目录
前言 (1)
第一章工程概况 (2)
第一节工程概述 (2)
第二节工程地质条件 (2)
一、气象概况 (2)
二、地形地貌 (2)
三、工程地质 (2)
第三节水文地质条件 (4)
一、地下水类型 (4)
二、地下水的腐蚀性评价 (4)
第四节抗震设计 (5)
第五节护坡设计参数 (5)
第二章基坑支护结构设计 (6)
第一节施工方法的论证 (6)
第二节围护结构型式的选择 (6)
一、基坑等级及变形控制标准 (6)
二、基坑围护结构方案比选 (6)
三、钢支撑和锚索施工比较 (7)
第三节基坑支护中荷载的计算 (8)
一、荷载与组合 (8)
二、水平荷载标准值 (8)
三水平抗力标准值 (9)
第四节护坡桩设计 (10)
一、嵌固深度计算 (10)
二、钢筋混凝土桩设计 (16)
三、施工方案设计 (19)
第五节锚杆设计 (19)
一、计算锚杆承载力 (20)
二、锚杆自由长度计算 (21)
三、锚杆锚固段长度计算 (21)
四、锚杆参数最终确定 (21)
第三章钻孔灌注桩施工 (23)
一、泥浆护壁施工法 (23)
二、钻孔灌注桩常见施工问题 (24)
第四章基坑稳定性验算 (26)
第一节整稳定性验算 (26)
第二节抗倾覆稳定性验算 (26)
第三节抗滑移稳定性 (27)
第四节坑底土隆起稳定性验算 (27)
结论 (29)
致谢 (30)
参考文献 (31)
附图一拟建场地平面及桩的布置图
附图二围护桩配筋图
附图三基坑坑壁剖面图
中国地质大学（北京）本科毕业设计
前言
基坑工程是指建筑物和构筑物的地下结构部分施工时，所进行的基坑开挖、工程降水和基坑支护，同时，对周围的建筑物、构筑物、道路和地下管线进行监测和维护，以确保正常、安全施工的综合性工程。
一般情况下，基坑支护是临时措施，地下室主体施工完成时支护体系即完成任务，与永久性结构相比临时结构的安全储备要求可小一些，由于其安全储备较小，因此具有较大的风险性。岩土工程区域性很强，岩土工程中的基坑工程区域性更强，如软粘土地基、软土地基、砂土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很大，同一城市不同区域也有差异。基坑工程的支护体系设计施工和土方开挖都要因地制宜，根据本地情况进行。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质和水文地质条件有关，还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件等有关，这就决定了基坑工程具有很强的个性。
正是由于基坑工程具有很强的区域性和个性，因此根据不同的区域和个性特征，研究相应的基坑稳定性、支护结构的内力及变形以及周围地层的位移对周围建筑物和地下管线等的影响及保护的计算分析，以便采取经济、实用的基坑支护方案，就具有重要的理论意义和实际效益。与分析、计算方法的进步相对应的是基坑开挖技术，特别是支护技术的日臻完善，并出现了许多新的支护结构形式与稳定边坡的方法。
本文结合北京市地铁八号线01标段(西三旗车站)地下结构挖方工程，根据基坑地质条件和周围环境的特殊性，选择钢筋混凝土灌注桩加锚杆的基坑开挖围护方案，并对组合围护结构体系进行了设计计算。依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99）等规范，采用整体等值梁法的计算方法计算桩长、支点内力、最大弯矩；对混凝土灌注桩进行结构设计与验算，确定桩径、桩身配筋；对冠梁与腰梁进行结构设计。最终编制了基坑开挖围护设计方案。
本科毕业设计
第一章工程概况
第一节工程概述
工程名称：北京市地铁八号线01标段(西三旗车站)基坑开挖支护工程。工程照片见下图：
图1-1工程实际照片
工程概况：西三旗站是北京地铁8号线二期工程第三座车站，位于西三旗路和西三旗东路十字路口处。在西三旗东路下南北向布置，为8号线首批开工车站。
车站所处十字路口东北角有北新家园、新康园小区、建材城西里小区和新材医院；东南角为北新建材集团，规划为商业用地；西北角为中国石油天然气集团直属机关党校、新龙批发市场；西南角有育新花园小区、首师大附属育新学校。
西三旗路交通繁忙，路下管线复杂，道路规划红线宽45m，主路宽16m，双向4车道，路口西侧局部段双向6车道，目前已经实现规划；西三旗东路规划红线宽40m，路口北段现状道路宽10m，路口南段现状道路宽4m，未实现规划。
第二节工程地质条件
一、气象概况
北京地区属于温暖带大陆性半湿润—半干旱季风气候，受季风影响形成春季干旱多风、夏季炎热多雨、秋季秋高气爽、冬季寒冷干燥、四季分明的气候特点。近几年平均气温为12.5℃～13.7℃，极端最高气温42.2℃，极端最低气温-15℃。全市多年平均降水量为626mm，降水量的年变化大，年内分配也不均，汛期（6～8月）降水量约占全年降水量的80%以上。旱涝的周期性变化较明显。
二、地形地貌
本合同段线路位于永定河冲积扇的中下部，土层以新沉积层、第四纪冲洪积沉积土层为主。拟建工程所处地势基本平缓，地面以市政道路为主，路面平坦，地面标高为37～40m。
三、工程地质
施工场地范围内的土层主要有人工填土层、新近沉积层、一般第四纪冲洪积沉积层。车站主要位于粉土和粘土层，底板位于粉质粘土层。
钻孔孔口地面高程介于3.40m～5.05m，平均3.71m。场地照片如下图1-2：
图1-2场地照片
根据野外钻探资料，拟建场地从上至下分布的地土层为：
1、人工填土层：
粉质粘土素填土①层：黄褐色，稍湿，稍密，以粉质粘土为主，含少量碎砖屑、植物根等，结构松散，无层理。
粉土素填土①2层：黄褐色，稍湿，稍密，以粉土为主，含少量碎砖屑、植物根等，结构松散，无层理。
建筑垃圾杂填土①6层：杂色，稍湿，稍密～中密，以碎石块、水泥块为主，砂、石及粘性土充填。
新近沉积层：
粉质粘土②层：黄褐色，软塑～可塑，含氧化铁、氧化锰，土质结构差，无层理。
粉土②2层：黄褐色，稍湿～湿，稍密，含氧化铁、氧化锰，土质结构差，无层理。
2、一般第四纪冲洪积沉积层：
粉质粘土③层：黄褐～褐黄色，可塑，含氧化铁、云母。
粉土③2层：黄褐～褐黄色，稍湿～湿，稍密～中密，含氧化铁、氧化锰等、云母、钙质结核等。
粉质粘土④层：灰黄～褐灰色，可塑，含氧化铁、云母，少量有机质等。
粉土④2层：灰黄～褐灰色，稍湿～饱和，含氧化铁、云母，少量有机质等。
细砂④4层：灰黄～褐灰色，湿～饱和，主要矿物成分是石英、长石、云母。
粉质粘土⑤层：褐黄色，可塑，含氧化铁、云母等。
粉土⑤2层：褐黄色，湿～饱和，中密～密实，含氧化铁、云母等。
粉砂⑤3层：褐黄色，湿～饱和，中密，主要矿物成分是石英、长石、云母。
细砂⑤4层：褐黄色，湿～饱和，密实，主要矿物成分是石英、长石、云母。
粉质粘土⑦层：黄灰～褐灰色，可塑，含氧化铁、氧化锰等。
粉砂⑧3层：灰褐～黄褐色，饱和，密实，主要矿物成分是石英、长石、云母。
粉质粘土⑨层：灰黄～褐黄色，可塑，含氧化铁、云母等。
粘土⑨1层：灰黄～褐黄色，可塑，含氧化铁、云母等。
粉土⑨2层：灰黄～褐黄色，湿～饱和，密实，含氧化铁、云母等。
细砂⑨4层：灰黄～褐黄色，密实，主要矿物成分是石英、长石、云母。
粉质粘土⑩层：褐灰色，可塑，含氧化铁、云母，少量有机质等。
粘土⑩1层：灰褐～褐灰色，可塑，含氧化铁、云母，少量有机质等。
粉土⑾2层：褐黄色，饱和，密实，含氧化铁、云母。
粉砂⑾3层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。
中砂⑾5层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母，含少量圆砾。
粗砂⑾6层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。
圆砾⑾8层：杂色，饱和，密实，一般粒径2～3mm，最大粒径2cm，圆砾含量约60％，含少量卵石，主要母岩成分为岩砂、砾岩，中粗砂充填。
卵石⑾9层：杂色，饱和，密实，一般粒径2～3cm，最大粒径5cm，卵石含量约60％，主要母岩成分为砂岩、砾岩，中粗砂充填。
粉质粘土⑿层：褐黄色，可塑，含氧化铁、云母、钙质结核。
粘土⑿1层：褐黄色，可塑～硬塑，含氧化铁、云母、钙质结核。
粉土⑿2层：褐黄色，湿～饱和，密实，含氧化铁、云母等。
细砂⑿4层：褐黄色，湿～饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。
粉砂⒀3层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。
粉质粘土⒁层：褐灰～褐黄色，可塑，含氧化铁、钙质结核。
粘土⒁1层：褐灰～褐黄色，可塑～硬塑，含氧化铁、钙质结核。
粉土⒁2层：褐灰～褐黄色，饱和，密实，含氧化铁、云母、钙质结核。
中砂⒂5层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。
粉质粘土⒃层：褐灰～褐黄色，可塑，含氧化铁、云母、钙质结核，见少量螺壳。
粘土⒃1层：褐灰～褐黄色，可塑～硬塑，含氧化铁、云母、钙质结核，少量有机质。
粉土⒃2层：黄褐～褐灰色，饱和，密实，含氧化铁、云母、少量有机质。
细砂⒄4层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。
中砂⒄5层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。
卵石⒄9层：杂色，饱和，密实，亚圆形，最大粒径5cm，一般粒径2～3cm，主要母岩成分为岩砂、砾岩，中粗砂充填。
粘土⒅1层：褐黄色，可塑～硬塑，含氧化铁、云母。
第四节抗震设计
1、抗震设防烈度
根据《中国地震动参数区划图》（GB16306－2001）和《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）附录D及《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）综合考虑，拟建场区的抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.20g。
2、建筑场地分类
本次勘察在XSQC02＃、Z3-XSQ-003＃、Z3-XSQ-009＃和Z3-XSQ-015＃钻孔中分别进行了全孔波速测试，经实测其25m深度范围内土层等效剪切波速值分别为236 m/s、231.86m/s、233.27m/s和228.26m/s，根据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111－2006）第4.0.1条判定，场地土类型为中软土，场地类别为Ⅲ类。
3、液化判别
根据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111－2006）附录B进行判别，拟建场地地面下20m深度范围内的饱和粉土及砂土不液化。
第五节护坡设计参数
地面超载按q=30kPa考虑。
基坑支护后剖面变形按1级控制。
车站深度范围内土层主要参数如下表：
第二章基坑支护结构设计
第一节施工方法的论证
目前国内地铁车站施工主要方法有明挖法、盖挖法、暗挖法，每种方法都有其适用条件及优缺点，结合本车站现场选定站位实际情况，对以下三种方法进行多方面比较，具体优缺点详见下表。
主体及附属皆采用明挖法施工。
第二节围护结构型式的选择
一、基坑等级及变形控制标准
本车站标准段基坑宽度22.3米，基坑深度约18.3米，基坑附近无特殊建构筑物需要防护，根据基坑规模与周边环境条件及《北京地铁8号线二期工程技术要求》，本明挖基坑变形控制等级为一级，基坑变形控制标准为:地面最大沉降量≤0.15%H；围护结构最大水平位移≤0.2%H，且≤30mm。
二、基坑围护结构方案比选
基坑围护结构形式和地下水的治理措施不仅是地下结构施工的需要，也是保证地面建筑物和地下管线安全的关键环节，必须综合治理，统筹考虑方可达到预期目的。
明挖法施工中围护结构的主要型式见下表
（1）施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移，因此对环境和周边建筑物危害小；
（2）大直径钻孔灌注桩直径大、入土深；
（3）对于桩穿透的图层可以在空中作原位测试，以检测土层的性质；
（4）扩底钻孔灌注桩能更好地发挥桩端承载力；
（5）经常设计成一柱一桩，无需桩顶承台，简化了基础结构形式；
（6）钻孔灌注桩通常布桩间距大，群桩效应小；
（7）施工设备简单轻便，能在较低的净空条件下设桩；
（8）钻孔灌注桩在施工中，影响成桩质量的因素较多，质量不够稳定，有时候会发生缩径、桩身局部夹泥等现象，桩侧阻力和桩端阻力的发挥会随着工艺而变化，且又在较大程度上受施工操作影响；
三、钢支撑和锚索施工比较
（一）施工工艺支撑和锚索的施工工艺都比较成熟，在深基坑支护中，挖掘机操作需避让支撑，而锚索不需要。但锚索需要一定的地下空间，这对于市政工程是一的非常的局限条件，并不在任何地方都可以用锚索支护。待基坑施工至基底开始施工结构时，需要向基坑内运输工程材料，在调装的过程中，支撑有着很大的限制与不便。支撑安装工人需要经过专业的培训才可以上岗，危险系数较大。
（二）施工工期支撑施工时土方将不能同时进行开挖，而锚索在到达设计标高以后，可以多台同时作业，这期间土方还可以继续施工，不影响工程进度。但浆液龄期需要大概4天的时间，土方开挖需要给张拉留出工作面。
（三）体系效果从监控量测的数值反映和对比，两种支护体系效果均比较理想，桩体的侧向位移都在3cm以内。
经过比较并根据已对该工程地质条件、基坑开挖深度及周边环境的特点的分析，选择基坑支护方案时充分考虑影响边坡稳定性安全的不利因素，同时兼顾经济、高效的原则，该工程基坑支护方案拟采用钻孔灌注桩加锚杆结合支护。
第三节基坑支护中荷载的计算
一、荷载与组合
结构自重：钢筋混凝土自重按25kN/m3计。
水土侧压力：砂、卵石层水土分算，粘性土层水土合算，施工期间按朗肯公式计算其主动土压力。
施工荷载：按
0=30kP a
σ计。
桩身最大弯矩计算
kN/m
B
C
D
E
F
A 1
图2-8 力学计算简图
剪力为零处弯矩最大，故先求剪力为零点：
桩所受土体均布荷载斜率
142.8
8.146
17.53
k==
所以取max 456.1M kN m =?下面进行钢筋混凝土桩的设计。
截面弯矩设计值为
max 0j 25.1M M γ= （2-11）
式中0γ
为基坑侧壁安全等级重要性系数，查表取1.0。 代入数据，有
j 1.25 1.0456.1627.1kN m M =??=?
依据《地下建筑结构设计》P155
周边均匀配置纵向钢筋挡土灌注桩一般按钢筋混凝土正截面受弯构件计算配筋。对于沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土受弯构件，当截面内纵向钢筋数量不少于6根时，截面抗弯承载力可按下式计算：
33
sin sin 2sin 3t c y s s
M f r f A r παπααππ+=+
为简化计算取
10.75
y s c f A f A
α=+-
（2-12） α
α225.1-=t （2-13）
式中 M ——单桩抗弯承载力(kN m)?；
c
f ——混凝土轴心抗压强度设计值2(N /m m )；
A ——土灌注桩横截面积2(m m )； r ——圆形截面半径(mm)；
y
f ——钢筋抗拉强度设计值2
(N /m m )； s A ——全部纵向钢筋的截面积2
(m m )；
s
r ——纵向钢筋所在圆周的半径(mm)；
α——对应于受压区混凝土截面面积的圆心角与2π的比值； t
α——纵向受拉钢筋截面积与全部纵向钢筋截面积的比值；挡
根据钻孔机械，桩身直径为D 800m m =， 采用C30混凝土，HRB335级钢筋，则 混凝土轴心抗压强度
2
c mm
N 3.14=f
钢筋抗拉强度设计值
2
y y mm
N 300='=f f ,
2
t mm
N 43.1=f
代入公式得0.334α=，0.58
t α=；
再将α值代入式（2-21）求出单桩抗弯承载力M ：