综合楼深基坑开挖与支护结构设计方案.docx

某综合楼深基坑开挖与支护结构设计一、工程概况1. 环境条件概况某综合楼是集购物、商住、办公于一体的综合性建筑，建筑面积70000m2。工程占地面积14440m2。上部结构由三幢1920层的塔楼组成，最大高度达81.5m，其中1号、2号楼带三层裙楼，三幢楼的裙房连在一起。塔楼群房采用框架剪力墙结构，钻孔灌注桩箱形基础，设两层地下室，挖深为8.9m，电梯井局部挖深达11.6m。该建筑物西侧剧长宁街仅5m，且在路面下埋有电缆线、煤气管道、自来水管道及污水管道等市政公用设施。南边是xx施工现场，其围墙局开挖最小距离为4m，xx小区土方开挖时，xx施工现场正处于打钻孔灌注桩阶段。东侧大部分为一片已完成拆迁的空地，其中有一幢xx服装厂的四层厂房，间距约13m，北侧距xx街约12m。建筑场地平面位置见下图。建筑场地平面图2. 工程地质概况该场地为原住宅及厂房等拆除后整平，场地基本平坦。根据地质勘测勘料，地下水位埋藏较浅，平均深度为1.15m，其中上部土层透水性较好。该场地30m深范围内土层的主要物理力学指标如下：层序土层名称层厚/m天然含水量w()重度（kN/m3）内摩擦角()内聚力C(kPa)渗透系数K(cm/s)1杂填土层3.04.830.51810.055.41042粉土层3.54.031.718.935.0105.521043粉土夹沙层3.530.618.735.56.55.251044淤泥质粉质粘土层3.534.118.911.215.64.501045粉土层318.46粉土层117.343.07粉质粘土层819.130.65二、降水设计根据本地的工程地质水文条件以及周围环境，设计采用喷射井点降水系统。由于上部透水性较好，采用环圈形式布置井点，并配抽水设备。方案为潜水完整井。1 井点系统布置井点管呈长方形布置，总管距沉井边缘1.5m。沉井平面尺寸为14440m2，水力坡度取1/10。1) 井点系统总长度（144+1.50*2）+(40+1.50*2)*2=380m2) 喷射井点管埋深H=11.6+IL1=11.6+1/10*43/2=13.75m取喷射井点管长度为14m3) 虑水管长度取L=1.5m ,38mm4) 在埋设喷射井点时冲孔直径为600mm，冲孔深度比滤水管深1米.即：14.50+1.50+1.00=17.00m井点管与滤水管和孔壁间用粗砂填实作为砂滤层，距地表1.00m处用粘土封实以防漏气。2. 基坑排水量计算2) 渗透系数的确定土的渗透系数用第二层和第三层的加权平均值 =*10-4=5.36*10-4cm/s=0.46m/d2) 含水层厚度Hw Hw=3.9+3.8+3.5+3.5+3+1-1.15=17.55m2) 基坑要求降低水位深度SS=11.6-1.15+0.5=10.95m2) 地下水位以及井管长度，即井管内水位下降深度SS= S+i L1=10.95+1/10*43/2=13.1m2) 影响半径RR=10s=10*13.1*=88.8m2) 引用半径r r=44.87m2) 基坑总排水量Q Q=239.8m3/d3. 单根井点管的出水量q =65dl=65*3.14*0.038*1.5*=8.98m3/d4. 单根井点管数及间距N=1.1Q/q=1.1*239.8/8.98=29.4实际用30根井点管D=(147+43)*2/30=12.67m实际间距取12米， 实际布置图见图2。注意：在井点系统抽水期间应加强地面沉降的观测，防止由于地面沉降而引起的环境问题。按此喷射井点设计方案降水在沉井施工过程中降水效果好，满足设计要求。三、 土层压力计算因墙背竖直、光滑，填土面基本水平，符合郎金条件计算时假定附加荷载q=10kp个填土层物理力学性质该书中已给，不再赘述。计算过程如下：Ka1 =tan2(45。-10。/2)=0.7a0 =qKa1-2c1 =10*0.7-2*5*=-1.37kpa1 =(10+18.1*1.15)*0.7-2*5=13.2kpa2 =(10+18.1*1.15+8.1*3.35)*0.7-2*5=32.2kpKa3 =tan2(45。-35。/2)=0.27a2=(10+18.1*1.15+8.1*3.35)*0.27-2*10=5.25kpa3=(10+18.1*1.15+8.1*3.35+8.9*4)*0.27-2*10=14.86kpKa4= tan2(45。-35.15。/2)=0.27a3 =(10+18.1*1.15+8.1*3.35+8.9*4)*0.27-2*6.5=18.5kpa4 =(10+18.1*1.15+8.1*3.35+8.9*4+8.7*3.5)*0.27-2*6.5=26.7kpKa5 = tan2(45。-11.2。/2)=0.67a4 =(10+18.1*1.15+8.1*3.35+8.9*4+8.7*3.5)*0.67-2*15.6=57.5kpa5 =(10+18.1*1.15+8.1*3.35+8.9*4+8.7*3.5+8.4*3.5)*0.67-2*15.6=77.2kpKa6 = tan2(45。-17.3。/2)=0.54a5 =(10+18.1*1.15+8.1*3.35+8.9*4+8.7*3.5+8.4*3.5)*0.54-2*43=19.6kpa6 =(10+18.1*1.15+8.1*3.35+8.9*4+8.7*3.5+8.4*3.5+8.9*3.5)*0.54-2*43=36.5kp被动：Kp4= tan2(45。+35.12。/2)=3.7p4 =8.7*0.4*3.7+2*6.5=37.9kpKp5= tan2(45。+11.2。/2)=1.48p4 =8.7*0.4*1.48+2*15.6=43.1kpp5 =(8.7*0.4+8.4*3.5)*1.48+2*15.6=86.6kpKp6 = tan2(45。+17.3。/2)=1.85p5 =(8.7*0.4+8.4*3.5)*1.85+2*43=177.8kpp5 =(8.7*0.4+8.4*3.5+8.9*3.5)*1.85+2*43=235.4kp土层水的压力：W=W HW10*（11.6-1.15）=104.5kp不考虑渗流的影响土层水土压力图四、 基坑护围及支护方案设计1. 方案选定1) 东侧和北侧采用放坡另加适当的土钉墙；基坑开挖深度为9米，采用1:0.577即坡角60度放坡开挖，中间设1.5米平台。2) 南侧采用人工挖孔桩配合对拉锚杆支护结构。3) 西侧由于对基坑侧壁变形稳定性要求较高，宜采用土钉墙支护。2. 方案设计及计算1) 东侧和北侧放坡段板面：C20喷射混凝土，厚度100mm钢筋网：6200mm*200mm土钉：共设4排土钉，水平间距与垂直间距为2米土钉规格：28L8000mm2000mm分布见图纸 内部稳定分析为方便计算土层力学性质采用加权平均值。附加荷载为10kp，临界破坏面为楔性破坏面，破坏面倾角为：45+/2计算时可用下式：K=CL+（W+Q）Sin(45。+/2)tan+Tsin(45。+/2+)tan+ Tcos(45。+/2+)/(W+Q) cos(45。-/2)公式说明：为土层平均内摩擦角取=22.4。c为土层平均粘聚力取c =7.3kp为土层平均重度取=18.5kN/m3w为土层自重取w=0.5H2tan(45-/2)-0.5*H2cot60=0.5*18.5*8.92tan33.8-0.5*18.5*8.9*8.9*0.58=65.5kn/mH为井深8.9mL为楔形滑移面长度L =H/cos(45-11.2)=8.9/cos33.8。=10.7mQ为地面载荷Q =10*8.9tan(45-11.2)=59.6kn/mT为土钉的支撑力T =*20/1.5=32*20/15=426.7kN/m为土钉与水平面的夹角10度将以上数据带入公式中K=4.2 抗滑稳定计算安全系数KH=FT/Eax公式说明：KH为抗滑安全系数;FT为墙底断面上产生的抗滑力;Eax为墙后主动土压力。Eax=（0.5H+q）Htan2(45-/2)-2cH tan(45-/2)+2c2/=(0.5*18.5*8.9+10)*8.9tan233.8-2*7.3*8.9tan33.8+2*7.32/18.5=287kN/mFT=(W+qB)tanB=11/12*8cos10=7.2mFT=(18.5*8.9*7.2+10*7.2)tan35.15=885.4kN/mKH=885.4/287=3.1满足稳定要求 抗倾覆稳定计算安全系数：KQ=MW/MMW=(W+qB)*0.5B=(18.5*8.9*7.2+10*7.2)*0.5*7.2=4526.9kN/mM=Eax*1/3H=287*1/3*8.9=851.4kN/mKQ=4526.9/851.4=5.3满足稳定要求2) 西侧土钉墙支护设计板面：C20喷射混凝土，厚度100mm钢筋网：6200mm*200mm土钉：共设8排土钉，水平间距为2米, 垂直间距为1米。土钉规格：前三排：28L4000mm1000mm下五排：28L10000mm1000mm内部稳定分析为方便计算，土层力学指标采用加权平均值，临界破坏面为楔形划移面破坏面倾角为（45+）楔形划移面长度=10.6 m土层平均加权内摩擦角=24.263土层平均加权粘聚力cc=7.354 土层自重WW=Htg(45-/2)-2.38 =0.5*18.87*8.9* =283.05 kN/m地面附加载荷Q Q=20*8.9tan(45-)=67.41 kN/m=10.6 m土钉与水平面的夹角 = 10土钉锚固力T T =*20/1.5= 29.6*20/15= 493.3kN/m土钉内部稳定系数K=2.06抗滑稳定计算KH= KH 抗滑安全系数FT 墙底断面上产生的抗滑力Eax 墙后主动土压力=(0.5*18.87*8.9+20)*8.9tan233.8-2*7.354*8.9tan33.8+2*7.3542/18.87=307.5 kN/mF=(W+q) BtgB=*cos10=4.74F=(18.87*8.9*4.74+10*4.74)tan24.263= 401.5kN/mKH =401.5/307.5=1.31满足稳定要求抗倾覆稳定计算KQ= MW=(W+q) B*0.5B=(18.87*8.9*+10)4.74*0.5*4.74=2111.3kN/mM= = 307.5*1/3*8.9=912.5kN/mKQ=2111.3/912.5= 2.31满足稳定要求3）南侧段 基坑下土压力零点：设土压力零点距基坑下x米: x= 0.51m =229.6 KN/m计算合力点： =4.8 m由布鲁姆理论的计算曲线可查得： 桩总长 8.9+9.99=18.89 m 求最大弯距最大弯距位置：在剪力Q=0处，设从地面往下处Q=0，则有：最大弯距 截面配筋选 32 钢筋总抗弯能力 桩间距 取b=1.0 m 为了减少竖向钢筋的用量，可考虑受压区（靠基坑一侧的半圆截面）砼的抗压作用， 砼用C20 受压区每根钢筋截面积为 按构造选配 25 为进一步减少钢筋用量，宜在桩身上部减半配筋。 求弯距点，试算地面下7.5m处的主动土压力强度值 =29.6 Kpa 因此，挖孔桩钢筋笼中，竖向钢筋的配置为： 上部 7.5m： 5 32mm + 5 25mm 下部 10.8m： 10 32mm +10 25mm 25mm钢筋全部配置在桩身砼受压区，即在面向基坑内侧的半圆内布置图见图纸。 验算整体稳定性验算由于围护桩插入深度比较大，且布置较密，在施工中为增强整体稳定性，在桩与桩之间设圈梁，提高边坡抗滑移能力。根据经验，可不验算整体稳定性。桩墙底地基承载力验算 满足要求基坑底部土体抗隆起稳定性验算 其中 为基坑底面处墙体的极限抵抗弯距，可采用该处的墙体设计弯距 抗隆起安全系数 满足要求抗管涌稳定性验算由于进行了人工降水，桩底部两侧水位相差不大，水力坡度较小。根据经验，可以不验算。五、 基坑开挖由于基坑北面和东面场地较为宽阔，故采用放坡形式。西面和东面由于距离街道、施工场地较紧，不宜采用放坡，故采用土钉墙和挖空灌注桩。开挖土方量总计60536.8m3。由于基坑较深，又不允许分块分段施工混凝土层，且地基土制较软弱，故采用分层机械开挖。此基坑深度为83.9m，即可分为三层，层厚为3.0m、3.0m、2.9m。开挖顺序视工作面与土质情况，可从基坑东边向西边开挖。最后一层土开挖后，应立即灌注混凝土垫层，避免基底土暴露时间过长。挖运土方方法采用设坡道开挖方法。土坡道的坡度视土质、开挖深度和运输设备情况而定，一般为1：810，破道两侧要求采取挡土或其他加固措施。由于场地东面较为宽阔，可以将坡道设在基坑外空地上，便于挖土机械正常运行。根据场地条件、挖土深度可采用反铲挖掘机，操作灵活，挖土卸土均在地面作用，不用开运输道。土方开挖是深基坑工程施工的关键工序，必须十分慎重，除应因地制宜地选择好开挖方法和安排好开挖顺序外，还应注意：1 做好施工与材料准备及技术措施准备；2 要重视打桩效应问题；3 要尽量减慢开挖过程中的土体应力释放速度；4 要做好坑内外的降水、排水；5 要注意减少基坑顶边缘地面荷载，严禁超载；6 基坑开挖必须遵守“由上而下、先撑后挖、分层开挖”的原则；7 要做好保护工作；8 要做好对深基坑工程的监测和控制；9 做好验槽工作；10要确保施工安全。六设备及工艺。设备：土钉墙施工设备：电动钻孔机（如KHYD-40A型）、液压注浆泵（如SYB50-50型）、转子式混凝土喷射机、柴油机驱动空压机挖孔灌注桩施工设备，根据谁及尺寸，选用KO系列潜水钻机或者回转钻挖土机械：液压反铲挖掘机、履带式推土机、自卸汽车（中型2t8t）降水设备：钻孔可采用螺旋钻孔机，根据设 喷射井点系统设备的技术参数如下： 井点管直径（mm） 38 井点管总长度（m） 12.5 滤管长度（m） 1.5 喷嘴直径（mm） 3.5 工作压力（Mpa） 0.3 抽水高度（m） 13 每个井点出水量（L/s） 0.4 电动机功率（kw） 40 滤网采用多层滤网 空隙率20%。施工工艺1降水施工工艺 根据施工场地周围构筑物以及水文地质条件，采用喷射井点降水。环形井点布置，总管中间应安置一闸阀或将其断开，使集水总管内水流分在基坑开挖前降水，分层开挖，采地下水位降于本开挖层0.5m。保证水位持续下降，严格控制水位，保证地面沉降不超过允许值。（见井点布置图） 在人工降水施工中，为了防止流土和管涌，应设置反滤层，喷射井点反滤层尤为重要，若质量不好会带入细砂，磨损喷嘴。具体喷射井点施工1）井点布置由于该工程基坑面积较大，井点采用环形布置，进出口（道路）出的井点间距可扩大57m。2） 施工（1） 井点埋置与使用 为保证质量应用套管法，冲孔加水及压缩空气排泥，当套管内含泥量及测定1m，在护筒顶部开12个溢浆口； 安装潜水钻机； 钻进直至要求深度； 第一次处理空地虚土（沉渣）； 移水潜水钻机； 测定孔壁； 放钢筋笼； 插入导管； 第二次处理空地虚土； 水下注砼，拔出导管； 拔出护筒 简而言之，施工准备 测量放线 护筒埋设 钻孔定位 钻进成孔 清孔 吊放钢筋笼 二次清孔 浇筑水下砼 潜水成孔排渣有正、反循环两种3土钉墙施工工艺：（1） 施工工艺流程 本工程施工工艺流程为：施工准备土方开挖，休整边坡钻孔喷射底层混凝土土钉制作安装注浆绑扎钢筋网，放排水管喷射面层混凝土。（2） 土方开挖本土钉墙支护的特点是边开挖，边支护，所以与土方开挖相互密切协调是施工成败的一个重要方面。由于地质情况的变化，有时要求紧跟开挖面，迅速做混凝土面层。本工程在施工组织设计中，计划第一层开挖深度为2m，以后每层开挖深度为15m，不得超挖。（3） 支护施工1） 按照设计图纸进行土钉加工，焊接定位架，绑扎排气管，注浆管等；2） 开挖出工作面后，立即休整边坡，放线，定出土钉位置；3） 钻孔全部用小型麻花钻机和洛阳铲相结合，钻孔直径为110m，钻孔深度按设计要求；4） 插入土钉，同时插入注浆管至孔底约100mm距离，边压力注浆边拔注浆管，当孔口流出水泥浆后即停止，68天后，等水泥浆收缩终凝，孔口封堵再进行，等二次补浆，直至饱和为止，注浆水灰比为：0.40.45；5） 绑扎6200200钢筋网；6） 喷射C20混凝土至120mm厚；7） 再开挖第二层，循环以上作业至基坑完成。七总结本工程基坑面积达m2，挖深为8.9m。基坑面积较大，跨度较宽。地下水位埋藏较浅，且透水性好。南侧离新华联现场教近，只有4m，且开挖时正在进行钻孔灌注桩。西面紧挨着长宁街，且街下面布有管道线路。而东面和北面则场地较为宽阔，达到了12-13m的宽度。针对以上特点，采取了如下措施（1） 南面距离较短，且在灌注桩，所以采用了钻孔灌注桩悬臂式挡土墙。该施工方法具有震动小对环境影响小强度大等特点。在施工时不会对临近工地的灌注桩有影响。且4m距离不适合打锚杆或土钉。因此采用了悬臂自立式。但同时自立式挡土墙的桩顶位移变形较大，因此要做好桩的位移监测。（2） 西侧由于空间和管线等的影响，且长度较长，考虑到钻孔灌注桩的时间长和在如此长范围内做桩的不经济性，所以经过比较采用了土钉墙结构。考虑到空间的狭小，为减短土钉长度，所以采用了放75度坡和密排土钉的措施，基本实现了把土钉长度控制在要求范围内。（3） 在北侧和东侧有较大的空间，且基坑不是很深，考虑到经济性，所以采用了放坡措施，实现了经济效益的结合，经演算，满足施工要求。（4） 由于本工程采用了放坡和灌注桩不加制水帷幕的措施，所以降水在本工程至关重要，为保证降水质量采用了环形降水，并且考虑到轻井两级降水的不经济性和施工中的复杂，所以采用了喷射井方案。经演算满足降水要求，工程合格。（5） 基坑面积较大，周围场地空间较大，因此在土方开挖方面采用了分层开挖的方式。为加快施工进度全部采用机械开掘的方式。通过本次设计培养了自己综合解决问题的能力，使自己有了一定的提高。在一个月的课程设计中，真正的使自己以前学过的知识得到应用。