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1、第1章工程支护方案比选本基坑工程位于昆明市区，基坑长度方向最大值约为56ml宽度方向约为44m基坑近似呈矩形，但是在基坑的正北方向有一个阳角。基坑所在场地地面标高为-0.75m,坑底标高为-10.55m,基坑最大开挖深度为9.8m。场地地下水位的平均标高为-3.6m。在基坑西侧及南侧分别靠近营旗路和王旗营路，基坑西侧距离营旗路最小距离为14.5m,距离王旗营路最小距离为7.2m。王旗营路为城市主干路，道路下埋有多种城市管线，对基坑开挖产生的变形限制严格。基坑北侧距离基坑开挖面有一栋7层混凝土结构建筑物，建筑物距离基坑开挖面的最小距离为7.1m。按照建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）
2、（以下简称规程）关于支护结构安全等级的相关规定，本基坑工程定为1级。按照规程关于支护结构选型的建议，一级基坑支护结构只能为支挡式结构。现阶段常用的支挡结构中，围护结构有排桩（混凝土灌注桩、咬合桩）、地下连续墙、型钢水泥土等，支护结构有内支撑（钢支撑、混凝土支撑）、锚索。下文结合本基坑工程的工程地质、水文地质及周边环境等进行工程支撑结构及围护结构的选型。1.1 工程围护结构选型结合昆明市当地基坑工程支护结构选型的工程经验及规程关于支护结构选型的建议，本基坑工程围护结构可选形式有混凝土灌注桩+搅拌桩止水帷幕、咬合桩、地下连续墙、型钢水泥土搅拌桩四种主要的形式。下面对各围护结构的工程特征进行分析。1
3、 .钻孔灌注桩+止水帷幕围护结构的特征混凝土灌注桩围护结构具有工程造价相对较低、施工工艺简单、布设灵活等特点而被广泛应用，但是该围护结构不能止水，在地下水位较高的地区，一般要结合止水帷幕使用。钻孔灌注桩围护结构使用工程经验相当丰富，最早在北京、广州、武汉等地使用，以后随着防渗技术的提高，钻孔灌注桩排桩围护体适用的深度范围已逐渐被突破。如上海港汇广场基坑工程，开挖最深达15m之多，采用。1000钻孔围护桩及两排深层搅拌桩止水的复合式围护，取得了较好的效果。此外，天津仁恒海河广场，基坑开挖深度达17.5m,采用。11200钻孔围护桩，并采用三轴水泥搅拌桩机设置了。185065033m深止水帷幕（止
4、水帷幕截断第一承压含水层），工程也获得了很好的效果。本基坑工程的平面布置形式较为复杂，且周边环境对基坑变形的要求比较严格，钻孔灌注桩+止水帷幕是本基坑工程围护结构的可选方案之一。2 .咬合桩围护结构咬合桩采用了钢筋混凝土桩与素混凝土桩切割咬合成排桩的型式，构成相互之间互相咬合的桩墙，桩与桩之间可一定程度上传递剪应力。因此，在桩墙受力和变形时，素混凝土桩与配筋混凝土桩和起到共同作用的效果。但是在使用咬合桩的工程中，其止水效果并不理想。在要和桩的施工过程中，因桩基施工误差造成桩身偏位及素混凝土桩在受力变形过程中产生裂缝等风险因素的影响，咬合桩的止水效果并不理想，且相比于钻孔灌注桩+止水帷幕围护结构
5、，具工程造价也相对较高。现阶段咬合桩仅在围护结构施工场地受到限制的工程中少有使用。3 .地连墙围护结构特征地下连续墙相比于其他围护结构形式，具有如下几个方面的特征:1）施工具有低噪音、低震动等优点，工程施工对环境的影响小；2）连续墙刚度大、整体性好，基坑开挖过程中安全性高，支护结构变形较小；3）墙身具有良好的抗渗能力，坑内降水时对坑外的影响较小；4）可作为地下室结构的外墙，可配合逆作法施工，以缩短工程的工期、降低工程造价。但是地下连续墙一般用在软土地层条件下的深基坑围护结构中，有文献指出，基坑开挖深度超过10m后才能体现出地下连续墙围护结构的经济性来。本基坑工程的开挖深度为9.8m,且主要地层
6、为黏土、粉质粘黏土、圆砾等，其物理力学指标较好。为此，地下连续墙围护结构在本工程的适用性相对较差。4 .型钢水泥土搅拌桩围护结构型钢水泥土搅拌墙（如图13-1所示），通常称为SMW工法（SoilMixedWall）,是一种在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入型钢形成的复合挡土截水结构，即利用三轴搅拌桩钻机在原地层中切削土体,同时钻机前端低压注入水泥浆液，与切碎土体充分搅拌形成截水性较高的水泥土柱列式挡墙，在水泥土浆液尚未硬化前插入型钢的一种地下工程施工技术。该围护结构具有施工灵活、施工周期短、止水性能好、造价较低等特点。该围护结构的一大特色是在工程结束后，插入水泥土搅拌桩中的型钢能够拔出来，这样
7、能有效降低基坑这项临时工程的造价。但是能拔出型钢来降低工程造价只是在理论上可行，在实际工程中，尽管在型钢表面涂抹了防阻剂，但是在工程结束后，仍然较难将型钢拔出来。本基坑工程的开挖深度为9.8m,假定型钢插入开挖底面以下的深度为4nl则H型钢的插入总深度将达到约14.0m,这样的深度更难在工程结束后将型钢取出来。一旦型钢不能取出来，该围护结构的最核心竞争优势一一造价低的特点将不复存在。综合以上各种围护结构的特征，将各围护结构对本工程的适用性列于表1-1。表1-1各类围护结构对本工程的适用性混凝土灌注桩+止水帷幕咬合桩地下连续墙型钢水泥土搅拌桩结构刚度较大较大最大较小止水效果好较差好好施工难度较低
8、较低较局较低工程造价较低较低最高较局综合上表中四种围护结构的特征，对比分析可以选定本基坑工程最合适的围护结构为混凝土灌注桩+止水帷幕结构1.2基坑支撑结构选型基坑的支撑结构主要有混凝土支撑、钢支撑、锚索三种结构形式。本基坑工程长度方向最大值约为55ml宽度方向最大值约为42ml但是在基坑的西北角有一阳角，为减小基坑阳角处的变形量，本基坑工程支撑建议采用对撑+角撑结构或者锚杆结构，首先淘汰混凝土环撑结构。钢结构支撑除了自重轻、安装和拆除方便、施工速度快以及可以重复使用等优点外，安装后能立即发挥支撑作用，对减少由于时间效应而增加的基坑位移，是十分有效的，因此如有条件应优先采用钢结构支撑。但是钢支撑
9、的节点构造和安装相对比较复杂，如处理不当，会由于节点的变形或节点传力的不直接而引起基坑过大的位移。现浇混凝土支撑由于其刚度大，整体性好，可以采取灵活的布置方式适应于不同形状的基坑，而且不会因节点松动而引起基坑的位移，施工质量相对容易得到保证，所以使用面也较广。但是混凝土支撑在现场需要较长的制作和养护时间，制作后不能立即发挥支撑作用，需要达到一定的强度后，才能进行其下土方作业，施工周期相对较长。同时，混凝土支撑采用爆破方法拆除时，对周围环境（包括震动、噪音和城市交通等）也有一定的影响，爆破后的清理工作量也很大，支撑材料不能重复利用。考虑到本基坑工程支撑结构的长度较大，对应的钢支撑刚度较小，对基坑
10、的变形控制不利，为此，本基坑工程支撑结构选用混凝土支撑结构。1.3结论综合以上分析结论，本基坑工程围护结构选用钻孔灌注桩+搅拌桩止水帷幕结构，支撑结构选用钢筋混凝土支撑结构。第2章支护结构计算考虑到本基坑工程用地红线距离基坑开挖面较远，其最小距离为5.5m,本基坑工程初步拟定在坑顶3.0m深度范围内采用放坡开挖，坡率为1.2:1,坡面挂网喷射混凝土，进行坡面防护，。坡面以下采用钢筋混凝土灌注桩+搅拌桩止水帷幕围护结构基坑的典型支护剖面如图2-1所示。支撑1混凝土灌注桩水泥土搅拌桩-JZJ型导水盲沟300x300图2-1基坑支护结构剖面图基坑采用一道混凝土支撑结构，支撑在竖直方向上布设位置如图2
11、-1所示。关于基坑混凝土支撑结构的平面布设示意图，见图2-2所示，基图2-2基坑支撑结构平面布置图场地内主要地层物理力学指标如表2-1所示表2-1土层物理力学指标表编号名称重度黏聚力c摩擦角层厚hkN/m3kPam人工填土18.51461.0-2.5黏土18.025121.3-3.9粉质黏土17.115141.0-3.3圆砾22.58288-14黏土18.5458.60.9-2.2圆砾22.5828102.1坑顶放坡段稳定性验算本基坑工程坑顶放坡段的高度为3.0m,坡面采用1:0.83的坡率放坡开挖，表面采用挂网喷射混凝土处理。按照建筑边坡工程技术规范(GB50330-2013)第14.2节关
12、于放坡开挖坡率的规定，在坡高小于5m时，坚硬黏性土的坡率为1:0.75-1:1,本基坑工程放坡开挖的坡率为1:0.83，但是在基坑顶部可能有车辆荷载及堆载等不利条件，为保证基坑顶部放坡段的稳定性，本冀基坑工程拟对坑顶放坡段进行土钉支护。按照建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2102)(以下简称“规程”)5.2条土钉承载力计算，单根土钉轴向拉力标准值可以按照下式计算：1k,jcos_7jPak,jSx,jSy,j关于坡面倾斜时主动土压力的折减系数及土钉轴向拉力调整系数的计算如下：E119=tan/tan452 tanmtan2n(hbZj) Eaji1an(hZj)Eaji1其中，上式中各参数
13、的具体含义参照规程5.2.2-524 条主动土压力的计算参考规程第3.4.2条，具体计算公式如下:PakakKa,i2GKa,iKa,itan2(45j)上式中，各字符的具体含义参照规程第3.4.2条坑顶土钉支护结构的示意图如图2-3所示。250图2-3坑顶土钉支护部分示意图易最不利工况计算土钉的长度，即人工填土厚度为2.5m,其下为黏土层，坑顶荷载为20kPa,代入数据计算得：人工填土层的土压力2CKa,iq0Ka,1儿Ka,1h00.6mPak,1.518.51.5200.812140.9Pak,i.513.48kPaPak,2.518.52.5200.812140.9人工填土层土压力临界
14、深度为0.6m,1.5m深度处土压力值为13.48kPa,2.5m深度处的主动土压力值为21.05kPa。单根土钉的水平及竖向距离sx,Sy均为1.0m,土钉墙坡面与水平面的夹角为51,基坑开挖面对应土层的摩擦角的平均值为m=7.0o代入数据计算各层土钉的轴向拉力标准值表2-2。表2-2各层土钉轴向拉力WN,2N,3轴力标准值（kN）0.96.19.5按照规程关于土钉的极限黏结强度标准值的建议值，本基坑工程中素填土层土钉的极限黏结力为qsk=25kPa,黏土层中土钉的极限黏结力为qsk=35kPa土钉黏结长度的计算式如下：Rk,jdjqsiJ上式中各参数的具体含义参照规程第5.2.5条。本基坑
15、工程初步拟定采用483mmT入型钢管土钉，计算直径为48mm代入数据，计算土钉在潜在滑动面之外的临界长度值。其中，土钉3全长在黏土层中，其黏结强度标准值为30kPa,土钉2及土钉1主要埋置于填土层中，其黏结强度的标准值为25kPa,代入数据计算土钉在滑动面以外长度的临界值如下：11 0.24m12 1.62m132.10m按照规程5.2.5条，土钉极限抗拔承载力计算中，具滑动面倾角为(m)/2,其计算简图如图2-4所示图2-4土钉极限承载力计算简图采用CAD量取土钉在滑动体内的长度(以下称为连接长度)依次为1.53m,0.95m,0.37m。土钉在混凝土喷射面层上的锚固工作长度取为0.5m,则各层
