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上海某大厦基坑支护设计
摘 要
本基坑支护设计是以拟建工程上海某大厦深基坑支护收集的资料为基础，该大厦是一项集商场、娱乐、办公为一体的大型建筑物。本工程位于浦东南路以东、张杨路以北交界处。大厦由主楼和副楼组成。两者基础间设有后浇带。基础为独立承台地梁连接的格构式箱型基础，高度为2m。独立承台下设994根灌注桩，桩径分别为1000m和1200m两种，桩长分别为59.6m和42m两种，建筑总面积71448m2,基础埋深为-9.5m，实际挖土深度为8 m，基坑长40m，宽30m。结合本科阶段学习的理论知识和工地实习的现场实践经验，根据相关文献和规范完成。设计正文部分包括对工程基本概况及数据资料的研究分析、整理参考了设计依据及设计原则、基坑支护工程方案论证及设计计算等内容。通过分析论证，从两种可行的方案中，选取最终的支护方案——排桩加锚杆支护。然后，进行了单排桩加锚杆支护的设计计算和分析调整，得出了本工程的设计结果。
关键词：深基坑 独立承台地梁 支护 设计 锚杆
目录
前 言 2
1.1题目背景 2
1.2研究意义 3
1.3国内外相关研究情况 4
1.3.1基坑支护研究趋势 5
1.4 本课题的主要设计内容 6
1 工程概况 7
1.2 工程地质与水文地质条件 7
1.2.1工程土层分布 7
1.2.2水文地质条件 8
1.2.3特殊地质条件 9
2 设计依据原则及相关参数 9
2.1 设计依据 9
2.2 设计原则 10
2.3 设计所选参数 10
2.3.1荷载参数 11
2.3.2土层参数 11
2.3.3锚杆参数 12
3.土钉墙支护： 12
3.1土钉设计参数如下： 12
3.2土钉计算过程： 12
3.3土钉稳定性验算 17
3.4土钉的抗滑动稳定性分析 20
3.5土体的抗倾覆稳定性验算 20
4.单支点排桩支护设计方案 21
4.1基本参数： 21
4.2土压力为零点(近似零点)距离基坑底面距离的计算 23
4.3 求嵌固深度 23
4.4求桩顶的锚拉力 24
4.5求剪力为零点O点 24
4.6排桩墙稳定性验算 25
4.7配筋计算 25
4.8锚杆计算 26
4.9整体稳定性验算 28
4.10腰梁计算 29
4.11冠梁设计 30
4.12位移验算 30
5 施工要求及监测方案 35
5.1 基坑施工要求 35
5.1.1挖孔灌注桩 35
5.1.2钢筋工程 35
5.1.3基坑降水、排水 36
5.1.4坑底加固 36
5.1.5土方开挖 36
5.2 基坑监测方案 37
5.2.1基坑及周围环境的监测、测试 37
5.2.2监测与测试的控制要求 38
5.2.3观测频率 39
参考文献 40
前 言
1.1题目背景
基坑工程是我国当前地基基础领域一个重要的研究方向。基坑工程在二十世纪八十年代末才开始全面、深入地研究与工程实践，但随着我国建设事业的发展，城市的高层建筑大量涌现，极大的推动了深基坑工程设计理论和施工技术的不断发展，同时也产生了大量的深基坑支护设计与施工问题。
国内外大量工程实践表明，许多工程的最危险阶段不一定是在正常使用阶段，而是在建造阶段和老化阶段。对许多工程事故常常发生在施工阶段而言，其原因除了施工质量没有保证、施工方法发生了不合理的改变、人为错误等原因以外，重要原因之一是由于对环境、地质、荷载等因素认识不足而导致设计和施工中的某种失误和疏忽所致。
深基坑工程是与众多因素相关的综合技术，是一个系统的工程问题，必须具有结构力学、土力学、地基基础、地基处理、原位测试等多种学科知识，同时具有丰富的施工经验，并结合拟建场地的土质和周围环境情况，才能制定出因地制宜的支护结构方案和实施办法。它与场地工程勘察、支护结构设计、施工开挖、基坑稳定、降水、施工管理、现场监测、相邻场地施工相互影响等密切相关。基坑设计与施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工程序和方法等许多相关的复杂问题，是理论上尚待完善、成熟和发展的综合技术学科。如何根据场地工程性质、水文地质、环境条件制定合理的设计方案；如何在保证稳定性的前提条件下，设计最经济的方案，也是基坑比较重要的问题。因此在基坑工程设计与施工中，需要严谨、周密的分析与计算。
本设计主要包括了四个大的方面：1、工程概况的论述及支护方案的比选， 2基坑的降排水，3周围楼房沉降估算，4根据基坑的工程概况及其特点，在考虑基坑的安全性和经济性的前提下选择了排桩加一道锚杆作为支护方案，采用郎肯理论计算土压力，用等值梁法计算锚杆拉力和嵌固深度，用轻型井点降水加电渗法降水。
近些年来，随着城市经济的快速发展，高层建筑大批兴建，发展趋势是层数增多，高度增大，基础埋深加大，平面布置更加复杂，与周围建筑物联系更加紧密。城市地下空间的开发利用，使得基坑面积和开挖深度越来越大，因此，传统基坑支护方式面临深度与广度的挑战。深基坑支护正是在人们的不断实践探索中发展起来，具有一定的地区经验性，方法灵活多变，视工程实际而定。本课题为上海某大厦深基坑支护工程，正是这一背景下的软土深基坑。
该基坑周边环境及工程地质条件复杂对施工影响严重，安全等级为一级。为确保基坑开挖、地下室结构施工的顺利进行和施工安全，减少或避免对周边环境的不利影响，基坑工程施工时应采取相应的防护措施。
1.2研究意义
选定该课题是为了培养自己的综合能力。根据土木工程专业（岩土与地下工程方向）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。通过该工程中的基坑支护结构设计，我们在应用现行规范、标准、技术指标与经济指标等方面能得到基本训练，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。
1.3国内外相关研究情况
由于深基坑的增多，支护技术发展很快，目前软土地区经常采用的主要基坑支挡类型有：
1)深层搅拌水泥土挡墙（以下简称搅拌桩）：将土和水泥强制搅和成水泥土桩，结硬后成为具有一定强度的整体壁状挡墙，一般用于开挖深度不超过7m的基坑，适合于软土地区，环境保要求不高，施工低噪声、低振动，结构止水性较好，造价经济，但围护较宽，一般取基坑开挖深度的0.7～0.8倍。
2)钻孔灌注桩挡墙：直径φ600～φ1000mm，桩长15～30m，组成排桩式挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈粱，用于开挖深度为6m～13m的基坑。具有噪声和振动小，刚度大，就地浇制施工，对周围环境影响小等优点。适合软弱地层使用，接头防水性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩等方法中选用适当方法解决防水问题，整体刚度较差，不适合兼作主体结构。桩身质量取决于施工工艺及施工技术水平，施工时需作排污处理。
3)地下连续墙：在地下成槽后，浇筑混凝土，建造具有较高强度的钢筋混凝土挡墙，用于开挖深度达10m以上的基坑或施工条件较困难的情况。具有施工噪声低，振动小，就地浇制、墙接头止水效果较好，整体刚度大，对周围环境影响小等优点。适合于软弱土层和建筑设施密集城市市区的深基坑，高质量的刚性接头的地下连续墙可作永久性结构，并可采用逆作法施工。
4)SMW工法（劲性水泥土搅拌桩）：劲性水泥土搅拌桩以及水泥土搅拌桩法为基础，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可以使用劲性桩。特别是适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层，对于含砂卵石的地层要经过适当处理后方可采用。
5)土锚：用拉杆锚固支护基坑的开挖或用作抗拔桩抵抗浮托力等的应用已日益普遍。拉锚最大的优点是在基坑内部施工时，开挖土方与支撑互不干扰，尤其是在不规则的复杂施工场所，以锚杆代替挡土横撑，便于施工。这是人们乐于大量使用的主要原因。随着对锚固法的不断改进和使用可靠性的监测手段，使拉锚支护的范围更加广泛。拉锚是将一种新型受拉杆件的一端（锚固段）固定在开挖基坑的稳定地层中，另一端与工程构筑物相联结（钢板桩、挖孔桩、灌注桩以及地下连续墙等），用以承受由于土压力等施加于构筑物的推力，从而利用地层的锚固力以维持构筑物（或土层）的稳定。
6)土钉墙：土钉墙支护是通过沿土钉通长与周围土体接触形成复合体。在土体发生变形的条件下，通过土钉与土体的接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，通过受拉工作面给土体约束加固，提高整体稳定性和承载能力，增强土体变形的延性。土钉墙适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。对于淤泥质土、饱和软土，应采用复合型土钉墙支护。
1.3.1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土。
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，一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。
1.4 本课题的主要设计内容
根据土力学所学，确定荷载，包括土压力、水压力等；采用考虑桩土共同作用的弹性地基上的杆系或框架模型，根据施工过程中发生的实际工况分步进行计算。
1)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。
2)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。
参考文献
1、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012).北京：中国建筑工业出版社，2012.
2、《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012).北京：中国建筑工业出版社，2012.
3、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012) .北京：中国建筑工业出版社，2012.
4、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008).北京：中国建筑工业出版社，2008.
5、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010).北京：中国建筑工业出版社，2010.
6、《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001 2009版).北京：中国建筑工业出版社，2001.
7、《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013).北京：中国建筑工业出版社，2013.
8、《深基坑工程》，高大钊主编.机械工业出版社，2003.
9、《基坑工程手册（第二版）》，刘建航、侯学渊主编.中国建筑工业出版社，2009.
10、《深基坑工程》陈忠汉，程丽萍.北京：机械工业出版社，1999.
11、《岩土锚固》程良奎,范景伦，韩军等.北京：中国建筑工业出版社，2002.
12、《岩土锚固技术手册》闫莫明，徐祯祥，苏自约.北京：人民交通出版社，2004.
13、《岩土工程手册》，岩土工程手册编写委员会.北京：中国建筑工业出版社，1994.