基于flac3D深基坑開挖模擬與支護設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上本科生畢業(yè)論文（設計）題 目 ：基于flac3D深基坑開挖模擬與支護設計 指導教師: 職稱:評 閱 人: 職稱:摘 要隨著城市化過程中不斷涌現的高層建筑和超高層建筑以及城市地下空間的開發(fā)，深基坑工程越來越多，深基坑工程項目的規(guī)模和復雜性日益增大，給深基坑工程的設計和施工帶來了更大的挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，深基坑支護結構設計和變形量預測已成為巖土工程領域的重要研究課題之一。本文以武漢市萬達廣場深基坑工程作為研究對象，利用勘查資料和深基坑支護結構設計要求，比選合理的基坑支護方案并進行相應的計算設計。同時，本文針對深基坑工程變形量驗算等難以解決的問題引用了flac3D數值模擬

2、方法，對基坑開挖、支護結構施工進行全方位的模擬監(jiān)測，將計算設計結果和模擬計算結果進行對比驗算，得出比較合理的支護結構設計方案和變形量控制方案。根據基坑實際情況和勘查資料，本文選擇的圍護方案為以大直徑混凝土排樁、雙排樁、角撐與對頂撐相結合的內支撐為主的多種聯合支護方案，結合坡頂大面積卸土減載、坑內被動區(qū)加固的措施。計算部分主要設計計算大直徑混凝土排樁（鉆孔灌注樁）樁長、內力和配筋，而對卸土減載、內支撐結構、坑內被動區(qū)加固和降水設計只進行了簡要的說明；flac3D模擬部分主要從建立模型、設置大直徑混凝土排樁、放坡開挖、放坡坡面土釘施工、預應力錨索（代替內支撐）施工和基坑主體開挖為順序進行建模計算，

3、最后進行變形量監(jiān)測、分析，輸出樁單元、錨單元的內力分布情況并給出相應的結論與建議。本文以常規(guī)計算和數值模擬相結合的方式進行參考對比，常規(guī)計算和數值模擬分析結果非常接近，給出了有效合理的安全系數。關鍵詞：深基坑 支護設計 flac3D模擬 數值模擬AbstractWith the urbanization process ,high-rise buildings and supertall buildings are continuously emerging .As a result ,underground space development project and deep excavat

4、ion project become more and more. At the same time, the scale and complexity of deep excavation increasing bigger. they make the design and construction of deep excavation to face greater challenges. So structural design and deformation prediction of deep excavation has become an important research

5、issue in the field of geotechnical engineering. In this paper, the deep excavation of Wanda Plaza, Wuhan is studied. And using survey data and structural design of deep excavation requirements to select reasonable foundation pit ,then to conduct the corresponding design. The meantime, as checking th

6、e deformation of deep excavation is a difficult problems ,it uses flac3D numerical simulation method to monitor the progress of deep pits excavation, construction .Then comparing the design results of the calculation and simulation results to obtained reasonable support structure design and control

7、program of deformation. According to the actual situation and exploration data, the envelope of large diameter piles concrete piles, angle brace and top brace on the combination of a variety of internal support-based programs are selected, combined with slope Top large dump load shedding and the rei

8、nforcement measures of pit passive zone. 1) The calculation part of the paper mainly introduce the design and calculation of large diameter concrete piles or bored pile, and the rest just briefly introduce the dumping load shedding, internal support structure, the pit design of passive zone strength

9、ening and precipitation.2) With flac3D, successively study the model building, setting large diameter concrete piles, sloping excavation, soil nailing construction, pre-stressed cable (instead of internal support) construction and excavation for the foundation pit .Finally, conduct the deformation m

10、onitoring , output pile element, the internal force distribution analysis in anchorage unit .And then, provide the corresponding conclusions and recommendations. In this paper, conventional calculations and numerical simulation methods are used. And their results were very close. So it can give an e

11、ffective and reasonable safety factor through the combination of these methods. Key words: deep excavation design flac3D numerical simulation目 錄專心-專注-專業(yè)第一章 緒論第一節(jié) 選題思路深基坑工程設計是當今巖土工程界關注的熱點話題，深基坑工程的難題在于對變形量的預測，基坑允許的變形、垂直位移的計算是比建筑物自身允許的沉降和沉降計算更為復雜的課題，但又是基坑工程尤其是在軟土地區(qū)和工程地質、水文地質復雜地區(qū)無法回避的問題。傳統(tǒng)的基坑設計以考慮穩(wěn)定性為主，

12、極少涉及基坑的變形計算，主要是由于基坑工程設計計算方法和計算手段不成熟。但是隨著近幾年來大型市政工程建設的進展，基坑環(huán)境保護問題日益突出，對基坑變形的控制越來越嚴格，從而引發(fā)了新一輪基坑工程設計理論的革命從強度控制向變形控制的轉變。正是在這樣的大背景下計算機技術在巖土工程界也得到了廣泛的應用，直到現在國內外關于巖土工程的計算機軟件非常多，每個軟件都尤其獨特的優(yōu)勢和使用條件，在眾多的巖土工程軟件中由美國ITASCA咨詢公司開發(fā)的flac3d三維快速拉格朗日分析程序在分析大變形問題方面具有獨特的優(yōu)勢。軟件體提供了針對巖土體和支護體系的各種本構模型和結構單元更是突出了flac的“專業(yè)”特性，因此在國

13、際巖土工程界非常流行，近年來，在國內flac應用也日漸廣泛擁有越來越多的用戶群。本文設計基坑為武漢是萬達廣場深基坑工程，基坑工程開挖深10余米，而且場地工程地質條件和水文地質條件非差特殊，存在10幾米的軟塑流塑粘土、淤泥質粘土，基坑變形預測及計算是基坑設計不可回避的問題。因此，在常規(guī)的極限平衡法設計基坑支護體系的基礎上采用flac建立三維模擬計算，通過兩種方法的分析對比，監(jiān)測基坑變形，檢查設計支護體系的工作性狀和深基坑的安全穩(wěn)定性系數。本文首先通過極限平衡法設計求出支護樁樁長、最大彎矩、配筋等，然后通過計算提供的支護樁樁長建立flac計算模型，然后模擬放坡開挖，進行坡面土釘開挖，最后進行基坑主

14、體開挖繼而進行后處理分析，得出結論。第二節(jié) 設計流程 本文設計方法采用極限平衡法和數值模擬相結合的方式進行設計分析，首先根據場地勘查報告、基坑設計說明書并且結合場地實際情況比選出適合的支護體系方案，然后利用極限平衡法對支護方案進行設計。在以上的基礎上，根據場地土體的物理、力學性質及土層的分布情況，利用flac3d創(chuàng)建計算模型，通過設置位移、地下水、重力、外荷載等邊界條件，初始平衡模擬開挖前場地土體狀態(tài)，然后設置結構單元（樁單元、預應力錨桿單元、土釘單元）模擬開挖計算，得到位移變形云圖、應力云圖、結構單元內力圖等資料。最后對比分析兩種方法計算結果，綜合提出合理的結論與建議。本文的設計流程圖如下：

15、Flac模擬設計說明勘查資料建立分析模型比選支護體系方案內支撐大直徑排樁進入初始平衡放坡減載雙排防滲帷幕土釘加固對比土壓力計算土壓力計算建立結構單元確定排樁樁長樁土釘計算內支撐力錨桿（代替內支撐）確定最大彎矩對比樁內力計算計算對比錨桿內力計算變形量驗算圖1 設計流程圖第二章 工程概況及場地工程地質條件第一節(jié) 工程概況武漢萬達廣場投資有限公司擬在漢口新華西路附近興建武漢新華西路萬達廣場工程。場地位于武漢市江漢區(qū)，地塊范圍東臨新華下路，西鄰新華西路，南側為規(guī)劃道路、武漢新聞出版局，北側為馬場公寓、菱湖上品項目。本場地基坑分為A、B基坑兩塊，總占地面積約57000m2。A基坑為大商業(yè)部分，其地下二層

16、主樓的承臺底標高-12.6m（電梯井-15.0m），商業(yè)部分底標高-12.4m(電梯井-13.5m)；B基坑為住宅部分，其主樓承臺底標高-11.25m，分布于基坑四周。大商業(yè)部分（A基坑）的地下室層高：地下一層5.5米，地下二層4.8米；住宅部分（B基坑）地下室層高：地下一層與地下二層均為3.8米。本項目設計±0.00=22.00m，地下室分為A區(qū)、B區(qū)。A、B基坑呈“呂”字型分布，在中間部分設連通地道2處，場地地面標高依據勘察報告中鉆孔標高，坑底標高按地下室結構圖紙基礎承臺或基礎梁底標高取值，墊層厚按100mm考慮。各段設計開挖深度詳見表1-1表1-1基坑設計開挖深度設計參數一覽表

17、段號地面標高（m）坑底標高（m）開挖深度（m）段號地面標高（m）坑底標高（m）開挖深度（m）A-AB20.90 9.90 11.00 A-BCD20.90 9.90 11.00 A-QR20.70 9.30 11.40 A-DEF20.90 9.90 11.00 A-RSA20.70 9.90 10.80 A-FG20.60 9.60 11.00B-MNAB21.00 10.80 10.20 A-GH20.60 11.50 9.10 B-BC20.50 10.80 9.70 A-HI20.60 9.90 10.70 B-CD20.80 10.80 10.00 A-IJ20.60 9.90 10

18、.70 B-DE20.80 10.80 10.00 A-JK20.60 9.10 11.50 B-EF20.90 10.80 10.10 A-KL20.60 9.90 10.70 B-FG20.90 10.8010.10A-LM20.60 9.30 11.30B-GHIJ20.90 10.80 10.10 A-MO20.60 9.90 10.70 B-JKLL20.9010.80 10.10 A-OPQ20.70 9.90 10.80 B-LM20.9010.8010.10第二節(jié) 場地工程地質條件2.2.1 基坑周邊環(huán)境基坑緊鄰新華西路、新華下路，地下管網密集，北側緊鄰十九中、馬場公寓，東側緊

19、鄰菱湖上品，周邊環(huán)境復雜。場地周邊已有建筑物距基坑一般均在25m以上（僅局部少量地段為14m左右）；根據資料顯示，場地內無重要的管線工程分布。2.2.2場地地形地貌擬建場地位于漢口新華西路，場地平面大致呈不規(guī)則矩形，東北側為馬場公寓，西北側為日月華庭小區(qū)和第十九中，西南側為新華西路，南側為規(guī)劃道路。原始地貌屬長江沖積一級階地，原為華南果品批發(fā)市場、汽車修理廠、居民居住區(qū)，現場地基本已拆遷整平，地勢平緩，地面標高在19.8422.31m之間變化。2.2.3 場區(qū)地層概況根據勘察鉆探揭露深度范圍內，場地巖土層自上而下主要由五個單元層組成，從成因上看，（1）單元層為新近填土和淤泥層；（2）單元層屬第

20、四系全新統(tǒng)沖積（Q4al）一般粘性土、淤泥質粉質粘土、粉質粘土夾粉土層；（3）單元層為第四系全新統(tǒng)沖積（Q4al）粉土夾粉砂、粉質粘土層；（4）單元層屬第四系全新統(tǒng)沖積（Q4al）砂土、砂、礫膠結層；（5）、（6）單元為白堊下第三系的強中風化泥質粉砂巖或粉砂質泥巖、砂礫巖。根據各巖土（砂）層力學性質上的差異，可將場區(qū)地基巖土進一步細劃為若干亞層。具體的分布埋藏條件、野外鑒別特征列于表2-1。通過室內試驗得出地基土層主要物理、力學指標，分層統(tǒng)計見表2-1.對場地各巖土層的巖性描述及物理力學性質指標統(tǒng)計結果可以看出，擬建場區(qū)填土層以下地層為武漢地區(qū)典型的長江沖積一級階地二元結構地層，顆粒粒徑從上至

21、下由細變粗，力學性質亦隨深度增加而變好。從工程性質來看，淺部的填土層及（2）單元層力學強度均不高，不能滿足擬建高層建筑物荷載要求；下部（4-2）、（4-3）層細砂層密實度好、強度高，是擬建多層裙樓、商鋪、地下室、售樓部較理想的樁基持力層；基巖中風化埋深穩(wěn)定，宜作為2633層高層建筑樁基持力層使用。表2-1 場地地基巖土野外鑒別特征表地層編號及巖土名稱年代成因層厚(m)顏色狀態(tài)濕度包含物及特征(1)雜填土Qml0.54.4雜松散稍密濕分布整個場地，主要由建筑垃圾、混凝土地坪及一般粘性土組成，近期堆填，結構雜亂。(1-2)淤泥Ql0.33.3灰黑流塑飽和分布于少部分地段（原湖塘底），含少量螺殼、腐

22、殖物、有機質，有臭味。(2-1)粘土Q4al0.52.7褐黃黃褐軟流塑飽和場地內大部分地段分布，含鐵錳氧化物、灰色粘土礦物條紋。(2-2)淤泥質粉質粘土Q4al5.817.5褐灰稍密中密飽和分布于整個場地，含少量螺殼、腐殖物、有機質，局部夾粉質粘土、粉土粉砂。(2-3)粉質粘土混粉土Q4al0.86.6褐灰軟可塑飽和場地內部分地段分布，含鐵錳氧化物、灰色粘土礦物條紋及少量有機質，夾粉土薄層。(3)粉土夾粉砂、粉質粘土Q4al0.85.5褐灰中密飽和場地內部分地段分布，含鐵質氧化物和云母片。(4-1)粉砂Q4al0.89.5灰松散稍密飽和含云母、石英等礦物。場區(qū)內部分地段分布，層面有一定起伏。(

23、4-1a)粉質粘土夾粉土Q4al0.43.6灰可塑飽和以透鏡體形式分布于（4-1）層中，細層理清晰。(4-2)粉細砂Q4al0.513.2灰色中密（局部密實）飽和含云母、石英等礦物。場區(qū)內均有分布，層面埋深較穩(wěn)定。(4-2a)粉質粘土夾粉土Q4al23.3灰色可塑飽和個別孔區(qū)分布，以透鏡體形式分布于（4-2）層中，細層理清晰。(4-3)粉細砂Q4al0.214.4灰色密實飽和含云母、石英，局部夾小礫石，該層場區(qū)內均有分布，層面埋深較穩(wěn)定。(4-3a)粉質粘土夾粉土Q4al0.45.2灰色可塑飽和大部分孔區(qū)分布，以透鏡體形式分布于（4-3）層中，細層理清晰。分布無規(guī)律。(4-4)中粗砂混礫卵石Q

24、4al+pl0.22.9雜色密實飽和含石英、云母，礫卵石大小1-8cm，含量5-20%，場區(qū)大部分地段分布。(4-5)砂、礫膠結層Q4al+pl0.66.5雜色密實干場區(qū)部分地段分布，膠結程度差，為未成巖半成巖狀，鉆探取樣大部分為碎石、塊石。(5-1)強風化泥質粉砂巖、粉砂質泥巖K-E0.52.3灰硬干基本風化成砂土狀，內夾少量尚未完全風化巖塊，手可捏碎。(5-2)中風化泥質粉砂巖、粉砂質泥巖K-E未揭穿灰紫紅堅硬干巖芯呈柱狀，裂隙發(fā)育，巖石呈塊狀構造，含砂泥狀結構，場區(qū)大部分地段揭露。取芯率7080%，RQD指標70%。綜合評定巖體基本質量等級為級，屬極軟巖。（6）砂礫巖K-E未揭穿灰雜色堅

25、硬干巖芯呈柱狀，礫石直徑1-10cm，綜合評定巖體基本質量等級為級，屬軟巖。地層編號及巖土名稱項目天然 含水量重度天然孔隙比液限塑性 指數液性 指數壓縮 系數壓縮模量快剪三軸剪(UU)無側限抗壓強度靈敏度靜止側壓力系數有機質含量垂直滲透系數粘聚力內摩擦角粘聚力內摩擦角wewLIpILa1-2Esccq0stK0Wukh%kN/m3%MPa-1MPakPa度kPa度kPa%×10-8cm/s(2-1)粘土n2424242420192222993 3 112 max42.918.61.29057.825.20.800.686.7321359 4 70.81.54.7min28.516.8

26、0.84035.814.10.300.293.213517 1 70.81.53.136.217.91.04246.019.70.520.494.421934 2 70.81.53.9(2-2)淤泥質粉質粘土n197197197197171197181181393926 22 8 6 4 21 10 max59.218.51.71167.722.42.021.404.812929 2 81.50 3.60.79 7.913.0min32.315.60.91830.19.80.510.411.84311 1 48.60 1.80.52 3.15.343.417.01.27041.516.01.1

27、50.803.08616 1 62.91 2.60.62 5.210.0(2-3)粉質粘土混粉土n13131313913131333max52.218.11.55855.319.41.421.149.03217min30.416.00.94932.110.50.760.222.34840.817.11.20341.915.10.950.614.31513(3)粉土夾粉砂、粉質粘土(粉質粘土)n2222222211max47.517.01.43549.819.70.950.803.5156min35.416.31.12936.112.80.880.623.015641.516.61.28243.

28、016.30.920.713.3156(4-1a)粉質粘土夾粉土(粉質粘土)n55555555333 3 2 max41.218.11.19843.318.21.120.764.6222019 2 0.60 min32.017.30.95133.911.60.770.472.96712 1 0.49 38.217.61.10739.415.00.930.593.7141415 1 0.55 (4-2a)粉質粘土夾粉土(粉質粘土)n1111111111max38.417.41.12731.610.31.660.425.0174min38.417.41.12731.610.31.660.425.0

29、17438.417.41.12731.610.31.660.425.0174表2-2 地基土層主要物理、力學指標分層統(tǒng)計表2.2.4 場地水文地質條件場區(qū)內地下水類型主要為上層滯水和第四系孔隙承壓水。上層滯水主要賦存于第（1）層雜填土中，受地表水源、大氣降水和生活用水補給，無統(tǒng)一的自由水面，水位及水量受地表水源、大氣降水和生活用水排放量的影響而波動。第四系孔隙承壓水主要賦存于下部砂性土層中，主要接受側向補給，與長江存在較密切水力聯系，呈互補關系。根據場地勘察報告，含水層綜合滲透系數K平均值18.0m/d，影響半徑460m（設計時取250m）。孔隙承壓水位年變幅為34米，在豐水期承壓水位標高約為

30、20.0m。本基坑開挖深度介于9.013.0m之間，局部電梯井開挖深度達15.0m，已揭露（3）層粉土夾粉砂、粉質粘土或（4-1）層粉砂含水層，因此本基坑必需進行降水設計。2.2.5 場地地震效應根據湖北省建設廳關于確定我省主要城鎮(zhèn)抗震設防烈度、設計基本地震加速度值和設計地震分組的通知（鄂建文2001357號）的規(guī)定，武漢地區(qū)地震基本烈度為6度，新建工程必須進行抗震設防。武漢市抗震分組均為第一組，擬建項目可按6度地震烈度進行設防，地震設計加速度為0.05g，并且可不考慮飽和粉土、砂土的液化問題。為判定場地土類型及建筑場地類別，在K1、K32、K134號鉆孔內及附近區(qū)域進行了剪切波速測試及地面脈

31、動測試，根據剪切波速測試結果，場區(qū)地表下20.0m深度范圍地基土的等效剪切波速Vse=144.8152.3m/s，按建筑抗震設計規(guī)范GB50011-2001第4.1.3條判定，本場地屬中軟場地土。本次勘察資料顯示，擬建場區(qū)基巖埋深在41.551.5m左右，根據建筑抗震設計規(guī)范GB50011-2001第4.1.6條判定，基巖埋深在350m之間屬類建筑場地，基巖埋深>50m屬類建筑場地。本場地僅4#樓30#、31#、32#孔地段屬類建筑場地，其余地段均屬類建筑場地。擬建場區(qū)設計基本地震加速度值0.05g，設計地震分組第一組。結合場區(qū)地基土成因、巖性及分布條件等綜合判定，本場區(qū)屬可進行建設的一

32、般場地。2.2.6 場地巖土工程評價2.6.1 地基土建筑性能評價第（1）單元層為人工填土和淤泥，成份雜亂，結構松軟，均勻性差，強度低，不能作為擬建建筑物基礎持力層使用。該層土是組成基槽側壁土體的主要土層，由于其滲透性較好，層中賦存一定量上層滯水，且其自穩(wěn)性能差，對基槽開挖支護不利。第（2）單元層承載力特征值相對較低，其力學強度不能滿足擬建建筑荷載要求，不能作為樁基持力層使用。其中（2-2）淤泥質粉質粘土埋藏較淺，厚度大，力學性能極差，具觸變性，基礎施工及基槽開挖時應引起重視。第（3）單元層為上部粘性土與下部砂土層之間的過渡層，均勻性差，賦存弱承壓水，可為樁基提供一定的摩阻力。第（4）單元層中

33、，（4-1）層粉砂呈松散稍密狀態(tài)，均勻性稍差，力學性質一般，層厚薄，部分地段缺失，不宜作為樁基持力層使用。（4-2）、（4-3）層為中實密實狀態(tài)粉細砂，力學性質良好，且層面埋深穩(wěn)定，是擬建地下室（無上部建筑區(qū)域）、裙房、商鋪良好的樁基持力層。應注意的是，（4-2）（4-3）層中夾有相對松軟的（4-2a）、（4-3a）薄夾層，樁基設計施工時應注意樁端應與軟弱夾層保持安全距離。（4-5）層砂、礫膠結層，強度高，部分地段缺失，分布穩(wěn)定處可作為26層的高層寫字樓、公寓和33層的高層住宅樁端持力層使用。第（5）、（6）單元層為白堊下第三系泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、砂礫巖，其中（5-2）層中風化泥質粉砂巖、

34、粉砂質泥巖，埋深穩(wěn)定，強度高，是擬建25層的高層寫字樓、公寓和33層的高層住宅良好的樁基持力層。2.6.2 地基基礎型式本工程中的裙房、商鋪、地下室、售樓部，單柱荷載相對較大，結合場地淺部地層特性及空間分布情況，裙房、商鋪、地下室、售樓部不宜采用天然地基基礎。高層建筑更不具備采用天然地基的條件，故本工程場地各擬建建（構）筑物均宜采用樁基礎。擬建建筑體量大，結構型式及荷載存在差異，樁基礎設計時，宜根據不同荷載，結合不同地段地層情況具體分析。本工程較適宜的樁基礎型式有鉆孔灌注樁及預應力管樁，對于26層和33層的高層建筑，樁型宜選用鉆孔灌注樁以（5-2）層中風化泥質粉砂巖、粉砂質泥巖為樁端持力層，當

35、采用鉆孔灌注樁后壓漿施工工藝時，可根據各處持力層面及層厚等具體情況選（4-5）、（5-1）、（5-2）配合作為持力層；地下室和25層的裙房、商鋪、售樓部可選用預應力管樁以（4-2）層或（4-3）層粉細砂作為樁端持力層。各建筑物可根據荷載要求選擇不同直徑、不同樁長的樁基礎來獲得不同的單樁承載力，鑒于擬建建筑對變形較敏感，建議同一單體建筑選擇同一樁型盡量選擇同一持力層。第三章 A-OPQRSA段基坑支護結構設計第一節(jié) 設計依據 武漢新華西路萬達廣場總平面圖萬達商業(yè)規(guī)劃研究院 武漢新華西路萬達廣場地下一層、二層平面圖萬達商業(yè)規(guī)劃研究院“武漢新華西路萬達廣場巖土工程勘察報告” 武漢市勘察設計院湖北省深

36、基坑工程技術規(guī)程（DB 42/159-2004）建筑基坑支護技術規(guī)程（JGJ 120-99）混凝土結構設計規(guī)范（GB 50010-2002）鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003）土層錨桿（索）設計與施工規(guī)范（CECS22：2005）建筑樁基技術規(guī)范（JGJ94-2008）供水水文地質勘察規(guī)范（GB 50027-2001）建筑與市政降水工程技術規(guī)范（JGJ/T11-98）建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007-2002）地基基礎處理規(guī)范（JGJ 79-2002）建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范（GB 50497-2009） 業(yè)主提供的周邊環(huán)境、結構施工圖等相關資料第二節(jié) 設計參數根據巖土工程詳細勘察報

37、告和湖北省深基坑工程技術規(guī)程，結合相關工程實踐經驗，基坑支護設計有關參數取值見表3-1。根據業(yè)主提供的地質勘察資料，B區(qū)基坑周邊地層概化為8種不同情況進行計算，A區(qū)基坑周邊地層概化為14種不同情況進行計算。本次計算選取A區(qū)A-OPQRSA段進行初步模擬與設計。表3-1為A-OPQRSA段基坑設計土層基本參數取值表，圖3-1為A-OPQRSA段基坑周邊涉及地層展開圖。表3-1 A-OPQRSA段基坑設計土層基本參數取值表層號土層名稱重度KN/M3粘聚力C（kPa）內摩擦角(°)MkPa/m2深度范圍（m）1雜填土18.081854801.62-1粘土18.018822800.92-2淤

38、泥質粉質粘土17.01058009.32-3粉質粘土混粉土17.3161129202.74-1粉砂19.2027118807.64-2粉細砂19.703318480第三節(jié) A-OPQRSA段基坑支護方案選擇3.3.1 可供選擇的支護方案近年來，武漢市房地產開發(fā)的力度不斷加大，高層建筑越來越多。伴隨著房地產業(yè)的飛速發(fā)展，深基坑支護技術也取得了長足進步?；又ёo方式趨向多樣化，多種支護方式并用的聯合支護被采用的越來越多，基坑支護造價也趨向于更經濟合理。根據本基坑工程的開挖深度、周邊環(huán)境、地層性質，結合武漢市的地區(qū)經驗，本工程可供選擇的支護方式及其優(yōu)劣性分析見表3-2。表3-2 A-OPESA段基坑

39、支護方式及優(yōu)劣分析表 分項特點支護方式主要特點可靠性工期造價本工程中的適宜性樁錨支護適用于不同深度的基坑，武漢市普遍使用，地區(qū)經驗豐富。在淤泥質土中錨桿錨固效果較差，鄰近建筑為樁基礎時不能使用。受紅線限制。好較長較高受紅線及地質條件影響，本場地不能使用錨桿。但可采用錨拉樁工藝。樁撐支護可適用于不同深度的基坑，尤其使用于平面尺寸狹長的基坑，武漢市有成功經驗。但施工周期很長，尤其對后續(xù)施工影響很大。好較長較高通過合理布置支撐構件，保證土方挖運便利，但土方開挖難度較大，可采用方案。坡頂減載放坡可有效降低支護結構承受的主動土壓力，目前武漢市的深基坑普遍采用。較好短低利用本場地周邊較為開闊的條件，對坡頂

40、一定范圍內的土方進行有條件卸載，大部分地段可以采用。雙排樁支護適用于不同深度基坑，武漢市已有多個基坑應用，尤其適用于地層差、受紅線限制地段。較好較短較高本場地部分地段可采用。通過比較不難發(fā)現，上述支護方案各有優(yōu)缺點。從技術上講除部分方案本工程不宜采用外，可以采用的支護方案不止一種。只有同時綜合考慮安全、造價、工期等多方面因素，才能使支護方案最終做到既經濟又合理。本場地大部分地段地面下15m范圍內均為軟土，最深處達18m，而基坑開挖深度達10m-11m，坑內被動區(qū)土層強度低，不能為支護體系提供有效的被動土壓力。為保證支護體系的有效性，減少軟土層對基坑支護體系的影響，對某些區(qū)段的被動區(qū)土體采用攪拌

41、樁改良加固處理是必要的。3.3.2 支護方案的比選原則首先根據地層、開挖深度、周邊環(huán)境的不同詳細對基坑支護分段，然后對每一段按由簡單到復雜、由低價到高價的先后順序進行試算、比較，同時兼顧工期及其它工程條件，最后選擇最佳的方案。3.3.3 A-OPQRSA段支護方案的選擇根據A-OPQRSA段的工程地質條件和對基坑支護方案優(yōu)劣分析最終確定該段支護總體方案為：以大直徑鉆孔灌注樁作為主體支護樁、雙排粉噴樁作為止水帷幕聯合角撐與對頂撐相結合的內支撐為主的多種聯合支護方案。具體支護結構剖面布置圖見圖3-2，分析見表3-3.圖3-2 A-OPQRSA段支護體系布置剖面圖表3-3 A- OPQRSA段支護方

42、案分析表分段號開挖深度m本段特點可選的支護方案OPQRSA11.011.4坑外為現場施工道路；坑壁分布有較厚的淤泥質土，坡腳以下則分布較??；有較空闊的放坡空間，局部開挖深度較深。1、上部放坡卸載2、支護樁+混凝土內支撐3、坑壁采用粉噴樁止水第四節(jié) A-OPQRSA段基坑減載放坡設計本場地地面下316m范圍內分布有深厚軟土層，對支護體系的安全及經濟均帶來較大影響。為降低工程造價，保證支護體系的安全，對場地周邊進行大卸載以減少主動土壓力，尤其對A、B區(qū)的中間條帶上部2m范圍內土體整體卸載。針對A基坑OPQRSA段利用周邊開闊的環(huán)境條件，對基坑上部3.0m4.6m深度、寬度5.0m18.0m范圍內采

43、用放坡卸載，以減少主動區(qū)土壓力，坡中設置放坡平臺，坡面采用掛網噴面或噴錨網保護。A-OPQRSA段坡高、坡率具體見表3-4。表3-4 A-OPQRSA段基坑周邊放坡設計參數一覽表段號地面標高坑底標高開挖深度放坡參數三級坡參數坡高坡率平臺寬坡高坡率A-OPQRSA20.79.7011.03.11:17.507.80直坡A-OPQRSA段具體設計如下：噴錨網支護段噴面采用噴射砼，砼設計強度為C20，厚度6cm-8cm，配比為水泥：砂：石子1：2：1.5，水灰比為0.40.5，采用標號不低于32.5MPa的普通硅酸鹽水泥、粒徑不大于2.5mm的中細砂和粒徑小于5mm的瓜米石。鋼筋網規(guī)格為6.5200

44、×200， 加強筋為16圓鋼。將各排錨桿、加強筋焊成網絡, 以增加面層剛度。上下段鋼筋網搭接長度應大于300mm。錨桿長度為3.0m4.5m，間距1200mm×1200mm，角度15度。當土層松散、孔內塌孔嚴重時，用一次性錨管代替錨桿，錨管規(guī)格為：48×2.8（錨管需采用幫焊角鋼的方法加強處理）。表3-5 A-OPQRSA段放坡支護設計參數段號地面標高開挖深度一級坡參數備注坡高坡率支護形式平臺寬A-OPQRSA20.73.103.11:1噴錨網7.50局部粉噴樁加固第五節(jié) A-OPQRSA段基坑支護樁設計在03.1m段采用減載放坡設計，破率為1：1，在距地面3.1

45、m放坡坡腳處開挖形成了7.5m的放坡平臺，做為施工道路，然后在垂直開挖7.8m，形成了深10.9m的深基坑。具體剖面圖如下圖。圖3-3 A-OPQRSA段基坑設計剖面圖3.5.1 土壓力計計算方法：朗肯土壓力理論計算參數：層號土層名稱重度KN/M3粘聚力C（kPa）內摩擦角(°)MkPa/m2深度范圍（m）1雜填土18.081854801.62-1粘土18.018822800.92-2淤泥質粉質粘土17.01058009.32-3粉質粘土混粉土17.3161129202.74-1粉砂19.2027118807.6計算模型簡化：由于在距地面3.1m處開挖成為寬7.5m的施工道路，公路荷

46、載簡化為均部荷載，大小為q1=15kpa，施工道路右邊的放坡及土體荷載簡化成為均部荷載，大小q2=h=15.5.0×1.6+15.5×0.9+15×0.6=47.75 kN/m2,地下水位取-4m處，為了計算簡單，下面的計算把施工道路平面作為零點基準面，標高為0m。具體計算如下：外荷載：p=1.6×15.5+0.9×15.5+15×0.6=47.75kpa主動土壓力計算：在施工道路平面的土壓力：p1=ztan245-2-2ctan45-2 （3-1） =47.75×tan242.5-2×10×tan42.

47、5=21.77kpa地下水位處（-0.9m）主動土壓力：p1=p1+1z1ka1=21.77+15×0.9×tan242.5=33.11kpa淤泥質粉質粘土與粉質粘土混粉土（-8.7m）處上表面土壓力：p21=p1+1z2ka1=33.11+17×7.8×tan242.5=144.45kpa淤泥質粉質粘土與粉質粘土混粉土（-8.7m）處下表面土壓力：p22=p+1z1+2z2tan245-2-2ctan45-2 （3-2）p22=47.75+15×0.9+17×7.8tan239.5-2×16×tan39.5=10

48、5.35kpa粉質粘土混粉土與粉砂（-11.4m）處上表面土壓力：p31=p22+3z3ka2=105.35+17.3×2.7×tan239.5=137.09kpa粉質粘土混粉土與粉砂（-11.4m）處下表面土壓力：p32=p+1z1+2z2+3z3tan245-2-2ctan45-2 （3-3）p32=47.75+15×0.9+17×7.8+17.3×2.7tan231.5-2×0×tan31.5=90.34kpa粉砂與粉細砂分界面處（-19m）土壓力：p4=p32+4z4ka3=90.34+19.2×7.6&#

49、215;tan231.5=145.14kpa被動土壓力計算：基坑底面（-7.8m）被動土壓力：p1=2×10×tan47.5=21.83kpa淤泥質粉質粘土與粉質粘土混粉土（-8.7m）處上表面被動土壓力：p21=2z21tan247.5+2ctan47.5=40.05kpa淤泥質粉質粘土與粉質粘土混粉土（-8.7m）處下表面被動土壓力：p22=2z21tan250.5+2ctan50.5=61.73kpa粉質粘土混粉土與粉砂（-11.4m）處上表面被動土壓力：p31=p22+3z3Kp2=61.73+17.3×2.7×tan250.5=130.47kp

50、a粉質粘土混粉土與粉砂（-11.4m）處下表面被動土壓力：p32=0.9×17+17.3×2.7tan258.5=165.13kpa粉砂與粉細砂分界面處（-19m）土壓力:p4=p32+4z4Kp3=165.13+19.2×7.6×tan258.5=553.71kpa3.5.2 計算支護樁樁長、內支撐力和最大彎矩對樁頂部設支撐的擋土支護樁，需要根據地質條件及開挖深度，確定出樁的最小入土深度，之后即可定出擋土墻的最小總長度，還需要根據擋土樁承受荷載的大小，計算出樁身承受的最大彎矩及頂部支撐所承受的反支撐力，以確定樁身截面的大小、配筋及確定支撐構件所需的強度

51、和截面尺寸。計算樁長思路為求出主動土壓力合理大小和作用點位置，求出被動土壓力大小和作用點位置，在對樁頂求力矩就可以求出樁長，由于涉及4層土層，土壓力大小和作用位置不容易求出，可以把梯形土壓力區(qū)域分割呈矩形土壓力區(qū)域和三角形土壓力區(qū)域，再分別求出其大小和作用點位置。圖3-5 計算簡化圖具體計算步驟如下：設支護樁深入粉砂層的深度為x米，則主動土壓力可以用下式表達：各層土主動土壓力 = 矩形土壓力區(qū) + 三角土壓力區(qū)地下水以上0.9m淤泥質粉質粘土主動土壓力：Ea1=19.59+5.10地下水以下7.8m淤泥質粉質粘土主動土壓力：Ea2=258.26+434.232.7m粉質粘土混粉土主動土壓力大?。篍a3=284.45+42.85X米粉砂土主動土壓力大?。篍a4=90.34x+3.61x2各層土矩形主動土壓力對A點求力矩：M主1=0.45×19.59+4.8×258.26+10.05×284.45+11.4+0.5x×90.34xM主1=45.17x2+1029.88x+4107.186各層土三角主動土壓力對A點求力矩：M主2=0.6×5.1+6.1×434.23+10.5×42.85+（11.4+23x）×3.61x2M主2=2.41x3+41.154x2+3101.788則各層土的主動土壓力對A