冶山矿业大厦基坑支护设计开题报告

2.1 基本概况

(1) 工程名称：冶山矿业大厦基坑支护

(2) 地理位置：南京市六合区白果路东侧，丽岛新苑西南侧，雄州东路北侧

(3) 设计单位：江苏省建工设计研究院有限公司

(4) 勘察单位：南京建力测绘勘察院

2.2 项目概况

南京钢铁集团冶山矿业有限公司拟在六合区白果路东侧，丽岛新苑西南侧，雄州东路北侧兴建冶山矿业大厦，该工程拟建建筑物及规模如下表：

地上总建筑面积7300.04 m2, 地下总建筑面积4009.62 m2，总建筑面积约11309.66m2。

本工程基坑基底标高为-0.90米，现场地标高为7.21-8.52米，开挖深度约为现地表标高下8.50~9.40米，拟建冶山矿业大厦东北侧距离已建丽岛新苑商住楼最近处约12.8m，西侧距离已建白果路约18.6m，南侧距离已建雄州东路约12.5m。

2.3 工程地质条件

2.3.1 地形、地貌

拟建场地位于六合区白果路东侧，丽岛新苑西南侧，雄州东路北侧，根据场地地形图和现场调查了解情况，场地原为拆迁区，现为建筑用地，地形稍有起伏，孔口吴淞高程为7.21～8.52m，场地属滁河河漫滩地貌单元。

2.3.2 场地岩土层分布

根据野外钻孔鉴别，结合土工试验及现场原位测试成果综合分析，场地岩土层分布详见工程地质剖面图，场地土层自上而下划分如下：

①杂填土：褐色，主要由粘性土夹建筑垃圾组成，结构松散、紊乱，土质不均匀，为近期回填，局部地段有厚度约0.20～0.30m的旧建筑基础及混凝土地坪未破除。层底标高4.99～6.82m，层厚0.80～2.90m；

②1粉质粘土: 灰黄色，软塑（局部可塑）状态，中等压缩性，含有机质，无摇震反应，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，该层分布不均匀，该层在J7、J20号钻孔处有所缺失，层顶标高5.11～6.82m，层厚0.30～3.10m；

②2淤泥质粉质粘土: 灰色，流塑状态，高压缩性，为正常固结土，局部夹薄层粉土、粉砂及泥炭，含有机质，无摇震反应，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，层顶标高3.31～5.32m，层厚9.40～12.20m。

③1粉质粘土: 绿灰色~灰黄色，可塑（局部硬塑）状态，中压缩性，含铁锰质结核，无摇震反应，切面有光泽，干强度中等，韧性中等，层顶标高-7.90～-5.97m，层厚4.70～6.80m，该层在拟建矿业大厦及地下室部位钻穿；

③2粉质粘土: 灰黄色，可塑状态，中压缩性，含有机质，局部夹粉细砂、小砾石等，无摇震反应，切面有光泽，干强度中等，韧性中等，层顶标高-18.89～-11.18m，层厚3.20～6.00m，该层在拟建矿业大厦及地下室部位钻穿；

③2a中砂：灰黄色~灰色，饱和，密实（局部中密）状态，低压缩性，矿物成分主要为石英、云母、长石等，含有少量的卵砾石，粒径以0.5~2.0cm为主，少量大于3cm，磨圆度一般，呈亚圆形状，该层层顶埋深不均匀，场地内均有分布，为③2层的夹层，对预制桩施工有一定影响，层顶标高-17.51～-15.50m，层厚0.60～2.30m，该层在拟建矿业大厦及地下室部位钻穿；

③3粉质粘土(Q3-4al): 灰黄色~灰色，可塑（局部硬塑）状态，中压缩性，含有机质及铁锰质结核，干强度中等，韧性中等，无摇震反应，切面有光泽，该层埋藏不均匀，场地内均有分布，层顶标高-23.60～-21.65m，层厚9.30～11.10m，该层在拟建矿业大厦及地下室部位钻穿；

④1砾砂：灰色～黄色，饱和，密实状态，次棱角状，低压缩性，矿物成分以长石、石英为主，含硅质、砂质小砾石及卵石，磨圆度一般，以亚圆形为主，粒径0.1-3.0cm不等，含量约10%-30%左右，层顶标高-33.59～-32.25m，层厚2.20～4.60m，该层在拟建矿业大厦及地下室部位钻穿；

④2粗砂夹砾石：灰色，密实，低压缩性，石英质，砾石磨圆度一般，粒径以0.3-5.0cm为主,含量约20%~40%，层顶标高-37.39～-34.51m，层厚1.00～3.00m，该层在拟建矿业大厦及地下室部位钻穿；

⑤强风化泥质粉砂岩：棕红色，风化强烈，呈密实砂土状，手捏易碎，遇水易软化，岩体基本质量等级为V类。层顶标高-38.99～-37.30m，层顶埋深45.20～46.40m，该层未揭穿。

2.3.3 水文地质条件

（一）地下水

根据勘察揭示的土层结构组合特征分析，场地地下水有潜水和承压水两种类型。

（1）潜水

本场地孔隙潜水，主要由①层杂填土、②1层粉质粘土及②2层淤泥质粉质粘土中的孔隙潜水构成含水层组；③1层、③2层粉质粘土及③3层粉质粘土渗透性弱，为相对隔水层。

①层杂填土结构松散，密实度差，含有大量孔隙，透水性较强，但厚度较小，水量不大。②1层粉质粘土水量较丰富，透水性较弱，②2层淤泥质粉质粘土饱含地下水，但透水性较弱，给水性差；①层杂填土、②1层粉质粘及②2淤泥质粉质粘土为基坑开挖主要出水地层。

③1层粉质粘土及③3层粉质粘土含水量较低，给水性差，透水性微弱，为相对隔水层。

南京六合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1月，勘察期间以晴天为主，经现场观测，场地孔隙潜水初见水位埋深在地面下0.30-0.50米，经勘察结束后统一测量各钻探孔中的地下稳定水位埋深为0.46～1.63米（吴淞高程为6.75～6.93米）。水位起伏与地形起伏基本一致。地下水主要接受大气降水、地表水体及附近居民生活用水的渗透补给，其排泄方式主要以垂直蒸发和径流方式排泄。水位呈季节性变化较明显，地下水位年变幅为0.8m左右。

（2）承压水

第一层承压水主要由③2a层中砂构成含水层，③2a层中砂上部的③2层粉质粘土为隔水顶板，下部的③2层粉质粘土相对隔水底板，第二层承压水主要由④₁层砾砂及④₂层粗砂夹砾石构成含水层，③3层粉质粘土为隔水顶板，基岩为隔水底板。

③2a层中砂、④₁层砾砂及④₂层粗砂夹砾石透水性较强、富水性较好，属透水层-强透水层。

承压水含水层埋藏较深，对本工程基坑施工及桩基础施工影响不大。所以勘探期间没有量测该承压水水头。

（二）地下水及土腐蚀性评价

1、地下水腐蚀性评价

南京地区属湿润区，环境类型为II类。拟建场地位于滁河河漫滩地貌单元之上，周围无环境污染源，按《南京地区建筑地基基础设计规范》（DGJ32/J12-2005）4.5.3条有关规定及六合地区长期的建筑经验，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。

2、场地土腐蚀性评价

场地位于滁河河漫滩地貌单元之上，经调查场地及周围无环境污染源，场地地下水埋藏浅，水位以上主要为粘性土填积的填土。加之本地区年降水量较大，丰水季节地基土全部浸于水下，土中可溶盐类多已浸出。按南京六合地区经验及地下水腐蚀性评价结果综合分析判定：场地地下水位以上地基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。

2.3.4 基坑支护设计参数

基坑支护及降（止）水设计参数建议值

表1

综合确定的岩土层承载力特征值建议值

表2

各级荷载下孔隙比平均值与压缩系数（a0.1-0.2））、压缩模量平均值（Es0.1-0.2））

表3

2.4 本工程拟采用的基坑支护方案、计算理论和方法

2.4.1 拟采用的基坑支护方案及选型依据

由于基坑开挖深度较深，且周围环境复杂，所以场地周围不具备放坡条件。综合场地工程地质条件、水文地质条件和施工环境条件，由于杂填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土含水量较大，坑壁稳定性较差，极易坍塌，地下水位较高，土层具有较强的渗透性，建议采用钻孔灌注桩 内支撑为支护结构及水泥土搅拌桩为止水体系。由于基坑底面以下为饱含地下水的淤泥质粉质粘土层，场地地下水埋藏浅，可考虑对整个场地采用井点降水措施。

2.4.2 计算理论和方法

(1)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，土压力的计算，主要采用朗肯土压力理论进行计算。

①　砂性土，粘聚力 c=0

②　粘性土，粘聚力 c≠0

(2)嵌固深度计算、内力计算

①　单支点支护结构

单支点支护结构，桩的右侧为主动土压力，左侧为被动土压力。可采用等值梁法确定水平支撑轴力 T1。

在桩（墙）净土压力零点深度（零弯矩点）取矩，计算图示如图 3.1 所示，令∑MD=0，水平方向合力∑Fx =0，则有：

两式联立，求得水平支撑轴力 T1 ，桩身最大剪力 Pd。

A

D

图 3.1单支点支护结构等值梁法计算示意图

在 T1 的作用下，嵌入段的土压力分布更接近于简单分布形式，即在 C 点以上的嵌入段作用着被动土压力与主动土压力之差，所以对 C 点取矩，设 C 点至 D 点的距离为x，由式3-7

得x= ，则桩的最小入土深度为t=x y。

在弯矩零点以上，剪力为零的点，即为最大正弯矩的点。设剪力零点以上主动土压力合力为∑Ea，合力作用点距剪力零点处距离 ha，被动土压力距剪力零点处距离为 hp。联立 3-8，3-9 求得最大正弯矩 Mc。

②　多支点支撑结构

当基坑比较深、土质较差时，单支点支护结构不能满足基坑支挡的强度和稳定性要求时，可以采用多层支撑的多支点支护结构。支撑层数及位置应根据土质、基坑深度、支护结构、支撑结构和施工要求等因素确定。计算步骤如下：

1)设置支撑 A以前的开挖阶段（图 a）,可将挡墙作为一端嵌固在土中的悬臂桩。

2)设置第一道支撑 A后，继续开挖至第二道支撑底标高（图 b）。此时挡墙可视作两个支点的静定梁，两个支点分别是 A及土中净土压力零的点（主、被动土压力仅需计算至净土压力零点即假想铰即可）；

3)设置第二道支撑后，开挖至第三道支撑底标高。同样按此条件计算主、被动土压力，再求新的铰点深度，此时假设第一道支撑力 RA不变，求第二道支撑力及最大弯矩；

4)重复以上步骤，至最后一道支撑已设置并开挖至坑底面设计标高，计算主、被动土压力及铰点深度。仍按以上已求得的各道支撑力保持不变，求最后一道支撑力 Rn 及最大弯矩。此时尚应按单撑围护结构等值梁法计算墙的入土深度；

图 3.2 多支点支护结构等值梁法计算示意图

(3)配筋计算

根据计算得到的支点力设计值 T、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。

(4)截水帷幕计算

基坑开挖后，地下水形成水头差h，使地下水由高处向低处渗流。当截水帷幕未采用落底式而是采用悬挂式，且悬挂式截水帷幕底端位于含水层时，应按下式计算截水帷幕的嵌固深度：

(5)稳定性验算

①　整体滑动稳定性验算

整体稳定性验算方法是按平面问题考虑，以圆弧滑动条分法为基础，假定滑动面上力矩达到极限平衡状态。采用圆弧滑动面验算板式支护结构和地基的整体稳定抗滑动稳定性时，应注意支护结构一般有内支撑或外拉锚杆结构、墙面垂直的特点。不同于边坡稳定验算的圆弧滑动，滑动面的圆心一般在挡墙上方，基坑内侧附近。通过试算确定最危险的滑动面和最小安全系数。考虑内支撑或者锚拉力的作用时，通常不会发生整体稳定破坏，因此，对支护结构，当设置外拉锚杆时可不做基坑的整体抗滑移稳定性验算。

②　抗隆起稳定性验算

通常采用 Prandtl 极限平衡理论法进行抗隆起稳定性验算，计算模型如图 3.2 所示， 按下式进行计算：

当挡墙底面以下有软弱下卧层时，墙底面土的抗隆起稳定性验算的部位尚应包括软弱下卧层。

③　抗倾覆稳定性验算

抗倾覆验算应符合下式规定（图 3.3 抗倾覆验算示意图）

式中 Kov -抗倾覆安全系数；

a -桩墙外侧主动土压力合力作用点至墙址的竖向距离；

ap -桩墙内侧主动土压力合力作用点至墙址的竖向距离；

aG -桩墙自重与墙底水压力合力作用点至墙址的水平距离。

④　抗渗稳定性验算

因地下水渗流，基坑有可能产生突涌、流土以及管涌等渗流破坏。在进行基坑支护设计时，按下式稳定性验算。

1）突涌稳定性验算

2）流土稳定性验算

(2D 0.8D1 )g' K

Dhgw(3-16)

3）管涌稳定性验算

(6)内支撑结构设计

(1)平面布置

(2)竖向布置

(3)立柱及立柱桩设计

(4)腰梁设计

(5)节点构造设计

(6)换撑设计

(7) 降水设计

①　基坑降水总涌水量

1)潜水完整井

式中 Q -基坑降水的总涌水量(m³/d)；

k -渗透系数(m/d)；

H0 -潜水含水层厚度(m)；

S0 -基坑水位降深(m)；

R-降水影响半径(m)；

r0 -沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面积等效圆的半径(m),r0 = ,A 为

降水井群连线所围面积。

2)潜水非完整井

式中h -基坑动水位至含水层底面的深度(m)；

l -滤管有效工作部分的长度(m)。

②　单根井点管出水量

式中q0 -单井出水能力

rs -过滤器半径

l -过滤器进水部分长度

k -含水层渗透系数

③　确定井点管数量

④　确定井点管间距

⑤　基坑降水沉降估算

式中Dh -降水深度，为降水面和原地下水位面的深度差；

Ds-降水产生的自重附加应力；

E1-2 -降水深度范围内的压缩模量。

2.5 基坑工程现场监测及应急措施

基坑工程除进行安全可靠的围护体系设计、施工外，尚应进行现场监测，作到信息化施工。由于拟建场地周围环境复杂，应切实做好基坑施工期间的检测监测工作，以确保施工安全。

基坑工程检测各项工作应按《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）执行。

2.5.1 基坑工程现场监测

基坑围护体系随着开挖深度增加必然会产生侧向变位，关键是侧向变位的发展趋势与控制。一般围护体系的破坏都是有预兆的，因而进行严密的基坑开挖监测非常重要。通过监测可及时了解围护体系的受力状况，对设计参数进行反分析，以调整施工参数，指导下步施工，遇异情可及时采取措施。监测是保证基坑安全的一个重要措施。

①　本工程监测内容如下：

a.开挖过程中基坑周边深层土体的水平位移监测；

b.基坑外土体的沉降观测；

c.地下管线位移观测；

d.支护体系位移及内支撑轴向应力观测等；

e.地下水及临近建筑物观测。

②　监测点布置

a.监测点布置在内力及变形关键特征点上，应能反应监测对象的实际状态及变化趋势；

b.监测点布置不影响检测对象的正常工作，并应减少对施工作业的影响；选位要合理，便于观测；

c.基坑支护结构检测点含水平、竖向位移、内力变化、围护墙侧应力等检测要求；

d.水压力、水位及基坑周边环境等检测均应布点。

在基坑开挖过程中应定人定期进行观测，有异常情况应进行连续观测，并及时通知各有关单位，以便及时处理。

基坑工程监测须由专业的监测队伍进行，在基坑开挖期间，对上述监测内容应每天测试，并及时将监测资料反馈给建设、设计、监理、施工等单位，以便及时分析处理。

2.5.2 应急措施

a.在基坑开挖过程中，如出现水平位移或沉降超过警戒值，应先立即回土，采取加固措施，如增设土钉、木桩，增加角撑、斜撑、坡后卸土减荷等，并增加监测频率，待加固完毕后再分层、分段、跳挖；

b.如周边环境沉降较大可采用注浆加固地基等方法处理；

c.如基坑已开挖至坑底，可分块及时浇筑垫层及基础。

2.6 设计图

(1)基坑支护平面布置图

(2)基坑周边环境示意图

(3)基坑支护设计剖面图

(4)基坑支护节点大样图

(5)支护结构配筋设计详图

(6)降水井点布置图

(7)监测点布置图

(8)基坑支护设计总说明