深基坑支护设计地下连续墙设计毕业论文.doc

深基坑支护设计地下连续深基坑支护设计地下连续 墙设计毕业论文墙设计毕业论文 目录目录 摘要 III ABSTRACT IV 1 概述 1 1 1 深基坑维护工程的发展与现状 1 1 1 1 总体概况 1 1 1 2 基坑大小 2 1 1 3 维护结构形式 3 1 1 4 设计计算方法 4 1 1 5 施工技术进步 4 1 1 6 施工机械 6 1 1 7 降水措施 8 1 2 基坑维护工程存在的主要问题 8 1 2 1 环境影响 8 1 2 2 设计计算方法 9 1 2 3 施工技术 11 1 2 4 支护材料 施工工艺与管理 12 2 工程概况 13 2 1 建筑工程概况 13 2 2 基坑工程概况 13 3 围护结构方案与选择 18 3 1 深基坑维护方法 18 3 1 1 护壁桩支护结构 18 3 1 2 地下连续墙支护 19 3 1 3 土钉支护 19 3 1 4 内支撑支护 20 3 1 5 基坑降水方法 21 3 2 本工程围护结构方案 25 4 围护结构设计 27 4 1 设计原则与设计方法 27 4 2 土压力计算 28 4 2 1 计算参数 28 4 2 2 土压力计算方法 29 4 3 3 土压力计算 31 4 3 围护结构内力变形计算 35 4 3 1 计算方法确定 35 4 3 2 计算各截面处土的平均物理指标 36 4 3 2 结构内力计算 36 4 4 地墙截面配筋计算 41 4 4 1 横截面抗弯计算 41 4 4 2 横截面抗剪计算 42 4 5 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算 43 4 6 基坑底土突涌稳定性验算 44 4 7 基坑整体稳定性验算 44 5 地下连续墙墙结构施工及土方开挖 47 5 1 施工方法的选择 47 5 2 围护结构施工工艺 47 5 3 基坑挖掘工艺方法 53 5 3 1 直接分层开挖 53 5 3 2 有内支撑支护的基坑开挖 54 5 3 3 逆作法 54 5 3 4 无支撑围护开挖 55 5 3 5 壕沟式开挖 55 5 3 6 沉井 箱 开挖 56 5 4 施工劳动组织 56 5 5 施工安全技术措施 57 5 6 施工质量检查与验收 57 6 工程监测 59 6 1 监测内容与方法 59 6 2 量测元件布置与安装 59 6 3 监测时间 62 7 结束语 63 参考文献 64 致谢 65 1 概述 1 1 深基坑维护工程的发展与现状 1 1 1 总体概况 1 1 2 基坑大小 1 1 3 维护结构形式 1 1 4 设计计算方法 式 1 1 5 施工技术进步 效果 1 1 6 施工机械 机械化挖土工程常用机具设备有 推土机 铲运机 挖掘机 装载机以及 配套自卸汽车等 其设备特性 作业特点及选用参见表 1 1 表1 1 常用土方机械的选择表 名称 特性作业特点适用范围及辅助设备 推土机 操作灵活 运转方 便 需工作面小 可挖土运 土 易于转移 行驶速度快 应用广泛 1 推平 2 运距 100m 内的 堆土 效率最高为 60n 3 开挖浅基坑 4 推送松 散的硬土 岩石 5 回填 压实 6 配合铲运机助铲 7 牵引 8 上坡坡度 30o 左右 下坡坡度最大 35o 横 坡最大为 10o 几台同时作业 前后距离应大于 8m 1 推 四类土 2 找平 表面 场地平整 3 短距离 移挖作填 回填基坑 槽 管沟并压实 4 开挖不大于 1 5m 的基坑 槽 5 堆筑 高 1 5m 内的路基 堤坝 6 拖羊足碾 7 配合挖土 机从事集中全方 清理场地 修路开道等土方挖后运出需 配备装全 运土设备推挖 三 四类土 应用松土机预 先翻松 铲运机 操作简单灵活 不 受地形限制 不需特设道路 准备工作简单 能独立工作 不需其他机械配合就能完成 铲土 运土 卸土 填筑 压实等工作 行驶速度快 易于转移 需用劳力少 动 力少 生产效率高 1 大面积整平 2 开挖大 型基坑 沟渠 3 运距 800 1500m 内的挖运土 效 率最高为 200 350m 4 填筑路基 堤坝 5 回 填压实上方 6 坡度控制在 20o以内 1 开挖含水率 27 以下 的 四类土 2 大面积场 地平整压实 3 运距 800m 内的挖运土方 4 开挖大型 基坑 槽 管沟 填筑路基 等 但不适于砾石层 冻土 地带及沼泽地区使用开挖坚 士时需用推土机助铲 开挖 三 四类土宜先用松土机预 先翻松 20 40cm 自行式铲 运机用轮胎行驶 适合于长 距离 但开挖亦须用助铲 正铲挖掘机 装车轻便灵活 回转速度快 移位方便 能 挖掘坚硬土层 易控制开挖 尺寸 工作效率高 1 开挖停机面以上土方 2 工作面应在工 1 5m 以上 开 挖合理高度 2 4m 3 开挖 高度超过挖土机挖掘高度时 可采取分层开挖 4 装车外 运 1 开挖含水量不大于 27 的 四类土和经爆破后的 岩石与冻土碎块 2 大型场 地整平土方 3 工作面狭小 且较深的大型管沟和基槽 路堑 4 独立基坑 5 边 坡开挖土方外运应配备自卸 汽车 工作面应有推土机配 合平上 集中土方进行联合 作业 反铲挖掘机 操作灵活 挖 土御土均在地面作业 不用 开运输 1 开挖地面以下深度不大的 土方 2 最大挖土深度 4 6m 经济合理深度为 1 5m 3m 3 可装车和两边 甩上 堆放 4 较大较深基 坑可用多层接力挖土 1 开挖含水量大的 三类 的砂上或粘土 2 管沟和基 槽 3 独立基坑 4 边坡 开挖土方外运应配备自卸汽 车 工作面应有推土机配合 推到附近堆放 拉铲挖掘机 可挖深坑 挖 掘半径及卸载半径大 操纵 灵活性较 1 开挖停机面以下土方 2 可装车和甩土 3 开挖 截面误差较大 4 可将土甩 在基坑 槽 两边较远处堆 1 挖掘 三类土 开挖较 深较大的基坑 槽 管沟 2 大量外借土方 3 填筑 路基 堤坝 4 挖掘河床 5 不排水挖取水中泥土土方 外运需配备自卸汽车 配备 推土机创造施工条件 抓铲挖掘机 钢绳牵拉灵活 性较差 工效不高 不能挖 掘坚硬 1 开挖直井或沉井土方 2 装车或甩土 3 排水不 良也能开挖 4 吊杆倾斜角 度应在 45o以上 距边坡应 不小于 2m 1 土质比较松软 施工面较 狭窄的深基坑 基槽 2 水 中挖取土 清理河床 3 桥 基 桩孔挖土 4 装卸散装 材料 土方外运时 按运距配备自 卸汽 装载机 操作灵活 回转移 位方便 快速 可装卸土方 和散料 行驶速度快 1 开挖停机面以上土方 22 轮胎式只能装松散土方 履带式可装较实土方 3 松 散材料装车 4 吊运重物 用于铺设管道 1 外运多余立方 ZZ 履带 式改换挖斗时 可用于开挖 3 装卸土方和散料 4 松 软土的表面剥离 5 地面平 整和场地清理等工作 6 回 填土 7 拔除树根土方外运 需配备自卸汽车 作业面经 常用推土机平整并推松土方 1 1 7 降水措施 稳定 1 2 基坑维护工程存在的主要问题 1 2 1 环境影响 基坑周边环境 基坑开挖影响范围内的建 构 筑物 道路 地下设施 地下管线 岩土体 地下水体等的简称 包括 1 影响范围内的建筑物结构类型 层数 基础类型 卖身 基础荷载大小 上部结构现状 2 基坑周边各类地下设施 如上下水 电缆煤气 污水 雨水 热力管线 或管道等分布和性状 3 基坑周边和邻近地区地表水和地下水汇流排泻情况 地下水管渗漏情况 对基坑开挖和支护的影响程度 4 四周道路距离 车辆载重等 5 相邻基础施工 6 周边的边坡 河渠及其与基坑关系 7 其他基坑堆载 包括临时材料 车辆 土体 住房等堆载 1 2 2 设计计算方法 基坑工程结构选型不合理 分析众多深基坑支护工程事故发生的原因 其中最主要的还是基坑工程结构选 型不合理 考虑的因素不够全面 基坑支护及撑锚方法较多 为达到同一目的 可以有多种方法 而每一种方法都有其独特的优点 有的速度快 有的投资少 有的噪音小等 总体来说 深基坑工程的支护结构大致可以分为桩式和墙式两 种 而桩式的支护结构又可以分为连续的板桩结构和分离的排桩结构 板桩结 构因为它的特点目前使用较少 而分离的排桩目前大量地运用在无地下水或者 允许坑外降水或者设置止水帷幕的工程 墙式支护结构一般采用钢筋混凝土地 下连续墙 基坑工程结构设计土压力的确定 基坑支护结构设计计算包括外力 土压力及地基超载 和支护结构内力 弯矩和剪力 支撑体系的设计计算 基坑整体稳定性和局部稳定性 地基承 载力 支护结构顶部位移 结构和地面的变形以及软弱土层的局部加固 对相 邻建筑的影响等诸方面的计算 近年来 随着岩土力学理论的发展 提出了多 种计算理论和方法 目前的支护结构设计中 一般都以古典的库伦公式或朗肯 公式作为计算土压力的基本公式 土压力大小及分布规律的研究是一项极为复 杂的课题 它与支护结构的形式 刚度 土的性状 地下水状况等因素有关 现有库仑和朗肯理论均存在一定的局限性 由于土的物理力学指标的空间各向 异性 导致使用这些力学指标时的不确定性 而土压力的计算近年来一直在岩 土工程界存在着激烈的争论 争论的焦点有二个 一是古典的库伦公式或朗肯公 式计算土压力的适用性问题 二是水土压力的分算与合算问题 1 库伦公式 首先 朗肯土压力理论所针对的挡土墙问题是平面问题 而深基坑开挖支 护问题实际上是空间问题 朗肯土压力理论适用于重力式挡土墙 即先筑墙 然后在墙背后填土 土体的破坏面假定为平面 而基坑挡土结构是先在土中设 置挡墙 然后再挖土 墙背后是原状土 土体的破坏面是曲面 因此 基坑挡 土结构的结构形式 墙后土的性质 施工次序 变形的发生 土中应力路径等 都与朗肯土压力理论前提假定有很大差异 其次 对于粘性土 朗肯土压力理 论没有考虑土的粘聚力 经过分析大量工程 用等值内摩擦角计算 结果显示 低墙保守 高墙危险 按朗肯土压力理论计算 结果显示主动土压力偏大 被 动土压力偏小 最后 从理论上讲 静止土压力是指挡土结构静止不动 土体 处干弹性平衡状态时的土压力 主动土压力是当挡土结构向离开土体方向位移 至土体达到极限平衡状态时的土压力 被动土压力是当挡土结构向压迫土体方 向位移至土体达到极限平衡状态时的土压力 在基坑开挖过程中 土压力随开 挖和支护的进行是一个动态变化过程 用朗肯土压力理论无法计算出这一动态 过程中相应的土压力 2 水土压力的分算与合算 鉴于朗肯土压力理论计算支护结构上的土压力存在以上诸多不足 加上基 坑工程中常有地下水的存在 许多专家采用水土压力分算与和合算的办法来解 决朗肯土压力理论的不足之处 水土压力分算法 在基坑工程中由于土方开挖和基坑降水的影响 很容易在墙前后的土体中 形成一个水头差 因此根据水压力的计算方法可将土压力的水土分算方法分为 两种 即 1 不考虑渗流影响时 按静水压力计算土压力 2 考虑渗流影响 时 按稳态渗流的水压力计算土压力 目前 有人提出由于超静孔隙水压力的 影响难以估计 可以在不排水条件下测定土体的抗剪强度 将超静孔隙水压力 的影响考虑在总应力抗剪强度指标中 采用总应力法进行 水土分算 这一方 法也就是所谓狭义的 水土合算 方法 另外有一种算法 在基坑工程中 由 于基坑开挖和基坑降水的影响 会使基坑内外饱和土体内形成水头差 造成水 体通过土体间的孔隙流动 这种孔隙水的流动沿渗流方向给予土体一个拖曳力 即渗透力 从而促使土体有沿渗流方向前进的趋势 目前国内有学者认为 由于这一渗透力直接作用在土体骨架上 成为作用在土骨架上的有效应力 因 此在求土体的水平应力时应该将渗透力与土体的竖向有效应力和起来乘以土的 侧压力系数 水土压力合算法 所谓 水土合算 是指在基坑工程的土压力计算中 将水压力一起考虑在 土压力中 并乘以土的侧压力系数的一种方法 然而 水压力包括静水压力 稳定渗流中的水压力或超静水压力三种 根据究竟是哪种水压力和土压力一起 计算的问题将水土合算方法分为了狭义的 水土合算 和广义的 水土合算 两种 所谓广义的 水土合算 是指在基坑支护工程中采用总应力强度指标 即采用不固结不排水或固结不排水抗剪强度指标来计算主动和被动土压力 土 体的竖向应力采用总应力 即采用土体的饱和重度来计算土体在不同深度处的 竖向应力 狭义的 水土合算 是指在基坑支护工程中采用总应力强度指标来 计算主动和被动土压力 计算时土体的竖向应力采用不包括静水压力在内的总 有效应力 因此 在设计计算时应全面分析 避免漏项 并应考虑各种不利条件下的 情况 土质指标及抗力系数的选用要以理论和当地经验相结合为准 对可能遇 到的雨季等自然条件变化 尚应考虑强度降低的可能性 对于基坑通过不同方 法加固后的计算指标 可根据实验和当地经验确定 1 2 3 施工技术 1 基坑施工中地下水的处理不当 段关键是如下两个原因 1 专家匮乏 2 反馈信息速度慢 但是随 着计算机技术进步和科技的发展 这些问题一定会迎刃而解 1 2 4 支护材料 施工工艺与管理 施工质量问题 超挖问题 施工管理问题 例如 1 支撑结构不合理 施工质量差 如 钢管支撑支点数量少 焊接不牢 使用多年的钢管变形大 变薄等 2 超挖 没做到 开槽支撑 先撑后挖 分层 段 开挖 严禁超挖 不 支护就开挖 支护结构未达到要求的强度就开挖 未分层分段开挖而一挖到底 等等 3 多家施工方管理协调不力 4 层层分包 偷工减料 2 工程概况 2 1 建筑工程概况 1 工程名称 华新丽华基坑组织设计 2 工程地点 南京市建邺区河西新城地区 河西大街以北 江东中路以西 沿山路以东 楠溪江西街以南 本工程与整个地块内其他工程的平面位置关系 如图 2 1 所示 图2 1 基地环境平面示意图 3 功能应用 酒店 商业 4 结构特点及要求 本工程设置 3 层地下室 地下室顶板和地下一层楼板 采用梁板式结构 地下二层楼板采用无梁楼盖式结构 5 基础形式 本工程地下室采用桩基加筏板的基础形式 根据目前主体结 构设计资料 塔楼核心筒区域基础底板厚度为 2700 3000mm 普遍裙楼区域基 础底板厚度为 700mm 2 2 基坑工程概况 1 基坑面积 本工程基坑总面积约 3000 基坑周长约 220m 2 基坑开挖深度 本工程主楼区域基坑开挖深度为 16 2516 55m 裙楼区 域普遍开挖深度约 14 25m 本工程各区域基坑开挖深度分布如图 2 2 所示 图 2 2 基坑挖深分区图 3 周边环境 拟建场区原为居民区及菜地 地势基本平坦 起伏不大 场 区原标高为 5 55 6 45 米 现在标高为 6 963 8 887 米 场区大量回填杂填 土 勘察场地属长江漫滩相地貌单元 工程地质概况 根据地勘报告 在钻孔深度控制范围内依据其工程性质自上而下分为 1 层杂填土 灰褐 灰黑色 局部色杂 成分以碎石 砼 碎砖为主 砼径 3 40cm 碎石径 3 15cm 充填 30 50 松散状粉质粘土和少量生活垃圾 局部地段在 0 0 0 5 米左右可见混凝土地坪 为原有建筑地坪 该层土质松散 堆积无规律 堆积时间小于 2 年 该层土质不均 整个场区均有分布 具湿陷 性 该层层厚 1 10 7 30 米 层底埋深 1 10 7 30 米 2 层素填土 灰褐色 以松散状态的粉质粘土为主 夹砖块 碎石 植 物根茎 局部为建筑垃圾 极不均匀 该层土质不均 场区局部分布 具湿陷 性 该层层厚 0 40 4 30 米 层底埋深 2 90 7 30 米 1 层淤泥质粉质粘土 灰褐 灰色 流塑状态为主 局部软塑 部分地 段夹粉砂薄层 层厚 2 5mm 见少量云母碎片及腐木屑 局部夹腐木屑较多 摇振反应轻微 稍有光泽反应 干强度中等 韧性中等 整个场区均有分布 该层层厚 12 40 20 00 米 层底埋深 18 2 24 40 米 2 层粉质粘土 灰色 软塑状态为主 局部流塑状态 层理不明显 局 部地段夹粉砂薄层 层厚 5 15mm 减少量云母碎片及腐木屑 局部夹腐木屑 较多 摇振反应轻微 无光泽反应 干强度 韧性低 该层下部 1 2m 左右表 现为互层状 整个场区均有分布 该层层厚 4 10 23 30 米 层底埋深 25 90 43 10 米 1 层粉细砂 灰色 饱和 中密状态 含腐植物 云母片 矿物主要成 分为石英 颗粒呈次圆状 级配一般 土质不均 局部夹有 1 5cm 厚的层状软 可塑粉质粘土 整个场区均有分布 该层层厚 0 70 10 10 米 层底埋深 3 90 43 80 米 2 层粉细砂 灰色 饱和 密实状态为主 顶部局部为中密状态 含腐 植物 云母片 矿物主要成分为石英 颗粒呈次圆状 级配一般 土质不均 局部夹有 1 5cm 厚的层状软可塑粉质粘土 整个场区均有分布 该层层厚 4 70 22 20 米 层底埋深 46 50 53 80 米 层中粗砂混卵砾石 杂色 中密状态 卵砾石呈亚圆 棱角状 含量 30 左右 主要成分为硅质 最大粒径为 12cm 一般粒径为 5 10cm 中粗砂 呈中密状 矿物主要成分为石英 颗粒呈次圆状 级配一般 充填可塑状粉质粘土 整个场区均有分布 层厚 0 30 24 50 米 层底埋深 51 40 75 00 米 1 层强风化泥岩 紫红色 层状结构 岩体组织结构大部分破坏 矿物 成分显著变化 风化强烈 上部呈土状 下部呈碎块状 碎块手捏易碎 标准 贯入实测击数均大于 50 击 岩体基本质量等级为 级 浸水易软化 整个场区 均有分布 层厚 0 20 5 20 米 层底埋深 53 20 76 50 米 2 层中风化泥岩 紫红色 层状结构 块状构造 泥质胶结 岩体较完 整 局部夹砂质泥岩薄层 主要矿物成分为长石 岩芯采取率大于 80 岩石 天然单轴抗压强度标准值为 0 535MPa 属极软岩 岩体基本质量等级为 级 浸水易软化 该层未钻穿 水文地质条件 浅层潜水 潜水含水层由 层人工填土 1 和 2 新近沉积的粘性土构成 场地人工填土厚度普遍较大 最大厚度达 7 0m 由于密实度差 其间的 大孔隙往往成为地下水的赋存空间 且连通性较好 富水性及透水性较好 属 弱透水层 雨季水量较丰富 为基坑开挖主要出水地层 新近沉积的 1 层淤泥质粉粘土和 2 层粉质粘土 饱含地下水 但给水 性较差 透水性弱 属微透水地层 南京地下谁最高水位一般在 7 8 月份 最低水位多出现在旱季 12 月份至 年 3 月份 野外勘探时间为 2010 年 1 2 月 勘探期间多降雨 勘探期间 测得场地潜水稳定水位埋深 1 31 4 55 米 初见水位埋深 1 03 2 15m 呈东北高西北低状 地下水的补给来源主要为大气降水 以蒸发和侧向径流为主要排泄方式 水位受季节性变法影响 年变化幅度为 0 5 1 0m 弱承压水 弱承压水含水层组由下部的 1 2 层粉细砂及 层中粗砂混卵石烁石 构成 层顶的 2 层粉质粘土由于透水性微弱 与下部的砂土层渗透性相差大 为相对隔水层 隔水底板为下伏基岩 1 2 层及 层含水层含水丰富 积水性和透水性较好 属透水 弱透水地层 勘探期间量测该弱承压水水头绝对标高在 3 0m 左右 埋深约为 4 5m 其 补给来源为外围地下水的径流以及少量上层空隙潜水的越流补给 以地下径流 为主要排泄方式 地下水位随季节不同有升降变化 根据地区经验场地地下水 位年变幅为 1 0 1 5 米左右 根据邻近几个工程的承压水群井抽水试验和水头观测成果 该区域弱承压 水含水层的水头埋深一般为地面以下 10 米左右 因此在基坑施工前应对承压水 水头埋深进行观测 根据实测承压水头埋深进行承压水突涌稳定性验算 以便 采取针对措施 场地地下水与土的腐蚀性评价 场地地下水腐蚀性评价 本次勘察采取地下水样 3 组 根据 水质分析报告 场地地下水的主要离子 分子含量见下表 表2 1 场地地下水的主要离子 分子含量 场地水 类型 取水 位置 PH 值 侵蚀性 CO m g L Cl mg L SO42 m g L HCO32 mmol L Mg2 mg L J17 42 19 551 81 0610 6 J997 55 20 647 01 129 1地下水 J1907 67 74 5104 62 9426 5 拟建场地位于长江漫滩之上 根据含水层的透水性和含水量 场地环境类 型属 II 类 经调查场地及周围无污染源 根据 水质分析报告 结合 南京地区建筑地基基础设计规范 DGJ32 J12 2005 4 5 3 条 按 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 2009 年版 综合判定 场地地下水对混凝土具微腐蚀性 对混凝土结构中钢筋具微 腐蚀性 详见报告附件 水质分析报告 场地土腐蚀性评价 本工程基础接触的地层主要为含水层 场地属于湿润区 含水地层中的可 溶性盐一般已溶于地下水中 地下水的腐蚀性一般能代表含水层的腐蚀性 场地地下水水位以上主要为粉质粘土混碎砖 碎石填积的人工填土 场内 及周围无环境污染源 根据场地地下水腐蚀性评价结果 结合 南京地区建筑地基基础设计规范 DGJ32 J12 2005 4 5 3 条 按 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 2009 年版 综合规定 地基土对混凝土具微腐蚀性 对混凝土结构中钢筋具微腐蚀 性 3 围护结构方案与选择 3 1 深基坑维护方法 深基坑支护的方法种类很多 具体工程中采用何种支护方法主要根据基坑 开挖深度 岩土性质 基坑周围场地情况及施工条件等因素综合考虑决定 目 前在工程中常用的支护方法有 护壁桩支护结构 地下连续墙支护 土钉墙支 护 内支撑支护 3 1 1 护壁桩支护结构 护壁桩主要可分为灌注桩 预制桩和深层搅拌桩 灌注桩应用比较广泛 由于其无噪声 无振动 对环境影响小等优点 使得灌注桩在工程界得到普遍 的应用 灌注桩的类型按其成孔方式可分为人工挖孔灌注桩和机械钻孔灌注桩 人工挖孔桩因施工方便 造价低廉而得到广泛的应用 但人工挖孔桩也有其局 限性 当地层中含有流沙 砾石等强透水层且水量大时 以及当地层中含有沼 气或一氧化碳等有毒气体时 对人工挖孔桩施工也是一个威胁 应尽量避免 利用并列的机械钻孔灌注桩组成的围护墙体由于施工简单 墙体刚度大 造价 低 因此在工程中用的比较多 就挡土而言 钻孔灌注桩挡土结构可用于开挖 深度比较大的基坑 在地下水位较高地区 为了防止地下水并夹带土体颗粒从 桩间空隙流入坑内 应同时在桩间或桩背采取高压注浆 设置深层搅拌桩 旋 喷桩等措施 或在桩后专门构筑防水帷幕 预制桩一般是预先在一定的场地制 作成型 采用打桩机械打入土中 施工质量易于保证 但打桩时产生的噪声 振动和挤土将大大影响周围环境 故在使用时收到一定的限制 一般用于较浅 的基坑支护中 预制桩按其材料种类可分为钢筋混凝土预制桩和钢板桩 深层 搅拌桩是利用水泥 石灰等材料作为固化剂 通过深层搅拌机械 将软土和固 化剂强制搅拌 利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理 化学反应 是软 土硬结成具有整体性 水稳定性和一定强度的桩体 是加固软土地基的一种新 方法 深层搅拌桩由具有一定刚性的脆性材料所构成 按其强度和刚度分 它是 介于刚性桩 灌注桩 钢筋混凝土预制桩 和柔性桩 砂桩 碎石桩 之间的 一种桩型 深层搅拌桩最适宜于处理淤泥 淤泥质土 粉土和含水量较高的粘 性土地基 其优点在于 1 其施工工艺由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合 因而最大限度 的利用了原土 2 搅拌时不会将地基土侧向挤出 因而对周围既有建筑物的影响较小 3 按照不同地基土的性质及工程设计要求 合理选择固化剂及其配方 设计比较灵活 4 施工时无振动 无噪声 无污染 可在市区内和密集建筑群中进行 施工 5 土体加固后重度基本不变 对软弱下卧层不致产生附加沉降 3 1 2 地下连续墙支护 地下连续墙围护呈封闭状态 在深基坑开挖后 加上内支撑或锚杆 就可 以起到挡土的作用 更加方便深基坑工程的施工 特别是当今地下连续墙已经 发展到既是基坑施工时的挡土围护结构 又可以作为拟建主体结构的侧墙 此 时在墙体内侧宜加筑钢筋混凝土衬套 即两墙合一 地下连续墙按照施工材料的不同 可分为钢筋混凝土连续墙 桩排式连续 墙和水泥土地下连续墙 其施工工艺具有如下优点 1 墙段刚度大 整体性好 因而结构和地基变形都较小即可用于超深围 护结构 也可用于主体结构 2 使用各种地质条件 对砂卵石地层要求进入风化岩层时 钢板桩难以 施工 但却可以采用合适放入成槽机构施工的地下连续墙结构 3 可减少工程施工时对环境的影响 施工时振动少 噪声低 对周围相 邻的工程结构和地下管线影响较小 对沉降及变位较易控制 4 可进行逆筑法施工 有利于加快施工进度 降低造价 由于地下连续墙具有整体刚度大和防渗性能好 适用于地下水位以下的软 粘土和砂土多种底层条件和复杂的施工环境 尤其是基坑底面以下有深层软粘 土需将墙插入很深的情况 但地下连续墙的造价高于钻孔灌注桩与深层搅拌桩 因此要根据基坑开挖深度 土质情况和周围环境情况 通过技术经济比较认为 经济合理才可采用 一般来说 当在软土层中基坑开挖深度大于 10 米 周围相 邻建筑物如地下管线对沉降与位移要求较高 或用作主体结构的一部分 或采 用逆筑法施工时 可采用地下连续墙 3 1 3 土钉支护 土钉支护是近年来发展起来用于基坑开挖和边坡稳定的一种新型支护结构 它是由密集的土钉群 被加固的土体 喷射混凝土面层组成 形成一个复合的 能自稳的 类似于重力式挡墙的挡土结构 以此来抵抗墙后传来的土压力和 其他作用力 从而使开挖基坑或边坡稳定 土钉一般是通过钻孔 插筋 注浆来设置的 但是也可以通过直接打入较 粗的钢筋或型钢形成土钉 土钉主要分为钻孔注浆土钉和打入式土钉两类 钻 孔注浆土钉是目前工程中最常用的土钉类型 打入式土钉的优点是不需要预先 钻孔 施工速度快 与其他支护结构相比 土钉支护的优点主要体现在 1 能合理利用土体的自承能力 将土体作为支护结构不可分割的部分 2 结构轻型 柔性大 有良好的抗震性能和延性 3 施工设备简单轻便 不需要大型的机具和复杂的工艺 4 施工方便 速度快 不需单独占用场地 5 工程造价低 据国内外资料分析 土钉支护工程造价比其他支护形式 的工程造价低 1 3 1 2 左右 土钉支护的缺点和局限性主要是基坑变形大 由于土钉支护是一种被动受 力支护形式 只有土体发生变形时土钉才受力 因此基坑变形位移相对较大 土钉支护不宜用于对基坑变形有严格要求的支护工程中 土钉支护基坑的深度 不宜太大 土钉支护主要适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土 粘性土和 弱胶结砂土 对于无胶结砂层 砂砾卵石层和淤泥质土 土钉成孔困难 不宜 采用土钉支护 对于不能临时自稳的软弱土层 土钉支护的现场施工无法实现 因此也不能采用土钉支护 从愈多工程经验来看 土钉支护的破坏几乎是由于 水的作用 水使土体产生软化 引起整体或局部破坏 因此规定采用土钉支护 工程必须做好降水 且不能作为挡水结构 3 1 4 内支撑支护 表 1 钢支撑和现浇钢筋混凝土支撑的优缺点 材料优点缺点 钢结构支撑 自重小 安装和拆除方便 可重复 使用 可随挖随撑 能很好地控制 基坑变形 一般情况下可优先考虑 采用钢支撑 安装节点比较多 当构造不合理 或施工不当时 很容易造成节点 变形而导致基坑过大的水平位移 施工技术水平要求高 混凝土结构 支撑 具有较大的平面刚度 适用于各种 复杂平面形状的基坑 现浇节点不 会产生松动而增加基坑的变形 施 工技术水平要求较低 自重大 材料不能重复利用 安 装和拆除需要较长工期 不能做 到随挖随撑 对控制变形不利 当采用爆破拆除支撑时会出现噪 声 振动等危害 内支撑最大的缺陷还在于占据基坑内的空间 给挖土和主体结构施工造成 许多困难 干扰并影响施工进度 随着主体结构的施工进展 在自下至上逐步 卸去支撑时 还有可能进一步增加周围地层的位移 此外 环境温度变化可对 支撑的内力产生很大的影响 比如 20m 宽的基坑若环境温度降低 10 C 支撑就 会缩短 25mm 使基坑变形增加 而在温度升高后 这一变形并不能完全恢复 相反会使支撑内力增加许多 所以有时对内支撑在高温下采取冷却或涂漆 减 少吸收热量 等措施 有下列条件时 可优先考虑选择使用内支撑支护结构 1 相邻场地有地下建筑物 不宜选用锚杆支护结构 2 为保护场地周边建筑物 基坑支护不得有较大的内倾变形 3 场地土质条件较差 对支护结构有严格要求时 3 1 5 基坑降水方法 一 明沟排水 一 明沟排水的适用条件 明沟排水是指在基坑内设置排水明沟或渗渠和集水井 然后用水泵将水抽 出基坑外的降水方法 明沟排水 简称明排 一般适用于土层比较密实 坑壁较 稳定 基坑较浅 降水深度不大 坑底不会产生流砂和管涌等的降水工程 当 具备下列条件时 一般可以采用明沟排水方案 1 地质条件 场地为较密实的 分选好的土层 特别是带有一定胶结度或 粘稠度的土层时 由于其渗透性低 渗流量较少 在地下水流出时 边坡仍稳 定 即使在挖土方时 底部可能会出现短期翻浆或轻微变动 但对地基无损害 所以适宜明排 当地层土质为硬质粘土夹无水源补给的砂土透镜体或薄层时 由于在基坑开挖过程中 其所储存的少量水会很快流出而被疏干 有利于明诽 在岩石土质中施工时 一般均可以进行明排 2 水文条件 场地含水层为上层滞水或潜水 其补给水源较远 渗透性较 弱 漏水量不大时 一般可以考虑采用明排随水 3 挖土方法 当采用拉铲挖斗机 反向铲和抓斗挖土机等机械挖土 为避 免由于挖土过程中出现的临时浸泡而影响施工时 对含水层的砂 卵石 涌水 量较大 具有一定阵水深度的降水工程 也可以采用明排降水 4 其他条件 当基坑边坡为缓坡或采用堵截隔水后的基坑时 建筑场地宽 敞 邻近无建筑物时 基坑开挖面积大 有足够场地和施工时间时 建筑物为 轻型地基荷载等条件下 采用明排降水的适用条件可以扩大 明沟排水的抽水设备常用离心泵 潜水泵和污水泵等 以污水泵为好 二 明沟排水工程的布置 随着基坑的开挖 当基坑深度接近地下水位时 沿基坑四周 基础轮廓线以 外 基坑边缘坡脚 0 3m 内 设置排水沟或渗渠 在基坑四角或每隔 30 40m 设 一直径为 0 7 0 8m 的集水井 沟底宽大于 0 3m 坡度为 0 5 1 0 沟底 比基坑底低 0 3 0 5m 集水井底比排水沟底低 0 5 1 0m 集水井容积大小决 定于排水沟的来水量和水泵的排水量 宜保证泵停抽后 30 分钟内基坑坑底不被 地下水淹没 随着基坑的开挖 排水沟和集水井随之分级设置与加深 直到坑 底达到设计标高为止 基坑开挖至预定深度后 应对排水沟和集水井进行修整 完善 沟壁不稳时还须利用砖石干砌或用透水的砂袋进行支护 二 轻型井点降水 一 轻型井点的降水原理及适用条件 轻型井点抽水系真空作用抽水 轻型井点由井点管 过滤器 集水总管 支管 阀门等组成管路系统 井由抽水设备启动 在井点系统中形成真空 并 在井点周围一定范围形成一个真空区 真空区通过砂并扩展到一定范围 二 轻型井点工程的布置 轻型井点系统的平面布置由基坑的平面形状 大小 要求降深 地下水流 向和地基岩性等因家决定 可布成环形 U 型或线形等 一般沿基坑外缘 1 O 1 5m 布置 当降水基坑为矩形 圆形 三角形成不规则形状时 常采用 环形封闭式或 U 形井点布置 当降水基坑为矩形 圆形 三角形成不规则形状 时 常采用环形封闭式或 U 形井点布置 当降水深度在 6m 以内时 采用单级井 点降水 当降水深度较大时 可采用下卧降水设备或多级井点降水 三 喷射井点降水 一 喷射井点降水原理及适用条件 喷射井点系统由高压水泵 供水总管 井点管 喷射器 测真空管 排水 总管及循环水所组成 喷射井点主要适用于渗透系数较小的含水层和降水深度较大 8 2m 的降水 工程 其主要优点是降水深度大 但由于需要双层井点管 喷射器设在井孔底 部 有二根总管与各井点管相连 地面管网敷设复杂 工作效率低 成本高 管理困难 四 电渗井点降水 电渗降水一般只适用于含水层渗透系数较小 0 1m d 的饱和粘土 特别是 在淤泥和淤泥质粘土之中的降水 由于粘性上的颗粒较小 地下水流动十分困 难 其中仅自由水在孔隙中流动 其它部分地下水则处于被毛细管吸附的约束 状态 不能在压力水头作用下参与流动 当向土中通以直流电流后 不仅自由 水 而且被毛细管约束的枯滞水也能参与流动 增加孔隙水流动的有效断面 其渗透性提高数十倍 从而缩短降水时间 提高降水效果 管井降水 一 管井降水原理及适用条件 管井降水方法即利用钻孔成井 多采用单井单泵 潜水泵或深井泵 抽取地 下水的降水方法 当管井深度大于 15m 时 也称为深井井点降水 管井井点直 径较大 出水量大 适用于中 强透水含水层 如砂砾 砂卵石 基岩裂隙等 含水层 可满足大降深 大面积降水要求 二 管井防水工程的布置 抽降管井一般沿墓坑周围距基境外缘 1 2m 布置 如场地宽敞或采用垂直边 坡或有锚仟和土钉护坡等条件下 应尽量距离基坑边缘远些 可用 3 5m 当 基坑边部设置围护结构及止水帷幕的条件下 可在墓坑内布置管井 采用坑内 降水方法 管井的间距和深度应根据场地水文地质条件 降水范围和降水深度确定 井间距一般为 10 20m 当降水层为弱透水层或降水深度超过含水层底板时 井间距应缩小 可用 6 8m 当降水层为中等送水层或降水深接近含水层底板 时 井间距可为 8 12 当降水层为中等到强透水层 含水层厚度大于降水深 度时 可用 12 20m 当降水深度较浅 含水层为中等以上透水层 具有一定 厚度时 井间距可大于 20m 井点深度要大于设计井中的降水深度或进入非含 水层中 3 5m 井中的降水深度由基坑降水深度 降水范围等计算确定 六 辐射井点降水 一 辐射井点降水的原理及适用条件 辐射井降水是在降水场地设置集水竖井 于竖井中的不同深度和方向上打 水平井点 使地下水通过水平井点流入集水竖井中 再用水泵将水抽出 以达 到降低地下水位的目的 该降水方法一般适用于渗透性能较好的含水层 如粉土 砂土 卵石土等 中的降水 可以满足不同深度 特别是大面积的降水要求 二 辐射井点降水工程的布置 辐射井降水的竖井和水平井点设置 应根据场地水文地质条件 降水深度 和降水面积等综合考虑确定 集水竖井一般设置在基坑的角点外 2 3m 竖井直径 3 5m 深度超过基坑 底 3 5m 对于长方形基坑 可在对角设置两个集水竖井 当基坑长度较大时 可在一长边的两个角和另一边中部各设置一个集水竖井 基坑长度大于 100m 时 可按 50 80m 间距设置一个竖井 对于正方形基坑 其边长大于 40m 可在基 坑的四个角设置竖井 当降水面积特别大时 除在周边按 50 8hn 间距布设竖 井外 还可以在基坑中部设置临时降水井点 水平井点在集水竖井内施工 其平面位置一般沿基坑四周布设 形成封闭 状 当面积较大或降水时间要求紧时 可在基坑中部打入水平井点 形成扇形 状 七 自渗井点降水 自渗井点降水法适用于下列条件 1 在降水范围内的地层结构为三层以上 含水层有两层以上 备含水层之 间为相对隔水层 以粉质粘土为主 或隔水层 以粘土为主 下层含水层的埋深 以距离基坑底 5 20m 为宜 2 下层含水层的水位 或水头 低于上部含水层水位 并低于基坑施工要求 降低水位 3 下层渗透系数大于上层含水层的渗透系数 且具有一定厚度 一般大于 2m 能消纳的水量大于或等于降水深度内的基坑涌水量 4 上层地下水的水质未受污染 符合引入下层地下水的要求 这种降水方法是近年来发展起来的一类新型井点降水方法 具有施工简单 快速 不用抽水设备 不排水 不耗能 不占用场地 便于管理 成本低等优 点 八 综合井点降水 对于一些特定的水文地质条件和工程有特殊要求 采用某一种井点降水难 以取得满意的降水效果时 可以同时采用两种或多种降水方法 如管井与轻型 井点降水相结合 喷射井点和电渗井点降水相结合 管井与引渗砂砾井相结合 轻型井点与喷射井点降水相结合等 如图 3 1 图3 1 降水井点观测布置图 下面介绍渗抽结合的阵水方法 在具备一定自渗条件 但自渗后的水位降深不能满足降水要求 或降水面 积较大 光靠周边围降不能使基坑中部的降水深度及降水时间满足设计 施工 要求时 可以采用砂砾井或管井引渗配合轻型井点或管井抽水来达到降水目的 当场地具备浅层自渗条件 但自渗后的水位埋深高于降水深度或降水面积 大时 沿基坑四周或中部布置砂砾引渗井 以降低上层滞水水位 并于基坑四 周边沿适当增加管井抽取下部砂层的地下水 以加深引渗井中的混合水位 从 而达到设计降水深度和保证降水工期的要求 两种井的间距和深度应根据场地 水文地质条件和降水要求确定 可参照以上相同井点布置 当场地具备深层自渗条件 但降水深度很大 或降水面积很大时 可在基 坑周边或中部布置引渗管井 以降低上层滞水和中部浴水含水层中的水位 再 选用部分管井作为抽水井 抽取下部承压 潜水 含水层中的地下水 以满足降 水要求 此方法可以将地下水位降至 20m 以下 当上层滞水或潜水含水层埋藏较浅 其含水层为粉 细砂 基坑深度进入 第二含水层或以下时 虽然具备深层自渗条件 但只有引渗管井难以有效地疏 干含水层 常常引起边坡或桩间土的坍塌 因此 采用引渗管井降低地下水位 再用轻型井点疏干上层滞水或潜水的残留水 以保证降水效果和边坡稳定 3 2 本工程围护结构方案 由于 A B 项目地块基地面积超过 9 万平方米 是一个由六栋建筑组成的建 筑群 整个地块整体开发的周期较长 本着尽早开发使用 发挥土地经济价值 且有利于日后整个项目的宣传及销售的思路 业主方面对一 二和六号楼的工 期要求较高 本方案针对六号楼进行单独开发设计 六号楼基坑面积约为 3000 裙楼区域开挖深度为 14 25m 主楼区域开挖深 度约为 17m 且本工程北侧楠溪江西街一侧的地下连续墙已经施工完成 从以 往类似工程的实践经验 本工程基坑挖深适中 面积不大 而且工期要求高 适合于采用 顺作法 实施 且施工方便 适用性广 施工单位的选择余地大 另外顺作法于主体设计进度关联程度小 受主体结构设计进度制约少 基坑有 条件尽量早施工 本工程维护方案的选型需从以下几个方面予以考虑 1 本工程基坑面积较小 根据长三角地区已实施的大量基坑工程的成功实 践经验 类似基坑工程一般采用板式围护体系 板式围护体一般可供选择的有 型钢水泥土搅拌墙 SMW 工法 以及地下连续墙等方案 由于本工程基坑东 南和西侧均位于 A B 地块内 该三侧的临时维护体系在后期工程开挖时将于以 凿除 因为 SMW 工法型钢无法回收 工程造价高 经济性较差 地下连续墙工 效高 工期短 质量可靠 经济效益高 所以采用地下连续墙法 2 水平支撑体系的选型有支撑材料的选择和支撑平面的布置两个方面的内 容 当前水平支撑材料主要有钢筋混凝土支撑和钢管支撑两种 而支持平面的 布置宜根据基坑形状等因素综合确定 由于本工程基坑基本呈矩形 塔楼核心 筒和框架柱位于基坑中心区域 采用钢筋混凝土圆环支撑体系可完全避开核心 筒剪力墙 有利于加快塔楼结构的施工速度 缩短总工期 因此钢筋混凝土圆 环支撑体系较适合本工程 3 结合以往大量工程实践 软土地区类似开挖深度超过 14m 的深基坑工程 基坑竖向可设置两道或三道钢筋混凝土支撑体系 南京河西地区浅层主要以流 塑淤泥质土为主 土性指标较差 经初步估算 本工程采用三道支撑体系方可 满足受力和变形要求 综上分析 本工程拟采用如下支护设计方案 地下连续墙法 4 围护结构设计 4 1 设计原则与设计方法 基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计 基坑支护结构极限状态可分为下列两类 1 承载能力极限状态 对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳 过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏 2 正常使用极限状态 对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影 响基坑周边环境的正常使用功能 基坑支护结构设计应根据表 2 选用相应的侧壁安全等级及重要性系数 表4 1 基坑侧壁安全等级及重要性系数 安全等级破坏后果重要性系数 一级 支护结构破坏 土体失稳或 过大变形对基坑周边环境及 地下结构施工影响很严重 1 10 二级 支护结构破坏 土体失稳或 过大变形对基坑周边环境及 地下结构施工影响一般 1 00 三级 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 0 90 注 有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定 支护结构设计应考虑其结构水平变形 地下水的变化对周边环境的水平与 竖向变形的影响 对于安全等级为一级和对周边环境变形有限定要求的二级建 筑基坑侧壁 应根据周边环境的重要性 对变形的适应能力及土的性质等因素 确定支护结构的水平变形限值 当场地内有地下水时 应根据场地及周边区域的工程地质条件 水文地质 条件 周边环境情况和支护结构与基础型式等因素 确定地下水控制方法 当 场地周围有地表水汇流 排泻或地下水管渗漏时 应对基坑采取保护措施 根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求 基坑支护应按下 列规定进行计算和验算 1 基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算 计算内容应包括 1 根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算 2 基坑支护结构的受压 受弯 受剪承载力计算 3 当有锚杆或支撑时 应对其进行承载力计算和稳定性验算 2 对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁 尚 应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算 3 地下水控制验算 1 抗渗透稳定性验算 2 基坑底突涌稳定性验算 3 根据支护结构设计要求进行地下水位控制计算 基坑支护设计内容应包括对支护结构质量检测及施工监控的要求 当有条件时 基坑应采用局部或全部放坡开挖 放坡坡度应满足坡稳定性 要求 4 2 土压力计算 4 2 1 计算参数 1 基坑南侧土压力计算参数 表4 2 基坑北侧各土层参数 KN M C KPA 层厚度层厚度 M 1 杂填土杂填土 191522 76 2 杂填土杂填土 191081 2 1 淤泥质粉质粘土淤泥质粉质粘土 17 710 71117 3 2 粉质粘土粉质粘土 17 9132116 2 1 粉细砂粉细砂 19 23332 7 2 粉细砂粉细砂 19 23339 表4 3 基坑北向各土层主被动压力系数 2 tan 42 a K 2 tan 42 p K 1 杂填土 0 58881 6984 2 杂填土 0 70411 4203 1 淤泥质粉质粘土 0 68681 4560 2 粉质粘土 0 63271 5805 1 粉细砂 0 29483 3921 2 粉细砂 0 29483 3921 表4 4 基坑北侧各土层厚度 土层 1 杂填 土 2 杂填 土 1 淤泥 质粉质粘 土 2 粉质 粘土 1 粉细 砂 2 粉细 砂 厚度 M 2 761 217 316 22 79 4 2 2 土压力计算方法 1 静止土压力 静止土压力是墙静止不动 墙后土体处于弹性平衡状态时作用于墙背的侧 向压力 根据弹性半无限体的应力和变形理论 z 深度处的静止土压力为 4 1 zKp 00 式中 土的重度 静止土压力 可由泊松比来确定 0 K 1 0 K 一般土的泊松比值 砂土可取 0 2 0 25 黏性土可取 0 25 0 40 其相 应的值在 0 25 0 67 之间 对于理想刚体 对于液体 0 K 0 0