地下车库基坑围护设计计算书.doc

地下车库基坑围护设计计算书

一、工程概况
根据设计方案，本地块包括4幢14层住宅、16幢5～6层住宅、1个大卖场（地上两层、地下一层）、1幢1层售楼处、1幢2层商务楼、一个2层活动中心、1层商业用房及地下车库等配套设施。有关各拟建建（构）筑物性质及主要技术要求见下表：
拟建建（构）筑物性质一览表
拟建物名称
结构类型
层数
基础设计
备注
形式
埋深（m）
荷重
（设计值）
14层住宅
剪力墙
14层
桩基
待定
300KPa

5～6层住宅
混合
5～6层
沉降控制复合桩基
待定
130KPa

大卖场
框架
3层
桩基
待定

地下1层
售楼处
轻钢
1层
天然地基
待定

商务楼、活动中心、商业用房

1～2层
天然地基
待定

地下车库

地下1层
抗拔桩
待定

本地下车库位于场地东南部，基坑面积15193.8m2，周长502.5m。

二、场地工程地质条件
（一） 地形地貌
该拟建场地位于长江三角洲入海口东南前缘，其地貌属于上海地区四大地貌单元中的海滨平原类型。勘察期间，本场地主要为农田，地形基本平坦，实测勘探点的地面标高在4.82～3.30之间高差1.52m。
（二）地基土的构成与特征
该拟建场地内地基土均属第四纪松散沉积物，本次堪察的最大深度为55.00m，对此深度范围内揭遇的地基土，按其地质时代、成因类型、结构特征、土性不同和物理力学性质上的差异可划分为八层和分属不同层次的亚层。各土层的土性特征描述如下：
1．第①1层 杂、素填土，主要由灰黄色粘性土组成，上部含植物根茎，
土质松散。广布。
第①2层 暗浜填土，主要由灰黄~灰黑色粘性土组成，含少量碎石，土质差。暗浜地段。
2．第②1层 粉质粘土，褐黄色，可塑，中等压缩性，含氧化铁锈斑及铁锰质结核。明、暗浜地段缺失。
第②2层 粘土，灰黄色，软塑~流塑，高等压缩性，含少量氧化铁锈斑。明、暗浜地段缺失。
3．第③1层 淤泥质粉质粘土，灰色，流塑，高等压缩性，夹薄层砂质粉土，土质不均。遍布。
第③2层 砂质粉土，灰色，饱和，稍密~中密，中等压缩性，含云母，夹薄层粉质粘土。遍布。
第③3层 淤泥质粉质粘土，灰色，流塑，高等压缩性，夹薄层砂质粉土，土质不均。遍布。
4．第④层 粘土，灰色，流塑，高等压缩性，局部夹少量薄层粉砂。遍布。
5．第⑤1-1层 粘土，灰色，软塑，高等压缩性，含泥质结核及半腐植物。遍布。
第⑤1-2层 粘土，灰色，软塑，高等压缩性，含半腐植物，夹少量薄层粉性土。遍布。
6．第⑥层 粘土，暗绿~草黄色，可塑~硬塑，中等压缩性，含氧化铁斑点及铁锰质结核。遍布。
7．第⑦1层 砂质粉土，草黄色，饱和，中密，中等压缩性，含云母、石英等，夹少量薄层粉质粘土。遍布。
第⑦2层 粉砂，灰黄~灰色，饱和，密实，中等压缩性，含云母、长石、石英，局部夹砂质粉土。遍布。
8．第⑧层 粉质粘土夹粉砂，灰色，可塑，中等压缩性，夹粉砂，土质不均。仅见于G53、G57、C90、C113号孔地段。
（三）地基土物理力学性质
地基土物理力学性质指标见《物理力学性质综合参数表》（附后）。
（四）地下水
该拟建场地浅部土层中的地下水属于潜水类型，其水位动态变化主要受控于大气降水和地面蒸发等，并随气候的变化而变化。本次勘察期间，实测取土孔内
的地下水静止水位埋深在0.40~1.30m之间，相应标高为3.60~2.85m。
根据上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ08-11-1999）有关规定，设计时，场地内的地下水位埋深可按年平均离地表面0.50米使用。
经勘察期间了解，拟建场地及其周围无环境污染源存在，并在拟建场地内G4、G36和G47号孔内采取三套水样，经室内水质分析试验结果显示，场地内的地下水对混凝土无腐蚀性，据上海地区勘察经验，浅层土对混凝土也无腐蚀性。
（五）不良地质现象
根据勘察结果，该拟建场地内有较多明浜、鱼塘及暗浜分布。有关明浜、鱼塘及暗浜的分布范围和深度详见“建筑物及勘探点平面位置图”、“工程地质剖面图”及“河床断面图”。在此地段内基本缺失②1、②2层地基土。

三、周围环境概况
该拟建场地较为开阔，无重要建筑，距离交通道路较远。

四、围护设计依据
1、岩土工程勘察报告(上海地矿工程勘察有限公司，工程编号：03123-II)；
2、地下车库结构设计图、桩位图等；
3、有关周围建筑物布置图；
4、上海市标准《地基基础设计规范》(DBJ08-11-89)；
5、上海市标准《地基处理技术规范》(DBJ08-40-94)；
6、上海市标准《基坑工程设计规程》(DBJ08-61-97)；
7、中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)；
8、中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)；
9、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)；
10、中华人民共和国国家标准《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)

土层物理力学性质参数表

土层
层号

土层
名称

层厚
m

层底
标高
m
直剪固快（峰值）

含水量
w0
%

重度

kN/m3

孔隙比
eo
渗透系数
温度°C

压缩模量

MPa
粘聚力
C
kPa
内摩擦角
f
°
KV
cm/s
KH
cm/s
①1
杂、素填土
0.87
3.41

①2
暗浜填土
3.13
0.99

②1
褐黄色粉质粉土
1.04
2.37
26
18.5
26.2
19.1
0.77
4.53E-07
1.18E-06
6.03
②2
灰黄色粘土
0.97
1.40
19
16.0
37.2
17.9
1.06
4.15E-07
9.02E-07
374
③1
灰色淤泥质粉质粘土
0.85
0.57
14
18.5
40.9
17.5
1.16
8.59E-07
3.78E-06
2.90
③2
灰色砂质粉土
2.03
-1.58
4
34.0
26.7
19.0
0.77
4.71E-05
1.22E-04
13.56
③3
灰色淤泥质粉质粘土
1.99
-3.56
12
16.5
43.3
17.3
1.22
8.67E-07
4.49E-06
2.58
④
灰色粘土
9.12
-12.68
15
13.0
41.6
17.4
1.19
3.68E-07
1.02E-06
2.50
⑤1-1
灰色粘土
2.90
-15.59
14
12.5
40.4
17.5
1.16

3.02
⑤1-2
灰色粘土
5.10
-20.68
14
13.5
37.2
17.7
1.08

3.34
⑥
暗绿~草绿色粘土
2.78
-23.53
43
16.0
24.3
19.4
0.71

6.47
⑦1
草黄色砂质粉土
4.59
-27.97
4
31.5
28.4
18.8
0.79

12.26
⑦2
灰黄~灰色粉砂
18.17
-45.95
3
33.5
26.4
19.0
0.76

15.24
⑧
灰色粉质粘土夹粉砂
未钻穿
未钻穿
10
27.5
27.3
19.1
0.77

7.29

五、围护结构方案
地下车库基坑绝大部分开挖深度按4.95米考虑，基坑东西北三侧围护主要采用顶部卸土结合土钉墙形式，北侧考虑堆载附加钢板桩，南侧则分级大开挖。基坑开挖时，在基坑内侧附以井点降水以疏干地层，改善土层。
基坑安全等级为三级，地面超载按10 kN/m2设计。为安全起见，采用20 kN/m2地面超载进行核算。

六、设计计算
共计算三个关键断面，断面位置见围护总平面图。

1．断面3－3设计计算

(一)土钉支护结构
基坑开挖深度3.45m，采用土钉墙作为围护结构，土钉长由上而下为9m、9m、6m三种，另外在顶部再设置一根6m长的竖直土钉。喷层混凝土厚100mm，钢筋网f8@200×200。围护结构布置如图所示。

(二)土钉支护计算
取q=20 kN/m2，t=30 kPa。
土钉墙宽B=6 × cos15°=5.796m H=3.45m D=6 × sin15°-0.2=1.37m
1、土钉墙底抗滑
主动侧加权平均：
18.355kN/m3 8.934kPa 16.313°
被动侧加权平均：
18.069kN/m3 5.866kPa 17.094°
=0.561 0.749
1.833 1.354
=62.573kN/m
=52.833kN/m
506.493kN/m
沿墙底滑动安全度
=3.277> 1.2 满足

2、土钉内力及长度计算
33.392 kN/m2
A=0.380，310
第一排土钉内力
54.252kN
第一排土钉受拉屈服

2.388> 1.4 满足
第一排土钉抗拔
9≥6.992m满足
第二排土钉内力
37.298kN
第二排土钉受拉屈服
3.474> 1.4 满足
第二排土钉抗拔
9≥4.571m满足
第三排土钉内力
25.928kN
第三排土钉受拉屈服
4.998> 1.4 满足
第三排土钉抗拔
6≥2.698m满足

3、喷层砼面层计算
喷层砼所受侧压力
33.392kN/m2
按连续板计算
弯矩M=0.077x(33.392x1.0)x1.00=3.111

194.5mm2，配f8@200x200，AS=251mm2，满足。
剪力V=0.536x33.392x1.1=19.688kN
抗冲切
0.6ftumh0=0.6x1.1x1000x(0.15+0.07)x4x0.07=40.66 > V 满足
局部承压
1.5bfcAln=1.5xbx10x1000x(0.152-p/4x0.0482) > 310 kN > V 满足

4、土钉墙倾覆安全度
1.299m
17.839>1.3 满足

5、土钉墙底面承载力
107.025< 1.2f=144 满足

6、内部整体稳定性分析
土体重228.177 kN
地面超载86.857 kN
土钉极限抗拉能力R取下面两种计算方法中的较小值。
按土钉受拔条件：
第一排土钉R=104.346kN
第二排土钉R=114.836kN
第三排土钉 R=82.985kN
按土钉受拉屈服条件：=129.58 kN

2.22>1.2

7、围护结构顶部位移估算
＝0.18 ×1.0×0.561×30.0×3.452/1.37/5.796 = 4.54cm

2．断面4－4设计计算

(一)土钉支护结构
基坑开挖深度5.05m，采用土钉墙作为围护结构，土钉长由上而下为9m、9m、9m、9m、6m五种，另外在顶部再设置一根6m长的竖直土钉。喷层混凝土厚100mm，钢筋网f8@200×200。围护结构布置如图所示。

(二)土钉支护计算
取q=20 kN/m2，t=30 kPa。

土钉墙宽B=6 × cos15°=5.796m H=5.05m D=6 × sin15°-0.2=1.37m
1、土钉墙底抗滑
主动侧加权平均：
18.355kN/m3 8.934kPa 16.313°
被动侧加权平均：
18.069kN/m3 5.866kPa 17.094°
=0.561 0.749
1.833 1.354
=129.191kN/m
=52.833kN/m
674.623kN/m
沿墙底滑动安全度
=1.853> 1.2 满足

2、土钉内力及长度计算
49.880 kN/m2
A=0.380，310
第一排土钉内力
46.851kN
第一排土钉受拉屈服

2.766> 1.4 满足
第一排土钉抗拔
9≥7.477m满足
第二排土钉内力
50.65kN
第二排土钉受拉屈服
2.558> 1.4 满足
第二排土钉抗拔
9≥7.174m满足
第三排土钉内力
50.650kN
第三排土钉受拉屈服
2.558> 1.4 满足
第三排土钉抗拔
9≥6.497m满足
第四排土钉内力
50.650kN
第四排土钉受拉屈服
2.558 > 1.4 满足

第四排土钉抗拔
9≥5.825m满足
第五排土钉内力
30.984kN
第五排土钉受拉屈服
4.182 > 1.4 满足
第五排土钉抗拔
6≥3.198m满足

3、喷层砼面层计算
喷层砼所受侧压力
49.880kN/m2
按连续板计算
弯矩M=0.077x(49.880x1.0)x1.00=3.841
240.05mm2，配f8@200x200，AS=251mm2，满足。
剪力V=0.536x49.025x1.0=26.736kN
抗冲切
0.6ftumh0=0.6x1.1x1000x(0.15+0.07)x4x0.07=40.66 > V 满足
局部承压
1.5bfcAln=1.5xbx10x1000x(0.152-p/4x0.0482) > 310 kN > V 满足

4、土钉墙倾覆安全度
1.299m

8.486>1.3 满足

5、土钉墙底面承载力
136.392< 1.2f=144 满足

6、内部整体稳定性分析
土体重228.177 kN
地面超载86.857 kN
土钉极限抗拉能力R取下面两种计算方法中的较小值。
按土钉受拔条件：
第一排土钉R=87.127kN
第二排土钉R=96.726kN
第三排土钉 R=106.297kN
第四排土钉 R=115.798kN
第五排土钉 R=82.985kN
按土钉受拉屈服条件：=129.58 kN
3.31>1.2

7、围护结构顶部位移估算
＝0.18 ×1.0×0.561×30.0×5.052/1.37/5.796 = 9.73cm

3．断面5－5边坡稳定分析

本断面为二级放坡开挖，开挖深度4.95m，第一级放坡1：1，第二级放坡1：2.9。采用简化毕肖甫方法，计算边坡稳定安全系数，计算结果如下图：
七、施工顺序
1. 场地放线及挖去地表土；
2．施作井点降水；
3．分层分段开挖第一层土，施作第一层土钉；
4．依次分层分段开挖下层土（约1.0m厚），施作第二、三、四和五层土钉；
5．开挖至坑底，24小时内施作垫层；
6．施作地下室、地下车库底板及结构；
7．回填。

八、施工监测
施工监测包括环境监测和围护结构监测，以及时预报施工中出现的问题，以指导施工。
监测内容如下：
1.周围建筑物、管线水平位移、沉降监测；
2.地表变形（包括围护结构）监测；
3.土体侧向变形监测；
4.基坑内外地下水位。