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XX公寓基坑支护设计计算书
1 工程概况
拟建工程场区位于XX市XX路南侧，国家级旅游胜地—XX浴场以北，XX城正南。设计单位提供拟建物特征：地上30层，高99．80m，地下4层，层高3.9～5.1m，层总高18．60m；地上建筑均面积38372m2 ，地下建筑面积6382 m2 ，设计室内地坪±0.00=5.45m(黄海高程)；框筒结构，单轴力30000kN；地下室外墙长约54m，宽约44m。
根据基础设计资料，可知基坑开挖深度(相对于室内0m)为20.6m。
1.1 环境条件
XX公寓周边环境情况如图1所示。基坑东侧地下室外墙线距用地红线的距离从3.1m到5.6m，基坑南侧地下室外墙线距用地红线最近为3.0m，基坑西侧地下室外墙线距离用地红线约3.0m，基坑北侧地下室外墙线距离用地红线约从3.5m至9.1m，可考虑作为一些材料的加工场地等。
基坑东侧基本上为XX地产，多为2、7层砖混结构，最近距用地红线约5.0m。基坑南侧和西侧基本上均为XX山庄的砖混建筑结构，其中在基坑南侧（偏东）有一4层砖混结构，距离用地红线1.42m，在基坑西侧分别有一4层和7层砖混结构，距离用地红线分别约为10.2m和6.8m，这些建筑的基础埋深2m，基础下部为左右的筏板基础或换土强夯地基。基坑的北侧主要为道路和市政管线，用地红线距XX路红线最近约为15.4m。
基坑东侧在红线内部有两条热力管线，最近距红线0.2m，埋深1.2m，贯穿基坑；红线外侧约2.0m处有一电力管线，埋深 0.65m；红线外侧约7.2m和8.2m处有煤气管线，埋深约0.7m.基坑南侧红线内部约1.6m处有一污水线，埋深1.5m，一电信管线穿越用地红线，埋深0.5～0.8m.基坑西侧在红线外侧约1.4m处有电信管线，埋深0.8m，推测污水管线和雨水管线距离红线分别约3.6m和5.4m，此外已探明有一污水管线距红线约5.4m，埋深0.7～1.4m，在红线内侧约3.5m处存在一推测给水管线贯穿基坑。基坑北侧有一电信管线穿越用地红线，埋深约0.15m，红线外侧约2.0m处有给水管线，埋深约1.6m。
图1 基坑总平面图
1.2 工程地质及水文地质条件
拟建场区内地形平坦，地面标高：5.06～5.48m，场区位于XX平原地貌单元，第四系较发育，表层后经人工改造整平。钻探揭示：场区主要有第四系全新统人工填土、海相沉积层，上更新统冲洪积层组成，积岩为燕山晚期粗粒花岗岩和后期侵入的煌斑岩。地层编号采用《XX市区第四系层序划分》标准地层层序编号。自上而下的层序如下：
（1）素填土
广泛分布于场区内
层厚2.60～3.70m，平均厚度3.3m，层底标高：1.50～2.80m。黄褐色，松散，以回填土花岗岩风化碎屑、粗砂为主，夹有建筑垃圾，混10%-20%粘性土，表面为约20cm厚的块石地面。
（2）粉砂
广泛分布于场区内，场区西北角发育厚度较薄。层厚0.50～3.90m，平均厚度2.1m，层底标高：-1.1～1.11m。黄褐色，饱和，稍密，矿物主要为长石，石英，颗粒分选良好，磨圆一般，级配较差，砂质较纯。
（3）淤泥质粉砂
广泛分布于场区内。
层厚：2.50～6.00m，平均厚度4.1m，层底标高：-5.80～-2.94m。
灰褐色，饱和，松散～稍密，以石英质粉砂为主，分选较好，级配较差，混10%～20%灰色粘性土，见有大量贝壳，有腐烂植物根系，局部为粉土。
（4）粉质粘土
广泛分布于场区内，局部缺失。
层厚：1.00～3.50m，平均厚度1.8m，层底标高：-8.30～-4.52m；
灰褐色～灰黑色，饱和，稍密，软塑～可塑，见有贝壳和腐烂根系，含10%～20%的粉细砂，局部为粉砂，有机质含量最大4.0%。
（5）粗砂
广泛分布于场区内。
厚度：0.70～4.30m，平均厚度2.1m，底层标高：-9.44～-4.44m。
灰褐色～褐色，饱和，松散～稍密，局部中密，分选一般，磨圆中等，含粘性土10～25%，见有贝壳。
（6）粉质粘土
呈透镜体状，主要分布于场区西侧。层厚：1.70～5.40m，平均厚度3.2m，底层标高：-10.80～-8.94m。
灰褐色，可塑，湿，中等压缩性，颗粒细腻，无光泽，干强度较低，见有腐烂植物根系，局部含10%～20%中粗砂。
（7）角砾
广泛分布于场区内。
厚度：0.60～2.10m，平均厚度1.2m，底层标高：-12.20～-9.94m.
黄褐色，饱和，中密～密实，以石英长石角砾为主，颗粒分选差，磨圆差，夹有10～30%的碎石，粒径1～10cm，局部夹有10～25%的粘性土，泥质半胶结状，锤击钻探困难。
（8）基岩
分为强风化、中等风化以及微风化～未风化带，基岩为花岗岩，肉红色。
上述岩土层分布自上而下如表1：
表1 各土层物理力学参数
层次
土层
累计厚度（m）
平均厚度
（m）
容重
（KN/m3）
C
（kpa）
φ
（0）
1
素填土
3.3
3.3
20.0
0
12
2
粉砂
5.4
2.1
18
6
25
3
淤泥质粉砂
9.5
4.1
17.0
15
12
4
粉质粘土
11.3
1.8
20.0
17.0
14.2
5
粗砂
13.4
2.1
20.0
0
25
6
粉质粘土
16.6
3.2
20.5
18.0
16.5
7
角砾
17.8
1.2
20.0
0
30
8
强分化花岗岩
-
以下
23
10
50
大气降水是场区地下水的主要补给来源，地下水由北向南径流，勘察期间钻孔地下水稳定水位埋深2.80～3.20m，水位标高：2.0～2.4m。根据长期水文观测资料分析，XX地区年水位变幅2.0m左右。
2 基坑支护设计
2.1 方案选型
根据基坑周边环境、地质状况及开挖深度，经过比选后，确定了如下支护方案：基坑支护主要采用钻孔灌注桩与预应力锚杆组合的支护方式；②场区地下水丰富，水位较高，采用高压旋喷桩止水帷幕止水，坡顶采用混凝土硬化并设置截水沟，防止大气降水流入基坑或渗入坑侧土体。
图2 基坑支护平面布置图
2.2 设计计算
本工程主要采用了以下方法进行设计计算：支护结构内力、变形计算采用增量法；钻孔灌注桩的配筋计算采用沿圆形截面周边均匀配筋、沿长度方向根据计算弯矩分段配筋的方法(见建筑基坑支护技术规程附录D)；锚杆的设计主要进行了锚杆类型、材料的选择、锚杆的截面面积、锚固段长度、自由段长度计算和锚杆的刚度计算；整体稳定性验算采用瑞典条分法；进行了抗倾覆、抗滑移、抗隆起、抗管涌等验算。
2.3 主要设计技术参数
高压旋喷桩中心间距1.2m/1.0m，设计桩径不小于1200mm，桩端进入隔水层0.5m以上，采用三重管工艺；
钻孔灌注桩直径1000mm，间距1.2m，嵌固深度不小于6m，桩顶冠梁宽800mm，高600mm ；
考虑到该地层施工过程中容易造成涌砂冒水，土层预应力锚杆采用自钻式锚杆、入岩的预应力锚杆采用钢绞线，设计中锚固体摩阻力取值考虑二次高压注浆，施工中采用了二次高压注浆工艺，各个单元锚杆技术参数、标高详见图3。
图3 基坑支护典型剖面图（不包括止水帷幕）
2.4 内力计算及主要技术参数
2.4.1 基本信息
内力计算方法
增量法
规范与规程
《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99
基坑等级
一级
基坑侧壁重要性系数γ0
1.10
基坑深度H(m)
20.600
嵌固深度(m)
6.500
桩顶标高(m)
0.000
桩直径(m)
1.000
桩间距(m)
1.200
混凝土强度等级
C30
有无冠梁
有
├冠梁宽度(m)
0.800
├冠梁高度(m)
0.600
└水平侧向刚度(MN/m)
3.823
放坡级数
0
超载个数
1
2.4.2 超载信息
超载
类型
超载值
作用深度
作用宽度
距坑边距
形式
长度
序号
(kPa,kN/m)
(m)
(m)
(m)
(m)
1
10.000
0.000
10.000
0.500
---
---
2.4.3 土层信息
土层数
8
坑内加固土
否
内侧降水最终深度(m)
22.000
外侧水位深度(m)
2.000
内侧水位是否随开挖过程变化
否
弹性法计算方法
m法
2.4.4 土层参数
层号
土类名称
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角
(m)
(kN/m3)
(kN/m3)
(kPa)
(度)
1
素填土
3.30
20.0
10.0
0.00
12.00
2
粉砂
2.10
18.0
10.0
6.00
25.00
3
淤泥质粉砂
4.10
17.0
7.0
15.00
12.00
4
粉质粘土
1.80
20.0
10.0
17.00
15.30
5
粗砂
2.10
20.0
10.0
0.00
25.00
6
粉质粘土
3.20
20.5
10.0
18.00
16.50
7
角砾
1.20
20.0
10.0
0.00
30.00
8
强风化岩
15.00
23.0
10.0
10.00
50.00
层号
与锚固体摩
粘聚力
内摩擦角
水土
计算m值
抗剪强度
擦阻力(kPa)
水下(kPa)
水下(度)
(MN/m4)
(kPa)
1
17.0
0.00
12.00
合算
1.68
---
2
40.0
6.00
25.00
分算
10.60
---
3
25.0
15.00
12.00
合算
3.18
---
4
60.0
17.00
14.00
分算
4.22
---
5
120.0
0.00
25.00
分算
10.00
---
6
55.0
18.00
16.50
分算
5.59
---
7
230.0
0.00
30.00
分算
15.00
---
8
300.0
10.00
50.00
分算
46.00
---
2.4.5 支锚信息
支锚道数
6
支锚
支锚类型
水平间距
竖向间距
入射角
总长
锚固段
道号
(m)
(m)
(°)
(m)
长度(m)
1
锚杆
2.000
0.500
25.00
32.00
18.00
2
锚杆
2.000
3.500
30.00
32.00
19.00
3
锚杆
2.000
3.500
30.00
30.00
20.00
4
锚杆
2.000
3.500
30.00
26.00
18.00
5
锚杆
2.000
3.000
30.00
24.00
17.00
6
锚杆
2.000
3.000
30.00
20.00
15.00
支锚
道号
预加力
(kN)
支锚刚度
(MN/m)
锚固体
直径(mm)
工况
号
抗拉力
(kN)
锚固力调整系数
材料抗力（KN）
材料抗力调整系数
1
200.00
15.00
150
2～
1.00
1.0
100.00
1.10
2
200.00
30.00
150
4～
1.00
1.0
100.00
1.10
3
200.00
30.00
150
6～
1.00
1.0
100.00
1.10
4
200.00
30.00
150
8～
1.00
1.0
100.00
1.10
5
200.00
30.00
150
10～
1.00
1.0
100.00
1.10
6
200.00
30.00
150
12～
1.00
1.0
100.00
1.10
2.4.6 土压力模型及系数调整
弹性法土压力模型: 经典法土压力模型:
层号
土类名称
水土
水压力
主动土压力
被动土压力
被动土压力
调整系数
调整系数
调整系数
最大值(kPa)
1
素填土
合算
1.000
1.080
0.980
10000.000
2
粉砂
分算
1.000
1.070
0.992
10000.000
3
淤泥质土
合算
1.000
1.020
0.907
10000.000
4
粘性土
分算
1.000
1.100
0.988
10000.000
5
粗砂
分算
1.000
1.040
0.950
10000.000
6
粘性土
分算
1.000
1.120
0.990
10000.000
7
角砾
分算
1.000
1.010
0.960
10000.000
8
强风化岩
分算
1.000
1.010
0.980
10000.000
2.4.7 各工况计算结果
各工况位移、弯矩、和剪力图见图4，内力位移包络图见图5，地表沉降见图6。
图4 各工况位移、弯矩、和剪力图
图5 内力位移包络图
图6 地表沉降图
2.4.8 截面设计及配筋
冠梁选筋结果：
钢筋级别
选筋
As1
HRB335
2D16
As2
HRB335
2D16
As3
HPB235
d8@200
环梁选筋结果：
钢筋级别
选筋
As1
HPB235
1d12
As2
HPB235
1d12
As3
HPB235
d12@200
截面参数：
桩是否均匀配筋
是
混凝土保护层厚度(mm)
35
桩的纵筋级别
HRB335
桩的螺旋箍筋级别
HRB335
桩的螺旋箍筋间距(mm)
150
弯矩折减系数
0.85
剪力折减系数
1.00
荷载分项系数
1.25
配筋分段数
一段
各分段长度(m)
27.10
内力取值：
段
号
内力类型
弹性法计算值
经典法计算值
内力设计值
内力实用值
1
基坑内侧最大弯矩(kN.m)
1466.32
1728.05
1713.76
1713.76
基坑外侧最大弯矩(kN.m)
1670.97
1648.42
1952.95
1952.95
最大剪力(kN)
928.70
836.29
1276.96
1276.96
段
选筋类型
级别
钢筋
实配[计算]面积
号
实配值
(mm2或mm2/m)
1
纵筋
HRB335
24D32
19302[17525]
箍筋
HRB335
D14@150
2053[1908]
加强箍筋
HRB335
D14@2000
154
锚杆计算
锚杆参数：
锚杆钢筋级别
HRB400
锚索材料强度设计值(MPa)
1220.000
锚索采用钢绞线种类
1 × 7
锚杆材料弹性模量(×10^5 MPa)
2.000
锚索材料弹性模量(×10^5 MPa)
1.950
注浆体弹性模量(×10^4MPa)
3.000
土与锚固体粘结强度分项系数
1.300
锚杆荷载分项系数
1.250
锚杆内力：
支锚道号
锚杆最大内力
锚杆最大内力
锚杆内力
锚杆内力
弹性法(kN)
经典法(kN)
设计值(kN)
实用值(kN)
1
275.19
158.37
217.76
217.76
2
574.20
421.74
579.89
579.89
3
833.09
792.98
1090.35
1090.35
4
952.54
769.43
1057.97
1057.97
5
930.26
446.39
613.79
613.79
6
808.36
1546.32
2126.19
2126.19
锚杆自由段长度计算简图如图7。
图7 锚杆自由段长度计算简图
支锚道号
支锚类型
钢筋或
自由段长度
锚固段长度
实配[计算]面积
锚杆刚度
钢绞线配筋
实用值(m)
实用值(m)
(mm2)
(MN/m)
1
锚杆
1E32
14.0
18.0
804[775]
8.55
2
锚杆
2E40
13.0
19.0
2513[2160]
23.09
3
锚杆
4E36
10.0
20.0
4072[4061]
42.29
4
锚杆
4E36
8.0
18.0
4072[3941]
50.91
5
锚杆
2E40
7.0
17.0
2513[2286]
37.79
6
锚杆
7E40
5.0
15.0
8796[7920]
141.23
整体稳定验算：
计算方法：瑞典条分法
应力状态：总应力法
条分法中的土条宽度: 0.40m
滑裂面数据
整体稳定安全系数 Ks = 3.288
圆弧半径(m) R = 25.012
圆心坐标X(m) X = -5.827
圆心坐标Y(m) Y = 17.562
----------------------------------------------------------------------
抗倾覆稳定性验算：
----------------------------------------------------------------------
抗倾覆安全系数:
Mp——被动土压力及支点力对桩底的弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力
决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。
Ma——主动土压力对桩底的弯矩;
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 锚杆 176.935 262.812
2 锚杆 552.920 665.389
3 锚杆 895.731 928.341
4 锚杆 895.731 1048.035
5 锚杆 552.920 1191.763
6 锚杆 1935.221 1060.288
Ks = 1.688 >= 1.200, 满足规范要求。
----------------------------------------------------------------------
抗隆起验算：
----------------------------------------------------------------------
Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):
Ks = 84.355 >= 1.1, 满足规范要求。
Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):
Ks = 109.764 >= 1.15, 满足规范要求。
隆起量的计算：
注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!
式中 δ———基坑底面向上位移(mm);
n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;
ri———第i层土的重度(kN/m3)；
地下水位以上取土的天然重度(kN/m3)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3);
hi———第i层土的厚度(m);
q———基坑顶面的地面超载(kPa);
D———桩(墙)的嵌入长度(m);
H———基坑的开挖深度(m);
c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);
φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);
r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3);
δ = 0(mm)
----------------------------------------------------------------------
抗管涌验算：
----------------------------------------------------------------------
抗管涌稳定安全系数(K >= 1.5):
式中 γ0———侧壁重要性系数;
γ'———土的有效重度(kN/m3);
γ———地下水重度(kN/m3);
h'———地下水位至基坑底的距离(m);
D———桩(墙)入土深度(m)。
K = 1.573 >= 1.5, 满足规范要求。
----------------------------------------------------------------------
承压水验算：
----------------------------------------------------------------------
式中 Pcz———基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN/m2);
Pwy———承压水层的水头压力(kN/m2);
Ky———抗承压水头的稳定性安全系数，取1.5。
Ky = 44.20/30.00 = 1.47 >= 1.05
基坑底部土抗承压水头稳定!
2.5 主要的施工工艺
钻孔泵送砼灌注桩的施工工艺流程
高压旋喷桩止水帷幕的施工工艺流程
冠梁的施工工艺流程
预应力锚杆的施工工艺流程
3 施工过程中遇到的主要技术问题及解决方案
钻孔桩施工过程中，民航厨房周边位置遇地下障碍物、污水管道和自来水管道，钻孔灌注桩无法达到设计深度。经专家讨论，该位置取消钻孔灌注桩设置了双排加钢管旋喷桩，在拐角位置设置角撑如图9所示。该部位监测资料表明，该方案合理有效，保证了民航大厦厨房的正常运营。
锚杆施工过程中，局部地层遇2～3m厚粗砂层，且水头较高，锚杆成孔时容易产生涌砂冒水现象，导致地面塌陷。为解决此问题，砂层中施工采用特制的自进式锚杆和二次高压注浆技术。采用自进式锚杆成孔后立即封孔，同时在水泥浆终凝前进行了二次高压注浆。实践证明经过上述措施后，大大提高了施工速度，砂层中锚杆施工涌砂量减少，锚杆抗拔力有了较大提高。
4 设计计算所用规范规程
建筑基坑支护技术规程 （JGJ 120-99）
建筑地基处理技术规范（JGJ 79—2002）
混凝土结构设计规范 （GB 50010-2002）
钢结构设计规范 （GB 50017-2003）
建筑结构荷载规范 （GB 50009-2001）（2006版）
建筑地基基础工程施工质量验收规范 （GB 50202-2002）
混凝土结构工程施工及验收规范 （GB 50204-2002）
钢筋焊接及验收规程 （JGJ 18-2003）
地下工程防水技术规范 （GB 50108-2002）
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