1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

城市建设的立体化、交通高速化以及改善综合居住环境已成为现代土木工程的特征，对城市三维空间的开发是现代城市建设的一项重要内容，一方面高层建筑成为城市建筑的主要形式，另一方面城市地下空间也不断得到开发利用，诸如高层建筑的多层地下室、地下铁道和地下车站、地下停车场、地下仓库、地下街道、地下商场、地下医院、地下人防工程以及多种用途的地下民用和工业设施等在城市内不断兴建，由此产生了大量的深基坑工程。目前，我国城市基坑工程开挖深度最深者已达40 m以上，平面面积最大者已达10万平方米以上，并呈不断加深和扩大的趋势。

1.1基坑工程特点

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1工程概况

拟建场地位于靖江市靖南八队，靖江市烟草大厦西侧，江平公路南侧，交通便捷。总建筑面积约地上15500m2，地下2000m2 。拟建各建筑物工程项目见表2.1

表2.1

建筑物名称	商业用房	配套设施用房	地下室
结构形式	框架剪力墙	框 架
层数或高度 （m）	12层	3层	2层
基础型式	桩基	桩基	桩基

建筑物抗震设防类别及勘察等级见表2.2

表2.2

建筑物名称	建筑抗震 设防类别	工程重要性 等级	场地复杂 程度等级	地基复杂 程度等级	地基基础 设计等级	岩土工程 勘察等级
商业用房	丙类	二级	二级	二级	乙级	乙级
配套设施用房	丙类	三级	二级	二级	丙级	乙级
地下室	丙类	三级	二级	二级	丙级	乙级

2.2 基坑周边环境

基坑北侧为江平路，基坑边距路边距离约4.80m。

基坑东侧为烟草大厦，和居民楼，基坑边距建筑物边距离约9.00m。

基坑南侧为居民楼，基坑边距建筑物边距离约14.00m。

基坑西侧为小区道路，北侧距离近，约2.00～4.00m。南侧距离稍远，约4.00～10.00m

2.3工程、水文地质条件

2.3.1 工程地质条件

（1）地形地貌

拟建场地位于靖江市靖南八队，靖江市烟草大厦西侧，江平公路南侧。场地地形较平坦，地面标高范围：4.45～4.95m（黄海高程）。拟建场地在地貌上属长江三角洲冲(沉)积地貌单元。

（2）岩土层分布

基坑开挖影响范围内，各层地基土类别、状态、物理特征及分布情况，综述如下：

①杂填土: 场地表层以水泥地面及碎石、砖块等建筑垃圾为主，下部素填土以稍密状粉土为主，厚度为1.20～1.90m，层底标高2.89～3.64m。该层物理力学性质不均匀，不宜作为建筑物持力层。

②粉砂夹粉土：灰黄色，3.00米以下渐变为灰色，稍密，摇振反应迅速，干强度和韧性偏低。夹有软塑状粉质粘土，具层理，夹层厚度在0.20～0.40m。该土层全场地分布，揭露厚度为6.40～8.30m，平均7.46m；层底标高：-4.95～-3.06m，平均-4.09m；层底埋深：7.90～9.70m，平均8.88m。该土层属中等压缩性、中低强度土，工程性质一般。

③淤泥质粉质粘土：灰色，流塑状态，含有腐殖质，刀切面光滑有光泽，干强度和韧性中等。该土层全场地分布，揭露厚度为3.70～5.60m，平均4.38m；层底标高：-9.12～-7.78m，平均-8.47m；层底埋深：12.60～13.90m，平均13.25m。该土层属高压缩性、低强度土，工程性质差。

④粉砂：灰色～青灰色，稍密～中密，饱和；摇震反应迅速，以亚圆形石英、长石为主，含云母及贝壳碎屑，干强度和韧性低。该土层全场地分布，揭露厚度为4.10～5.30m，平均4.65m；层底标高：-13.77～-12.11m，平均-13.12m；层底埋深：16.90～18.60m，平均17.90m。该土层属中等压缩性、中等强度土，工程性质一般。

⑤粉细砂：青灰色，中密，饱和；以亚圆形石英、长石为主，含云母及贝壳碎屑，干强度和韧性低。该土层全场地分布，揭露厚度为7.60～9.10m，平8.37m；层底标高：-22.20～-20.77m，平均-21.48m；层底埋深：25.50～27.10m，平均26.27m。该土层属中低压缩性、中等强度土，工程性质较好。

⑥粉质粘土：青灰色，软塑～可塑，无摇振反应，刀切面光滑，干强度和韧性中等。该土层全场地分布，揭露厚度为3.80～5.20m，平均4.43m；层底标高：-26.27～-25.17m，平均-25.83m；层底埋深：30.00～31.10m，平均30.62m。该土层属中等偏高压缩性、中等强度土，工程性质较差。

⑦粉质粘土：青灰色～灰黄色，可塑，刀切面光滑，干强度和韧性中等。该土层全场地分布，揭露厚度:2.50～3.20m，平均2.99m；层底标高:-29.47～-28.37m，平均-28.82m；层底埋深:33.20～34.30m，平均33.61m。该土层属中等压缩性、中等强度土，工程性质一般。

⑧粉细砂：灰黄色，中密～密实；以亚圆形石英、长石为主，摇振反应迅速，刀切面粗糙，干强度低，无韧性，级配较好；夹有中砂，局部含姜结石，粒径2～5cm左右。场地普遍分布，本层未揭穿，属中低压缩性、中高强度土，工程性质好。

（3）场地地下水

拟建场地在勘察深度范围内地下水类型主要为浅部孔隙潜水及深部弱承压水。

1）浅部孔隙潜水主要赋存于①层、②层土中，补给主要为大气降水和地表径流，排泄方式主要为自然蒸发。地下水位呈季节性周期变化。

2）下部有三层弱承压水，分别赋存于④层、⑤层、⑧土层中。根据水文钻孔（位于C9孔边）水位观测，④层中承压水头标高2.10m，埋深2.70m左右。由于基坑开挖深度在4.0m左右，而④层顶面埋深在12.60～13.90m左右，故该层弱承压水对本工程基开挖有影响。

表2.3潜水初见水位情况

数据 个数	初见水位埋深（米）	初见水位标高（米）
最小值	最大值	平均值	最小值	最大值	平均值
7	1.40	1.60	1.50	3..29	3.35	3.33

（4）基坑支护设计参数

根据靖江市建筑设计研究院有限公司提供的岩土工程勘察报告（勘察编号：2010050），各土层基坑开挖和支护的有关设计参数如下表所示：

表2.4基坑支护设计参数一览表

层号	岩土名称	重度γ(g/m)	固结快剪	渗透系数(cm/s)
Ck(Kpa)
①	杂 填 土	17.5	10.0	12.0	7.00E-04	1.50E-03
②	粉砂夹粉土	17.9	6.0	28.7	7.06E-04	8.78E-04
③	淤泥质粉质粘土	17.6	13.0	10.0	6.82E-06	8.89E-06
④	粉砂	18.0	2.0	28.0

2.4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，本工程拟采用如下的支护设计方案：

采用排桩钻孔灌注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。

2.5计算步骤

（1）土压力

土压力计算采用土压力极限平衡理论的朗肯土压力理论：

水土分算（无粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

注：γ#8212;#8212;土的有效重度；

#8212;#8212;水的重度；

#8212;#8212;主动土压力系数；

#8212;#8212;被动土压力系数；

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《建筑基坑支护技术教程》JGJ120-2012 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：

注： #8212;#8212;水平荷载标准值；

#8212;#8212;水平抗力标准值；

aring; #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；

aring; #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，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h0宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定：

aring;

式中：

、#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；

#8212;#8212;第 i 土条的弧长；

#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；

#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；

#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 h0 按下式确定：

#8212;#8212;嵌固深度系数，当取 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）剪内摩擦角及粘聚力系数查表（《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 表 A.0.2）：

粘聚力系数应按下式确定：

#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时，宜取 ；多支点支护结构嵌固深度设计值小于 0.2h 时，宜取 。

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时，嵌固深度尚应满足公式：

)

式中： #8212;#8212;坑外地下水位。

（3）桩的配筋计算

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，从而进行桩的配筋计算。

（4）围梁、围檩配筋计算

（5）整体稳定性计算

（6）抗隆起、倾覆、管涌验算

1）抗隆起验算

基坑土体的开挖过程，实际是对基坑底部土体的一个卸荷过程，支护外土体因支护内土体应力的解除，向基坑内挤出，导致基坑底部土体隆起，特别是当基坑底为软土，基坑底部土体的隆起将导致基坑失稳。为确保基坑开挖施工过程的安全，在基坑支护设计计算时，尤其是在软粘土地区，如挖土深度大，可能由于挖土出卸载过多，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

当水泥土挡墙重量不够大时，由于墙后的推力作用，会绕某一点产生整体倾覆失稳。因此，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，如果地下水位较高、坑底面积很大，位于透水地基上的水工建筑物，在水位差作用下地基产生承压渗流，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（见图 2.3）。管涌稳定性验算可按下式进行计算：

式中：

g #8212;#8212;侧壁重要性系数；

g #8212;#8212;土的有效重度；

g #8212;#8212;水的重度；

h #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）止水帷幕的桩型和桩长

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。

若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；

#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：

#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：

或者

式中：

x #8212;#8212;不透水层层顶深度。

2）抗渗验算

当止水帷幕为插入不透水层时，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基坑涌水量计算

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）降水井影响半径

降水井影响半径通过经验法计算获得：

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

条状基坑宜采用单排或双排降水井，布置在基坑外缘一侧或两侧，在基坑（沟槽）端部，降水井布置外延长度应为基坑宽度的一倍至两倍，选择单排或双排应预测计算确定。面状基坑降水井，宜在基坑外缘呈封闭状布置，距边坡上口 1～2m，当面状基坑很小时可考虑单个降水井。对于长、宽度很大，降水深度不同的面状基坑，为确保基坑中心水位降低值满足设计要求或加快降水速度，可在基坑内增设降水井，并随基坑开挖而逐步撤除。

在基坑运土通道出口两侧应增设降水井，其外延长度不少于通道口宽度的一倍。采用辐射井降水时，辐射管长度和分布应能有效满足基坑范围降水需要。降水井的布置，可在地下水补给方向适当加密，排泄方向适当减少。选择降水方法应根据施工场地及影响范围内的工程与水文地质条件、基坑支护方案、设施保护要求综合考虑，经技术经济比较择优确定。施工降水应编制方案并有相应的计算，可参照《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ／T111）。有条件时，降水系统应经现场试验验证降水效果，以优化方案。

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：

型号	外管 直径 （mm） 直径 （mm）	喷射管	工作 水压力 （MPa）	工作水 流量	设计单井出 水流量	适用含水层渗透系数
喷嘴 直径 （mm)	混合室 直径 （mm）
1.5 型 并列式	38	7	14	0.6~0.8	112.8~ 163.2 .2	100.8~138.2	0.1~5.0
2.5 型 圆心式	68	7	14	0.6~0.8	110.4~ 148.8 .8	103.2~138.2	0.1~5.0
4.0 型 圆心式	100	10	20	0.6~0.8	230.4	259.2~388.8	5.0~10.0
6.0 型 圆心式	162	19	40	0.6~0.8	720	600~720	10.0~20.0

管井的出水量 q （）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。

2.6出图

（1）计算断面土压力分布图

（2）基坑周边环境信息图

（3）基坑支护结构平面图

（4）支撑平面布置图

（5）支护结构大样图（冠梁、支撑、降水、立柱等)

（6）基坑监测点布置图