基坑支护设计方案可行性分析.doc

江门市建设路-迎宾路立交及周边环境整治工程之周边环境整治新市民广场工程基坑支护设计方案可行性分析1、工程概况江门市建设路-迎宾路立交及周边环境整治工程之周边环境整治工程地下车库总用地面积10426平方米，基坑面积约为10876平方米，周长约为460米，开挖深度约为9.60m。工程处地江门市中心区，规划区内北部有市建设银行办公楼，南部有新潮大厦等商业、居住区，西部为新建居住区及大型购物广场，东部为金汇广场，是集大型购物、五星酒店及餐饮为一体的繁华商业中心。基坑设计侧壁安全等级为一级；基坑支护结构使用年限自支护结构完工之日起计为1年。2、周边环境概况基坑北侧：该侧地下室边线距已建建设银行大楼（25层）约为12.716.5m，该建筑采用桩基础；基坑西侧：该侧地下室边线距离建设路约6.5m；建设路拟建下沉隧道穿过迎宾路；基坑南侧：该侧地下室边线距离迎宾路约7.5m；基坑东侧：该侧地下室边线距离天沙河约17m，河床深约45m。3、地质概况3.1 地质条件场地处珠江三角洲冲积平原，属河口三角洲堆积地貌，场地原为绿化带，地面较平整，地面标高与邻近砼道路路面相差不大；北侧为建设银行25层楼房，东侧为天沙河，西侧为建设路，南侧为迎宾路，交通条件较好。在勘探孔深度控制范围内，场地岩土层按地质成因分为第四系填土、冲积土和白垩系基岩，现分述如下：素填土（层号1）黄褐色，松散，稍湿，粘性土为主，局部夹碎砖石。冲积土据土的颗粒级配、塑性指数及物理力学性质分为3层：淤泥质土（层号2-1）：深灰色，流塑，具腐臭味，含较多粉砂及少量腐殖质，局部为淤泥或粉质粘土。粉质粘土（层号2-2）：灰色、浅黄色，可塑，局部软塑，土质不均匀，含较多砂，局部为粉土或夹淤泥质土薄层。中砂（层号2-3）：灰色、浅黄色，饱和，稍密，局部松散或中密，石英质，含少量粘性土，粒度不均匀，局部夹粗砾砂。基岩部分为砂岩，灰黄色、灰色，按风化程度分层描述如下：全风化砂岩（层号3-1）：全风化状态，裂隙极发育，散体状结构，岩芯呈土柱状，手捏可碎。强风化砂岩（层号3-2）：强风化状态，裂隙发育，散体状结构，岩芯呈硬土状，手捏可碎，局部夹碎岩块。中风化砂岩（层号3-3）：中风化状态，裂隙稍发育，砂质结构，层状构造，岩芯呈块状、短柱状为主，局部长柱状，敲击声脆。3.2 地下水概况由于钻孔开孔需用水钻进，及有部分钻孔位于河涌上，故未测得初见水位，勘探结束测得孔内静止水位埋深2.404.20米。场地位于珠江三角洲冲积平原区，地下水类型属潜水，主要赋存于冲积砂土层孔隙中，地下水主要由大气降水和地表水补给、以蒸发及水平向渗流的方式排泄，地下水与地表水有水力联系；基岩裂隙水赋存于岩层裂隙中，从钻孔资料分析，裂隙水较贫乏，但不排除钻孔间存在富水裂隙带的可能性。地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。4、基坑支护方案设计依据建筑基坑支护技术规程（广东省标准DBJ/T15-20-97）；建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）；混凝土结构设计规范（GB50010-2002）；钢结构设计规范（GB50017-2003）； 广州市公路勘察设计有限公司提供的岩土工程勘察报告（2011.1）；5、原设计基坑支护方案设计方案采用钢板桩钢管内支撑的支护方案，此支护结构兼做止水帷幕。本隧道支护设计共划分为7个剖面，各剖面钢板桩设计参数如下：剖面序号钢板桩设计长度（m）开挖深度（m）嵌固深度（m）备注1-1229.612.4基底为淤泥质土2-2179.67.4基底为淤泥质土3-3219.611.4基底为淤泥质土4-4219.611.4基底为淤泥质土5-5219.611.4基底为淤泥质土6-6219.611.4基底为淤泥质土7-7219.611.4基底为淤泥质土6、基坑支护方案计算6.1 计算参数选择该基坑的的安全等级为一级，基坑侧壁的重要性系数取0=1.1；地面超载：地面超载取20 kPa；地下水位：基坑外侧按自然地面以下2.02.5m考虑，基坑内侧基坑开挖面以下1.0m；计算软件采用理正深基坑6.5计算软件；土层参数选取：表1 各土层参数取值表土层号土层名称密度（kN/m3）内聚力(kPa)摩擦角（度）土层与锚固体间粘结强度（kPa）素填土19.013915淤泥质土17.010812粉质粘土19.0251530中砂19.502535全风化砂岩20.0502270强风化砂岩20.010025150内撑预加力预加力指向坑外侧为正，支撑预加压力值不宜大于支撑力设计值的0.40.6倍。按设预应力值计算：材料抗力检算，钢管抗力为1186KN（详见(8)计算），所以第一道预应力按100-200KN，第二、三道预应力按200-300KN进行检算。关于支锚刚度的计算KT式中支撑结构水平刚度系数；a与支撑松驰有关的系数，取0.81.0,计算取1.0；E支撑构件材料的弹性模量(Q235a为普通低碳钢弹性模量为2.06105MPa)；A支撑构件断面面积(60014mm A0.02577m2)；L支撑构件的受压计算长度，普通节段每根长度74.6m，考虑钢管中间加设约束铰，暂按30m计算；S支撑的水平间距，设计间距为3米、9米、13米，计算采用不利情况9米与13米计算；Sa根据建筑技术支护技术规程第4.2.1条确定的计算宽度注意：对于内撑，软件不能自动计算，可以参考建筑基坑支护技术规程55页公式C.2.2，但要注意，由于软件会用这个交互的刚度先除以前面交互的水平间距，所以输入刚度时，只要用公式C.2.2的前半部分计算所得即可，即2EA/L。内支撑的支撑长度为74.6m，考虑中间设置格构柱连接，暂按1/2长度37.3m假定计算，其支锚刚度计算如下：600，t=14，弹性模量为2.06105mpa(查钢结构设规范表3.4.3)，截面面积为A0.02577m2。钢支撑支锚刚度KT2EAL212.061050.0257737.3284.64MN/m材料抗力材料抗力=材料的抗压强度支撑面积,参考钢结构设计规范表3.4.1-1。计算：600，t=14 材料抗力215N/mm225773mm2=5541.1KN。考虑长细比折减计算：面积：A=r2=3.143002-3.142862=257732回转半径：r=（60025862）/4=209.67长细比：=L/r，L受压杆件长度37.3m则=L/r =37300/209.67=177.9查钢结构设计规范附表C-1，按=180,fy/235 =215/235=0.957时，取系数1查得, =0.214刚管许用抗力：N=A=2150.21425773=1185816N，计算取1186KN。6.2 计算结果根据场地地质状况、基坑周边建（构）物情况及基坑挖深，将基坑开挖边线划分为7个剖面，具体剖面划分见基坑平面布置图。本工程计算模型选用理正深基坑计算软件中的连续墙计算模型；计算结果见下面汇总表2，详细计算过程见附件。表2 各剖面支护理正计算结果汇总表计算剖面钻孔编号最大水平位移（mm）地表下沉（mm）整体稳定安全系数抗倾覆安全系数（工况7）抗隆起安全系数允许值40351.21.21.21-1ZK445.98671.5510.9370.8222-2ZK251.2911.0850.6670.8313-3ZK2646.07691.5670.9370.8864-4ZK3846.15701.4790.8720.7355-5ZK3439.68581.6361.2270.7046-6ZK1640.16591.7331.4711.0557-7ZK742.71641.6851.0310.728加深显示部分检算不合格。根据表2计算结果，采用钢板桩支护，存在水平位移超限40mm、基坑周边地表下沉35mm、抗倾覆安全系数1.2、抗隆起安全系数1.2情况，为此采用此种设计方案存在较大安全风险。7、采用“钢板桩+钢管横撑”方案施工可行性分析（1）钢板设计桩长为17m、21m、22m三种，根据市场调查，常用钢板桩长度为6m、9m、12m、18m，如采用17m、21m、22m长度，需在厂家专门订制，钢板桩成本费用则大幅提高。（2）钢板桩桩尖落入全强风化砂岩中，根据“岩土工程勘察报告”， 全风化砂岩平均击数为37击，强风化砂岩平均击数为71击，桩尖土层较硬，根据我部附近类似工程施工经验，钢板桩无法打入全强风化砂岩中。（3）基坑周边地下水位高，基坑边缘与天沙河最小距离仅为17.3m，钢板桩主要作用为挡土，其连接虽然相互咬合，但不能起到很好的止水作用。（4）设计图应急预案为：在钢板桩体补设预应力锚锁，预应力锚索在此种环境下无法实施，原因为：基坑周边地面以下17.84米以淤泥质土为主，如在支护体施作锚锁，锚锁锚固段将落入淤泥层中，无法保证固结效果，同时，基坑北侧边缘距离建设银行最小距离仅为12.74m，锚索设置长度受限，也将达不到锚固