人防地下室土方开挖及围护方案.doc

某工大教师公寓防空地下室工程土方开挖、基抗支护及降水方案第一部分、综合说明一、工程概况地下车库设计以地上一层室内地坪为0.000，相对的绝对标高根据现场情况自定。自然地面高程（相对高程）在155m上下，地下室底板结构形式为墙下条基、独立柱基、底板，底板开挖深度约为自然地面下4.5 m ，局部集水坑处达到5.3m。工程场地地下水类型为上层滞水，稳定水位在自然地面下2.855.10m，标准冻深1.40m。地下水补给源主要为大气降水及邻近场地补给，粉土层为主要含水层。二、工程地质条件根据某某市建筑设计研究院提供的岩土工程勘察报告，地下车库位的剖面，基坑开挖影响范围内的土层分布如下：耕表土：黄褐色，稍湿，物质成分主要为粉土及砂等。松散。含植物根系。厚0.901.10米，平均厚：1.00米。粉土：黄色，稍湿至很湿，中密。摇震反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。局部底层含有细砂及残积土。层底埋深2.302.80米，厚1.401.90米，平均厚：1.58米。强风化砂页岩：黄绿色，砂页岩互层状分布，表层风化强烈，呈硬塑粘土状。岩体风化裂隙发育，裂隙中有大量松散充填物。随着深度的增加，风化强度逐渐减弱，岩体呈碎块状。本层最大探深为8.80米。本基坑开挖深度座落在强风化砂页岩土层。含水层在地表下2.805.10 m。地下水补给源主要为大气降水及邻近场地补给。粉土层为主要含水层，渗透系数参考值：粉土：K=1m/d。场地地层承载力特征值、变形模量及有关的岩土参数如下：粉土：承载力特征值fak=170KPa；Es=5.47MPa；r=17.7KN/m3；强风化砂页岩：承载力特征值fak=260KPa；E0=19.0MPa；场地土类型为中硬土，建筑场地类别为类。粉土层物理指标中含水量w=15.1%；密度=18.1KN/m3。从以上参数分析，土的压缩模量Es=5.47MPa，属中等压缩性土；粉土层为主要含水层，其含水量为w=15.1%，低于常见的20%，含水量偏低。另外依据施工现场5月10日至12日在距车库附近挖的两个取水井查看，含水层距自然地面向下约4m开始出水，且补水较慢，约1.3m3/小时。三、工程结构特点本工程为地下一层，建筑结构形式为框架，设计使用年限为50年，抗震设防烈度为6度，建筑埋深4.5米，耐火等级为一级，防化等级为丙级，人防地下室类别为甲类，抗力级别为防核武器6级，防常规武器6级。使用功能为平时为小型车停车库，战时为二等人员掩蔽所。平时停车数量为小型车110台，战时掩蔽人数为2400人。地下室层高3.6米。本工程基础为钢筋混凝土独立柱基及钢筋混凝土条形基础，持力层为3层土，均为强风化砂页岩。其中独立柱基基础面比基础底板底面低500mm，墙下条基基础面比底板底面低300。局部集水坑处下降1米。地下室底板厚300mm，外墙板厚300mm，地下室底板、顶板及侧墙采用密实防水混凝土，抗渗等级S6。混凝土强度等级均为C30。四、编制依据本方案编制主要依据：招标文件、施工合同及图纸；现行规范、规程以及现场实际情况。主要规范、规程有参考资料如下：建筑边坡工程技术规范GB50330-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002建筑与市政降水工程技术规范（JGJ/T111-98）建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）建筑施工安全检查标准（JGJ59-99）建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2001建筑机械使用安全技术规程（JGJ33-2001）辽宁省地方标准 建筑安装工程施工技术操作规程 基坑支护、土方开挖与爆破工程（DB21/900.1-2005 J10514-2005）建筑施工手册（第四版）建筑基坑支护（中国建筑工业出版社）土力学地基与基础（武汉工业大学出版社）五、总体施工部署1、质量目标根据施工合同要求，确保市优质样板工程。分项隐蔽工程验收一次合格率100%，优良率90%。竣工验收一次合格率100%，优良率90%。2、工期目标根据本工程施工组织设计基坑开挖总工期为20天，开工日期按业主要求。因开工日期未定，暂按6月7日为开始日期，待开工日期确定做相应调整。工期控制点如下表施工分项名称施工日期天数第一层土方开挖（挖至含水层面以上300mm，挖深约为3.5米）6月7日至9日3天设明沟、集水井抽水6月10日至11日2天第二层土方开挖（挖至基础底面以上200mm，挖深约1米）6月12日至13日2天设明沟、集水井抽水6月14日至15日2天第三层土方开挖（小钩机开挖柱基、集水坑及墙基部分）6月16日至17日2天人工清底（小钩机配合）6月18日至26日8天3、安全文明施工目标现场施工期间，现场安全文明达到市“安全文明标化工地”标准。4、施工部署本工程采用放坡开挖，明沟降水，场内预计设10个降水集水坑，集水坑除设在施工地下室内井坑边附近外，其它设置在转角处。第二层土开挖前，根据降水观测情况，满足开挖条件后，开始由东向西的行走方向开挖。本工程土方开挖分四步开挖，每步开挖完毕随后进行人工修坡。5、拟投入的主要施工机械设备表1-1 拟投入的主要施工机械设备表序号设备或设备名称型号规格数量额定功率生产能力备注1污水泵40WQ7-15-1.1101.17m3/h新购2搅拌机JZC35017.5完好3电焊机BX-300132完好4切割机J3G4-10011.5完好5挖掘机CAT320L2完好6自卸卡车斯太尔10台完好7装载机1台完好896、主要劳动力计划表1-2 劳动力计划工种按施工阶段投入劳动力情况施工降水土方开挖边坡普通工888放线工222机具工22司机2122电工222维修工222第二部分、土方开挖方案一、施工准备1、工程投入的主要物资该分项工程主要投入水泵、水管、配电箱、电缆线、方木、木板、红砖、水泥、砂、铁锨、扫帚等物资，其数量及进场时间根据现场施工情况配备。2、拟投入的机械设备如表1-1。3、拟投入劳动力如表1-2。二、施工方法1、设备进场前，按甲方给定的地下室6个外墙边线控制点测设施工放线控制点和高程水准点。根据图纸及现场实际情况，该工程基坑较深，基坑四面均采用放坡开挖。2、本工程基坑支护工程是临时性工程，因此安全与经济的平衡是尤其重要的，不能为了安全而忽略经济，更不能为了经济而忽略安全。本工程支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重，安全等级为三级。根据本工程地质条件、周边情况、地下结构开挖深度情况，本基坑全部采用放坡开挖。基坑采用放坡开挖是最经济、有效的方式，放坡坡度经计算确定。本工程基坑开挖深度约h=4.5米，地基土的天然重度r=18.1KN/m3，内摩擦角=15，粘聚力c=12KPa。N=c/rh=12/(4.5*18.1)=0.14查下图中的=15的曲线，可得坡角=6541，故基坑开挖时稳定的边坡坡度为1：0.47。（此图表及计算参考土力学地基与基础第110页计算所得。）图21粘性土简单土坡计算图考虑土压力、静水压力、渗流压力、地面超载、施工荷载等影响，开挖坡度偏安全取1：1，即45坡角放坡；且靠主路边坡坡面依据开挖后土质情况抹50mm厚C10砼防护坡面。本工程场地内属粘性土，现按费兰纽斯提出的土坡稳定性的圆弧滑动分析法条分法进行基坑整体稳定性分析。工程上一般认为稳定安全系数K1.2时，边坡是安全的。（此计算参考土力学地基与基础第108、109页计算）为简化计算工作量，根据试算经验，最危险的圆弧滑动面按下述近似方法求得（图22）图2-2 最危险滑弧圆心的确定分别在B、C两点作角、（查土力学地基与基础第109页表54），并求得交点，此点可作为内摩擦角为=0时圆弧滑动面的圆心位置，由坡脚A点铅垂向下一倍h处，再水平向右4.5h处得点D。当0时，圆心在D0的延长线0点上方附近位置。分别作圆心01、02、03的圆弧滑动面，并计算相应的稳定安全系数K1、K2、K3，取最小Ki值的圆心（如图2-2中02点）作D0线的垂线，并在此垂线上再分别取圆心01、02、03、，并计算相应的K1、K2、K3。则取Kmin所对应的圆心（例图2-2中02点）作出滑动面即为最危险的圆弧滑动面。具体分析计算步骤如下：（1）按比例绘制土坡剖面图（图2-3），假设滑弧通过坡脚A。（2）按图2-2方法确定内摩擦角为=0时圆弧滑动面的圆心位置。本工程地质勘察报告未给出内磨擦角，本计算依据土力学地基与基础一书，假定内磨擦角=15。（3）将滑动土体ABC竖直分成宽度相等的若干土条并编号。编号时可以圆心O的铅垂线为0条，图中向右为正，向左为负。为使计算方便，本计算取分条宽度b=R/10，则sin1=0.1，sin2=0.2，sinn=0.n，sin-n=-0.n等。（4）计算每一土条重力Wi，Wi=bihi(hi为计算土条的平均高度)，略去土条间的作用力，则其分力为：切向力Ti=wisini，法向力Ni=Wicosi（5）各土条对圆心的滑动力矩为（6）各土条对圆心的抗滑力矩包括如下两部分：由Ni引起的摩擦力对圆心的抗滑力矩为 由粘聚力c产生的抗滑力矩为 由此可得稳定系数：式中 土的内摩擦角标准值（度）；本计算取15 i土条弧面的切线与水平线的夹角（度）； c粘聚力标准值（kPa）；本工程根据土质情况取c=12KPa。 li土条的弧面长度（m）； Wi土条的重力标准值（kN），Wi =bihi； bi土条宽度（m）； hi土条中心高度（m）。计算部分放大图由上图计算（数据由CAD软件内实测得出长度、面积等数据，土的天然重度=181kN/m3。）K1=(-18.10.8090.522cos10+18.11.3740.809cos3+18.10.8092.204cos3+18.10.8092.882cos10+18.10.8093.551cos17+18.10.8094.059cos25+18.10.8093.617cos32+18.10.8093.009cos41+18.10.8092.16cos51+18.10.8090.832cos64)0.2679+(1286/36023.14159266.815)(-18.10.8090.522sin10+18.11.3740.809sin3+18.10.8092.204sin3+18.10.8092.882sin10+18.10.8093.551sin17+18.10.8094.059sin25+18.10.8093.617sin32+18.10.8093.009sin41+18.10.8092.16sin51+18.10.8090.832sin64)=416.108452141.5655072=2.939由计算结果看，稳定安全系数K=2.939远大于1.2，虽不是最小边坡稳定系数，但与最小稳定系相差不会大于1，所以从这个结果分析，边坡处于相对稳定状态，边坡土体向下滑动使边坡失稳的可能性极小。需要注意的是，实测滑动圆弧距基坑边为3.5米，实际施工过程中，基坑边3.5米范围内不允许有长期堆载，靠主要道路边坡会经常有动载（汽车路过等情况），考虑对靠主路的边坡作50mm厚C10素混凝土保护，边坡稳定性分析计算到此为止。3、土方开挖按先排水后开挖的原则进行。结合现场施工机具，劳动力等资源配置情况，地下室采用分层开挖的方式开挖。土方开挖前，以下事项必须落实，方可开挖。（1）施工现场的电力设施必须全面检查，保证电通。（2）与甲方联系确定外运土路线及地点，检查道路通行能力能否满足车辆通行要求。（3）与甲方联系场地排水路线及设施设置，应满足施工降水能力要求。（4）项目部水泵、集水井井管设备准备到位。（5）施工测量已复核，符合规范要求。（6）设计交底已完成，图纸会审已完成，确定基础相关部分不会有较大变更情况发生。（7）施工场地基坑开挖边线外已做好基坑临边防护围栏，并挂好密目安全网。并已设置明显警示标志，夜间照明等均已布置好。（8）基坑四周排水沟已挖好，并设置好排水坡度。（9）应急措施物资已到位或已联系确定供应部门，遇紧急情况迅速到位。4、土方开挖劳动力及施工机具准备（1）根据本工程工程量及工期要求，安排劳动力如下：普通工24人，测量放线2人，机具工2人，司机12人，电工2人，维修工2人。（2）挖掘机生产率及机具数量计算根据施工组织总体安排，该项工程基础（地下室）土石方开挖工期计划20d。 1)挖掘机生产率 单斗挖掘机工作小时生产率Ph（m3/h）按下式计算：Ph60qnK 式(4-1)其中 n60/T； 单斗挖掘机台班生产率Pd（m3/台班）按下式计算：Pd8PhKb 式(4-2)其中 q土斗容量（m3）；n每分钟挖土次数（次）；Tp挖掘机每次作业循环延续时间（s）；K系数，一般为0.600.67；Kb工作时间利用系数，在侧向装土时，Kb为0.78.88； 单斗挖掘机工作时生产率Ph： Ph601.2（60/40）0.664.8m3/h 单斗挖掘机台班生产率Pd（m3/台班）： Pd8PhKb864.80.88456.2m3/台班 挖掘机需用数量： 式(4-3)2故挖掘机需用数量为2台。 其中 Q土方量（m3）； Pd挖掘机生产率（m3/台班）； T工期20d（工作日）； C每天工作班数； K时间利用系数，一般为0.800.85。 因不清楚甲方要求将土方的外运至何处，故暂不考虑装卸汽车的配备。（施工时具体配备按施工实际需要予以增减车辆。5、土方开挖（1）土方开挖自基坑东向西开挖。第一层土方开挖初步确定为开挖深度3.5米，先进行试挖，挖至含水层面以上300mm为宜。当土方开挖至一半基坑范围时，即用小型钩机，在基坑四周开挖集水坑和排水明沟，布设排水设施，开始降水。（2）采用坡道出土方式，利用本工程地下室坡道处天然土体设置出土坡道。（3）尽量避免夜间施工，如有需要作好防扰民措施。夜间施工时，应合理安排工序，防止错挖或超挖。施工场地应根据需要安装照明设施，在危险地段设置明显标志。（4）第一步挖土结束，随后进行两侧道路边坡混凝土防护抹面，待混凝土强度达到30%以上时，即进行第二层土方开挖。（5）第二层土方开挖仍自东向西进行，至4.5米深度位置，基本达到基底顶面以上200mm，施工人员随后进行两侧道路旁边坡混凝土防护抹面。（6）第二层土开挖至一半左右，小钩机即加深明沟及集水坑，随即进行降水。第二层土开挖时如遇坑内土有水情况，应停止开挖，并加深明沟及集水坑，降水达到基坑开挖不出水时再进行第二层土方开挖。（7）第二层开挖结束后，测量人员抄出50cm水平线，在坑壁四周每隔5m钉水平标高小木楔，拉通线找平。（8）第二层挖土结束后，降水达到要求后，即进行人工清理槽底。人工清槽清至基底设计标高，局部独立柱基、墙下条基、集水坑、后浇带加深部位采用小钩机、三轮车配合人工清土，人工清土仍自东向西进行。人工清底采取两部分进行，先人工清至底板底面垫层标高面，之后测量人员测放柱基、墙基、集水坑、后浇带等部位，撒灰线，在基坑四周测设控制桩，挂线进行人工清土控制。（9）人工清底后，及时通知有关部门进行验槽。（10）施工中对标准桩、观测点、管网以保护，发现地下异常情况及时通知有关部门处理。三、质量控制建立以项目经理为负责人的质量保证体系。开工前组织全部进场人员学习施工方案，熟悉图纸及地质情况，对机械操作手进行技术交底，要求掌握施工的技术要点。第一道工序开工前，学习规范要求，精心施工。完工后，进行严格自检，不合格者坚决返工。挖方工程允许偏差及检验方法见表3-1。 挖方工程允许偏差及检验方法表 表3-1项目序号检 查 项 目允许偏差或允许值（mm）检 查 方 法基 坑挖方场地平整人工机械主控项目1标 高-503050水平仪检查2长度、宽度（由设计中心线向两边量+200-50+300-100+500-150经纬仪、钢卷尺量3边坡设计要求观察或用坡度尺一般项目1表面平整度202050用2m靠尺、楔形塞尺2基底土性设计要求观察或土样分析四、确保安全生产的技术组织措施建立以项目经理为负责人的安全保证体系。开工前组织全体进场人员学习安全知识，进行安全交底，定期或不定期地进行安全检查，发现不安全因素立即整改，防患于未然，切实做好安全、文明施工。1、开工前要做好为各级安全交底工作，制定有关安全措施，组织贯彻落实，并定期开展安全活动。2、要向全体员工做好现场地上、地下障碍物交底。要注意对测量桩、点以及地上物的保护，严禁机械乱碰、乱轧。3、现场施工机械多，配合工种多，特别是二层段的开挖，各机械、各工种要遵守安全操作规程，注意相互间的安全距离。机械挖土以人工清底修坡要采用轮换工作面作业，确保配合施工的安全。4、挖、卸土场主要出入口要设安全岗，配备专人指挥车辆，司机要遵守交通法规和有关规定。5、要遵守阜新市的有关环卫、市容、场容管理的有关规定。车辆等驶出现场前要配备专人检查车辆情况，以防途中撒土、扬尘影响市容，车辆出施工现场对轮胎进行冲洗，以免带土上路污染环境。6、本工程开挖深度大，机械开挖严禁挖陡坡，要密切观察边坡情况，发现问题及时采取防护措施。7、坡道处理和收尾要设置机械就位平台，不得在斜坡道上就位挖土。8、为确保施工安全，禁止闲杂人进入，在距开挖坑边500m距离设一道止水线并采用钢管脚手架搭设1.2m高的防护拦杆，且刷以红白相间的调和漆。第三部分、基坑边坡支护及降水方案 一、降水方案1、根据地质资料，本工程地层为渗透性不大的上层滞水层，无地下潜水含水层影响。该层滞水层主要受大气降水及地表水补给，地下水位随季节性变化不大。基坑开挖时，降水至关重要，降水成功与否直接关系本工程围护的成败。依据表31，本工程采用明沟排水方式。地下水控制方法适用条件 表3-1方法名称土类渗透系数（m/d）降水深度（m）水文地质特征集水明排填土、粉土、粘性土、砂土720.05上层滞水或水量不大的潜水降水真空井点0.120.0单级6多级20喷射井点0.120.020管井粉土、砂土、碎石土、可溶岩、破碎带1.0200.05含水丰富的潜水、承压水、裂隙水截水粘性土、粉土、砂土、碎石土、岩溶土不限不限回灌填土、粉土、砂土、碎石土0.1200.0不限2、本工程坑内采用明沟降低地下水位，沿基坑四周封闭布置。在基坑四角或每隔3040m设置集水井，使基坑渗出的地下水通过排水明沟汇集于集水井内，然后用水泵将其排出基坑外（图3-1）。图3-1明沟、集水井排水方法示意图1-排水明沟；2-集水井；3-离心式水泵；4-设备基础或建筑物基础边线；5-原地下水位线；6-降低后地下水位线排水明沟宜布置在拟建建筑基础边0.4m以外，沟边缘离开边坡坡脚应不小于0.3m。排水明沟的底面应比挖土面低0.30.4m。集水井底面应比沟底面低0.5m以上，并随基坑的挖深而加深，以保持水流畅通。沟、井的截面应根据排水量确定，基坑排水量V应满足下列要求：V1.5Q式中 Q基坑总涌水量，本工程基坑涌水量计算如下。根据水井理论，水井分为潜水（无压）完整井、潜水（无压）非完整井、承压完整井和承压非完整井。这几种井的涌水量计算公式不同。依据地质勘察报告，本工程可按均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算。本工程基坑远离水源，计算如下：（1）基坑远离地面水源时（图3-2a） 式中 Q基坑涌水量(m3/d)；K土壤的渗透系数(m/d)；H潜水含水层厚度(m)；S基坑水位降深(m)；R降水影响半径(m)；宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑安全等级为二、三级时，对潜水含水层按下式计算： 对承压含水层按下式计算： k土的渗透系数(m/d)；r0基坑等效半径(m)；当基坑为圆形时，基坑等效半径取圆半径。当基坑非圆形时，对矩形基坑的等效半径按下式计算：r00.29（ab） 式中 a、b分别为基坑的长、短边。对不规则形状的基坑，其等效半径按下式计算： 式中 A基坑面积(m2)。本工程中各参数数值为k=1m/d，H=3.5m，S=2.6m，A=4200m2。降水影响半径=9.72m基坑等效半径=36.57m基坑涌水量=152.75m3/d图3-2 均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算简图（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岩；（c）基坑位于两地表水体之间；（d）基坑靠近隔水边界3、抽水设备选用排水沟及集水井是通过水泵将水排出。水泵容量的大小及数量根据涌水量而定，一般应为基坑涌水量的1.52.0倍。本工程涌水量为6.36m3/h，其1.5倍为9.55 m3/h。下面是选用污水泵的型号及技术参数表，共10台，可满足本工程施工降水需要。由于本工程基坑涌水量小，采用间隔抽水降水，专人负责，24小时看护。污水泵型号及技术参数型号流量m3/h扬程m功率KW出水口径mm总重量kg40WQ7-15-1.17151.14018本工程排水沟及集水井设置在基坑四周，排水沟总长度328米，设集水井9个。集水井直径800mm，比明沟深1米。集水井井壁用角钢、钢筋、竹片做成钢筋笼加固井壁，采用V180型污水泵抽水。在井的底部铺一层100mm厚的碎石作为滤水层，碎石粒径为4060mm。集水井、排水沟的平面、剖面分别如图84、85所示。图84 集水井的平面位置图1集水井；2排水沟图85 排水沟剖面图4、地面截水施工场地表面泄水坡度不小于5，保持场地排水畅通，防止地面水流入坑内（见附图1）。施工用水、废水有临时排水网络，蓄水池、灰池要防止漏水并与基坑相距5米以上，周围15米范围内不应设集水坑。地面堆放物品不得阻碍雨水排泄。需要浇水的材料，宜放在距基坑5米以外，并防止流入坑内。5、坑边设置排水明沟根据本工程土质特点，地面截水采用明沟，明沟宽200mm,深300mm，内衬塑料薄膜必须迅速将抽出的水排出施工范围以外，防止流水渗入坑边土中，在靠近主要道路边的明沟，可采用砖砌加塑料膜面层。二、基坑支护方案1、本工程由于具备放坡开挖条件，采用大放坡开挖，基坑边坡经验算相对处于稳定状态。但依据现场实际情况，基坑东西两侧，靠近主要施工道路路边，要经常有施工车辆经过，有动载且是长期的、不定时的。其中东侧边坡长度