2013.06 中国地质大学本科毕业论文
第一章 绪论
第一节 研究目的和意义
随着我国城市化水平提高，地下空间广泛高效利用作为解决城市人口、资源、环境三大危机和实施城市可持续发展的重要途径[1]。目前，各类用途的地下空间已在世界各大城市建设中得到开发利用，均涉及到各类深大基坑工程[2]，以致深基坑支护技术已经成为建筑业近年来的一大技术热点。
基坑支护是地下基础施工中内容丰富而又富于变化的领域，工程界已意识到基坑支护是一项风险工程[3]。基坑工程事故不仅给国家经济和人民生命财产安全造成不同程度的损失，造成人员伤亡，延误工期，追加造价以及影响周围居民正常生活的负面效应，加大了投资方负担，同时也给城市建设和企业形象造成不良影响。然而，基坑工程事故的严重性常使人们走向另外一个极端，为了确保工程安全，一味地、片面地提高设计标准，盲目地保守设计，造成了许多不必要的浪费[4]。
因此，只有采取合理的总体方案，才能做到技术先进、经济合理、结构安全，同时对周围环境影响较小。而这也是本论文研究设计的出发点，希望借此次设计，可以提高本人对基坑支护设计的认识和理解，为以后更好的从事相关方面的工作打下基础。
第二节 深基坑支护工程国内外研究现状与发展
国外20世纪30年代，Terzaghi和Peck[5]等人最先从事基坑工程的研究，50年代Bjerrum和Eide[6]给出了分析深基坑坑底隆起的方法，60年代在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测，从70年代起，许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。国外著名的地下工程有法国巴黎中央商场，美国明尼苏达大学土木工程的办公大楼和实验室，日本东京八重洲地下街道等。
我国城市地下工程建设起步较晚，20世纪80年代以前，国内为数不多的高层建筑的地下室多为一层，基坑深不过4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。20世纪80年代初才开始出现大量的基坑工程。到20世纪80年代，随着高层建筑的大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。进入20世纪90年代后，在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下，全国工程建设亦突飞猛进，高层建筑迅猛发展，建筑高度越来越高，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m的比比皆是。据不完全统计，1990~1999年10年间，全国新建的高层建筑超过9000幢。适当发展多层和高层，向空中和地下发展，是解决我国土地资源紧张的一条重要出路。
随着基坑向着大深度、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，深基坑支护技术必然会呈现出一些新的发展趋势，主要为：（1）土钉墙方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得到充分运用和发展。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。（2）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。但逆作法的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，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
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总工期，将成为今后的研究方向。（3）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。
第三节 深基坑主要支护方案及优缺点
经过20多年的发展，深基坑支护类型已发展到数十种，这里仅介绍目前我国常用的几种支护类型。
1、钢板桩：挡土钢板桩有槽钢钢板桩和热轧锁口钢板桩。前者抗弯能力较弱，一般用于深度不超过4m的基坑，后者可用于开挖深度为5~10m的基坑。钢板桩属于柔性结构，用后拔土时由于带土，若处理不当会引起边坡土体位移，严重时还会给施工及周围设施造成危害。
2、钢筋混凝土板桩：预制的钢筋混凝土板桩是一种传统的支护结构，有非预应力板桩与预应力板桩两种类型。有一定的挡水作用，基础工程施工完毕后不必拔出。由于支挡结构形式的变化，从总体上看，采用钢筋混凝土板桩作为支护结构的工程较少。
3、钻孔灌注桩挡墙：桩径一般为600~1000mm，桩挡墙的刚度较大[7]，抗弯能力强，在土质较好的地区，桩悬臂长度达7~10m也能达到预期支护效果。由于钻孔灌注桩施工施工时难以做到两桩相切，故挡水效果差。
4、地下连续墙：这种结构常用于较深的基坑，其结构整体性和防渗性能很好，既挡土又可作为止水帷幕，结合支撑可以有效控制变形，但若仅仅将其作为支护结构则工程造价太高。一般在除支护结构之外能用作地下城中结构的工程中较为合理。
5、旋喷桩帷幕墙：这种结构用钻机成孔，将水泥固化剂喷入地基土中形成水泥土桩，固化后形成由相连桩体组成的帷幕墙。也可作为支护结构。该工艺受喷射压力、喷射量和钻杆提升速度的影响，质量难以保证，会给基坑开挖工作留下隐患。
6、深层搅拌水泥土桩挡墙：这种结构既挡土又可作为止水帷幕，适应基坑周边的任何平面形状，具有施工工期短、效率高的特点[8]，对开挖不太大的基坑作为支护结构是较经济的。
7、土钉墙：土钉墙的使用要求土体具有临时自稳能力，以便给出一定时间施工土钉墙，因此对土钉墙适用的土质条件应加以限制。土钉墙适用于二、三级基坑[9]、非软土地基，基坑深度不宜大于12m。土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低，但使用土钉墙的工程必须要做好降水，否则水会使土钉墙软化，引起整体或局部破坏。
8、锚杆支护：锚杆支护是一种岩土主动加固的稳定技术，通过杆体的受拉作用，调动深部地层的潜能，达到维护基坑稳定的目的。锚杆支护适用性强[10]，基本不受基坑深度的限制，而且可以与多种支护结构形式联合使用。但不宜用于有机质土，液限大于50%的粘土层及相对密度小于0.3的砂土，且锚杆不能打穿用地红线，以免破坏临近管道和建筑物。
9、内撑式围护结构：由围护结构体系与内撑体系组成，围护结构体系一般为钢筋混凝土排桩或地下连续墙，内撑体系采用现浇钢筋混凝土杆件、钢管或型钢等。因内撑体系刚度好、变形小，可用于各类土层的基坑工程中。
在国内，秦四清[11]提出了这样一个支护方案选择顺序：无支护开挖、放坡+土钉、土钉墙、放坡+桩支护、土钉墙+桩支护、悬臂桩、搅拌桩、放坡+锚桩、土钉墙+锚桩、锚桩墙、地下连续墙。龚晓南教授在其主编的《深基坑工程设计施工手册》[12]中把支护方法选
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用原则简单地概括为：安全、经济、方便施工和因地制宜。《建筑基坑支护技术规程》[13]指出支护结构可根据周边环境、开挖深度、工程地质和水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，按规程推荐的支护结构选型表确定。在具体基坑支护工程中，我们在基坑支护方案选择决策时，需要考虑安全、造价、工期等目标，这些目标之间存在相互影响和矛盾，如何处理好各个因素间的相互关系还需要科研工作者和工程技术人员不懈地努力。
第四节 论文设计研究内容
本论文涉及的基坑采用的支护方式根据武汉丰达地质工程有限公司提供的相关资料，综合场地的工程地质条件和水文地质条件，最后决定基坑东侧L’M支护段采用钻孔灌注桩结合竖向钢管斜撑与水泥土搅拌桩止水帷幕的支护方式。
钻孔灌注桩与竖向钢管斜撑作为支护结构的受力主体，而水泥土搅拌桩则作为挡水防渗措施，有效地改善了排桩之间联系差的问题。在求取排桩设计参数时，求土压力运用的是朗肯土压力理论，求排桩内力及桩长采用的是等值梁法。根据相关规范进行了排桩及冠梁的配筋，并保证满足其构造要求。而且确定了排桩的支护参数后，还对竖向斜撑钢管的材料强度和受压稳定性进行了分析和验算。接下来进行基坑稳定性验算，包括整体稳定性验算、基坑底土抗隆起验算以及抗管涌验算。最后对施工和监测内容提出了一些合理的建议。
工程地质条件场地周边条件经济技术条件桩撑支护桩撑尺寸配筋计算稳定性验算 施工与监 测建议
图1-1 基坑支护设计流程图
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第二章 工程概况及工程地质条件
第一节 工程概况
和记黄埔地产（武汉江汉南）有限公司拟在武汉市江汉路以南，沿江大道以西，民生路以北兴建武汉江汉区花楼街商业及住宅项目。拟建场地北侧为江汉路，东侧为沿江大道，南侧为民生路。场地中间垂直于沿江大道地段有规划地铁区间（地铁2号线）通过，该规划地铁线将拟建场地划分为南北两侧，北侧基坑周长约445m，基坑开挖面积约8000m2，平面呈不规则矩形布置；南侧基坑周长约1313m，基坑开挖面积约71000m2，平面呈不规则L形布置，详细情况见附录Ⅰ-基坑支护平面布置示意图。 表2-1 建筑物基本情况一览表
楼号 1#～3#、5#～9#、11#、12# 4# 10# 南侧商业住宅区 北侧商业中心 层数 55+2（F） 24（F） 41+3（F） 地下二层 地下一层 高度（m） 基坑开挖深度（m） 171 73 200 -10.0 -8.60 -13.30 -7.40 -6.50 本工程采用框-剪结构，拟采用钻孔灌注桩基础，建筑物设计±0.000相当于绝对高程25.40m。其中北侧商业中心部分地下室为1层，底板面标高为-5.00m，底板底标高为-6.50m；南侧商业住宅区地下室设置2层，其中-1层结构板面标高为-2.1m，-2层结构板面标高为-6.1m；2层地下室部分基坑普挖深度为-7.4m，主楼区域开挖深度为-8.60m、-10.00m、-13.30m。
第二节 场地工程地质条件
2.2.1 场地地形地貌特征
勘察场地位于武汉市江汉路以南，沿江大道以西，民生路以北，地势较为平坦，地面高程在25.39m~26.71m之间。场地地貌单元为长江一级阶地。 2.2.2 场地地层结构特征
根据野外钻探、原位测试及室内岩、土试验资料，本场地在勘探深度84.0米范围内所分布的地层为：表层分布有厚度不等的杂填土(Qml)外，其下为第四纪全新统冲积成因一般粘性土、砂土，下伏基岩为志留系坟头组泥岩。场地的工程地质分层、埋深、岩性特征详见表2-2。
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表2-2 岩土工程地质分层表 地层 编号 地层 名称 地层 分布 年代 范围 层面 厚度 状态及压缩埋深颜色 包含物及其它特征 （m） 密度 性 （m） 为建筑垃圾混粘性高 土组成，土质不均，结构松散。 含有机质，局部夹高 少量腐植物，具腥臭味。 含云母片，切面较粗糙，夹薄层粉砂中 及粉质粘土，所夹粉质粘土呈可塑状态。 含氧化铁、铁锰质，中 切面较光滑，韧性一般，干强度一般。 含氧化铁、铁锰质，中 切面较光滑，韧性较高，干强度较高。 （1-1） 杂填土 全场Q 地 ml 1.9~7.8 杂色 松散 （1-2） 淤泥 Ql 局部 2.0~6.6 0.2~4.5 黑灰色 流塑 分布 粉土夹粉（2） 质粘土及粉砂 局部 褐黄~1.9~6.5 0.4~4.6 稍密 缺失 褐灰色 （3-1） 粉质粘土 全场软~ 5.0~9.0 1.2~5.3 褐黄色 地 可塑 局部 缺失 7.0~12.9 0.9~5.0 褐黄色 可塑 Q4al 局部 缺失 （3-2） 粘土 （3-3） 粉质粘土 7.9~14.2 0.5~5.0 褐黄~软~ 褐灰色 可塑 含氧化铁、铁锰质，切面较光滑，局部中 夹少量粉土，韧性一般，干强度一般。 粉质粘土夹 （4-1） 粉土、粉砂 局部 缺失 10.6~ 1.0~6.1 褐灰色 可塑 16.0 粉质粘土呈可塑状态，夹薄层粉土、中 粉砂互层，粉土、粉砂呈稍密状态，含云母片。 5