摘 要

随着经济的快速发展，我国的建筑业也得到了迅速的发展，在土地资源日趋紧张的情况下，建筑物的高度逐渐加大，在进行基坑开挖工作时开挖的深度也越来越大，这种现象直接增加了设计工作和施工工作的难度。在基坑工程的设计工作中，很重要的一个任务就是支护结构的设计，一方面它直接关系到工程的成本大小，另一方面也是后续施工作业的安全保证。所以，要想同时取得安全、经济的效果，就必须在基坑支护结构设计上进行深入的研究。

珠海高栏港码头北区综合楼基坑场地地势起伏大，基坑开挖深度为10m~16m，周边没有重要的建筑物和管线铺设。本文在进行支护结构设计时，首先对工程场地的地质情况以及周边建筑物及道路管线的铺设进行了分析，接着依据各类规范的规定进行相应的设计计算，在方案比选时，采用了秦四清提出的支护结构优选方法，充分利用场地的放坡条件，设计建筑物的基坑支护结构。在初步确定方案以后，本文利用了数值模拟软件FLAC3D验证了方案的稳定性。验算结果表明，本文设计的放坡 土钉、放坡 预应力锚索的方案是安全且技术可行的。

关键词：基坑支护结构；土钉；预应力锚索

Abstract

With the rapid development of economy, China's construction industry also has a rapid development. in the increasingly tense of land resources, the floor is higher and higher, the excavation is deeper and deeper, which increased the difficulty of foundation pit works’ Design and construction . The design of the foundation pit support structure is a particularly important part of the design process of the foundation pit. It is not only the guarantee of the subsequent construction, but also related to the construction cost of the project. Therefore, The design of foundation pit support structure need deeper study if the safety and economic effect are achieved at the same time.

The site of Zhuhai Gaolan Port North complex foundation pit is ups and downs,and the depth of pit excavation is 10m~16m.There is no important buildings and pipeline laying around site. In this paper, the surrounding environment and engineering geological conditions of the site are analyzed, and then the design and calculation are carried out strictly according to the various specifications. When the scheme is selected, the optimal arrangement of the supporting structure proposed by Qin Siqing, and the grading conditions of the site are fully utilized. Finally with the numerical simulation software FLAC3D do the stability verification. The results show that the design of the grading soil nailing, grading prestressed anchor cable is safe and technically feasible.

Key Words：Foundation pit support structure；soil nailing；prestressed anchor cable

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 基坑支护工程国内外研究现状与发展 1

1.3 常见的基坑支护方案 3

第二章 工程概况及工程地质条件 5

2.1 工程概况 5

2.2 地形地貌及周边环境 6

2.3 工程地质条件 6

2.4 水文地质条件 7

2.4.1 地表水 7

2.4.2 地下水 7

第三章 基坑支护方案比选 9

3.1 设计依据 9

3.2 岩土设计参数 9

3.3 基坑特点分析 9

3.3.1 基坑安全等级 9

3.3.2 工程特点 10

3.4 基坑支护方案比选 10

3.4.1 基坑支护设计目标 10

3.4.2 基坑支护方案选择 10

第四章 基坑支护结构设计计算 13

4.1 A-B-C段设计计算（放坡 土钉） 13

4.1.1 A-B-C段土压力计算 13

4.1.2 土钉设计参数确定 17

4.1.3 计算土钉长度 17

4.1.4 土钉抗拉能力验算 18

4.1.5 整体稳定性验算 19

4.1.6 喷砼面层设计 20

4.2 C-D-A段设计计算（放坡 预应力锚索） 20

4.2.1 C-D-A段土压力计算 20

4.2.2 确定锚索钢绞线规格及倾角 22

4.2.3 设计锚固力及锚索间距的确定 22

4.2.4 锚固体设计计算 23

4.2.5 张拉预应力及喷砼面层设计 25

4.3 稳定性验证 25

4.3.1 A-B-C段（放坡 土钉）稳定性验证 25

4.3.2 C-D-A段（放坡 预应力锚索）稳定性验证 27

第五章 结论 30

参考文献 31

致谢 32

第一章 绪论

1.1 研究的目的及意义

随着社会经济的快速发展，城市化的进程逐步加快，大量农村人口涌入城市，使得城市人口压力剧增，与此同时，人口压力的增加进一步加剧了城市用地极为紧张的问题。正是由于土地资源的匮乏，我国的城市建筑开始纵向发展，楼层越盖越高，地下室、地下车库、地下商场的数量也快速增长；车辆的激增加大了城市交通的压力，为了缓解这种情况，越来越多的地铁干线出现了。这种现象不可避免地导致了土地资源的紧张，从而迫使建筑物开始从横向膨胀转为纵向发展，渐渐出现了很多深基坑和大面积基坑，大大增加了设计和施工作业的难度。虽然这种举措的确有效的提高了土地的利用率，但同时也给工程建设人员提出了更多的要求和挑战。基坑支护结构设计就是这众多挑战之一。

基坑支护结构是保证基坑安全稳定的重要结构，浅基坑只需要放坡开挖或者少量钢板支护就足以满足施工要求了。基坑支护结构的加速发展是从深基坑的出现开始的^[1]。基坑支护结构复杂性的增加以及施工作业难度的提升主要与两方面有关，一是基坑的开挖深度逐渐增加，二是基坑的面积越来越大。在基坑工程中，基坑支护结构的重要性是毫无疑问的，这主要也表现在两方面：第一，它确保了施工作业时不会影响到周边管道及其他重要建筑的正常使用；第二，它保障了后续施工作业时基坑内的安全稳定^[2]。如果在施工过程中，基坑支护结构失效或遭到了破坏，就会直接引起基坑失稳，从而造成人员伤亡和巨大的经济损失，甚至会对基坑附近的地下设施以及周围建筑物产生很大破坏，影响人们的正常生活，威胁人们的生命财产安全。此外，基坑支护结构的种类很多，在很多时候，运用不同的支护形式达到的支护效果却是一样的，但是不同的支护结构，其造价可能会相差甚远，在实际的工程实践中，如果能从众多的支护结构里选择出最适合工程的支护结构，就能大大提高经济效益，减少建设所需的成本^[3]。

综上所述，基坑支护结构既是后续工程施工的安全保障，又是工程成本控制必须考虑的因素之一，所以基坑支护结构设计在基坑工程建设中占有举足轻重的地位，本文结合珠海高栏港码头北区综合楼基坑支护设计的实际背景，进行基坑支护结构设计工作。

1.2 基坑支护工程国内外研究现状与发展

因为国外大型建筑物出现得较我国早，所以国外率先进行了基坑工程的研究工作。最早开始涉足基坑研究工作的学者是太沙基和皮克等人，不过最初的研究工作只止步于理论上的探究，真正将理论运用到实际工程中是到了20世纪60年代才实现的^[4]。一开始只是将施工监测技术运用到基坑的施工过程中，不过事实证明，将理论运用到实际后，大大提高了施工工作的安全性，施工效率也得到了显著提升。此后，从70年代起，相应的法规相继出现，越来越多的国家开始重视制定这些规程，其目的都在于对基坑的开挖和支护设计进行指导^[5]。

我国经济大发展始于20世纪80年代，此前国内并没有多少大型的建筑，因此也没有出现大型深基坑，坑深也多在4米左右，只需要进行放坡或者稍加支护便可满足要求。经济开始快速发展后，国内开始涌现出一大批大型建筑，基坑工程的施工和设计难度也随之加大。进入90年代后，随着改革开放政策的实施，国家经济高速发展，同时工程建设也随之开始了快速的进步，经济的繁荣带动了城市的发展，土地资源的减少使得工程建设项目必须开始纵向发展，这就导致了高楼大厦的出现，也使得基坑的面积和深度都大大增加^[6]。经过了这么多年的发展，我国的深基坑支护技术和理论都得到了很大的进步，目前在实际工程中，主要的特点有以下三点：
（1）我国的基坑支护工程绝大多数都是临时性的，永久性的很少，因此在进行设计时往往没有设计较大的安全储备。

1. 目前基坑开挖正朝着大深度、大范围发展，这加大了基坑支护技术的难度
   （3）勘察数据很难准确、全面地反应场地的土层性质和水文地质情况，所以在进行设计和施工的时候很大程度上还需要依靠经验，这增加了设计和施工的难度^[7]。
   不可否认的是，在经过这么多年的发展后，我国的深基坑支护技术较以往已经有了很大的发展，而且很多支护形式已经被多次的实际工程证明是安全合理的。一般情况下，国内习惯将支护结构分为两大体系，一个是非结构支护体系，另一个是结构支护体系。再进行详细的划分，非结构支护体系中又可以区别为两大类，一类是化学支护，另一类是简易支护；而结构支护体系则分类较为详细，可分为逆作法、支撑式结构、悬臂式结构和封闭式结构四大类。这些大类的支护结构又可细分为很多具体的支护形式，在此就不一一列举^[8]。在应对具体的工程问题时，很多情况下，单靠某一类型的支护是不能满足要求的，这时就需要使用组合支护技术。目前国内在实际工程中运用较多的支护结构有内支撑支护、锚杆（索）支护、深层搅拌桩支护、土钉支护、排桩支护和地下连续墙支护等支护结构^[9]。
   就支护结构设计计算的理论方面而言，现在比较常用也是经过实际工程检验的方法一共有三种，它们分别是弹性地基梁法、极限平衡法和有限元法。

极限平衡法按照土的极限静力平衡来求支护结构的水平承载力，但是不考虑在这个过程中的支护结构变形，这种方法计算简单，仅通过手算便可以完成，但是无法计算支护结构的位移，而且很难确定支护结构的外侧土压力有没有达到了极限平衡状态；在三种方法中，所需参数较少的方法是弹性地基梁法，这种方法不仅涉及到了支护结构本身的平衡条件，而且考虑到了土与支护结构的变形协调条件，在必要时还能对开挖过程中的各种影响因素加以考虑，因而在实际的工程中多用此法；至于有限元法，则对计算机依赖较大，有限元分析原理是它的基本原理，具体执行过程是首先把土体以及所涉及的支护结构划分为离散单元，然后确定结构的边界条件和平衡条件，再以单元体为研究对象，建立有限元方程，然后利用计算机计算所需的应力应变等参数，由于有限元法精度高、适应性好，所以目前已经得到广泛的应用，但是这种方法对模型的建立以及参数的取值有着较为严格的要求，尤其是对大型深基坑，因为所构造的三维模型极为复杂，所以导致需要很长的时间进行计算，有时候所需要的时间甚至是令人无法接受的^[10]。