盐城凤凰国际书城基坑支护设计.docx

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盐城凤凰国际书城基坑支护设计

题目盐城凤凰国际书城

基坑支护设计

交通学院院（系）城市地下空间工程专业

学号21609124

学生姓名陈隆

指导教师李仁民童立元

起止日期2013.3——2013.6

设计地点交通学院8楼岩土工程设计所

DEEPSUPPORTSYSTEMSOF

YANCHENGPHOENIXINTERNATIONALBOOKSTORE

ADissertationSubmittedto

SoutheastUniversity

FortheAcademicDegreeofBachelorofEngineering

By

ChenLong

SupervisedbyDr.LiRenminandTongLiyuan

SchoolofTransportation

SoutheastUniversity

June,2013

摘要

近年来，高层超高层建筑逐渐增多，基坑也就向着大规模、大深度方向发展。

在新的时代背景下，基坑建设对其环保性，经济性和安全性又有了更高的要求。

本文以江苏盐城凤凰国际书城基坑项目为例，介绍了基坑从开挖到设计计算及稳定性验算等过程。

此项目位于盐城市世纪大道与解放南路交界处，地下室二层，开挖深度11米，中间立体车库部位13.6米，面积约29900m2，周长约为751m。

该类型基坑一般采用排桩加止水帷幕加两道内支撑方案，该方案比较成熟，缺点是造价高，支撑需要养护，施工周期长，挖土比较麻烦，支护后面还需要拆除，因此，设计采用双排灌注桩加连梁再加一道内支撑体系以增加基坑的安全性。

该方案继承了双排桩的受力和变形特点，在基坑内一侧设置一道内支撑，可以进一步提高双排桩体系的抵抗变形能力，使得双排桩体系能够应用于开挖深度更大的基坑工程。

关键词：

深基坑，基坑支护，双排灌注桩，内支撑

ABSTRACT

Inrecentyears,thehigh-risebuildinggraduallyincreased.Foundationpitislarger,deeper.Underthebackgroundofnewera,therequirementsoftheconstructionoffoundationpitforitsenvironmentalprotection,safetyandeconomyishigher.

ThispapertakesJiangsuYanchengPhoenixInternationalBookCityFoundationPitProjectasanexample,andintroducesthefoundationpitfromexcavationtodesigncalculationandstabilitychecking.ThisprojectislocatedatthejunctionofYanchengCityCenturyAvenueandtheliberationofSouthRoad,hastwobasementlayerandexcavationdepthof11meters.Themiddleofstereogaragesiteis13.6meters,andtheareaisabout29900m2,thelengthisabout751m.Thistypeoffoundationtakeswithpileswaterproofcurtainandtwoinnersupportingsystem.Thisschemeismoremature.TheDisadvantageisthehighcostofmaintenance,supportingconstructioncycleislong,diggingtrouble,supportconstructionwhichalsoneedstoberemoved.Therefore,thedesignadoptsthedouble-rowpiles,beamsandsupportingsystemstracttoincreasesafetyoffoundationpit.Theschemeinheritsthestressanddeformationcharacteristicsofdouble-rowpiles.Setthefoundationpitontheonesideofasupporting,whichcanimprovetheabilitytoresistdeformationofthedouble-rowpilessystem,andmakethedouble-rowpilesinfoundationpitengineeringsystemapplytodeeperexcavation.

Key-words:

ultra--deepexcavation,excavationprotectionandsupportingstructure,doublerowpiles,innersupport

第一章绪论

1.1引言

我国基坑工程是伴随着经济的飞速发展、城市建设的大规模兴起而逐步发展起来的，可以说既是一个综合性较强的古老的岩土工程课题，又具有鲜明的时代特征。

它涉及土力学中典型的强度、变形与稳定问题以及土与围护结构之间的共同作用，同时也需考虑到经济合理、施工安全、环境良好等方面的内容。

现阶段，国内尤其是沿海大中型城市中的基坑工程己呈现出“数量多、规模大、土质差、水位高、难度大、周边环境限制更严格”的趋势。

一方面，对基坑工程的要求越来越高，另一方面，出现的问题也越来越多（如杭州地铁塌陷事故等），这些都促使工程技术人员对基坑工程这一实践性很强的岩土课题进行实践后的理论深化，甚至能有超前的发展，以便更好地指导工程实践，这也是岩土工程界科学工作者所期盼的事情。

随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，各项建设工程以前所未有的规模和速度发展，在很大程度上改变了我国的城乡面貌。

大量高层和超高层建筑，市政工程建设，如大桥、地铁、隧道、高架道路等这些大规模的工程建设和与之相应的科学研究，有力地促进了基坑工程学科的发展的同时也出现了一批超大、超深基坑工程，有些基坑面积甚至达几万乃至十几万平方米。

因此近年来，我国基坑工程呈现出新的特点，主要表现为：

（1）基坑的规模越来越大，主楼与裙楼地下室连成一片、大面积地下车库、地下商业与休闲中心一体化开发的模式频频出现，使得面积20000~50000m2的超大面积基坑越来越多。

而本论文背景工程紫金（建邺）科技创业社区一期基坑支护设计，基坑开挖面积则达到91997m2。

（2）基坑工程也呈现出开挖深度越来越深的特点，开挖深度大于12m的深基坑工程越来越多。

本论文背景工程紫金（建邺）科技创业社区一期基坑支护设计，基坑开挖深度达到14m左右。

（3）基坑场地紧凑，基坑周边环境复杂敏感，邻近大量管线、建筑、构筑物等。

（4）开发商对工程的经济性、社会对节能环保提出更高的要求。

1.2工程背景及意义

随着我国“十二五”规划加快城镇化建设步伐，城市建设速度日新月异，各种高层超高层建筑不断涌现大面积深开挖基坑施工是大型和高层建筑施工中极其重要的环节，而大面积深开挖基坑支护结构技术无疑是保证深基础顺利施工的关键。

基坑规模也逐年向更深，更大的方向发展，深基坑工程的理论研究、设计与施工均提出了许多挑战性问题，并且已经成为当前建筑业的一大技术难点。

深基坑的支护设计不但要确保基坑本身的安全和保护周边环境，还要考虑节省工程造价，节约社会资源。

因此，如何对实际的深基坑工程采用合理的围护形式，保证工程安全，并使整个工况流程时间和空间上衔接紧密，达到安全，经济，工期三者的统一。

盐城凤凰文化广场项目位于江苏省盐城市世纪大道与解放南路交界处。

拟建项目地面以上分为6个单体。

其中公寓式办公、办公楼为24层，采用框架-核心筒结构；3栋住宅为33层，采用剪力墙结构；裙房为5层（30m），采用框架结构体系。

地下室二层，基坑自然地面标高+2.470m~+3.060m，工程设计±0.000为绝对标高+3.815m。

本工程基坑面积约29900m2，周长约为751m。

地下室底板相对标高为-10.450m，板厚600mm，垫层厚度为150mm，承台厚1800mm，核心筒下承台厚2500mm，基坑普遍挖深为9.855m~10.455m，局部承台坑底向下落深1.800m/2.500m，局部电梯井、集水坑落深1.5m~2.5m左右。

该方案由于不设内支撑，挖土极为方便，工期短，施工比较容易，造价低。

唯一缺点，应用案例没有内支撑方案多。

1.3主要内容

本文针对江苏盐城凤凰国际书城的基坑工程，结合前人的研究成果，对双排灌注桩的设计进行了研究，主要内容如下：

第一，介绍了项目的背景、意义和基坑工程所呈现的新的特点，并结合凤凰国际书城基坑项目进行了说明。

第二，结合前人的研究成果，对双排灌注桩的设计原理，计算及应用进行了简要介绍。

第三针对江苏盐城凤凰国际书城基坑支护方案进行了深入探讨，对这个项目的概况，设计方案，计算原理进行了详细说明。

第四，建立了计算模型，对凤凰国际书城基坑项目的两个截面进行了计算分析。

第二章双排灌注桩在基坑工程中的应用

双排桩结构形式由于既不用设置内支撑和锚杆，也能够保证整个基坑一挖到底，完成底板的整体浇捣，因此也不失为一种可供选择比较的围护结构形式。

双排桩通过在地基土中设置两排平行桩，前后两排桩桩体呈矩形或梅花形对应，在桩顶用冠梁将前后两排桩连接，延坑壁方向呈双排围护的空间结构，属于悬臂式围护但与单排悬臂桩围护相比它刚度大、稳定性好、位移量较小。

在众多的中等深度（6—8m）、大面积、用地紧张的基坑工程中具有一定的发展前景。

2.1双排灌注桩的设计原理

双排桩支护结构是由两排平行的钢筋混凝土桩及桩顶的连梁形成的空间门式围护体系，具有整刚度比较大，侧向变形较单排桩小，不需设置支撑，施工方便等优点，因而在实际工程中得到了广泛的应用。

双排桩支护结构体系可以理解为将密集的单排悬臂桩中的部分桩向后移，并在桩顶用刚性联系梁盖梁把前后排连接起来，沿基坑长度方向形成双排支护的空间结构体系。

与单排悬臂桩支护结构相比，在基坑开挖后土体顶部位移减小，对周围建筑物因基坑开挖所产生的不利影响也相应减小。

桩径的大小直接决定着双排桩围护结构的刚度，对围护结构的位移控制起着重要作用，在周围环境要求较高、变形控制严格的地区，宜选用大直径的桩型；在周围环境无特殊要求，允许围护结构发生较大变形的地区，可以选用小直径的桩型，但应保证围护结构的安全。

决定桩径的因素有很多，如：

基坑开挖深度、基坑的工程地质和水文地质状况等等。

同时，桩径的选取又与前后排桩的桩距和排距相关，现阶段也没用一个统一的规定。

这就要求我们结合地区经验，选取合理的参数和模型，进行整体计算和分析，以达到确保安全和环境要求为目的。

桩长对于基坑工程的稳定性至关重要，桩长的合理选取，不仅关系到工程的整体稳定性影响。

特别是对于自立式围护结构，桩长对于工程的经济性也有很大的影响。

桩距也是双排桩围护结构的重要参数，也对桩体刚度有着直接的影响。

在上海、宁波等地区，由于土质松软、水位较高，常常采用在前排桩后布置一排搅拌

桩止水帷幕或前排桩与止水帷幕套打的方法，前排桩一般都间隔较密，与单排桩的布桩方式基本相同，而后排桩，则可以根据工程特点，选择相对比较灵活的间距，并且可以采用正对布置或间隔布置的方式，同样压顶盖梁的连接方式也各不相同。

和桩径的选取类似，前后排桩也不能一概而论，除了前排桩的桩距比较固定以外，后排桩应根据各自工程特点选取合理桩距。

若后排桩桩距过大，则后排桩桩间土压力直接作用于前排桩，后排桩起到拉锚的作用；若后排桩桩距过小，则后排桩首先承受墙背土压力，然后通过刚性盖梁传递给前排桩。

因此，桩距的不同对双排桩受力机理、计算模型有着重要的影响。

2.2双排桩的计算

对于深基坑双排桩支护结构的机理，一些学者进行了深入的研究，在计算双排桩支护结构时，必须首先确定土压力在前后排桩的分布及桩端的嵌固情况，由此可引出多种计算模型，这些计算模型主要分为3类。

一类是基于经典土压力理论确定的计算模型，该类模型主要是人为地调整分配于前后排桩的主动与被动土压力，然后运用经典土压力公式计算前后排桩所受土压力，由静力平衡求得桩身最大弯矩值及其作用点位置。

一类是基于土拱理论和土抗力法建立的计算模型，该模型从土拱的角度，分析了桩间土对前后桩的

作用，建立以被支挡土体假想滑裂面为分界面，滑裂面以上采用土拱理论，滑裂面以下采用土抗力法计算模型。

以上两类模型不能反映双排桩支护结构体系作为一超静定结构的受力特征，且经验性及随意性较大。

另一类是基于Winkler假定的计算模型，这类模型采用Winkler假定的计算模型进行分析，考虑桩土共同作用，确定出前后排桩在开挖面以上的土压力荷载及地基土的水平基床系数，按照弹性地基梁和结构力学分析的方法即可求出双排桩支护结构的内力。

2.3双排灌注桩的工程应用

2.3.1南京江心洲项目基坑支护设计——双排PHC管桩

南京建邺区江心洲建新加坡•南京生态科技岛，总建筑面积约27万平米。

展示中心基坑面积约20000m2，周长约为518m，挖深为9.20m，局部电梯井、集水坑落深1.5/2.8m。

场区标高为6.26～7.35米，最大高差为1.09米。

展示中心A地块：

基坑东侧地下室外墙边线距红线约5.6~6.6m，基坑北侧地下室外墙边线距红线约6.6m，基坑南侧与B地块中间为拟建地铁线，基坑西侧地下室外墙边线距红线约5m。

挖深7.45m区域（HABC、EF段）采用采用双排PHC管桩结合坑内双轴水泥土搅拌桩加固的支护型式，双排桩桩长16.0m，桩间距1.8m，排距3.5m，桩顶冠梁宽度1.0m，高度0.8m，用0.6m*0.7m拉梁连接，桩间土采用挂网喷浆处理；挖深9.35区域（CDE、FGH）采用双排PHC管桩加两层钢筋混凝土支撑支护型式，桩长16.0m，桩间挂网喷浆后，作为扶壁式墙的一个组成部分。

2.3.2溧阳文化公园项目基坑支护设计——双排高强预应力砼管桩

本工程为溧阳文化公园及数码广场A-02地块，图1为工程效果图，该建筑包括高层住宅、数码商场、1层人防地下室及1层地下车库等建筑，场地内地形较平坦，仅局部为人工弃土而稍有起伏，最大高差约2.50m。

本工程最终采用方案为：

东侧场地开阔，基坑支护采用二级放坡开挖，坡比1∶0.6，坡面挂网喷浆，北侧、南侧、西侧不具备放坡条件，基坑支护均选用PHCφ500×120（B型）双排高强预应力砼管桩，桩顶采用W型拉梁联接，桩间土采用挂网喷浆固定。

第三章江苏盐城凤凰国际书城基坑支护设计方案

3.1工程概况

3.1.1基坑工程概况

盐城凤凰文化广场项目位于江苏省盐城市世纪大道与解放南路交界处。

拟建项目地面以上分为6个单体。

其中公寓式办公、办公楼为24层，采用框架-核心筒结构；3栋住宅为33层，采用剪力墙结构；裙房为5层（30m），采用框架结构体系。

地下室二层，基坑自然地面标高+2.470m~+3.060m，工程设计±0.000为绝对标高+3.815m。

本工程基坑面积约29900m2，周长约为751m。

地下室底板相对标高为-10.450m，板厚600mm，垫层厚度为150mm，承台厚1800mm，核心筒下承台厚2500mm，基坑普遍挖深为9.855m~10.455m，局部承台坑底向下落深1.800m/2.500m，局部电梯井、集水坑落深1.5m~2.5m左右。

拟建工程位于江苏省盐城市世纪大道与解放南路交界处，拟建场区原为厂房区和商业区，地势基本平整，起伏不大。

场地已基本整平，建筑垃圾已清除，场地地势较平整，勘探期间，场地地面高程一般在2.29～3.44m。

基坑西北侧地下室外墙边线距红线约15.5m，距离世纪大道道路中心线约50.5m；

基坑西南侧地下室外墙边线距红线最近为约9.4m，距离丽都怡园小区基础边缘约43.0m；

基坑东南侧地下室外墙距离规划红线最近距离约为8.6m，距离新都花园小区基础外边缘距离约为34.2m；

基坑东北侧地下室外墙边线距红线约22.0m，距离解放南路道路中心线约53.1m；

基坑北侧地下室距离红线最小距离约为6.5m，红线外为市政景观点。

3.1.2工程地质条件

拟建工程位于江苏省盐城市世纪大道与解放南路交界处，隶属于滨海沉积平原地貌单元。

原有地貌形态已不复存在，本场地原有建筑已全部拆除，场地已基本整平，建筑垃圾已清除，场地地势较平整，勘探期间，场地地面高程一般在2.29～3.44m。

影响基坑开挖的岩土体主要分为四层。

第一层主要由松散状态的灰褐色到灰色的素填土组成，主要由黏性土、粉土组成，含少量碎石、植根等杂物。

局部夹淤质填土。

具淤嗅。

不均匀。

填龄小于5年。

全场分布。

最小厚度为2米，最大厚度为3.7米。

第二层由三种类型的土层。

第一种为呈中密状态的黄灰色到灰黄色的土层，湿，含铁质染斑，夹少量团块状粉质黏土、夹粉砂。

干强度低，韧性低，摇振反应中等，埋深为0.4米到2.5米。

第二种为流塑状态的淤泥粉质粘土，局部软塑，夹层面～薄层状粉砂，层理发育。

含腐植物碎片。

干强度中低，韧性中低，无摇振反应中等。

全场分布。

埋深为5到8米。

第三种为稍密到中密的粉砂夹粉土，饱水，含少量腐植物碎片，夹层状粉质黏土，层理很发育。

含云母碎片。

场地东北部缺失。

埋深为0.7到14.8米。

第三层由粉质粘土，粘土，粉质粘土加粉土组成。

其中粉质粘土夹少量团块状粉砂。

干强度高，韧性高，无摇振反应。

埋深1.9到5.5米。

粘土质较纯。

干强度高，韧性高，无摇振反应。

埋深2.7到5.6米。

粉质粘土夹粉土局部软塑，夹钙质结核，含量约5%，直径一般3～5cm，局部达10cm以上。

干强度中等，韧性中等，摇振反应中等。

埋深0.5到7.2米。

第四层由粉土，粘土和粉质粘土组成。

其中粉土湿，夹少量团块状粉砂，夹少量粉质黏土，干强度中低，韧性中低，摇振反应中等。

埋深1.1到5.3米。

粘土质较纯，干强度高，韧性高，无摇振反应。

埋深5.9到10.6米。

粉质粘土层局部硬塑，局部夹少量粉土，干强度高，韧性高，无摇振反应。

埋深0.8到10.3米。

最下层为粘土层，埋深14米，揭露了最大深度。

图1.2基坑西北侧地质剖面图

图1.3基坑东南侧地质剖面图

图1.4基坑东北侧地质剖面图

图1.5基坑西南侧地质剖面图

3.1.3水文地质条件

根据地下水的赋存、埋藏条件，拟建场地地下水主要为松散土层孔隙潜水和承压水。

孔隙潜水赋存于①层厚填土空隙和②3层以浅土体孔隙中。

②3层和②3A层赋存承压水，侧向补给。

孔隙潜水初见水位埋深1.0～1.7m，稳定水位埋深1.20～1.90m；承压水稳定水位埋深5.50～6.05m，标高约为3.0m。

地下水位年变幅为1.5m。

该地区3～5年最高水位为2.0m，最低水位为0.50m。

历史最高水位可按整平后室外地坪标高考虑。

潜水补给来源主要是大气降水、及地表水入渗补给；潜水排泄方式主要为自然蒸发和侧向迳流。

地下水迳流缓慢。

3.1.4设计规范及依据

（1）江苏地质工程勘察院提供的《盐城凤凰国际图书城岩土工程勘察报告》（报告编号：

2012548）；

（2）南京市建筑设计研究院有限公司提供的主体设计资料；

（3）有关设计计算规范及规程：

（1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

（2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

（3）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

（4）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

（5）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）

（6）《建筑地基与基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）

（7）《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-2003）

（8）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）

（9）《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）

（10）其它中华人民共和国国家、行业及江苏省现行的有效设计标准、规范、规程和标准图集。

3.1.5基坑支护设计基本要求

（1）应考虑基坑的安全、稳定及对周边构筑物、道路的影响；

（2）基坑开挖期间的注意事项、应急措施；

（3）根据地质勘查报告及平面布置图合理确定基坑支护的方案；

（4）设计方案主要应该从合理、实用、经济、有效、方便的角度为原则来综合考虑；

（5）有效支护及合理降水措施，保证周围道路、市政设施的安全；

（6）基坑支护外围尺寸不应该超过用地红线；

（7）基坑支护方案设计时，要充分考虑地下室施工的方便性。

（8）应考虑土方的开挖方案。

（9）地下室底板厚度暂定为600mm，另有100mm厚保护层。

3.1.6计算方案

在保证基坑及周边环境安全稳定的前提下充分考虑节约工程造价，根据不同地质条件、基坑挖深及周边环境选取5个断面，按照每段的最不利荷载计算，避免统一按照整个基坑最不利效应组合计算造成投资浪费。

地面超载一般按均布超载20kPa考虑，周围的建筑物和构筑物等效成为均布荷载。

本工程基坑支护设计的计算，严格按照国家《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）等其它有关规范和规程进行。

土压力计算：

本设计充分考虑到各岩土层的透水性或不透水性以及场地的其它岩土工程条件，在土压力计算时，采用“朗肯”土压力公式“分层”计算，基坑面下主动土压力采用“矩形”分布模式，粘性土采用水土合算，粉砂采用水土分算。

计算时不考虑桩间土摩擦作用，也不对主、被动土压力进行调整。

支护结构计算：

按整体稳定性要求及抗倾覆要求确定支护桩长度，根据桩身最大弯矩进行桩配筋设计；止水桩桩长按抗管涌要求确定。

3.2其他支护方式与双排灌注桩设内支撑方案比选

3.2.1单排悬臂桩与双排桩的比选

（1）单排桩+内支撑

单排桩是指在地基土中设置一排桩，要求桩体密布，通过围檩和冠梁将桩体和支撑体系连接，利用桩体挡土，来实现基坑的支护，是目前深基坑支护工程中最为常见的一种支护形式属于传统的支护方案。

本工程开挖深度12m左右，需要设置两道支撑，地下室为两层，首层地下室的顶板位置在地表附近，桩顶需要下落。

在工程后期进行换撑时出现弯矩较大和悬臂工况。

（2）双排桩+连梁

双排桩支护结构是指在地基土中设置两排平行桩，前后两排桩桩体呈矩形或梅花形布置，在两排桩顶用钢性冠梁连接，沿坑壁平行方向，形成门字形空间结构，这种结构具有较大的侧向刚度，可以有效的限制基坑变形。

图2.1双排桩基坑施工图

图2.2南京江心洲新唯壹项目双排桩基坑支护图

与单排悬臂桩支护结构相比，双排桩支护结构具有很多优点：

（1）双排桩支护结构因由钢性冠梁与前后排桩组成一个空间超静定结构，整体刚度很大，加上前后排桩形成与侧压力反向的力偶的原因，使双排桩支护结构的位移明显减小，