘察报告；

③周围环境、地下管线、构筑物分布资料；

④基坑支护设计资料；

⑤工程水文地质情况；

⑥基坑深度。^[6]

1.2基坑主要支护结构类型

支护结构选型时，应综合考虑下列因素：基坑深度；土的性状及地下水条件；基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构一旦失效可能产生的后果；主体地下结构及其基础形式、基坑平面尺寸及形状；支护结构施工工艺的可行性；施工场地条件及施工季节；经济指标、环保性能和施工工期。^[1]

（1）基坑支护的主要类型有：

a.放坡开挖

放坡开挖时施工简单、经济适用的方法，在空旷地区或周围环境允许时能保证边坡稳的条件下优先选用。放坡只要求稳定，位移控制无严格要求，价钱最便宜，但回填方较大，当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施。放坡可以独立或与其他支护结构结合使用。

放坡开挖的基坑，放坡表面采取的护坡措施技术要求如下：

①护坡面层宜采用现浇钢筋混凝土。

②护坡面层宜扩展至坡顶和坡脚一定距离，坡顶可与施工道路相连，坡脚可与垫层相连。

③现浇钢筋混凝土面层厚度不宜小于50mm，面层钢筋应双向设置，钢筋直径不宜小于6mm，间距不宜大于250mm。

④插筋间距不宜大于1m，插筋的嵌固深度根据土层情况确定，插筋顶部宜锚入护坡面层。^[3]

b. 围护墙深层水泥土搅拌桩

深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济；施工中无振动、无噪声、污染少、挤土轻微，适宜在闹市区使用。但是位移、厚度相对较大，对于长度大的基坑,需采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;施工时需注意防止影响周围环境。

搅拌桩的平面布置可视地质条件和基坑围护要求，结合施工设备条件，分别选用桩式、块式、壁式、格栅式或拱式，它在深度方向可采取长短结合形式。搅拌桩是一种具有一定刚性的脆性材料所构成，其抗拉强度比抗压强度小得多，在工程中要充分利用抗压强度高的特点，”重力坝”式挡墙就是利用结构本身自重和抗压不抗拉的一种结构形式。

水泥土围护结构的计算包括墙身压应力、抗渗计算、抗滑移、抗倾覆及整体稳定验算。^[7]

c.高压旋喷桩

高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆,它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体,相互搭接形成排桩,用来挡土和止水。有施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少,并且施工机具的振动很小,噪声也较低,不会对周围建筑物带来振动影响和产生噪声等优点，施工空间较小的工程。但是施工中有大量泥浆排出,容易引起污染。对于地下水流速过大的地层,无填充物的岩溶地段永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质,由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固,均不宜采用该法。^[4]

d. 槽钢钢板桩

这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6～8m ,型号由计算确定。具有耐久性良好,二次利用率高，施工方便,工期短等优势，多用于深度≤4m的较浅基坑或沟槽。但是不能挡水和土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施；抗弯能力较弱，支护刚度小,开挖后变形较大。

e. 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩具有承载能力高、沉降小等特点。钻孔灌注桩的施工，因其所选护壁形成的不同，有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种。施工时无振动、无噪声等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小；墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于施工组织、工期短，排桩式中应用最多的一种,多用于坑深7～15m的基坑工程,适用于软粘土质和砂土地区。由于桩间缝隙易造成水土流失,特别是在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题。^[1]

f.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。刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护形式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是施工要求专业设备造价较高。^[2]

h.土钉墙

土钉墙是一种边坡稳定式的支护,其作用与被动的具备挡土作用的上述围护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广，土质不好的地区将难以应用。

与其它支护类型相比，土钉墙具有以下一些特点或优点：①能合理利用土体的自稳能力，将土体作为支护结构不可分割的部分，结构合理；②结构轻型，柔性大，有良好的抗震性和延性，破坏前有变形发展过程。防止了水土流失及雨水、地下水对边坡的冲刷侵蚀；④土钉数量众多靠群体作用，即便个别土钉有质量问题或失效对整体影响不大。有研究表明：当某条土钉失效时，其周边土钉中，上排及同排的土钉分担了较大的荷载；⑤施工所需场地小，移动灵活，支护结构基本不单独占用空间，能贴近已有建筑物开挖，这是桩、墙等支护难以做到的，故在施工场地狭小、建筑距离近、大型护坡施工设备没有足够工作面等情况下，显示出独特的优越性；⑥施工速度快。土钉墙随土方开挖施工，分层分段进行，与土方开挖基本能同步，不需养护或单独占用施工工期，故多数情况下施工速度较其它支护结构快；⑦施工设备及工艺简单，不需要复杂的技术和大型机具，施工对周围环境干扰小；⑧由于孔径小，与桩等施工方法相比，穿透卵石、漂石及填石层的能力更强一些；且施工方便灵活，开挖面形状不规则、坡面倾斜等情况下施工不受影响；⑨边开挖边支护便于信息化施工，能够根据现场监测数据及开挖暴露的地质条件及时调整土钉参数，一旦发现异常或实际地质条件与原勘察报告不符时能及时相应调整设计参数，避免出现大的事故，从而提高了工程的安全可靠性；⑩材料用量及工程量较少，工程造价较低。据国内外资料分析，土钉墙工程造价比其它类型支挡结构一般低1/3～1/5。^[8]

i. SMW工法

SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入H型钢等(多数为H型钢,亦有插入拉伸式钢板桩、钢管等),将承受荷载与防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。施工时基本无噪声,对周围环境影响小；结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用；挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕；可以配合多道支撑应用于较深的基坑；此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H型钢等受拉材料，则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景, 可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土等土层中应用。^[6]

（2）基坑支护新技术

①支护结构与主体结构相结合技术

支护结构与主体结构相结合技术是采用主体地下结构的一部分构件( 如地下室外墙、平梁板、中间支承柱和桩) 或全部构件作为基坑开挖阶段的支护结构，不设置或仅设置部分临时支护结构的一种设计和施工方法。

从构件相结合的角度而言，支护结构与主体结构相结合包括三种类型，即地下室外墙与围护墙体相结合、结构水平梁板构件与水平支撑体系相结合、结构竖向构件与支护结构竖向支承系统相结合。关于墙体相结合，除了采用地下连续墙两墙合一的方式外，工程中也开始尝试采用钻孔灌注桩兼作地下室外墙的桩墙合一做法。

按照支护结构与主体结构结合的程度进行区分，可将支护结构与主体结构相结合工程归为三大类型，即周边地下连续墙两墙合一结合坑内临时支撑系统采用顺作法施工、周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑采用逆作法施工、支护结构与主体结构全面相结合采用逆作法施工。

②超深水泥土搅拌墙技术

铣削深层搅拌技术( CSM) 是另一种创新性深层搅拌施工工法，它通过钻具底端的两组铣轮以水平轴向旋转切削搅拌土体，同时注入水泥固化剂与土体进行充分搅拌混合，形成矩形槽段改良土体。CSM 工法铣轮的切削扭矩大，可以用于较坚硬的地层如粉砂、砂层、卵砾石层等，可以切削强度 35MPa 以内的岩石或混凝土。CSM 施工深度可达 50m; 形成的水泥土墙体均匀、强度高，超过 5MPa; 垂直度控制精度高( 小于1 /400) 。天津医院及天津于家堡金融起步区 B3 车站基坑支护成功地采用了该工艺。

TRD 工法也是一种新型水泥土搅拌墙施工技术，采用链锯型切削刀具插入土中横向掘削，注入固化剂与原位土体混合搅拌，形成水泥土搅拌墙。TRD 工法可以适用于 N 值在 100 以内的软、硬质土层及 q_u≤5MPa 的软岩中施工。TRD 工法施工深度可达 60m，在墙体深度方向上可保证均匀的水泥土质量，因此强度高( 水泥土无侧限抗压强度在 0.5~2.5MPa 范围之内) 、离散性小、截水性能好。TRD 工法已在天津、南昌等多个工程中得到成功应用。^[16]

1.3基坑工程内支撑系统与锚杆系统

1.3.1內撑系统

基坑内支撑系统的设计应包含以下内容：支撑的结构型式(支撑材料的选择) ；支撑结构体系的布置 ；水平支撑的竖向设置 ；斜撑体系的竖向布置；支撑节点的构造 ；水平支撑体系的设计计算 ；竖向支撑体系的设计计算；坑内被动区加固设计计算 ；换撑设计。^[11]

常用的内支撑结构:

a.钢支撑

钢支撑自重轻、安装和拆除方便、施工速度快、可以重复利用（环保、绿色）。且安装后能立即发挥支撑作用，减少由于时间效应而增加的基坑位移是十分有效的。但是节点构造和安装相对比较复杂，施工质量和水平要求较高。适用于对撑、角撑等平面形状简单的基坑。钢支撑几乎成为地铁车站基坑工程首选的支撑体系。但由于钢支撑节点构造和安装复杂以及目前常用的钢支撑材料截面承载力较为有限等特点，以下几种情况下不适合采用钢支撑体系：

1） 基坑形状不规则，不利于钢支撑平面布置；

2） 基坑面积巨大，单个方向钢支撑长度过长，拼接节点多易积累形成较大的施工偏差，传力可靠性难以保证；

3） 由于基坑面积大且开挖深度深，钢支撑支撑刚度相对较小，不利控制基坑变形和保护周边的环境。^[12]

b.混凝土支撑

混凝土支撑刚度大，整体性好，布置灵活，适应于不同形状的基坑，而且不会因节点松动而引起基坑位移，施工质量容易得到保证，但是现场制作和养护时间较长，拆除工程量大，支撑材料不能重复利用。支撑布置形式目前常用的有正交支撑、圆环支撑或对撑、角撑结合边桁架布置形式。

1）正交支撑形式

正交对撑布置形式的支撑系统支撑刚度大、传力直接以及受力清楚，具有支撑刚度大变形小的特点，在所有平面布置形式的支撑体系中最具控制变形的能力，十分适合在敏感环境下面积较小或适中的基坑工程中应用，如邻近保护建（构）筑物、地铁车站或隧道的深基坑工程；或者当基坑工程平面形状较为不规则，采用其他平面布置形式的支撑体系有难度时，也适合采用正交支撑形式。

该布置形式的支撑系统主要缺点是支撑杆件密集、工程量大，而且出土空间比较小，不利于加快出土速度。

2）对撑、角撑结合边桁架支撑形式

对撑、角撑结合边桁架支撑体系近年来在深基坑工程中得到了广泛的使用，具有十分成熟的设计和施工经验。对撑、角撑结合边桁架支撑体系具有受力十分明确的特点，且各块支撑受力相对独立，因此该支撑布置形式无需等到支撑系统全部形成才能开挖下皮土方，可实现支撑的分块施工和土方的分块开挖的流水线施工，一定程度上可缩短支撑施工的绝对工期。而且采用对撑、角撑结合边桁架支撑布置形式，其无支撑面积大，出土空间大，而且通过在对撑及角撑局部区域设置施工栈桥，将可大大加快土方的出土速度。

3）圆环支撑形式

通过对深基坑支撑结构的受力性能分析可知, 挖土时基坑围护墙须承受四周土体压力的作用。从力学观点分析, 可以设置水平方向上的受力构件作支撑结构, 为充分利用混凝土抗压能力高的特点, 把受力支撑形式设计成圆环形结构, 支承其土压力是十分合理的。在这个基本原理指导下, 土体侧压力通过围护墙传递给围檩与边桁架腹杆，再集中传至圆环。在围护墙的垂直方向上可设置多道圆环内支撑，其圆环的直径大小、垂直方向的间距可由基坑平面尺寸、地下室层高、挖土工况与土压力值来确定。圆环支撑形式适用于超大面积的深基坑工程，以及多种平面形式的基坑，特别适用于方形、多边形。

4）钢与混凝土组合支撑形式

根据上述钢支撑和钢筋混凝土支撑的不同特点以及应用范围，在一定条件下的基坑工程可以充分利用两种材料的特性，采用钢与混凝土组合支撑形式，在确保基坑工程安全前提下，可实现较为合理的经济和工期目标。钢与混凝土组合支撑体系常用的有两种形式，一为同层支撑平面内钢和混凝土组合支撑，二为钢支撑平面与混凝土支撑平面的分层组合的形式。

5）竖向斜撑形式

当基坑工程的面积大而开挖深度一般时，如采用常规的按整个基坑平面布置的水平支撑，支撑和立柱的工程量将十分巨大，而且施工工期长，中心岛结合竖向斜撑的围护设计方案可有效的解决此难题。竖向斜撑一般采用钢管支撑，在端部穿越结构外墙段用H 型钢替代，以方便穿越结构外墙并设置止水措施。^[7]

1.3.2锚杆系统

锚杆是一种新型的受拉杆件，它的一端与结构物或挡土墙联结，另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力或挡土墙的土压力、水压力，是利用地层的锚固力维持结构物的稳定。拉锚的优点是在基坑内部施工时，开挖土方与支撑互不干扰，便于施工，施工时噪音和振动均小，锚杆可采用预应力，以控制结构的变形。

锚固方法以钻孔灌浆为主，受拉杆件有粗钢筋、高强钢丝束和钢绞线等不同类型。锚杆支护体系由挡土构筑物，腰粱及托架、锚杆三个部分所组成，以保证施工期间边坡的稳定与安全。

锚杆长度应为锚固段、自由段的长度之和，并应满足下列要求：

（1）锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算，预应力锚杆自由段长度应不小于5m，且应超过潜在滑裂面1.5m。

（2）锚杆锚固段长度应按规定进行计算，并取其中大值，同时，土层锚杆的锚固段长度不应小于4m，且不宜大于10m；岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m，且不宜大于和6.5m 或8m（对预应力锚索）；位于软质岩中的预应力锚索，可根据地区经验确定最大锚固长度。当计算锚固段长度超过上述数值时，应采取改善锚固段岩体质量、改变锚头构造或扩大锚固段直径等技术措施，提高锚固力。^[13]

1.4地下水的控制

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。^[10]

地下水控制应根据工程地质和水文地质条件、基坑周边环境要求及支护结构形式选用截水、降水、集水明排或其组合方法。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。

1.4.1截水

基坑截水方法应根据工程地质条件、水文地质条件及施工条件等，选用水泥土搅拌桩帷幕、高压旋喷或摆喷注浆帷幕、搅拌-喷射注浆帷幕、地下连续墙或咬合式排桩。支护结构采用排桩时，可采用高压喷射注浆与排桩相互咬合的组合帷幕。

对碎石土、杂填土、泥炭质土或地下水流速较大时，宜通过试验确定高压喷射注浆帷幕的适用性。^[14]

1.4.2降水

基坑降水可采用管井、真空井点、喷射井点等方法，并宜按表1的适用条件选用。

表1 各种降水方法的适用条件

方法	土类	渗透系数(m/d)	降水深度(m)
管井	粉土、砂土、碎石土	0.1~200.0	不限
真空井点	粘性土、粉土、砂土	0.5~20.0	单级井点lt;6 多级井点lt;20
喷射井点	粘性土、粉土、砂土	0.5~20.0	lt;20

基坑内的设计降水水位应低于基坑底面0.5m。当主体结构的电梯井、集水井等部位使基坑局部加深时，应按其深度考虑设计降水水位或对其另行采取局部地下水控制措施。基坑采用截水结合坑外减压降水的地下水控制方法时，尚应规定降水井水位的最大降深值。

各降水井井位应沿基坑周边以一定间距形成闭合状。当地下水流速较小时，降水井宜等间距布置；当地下水流速较大时，在地下水补给方向宜适当减小降水井间距。对宽度较小的狭长形基坑，降水井也可在基坑一侧布置。

抽水系统的使用期应满足主体结构的施工要求。当主体结构有抗浮要求时，停止降水的时间应满足主体结构施工期的抗浮要求。当基坑降水引起的地层变形对基坑周边环境产生不利影响时，宜采用回灌方法减少地层变形量。^[15]

1.4.3集水明排

对基底表面汇水、基坑周边地表汇水及降水井抽出的地下水，可采用明沟排水；对坑底以下的渗出的地下水，可采用盲沟排水；当地下室底板与支护结构间不能设置明沟时，基坑坡脚处也可采用盲沟排水；对降水井抽出的地下水，也可采用管道排水。

明沟和盲沟坡度不宜小于0.3％。采用明沟排水时，沟底应采取防渗措施。采用盲沟排出坑底渗出的地下水时，其构造、填充料及其密实度应满足主体结构的要求。

沿排水沟宜每隔30m～50m设置一口集水井；集水井的净截面尺寸应根据排水流量确定。集水井应采取防渗措施。采用盲沟时，集水井宜采用钢筋笼外填碎石滤料的构造形式。

基坑坡面渗水宜采用渗水部位插入导水管排出。导水管的间距、直径及长度应根据渗水量及渗水土层的特性确定。

采用管道排水时，排水管道的直径应根据排水量确定。排水管的坡度不宜小于0.5%。排水管道材料可选用钢管、PVC管。排水管道上宜设置清淤孔，清淤孔的间距不宜大于10m。

基坑排水与市政管网连接前应设置沉淀池。明沟、集水井、沉淀池使用时应排水畅通并应随时清理淤积物。^[1]

1.5基坑的开挖与监测

1.5.1基坑开挖

基坑开挖应符合下列规定：

a.当支护结构构件强度达到开挖阶段的设计强度时，方可向下开挖；对采用预应力锚杆的支护结构，应在施加预加力后，方可开挖下层土方；对土钉墙，应在土钉、喷射混凝土面层的养护时间大于2d后，方可开挖下层土方；

b.应按支护结构设计规定的施工顺序和开挖深度分层开挖；

c.开挖至锚杆、土钉施工作业面时，开挖面与锚杆、土钉的高差不宜大于500mm；

d.开挖时，挖土机械不得碰撞或损害锚杆、腰梁、土钉墙墙面、内支撑及其连接件等构件,不得损害已施工的基础桩；

e.当基坑采用降水时，地下水位以下的土方应在降水后开挖；

f.当开挖揭露的实际土层性状或地下水情况与设计依据的勘察资料明显不符，或出现异常现象、不明物体时，应停止挖土，在采取相应处理措施后方可继续挖土；

g.挖至坑底时，应避免扰动基底持力土层的原状结构。^[8]

1.5.2基坑监测

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。^[5]

参考文献

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[2] GB50007-2011．建筑地基基础设计规范[S]．

[3] GB50330-2013．建筑边坡工程技术规范[S]．

[4] GB50021-2001.岩土工程勘察规范[S].

[5] GB50497-2009.建筑基坑工程监测技术规范[S].

[6] 刘宗仁，刘雪燕编著，基坑工程[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.

[7] 刘建航，候学渊编著．基坑工程手册[M]．北京：国建筑工业出版社，1997．

[8] 陈国兴，樊良本等编著．基础工程学[M]．北京：中国水利水电出版社，2002．

[9] 陈汉忠，程丽萍编著.深基坑工程[M].北京：机械工业出版社，1999.

[10] 王三港,郑玲,范树山,张宏全,孟庆涛,乔伟. 深基坑内支撑及型钢支撑的受力

分析[J]. 施工技术,2015,S1.

[11] 刘帅. 岩土工程深基坑支护施工技术措施解析[J]. 居业,2015,9.

[12]白玉华编著．工程水文地质学[M]．北京：中国水利水电出版社，2002．

[13] 王建党等．深基坑土钉支护抗拔机理[J]．东北大学学报，1999,20（1）

[14] 王焕良. 水利工程基坑排水施工技术探析[J]. 建材与装饰,2015,46.

[15] 冯克义,蒋奇,李君超,杨进新. 深基坑全封闭防水技术[J]. 水利水电技

术,2015,9.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1工程概况

中星微电子产业大楼项目位于上海市浦东新区张江高科技园内，西侧为申江路、东侧为项目地块预留绿化带，南至北京大学上海微电子研究院办公楼，北至展讯豪生酒店和展讯中心商住楼。工程总建筑面积为84557平方米，其中地上部分60873平方米，地下部分23684平方米。本基坑开挖面积12200平方米，周边延长米452m，拟建工程主要建筑为3栋11层研发办公楼，拟建场地整体下设有1地下2层的地下车库，开挖深度最深13.6m。据招标文件及建筑总平面图，各拟建建筑物性质详见下表2。

表2 拟建建（构）筑物性质一览表

建筑名称	结构 类型	层数 或 高度	基础形式	有无地下室	基底荷载标准值（kPa）	容许沉降量 （mm）
A楼	框架#8212;核心筒	11层/50米	桩基	地下二层	240	150
B楼	框架#8212;核心筒	11层/50米	桩基	地下二层	240	150
C楼	框架#8212;核心筒	11层/50米	桩基	地下二层	240	150
地下车库	框架结构		桩基	地下二层	60

场地周边环境

基坑北侧围护止水桩外边线距离用地红线为3.8m～9.8m，红线外侧为小区道路，往北为展讯研发大楼，距离本次基坑围护外边线为18～25.6m。展讯研发大楼及周边楼层为10～12层小高层，桩基础。

基坑南侧围护止水桩外边线距离用地红线为0.3m～8.7m，红线外侧为小区道路，往南为北京大学上海微电子研究院，距离本次基坑围护外边线为9.7～18.1m。北京大学上海微电子研究院为12层小高层，桩基础。

基坑东侧围护止水桩外边线距离用地红线为46.3m，拟建主楼与红线之间的空地拟做绿化带，红线外侧为几幢小高层，桩基础，距离本次基坑较远。

基坑西侧围护止水桩外边线距离用地红线为4.3m，红线外侧为一空地，往北为申江路，围护止水桩外边线距离申江路边线为19.3m。靠近申江路的空地位置有一根与道路平行的原水管，管径3.6m，埋深17m，距离本次基坑围护外边线为14.2m，原水管是本次基坑的重点保护对象，确保原水管的安全。申江路下有两条管线，分别为污水管和雨水管。

表3 场地周边管线情况

序号	管线名称	管径(mm) 或根、孔数	延伸方向	与基坑围护边线距离（m）
1	原水管	3600	南－北	14.2
2	雨水管	800	南－北	43
3	污水管	300	南－北	46.8

2.2场地地质条件

上海市位于长江三角洲入海口东南前缘，上海地区内多属于软土地区，第四纪地层十分发育，除西部、西南部剥蚀丘陵有基岩隆起出露外，其余地区均有第四纪地层覆盖，厚度一般介于200～320M之间，西南较薄，为100～250M，向东北增厚至300～400M。本工程位于上海市东部地区。经勘察揭露，拟建场地在深度70.30m内地基土均属第四纪全新世（Q4）和上更新世（Q3）沉积物，主要由粘性土、粉性土和砂土组成，一般具有成层分布的特点。

本次测得勘探孔孔口标高一般在4.44～4.75m之间，勘探孔孔口标高引测于甲方提供的水准点R2，高程为4.143m（系吴淞高程），位于场地东侧。地基土按其沉积时代、成因类型差异可划分为8个主要层次。已有勘察资料，第⑤_1-2层及以上土层，以饱和软粘土为主，所能提供的单桩承载力有限，不宜作为本工程的桩基持力层。

第⑤₃层粉质粘土，层顶埋深一般为21.70～23.80m，静力触探Ps平均值为1.87MPa，土质好，当单桩承载力及变形控制能满足设计要求时，可比选该层作为本工程拟建11层研发办公楼的桩基持力层。

第⑤₄层粉质粘土，层顶埋深一般为31.40～33.50m，静力触探Ps平均值为3.18MPa，该层仅在场地内局部分布，不建议采用该层作为本工程拟建11层研发办公楼的桩基持力层。

第⑥层粉质粘土，层顶埋深一般为25.80～29.30m，静力触探Ps平均值为2.75MPa，土质较好，但由于该层埋藏深度相对较浅，且其下分布有土性较佳的第⑦₁层砂质粉土，在桩长增加不多的情况下，可以较大幅度提高单桩承载力，故不建议采用第⑥层作为本工程拟建11层研发办公楼的桩基持力层。

第⑦_1-1层砂质粉土，层顶埋深一般为29.30～33.80m，层顶有一定起伏，静力触探Ps平均值为7.51MPa，土质佳，该层稳定分布区是本工程拟建11层研发办公楼理想的桩基持力层。

第⑦_1-2层粉砂，层顶埋深一般为34.10～37.20m，层位稳定，静力触探Ps平均值为11.88MPa，土质较佳，若设计对单桩承载力要求较高，可比选该层作为本工程拟建11层研发办公楼的桩基持力层。

受古河道切割影响，可作为本工程拟建11层研发办公楼桩基持力层的部分土层层位分布不稳定，现将3幢研发楼列表分析如下

表4 桩基持力层分析一览表

建筑名称	桩基持力层	桩端入土深度	桩基持力层分析
A、B楼	⑦1-1、⑦1-2	34、38～43	1、受古河道切割影响，第⑦1-1层层位分布不稳定，局部缺失或较薄，若采用同一桩长选择⑦1层作为桩基持力层，部分桩端位于第⑤3或⑤4层中，单桩承载力有一定差异，建议适当加密勘探孔以进一步查明第⑤3、⑤4及⑦1-1层分布情况，以便桩基设计。 2、第⑦1-2层为A、B楼较理想的桩基持力层，桩型宜采用钻孔灌注桩。
C楼	⑦1、⑦2	33、38～43	1、位于正常地层地基区，第⑦1-1层层位稳定，可采用PHC管桩方案，桩端进入第⑦1-1层约3m。 2、若以第⑦1-2层为桩基持力层，桩型宜采用钻孔灌注桩。

2.3基坑设计参数

本工程拟建场地设有2层地下室，基础埋深约为10m，纯地下室区域由于地下室底板所受浮力大于地下室本身荷重，故需设置抗拔桩，抗拔桩桩端可比选砌置第⑤3层、第⑦1-1层或第⑦1-2层。

根据已有勘察资料，提供以下桩侧极限摩阻力标准值fs及桩端极限端阻力标准值fp一览表（表5）

表5 桩侧极限摩阻力标准值fs及桩端极限端阻力标准值fp一览表

层序	土名	层底埋深 (m)	Ps值（MPa）	预制桩	灌注桩	抗拔承载力系数λ
fs（kPa）	fp（kPa）	fs（kPa）	fp（kPa）
②	粉质粘土	3.30~4.00	0.87	15		15		0.7
③	淤泥质粉质粘土	8.30～9.40	0.69	6m以上15		6m以上15		0.7
6m以下30		6m以下25		0.7
④	淤泥质粘土	18.00～19.30	0.64	25		20		0.7
⑤1-1	粘土	22.80～25.40	0.95	40		30		0.7
⑤1-2	粉质粘土	25.80~28.70	1.40	50		40		0.7
⑤3	粉质粘土	29.30～37.00	1.87	55		45		0.7
⑤4	粉质粘土	35.50~37.20	3.18	80		60		0.75
⑥	粉质粘土	29.30～32.10	2.75	80		60		0.8
⑦1-1	砂质粉土	34.10～36.00	7.51	85	4700	65		0.6
⑦1-2	粉砂	44.40~46.40	11.88	100	6000	75	1700	0.6

注：上表中各土层的fs、fp除以安全系数2即为相应的特征值

2.4基坑支护类型

本工程拟建建主楼及裙房建议采用桩基础，⑦_1-2粉砂层作为桩尖持力层。本工程拟建纯二层地下车库部分建议设置抗拔桩。按场地周边环境可得出本工程基坑安全等级为二级。可采用排桩加内支撑结构进行支护，确保基坑安全。根据基坑深度及场地土质情况拟设置三道内支撑。

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：#8212;#8212;土的有效重度；#8212;#8212;水的重度

水土合算（粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

注：#8212;#8212;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， 按下式确定：

图2-1 单支点支护结构支点力计算简图 图2-2 单支点支护结构嵌固深度计算简图根

据静力平衡，支点力按下式确定：

其中：ΣEac#8212;#8212;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；

ΣEpc#8212;#8212;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；

ha1#8212;#8212;合力ΣEac 作用点至设定弯矩零点的距离；

hp1#8212;#8212;合力ΣEpc 作用点至设定弯矩零点的距离；

hT1#8212;#8212;支点至基坑底面的距离；

hc1#8212;#8212;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，嵌固深度设计值 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 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Mc 和最大剪力Vc 的计算值后，按下列公式计算支点力设计值Td、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 宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定：

其中：#8212;#8212;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；

li#8212;#8212;第i 土条的弧长；

bi#8212;#8212;第i 土条的宽度；

#8212;#8212;整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取1.3；

ωi#8212;#8212;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；

θi#8212;#8212;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 按下式确定：

式中：#8212;#8212;嵌固深度系数，当γk 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φk 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#8212;#8212;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lt;0.3h 时，宜取=0.3h；多支点支护结构嵌固深度设计值小于0.2h 时，宜取=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：hwa#8212;#8212;坑外地下水位。

（3）桩的钢筋计算

根据计算得到的支点力设计值Td、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、倾覆、管涌验算

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：Mp#8212;#8212;被动土压力及支点力对桩底的弯矩；

Ma#8212;#8212;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。管涌稳定性验算可按下式进行：

式中：γ0#8212;#8212;侧壁重要性系数；

γ#8217;#8212;#8212;土的有效重度；

γ_w#8212;#8212;水的重度；

h#8217;#8212;#8212;地下水位至基坑底的距离；

D#8212;#8212;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#8212;#8212;帷幕插入不透水层的深度；

h_w#8212;#8212;作用水头；

b#8212;#8212;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#8212;#8212;坑外地下水位；

h#8212;#8212;基坑深度。

则桩长L 可以按下式计算：

式中：x#8212;#8212;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

①混凝土：混凝土：除特别注明外均为C30；

②钢筋：HRB400 热轧钢筋；HRB335 热轧钢筋，HRB235 热轧钢筋。灌注桩保护层厚度为50mm，其它为35mm。

③水泥：采用42.5 级普通硅酸盐水泥。

（9）降水验算

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#8212;#8212;基坑涌水量；

k#8212;#8212;渗透系数；

H#8212;#8212;潜水含水层厚度；

S#8212;#8212;基坑水位降深；

R#8212;#8212;降水影响半径；

#8212;#8212;基坑等效半径。

b. 岸边降水时

(blt;0.5R)

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

(blt;0.5R)

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

(bgt;)

c. 近河基坑降水，含水层厚度很大时

(bgt;1)

(blt;1)

3) 均质含水层承压水完整井涌水量

a.当基坑远离边界时

b.当基坑位于河岸边时

(blt;0.5R)

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

5) 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#8212;#8212;分别为基坑的长、短边。

2） 不规则块状基坑等效半径

式中:A#8212;#8212;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#8212;#8212;降水影响半径（m）；

S#8212;#8212;基坑水位降深（m）；

k#8212;#8212;渗透系数（m/d）；

H#8212;#8212;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#8212;#8212;基坑涌水量

q#8212;#8212;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36~60msup3;/d 确定；

2）真空喷射井点出水量可查表确定；

3）管井的出水量q（msup3;/d）可按下列经验公式确定：

式中： #8212;#8212;过滤器半径（m）；

L#8212;#8212;过滤器进水部分长度（m）；

k#8212;#8212;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：

gt;1

单井井管进水长度，可按下列规定计算：

1）潜水完整井

式中 #8212;#8212;圆形基坑半径；

#8212;#8212;管井半径；

H#8212;#8212;潜水含水层厚度；

#8212;#8212;基坑等效半径与降水井影响半径之和；

R#8212;#8212;降水井影响半径。

2）承压完整井

式中 H'#8212;#8212;承压水位至该承压含水层底板的距离；

M#8212;#8212;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#8212;#8212;在基坑中心处或各井点中心处地下水位降深；

r1、r2、r3、r4#8212;#8212; 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。

2.5对基坑隔水、降水方案的建议

由于本工程基坑开挖深度较大，为减少或阻断周围地下水流向基坑内，以降低涌水量，防止基坑周边因降水而产生的沉降，危及周边地下管线、道路及建筑物的安全，有必要设置防渗隔水帷幕墙。。防渗隔水帷幕墙设置在围护桩排外侧，由一排或二排相互搭接的深层搅拌桩或高压旋喷桩构成。采用深层搅拌桩作为防渗隔水帷幕时，需论证在粉砂层中使用搅拌桩的防水效果。填土内含有块石及原有建筑基础等障碍物，对止水结构的施工将有一定影响，应采取适当的清障措施配合施工。

2.6施工监测

鉴于本基坑工程的重要性和复杂性，应将施工监测作为基坑设计与施工中不可缺少的重要内容，使基坑施工全过程处于受控状态以确保安全施工。本工程的基坑监测具体可严格按《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009 对二级基坑的规定要求执行。

如果本工程采用预制桩，其属于挤土桩，本工程使用的桩数量较多，桩长亦较长，挤土体积巨大，影响范围也很大，施工时除了采取控制施工顺序、沉桩速率等措施外，应密切监测围护结构、坑壁土体水平和垂直位移，周围建筑物、管线、道路等设施的位移、变形。

鉴于以上因素，本工程应事先制定周密的监控方案，确定各类监测点的数量、位置、埋设和观测方法，制定观测周期、精度要求和监控报警值。重视做好基准点设置和测定各项初始值的工作，建立信息反馈系统和应急预案等。

2.7设计成果

1、基坑支护平面布置图（2#215;A2）

2、基坑支护结构、止降水结构剖面图（1#215;A2）

3、基坑支护结构大样图、节点大样图（1#215;A2）

4、基坑开挖监测点平面布置图（1#215;A2）