基坑支护工程方案设计毕业设计.doc

中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 i 基坑支护工程方案设计毕业设计基坑支护工程方案设计毕业设计 目录 摘 要 1 ABSTRACT 2 前 言 3 第一篇 基坑支护工程方案设计 4 第 1 章 设计条件及其分析 4 1 1 工程概况 4 1 2 工程地质水文地质条件分析 5 1 2 1 工程地质条件 5 1 2 2 水文地质条件 6 1 2 3 水文工程地质条件及周边环境条件对本基坑工程的影响分析 6 1 2 4 本基坑的特点分析 6 第 2 章 设计依据及设计原则 7 2 1 设计依据及设计原则 7 2 1 1 本基坑工程设计依据 7 2 1 2 基坑支护设计原则与设计思路 7 第 3 章 基坑支护方案论证 10 3 1 支护方案技术经济可行性论证 10 3 1 1 基坑工程简史 10 3 1 2 支护方案论证 10 3 1 3 止水方案论证 13 3 1 4 最后综合方案论证 14 第 4 章 基坑支护结构设计及其计算 验算 17 4 1 支护结构设计与计算 17 4 1 1 基坑止水帷幕设计 17 4 1 2 基坑支护结构设计与计算 17 4 1 3 排水系统 52 4 2 设计图 53 第二篇 施工组织设计 54 第 5 章 施工组织设计依据 54 5 1 施工组织设计依据 54 5 1 1 基坑支护设计方案 54 5 1 2 施工技术规范规程 54 5 2 施工组织机构 54 5 2 1 项目组织机构 54 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 ii 5 2 2 岗位责任制 55 5 3 施工技术 55 5 3 1 施工技术要求 55 5 3 2 基坑止水施工技术 56 5 3 3 基坑支护结构施工技术 57 5 3 4 施工机具设备选型 58 5 4 施工质量保证措施 59 5 5 基坑监测与信息化施工 59 5 5 1 基坑监测 59 5 5 2 基坑信息化施工 60 5 6 计划工期与施工进度计划 61 5 6 1 计划工期的确定 61 5 6 2 工程进度横道表 61 5 7 安全文明施工与环境保护措施等 61 5 7 1 安全文明施工制度与措施 61 5 7 2 环境保护要求与措施 62 5 8 其他技术要求 62 第三篇 工程预算书 64 第 6 章 工程预算 64 6 1 预算书编制依据 64 6 2 预算书编制说明 64 6 3 工程量计算 64 6 3 1 止水帷幕工程量 64 6 3 3 桩锚支护工程量 65 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 71 工程预算书 71 结束语 78 参考文献 78 附录 79 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 iii 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 1 摘 要 本设计是作者根据长沙潮宗御苑小区基坑支护工程的实习 通过搜集到的 现场资料 参考相关的规范规程完成的 设计的主要内容包括基坑支护方案论 证 设计计算 施工组织设计以及工程预算书 根据场地的工程地质水文地质 条件和基坑周边环境 在满足变形和稳定的前提下 考虑经济性和可行性 确 定了以桩和预应力锚索共同组成的复合支护方案 根据基坑复杂的周边环境 土层差异和施工可行性将基坑划为六个计算段 设计计算参考了当地同类工程 的经验和各种规程规范提供的计算方法 各设计参数满足稳定和变形的要求 根据基坑的工程水文地质情况 确定砂卵石层进行隔水帷幕 考虑经济和止水 效果双方面的条件下 确定了整个基坑应用高压旋喷止水帷幕方案 根据建设 方的工期要求 制定了一个详细 可行的施工组织设计 预算得到的工程总造 价为 9719150 86 元 单位造价为 1488 86 元 m2 关键词关键词 基坑支护 桩锚 施工组织 工程预算 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 2 Abstract According to the practice experience in construction site of the ChaoZongYuYuan foundation pit engineering of ChangSha the project of foundation excavation is designed by collecting local information and consulting related rules The key parts of this design includes foundation pit project argument design and account construction and organization design engineering budget Considering engineering geologic conditions and hydrogeological conditions also precedents in the requirement of deformation and stability connecting with the ingredient economy and feasibility the author chosen a compound retaining methods of Pile and Anchor According to Foundation complicated surrounding environment difference of soil and the feasibility of construction designated segments of six calculated to experiment of local analogous engineering and account method providing by various rules while designing and accounting each design coefficient was content with the requirement of stability and deformation According to foundation engineering hydrogeology conditions determine the sand and gravel layer waterproof curtain consider economic and the effect of sealing under the two conditions to determine the foundation application of high pressure spraying waterproof curtain program According to the requirement of erector the author established a detail and scientific construction organization design The total construction cost of the project budget is 9719150 86 yuan the unit construction cost of the project budget is 1488 86 yuan per square meter Key words foundation pit pile anchor construction organization project budget 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 3 前 言 随着城市化进程的加速发展 地表空间已不再满足人们的需求 向地下空 间进行多层次利用是必然的趋势 深基坑支护工程设计技术是在这种条件下应 运而生的 它不仅包含了土力学中典型的强度 稳定与变形问题 而且又涉及 到土与支护结构的共同作用 是一个综合性的岩土工程问题 要提高基坑支护 的设计与施工水平 首先要选择一个合适的理论计算模型作为依据 然后再选 择合理的基坑支护方案 最后就是要具备较成熟的施工经验 本学期伊始 在金福喜老师的指导下和单位的允许下 我在长沙潮宗御苑 小区基坑支护工程施工段进行了简单的实习 并且选定此工程作为毕业设计课 题 本设计是作者借鉴长沙地区基坑支护工程的实践经验 查阅相关文献资料 在老师的指导下独立完成的 本文所选的基坑支护方案具有较广泛的工程适用 性 通过多种方案优化论证 提出了在此条件下经济 技术上最优的方案 这次的毕业设计对我来说是一个综合的学习过程 它不仅加深了对本专业 的知识有了一个系统的了解 同时也让我逐步学会处理现实中较复杂的工程 相信这对我以后的再学习和工作有很深远的指导意义 书山有路 学海无涯 对科学理论的探讨和使用是每一个工科人员的无止境追求 限于本人水平有限 文中错误之处难免 敬请读者批评指正 以便进 一步进行修改和补充 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 4 第一篇 基坑支护工程方案设计 第 1 章 设计条件及其分析 1 1 工程概况 拟建潮宗御苑小区共分为三栋商住楼和一栋公寓楼 编号分别为 A B C D 栋 其中商住楼为 A B C 栋 地上 47 层 地下 3 层 设计地 坪标高为 36 00m 建筑物高度为 140m 剪力墙结构 对差异沉降敏感 单位 荷重为 240 吨 米 其地下室深 11 50m 公寓楼为 D 栋 地上 33 层 地下 3 层 设计地坪标高为 36 00m 建筑物高度为 100m 框剪结构 对差异沉降敏感 单位荷重为 4000 吨 柱 其地下室基底标高为 21 70 24 30m 本基坑周长为 574 275m 基础面积达 7335 892 周边环境条件见表 1 1 2 m 表 1 1 基坑周边环境条件 区段周边环境条件周边环境条件 北向AB 坡顶为营盘街 基坑开挖线距人行道外边线距离为 3 0 7 0m 人行 道宽为 4 50m 管网分布情况详见管网图 BC 坡顶为小区道路 基坑开挖线距小区道路边距离为 4 50 5 00m 小 区道路宽为 5 0 6 0m 道路东侧为一栋 8 1 层住宅楼 框架结构 基础为 D350 夯扩桩 桩长约 11 0m 持力层为粉质粘土 CD 坡顶为场地便道 基坑开挖线距距坡顶二栋 8 层住宅楼距离为 12 0m 住宅楼为框架结构 基础为 D350 夯扩桩 桩长约 14 0m 持力层为强风化板岩 北部 基坑开挖线距距坡顶 8 层住宅楼距离为 9 40 11 70m 住宅楼为框 架结构 基础为 D350 夯扩桩 桩长约 14 0m 持力层为强风化板岩 中部 基坑开挖线距距坡顶 8 层住宅楼距离为 8 40m 住宅楼为砖混结构 基础型式为桩基 东向 DE 南部 基坑开挖线距距坡顶 6 层住宅楼距离为 10 20m 住宅楼为砖混结构 基础型式为桩基 南向EF 坡顶为潮宗街 基坑开挖线距道路边线距离为 4 0m 管网分布情况 详见管网图 西向FA 坡顶为湘江大道 基坑开挖线距道路边线距离为 10 0m 11 0m 管 网分布情况详见管网图 本基坑受湖南东建房地产开发有限公司的委托 对潮宗御苑小区拟建场地 基坑支护工程进行设计工作 勘察施工单位为中国有色金属工业长沙勘察设计 研究院 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 5 1 2 工程地质水文地质条件分析 1 2 1 工程地质条件 根据中国有色金属工业长沙勘察设计研究院编制的 湖南东建房地产开发 有限公司潮宗御苑小区拟建场地岩土工程详细勘察报告书 拟建场地工程地质 条件概述如下 地层岩性 根据钻探揭露 场地内分布的地层主要有人工填土层 第四系新近冲积层 第四系冲积层 第四系残积层及震旦系 Pt 板岩 各地层野外特征自上而下依次 描述如下 1 杂填土 Qml 为地层编号 下同 灰 褐灰 灰黄色等杂色 主要由 砼块 碎砖块等建筑垃圾混少量粘性土及碎石杂填而成 堆填时间约为 3 5 年 未完成自重固结 密实度不均匀 干 结构松散 层厚 1 80 10 80m 层底标高 介于 23 68 33 87m 2 素填土 Qml 褐红 褐黄色 主要由粘性土混杂少量建筑垃圾等组成 其硬杂质含量介于 5 10 堆填时间超过 10 年 密实度不均匀 呈稍湿 干 稍密状态 层厚 0 80 6 10m 层底标高介于 21 25 31 09m 3 第四系全新统冲积 Qal 粘土 褐灰 灰黑 黑色 呈软塑 可塑状态 光泽反应稍有光泽 摇震无反应 干强度和韧性较高 层厚 2 00 11 30m 层底 标高介于 20 96 25 71m 4 第四系冲积 Qal 层 1 中粗砂 黄褐 褐灰等色 石英质 分选性较差 不均匀混 15 25 的砾石和粘性土 呈饱和 中密状态 层厚 0 60 2 70m 层底标高介于 21 25 31 09m 2 圆砾 黄褐 灰白色 石英质 呈亚圆形 粒径一般为 5 20mm 分选性较差 不均匀混 15 20 的卵石和少量粘性土 呈饱和 稍密 中密状态 其余钻孔均遇见该层 层厚 0 50 4 10m 层底标高介于 19 95 24 72m 5 第四系残积 Qel 粉质粘土 棕褐 褐黄色 系板岩风化残积而成 原岩结构可辨 含强风化岩块 20 40 摇震无反应 光泽反应稍有光滑 干强度及韧性中等 呈可塑 硬塑状态 层厚 0 30 3 60m 层底标高介于 18 46 23 41m 6 震旦系 Pt 板岩 褐黄 褐灰色 褐灰 青灰色 局部夹有灰绿色团块 或斑纹 主要矿物成分为长石 石英及粘土矿物等 粉细粒结构 厚层状构造 泥质胶结 节理裂隙发育 且多呈闭合状 按其风化程度可分为强 中风化两 层 1 强风化 r3 板岩 褐黄 褐灰色 大部分矿物已风化变质 节理裂隙 极发育 岩块用手可折断 冲击钻进困难 回转钻进容易 岩芯呈块状及土状 层厚 1 10 18 00m 层底标高介于 2 13 19 92m 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 6 2 中风化 r2 板岩 褐灰 青灰色 部分矿物已风化变质 节理裂隙较 发育 岩块用手难折断 合金钻进速度一般 岩芯呈短柱状 块状 揭露厚度 5 10 21 16m 层厚不详 1 2 2 水文地质条件 本场地地下水主要为赋存于人工填土 人工填土 及第四系粘性土层中 的为上层滞水 水量较小 分布不均匀 受大气降水和地表水补给 水位季节 性变化 未形成连续稳定水面 勘察期间测得部分钻孔中的上层滞水稳定水位 埋深为 1 50 5 20m 相当于标高 28 54 33 69m 赋存于中粗砂 及圆砾 及强 中风化板岩 中层中的地下水属潜水 主要受上层滞水补给 勘察期间 测得地下水稳定水位埋深为 3 10 7 50m 相当于标高 26 65 31 99m 本次勘察在钻孔中共采取 6 件地下水试料并进行了室内水质分析 根据水 质分析结果 按 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 中有关规定判定 场 地地下水环境类型属 类 场地内地下水水质在弱透水地层中对砼结构不具腐 蚀性 在强透水地层中对砼结构具弱腐蚀性 对钢筋砼结构中钢筋不具腐蚀性 对钢结构具弱腐蚀性 根据本次勘察结果 结合地区工程经验和室内渗透试验结果综合判定 场 地内第四系中粗砂 圆砾 为强透水地层 1 2 3 水文工程地质条件及周边环境条件对本基坑工程的影响分析 1 基坑西侧为湘江大道 南侧为潮宗街 北侧为营盘路 路侧有地下水管 电信 电缆 下水道等多种地下管线 进行基坑支护时 不能对其造成破坏影 响 2 基坑东侧有多栋层数为 4 9 层楼房 距离基坑开挖线 8 40 11 70m 进 行基坑支护时 不能对其造成破坏影响 3 当基坑进行开挖时 将穿越中粗砂 圆砾 该层属强透水性地层 如不进行有效隔水帷幕 施工抽水和降水将对周边管线道路及建 构 筑物造成 不良影响 1 2 4 本基坑的特点分析 本基坑工程周边环境复杂且经实地调查周边有其它工程项目正在施工 拟 建空闲场地非常有限 因此 基坑开挖过程中既不能影响到周边房屋及马路的 安全 而且需注意不能影响到周边工地场地施工安全性 本基坑靠近湘江边 有砂卵石强透水层存在 所以还必须得控制地下水渗流 综上所述 在基坑支 护中必须选择合理的支护及隔水方案 以确保基坑工程的质量及其安全性 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 7 第2章 设计依据及设计原则 2 1 设计依据及设计原则 2 1 1 本基坑工程设计依据 1 设计所采用的相关设计规范规程 高压旋喷注浆技术规程 YSJ210 92 建筑地基处理设计规范 JGJ79 2002 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 建筑地基基础设计规范 GBJ50007 2002 建筑桩基技术规范 JGJ94 94 土层锚杆设计规范 CECS22 90 混凝土结构设计规范 GBJ10 89 建筑边坡工程技术规范 GB50330 2002 等规程规范 理正深基坑支护结构设计软件 F SPW5 3 版 2 由业主提供的相关资料 设计委托书 拟建建筑总平面图 地下室负一 负三层平面图 现状地形图 地下管网综合图 中国有色金属工业长沙勘察设计研究院编制的 湖南东建房地产开发有限 公司潮宗御苑小区拟建场地岩土工程详细勘察报告书 周边建筑基础竣工图 2 1 2 基坑支护设计原则与设计思路 1 设计原则 1 设计方案是根据建筑基坑总平面图范围 场地岩土工程条件 场地周 边环境条件及基坑开挖深度等要求确定 2 设计地坪标高 0 00 按 36 00m 考虑 基坑底标高按 21 70m 24 30m 考 虑 现场地地面标高在 35 00m 基坑支护深度为 10 70 13 30m 3 地面一般附加荷载为 q 10 15kPa 基坑侧壁安全等级为一级 建筑物 按每层 15 kPa 计算 重要性系数 0 1 10 4 基坑使用年限为基坑支护竣工后一年 5 根据 中国地震动参数区划图 GB 8306 2001 抗震设防烈度为 6 度 6 设计所需参数是根据勘察报告并结合工程经验确定 相关指标见表 2 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 8 1 表 2 1 设计所需参数指标值 基坑各向平均厚度 m 东向南向西向 北向 地层 BCDECDEFFAAB 天然重 度 kN m3 内摩擦 角 度 凝聚力 C kPa 土体与锚固土体与锚固 体极限摩阻体极限摩阻 力标准值力标准值 kPa 人工填土 7 854 557 783 235 008 7618 510818 素 填 土 0 000 501 180 500 001 6219 0101520 粘 土 5 507 702 408 586 752 5618 5121530 中 粗 砂 0 000 000 450 000 000 0019 528 70 圆 砾 0 500 700 550 901 100 3020 035 120 粉质粘土 0 600 500 500 500 500 5019 5192560 强风化板岩 2 308 607 987 506 503 5021 53030150 中风化板岩 15 00 15 00 15 00 15 00 15 00 15 0023 53535220 2 设计思路 基坑工程是一个临时性支护的复杂系统 影响因素众多 各因素间又相互 影响和约束 因此 在满足经济合理的基础上对支护方案的优化设计是很关键 的 一般在选择一个合理的支护方式时必须先充分了解并分析场地工程地质情 况 周边的环境情况以及业主的要求初选多个可能最优的方案 然后再根据各 种约束条件对这些方案进行细部设计 接着套用定额和市场价格分别计算工程 量和造价 根据造价最优的原则选出最优方案 最后根据选定的方案进行更进 一步的设计 从经济的角度出发 应该首先考虑放坡开挖 如果基坑周围场地允许 邻 近基坑边无重要的建筑物或地下管线 放坡开挖是最佳的选择 但当开挖深度 超过 4 5m 时 宜采用分级放坡或局部放坡 如果场地不具备放坡的条件 在 开挖之前可以适当的卸去表层一定厚度的土体 这样对后续的支护起较好的作 用 如果基坑较浅并且其周围不具备放坡条件 但具备重力式挡土墙的施工宽 度 可以优先考虑重力式挡土墙结构 但在土层较差或厚度较大时 特别是软 塑 流塑土层 宜选择水泥土搅拌桩墙挡土结构 一般水泥土桩可以做成格构式 排列比较经济 若基坑周围不具备放坡条件及挡土墙的施工宽度时 并且地层主要为粉土 砂土或杂填土等时 我们可以考虑采用土钉或喷锚支护结构加井点降水 这样 会具有良好的经济效果 如果施工组织的比较好 还可以显著缩短工期 这种 支护方法一般适用的边坡高度小于 12m 但当土体内富含地下水或者可塑以下 的软土厚度超过 3m 不宜采用喷锚支护结构 同样在建筑物较多的城市基坑工 程施工时 由于锚杆的长度比较长 可能会超过施工的许可范围延伸至邻近建 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 9 筑物的基础 这时可以选择基坑内撑排桩式支护型式 一般情况下 如果是前 面所述的基坑 我们常常还可以采用桩锚支护结构加井点降水 前提是锚杆的 锚固端有较好的土层 在遇到场地与环境都比较复杂的地层时 我们可以优先考虑采用组合式支 护结构 对不同区段和重点部位进行重点加固 以求达到最优的支护效果 除了上述的支护方法外 我们还可以根据不同的场地条件采用拱型支护 逆作法开挖与支护 地下连续墙 悬臂式支护等方法 由于大多数的基坑支护都属于临时性的支护 它的工作状态处于比较复杂 的系统中 所以应该尽可能多的考虑其不确定性的因素以及其发生事故后的应 急措施 另外一个很关键的环节就是对基坑的工作状态进行动态监测和控制 及时反馈监测结果以便进行动态支护 防止异常事故的发生 一般每个地区的地层都有其独特的地质情况 所以我们在基坑支护选型时 都要先熟悉当地常用的支护方法 然后再参照邻近建筑的基坑设计和施工方法 选择出最优的支护方案 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 10 第 3 章 基坑支护方案论证 3 1 支护方案技术经济可行性论证 拟建建筑物基坑条件 目前工程场地周围环境狭窄 主要为建 构 筑物 道路及地下管线 主体结构建在相对标高为 21 70m 24 30m 深度范围内的残积 层粉质粘土及局部强风化板岩上 开挖范围内的土层主要为人工填土 素填土 粘土 中粗砂及卵石 残积粉质粘及少量强风化岩 3 1 1 基坑工程简史 基坑工程是一项很古老的工程技术 又是一门新兴的应用科学 纵观古今 博览中外 作为基坑工程主要内容的工程地质及岩土力学与基础工程 虽说作 为一门单项学科是近七十年间的事 但它作为一项工程技术早已不自今日起 随着技术的发展 基坑工程也慢慢的由浅基坑发展到以深基坑为主 八十年代 初我国逐渐深入深基坑设计施工领域 进入九十年代我国编制了一系列基坑工 程设计与施工的有关规程和法规 随着城市化的迅速发展 在城市密集的建筑群中建筑高层建筑物 对基坑 工程技术提供了更高 更严的要求 不仅要确保边坡稳定 而且要满足变形控 制的要求 以确保基坑周围的建筑物 地下管线 道路等的安全 因此基坑工 程的技术在不断的提高和实践中 我国各地区的基坑工程技术正在不断发展和完善 在应用原有的基坑工程 技术的基础上 不断出现新的支护及控制地下水方法并且都得到实践化 基坑 工程技术的另一个重要发展是岩土工程信息化施工技术作业的运行 信息化施 工原理和环境效应问题被人们所注意 关心 以致被接受并付诸行动 这不仅 是岩土工程技术本身的进步 而是工程界至社会各方面在岩土工程总体意识上 的更新 进步和延伸 已日益表现在岩土工程领域各类行为信息的反馈 监测 监控 监理等各项工作及信息数据的及时处理和技术与管理措施的及时调整等 岩土工程监测技术的进步和发展 则是岩土工程信息化得以实施的强有力的物 质基础和技术保障 监测用于施工 保证和控制了施工质量 防止了事故的发 生 保护了环境安全 从而使我国的岩土工程设计与施工整体水平得到大的提 高 也为我国岩土工程与国际惯例接轨准备了基础条件 3 1 2 支护方案论证 我国幅员辽阔 支护结构的施工工艺各地不一 合理的选择支护结构的类 型应根据基坑周边环境 开挖深度 工程地质与水文地质 施工作业设备和施 工季节等条件综合考虑 并因地制宜的选择 基坑支护方案很多 我国一般用 的较多的类型及其适用性见表 3 1 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 11 表 3 1 基坑类型及其适用性 类型适用性适用性 钢板桩 钢筋混泥土板 桩板桩式 H 型钢加横档 桩 基坑侧壁安全等级为一 二 三级 钻孔灌注桩 挖孔灌注桩 柱列式 钢管桩 预制 钢筋混泥土桩 现浇地下连续 墙 板墙式 预制装配式地 下连续墙 深层水泥土搅 拌桩 重力式水泥土 挡墙 高压旋喷桩 基坑侧壁安全等级为一 二 三级 土钉墙 边坡稳定式 喷锚 基坑侧壁安全等级为二 三级的非软土地区 灌注桩与搅拌 桩结合组合式 SMW 工法 适用基坑侧壁安全等级为一 二 三级 围护结构 逆作拱墙式基坑侧壁安全等级为二 三级 土锚杆拉锚 锚拉体系 挡墙顶部拉锚 钢支撑支撑结构 内支撑体系钢筋混泥土支 撑 基坑侧壁安全等级为一 二 三级 上述的支护方式都是我国常用的 但是每个地区都有自己特有的地质条件 及基坑结构施工工艺 因此 应该结合长沙地区比较常见的基坑支护方式从而 组合得到几种在本基坑可行的支护方案 在选择基坑支护方案时常常都是应用 组合形式 这些方案往往应用较广 技术上较为成熟 这样可保证基坑工程的 经济性和安全性 目前 我国应用广泛且技术上较成熟的深基坑支护方案及其 优缺点见表 3 2 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 12 表 3 2 我国应用广泛的基坑支护方案及其优缺点 支护方案优点缺点缺点 放坡开挖简单 快捷而且很经济 土方开挖量很大 并受场地周围环境 的影响 喷锚支护 对尺寸较大的基坑一般比较经济 而 且有利于基坑的施工 控制变形能力 强 基坑环境不复杂地区不是很经济且需 要有地下空间 土钉墙 材料用量少 经济效果好 施工设备 简单 施工所需场地小 不占独立工 期 操作方便 工程量小 现场需有允许设置土钉的地下空间 单独使用局限性大 桩锚支护适用范围广 控制效果好比较一般支护方案不是很经济 护壁桩适用性广 可挡水单独使用控制变形效果不是很好 地下连续墙效果很好且可控制地下水成本很高 内支撑 效果非常好 某些材料可回收循环利 用 成本比地下连续墙还高 挡墙支护 具有挡土和挡水双重功能 开挖深度 有局限性 相对同深度的其它基坑支护成本要高 长沙地区用的较多且技术成熟的基坑支护方案类型及其优缺点见表 3 3 表 3 3 长沙地区常用支护方案及优缺点 支护方案优点缺点缺点 放坡开挖简单 快捷而且很经济 土方开挖量很大 并受场地周围环境 的影响 喷锚支护 对尺寸较大的基坑一般比较经济 而 且有利于基坑的施工 控制变形能力 强 基坑环境不复杂地区不是很经济且需 要有地下空间 土钉墙 材料用量少 经济效果好 施工设备 简单 施工所需场地小 不占独立工 期 操作方便 工程量小 现场需有允许设置土钉的地下空间 单独使用局限性大 桩锚支护适用范围广 控制效果好比较一般支护方案不是很经济 护壁桩适用性广 可挡水单独使用控制变形效果不是很好 内支撑 效果非常好 某些材料可回收循环利 用 且是长沙地铁惯用支护方式 成本非常高 一般业主承受不了 虽然基坑支护方案较多 但是各种方案都有其优点和局限性 因此 选择 合理的方案是保证基坑支护工程质量的关键 本次基坑 一级 设计在深入掌 握和研究已有工程地质 水文地质资料和周边环境条件的基础上 参照成功的 设计及施工经验 并着重考虑了以下环境因素 1 基坑西侧为湘江大道 南侧为潮宗街 北侧为营盘路 路侧有地下水管 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 13 电信 电缆 下水道等多种地下管线 进行基坑支护时 不能对其造成破坏影 响 2 基坑东侧有多栋层数为 4 9 层楼房 距离基坑开挖线 8 40 11 70m 进 行基坑支护时 不能对其造成破坏影响 根据上述表格对比以及考虑环境因素综合起来可以得出以下几种设计方案 在本基坑工程中适用 设计方案一 桩锚支护型式 各段采用旋挖桩 单排 和锚杆 索 作为 支护 两排锚之间挂网喷混泥土且设置排水孔 设计方案二 内支撑型式 各段采用旋挖桩 钢结构支撑 三重管旋喷 单 排 止水帷幕 设计方案三 地下连续墙型式 无需止水帷幕 钢内支撑 钢筋混泥土浇 筑 3 1 3 止水方案论证 基坑控制地下水方案很多 早我国应用比较广泛且技术较成熟的类型及适 用性见表 3 4 表 3 4 控制地下水型式及适应性 类型适用条件适用条件 井点降水 轻型井点 喷射井点 填土 砂土 粉土 粘性土 电渗井点粘性土 淤泥 管井井点粉土 砂土 碎石土 可溶岩 破碎带 降水 集水明排 深井井点 砂土 碎石土 粉砂 粉土 富含薄层粉砂粉质粘土 粘土 淤泥质粘土 真空深井适用 水泥土搅拌桩挡墙 高压旋喷 摆喷 挡墙截水 地下连续墙挡墙 粘性土 粉土 砂土 碎石土 岩溶岩 回灌井点 回灌砂井回灌 回灌砂沟 填土 粉土 砂土 碎石土 本基坑支护工程的含水层主要是中粗砂 圆砾层 属于强透水层 为了主 体结构施工的安全 必须进行止水帷幕 一般常用的止水帷幕的方法有 深层 搅拌桩 井点降水 高压旋喷桩 水泥土桩等 根据长沙的地质条件及常用的 止水方案 在中粗砂 圆砾地层中 机械搅拌相对比较困难 因此可以考虑采 用喷射注浆或者井点降水等方法达到止水或降水 对于地表水可以采用设置排 水明沟 集水井等措施 喷射注浆及井点降水各自特点见表 3 5 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 14 表 3 5 喷射与井点降水特点对比 类型特点特点 旋喷 定喷喷射注浆 摆喷 适用范围广 施工方便 可控制固结体形状 可垂直 倾斜和水 平喷射 耐久性较好 料源广阔 设备简单 井点降水 井点制作 降水设备及操作工艺 维护均较简单 施工速度快 但一次性投资大 成孔质量要求严格 一般钻孔后还需进行清洗 滤井 冲除沉渣 保持滤网的畅通 本基坑工程对地水水的控制非常严格 由于井点降水的工期持续很长且对 成孔质量很高 最重要的是井点降水比喷射的成本要高很多 在同样可以很好 控制地下水的情况下 当然选择成本低的喷射注浆隔水帷幕 但是在喷射中有 三种方式 考虑到定喷效果明显差于其它两种 则对比得出隔水帷幕的几种方 案型式如下 止水方案一 各段都采用三重管高压旋喷注浆 单排 隔水帷幕墙顶至粘 土层 0 5m 墙底至残积粉质粘土 层 0 5m 止水方案二 各段都采用三重管高压摆喷注浆 单排 隔水帷幕墙顶至粘 土层 0 5m 墙底至残积粉质粘土层 0 5m 止水方案三 三重管高压旋喷 单排 摆喷注浆 单排 隔水帷幕墙顶 至粘土层 0 5m 墙底至残积粉质粘土 层 0 5m 3 1 4 最后综合方案论证 1 技术性比较 三种支护方案均是可行的 在工程实践中四种方法的施工技术已相当成熟 并广泛使用在各种类型的基坑支护中 以上三种方案在控制变形方面都很好 但是各种方法还是有它们的不足之处 其中内支撑的控制力最好 支护效果最 好 但有可能阻碍到施工过程 因此操作起来比较麻烦 一次性成本非常高 往往很多业主资金有限和施工单位欠缺设备 地下连续墙的优势在于可以不用 单独再做止水帷幕 既可以挡水也可以挡土 可以成为永久地下结构 但是要 求场地不能太狭窄且不能够有重要地下管线等 成本相当的高且不能够回收 桩锚支护的适用性最广 在各种复杂的基坑中 它往往是首选的方案 支护效 果好 常用于永久性的基坑 道路边坡支护中 既能够保证保证刚性也有足够 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 15 柔性 且经济上在以上三种中属于成本最低的 但是需要在强透水层做止水帷 幕 效果没有上述两种好 但是足够以保证基坑稳定及控制周围环境的位移量 从而保证周边环境的安全性 而且它可以根据地质和环境条件的不同而设计出 合适的支护方案 比如使用锚索 增加锚杆长度或使用预应力锚杆等等 三种止水方案在本基坑也都是可行的 而且三种止水方案在成本上面基本 差不多 旋喷稍贵一点 不过摆喷的止水效果明显要比旋喷差 主要是因为摆 喷在交叉点位置的止水效果没有那么好 因此考虑使用三重管法旋喷注浆止水 因为三重管法施工产生的压力大 在圆砾层的穿透力更强 从而能够充分挤兑 空气以及充填空隙 所以止水效果非常明显 2 经济性比较 设计方案一 本方案中 都采用旋挖桩作为支护桩 桩径 D800mm 桩间 距为 1800mm 单排 AB BC CD 三段桩的长度为 20 00m 锚索设三排锚索 水平间距 2 6m 垂直间距 3 5m DE EF FA 三段桩的长度为 17 00m 锚索 设置两排 水平间距 2 6m 垂直间距 4m 所有锚索设置 25 00m 3 j15 规格 止水帷幕孔间距为 700mm 设计方案二 本方案中 旋挖桩桩径 D800mm 桩间距 2200mm 单排 AB BC CD 三段桩的长度为 20 00m DE EF FA 三段桩的长度为 17 00m 旋喷帷幕桩 孔间距为 700mm 钢支撑采取外径 D609mm 壁厚 10mm 的钢管 AB BC CD 三段设置四排 DE EF FA 三段设置三排 钢 水平间距 3m 垂直间距 3m 横排平均取 25m 设计方案三 本方案中 钢筋混泥土地下连续墙厚度为 400m AB BC CD 三段墙的深度为 20 00m DE EF FA 三段墙的深度为 17 00m 钢支撑采取外径 D609mm 壁厚 10mm 的钢管 AB BC CD 三段设 置四排 DE EF FA 三段设置三排 钢水平间距 3m 垂直间距 3m 横排平 均取 25m 本基坑中 AB BC CD 三段总长为 153 954m DE EF FA 三段总长 为 417 788m 合计 571 742m 基坑支护面积达到 6527 9198 三种方案总造 2 m 价估算见表 3 6 表 3 6 三种方案估算对比 指标方案一方案二方案三方案三 参数 长 17m 的桩 160 根 长 20m 的桩 60 根 25m 的 锚索 1500 束 25m 深锚 索钻孔 500 个 止水帷幕 821 个桩 长 17m 的桩 139 根 长 20m 的桩 53 根 止水帷 幕 821 个桩 25m 钢管 318 根 20m 深的墙长 153 954m 17m 深的墙 长 417 788m 两者厚度 都为 0 4m 25m 钢管 318 根 工程量估计 支护旋挖桩体积 V 2550 1824 锚索 3 m 总长 L 37500m 成孔深 支护旋挖桩体积 V 1719 7152 钢管 3 m 总长 L 7950m 帷幕桩 钢筋混泥土总体积 V 4072 5904 钢管 3 m 总长 L 7950m 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 16 度 12500m 帷幕桩体积 V 721 8232 3 m 体积 V 721 8232 3 m 材料单价 桩 1000 元 锚索 3 m 160 元 m 成孔 60 元 m 混泥土 800 元 3 m 桩 1000 元 钢管 3 m 1150 元 m 混泥土 800 元 3 m 地下连续墙 1400 元 钢管 1150 元 m 3 m 总造价 元 9877640 9611439677 8413215090 4 综合单价 1513 138 元 2 m1752 423 元 2 m2024 395 元 2 m 3 最终方案论证结论 经过技术和经济的综合比较 决定采用设计方案一 支护结构桩锚支护型式 区间各段全部采用旋挖桩 锚索 因各段的受力 周边环境情况设置桩嵌固深度及锚索角度 长度 先做桩 再分级开挖做锚索 由于本基坑工程止水的地层主要为圆砾 含水层 三重管法施工产生的压 力大 穿透力强 止水效果非常明显 所以决定采用三重管法旋喷注浆止水 单排布置 止水帷幕在桩锚之前施工 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 17 第 4 章 基坑支护结构设计及其计算 验算 4 1 支护结构设计与计算 4 1 1 基坑止水帷幕设计 1 采用三重管高压旋喷注浆方法进行基坑帷幕隔水 旋喷桩注浆孔为单排 防渗墙轴线位于距地下室轮廓线约 3 00m 处或根据现场实际情况调整间距 帷 幕防渗施工地层为基坑壁四周粘土 中粗砂 圆砾 层及粉质粘土 使其形成防渗墙 2 高压旋喷注浆布孔孔距为 0 70m 拐角点处适当加密 分两序进行 连 续喷射作业 3 隔水帷幕墙深度 墙顶部进入粘土 层 0 5m 底部深入残积粉质粘土 层 0 5m 4 灌浆材料为普硅 32 5 水泥 浆液水灰比 0 8 1 5 施工主要技术参数为 高压水压强 32 35MPa 排量 70 75L min 空压机压强 0 60 0 80MPa 排量 1 4 2 0m3 min 水泥浆液压强 0 50 0 70MPa 排量 70 85L min 比 重 1 60 1 65 灌浆旋转速度 9 11 P m 提升速度 5 6cm min 6 误差要求 浆液比重 0 1 钻孔偏差 10cm 钻孔垂直度 1 5 7 高压旋喷灌浆施工严格按有关规程规范要求进行 8 各面高压旋喷桩长及注浆 非注浆段长 总长见表 4 1 表 4 1 桩长及注浆 非注浆段长 总长 指标桩数单根桩长 m 单根注浆段长 m 单根非注浆段长单根非注浆段长 m AB8713 352 1011 25 BC4714 351 5012 85 CD8612 862 0010 86 DE23113 951 7012 25 EF4913 711 9011 81 FA31713 741 3012 44 根据施工方便及计算 各个面的桩长全部统一取 14 50m 则所有桩的工程 量为 mL 5 11846 5 14817 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 18 4 1 2 基坑支护结构设计与计算 4 1 2 1 支护方案所需公式 1 土压力理论计算公式 1 水平荷载标准值 对于碎石土及砂土 a 当计算点位于地下水位以上时 4 1 aiikaiajkajk KcKe2 b 当计算点位于地下水位以下时 4 2 waiwawajwajaiikaiajkajk KhmhzKcKe 2 式中 第层的主动土压力系数 ai K 作用于深度处的竖向应力标准值 ajk j z 三轴试验 当有可靠经验时可采用直接剪切试验 确定的第 ik c 层土固结不排水快剪粘聚力标准值 计算点深度 j z 计算参数 当时 取 当时 取 j mhzj j zhzj h 基坑外侧水位深度 wa h 计算系数 当时 取 1 当时 取零 wa hhwa hhwa 水的重度 w 对于粉土及粘性土 4 aiikaiajkajk KcKe2 3 当按以上规定计算的基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时 应取 零 a 基坑外侧竖向应力标准值可按下列规定计算 ajk 4 4 kkrkajk e 10 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 19 b 计算点深度处自重竖向应力 rk c 计算点位于基坑开挖面以上时 4 5 jmjrk z 式中 深度以上土的加权平均天然重度 mj j z d 计算点位于基坑开挖面以下时 4 6 jmhrk z 式中 开挖面以上土的加权平均天然重度 mh e 当支护结构外侧地面作用满布附加荷载时图 基坑外侧意深度附加 0 q 竖向应力标准值可按下式确定 k0 00 q k 4 7 f 当距支护结构外侧地表作用有宽度为的条形附加荷载时图基坑 1 b 0 b 1 q 外侧深度 CD 范围内的附加竖向应力标准值可按下式确定 k1 4 8 10 0 11 2bb b q k g 上述基坑外侧附加荷载作用于地表以下一定深度时 将计算点深度相 应下移 其竖向应力也可按上述规定确定 2 水平抗力荷载标准值 对于碎石土及砂土 a 当计算点位于地下水位以上时 4 9 piikpipjkpjk KcKe2 b 当计算点位于地下水位以下时 4 10 wpiwajpiikpipjkpjk KhzKcKe 12 4 11 jmjz pjk 对于粉土及粘性土 4 piikpipjkpjk KcKe2 12 式中 第层的主动土压力系数 pi K 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 20 作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值 pjk j z 深度以上土的加权平均天然重度 mj j z 基坑外侧水位深度 wa h 三轴试验 当有可靠经验时可采用直接剪切试验 确定的第层土 ik c 固结不排水快剪粘聚力标准值 计算点深度 j z 2 桩的计算 1 桩的嵌固深度及内力计算 第一层拉锚阶段 从理论上讲 第一层拉锚设置必须保证设置第二层拉锚前基坑稳定 即取 设置第二层拉锚所需开挖深度进行第一层开挖计算 如图 4 1 21 hh 图 4 1 第一层图开挖 a 求 1 y 根据主动土压力强度和被动土压力强度相等原则 得 4 13 1 1 ap aa KK qKe y 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 21 式中 当前基坑深度开挖面的主动土压力强度 1a e 21 hh b 求 1 T 把作为简支梁 对点取矩 并令 则 1 AB 1 B0 1 B M 4 14 12 11211 1 yh yzhhE T aa 第二层拉锚阶段 从理论上讲 取设置第二层拉锚所需开挖深度进行第二层开挖 321 hhh 计算 如图 4 2 图 4 2 第二阶段开挖 a 求 2 y 根据主动土压力强度和被动土压力强度相等原则 得 4 15 2 2 ap aa KK qKe y 式中 当前基坑深度开挖面的主动土压力强度 2a e 321 hhh b 求 2 T 把作为简支梁 对点取矩 并令 此时 以已知点力 2 AB 2 B0 2 B M 1 T 中南大学 2011 届本科生毕业设计 长沙潮宗御苑小区基坑支护设计 22 参与计算 则 4 16 23 2321223212 2 yh yhhTyzhhhE T aa 挖至基坑设计深度 如图 4 3 图 4 3 第 k 阶段开挖 a 求 k y 根据主动土压力强度和被动土压力强度相等原则 得 4 17 ap aak k KK qKe y 式中 当前基坑深度开挖面的主动土压力强度 ak eH b 求和点支反力 k T k B bk P 把作为简支梁 对点取矩 并令 此时 k AB k B0 Bk M