基坑支护毕业设计

淮阴工学院毕业设计说明书 第 113 页 共 113 页 摘 要 基坑工程是指在地表以下开挖的一个地下空间及其配套的支护体系。而基坑支护就是为保证基坑开挖，基础施工的顺利进行及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁以及周边环境采用的支挡、加固与保护等措施。基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大风险，基坑工程具有很强的区域性。不同水文，工程地质环境条件下基坑工程的差异很大。基坑工程环境效应复杂，基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全稳定，而且要有效的控制基坑周边地层移动以及保护周围环境。本文在第一部分中介绍了深基坑的定义及在建筑工程中的作用与地位，基坑的特点、基坑工程对建筑物的影响以及基坑工程目前存在的问题；第二部分主要介绍了基坑支护设计及计算；在第三部分中，从排桩的计算、止水、降水以及钢支撑稳定性分析方面对深基坑计算理论进行了阐述，最后还介绍了施工监测方面的内容；通过对淮海第一城的具体分析，运用前面讲到的理论方法，对基坑支护进行了设计；着重介绍了土方的开挖顺序、挖孔桩和钢支撑的施工工艺。关键词 基坑支护结构；钻孔灌注桩 ；钢支撑；施工组织设计；降水处理AbstractFoundation Pit is the excavation of an underground space below the surface and a coordinated support system. Bracing of foundation pit is to ensure that excavation and foundation construction for the smooth and safe environment Foundation Pit and used the pit retaining wall reinforcement and protection.Bracing of Foundation Pit structure is the structural safety of temporary reserves are smaller, more risk. Foundation pit structure has a strong regional.Excavation works under different hydrological environmental and geological conditions are vastly. Effects complex excavation, excavation pit is not only necessary to ensure their own safety，but also to effectively control the pit surrounding strata.In the first part , it introduces the definition of deep foundation pit bracing, and the position and function of the constructional engineering, and the characteristic of deep foundation pit ,the influence of excavation engineering of buildings and the existing problems in the excavation engineering. In the second part , it introduces the design of deep foundation pit bracing and numeration; In the third part , through calculation of piling, water-stop, dewatering and the stability analysis of steel bracing. In the end, it introduces some content about supervisory survey of construction; Through detailed analysis of construction site and the application of the theory method mentioned above, it finishes the design of the deep foundation bracing.It designs the design of deep foundation pit bracing plan simply, among which earth excavation sequence and the construction techniques of dug pile and steel timbering are recommend highlighted.Keywords bracing of foundation pit structure，bored caisson pile, steel timbering，draining引言随着城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现，以及大型市政设施的施工及大量地下空间的开发，必然会有大量的深基坑工程产生。同时，密集的建筑物、基坑周围复杂的地下设施使得放坡开挖基坑这一传统技术不能满足现代城镇建设的需要，因此深基坑开挖与支护引起了各方面的广泛重视。建筑基坑是指为进行建筑物或构筑物基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间，为保证基坑施工以及主体地下结构的安全和周围环境不受损害，需对基坑进行包括土体、降水和开挖在内的一系列勘察、设计、施工和检测等工作。从发展的观点看来,无论是民用建筑还是市政交通工程,深基坑设计已成为一种发展趋势。在深基坑工程中，基坑支护对工程的影响是巨大的，不符合要求的基坑支护会严重影响施工和正常使用，甚至会造成事故，因此基坑的开挖与支护工程应该引起人们足够的重视。基坑工程是为了保护主体部分的安全和周边环境不受影响。是建筑结构的基础工程。为了适应现代化城市的多功能性、空间充分利用性、时间的快节奏性以及节能减排的大环境要求，我们对基坑工程的设计也越来越多样化。基坑工程本身是一个传统课题，古来有之。伴随着经验的积累，基坑工程俨然已演变成一门海纳百川，包容性很强的综合性岩土难题，其间牵涉到工程地质、水文地质、工程结构、施工工艺等学科。由于我国在世界地位的不断提升，从国外引进先进的科学技术与高端的施工设备，我国的基础工程俨然已经列入了世界的先进。但是由于基坑设计的复杂性，现阶段我国深基坑支护设计的理论还很不完善，模型试验，工程测试还有待进一步发展，留给我们研究创新的空间还很大。我国城市土地资源的紧张，居住空间的发展，高层、超高层建筑的出现以及地下工程的不断涌现。对基坑工程的要求也越来越高。现如今，摆在基坑工程面前并急需解决的有两大问题：一是如何在保证安全的情况下降低造价，尽可能节约成本以达到节能节源的目的，这就逼迫要寻求更好的符合我国国情的基坑围护技术。二是如何缩短施工工期以便符合我国的工业化需求。基坑未来的趋势是向着大深度和大面积方向发展，周边的环境也更为复杂，基坑围护的难度亦愈来愈大。无论是设计还是施工，均应着眼于经济性和实效性两发面，更好的发展基坑工程。第一部分： 深基坑定义及其在建筑工程上的作用与地位与设计、监测原则1 深基坑的定义：建设部建质号文关于印发危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知规定：一般深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。 另外，基坑和基槽都是用来建筑建筑物的基础的,只是平面形状不同而已.基坑是方形或者比较接近方形,基槽是长条形状的,而且有时候比较长，要掌握的是它们的形状的区别。 基坑是指底面积在27平方米以内,且基底长边小于三倍短边的为基坑. 基槽是指槽底宽度在3米以内，且槽长大于3倍槽宽的为基槽。 也就是说，一般定义深基坑为：底面积在27平方米以内（不是20），且底长边小于三倍短边，开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。2 深基坑的特点：基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性。基坑工程施工过程中应进行监测，并应有应急措施。在施工过程中一旦出现险情，需要及时抢救。 基坑工程具有很强的区域性。如软粘土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很大。同一城市不同区域也有差异。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖都要因地制宜，根据本地情况进行，外地的经验可以借鉴，但不能简单搬用。 基坑工程具有很强的个性。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质水文地质条件有关，还与基坑相邻建（构）筑物和地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性，以及周围场地条件等有关。有时保护相邻建（构）筑物和市政设施的安全是基坑工程设计与施工的关键。这就决定了基坑工程具有很强的个性。因此，对基坑工程进行分类、对支护结构允许变形规定统一标准都是比较困难的。 基坑工程综合性强。基坑工程不仅需要岩土工程知识，也需要结构工程知识，需要土力学理论、测试技术、计算技术及施工机械、施工技术的综合。 基坑工程具有较强的时空效应。基坑的深度和平面形状对基坑支护体系的稳定性和变形有较大影响。在基坑支护体系设计中要注意基坑工程的空间效应。土体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性，作用在支护结构上的土压力随时间变化。蠕变将使土体强度降低，土坡稳定性变小。所以对基坑工程的时间效应也必须给予充分的重视。 基坑工程是系统工程。基坑工程主要包括支护体系设计和土方开挖两部分。土方开挖的施工组织是否合理将对支护体系是否成功具有重要作用。不合理的土方开挖、步骤和速度可能导致主体结构桩基变位、支护结构过大的变形，甚至引起支护体系失稳而导致破坏。同时在施工过程中，应加强监测，力求实行信息化施工。 基坑工程具有环境效应。基坑开挖势必引起周围地基地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对周围建（构）筑物和地下管线产生影响，严重的将危及其正常使用或安全。大量土方外运也将对交通和弃土点环境产生影响。3 深基坑在建筑工程上的作用与地位：建筑基坑工程是建筑工程地下基础施工中内容丰富而富有变化的领域。工程界已越来越认识到建筑基坑工程是一项风险工程，是一门综合性很强的新型学科，它涉及到工程地质、土力学、基础工程、结构力学、原位测试技术、施工技术、土与结构相互作用以及环境岩土工程等多学科问题。基坑工程大多是临时性工程，工程经费限制很紧，而影响基坑工程的因素又很多，例如，地质条件、地下水情况、具体工程要求、天气变化的影响、施工顺序及管理、场地周围环境等多种因素影响。基坑工程是一项系统工程，它综合性强、涉及面广。基坑工程的设计与施工密不可分，需考虑地下主体结构、支护结构、水文地质条件、基坑周边环境、基坑开挖方式、地下水的处理、施工工艺及机械、工程监测以及工程造价等诸多因素。基坑工程是我国当前地基基础领域一个重要的研究方向，基坑工程在我国起步较晚，从20世纪80年代末才开始较全面、深入地研究与工程实践。随着我国建设事业的发展，人防地下室、地下车库、地铁车站、地下隧道等的大量建造，给了工程界一个极好机遇，我国基坑工程在理论及实践方面有了长足发展，取得了一系列的研究成果。随着城市建设的飞速发展，可利用的建设工地越来越紧缺，特别是在闹市区，土地的批租费和拆迁费很高，使得开发商从利润角度考虑时，一方面不得不尽可能地充分利用地上和地下空间，即在有限的土地上增加建筑总高度和地下室层数，从而使基础埋深大大增强；另一方面，建筑高度的增加，使得水平荷载引起的倾覆力矩也相应增加，为减少建筑物的整体倾斜，防止倾覆和水平滑移，对基础埋深也有较高的要求，当在软弱地基土上修建高层建筑时，更是要求基础有较大埋深。4 基坑工程对建筑物的影响4.1 邻近建筑物的沉降开裂 由于深基坑在开挖的时候容易使地表产生沉降问题，从而使得邻近建筑物发生沉降开裂， 这种沉降位移的产生大多数与地表水的含水量有关，如果地表水的含水量降低的话，沉降范围一般而言会比较大。这种沉降位移也同护坡的变形有关，一旦护坡发生变形，在深基坑的附近就会发现沉降位移。当基坑发生位移的时候，严重的话还会产生地下的承压水受压力而向上喷涌的现象产生，由此更会使得基坑土体开裂。 根据实践经验，工程的地下水大约深埋在1.3米的位置，存在着三种类型的地下水：一是浅层潜水型，二是弱承压水型，三是及基岩裂隙水。根据这一地层结构，探测这一过程沉积环境，以野外勘探和现场原位的方式进行测试，以结合土工试验成果来加以综合分析，从上到下，这一土层依此为：人工杂填土、亚粘土、亚粘土-粉细砂、淤泥质亚粘土。 大约在开挖前的两周开始对工程进行降水维护，这样的话可以保证土体在开挖的时候有足够的水份来保证稳定性。在钻孔灌注桩桩顶开始设置钢筋混凝土冠梁，位于隧道的地方则采用钢筋混凝土支撑体系。土方开挖为垂直明挖，结构是先撑后挖。开挖的深度为每层钢筋混凝土支撑高度3米，开挖的时候就注意进行坡面挂网喷浆和钢筋混凝土支撑。在实际中，我们可以看到边开挖基坑紧邻的建筑已经开始出现了裂缝，虽然程度各不相一，有的横向拉裂，局部有少量地砖翘起。 4.2 基坑开挖对地下建筑物及管线的影响深基坑在开挖的时候，地下建筑物等会对其产生一定的影响，比如说地下管道等， 同时这些地下建筑物以及基坑邻近建筑物也会受到深基坑的影响。第一应力状态容易使土地保持稳定性，但是深基坑的挖掘加速了这种应力状态向第二应力状态的改变，从而引起了位移等现象，这样的话对地下管道等地下设施和其他建筑物等造成了一定的影响，会使相邻近的建筑物发生开裂甚至倾斜的情况，还会使地下管道发生变形等。严格控制施工现象，安全施工事关大局。4.3 基坑开挖会造成边坡位移 深基坑在开挖的过程中，由于基土的挖掘与堆积，会使得边坡的外力逐渐增大，再加上边坡原有的压力，就会出现边坡位移的现象。这种边坡向下滑坡也很可能出现塌陷等情况的发生。当然，如果及时采取支护等措施，虽可以起到一定的作用，但一旦支护不当，还是不能维护边坡的稳定性。不论是开挖前，还是支护后，施工人员都要多加注意。 4.4流砂现象的出现 基坑开挖势必会对地面产生破坏，当粉砂层小于10%，或者粘土层小于10%的时候就会出现流砂，还有一种出现流砂的情况是粉粒含量过大，超过四分之三。基坑开挖的下陷就会导致地表层破坏引起沉降，使得粉砂颗粒从地下冒出。5. 深基坑工程存在的主要问题深基坑技术有待尽快发展提高，当前深基坑工程以深、大、复杂为特点，特别是沿海地区，地下水位较高，深基坑工程施工工艺的改进等问题，均有待进一步的研究与发展。深基坑工程设计质量较低一些部门认为深基坑工程是施工部门的事，无需设计资质，设计院及岩土工程部门介入较少，设计大多由施工单位自己完成，但由于设计人员技术水平、参数取值、计算方法无章可循，使一些工程隐患较大，导致发生严重工程事故。深基坑工程缺乏理论研究与计算，目前深基坑工程多是边开挖边实践边摸索，往往经验来进行，缺乏成熟的技术规范的指导，仍然半经验半理论的方法解决问题。有的深基坑工程为了避免事故发生，往往一开始就支护不考虑墙的受力和变形，全面支护，盲目增加安全系数，造成很大浪费。施工混乱管理不严少数施工单位不具备技术条件，人力、物力等基本素质较差，为了追求利润或迁就业主，降低安全度。质量检验不完善深基坑工程的质量检验、验收的方法无章可循，给深基坑工程的质量监督和质量评价带来困难，没有针对深基坑工程特点建立竣工验收的质量管理体系。不注重工程勘察深基坑工程的工程勘察工作十分重要，但许多勘察单位常常忽略对基坑环境地质的勘察，专门针对深基坑工程的地质及水文地质的勘察不够，以至给设计和施工带来隐患。施工过程中的监理不够，不能做到随时监测。缺乏地域性规范、规程及标准。6. 基坑工程内容6.1 深基坑工程的主要内容岩土工程勘察与工程调查。确定岩土参数与地下水参数；测定邻近建筑物、周围地下埋设物（管道、电缆、光缆等）、城市道路等工程设施的工作现状，并对其随地层位移的限值作出分析。支护结构设计。包括挡土墙围护结构（如连续墙、柱列式灌注桩挡墙）、支承体系（如内支撑、锚杆）以及土体加固等。支护结构的设计必须与基坑工程的施工方案紧密结合，需要考虑的主要依据有：当地经验，土体和地下水状况，四周环境安全所允许的地层变形限值，可提供的施工设施与施工场地，工期与造价等。基坑开挖与支护的施工。包括土方工程、工程降水和工程的施工组织设计与实施。地层位移监测与周边工程保护。地层位移既取决于土体和支护结构的性能与地下水的变化，也取决于施工工序和施工过程。如预测的变形超过允许值，应修改支护结构设计与施工方案，必要时对周边的重要工程设施采取专门的保护或加固措施。施工现场量测与监控。根据监测的数据和信息，必要时进行反馈设计，用信息化来指导下一步的施工。6.2 基坑工程勘察内容为了正确地进行支护结构设计和合理地组织施工，在进行支护结构设计之前。需要对影响基坑支护结构设计和施工的基础资料，全面地进行收集，并加以深入了解和分析，以便其能很好地为基坑支护结构的设计和施工服务。在进行支护结构设计之前，主要需要收集下面三方面的资料；工程地质和水文地质资料；场地周围环境及地下管线状况；地下结构设计资料。6.2.1 岩土勘察基坑工程的岩土勘察一般不单独进行，应与主体建筑的地基勘察同时进行。在制定地基勘察方案时，除满足主体建筑设计要求外，亦应同时满足基坑工程设计和施工要求，因此，宜统一布置勘察要求。如果已经有了勘察资料，但其不能满足基坑工程设计和施工要求时，宜再进行补充勘察。基坑工程的岩土勘察一般应提供下列资料：1场地土层的成因类型、结构特点、土层性质及夹砂情况；2基坑及围护墙边界附近，场地填土、暗洪、古河道及地下障碍物等不良地质现象的分布范围与深度，并表明其对基坑的影响；3场地浅层潜水和坑底深部承压水的埋藏情况、土层的渗流特性及产生管涌、流砂的可能性；4支护结构设计和施工所需的土、水等参数。岩土勘察测试的土工参数，应根据基坑等级、支护结构类型、基坑工程的设计和施工要求而定，一般基坑工程设计和施工要求提供的勘探资料和土工参数见表基坑工程设计和施工所需的勘探资料和土工参数 标高（m）压缩指数Cc深度（m）固结系数Cv层厚（m）回弹系数Cs土的名称超固结比OCR土天然重度c（kN/m3）内摩擦角（）天然含水量w（%）粘聚力c（kPa）液限wL（%）总应力抗剪强度塑限wP（%）有效抗剪强度塑性指数IP无侧限抗压强度qu（kPa）孔隙比e十字板抗剪强度cu（kPa）不均匀系数（d60/d10）渗透系数（cm/s）水平kh压缩模量Es（MPa）垂直kv对特殊的不良土层，尚需查明其膨胀性、湿陷性、触变性、冻胀性、液化势等参数。在基坑范围内土层夹砂变化较复杂时，宜采用现场抽水试验方法，测定土层的渗透系数。内摩擦角和粘聚力，宜采用直剪固结快剪试验取得，要提供峰值和平均值。总应力抗剪强度（cu、ccu）、有效抗剪强度（、c），宜采用三轴固结不排水剪试验、直剪慢剪试验取得。当支护结构设计需要时，还可采用专门原位测试方法，测定设计所需的基床系数等参数。基坑范围及附近的地下水位情况，对基坑工程设计和施工有直接影响，尤其在软土地区和附近有水体时。为此在进行岩土勘察时，应提供下列数据和情况：地下各含水层的视见水位和静止水位；地下各土层中水的补给情况和动态变化情况，与附近水体的连通情况；基坑坑底以下承压水的水头高度和含水层的界面；当地下水对支护结构有腐蚀性影响时，应查明污染源及地下水流向。地下障碍物的勘察，对基坑工程的顺利进行十分重要。在基坑开挖之前，要弄清基坑范围内和围护墙附近地下障碍的性质、规模、埋深等，以便采用适当措施加以处理。勘察重点内容如下：是否存在旧建（构）筑物的基础和桩；是否存在废弃的地下室、水池、设备基础、人防工程、废井、驳岸等；是否存在厚度较大的工业垃圾和建筑垃圾。6.2.2 周围环境勘察基坑开挖带来的水平位移和地层沉降会影响周围邻近建（构）筑物、道路和地下管线，该影响如果超过一定范围，则会影响正常使用或带来较严重的后果。所以基坑工程设计和施工，一定要采用措施保护周围环境，使该影响限制在允许范围内。为限制基坑施工的影响，在施工前要对周围环境进行应有的调查，做到心中有数，以便采取针对性的有效措施。 1基坑周围邻近建（构）筑物状况调查在大中城市建筑物稠密地区进行基坑工程施工，宜对下述内容进行调查：周围建（构）筑物的分布，及其与基坑边线的距离；周围建（构）筑物的上部结构形式、基础结构及埋深、有无桩基和对沉降差异的敏感程度，需要时要收集和参阅有关的设计图纸；周围建筑物是否属于历史文物或近代优秀建筑，或对使用有特殊严格的要求；如周围建（构）筑物在基坑开挖之前已经存在倾斜、裂缝、使用不正常等情况，需通过拍片、绘图等手段收集有关资料。必要时要请有资质的单位事先进行分析鉴定。2基坑周围地下管线状况调查在大中城市进行基坑工程施工，基坑周围的主要管线为煤气、上水、下水和电缆。煤气管道。应调查掌握下述内容：与基坑的相对位置、埋深、管径、管内压力、接头构造、管材、每个管节长度、埋设年代等。煤气管的管材一般为钢管和铸铁管，管节长度约46m，管径常用100、150、200、250、300、400、500mm。铸铁管接头构造为承插连接、法兰连接和机械连接；钢管多为焊接或法兰连接。上水管道。应调查掌握下述内容：与基坑的相对位置、埋深、管径、管材、管节长度、接头构造、管内水压、埋设年代等。上水管常用的管材有铸铁管、钢筋混凝土管和钢管，管节长度约35m，管径为1002000mm。铸铁管接头多为承插式接头和法兰接头；钢筋混凝土管多为承插式接头；钢管多用焊接。下水管道。应调查掌握下述内容：与基坑的相对位置、管径、埋深、管材、管内水压、管节长度、基础形式、接头构造、窨井间距等。下水管道多用预制钢筋混凝土管，其接头有承插式、企口式、平口式等，管径为3002400mm。电缆。电缆种类很多，有高压电缆、通讯电缆、照明电缆、防御设备电缆等。有的放在电缆沟内，有的架空。有的用共同沟，多种电缆放在一起。电缆有普通电缆与光缆之分，光缆的要求更高。对电缆应通过调查掌握下述内容：与基坑的相对位置、埋深（或架空高度）、规格型号、使用要求、保护装置等。3基坑周围邻近的地下构筑物及设施的调查如基坑周围邻近有地铁隧道、地铁车站、地下车库、地下商场、地下通道、人防、管线共同沟等，亦应调查其与基坑的相对位置、埋设深度、基础形式与结构形式、对变形与沉降的敏感程度等。这些地下构筑物及设施往往有较高的要求，进行邻近深基坑施工时要采取有效措施。4周围道路状况调查在城市繁华地区进行基坑工程，邻近常有道路。这些道路的重要性不相同，有些是次要道路，而有些则属城市干道，一旦因为变形过大而破坏，会产生严重后果。道路状况与施工运输亦有关。为此，在进行深基坑施工之前应调查下述内容：周围道路的性质、类型、与基坑的相对位置；交通状况与重要程度；交通通行规则（单行道、双行道、禁止停车等）；道路的路基与路面结构。5周围的施工条件调查基坑现场周围的施工条件，对基坑工程设计和施工有直接影响，事先必须加以调查了解。施工现场周围的交通运输、商业规模等特殊情况，了解在基坑工程施工期间对土方和材料、混凝土等运输有无限制，必要时是否允许阶段性封闭施工等，这对选择施工方案有影响；了解施工现场附近对施工产生的噪声和振动的限制。如对施工噪声和振动有严格的限制，则影响桩型选择和支护结构的爆破拆除混凝土支撑；了解施工场地条件，是否有足够场地供运输车辆运行、堆放材料、停放施工机械、加工钢筋等，以便确定是全面施工、分区施工还是用逆作法施工。第二部分： 深基坑支护设计及计算1.深基坑设计原则根据基坑等级的划分进行设计；设计方案是根据场地工程地质和水文地质条件，以及场地周边环境条件等要求确定；防止由于基坑开挖，四周路面、地下构筑物及管线发生过大的变形；尽可能保证基坑开挖、施工、以及地下室防水的便利；加强施工管理，提高生产效率，优化方案，保证安全，使得工程造价经济合理。充分考虑本工程特点和周边施工环境，最大限度地降低工程施工对城市秩序、环境卫生、市容市貌、地面交通、既有设施安全及市民正常生活带来的不利影响。严格贯彻“安全第一”的原则，采用监控量测措施和信息反馈系统指导施工，确保施工安全、环境安全及周边建筑物安全。2 基坑支护设计基本要求基坑支护应该满足两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态，对基坑支护来说就是支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用极限状态则是指支护结构的变形或是由于开挖引起周边土体产生的变形过大，影响正常使用，但未造成结构的失稳。因此，基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支护产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。因而，作为设计的计算理论，不但要能计算支护结构的稳定问题，还应计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。 一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关，这就是通常基坑规范中所谓的基坑安全等级的划分。一般最大水平位移在30mm内地面不致有明显的裂缝，当最大水平位移在40-50mm内会有可见的地面裂缝，因此一般的基坑最大水平位移应控制不大于50mm为宜，否则会产生较明显的地面裂缝和沉降，感观上会产生不安全的感觉。3.深基坑设计内容3 .1 基坑支护方案设计3.1.1 支护体系的组成 当基坑工程的土方开挖、采用有支护开挖方式时，在基坑土方开挖之前则需先施工支护体系。支护体系按其工作机理和材料特性，分为水泥土挡墙体系、排桩和板墙式支护体系和边坡稳定式三类。 水泥土挡墙体系，依靠其本身的自重和刚度保护坑壁，一般不设支撑，特殊情况下经采取措施后亦可局部加设支撑。排桩和板墙式支护体系，通常由围护堵、支撑(或土层诺杆)及防渗帷幕等组成。3.1.2 几种常见支护体系在基坑支护中，根据工程水文地质及工程安全等级、周围环境等各方面的要求，对以下几种支护方式进行具体的分析，从而选出最适合于本工程施工的一种支护方式。（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，对相邻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。深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙的优点：由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济。其缺点首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时。为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。一般情况下，当红线位置和周围环境允许，基坑深度7m，在软土地区应优先考虑采用之。槽钢钢板桩槽钢钢板桩是一种简易的钢板校园护墙，由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长68m，型号由计算确定。打人地下后顶部近地面处设一道拉锚或支撑。由于搭接处不严密，一般不能完全止水。如地下水位高，需要时可用轻型井点降低地下水位。一般只用于一些小型工程。钢板桩的优点是材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而且简便；有一定的挡水能力，可多次重复使用；一般费用较低。其缺点是一般的钢板桩刚度不够大，用于较深的基坑时支撑(或拉锚)工作量大，否则变形较大；在透水性较好的土层中不能完全挡水；拔除时易带土，如处理不当会引起土层移动，可能危害周围的环境。由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m的基坑。地下连续墙地下连续墙是于基坑开挖之前，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖深槽，然后下钢筋笼浇筑混凝土形成的地下土中的混凝土墙。地下连续墙用作围护墙有下述优点： 施工时振动少、噪声低，可减少对周围环境的影响，能紧邻建筑物和地下管线施地下连续墙刚度大、整体性好、变形相对较小，可用于深基坑； 地下连续墙为连续整体结构，施工时处理好接头部怔，能有较好的抗渗止水作用；地下连续墙有如下的缺点：如单独用作围护堵成本较高；施工时需泥浆护壁，泥浆要妥善处理，否则影响环境。当基坑深度大，周围环境复杂井要求严格时，往往首先考虑采用。3.2 方案对比分析及选择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。该建筑为高层建筑，地下室与上部结构构成整体，基坑面积相对较小，但是地层相对较复杂，要求严格进行支护设计和组织施工，以保证基坑的安全。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，支护结构采用单排钻孔灌注桩。3.3 基坑支撑方案设计3.3.1 支撑结构类型根据基坑工程手册，对于深度较大的基坑，为使围护堵经济合理和受力后变形的控制在一定范围内，都需沿围护墙竖向增设支撑点，以减小跨度。如在坑内对围护墙加设支承称为内支撑；如在坑外对围护墙拉设支承，则称拉锚(土锚)。内支撑受力合理、安全可靠、易于控制围护墙的变形但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。用土锚拉结围护墙，坑内施工无任何阻挡，但于软土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定长度，在建筑物密集地区如超出红线油需专门申请，否则是不允许的。一般情况下，在土质好的地区，如具备锚杆施工设备和技术，应发展土锚；在软土地区为便于控制围护墙的变形，应以内支撑为主。支护结构的内支撑，按材料分，可分为钢支撑和钢筋混凝土支撑两类。 钢支撑的优点是安装和拆除速度较快，能尽快发挥内撑的作用，减小时间效应，既使围护墙因时间效应增加的的变形减小；可以重复利用，多为租赁方式，便于专业化施工；可以施加预紧力，还可根据围护墙变形发展情况，多次调正预紧力值以限制围护墙变形发展。其缺点是整体刚度相对较弱，支撑的间距相对较小；由于在两个方向施加预紧力，使纵、横向方交接处处于铰接状态。钢筋混凝土支撑优点是形状多样性，由于是现浇而成，可浇筑成直线、曲线构件，可根据基坑平面形状，浇筑成最优化的布置型式；整体刚度大、安全可靠，可使围护墙的变形小，有利于保护周围环境；可方便地变化构件的截面和配筋，以适应其内力的变化。其缺点是支撑成型和发挥作用时间长，现场浇筑需时较长，再加上养护达到规定的强度，时间更加长，为此时间效应大，使围护墙因时间效应而产生的变形增大；属一次性的支撑结构，不能重复利用；拆除相对困难，如利用控制爆破拆除，有时周围环境不允许，如用人工拆除时间较长，劳动强度大。3.3.2 支撑方式的对比选择由于本工程的施工同时施工影响着项目周边居民的日常生活以及公司的正常运营，所以工期较为紧张。而钢筋混凝土支撑由于其成型和发挥作用时间长，现场浇筑需时较长，同时养护要达到规定的强度，时间更加长，一来是时间不允许，二来是围护墙也会因时间效应而产生变形增大的后果；且不能重复利用；拆除相对困难。又由于工程周围建筑物较多，空间上也不许。而钢支撑的安装和拆除速度较快，能尽快发挥支撑的作用，减小时间效应，有利于保证工期；可以重复利用。此基坑长度长，开挖深度大，若是连结处处于绞结状态的话，对于基坑开挖的安全性是不能保证的，也能满足环境的要求。因此我建议采用钢筋混凝土支撑施工，采用钢筋混凝土作为支撑，设置四道钢筋混凝土支撑。3.3.3 立柱当基坑的平面尺寸较大时，需布置支撑立柱来支撑水平支撑系统的自重，同时还可以防止支撑弯曲，在一定程度上起到缩短支撑的计算长度，防止支撑失稳破环的作用。支撑立柱通常采用钢筋混凝土立柱。由于在基坑开挖结束建筑底板的时候支撑立柱一般不能拆除，所以立柱最好做成格构式，以利于底板钢筋的通过，否则必须截断底板钢筋或在立柱侧壁上穿洞，而造成不必要的麻烦。本工程中，立柱采用和钢筋混凝土支撑同样的材料。3.3.4 围檩围檩的作用为将支护墙体上所承受的土压力、水压力等外荷载传递到支撑上，围檩的另一个重要作用是加强支护墙体的整体性，将支护墙体的各施工单元组成一个整体而共同受力。3.3.5 支撑制作注意事项内支撑施工体系安装施工要点：（1）千斤顶预加轴力必须对称同步，以平衡横撑自重下落的可能和初期开挖预放的初应变。（2）钢筋混凝土横撑的设置时间必须严格按设计工程条件掌握，土方开挖时应分段分层，严格控制安装横撑所需的基坑开挖深度。（3）所有支撑连接处，均应垫紧贴密，防止钢筋混凝土支撑偏心受压。（4）端头斜撑处钢围檩及支撑头，必须严格按设计尺寸和角度加工焊接、安装、保证支撑为轴心受力。（5）钢筋混凝土支撑安装的允许偏差应满足下表的规定 表 钢管横撑安装的允许偏差项目横撑中心标高及同层顶面的标高差支撑两端的标高差支撑挠曲度主柱垂直度横撑与主柱的轴线偏差横撑水平轴线偏差允许值30mm20mm1/600L1/1000L1/3000H50mm30mm4.深基坑设计计算内容4.深基坑土压力的计算4. 作用于支护结构的荷载 作用于支护结构上的荷载主要有：地基土产生的土压力、地下水产生的水压力、基坑顶面建（构）筑物的超载（荷载）、施工荷载、相邻场地的沉桩挤土作用、地震产生的垂直和水平荷载以及温度影响和混凝土收缩引起的附加荷载等。进行深基坑支护设计时，主要考虑作用在支护结构上的侧向荷载，土水压力是作用在支护结构上的侧向荷载，土水压力是作用在支护结构上的侧向荷载，它的计算、分析是否合理将直接影响到支护结构的安全和经济，是设计中的重要问题，也是土力学和岩土工程界深入系统研究的任务之一。 传统常规设计方法中，使用经典的土压力理论，计算土压力和水压力，然后使用理论力学、材料力学中的一些力和力矩平衡的知识，即可得到内力的解，完成深基坑支护的设计任务。这种方法不仅能解决实际工程问题，而且精度基本能满足工程需要。因而被规范所采用，成为工程界现行使用的主要方法。但是，由于作用在支护结构上的荷载受施工条件和环境的影响非常大，预估的荷载与实际产生的荷载可能相差很大，因此荷载的确定是基坑工程设计中最为困难而又十分重要的环节。4. 经典土压力理论在基坑支护中的运用 经典的郎肯土压力理论和库仑土压力理论已经广泛地应用于支护结构的土压力计算中。由于作用于支护结构上的土压力，在土性的复杂性、支撑结构的各部分的刚度差异，以及施工方法、程序和支撑松紧程度不同等因素影响下，都会发生很大的变化，难以准确地算出土压力的精确值。但是，工程中常用的土压力计算方法仍以古典的郎肯土压力理论和库仑土压力理论，用这两种理论计算出的土压力都是支护结构前、后的土体处于极限平衡状态时的土压力。郎肯土压力理论是建立在土体全部处于郎肯极限平衡状态的基础上，是从土中一点的极限平衡应力状态出发，首先求出作用在土中光滑竖直面上土压力强度及其土压力分布，然后再计算作用在墙背上的总土压力。库仑土压力理论是对墙后的土楔体整体处于极限平衡状态而求出总土压力，再算出土压力分布线。根据郎肯土压力理论，作用在地面下某深度Z处的主、被动土压力计算为= = 式中 、单位面积主动土压力、被动土压力（kPa）； 、主动、被动土压力系数； 作用在离地面处的单位面积总铅垂压力：=（kPa）； 基坑顶面上的均布荷载（即超载）（kPa）; 土的重度（kN/m）; 土的内摩擦角（）； 土的粘聚力（kPa）。上层土压力计算中常会出现负值，在设计时可略去不计。然而，在基坑开挖过程中，作用在支挡结构上的土、水压力等荷载是随着开挖的进程逐步形成的，其分布形式除与土性和地下水等因素有关外，还与墙体的位移量及位移形式有关。而位移的性状随着支撑和锚杆的设置及每步开挖施工方式的不同而不同。因此，土压力并不完全处于静止和主动状态。如板桩或桩板式（工字钢和横列板）支撑基坑的开挖，是一种柔性结构，因而允许有限的变形，在开挖到一定的深度时，常在顶部进行第一道支撑，此时板的移动不大，继续开挖后，由于主动土压力逐渐增大，而上部已有支撑，所以只能在下部移动，而到基底时，其位移值为最大。有关实测资料表明：当支护墙上有支锚时，土压力分布一般呈上下小、中间大的抛物线形状或更复杂；只有当支护墙无支锚时，墙体上端绕下端外倾，才会产生一般呈直线分布的主动土压力。由于实测位移与经典的朗肯土压力理论和库仑土压力理论计算的并不一致。因此，土压力的分布同样也和理论上所估计的不同。1）经典土压力理论计算的结果是极限值，而当维护结构处于正常的工作状态时的接触压力并不是极限值。因此，在基坑工作状态正常的条件下，实际量测到的变形、土压力、孔隙水压力和支撑轴力等变量在原则上不可能与一般的计算结果完全一致，除非基坑已经达到极限状态。因此，经典土力学理论对基坑支护土体的塑性发展过程没有给出解答。目前采用有限元可以进行弹塑性计算模拟实际工作盈利状态时的各种反应，但由于计算参数、边界条件处理和接触单元的处理等尚难以完全模拟实际的工作条件，在实用化上还有许多工作要做。2）经典土压力理论只能计算刚性界面上的接触压力，而没有考虑实际支护结构本身的变形，特别是柔性支护结构。而且在支撑和锚杆的约束下，支护结构的变形非常复杂。3）经典土压力理论是平面应变条件下的解答，而没有考虑末端影响。而实际的工程条件总是有限长的，在长边方向的中部比较接近于平面条件，但在基坑的转角处则与平面问题假定相去甚远，存在末端的影响。以上对经典土压力问题的讨论可以有助于更合理的确定土压力。目前经典的土压力理论依然是实用计算公式的基本形式，许多关于土压力计算的修正都是基于经典公式展开的。因此，经典公式有其局限性和实用性。4.1.3 基坑支护的土水压力计算 土中水的存在状态有多种，有结晶水、结合水和自由水。自由水又分为毛细水和重力水，后者有静止水、渗流水等。而地下水存在的形式又有上层滞水、潜水和承压水。不同的降水排水措施又导致不同的地下水运动形式。因此，考虑土中水的问题是土压力计算的难点。对于支护结构上地下水位以下的土体，有“土水合算”和“土水分算”两种方法。这主要是针对粘土不排水情况下提出的问题，究竟哪种方法更为合理，存在不同的意见。有学者认为，从土的有效应力原理这一基本概念出发，对地下水位以下无论何种土均采用土水分算；但也有学者认为，土水分算计算结果，主动土压力偏大，被动土压力偏小，且粘聚性土的有效强度指标难以准确测定，从工程实际应用出发，对地下水位以下渗透性较小的粘聚性土可用土水合算。但是，目前在学术界仍然有不同的看法，近年来在这方面的学术讨论也非常活跃。下面仅对土水合算法和土水分算法的基本思路作一阐述，以助于大家思考，以便寻求更合理更完善的土压力计算方法。4.1.4 土水合算法对地下水位以下土体的土水合算法，也称总应力法，