深基坑课程设计

基坑支护工程设计说
明书
（1）工程概况
珍珠泉大厦位于济南市珍珠泉南侧，主楼为14层，高度为46m;裙楼为6层，均采用框架结构，建筑面积360002
m。

主楼地下2层，裙楼地下1层，筏板基础。

基坑最大开挖深度为9m。

该工程南侧距泉城路12m，西侧紧邻某5层住宅楼，基坑距建筑物外墙最远处为19m，最近处为14m;距建筑物外侧围墙最远处为12m，且该住宅楼北侧有一平房距基坑仅为8m(图1)。

基坑开挖深度为9m。

图1.1 基坑平面布置图
（2）周边环境状况说明
南侧距泉城路12m，西侧紧邻某5层住宅楼，基坑距建筑物外墙最远处为19m，最近处为14m;距建筑物外侧围墙最远处为12m，且该住宅楼北侧有一平房距基坑仅为8m，基坑安全等级按二级考虑，基坑周围地表均布荷载按25kPa考虑。

（3）设计依据说明
（1）《珍珠泉大厦岩土工程勘察报告》
（2）《珍珠泉大厦施工图设计》
（3）《济南市珍珠泉地区建筑深基坑支护技术规范》
（4）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
（5）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2012）
（6）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
（7）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2012）
（8）《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）
（4）工程地质及水文地质条件分析
1 工程地质
该场地地层自上而下依次为:①杂填土:成分为粉质粘土、灰渣及碎砖、瓦片等，结构松散;②淤泥质粉质粘土:灰黑色，软塑~流塑，饱和;③粘土:棕红~褐色，可塑~硬塑，含少量姜石;④残积土:灰绿色，可塑~硬塑，中密，很湿，为闪长岩风化。

2 土层物理性质指标
表1.1 土层主要物理力学指标
3 地下水
地下水位高:地下水位距天然地坪仅为 1. 4m，且基坑要经过整个雨季后才能回填。

（5）设计思路及方案比选说明
基坑围护结构型式有很多种，其适用范围也各不相同，根据上述设计原则，结合本基坑工程实际情况有以下几种可以采取的支护型式：
（1）悬臂式围护结构
悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构安全。

悬臂结构所受土压力分布是开挖深度的一次函数，其剪力是深度的二次函数，弯矩是深度的三次函数，水平位移是深度的五次函数。

悬臂式结构对开挖深度很敏感，容易产生较大变形，对相临的建筑物产生不良的影响。

悬臂式围护结构适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。

（2）水泥土重力式围护结构
水泥土与其包围的天然土形成重力式挡墙支挡周围土体，保持基坑边坡稳定，深层搅拌水泥土桩重力式围护结构，常用于软粘土地区开挖深度约在6.0m以内
的基坑工程，水泥土的抗拉强度低，水泥土重力式围护结构适用于较浅的基坑工程。

（3）拉锚式围护结构
拉锚式围护结构由围护结构体系和锚固体系两部分组成，围护结构体系常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙两种。

锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。

地面拉锚式需要有足够的场地设置锚桩，或其他锚固物；锚杆式需要地基土能提供锚杆较大的锚固力。

锚杆式适用于砂土地基，或粘土地基。

由于软粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力，所以很少使用。

（4）土钉墙围护结构
土钉墙围护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉，形成加筋土重力式挡墙，起到挡土作用。

土钉墙围护适用于地下水位以上或者人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土、卵石土等；不适用于淤泥质及未经降水处理地下水以下的土层地基中基坑围护。

土钉墙围护基坑深度一般不超过18m，使用期限不超过18月。

（5）内撑式围护结构
内撑式围护由围护体系和内撑体系两部分组成，围护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙和地下连续墙型式。

内撑体系可采用水平支撑和斜支撑。

当基坑开挖平面面积很大而开挖深度不太大时，宜采用单层支撑。

内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管（或型钢）支撑两种。

内撑式围护结构适用范围广，可适用于各种土层和基坑深度。

经过多个方案的比较分析，本基坑充分考虑到周边地层条件，选择技术上可行,经济上合理,并且具有整体性好、水平位移小,同时便于基坑开挖及后续施工的可靠支护措施。

经分析采用单排钻孔灌注桩作为围护体系，关于支撑体系，如果采用内支撑的话，则工程量太大，极不经济，同时，如果支撑拆除考虑在内的话，工期过长，且拆除过程中难以保持原力系的平衡。

根据场地的工程地质和水文地质条件，最后决定采用深层搅拌桩作为帷幕隔水．基坑支护结构的类型应根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质条件与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件综合考虑。

桩锚支护课用于不同深度的基坑边坡，支护体系不占用基坑边坡范围内的空间。

考虑到本工程周边场地较为广阔，土质也较好，土层锚杆抗拔力
较大，具有应有土层锚杆的条件，采用桩锚支护。

（6）支护结构设计计算过程；
a.支护结构受力计算（采用等值梁法逐层计算，包括锚固力、桩的嵌固深度、桩长、最大弯矩值及其作用点位置）；
按照超载作用下水土压力计算的方法，根据朗肯土压力计算理论计算土的侧向压力，计算时不考虑支护桩与土体的摩擦作用。

地下水以上的土体不考虑水的作用， 地下水以下的土层根据土层的性质差异需考虑地下水的作用。

土层水平荷载计算依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-2012 主动土压力计算
1）对于地下水位以上或水土合算的土层
i a,i a,ak 2K c K p i ak -=σ （3.4.2-1）
)2
45(tan 2,i
i a K ϕ-
︒= (3.4.2-2)
i p i p pk pk K c K p ,i ,2+=σ （3.4.2-3）
)2
45(tan 2,i
i p ϕ+
︒=K (3.4.2-4)
式中： p ak ──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 p ak <0时，应取p ak ＝0；
σak 、σpk ──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)，按本规程第3.4.5条的规定计算；
K a ，i 、K p ，i ──分别为第i 层土的主动土压力系数、被动土压力系数；
c i 、ϕi ──第i 层土的粘聚力(kPa)、内摩擦角(°)；按本规程第3.1.14
条的规定取值；
p pk ──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)。

主动及被动土压力系数表
注：此设计的土层厚度由工程地质剖面图得到
（1） 人工填土层（6m ）
87.0,76.0,8,12,/181101121=====a a a K K KP C m KN ϕγ
基坑外侧竖向应力标准值：
201/25m KN q ok rk k a
==+='σσσ 21111101/13361825m KN h h q k a
ok rk k a =⨯+=+'=+=+=γσγσσσ水平荷载标准值：
211101/88.187.012276.0252m KN K C K e a a k a k a
-=⨯⨯-⨯=-='σ k a
e 1'计算结果小于0，取k a e 1'=0 211111/2.8087.012276.01332m KN K C K e a a k a k a =⨯⨯-⨯=-=σ
水平合力：
m KN h e e E k a k a a /6.2406)2.800(2
1
)(211111=⨯+=⨯+'=
水平荷载作用点离该土层底端的距离：
m 23
1
1==
h Z
（2） 淤泥质粉质粘土土层（1m ）
85.0,72.0,5.9,7,/4.172202222=====a a a K K KP C m KN ϕγ
基坑外侧竖向应力标准值：
212/133m KN k a k a
=='σσ2
0102/4.15014.17133m KN q k a k rk k a =⨯+=+=+=σσσσ
水平荷载标准值：
222222/86.8385.07272.01332m KN K C K e a a k a k a
=⨯⨯-⨯=-'='σ
222222/39.9685.07272.04.1502m KN K C K e a a k a k a =⨯⨯-⨯=-=σ
水平荷载：
m KN h e e E k a k a a /13.901)39.9686.83(2
1
)(212212=⨯+=⨯+'=
水平荷载作用点离该土层底端的距离：
m e e e e h Z k a k a k a k a 49.039
.9686.8339
.9686.832.312.3222222=++⨯=+'+'=
(3)粘土层(3m)
粘土层(3m)分成两部分（开挖面以上2m 和开挖面下1m ）
1)按照规范：基坑开挖位于地下水位
对于粉土及粘土：ai ik ai ajk ajk K C K e 2-=σ
q rk ajk σσσ+=
j mj rk Z γσ=
mj γ深度j Z 以上土的加权平均天然重度；
求得2/1.18m KN mj =γ M KN ajk /9.187=σ 开挖面以下（１ｍ）
m KN h e e E k a k a a /96.911)96.9196.91(2
1
)(213333=⨯+=⨯+'=
开挖面以上（２ｍ）
88.0,77.0,4.7,30,/8.183303323=====a a a K K KP C m KN ϕγ
基坑外侧竖向应力标准值：
223/4.150m KN k a k a
=='σσ
2
33203/18828.184.150m KN h k a k rk k a =⨯+=+=+=γσσσσ
水平荷载标准值：
233333/008.6388.030277.04.1502m KN K C K e a a k a k a
=⨯⨯-⨯=-'='σ 233333/96.9188.030277.01882m KN K C K e a a k a k a =⨯⨯-⨯=-=σ
水平荷载：
m KN h e e E k a k a a /97.1542)96.9101.63(2
1
)(213333=⨯+=⨯+'=
水平荷载作用点离该土层底端的距离：
m e e e e h Z k a k a k a k a 94.096
.9101.6396
.9101.632.322.
3
33333
3=++⨯=+'+'=
（4）残积土层（１０ｍ）
85.0,72.0,2.9,4.21,/3.174404424=====a a a K K KP C m KN ϕγ
基坑外侧竖向应力标准值：
234/188m KN k a k a
=='σσ 24/188m KN k a =σ
水平荷载标准值：
244444/98.9885.04.21272.01882m KN K C K e a a k a k a
=⨯⨯-⨯=-'='σ 2
44444/98.9885.04.21272.01882m KN K C K e a a k a k a =⨯⨯-⨯=-=σ 水平荷载：
m KN h e e E k a k a a /8.98910)98.9898.98(2
1
)(214444=⨯+=⨯+'=
水平荷载作用点离该土层底端的距离：
m Z 54=
水平抗力计算
基坑底面以下水平抗力计算的土层为：第３层土（粘土层１m ）、第４层土（残积土层１０m ）。

计算依据和计算公式：
土层水平抗力计算依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 （1） 基坑内侧水平抗力标准值pjk e 按下列规定计算：
1）对于碎石土及砂土,基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：
w pi wp j ai ik ai ajk ajk K h z K C K e γσ)1)((2--++=
式中 pjk σ——作用于基坑底面以下深度j z 处的竖向应力标准值； pi K ——第i 层土的被动土压力系数。

2）对于粉土及粘性土，基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：
Pi ik Pi Pjk Pjk K C K e 2-=σ
（2）作用与基坑底面以下深度j z 处的竖向应力标准值ajk σ按下式计算：
j mj pjk z γσ= 式中mj γ——深度j z 以上土的加权平均天然重度。

（3）第i 层土的被动土压力系数pi K 应按下式计算
)2
45(tan 02ik
pi K ϕ+
=
（4）第i 层土的水平抗力p E 为：
h i pik pik pi s h e e E )(2
1
+'=
式中 pik e '——第i 层土土层顶部的水平抗力标准值； pik e ——第i 层土土层底部的水平抗力标准值；
i h ——第i 层土的厚度；
h s ——预应力锚索的水平间距。

各层土水平抗力计算
（1）粘土层（１ｍ）
14
.1,30.1,4.7,30,/8.18,133033233======P p K a K K k K K KP C m KN m h ϕγ
作用于基坑底面以下深度j z 处的竖向应力标准值：
2
33323/8.1818.18/0m KN h m KN k k k p K P
=⨯==='γσσ
水平抗力标准值：
233333/4.6814.13022m KN K C K e p k p k p
k p
=⨯⨯=+'='σ
233333/84.9214.130230.18.182m KN K C K e P k p k p k p =⨯⨯+⨯=+=σ
水平抗力： m KN h e e E k p p p /62.801)84.924.68(2
1
)(213333=⨯+=+'=
水平抗力离该土层底端的距离：
m e e e e h Z k P k P k P k P K
K 47.084
.924.6884
.924.682.312.3333333=++⨯=+'+'=
（2）残积土层（１０ｍ）
17
.1,38.1,2.9,4.21,/3.17,1044054244======P p K a K K k K K KP C m KN m h ϕγ作用于基坑底面以下深度j z 处的竖向应力标准值：
2443424/8.191103.178.18,/8.18m KN h m KN k k k p k p K P
=⨯+=+=='γσσσ
水平抗力标准值：
244444/02.7617.14.21238.18.182m KN K C K e p k p k p k p
=⨯⨯+⨯=+'='σ
2
44444/76.31417.14.21238.18.1912m KN K C K e P k p k p k p =⨯⨯+⨯=+=σ
水平抗力：
m KN h e e E k p p p /9.195310)76.31402.76(2
1)(214445=⨯+=+'= 水平抗力离该土层底端的距离：
m e e e e h Z k P k P k P K P K
K 98.376
.31402.7676.31402.762.3102.3444445=++⨯=+'+'= 由以上计算步骤可得K12的水平荷载、水平抗力如下图所示
支点力计算
（1）计算基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离1c h ： 基坑底面水平荷载标准值：a e =９１．９６KN/m
由 k p k a e e 11= 可得：
９１．９６=６８．４+（９２．８４-６８．４）/１⨯h c1
求得：m h c 964.01=
（2）计算支点力1c T ：
计算设定弯矩零点以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和∑Eac ： 其中，设定弯矩零点位置以上第4层土的水平荷载
m KN h e e E a
c a c a /77.1373.2)01.7179.48(2
1)(2144=⨯+=⨯+'=
其作用点离设定弯矩零点的距离：
m h c a 168.101
.7179.4801.7179.482.3193.03.24=++⨯+= E a4=71.01 ⨯0.193=13.71KN
嵌固深度验算
验算准则为：
∑∑≥-++02.1)(011a a d t c p p E h h h T E h γ，则嵌固深度设计符合基坑的受力要求。

①基坑外侧水平荷载标准值合力之和∑ai E ：
∑+++++=65432a a a a a aq a E E E E E E E
m KN /13.6743678.20351.3577.13705.8775.6927.104=++++++= 各土层水平荷载距离桩底面的距离为：
m
z h h a 412.14212.16.36.168.16111=+-=+-=m h m h m
ha m
h m h m h a a a a a 5.1,15.555.7'4879.8,
086.11,735.1265432======
∑a E 的作用点距离桩底的距离a h ：
m
E h E h E h E h a a a a a a a a 83.813
.6745.13615.578.203.....086.1105.87735.1275.69412.1427.104...662211=⨯+⨯++⨯+⨯+⨯=+++=
∑ ②基坑内侧水平抗力标准值合力之和∑pj E ：
m KN E E E E p p p p /26.211765.135023.73038.36654∑=++=++=
各土层水平荷载距离桩底面的距离为：
m z h h k k p 541.7241.05.08.78.7444=+-=+-=
按上述计算方法可得：,944.0,807.435m h m h a p ==
∑p E 的作用点距离桩底的距离p h ：
m E h E h E h E h p p p p p p p 39.226.2117944.065.1350807.423.730541.738.36665544=⨯+⨯+⨯=++=
∑
③嵌固深度验算
∑∑=-++a a d t c p p E h h h T E h 0112.1)(γ
013.67483.80.12.1)8.76(61.24926.211739.2>⨯⨯⨯-+⨯+⨯ 满足要求！
b.锚杆设计计算（包括：确定锚杆的层数、间距、倾角、计算锚杆的轴力、以及锚杆长度和端面尺寸等）。

c.桩身配筋计算；
d.冠梁、腰梁设计计算；
e.桩锚支护结构整体抗滑稳定性验算（按工况用圆弧滑动条分法进行整体稳定性验算）；
f. 桩锚支护结构抗倾覆稳定性稳定性验算；
g. 桩锚支护结构抗隆起稳定性验算；
h.抗渗流（或管涌）稳定性验算
（7）施工要求及施工说明；
（8）施工监测及其他说明。

5.2 施工图
完成施工图，要求内容包括：（1）基坑平面布置图；
（2）基坑剖面图；
（3）基坑立面图；
（4）基坑支护结构主要构件构造详图。