1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

建筑基坑支护设计与施工技术是一门从实践中发展起来的技术,也是一门实践性非常强的学科。它涉及土力学中典型的强度、稳定及变形问题,还涉及土与支护结构共同作用问题、基坑中的时空效应问题以及结构计算问题等。几十年来,随着国内外大量高层建筑的建造,基坑深度不断加深,规模和复杂程度不断加大,基坑支护已成为高、大建筑中的个非常大的课题,其设计与施工技术已成为广大设计、施工人员十分关注的技术热点实践的需要促进了研究工作的飞速发展,获得了大量的理论研究成果和丰富的实践经验。

目前由于深基坑的增多，支护技术发展很快，多采用钻孔灌注桩，地下连续墙，深层搅从拌水泥土墙、加筋水泥土墙和土钉墙等，计算理论相比较于从前都有很大的改进。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，桁架式边撑等。在地下连续墙用于深基坑支护的方面，还推广了”两墙合一”和逆作法施工技术，能有效的降低支护结构的费用和缩短工期。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

2.1工程概况

怀远县第二人民医院医疗康复护养综合楼位于安徽省蚌埠市怀远县禹都大道与学苑路交叉口东北角，总建筑面积98730 m²，其中地上56780 m²，地下41950m²，各拟建建筑物特征见下表

拟建建筑物特征表

建筑物名称	层数	地下室	结构型式	拟采用地基及基础形式
医疗康复护养综合楼主楼	24F	-3F	框剪结构	桩基础
医疗康复护养综合楼裙楼	5F	-3F	框架结构	桩基础
门诊医技楼	3F	-3F	框架结构	桩基础
高压氧	2F		框架结构	独立基础

受怀远县第二人民医院委托，我单位承担了本项目的岩土工程详细勘察工作。

2.2基坑周边环境

该场地位于安徽省蚌埠市怀远县禹都大道与学苑路交叉口东北角，该场地属于冲积平原地貌，微地貌单元属于淮河Ⅰ级阶地。

2.3工程、水文地质条件

2.3.1 工程地质条件

地形、地貌：

项目区域地质构造单元为中朝准地台（Ⅰ级）淮河台坳（Ⅱ级）蚌埠台拱（Ⅲ级），基底为太古界构造层，其地层组成为上太古界西堌堆组（Ar2x）片麻岩及蚌埠期混合花岗岩（Mγ12(2)）。主要构造形迹为蚌埠复背斜，自西向东分为三段，怀远～凤阳为西段，花园湖为中段，小溪集一带为东段。总之，区内褶皱发育，主要有蚌埠期、凤阳期、印支～燕山早期各期形成的复背斜、向斜，及燕山中晚期形成的十多个盆地和喜山期坳陷。

地层条件：

根据本次勘察外业钻探、原位测试及室内土工试验成果资料，拟建场地地基土构成按自上而下分层描述如下：

①层杂填土(Q₄^ml)：杂色，松散，上部为水泥地坪，下部以粉质黏土或粉土为主，夹碎砖、碎石等建筑垃圾，局部夹生活垃圾，场地内普遍分布，厚度2.00～3.60m，层底标高16.81～18.45m，层底埋深2.00～3.60m。

②层粉土（Q₄^{al pl}）：黄色，松散～稍密，湿～饱和，摇振反应迅速，震动有水析现象，干时松散，场地内普遍分布，厚度2.70～4.50m，层底标高13.11～15.00m，层底埋深5.00～7.30m。

③层粉土（Q₄^{al pl}）：灰黑色，稍密，摇振反应迅速，震动有水析现象，干时松散，场地内普遍分布，厚度6.60～9.50m，层底标高4.84～8.10m，层底埋深12.40～15.40m。

④层细砂（Q₄^{al pl}）：灰黑色，中密～密实，摇振反应迅速，震动有水析现象，局部夹薄层粉质黏土、粉土、贝壳、夹少量砾石，砾石多为角砾，粒径1～5cm不等，场地内普遍分布，厚度4.30～7.90m，层底标高-1.29～1.45m，层底埋深18.90～21.70m。

⑤层中砂（Q₄^{al pl}）：灰黑色，密实，摇振反应迅速，震动有水析现象，局部为细砂，夹薄层粉质黏土、粉土、贝壳、夹少量砾石，砾石多为角砾，粒径1～5cm不等，场地内普遍分布，厚度8.40～10.80m，层底标高-9.95～-8.35m，层底埋深28.70～30.20m。

⑥层中砂（Q₄^{al pl}）：灰黑色，很密实，摇振反应迅速，震动有水析现象，局部细砂，夹贝壳、少量砾石，砾石多为角砾，粒径1～5cm不等，场地内普遍分布，厚度9.00～11.50m，层底标高-20.80～-18.80m，层底埋深39.20～41.10m。

⑦层中砂（Q₄^{al pl}）：灰黑色，很密实，摇振反应迅速，震动有水析现象，局部粗砂，夹贝壳、较多砾石，砾石多为角砾，粒径1～5cm不等，场地内普遍分布，该层未完全钻穿，最大揭露厚度25.00m。

场地内地层厚度统计见下表

地层厚度统计表

层号	厚度（m）	层底标高（m）	层底埋深（m）	数据个数
最小值	最大值	平均值	最小值	最大值	平均值	最小值	最大值	平均值
①	2.00	3.60	2.63	16.81	18.45	17.74	2.00	3.60	2.63	44
②	2.70	4.50	3.44	13.11	15.00	14.31	5.50	7.30	6.07	44
③	6.60	9.50	7.92	4.84	8.10	6.39	12.40	15.40	13.98	44
④	4.30	7.90	6.14	-1.29	1.45	0.25	18.90	21.70	20.12	40
⑤	8.40	10.80	9.47	-9.95	-8.35	-9.22	28.70	30.20	29.59	40
⑥	9.00	11.50	10.31	-20.08	-18.80	-19.53	39.20	41.10	39.90	40
⑦	该层未完全钻穿，最大揭露厚度25.00m	40

2.3.2水文地质条件

怀远地表水以淮河为主，淮河发源于河南省桐柏山山麓，于阜南县王家坝进入安徽省境内，汇入江苏省洪泽湖，分别经京杭大运河和淮河入海水道汇入长江和黄海，全长约1000公里；其中，安徽境内干流上自洪河口、下至红山头长约432公里，流域面积66900平方公里，两侧支流众多，北部支流多而长，南部支流少而短，形成不对称羽毛状水系。由于地处中国南北气候过渡带，水位变化大，洪涝、干旱灾害易发。淮河的汛期与雨季一致，6～8月份为丰水期，11月至翌年2月为枯水期。汛期淮河水位升幅较大，常淹没两岸的低洼地区。

该工程场地内地下水类型主要为潜水，地下水很丰富，各个土层均含水，主要补给来源于地表水和大气降水，该层地下水水位受地表水径流、季节和大气降水影响很大。本次勘察期间地下水稳定水位埋深2.84～3.92m，平均3.23m；标高16.80～17.50m，平均17.14m，地下水年变化幅度约1.50m。

根据环境水文地质资料及水质分析报告、结合我单位经验，拟建场地场地土及地下水对砼有微腐蚀性，对钢筋砼结构中的钢筋有微腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。地下水位以上场地土对建筑材料有微腐蚀性。

2.3.3基坑支护设计参数

根据本次勘察野外钻探、室内试验和原位测试结合我单位在该地区勘察经验，有关基坑支护的设计参数见下表

基坑支护设计参数表

层号	土层名称	重度γ （kN/m3）	黏聚力Ck （kPa）	内摩擦角Φk （度）	渗透系数 经验值（cm/s）
②	粉土	16.6	17.7	20.0	7.76#215;10-4
③	粉土	18.4	14.6	22.1	6.97#215;10-4
④	细砂	*19.0	*0	*32.0	9.0#215;10-4
⑤	中砂	*19.1	*0	*35.0	5.0#215;10-3
⑥	中砂	*19.2	*0	*36.0	6.0#215;10-3
⑦	中砂	*19.3	*0	*37.0	8.0#215;10-3

注：基坑设计时应根据实际情况对上表中参数进行适当折减（带”*”为经验值）。

2.4 本基坑支护类型

本项目基坑安全等级为一级，应委托具有相应资质的基坑设计单位进行专项基坑支护设计。基坑周边环境较为复杂，临近有医院、学校、道路及写字楼等，建议基坑支护采用排桩加内支撑等支护方式。场地地下水丰富，若直接进行大面积长时间的降水，对周边建筑及环境影响较大，应委托基坑设计单位编制专门降排水方案。可采取截水帷幕、降水井相结合等措施对地下水进行控制，施工过程中应密切监控由于降水对周边建筑及环境产生的影响。场地内地下水丰富，当现有资料不能满足要求时，应进行专门的水文地质勘察。

基坑的支护设计、施工和降水应委托有类似经验的单位，基坑施工时应严格按设计要求和规范进行施工，同时应委托第三方监测单位对基坑及周边建筑物、环境等进行严密的监测，防止基坑失稳造成工程和人员伤亡事故。

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：

根据静力平衡，支点力按下式确定：

式中：#8212;#8212;水平荷载标准值；

#8212;#8212;水平抗力标准值；

#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；

#8212;#8212;合力作用点至设定弯矩零点的距离；

#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；

#8212;#8212;合力∑Epc作用点至设定弯矩零点的距离；

#8212;#8212;支点至基坑底面的距离；

#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和最大剪力的计算值后，按下列公式计算支点力设计值 、弯矩设计值和剪力设计值：

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。

（3）桩的配筋计算

根据计算得到的支点力设计值、弯矩设计值和剪力设计值，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：#8212;#8212;被动土压力及支点力对桩底的弯矩；

#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：#8212;#8212;侧壁重要性系数；

#8212;#8212;土的有效重度；

#8212;#8212;水的重度；

#8212;#8212;地下水位至基坑底的距离；

#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：#8212;#8212;帷幕插入不透水层的深度；

#8212;#8212;作用水头；

#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：#8212;#8212;坑外地下水位；

#8212;#8212;基坑深度。

则桩长可以按下式计算：

式中：#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

（9）降水设计

1、基坑涌水量计算

1）均质含水层潜水完整井

式中：#8212;#8212;基坑涌水量；

#8212;#8212;渗透系数；

#8212;#8212;潜水含水层厚度；

#8212;#8212;基坑水位降深；

#8212;#8212;降水影响半径；

#8212;#8212;基坑等效半径。

2）均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算

3）均质含水层承压水完整井涌水量

式中：#8212;#8212;承压含水层厚度

4）均质含水层承压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：#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：#8212;#8212;降水影响半径（m）；

#8212;#8212;基坑水位降深（m）；

#8212;#8212;渗透系数（m/d）；

#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：#8212;#8212;基坑涌水量

#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36-60 确定；

2）真空喷射井点出水量可按查表确定

3）管井的出水量（）可按下列经验公式确定：

式中：#8212;#8212;过滤器半径（m）；

#8212;#8212;过滤器进水部分长度（m）；

#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。

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：#8212;#8212;在基坑中心处或各井点中心处地下水位降深；

#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。

2.4.2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