基坑支护工程方案设计(本科毕业设计).doc

中南大学2010届本科生毕业论文（设计）
基坑支护毕业设计

摘要

本设计是作者根据武广客运专线新长沙站西端明挖区基坑工程的实习，通过搜集到的现场资料、参考相关的规范规程完成的。设计的核心内容为基坑支护方案论证、设计计算、施工组织设计以及工程预算书。根据场地的工程水文地质条件和周边环境，在满足变形和稳定的前提下，结合经济和技术约束因子，确定了以土钉墙、锚杆和放坡共同组成的复合支护方案。设计计算参考了当地同类工程的经验和各种规程规范提供的计算方法，经北京理正软件验算，各设计参数满足稳定和变形的要求。根据建设方的工期要求，制定了一个详细、科学的施工组织设计。预算得到的工程总造价为6996402.44元，单位造价为710.6元/m2.

关键词:基坑；土钉墙；锚杆；方案论证；预算

Design of New ChangSha Station Western Foundation Pit Engineering for Wuhan-Guangzhou Passenger Dedicated Line
Abstract

According to the practice experience in construction site of the western foundation pit engineering of new ChangSha station of Wuhan-Guangzhou passenger dedicated line，the project of foundation excavation is designed by collecting local information and consulting related rules. The core parts of this design includes: foundation pit project argument , design and account, construction and organization design, engineering budget. Considering engineering geologic conditions and hydrogeological conditions, also precedents in the requirement of deformation and stability,connecting with the ingredient economy and technique, the author chosen a compound retaining methods of soil nailing wall ,soil anchor and sloping.Refering to experiment of local analogous engineering and account method providing by various rules while designing and accounting ,via examing by BeiJing Lizheng software, each design coefficient was content with the requirement of stability and deformation. According to the requirement of erector, the author established a detail and scientific construction organization design.The total construction cost of the project budget is 6996402.44 yuan ,the unit construction cost of the project budget is 710.6 yuan per square meter.

Key words: foundation pit ; soil nailing wall; soil anchor ; project argument; budget

前 言

随着城市化进程的加速发展，地表空间已不再满足人们的需求，向地下空间进行多层次利用是必然的趋势。深基坑支护工程设计技术是在这种条件下应运而生的，它不仅包含了土力学中典型的强度、稳定与变形问题，而且又涉及到土与支护结构的共同作用，是一个综合性的岩土工程问题。要提高基坑支护的设计与施工水平，首先要选择一个合适的理论计算模型作为依据，然后再选择合理的基坑支护方案，最后就是要具备较成熟的施工经验。
本学期伊始，在胡二中老师的指导下，我在武广客运专线长沙市浏阳河隧道施工段进行了简单的实习，并且选定此工程的另一标段新长沙站西端明挖区基坑作为毕业设计题目。
本设计是作者借鉴长沙地区基坑支护工程的实践经验，查阅相关文献资料，在老师的指导下独立完成的。本文所选的基坑支护方案具有较广泛的工程适用性，通过多种方案优化论证，提出了在此条件下经济、技术上最优的方案。
这次的毕业设计对我来说是一个综合的学习过程，它不仅加深了对本专业的知识有了一个系统的了解，同时也让我逐步学会处理现实中较复杂的工程，相信这对我以后的再学习和工作有很深远的指导意义。书山有路，学海无涯，对科学理论的探讨和使用是一个每一个工科人员的无止境追求。
限于本人水平有限，文中错误之处难免，敬请读者批评指正，以便进一步进行修改和补充。

第一章 基坑支护设计条件与分析

1.1 工程概况
本次设计属于拟建武广客运专线新长沙火车站及其广场的配套轨道交通项目中的新长沙站西端明挖区间基坑支护设计，其具体支护设计里程范围为三号线:右线，Y3CK25+050~+389.54，共339.54m；左线，Z3CK25+030.32~+389.54m,共332.746m，断链26.474m。新长沙站西端明挖区间基坑位于长沙市雨花区黎托乡新长沙站站西广场下方，此段2、3号线合建，区间主体采用钢筋混凝土单层(双层)单跨、双跨和多跨箱型框架结构。本段设计区间远离市区，无高层建筑及重要文物分布，周围现状主要为农田、水塘及少量即将拆迁的民房，周围只有较少车辆通行，沿线周边环境相对较简单。本工程业主单位为长沙市轨道交通集团有限公司，勘察单位为中国有色金属工业长沙勘察设计研究院。
1.2工程地质条件
根据中国有色金属工业长沙勘察设计研究院编制的《武广客运专线新长沙站地下配套交通枢纽工程 新长沙站 岩土工程详细勘察报告(初步资料)》，拟建场地工程地质条件概述如下：
根据野外钻探揭露，场地内分布的地层主要有人工填土、第四系全新统湖积层、第三系上更新统冲积层及第四系残积层，下伏基岩为白垩系(K)泥质粉砂岩。结合各种试验结果，拟建场地内埋藏地层自上而下依次描述如下：
1.1人工填土(Qml)①：属素填土，黄褐色，主要由粘性土混少量砾沙等组成，未完成自重固结，密实度不均，系新近人工堆填，稍湿，结构松散。层厚0.4~5.50m。
1.2第四系新近湖积(Q4l)淤泥②：灰褐，深灰色，具腥臭味，摇振无反应，切面光滑，干强度及韧性高，呈饱和流塑状态。层厚0.3~1.50m。
1.3第四系上更新统冲积层(Q3al)：
1.3.1粉质粘土③：褐黄色，含5%~15%的石英质粉细砂，层理特征不明显，湿~稍湿、可塑~硬塑状态，切面较光滑，干强度及韧性中等。层厚为2.10~6.90m。
1.3.2粉砂④：褐黄，黄色，粉砂为主，含粘性土约20%~30%，分选性较好，成分多为石英质，含云母，呈很湿~饱和，松散~稍密状态。层厚为0.5~5.0m
1.3.3圆砾⑤：灰黄，灰白色，以石英质粗砂及圆砾为主，含卵石约20%~30%，颗粒多为圆形及亚圆形，成分为石英质，多以中粗砂充填，含粘性土约5%~20%，饱和，中密~密实状态，层理特征部明显。层厚0.20~1.30m。
1.4第四系残积(Qel)粉质粘土⑥：褐红色，具有少量铁锰质氧化物侵染，偶见石英沙砾，硬塑~坚硬状，由泥质粉砂岩原地风化残积而成，切面较光滑，干强度及韧性中等。场地内各钻孔均遇见该层，层厚为0.2~1.30m。
1.5白垩系(K)泥质粉砂岩：褐红，紫红色，局部夹有灰白色条纹，主要成分为石英、长石及粘土矿物，泥质胶结，粉细粒结构，厚层状构造，具浸水易软化，失水易干裂，崩解的特性。本次勘察揭露强、中、微风化三带，描述如下：
1.5.1强风化泥质粉砂岩⑦：紫红色，泥质粉砂结构，厚层状构造，节理裂隙发育，岩芯呈碎块状、短柱状，岩芯偶见铁锰质浸染，属极软岩，岩体基本质量等级为V级。各钻孔均遇见，其顶面埋深为7.95~13.20m，相当于标高23.61~29.72m，层厚0.25~6.8m。
1.5.2中风化泥质粉砂岩⑧：紫红色，偶夹灰白色，泥质粉砂结构，厚层状构造，节理裂隙较发育，岩芯呈短柱状，岩芯偶见铁锰质浸染，局部夹含少量砾石，局部水平层理明显，RQD=65~90，属极软岩，岩体基本质量等级为V级。各钻孔均遇见，其顶面埋深为8.20~15.60m，相当于标高21.68~27.88m，层厚12.70~20.30m。
1.5.3微风化泥质粉砂岩⑨：紫红色，偶夹灰白色，泥质粉砂结构，厚层状结构，节理裂隙不发育，岩芯呈柱状~长柱状，岩芯偶见铁锰质浸染，局部夹含少量砾石，局部水平层理特征明显，RQD=85~90，属软岩，岩体基本质量等级为IV级。各钻孔均遇见，其顶面埋深为27.50~29.60m，相当于标高5.08~10.22m，钻入厚度5.40~16.50m，层厚不详。
1.3 水文地质条件
勘察期间，场地各钻孔均遇见地下水，其地下水类型属于潜水，主要赋存于粉砂④、圆砾⑤及强风化泥质粉砂岩⑦中，受大气降水和地表水补给，水量大，地下水水位随季节变化而变化。勘察期间测得其稳定水位埋藏深度为3.95~8.22m，相当于标高30.20~30.41m。
场地中的第四系上更新统冲积层(Q3al)圆砾④属强透水性地层，是拟建场地内的主要含水层，也是本次进行隔水帷幕施工的地层。
根据本次勘察结果，拟建场地地下水水质对砼结构不具腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性，建议按相关规范采取防护措施。
1.4 影响基坑的评价及分析
根据已完成的钻探、物探等勘察工作，拟建场地内及其周边未见活动断裂、采空区、地面沉降等影响场地稳定性的不良地质作用。
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)及《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，拟建场区抗震设防烈度为6度，设计地震基本加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。本次勘察于钻孔Jz-III07-50、Jz-III07-96号进行了剪切波速测试，根据本次剪切波速测试结果，按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中的有关规定：场地土类型属中软~中硬土，建筑场地类别为II类，设计特征周期值为0.35s。场地在6度地震烈度区内粉砂层属于第四系晚更新统地层，属不液化地层，但应考虑淤泥层的震陷影响。
根据本次勘察结果，参照《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)及《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)等规程规范，场地内进行支护设计所需各地层工程特性指标建议采用表1值：

表11 场地各岩土层设计参数表

指标
地层
天然重度
r（KN/m3）
承载力特征值fak(kPa)
压缩模量
Es1-2（MPa）
抗剪强度

渗透系数K
（cm/s)
砂浆与岩土体间粘结强度特征值（kPa）
内摩擦角
Φ（度）
粘聚力
C(kPa)
人工填土①
18.0~19.0
40~60

8~10
10~15
3.5x10-2~5.5x10-3
10~15
淤泥②
13.5~14.5
10~20
1.0~1.5
6~8
8~10
3.0x10-6~5.0x10-6
10~12
粉质粘土③
19.0~20.0
180~200
5.5~7.0
16~18
20~30
4.0x10-5~5.0x10-5
20~30
粉砂④
19.5~20.5
140~160
15~18
28~32

4.0x10-5~5.0x10-5
40~60
圆砾⑤
25.0~27.0
350~500
20~30*
32~36

1.0x10-2~5.0x10-2
120~160
粉质粘土⑥
19.5~20.5
200~240
6.0~8.0
16~20
20~30
4.0x10-5~5.0x10-5
30~40
强风化泥质粉砂岩⑦
21.0~22.0
400~500
120~160*
30.0~33.0
120~180

80~100
中风化泥质粉砂岩⑧
24~25
1000~1800

36.0~38.0
300~400

150~180
微风化泥质粉砂岩⑨
24.5~25.5
1800~2400

37.0~39.0
600~800

160~220
注：带*的数值为变形模量

第二章 设计依据及设计原则
2.1 基坑设计依据
2.1.1设计所采用的相关技术规范规程
本次基坑支护工程设计遵循下列技术标准：
《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)
《建筑基坑工程技术规范》(GB50086-2001)
《长沙市挡土墙及基坑支护工程设计、施工与验收规程》(DB43/009-1999)
《基坑土钉支护技术规程》(CECS96:97)
《建筑地基基础设计规范》(GBJ50007-2002)
《土层锚杆设计规范》 (CECS22：90)
《锚杆喷射混凝土技术规范》(GB50086-2001)
《混凝土结构设计规范》 (GBJ10-89)等规范规程。
2.1.2 相关的资料
由中铁第四勘察设计院集有限公司提供的武广客运专线新长沙站配套工程 新长沙站西端明挖区基坑支护结构施工图以及湖南勘测设计研究院提供的新长沙站附近的勘察资料。
2.2 基坑设计原则与设计思路
2.2.1 设计原则
支护结构设计应根据区间所处的地理位置、与周围建筑物的关系、基坑规模及开挖深度、工程地质与水文地质条件、施工期间对地面交通和周边环境的影响、施工技术、施工工期等因素，通过多方案经济技术比选，确定安全可靠、技术可行、施工方便、经济合理的支护方案，采用不同区段和重点部位重点加固。即在满足安全的要求与可行性的前提下，使基坑支护系统的总投资为最小。
本工程基坑支护结构属临时性支护结构，根据建设部标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)，本工程基坑侧壁安全等级为二级；根据湖南省地方标准《长沙市挡土墙及基坑工程支护设计、施工与验收规程》(DB43/009-1999)，本工程重要性等级为二级。
2.2.2 基坑支护设计思路
基坑工程是一个临时性支护的复杂系统，影响因素众多，各因素间又相互影响和约束。因此，在满足经济合理的基础上对支护方案的优化设计是很关键的。一般在选择一个合理的支护方式时必须先充分了解并分析场地工程地质情况、周边的环境情况以及业主的要求初选多个可能最优的方案，然后再根据各种约束条件对这些方案进行细部设计，接着套用定额和市场价格分别计算工程量和造价，根据造价最优的原则选出最优方案，最后根据选定的方案进行更进一步的设计。
从经济的角度出发，应该首先考虑放坡开挖。如果基坑周围场地允许，邻近基坑边无重要的建筑物或地下管线，放坡开挖是最佳的选择。但当开挖深度超过4~5m时，宜采用分级放坡或局部放坡。如果场地不具备放坡的条件，在开挖之前可以适当的卸去表层一定厚度的土体，这样对后续的支护起较好的作用。
如果基坑较浅并且其周围不具备放坡条件，但具备重力式挡土墙的施工宽度，可以优先考虑重力式挡土墙结构；但在土层较差或厚度较大时，特别是软塑~流塑土层，宜选择水泥土搅拌桩墙挡土结构。一般水泥土桩可以做成格构式排列比较经济。
若基坑周围不具备放坡条件及挡土墙的施工宽度时，并且地层主要为粉土、砂土或杂填土等时，我们可以考虑采用土钉或喷锚支护结构加井点降水，这样会具有良好的经济效果，如果施工组织的比较好，还可以显著缩短工期。这种支护方法一般适用的边坡高度小于12m，但当土体内富含地下水或者可塑以下的软土厚度超过3m，不宜采用喷锚支护结构。同样在建筑物较多的城市基坑工程施工时，由于锚杆的长度比较长，可能会超过施工的许可范围延伸至邻近建筑物的基础，这时可以选择基坑内撑排桩式支护型式。一般情况下，如果是前面所述的基坑，我们常常还可以采用桩锚支护结构加井点降水，前提是锚杆的锚固端有较好的土层。
在遇到场地与环境都比较复杂的地层时，我们可以优先考虑采用组合式支护结构，对不同区段和重点部位进行重点加固，以求达到最优的支护效果。
除了上述的支护方法外，我们还可以根据不同的场地条件采用拱型支护、逆作法开挖与支护、地下连续墙、悬臂式支护等方法。
由于大多数的基坑支护都属于临时性的支护，它的工作状态处于比较复杂的系统中，所以应该尽可能多的考虑其不确定性的因素以及其发生事故后的应急措施；另外一个很关键的环节就是对基坑的工作状态进行动态监测和控制，及时反馈监测结果以便进行动态支护，防止异常事故的发生。
一般每个地区的地层都有其独特的地质情况，所以我们在基坑支护选型时都要先熟悉当地常用的支护方法，然后再参照邻近建筑的基坑设计和施工方法，选择出最优的支护方案。

第三章 基坑支护方案论证
拟建建筑物基坑条件：目前工程场地远离市区，周围地势开阔，主要为农田、水塘及即将拆迁的民居，无重要的建(构)筑物及地下管线，主体结构建在相对标高为17.12~18.29m深度范围内的强风化粉砂质泥岩上，开挖范围内的土层主要为硬塑粉质粘土、粉细砂、卵石、残积粘性土及强风化岩，地质条件相对单一。
3.1 基坑方案选择
根据地质条件与周边环境条件，基坑支护方案可以采用放坡开挖、挡墙支护、喷锚支护、土钉墙、桩锚支护、护臂桩及地下连续墙等等。由于本基坑地质条件与环境条件相对比较简单，采用地下连续墙、护臂桩等造价太高，初步拟定采用放坡+土钉墙支护、桩锚支护、喷锚及桩锚支护对基坑进行支护。
3.1.1 放坡开挖
放坡开挖的适用条件是周围比较开阔，允许周边有较大的变形，基坑地面在地下水位以上，或采取降水以后基坑地面在地下水位以上。可独立使用或联合其它支护方法共同使用。放坡开挖一般土方开挖量很大，所以需要综合各方面考虑其适用性。
由于本工程是地铁项目的基坑支护，所以其支护是沿线性分布的，根据其主体结构的位置与不同的地面标高，本工程基坑支护深度为10.81~18.83m、10.73~10.82m、7.13~7.68m不等。由于场地在市郊，无其它不利放坡的因素存在，所以可以采用分级放坡开挖，但由于开挖后基坑深度比较大，需要配合其它的支护方式进行复合式支护。放坡的坡度根据当地的经验和规范取偏于安全的值。
3.1.2 土钉支护
土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种挡土技术，由于经济、可靠且施工快速简便，是很多基坑支护的首选方案之一。土钉支护适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等，对于淤泥质土、饱和软土应采用复合型的土钉墙支护。
土钉墙支护是通过沿土钉通长和周围土体接触形成复合体。在土体发生变形的条件下，通过土钉与土体接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并通过受拉工作面给土体约束加固，提高整体稳定性和承载能力，增强土体变形的延性。它是原位土中的加筋技术，是在从上至下的开挖过程中将土钉置入土中，形成以土钉和它周围加固了的土体为一体的类似重力式挡土墙结构。土钉墙支护是边开挖边支护，流水作业，不占独立工期，施工快捷。材料用量少，土钉材料用量远低于桩支护和连续墙支护，经济效果好，比一般的锚杆支护节约总造价10%～30%。施工设备简单，操作方便，施工所需场地小，工程量小。土体位移小，采用信息化施工，发现墙体变形过大或土质变化，可及时修改、加固或补救，确保施工安全。
为了防止地表水渗透对喷射混凝土面层产生压力，并降低土体强度和土体与土钉之间的界面粘结力，土钉支护在一般情况下都必须有良好的排水系统。施工开挖前要先做好地面排水，设置地面排水沟引走地表水，或设置不透水的混凝土地面防止近处的地表水向下渗透。在开挖施工时，设置坡内排水管排走土体内的地下水。在基坑底部应设排水沟和集水井，排水沟需防渗漏，并离开面层一定距离。
土钉支护也有其缺点和局限性，主要有：
①现场需有允许设置土钉的地下空间。当基坑附近有地下管线或建筑物基础时，在施工时会存在影响。
②在松散砂土、软塑、流塑粘性土，以及有丰富地下水源的情况下不能单独使用土钉支护，必须与其它的土体加固支护方法相结合。尤其在饱和粘性土及软土中设置土钉支护更需特别谨慎，土钉在这些土中的抗拔力低，需要有很长很密的土钉，软土的徐变还可使支护位移量显著增加。
③土钉支护如果作为永久性结构，需要专门考虑锈蚀等耐久性问题。
根据本工程的条件，除了基坑下部的基岩层，其它各段都可以运用土钉进行支护；由于主体结构的深度比较大，所以需对基坑进行分级开挖支护，同时加强监测手段，通过结果反馈及时调整方案。
3.1.3 排桩式锚杆挡墙支护
桩锚支护是指它的一端与挡土桩联结，另一端锚固在地基的土层中，以承受结构物或挡土桩，墙承受的侧压力，它利用了地层的锚固力维持桩、墙的稳定。它对于一般粘土、砂土地区都可以使用，目前特别是对于难以采用支撑的大面积、大深度的基坑，地下铁道的车站、大型地下商场、地下停车场等更有实用意义。
它的工作原理是：当挡土桩受土压力，水压力及上部荷载后产生侧压力，锚杆通过非锚固段钢筋传到锚固段，即将拉力传到土层；锚固段钢筋与水泥浆通过握裹力，产生水泥与土层间的剪力，锚杆通过两者间剪力起作用；锚固段长度与抗剪强度，产生锚杆的抗拔力。若抗拔力乘以安全系数大于桩侧压力所产生的锚杆轴向力，支护结构体系就会安全稳定。
锚杆层数取决于支护结构的截面和其所承受的荷载，要考虑挖土后未做锚杆时支护结构所能承受的最大弯矩。为了不致引起地面隆起，最上层锚杆的向上垂直分力应不小于上面的覆土重量。在可能的情况下，以少设锚杆层数为好。
锚杆的水平间距取决于支护结构承受的荷载和每根锚杆能够承受的拉力值。在支护结构荷载一定的情况下，锚杆水平间距越大，每根锚杆承受的拉力越大；而间距过小则易产生群锚效应，因此需要计算确定。
锚杆倾角的大小影响锚杆水平分力与垂直分力的比例，也影响着锚杆锚固段与非锚固段的划分，此外，对锚杆的整体稳定性和施工方便与否也有影响。一般为15°~25°。
根据《建筑基坑支护规程》规定，锚杆的水平间距不宜小于1.5m，垂直间距不宜小于2m，锚杆锚固体上覆土层厚度不宜小于4m，锚杆倾角宜为15°~25°，且不应大于45°。
本基坑工程深度最小的都有7.13m，根据一般的经验，完全可以使用桩锚支护方案，但参考周围的环境条件，这种支护手段在本工程中的造价比较高。
3.1.4 喷锚支护(土层锚杆)
土层锚杆是一种埋入土层深处的受拉杆件，它一端与工程构筑物相连，另一端锚固在土层中，通常对其施加预应力，以承受由土压力、水压力或风荷载等所产生的拉力，用以维护结构的稳定。在岩石层或土质较好的地区，以外拉方式用锚杆锚固支护结构的围护墙，可便利基坑土方开挖和主体结构地下工程的施工，对尺寸较大的基坑一般比较经济。
喷锚支护一般由锚头、锚头垫座、钻孔、防护套管、拉杆(拉索)、锚固体以及喷射混凝土面板等组成。锚杆根据潜在滑裂面，分为自由段(非锚固段)和锚固段；在表面用锚头和面层钢筋网连在一起，组成一个支护整体。锚杆的自由段处于不稳定地层中，一旦土层滑动，拉杆利用其伸缩的功能将锚头所承受的荷载传替到锚固段。锚固段处在稳定的地层中，它通过与土层的紧密接触将锚杆所承受的荷载分布到周围的土层中去。
锚杆的布置和桩锚支护的一样，采用地方经验或者根据规范规程确定。
如果条件允许，可以采用土层锚杆配合其它的支护方法组成复合支护方法，不但效果好，同时也比较经济。
3.2 止水方案选择
本基坑支护工程的含水层主要是圆砾层，为了主体结构施工的安全，必须进行止水帷幕。一般常用的止水帷幕的方法有：深层搅拌桩、井点降水、高压旋喷桩、水泥土桩等。根据长沙的地质条件，在粉砂、圆砾地层中，机械搅拌相对比较困难，因此可以考虑采用喷射注浆或者井点降水等方法达到止水或降水。对于地表水可以采用设置排水明沟，集水井等措施。
高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20Mpa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体。固结体一般分为旋喷、定喷、摆喷三种型式。
旋喷法施工时，喷嘴一面喷射一面旋转并提升，固结体呈圆柱状；定喷法施工时，喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向固定不变，固结体形如板状或壁状；摆喷法施工时，喷嘴一面喷射一面提升，喷射方向呈较小角度来回摆动。
它的特点是：适用范围广；施工方便；可控制固结体形状；可垂直、倾斜和水平喷射；耐久性较好；料源广阔；设备简单；
高压喷射注浆法的基本工艺类型有：单管法、二重管法、三重管法和多重管法。
单管摆喷注浆法是利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置以20Mpa左右的压力把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的摆喷和提升运动，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间凝固。
双管摆喷注浆法是当二重注浆管进入土层预定深度后，通过在管底侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。喷嘴一面喷射一面提升。
三重管法是使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压装置产生20MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的孔隙，再另由泥浆泵注入压力为2～5MPa的浆液填充，喷射作旋喷和提升运动。
井点降水是在基坑的周围埋设深于基底的井管，通过设置在井管内的潜水泵将地下水抽出，使地下水位低于基坑。井点制作、降水设备及操作工艺、维护均较简单，施工速度快；但一次性投资大，成孔质量要求严格。一般钻孔后还需进行清洗滤井，冲除沉渣，保持滤网的畅通。
3.3 最终方案综合论证
3.3.1 技术性比较
四种支护方案均是可行的，在工程实践中四种方法的施工技术已相当成熟，并广泛使用在各种类型的基坑支护中。但是各种方法还是有它们的不足之处，比如放坡开挖，它的土方开挖量很大，并受场地周围环境的影响；土钉墙支护，一般只用于小于12m的基坑中，在城市中的深基坑支护中，它容易产生较大的变形并且强度往往不够，容易对周边的建筑物造成危害，但它的施工灵活方便，对于临时性基坑支护比较经济。桩锚支护的适用性最广，在各种复杂的基坑中，它往往是首选的方案，支护效果好，常用于永久性的基坑、道路边坡支护中，但施工相对比较复杂，相对造价也很高。喷锚支护在基坑支护中用的也比较多，常与排桩支护一起使用，控制变形能力强，但当基坑的条件不是很复杂，同时用土钉支护效果不佳时，喷锚支护常常是比较好的方案之一。它可以根据地质和环境条件的不同而设计出合适的支护方案，比如使用锚索、增加锚杆长度或使用预应力锚杆等等。
由于本基坑工程止水的地层主要为圆砾含水层，地下水位深度不是很深，考虑到工期比较长，井点降水持续的时间也长，造价比较高，同时它的成孔工艺较复杂。所以考虑使用三重管法旋喷注浆止水，因为三重管法施工产生的压力大，在圆砾层的穿透力强，止水效果明显。
3.3.2 经济性比较
设计方案一：基坑的Z3CK25+030.32~+104.24、Z3CK25+302.15~332.63和Y3CK25+050区段设计为桩锚支护，桩径800mm，桩中心距2000mm；其它区段设计喷锚支护。
设计方案二：放坡+土层锚杆。根据基坑各区间的深度，部分区间分二级开挖，根据地层情况采用的坡比为1：0.3~1：1；对各放坡设计为喷锚支护。
设计方案三：复合土钉支护。根据基坑各区间的深度，部分区间分二级开挖，根据地层情况采用的坡比为1：0.3~1：1；根据地层情况，上部的土层设计为土钉墙支护，下部的风化岩石层采用锚喷支护。
各主要设计参数、工程量和材料费用预估如表3-1.
表3-1主要设计参数，工程量及造价估算
方案
上部桩锚，下部放坡锚喷
喷锚网+放坡
上部土钉墙，下部锚喷
主要参数
桩根数60根，桩直径0.8m
桩间距2.0m，桩长度12m
锚杆1147根Φ25，长8m

1678Φ28锚杆长8m
钢筋网Φ8@200mm
网喷面积为9843m

土钉：25.23t
锚杆：35.31t
网喷面积为9843m
工程量估计
桩芯混凝土量361.73m
土石方量65915m
网喷面积为9500m
钢筋35.33t
锚杆钢筋64.84t
网喷面积为9843m
土方量70915m
土方量70915m
钢筋56.67t
网喷面积9843m

单价
混凝土1500 元/m3
桩土方施工150元/m
网喷600元/ m2
钢筋约为3300元/t
钢筋约为3300元/t
网喷600元/ m2
土石方开挖12元/m
混凝土1500 元/m3
钢筋约为3300元/t
网喷400元/ m2

方案
上部桩锚，下部放坡锚喷
喷锚网+放坡
上部土钉墙，下部锚喷
总造价
混凝土542595 元
土石方开挖898980元
钢筋116589元
网喷5700000元
土石方开挖850980元
钢筋213965元
网喷5905800元

土石方开挖850980元
钢筋187011元
网喷5905800元

总计7258164元
总计6970745元
总计6943791元

结论：
经过技术和经济的综合比较，决定采用设计方案三：
西端区间处于新花侯路下穿道和西广场地下商业开发范围的区间基坑在上部基坑开挖完成后进行，里程范围：Z3CK25+104.24~ Z3CK25+332.63，本范围基坑开挖采用放坡开挖，一级或二级放坡，坡面采用喷锚支护。
西端的其它地段，里程范围Z3CK25+030.32~+104.24和Y3CK25+050，采用土钉墙支护，土钉墙分二级开挖；土钉墙段基坑下部处于中风化岩层中的边坡采用喷锚支护。
基坑内部局部主体结构间距较大的部位，保留中央土体不开挖，该部分土体小于6m的采用自稳边坡坡面喷混凝土护坡，大于6m的采用锚喷支护。
在土钉墙支护段，沿基坑周边施作止水措施。
由于本基坑工程止水的地层主要为圆砾含水层，三重管法施工产生的压力大，穿透力强，止水效果明显，所以决定采用三重管法旋喷注浆止水。

第四章 基坑支护结构设计及其计算(验算)
4.1 设计计算参数及其分析
4.1.1土钉支护的计算公式
4.1.1土钉支护的计算
(1) 土压力计算理论
对于碎石土及砂土：
(a) 当计算点位于地下水位以上时
(1)
(b) 当计算点位于地下水位以下时：
(2)
式中 ——第层的主动土压力系数；
——作用于深度处的竖向应力标准值；
——三轴试验(当有可靠经验时可采用直接剪切试验)确定的第层土固结不排水快剪粘聚力标准值；

109

——计算点深度；
——计算参数，当时，取，当时，取；
——基坑外侧水位深度；
——计算系数，当时，取1，当时，取零；
——水的重度。
对于粉土及粘性土：
当按以上规定计算的基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时，应取零。
(c) 基坑外侧竖向应力标准值可按下列规定计算：
(3)
(d)计算点深度处自重竖向应力：
(e)计算点位于基坑开挖面以上时：
(4)
式中 ——深度以上土的加权平均天然重度。
(f)计算点位于基坑-+开挖面以下时：
(5)
式中 ——开挖面以上土的加权平均天然重度。
(g)当支护结构外侧地面作用满布附加荷载时图，基坑外侧意深度附加竖向应力标准值可按下式确定：
(h)当距支护结构外侧地表作用有宽度为的条形附加荷载时图基坑外侧深度CD范围内的附加竖向应力标准值可按下式确定：
(6)
(i)上述基坑外侧附加荷载作用于地表以下一定深度时，将计算点深度相应下移，其竖向应力也可按上述规定确定。
(j)按经验折算成经验分布

(7)

(2) 土钉长度的设计计算
基坑土体自稳高度
(8)
各层土钉的最大拉力或设计内力值
(9)
(10)
式中——荷载折减系数；
——土钉与水平面的夹角；
——地面超载(kPa)；
——分别为土钉的水平距离和垂直距离；
——开挖面与水平面的夹角；
——重要性系数，这里取1.0。
各排土钉的长度应满足
(11)
式中——土钉轴线与倾角所得斜线的交点至土定外端点的距离；
——一般取0.2m；
——土钉的局部稳定性安全系数,基坑较深取1.3；
——土钉孔径；
——土钉与土体间的界面粘结强度。
(3) 土钉截面计算:
钢筋横截面直径
(12)
(4) 土钉抗滑稳定性验算
土钉墙宽度
(13)
作用在墙底断面上的抗滑合力
(14)
作用在墙后滑移合力为土体主动土压力
(15)
抗滑安全系数要满足:
(16)
(5) 抗倾覆稳定性验算
抗倾覆