设计及计算总说明.doc

xx中学（艺术楼和后勤楼）地下室
基坑围护设计

年 月

目 录
第一部分 基坑围护方案说明
一 设计与施工依据
二 工程概况及周边环境
三 土质条件及水文地质条件
四 基坑围护方案
五 基坑工程施工
六 基坑现场监测
七 应急措施

第二部分 基坑围护结构计算说明
一 计算内容
二 土层计算参数取值说明
三 计算方法说明

第三部分 基坑降水计算说明

第四部分 基坑围护设计图
一 设计总说明（基护－01）
二 基坑围护周围环境图（基护－02）
三 基坑围护结构平面布置图（基护－03）
四　基坑围护结构剖面图1（基护－04）
五 基坑围护结构剖面图2（基护－05）
六 基坑降水平面布置图（基护－06）
七 基坑监测平面布置图（基护－07）
第一部分 基坑围护方案说明
一、 设计与施工依据
(1) xx市勘察设计研究院《xx市经济技术开发区下沙中学岩土工程勘察报告》；
(2) 本工程总平面图、桩位布置图、基础平面布置图、基础详图；
(3) 混凝土结构设计规范(GB50010-2002)；
(4) 混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002)；
(5) 建筑地基工程施工质量验收规范(GB50202-2002)；
(6) 建筑基坑工程技术规范(YB9258-97)；
(7) 建筑基坑工程技术规程(浙江省标准DB33/T1008-2000 J10036-2000)
(8) 建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）；
(9) 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)；
(10) 其它有关技术规范和规程。

二、 工程概况及周边环境
xx经济技术开发区下沙中学位于下沙区，下沙中学建设包括行政楼、体育馆、北教学楼、南教学楼、实验图书馆及艺术综合楼等构成。下沙中学的艺术楼和后勤楼设有一层地下室，这两幢楼的地下室连通，基础采用茷板基础。
该地下室±0.00相当于黄海标高6.90，整平后地面黄海标高为6.70，即相对标高为-0.20m。YD、YC与Y9、Y12轴所围面域的底板顶标高为-5.550；Y12、Y16与YB’、YC轴所围的面域的底板顶标高为-4.550；其余底板顶标高为-3.650。底板厚度在450~800之间不等，而基坑内边界线附近的承台高度为800，所以底板底标高及地梁底标高均小于由承台控制的标高，该基坑挖深由承台控制。考虑到100厚的素混凝土垫层后，上述三个区域的承台底控制标高（考虑垫层厚度后）分别为-6.350、-5.350和-4.450，由这三个控制标高度计算得到的挖深分别为6.150、5.150和4.250。
基坑北侧内边界线紧贴高压15m控制线，距离用地红线仅为3.84，距离高沙河河坎线33.94；基坑西侧内边界线距离用地红线仅为0.85，距离道路边界线4.65，东侧其余边界距用地红线13.03~19.07，再外侧为星河北路；基坑南侧内边界线距用地红线最近为16.62，再外面为学院街；基坑东侧内边界线为待建下河中学的其它结构包括实验图书楼、中心广场、行政楼等。
三、 土质条件及水文地质条件
1、土质条件分析
根据xx市勘察设计研究院《xx市经济技术开发区下沙中学岩土工程勘察报告》，本工程开挖深度及围护结构涉及深度范围内的土层分布大致为：
①1层：　杂填土
①2层：素填土
②1层：砂质粉土
②2：砂质粉土
②3：砂质粉土
②4：砂质粉土
②5：砂质粉土
②6：砂质粉土夹粉砂
②7：砂质粉土
②8：砂质粉土
②9：砂质粉土
根据地质勘察报告，可以确定出基坑开挖及围护结构所涉及的各土层物理力学性质指标，见表1示。根据场地钻孔资料可知基坑围护涉及的地质剖面包括1-1’、2-2’、3-3’、4-4’、5-5’、6-6’、7-7’。
2、水文地质条件
根据岩土工程勘察报告，本场地地下水为第四纪孔隙潜水和承压水，含水层厚度20m多，潜水埋藏丰水期较浅，主要受大气降水和地表水补给，地下水位随季节性变化较大。
四、 基坑围护方案
合理的基坑围护方案，应针对工程具体情况，综合考虑周围环境、开挖深度、围护结构形式、降排水措施、土方开挖及围护费用等多方面因素，既要保证整个围护结构在施工过程中的安全，又要合理控制结构及其周围土体的变形，以保证周围建筑、道路及管线的安全。
1．本工程的特点
综合分析本工程的场地条件、基坑形状、面积、开挖深度、地质条件及周围环境，该基坑具有以下几个特点：
（1）场地条件中等复杂。该基坑工程面积大范围广，基坑开挖深度深4.250m～6.150m。
（2）场地地基土质情况较好，以砂质粉土为主。
（3）地下水位高、土层渗透系数大，因此切实做好止水或降排水工作是本基坑工程成败与否的关键。
（4）基坑东侧北侧和西侧周围环境较差；南侧和东侧场地条件好。
表1 各土层物理力学性质指标
编号
土层名称
天然含水量
(%)
重度
(kN/m3)
孔隙比
地基承载力特征值
（kPa）
C（kPa）
Φ（。）
渗透系数(10-5cm/s)
水平
竖直
①1
杂填土

18.0

（8）
（12）

①2
素填土

18.0

（8）
（12）
（18.0）

②1
砂质粉土
26.3
19.6
0.733
110
7.0
26.0
10.0

②2
砂质粉土
25.3
19.3
0.748
150
7.5
31.0
17.0

②3
砂质粉土
22.7
19.9
0.662
130
7.0
28.0
10.8

②4
砂质粉土
23.4
19.7
0.689
160
6.9
32.0
19.0

②5
砂质粉土
25.6
19.4
0.741
120
7.0
27.0
16.0

②6
砂质粉土
22.6
19.7
0.671
160
6.8
32.0

注：表中除编号栏外，其它栏（）内数字是根据经验取的计算参数。

2．围护方案的比较及确定
根据该工程具体情况，可以考虑采用以下几种围护方案：水泥搅拌桩重力式挡墙围护；钻孔灌注桩；钢板桩围护；放坡开挖；土钉支护；复合土钉支护等。水泥搅拌桩重力式挡墙相对于土钉墙来说造价要求高，且工期较长，另外重力式挡墙对水泥搅拌桩的施工质量要求较高，否则不能形成整体的重力式挡墙，成桩质量不易控制。
根据前面的场地条件分析可知，基坑南侧、西侧和东侧大部分可以采用自然放坡开挖结合深井降水形式，基坑北侧和东侧部分因距离用地红线过近需要采用土钉墙进行支护。
五、 基坑工程施工
1. 基坑降、排水
场地地下水埋深较浅，地下水主要为浅部的孔隙性潜水，受大气降水影响明显易受到影响。因此本基坑工程成功的关键在于降水。根据邻近其它工程经验，确定本工程采用轻型井点进行降水。
1、布置深井
2、地表排水。
对于地表处的雨水、施工用水，采用地面排水沟截流，引至城市下水管道的方法解决。具体做法是，在基坑周边地面处设置贯通的地面排水沟，并在沿排水沟一定距离处设置集水井。将地面雨水、污水集中后，排入城市下水管网。
2．挖土要求
大量工程实际表明，土方开挖合理与否对基坑稳定起着重要作用。
基坑内土方开挖原则是：分层、分段对称开挖坑内土方，分层厚度不应超过1.5m。土方开挖采用机械开挖加人工配合修土，底板、承台在机械开挖至基底设计标高以上200~300mm时改用人工开挖修土，承台区域及钻孔桩高于基底标高较多的桩身周围土方全部人工开挖修土，挖斗不得碰撞桩身，以免影响桩身质量。
具体施工建议分如下几个步骤（土钉墙）：
1) 第一阶段土方开挖至第一道土钉标高下0.5m范围内（严禁超挖），施工土钉墙及素砼护坡；
2) 土钉墙达到80%设计强度，且基坑水位满足设计要求时，进行第二阶段土方开挖，挖土至第二道土钉标高下0.5m范围内（严禁超挖）。土方开挖应分段分片进行，沿基坑边长，每开挖10延米的土方，立即进行相应范围的土钉墙或素砼护坡施工，待该部分土钉墙和素砼护坡施工完毕后，才能进行邻段土方的开挖；
3) 余下段土钉墙施工步骤同2)所述，土钉墙支护详见基护图。
3. 土钉墙施工
土钉孔成孔的误差应满足以下要求：
1） 孔深允许偏差±100mm，孔距允许偏差±100mm，成孔倾角偏差±1º。
2） 喷射混凝土为C20，配比根据试验确定。
3） 土钉采用Φ48的钢管代替钢筋土钉；
4） 土钉孔内注浆用M15水泥砂浆；
5） 喷射砼强度等级为C20，水泥采用32.5R普通硅酸盐水泥。
6） 钢筋网双向均应搭焊接，在土钉锚管端部沿土钉长度方向焊上两段锁定钢筋锚固头，锚固头采用双面焊接，并与面层内连接相邻土钉端部的通长加强筋相互焊接，使土钉与喷射面层连接成一个整体。
六、 基坑现场监测
为确保施工的安全和开挖的顺利进行，在整个施工过程中(土方开挖和地下室施工期间)应进行全过程监测，实行动态管理和信息化施工。根据众多深基坑工程的经验，通过现场监测，可了解基坑开挖过程中围护体及周围土体的受力和变形情况，掌握基坑开挖对周围环境的影响，以有效指导施工，及时调整施工方案，采取有效的措施确保周边建筑物、构筑物和地下管线。监测单位应根据围护设计图纸和有关规范，制定监测大纲。
(一) 监测内容
根据本基坑工程的实际情况，施工期间作如下现场监测：
1. 周围环境监测：包括周围建筑物和道路路面的沉降、倾斜、裂缝的产生和开展情况。
2. 深层土体位移监测。
3. 基坑外的地下水位观测。
(二) 监测要求
1. 在基坑工程施工前对基坑周围环境进行调查记录。
2. 基坑开挖期间一般情况下每天观测一次，如遇位移、沉降及其变化速率较大时，则应增加观测次数。
3. 观测数据整理后及时提供给设计、建设、监理和施工等单位。根据其发展趋势分析基坑的稳定情况，若测量值大于控制值时，应采立即采取应急措施。
(三) 监测内容控制值(报警值)
水平位移：累计最大水平位移为60mm，水平位移速率连续三天超过5mm/d。
坑外地下水位：地下水位变化速率达0.4 m/d。
七、 应急措施
严格遵守施工顺序；把好材料质量关；严格掌握开挖深度，保证边坡的稳定性；采取适当的降、排水措施；严密监测和加强监督等，这些都是保证施工顺利进行的必要条件。但由于基坑工程是相当复杂的岩土工程问题，具有很大的不确定性。在实际工程中需对可能发生的突发事件制定必要的应急措施。根据施工中可能出现的问题，本设计建议以下应急措施：
(1) 坑后卸载，坑内堆载。
(2) 打设钢板桩。
(3) 坑内局部喷射混凝土。
(4) 采用回灌方式控制地下水位。
(5) 降水困难时，坑内可增设深井降水。
(6) 雨季施工时，喷射混凝土中加速凝剂以加快混凝土凝固速度。
为确保施工安全和开挖的顺利进行，在整个施工过程中(包括土方开挖和地下室施工期间)应进行全过程监测，实行信息化施工。通过现场监测，可及时了解基坑开挖过程中围护结构及周围土体的受力和变形情况，掌握基坑开挖对周围环境的影响，以有效指导施工，及时调整施工方案，采取相应的有效措施。
第二部分 基坑围护结构计算说明
一、计算内容
本次基坑围护设计所涉及的方案包括放坡开挖、土钉墙支护和钻孔灌注桩支护三种方案。所以所以所涉及的设计内容包括：
（1）边坡设计；
（2）土钉的局部抗拉设计；
（3）土钉墙的内部整体稳定性分析；
（4）土钉墙的外部整体稳定性分析。
二、计算参数取值及土压力计算方法
1．土层计算参数
土层指标根据本工程地质勘察报告提供的参数。各土层的强度参数均为固快指标，基坑外侧地面施工荷载取15kPa。具体计算参数参见下面的剖面计算报表。
2. 土压力值的确定
土压力计算时，对素填土和砂质粉采用水土分算，杂填土采用水土合算。计算中考虑了场地土的成层性，土层分布由钻孔资料确定。不同土层分别采用相应的抗剪强度指标计算土压力。
三、计算说明及结果
基于《建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）》和《建筑基坑工程技术规程(浙江省标准DB33/T1008-2000 J10036-2000) 》，对支护体系进行了设计和验算。
A-A剖面
----------------------------------------------------------------------
[ 支护方案 ]
----------------------------------------------------------------------
天然放坡支护

----------------------------------------------------------------------
[ 基本信息 ]
----------------------------------------------------------------------
规范与规程
《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99
基坑等级
二级
基坑侧壁重要性系数γ0
1.00
基坑深度H(m)
4.250
放坡级数
2
超载个数
1

----------------------------------------------------------------------
[ 放坡信息 ]
----------------------------------------------------------------------
坡号
台宽(m)
坡高(m)
坡度系数
1
1.000
2.500
0.800
2
1.000
1.750
0.800

----------------------------------------------------------------------
[ 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

15.000
---
---
---
---
---

----------------------------------------------------------------------
[ 土层信息 ]
----------------------------------------------------------------------
土层数
6
坑内加固土
否
内侧水位深度(m)
4.750
外侧水位深度(m)
3.000

----------------------------------------------------------------------
[ 土层参数 ]
----------------------------------------------------------------------
层号
土类名称
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角
粘聚力
内摩擦角

(m)
(kN/m3)
(kN/m3)
(kPa)
(度)
水下(kPa)
水下(度)
1
素填土
1.00
18.0
---
8.00
12.00
---
---
2
杂填土
0.50
18.0
---
8.00
12.00
---
---
3
粉土
3.40
19.3
9.3
7.50
31.00
7.50
31.00
4
粉土
4.80
19.7
9.7
---
---
6.90
32.00
5
粉土
2.90
19.4
9.4
---
---
7.00
27.00
6
粉土
6.10
19.7
9.7
---
---
6.80
32.00

----------------------------------------------------------------------
[ 设计结果 ]
----------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------
[ 整体稳定验算 ]
----------------------------------------------------------------------

天然放坡计算条件:
计算方法：瑞典条分法
应力状态：总应力法
基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m
基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m
条分法中的土条宽度: 1.00m

天然放坡计算结果:
道号
整体稳定
半径
圆心坐标
圆心坐标

安全系数
R(m)
Xc(m)
Yc(m)
1
1.156
6.042
0.857
7.993
2
1.055
5.154
2.200
7.500
3
1.115
13.146
-3.422
12.987
4
1.285
19.037
-7.070
17.987
5
1.436
6.206
1.110
6.205

B-B剖面
----------------------------------------------------------------------
[ 支护方案 ]
----------------------------------------------------------------------
天然放坡支护

----------------------------------------------------------------------
[ 基本信息 ]
----------------------------------------------------------------------
规范与规程
《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99
基坑等级
二级
基坑侧壁重要性系数γ0
1.00
基坑深度H(m)
5.150
放坡级数
2
超载个数
1

----------------------------------------------------------------------
[ 放坡信息 ]
----------------------------------------------------------------------
坡号
台宽(m)
坡高(m)
坡度系数
1
1.000
2.500
0.800
2
1.000
2.650
0.800

----------------------------------------------------------------------
[ 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

15.000
---
---
---
---
---

----------------------------------------------------------------------
[ 土层信息 ]
----------------------------------------------------------------------
土层数
6
坑内加固土
否
内侧水位深度(m)
4.750
外侧水位深度(m)
3.000

----------------------------------------------------------------------
[ 土层参数 ]
----------------------------------------------------------------------
层号
土类名称
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角
粘聚力
内摩擦角

(m)
(kN/m3)
(kN/m3)
(kPa)
(度)
水下(kPa)
水下(度)
1
素填土
1.00
18.0
---
8.00
12.00
---
---
2
杂填土
0.50
18.0
---
8.00
12.00
---
---
3
粉土
3.40
19.3
9.3
7.50
31.00
7.50
31.00
4
粉土
4.80
19.7
9.7
---
---
6.90
32.00
5
粉土
2.90
19.4
9.4
---
---
7.00
27.00
6
粉土
6.10
19.7
9.7
---
---
6.80
32.00

----------------------------------------------------------------------
[ 设计结果 ]
----------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------
[ 整体稳定验算 ]
----------------------------------------------------------------------

天然放坡计算条件:
计算方法：瑞典条分法
应力状态：总应力法
基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m
基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m
条分法中的土条宽度: 1.00m

天然放坡计算结果:
道号
整体稳定
半径
圆心坐标
圆心坐标

安全系数
R(m)
Xc(m)
Yc(m)
1
1.156
6.042
1.577
8.893
2
1.055
5.154
2.920
8.400
3
1.115
13.146
-2.702
13.887
4
1.285
19.037
-6.350
18.887
5
1.199
15.492
-5.288
14.318
6
1.361
7.408
0.944
7.408
C-C剖面
----------------------------------------------------------------------
[ 支护方案 ]
----------------------------------------------------------------------
天然放坡支护

----------------------------------------------------------------------
[ 基本信息 ]
----------------------------------------------------------------------
规范与规程
《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99
基坑等级
二级
基坑侧壁重要性系数γ0
1.00
基坑深度H(m)
6.150
放坡级数
2
超载个数
1

----------------------------------------------------------------------
[ 放坡信息 ]
----------------------------------------------------------------------
坡号
台宽(m)
坡高(m)
坡度系数
1
1.500
2.500
0.800
2
1.000
3.650
0.800

----------------------------------------------------------------------
[ 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

15.000
---
---
---
---
---

----------------------------------------------------------------------
[ 土层信息 ]
----------------------------------------------------------------------
土层数
6
坑内加固土
否
内侧水位深度(m)
4.750
外侧水位深度(m)
3.000

----------------------------------------------------------------------
[ 土层参数 ]
----------------------------------------------------------------------
层号
土类名称
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角
粘聚力
内摩擦角

(m)
(kN/m3)
(kN/m3)
(kPa)
(度)
水下(kPa)
水下(度)
1
素填土
1.00
18.0
---
8.00
12.00
---
---
2
杂填土
0.50
18.0
---
8.00
12.00
---
---
3
粉土
3.40
19.3
9.3
7.50
31.00
7.50
31.00
4
粉土
4.80
19.7
9.7
---
---
6.90
32.00
5
粉土
2.90
19.4
9.4
---
---
7.00
27.00
6
粉土
6.10
19.7
9.7
---
---
6.80
32.00

----------------------------------------------------------------------
[ 设计结果 ]
----------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------
[ 整体稳定验算 ]
----------------------------------------------------------------------

天然放坡计算条件:
计算方法：瑞典条分法
应力状态：总应力法
基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m
基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m
条分法中的土条宽度: 1.00m

天然放坡计算结果:
道号
整体稳定
半径
圆心坐标
圆心坐标

安全系数
R(m)
Xc(m)
Yc(m)
1
1.156
6.042
2.877
9.893
2
1.055
5.154
4.220
9.400
3
1.115
13.146
-1.402
14.887
4
1.388
19.222
-3.755
20.942
5
1.300
13.565
-3.223
13.769
6
1.314
10.318
-0.485
10.210

D-D剖面
----------------------------------------------------------------------
验算项目:
----------------------------------------------------------------------

[ 验算简图 ]

----------------------------------------------------------------------
[ 验算条件 ]
----------------------------------------------------------------------

[ 基本参数 ]

所依据的规程或方法：《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-99
基坑深度： 4.250(m)
基坑内地下水深度： 4.750(m)
基坑外地下水深度： 3.000(m)
基坑侧壁重要性系数： 1.000
土钉荷载分项系数： 1.250
土钉抗拉抗力分项系数： 1.300
整体滑动分项系数： 1.300

[ 坡线参数 ]

坡线段数 1
序号 水平投影(m) 竖向投影(m) 倾角(°)
1 0.749 4.250 80.0

[ 土层参数 ]
土层层数 6
序号 土类型 土层厚 容重 饱和容重 粘聚力 内摩擦角 钉土摩阻力 锚杆土摩阻力 水土
(m) (kN/m^3) (kN/m^3) (kPa) (度) (kPa) (kPa)
1 素填土 1.000 18.0 18.0 8.0 12.0 50.0 120.0 分算
2 杂填土 0.500 18.0 18.0 8.0 12.0 50.0 120.0 分算
3 粉土 3.400 19.3 19.3 7.5 31.0 50.0 120.0 分算
4 粉土 4.800 19.7 19.7 10.0 15.0 50.0 120.0 分算
5 粉土 2.900 19.4 19.4 10.0 15.0 50.0 120.0 分算
6 粉土 6.100 19.7 19.7 10.0 15.0 50.0 120.0 分算

[ 超载参数 ]

超载数 0
序号 超载类型 超载值(kN/m) 作用深度(m) 作用宽度(m) 距坑边线距离(m) 形式 长度(m)

[ 土钉参数 ]

土钉道数 3
序号 水平间距(m) 垂直间距(m) 入射角度(度) 钻孔直径(mm) 长度(m) 配筋
1 1.500 1.200 10.0 60 5.000 1E22
2 1.500 1.100 10.0 60 5.000 1E22
3 1.500 1.100 10.0 60 5.000 1E22

[ 花管参数 ]

基坑内侧花管排数 0
基坑内侧花管排数 0

[ 锚杆参数 ]

锚杆道数 0

[ 坑内土不加固 ]

[ 内部稳定验算条件 ]
考虑地下水作用的计算方法：总应力法
土钉拉力在滑面上产生的阻力的折减系数： 0.500

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[ 验算结果 ]
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[ 局部抗拉验算结果 ]
工况 开挖深度 破裂角 土钉号 土钉长度 受拉荷载标准值 抗拔承载力设计值 抗拉承载力设计值 满足系数
(m) (度) (m) Tjk(kN) Tuj(kN) Tuj(kN) 抗拔 抗拉
1 1.700 47.1 0
2 2.800 50.4 1 5.000 7.5 29.6 136.8 3.133 14.504
3 3.900 51.8 1 5.000 1.4 25.6 136.8 14.828 79.225
2 5.000 6.5 29.9 136.8 3.670 16.772
4 4.250 52.1 1 5.000 1.4 24.4 136.8 14.169 79.515