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基坑支护工程设计武汉华中岩土工程有限责任公司2014年12年22日1前言我公司于2001年开始涉足基坑工程支护设计与施工技术，从刚开始只能进行一些简单的支护类型设计（放坡或喷锚支护）到如今可以进行较复杂的支护类型设计（排桩或内支撑支护），我们始终以谨慎的态度，对待每一项基坑工程，力求在安全的基础上做到更经济、更合理。2基坑支护结构类型和适用条件支护结构设计应根据基坑开挖深度、工程地质情况、场地条件、周边环境条件（包括基坑内工程桩情况）及施工条件，进行多方案比选，制定安全可靠、技术可行、施工方便、经济合理的支护结构方案，以保证工程的顺利进行。基坑支护分类及适用条件表13基坑设计与施工步骤基坑工程设计与场地的地质条件、周边环境、工程项目规模和功能特殊要求、其他建筑材料和技术优势等密切相关。它是一项非常复杂的系统工程，所呈现的施工效果也是立竿见影的，因此必须周密考虑所有的客观条件，分清主次、轻重、缓急，对设计施工方案进行正确优化，备有足够的应急抢险措施。3.1基坑工程概况及周边环境条件基坑工程概况应明确的内容：工程项目的地理位置，规模、周长、面积，地下室层数，基础形式，底板、承台、基础梁及垫层的尺寸，地下结构的特殊施工要求，场地整平标高，±0.00标高等。周边环境条件应明确的内容：邻近建（构）筑物的重要程度、层数、结构形式、基础形式及埋深，现状特征；基坑周边道路、市政管线情况及相对关系。（附周边环境图）周边环境平面图应重点标注与基坑之间的关系及尺寸。基坑支护周边环境图3.2工程地质及水文地质条件3.2.1工程地质条件•武汉地区地貌形态主要有以下三种类型：剥蚀丘陵区，剥蚀堆积垅岗区（Ⅲ级阶地），堆积平原区（Ⅰ级、Ⅱ级阶地）。•与深基坑工程分布位置相关的主要是Ⅰ级阶地堆积平原地区和Ⅲ级阶地垅岗地区两类。3.2.1.1Ⅰ级阶地堆积平原的地层构成及岩土体工程地质特征Ⅰ级阶地的地层主要由第四系全新统河流相及部分河湖相冲洪积及冲湖积物构成。上部为粘性土，下部为砂性土（含卵砾石），深度50m左右为基岩。地表有一定厚度的填土。与基坑相关的主要地层见下表。Ⅰ级阶地堆积平原地区的地层构成条件及评价表23.2.1.2垅岗地区（相当于Ⅲ级阶地）的地层构成及岩土体工程地质特征垅岗地区的地层主要由中、上更新统的粘性土（老粘土）组成，下部局部地段为粘土夹碎石层（坡残积层）。一般呈硬塑-坚硬状态（部分为可塑状态），强度较高而变形较小，厚度为数米至20余米，其下为基岩；地表常存在一定厚度、分布不均的人工填土层，在老城区填土厚度更大，此外，在垅岗间的坳沟中存在有软塑至可塑的粘性土层或新近沉积的软土层，对基坑工程的影响与Ⅰ级阶地相似。垅岗地区土质条件较好，老粘性土是一种超固结土，一旦开挖暴露，极易产生卸荷裂隙和干缩裂隙，水入浸老粘性土后，土体强度将迅速下降，易发生崩塌、边坡失稳或增加对支护结构的压力。同时高塑性的老粘土还可能具有一定的膨胀性，失水干缩，遇水膨胀，对支护结构会产生一定的膨胀力。志留系面岩是一种薄层状的泥质岩石，节理裂隙发育，开挖暴露后极易风化、软化，导致各种边坡病害。3.2.2水文地质条件武汉地区的地下水类型按其赋存条件，在Ⅰ、Ⅱ级阶地主要为上层滞水与孔隙承压水，局部地区有潜水，在垅岗位地区为层间水或潜水及岩溶裂隙水。上层滞水主要赋存于填土层中，其含水与透水性取决于填土的类型。上层滞水的特征是水位连续性差，无统一的自由水面，主要接受地表水和降水补给。当基坑工程在与湖水有水力联系或雨季施工时，应对该层地下水给予足够的重视。孔隙承压水赋存于砂性土层中，含水层顶板为上部一般的粘性土，底板为基岩，与长江、汉江的水力联系密切，互补关系、季节性变化规律明显，富水性随含水层颗粒组成的增大而增大，其渗透性也随着增大。此外，要重视对作为承压含水层“过渡带”的粉土层或粉砂与粉质粘土交互层的认识与处理，该层水平渗透性大于垂直渗透性，当基底挖至该层时，在孔隙承压水的水压作用下，将直接进入基坑，易形成管涌和流土，必须引起重视。位于垅岗地区坳沟中的粉土含水与透水性均较差，水量不大，进行防水处理即可，但坡残积层中的地下水量与粘性土含量和碎石含量、结构密实度和孔隙大小以及补给水源有关，应考虑对基坑的影响。3.2.3工程地质条件及水文地质条件应明确的内容场地地形、地貌特征，与基坑相关的地层描述，地下水类型及渗透性、补给与排泄条件，绘制基坑周边地层展开图及地层概化剖面图，与基坑相关的物理力学指标。（附周边地层展开图及地层概化剖面图）基坑周边地层展开图及地层概化剖面图3.3支护体系的选择3.3.1根据工程概况、周边环境条件、工程及水文地质条件确定基坑支护安全等级3.3.2根据工程概况、周边环境条件、工程及水文地质条件确定经济合的支护体系类型，然后依据天汉软件进行试算，以确定所选择的支护类型是否符合规范要求。3.3.3常用支护类型设计及软件应用一般基坑设计应注明地面超载的类型及超载值，地层参数，土压力计算模式，土水合算或分算，基坑设计的重要性系数等。3.3.3.1自稳边坡土钉挂网支护土钉挂网是对自稳边坡采取的一种坡面保护措施，保护设施不作为受力构力构件设计。1、适用条件：基坑周边开阔，自稳边坡可满足设计要求。2、构造要求：a、坡面喷射厚度50-80mm，分2-3次喷射。b、骨料分布均匀，自上而下分层喷射，达初凝后立即洒水养护。c、挂网时可采用网距100-200mm的钢丝或铁丝网，用0.5-1.0m深的短土钉固定。3、设计所需参数：边坡开挖深度、坡率等4、提交计算成果：边坡整体稳定性验算、坑底抗隆起稳定性验算（附土钉挂网边坡稳定分析、抗隆分析极平图）---计算书中5、提交设计文件和设计图（附土钉挂网平面、剖面图）---设计图中土钉挂网图片边坡稳定分析和抗隆起分析图基坑支护平面图土钉挂网剖面图3.3.3.2喷锚支护1、适用条件：适用于填土地、粘性土及岩质边坡，支护深度不宜超过6.0m，土质条件合适或基坑周边开阔时也可用于深度大于6.0m的基坑，当坡脚有软土地、粉土、粉砂时，宜选用复合喷锚支护。2、构造要求：a、70%以上的锚杆长度不小于开挖深度的1.5倍，锚杆水平和垂直间距在1.0-1.5m之间，注浆锚杆孔径80-200mm，填土、砂性土也可采用锚（花）管灌浆，直径不小于φ48mm。b、面板厚度宜为80-120mm，钢筋网宜采用φ6.5@250*250。c、复合喷锚支护中的水泥加固体宜设置在边坡前缘，下端应穿过软弱土层进入较好土层不少于1.0m，单纯水泥加固体宽度与坑底以下的长度之比不小于1/6，两排以上的水泥土桩排间搭接不应小于100mm。3、设计所需参数：边坡开挖坡率，深度，各层锚杆横、竖向间距，设置标高，直径，倾角等。4、提交计算成果：锚杆长度，加固边坡整体稳定性验算，加固边坡基坑抗隆起验算（附喷锚长度分析图、喷锚边坡稳定分析图、喷锚抗隆分析极平图）--计算书中5、提交设计文件和设计图（附喷锚支护平面、剖面图）---设计图中喷锚网图片喷锚长度分析图喷锚边坡稳定分析图喷锚抗隆分析极平图喷锚支护平面图喷锚支护剖面图3.3.3.3排桩支护与桩锚支护1、适用条件：排桩支护各构件应按具体工程条件选定，排桩的桩型可按表1选用。2、构造要求：a、基坑支护可采用的桩型有钻孔桩，人工挖孔桩，预制管桩，钢板桩等，各类桩型的构造要求参照现行桩基规范。b、冠梁的竖向厚度不小于500mm，平面上外包桩体并突出50-100mm，每侧配筋率不小于0.3%，桩身砼应伸入冠梁底面以上50-100mm，桩主筋伸入冠梁不少于30d。c、桩间封闭措施可采用砖拱、喷射砼、水泥土桩等，并采取有效措施疏导地下水，减轻支护桩承受的水压力。3、设计所需参数：开挖深度，桩长，桩径，桩间距，桩顶标高，锚杆设置（桩锚结构）。4、提交计算成果：土压力，水平位移，内力值，锚杆反力（桩锚结构）。（附桩锚输入基本信息图、桩锚弹抗结果图、桩锚立面图）---计算书中5、桩的配筋按弯矩设计值按下列公式确定：M=1.35Ψt·MkΨt—临时性支护结构调整系数，对一、二、三级基坑分别取1.0，0.95，0.90Mk—弯矩设计值6、提交设计文件和设计图（附排桩平面、剖面图）桩锚图片桩锚输入基本信息图桩锚弹抗结果图桩锚立面图排桩平面图排桩剖面图3.3.3.4内支撑支护1、适用条件：可用于不同深度的基坑和不同土质条件，内支撑构件主要承受水平荷载的作用。2、内支撑分类按不同条件分：竖向斜撑，水平支撑（格构式，桁架式，对顶式，环梁式，角撑式）按构件材料分：钢结构，钢筋混凝土结构，混合结构3、钢筋混凝土内支撑构造要求：a、支撑混凝土强度等级不应低于C30，宜采用矩形截面，纵向筋宜用HRB335钢筋，支撑、冠梁或围檩用同一强度混凝土。b、立柱混凝土强度等级不低于C20，钢筋混凝土支撑的立柱间距不宜大于15m，立柱尽可能设置在节点之下。c、内支撑节点钢筋锚固长度对于拉杆不应小于受力钢筋直径的35倍，压杆不应小于30倍。4、设计所需参数：支护桩参数同上排桩支护参数，支撑刚度系数及设置位置，拆除工况，内支撑结构体系类型设置及所采用的材料，支撑截面尺寸及节点。5、提交计算成果：支护桩土压力，水平位移，内力值，各支撑杆件的内力标准值（轴力、剪力、弯矩值）（附支撑信息图、轴力图、剪力图、弯矩图、位移图）6、支护桩的配筋计算同排桩支护，根据内力值对冠梁、围檩、支撑进行配筋计算，计算方法参见《混凝土结构设计规范》（GB50010）7、提交设计文件和设计图（附支撑平面、剖面图）砼支撑图片钢支撑图片支撑信息图支撑轴力图支撑剪力图支撑弯矩图支撑位移图支撑平面图支撑剖面图3.4地下水控制设计3.4.1地下水控制设计要求1、保证基坑边坡和坑底土层的渗透稳定。2、保证基坑在土方开挖期间和地下室施工期间不受地下水的影响。3、保证在降水期间，基坑邻近建（构）筑物及地下管线，道路等的正常使用。3.4.2地下水控制设计分类1、明沟、盲沟排水。2、降水：可采用轻型井点降水、和管井降水。3、隔渗：可采用竖向隔渗、水平隔渗或两者结合的周底隔渗。4、隔渗、降水及明沟排水相结合的综合治理方法。3.4.3深井降水设计1、确定基坑降水范围，计算降水抽排总量Q，设定单井出水量，预估降水井数量。2、明确渗透系数，影响半径，含水层顶板标高，含水层厚度，基坑开挖深度，承压水位标高。3、根据软件确定降水井数量及降水井的位置，提交水位、降幅、沉降图。4、提交设计图深井降水计算图深井降水图片3.5施工要点及相关规定3.5.1施工设计中应说明的问题1、施工场地的硬化2、基坑内外地表水的抽排3、塔吊的基础与支护结构的关系4、桩间土的保护措施3.5.2土方开挖1、说明土方开挖的时间、开挖方式、开挖顺序、分层厚度、分段长度、对称均衡的必要性。2、说明土方开挖过程中对支护结构（桩、墙、锚、支撑、立柱等）、地下水治理设施、监测标志、坡体、工程桩等的保护措施。3.6基坑监测基坑监测依据：岩土工程勘测资料、场地周边环境条件、基坑支护设计文件、满足信息施工的要求、现行有关规定、规程。1、基坑设计中应明确基坑监测目的、监测内容、监测要求。2、基坑监测应由专业单位进行，提交专门的监测方案。3.7应急抢险措施每一个基坑应设计切实可行、措施具体的应急抢险方案。