基于flac3D深基坑開挖模擬與支護設計

1、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(xiàn)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(shù)值模擬方法，對基坑開挖、支護結構施工進行全方位的

2、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(jù)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(nèi)支撐為主的多種聯(lián)合支護方案，結合坡頂大面積卸土減載、坑內(nèi)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(nèi)力和配筋，而對卸土減載、內(nèi)支撐結構、坑內(nèi)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(nèi)支撐）施工和基坑主體開挖為順序進行建模計算，最后進行變形量監(jiān)測、分析，輸出樁單元、錨單元

3、的內(nèi)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(shù)值模擬相結合的方式進行參考對比，常規(guī)計算和數(shù)值模擬分析結果非常接近，給出了有效合理的安全系數(shù)。關鍵詞：深基坑支護設計flac3D模擬數(shù)值模擬AbstractWiththeurbanizationprocess,high-risebuildingsandsupertallbuildingsarecontinuouslyemerging.Asaresult,undergroundspacedevelopmentprojectanddeepexcavationprojectbecomemoreandmore.Atthesametime,thes

4、caleandcomplexityofdeepexcavationincreasingbigger.theymakethedesignandconstructionofdeepexcavationtofacegreaterchallenges.Sostructuraldesignanddeformationpredictionofdeepexcavationhasbecomeanimportantresearchissueinthefieldofgeotechnicalengineering.Inthispaper,thedeepexcavationofWandaPlaza,Wuhanisst

5、udied.Andusingsurveydataandstructuraldesignofdeepexcavationrequirementstoselectreasonablefoundationpit,thentoconductthecorrespondingdesign.Themeantime,ascheckingthedeformationofdeepexcavationisadifficultproblems,itusesflac3Dnumericalsimulationmethodtomonitortheprogressofdeeppitsexcavation,constructi

6、on.Thencomparingthedesignresultsofthecalculationandsimulationresultstoobtainedreasonablesupportstructuredesignandcontrolprogramofdeformation.Accordingtotheactualsituationandexplorationdata,theenvelopeoflargediameterpilesconcretepiles,anglebraceandtopbraceonthecombinationofavarietyofinternalsupport-b

7、asedprogramsareselected,combinedwithslopeToplargedumploadsheddingandthereinforcementmeasuresofpitpassivezone.1)Thecalculationpartofthepapermainlyintroducethedesignandcalculationoflargediameterconcretepilesorboredpile,andtherestjustbrieflyintroducethedumpingloadshedding,internalsupportstructure,thepi

8、tdesignofpassivezonestrengtheningandprecipitation.2)Withflac3D,successivelystudythemodelbuilding,settinglargediameterconcretepiles,slopingexcavation,soilnailingconstruction,pre-stressedcable(insteadofinternalsupport)constructionandexcavationforthefoundationpit.Finally,conductthedeformationmonitoring

9、,outputpileelement,theinternalforcedistributionanalysisinanchorageunit.Andthen,providethecorrespondingconclusionsandrecommendations.Inthispaper,conventionalcalculationsandnumericalsimulationmethodsareused.Andtheirresultswereveryclose.Soitcangiveaneffectiveandreasonablesafetyfactorthroughthecombinati

10、onofthesemethods.Keywords:deepexcavationdesignflac3Dnumericalsimulation目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第一章緒論1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第一節(jié)選題思路1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第二節(jié)設計流程1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第二章工程概況及場地工程地質條件3 HYPE

11、RLINK l bookmark14 o Current Document 第一節(jié)工程概況3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第二節(jié)場地工程地質條件4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第三章A-OPQRSA段基坑支護結構設計10 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第一節(jié)設計依據(jù)10 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第二節(jié)設計參數(shù)10 HYPERLINK l bookmark24 o Curr

12、ent Document 第三節(jié)A-OPQRSA段基坑支護方案選擇11 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第四節(jié)A-OPQRSA段基坑減載放坡設計13 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第五節(jié)A-OPQRSA段基坑支護樁設計13 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 第六節(jié)A-OPQRSA段基坑地下水控制方案設計24 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 第四章基于flac3D基坑開挖模擬分析27 HYP

13、ERLINK l bookmark66 o Current Document 第一節(jié)關于flac3D的概述27 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 第二節(jié)基坑維護方案27 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 第三節(jié)計算模型及參數(shù)28 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 第四節(jié)初始應力計算29 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 第五節(jié)支護樁施工31 HYPERLINK l bookmark78 o Cur

14、rent Document 第六節(jié)模擬分層開挖和設定錨桿32 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 第七節(jié)設置采樣記錄變量34 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 第八節(jié)計算結果分析35 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 第五章結論與問題44 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 第一節(jié)結論44 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 第二節(jié)設計過程中存在問題45

15、 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 致謝47 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 參考文獻48 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 附錄49 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，極少涉及基坑的變形計

16、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(xiàn)在國內(nèi)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，因此在國際巖土工程界非常流行

17、，近年來，在國內(nèi)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(shù)。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，最后進行基坑主體開挖繼而進行后處理

18、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(shù)值模擬相結合的方式進行設計分析，首先根據(jù)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(jù)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(nèi)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：圖1設計流程圖第二章工程概

19、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

20、層均為3.8米。本項目設計土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(jù)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(shù)一覽表段號地面標高(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-AB20.909.9011.00A-BCD20.909.9011.00A-QR20.709.3011.40A-DEF20.909.9011.00A-RSA20.709.9010.80A-FG20.6

21、09.6011.00B-MNAB21.0010.8010.20A-GH20.6011.509.10B-BC20.5010.809.70A-HI20.609.9010.70B-CD20.8010.8010.00A-IJ20.609.9010.70B-DE20.8010.8010.00A-JK20.609.1011.50B-EF20.9010.8010.10A-KL20.609.9010.70B-FG20.9010.8010.10A-LM20.609.3011.30B-GHIJ20.9010.8010.10A-MO20.609.9010.70B-JKLL20.9010.8010.10A-OPQ20

22、.709.9010.80B-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(wǎng)密集，北側緊鄰十九中、馬場公寓，東側緊鄰菱湖上品，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(jù)資料顯示，場地內(nèi)無重要的管線工程分布。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(xiàn)場地基本已拆遷整平地勢平緩，地面標高在19.8422.

23、31m之間變化。場區(qū)地層概況根據(jù)勘察鉆探揭露深度范圍內(nèi)，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）單元層屬第四系全新統(tǒng)沖積（Q4ai）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（Q4ai）粉土夾粉砂、粉質粘土層；（4）單元層屬第四系全新統(tǒng)沖積（Q4ai）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(jù)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(nèi)試驗得出地基土層主要物理、力學指標，分層統(tǒng)計

24、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

25、，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Qi0.33.3灰黑流塑飽和分布于少部分地段(原湖塘底)，含少量螺殼、腐殖物、有機質，有臭味。(2-1)粘土Qal40.52.7褐黃黃褐軟流塑飽和場地內(nèi)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Qal45.817.5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Qal40.86.6褐灰軟可塑飽和場地內(nèi)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Qal40.85.5褐灰中密

26、飽和場地內(nèi)部分地段分布，含鐵質氧化物和云母片。(4-1)粉砂Qal40.89.5灰松散稍密飽和含云母、石英等礦物。場區(qū)內(nèi)部分地段分布，層面有一定起伏。(4Ta)粉質粘土夾粉土Qal40.43.6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Qal40.513.2灰色中密(局部密實)飽和含云母、石英等礦物。場區(qū)內(nèi)均有分布，層面埋深較穩(wěn)定。(4-2a)粉質粘土夾粉十Qal423.3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Qal40.214.4灰色密實飽和含云母、石英，局部夾小礫石，該層場區(qū)內(nèi)均有分布，層面埋深較穩(wěn)定。(4-3

27、a)粉質粘土夾粉土Qal40.45.2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Qal+pl40.22.9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Qal+pl40.66.5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(nèi)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

28、狀構造，含砂一泥狀結構，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V級.屬極軟巖。(6)砂礫巖K-E未揭穿灰雜色堅硬干巖芯呈柱狀，礫石直徑1-10cm，綜合評定巖體基本質量等級為V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(shù)液性指數(shù)壓縮系數(shù)壓縮模量快剪三軸剪(UU)無側限抗壓強度靈粘聚力內(nèi)摩擦角粘聚力內(nèi)摩擦角wYewIIaEccq%kN/mowL%pfLa1-2MAPa1sMPakPa度kPa度q0kPa(2-1)粘土n242424242019222299331max429186129057825208006867321359

29、4708min285168084035814103002932135171708u362179104246019705204944219342708(2-2)淤泥質粉質粘土n197197197197171197181181393926228max5921851711677224202140481292928150min32315609183019805104118431114860u434170127041516011508030861616291(2-3)粉質粘土混粉土n13131313913131333max5221811558553194142114903217min3041600949

30、3211050760222348u4081711203419151095061431513(3)粉土夾粉砂、粉質粘土(粉質粘土)n2222222211max475170143549819709508035156min354163112936112808806230156u415166128243016309207133156(4-la)粉質粘土夾粉土(粉質粘土)n555555553333max4121811198433182112076462220192min32017309513391160770472967121u3821761107394150093059371414151(兒刃丿以丿1

31、口一!一)(4-2a)粉質粘土夾粉土(粉質粘土)n1111111111max384174112731610316604250174min384174112731610316604250174u384174112731610316604250174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(nèi)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

32、聯(lián)系，呈互補關系。根據(jù)場地勘察報告，含水層綜合滲透系數(shù)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(jù)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，

33、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(nèi)及附近區(qū)域進行了剪切波速測試及地面脈動測試，根據(jù)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(jù)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II類建筑場地，基巖埋深50m屬III類建筑場地。本場地僅4#樓30#、31#、32#孔地

34、段屬III類建筑場地，其余地段均屬II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，

35、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，(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

36、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、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(jù)不同荷載，結合不同地段地層

37、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，當采用鉆孔灌注樁后壓漿施工工藝時，可根據(jù)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(jù)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(jù)武漢新

38、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基坑工程技術規(guī)程(DB42/159-2004)建筑基坑支護技術規(guī)程(JGJ120-99)混凝土結構設計規(guī)范(GB50010-2002)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(GB50027-2001)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(JG

39、J79-2002)(建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范(GB50497-2009)(15)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(shù)根據(jù)巖土工程詳細勘察報告和湖北省深基坑工程技術規(guī)程，結合相關工程實踐經(jīng)驗，基坑支護設計有關參數(shù)取值見表3-1。根據(jù)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(shù)取值表，圖3-1為A-OPQRSA段基坑周邊涉及地層展開圖。表3-1A-OPQRSA段基坑設計土層基本參數(shù)取值表層號土層名稱重度YKN/

40、M3粘聚力C(kPa)內(nèi)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19.2027118807.64-2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(chǎn)開發(fā)的力度不斷加大，高層建筑越來越多。伴隨著房地產(chǎn)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(lián)合支護被采用的越來越多，基坑支護造價也趨向于更經(jīng)濟合理。根據(jù)本基

41、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(jīng)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3-2A-OPESA段基坑支護方式及優(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(jīng)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。好較長較咼受紅線及地質條件影響，本場地不能使用錨桿。但可米用錨拉樁工藝。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(jīng)驗。但施工周期很長，尤其對后續(xù)施工影響很大。好較長較咼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

42、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米用。較好短低利用本場地周邊較為開闊的條件，對坡頂一定范圍內(nèi)的土方進行有條件卸載，大部分地段可以米用。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。較好較短較咼本場地部分地段可采用。通過比較不難發(fā)現(xiàn)，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(jīng)濟又合理。本場地大部分地段地面下15m范圍內(nèi)均為軟土，最深處達18m，而基坑開挖深度達10m-11m，坑內(nèi)被動

43、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)土體采用攪拌樁改良加固處理是必要的。332支護方案的比選原則首先根據(jù)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。333A-0PQRSA段支護方案的選擇根據(jù)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(lián)合角撐與對頂撐相結合的內(nèi)支撐為主的多種聯(lián)合支護方案。具體支護

44、結構剖面布置圖見圖3-2,分析見表圖3-2A-OPQRSA段支護體系布置剖面圖表3-3A-OPQRSA段支護方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(xiàn)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(nèi)支撐3、坑壁米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(nèi)分布有深厚軟土層，對支護體系的安全及經(jīng)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(nèi)土體整體卸載。針

45、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(nèi)采用放坡卸載，以減少主動區(qū)土壓力，坡中設置放坡平臺，坡面采用掛網(wǎng)噴面或噴錨網(wǎng)保護。A-OPQRSA段坡高、坡率具體見表3-4。表3-4A-OPQRSA段基坑周邊放坡設計參數(shù)一覽表段號地面標咼坑底標咼開挖深度放坡參數(shù)三級坡參數(shù)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(wǎng)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3

46、2.5MPa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(wǎng)規(guī)格為6.5200X200，加強筋為16圓鋼。將各排錨桿、加強筋焊成網(wǎng)絡，以增加面層剛度。上下段鋼筋網(wǎng)搭接長度應大于300mm。錨桿長度為3.0m4.5m，間距1200mmX1200mm,角度15度。當土層松散、孔內(nèi)塌孔嚴重時，用一次性錨管代替錨桿，錨管規(guī)格為：048X2.8（錨管需采用幫焊角鋼的方法加強處理）。表3-5A-OPQRSA段放坡支護設計參數(shù)段號地面標高開挖深度一級坡參數(shù)備注坡高坡率支護形式平臺寬A-OPQRSA1:1噴錨網(wǎng)7.50局部粉噴樁加固第五節(jié)A-OPQRSA段基

47、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3.1m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。351土壓力計計算方法：朗肯土壓力理論計算參數(shù)：層號土層名稱重度YKN/M3粘聚力C(kPa)內(nèi)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

48、工道路，公路荷載簡化為均部荷載，大小為一二15kpa,施工道路右邊的放坡及土體荷載簡化成為均部荷載，大小L=Yh=15.5.0：1.6-二-.-=-.: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Om。具體計算如下：外荷載：?二-=1.15,滿足規(guī)范要求。第六節(jié)A-OPQRSA段基坑地下水控制方案設計本工程場地主要賦存有兩種類型地下水，即上層滯水和承壓水。上部上層滯水水位埋藏淺，下部承壓水水頭高?；娱_挖已揭露單元承壓水含水層，經(jīng)過對本項目的地層、承壓水、及基坑挖深的各種因素分析，本基坑必需進行降水設計，以保障基坑開挖和地下室施工的順利進行，防止

49、由于坑壁流水（砂）、坑底突涌等地下水水患而造成周邊地面和建筑物的變形。下面是武漢地區(qū)幾種處理地下水的幾種比選常用方法：3.6.1周底隔滲周底隔滲是在基坑四周及基坑底部采用高壓旋噴或高壓注漿施工成一全封閉桶狀水泥土隔滲帷幕，從而使基坑底部及四周的地下水不向基坑內(nèi)滲透。周底隔滲式處理方法的優(yōu)點是可以保證基坑四周地面基本上不產(chǎn)生沉降變形，其缺點是費用甚高，而且周底隔滲由于施工質量難以控制，不能保證地下水100%不向基坑滲漏。若個別地段存在施工質量缺陷，則會出現(xiàn)局部突涌、流砂，由于沒有采取降水措施，支護樁內(nèi)外兩側勢必存在很高的水頭差，此時若基坑垂直帷幕存在局部施工質量缺陷，地下水必然會從薄弱處逸出從而

50、發(fā)生流土、流砂現(xiàn)象，流土、流砂則會使坑周地層出現(xiàn)潛蝕掏空，往往引起嚴重的環(huán)境破壞。泰合廣場基坑問題既是典型的一例。周底隔滲式地下水處理方法在武漢地區(qū)應用的實例不多，少有幾例都不完全成功，因此該深基坑工程不宜采用周底隔滲方法處理地下水。3.6.2落底式垂直帷幕落底式垂直帷幕既是圍繞基坑四周從地表往下到基坑深部不透水基巖，采用高壓擺噴或高壓注漿施工成一四周封閉的水泥土隔滲帷幕，從而使基坑四周及底部的地下水不向基坑內(nèi)滲透。落底式垂直帷幕的優(yōu)缺點與周底隔滲的優(yōu)缺點相同。另外，由于落底式垂直帷幕的深度一般很深，因而其施工質量難以保證，采用這種方法時一般還需輔以井點降水，井點降水能力一般要求預備能降到基坑

51、底。由于上述原因，在該基坑地下水處理方法中我們亦不推薦采用。3.6.3中型井點降水中型井點降水是武漢市治理地下水危害的一種常用且行之有效的方法。中型井點降水的優(yōu)點是施工簡便，工藝質量可靠、造價低，在武漢市及我單位已有很多成功的實例和經(jīng)驗；其缺點是中型井點降水要控制得當，不然的話，井點降水產(chǎn)生的附加地面沉降可能會使基坑四周一定范圍內(nèi)的建筑物受到一定程度的破壞。在該工程地下水處理中采用中型井點降水，只要設計恰當，加強觀測，嚴格管理，同時輔以一定的預防性措施是經(jīng)濟可行的中型井點降水能使基坑周邊地層中的地下水水頭降低，從而能夠提高基坑外主動側土層的C、值，有利于基坑邊坡的穩(wěn)定及錨桿的施工。因此在本基坑

52、地下水處理方案中我們優(yōu)先推薦使用中型井點降水方法。6.4本基坑選用的地下水控制方案綜上所述，該基坑地下水處理方案可行的有中型井點降水和聯(lián)合處理方法。當采用中型井點降水方法時不可避免的會引起坑周一定范圍內(nèi)一定的地面沉降，而聯(lián)合處理方法引起的地面沉降相對較小，但其工程造價是中型井點降水方法的5-8倍，從經(jīng)濟可行角度出發(fā)，我們優(yōu)先推薦本基坑地下水處理采用采用深井降水技術和隔滲技術相結合的地下水處理方案。本工程擬采用坑壁側向止水帷幕坑內(nèi)中深井降水相結合的地下水處理措施。中深井降水不可避免的會引起場地周邊地面一定的沉降量，但根據(jù)多年來在武漢市從事深基坑工程方面的經(jīng)驗，可以通過以下兩個方面來將其負面影響降

53、低到最小程度：綜合分析，針對本工程場地周邊環(huán)境的嚴峻性和復雜性，本基坑支護擬采用的地下水處理方法為周邊側向帷幕止水、中部中型井點降水。第四章基于flac3D基坑開挖模擬分析節(jié)關于flac3D的概述Flac是快速拉格朗日差分分析（FastLagrangianAnalysisofContinua）的簡稱，源于流體力學，最早由Willkins用于固體力學研究oFlac3D程序自美國ITSCA咨詢公司推出后，已成為目前巖土力學計算中重要的數(shù)值模擬方法之一。該程序是flac二維計算程序在三維空間的擴展，用于模擬三維土體、巖體或者其他材料的力學特性，尤其是達到屈服極限時的塑性流變特性，廣泛用于邊坡穩(wěn)定性分

54、析、支護設計及評價、地下洞室、施工設計（開挖、填筑）、河谷演化過程再現(xiàn)、拱壩穩(wěn)定性分析、隧道工程、礦山工程等多個領域。第二節(jié)基坑維護方案根據(jù)萬達廣場基坑工程特點和工程經(jīng)驗，本基坑圍護總體方案是：以大直徑混凝土排樁、雙排樁、角撐與對頂撐相結合的內(nèi)支撐為主的多種聯(lián)合支護方案，結合坡頂大面積卸土減載、坑內(nèi)被動區(qū)加固的措施；地下水則采用坑壁止水帷幕、坑內(nèi)中型井點降水處理。豎向設計萬達基坑A-OPQRSA段開挖深度為11.011.4m,基坑豎向支護方案設計為用雙排攪拌樁作為防滲帷幕隔斷坑內(nèi)外地下水，并采用直徑1.0m,間距為1.2m的鉆孔灌注樁作為維護樁，通過前面計算鉆孔灌注樁配筋方案為：主筋采用26G

55、28HRB335，均勻圓周布置，保護層厚度50mm。配8200的螺旋箍筋，162000定位鋼筋。內(nèi)支撐設計本基坑內(nèi)支撐主要采用角撐、對撐形式，盡量減少支撐桿件數(shù)量，方便土方的挖運。同時為了施工和拆除方便及經(jīng)濟起見，支撐構件均采用鋼筋混凝土梁。內(nèi)支撐桿件共分為11種類型。表4-1基坑支撐桿件設計參數(shù)一覽表桿件類型代碼尺寸（mm）配筋參數(shù)混凝土備注（寬X咼）主筋（面筋+側筋）箍筋強度冠梁GL1200X5002X422+2X3208200C30III級鋼對頂撐DC1、DC3800X8002X522+2X3208200C30III級鋼DC2800X9008200C30見棧橋施工圖角撐、斜撐JC、XC7

56、00X7502X522+2X3208200C30III級鋼聯(lián)系梁LL600X6002X420+2X420小8200C30III級鋼棧橋部分聯(lián)系梁詳見棧橋施工圖第三節(jié)計算模型及參數(shù)本次基坑模擬開挖主要設計模擬的段位為基坑A中的OPRSA段，開挖涉及的土層有五層，具體參數(shù)如下表：土層名稱密度粘聚力C（kPa）內(nèi)摩擦角(度)泊松比K/MPaG/MPa層厚(m)雜填土1834.98180.337.84.01.6粘土1834.91880.335.082.190.9淤泥質粉質土1732.91050.354.082.689.3粉質粘土1763.5162.7粉砂1957.20270.36

57、.64.87.6考慮到基平面坑外形類似不規(guī)則矩形，計算時間問題（網(wǎng)格單元建立不宜過多），所以本次模擬建模采用家三維模擬（y方向只設一個網(wǎng)格單元），具體建模過程如下：newtitle深基坑工程genzonebricksize100130&p0000p110000p2010p30030groupZlianturangez2830groupLianturangez2728groupYlianturangez1827groupFlianturangez1518groupFensharangez015modelmohr；設置為摩爾一庫倫模型；設定初始平衡材料參數(shù)propbulk6.6e6shear3.8

58、e6coh1e10ten1e10fric27rangez015propbulk5.4e6shear2.3e6coh1e10ten1e10fric20rangez1518propbulk4.08e6shear2.09e6coh1e10ten1e10fric15rangez1827propbulk5.08e6shear2.19e6coh1e10ten1e10fric18rangez2728propbulk7.8e6shear4.0e6coh1e10ten1e10fric18rangez2830inidens1834.9rangez2730inidens1732.9rangez1827inidens

59、1763.5rangez1518inidens1957.2rangez015；設定邊界條件fixxrangex-0.10.1fixxrangex99.9100.1fixyfixzrangez-0.10.1inipp2.6e5grad00-10e3rangez026setgrav00-10；記錄最大部平衡力histunbalsolve圖4-1模型土層分布圖第四節(jié)初始應力計算本例采用solve命令對模型進行初始計算，獲得附加地下水壓力、重力條件下的初始平衡狀態(tài)，也就是模擬開挖前的土體應力狀態(tài)。計算得到的豎向應力云圖、孔隙水壓力圖、最大不平衡力檢測圖如下：FLAC3D3.00JobTitle:深基坑

60、工程Step2349ModelPerspective12:06:46SatJun052010Center:X:5.000e+001Y:5.000e-001Z:1.500e+001Dist:2.770e+002Rotation:X:YZ:0.0000.0000.000Mag.:1Ang.:22.500ContourofSZZMagfac=0.000e+000adientCalculation5.6956e+005to5.0000e+005to4.0000e+005to3.0000e+005to2.0000e+005to1.0000e+005to0.0000e+000to5.0000e+0054.