1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.1基坑支护现状

改革开放后的中国，高层建筑迅速发展，各式各样的高层建筑已成为现代化大城市的标志。为满足地震及其他横向荷载作用下高层建筑的稳定要求，除岩石地基外要求高层建筑有一定的埋置深度。天然地基上的高层建筑埋深不易小于建筑物高度的1/15。因而高层建筑与深基坑往往密不可分。基坑工程所在的大城市的地下土层一般分布复杂，经常是土质软弱，地下水赋存形态及其运动形式复杂，分布变化大；除此之外由于城市化进程加快，城市规模和人口不断增加，大城市用地紧张，使得基坑开挖与支护技术复杂，成为岩土工程中具有风险和挑战性的课题。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1工程概况

襄樊市中医院病房大楼位于襄樊市长征路市人大办公大楼北面，占地面积51.80#215;35.00m²，建筑面积30000m²。

拟建大楼设计为框架剪力墙结构，地下2层，地上21层，建筑高度85.00m，设计最大单柱轴力22000KN/根，一般单柱轴力13000KN/根，地下室埋藏深度4.50m，基坑开挖深度约10.00m。拟建大楼基础类型拟采用桩基础，设计地面整平标高#177;0.00高程为66.30m。

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）及《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-90），拟建高层建筑物工程重要性等级为一级工程，场地复杂程度等级为二级场地（中等复杂场地），地基复杂程度等级为二级地基（中等复杂地基）。

2.1.1地质条件

据区域地质构造资料，襄樊市区位于南（阳）襄（阳）白垩#8212;第三系盆地南缘，市区内无全新活动断裂，整个地势自西北向东南倾斜。第四系冲积层厚度40～80m，下伏地层为白垩#8212;第三系砂岩、砂砾岩或泥晶灰岩，属非可溶岩。

拟建场地位于襄樊市长征路市人大办公大楼北面，场地原始地貌为汉江一级阶地，场地较平坦，地面标高66.11～68.41m，相对高差小于0.30m。

本次勘察深度范围内场区地层从上至下的构成及其特征列表描述如下：

场区地层的构成及特征表

地层编号	岩土名称	层顶埋深(m)	层厚(m)	状态	湿度	压缩性
①	素填土	0.0	2.6～3.5	可塑～软塑	湿	高
②-1	粉土	2.6～3.5	2.9～3.9	软塑～流塑	饱和	高
②-2	粉质粘土	6.2～6.8	3.0～4.4	软塑～流塑	湿	高
③	细砂	9.5～10.9	1.0～2.3	松散～稍密	饱和	中
④-1	砾砂	11.5～12.0	3.1～6.4	稍密	饱和	低
④-2	圆砾	16.6～18.2	2.6～4.0	稍密	饱和	低
④-3	卵石	20.6～21.8	未揭穿	稍密～中密	饱和	低

因此，场区浅部无良好的天然地基持力层，不宜采用天然地基上的浅基础。

2.1.2场区地层的物理力学性质

场区各地层的主要物理力学性质指标的分层统计结果详见下表

地层 编号	岩土 名称	试样 统计值	含水量	天然容重	孔隙比	液性 指数	液限	塑限	塑性 指数	抗 剪
粘聚力	内摩擦角
W	ρ0	（e）	I L	WL	Wp	I P	C	φ
%	g/cm3			%	%		kPa	度
①	素填土	平均值	33.6	1.93	0.94	0.88	36.7	23.5	12.3	6.3	9.3
②-1	粉土	平均值	28.4	1.95	0.784	0.944	28.9	20.0	8.9	8.5	13.9
最大值	30.6	2.02	0.877	1.169	31.2	24.6	9.8	12	15.5
最小值	26.6	1.86	0.71	0.768	27.7	18.2	6.6	5	7.5
②-2	粉质 粘土	平均值	30.9	1.93	0.85	0.954	28.6	19.4	9.1	8.6	13.7
最大值	34.2	2.01	0.91	1.169	29.4	20.9	9.8	12.0	15.0
最小值	27.5	1.86	0.73	0.768	27.7	18.2	8.3	5.0	7.5

根据本次勘察试验结果综合确定的场区地基各岩土层的承载力特征值和压缩模量（变形模量）列于下表

基土承载力特征值（fak）及压缩模量（Es）、变形模量（E₀）综合成果表

说明：1、土样在运输、开启的过程中难免会扰动，土工试验中出现个别异常值在所难免，在统计中进行了合理的剔除；

2、②-1粉土、②-2有机质粉质粘土的承载力主要依据土工试验、静力触探试验、以及标准贯入试验综合评价；

3、③细砂承载力主要依据静力触探试验以及标准贯入试验综合评价；

4、④-1砾砂、④-2圆砾及④-3卵石承载力主要依据动力触探试验确定，由于局部含有大漂石动探数据偏大，在统计中进行了合理的剔除。

2.1.3场区地下水条件

拟建场区位于汉江左岸一级阶地，场地地下水主要为填土层中来自地表生活用水及大气降水的上层滞水和砂、砾、卵石层中的孔隙承压水。

根据襄樊市水文地质资料，地下水水位变幅一般约为2.15m，水位比较高的时间一般为6月至11月份。场区上部②-1粉土、②-2粉质粘土，根据邻近场区的经验数据其渗透系数在10-5～10-4cm/s之间，渗透性能属弱透水至微透水，为相对隔水层。

2.2支护结构设计

2.2.1支护结构选型

由勘察报告给出的数据，基坑开挖深度10m左右，地下水位埋置较浅，因此拟定采用水泥土搅拌桩进行竖向支挡，内支撑采用有立柱的两道钢筋混凝土支撑。

2.2.2土压力计算

根据基坑周边环境及安全等级确定基坑安全等级，取岩土工程勘察报告中的c、φ值，进行土压力计算。土压力计算采用朗肯土压力理论：坑外迎土面的土压力取主动土压力，开挖面深度以下的土压力按矩形分布考虑，坑内开挖面以下背土面的土压力取为被动土压力，土压力系数为：

主动土压力系数：

被动土压力系数：

由于地下水位埋深较浅，因此采用水土合算进行土压力计算

主动土压力可根据《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-2012)式，得：

被动土压力可根据《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-2012)式，得：

式中：──支护结构外侧，第i层土中计算点的主动土压力强度标准值(kPa)；

当＜0时，应取＝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)；

、──分别为第i层土的主动土压力系数、被动土压力系数；

──支护结构内侧，第i层土中计算点的被动土压力强度标准值(kPa)。

、──分别为第i层土的粘聚力（kPa）、内摩擦角（#176;）

2.2.3嵌固深度

式中：K_e#8212;#8212;嵌固稳定安全系数；安全等级为一级、二级、三级的悬臂式支档结构，K_e分别不应小于1.25、1.2、1.15；

#8212;#8212;分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力标准值（kN）；

、#8212;#8212;分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力作用点至挡土构件底端的距离（m）。

对于多层支点支护结构，只要支点具有足够的刚度且土体整体稳定性能满足要求，结构不需要嵌固深度也可平衡，因此多层支点支护结构的嵌固深度设计值按下式确定。该方法未考虑锚杆或支撑对土体稳定性的作用，故计算是偏于安全的。

对于上式，当验算结果不能满足整体稳定要求时，可采用以下两种方法：一是增加支护结构的嵌固深度和墙体厚度，二是改变支护结构类型，如采取加内支撑的方式。

2.2.4桩内力计算

桩内力计算的合理模型应是考虑支护结构#8212;土#8212;支点三者共同作用的空间分析。我们拟用静力平衡条件计算支点力、截面弯矩和剪力。

按材料力学原理，结构截面最大剪力应满足弯矩为零，最大弯矩满足剪力为零，由此计算截面最大弯矩M_c和最大剪力V_c，从而进行结构设计。

结构上某截面满足以下条件：

则该截面上的剪力为最大剪力，其值为：

同样假设结构上某截面满足以下条件：

则该截面上的最大弯矩即为最大弯矩，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。

或

式中：#8212;截面抵抗矩系数；

#8212;截面内力臂系数。

2.2.5支撑体系内力计算

支撑体系包括钢筋混凝土支撑、冠梁和腰梁以及立柱等。

支撑通过冠梁或腰梁对排桩施加支点力，而支点力的大小与排桩及土体刚度、支撑体系布置形式、结构尺寸有关。因此，在一般情况下，应考虑支撑体系在平面上各点的不同变形与排桩的协同作用考虑。

（1）支撑。支撑内力的计算包括竖向荷载作用产生的内力和水平荷载作用下的内力。竖向荷载设计值应包括构件自重及施工荷载，构件的弯矩、剪力可按多跨连续梁计算，计算跨度取相邻立柱中心距；水平荷载可沿腰梁、冠梁长度方向分段简化成均布荷载，水平荷载设计值应按支点水平力设计值确定，对支撑构件轴向力可近似取水平荷载设计值乘以支撑点中心距。

（2）冠梁和腰梁。冠梁通常作为连系梁，其主要目的是协调桩顶变形，其设计按构造要求。当腰梁与桩间基坑侧壁土体紧密接触时，作为受力构件，其内力可按多跨梁按弹性地基梁计算，计算跨度取相邻支撑点中心距；当腰梁与桩间基坑侧壁土体脱离时，设置的目的是协调支护结构某水平面上的变形，此时可按构造要求设计。

（3）立柱。立柱内力宜根据支撑条件按空间框架计算，也可按轴心受压构件计算轴向力设计值可按下列经验公式确定：

式中：#8212;水平支撑及柱自重产生的轴力设计值；

#8212;第i层交汇于本立柱的最大支撑轴力设计值；

#8212;支撑层数

在进行截面承载力计算时，各层水平支撑之间的立柱受压计算长度可按各层水平支撑间距计算；最下层水平支撑下的立柱受压计算长度可按底层高度加5倍立柱直径或边长。立柱基础应满足抗压抗拔的要求，并考虑基坑回弹的影响。

2.3基坑突涌验算

基坑开挖深度6.0m、基坑水文工程地质条件及周边环境条件为较复杂，设基坑开挖深度为H，基坑与周边建筑距离为a，则基坑周边环境条件为a＜H或H≤a＜2H，按湖北省地方标准《深基坑工程技术规定》（DB42/159-1998）表1划分，该基坑工程重要性等级为二级。

拟建建筑设一层地下室，基坑深度6.0m，基坑底位于粉质粘土层②-2中。场地上部粉土层②-1、粉质粘土层②-2渗透系数在10-5～10-4cm/s之间，渗透性能为弱透水性，可视为相对隔水层，下部砂、砾、卵石层③、④-1、④-2、④-3为含水层，具承压性。由抽水试验可知，场地承压水水位为63.20m，取最不利状况K1钻孔为例，根据《岩土工程勘察工作规程》（DB42/169-2003）5.6.8公式进行基坑坑底突涌的临界判别验算。计算公式如下：

式中：H#8212;坑底至承压含水层顶面的厚度（m），基坑开挖深度取6.0m，H取3.60m；

#8212;水的重度（KN/m3），取10KN/ m³；

r#8212;坑底至承压含水层顶面土的重度（KN/m³），取19.3KN/m³；

h#8212;承压水位高于含水层顶面的高度（m），勘察期间承压水稳定地下水位63.20m，根据襄樊地区地下水长期观测资料，地下水位变幅为2.15m，地下水最高水位为65.35m，按勘察期间地下水位，h为6.50m，按最高水位h为8.65m；

#8212;坑底突涌抗力分项系数，取1.20。

按勘察期间水位计算=4.04m＞H=3.60m，故可判定一般情况下基坑开挖后坑底会产生突涌，因此基坑开挖应进行降排水措施。根据场地抽水试验，砂卵石层的渗透系数为20.02m/d。

2.4基坑涌水量计算

本场地上层滞水赋存于素填土层中，无统一自由水面，其水位变化较大，水量随大气降水及地表排水强度波动。根据本工程基坑规模较大，施工周期较长的特点，为确保安全，建议设置水泥土搅拌桩竖向止水帷幕对浅层水进行阻隔，并辅以加宽坡面散水，侧壁设置排水孔，坑底设置集水坑及排水沟予以抽排。基坑开挖会产生基坑突涌，所以应进行基坑降排水措施。

由项目勘察报告可知砂、砾、卵石层孔隙承压水赋存于砂、砾、卵石层中，含水层顶板埋藏深度一般9.5～10.9m，高程56.70～55.25m，底板埋藏深度大于50m。而勘察期间地下水混合水位埋深2.10～2.25m，水位高程63.90～64.23m；抽水试验孔中测得场地承压水稳定水位埋深3.1m（2008.7.11），相当于标高63.30m，承压水头7.30m。

承压完整井的地下水位降深可按下式计算：

式中：#8212;基坑内任一点的地下水位降深（m）；基坑内各点中最小的地下水位降深可取各个相邻降水井连线上地下水位降深的最小值，当各降水井的间距和降深相同时，可取任一相邻降水井连线中点的地下水位降深；

#8212;按干扰井群计算的第i口降水井的单井流量（m³/d）；

#8212;含水层的渗透系数（m/d）；

R#8212;影响半径（m），应按现场抽水试验确定；

#8212;第j口井中心至地下水位降深计算点的距离（m）；当时，应取；

n#8212;降水井数量；

M#8212;承压水含水层厚度。

2.5基坑施工应注意的问题

（1）基坑施工时应避开汉江主汛期，基坑开挖及使用中应进行施工监测，实施动态设计和信息化施工。

（2）基坑开挖过程中及开挖后基坑四周5m范围内严禁集中堆置建筑材料和土方。

（3）基坑开挖监测内容包括支护结构的内力和变形，地下水位变化及周边建（构）筑物、地下管线、市政设施的沉降和位移等，在施工及使用期间进行变形观测。

（4）基坑向坑内方向水平位移过大时（超过坑深的0.005倍），应停止开挖施工。观测位移变形速率，分析位移变形过大的原因，如有必要再进行设计验算并补强，现场可采取砂包或其它材料加固坡脚，亦即加固被动区土体以提高被动土压力。

（5）现场要配置一定数量的抢险器材。

（6）土方开挖一定要与基坑支护及地表水、地下水治理等严密配合，协调施工；同时还应根据环境监测所反馈的信息及时调整挖土顺序、挖土速度；土方开挖施工时应分层分段开挖。做好基坑四周地表水的排泄和下水道的疏导，防止雨水等地面水渗入，对坑壁的冲刷、浸润。在基坑底还应设置集水坑或集水井及时用泵疏排坑底积水。