《基坑支护》课程设计
系别：土木工程学院
专业：勘查技术与工程
专业方向：岩土工程方向
班级：勘查1002
学生：
学号：
指导老师：詹素华
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目录
1 概述
1.1工程概况
1.2 基坑周边环境条件
1.3 工程地质条件
1.4 水文地质条件
2 设计说明
2.1 支护结构方案
2.2 计算参数确定
2.3典型剖面选取
X1区段、X2区段、X2区段
3 基坑支护结构计算
3.1 X1区段支护结构计算
3.1.1抗力与荷载计算
3.1.2桩长确定
3.1.3稳定性分析
3.1.4截面承载力计算及配筋
3.2 X2和X3区段支护结构计算
同3.1…
3.3 支撑构件计算
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3.3.1荷载计算
3.3.2截面承载力计算
4施工与检测
5 地下水控制
5.1 地下水控制方案
5.2 地下水控制设计
6基坑监测
6.1 基坑监测项目
6.2 监测预警值
6.3 基坑监测点布置
7参考文献
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永南佳园17#楼基坑支护设计
一、概述
1.1工程概况
拟建场地位于福州市仓山区福峡路东侧，永南路南侧，场地现状为空地，现经人工堆填粗略整平，交通便利。本次勘察为17#楼，拟建物主要参数详见表1：
拟建物设计的参数表表1
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1.2基坑周边环境
本场地位于福州仓山区城门镇，场地北侧永南路，西侧为在建1#楼（17F,框架结构，桩基础，距离地下室边界最近约14.0米），场地南侧为在建4#楼（18F,框架结构，桩基础，距离地下室边界最近约30.0米），东侧为规划河道（景观河，拟砌毛石挡墙支护，，勘察期间距离地下室边界约7.5米处有一幢拟拆除的3层砖混房屋），场地内局部分布碎块石、条石、旧基础地梁，现状为空地，场地现状地面罗零高程约为6.40～7.00m，地貌类型属于近海相冲淤积平原地貌。
1.3工程地质
场地上部为人工回填的①杂填土（Q ml）、冲洪积的粉质粘土（Q
4
al+pl），淤积的
淤泥和淤泥质土（Q
4 al+m），下伏基岩为燕山晚期花岗岩（γ
π5
3）、花岗斑岩及
其风化层，除拟建场地外围存在地下管线外，勘察中未见、活动性断裂、滑坡、泥石流、崩塌、地面沉降等不良地质现象，未见有对本工程不利的埋藏物，如河滨、洞穴、孤石等。
根据野外钻探取芯肉眼鉴别，结合原位测试及室内土工试验成果分析，场地岩土层按其成因及力学强度不同可分为8层，现将各岩土层的特征自上而下分述如下：
①杂填土：人工堆填（Q ml），灰黑、土黄～灰褐等杂色，稍湿～饱和，松散～稍密状，上部主要由人工回填土，主要由粘性土，生活、建筑垃圾及碎石、碎砖构成，局部为原建筑地基，为条基或条石，该层全场地均有分布，均匀性较差，上部杂填土为前期拆迁堆填，下部堆填的粘土、瓦、砾等堆积年代大于10年。该层全场均有分布，该层分布厚度约2.60～3.80m，平均厚度
3.01m。
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②淤泥夹砂：冲、淤积成因(Q4cal+m)，灰黑色，很湿～饱和，流塑状，稍具臭味，含有少量机质及腐植质，粘性较强，切面光滑，有光泽，干强度、韧性中等，无摇震反应，局部夹少量粉细砂，含量约15%左右。该层局部相变为淤泥质土。该层场地均有分布，厚度变化大，层厚12.00～17.60m，平均厚度为13.30m。
al+pl)，灰黄色、灰色，饱和，可塑，局部呈
③粉质粘土：冲洪积成因(Q
4c
硬塑。含有铁锰质氧化物，以粉质粘性土为主，局部含较多的粉细砂。粘性较强，切面光滑，干强度、韧性高，无摇震反应。该层场地均有分布，厚度变化大，层厚8.30～11.90m，平均厚度为10.05m。
al+m)，灰黑色，饱和，流塑～软塑，含腐植
④淤泥质土：冲、淤积成因(Q
4c
质，稍有臭味，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，切面光滑，局部含薄层（片）粉细砂。该层场地均有分布，厚度变化大，层厚2.90～
8.20m，平均厚度为5.45m。
al+pl)，浅红色、深黄色、灰色，很湿～饱和，可塑，⑤粉质粘土：冲积成因(Q
4c
局部呈硬塑。含有铁锰质氧化物，以粉质粘性土为主，局部含较多的砂粒。粘性较强，切面较光滑，干强度、韧性高，无摇震反应。该层仅在场地中均有分布，厚度为4.00～10.00m，平均厚度6.32m。
3(2)），灰黄色、褐黄、灰
⑥砂土状强风化花岗岩：燕山晚期侵入岩（γ
5
白色，风化强烈，岩芯呈砂土状。岩芯采取率为71%，为散体状～碎裂状结构，岩体完整程度为极破碎～破碎，岩石坚硬程度等级为极软岩～软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层场地中均有分布，厚度为3.40～10.50m，平均厚度6.96m。
3(2)），灰黄色、褐黄、灰
⑦碎块状强风化花岗岩：燕山晚期侵入岩（γ
5
白色，上部风化强烈，岩芯呈砂土状，下部风化较弱，岩芯多呈碎块状。岩芯采取率为67%，为散体状～碎裂状结构，岩体完整程度为极破碎～破碎，岩石
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坚硬程度等级为极软岩～软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层场地中均有分布，厚度为1.70～9.70m，平均厚度5.60m。
3(2)），浅砖红色、灰白色，中等风化，⑧中风化花岗岩：燕山晚期侵入岩（γ
5
块状构造，含石英、长石、云母等矿物，钻进较困难，节理、裂隙少量发育，多呈闭合高倾角，岩芯多呈长柱状，少数短柱状。岩芯采取率为85-95%，RQD=50-75%，为块状结构，岩体完整程度为较完整，岩石坚硬程度等级为较硬岩～坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层场地均有分布，普遍揭示，揭示层厚4.60～9.60m，平均揭示厚度为7.12m，均未揭穿，各岩土层分布情况详见工程地质剖面图。
岩土层的物理力学性质指标建议值
根据现场进行原位测试，按国标《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）、国标《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）等规定的方法，计算各种测试手段所得的各岩土
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层承载力特征值，并结合地区经验提供各岩土层的主要设计计算参数，具体详见表七。
各岩土层设计计算参数表
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据勘察施工期间钻孔内水位观测及各岩土层性状分析，场地地下水主要为赋存于:
上覆①杂填土层孔隙中的潜水，主要受大气降水、生活废水和地表水的补给，以地面蒸发及渗漏方式排泄，其动态受季节影响变化较大。场地上部土层②淤泥夹砂局部夹少量粉细砂，属弱透水层，③粉质粘土、④淤泥质土及⑤粉质粘土的透水性差，且局部厚度较大，隔水性能较好，可视为相对隔水层，上层滞水与下部弱承压水的联系差。
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花岗岩各风化层（⑥、⑦及⑧层）孔隙-裂隙中的孔隙-裂隙型弱承压水，主要受地下含水层垂向、侧向补给，水位受季节影响变化较小，由于强风化岩体风化强烈，孔隙、裂隙多为粘性土充填，中风化岩体裂隙多呈闭合。各风化基岩的透水性及富水性均较弱，其渗透系数经验值在1～4m/d之间，属透水层，本次勘察未测得其水位。
本次勘察期间测得场地地下水混合稳定水位埋深为0.90～1.20m，标高为5.34～5.49m，受季节性变化影响本场地常年水位变幅约为2.00m。近期内年最高水位约为7.00米（罗零标高）。
二、设计说明
2.1支护结构方案
17#楼工程重要性等级为一级，场地复杂程度为二级，地基复杂程度为二级，岩土工程勘察等级为甲级，地基基础设计等级为甲级，建筑抗震设防类别为标准设防类（丙类），建筑桩基设计等级为甲级。
地下室建筑物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，岩土工程勘察等级为乙级，地基基础设计等级为乙级，建筑抗震设防类别为标准设防类（丙类），基坑工程安全等级为一级。
拟建场地建筑抗震设防烈度为7度区。
本地下室设计坑底标高为3.00m，现有地面标高约6.20～7.00m（勘察期间场地正在回填整平），整平标高7.50m，基坑开挖深度约为4.50m（自整平地面算起），坑内分布软土层，场地水文地质条件较简单，基坑安全等级为一级。
综上选用混凝土灌注桩和内撑的支护形式。
2.2计算参数确定
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地下室开挖边界西侧为在建1#楼（17F,框架结构，桩基础，距离拟建物最近约14.0米），场地南侧为在建4#楼（18F,框架结构，桩基础，距离地下室边界最近约30.0米），地下室开挖范围内侧壁与底板土质为主要为①杂填土、②淤泥夹砂层；①杂填土层人工回填，松散状态，②淤泥呈软塑-流塑状，该地段土层在水的浸泡下，开挖范围内基坑侧壁土层稳定性极差，基础开挖过程中，在地下水渗透力的作用下会产生流沙、流泥、涌土等现象，地下室开挖侧壁易失稳、坍塌，危及周边相邻建筑物安全，必须进行支护，建议采用钢板桩加内支撑支护或冲钻孔灌注排桩加内支撑进行支护，确保基坑、坑内施工人员及四周构筑物的安全，钢板桩或冲钻孔灌注桩的设计计算参数可参考表各岩土层设计计算参数表中提供的预制桩或冲钻孔灌注桩的参数。
基坑开挖施工中应注意防止扰动基底土，避免浸水、暴晒，施工开挖结束后应及时封底。此外，应避免基坑边坡上侧堆土及加荷，以保证坑壁的稳定。施工中应加强对基坑开挖施工、周边环境及坑壁土体位移、变形和支护系统等的动态监测，确保施工安全和质量，基坑开挖支护设计计算参数，可参照下表选用。
基坑开挖设计计算参数
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注：*为经验值
2.3典型剖面选取
勘探点平面布置图
如上勘探点平面布置图可选取'
'
'
88,99,1010---剖面作为典型的计算剖面。
三、基坑支护结构计算
3.1 '88-3JK 剖面支护结构计算
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3.1.1抗力与荷载计算
12210
tan(45)tan(45)0.704,0.839
22
14.3
tan(45)tan(45)0.777
2214.3tan(45)tan(45) 1.66, 1.29
22
a a p K K K φ
φφ????
?????
=-=-===-=-===+=+==
临界深度：02 5.0
0.7170.839
Z m ?===?
主动土压力：
1111211222,11222322 5.00.8398.39=2 1.8170.7042 5.00.83913.15=2 1.8170.604213.050.777 1.72,=0=(2 1.817+1.2160.6042a a a a a a a a e c Kpa
e h K c Kpa
e h K c Kpa e e h h K c γγγγ=-=-??=--=??-??=-=??-??=-+-=???-上下下上取）（）13.050.7779.8Kpa
??=
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11222341122245=(+q 2 1.817+1.216540.604213.050.77742.42=(+q 2 1.817+316540.604213.050.777=59.81==59.81a a a a a a e h h K c Kpa
e h h K c Kpa e e Kpa
γγγγ+-=??+?-??=+-=??+?-??，下）（））（）
被动土压力：
p1p2222213.05 1.2933.67216 1.66213.05 1.2926.5633.67
d p d d
e c Kpa
e h K c h h γ==??==+=??+??=+ 开挖一下土压力为零的位置：4p4
22
59.8133.67
0.9816 1.66
a p e e x m K γ--=
==?
04=259.81213.05 1.2926.14a a e e c Kpa -=-??=
取1m 宽，对零点位置弯矩有：
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11223344
(4.80.98)1111
(13.15 1.1)(1.1 3.98)+(9.8 1.2)(1.2+2.78)2323
11
+[(59.81-42.42) 1.8](1.8+0.98)+[42.42 1.8(0.980.9)]
2312
0.9826.140.98
23
39.24T E h E h E h E h T KN
?+=+++=????+??????????++????=
取水平支撑间距为3m,则单根支撑轴力：3339.24117.72N T KN ==?= 根据抗倾覆稳定性条件，并令抗倾覆稳定安全系数为1.2，考虑基坑重要性系数0γ，且基坑安全等级为一级，则0
1.1γ=。嵌固深度d h 应满足：
10() 1.20p pi cl T d a ai h E T h h h E γ++-≥∑∑
计算：
1122334411
13.15 1.17.2325/, 3.0 1.1 3.372311
9.8 1.2 5.88/, 1.8 1.2 2.223
1
42.42 1.876.356/, 1.80.92
11
(59.8142.42) 1.815.651/, 1.80.623
a a d d
a a d d
a a d d
a a d E KN m h h h E KN m h h h E KN m h h h E KN m h h =??==++?=+=??==++?=+=?==+?=+=-??==+?=+551122259.8159.81,0.52
33.67,0.52
1
(26.5633.6733.67)13.28,0.3323
d
d
a d d a d
d
p d p d
d p d d d p d
h h E h h h h h E h h h h E h h h h h =?=======+-??===
所以：
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23
2
33.670.513.280.3339.24(4.8) 1.2 1.1[7.2325(3.37) 5.88(2.2)76.356(0.9)15.651(0.6)59.810.5]04.419.18750.206.75d d d d d d d d d d d d d d d h h h h h h h h h h h h h h h m
?+?+?+-???++?++?++?++?≥--+≥≥
取： 6.75d
h m =
故桩长为：
4.8 6.7511.55l m
=+=
3.1.2桩长确定为
4.8 6.7511.55l m
=+=
3.1.3稳定性分析
1）抗渗流稳定性验算:
在地下水位较高地区基坑开挖以后，地下水形成水头差w h ，使地下水由高处向低处渗流。当渗流力较大时，就有可能造成基坑底部的潘流或管涌稳定性破坏。为防止此类破坏，便可通过提高挡水帐幕入土深度，增长地下水渗流路线，从而减小渗流水力坡度，达到防止渗流或管涌失稳破坏的目的。
如图所示，可通过下式验算基坑底部稳定性： c
s i k i
= 式中：
c i —坑底土体临界水力坡度，根据坑底土的特性计算：
i —坑底土体渗流水力坡度；w
h i L
=
； w h —基坑内外土体的渗流水头(m)，取坑内外地下水位差；取为
5.8m ；
L —最短渗径流线总长度(m)，h V L L m L =∑+∑；
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h L ∑—渗径水平段总长度(m)；h L ∑=0m ；
V L ∑—渗径垂直段总长度(m) 1.5(4.7 6.75 5.75)25.7v L ∑=?++=m
,d h —基坑底部下地下水位距离桩底部距离（m ）；
, 1.1 5.75d d h h =-=；
d h —基坑底部距离桩底部距离（m ）；为6.75m ；
m —路径垂直段换算成水平段的换算系数，单排挡小帷幕墙取时，m ＝1.50 ；多排帷幕墙取m=2.0；
S K —抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取1.5—2.0。基坑底土为砂
性土、砂质粉土或粘性土与粉性土中有明显薄层粉砂夹层时取大值。
坑底土体渗透计算简图
地下水降到基坑底以下1.1m
,
3
, 5.80.226
25.7
(1710)(1.80.1)(1610)(3 6.75) 6.15/6.75 4.7
6.150.615100.615 2.7 2.0
0.226
w cr w cr s h i L kN m i i k i γγγ===-?-+-?+==+======> 所以抗渗流满足要求 2）踢脚稳定性验算：
,
d h '
h w
d
h
H
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踢脚安全系数验算公式： 1.0p T a
M K M =
>
p M ---基坑内侧被动土压力对取矩点的力矩
a M ----基坑外侧主动土压力对取矩点的力矩 由以上计算知：
12121
13.151.1(0.7 1.1)9.81.2(1.8 1.2)42.421.8(3.0 1.8)
23232
121
(59.8442.42)1.8(3.0 1.8)59.816.75(4.8 6.75)
232
3682.27.1133.67 6.75(4.8 6.75)(212.9533.67) 6.75(4.22a p M kN m
M =???+?+???+?+??+?+-???+?+??+?==??+?+-???2
8 6.75)
3
7485.1.kN m
+?=
所以：7485.1
2.03 1.03682.27
p T a
M K M =
=
=> 满足要求
3.1.4截面承载力计算及配筋
求max M
1）由剪力零点位置c x 及最大正弯矩：
11117.2325 5.88[(17 1.816 1.21654)0.604213.050.77742.42]0.542.4239.240.5x x x x m
++?+?++?-??-?+==
所以：0.7 1.1 1.20.5 3.5c
x m =+++=
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212,
max 2[17 1.816(1.20.5)54]0.604213.050.77747.2511
3.539.247.2325( 1.1 1.7) 5.88( 1.20.5)
33
111
42.420.50.5(47.2542.42)0.50.5223
111.ac a e x K c q
Kpa
M KN m
γ=-=?+?++?-??==?-??+-??+-???--????
= 2）由剪力零点位置c x 及最大负弯矩：
2222
2222,,max 7.2325 5.8842.421.815.65176.35659.811
39.2433.67(16 1.66)2
3.4
0.7 1.1 1.2 1.8 3.48.259.81216 3.4 1.66213.05 1.29123.978.239.2433.67 3.43c ac pc p x x x x x x m e Kpa
e x K c Kpa M γ+++++=++???==++++===+=??+??==?+??111
.4(123.9733.67) 3.4 3.4223
111
7.2325(1.1 6.4) 5.88(1.2 5.2)42.42 1.8(1.8 3.4)
332
111
(59.8142.42) 1.8(1.8 3.4)59.81 3.4 3.4232
122.49.KN m
?+-????-??+-??+-???+--????+-???
=-
所以取; max 122.49.M KN m = 桩的配筋计算：
沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土状，截面内纵向钢筋的数量不少于6根。桩身混凝土强度等级为C30，14.3, 1.43c t f Mpa f Mpa ==，钢筋采
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用HRB335，300y f Mpa =，桩直径1000mm ，混凝土保护层厚度取50mm ，纵筋级别为HPB235，210y f Mpa = 等小矩形截面配筋 ：
4
30000=0.876=1000mm,0.050.8261264
D bd b d D D d d mm π===-=且， 弯矩设计值：max 1.25 1.25122.49153.11.M M KN m ==?=
2211
3.140.8760.785=0.87644
A d m b d π==??==且
查《混凝土规范》知：混凝土强度等级小于C50时，1=1.0α 取：0.5,0.45s γ
γ==
62
0min 622
122.49105490.90.93008265490.07%0.2%0.78510
=0.2%=15701608s y s s M A mm f d A A A A mm mm ρ?===??=
==