本科毕业设计：基坑设计调研报告

J I A N G S U  U N I V E R S I T Y

本   科   毕   业   设   计

调研报告

Investigation report

学院名称：     土木工程与力学学院      

学生姓名：                             

专业班级：                             

指导教师姓名：                         

指导教师职称：                         

20   年   月

1基坑工程概述与施工技术

1.1项目背景

近年来，随着我国城市建设的飞速发展，尤其是城市规模的扩大。出现了一大批高层超高层建筑（例如上海陆家嘴地区）。可以利用的建设用地越来越紧缺，在繁荣的闹市区土地的使用费用高，使得开发商无论从利润利益还是施工难度方面都要尽可能的利用地上地下的空间，在有限的空间条件下增加地下层数，从而导致基础埋深大大增加;另一方面建筑物的高度增加，水平荷载引起的倾覆力矩也会相应的增加，为了减少建筑物的整体倾斜，防止倾覆和水平滑移，需要用深的基础。另外近些年来，我国城市道路发展迅速，尤其是今年来高铁的修筑，各地地铁的修筑，基坑工程被广泛实施。可以想象在未来的相当长的一段时间内，基坑技术和基坑作业将会越来越重要。

在我国近些年来基坑工程有了一个迅猛的发展。基坑工程在我国起步比较晚，从20世纪80年代才开始比较全面、深入地研究和工程实践。改革开放以前，我国一般基础埋深比较浅，基坑开挖深度一般在5米以内，一般的建筑基本可以通过放坡开挖或者使用少量的钢板桩支护就可以满足。近年来我国出现了一批新兴的建筑，（其中国家鸟巢的基坑已经超过30米，上海中心大厦基坑也已经超过50米，北京中国国家大剧院基坑最深处达35米）地下室，地下车库地铁车站，地下隧道，城市人防系统，我国基坑工程在实践和理论方面都有了长足的发展，取得了一系列的研究成果。

1.2项目意义

基坑工程是为保证基坑施工、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。基坑在发展过程中有许多问题是需要解决的。一方面，基坑工程领域的工程事故率还是比较高的，不少地区在发展初期大约有三分之一的基坑工程发生不同程度的事故，即使在比较成熟阶段一个地区也常有基坑工程事故发生；另一方面，由于围护设计不合理，造成工程费用偏大也是常有的。如何选择安全可靠并且投资最少效率最高的基坑施工方法是一项与其说是科学技术不如说是一种艺术。在设计过程中往往需要工程师对基坑工程的理解和丰富的经验判断，设计出既省钱又安全的基坑具有深刻的意义。

1.3基坑工程的常用施工技术

基坑工程的支护形式，要根据土体性质、水文地质条件、开挖深度、宽度以及边坡堆载、施工作业设备以及施工季节等情况综合考虑后才能确定。在进行浅基坑施工时，若基坑暴露时间短，对基坑土壁的稳定性不会出现明显的干扰因素，并且当基坑开挖深度不大时，一般都能在不支护的情况下直接进行垂直开挖。如软土不超过0.75m，稍密以上的碎石土、砂土不超过1m，可塑及可塑以上的粉土、黏土不超过1.5m，坚硬黏土不超过2m时可以不设置支护，直接进行垂直开挖。当超过上述深度时，应考虑采用支护结构支护基坑土壁。

基坑支护结构形式可以按不同的标准分类，若从主体结构分类，可以分为放坡、地下连续墙、水泥土墙、土钉墙、排桩等形式。从抵抗水平力的形式分类，可以分为放坡、重力式、悬臂式、内撑式、锚杆式、土钉式、地面拉锚式等。基坑支护常使用几种形式的组合，如放坡加水泥土墙、悬臂灌注桩加水泥土墙等。值得指出的是新的技术不断出现，在地下连续墙用于深基坑支护的方面，推广了“两墙合一”和逆作法施工技术，能有效的降低支护结构的费用和缩短工期。

1.3.1 放坡

放坡开挖是最简单的基坑支护方式之一，有时也加些简单的其他支护结构。需要选择合理的边坡坡度以保证开挖过程中边坡的稳定性，包括坡面自身的稳定性以及边坡的整体稳定性。当地基土性较好，基坑开挖深度不大，施工场地条件允许时采用，其开挖支护费用一般较低。为了增加基坑边坡的稳定性和减少挖土方量，可在坡脚采用袋装砂土、堆砌块石或者设置短桩等简易当涂措施。一般在粉砂土地基上且开挖较浅的基坑可以采用这种支护方式。但当挖填土方量太大致使工期长、费用高时，则不宜采用放坡开挖。

1.3.2深层搅拌水泥土挡墙

水泥土墙也称重力式支护结构，将土和水泥强制搅和成水泥土桩，结硬后成为具有一定强度的整体壁状挡墙，一般用于开挖深度不超过7m的基坑，适合于软土地区，环境保要求不高，施工低噪声、低振动，结构止水性较好，造价经济，但围护较宽，一般取基坑开挖深度的0.7～0.8倍。因水泥土桩抗拉强度低，受到荷载厚变形较大，所以适用于在较浅的基坑工程中应用。

国内外试验研究和工程实践表明，搅拌桩适宜于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于120kPa的粘土、粉质粘土、粉土等软土地基。搅拌桩用于泥炭土或土中有机质含量较高，酸碱度较低（<7）及地下水有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。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。

1.3.3土钉墙

土钉墙支护是通过沿土钉通长与周围土体接触形成复合体。在土体发生变形的条件下，通过土钉与土体的接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，通过受拉工作面给土体约束加固，提高整体稳定性和承载能力，增强土体变形的延性。

土钉可通过钻孔、插筋以及注浆等工序设置，也可以人工震动冲击钻、液压锤等机具将粗钢筋、型钢等直接打入土体中（打入式土钉不适用于砾石土及密实胶结土，也不适用于使用年限大于2年的永久支护工程），土钉外露端与钢筋网焊接，并对钢筋网喷射混凝土形成面板。土钉长度宜为开挖深度的0.5-1.2倍，间距为1-2m，与水平面成5°-20°夹角。依靠土钉与土体的粘结阻力，与周围土体形成复合土体。当土体变形时，土钉处于被动受拉状态，使土体得以加固，而土钉之间的土体变形通过钢筋混凝土面板加以约束。

土钉墙施工设备简单，施工速度快并且可以与开挖同时施工，工程造价低，对环境干扰小。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。对于淤泥质土、饱和软土，应采用复合型土钉墙支护。

1.3.4锚杆

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。这是人们大量使用的主要原因。随着对锚固法的不断改进和使用更可靠的监测手段，使拉锚支护的范围更加广泛。拉锚是将一种新型受拉杆件的一端（锚固端）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。

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。

1.3.5排桩

排桩支护结构的主体是单排或多排的支护桩，适用于施工场地狭窄的城市建筑密集区，顶部浇筑钢筋混凝土圈粱，用于开挖深度为6m～13m的基坑。具有噪声和振动小，刚度大，就地浇制施工，对周围环境影响小等优点。适合软弱地层使用，接头防水性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩等方法中选用适当方法解决防水问题，整体刚度较差，不适合兼作主体结构。桩身质量取决于施工工艺及施工技术水平，施工时需作排污处理。

排桩的支护墙体主要形式有：钢板桩、钢筋混凝土板桩、H型钢木板桩、钻孔灌注桩、SMW支护结构等。

特别注意的是排桩按抵抗水平力可分为不同的结构形式：

1、悬臂式支护结构。将钢筋混凝土排桩、钢板桩等支护结构埋入基坑地面以下足够深度，基坑内不设内支撑或锚杆，靠支护结构足够的埋深及抗弯能力来维持整体稳定及结构自身安全。适用于土质较好、开挖深度不大的基坑工程中。

2内撑式支护结构。由支护结构体系及內撑体系组成，支护结构体系一般为钢筋混凝土排桩，内撑体系采用现浇混凝土杆件、钢管或者型钢等。因内撑体系刚度好、变形小，可用于各类土层的基坑工程中。

3锚式支护结构。由支护体系及锚固体系组成，支护体系为钢筋混凝土排桩，锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种，锚杆式按基坑开挖深度不同可设单层或多层锚杆，地面拉锚式则需足够的场地设置锚桩或其他锚固体。由于锚杆式支护结构需地基土具备足够的摩阻力，除软黏土地基以外，一般在砂土、黏性土地基中均可采用。  

1.3.6地下连续墙

地下连续墙即地下钢筋混凝土墙体。在地下成槽后，浇筑混凝土，建造具有较高强度的钢筋混凝土挡墙，用于开挖深度达10m以上的基坑或施工条件较困难的情况。其主要特点是施工噪声低，振动小，能够紧邻相近的建筑物和地下管线施工，就地浇制、墙接头止水效果较好，整体刚度大，对周围环境影响小等优点。适合于软弱土层和建筑设施密集城市市区的深基坑，高质量的刚性接头的地下连续墙可作永久性结构，并可采用逆作法施工提高支护质量缩短工期。但是地下连续墙施工工艺较为复杂，其施工质量依赖于成熟的工艺和晚上完善的组织管理，另外废泥浆处理不当会造成环境污染，相对其他支护形式，地下连续墙造价昂贵，需经过技术比较确认是否经济合理。

2基坑工程的发展趋势

随着基坑工程的发展，基坑支护结构工程的设计和施工都有了较快的发展。但基坑工程一个很现实的问题是工程技术往往超前理论技术很多。在基坑设计的的计算中往往采用很多的工程经验方法。而基坑工程的较快发展，必然会推动未来基坑工程施工技术和理论研究的共同发展。

2.1深基坑支护结构方案优化

我国建筑行业的发展决定了我国今后一段时间内将会出现大批深基坑的工程。尤其是在深基坑在控制地下水位，协调基坑周围环境方面比浅基坑难度更大。考虑到建设成本与安全施工缩短工期等方面的多种原因。选择合理优化的的支护结构是最首要的问题。因此支护方案的优化设计是今后我国深基坑发展的必然趋势。

2.2从强度控制设计到变形控制设计

深基坑工程周边的道路、建筑物和地下市政设施管线抵御变形或不均匀沉降的能力有一定限度，但在现有的已强度控制为主的设计中，较少关注支护结构工程队周围环境的影响，从而造成许多工程的周边环境发生一定程度的破坏事故。因此既要保证深基坑工程的稳定性，又要保证基坑周围的道路、建筑物和地下市政管线的安全性，从强度控制设计到变形控制设计的转变是关键，更是发展的必然趋势。

2.3计算参数的取值必须考虑施工因素的影响

在现行深基坑工程设计规范中，对计算参数的取值往往是给定一个区间值，而且这一区间很大，工程设计人员一般是根据经验进行判断和取值，存在较大的随意性和任意性。事实上，为做好精确计算，特别是变形预测，必须要考虑施工因素对设计参数的影响，即利用现场测试的基坑变形数据，建立包括施工条件在内的各种复杂因素的参数计算方法，反分析出相关计算参数的取值，用以作为工程设计和变形预测的依据。特别是对于一些施工过程便于调动和动态控制的支护结构，如土钉墙支护结构，不仅可以在一次性设计的参数取值中考虑施工因素的影响，还可以分阶段设计，根据实际施工检测值进一步反分析出计算参数，调整下一阶段的计算参数以优化设计。

2.4更加重视工程实践

深基坑工程的开挖与支护包含土力学强度与稳定问题，位移与变形问题，土与支护结构相互作用问题以及环境岩土工程问题，深基坑工程具有显著的个性和很强的区域性，是地下工程施工中内容丰富且极其富变化的领域，这就决定了深基坑工程必须重视工程实践，把施工过程中可能发生的施工效应和各种不利因素考虑进去，编制切实可行的施工组织实施方案，在实践环节中具体问题具体对待，并在对具体问题的处理中积累经验，才能更好的推动深基坑支护结构工程的整体向前发展。

3具体工程施工方案（上海中心大厦基坑施工方案）

3.1、工程概况

上海中心大厦地处上海市浦东新区陆家嘴金融中心区，基地总面积约3．04万㎡。主楼建筑高度632 m，地上共121层，地下5层，裙楼地上5层，总建筑面积约573 223 ㎡，建成后将为中国第一高楼。场地北侧为花园石桥路，与金茂大厦相邻，西侧为银城中路，南侧为陆家嘴环路，东侧为东泰路，与上海环球中心相邻。如图1上海中心大厦效果图

上海中心大厦基坑工程采用了塔楼区顺做裙房区逆做的方案，将基坑分为塔楼区和裙房区2个分区基坑。基坑总面积约34960㎡，基地呈四边形，边长约200 m，共设5层地下室，塔楼区基坑开挖深度为31.2m．局部33.2m。裙房区基坑开挖深度为26.7m。场地鸟瞰图如图2

              图2 场地鸟瞰图

3.2、基坑施工方案

本工程首先明挖顺做施工塔楼区基坑，塔楼结构出±0.00m后再逆做裙房区基坑。主楼环形基坑直径121 m，面积11 500 ㎡，开挖深度31 m，围护形式采用环形地下连续墙，开挖深度内设置6道环箍，地下连续墙墙厚l200 mm，成槽深度50 m，共65幅，总成槽方量约23400m³。地墙接头形式为V型钢板柔性接头，地墙设计强度等级C45，水下混凝土按C55配制。

塔楼区的采取顺做法施工可加快工程的施工进度，塔楼区基坑采用圆筒形无内支撑结构形式，利用圆形均匀良好的受力性能，充分利用混凝土的抗压强度。

基坑分区施工开始后，塔楼区顺作开挖时可利用裙房区域作为施工场地，裙房区基坑逆作施工，可利用地下室顶板作为施工场地，分别解决了塔楼区和裙房区基坑施工期间施工场地不足的问题。

裙房逆作区域为一桩一柱，采用钻孔灌注桩内插格构式钢立柱形式。水平支撑体系利用结构梁板兼作支撑，节省了临时支撑体系的工程量以及支撑拆除工程量；同时大刚度的结构梁板体系作为基坑的支撑，有利于控制基坑围护结构的变形，从而较好的保护周边环境；裙房逆作可减少施工噪音、扬尘等，避免支撑拆除爆破，充分贯彻了绿色建造技术的要求。

3.3、全逆作法施工方案

利用工程桩接升到地面的临时支柱与地连墙作为垂直承重结构, 从地面向下挖土并施工各层地下室楼板, 此顶板又作基坑的水平支撑体系, 同时也利用此支柱承重, 从地面以上施工各层上部结构, 可实现地上地下二个方向同时进行施工。

从当地的实际条件出发, 并不完全从逆作法理论上去刻意安排士±0.000为分界线。而是根据工程特点、业主要求，以合理为原则，可以以地下室一层底作为向上下施工的分界线的。这个顺序的最大优点是第一层土方可以大开口挖土, 施工效率较高。第一层地下室一般深度4m 左右，这时地下室外墙（地下连续墙）是悬臂受力，可以采取盆式挖土的方法，以保留墙边土体的方式达到控制土体变形与减少悬臂弯矩的目的，当地面浇捣后，再对称挖除地下墙边斜坡土并及时浇筑垫层与第一层地下室底板，当形成二层楼板加外墙、中柱的箱形结构后，上部结构与地下室就可以同时向上下二个方向施工，因为此时结构有了巨大的刚度， 比较容易控制变形，可以保证施工安全。

施工流程简图见下图

                 A．盆式挖土施工至地下一层底板

B．地下一层垫层施工及±0.00楼板施工

C、地下一层楼板施工

 D．地下一层楼板强度达到100%进行地下二层挖土并同时可进行地上一层结构施工。

逆作法施工原理简单, 效果明显, 但施工控制不好会得到相反的结果, 这里以已建造工程施工工程的经验, 说明必须注意的关键技术：

1、支柱桩正确定位

逆作法施工时，支承垂直力的是由工程桩接高的型钢支柱，将来在立柱外再包裹混凝土作正式作地下室柱，所以其轴线位置与垂直度必须正确，要求偏差在20mm 以内，否则会影响正式工程柱子位置的正确性，这在施工工程桩时，就要特别注意提高精度，立柱要按下部工程桩的种类，设计专用定位器与采取定位措施，如钻孔灌注桩要适当扩大钻孔，钢筋笼固定立柱要全方位测量垂直定位下放，再用支架临时固定后浇灌混凝土。如果是大口径钢管桩，可以在孔内埋设导向定位锚板，测量控制垂直度，再用支架临时固定后浇灌锚固混凝土。

2、坑内降水

深基坑施工在上海必须降水, 而逆作法施工更加重要, 上海软土地基在降水后, 土性指标大大提高，不仅能提高人员与机具在地下施工安全与效率，并且也是地下室楼板支模之必须，所以挖土以前要安排足够的井点抽水。井点降水位置要事先设计, 认真实施, 不能与结构梁相交, 以避免给结构施工带来麻烦。

对深井降水实施要动态控制, 水位要定时观测, 应始终让水位控制在挖土面以下1.5m左右。

3、逆作法施工中的挖土技术

挖土是逆作法施工的重要环节，有顶盖的地下挖土难度大，周期长，不仅是影响工期的关键因素, 而且挖土是产生变形的主要原因，也是施工安全的关键。上海的几只逆作法施工工程挖土均采用小型挖土机与人工挖土相结合，地下水平运输采用人力拖车运输到出土孔下，出土吊运由专门设计的抓土行车完成，再由卡车运出工地。

3.4结语

从以上工程实例可以看出，大城市地下空间施工, 采取逆作法工艺在环境保护、施工进度、社会和经济效益方面有着极大的优越性, 这对于今后更为广阔的地下空间开发有着推广运用的意义。但是, 逆作法工艺发展至今, 尽管一些关键控制技术逐步得到攻克, 但仍然存在一些施工或管理方面的问题需进一步解决, 具体表现在

①逆作法楼板封闭后, 施工人员在下面操作将面临通风采光不足的施工环境

②后做的竖向结构混凝土浇捣相对困难

③逆作法出土相对较慢

④逆作法要求设计单位投入较大设计力量, 施工图的早期就要完成上下部的计算和部分图纸, 其中包括部分水、电、煤、各类管道设备的系统策划

⑤施工单位投人技术管理要求高, 对施工各阶段要通过结构计算预测过程中的沉降量、桩的承载能力、节点构造、监测的方式方法, 有时需要专业人员与设计对口等等。

参考文献

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４工程概况

1）．工程建设单位:镇江市交通投资公司

建筑名称: 百合苑

建设地点镇江市北府路南侧，黄山东路西侧，朴园东侧，何家湾路北侧

2）．工程总建筑面积: 130934.0m2

3)．建筑物层数及其资料

   8栋住宅楼地上33层地下2层具体建（构）筑物工程特性见表1

        　　建筑物主要特点指标表                     表1

2、地下车库位于①～⑦#楼楼下及周边，根据设计文件，地下车库与高层建筑基础之间连为一体。

5毕业设计流程

1）．基坑支护设计资料收集

1) 各设计工程岩土工程勘察报告，基坑支护设计参数。

2) 建筑红线、施工红线的地形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等。

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。已建时间以及基础类型、埋置深度、主要尺寸、基础距基坑上口周边的净距离等。

5) 基坑周围的地面排水情况，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）．基坑支护方案和降水方案选择

根据所提提供的工程所在不同地区的工程勘察资料，进行合适的支护方案和降水方案选择，并提出设计依据。

3）．基坑支护设计计算书

1) 水平荷载标准值计算和水平抗力标准值计算。

2) 支撑轴力计算。

3) 支护桩长计算。

4) 最大弯和配筋矩计算。

5) 支撑结构设计。

6) 圈梁围护设计。

7) 整体稳定性、抗隆起和抗渗验算。

8) 降水设计。

9) 基坑监测方案。

10）每部分的典型手算。

11) 理正软件对手算部分验算。

4）.基坑支护施工图（手绘两张）及完整的施工组织设计。

4毕业设计时间安排

表２   毕业设计进度计划（单位：周）

            进度