1、基坑工程苏州高新技术创业楼基坑支护设计 姓 名：朱 小 云学 号：04114322专 业：土木工程指导老师：侯龙清 目目 录录第一章第一章 基坑工程概述基坑工程概述第二章第二章 基坑工程设计基坑工程设计第三章第三章 基坑变形与稳定基坑变形与稳定第四章第四章 基坑施工监测基坑施工监测第五章第五章 结束尾声结束尾声第四章第三章第二章第一章第五章第一章 基坑工程概述我国基坑工程近20年 来得到迅猛发展,大量的工程实践丰富并提高了国内基坑工程领域的技术水平。随着工程的日益繁多和复杂，技术水平也在不断更新，这表现在越来越多的工程既出现成功，也有失败 。因此，了解基坑工程的同时，也强调了对周围环境的协调和
2、保护，从而更一步领会(岩土、水文)地质条件和人为经济活动相互变化和相互适应的作用规律，对我们场区的地质环境乃至大区域地质作用认识观影响颇益。 基坑工程所涉及到的内容贯穿了结构设计和岩土地质两大概念，岩土工程处在地质和工民建的交叉部位的边缘学科，似乎所有学科“穴道”都同脉血连。基坑工程设计所参考依据的内容从场地岩土工程勘察和上部结构概况都残留着她的印记。她涉及到上部结构的界定范围和下部地下室周围土体性质和水文地质条件等等。包括了支护结构设计、支撑或锚固系统设计布置、土体开挖和加固、地下水控制、工程监测和环境保护等几个方面，进而来确保施工的安全，周边的环境和生活秩序的通畅。2.1 设计流程： 收集
3、资料 了解场地地质环境 确定设计参数 画定基坑边界和设计区段 区段土质性质归类统计 设计方案比较选定 深基坑降水设计 结构设计和变形验算 基坑稳定性验算 结构矫正设计 材料表汇总 图纸设计 修改并交付使用 第二章 基坑工程设计2.2 地下水控制 工程实践表明,大大小小的基坑事故大多与地下水有关.在基坑开挖期间,一些最坏的情况都是出现在地下水位以下,它不仅使工作条件变的恶劣,而且易造成管涌、坑底隆起、流沙和坑壁的剥落、坍塌,甚至引起周围建筑物沉降、坍塌,甚至引起周围建筑物沉降、倾斜、裂缝和倒塌等.因此地下水控制在基坑工程中显的格外重要. 所以我们之所以采取降止水,其目的旨在于能够保证基坑施工的方
4、便,基坑结构功能的正常发挥以及施工期间的基坑的稳定性. 不论场地地质条件多么有利,天气因素的不确定变化都要求我们施工技术人员对基坑要采取排水措施.工程中主要采用方法的有:明沟加集水坑排水;暗道和涵洞排水,有时为了防止地表水对基坑边坡的冲刷作用,要在基坑外围采取截水、封堵和导流措施. 止水设计是通过在基坑周围设置防渗屏障来阻止水流进入开挖的基坑.有效的防止水对基坑稳定的影响.常用的屏障有:板墙,排桩墙,地下连续墙,注浆帷幕等.它起着增加渗径的作用,变相的阻止了管涌破坏. 第二章 基坑工程设计2.2.1 方案比选 本工程由于地处苏州,受京航大运河,长江，太湖以及其他各园林干流水系的影响,地下水位埋
5、深较浅;场地所处地的周边地质环境处有丰富的市政管网和一条宽约20多米已经被埋的地下暗塘,加剧了该基坑施工环境的恶劣程度.结合土层特性我们分析如下: (1)集水明排设计: 从降水范围而言,由于基坑的规模较大,长宽比约为250米:100米;加之基坑涌水量大,基坑墙后有粉土夹薄层粉沙,下卧层下第七层粉沙厚承压含水层对上部土含水量的影响,若在基坑中直接排水，将使地下水沿着基坑外坡侧顺坡渗透到基坑内，会引起边坡塌方和流沙现象，并使坑底土产生结构破坏，以及潜水位和微承压层稳定水位埋深较浅(埋深在0.65m1.15m)的缘故, 故该方案不适合本工程. 第二章 基坑工程设计2.2.1 方案比选(2)轻型井点降
6、水设计:轻型井点降水主要适用于含水层的渗透系数为0.150m/d,本次降水所取的综合渗透系数为2.8m/d,处于其适用范围之内.当降水深度在3m6m,可采用单层（一级）轻型井点，当降水深度在612m，则须采用多层（级）轻型井点降水方案，考虑到本基坑降水深度在9m，则采用多级井点才能收到预期效果，由于本基坑规模大，这样会使得工作量加大,工期拖延，且工程不经济，不适合. 第二章 基坑工程设计2.2.1 方案比选(2)轻型井点降水设计:轻型井点降水主要适用于含水层的渗透系数为0.150m/d,本次降水所取的综合渗透系数为2.8m/d,处于其适用范围之内.当降水深度在3m6m,可采用单层（一级）轻型井
7、点，当降水深度在612m，则须采用多层（级）轻型井点降水方案，考虑到本基坑降水深度在9m，则采用多级井点才能收到预期效果，由于本基坑规模大，这样会使得工作量加大,工期拖延，且工程不经济，不适合. 第二章 基坑工程设计2.2.1 方案比选(2)轻型井点降水设计:轻型井点降水主要适用于含水层的渗透系数为0.150m/d,本次降水所取的综合渗透系数为2.8m/d,处于其适用范围之内.当降水深度在3m6m,可采用单层（一级）轻型井点，当降水深度在612m，则须采用多层（级）轻型井点降水方案，考虑到本基坑降水深度在9m，则采用多级井点才能收到预期效果，由于本基坑规模大，这样会使得工作量加大,工期拖延，且
8、工程不经济，不适合. 第二章 基坑工程设计2.2.1 方案比选(3)喷射井点降水设计:喷射井点降水主要适用于含水层渗透系数为0.13m/d的粉沙，淤泥土中的基坑降水,本次降水所取的综合渗透系数为2.8m/d,处于其适用范围之内. 降水深度可达到820m，效果显著，其计算原理等同于轻型井点降水设计。故本次工程案例可采用。(4)管井井点降水设计：它适用于渗透系数大，一般K20m/d的砂卵石层，以及地下水丰富的土体基坑工程，对不案例来说，不适合。第二章 基坑工程设计第二章 基坑工程设计第二章 基坑工程设计2.2.2 布置原则 基坑降水里面的布置方法由多重因素影响：比如基坑的支护形式，降水方法，周边环
9、境对基坑的要求苛刻程度，岩土工程地质条件，水文地质条件等等相关。 坑外降水的适用条件为：自然放坡，在粉土和砂层中沉井；基坑底部以下有承压含水层；采用电渗降水；基坑场地条件优越。 坑内降水的适用条件为：在基坑边部设置了维护结构及止水帏幕的条件下，采用坑内降水方案， 本次坑内外结合，坑内坑外相互补充，均设置降水井，但坑内布置不多，以免引起对周围环境的不良影响。第二章 基坑工程设计2.2.2 监测及防护方案 基坑地下水位监测：利用基坑外侧的回灌井兼作地下水位观测孔。在坑外布置回灌井和观测井，以便于控制周边环境沉降。 出现漏水、涌水时，应及时土方回填，防止事态扩大，及时采用压密注浆或砌砖墙导孔引水。
10、如坑内明水较多，可在基坑周边开挖明沟及集水井，采取明沟排水措施，以确保土方开挖工作的顺利进行。 第二章 基坑工程设计2.2.3 计算原理: 按”大井法”来进行计算,其中基坑涌水量包括基坑开挖前的静储水量和基坑稳定渗流量,不执行随挖随降,以免多次处理基坑管涌事故的频率发生.2.2.4 常见的雨季基坑处理图片： 第二章 基坑工程设计2.3 基坑结构主体设计 其计算模式采用建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）的“矩形”分布模式。按多支点（或单支点）支护结构“分段等值梁法深埋式”进行，分各种工况进行计算。 分区段时要综合工程地质剖面图中各个剖面的土层的情况，取其平均值。 钢筋的分配方法按照混凝土
11、结构设计规范（GB50021-2002）第4.1.11条来进行计算圆截面灌注桩配筋 ，锚杆的配筋设置参照钢结构及材料力学中关于材料极限屈服强度来配单根或多根钢筋（预应力钢绞线）。 第二章 基坑工程设计2.3 基坑结构主体设计 分段等值梁法的计算思路如下所示： 假设各道支撑是随着开挖逐级分段施加的，每施加一道支撑后，向下开挖一段，要求挖土深度满足下一道支撑安装的需要，将位于上部支撑点的插入段弯矩零点之间的桩身作为简支梁进行计算，弯矩零点位置按单支撑方法进行确定，根据对弯矩零点的力矩平衡条件即可确定出支撑点反力，然后假定计算出来的支撑点反力不变，在计算下一道支撑的反力，最后根据所有力对桩底端的力矩
12、平衡条件确定出桩的入土深度。对于桩身最大弯矩及其位置仍按该截面剪力为零的特点确定。 第二章 基坑工程设计2.4 基坑结构支撑设计2.4.1 支撑体系的结构形式和布置： 一般情况下，支撑体系的结构形式有平面支撑体系和竖向斜撑体系两种。平面支撑体系主要由围檩，水平支撑和立柱组成。其中水平支撑又可分为对撑（桁架）、角斜撑（桁架）、通长靠近基坑边缘的边桁架、支撑之间的联系杆、加强式围檩、和环梁式混凝土围撑，适用范围较广。而竖向斜撑则主要是由围檩、斜撑基础、竖向斜撑、水平联系杆以及立柱等构件组成。如下页图2.1所示： 图2.1 竖向斜撑体系图中：1-支挡结构 2-围檩 3-斜撑 4-立柱 5-土坡 6-
13、联系杆 7-斜撑基础 8-压杆或底板第二章 基坑工程设计2.4 基坑结构支撑设计2.4.2 支撑体系设计计算 （1）荷载和内力计算：平面支撑体系可以按照多跨或者单跨水平梁来进行计算。而竖向斜撑体系可以按照材料力学中杆件计算的方法来求得其内力，再按照钢结构杆件计算的方法来进行选择所需的钢型杆件，本案例即是按照竖向斜撑的体系来算得。 （2）支撑构件截面承载力计算：包括围檩截面验算和立柱支撑截面强度验算，竖向斜撑还要包括预留土坡的稳定性验算，斜撑以及一些轴心受压构件的验算，本例中即验算了EF段的预留土坡稳定性验算，具体的计算内容在计算书中，在此不再累赘。 （3）支撑构造设置：对造本案例的竖向构造体系
14、，主要是在节点处的构造设计，可以采用型钢板加满焊,焊条可以采用E43型，施工时可具体根据情况用气焊切割做出各种异性板来焊接特殊部位，可以双面焊进行加强。 第三章 基坑变形与稳定3.1 基坑变形稳定计算概述 传统的基坑支护结构通常采用强度和稳定性控制的设计方法，以保证支护结构的安全和稳定为控制目标。随基坑深度的加大及环境条件的复杂化，对基坑支护结构设计的要求愈加严格，对支护结构的变形提出了更高的要求，当前，支护结构设计正从维护本工程自身安全稳定的单一目标，向按变形控制进行转变。 本次基坑变形设计中的案例参照竖向弹性地基梁法变形计算原理。他依据桩与地基土共同作用的受力关系，建立微分方程求解；根据地
15、基弹性水平抗力系数的不同，他又分K法，c法和m法，这些方法当中以m法比较符合基坑工程实际。第三章 基坑变形与稳定3.2 基坑变形m法计算： 传统的基坑支护结构通常采用强度和稳定性控制的设计方法，以保证支护结构的安全和稳定为控制目标。随基坑深度的加大及环境条件的复杂化，对基坑支护结构设计的要求愈加严格，对支护结构的变形提出了更高的要求，当前，支护结构设计正从维护本工程自身安全稳定的单一目标，向按变形控制进行转变。 本次基坑变形设计中的案例参照竖向弹性地基梁法变形计算原理。他依据桩与地基土共同作用的受力关系，建立微分方程求解；根据地基弹性水平抗力系数的不同，他又分K法，c法和m法，这些方法当中以m
16、法比较符合基坑工程实际。第三章 基坑变形与稳定3.3 基坑稳定性计算 基坑的整体稳定性验算 按平面问题考虑，一般采用圆弧滑动面条分法计算。对不同支护结构的基坑整体稳定性验算，其危险滑动面均应满足下述要求： 式中：rR抗力分项系数，取1.32.0，软土地区取较大值。 MR,MS 作用于于危险滑动面上的总抗滑力矩标准值和总滑动力矩设计值，单位为(KNm)常见的计算简图如下所示： 其他稳定性验算包括基坑抗隆起稳定性验算，抗滑移稳定性验算，抗倾覆稳定性验算和基坑的抗管涌稳定性验算，具体验算步骤及计算方法，参见： 基坑工程，蒋国盛，李红民，管典志，李汉旭，北京：中国地质大学出版社，2000.11图3.1
17、 条分法示意图图3.2 条分法计算简图图3.3 抗隆起验算示意图图3.4 基坑抗管涌计算简图第四章第四章 基坑施工监测基坑施工监测4.1 基坑监测方案： 按“二级”基坑要求进行现场位移、沉降监测工作，具体监测方案参见设计图纸。在基坑土方开挖和地下室施工期间比须进行基坑监测工作。基坑监测是指导基坑施工，避免事故发生的重要措施。本支护设计按照建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）中的相关要求，结合本基坑工程支护结构和周围环境的特点确定基坑监测的内容和要求。4.2 监测内容： (1)沿支护结构顶部每隔15.0m左右布设一个水平位移监测点。 (2)周围道路每隔15.0m左右布设一个沉降监测点。
18、(3)支撑立柱桩的沉/隆监测:在支撑立柱桩上间隔设置沉/隆监测点。 (4)深层水平位移监测:在支护桩外侧土体中设置约8个深层水平位移监测点,孔深同支护桩长。 (5)支撑轴力的监测：每层选择约8个主撑断面进行支撑应力的监测。 (6)支护桩桩身应力监测：选择8根支护桩进行桩身应力监测。 (7)地下水位监测：利用基坑外侧的回灌井兼作地下水位观测孔。第四章第四章 基坑施工监测基坑施工监测4.3 监测的控制要求： (1)支护桩：桩身水平位移速率2mm/d，位移总量0.5%挖深。 (2)周围道路、支撑立柱及周围建筑的沉降速率2mm/d；周围道路沉降总量小于15mm，支撑立柱沉降总量小于10mm，房屋差异沉
19、降不超过1/1000。 (3)支撑轴力实测值设计值的80。 (4)桩身应力实测值设计值的80。 (5)坑外水位累计沉降量不超过2.0米。 基坑监测单位应根据设计要求编写施工组织方案，在监测期间应及时将观测结果反馈给业主、监理、设计和施工单位。第四章第四章 基坑施工监测基坑施工监测第五章第五章 结束尾声结束尾声5.1技术总结 本工程为苏州高新创业楼基坑支护设计，整个基坑采用一排钻孔灌注桩作挡土结构,基坑局部坳沟暗塘处采用深搅桩做止水帷幕。同时，由锚杆支撑(局部地段采用钢管竖向斜撑)作为支撑结构体系。考虑到基坑内的降水，在坑内联合采用采用井点降水和集水明排的方法。 我们进行工程设计的目的在于工程实
20、践，而工程设计运用到工程实践中时，往往需要根据实际情况进行一定的改进。因为每一个工程就是一个富有不同个性的个体，工程不同，特点不一，而且每个工程中影响因素很多，不能刻舟求剑，一成不变，要随着工程的实际情况作相关的调整和改进，以确保设计方案与工程相匹配。第五章第五章 结束尾声结束尾声5.2 论文后感 四年将过，毕业在夕，做了最后一次课程演练，随没有多少巧妙绝伦的计算内容和灵异的创作出现，在指导老师的指引下，也颇有收获包括基本的设计者所应该表达给周围人的责任，在此感谢侯老师的教赐和周围同仁和老师的热情帮助，才得以让我十几年的学生生涯画上一个普通而又完整的句号，以此论文致谢吾学生时代有恩助之人，谢谢。
