1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.1 课题研究的目的和意义

随着我国经济建设的迅猛发展，各个城市的高层建筑大量涌现，目前我国高层建筑发展的趋势和特点是层数增多，高度增高，并积极参与国际高层建筑的竞争。房屋建筑、市政工程或地下建筑物在施工时需要开挖的地坑，即为基坑。为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填，并进行相应的勘察、设计、施工和监测等工作，称为基坑工程[1]。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1 张家港市燃气-蒸汽联合循环发电机组工程概况

2.1.地理位置及地形地貌

拟建场地位于张家港华宇发电有限公司 2#215;125MW 机组西侧的原张家港市发电厂厂区范围内，西临二干河，北侧为原电厂的运煤港池。受前期工程建设的影响，原始地形和微地貌均已被改观。本次勘测之前，原电厂的拆除工作已经于 2002 年 11 月拆除完毕，大部分地上构筑物和地下基础已经作了清理，但是原电厂的烟囱、主厂房和局部建（构）筑物以下的振冲碎石桩复合地基未予清除。地表又重新进行了回填整平，勘测时地形平坦，勘测范围内的地面高程一般为 2.65～3.23m（1956 年黄海高程系，以下同）。厂址区水系发育，交通便利。地貌单元属长江高河漫滩。

2.2地基土构成

根据区域地质资料、前期勘测成果和本次勘测结果，地基土主要由上部人工填土、第四系全新统冲积层和下部第四系上更新统冲、湖积层组成。地基土岩性为杂填土、淤泥质粉土、粉质粘土、粉土及粉砂。根据地基土的成因、性状及埋藏特征，可将勘探深度范围内的地基土划分为 12 个岩土体单元。现将其岩性特征自上而下叙述如下：

层①#8212;#8212;杂填土（Q 4s ）：主要由粉质粘土组成，混建筑垃圾、碎砖块等，结构较松散，密实度较差，填筑年代一般大于十五年，局部为新近堆积，分布不均匀，部分岩性接近或为素填土。

层②#8212;#8212;粉质粘土（Q al4）：黄褐色、深灰色，等级中，湿~很湿，可塑~软塑，含少量氧化铁，混少量植物根茎，见虫孔构造，层理较明显，稍有光滑，干强度及韧性中等~高。

层③#8212;#8212;淤泥质粉土（Q al4）：深灰色、褐灰色，等级重，很湿，稍密，含云母及有机质，并见有植物根茎，混贝壳碎屑，夹薄层粉砂及粉质粘土，颗粒组成中等均匀，具微层理，摇振反应迅速，干强度及韧性低。

层④#8212;#8212;粉土（Q al4）:深灰色、褐灰色，等级中～重，很湿，稍密，含云母，夹薄层粉质粘土和粉砂，颗粒组成中等均匀~均匀，具微层理，摇振反应迅速，干强度及韧性低。

层⑤#8212;#8212;淤泥质粉土（Q al4）：深灰色、褐灰色，等级重，很湿，稍密，含有机质及云母，混贝壳碎屑，颗粒组成中等均匀，具微层理，局部夹薄层软塑状粉质粘土，摇振反应迅速，干强度及韧性低。

层⑥#8212;#8212;粉土（Q al4）：灰色、青灰色，等级中~轻，很湿，稍密~中密，含云母，夹少量薄层软塑状粉质粘土，颗粒组成均匀，具微层理，岩性接近或为粉砂，摇振反应迅速，干强度及韧性低。

层⑦#8212;#8212;粉砂（Q al4）：青灰色、灰色，饱和，稍密~中密，主要成分为长石、石英、云母，顶部夹薄层粉土，颗粒组成均匀，具微层理。

层7-1#8212;#8212;粉砂（Q al4）：灰黄色、黄色，饱和，中密，主要成分为长石、石英、云母，局部夹薄层粉土，颗粒组成均匀，具微层理。

层⑧粉质粘土（Q 3al l ）：黄褐色、棕褐色，等级中，稍湿~湿，可塑~硬塑，含氧化铁，上部见虫孔构造，局部地段中下部混多量姜结石，粒径达 10~20mm，局部富集，稍有光滑，干强度及韧性高。该层局部地段性状不均匀： 4S10 号孔（21.60~25.50m）至 4S12 号孔（23.80~26.50m）一带，其性状较其余部位略差，状态为可塑，颜色呈青灰色。

层⑨粉土（Q 3al）：黄褐色，湿~很湿，等级中~重，中密为主，局部密实，含云母及氧化铁，局部夹薄层粉质粘土，底部混有少量亚圆形卵石，粒径约 50～110mm 不等，颗粒组成中等均匀，具微层理，摇振反应迅速，干强度及韧性低。

层⑩粉砂（Q 3al）：黄褐色，饱和，中密~密实，主要成分为长石、石英和云母，局部夹黄褐色薄层粉土，底部混少量的角砾和卵石，局部混铁质绣斑，颗粒组成均匀为主，局部中等均匀。

层11细砂（Q 3al）：黄褐色，饱和，密实，主要成分为长石、石英和云母，混铁质绣斑和贝壳碎屑，颗粒组成均匀。本层未揭穿。

有关各地基土层的埋藏条件详见表 3.2 、工程地质剖面图（图号：F1274S-G01-04～08）、地质柱状图（图号：F1274S-G01-09～15）和静力触探综合图（图号：F1274S-G01-16～21）。

表2.2 各图层埋藏条件一览表

层序号	图层名称	层厚（m）	层底高程（m）
①	杂填土	0.70	2.40
②	粉质粘土	2.20	0.20
③	淤泥质粘土	2.80	-2.60
④	粉土	1.60	-4.20
⑤	淤泥质粉土	2.90	-7.10
⑥	粉土	1.30	-8.40
⑦	粉砂	2.70	-11.10
⑦#8212;1	粉砂	2.80	-13.90
⑧	粉质粘土	12.90	-26.80
⑨	粉土	5.90	-32.70
10	粉砂	5.4	-38.10
11	细砂	一般大于10.00m	未揭穿

2.3 地下水类型及埋藏条件

根据区域水文地质条件和厂区地下水埋藏条件和含水层性质，地下水类型为孔隙潜水。地下水水位主要受大气降水和地表水体（西侧的二干河和北侧的运煤港池）的影响，呈季节性变化。勘测期间测得的地下水稳定水位埋深一般为 1.10～1. 50m（高程为 1.30～1.73m）。为判别厂址地下水的化学特性，在初步设计水质分析的基础上，本次勘测又在燃机基础的 4S7 号勘探孔内采取了一组地下水试样进行地下水水质分析试验，试验成果详见表 2.3。

表 2.3 地下水化学分析成果表

取 样 深 度	化 学 成 分
溶解气体	阳 离 子	阴 离 子	硬度与碱度	PH值
mg/l		mg/l	Mmol/l	%		mg/l	mmol/l	%	mg/l	#8212;
1.60m	游离CO2	0.00	K Na	147.58	6.28	98.3	HCO3-	/	/	/	总 硬 度	2.27	10.22
侵蚀性CO2	0.00	Ca2	1.82	0.09	1.4	SO42-	58.55	1.22	19.1	暂时硬度	2.27
0.00	Mg2	0.29	0.02	0.3	Cl-	71.78	2.02	31.6	永久硬度	/
						CO32	61.75	2.06	32.2	负 硬 度	154.65
						OH-	18.49	1.09	17.1	总 碱 度	157.42
		合 计	149.69	6.39	100.0	合 计	210.57	6.39	100.0	矿化度	360.26

根据本次水质分析和初步设计阶段水质分析结果：厂区的地下水受污染较轻，水质总体呈弱碱性，矿化度较低。

2.4 不良地质作用

由于场地为原张家港市发电厂厂区，原始地形和微地貌均已改观，现有场地主要为原电厂的厂房等建（构）筑物，场地范围内分布有较为复杂的道路、基础、管沟等地表与地下设施。

根据搜资和现场调查结果，本次勘测范围内在原电厂的烟囱和主厂房基础下均分布有碎石桩。以老烟囱中心为圆心、半径约 7.00m 的范围内，碎石桩桩长约为 10.60～12.00m，桩径一般为 0.95m，总桩数为 108 根。老主厂房的范围内，碎石桩桩长约为 8.00～10.60m，桩径一般为 0.95m，总桩数为 1104 根。本次勘测反映，4S10 号孔和 4S12 号孔的四周分布有碎石桩，且上部地基土（主要是处理深度范围内）与周围未经处理的地基土在强度与压缩特性上存在显著差异，性状明显好于其它地段的相应地层。

厂区上部普遍分布有两层淤泥质土（即层③和层⑤），勘测范围内层⑤的层底埋深最深达 10.80m，这两层软弱土层的物理力学性质均很差。厂区西侧的二干河及其支流（北侧的原电厂运煤港池）为通航河流，由于其流速较缓，岸边冲刷轻微，局部建有砌石护岸，河岸稳定。

除此外，本次勘测未发现其它影响建筑场地稳定的不良地质作用。

2.5 土的类型与建筑场地类别

根据区域地质资料、前期勘测资料和本次勘测结果，场地覆盖层厚度（dov）一般大于80.00m。为深入研究场地土的特性，在初步设计进行3组波速试验的基础上，本次勘测中又在4S6号孔内进行了1组单孔检层法剪切波速测试。

波速试验结果表明：在 20.00m 深度范围内，各测试孔的等效剪切波速（vse）均在 157m/s～181 m/s 之间。根据《建筑抗震设计规范》有关土的类型的划分标准，地面以下 20.00m 深度内土的类型主要为中软土。结合场地覆盖层厚度，可判定建筑场地类别为Ⅲ类。

2.6本工程拟采用的基坑支护方案、计算理论和方法

2.6.1 基坑支护方案选择

本工程基坑开挖深度为6米。

1.水泥土墙

水泥土墙依靠其本身的自重和刚度保护坑壁，是重力式支护结构的主要结构，是由水泥土桩组合而成的。水泥土墙有两种施工方法：水泥土搅拌桩和高压喷射注浆法。这两种方法的共同点是，对软土地基进行加固，使地基土满足所需的承载能力。本工程地基土层抗压缩能力高，抗剪能力强，且可塑性小，所以不适合使用水泥土墙支护。

2.土钉墙

土钉墙是采用较密集排列的土钉加固基坑侧壁土体，并在基坑侧壁上设置配筋混凝土护面等，从而形成的一种支护形式。所谓土钉是指在基坑开挖过程中，在基坑边壁上钻出的、与土壁接近垂直的深孔，然后插入钢筋并压力注入水泥浆或水泥砂浆，从而形成的与周围土体全长紧密结合的加筋注浆体。当土体不易成孔时，可将管壁上带有注浆小孔的钢管直接击入或钉入土中，然后在钢管内用压力注浆形成土钉。

土钉墙支护的缺点是防水能力比较弱。当土层中含水率较高且有渗流作用时，土体滑动力会变大，渗流会产生动水压力。另外，土体含水率高时会大大减少土体内摩擦力，抗剪强度减小，且土体和土钉之间的摩擦力会大大减小，最终使边坡失稳。本工程地基土湿度较大，所以土钉墙并不适合。

3 锚杆

土层的锚固是一种把手拉杆件埋入底层使其得以稳定的技术。岩土锚杆能充分发挥岩土能量，调用和提高岩土自身的强度和稳定性，调用和提高岩土的自身强度和自稳能力，从而大大减轻结构物自重，节约工程材料，并确定施工安全与工程稳定，具有显著地经济效益和社会效益。

然而这种支护方式和土钉墙一样，防水能力较小，所以不适合本工程。

4 　地下连续墙

地下连续墙是利用各种挖槽设备,在特制泥浆的护壁作用下,在地下挖出窄而深的沟槽,然后在沟槽内放置钢筋笼,并在其内浇筑水下混凝土而形成一道具有防渗挡土和承重功能的、连续的地下墙体。近年来,由于地下连续墙具有施工振动小、噪声低、墙体刚度大、防渗性能好、工效高、工期短等优点,被更多的大型深基坑工程采用。并且,伴随建筑技术、设备和材料的创新发展,已经由初期的临时挡土抗渗墙逐步演变为地下永久结构物的一部分。地下连续墙按沟槽形成方式可分为桩排式、槽板式和组合式,由于槽壁的稳定取决于泥浆的质量,因此,在施工作业时应根据现场地质条件,结合工程实践经验,配制适合的泥浆,并采用比重、粘度等主要性能指标对泥浆进行严格监控。适用于深基坑和软土地基。

然而地下连续墙有个缺点是成本较高，一般在的确需要（比如地铁）时或者工程较大且工期紧张时采用这种支护方式。所以不适合本工程。

5 排桩

排桩支护。排桩包括钢板桩、钢筋混凝土板桩及钻孔灌注桩、人工挖孔桩等, 其支护形式包括: ①柱列式排桩支护: 当边坡土质较好、地下水位较低时, 可利用土拱作用, 以稀疏的钻孔灌注桩或挖孔桩作为支护结构; ②连续排桩支护: 在软土中常不能形成土拱, 支护桩应连续密排, 并在桩间做树根桩或注浆防水; 也可以采用钢板桩、钢筋混凝土板桩密排。③组合式排桩支护: 在地下水位较高的软土地区, 可采用钻孔灌注桩排桩与水泥搅拌桩防渗墙组合的形式。对于开挖深度小于6 米的基坑,在无法采用重力式深层搅拌桩的情况下, 可采用600mm 密排钻孔桩, 桩后

用树根桩防护, 也可采用打入预制混凝土板桩或钢板桩, 板桩后注浆或加搅拌桩防渗, 顶部设圈梁和支撑; 对于开挖深度为6～10 米的基坑, 常采用800～1000mm 的钻孔桩, 后面加深层搅拌桩或注浆防水, 并设置2～3 道支撑; 对于开挖深度大于10 米的基坑,可采用地下连续墙加支撑的方法, 也可采用800～1000mm 大直径钻孔桩加深层搅拌桩防水, 设置多道支撑。

排桩支护成本比地下连续墙低。

综上，排桩加内支撑是最合适本工程基坑支护方案。

2.6.2 拟采用的计算理论和方法

（1）土压力计算

支护结构所承受的土压力，要精确的加以确定是有一定困难的。目前，对土压力的计算，主要采用朗肯土压力理论进行计算。

①砂性土，内聚力c=0:

主动土压力 Pa=(q γH)tg2(45ordm;-)

被动土压力 Pp=(q γH)tg2(45ordm; )

②粘性土，内聚力c≠0:

主动土压力 Pa=(q γH)tg2(45ordm;-)-2ctg(45ordm;-)

被动土压力 Pp=(q γH)tg2(45ordm; ) 2ctg(45ordm; )

（2）支撑轴力计算

单支点支撑支护结构，桩的右侧为主动土压力，左侧为被动土压力。可采用平衡法确定水平支撑轴力R。

取支护单位长度，对支撑点取矩，令∑M=0,水平方向合力∑N=0，则有：

MEa1 MEa2-MEp=0

R=Ea1 Ea2-Ep

（3）弯矩计算

由等值梁法可以求得最大弯矩Mmax值。

（4）桩的嵌固深度计算

桩的嵌固深度即为保证桩的稳定性所需的最小的入土深度，可根据静力平衡条件即水平力的平衡方程(∑H=0)和对桩底截面的力矩平衡方程(∑M=0)联解求得。

（5）止水桩长计算

基坑开挖后，地下水形成水头差h＇，使地下水由高处向低处渗流。止水桩深度应满足相应条件，以免产生管涌。止水桩桩长的最小嵌固深度可按下式计算：

t≥

（6）稳定性验算

①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：

Kq=≥1.3

②抗坑底隆起验算

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进行：

Ks=≥1.2

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：

γ＇≥Kj=Ki*γw

2.6.3 降水方案

基坑降水采用坑内管井井点降水，满足施工中地下水位保持在基坑底面下0.5～1.5m，并应在降水过程中防止渗透水流的不良作用。

2.6.4 监测方案

(1) 沿基坑周边设置水平位移监测点；

(2) 在基坑周边道路、建筑物上设置沉降监测点；

(3) 在基坑周边设置测斜管监测深层水平位移；

(4) 支撑轴力监测；

(5) 桩身应力监测。

2.7基坑设计图纸及张数

1 基坑支护结构平面图 1张

2 基坑支护结构剖面图及大样图 1张

3支撑平面布置图 1张

4支护桩平面布置图 1张

5监测点布置图 1张

6施工说明 1张