1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1. 课题研究目的和意义

随着经济的发展社会的进步，大城市的高层建筑,地下建筑,还有隧道等工程的大幅度增加，而同时为了节省土地，充分利用地下空间，深基坑工程也随之不断增加。深基坑工程是一个古老而具有划时代特点的综合性的岩土工程课题，因为它既涉及到土力学典型强度问题和变形问题，又涉及到土体与支护结构的相互作用问题。经过分析不难看出，基坑工程的发展是一种新的支护型式的出现带动新的分析方法的产生，并遵循实践，认识，再实践,再认识的规律而逐渐趋向成熟。20世纪30年代，太沙基和皮克等最先从事基坑工程的研究，60年代在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测，从70年代起，许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。我国于20世纪80年代初才开始出现大量的基坑工程。 80年代前，国内为数不多的高层建筑的地下室多为一层，基坑深不过4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。到80年代，随着高层建筑的大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。进入90年代，我国的高层建筑迅猛发展，同时各地还兴建了许多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等,导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m的比比皆是。

由于城市土地利用对提高容积率的需要，以及建筑结构和功能上的要求，地下工程已由过去的一层发展到三层、四层，开挖深度也由过去的4m左右发展到目前的十几米，如南京商茂大厦最大挖深达19m.南京帝都大厦、南京益来大厦最大挖深达16m。同样,无论是民用建筑或者是市政交通工程都在向地下或高空索取空间，如南京鼓楼隧道、龙蟠路隧道以及目前正在加紧进行钻探工作的南京市地铁工程。

拟建场地位于苏州市吴中区东吴北路 61 号，场地原为吴中人民医院的门诊大楼，东侧为东吴北路，其余各侧均有多层建筑物，周边环境较为复杂。

工程规模：新建主楼包含门急诊、病房、医技和对外办公用房等功能。地上东面为 24 层综合楼，檐口高度90.65米；南面为19层病房楼，檐口高度76.25米；西北为五层裙房,裙房屋面标高为23.55米。主楼标准层高为3.6米，二层地下室层高均为5米。各部分连成整体，不设缝，总体布局裙房呈”回”字形，主楼”L”形。本工程统设两层地下室，地下二层为人防地下室（核 6 级，常 6 级人防）。本项目总建筑面积约 81360m²。

本工程设计#177;0.000 米相当于黄海标高 3.570 米。

基坑开挖越来越深，而开挖所需投人的费用也越来越大。这就给工程界提出了新的问题和挑战，即如何总结原有的工程经验，发展新的理论依据和探索新的施工工艺，以满足这些问题的解决。基坑开挖及基础工程的费用，在整个工程成本中占有很大的比例，因此，合理地选择支护形式，采用相应的施工工艺，协调好安全、经济、可行三者之间的关系，是进行基坑支护设计的关键。

选定该课题也是为了培养自己的综合能力。根据勘查技术与工程专业的培养目标要求及本人毕业后的主要服务去向，通过毕业设计，能够使我们把所学过的专业知识综合应用于实际工程设计中，使理论与生产实践相结合提高工程设计能力，能独立进行基坑支护结构设计。通过泛海酒店基坑支护结构设计，使我们在应用现行规范、标准、技术指标与经济指标等方面得到基本训练，达到对所学专业知识进行巩固、综合掌握和灵活运用的目的，提高分析问题、解决问题的能力。

在毕业设计的过程中，使我们对基坑支护设计的全过程有了系统的了解和初步的掌握，在此过程中，我们对以前所学的知识进行了一次综合性的复习，并把零散的知识进行了一次有选择性的系统综合，从而把我们四年所学的各种知识进行了融会贯通。在做这次毕业设计的过程中我们依据实际情况并考虑各种外界因素进行理论与实际相结合的基坑支护设计，这次毕业设计课程，巩固了我们的专业知识，培养了我们的动手能力，对我们以后的学习和工作有深刻的指导意义和实际价值。

2.基坑工程研究现状及分析

改革开放以来,我国在交通、水利水电、 市政、地下工程开发和利用等基础设施领域取得了令人瞩目的成就 ,尤其是近十年来 ,更取得了突飞猛进的发展 ,其中铁路隧道、公路隧道、水利水电隧洞、市政共同沟以及城市地铁也取得了前所未有的发展，同时在设计和施工技术水平上也有了很大提高。我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下，全国工程建设亦突飞猛进，高层建筑迅猛发展，建筑高度越来越高，同时各地还兴建了许多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m的比比皆是，其埋置深度也就越来越深，对基坑工程的要求越来越高，随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程的建设，特别是近年来的工程实践，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高。我国城市地下工程、隧道及井孔工程等先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术有的已达到国际先进水平。促进了建筑科学技术的进步和施工技术、施工机械和建筑材料的更新与发展。为了保证建筑物的稳定性，建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求。随之出现的问题也越来越多，这给建筑施工、特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难。

地下工程包括市政管线工程 ,地下仓储工程 ,地下商场，地下车库，城市地下空间综合开发利用等地下建筑物以及大中型平战结合工程。随着现代化城市高密度化 ,生活水准的高标准化 ,各种供给设施(如电信、 电气、 煤气、 上下水等)的需求量将会急剧增加 ,需要改造和增设的供管线愈来愈多 ,解决这一问题的最好对策乃是进行统一规划与管理的城市地下共同沟(城市地下公用事业综合隧道) ,1994年上海浦东建成了我国第一条规模较大的张扬路共同沟。城市地下空间开发利用 ,目前较广泛的有高层建筑物地下室 ,平战结合的人防工程 ,如上海人民广场地下商场 ,哈尔滨、 长春地下商业街等。利用地下工程恒温恒湿 ,受地面干扰小,防灾抗灾能力强等的特点 ,我国修建了许多地下储库 ,如地下粮库、 油库、金库等。随着我国经济和科技的发展 ,地下工程的应用领域和应用深度将不断拓展。

国外城市地下空间开发利用起步早，大规模的开发大约经历了150多年的发展历程，经验比较成熟。国外地下空间的开发开始于建设地铁，比如说英国伦敦1863年就建成了世界上第一条地铁，开创了城市地下铁道建设的先河，美国纽约1865年建设是第一条地铁，法国的巴黎1900年建设了第一条地铁，德国的柏林1902年建设了第一条地铁，西班牙的马德里1919年建设了第一条地铁，日本的东京1927年建设了第一条地铁，目前世界上已经修建地铁投资运营的国家和地区有40多个，城市有一百多个。

国外地下空间的开发开始于第二次世界大战，第二次世界大战战前加强地下工势建设，牵引了地下空间的开发。第二次世界大战中战略轰炸已经成为战争的主要样式，巨大的平民伤亡和财产损失，使各交战国充分认识加强民防工程建设，修建地下防护设施的重要地位和作用，在遭受敌空袭时，民防和地下防护设施建设相对较好的英国平均每受弹一吨伤亡1人，在过去的战争中，军队的伤亡人数和平民的伤亡人数是20：1，而现代战争军人的伤亡人数和平民的伤亡人数是1：20，所以在战后欧洲各国在十分重视在民用建筑下面修建防空地下室，并以法律形势加以规定，瑞士作为一个中立国家，接近300年没有战争，但是瑞士所有的建筑物都修建了地下防护工程，它的地下空间的开发主要是战时的防护和防灾。 注重立体开发，充分利用地下空间的多功能性，建设四通五达的地下城，从地铁交通工程、大型建筑物向地下自然的延伸发展，到复合型地下综合体，再到地下城，形成了地下交通、地下商业、地下疏散干道、地下共同管沟建设的有机融合。同时，公共建筑也向地下发展，如公共图书馆、会议中心、展览中心、体育馆、音乐厅、大型的科研实验室等文化体育设施。国外的地下建筑的内部空间环境质量、应急系统和运营管理都达到了较高的水平。例如：美国基本上是实行道路交通的地下化，比如波士顿中央大道就是经历了城市由高架道路转入地下的过程，验证了城市道路及高架道路走进地下化的发展趋势，美国的地铁建设在世界上运营最长，纽约有443公里，车站达504个，每天有510多万人在地铁里面运行，每年将近20亿人次，真正的市中心曼哈顿地区常住人口只有10万，但白天进入该地区是300万，多数是乘坐地铁的人员。法国也是城市地下空间开发较早国家，一是对废弃的矿井进行再开发利用，改变为城市的下水道和防空设施，巴黎市早

在18世纪末就开发利用了几个世纪之前的废弃矿井，于1890年成功用于巴黎世博会中国馆和印度馆的设计，取得成功。二是大力建设地下车库。三是用于保护历史文化景观，比如卢浮宫改造，地上已经没有空间利用，就在地下扩建，成功对古典建筑进行了现代化改造。

3.支护结构中常用的挡墙结构及其适用范围

(1)钢板桩

钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，把这种钢板桩互相连接就形成钢板桩墙，被广泛应用于挡土和挡水。目前钢板桩常用的截面形式有U形、Z形和直腹板型。钢板桩由于施工简单而应用较广。但是钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制。而且钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于7m时，不宜采用。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出时对周围地基土和地表土的影响。　　

(2)钢筋混凝土板桩

这是一种传统的支护结构，截面带企口有一定挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永久保留在地基土中，过去多用于钢板桩难以拔除的地段。

(3)钻孔灌注桩排桩挡墙

常用直径为600～1000mm，做成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，设内支撑体系。我国各地都有应用，是支护结构中应用较多的一种。

灌注桩挡墙的刚度较大，抗弯能力强，变形相对较小，在土质较好的地区已有7～8m悬臂桩，在软土地区坑深不超过14m皆可用之，经济效益较好。但其永久保留在地基土中，可能为日后的地下工程施工造成障碍。由于目前施工时难以做到相切，桩之间留有100～150mm的间隙，挡水效果差，有时与深层搅拌水泥土桩挡墙组合应用，前者抗弯，后者做成防水帷幕起挡水作用。

(4)水泥土桩墙

水泥土桩墙深基坑支护的一种，指依靠其本身自重和刚度保护基坑土壁安全,一般不设支撑，特殊情况下经采取措施后可局部加设支撑。水泥土桩墙分深层搅拌水泥土桩墙和高压旋喷桩墙等类型,适用范围为：基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kPa；基坑深度不宜大于6m。

(5)地下连续墙

地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果，适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，可较好地控制软土地层的变形。在基坑深、周围环境保护要求高的工程中，多采用此技术。

但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽会有较大困难，尤其是遇到岩层需要特殊的成槽机具，施工费用较高。在施工中泥浆污染施工现场，造成场地泥泞不堪。目前采用的逆作法施工使得两墙合一，即施工时用作围护结构，同时又是地下结构的外墙。

(6)土钉墙

土钉墙是一种利用土钉加固后的原位土体来维护基坑边坡土体稳定的支护方法。它由土钉、钢丝网喷射混凝土面板和加固后的原位土体三部分组成。该种支护结构简单、经济、施工方便，是一种较有前途的基坑边坡支护技术，适用于地下水位以上或经降水后的粘性土或密实性较好的砂土地层，基坑深度一般不大于15m。除上述者外，还有用人工挖孔桩(我国南方地区应用不少)、打入预制钢筋混凝土桩等支护结构挡墙。近年来SMW法(水泥土搅拌连续墙)在我国已成功应用，有一定发展前途。北京还采用了桩墙合一的方案，即将支护桩移至地下结构墙体位置，轴线桩既承受侧向土压力又承受垂直荷载，轴线桩间增加一些挡土桩承受土压力，桩间砌墙作为地下结构外墙，收到较好的效果，目前亦得到推广。 　　

基坑工程设计多在主体工程设计结束施工图完成之后，基坑工程施工之前进行。但为了使基坑工程设计与主体工程之间协调，使基坑工程的实施能更加经济，对大型深基坑工程，应在主体结构设计阶段就着手进行，以便协调基坑工程与主体工程结构之间的关系，如地下结构用逆作法施工，则围护墙和中间支承柱(中柱桩)的布置就需与主体工程地下结构设计密切结合;如大型深基坑工程支护结构的设计，其立柱的布置、多层支撑的布置和换撑等，皆与主体结构工程桩的布置、地下结构底板和楼盖标高等密切有关。

4.基坑主要止（降）水方法、技术类型

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。

4.1 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

井点类型	土层渗透系数（cm#183;s-1）	降低水位深度（m）	适用土层种类
单级轻型井点	10-3~10-6	3~6	粉砂、砂质粉土、粘质粉土、含薄层粉砂层的粉质粘土
多级轻型井点	10-3~10-6	6~9（由井点级数确定）	粉砂、砂质粉土、粘质粉土、含薄层粉砂层的粉质粘土
喷射井点	10-3~10-6	8~20	粉砂。砂质粉土、粘质粉土、粉质粘土、含薄层粉砂层的淤泥质粉质粘土
电渗井点	≤10-6	根据阴极井点确定	淤泥质粉质粘土、淤泥质土
管井井点	≥10-4	3~5	各种砂土、砂质粉土
深井井点	≥10-4	≥5或降低深部地层承压水头	各种砂土、砂质粉土
真空深井井点	10-3~10-7	≥5	砂质粉土、粘质粉土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土

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。

4.2 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。

4.3 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。

5.基坑开挖

为了确保工程的顺利进行和周围建筑物的安全，基坑开挖时的注意事项：

（1）基坑开挖应根据支护结构设计降排水要求确定开挖方案；

（2）基坑边界周围地面应设排水沟且应避免漏水渗水进入；

（3）坑内放坡开挖时应对坡顶坡面坡脚采取降排水措施；

（4）基坑周边严禁超堆荷载；

（5）软土基坑必须分层均衡开挖层高不宜超过1m；

（6）基坑开挖过程中应采取措施防止碰撞支护结构工程桩或扰动基底原状土；

（7）发生异常情况时应立即停止挖土并应立即查清原因和采取措施方能继续挖土；

（8）开挖至坑底标高后坑底应及时满封闭并进行基础工程施工；

（9）地下结构工程施工过程中应及时进行夯实回填土施工。

6.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

7.基坑支护研究趋势

(1)基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。因此，从工期和造价的角度看两墙合一的逆作法将是今后发展的主要方向。但逆作法施工受桩承载力的限制很大，采用逆作法时不能采用一柱一桩，而是一柱多桩，增加了成本和施工难度。如何提高单桩承载力，降低沉降，减少中柱桩(中间支承柱),达到一柱一桩，使上部结构施工速度可以放开限制，从而加快进度，缩短总工期，这将成为今后的研究方向。

(2)土钉支护方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝士。

(3)目前， 在有支护的深基坑工程中，基坑开挖大多以人工挖土为主，效率不高,今后必须大力研究开发小型、灵活、专用的地下挖土机械，以提高工效，加快施工进度，减少时间效应的影响。

(4)为了减少基坑变形，通过施加预应力的方法控制变形将逐步被推广，另外采用深层搅拌或注浆技术对基坑底部或被动区土体进行加固，也将成为控制变形的有效手段被推广。

(5)为减小基坑工程带来的环境效应(如因降水引起的地面附加沉降)，或出于保护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外，- -般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。目前，有将水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中的趋势。

(6)在软土地区，为避免基坑底部隆起，造成支护结构水平位移加大和邻近建(构)筑物下沉，可采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固，即提高支护结构被动区土体的强度的方法。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.研究的主要内容

根据设计基坑的图纸情况及其使用任务和性质，确定支护方案。在此基础上，结合周围环境条件与主要技术指标的应用，进行基坑支护方案的设计与比较，确定最优支护方案，考虑一个合理可行并且在经济、施工难易、安全稳定性上都相对最优的支护方案。

设计内容包括：支护结构的设计原则；选择设计方案的依据（基坑几何尺寸、基坑支护结构将要承受的荷载及基坑场地的工程勘测地质和水文情况）；基坑支护设计方案的选择以及相关的内力计算、稳定性验算并且由上述计算为依据所设计出的支护结构的尺寸、配筋情况并验算合格。最后完成施工图设计阶段应完成的各种图、表及设计说明书。

2.基坑支护资料收集

⑴场地岩土工程勘察报告、基坑支护设计和止、降水设计参数；

⑵建筑红线、地下室边线的平面图及基础结构设计图，建筑场地及其附近的地下管线、地下埋设物的位置、深度、结构形式及埋设时间；

⑶基坑附近的地面堆载及大型车辆的动、静荷载情况；

⑷邻近已有建筑的位置、层数、高度、结构类型、完好程度、已建时间及基础类型、埋置深度、主要尺寸、基础距基坑上口周边的静距离等；

⑸基坑周边的地面排水情况，地面雨水与污水、上下水管线排入或漏入基坑的可能性；

⑹已有相似支护工程的经验性资料。

3.勘察目的

本次勘察的目的是为本工程拟建建筑物的地基基础设计、施工提供场地岩土工程勘察资料，主要提供如下内容：

(1）查明拟建场地在勘探深度范围内各土层的土性特征、分布规律及岩土工程特性，

对场地的稳定性和适宜性进行评价；

(2）提供各土层物理力学性质指标、地基承载力特征值等岩土参数；

(3）查明拟建场地内有无暗浜等不良地质现象，确定其走向分布范围、深度等；

(4）查明场地浅部地下水类型、埋藏特征及水位变化幅度，并判定地下水和土对建筑

材料有无腐蚀性；

(5）根据抗震设计的有关要求，提供拟建场地抗震基本条件，划分建筑抗震地段；判

定拟建场地地基土的类型及建筑场地类别；

(6）结合建筑物性质，对场地工程地质条件作出分析与评价，建议适宜的桩基持力层，

选择桩型、估算单桩承载力和基础沉降量；

(7)分析沉桩可能性及桩基施工对周围环境的影响，对地基与基础设计方案及施工注

意事项提出建议；

(8)提供基坑开挖、围护设计及施工所需岩土参数，建议基坑开挖围护方案，对基坑

施工监测提出建议。

4.基坑工程设计总体规划

基坑设计流程图如图2-1所示。

5.工程概况

拟建场地位于苏州市吴中区东吴北路 61 号，场地原为吴中人民医院的门诊大楼，东侧为东吴北路，其余各侧均有多层建筑物，周边环境较为复杂。

工程规模：新建主楼包含门急诊、病房、医技和对外办公用房等功能。地上东面为 24 层综合楼，檐口高度 90.65 米；南面为 19 层病房楼，檐口高度 76.25米；西北为五层裙房,裙房屋面标高为 23.55 米。主楼标准层高为 3.6 米，二层地下室层高均为 5 米。各部分连成整体，不设缝，总体布局裙房呈”回”字形，主楼”L”形。本工程统设两层地下室，地下二层为人防地下室（核 6 级，常 6 级人防）。本项目总建筑面积约 81360m2。

本工程设计#177;0.000 米相当于黄海标高 3.570 米。

6. 本基坑支护类型

根据对本工程的场地工程地质条件、基坑开挖深度、场地周边环境的综合考虑，本工程拟采用排桩加支撑的支护形式，采用搅拌桩做止水帷幕，坑内采用管井降水。

6.1 计算步骤

（1）土压力

1 支护结构外侧的主动土压力强度标准值、支护结构内侧的被动士压力强度标准值宜按下列公式计算(图 2-2) :

1) 对地下水位以上或水土合算的土层

式中： 支护结构外侧，第 层土中计算点的主动士压力强度标准(kPa) ，当lt; 0时，应 = 0；

分别为支护结构外侧、内侧计算点的土中竖向应力标准值(kPa) ，按

《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012 第3.4.5条计算；

分别为第层土的主动土压力系数、被动土压力系数;

分别为第层土的站聚力 (kPa) 、内摩擦角（#176;）；

按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012第3. 1. 14 条的规定取值；

支护结构内侧，第层土中计算点的被动土压力强度标准值（）。

2) 对于水土分算的土层

式中： 分别为支护结构外侧、内侧计算点的水压力(kPa) ；对静止地下水，按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012第3.4.4条的规定取值;当采用悬挂式截水帷幕时，应考虑地下水从帷幕底向基坑内的渗流对水压力的影响。

3）土中竖向应力标准值应按下式计算:

式中 : 分别表示支护结构外侧、内测计算点，由土的自重产生的竖向应力标准值(kPa) ;

支护结构外侧第j个附加荷载作用下计算点的土中附加竖向应力标准值 (kPa)，应根据附加荷载类型，按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012第3.4.6 条~第3.4.8条计算。

（2）桩的内力计算

因为基坑较深，所以不建议采用悬臂桩。应设置支撑甚至可以设置多道支撑，在这里先考虑单支点桩支护的计算方法，本基坑拟采用等值梁法。

桩入坑底土内可当作#8212;端弹性嵌固另一端简支的梁来研究。档墙两侧作用着分布荷载，即主动土压力与被功土压力，如图2-3a所示。在计算道程中所要求出的是桩的入土深度、支撑反力及跨中最大弯矩。

图2-3 等值梁法计算简图

单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩图如图2-3c所示，若在得出此弯矩图前已知弯矩零点位置，并于弯矩零点处将粱(即桩)断开以简支计算，则不难看出所得该段的弯矩图将同整梁计算时一样，此断梁段即称为整梁该段的等值梁。对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙其净土压力零点位置与弯矩零点位置很接近，因此可在压力零点处将板桩划开作为两个相联的简支梁来计算。这种简化计算法就称为等值梁法，其计算步骤如下

①根据基抗深度、勘察资料等，计算主动土压力与被动土压力，求出土压力零点B

的位置，按下计算B点至坑底的距离u值：

② 由等值梁AB根据平衡方程计算支撑反力R_a及B点剪力Q_B

③由等值梁BG求算桩的入土深度，取，则

由上式求得

由上式求得x后，桩的最小入土深度可由下式求得:

如桩端为一般的土质条件，应乘系数1.1～1.2，即

④由等值梁求算最大弯矩M_max值。

⑤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。

（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

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（普朗德尔极限平衡理论法）进行（图2-4）：

试中：K_b 隆起安全系数;安全等级为一级、二级、三级的支护结构，Kb分别不应小于1.8、1.6、1.4；

分别为基坑外、基坑内挡土构件底面以上土的天然重度 (kN/m3 );

对多层土，取各层土按厚度加权的平均重度;

挡土构件的嵌固深度 (m) ;

基坑深度 (m) ;

地面均布荷载 (kPa) ;

承载力系数;

分别为挡土构件底面以下土的蒙古聚力 (kPa) 、内摩擦角（#176;）

按《建筑基坑支护规程》JGJ120-2012第 3. 1. 14 条的规定取值。

当挡土构件底面以下有软弱下卧层时，坑底隆起稳定性的验算部位尚应包括软弱下卧层。软弱下卧层的隆起稳定性可按上式验算，但式中的应取软弱下卧层顶面以上土的重度(图2-4) ,l_d应以D代替。

注：D 为基坑底面至软弱下卧层顶面的士层厚度 (m)。

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#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。

（7） 地下渗流稳定性验算

坑底以下有水头高于坑底的承压水含水层，且未用截水帷幕隔断其基坑内外的水力联系时，承压水作用下的坑底突涌稳定性应符合下式规定(图2-5)：

试中： 突涌稳定安全系数；不应小于1.1；

承压水含水层顶面至坑底的土层厚度 (m) ;

承压水含水层顶面至坑底土层的天然重度 (kN/m³)；对多层土，取按土层厚度加权的平均天然重度;

承压水含水层顶面的压力水头高度 (m) ;

水的重度（kN/m³）。

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： 侧壁重要性系数；

土的有效重度（kN/m³）；

水的重度（kN/m³）；

地下水位至基坑底的距离（m）；

D 桩（墙）入土深度（m）。

（8）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1.0#215;10^-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#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 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#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。

（9）混凝土支撑和立柱桩的设计

（10）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#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

（）

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#8212;#8212;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#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按下表确定

表2 喷射井点设计出水量

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：

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 #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；

r₁r₂r₃r₄#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。

6.2 优化设计方案

一个正确的深基坑工程设计，既要保证整个支护结构在施工过程中的安全，又要控制结构和周围土体的变形，以保障周围环境的安全。在安全的前提下设计合理可以达到节约造价、方便施工、缩短工期的目的。深基坑工程的优化设计主要从以下四个方面进行：

（1）技术的可靠性、先进性以及施工工艺的可行性；

（2）经济效益；

（3）环境影响；

（4）工期。

深基坑工程的优化设计按其阶段不同，可分为三级优化：系统优化、设计计算优化和动态反演分析优化(包括信息化施工)。系统优化，也即方案优化，是指根据某一深基坑工程所要达到的目标而优选出一个最佳方案。 设计计算优化是在支护系统确定后，对具体方案的细部进行优化计算，如锚杆或支撑点的位置和层数、支护桩的桩径和桩距等优选，优化目标是使深基坑工程总体造价为最小，设计计算优化问题是有约束极小化问题，目标函数为整个支护结构的材料总价值函数，约束包括支撑位置的限定、桩顶端或坑壁坡顶最大位移的限制等等。动态反演分析优化是在相同工程及地层条件下，通过利用当前施工阶段量测到的全量或增量信息，来反求地层性态参数和初始应力状态，进而达到准确预测相继施工阶段的岩土介质和结构的力学状态响应，为施工过程的实时模拟、设计验证和修改提供可靠依据，其中包含了目前常用的信息化施工方法。

深基坑支护工程系统优化包括深基坑支护工程的概念设计、支护结构和地下水处理以及周边环境保护等方案的优选。它是整个深基坑支护工程优化设计的第一步，也是最重要的一步。基坑支护系统设计首先应着眼于概念设计，着眼于可行方案的筛选与优化深基坑支护工程的概念设计是深基坑支护工程的一种 整体设计思想，也是面向问题的方案设计方法。图2-5为深基坑工程优化设计流程图。

7.预期成果

1.计算断面土压力分布图（4个断面，两张）

2.基坑支护结构平面图一张

3.支护结构剖面图一张

4.圈梁配筋详图二张

5.钻孔灌注桩截面图一张

6.立柱大样图一张

8.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作

（1）重点：支护方案选择，基坑结构设计，降水设计

（2）难点：内力计算、稳定性验算并且由上述计算为依据设计支护结构的尺寸、配筋，正确合理使用规范；

（3）前期已开展的工作：了解和收集相关的资料，研究工程地质勘察报告；根据报告选择支护方案。

9.各阶段工作内容

5-6周 1.基坑支护设计资料收集。

7-8周 2.基坑支护方案和降水方案的选择。

9-11周 3.基坑支护设计计算书的编写。

12-13周 4.基坑支护设计书的计算机校验。

14-15周 5.基坑支护设计图件绘制。

16周 6.编写基坑支护设计报告。