1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

随着城市建设的发展，高层建筑和市政工程大量涌现。有限的城市地面空间已不能满足人们日益增长的工作和生活的需要，于是人们开始向高空和地下寻求发展空间。目前，各类地下工程诸如越江、隧道、地下商场、地下民防等已随处可见。这些工程的共同特点是都要进行大规模地下开挖，必然导致大量的基坑工程产生。基坑工程是一个古老而具有划时代特点的综合性的岩土工程课题，既涉及土力学中典型的强度和变形问题，又涉及到土体与支护结构的相互作用问题。对于这些问题的认识及其对策的研究，将随着土力学理论、计算技术、测试技术以及施工机械、施工技术的发展而逐步完善。

通过毕业设计，增强学生综合应用所学基础理论和专业知识的能力；解决一般工程技术问题的能力，进一步提高和训练学生的工程制图、理论分析、基坑支护设计计算、施工方案设计、计算机应用和外文阅读能力。为从事本专业领域的有关工作打下较为坚实的基础。

在教师指导下，通过收集和阅读毕业设计所需资料，合理选择基坑支护方案，熟悉基坑支护设计步骤、内容、设计规范(规程)，掌握设计参数的合理选用、支护结构的设计和计算，独立按时完成毕业设计任务书所规定内容和工作量。

基坑工程是指为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填，包括勘察、设计、施工、监测和检测等。基坑工程是集地质工程、岩土工程、结构工程和岩土测试技术于一身的系统工程。其主要内容有工程勘察、支护结构设计与施工、土方开挖与回填、地下水控制、信息化施工及周边环境保护等。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称之为深基坑工程。 深基坑支护设计与施工是其中一项系统工程，必须具有结构力学、土力学、地基基础、地基处理、原位测试等多种学科知识，需要把这些知识统合起来，同时要有丰富的施工经验，并结合拟建场地的土质和周围环境情况，才能制定出最佳的支护结构方案和实施办法。

1.1深基坑工程的特点

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）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。

（7）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。

1.2基坑支护的原则和依据

基坑支护的原则：安全可靠；经济合理；技术可行和方便施工。

基坑支护的依据：规范；岩土工程规范；基坑支护工程勘察报告；基坑支护结构设

计资料；工程地质和水文地质资料；场地周边环境及地下管线状况；基坑的深度。

1.3基坑主要支挡方法、技术类型

基坑工程中采用的围护墙、支撑（或土层锚杆）、围檩、防渗帷幕等结构体系总称

为支护结构。

挡土系统：常用的有钢板桩、钢筋混凝土板桩、深层水泥搅拌桩、钻孔灌注桩、地下连续墙。其功能是形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力。

挡水系统：常用的有深层水泥搅拌桩、旋喷桩、压密注浆、地下连续墙、锁口钢板桩。其功能是阻挡抗外渗水。

支撑系统：常用的有钢管与型钢内支撑、钢筋混凝土内支撑、钢与钢筋混凝土组合支撑。其功能是支承围护结构侧力与限制围护结构位移。

目前经常采用的主要基坑支护类型有：

（1）放坡开挖：放坡开挖是施工简单、经济适用的方法，在空旷地区或周围环境允许时能保证边坡稳定的条件下优先选用。放坡只要求稳定，位移控制无严格要求，价钱最便宜，但回填土方量较大，当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施。放坡可以独立或与其他支护结构结合使用。

采用放坡开挖时，应该考虑到边坡稳定性，边坡稳定验算方法有极限平横法、极限分析法和有限元法。在工程实践中，稳定性分析较多采用极限平衡法，将土坡稳定问题视作平面应变问题。极限平衡法修定边坡的失稳是土体内部产生某一滑裂面，根据滑动土体的静力平衡条件和摩尔#8212;库仑破坏准则计算滑动土体沿滑裂面滑动的可能性，即安全系数的大小，然后采用同样的方法选取多个可能的滑裂面，分别计算相应的稳定安全系数。安全系数最低的滑裂面即可能性最大的滑裂面，为稳定性设计控制滑裂面，取最危险滑裂面的安全系数 K≥1.35~1.5。常用的方法有圆弧滑动法和条分法。

（2）水泥土搅拌桩围护：它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械边钻进边往软土中喷射浆液或雾状粉体，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或

粉体）强制搅拌，使喷入软土中的固化剂与软土充分拌和在一起，由固化剂和软土之间

所产生的一系列物理化学反应，形成的抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳性的水泥加固土桩柱体，由若干根这类加固土桩柱体和桩间土构成复合地基。

深层搅拌法最适宜于各种成因的饱和软土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等，加固深度从数米至 30～40m。一般认为含有高岭石、多水高岭石与蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；含有伊利石、氯化物等粘性土以及有机质含量高、酸碱度（p

H）较低的粘性土的加固效果较差。当地表杂填土层为厚度大于 100mm 的石块时，一般不宜使用搅拌桩。

搅拌桩是一种具有一定刚性的脆性材料所构成，其抗拉强度比抗压强度小得多，在工程中要充分利用抗压强度高的特点，”重力坝”式挡墙就是利用结构本身自重和抗压不抗拉的一种结构形式。

搅拌桩的平面布置可视地质条件和基坑围护要求，结合施工设备条件，分别选用桩式、块式、壁式、格栅式或拱式，它在深度方向可采取长短结合形式。

（3）土钉墙支护：它是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件土钉置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层，通常土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体。土钉墙支护充分利用土层介质的自承力，形成自稳结构，承担较小的变形压力，土钉承受主要压力，喷射混凝土面层调节表明应力分布，体现整体作用；同时，由于土钉排列较密，通过高压注浆扩散后使土体性能提高。土钉墙施工快捷简便，经济可靠，土钉墙适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。

土钉墙支护设计应满足规范的强度、稳定性、变形和耐久性等要求。土钉墙支护的土钉设计和稳定性计算采用总安全系数法。其中以荷载和材料性能的标准值作为计算值，并根据此确定土压力。层面设计计算采用以概率理论为基础的结构极限状态计算方法，此时作用于层面的土压力乘以分项系数 1.2 后作为计算值。

（4）复合型土钉墙支护：复合土钉墙是将土钉墙与一种或几种单项支护技术或截水技术有机组合成的复合支护体系， 它的构成要素主要有土钉、 预应力锚杆、 截水帷幕、微型桩、挂网喷射混凝土面层、原位土体等。对于淤泥质土、人工填土、砂性土、粉土、黏性土等土层，可采用复合型土钉墙支护。

（5）锚杆支护：拉锚是将一种新型受拉杆件的一端（锚固段）固定在开挖基坑的稳定地层中，另一端与工程构筑物相联结（钢板桩、挖孔桩、灌注桩以及地下连续墙等），用以承受由于土压力等施加于构筑物的推力， 从而利用地层的锚固力以维持构筑物（或土层） 的稳定。

用拉杆锚固支护基坑的开挖或用作抗拔桩抵抗浮托力等的应用已日益普遍。拉锚最大的优点是在基坑内部施工时，开挖土方与支撑互不干扰，尤其是在不规则的复杂施工场所，以锚杆代替挡土横撑，便于施工。这是人们乐于大量使用的主要原因。随着对锚固法的不断改进和使用可靠性的监测手段，使拉锚支护的范围更加广泛。锚杆支护体系由挡土构筑物，腰粱及托架、锚杆三个部分所组成，以保证施工期间边坡的稳定与安全。

（6）钢板桩钢板桩：用槽钢正反扣搭接而组成，或用 U 型、H 型和 Z 型截面的锁口钢板桩。用打入法打入土中，相互连接形成钢板桩墙，既用于挡土又用于挡水。钢板桩具有较高的可靠性和耐久性，在完成支挡任务后，可以回收重复利用；于多道钢支撑结合，可适合软土地区的较深基坑，施工方便，工期短。钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制。而且钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于 7m 时，不宜采用。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出时对周围地基土和地表土的影响。

钢板桩支护结构，有永久性结构和临时性结构两类。永久性结构在海港码头中应用较多，如：码头岸墙，护墙等；临时性结构多用于高层建筑的深基础。

（7）排桩支护：排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻（冲）孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。 柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。 柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间的联系差必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠联接。为了防止地下水并夹带土体颗粒从桩间孔隙流入（渗入）坑内，应同时在桩间或桩背采用高压注浆，设置深层搅拌桩、旋喷桩等措施，或在桩后专门构筑防水帷幕。

灌注桩施工简便，可用机械钻（冲）孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低。同时，灌注桩

围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力（承受侧压），这时在桩与主体之间通常不设拉结筋，并用防水层隔开。

排桩支护可分为悬臂式和支锚式，而支锚式又分单点支锚和多点支锚。大多数情况下，悬臂式柱列桩适用于三级基坑，支锚式柱列桩适合于一、二级基坑工程。一般来说，

当基坑深 h=8m～14m，周围环境要求不十分严格时，多考虑采用排桩支护。柱列式灌

注桩的工作比较可靠， 但要重视帽梁的整体拉结作用， 在基坑边角处， 帽梁应连续交圈。当要求灌注桩围护结构起到抗水防渗作用时， 必须做好桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷桩。当周围环境保护要求严格时，为减少排桩的变形，在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域，用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少支护结构的变形。

悬臂式排桩围护在坑底以上外侧主动土压力作用下，桩将向基坑内侧倾移，而下部则反方向变位，可根据静力平衡条件计算桩的入土深度和内力。通常用静力平衡法和布

鲁姆（Blum）法。

单支点排桩围护是顶端支撑的围护结构，由于顶端有支撑而不致移动而形成一铰接的简支点。通常用图解分析法（弹性线法）和等值梁法。

多支点排桩围护，为了减少支护桩的弯矩可以设置多层支撑。支撑层数及位置要根据土质、坑深、桩径、支撑结构的材料强度，以及施工要求等因素拟定。目前对多支撑

围护结构的计算方法一般有等值梁法（连续梁法）；支撑荷载的 1/2 分担法；逐层开挖支撑力不变法；有限元法等。

（8）劲性水泥土搅拌连续墙（SMW 工法）：它是以水泥土搅拌桩法为基础，在水泥土搅拌桩中插入型钢或其它芯材料形成的同时具有承力和防渗两种功能的支护形

式。凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可以使用 SMW 工法，特别是适合于以粘土和粉性土为主的软土地区。

SMW 工法具有占用场地小、施工速度快、环境污染小，无废弃泥浆、施工方法简单、造价低等优点。

SMW 工法适宜的基坑深度与施工机械有关，国内目前一般以基坑开挖深度 6～10m，国外尤其是日本由于施工钻孔机械先进，基坑深度达到 20m 以上时也采用SMW工法，取得较好的环境和经济效果，它极有可能逐步代替钻孔灌注桩围护，在某些工程中有可能代替地下连续墙。

劲性水泥土搅拌桩是在水泥土搅拌桩中插入受拉材料构成的，常插入H型钢。通常认为：水土侧压力全部由型钢单独承担，水泥土桩的作用在于抗渗止水。

（9）地下连续墙：它是利用特制的成槽机械在泥浆（又称稳定浆）护壁的情况下进行开挖，形成一定槽段长度的沟槽；再将地面上制作好的钢筋笼放入槽段内，采用导

管法进行水下混凝土浇筑，完成一个单元的墙段，各墙段之间的特定的接头方式相互联结，形成一道连续的地下钢筋混凝土墙。

地下连续墙具有墙体刚度大、整体性好，因而结构和地基变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构；适用于各种地层可以减少工程施工时对环境的影响；可进行逆筑法施工。逆筑法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场

地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏，为此，在基坑施

工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力（即利用地下结构自身的桩、

柱、梁、板作为支撑，同时可省去内部支撑体系），减少支护结构变形，降低造价并缩

短工期的有效方法。

但是，地下连续墙施工法也有不足之处：对废泥浆的处理；槽壁坍塌；地下连续墙

如作临时挡土结构，则造价高，不够经济。

1.4基坑主要支撑方法、技术类型

深基坑的支护体系由两部分组成，一是围护墙，还有是内支撑或者土层锚杆。作用在挡墙上的水、土压力可以由内支撑有效地传递和平衡，也可以由坑外设置的土锚维持

平衡，它们可以减少支护结构位移。为施工需要而构筑的深基坑各类支撑系统，既要轻

巧又需有足够的强度、刚度和稳定性，以保证施工的安全、经济和方便，因此支撑结构

的设计是目前施工方案设计的一项十分重要的内容。

内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受到的侧压力，结构简单，受力明确。土锚设置在围护墙的背后，为挖土、结构施工创造了空间，有利于提高施工效率。在软土地区，

特别是在建筑密集的城市中，应用比较多的还是内支撑。

在深基坑的支护结构中，常用的支撑系统按其材料分可以有钢管支撑、型钢支撑，钢筋混凝土支撑，钢和钢筋混凝土组合支撑等种类；按其受力形式分可以有单跨压杆式

支撑，多跨压杆式支撑，双向多跨压杆支撑，水平桁架相结合的支撑，斜撑等类型。

这些支撑系统在实践中有各自的特点和不足之处，以其材料种类分析。

钢支撑便于安装和拆除，材料消耗量小，可以施加预紧力以合理控制基坑变形，钢

支撑架设速度较快，有利于缩短工期。但是钢支撑系统的整体刚度较弱，由于要在两个

方向上施加预紧力，所以纵横杆之间的联结始终处于铰接状态。

钢筋混凝土支撑结构的整体刚度好， 变形小， 安全可靠， 施工制作时间长于钢支撑，

但拆除工作比较繁重，材料回收利用率低，钢筋混凝土支撑因其现场浇筑的可行性和高

可靠度而在目前国内被广泛的使用。

土层锚杆是一种新型的受拉杆件，它的一端与结构物或挡土墙联结，另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力或挡土墙的土压力、水

压力，是利用地层的锚固力维持结构物的稳定。拉锚的优点是在基坑内部施工时，开挖

土方与支撑互不干扰，便于施工，施工时噪音和振动均小，锚杆可采用预应力，以控制

结构的变形。

锚固方法以钻孔灌浆为主，受拉杆件有粗钢筋、高强钢丝束和钢绞线等不同类型。

锚杆支护体系由挡土构筑物，腰粱及托架、锚杆三个部分所组成，以保证施工期间边坡

的稳定与安全。

锚杆长度应为锚固段、自由段的长度之和，并应满足下列要求：

（1）锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算，预应力锚杆自由段长度应不小于 5m，且应超过潜在滑裂面 1.5m。

（2）锚杆锚固段长度应按规定进行计算，并取其中大值，同时，土层锚杆的锚固

段长度不应小于4m，且不宜大于10m；岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m，且不宜大于和6.5m或8m（对预应力锚索）；位于软质岩中的预应力锚索，可根据地区经验确定最大锚固长度。当计算锚固段长度超过上述数值时，应采取改善锚固段岩体质量、改变锚头构造或扩大锚固段直径等技术措施，提高锚固力。现在大城市的高层建筑基坑具有深、大的特点，挖深一般在15~20m之间，宽度与长度达100m以上。基坑附近多有建筑物、道路和管线，施工场地拥挤，在环境安全上又有很高的要求，所以过去对基坑支护结构的选型比较单一，基本上均采用柱列式灌注桩挡墙或地下连续墙作为围护结构，当用明挖法施工照例采用多道支撑（多道内支撑或多道背拉锚杆）。其他的支护型式如国内外广为应用的钢板桩挡墙或桩板（分离式工字钢加衬板）挡墙由于刚度较弱、易透水以及打桩振动和挤土效应对城市环境的危害，已很少用于建筑深基坑中。近年来兴起的土钉支护尤其是复合土钉支护，在合适的地质条件下已成为建筑深基坑的选型，而且逆作法施工在国内也已日趋成熟。

1.5 基坑主要止（降）水方法、技术类型

在沿海软土地区，一般地下水位都比较高，当地层中有厚层饱和淤泥质土、粘质粉土、砂质粉土或粉砂等，基坑开挖时，坑内地下水位必然产生大大低于四周，周围的地

下水向坑内渗流，产生渗透力。为了防止由此产生的渗流破坏，基坑必须有止（降）水

方案。

地下水控制的设计和施工应满足支护结构设计要求，应根据场地及周边工程地质条件水文地质条件和环境条件并结合基坑支护和基础施工方案综合分析确定，地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水、和回灌等型式，单独或组合使用。

1.5.1 止水帷幕

采用防水帷幕，用来阻止或限制地下水渗流到基坑中去。采用防水帷幕后，有时还需要在帷幕内或外面降水。常用的防渗帷幕有以下三种：

(1)水泥土搅拌桩连续搭接的水泥土搅拌桩，是一种最常用的防渗止水结构。水泥

土挡墙可以同时起到挡土和止水作用。 在钻孔桩排桩挡土时， 可以用水泥土搅拌桩止水。

(2)地下连续墙地下连续墙一般能达到自防渗，不会产生渗漏情况。地下连续墙的

防渗薄弱点是墙段间的接头部位，在防渗要求较高时，可在墙段接头处的坑外增设注浆

防渗。

(3)水泥和化学灌浆帷幕在透水的土层内，沿基坑喷射水泥化学浆以填充土的孔隙，灌浆孔一个紧靠以形成连续防水帷幕。

1.5.2 降水

工程降水是基坑工程的一个难点。由于土质和地下水位的条件不同，基坑开挖的施工方法大不相同。在地下水位以下开挖基坑时，采用降水的作用是：

（1）截住基坑边坡面及基底的渗水；

（2）增加边坡的稳定性，并防止基坑从边坡或基底的土粒流失；

（3）减少板桩和支撑的压力，减少隧道内的空气压力；

（4）改善基坑和填土的砂土特性；

（5）防止基底的隆起和破坏。

降水有各种不同的方法，应视工程性质、开挖深度、土质特性及经济等因素进行考虑。在选择和设计基坑降水前，必须由甲方提供工程地质勘察资料，建筑物平面图和立

面图，建筑物场地附近房屋平面图等，对于重大工程，设计人员除掌握相应资料外，必

须在设计前到工程现场亲自了解，最好能目测各土层的土样，对将来降水工程的布置及

其与邻近建筑物的影响。

降水方法按降水机理不同，可分为明沟排水和井点降水。明沟排水是在基坑的周围，有时在基坑中心，设置排水沟，每隔 20～30cm设一个集水井，使地下水汇流于集水井内，用水泵将水排出基坑外。明沟排水由于其制约条件较多，尚不能得到广泛的应用，而井点降水的适用条件较广，并经过二十多年来的应用、发展和改进，已形成了多种井点降水的方法。目前常用的井点降水方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、深井井点、管井井点、辐射井点、回灌井点等。这些有效的降水方法现已被广泛用于各种降水工程中，但由于降低地下水位以后，可能带来一些不良影响，如地面沉降，邻近已有建筑物或构筑物的安全稳定及残留滞水的处理等。

表 1-1各类井点的使用范围

井点类型	土层渗透系数 （cm#183;s-1）	降低水位深度（m）	适用土层种类
单级轻型 井点	10-3～10-6	3～6	粉砂、砂质粉土、粘质粉土、 含薄层粉砂层的粉质粘土
多级轻型 井点	10-3～10-6	6～9（由井点级数确定）	粉砂、砂质粉土、粘质粉土、 含薄层粉砂层的粉质粘土
喷射井点	10-3～10-6	8～20	粉砂。砂质粉土、粘质粉土、 粉质粘土、含薄层粉砂层的淤 泥质粉质粘土
电渗井点	≤10-6	根据阴极井点确定	淤泥质粉质粘土、淤泥质土
管井井点	≥10-4	3～5	各种砂土、砂质粉土
深井井点	≥10-4	≥5 或降低深部地层承压水头	各种砂土、砂质粉土
真空深井 井点	10-3～10-7	≥5	砂质粉土、粘质粉土、粉质粘 土、淤泥质粉质粘土、淤泥质 粘土

明沟排水是在基坑内设置排水明沟或渗渠和集水井，使进入基坑内的地下水沿排水沟渠流入井中，然后用水泵将水抽出基坑外的降水方法。明沟排水一般适用于土层较密

实，坑壁较稳定，基坑较浅，降水深度不大，坑底不会产生流砂和管涌等的降水工程。

在地下水位以下施工基坑工程时，通常采用井点（垂直和水平井点）降水法来降低地下水位。垂直井点常沿基坑四周外围布设，水平井点则可穿越基坑四周和底部，井点深度大于要求的降水深度，通过井点抽水或引渗来降低地下水位，实现基坑外的暗降，保证基坑工程的施工。经井点降水后，能有效地截住地下渗流，降低地下水位，克服基坑的流砂和管涌现象，防止边坡和基坑底面的破坏；减少侧土压力，增加挖掘边坡的稳定性，有利于边坡的支护和施工；防止基底隆起和破坏，加速地基土的固结作用；有利于提高工程质量，加快施工进度及保证施工安全。

1.5.3 降水时的注意事项

在城市中由于深基坑降水，使邻近建筑物下的水位也降低，若其下是软弱土层，则

将因水位降低而减少土中地下水的浮托力，从而使软弱土层压缩而沉降，影响邻近建筑

物和管线，降水的时候应该注意：（1）井点降水应减缓降水速度，均匀出水；（2）井点应连续运转，尽量避免间歇和反复抽水；（3）降水场地外侧设置挡水帷幕，减小降水影响范围；（4）设置回灌井系统。

采用止水帷幕，将坑外地下水位保持原状，仅在坑内降水。目前，采用钻孔压浆成

桩法、地下连续墙、板桩、深层搅拌桩墙等止水结构形式，效果均较好。其入土深度，

取决于土层的透水性，要防止出现管涌、流砂等问题。

当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法，截水后，基坑中

的水量或水压较大时，宜采用基坑内降水；当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，

应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施保证坑底土稳定。

1.6 基坑开挖

为了确保工程的顺利进行和周围建筑物的安全，基坑开挖时的注意事项：

（1）基坑开挖应根据支护结构设计降排水要求确定开挖方案；

（2）基坑边界周围地面应设排水沟且应避免漏水渗水进入；

（3）坑内放坡开挖时应对坡顶坡面坡脚采取降排水措施；

（4）基坑周边严禁超堆荷载；

（5）软土基坑必须分层均衡开挖层高不宜超过1m；

（6）基坑开挖过程中应采取措施防止碰撞支护结构工程桩或扰动基底原状土；

（7） 发生异常情况时应立即停止挖土并应立即查清原因和采取措施方能继续挖土；

（8）开挖至坑底标高后坑底应及时满封闭并进行基础工程施工；

（9）地下结构工程施工过程中应及时进行夯实回填土施工。

1.7 基坑工程监测

为正确指导施工，确保工程的顺利进行和周围建筑物的安全，应加强施工期间的监

测工作，实施信息化施工，随时预报，及时处理，并根据监测数据及时调整施工进度和

施工方法。

基坑监测的内容大致有：

（1）围护结构的竖向位移与水平位移；

（2）坑周土体位移；

（3）支撑结构轴力；

（4）邻近建（构）筑物、道路及地下管网等的变形；

（5）地下水位及孔隙水压力；

（6）坑底隆起量。

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[13] 工程地质手册编委会．工程地质手册．第四版[M]．中国建筑工业出版社，2007.2．[14] 刘国彬，王卫东．基坑工程手册．第二版[M]．中国建筑工业出版社，2009.11．

[15] 陈忠汉,黄书秩,程丽萍.深基坑工程[M].北京:机械工业出版社,2002．

[16] 余志成,施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1999．

[17] 陈国兴,樊良本等.基础工程学[M].北京:中国水利水电出版社,2002．

[18] 熊智彪,陈振富,段仲沅.建筑基坑支护[M]北京:中国建筑工业出版社,2008．

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1 本课题拟解决的问题

通过本课题拟解决以下几点问题：

1. 熟悉基坑支护结构设计中常用的设计规范和专业知识，综合运用所学的基础理论知识，正确的解决工程设计中的各种实际问题，了解工程设计人员实际设计的内容、初步了解工程设计的基本方法，并能在设计中正确考虑影响设计的各项因素。

2. 熟练得运用相关软件和绘图软件，所绘工程图纸应符合国家建筑制图的统一标准，并能正确清晰地表达设计意图。

3. 掌握基坑支护结构设计的内容、方法和步骤，并了解基坑支护的一般特点和各种新的设计要求。结合基坑工程所处自然条件及工程地质和水文地质等情况，合理选定结构设计方案以及适用的施工方法，力求使设计达到美观、适用、安全、经济。

2.2基坑支护设计资料的收集

（1）场地岩土工程勘察报告、基坑支护设计和止、降水设计参数；

（2）建筑红线、地下室边线的平面图及基础结构设计图，建筑场地及其附近的地下管线、地下埋设物的位置、深度、结构形式及埋设时间；

（3）基坑附近的地面堆载及大型车辆的动、静荷载情况；

（4）邻近已有建筑的位置、层数、高度、结构类型、完好程度、已建时间及基础类型、埋置深度、主要尺寸、基础距基坑上口周边的静距离等；

（5）基坑周边的地面排水情况，地面雨水与污水、上下水管线排入或漏入基坑的可能性；

（6）已有相似支护工程的经验性资料。

2.3方案比选

结合拟建场地的工程水文地质条件和周边环境条件，进行各种方案的比选,选择安全可靠、技术可行、经济合理、施工方便的深基坑支护方案。

2.4设计计算

2.4.1土压力

水土分算（无粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

注：γacute;#8212;#8212;土的有效重度；γw#8212;#8212;水的重度 。

水土合算（粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

注：γsat#8212;#8212;土的饱和重度

2.4.2桩的嵌固深度、桩身最大弯矩

（1）单点支护类型

用等值梁法确定计算支点力的大小， 然后根据倾覆稳定条件计算嵌固深度设计值。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 4.1 条计算。

首先，根据等值梁法计算弯矩为零点的位置，令坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至坑底距离为 hc1，hc1按下式确定：ea1k=ep1k

图 2-1 单支点支护结构支点力计算简图 图 2-2 单支点支护结构嵌固深度计算简图

根据静力平衡，支点力按下式确定：

式中：ea1k#8212;#8212;水平荷载标准值；

ep1k#8212;#8212;水平抗力标准值；

∑Eac#8212;#8212;弯矩零点位置以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和；

ha1#8212;#8212;合力∑Eac 作用点至设定弯矩零点的距离；

∑Epc#8212;#8212;弯矩零点位置以上基坑内侧各土层水平抗力标准值的合力之和；

hp1#8212;#8212;合力∑Epc 作用点至设定弯矩零点的距离；

hT1#8212;#8212;支点至基坑底面的距离；

hc1#8212;#8212;基坑底面至设定弯矩零点位置的距离。

根据抗倾覆稳定条件，并令抗倾覆稳定安全系数为 1.2，考虑基坑重要性系数γo，嵌固深度设计值 hd 应满足下式：

hp aring; Epi Tc1 (hT1 hd )-1.2γ0ha aring; Eai sup3; 0

根据静力平衡计算截面弯矩与剪力，图 2.1，设结构上某截面满足以下条件：

则该截面上的剪力即为最大剪力，其值为：

Vc = aring; Eac - (aring; Ep Tc1 )

同样假设结构上某截面 hc1 满足以下条件：

则该截面上的弯矩即最大弯矩，其值为：

在计算得到截面最大弯矩 Mc 和最大剪力 Vc 的计算值后，按下列公式计算支点力设计值 Td、弯矩设计值 M 和剪力设计值 V：

式中 Mc----截面弯矩计算值，可按本规程4.2.2条规定计算。

式中 Vc----截面剪力计算值，可按本规程4.2.2条规定计算。

式中 Tcj----第j层支点力计算值，可按本规程4.2.2条规定计算。

由设计值即可进行截面承载力计算。

（2）多支点支护结构

对于多层支点支护结构，嵌固深度计算值 h0 宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定：

aring;cik li aring;(q0bi ωi )cosθi tanjik - γk aring;(q0bi ωi )sinθi sup3; 0

式中：cik、φik#8212;#8212;最危险滑动面上第 i 土条滑动面上土的固结不排水（快）剪粘聚力、

内摩擦角标准值；

li#8212;#8212;第 i 土条的弧长；

bi#8212;#8212;第 i 土条的宽度；

γk#8212;#8212;整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取 1.3；

ωi#8212;#8212;作用于滑裂面上第 i 土条的重量，按上覆土层的天然重度计算；

θi#8212;#8212;第 i 土条弧线中点切线与水平线夹角。

当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应继续验算下卧层整体稳定性。

对于均质粘性土及地下水位以上的粉土或砂类土，嵌固深度 h0 按下式确定：

h0 = n0h

式中：n0#8212;#8212;嵌固深度系数，当γk 取 1.3 时，可根据三轴试验（当有可靠经验时，可 采用直剪试验）确定的土层固结不排水（快）剪内摩擦角φk 及粘聚力系数δ查表（《建 筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 表 A.0.2）；粘聚力系数δ按下式计算。

粘聚力系数δ应按下式确定：

δ = ck /γ

式中：γ#8212;#8212;土的天然重度。

嵌固深度设计值可按下式确定：

hd = 1.1h0

当按上述方法确定的悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计值得 hdlt;0.3h 时，宜取hd=0.3h；多支点支护结构嵌固深度设计值小于 0.2h 时，宜取 hd=0.2h。当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙除应满足上述规定外，嵌固深度尚应满足公式：

hd sup3; 1.2γ0 (h - hwa )

式中：hwa#8212;#8212;坑外地下水位。

2.4.3桩的配筋计算

根据计算得到的支点力设计值 Td、弯矩设计值 M 和剪力设计值 V,可以计算截面承载力，进行桩的配筋计算。

2.4.4圈梁、围檩配筋计算

2.4.5整体稳定性验算

2.4.6抗隆起、倾覆、管涌验算

（1） 抗隆起验算

在软粘土地区，如挖土深度大，可能由于挖土处卸载过多，在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。为此，需要进行抗坑底隆起验算。坑底隆起稳定性验算可按下式（太沙基公式）进行：

（2）抗倾覆验算

水泥土挡墙如截面、重量不够大，在墙后推力作用下，会绕某一点产生整体倾覆失 稳。为此，需要进行抗倾覆验算。倾覆稳定性验算可按下式进行：

式中：Mp#8212;#8212;被动土压力及支点力对桩底的弯矩；

Ma#8212;#8212;主动土压力对桩底的弯矩。

（3）抗管涌验算

在砂性土地区，当地下水位较高、坑深很大时，挖土后在水头差产生的动水压力作用下，地下水会绕过支护墙连同砂土一同涌入基坑。为此，需要进行抗管涌验算（见图2.3）。管涌稳定性验算可按下式进行：

1.5γ0h'γw pound; (h' 2D)γ'

式中：γ0#8212;#8212;侧壁重要性系数；

γ'#8212;#8212;土的有效重度；

γw#8212;#8212;水的重度；

h'#8212;#8212;地下水位至基坑底的距离；

D#8212;#8212;桩（墙）入土深度。

2.4.7止水帷幕的桩型、桩长设计和抗渗验算

（1）止水帷幕桩型和桩长

止水帷幕的厚度应该满足基坑的防渗要求，且止水帷幕的渗透系数宜小于1.0#215;10-6cm/s。 图2-3 管涌验算简图

落底式竖向止水帷幕应插入下卧不透水层，其插入深度可以按下式计算：

l = 0.2hw - 0.5b

式中：l#8212;#8212;帷幕插入不透水层的深度；

hw#8212;#8212;作用水头；

b#8212;#8212;帷幕宽度。

当止水帷幕未插入不透水层，其嵌固深度应满足抗渗透稳定条件，其嵌固深度可以按下式计算：

hd sup3; 1.2γ0 (h - hwa )

式中：hwa#8212;#8212;坑外地下水位；

h#8212;#8212;基坑深度。

则桩长 L 可以按下式计算：

L=l x 或者 L=h hd

式中：x#8212;#8212;不透水层层顶深度。

当地下水含水层渗透性较强，厚度较大时，可采用悬挂式竖向止水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向止水与水平封底相结合的方案。

止水帷幕的施工方法、工艺和机具的选择应根据现场工程地质、水文地质及施工条

件等综合确定。施工质量应满足《建筑地基处理规范》JGJ79-2002 的有关规定。

（2） 抗渗验算

当止水帷幕未插入不透水层时，还应进行抗渗验算，可以按基坑抗管涌验算进行。

2.4.8混凝土支撑和立柱桩的设计

①混凝土：除特别注明外均为 C30；

②钢筋：HRB400 热轧钢筋；HRB335 热轧钢筋，HRB235 热轧钢筋。灌注保护层厚度为 50mm，其它为 35mm。

③水泥：采用 42.5 级普通硅酸盐水泥；

2.5降水设计

2.5.1 基坑涌水量计算

（1）均质含水层潜水完整井

a.基坑远离边界时

式中，Q#8212;#8212;基坑涌水量；

k#8212;#8212;渗透系数；

H#8212;#8212;潜水含水层厚度；

S#8212;#8212;基坑水位降深；

R#8212;#8212;降水影响半径；

ro #8212;#8212;基坑等效半径。

b.岸边降水时，

（blt;0.5R）

c.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时，

d.当基坑靠近隔水边界，

(bacute;lt;0.5R)

（2）均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算

a.基坑远离边界时，

b.近河基坑降水，含水层厚度不大时，

c.近河基坑降水，含水层厚度很大时

（3）均质含水层承压水完整井涌水量

a.当基坑远离边界时

式中 M#8212;#8212;承压含水层厚度

b.当基坑位于河岸边时

c.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时

4）均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算

a.均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算

2.5.2等效半径

当基坑为圆形时，基坑等效半径应取为圆半径，当基坑为非圆形时，等效半径可按下列规定计算：

（1）矩形基坑等效半径

r0 = 0.29(a b)

式中 a、b#8212;#8212;分别为基坑的长、短边。

（2）不规则块状基坑等效半径

式中 A#8212;#8212;基坑面积。

2.5.3降水影响半径

降水井影响半径宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时。

潜水含水层：

承压含水层：

R = 10S k

式中 R#8212;#8212;降水影响半径（m）；

S#8212;#8212;基坑水位降深（m）；

k#8212;#8212;渗透系数（m/d）；

H#8212;#8212;含水层厚度（m）。

2.5.4降水

降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置，井间距应大于 15 倍井管直径，在地下室补

给方向应适当加密；当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设置降水井。

降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑地面以下 0.5m。

降水井的数量 n 可按下式计算：

式中 Q#8212;#8212;基坑涌水量

q#8212;#8212;设计单井出水量

设计单井出水量可按下列规定确定：

（1）井点出水能力可按 36~60msup3;/d 确定；

（2）真空喷射井点出水量可按下表确定

表 2-2 喷射井点设计出水量
型号	外管直径（mm）	喷射管	工作水压力 (msup3;/d)	工作水 流量 (msup3;/d)	设计单井出水流量 (msup3;/d)	适用含水层渗透系数 (msup3;/d)
喷嘴直径（mm）	混合式直径（mm）
1.5型并列式	38	7	14	0.6~0.8	112.8~ 163.2	100.8~138.2	0.1~5.0
2.5型圆心式	68	7	14	0.6~0.8	103.2~ 148.8	103.2~138.2	0.1~5.0
4.0型圆心式	100	10	20	0.6~0.8	230.4	259.2~388.8	5.0~10.0
6.0型圆心式	162	19	40	0.6~0.8	720	600~720	10.0~ 20.0

（3）管井的出水量 q（msup3;/d）可按下列经验公式确定：

式中 rs #8212;#8212;过滤器半径（m）；

l#8212;#8212;过滤器进水部分长度（m）；

k#8212;#8212;含水层渗透系数（m/d）。

过滤器长度宜按下列规定确定：

1.真空井点和喷射井点的过滤器长度不宜小于含水层厚度的 1/3；

2.管井过滤器产度宜与含水层厚度一致。

群井抽水时，各井点单井过滤器进水部分长度，可按下式验算：

Y0gt;1

单井井管进水长度 yo，可按下列规定计算：

（1）潜水完整井：

式中 r0 #8212;#8212;圆形基坑半径；

rw #8212;#8212;管井半径；

H#8212;#8212;潜水含水层厚度；

R0 #8212;#8212;基坑等效半径与降水井影响半径之和；

R#8212;#8212;降水井影响半径。

（2）承压完整井：

式中 H'#8212;#8212;承压水位至该承压含水层底板的距离；

M#8212;#8212;承压含水层厚度。

当过滤器工作部分长度小于 2/3 含水层厚度时应采用非完整井公式计算。若不满足上式条件，应调整井点数量和井点间距，再进行验算。当井距足够小不能满足要求时应考虑基坑内布井。

基坑中心水位降水计算可按下列方法确定：

1）块状基坑降水深度可按下式计算：

a.潜水完整井稳定流：

b.承压完整井稳定流：

式中 S#8212;#8212;在基坑中心处或各井点中心处地下水位降深；

r1r2r3r4#8212;#8212; 各井点距基坑中心或各井中心处的距离。

2）对非完整井或非稳定流应根据具体情况采用相应的计算方法；

3）计算出的降深不能满足降水设计要求时，应重新调整井数、布井方式。

在降水漏斗范围内因降水引起的计算沉降量可按分层总和法计算。

2.6 施工监测

鉴于本基坑工程的重要性和复杂性， 应将施工监测作为基坑设计与施工中不可缺少的重要内容，使基坑施工全过程处于受控状态以确保安全施工。本工程的基坑监测具体

可严格按《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009 对二级基坑的规定要求执行。

本工程应事先制定周密的监控方案， 确定各类监测点的数量、 位置、埋设和观测方法，制定观测周期、精度要求和监控报警值。重视做好基准点设置和测定各项初始值的工作，建立信息反馈系统和应急预案等。

2.7撰写符合工程实际的施工组织设计方案

2.8 设计成果

1、基坑周边环境信息图（1#215;A2）

2、基坑支护平面布置图（1#215;A2）

3、基坑支护结构、止降水结构剖面图（1#215;A2）

4、基坑支护结构大样图、节点大样图（1#215;A2）

5、基坑开挖监测点平面布置图（1#215;A2）