1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

随着城市的建设，经济的快速发展，人口数量以及人群消费水平的高速提升，人们日益关注地下空间的开发利用，愈益要求开发三维城市空间。目前各类用途的地下空间已在世界各大城市中得到开发利用，诸如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下停车库、地下街道、地下商场、地下医院、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等。现如今评价一个城市的交通、经济、国际化等要素，通常要看此城市所具有的一系列地下工程设施。与此同时，对基坑支护技术的要求也是日益提升。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.工程概况

拟建建筑为一栋23F研发楼及一栋2F辅楼，2F辅楼与23F研发楼基础连为一体，下设一层满堂地下室，南侧连接一层地下车库，埋深约5.50米。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第3.0.1条划分，该拟建建筑地基基础设计等级为甲级。根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）有关规定抗震设防类别为丙类。按照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009版）第3.1条岩土工程勘察分级规定，该工程重要性等级为二级，场地复杂程度为二级，地基复杂程度为二级，综合确定岩土工程勘察等级为乙级。据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）规定，基坑侧壁支护结构安全等级为三级，其结构重要性系数不小于0.90。

2.基坑周边环境

拟建场地位于位于江苏省南京市溧水秦淮路以西，城北三号路以南，城北二号路以北。勘察场区及周边无不良地质作用存在，根据区域地质资料，场地附近及周边无影响场区稳定性的全新活动断裂和发震断裂通过，场地稳定，适宜本工程建设。

3.工程、水文地质条件

1）工程地质条件

拟建场地位于江苏省南京市溧水秦淮路以西，城北三号路以南，城北二号路以北。

（1）地形、地貌

拟建场地位于江苏省南京市溧水秦淮路以西，城北三号路以南，城北二号路以北，西普集团公司内，为建设预留地，地形较平坦，前期勘察期间场区内有一坑，坑内无集水，本次补充勘察时，坑内积水约1.50米，据了解该坑为前年刚开挖。地面高程24.79~26.22米（吴淞高程系）。

据《南京城区地貌类型图》划分，拟建场地属岗地地貌单元。

（2）土层条件

根据钻探揭示及原位测试、室内土工试验综合分析，场地岩土层表层为人工填土，上部为（Q4）新近沉积的可塑状粉质粘土，其下为（Q3）一般沉积的硬塑状粉质粘土；底部为龙王山组（J3L）安山质凝灰岩。自上而下可划分四大工程地质层，5个亚层。现分述如下：

①素填土（Q4ml）：灰色，灰黄色，灰褐色，湿润，主要由可塑状粉质粘土夹少量的风化基岩碎屑、碎块石组成，硬质物含量10~15%，粒径大小为5-15cm。局部大于20cm。局部底部夹有少量植物根茎。主要为新近堆积。回填时间小于3年。层厚3.60~6.60米。

②粉质粘土 (Q4al)：灰黄色，饱和，可塑，局部偏硬，中压缩性。无摇震反应，切面光滑，具光泽反应，干强度中等，韧性中等。 为新近沉积土。分布较普遍，局部缺失。顶面埋深4.60~6.60米，层顶标高18.89~21.57米，层厚0.50~5.40米。

③粉质粘土(Q3al)：褐黄~黄褐色，饱和，硬塑，中偏低压缩性。无摇震反应，切面光滑，具光泽反应，干强度高，韧性中等偏高。含较多的铁质浸染斑点和铁锰质小结核。分布普遍，局部缺失。自由膨胀率为：34.00%~39.00%，不具膨胀趋势。顶面埋深3.60~9.80米，层顶标高15.99~22.32米，层厚0.40~7.80米。

④1强风化安山质凝灰岩（J3L）：紫红色、紫褐色，风化强烈，结构大部分被破坏，矿物成分发生显著变化，岩芯上部呈密实的砂土状，中下部呈砂土、碎屑夹碎块状，少量的风化残块硬度稍大，锤击易碎，遇水易软化。顶板埋深5.50～11.80米，层顶标高13.65~20.07米，层厚1.00~8.10米。

④2中风化安山质凝灰岩（J3L）：紫褐色，风化较弱，凝灰质结构，块状构造。岩芯呈短~中柱状，锤击声哑，无回弹，风化裂隙较发育，多呈闭合状，由方解石细脉充填。岩体较完整。岩石饱和单轴抗压强度平均值为11.41MPa，标准值为10.51MPa，天然块体密度为2.36g/cm3，属软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级Ⅳ级。顶板埋深9.40~19.60米，层顶标高6.45~16.17米，最大揭露厚度12.80米。

（3）气象条件

溧水地处长江三角洲内陆平原与天目山麓接攘地带，属亚热带大陆性季风气候，四季分明，雨量充沛，温暖湿润。

2)水文地质条件

（1）地下水埋藏条件

场地浅部地下水为孔隙潜水，主要分布于①填土较厚部位中。实测地下水初见水位为0.30~1.50米左右，稳定水位0.50-1.70米。该含水层透水性一般，富水性一般，水量较小，主要受大气降水补给。

其它岩土层，含水微弱，基本不透水，为相对隔水层。据调查近三年最高水位与初见水位大致持平。

（2）浅部土层渗透性

浅部各土层渗透系数统计结果见表2。

表2

层号	土层名称	渗透系数K20平均值（#215;10-6cm/sec）
水平	垂直
①	素填土	（150）	（100）
②	粉质粘土	4.27	3.01
③	粉质粘土	0.54	0.40

注：括号内为经验值。

4.本基坑支护类型

1）基坑支护体系设计

拟建场区下设一层满堂地下室，预计埋深约5.50米。根据《南京地区建筑地基基础设计规范》（DGJ32/J12-2005）表10.1.3规定，基坑侧壁安全等级为三级，重要性系数为0.90。基坑开挖后侧壁土层主要为①层填土、局部为②粉质粘土、③粉质粘土，基坑底部主要为①层填土、局部为②粉质粘土、③粉质粘土。上述土层中，①层填土结构较松散，土体自立性较差；②粉质粘土呈可塑状，局部偏硬、③粉质粘土呈硬塑状，土体自立性较好。根据上述土层情况及周边场地条件，可采用放坡开挖，坡面喷射混凝土，以防雨水渗入，导致坍塌，但西侧临近现有建筑，因此建议选用排桩支护结构，排桩可选用钻孔灌注桩支护。坑底设集水浅坑明沟排水。

拟建建筑南侧为地下车库，上部无荷载，地下水对箱体产生浮力大于箱体自身荷重时应采用抗浮措施，应采用抗拔桩，建议选用钻孔灌注桩或人工挖孔桩。桩长、桩径须经计算后确定。地下室抗浮设计水位可按场地整平标高下0.50米取值。基坑设计方案应由专业设计单位设计并经专家论证确定。基坑施工应严格按支护方案确定，尤其基坑西侧临近现有建筑，须重点保护及监测。

地下室底板若位于填土层上时，较薄时可清除换填，较厚时应进行强夯加固，以防止地下室底板开裂。

2）基坑降排水设计

由于基坑开挖范围内有部分为淤泥质粉质粘土，因此需对基坑经行支护设计，宜采用降水、排桩加截水帷幕（截水帷幕可采用深层搅拌桩、排桩宜采用小直径单节实心方桩），其设计施工应符合《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）的相关规定。

施工场地杂填土较厚，有石块和原有建筑物的基础等，施工场地条件较差，孔隙潜水埋藏浅，对正常施工有较大影响，雨季对施工影响更大。常见施工方法是：先清除原有建筑物的基础和影响沉桩的块石，然后将施工场地初步整平，铺垫大于0.5m至1.0m的碎石道垫（其中最大块石直径应小于15cm，以防影响沉桩施工），外围开挖排水沟、集水井，充分做好抽排水的准备工作，然后进行桩基施工。水可采取基坑内明排积水的降水方法。

5.计算步骤

1）土压力

土压力计算采用土压力极限平衡理论的朗肯土压力理论：

水土分算（无粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

注：γ#8212;#8212;土的有效重度；

#8212;#8212;水的重度；

#8212;#8212;主动土压力系数；

#8212;#8212;被动土压力系数；

水土合算（粘性土）

主动土压力：

被动土压力：

注：

g #8212;#8212;土的饱和重度

2）桩的嵌固深度、桩身最大弯矩

（1）单支点支护结构

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《建筑基坑支护技术教程》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 ，按下式确定：

根据静力平衡，支点力按下式确定：

注： #8212;#8212;水平荷载标准值；

#8212;#8212;水平抗力标准值；

aring; #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；

#8212;#8212;合力作用点至设定弯矩零点的距离；

aring; #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；

#8212;#8212;合力作用点至设定弯矩零点的距离；

#8212;#8212;支点至基坑底面的距离；

#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，嵌固深度设计值应满足下式：

根据静力平衡计算截面弯矩与剪力，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：

同样假设结构上某截面 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和最大剪力的计算值后，按下列公式计算支点力设计值、弯矩设计值M和剪力设计值V：

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;

式中：

、#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；

#8212;#8212;第 i 土条的弧长；

#8212;#8212;第 i 土条的宽度；

#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；

#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；

#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：

#8212;#8212;嵌固深度系数，当取 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）剪内摩擦角及粘聚力系数查表（《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 表 A.0.2）：

粘聚力系数应按下式确定：

g #8212;#8212;土的天然重度。

嵌固深度设计值可按下式确定：

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

时，宜取 ；多支点支护结构嵌固深度设计值小于 0.2h 时，宜取 。

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时，嵌固深度尚应满足公式：

)

式中： #8212;#8212;坑外地下水位。

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，从而进行桩的配筋计算。

4）围梁、围檩配筋计算

5）整体稳定性计算

6）抗隆起、倾覆、管涌验算

（1）抗隆起验算

基坑土体的开挖过程，实际是对基坑底部土体的一个卸荷过程，支护外土体因支护内土体应力的解除，向基坑内挤出，导致基坑底部土体隆起，特别是当基坑底为软土，基坑底部土体的隆起将导致基坑失稳。为确保基坑开挖施工过程的安全，在基坑支护设计计算时，尤其是在软粘土地区，如挖土深度大，可能由于挖土出卸载过多，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

当水泥土挡墙重量不够大时，由于墙后的推力作用，会绕某一点产生整体倾覆失稳。因此，需要进行抗倾覆验算。倾覆稳定性验算可按下式进行：

式中：

#8212;#8212;被动土压力及支点力对桩底的弯矩；

#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，如果地下水位较高、坑底面积很大，位于透水地基上的水工建筑物，在水位差作用下地基产生承压渗流，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计算：

式中：

g #8212;#8212;侧壁重要性系数；

g #8212;#8212;土的有效重度；

g #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。

7）止水帷幕的桩型、桩长设计和抗渗验算

（1）止水帷幕的桩型和桩长

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。

若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：

式中：

l #8212;#8212;帷幕插入不透水层的深度；

#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：

)

式中：

#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：

或者

式中：

x #8212;#8212;不透水层层顶深度。

（2）抗渗验算

当止水帷幕为插入不透水层时，还应进行抗渗验算，可以按基坑抗管涌验算进行。

8）混凝土支撑和立柱桩的设计

9）降水设计

（1）基坑涌水量计算

1.均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算

2.均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算

3.均质含水层承压水完整井基坑涌水量计算

（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

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。

（3）降水井影响半径

降水井影响半径通过经验法计算获得：

潜水含水层：

承压含水层：

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）。

（4）降水

条状基坑宜采用单排或双排降水井，布置在基坑外缘一侧或两侧，在基坑（沟槽）端部，降水井布置外延长度应为基坑宽度的一倍至两倍，选择单排或双排应预测计算确定。面状基坑降水井，宜在基坑外缘呈封闭状布置，距边坡上口 1～2m，当面状基坑很小时可考虑单个降水井。对于长、宽度很大，降水深度不同的面状基坑，为确保基坑中心水位降低值满足设计要求或加快降水速度，可在基坑内增设降水井，并随基坑开挖而逐步撤除。

在基坑运土通道出口两侧应增设降水井，其外延长度不少于通道口宽度的一倍。采用辐射井降水时，辐射管长度和分布应能有效满足基坑范围降水需要。降水井的布置，可在地下水补给方向适当加密，排泄方向适当减少。选择降水方法应根据施工场地及影响范围内的工程与水文地质条件、基坑支护方案、设施保护要求综合考虑，经技术经济比较择优确定。施工降水应编制方案并有相应的计算，可参照《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ／T111）。有条件时，降水系统应经现场试验验证降水效果，以优化方案。

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：

型号	外管 直径 （mm）	喷射管	工作 水压力 （MPa ）	工作水 流量 3 （m /d）	设计单井 出水流量 3 （m /d）	适用含 水层渗 透系数 3 （m /d）
型号	外管 直径 （mm）	喷嘴 直径 （mm)	混合室 直径 （mm）	工作 水压力 （MPa ）	工作水 流量 3 （m /d）	设计单井 出水流量 3 （m /d）	适用含 水层渗 透系数 3 （m /d）
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	110.4~148 .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

管井的出水量 q （）可按下列经验公式确定：

式中：

#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）

6.出图

1）计算断面土压力分布图

2）基坑周边环境信息图

3）基坑支护结构平面图

4）支撑平面布置图

5）支护结构大样图（冠梁、支撑、降水、立柱等

6）基坑监测点布置图