苏交科科研设计大楼基坑支护设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

1.基坑工程的意义和内容

随着中国人口的急剧增长和城市建筑的不断发展，尤其是一些大型城市，土地已经成为了一个相对稀缺的资源，人类可以想到的办法就是往地下发展，如果充分利用地下空间的话，基本可以解决这一难题。因此，出现了基坑工程。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1工程概况

2.1.1地理位置

由江苏省交通科学研究院股份有限公司投资建设的苏交科科研设计大楼位于南京市建邺区沙洲，其东侧为南河及规划西城路，南侧为富春江东街，西侧为中冶华天工程技术有限公司，北侧为空地。

2.1.2拟建物概况

该项目地上建筑为1栋23层办公楼和3~4层裙楼组成，地下设有2层连体地下室（部分外扩）。主楼采用框架-剪力墙结构，柱网为8.7m8.7m，最大单柱荷载标准值为30000KN；裙楼采用框架结构，柱网为8.7m8.7m，最大单柱荷载标准值为8500KN。拟采用桩基础设计方案。建筑物室内地坪设计标高为6.80m（吴淞高程系，下同），室外地坪设计标高为6.50m，地下室底板顶面设计标高为-3.50m，基坑开挖深度约11.0m。

本工程地基基础设计等级甲级，抗震设防类别为丙类。根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）2009年版3.1节划分工程重要性等级为二级，场地和地基等级均为二级，岩土工程勘察等级为乙级。

2.2设计规范

《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）2009年版

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）

《南京地区建筑地基基础设计规范》（DGJ32/J-2005）

《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）

《工程岩体试验方法标准》、（GB50266-99）

《建筑工程地质勘探与取样技术规程》（JGJ/T87-2012）

《房屋建筑和市政基础设施施工勘察文件编制深度规定》（2010年版）

2.3工程地质条件

2.3.1地形地貌

拟建场地原民宅和水塘经拆迁填土整平，现状地面高程为6.84~7.95m（吴淞高程系），场地地形较为平缓。场地地貌单元为长江漫滩。

2.3.2地层结构

①-1杂填土：灰黄~褐灰色，松散，由粉质粘土混混凝土块、碎砖、碎石等填积，土质不均匀填龄大于5年，地表散落有少量拆迁遗留的建筑垃圾。层厚1.5~4.3m。

①-2素填土：灰~灰黄色，软~可塑，由粉质粘土混少量碎砖填积，土质不均匀，填龄大于10年。层顶埋深1.8~3.3m，层厚0.3~1.4m。

①-3淤泥质填土：灰色~灰黑色，流塑，含腐植物，夹少量碎砖、碎石，有腐臭味，土质不均匀，填龄大于10年。层顶埋深1.5~4.3m，层厚0.3~3.3m。

②-1a2粘土：灰黄色，可塑，局部软塑。切面稍有光泽，韧性、干强度中等。层顶埋深2.9~3.2m，层厚0.3~1.0m。

②-2b4淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，偶夹薄层粉土。切面稍有光泽，韧性、干强度中等。层顶埋深3.2~5.5m，层厚12.3~15.4m。

②-3b3-4淤泥质粉质粘土、粉质粘土：灰色，流~软塑，夹薄层粉土、粉砂，

具水平层理。切面稍有光泽，韧性、干强度中等。层顶埋深17.1~19.2m，层厚12.6~15.4m。

②-4d1粉细砂：灰色，密实，含云母碎片，局部夹薄层粉质粘土，具水平层理，层底局部地段夹少量中粗砂。层顶埋深31.5~33.2m，层厚5.8~10.5m。

④含卵砾石中粗砂：灰色，中密~密实，卵砾石粒径为3~5cm，个别大于10cm，亚圆形，多为石英质成分，含量在10~25%。层顶埋深38.7~42.6m，层厚2.0~4.9m。

K1g-2强风化泥岩、粉砂质泥岩：棕褐色，岩石结构大部分破坏，手捏易散碎，层底部夹少量中风化岩碎块，遇水易软化，属极软岩，岩体基本质量等级分类为Ⅴ级。层顶埋深42.0~45.9m，层厚1.9~5.8m。

K1g-3中风化泥岩、粉砂质泥岩：棕褐色，夹薄层粉砂岩，以极软岩为主，部分为软岩，有少量闭合裂隙发育，岩体较为完整，基本质量等级分类为Ⅳ~Ⅴ级，遇水软化。层顶埋深45.5~49.8m，未钻穿。

2.4水文地质条件

2.4.1场地水文地质条件

根据现场调查了解，场地内及周围附近无地表水分布。长江漫滩是南京市地下水最为丰富的地段，本场地基岩面之上的覆盖土层均为含水层。地下水的水理特征绝大部分属于潜水性质，但由于场地含水层中上部粘性土与下部砂性土渗透性差异大，具典型的二元结构特征。②-4d1层粉细砂、④层含卵砾石中粗砂中的地下水具弱承压性。

（1）、潜水

潜水含水层由①层人工填土、②-1a2、②-2b4和②-3b3-4层软弱粘性土构成含水层组。

人工填土层密实度差，其间的大孔隙往往成为地下水的赋存空间，且富水性及透水性较好，属弱透水层，雨季水量较丰富。

新近沉积的②-1a2、②-2b4和②-3b3-4层粘性土饱含地下水，但给水性较差、透水性弱，属微~弱透水地层。

南京地区地下水最高水位一般在7~8月份，最低水位多出现在旱季12月份至翌年3月份。野外勘探时间为2013年8~9月，期间量测的潜水稳定水位埋深在地面以下1.2~1.7m之间，高程为5.94~6.33m（吴淞高程系）。场地地下水主要接受大气降水的入渗补给，以垂直蒸发和径流方式排泄。水位受季节性变化影响较大，年变化幅度在1.0m左右。

（2）、弱承压水

弱承压水含水层由覆盖层中下部的②-4d1层粉细砂和④层含卵砾石中粗砂构成。其相对隔水顶板为上覆粘性土，隔水底板为下伏基岩。该含水层富水性好，透水性强，属透水地层。本次勘察在J7和J18号钻孔内量测的弱承压含水层水头埋深在地面以下3.70~3.90m之间，高程为3.74~4.02m（吴淞高程系）。承压水补给来源为地下径流以及上层孔隙潜水的越流补给，以地下径流为主要排泄方式，水头较为稳定，但会随季节性略有升降，变幅一般小于0.5m。

2.4.2地下水和场地土腐蚀性

拟建场地位于长江漫滩之上，场地环境类型属Ⅱ类。根据现场调查了解，场内及周围无环境污染源。根据场地西边工程（勘察编号：KC12069）岩土工程详细勘察报告的水质分析结果和评价结论，场地地下水化学类型为：HCO3-Ca2 型水，场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。根据《易溶盐试验分析报告》，综合场地环境类型，按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）2009年版中第12.2条判定：场地土对混凝土结构具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

2.5基坑设计参数

根据本工程的岩土工程勘察报告，各土层的抗剪强度指标、如表2，并按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据。

各土层主要物理力学性质指标表2

2.6基坑支护方案

2.6.1基坑支挡方案

考虑到建筑物结构底板面之下主要为强度低、压缩性高的软土，建议本工程采用桩基础方案。根据拟建物性质、荷载、结构特点，以及场地工程地质、水文地质条件和施工环境条件，本工程采用嵌岩钻孔灌注桩基础设计方案较为适宜。桩端持力层建议采用K1g-3层中风化泥岩、粉砂质泥岩。

2.6.2基坑止水或降水方案

由于基坑开挖深度大，地下室施工周期长。为了防止雨水不断汇入（或渗入）基坑，造成基坑积水，影响正常施工，建议基坑外围设置排水沟。基坑开挖施工地下水控制可采用设置水泥土截水帷幕和坑内降排水和坑外回灌措施。截水帷幕的插入深度应满足抗渗流稳定性验算的要求。

根据上述对基坑支护类型的分析，本着安全可靠、经济合理、技术可行、方便施工的原则，结合基坑开挖深度、施工工艺、施工周期及场地地质条件等因素，本工程基坑支护方案采用如下形式：采用钻孔灌注桩支护 2层混凝土支撑 水泥土止水帷幕的支护结构体系。

2.7设计计算按照《南京地区建筑地基基础设计规范》（DGJ32/J12-2005）中有关基坑支护结构设计要求和标准并在下列条件的基础上对围护结构的受力及稳定性进行计算。①该基坑安全等级为一级，重要性系数取1.1。②土的c、φ值采用勘察报告提供的固结快剪指标；

2.7.1水平荷载标准值计算和水平抗力标准值计算(土压力计算)

支护结构所承受的土压力，要精确的加以确定是有一定困难的。目前，对土压力的计算，主要采用朗肯土压力理论进行计算。

(1)水土分算（无粘性土），内聚力：

主动土压力2.7.1-1

被动土压力2.7.1-2

注：--土的有效重度；--水的重度

(2)水土合算（粘性土），内聚力:

主动土压力 2.7.1-3

被动土压力 2.7.1-4

注：--土的饱和重度

2.7.2支撑轴力计算

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：

2.7.2-1

式中：、--最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水粘聚力、内摩擦角标准值；

--第土条的弧长；

--第土条的宽度；

--整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时取1.3；

--作用于滑裂面上第i土条的重度，按上覆土层的天然重度计算；

--第土条弧线中点切线与水平线夹角。

2.7.3桩的嵌固深度和桩身最大弯矩

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，嵌固深度按下式确定：

2.7.3-1

式中：--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）；粘聚力系数按下式计算。

粘聚力系数应按下式确定：

2.7.3-2

式中：--土的天然重度。

嵌固深度设计值可按下式确定：

2.7.3-3

多支点支护结构嵌固深度设计值小于时，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外，嵌固深度尚应满足公式：

2.7.3-4

式中：--坑外地下水位。

2.7.4桩、圈梁及围檩的配筋计算

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。

2.7.5稳定性验算

(1)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：

2.7.5-1

（2）抗坑底隆起验算

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进行：

2.7.5-2

（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。管涌稳定性验算可按下式进行：

2.7.5-3

式中：--侧壁重要性系数；

--土的有效重度；

--水的重度；

--地下水位至基坑底的距离；

--桩（墙）入土深度。

2.9监测方案

2.9.1技术要求

(1)施工期间应根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，尽量减少基坑的开挖对周边环境的影响。(2)监测仪器的选择应考虑最大可能需要的量程，选用满足安全监测要求的合适仪器。(3)仪器安装埋设前应进行检验和率定，绘制检测点安装埋设详图，并按照方案和埋设要求做好埋设准备。(4)仪器埋设时，应核定传感器的位置，埋设的准备是否符合要求，按照监测的位置和方向埋设传感器。(5)所有监测点安装完毕后，应及时绘制准确测点位置图，并对监测点加强保护，预防意外破坏。(6)监测数据必须做到及时、准确和完整，发现异常现象，加强监测。监测数据未达到报警值期间，应向设计单位按照预先约定的周期提交一次监测结果（包括监测数据和报告）。监测报告应注明施工进度和进度平面布置图等施工信息便于相关各方分析监测结果所反应的情况。(7)对原始数据要分析、去伪存真后方可计算，并绘制观测读数与时间、深度等的关系曲线，按照施工阶段提出简报。监测工作应贯穿施工始终，待全部资料备齐后，应提供完整电子版监测数据、监测时程曲线图及监测报告予围护设计单位及相关方。

2.9.2监测内容

本基坑周边环境较复杂，基坑工程安全等级为二级，因此在基坑开挖及地下主体结构施工期间应有基坑监测工作来配合施工，根据监测数据及时地调整施工方案和施工进度。建议该工程监测项目如下：(1)圈梁顶部的水平、垂直位移以：主要目的是通过控制圈梁的位移掌握周围土体的变形对周围建筑物的影响，每隔20米左右设置一观测点。(2)围护结构水平位移与深层挠曲：主要目的是通过水平位移的监测掌握周围土体的变形情况，在围护桩部位每30～50米左右设置一观测点。(3)建筑物裂缝、沉降与倾斜观测：根据现场情况确定。(4)立柱水平、垂直位移观测。(5)地下管线观测，根据场地实际埋设管线及其相关部门的要求进行监测。(6)支撑轴力监测。(7)土压力监测。(8)坑内、外地下水位监测。