基坑支护课程设计.docx
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基坑支护课程设计
《基坑支护》课程设计
系别：
土木工程学院
专业：
勘查技术与工程
专业方向：
岩土工程方向
班级：
勘查1101
学生：
陈永泰
学号：
3110604112
指导老师：
詹素华
《基坑支护》课程设计
1概述
1.1工程概况
1.2基坑周边环境条件
1.3工程地质条件
1.4水文地质条件
2设计说明
2.1支护结构方案
2.2计算参数确定
2.3典型剖面选取
X1区段、X2区段……
3基坑支护结构计算
3.1X1区段支护结构计算
3.1.1抗力与荷载计算
3.1.2桩长确定
3.1.3稳定性分析
3.1.4截面承载力计算及配筋
3.2X2区段支护结构计算
同3.1…
3.3支撑构件计算
3.3.1荷载计算
3.3.2截面承载力计算
4地下水控制
4.1地下水控制方案
4.2地下水控制设计
5基坑监测
5.1基坑监测项目
5.2监测预警值
5.3基坑监测点布置
1、概述
1.1工程概况
受“福清市侨乡建设投资有限公司”的委托，我司承担该公司拟建的“东环路拆迁安置区”的岩土工程详细阶段基坑支护设计任务。
该项目由城市建设研究院设计。
拟建场地位于福清市玉屏街道东环路西面，场地四周现状为山地、平整地、荒地，仅东面局部为一煤气站（1F，框架，浅基）；地形相对较开阔，但地势高差较大，呈东北高西南低。
本工程由6栋（1#～6#）17层住宅楼及1栋1层门卫组成，实用地面积为16365.0平方米，总建筑面积为59863.0平方米。
拟建住宅楼建筑高度为51.3米，为框-剪结构，单柱最大荷重为7000KN，拟采用桩基础，承台埋深约6.0米；拟建门卫为框架结构，单柱最大荷重为500KN，拟采用浅基础，基础埋深约5.0米。
拟建场地设一层整体地下室（设计高度约4.50米），地下室面积为9345.0平方米，纯地下室单柱最大荷载为1500KN。
建筑对差异沉降较敏感，建筑相邻柱基的沉降差≤0.002L，1层建筑基础的倾斜≤0.004，17层建筑基础的倾斜≤0.003，基础的平均沉降量≤200mm。
设计场地室外地坪黄海标高为33.30～33.82米，室内地坪黄海标高为33.80米。
拟建物重要性等级为二级，场地复杂程度等级为二级，地基复杂程度等级为二级，岩土工程勘察等级为乙级，地基基础设计等级为乙级，基坑安全等级为二级。
1.2基坑周边环境条件
拟建场地位于福清市玉屏街道东环路西面，场地原为山地，四周现状为山地、平整地、荒地，仅东面局部为一煤气站（1F，框架，浅基），周边地形开阔，但地势高差较大，呈东北高西南低,场地钻孔地面黄海标高26.02～37.65米，地貌上属低丘剥蚀地貌单元。
1.3工程地质条件
根据野外钻探取芯肉眼鉴别，结合现场原位测试和室内土工试验成果综合分析，在钻探控制深度范围内地基土自上而下可划分为五层，各岩土层具体特征描述如下：
①坡积粉质粘土（Q4dl）：
灰黄、褐红、灰褐色，稍湿-湿，可塑-硬塑，主要由粘性土组成。
局部夹少量风化碎石，干强度中等，韧性中等，摇震反应无，光泽反应稍有光滑，局部相变为粘土，本层分布于整个场地，层厚1.60-8.00米，层顶标高26.02～37.65米。
标准贯入试验实测击数为8.0-25.0击，经杆长修正后击数为7.2-22.6击。
②残积粘性土（Qel）：
灰黄、灰白色，稍湿-湿，可塑-硬塑，主要由粘性土组成。
大于2mm颗粒含量占2.0-7.7%，长石矿物已风化蚀变，干强度中等，韧性中等-低，摇震反应无，光泽反应稍有光滑，残余结构明显，见铁锰质结核物，局部相变为残积砂质粘性土。
本层分布于整个场地，层厚6.00-16.20米，层顶埋深1.60-8.00米，层顶标高19.01～33.84米。
标准贯入试验实测击数为8.0-29.0击，经杆长修正后击数为7.2-24.6击。
该层在ZK31（深度5.30-13.50米）、ZK37（深度8.20-10.50米）孔夹砂土状强风化残留体。
③全风化花岗岩（r53）：
灰黄、褐黄、灰白色，中细粒花岗结构、散体状构造，原岩矿物成份为石英、长石及云母等，长石绝大部已蚀变成粘性土，岩芯呈砂土状，原岩结构可辩，见铁锰质浸染，易软化，易崩解，岩体极破碎，属极软岩，岩体基本质量等级为V级。
本层在ZK7、ZK10、ZK11、ZK13、ZK14、ZK27-ZK29、ZK33、ZK36、JK2钻孔揭露，其余地段缺失，揭露厚度1.50-3.40米，层顶埋深11.60-18.10米，层顶标高12.20～23.97米。
勘探过程中未发现临空面、洞穴、软弱夹层等不良地质作用。
标准贯入试验实测击数为31.0-45.0击,经杆长修正后击数为21.9-33.9击。
④强风化花岗岩根据岩石风化程度及力学强度的不同，细分为两个亚层：
④-1砂土状强风化花岗岩（r53）：
灰白、黄褐、灰黄色，中细粒花岗结构、散体状构造，矿物成份为石英、长石、云母等，岩芯呈砂土状、碎裂散体状，原岩结构清晰可辩，见铁锰质浸染，岩体极破碎，属极软岩，岩体基本质量等级为V级。
本层仅JK4钻孔地段缺失，其余地段均有揭露，揭露厚度为2.70-24.20米,层顶埋深12.00-21.50米，层顶标高8.80～21.97米。
勘探过程中未发现临空面、洞穴、软弱夹层等不良地质作用。
标准贯入试验实测击数为52.0-120.0击,经杆长修正后击数为36.4-83.3击。
该层在ZK37（深度13.00-19.50米）孔夹碎块状强风化残留体。
④-2碎块状强风化花岗岩（r53）：
浅肉红、灰白、灰黄、黄褐色，中细粒花岗结构，碎块状构造，矿物成份为石英、长石、云母等，岩芯呈碎块状夹少量短柱状，风化裂隙发育，裂隙大多为铁锰质所充填，锤击易碎，岩体破碎，为软岩～较软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ类。
本层仅JK2-JK4、JK6、JK7钻孔未揭露，其余地段均有揭露，揭露厚度为5.60-19.50米,层顶埋深17.80-41.50米，层顶标高-12.34～16.31米。
勘探过程中未发现临空面、洞穴、软弱夹层等不良地质作用。
⑤中风化花岗岩（r53）：
浅肉红、青灰、灰白、黄褐色，中细粒花岗结构，块状构造，主要成分为长石、石英及云母等，裂隙较发育，裂隙面见铁质浸染。
岩芯呈短柱状夹柱状，RQD值为40-60，为较硬岩，属较破碎-较完整岩，岩体基本质量等级为Ⅲ-Ⅳ。
本层仅在ZK29、ZK31、ZK33、ZK36-ZK38、JK4钻孔揭露，但未揭穿，揭露厚度为7.70-15.60米，层顶埋深10.00-46.00米，层顶标高-16.11～24.25米。
勘探过程中未发现基岩内有空洞、临空面、软弱夹层等不良地质作用。
根据室内试验饱和极限抗压强度平均值为32.60MPa。
场地内各岩土层分布情况详见工程地质剖面图。
1.4水文地质条件
福清市位于福建省东部沿海,北纬25°18'—25°52'，东经119°03'—119°42'。
福清属亚热带海洋气候，气候温和，光热充足，雨量充沛，四季常青。
年平均气温19.6℃；1月平均气温10.8℃，7月平均气温28.2℃；极端最高气温38.7℃，极端最低气温－1.2℃；≥10℃积温6532℃。
年降水量1326毫米，无霜期346天。
经本次勘察揭露，场地内地下水主要为赋存于①坡积粉质粘土、②残积粘性土层中的孔隙潜水，这两层富水性及透水性较差，为弱透水层；下部全、强、中风化花岗岩中的基岩裂隙水、水力联系密切，其水量大小及渗透情况受基岩裂隙发育情况、裂隙的连通性及裂隙面特征影响有关。
基岩风化差异显著，水量分布不均，富水性一般，但不排除局部水量较大，施工时应注意。
基岩裂隙水主要受相邻含水层侧向及垂直补给，侧向排泄。
地下水类型为潜水类型。
勘察期间，测得拟建场地地下水初见水位埋深为7.50-14.60米，稳定水位埋深为7.10-13.90米，黄海标高为18.51-25.14米。
据调查地下水近3-5年变化幅度约1-3米。
本次勘察为取得人工挖孔桩所需的水文地质参数，在场地JK3孔进行简易抽水试验，由于水量较小，抽几分钟就已抽干，根据现场抽水计算和室内土工渗透试验及临近场地已有施工经验，综合确定本场地各岩土层的渗透系数见表6：
表6
土层名称及编号
水平渗透系数（cm/s）
垂直渗透系数（cm/s）
渗透性类别
①坡积粉质粘土
4.30×10-6
3.50×10-6
弱透水层
②残积粘性土
1.40×10-5
1.14×10-5
弱透水层
③全风化花岗岩
4.8×10-4
中等透水层
④-1砂土状
强风化花岗岩
5.0×10-4
中等透水层
④-2碎块状
强风化花岗岩
5.5×10-4
中等透水层
⑤中风化花岗岩
6.0×10-4
中等透水层
（二）地下水和场地土对建筑材料腐蚀性评价
1.地下水腐蚀性评价
福清市属湿润区、不冻区，根据国标《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001、2009年版）附录G.0.1判定：
场地环境类型属于Ⅱ类,地下水类型为B型，本次勘察ZK1和ZK36孔内取得两组水样进行水的腐蚀性分析，各离子的含量详见水化学分析报告见附表4。
根据水的腐蚀性分析及国标《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001、2009年版）第十二章有关条款对地下水的腐蚀性评价如表7。
地下水腐蚀性评价表表7
腐蚀类型
腐蚀介质
环境类型
微腐蚀性
标准
水样
腐蚀性
评价
水样
腐蚀性
评价
ZK1
_
ZK36
_
环境类型对砼结构影响
SO42-（mg/l）
干湿交替
＜300
24.95
微
8.58
微
无干湿交替
＜390
Mg2＋（mg/l）
干湿交替
＜2000
7.40
微
2.47
微
无干湿交替
＜2000
NH4＋（mg/l）
干湿交替
＜500
0.89
微
0.55
微
无干湿交替
＜500
OH－（mg/l）
干湿交替
＜43000
0.00
微
0.00
微
无干湿交替
＜43000
总矿化度（mg/l）
干湿交替
＜20000
507.31
微
75.75
微
无干湿交替
＜20000
地层渗透性对砼结构影响
PH值
B型
＞5.0
6.82
微
5.35
微
侵蚀性CO2（mg/l）
B型
＜30
44.77
弱
46.28
弱
钢筋砼结构
中钢筋影响
Cl-
长期浸水
＜10000
27.74
微
16.77
微
干湿交替
＜100
微
微
根据表7判定结果表明：
拟建场地内地下水对砼结构具弱腐蚀性，对钢筋砼结构中的钢筋微腐蚀性，应按《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）有关规定进行防护。
2.场地土腐蚀性评价
本次勘察根据ZK1、ZK33孔的土质化学分析，结果见附表5，根据国标《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001、2009年版）第十二章有关条款对地基土的腐蚀性评价详见表8。
地基土腐蚀性评价表表8
腐蚀类型
腐蚀介质
微腐蚀
性标准
土样
腐蚀性
评价
土样
腐蚀性
评价
ZK1-1
ZK33-1
环境类型对
砼结构影响
SO42-（mg/kg）
＜450
29
微
34
微
Mg2＋（mg/kg）
＜3000
4
微
4
微
NH4＋（mg/kg）
＜750
-
-
-
-
OH－（mg/kg）
＜64500
0
微
0
微
总矿化度（mg/kg）
＜30000
-
-
-
-
地层渗透性对
砼结构影响
PH值
B型
＞5.0
6.14
微
5.90
微
钢筋砼结构
中钢筋影响
Cl-（mg/kg）
＜250
36
微
36
微
对钢结构影响
PH值
＞5.5
6.14
微
5.90
微
根据表8分析结果表明：
拟建场地内地基土对砼结构、钢筋砼结构中的钢筋及地下钢结构均具微腐蚀性，应按现行国标《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）规定进行防腐处理。
2、设计说明
2.1支护结构方案
根据基坑开挖深度，地层条件及基坑与道路的间距，采用桩锚、悬臂桩、土钉墙的支护体系。
依据稳定需要坡面喷砼防护，具体分段如下：
A-B段：
基坑开挖边坡剩余空间12m，采用锚杆支护，，桩径0.6m，桩心距1.1m，桩长9m，桩口低于地面0.3m，用人工结合机械成孔，灌注C30砼，各桩采用冠梁联接成一体，冠梁宽度0.6m，高度1m。
C-D段：
基坑边有较大空间，基坑开挖深度大，采取土钉墙支护，基坑开挖边坡剩余空间15m，用人工结合机械成孔，灌注C30砼。
二级坡面均采用C30钢筋网喷砼（厚90mm）护面。
钢筋网钢筋间距200cm，Φ8mm，HPB235级钢筋。
锚钉固定。
由于基岩面稍有起伏，底部开挖施工可根据实际基岩面调节。
B-C段：
采用悬臂桩支护，基坑开挖边坡剩余空间7m，桩径0.6m，桩长7m，桩口低于地面0.3m，用人工结合机械成孔，灌注C30砼，各桩采用冠梁联接成一体，冠梁宽度0.6m，高度1m。
±0.00相当于黄海高程29.8m，基坑坡顶为相对标高29.5m，地下室承台底为相对标高23.5m,基坑开挖深度5.40m。
本支护设计中所标注的标高为相对标高。
标高均以m计，尺寸均以mm计。
当现场实际标高与设计图纸不符时，或地下结构设计标高有变更时，应通知设计单位变更设计。
当现场实际标高与设计图纸不符时，或地下结构设计标高有变更时，应通知设计单位变更设计。
地面超载：
基坑边坡坡顶均不允许堆放土方和施工材料等，坡顶3m范围内不允许有超载，3m以外允许施工超载≤20KN/m2。
当场地标高、基坑开挖深度或剖面边界位置与现场实际情况有出入时，应通知设计人员做设计变更，不得自行改变设计要求。
基坑开始施工前，场地施工前，应调查是否有管沟及电缆、光缆等管线，了解其位置、走向及埋深等情况,并采取有效的保护措施后方可进行施工。
2.2支护参数选取
各类参数选取详见下表。
基坑设计计算参数表表12
岩土层名称
及编号
水平渗透
系数
垂直渗透系数
湿重度r
抗剪强度（快剪）
三轴（UU）
内聚力
内摩
擦角
cuu
Фuu
cm/s
cm/s
KN/m3
kPa
度
KPa
°
①
坡积粉质粘土
4.30×10-6
3.50×10-6
18.1
25.0
18.0
39.0
5.0
②残积粘性土
1.40×10-5
1.14×10-5
17.7
25.0
25.0
28.9
4.1
③
全风化花岗岩
4.8×10-4
（20.0）
（20.0）
（25.0）
④-1砂土状强风化花岗岩
5.0×10-4
（21.0）
（30.0）
（30.0）
注：
“（）”为地区经验值；
桩基设计参数一览表
土层名称
及编号
预应力管桩
冲（钻）孔灌注桩
人工挖孔灌注桩
土的抗拔系数λ
qsik
（KPa）
qpk
（KPa）
qsik
（KPa）
qpk
（KPa）
qsik
（KPa）
qpk
（KPa）
①坡积粉质粘土
60
35
30
0.70
②残积粘性土
70
45
40
0.70
③全风化花岗岩
160
75
70
0.60
④-1砂土状
强风化花岗岩
250
7500-
8500
90
3000-
3300
80
2800-
3200
0.60
④-2碎块状
强风化花岗岩
120
5000-
6000
110
5000-
5500
0.50
注：
1、qsik为桩的极限侧阻力标准值；qpk为桩的极限端阻力标准值；
2、桩基设计参数根据岩土层的埋藏浅取小值；埋藏深取大值；
4地下水控制
4.1地下水控制方案
基坑开挖后坑底土层为①坡积粉质粘土、②残积粘性土。
本次勘察测得地下室范围内稳定水位埋深为7.10-13.90米，黄海标高为18.51-25.14m，开挖深度约1.00-5.00米（底板标高为28.80米），水位均位于地下室底板以下，且基坑土层渗透性较差含水量小，无需降水，就可以直接干作业开挖。
但局部地段可能存在因人为及雨季带来的上层滞水，必要时可采用集水坑明排降水措施。
4.2地下水控制设计
本场地地势高差较大，呈东北高、西南低，场地室外整平标高为33.30-33.82米，部分地段后期回填土厚度较大，在暴雨或台风季节时地下水位上升较大，在场地排水不畅的情况下，易积水，对地下室影响较大。
根据场地地质特征和水文地质特点，本地下室抗浮及防水设计水位宜按标高28.0米考虑，抗浮水位标高低于地下室底板标高28.80米，故可不考虑地下水浮力的影响。
5基坑监测
5.1基坑监测项目
（一）在桩基施工中,若采用预制桩（静压预应力管桩）应对桩体垂直度，桩进入持力层厚度及焊接质量、压桩力等进行监测，以及沉桩挤土效应对邻近建筑、道路的影响进行监测。
采用灌注桩的成桩监测主要内容：
宜对桩身垂直度、桩进入持力层厚度、桩底沉渣、泥浆浓度及粘度、钢筋笼的焊接质量等进行监测。
（二）在基坑开挖、建筑物施工及使用过程中还要进行以下监测:
1、对边坡与围护系统和被支护土体，进行水平位移及变形监测。
2、对周边邻近建筑进行沉降及倾斜监测。
3、宜进行基坑卸荷回弹观测。
4、对工程桩进行监测。
（三）由于建筑为高层建筑，应在施工期及施工完成后运营过程中进行长期系统沉降观测，直到沉降稳定为止，并对建筑物主体结构（核心筒体等）进行垂直度监测。
（四）拟建物施工中应进行基槽检验、桩基持力层检验，工程桩施工完毕后应按规范进行承载力和桩身质量检测。
5.2监测预警值
安全等级为一级的基坑监测项目表
监测项目
警戒值
总变化量（S）
单位时间内允许变化量（s）
支护结构顶部水平位移
不超过5‰的开挖深度
连续3日水平位移速率≤2mm/d
坑边地面、道路沉降
不超过Min（5‰的开挖深度，15mm）
连续3日沉降速率≤2mm/d
地下管线沉降
沉降不超过10mm，水平位移累积不超过10mm
发展速度≤2mm/d
支护结构深部水平位移
不超过Min（50,0.4%的基坑深度）
锚杆拉力
不超过设计值的0.8
挡土构件内力
不超过设计值的0.8
支护结构沉降
不超过35mm
地下水位
下降不超过2000mm
发展速度≤500mm/d
土压力
不超过65%
空隙水压力。
不超过65%
为荷载设计值，1-1剖面的基坑开挖深度：
6.8m，9-9剖面的基坑开挖深度：
6.1m
安全等级为二级的基坑监测项目表
监测项目
警戒值
总允许变化量（S）
单位时间内允许变化量（s）
支护结构顶部水平位移
不超过5‰的开挖深度
连续3日水平位移速率≤2mm/d
坑边地面、道路沉降
不超过Min（5‰的开挖深度，15mm）
连续3日沉降速率≤2mm/d
支护结构深部水平位移
不超过Min（75mm，0.7%的开挖深度
地下水位
下降不超过2000mm
发展速度≤500mm/d
4-4剖面的基坑开挖深度：
7.2m，5-5剖面的基坑开挖深度：
6.6m
5.3基坑监测点布置
基坑监测点布置
设置在围护结构里的测斜管，按对基坑工程控制变形的要求，基坑每边设3点，测斜管深度与结构入土深度一样。
围护桩（墙）顶的水平位移，垂直位移测点应沿基坑周边每隔20米设一点，并在远离基坑（大于5倍的基坑开挖深度）的地方设基准点，位移观测基准点数量为三点，且设在影响范围以外。
对基准点要按其稳定程度定时测量其位移和沉降。
基坑监测点的布置除了满足支护结构本身的监控要求外，在基坑边缘以外的2倍开挖深度范围内的需要保护物体均作为监控对象。
地下管线的位移测量采用间接法。
间接法是将测点设在靠近管线底面的土体中。
房屋沉降量测点则布置在墙角，柱身（特别是代表独立基础及条形基础差异沉降的柱身）、门边等外形突出部位。
立柱桩沉降测点直接布置在立柱桩上方的支撑面上。
每跟立柱桩的沉降量、位移量均需测量。
围护桩（墙）弯矩测点选择基坑每侧中心处布置，深度方向测点间距为2米，底板反力测点按底板结构形状在最大正弯矩和负弯矩处布置测点，在塔楼范围内。
监
测
项
目
及
内
容
监测项目
测点的布置
1变形
支护圈梁或围檩（冠梁）水平位移、沉降（应测）
沿基坑周边布置，每边中部和端部均应布置观测点，且观测点间距20米。
观测点设置在与支护结构刚性连接钢筋混凝土冠梁上，或钢筋混凝土护顶上
立柱变形（应测）
直接布置在立柱上方的支撑面上，每根立柱的垂直及水平位移均应测量。
邻近房屋沉降、倾斜（应测）
沉降观测点的布置：
沿建筑物四角外墙每15m或每隔3根柱设置一点；；倾斜点的布置：
应沿对应观测点的主体竖直线布置，整体倾斜按顶部、底部上下对应布置；分层倾斜按分层部位、底部上下对应布置
基坑周围地表沉降（应测）
应设置在基坑深度的2倍的范围，在基坑纵横轴线或有代表性的位置由密到疏布置测点
地下管线沉降与水平位移（应测）
在管线的端点、转角点和必要的中间部位设置；具体的观测点应设置在管线本身或靠近管线底面的土体中
2围护结构深层水平位移（应测）
在结构受力、变形较大的部位设置。
测斜管应沿基坑每侧中心处布置，边长50m基坑，可增设2点，设置在支护结构内的测斜管应与结构入土深度一致
3内力
支护结构板墙内力（应测）
在基坑每侧中心处布置，深度方向测点的间距一般为2.5ｍ
支护结构圈梁或围檩（冠梁）内力（应测）
在基坑每侧中心处布置，深度方向测点的间距一般为2.5ｍ
锚杆应力和轴力（应测）
每根锚杆上的测点应设置在受力、变形较大且有代表性的位置和地质复杂的区域
监
测
项
目
及
内
容
3内力
土钉的应力和轴力
每根土丁上的测点应设置在受力、变形较大且有代表性的位置和地质复杂的区域
支撑轴力（应测）
设置在主撑等重要支撑的跨中部位，每层支撑都应选择几个有代表性的截面进行测量
4水位
坑外地下水（应测）
坑外地下水位观测井（孔）设置在止水帷幕以外，沿基坑周边布设
坑内地下水（应测）
坑内地下水位的观测井（孔）在基坑每边中间和基坑中央设置，埋深与降水井点相同。
基坑渗漏水状况（应测）
观察
5水土压力
支护结构（板墙）土压力（应测）
设在基坑每边中部或其他有代表性的部位
孔隙水压力（应测）
设在基坑每边中部或其他有代表性的部位
6裂缝
邻近房屋裂缝（应测）
裂缝、沉降缝、伸缩缝的两侧及新旧建筑物、高低建筑物的交接处均应设置点。
裂缝点的布置：
在裂缝两侧布置
基坑周围地表裂缝（应测）
应设置在基坑深度的2倍的范围，在基坑纵横轴线或有代表性的位置由密到疏布置测点
地面超载状况（应测）
应设置在基坑深度的2倍的范围，在基坑纵横轴线或有代表性的位置由密到疏布置测点
7基坑底部回弹和隆起（应测）
基坑中央和距边缘约1/4坑底宽度处以及其他变形特征位置设置观
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