杭州某公寓基坑支护及挖土围护方案设计说明.docx

第一部分 围护方案设计说明

一、设计依据与设计范围
本设计为杭州xx花园B区1#地下车库地下室施工基坑围护工程设计，内容涉及：围护体系方案选择、围护体系具体做法、基坑开挖的施工及要求、基坑工程现场监测及应急措施、围护结构计算说明、围护结构设计施工图等。
本围护工程设计依据：
1、浙江xx建筑设计研究院岩土工程分院提供的《xx乡农转居多层公寓工程B组团-2岩土工程勘察报告》（详勘，2004.11）；
2、中国xx学院风景建筑设计研究院提供的总平面图，地下室建筑平面图、基础平面图、详图及桩位图；
3、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）；
4、浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1008-2000）；
5、中华人民共和国行业标准《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）；
6、中国工程建设标准化协会标准《基坑土钉支护技术规程》（CECS96：97）；
7、上海市标准《基坑工程设计规程》（DBJ08-61-97）；
8、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)；
9、浙江省标准《建筑软弱地基基础设计规范》（DBJ50007-2002）；
10、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；
11、其它有关设计计算规范及规程。

二、工程概况
拟建的杭州xx花园B区工程位于杭州市xx乡，由杭州市西湖区建管中心筹建，中国美术学院风景建筑设计研究院设计。该工程由11幢10~11层小高层、22幢6层住宅及一层地下车库组成。基础形式采用预应力管桩基础。
本工程±0.000相当于绝对标高5.150m，目前自然地面的绝对标高为3.360m，即相对标高为-1.790。地下室底板的面标高分别为-4.640m和-5.350m，地下室底板厚400mm，地下室底板底标高分别为-5.390m和-6.100m（包括150mm素混凝土垫层和200mm碎石垫层，下同），承台底标高分别为-6.090m和-6.800m，基坑周边地梁底标高分别为-5.790m和-6.500m。综合考虑承台、地梁的平面位置和间距，取设计基坑底标高-5.790m、-6.090和-6.500m。因此基坑设计开挖深度为4.0m、4.3m和4.71m。
三、工程地质概况
根据浙江xx建筑设计研究院岩土工程分院提供的《xx乡农转居多层公寓工程B组团-2岩土工程勘察报告》（详勘，2004.11），拟建场地地层可分为8大层，细分为19亚层。基坑开挖影响范围以内的土层分布依次为：
1-1 杂填土：
灰色、灰黄色、杂色，松散，含大量碎砖瓦等建筑垃圾。
1-2 素填土：
灰褐色，松散，稍湿～湿，含植物根茎、腐植物，土质以粉质粘土为主，性质不均，表层主要为耕土。
1-3 淤填土：
灰黑色，流塑状，含大量腐植物。
2 粉质粘土：
灰褐色、黄褐色，软塑，干强度中等，韧性中等，摇震反应无，具光泽反应。含云母、有机质及腐植物，层厚0.4~2.5m。
4-1 淤泥质粘土：
灰色，流塑，无摇震反应，具光泽反应，干强度中等，韧性中等，含有机质及腐植物，局部夹少量粉土，层厚1.1~6.5m。
4-2 淤泥质粉质粘土：
灰色，流塑，无摇震反应，具光泽反应，干强度中等，韧性中等，含有机质及腐植物，层厚2.6~7.4m。
5-2 粉质粘土：
灰色、灰黄色、褐黄色，软塑，无摇震反应，具光泽反应，干强度中等，韧性中等，含有机质及腐植物，局部缺失，层厚0.9~5.8m。
5-3 粘质粉土：
灰色、灰黄色，稍密～中密，摇震反应较慢，无光泽反应，干强度低，韧性低，含云母，局部为粉质粘土或夹层状粉质粘土，层厚1.2~7.3m。
基坑开挖深度影响范围内各土层主要物理力学性质指标见表1所示。
表1 各土层主要物理力学性质指标
层
号
土 层
名 称
w
(%)
γ
(kN/m3)
e
压缩模量(MPa)
地基承载力标准值(kPa)
固结快剪
φ(o)
c(kPa)
1
杂、素、淤填土

2
粉质粘土
34.5
17.7
0.797
3.0
110
10.1
29.3
4-1
淤泥质粘土
48.6
17.3
1.358
1.8
65
9.8
10.7
4-2
淤泥质粉质粘土
42.1
17.6
1.204
1.9
70
9.3
9.0
5-2
粉质粘土
29.0
19.4
0.822
8.0
160
5.5
57.0
5-3
粘质粉土
32.7
18.8
0.919
8.5
140
24.8
18.4
本场地地下水为孔隙潜水类型，勘察期间在钻孔内测得地下水位埋深在地表下0.20~1.10m。地下水位主要受大气降水的影响，水位随季节性有所变化。
四、围护体系方案选择
根据“安全、经济、方便施工”的原则，本基坑采用松木桩复合土钉墙的围护方案是比较合适的。
土钉墙围护结构具有经济性好、施工方便、施工工期短、安全可靠等优点，目前已在我省软土地基许多基坑工程中取得了成功的经验。该围护结构型式具有如下特点：
1、基坑开挖作业面宽敞，施工速度快，施工工期短。由于基坑内无支撑等障碍物，基坑开挖时能全面铺开作业，大型施工挖土机具，运输车辆均能直接下坑作业。土钉墙施工与基坑挖土同时进行，交叉作业，边开挖边支护。
2、围护结构造价低，经济性好。土钉墙是除放坡开挖以外最为经济的一种围护结构型式。
3、土钉墙施工设备轻便，方法简单，对场地适应性强，无需大型、复杂设备。施工所占场地小，对周围环境干扰少，施工噪音小，无振动，施工文明。
4、土钉墙围护结构有较好柔性，自重轻，能承受较大变形，并具有良好抗动荷载的能力。
5、在基坑开挖过程中，可根据现场情况和测试结果，随时调整土钉间距和长度或采取加固措施，保证基坑顺利开挖。
在软土地基中采用土钉墙围护结构，当基坑开挖深度超过4m时，为防止在基坑开挖过程中出现坑底隆起破坏和整体滑移，可在坡脚打入松木桩以形成复合土钉墙，有利于提高坡脚土体的承载力和基坑的整体稳定性。

根据相关工程经验，该场地土层渗透性较小，因此不采取降水措施，但在地表及坑内需采取排水措施。
五、围护体系具体做法
1、土钉做法
土钉采用Φ48×3.0钢管，施工时应将钢管前端封闭，在管壁上沿长度方向每隔0.5m设Φ8mm圆孔，圆孔外设护孔倒刺。圆孔从离坑壁1.5m处开始设置，直至管底。
土钉墙面层采用100厚C20喷射混凝土，内配钢筋网Φ6.5@200×200mm。
2、松木桩复合土钉墙做法
采用土钉墙与1～2排松木桩相结合而成。松木桩中心距为500~800mm，长度为6m，要求桩梢直径不小于100mm。
3、基坑外排水
对于地表处的雨水、施工用水，在基坑边设排水沟截流，引至下水管道的方法解决。具体做法是，在基坑边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，排入下水管道。
4、基坑内排水
基坑内根据现场施工情况设纵横向排水沟，并每隔20m左右设坑底集中排水井，做好基坑内有组织的排水工作。排水沟与基坑下坎线的距离应不小于1m。
另外，在基坑边坡上还应设置PVC排水管排出坑壁积水。排水管具体数量可根据现场情况调整。
六、基坑开挖的施工及要求
基坑开挖应严格按照下列要求施工：
1、严格控制基坑边超载，除出土通道外，基坑四周8m范围内施工超载不得超过15kPa。施工车辆应在基坑边指定的路线和位置行驶、停放，土方应及时外运。
2、由于本基坑面积较大，挖土次序应严格遵循“大基坑，小开挖”的原则，应根据后浇带位置分块间隔开挖。各块之间的土方开挖应以大于1:1.5放坡坡度分层盆式进行。
3、土钉墙施工与挖土作业应交叉进行，二者的配合至关重要，直接关系到基坑的安全和施工工期，需合理安排、分层进行：基坑土方开挖应结合土钉墙施工，分层分段进行，每层开挖深度不得超过相应排土钉以下0.3~0.5m，每层分段开挖长度不得超过15m，并采用跳段开挖。严禁超挖或在上一层未加固完毕就开挖下一层。
4、土钉应由经验丰富的专业单位施工。下层土方应在上层土钉注浆完成三天后方可进行；土钉注浆的水泥用量应进行专门计量，以确保水泥用量。
5、基坑挖土施工应做到“五边”即：边挖、边凿、边铺、边浇、边砌，坑底无垫层时间不应超过48小时，确保基坑土体不长期暴露，提高基坑稳定性，并尽早施工地下室底板。
6、基坑先开挖至底板底标高，再分批开挖出承台及地梁位置。距基坑底30cm土方以及承台和地梁宜采用人工开挖。
7、施工单位应制定详细的土方作业计划，在甲方、监理及设计单位同意后方可进行土方开挖。
8、混凝土泵车、出土口及塔吊位置的基坑围护结构应进行进一步加强。
9、由于工程桩采用预应力管桩，应在工程桩打设完28天后方可进行该区域的基坑开挖。

七、基坑工程现场监测及应急措施
本围护工程开挖深度、面积均较大，基坑周围有地下管道及建筑物要保护，因此除进行安全可靠的围护体系设计、施工外，尚应进行现场监测，作到信息化施工。
（一）基坑工程现场监测
基坑围护体系随着开挖深度增加必然会产生侧向变位，关键是侧向变位的发展趋势如何。一般围护体系的破坏都是有预兆的，因而进行严密的基坑开挖监测非常重要。通过监测可及时了解围护体系的受力状况，对设计参数进行反分析，以调整施工参数，指导下步施工，遇异情可及时采取措施。应该说，基坑开挖监测是保证基坑安全的一个重要的措施。
本基坑建议监测内容如下：
1、基坑开挖过程中基坑周边深层土体的水平位移监测；
2、基坑外（土钉墙顶）土体的沉降观测。
基坑工程监测须由专业的监测队伍进行，在基坑开挖期间，对上述监测内容应每天测试，并及时将监测资料反馈给建设、设计、监理、施工等单位，以便及时分析处理。预警值为基坑周边最大水平位移60mm或坑顶水平位移连续三天大于4mm/天。
（二）应急措施
在基坑开挖过程中，如出现边坡水平位移超过警戒值，可采用基坑外卸土，坡顶超前锚杆注浆，加长、加密土钉以及放慢挖土速度的方法处理，必要时用土方或编织袋在坡脚采取反压回填措施。
在基坑开挖过程中，场地内应保证有一台挖土机可以随时调用，便于采取应急措施。
第二部分 围护结构计算说明
一、基坑围护体系计算分析内容
1、土钉强度、长度验算；
2、各工况下基坑内部整体稳定验算；
3、基坑外部整体稳定性分析；
4、基坑整体抗倾覆稳定验算；
5、基坑整体抗滑移稳定验算。
二、计算方法说明
1、围护体系侧压力计算根据朗金土压力理论，按土层分布进行分层计算。
2、围护结构设计根据国家有关规程（范），采用浙江xx岩土工程研究所自行开发的基坑工程辅助设计系统––––《围护大全》，该系统可进行八种围护结构的设计，具有友好的用户界面，可大大提高工作效率。该软件于1999年通过浙江省科委组织的鉴定，并获得2000年浙江省科技进步二等奖。经众多围护工程运算与开挖验证，该软件具有很好的可靠性。
3、基坑整体稳定验算采用瑞典圆弧条分法。
三、计算参数及土工指标
1、基坑计算深度取4.0m、4.3m和4.71m；
2、计算中考虑地表施工堆载15kPa；
3、土压力计算采用土体固快指标，考虑工程桩采用管桩挤土效应，各土层物理力学性质指标根据本工程地质勘察报告适当折减后取值。
四、围护结构内力及稳定分析结果
1、1-1剖面 土钉墙设计计算书

--------------------------------------------------- 计 算 结 果 ---------------------------------------------

土钉强度与长度验算结果：

第1道土钉：
土钉强度安全系数Ks=7.91 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=10m > 要求值=8.83m，长度验算满足要求！

第2道土钉：
土钉强度安全系数Ks=4.91 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=12m > 要求值=10.32m，长度验算满足要求！

第3道土钉：
土钉强度安全系数Ks=3.71 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=12m > 要求值=11.33m，长度验算满足要求！

第4道土钉：
土钉强度安全系数Ks=3.08 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=10m > 要求值=8.88m，长度验算满足要求！

土钉墙内部整体稳定性分析结果：

计算步数
安全系数
滑弧圆心X坐标(m)
滑弧圆心Y坐标(m)
滑弧半径(m)
1
1.50
0.63
-1.77
4.48
2
1.41
1.79
-2.66
7.49
3
1.35
2.68
-2.55
8.14
4
1.20
4.19
-3.18
9.78
5
1.22
4.01
-3.47
10.06

土钉墙外部整体稳定性分析结果：

抗倾覆稳定安全系数Kq=34.54>1.3，满足要求！
抗滑移稳定安全系数Kh=2.39>1.2，满足要求！
圆弧划动面的圆心位置坐标X=2.11,Y=-5.31,半径R=14.13
深部土体圆弧滑动安全系数Ks=1.23>1.2，满足要求！

2、2-2剖面 土钉墙设计计算书

-------------------------------------------- 计 算 结 果 ------------------------------------------------

土钉强度与长度验算结果：

第1道土钉：
土钉强度安全系数Ks=8.38 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=10m > 要求值=8.67m，长度验算满足要求！

第2道土钉：
土钉强度安全系数Ks=5.85 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=12m > 要求值=10.02m，长度验算满足要求！

第3道土钉：
土钉强度安全系数Ks=4.22 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=12m > 要求值=11.04m，长度验算满足要求！

第4道土钉：
土钉强度安全系数Ks=3.43 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=10m > 要求值=9.58m，长度验算满足要求！

土钉墙内部整体稳定性分析结果：

计算步数
安全系数
滑弧圆心X坐标(m)
滑弧圆心Y坐标(m)
滑弧半径(m)
1
1.44
0.87
-1.19
2.18
2
1.95
1.21
-2.14
7.10
3
1.54
2.11
-2.41
8.02
4
1.22
3.46
-2.96
9.46
5
1.25
3.34
-2.92
9.46

土钉墙外部整体稳定性分析结果：

抗倾覆稳定安全系数Kq=44.81>1.3，满足要求！
抗滑移稳定安全系数Kh=2.72>1.2，满足要求！
圆弧划动面的圆心位置坐标X=1.21,Y=-5.94,半径R=14.40
深部土体圆弧滑动安全系数Ks=1.25>1.2，满足要求！

3、3-3剖面 土钉墙设计计算书

----------------------------------------------- 计 算 结 果 ---------------------------------------------

土钉强度与长度验算结果：

第1道土钉：
土钉强度安全系数Ks=8.23 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=10m > 要求值=8.67m，长度验算满足要求！

第2道土钉：
土钉强度安全系数Ks=6.27 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=10m > 要求值=8.55m，长度验算满足要求！

第3道土钉：
土钉强度安全系数Ks=4.44 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=10m > 要求值=9.56m，长度验算满足要求！

第4道土钉：
土钉强度安全系数Ks=3.57 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=8m > 要求值=7.11m，长度验算满足要求！

土钉墙内部整体稳定性分析结果：

计算步数
安全系数
滑弧圆心X坐标(m)
滑弧圆心Y坐标(m)
滑弧半径(m)
1
1.36
1.09
-1.27
2.27
2
1.52
1.68
-2.45
7.32
3
1.37
2.77
-2.44
8.37
4
1.23
3.76
-2.99
9.49
5
1.26
2.83
-4.50
12.34

土钉墙外部整体稳定性分析结果：

抗倾覆稳定安全系数Kq=33.42>1.3，满足要求！
抗滑移稳定安全系数Kh=2.35>1.2，满足要求！
圆弧划动面的圆心位置坐标X=2.77,Y=-4.35,半径R=12.21
深部土体圆弧滑动安全系数Ks=1.26>1.2，满足要求！

4、4-4剖面 土钉墙设计计算书

---------------------------------------------- 计 算 结 果 ----------------------------------------------

土钉强度与长度验算结果：

第1道土钉：
土钉强度安全系数Ks=5.23 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=10m > 要求值=8.65m，长度验算满足要求！

第2道土钉：
土钉强度安全系数Ks=3.70 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=10m > 要求值=9.21m，长度验算满足要求！

第3道土钉：
土钉强度安全系数Ks=2.98 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=8m > 要求值=7.21m，长度验算满足要求！

土钉墙内部整体稳定性分析结果：

计算步数
安全系数
滑弧圆心X坐标(m)
滑弧圆心Y坐标(m)
滑弧半径(m)
1
1.48
1.66
-2.41
6.12
2
1.44
2.71
-2.91
7.67
3
1.22
3.64
-2.81
8.63
4
1.26
2.94
-4.38
10.94

土钉墙外部整体稳定性分析结果：

抗倾覆稳定安全系数Kq=40.07>1.3，满足要求！
抗滑移稳定安全系数Kh=2.58>1.2，满足要求！
圆弧划动面的圆心位置坐标X=2.80,Y=-4.55,半径R=11.09
深部土体圆弧滑动安全系数Ks=1.27>1.2，满足要求！

5、5-5剖面 土钉墙设计计算书

---------------------------------------------- 计 算 结 果 ---------------------------------------------

土钉强度与长度验算结果：

第1道土钉：
土钉强度安全系数Ks=5.42 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=9m > 要求值=8.37m，长度验算满足要求！

第2道土钉：
土钉强度安全系数Ks=3.79 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=9m > 要求值=8.93m，长度验算满足要求！

第3道土钉：
土钉强度安全系数Ks=3.04 > 1.2强度验算满足要求！
土钉长度设计值=7m > 要求值=6.92m，长度验算满足要求！

土钉墙内部整体稳定性分析结果：

计算步数
安全系数
滑弧圆心X坐标(m)
滑弧圆心Y坐标(m)
滑弧半径(m)
1
1.84
1.85
-2.45
6.37
2
1.48
2.40
-3.66
9.90
3
1.21
3.02
-4.17
10.76
4
1.22
3.17
-4.46
11.05

土钉墙外部整体稳定性分析结果：

抗倾覆稳定安全系数Kq=31.95>1.3，满足要求！
抗滑移稳定安全系数Kh=2.30>1.2，满足要求！
圆弧划动面的圆心位置坐标X=3.03,Y=-4.39,半径R=10.96
深部土体圆弧滑动安全系数Ks=1.21>1.2，满足要求！

第三部分 围护结构设计施工图
基护-1 设计总说明
基护-2 基坑平面布置图
基护-3 基坑剖面图（一）
基护-4 基坑剖面图（二）
基护-5 基坑剖面图（三） 节点详图
基护-6 基坑监测平面布置图