衡阳5米深基坑排桩支护设计

目录

第1章基坑工程设计资料.................................................................................... 1

1.1 工程简介................................................................................................. 1 1.2 工程地质与水文地质条件..................................................................... 1

1.2.1 工程地质...................................................................................... 1 1.2.2水文地质....................................................................................... 3 1.3岩土层的物理力学性质评价.................................................................. 3 1.4不良地质作用.......................................................................................... 8 1.5勘察的依据.............................................................................................. 8 第2章支护方案的选择及比较.......................................................................... 10

2.1基坑支护的类型和适用范围................................................................ 10

2.1.1深层搅拌水泥土围护墙............................................................. 10 2.1.2土钉墙......................................................................................... 10 2.1.3排桩支护..................................................................................... 10 2.1.4槽钢钢板桩................................................................................. 11 2.1.5排桩............................................................................................. 11 2.1.6钢板桩......................................................................................... 11 2.1.7SMW工法 ................................................................................... 12 2.1.8地下连续墙................................................................................. 12 2.2方案的比较及确定................................................................................ 13

2.2.1基坑的特点................................................................................. 13 2.2.2支护方案的选择......................................................................... 13

第3章基坑支护计算理论.................................................................................. 14

3.1土压力计算............................................................................................ 14

3.1.1朗肯土压力理论......................................................................... 14 3.1.2库伦土压力理论......................................... 错误！未定义书签。 3.2基坑稳定性分析.................................................... 错误！未定义书签。

3.2.1基坑的整体稳定性验算............................. 错误！未定义书签。 3.2.2基坑的抗隆起稳定验算............................................................. 14

I

第4章基坑支护结构设计计算.......................................................................... 16

4.1土压力计算............................................................................................ 16 4.2挡土结构内力计算................................................................................ 19 4.3桩身配筋计算........................................................................................ 20 4.4稳定性分析............................................................................................ 21

4.4.1整体稳定性验算......................................................................... 21 4.4.2墙底抗隆起验算......................................................................... 22

第5章施工组织设计.......................................................................................... 24

5.1排桩施工工艺........................................................................................ 24 5.2排桩施工技术措施................................................................................ 27

II

第1章基坑工程设计资料

1.1 工程简介

拟建的荷花新村一期建筑场地位于衡阳市珠晖区广东路荷花平，和平路以西，和平小学以西。拟建的住宅楼为7+1层，为框混结构。根据规划图规划标高为现和平路地面标高59.0m，平面形状均为“长方形”，平面尺寸见规划平面图。规划平面布置图的没有角点坐标。

工程重要性等级为二级工程；场地复杂程度为二级场地；地基复杂程度为二级；岩土勘察等级为乙级。

5′1ZK158.70ZK258.60ZK358.40ZK458.802ZK658.40ZK758.70ZK82′58.6034ZK958.50ZK1058.605ZK1158.70ZK1258.606′4′ZK51′58.60ZK133′58.506

1.2 工程地质与水文地质条件

1.2.1 工程地质

场地地貌单元属于湘江一级阶地地貌，现未整平。场地规划整平标高为即为59.0米标高为马路标高。

当地气候属亚热带湿润季风气候，四季分明，酷暑和冰冻期短，年平均气温

1

17.9℃，雨季集中在春夏季，历年平均降雨量1327mm，常年可施工，交通便利。

在钻探所达深度范围内，场地地层覆盖层为人工填土、第四纪河流冲沉积物。 拟建场地下部岩土大体可分5层，自地面向下各层分别为：①杂填土（Q4ml）、②粉质粘土层（Q4al）、③粉土（Q4al）、④粉砂层（Q4al）、⑤圆砾层（Q4al）；现分述如下（参见《工程地质剖面图》《土工试验分层统计表》等图表）：

①杂填土层：褐黑色、褐黄色，主要以砂砾，粘性土，煤渣等混合堆填，结构松散，湿。全场地分布；

最薄处为0.90米，见于ZK7号孔；最厚处为6.80米，见于ZK3号孔；平均厚度为1.88米；

层面最高处标高为58.80米，见于ZK4号孔；层面最低处标高为58.40米，见于ZK3号孔；平均标高为58.59米；

②粉质粘土层：褐黄色，黄褐色，含有少量的铁锰质，可-硬塑状，饱和态。无摇震反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。局部分布，在第ZK3号孔缺失；

最薄处为3.50米，见于ZK4号孔；最厚处为5.80米，见于ZK11号孔；平均厚度为5.03米；

层面最高处标高为57.80米，见于ZK7号孔；层面最低处标高为55.80米，见于ZK4号孔；平均标高为57.14米；

③粉土层：褐黄色，含少量的云母片及铁锰质，砂感较强，中密-密实，湿。摇震反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。全场地分布；

最薄处为2.30米，见于ZK11号孔；最厚处为3.00米，见于ZK3号孔；平均厚度为2.74米；

层面最高处标高为52.40米，见于ZK7号孔；层面最低处标高为51.60米，见于ZK3号孔；平均标高为52.07米；

④粉砂层：褐黄色，含少量的云母片及铁锰质，遇水扰动易软化（流砂），松散，很湿，粘粒含量在5%左右。全场地分布；

最薄处为2.50米，见于ZK3号孔；最厚处为3.50米，见于ZK4号孔；平均厚度为2.85米；

层面最高处标高为49.80米，见于ZK4号孔；层面最低处标高为48.60米，

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见于ZK3号孔；平均标高为49.33米；

⑤圆砾层：褐黄色，石英、石英砂岩质，亚园形，砾径在2-50mm之间，含量在50-60%左右，中间以中、粗砂及粉土充填，稍-中密，饱和。全场地控制；控制层厚为3.10-3.60米；

层面最高处标高为46.90米，见于ZK11号孔；层面最低处标高为46.10米，见于ZK3号孔；平均标高为46.48米。

1.2.2水文地质

1.基本特征

地下水类型主要为上层滞水与孔隙潜水和基岩裂隙水。

（1）上层滞水：存在于杂填土中存在，主要补给来源为大气降水及生活废水，对基础施工影响较大。勘察时测得稳定水位为：0.8-2.61.5m左右，标高为56.9～57.9米。

上层滞水水位随季节性降水多少而变化；孔隙水受大气降水影响较大，水位随季节降水、侧向补给水的多少而变化。

（2）粉质粘土为不含水层，为相对的隔水层。

（3）孔隙潜水：赋存于粉砂层与圆砾层中，水量丰富，动态变化较大，与蒸水河河水有动力联系，水位变化与河水有直接关系。

勘察期间根据钻孔水位测量，该层地下水初见水位为7.0～9.0m，稳定水位埋深一般在7.0～9.0m，标高一般在49.1～50.3m。受大气降水及侧向补给，以地下径流方式向湘江河排泄。是该地区的主要地下水类型。

2.地下水的腐蚀性评价

根据临近场地地下水取样化验结果，场地地下水水质洁净；场地环境类型属Ⅱ类。根据《岩土工程勘察规范》判别，地下水对钢筋混凝土具微腐蚀性。

该场址历史最高洪水位为58.61m,近3-5年最高洪水位为58.0m。

1.3岩土层的物理力学性质评价

1.各岩土层的物理力学指标参数统计分析

经勘察，根据野外鉴别、现场重型动力触探与标准贯入试验试验结果，结合

3

室内试验结果，经计算及综合分析，将各岩土层的主要物理力学性质列表。

2.岩土层的物理力学性质评价

各地层力学指标见标准贯入试验、重型动力触探试验、岩土层的物理力学性质试验成果，根据勘察及综合试验指标对各土层性质评价为：

①杂填土：该层土质不均，物理力学性质很差。 ②粉质粘土：该土层土质均匀，水平方向分布较均一。

根据标准贯入试验成果，该层土标准贯入试验实测值为10-12击，平均值为10.7击，标准值为10.0击，判定该层土有较好的力学性质，中等压缩性。

综合判定该层中等压缩性，具较好的承载能力。 ③粉土：该土层土质均匀，水平方向分布较均一。

根据土工试验，该层土孔隙比为0.651-0.717，天然含水量为22-26.0%，压缩系数为0.27-0.35MPa-1，判定该层土为中密-密实，中等压缩性。

根据标准贯入试验成果，该层土标准贯入试验实测值为6-8击，平均值为7.0击，标准值为6.5击，判定该层土有较好的力学性质，中等压缩性。

综合判定该层中等压缩性，具较好的承载能力。

④粉砂：松散，湿，土质欠均匀，扰动后在动水压力作用下易流动。 根据标准贯入试验成果，该层土标准贯入试验实测值为5-6击，平均值为5.7击，标准值为5.2击，判定该层土力学性质较差，压缩性中等偏高。

⑤圆砾：土质不均匀，分布不均匀。

据重型动力触探试验（统计表可见土工试验综合成果表），该层动力触探试验根据杆长修正后击数7.5-16.2为，平均值为12.1击，标准值为11.2击，判定该层土有较好的力学性质，压缩性中等偏低。

3.不良地质作用

据钻探资料表明，场地内未发现有全新活动的地质构造，也未见有土洞、岩溶、滑坡、危岩和崩塌、泥石流、采空区等其它不良工程地质作用。

4.场地地震效应

据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010），场地处于抗震设防一般地段，拟建场地地震设防烈度小于6度，根据勘察土层厚度及性质，估算场地剪切波速为238（m/s），场地为中硬土层，上覆盖层厚度为14-15m,根据《建筑抗震设计

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规范》（GB50011—2010）表4.1.6判断场地类别属II类。特征周期为0.35s，地震加速度为小于0.05g。

5.场地的稳定性和适宜性

本次勘察结果表明，地质构造对场地建设无影响，场区无不良地质现象，无其它特殊性土及下卧软弱岩土，未发现活动断裂，故场地和地基稳定，适宜建筑。

6地基方案 （1）基础方案分析

根据拟建场地岩土特性及建筑特征，拟建建筑可可采用浅埋基础形式，也可采用深基础---桩基础。

（2）成桩可能性评价：

a填土中虽含混泥土块、老基础，但基坑开挖后不存对夯扩桩施工影响，可以成桩。

b拟建场地面临湘江，场地内第四纪冲积含水层厚度较大，含水层水量丰富，补给条件良好，且粉砂层在动水压力作用下易形成流砂，因此该场地采用人工挖孔灌注桩成桩困难。

c该场地平整，交通方便，适宜于沉灌注夯扩桩施工。

d场地中圆砾层很厚，以圆砾层作基础持力层，预应力管桩可以成桩。 (3)基础形式的建议

a根据拟建场地岩土特性局部粉质粘土缺失，可在基坑开挖后用素混凝土找平，以粉质粘土与粉土共同作基础持力层，采用筏版基础。

b亦可采用静压预应力管桩，以圆砾层作基础持力层，桩长以满足贯入度及承载力要求为准。

c亦可采用沉管灌注夯扩桩，以圆砾层作基础持力层，桩长以满足贯入度要求为准。

(4)基础施工注意事项

a严格按施工规范进行施工，桩基础应满足设计与规范要求的嵌固深度。严格按规范进行检测与验槽。

b基槽清理完成后，应及时验槽、封底、浇灌混凝土，以免持力层长时间裸露而风化，降低承载力。

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c场地粉砂层在动水压力作用下易形成流砂，会出现缩径现象，应注意施工方法与施工工艺。

d基础施工对环境的影响

夯扩桩可能产生噪音及泥浆污染环境等问题，应妥善处理，并因夯扩桩冲击力，引起周边建筑开裂。基坑开挖，可引起周边建筑开裂、地面下沉，应作好基坑支护。

e基坑开挖支护措施与基坑降水、抗浮设防水位 f基坑开挖支护措施

有一层地下室，埋深-4.0m，地下室基底标高为55.0m，坑壁地层为杂填土、粉质粘土基坑安全等级为二级。

现地面标高为58.4-58.7m，而规划标高为59.0m，故从现地面下挖4.0m左右，基坑没有放坡宽度，故可采用排桩作支护施工，或采用土钉加喷浆支护。

根据试验及经验各土层的支护参数为

土层名称 容（kn/m） 杂填土 粉质粘土 粉土 17.0 19.7 19.8 3重凝聚力（kpa） 5 18.3 8.6 内摩擦角（0） 10 16.2 12.6 (5)基坑降水与抗浮设防水位

勘察过程中测到填土中的上层滞水水位标高在基坑基底以上，故对基坑开挖影响大，并遇雨季施工时，临时降水可对基坑施工影响更大，可以采用明沟排水与集水井排水。

建议地下室四周采用盲沟进行排水，以降低地下水水位，可根据盲沟降低水位的多少进行设防，或作专门抗浮设防水位调查，必须作抗浮验算。

7.岩土设计参数

(1)根据钻探、重型动力触探、标准贯入试验、土的物理力学性质试验，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），各岩土层的天然地基承载力特征值见表：

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承载力特征值fa（KPa） 动力地层名称 状态 触探试验 杂填土 粉质粘土 粉土 粉砂 松散 硬塑 中密-密实 松散 / 235 160 / 105 4圆砾 稍-中密 00 / / / 300 / / / / 246 163 / 220 160 100 标准贯岩石单轴极限土的物理压缩模量（MPa） 土的物理力原位测试计建议值 学试验Es 算E0 入试验 抗压强度试验 力学试验 6.64 5.57 / / / / 3.12 21.3 (2)当采用桩基时，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2001），桩设计参数见下表：

指标 名称 地层 名称 土的 桩侧桩端土的极限承载力标准值qpk（KPa） 沉管（夯扩）灌注桩 挖孔灌注桩 冲孔灌注桩 预制桩 （管桩） / / / 3000 / / / 2400 / / / / / / / 6000 / / / / 长螺旋排桩 状态 土的极限摩阻力标准值qsik（KPa） 杂填土 粉质粘土 粉砂 松散 硬塑 松散 20 70 40 130 圆砾 稍-中密

8.结论和建议

a经勘察，场地和地基稳定，适宜进行本工程的建设。

b根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），拟建建筑物场址区地震基本烈度低于6度区，属非地震效应区，场地整体稳定。

c勘察结果表明：建筑场地属可以建设的一般场地，场地内地形地貌较简单，未发现影响场地稳定性的不良地质作用，故本场地为中等复杂场地；场地内地层

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分布较不均匀，岩土种类较多，性质变化较大，属中等复杂地基。综上所述，本场地岩土工程勘察等级为乙级。

d场地内地下水和土对砼具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

e静压预应力管桩与沉管罐注桩，可根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中5.3.5计算式进行估算单桩承载力，以圆砾层作基础持力层，在施工前，应作试桩，以验算单桩承载力及沉降量。

f采用筏版基础，以粉质粘土与粉土共同作基础持力层，对填土较深处，用素混凝土找平，再作基础。

g基础施工时，应按规范进行检测和作施工验槽（桩）工作，如施工过程中发现地基异常，请及时通知有关单位，以便共商处理。

h建议对基坑及周边环境进行变形观测，进行信息化施工。

i当基础施工到0.00米标高时，应设立沉降观测点，按规范对拟建建筑物进行沉降观测，以保证建筑物的正常使用。

1.4不良地质作用

据钻探资料表明，场地内未发现有全新活动的地质构造，也未见有土洞、岩溶、滑坡、危岩和崩塌、泥石流、采空区等其它不良工程地质作用。

1.5勘察的依据

（1）《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)

（2）《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）（2009年版） （3）《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002） （4）《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010） （5）《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008） （6）《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ87） （7）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002） （8）《原状土取样技术标准》（JGJ89-92） （9）《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-99）

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（10）《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999） （11）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99） （12）《建筑基坑工程技术规范》(GB50086-2001) （13）《基坑土钉支护技术规程》(CECS96:97) （14）《建筑地基基础设计规范》(GBJ50007-2002) （15）《土层锚杆设计规范》 (CECS2290) （16）《锚杆喷射混凝土技术规范》(GB50086-2001) （17）《混凝土结构设计规范》 (GBJ10-89)等规范规程

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第2章支护方案的选择及比较

2.1基坑支护的类型和适用范围

2.1.1 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;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点: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。

2.1.2土钉墙

土钉墙是一种边坡稳定式的支护，其作用与被动的具备挡土作用的围护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深10m以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。采用土钉墙的一般要求，①土钉墙可适用于塑，不塑或坚硬的粘性土；②在有地下水的土层中，土钉支护应该在充分降排水的前提下采用；③土钉墙容易引起土体位移，采用土钉墙支护应慎重考虑，墙体变形对周围环境的影响，本工程地质条件：主要为粘性土。另本工程地下水位为2.1m，且地处海边区，若要采用土钉墙支护势必做好降水排水措施。且工程地处人口稠密的旧城区，毗邻交通主干道,排水必将引起地地面沉降，给周围建筑以极大威胁。

2.1.3排桩支护

基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩支护，开挖深度在6~10m左右时，即可采用排桩围护。排桩可采用排桩、人工挖孔桩、预制钢筋混

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凝土板桩或钢板桩等。当基坑开挖深度较大时，可设置多道支撑，以减少内力,采用冲钻孔桩能够穿越条石、旧基础。在护壁桩间做旋喷帷幕达到止水的效果，但由于基坑开挖深度大护壁不可能采用锚拉或内支撑，锚杆无法施工，也无法采用锚拉，南北两侧亦无法对称采用排桩，在设立支护时没有合适的支护方式。

2.1.4槽钢钢板桩

这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6~10m,型号由计算确定。其特点为:槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施;抗弯能力较弱,多用于深度小于4m的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度小,开挖后变形较大。

2.1.5排桩

排桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。其多用于坑深7~10m的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有8~9m的臂桩围护墙。排桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。

2.1.6钢板桩

采用钢板桩支护针对本基坑为临时支护的特点，施工方便，工期短，在基坑施工完毕回填土后将槽钢拔出，重新利用，可以将支护费用降到最低。但采用钢板桩支护有一致命的弱点，即不能挡水和土中的细小颗粒，且在地下水位高时还要求降水或隔水，这与本工程地下水位高，地水丰富的地质条件极不相称。另钢板桩支护抗弯能力较弱，开挖挠曲变形较大，一般适用深度不超过4m。很显然

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本基坑软弱含水的地质条件10m的开挖深度，以及地处城市建筑密集区对挠曲位移的严格要求等均不适宜采用钢板桩支护，一经采用必将造成严重后果。

2.1.7SMW工法

SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入H型钢等(多数为H 型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等) ,将承受荷载与防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW支护结构的支护特点主要为:施工时基本无噪音,对周围环境影响小;结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层;挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H 型钢等受拉材料;则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。

2.1.8地下连续墙

通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备

优点：①施工时振动小，噪音低，非常适合本基坑的开挖支护设计；②墙体刚度大，特别适合本基坑复杂的地质条件，尤其是对松散填土及软塑淤泥质粉质粘土的支挡效果明显，基坑安全性能够得到保证；③防渗性能好，地下连续墙现今工艺已成熟，在墙体结头和施工方法上都得到改进，墙体几乎不透水，因此对于本基坑高达1m的地下水位相当适合采用连续墙可以不降排水，在施工时只要及时的进行排水即可；④占地少，本工程地处城市建筑密集区，空间狭小，采用地下连续墙可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，能够充分发挥其经济效益，在施工过程中，不会引起地面沉降，因此对周围建筑没有丝毫影响；⑤工效高，工期短，质量可靠，经济效益高。采用地下连续墙是真正的优质高效，符合现代都市的竞争理念，业主容易接受。缺点：①对废泥浆处理，不但会增加工

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程费用，如泥水分离不完善或处理不当，造成新的环境污染；②槽壁坍塌问题。如地下水位急剧上升，护壁泥浆液面急剧下降，土层中有软弱的砂性砂层，泥浆的性质不当或已变质，施工管理不当等均可能引起壁槽壁坍塌，引起地面沉降，危害邻近工程结构和地下管理的安全。同时也可能使墙体混凝土体积超方，墙面粗躁结构尺寸超出允许界限；③本基坑支护均为临时支护，采用地下连续墙费用要相对较高，但为保证安全稳定及效率，费用仿高5-10%的预算之内，同时采用连续墙施工，工序简单，变更较少，费用易于控制。

2.2方案的比较及确定

2.2.1基坑的特点

综合分析本工程的地理位置、土质条件、基坑开挖深度及周围环境的影响，有以下的特点：

（1）基坑开挖深度范围内的土层的工程性较差。软土厚度大。 （2）基坑周围的环境条件复杂。 （3）开挖深度较深5m，属于二级基坑。

2.2.2 支护方案的选择

根据本工程的特点，基坑采用排桩支护形式，从技术上和经济上进行了分析比较。

优点：排桩施工容易、造价较低，目前此种技术比较成熟。排桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短此时支护结构有一定的安全性和经济性。

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第3章基坑支护计算理论

3.1土压力计算

3.1.1朗肯土压力理论

1857年英国学者朗肯（Rankine）从研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理论，得出计算土压力的方法，又称极限应力法。

3.2.2基坑的抗隆起稳定验算

采用同时考虑c,值的抗隆起法，以求得地下墙的入土深度。基本假定：将墙底面作为求极限承载力的基准面，滑移线形状见计算简图，参照Prandtl的地基承载力公式。不考虑基坑尺寸的影响。

计算分析简图：

qA'τB'

图5.1 计算分析简图

K

2DNqcNc1(HD)q

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式中：

D——墙体入土深度（m）； H——基坑开挖深度（m）；

1,2——墙体外侧及坑底土体重度（kN/m3）；

q——底面超载（kN/m3）；

Nc,Nq——地基承载力的系数。

Nc,Nq用Prandtl公式，分别为：

tg20Ntg(45)eq2N(Nq1)tgc

用本法验算抗隆起安全系数时，要求Ks1.10~1.20。

15

第4章基坑支护结构设计计算

本基坑工程场地平坦，土体上部底面超载20kPa，在影响范围内无建筑物产生的侧向荷载，且不考虑施工荷载及邻近基础工程施工的影响，假定支护墙面垂直光滑，故采用郎肯土压力理论计算。

59ZK958.50杂填土▽1.001.20(57.30)ZK1058.60杂填土▽1.001.20(57.40)ZK1158.70杂填土▽0.800.90(57.80)ZK1258.60杂填土▽1.001.30(57.30)●zk12-1N=10▼ZK1358.50▽1.001.60(56.90)56粉质粘土●zk10-1N=12▼粉质粘土粉质粘土粉质粘土536.40(52.10)6.50(52.10)粉土9.00(49.70)6.70(52.00)6.50(52.00)7.00(51.60)粉土●zk12-2N=7▼9.50(49.10)粉土509.30(49.20)粉土N=7▼●zk10-29.50(49.10)N=6▼9.20(49.30)粉砂47f粉砂12.10(46.40)f粉砂f粉砂11.80(46.90)N=5▼ff12.00(46.50)12.00(46.60)12.00(46.60)44圆砾圆砾圆砾15.20(43.50)圆砾○zk13-115.20(43.40)15.60(42.90)15.60(43.00)15.30(43.20)根据基坑的周边环境和和周围建筑物对基坑的不利影响，选择ZK11处的土层作为本基坑围护结构设计计算的不利位置。基坑的开挖深度5.0m，

4.1土压力计算

本基坑的开挖深度5.0m,上部的均布荷载取q=20kN/m． 根据试验及经验各土层的支护参数为

土层名称 重（kn/m3） 内凝力（kpa） 杂填土 粉质粘土 粉土 17.0 19.7 19.8 5 18.3 8.6 (0) 10 16.2 12.6 1.6 4.9 6 内摩擦角厚度(m)

（1）主动土压力系数：

16

杂填土：Ka1tan24510.7

2粉质粘土：Ka2tan24520.56

2粉土：Ka3tan24530.64

2（2）被动土压力系数：

杂填土：Kp1tan24511.42

2粉质粘土：Kp2tan24521.77

2粉土：Kp3tan24531.56

2（3）主动土压力分布： a点：

ea1qKa12c1Ka1200.7250.75.63kPa b点上：；

ea2(q1h1)Ka12c1Ka1(20171.6)0.7250.724.67kPa

b点下：

ea3(q1h1)Ka22c2Ka2(20171.6)0.59218.30.5920.17kPa

c点：

ea4(q1h125h1)Ka22c2Ka2(20171.619.73.4)0.59218.30.5959.68kPa

根据《建筑基坑支护技术规程JGJ120-99》得基坑底以下土层主动土压力按矩形分布，则有

d点上：ea5ea459.68kPa d点下：

17

ea6(q1h12h2)Ka32c3Ka3(20171.619.74.9)0.6428.60.6484kPa

e点：

ea7ea684kPa （4）被动土压力分布：

c点：ep12c1Kp1218.31.7748.7kPa d点上：

ep22h1'Kp22c2Kp219.71.51.77218.31.77 101kPad点下：

ep32h1'Kp32c3Kp319.71.51.5628.61.56 67.6kPae点：

'ep4(2h1'3h2Kp32c3Kp3'(19.71.519.8h2)1.5628.61.56 '(67.619.8h2)kPa计算主动土压力与被动土压力相等的点o，设该点距基坑底部的距离为x，

59.6848.7x有10148.71.5

x0.32m对o点取弯矩的。

11ea1ea2h15.6324.671.624.2kN/m 2215.631.60.80.524.675.631.61.633.40.324.35m ha124.211'Ea2ea3ea4h220.1759.683.4135.7kN/m

22120.173.41.70.559.6820.173.43.430.321.74m ha2135.7Ea1Ea3ea5h359.681.589.5kN/m

18

ha31.50.320.43m 2''Ea4ea6h284h2kN/m

ha41.50.320.5h31.180.5h3m

11ep1ep2h1'48.71011.5112.3kN/m 22148.71.50.750.510148.71.51.530.320.52m ha11.5112.3Ep1

Ep211'''ep3ep4h267.667.619.8h2h2kN/m 22（5）求嵌固深度

根据《建筑基坑支护技术规程JGJ120-99》得：

hpEpj1.20haEai0； 带入数据得

'h23.2m

所以嵌固深度：hd1.2(3.21.5)5.64m 取hd6m。桩长5+6=11m。

4.2挡土结构内力计算

采用人工挖孔桩，桩径1200mm，桩中心距2000mm。 剪力为零点位置以及相应的最大弯矩设计值Mmax，求hm； 由EpjEai0 代入数据 得hm1.86m

相应的最大弯矩计算值

McEpjhjEaihi

带入数据计算的

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Mc667.3kN.m 则最大弯矩设计值

Mmax1.250McSv1.251.1667.321835.1kN.m

4.3桩身配筋计算

根据《混凝土结构设计规范》知，圆形截面钢筋布置如下:

图沿周边均匀配筋的圆形截面

由最大弯矩Mmax1835.1kN.m，桩径1200mm，混凝土标号C25，主筋采用HRB335级钢筋，保护层厚度50mm，预计配26Φ25钢筋；箍筋为HPB225级钢筋，采用Φ8螺旋箍筋，间距200mm：加强钢筋为HRB335级钢筋，采用Φ16加强钢筋，间距2000mm，以加强钢筋笼刚度。

有a50mm，fy300N/mm2，fc11.9N/mm2，

As12763.4mm2，rs550mm，11.0：

sin2由公式1fcA1tfyAs0，t1.252；

21.011.960021sin231.2530012763.40； 2得0.277，t1.2520.696；

20

sinsint2sin31fcArfyAsrs 32sin30.277sin0.277sin0.69621.011.960060030012763.455032147.4k/mMmax

配筋满足要求。

4.4稳定性分析

4.4.1整体稳定性验算

由稳定性验算公式：Ksf整体稳定性分析如图

cl(qbW)cos(qbW)siniiiiiiiitani；

由理正岩土计算软件按瑞典条分法进行计算得到结果。 总的抗滑力 = 193.155kN 总的下滑力 = 137.834kN 最不利滑动面:

滑动圆心 = (8.040,5.800)m 滑动半径 = 5.799m 滑动安全系数 =1.41

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得整体稳定性安全系数为Ksf1.411.3达到稳定性要求。

4.4.2墙底抗隆起验算

基本假定：将墙底面作为求极限承载力的基准面，滑移线形状见计算简图，参照Prandtl的地基承载力公式。不考虑基坑尺寸的影响。

计算分析简图：

由于各土层物理力学参数相差不大，故采用加权平均法计算土压力，各加权平均参数计算为：

平均容重：

ihih

i17.01.619.73.418.6kN/m3

5强度指标：

ihihhi

101.616.23.415.6

5iccihi

51.618.33.415.1kPa

5

qA'τB'

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K2DNqcNc1(HD)q

式中：

D——桩体入土深度（m）； H——基坑开挖深度（m）；

1,2——墙体外侧及坑底土体重度（kN/m3）；

q——底面超载（kN/m3）；

Nc,Nq——地基承载力的系数。

Nc,Nq用Prandtl公式，分别为：

tg20Ntg(45)eq2N(Nq1)tgc

用本法验算抗隆起安全系数时，要求Ks1.10~1.20。 计算过程

H5mD6mC15.1kPa15.60 15.6tg15.60Nqtg(45)e

2204.38

NcNq1tg19.20

12.3

由于图中AB面上的抗剪强度抵抗隆起作用，假定墙体外侧及坑底土体重

1218.6kPa。

解得K2.341.10~1.2 所以，基坑不会发生隆起破坏。

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第5章施工组织设计

5.1排桩施工工艺

（1）测量放线定桩位

根据验收后的控制桩，按照提供的桩位平面布置图用60cm长φ10钢筋定出各个桩位，经过自检合格后，请有关部门组织检查，并及时办理桩位放样复核手续存档。

施工前根据设计图纸进行桩位编号，明确施工顺序。 （2）沟槽处理

根据基坑设计排桩成单列连续布置，排桩施工前沿轴线开挖施工沟槽，沟槽开挖深度不小于1.20m，沟槽宽度应大于桩径不少于200mm，并根据开挖后土质情况对沟槽进行处理，如上部土质较差，两侧采用砖砌护壁。

（3）钻进成孔

施工前按其施工孔深配置钻具、导管，预先由当班质检员和机长一起丈量，核准其钻头直径和长度、机上钻杆长度、钻杆长度、根数、导管长度、根数，然后请现场监理到现场检验，经核准后的器具不得随意更换。若需更换时，必须事先经质检员认可，并报监理同意后方可执行。

钻机就位后，必须平正、稳固、确保在施工中不发生倾斜、移动；为防止相邻桩串孔或影响邻桩的成桩质量，相邻桩的成孔施工以满足4D（D为排桩桩径）或不少于36小时为宜，因此，对不满足要求的桩跳桩（间隔二桩）施工。

（4）护壁

根据本工程地质岩土物理性能，选用原地层自然造浆，地表调节泥浆物理性能。根据不同的地质情况，选用不同的泥浆性能参数，来平衡地层的侧压力，以保证孔壁的稳定性，防止坍孔。

（5）清孔

为了保证清孔质量，本工程采用两次正循环清孔。在保证泥浆性能的同时，第一次清孔在成孔完毕后立即进行；第二次清孔在下放钢筋笼、立柱钢格构、灌注混凝土导管安装完毕后进行。

第一次清孔在成孔结束时利用钻杆清孔，钻孔达设计深度后，将钻头提离孔

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10～20cm，调制性能好相对密度较小的新泥浆替换孔内泥浆与钻屑，时间一般控制在60分钟左右。

第二次清孔利用导管进行，当钢筋笼和格构柱及导管全部安装在孔内后，导管底口下降至孔底30cm左右，进行清孔，要求孔底沉渣挡土桩≤200mm（沉渣用带圆锥形的标准测绳测定），泥浆比重≤1.25时，即可停止清孔作业。第二次清孔完成后，应保持孔内水头高度，并必须在30min内灌注水下混凝土，若超过30分钟，应重新清孔测定孔底沉渣后方可灌注。

（6）钢筋笼制作与吊放 ①钢筋笼制作

选用具有质量保证书的正规厂家制造的钢材，并对规格、批号、炉号不同的钢筋送测试中心做原材料力学试验，每一批代表数量不大于60t，复试合格后方可投入使用。

钢筋笼制作场地必须保持平整，下面铺垫30cm厚石子，钢筋笼制作前，应将主筋调直，清除钢筋表面污垢、锈蚀等；钢筋笼由专职钢筋工和持证电焊工上岗制作，并对钢筋搭焊质量抽样送检，同一规格每300个焊接接头抽样做一组拉伸试验。

按设计图纸制作，主筋采用单面搭接，搭接长度不小于10d，制作钢筋时在同一截面上搭接头不多于主筋总根数的50%；

钢筋笼制作偏差范围如下：

主筋间距：±10mm 箍筋间距：±20mm 钢笼长度：±100mm 钢笼直径：±10mm 焊接长度：≥10d ②钢筋笼保护层

为了保护钢筋笼主筋不产生露筋现象，采用4φ100×50mm的混凝土块做保护层，对称设置。每节钢筋笼设置不少于2道。混凝土保护块在孔口焊接时加在钢筋笼上，不宜在制作时加好，防止在搬运钢筋笼时破坏混凝土保护块。

③钢筋笼的吊放

钢筋笼采用双点起吊，严禁单面吊，吊点位置在第一道加强箍处。为防止变形，采用对称布置，吊放入孔时对准钻孔中心缓慢下放，应防止碰撞孔壁。

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④钢筋笼入孔固定

根据钢筋笼上焊2根Φ12的吊筋固定在孔口机架盘上，使钢筋笼准确地安放在桩孔标高中心位置上。钢立柱安放时，立柱方向和标高必须安放正确，吊筋必须采用2根Φ16以上钢筋。另外，为防止钢筋笼上浮，可在顶笼主筋对称插上2根Φ48钢管，上端固定在机架底盘下。

（7）导管安放及密水性试验

导管底部距孔底30~50cm左右，导管的第一节底管长度应大于4m。 导管密水性试验：一端封闭，另一端设注水孔和排气孔并带闸阀，将导管连接好后，打开排气孔，通过注水孔向导管内注水，排气孔出水时，关闭注水孔和排气孔闸阀，将空气压缩机与排气孔连接好，并带有压力表，打开排气孔闸阀，向导管加入压缩空气，其压力达到0.6～0.7Mpa时，无漏水现象，表明导管密水性试验合格，否则必须更换相应导管或密封圈。

（8）灌注水下混凝土、成桩

混凝土采用导管回顶法进行灌注，其优势是能向水深处迅速地灌注大量砼，不用排水，养护条件好，作业设备和器具简单，适应于各种施工条件。

①在浇灌混凝土前对孔深、孔径、垂直度，孔底沉渣厚度和积水深度进行复查，不合格时及时处理。

②拆掉泥浆管将灌料斗与导管相连，并安放压水板，将砼倒入料斗中内，达到初灌量后提起压水板。

③初灌混凝土时，灌入的砼必须够量，应保证导管底端埋入混凝土深度不小于0.8m，初灌时各工序必须要密切配合，二次清孔结束后30分钟内必须初灌。

④灌注砼过程中起拔导管时，必须测量混凝土液面高度，严禁将导管提离砼面，埋管深度不得小于2m；宜为2~6m。

⑤灌注的砼应具有足够的和易性、粘性、易于在导管内流动，塌落度一般控制在18-20cm。

⑥桩顶保证

为了保证桩顶质量，一方面清孔时尽量降低泥浆比重，另一方面经常检测混凝土灌注的上升速度，尽量准确掌握砼上升面。

灌注结束前准确测量桩顶标高，确保浮桩长度不少于1.0m(超灌高度)后方可

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停止灌注，以保证桩顶质量，同时，也应减少材料的浪费。

⑦试块

现场随机对混凝土取样，每根桩制作不少于一组，采用150×150×150mm试模，按规定要求制作，隔日拆模后送现场标养室中养护。按制作龄期养护，并在到期前送测试中心做28天抗压强度试验，并及时做好试验报告的数理统计评定工作。

（9）、废弃泥浆处理

用密封槽车运送至泥浆堆场上，并将泥浆池清理干净。

5.2排桩施工技术措施

1)测量放线和桩位测设：项目工程师组织测量员、质检员接收监理、建设单位等移交的控制点和高程点，在复核测量无误后办理工程测量复核单，对控制点和高程点必须采取保护措施，包括将控制桩设置在不容易被车辆、机械碰到的位置、用砼围护控制桩、将方向线引测至四周相对固定的建筑物上并做醒目标记等措施，以防止移动和损坏。

2)护筒埋设及钻机定位: 护筒应埋入原土200mm以上，回填土时必须对称均匀填土，以免填土时护筒位移；钻机就位应校平机身，保证天轮、转盘、桩位三点一线。

3)钻进成孔泥浆护壁：控制钻进过程中钻机的水平稳定性、钻杆的垂直度、钻头的直径；不同地层应采用不同的钻进参数；根据地层条件调整泥浆性能，保证孔壁稳定；每次接、拆钻杆时应仔细检查钻杆接头情况。

4)清孔：清孔的关键在第一次清孔，通过泥浆循环，第一次清孔应将孔内绝大部分沉渣清除，泥浆性能优劣影响清孔的效率和效果。

5)钢筋笼制作与安放

a.钢筋接头焊接采用电弧焊，同一截面的焊接接头数量少于主筋总数的50%，相邻主筋接头错开≥35d.

b.钢筋笼在现场分段制作，螺纹钢筋的定尺长度一般为9m，钢筋翻样、下料时必须严格执行(a)条设计要求及规范要求，提前考虑主筋错开距离和搭接长度。

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c.钢筋笼制作允许偏差见以上条款。

d.钢筋焊接必须由持合格、有效上岗证的电焊工操作； e.钢筋的材料检验及焊接拉伸试验按有关规范要求。

f.主筋采用单面搭接焊，搭接焊长度≥10d，外观检查焊缝饱满、平整，不得有较大缺陷、焊瘤，无裂纹，焊渣必须及时清理干净；

g.弯曲变形主筋的钢筋必须校直使用，钢筋上的浮锈应予清除，锈蚀严重的钢筋应拒绝使用。

h.钢筋笼使用环型模加工，钢筋班对完成的钢筋笼自检、质检员复检、监理验收合格后方可使用，钢筋笼按序编号，进行状态标识，钢筋笼的堆放场地应平整，层数不得超过二层；

i.钢筋笼安放时应将上下节笼主筋校直、对准，将钢筋表面污垢清除干净，主筋焊接时应对称施焊，保证搭接长度，在每个接头焊接完成后应补足箍筋，每间隔3m焊接一组混凝土保护块。

j.安放钢筋笼时，钻机卷扬机将钢筋笼对准桩孔中心缓慢下放，避免碰撞孔壁，如遇阻碍不得强行下放，施工员根据桩顶标高、地面标高计算定位吊筋长度，并向钢筋加工班、钻机操作班长交底，钢筋笼下放到设计标高后用用挂钩可靠固定在钻机上，钢筋笼在孔口对接、安放过程中，应有监理检查验收合格后才能进入下一步工作；

k.钢筋笼制作、安放是灌注桩施工的关键工序，钢筋笼焊接质量的好坏对桩工作条件影响重大，项目部应将这一过程作为特殊过程来控制。

6)混凝土运输及检查

a.质检员对到达现场的混凝土，首先检查其合格证资料，并对每一车混凝土的和易性和坍落度进行检查，坍落度必须满足18～20cm，并按规定留置试压块，其中支护桩每桩一组，一组3块。

b.每根桩灌注的前、中、后各做一次坍落度试验，每个灌注台班做砼试块1组。

c.做好砼试块送实验室前的养护工作，保证现场养护室的温度、湿度，拆模后立即送达实验室进行标养。

8）、立柱桩施工技术措施

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①、桩位测设要准确，采取措施确保钻孔位置和垂直度。钻孔是否垂直直接影响到钢柱的安放。

②、下放钢立柱时随时调整其垂直度。 ③、立柱的允许偏差应符合以下规定：

a格构立柱中心与钢筋笼中心应在同一轴线上，成桩后立柱垂直度应满足不大于1/300，立柱顶标高与设计标高偏差小于30mm。

b立柱的位置偏差：不大于50㎜。 c 沉渣厚度不超过100mm。

d 护筒中心与桩位中心偏差小于30mm；成桩中心与桩位中心偏差小于50mm；桩身混凝土强度等级为C30。

e 格构立柱插入对撑（角撑）梁内的长度为500mm。

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