课题背景3基坑降水4基坑支护 范文.doc

《课题背景3基坑降水4基坑支护 范文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课题背景3基坑降水4基坑支护 范文.doc（21页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2工程背景 2.1工程概况 2.1.1工程简介吉林省溪馨名苑工程位于长春市人民大街以东，解放路以南，岳阳街以西、至善路以北。项目总规划用地面积5000m2，规划建筑密度50%，规划容积率25%。拟建建筑总建筑面积约为4.5万m2，地上12层，设地下室1层，0.00=15.80m，开挖前地面标高-1.48m，基坑拟开挖长78m，宽58m，基坑开挖深度为8.0m，其边坡拟采用土钉墙支护。2.1.2周边环境条件基坑周边环境见下图2.1所示：中国农业银行 基坑人 民 大 街 至 解 善放 路路 岳 阳 街 图2.1 吉林省溪馨名苑工程基坑及周边环境示意图2.2工程地质及水文地质条件 2.2.1周边环境

2、条件参照长春市岩土工程勘察报告得知基坑开挖深度范围内，主要以杂填土层，粉质粘土，砂、砾、卵石层，粘土层为主。 依据勘察报告，该场地土层参数如下：表2.1地质勘探表序号h(m)(kN/m3)c(kPa)() 极限摩阻(kPa)土类型12.0018.0010.0016.0040.00杂填土22.0018.2012.0018.0045.00粉质粘土36.0019.403.008.0048.00砾砂44.0019.805.0010.0060.00砂质泥岩53.0019.9015.0020.0085.00粘土层注：h为土层厚度(m)，为土重度(kN/m3)，c为内聚力(kPa)， 为内摩擦角()。2.2

3、.2周边环境条件（1）场区地下水分布本工程岩土工程勘察期间（2010年11月）于钻孔深度范围内（最深31.00m）未测量到地下水位。（2）历年最高地下水位情况拟建场地历年（自1955年以来）最高地下水位标高为-58.40m。地下水主要补给来源为大气降水，场地地下水位随季节变化，69月份为丰水期，水位年变化幅0.50m1.50m左右。 根据水质分析报告及地区经验，地下水及土对混凝土和混凝土中的钢筋无腐蚀性。 3基坑降水方案设计 3.1基坑降水概述及方案选择本工程岩土工程勘察期间（2010年11月）于钻孔深度范围内（最深31.00m）未测量到地下水位。拟建场地历年（自1955年以来）最高地下水位标

4、高为-58.40m。地下水主要补给来源为大气降水，场地地下水位随季节变化，69月份为丰水期，水位年变化幅0.50m1.50m左右。根据水质分析报告及地区经验，地下水及土对混凝土和混凝土中的钢筋无腐蚀性。由于本工程的基坑与周围建筑物的距离太近及地下水位比较低，若采用井点降水，会对周围已有建构筑物和地下管线造成较大影响，所以本工程选择采用明排水沟排水。在水量比较丰富相对标高较低的地方设置集水坑，沿集水坑周边开挖排水沟，采用疏导的方法将明水汇集在几个集水坑内，再由污水泵将其抽排到基坑上面的沉砂池，集水坑随土方开挖标高降低而改变。3.2基坑降水方案设计排水沟在施工时，一般开挖在基坑周围的一侧或两侧，有

5、时设在基坑的中心。根据基坑的面积及深基坑工程设计施工手册，本工程选择沿基坑边坡底开挖宽400mm，深于基坑底以下400mm的明沟，并大约2030m设置一个集水坑，基坑边坡土层中渗出的孔隙水及雨水将沿排水沟流向集水井，在集水井内设置污水泵，污水泵将汇集的污水排出基坑，达到排水的目的。基坑明沟排水具体设计方案如下：明沟沿基坑边坡坡底贯通设置，在基坑的北面和南面分别设置两个集水井，东面和西面分别设置三个集水井。排水沟按照截面尺寸400mm400mm进行开挖，沟外壁距边坡底部30cm，采取人工开挖的方法，排水沟上面与基底土平，底平取两集水井之间距离中的最高点，按照1%坡度坡向集水井，保证排水沟排水畅通

6、。集水井底低于排水沟底50cm，保证潜水泵能全部没入水中。基底土平以下部分集水井为倒棱台样式，上口内径宽80cm，下口径宽50cm，采用灰砂砖干铺。在排水沟挖完后，经监理方确认后，立即将明沟内放置75的PVC管，管身用电锤打上排水孔，再用卵石将PVC管覆盖。目的是为了避免在浇筑混凝土垫层后，沟被垫层覆盖无法继续排水。在基坑明沟排水过程中，应该注意当明沟排水设施完成后，应该安排专人管理排水设施。每天不定时检查各个集水井内水位情况，一旦水位超过规定限位，应立即开泵抽水，特别是下雨时，应全天巡查井内水位情况，及时开停抽水泵。 4基坑支护方案设计 4.1基坑支护方案选择基坑工程大多是临时性工程，工程经

7、费限制很紧，但在基坑工程的设计与施工中，不仅要保证整个支护结构在施工过程中的安全，而且要控制结构和周围土体的变形，以保证周围环境的安全，在安全的前提下，设计要合理，又能节约造价、方便施工、缩短工期20-21。基坑支护结构方案设计也应利于节约资源、符合可持续发展的要求，实现综合的经济和社会效益22。建筑基坑支护结构通常分为桩(墙)式支护体系和重力式支护体系两大类。基坑支护结构按照其坑壁结构可以分为直立壁拉锚（或土钉，土锚杆）、直立壁内支撑、直立壁无支撑。按作用力形式又可分为：支撑型和拉锚型23。支护类型分为预制混凝土板桩支护结构、水泥土搅拌桩支护结构、钢板桩支护结构、高压旋喷桩挡墙支护结构、土钉

8、墙支护结构等。预制混凝土板桩支护结构可以与主体结构相结合，施工便捷，所用工期短，造价低，在打桩振动时对周围的环境影响很大，在建筑物密集地区不适合使用。水泥土搅拌桩支护结构虽然施工噪声低，对周围环境影响小，造价低，但是围护挡墙较宽，占面积较大，适合用在深度不大于7m的基坑工程中。钢板桩支护结构具有耐久性，可以回拔进行回收利用，施工方便，所用工期较短，钢板桩来自工厂的成品，强度、接缝的精度等质量具有一定的保证，可靠性高，但是钢板桩刚度比排桩和地下连续墙的刚度低，开挖后挠度变形比较大。高压旋喷桩挡墙支护结构墙体较厚，占用面积比较多，工艺复杂，造价较高，同时，施工时需作排污处理。土钉墙支护结构施工设备

9、简单，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短，施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性，造价低，施工噪音、振动小对相邻建筑物影响不大。综合考虑现场的周边环境及岩土层组合条件，为尽可能避免基坑开挖后对周围道路及建筑物的影响，本着“安全可靠、经济合理、技术可行、方便施工”的原则，经过细致分析、计算和方案比较，本工程选择土钉墙支护结构较为合理24。4.2基坑支护方案设计计算本工程施工场区各土层的工程地质参数如下：表4.1地质勘探表序号H（m）重度（kN/m3）粘聚力c（kPa）内摩擦角（） 极限摩阻（kPa）土类型12.0018.0010.0016.0040.0

10、0杂填土22.0018.2012.0018.0045.00粉质粘土36.0019.403.008.0048.00砾砂44.0019.805.0010.0060.00砂质泥岩53.0019.9015.0020.0085.00粘土层根据土坡的设计几何尺寸及可能出现的潜在破裂面位置，初步选择土钉长度，间距与孔径等参数。下面对本次土钉支护设计方案进行假设，本工程开挖深度为8m，支护位置是指本次设计工程的所有边坡，土钉支护放坡坡面高宽比取1：0.2，即坡角为78.70，沿基坑深度范围内共设5层土钉，第一层土钉距地面1.5m，以下按照土钉层距水平间距=1.5m1.5m进行布设（上下排呈梅花型布置），土钉选

11、用22钢筋，从上到下土钉长度依次为5m，6m，6m，6m，6m，土钉孔径取为100mm，土钉入射角度为10。下面是对注浆材料，面层钢筋网，面层混凝土的选择和要求。最常用的注浆材料为水泥砂浆和水泥浆，土钉孔灌注水泥浆的水灰比为0.5，水泥浆等级强度不低于M10，最常用的配合比为水：水泥：砂=0.400.45：1：1和水：水泥=0.40.45：1，根据特殊情况下，也可掺入其他水泥外加剂。注浆强度不低于50MPa。面层钢筋网按8200mm200mm布置，保护层厚度30mm，上下段钢筋网搭接长度大于300mm。面层混凝土强度等级为C20，厚度为80mm。土钉支护主要参数表如表4.2：表4.2土钉支护主

12、要参数表序号水平间距（m）垂直间距（m）入射角度（）钻孔直径（mm）埋深（m）土钉长度（m）11.51.5101001.5521.51.5101003.0631.51.5101004.5641.51.5101006.0651.51.5101007.56土钉支护初步设计图如下图4.1：图4.1土钉支护初步设计图4.2.1土压力计算本工程地下水位较低，所以在计算土压力和开挖深度范围内土体的力学性质指标加权平均值时不需考虑水的作用。假设基坑上部深度范围视为同一土层，该土层各参数取各土层参数的平均值。粘聚力C平均值： 式（4.1）由式（4.1）得：C=（210+212+63+45+315）/17=7.

13、470kPa重度平均值： 式（4.2）由式（4.2）得：=（218+218.2+619.4+419.8+319.9）/17=19.276KN/m3内摩擦角平均值： 式（4.3）由式（4.3）得：=16.49主动土压力系数ka求解。 式（4.4）根据式（4.4）求得： 土体侧压力的计算。土钉长度中点所处深度位置上的侧压力： 式（4.5）式中：pm 土钉长度中点所处深度位置上由支护土体自重引起的侧压力；pq 地表均布荷载引起的侧压力。 a.求解由自重引起的侧压力pm。对于 的砂土和粉土： 式（4.6）对于 的粘性土： 式（4.7）另外，规范中对粘性土： 式（4.8）式中：，c 上面求得的基坑深度范

14、围内平均重度，平均粘聚力；H 基坑的深度。本工程中： 由于，所以支护土体自重引起的侧压力pm按式（4.6）进行计算。 将数据代入式（4.6）得：b.求解地表均布荷载引起的侧压力pq。 式（4.9）式中：q 地表均布荷载，此次论文设计，根据长春地区建筑地基基础勘察设计规范，取q=1530kPa。本设计中，取q=20kpa。将数据代入式（4.9）得：c.求解土体侧压力p。将自重引起的侧压力pm和地表均布荷载引起的侧压力pq代入式（4.5）得： 4.2.2土钉抗拔力计算土钉设计内力： 式（4.10） 式中： 土钉倾角（）；p 前面求得的土体侧压力；Sv 土钉垂直间距（m）；Sh 土钉水平间距（m）。

15、其中，Sv和Sh均取为1.5m。将相关数据代入式（4.10）得：4.2.3土钉钢筋强度和直径的验算在验算土钉钢筋强度和直径时，各层土钉在设计内力作用下应该满足下式： 式(4.11)式中：Fs,d 土钉的局部稳定性安全系数取值1.21.4，基坑深度较大时取高值，本设计中取1.2即可；N 土钉的设计内力；d 土钉钢筋直径；fyk 钢筋抗拉强度标准值，按混凝土结构设计规范取用，本次设计中取400N/mm225。在本次设计中，土钉的设计内力N为133.624KN，d取22mm。将各数据代入式（4.11）得： 由于160.349KN2.673m，所以第一层土钉的设计长度符合要求。依此类推，由于每一层土钉

16、的入射角度均为10，根据三角形相似原理求得其他层土钉的li如下：将其数据代入式（4.12）得：由于第二层土钉以下的设计长度均为6m，6m2.058m，6m1.442m，6m0.827m，6m0.211m，所以第二层及以下层土钉的设计长度均符合要求。以下为土钉长度验算表：表4.3土钉长度验算表土钉层号（KN）li（m）计算长度（m）实际长度（m）1802.6670.0062.67352802.0520.0062.0586续表4.3土钉长度验算表土钉层号（KN）li（m）计算长度（m）实际长度（m）3801.4360.0061.44264800.8210.0060.82765800.2050.00

17、60.2116根据验算，五层土钉设计长度均符合要求。4.3土钉支护的内部整体稳定性分析4.3.1土钉极限抗拉能力计算对支护作内部整体稳定性分析时，土体破坏面上每一土钉达到的极限抗拉能力Ri按下列公式计算，并取其中的最小值：按土钉受拔条件： 式(4.13)按土钉受拉屈服条件： 式(4.14)式中：d0 土钉孔径（本次设计100mm）；d 钢筋直径（本次设计22mm）；lai 第i层土钉在破坏面一侧伸入稳定土体中的长度，如图4.2所示； 土钉与土体之间的界面粘结强度，此次设计取80KN；fyk 钢筋抗拉强度标准值，按照混凝土结构设计规范取用，本次设计中取400N/mm2。各层土钉在破坏面一侧伸入稳

18、定土体中的长度如下：将其相关数据代入式（4.14）得：将其相关数据代入式（4.13）得：取两者最小值得：4.3.2土钉支护内部稳定性安全系数计算土钉支护的内部整体稳定性分析是指边坡土体中可能出现的破坏面发生在支护内部并穿过全部或部分土钉。假定破坏面上的土钉只承受拉力且达到上述最大拉力R，按圆弧破坏面采用普通条分法对支护作整体稳定性分析，取单位长度（1m）进行计算。支护内部整体稳定性安全系数如下表所示：表4.4支护内部整体稳定性安全系数表基坑深度（m）661212安全系数最低值1.21.31.4土钉支护内部稳定性安全系数按下面公式算出：式(4.15)式中： Wi、Qi 作用于土条i的自重和地面、

19、地下荷载；本设计对Qi仅考虑地面荷载q，即Qi = qS，S为土条对应横截面面积；i 土条i圆弧破坏面切线与水平面的夹角；i 土条的宽度，本次设计取1m；j 土条i圆弧破坏面所处第j层土的内摩擦角；j 土条i圆弧破坏面所处第j层土的粘聚力；Rk 破坏面上第k排土钉的最大抗力；k 第k排土钉轴线与该处破坏面切线之间的夹角；Shk 第k排土钉的水平间距，按照前面设计选取。在计算出土钉支护内部整体稳定性安全系数前，应该先确定最危险圆弧圆心。最危险圆弧圆心可以由土层平均摩擦角和基坑边坡坡角，采用经验法查表，获取最危险滑动面圆心相关的参数。然后绘制圆弧破坏面普通条分法示意图，并根据示意图及相关参数求出土

20、钉支护内部稳定性安全系数。由土层平均摩擦角=16.49，基坑边坡坡角=78.70，采用经验法查表，得出=40.30，并获取了最危险滑动面圆心的相关参数。然后绘制圆弧破坏面普通条分法示意图如图4.3： Qi O TR1 1，C1 Wi k TRk i，Ci i 图4.3圆弧破坏面普通条分法示意图关于土钉支护内部整体稳定性安全系数计算的相关参数计算结果如下表4.5、表4.6和表4.7。表4.5土条相关参数土条i（m）i（）j（）cj（kPa）sinicositanj1120.0016.497.470.3420.9400.2962123.4516.497.470.3980.9170.2963129.

21、0016.497.470.4850.8750.2964138.3016.497.470.6200.7850.2965150.1016.497.470.7670.6410.2966164.2416.497.470.9010.4350.296表4.6土条相关参数土条Wi+Qi（Wi+Qi）cositanjcj（i/cosi）（Wi+Qi）sini125.006.9567.9478.550229.007.8728.14611.542续表4.6土条相关参数土条Wi+Qi（Wi+Qi）cositanjcj（i/cosi）（Wi+Qi）sini335.009.0658.53716.975444.0010.

22、2249.51627.280552.009.86611.65439.884660.007.72717.17254.060总计245.0051.7162.972158.291表4.7计算参数及部分计算结果排号k（）Rk（KN）sinkcoskShk（m）（Rk/Shk）cosk（Rk/Shk）sinktanj120.0030.7370.3420.9401.519.2612.074233.45100.1290.5510.8341.555.67110.887339.00114.7060.6290.7771.559.41814.238449.30143.7340.7580.6521.562.47621

23、.500560.10145.6440.8670.4981.548.35424.918总计201.85534.953.1473.7017.5245.1873.617将相关数据代入式（4.15）得：根据验算，土钉支护的内部整体稳定性满足要求。4.3.3分层开挖内部稳定性验算根据规范要求，土钉支护还应验算施工各阶段的内部稳定性，此时的开挖已达该步作业面的深度，但这一作业面上的土钉尚未设置或者注浆尚未能达到应有的强度。施工阶段内部稳定性验算所需的安全系说可比内部整体稳定性安全系数低0.10.2，但不能小于1.1。计算方法同内部整体稳定性验算，仍采用简单圆弧条分法。4.4土钉支护的外部稳定性分析土钉支护

24、的外部整体稳定性分析与重力式挡土墙的稳定性分析相同，可将由土钉加固的整个土体视作重力式挡土墙，分别验算。其验算内容包括整个支护沿底面水平滑动抗滑动稳定性，整个支护绕基坑底角倾覆抗倾覆稳定性及整个支护连同外部土体沿深部的圆弧破坏面失稳（本次设计不考虑）。4.4.1抗滑动稳定性计算抗滑动稳定性安全系数计算公式如下： 式(4.16) 式中： Gt （土钉）挡土墙自重的水平分量；Gn （土钉）挡土墙自重的竖直分量； 土对（土钉）挡土墙背的摩擦系数（本次设计计算取 = 0.45）； Eat （土钉）挡土墙后主动土压力的水平分量（kN）；Ean （土钉）挡土墙后主动土压力的竖直分量（kN）。（1）计算（土

25、钉）挡土墙宽度B（m），按下式计算： 式(4.17)式中： 土钉与水平面之间的夹角；L 土钉长度（取最短土钉的长度值，即L=5m）。将相关数据代入式（4.17）得：（2）计算挡土墙每延米自重，公式如下： 式(4.18)式中： 基坑深度范围内土重度；h 基坑深度。 重度分量计算公式如下： 式中：0 挡墙基底倾角，本次设计0 = 0；将相关数据代入式（4.18）得：Gn=696.095cos0=696.095kNGt=696.095sin0=0kN（3）计算刚性挡土墙背土压力E。本次设计计算取底面摩擦系数 = 0.45，墙背后土体考虑粘聚力c的影响，综合内摩擦角D = 30。 土压力系数计算，计算

26、公式如下： 式（4.19）式中：k0 静止土压力系数，k0=1.0 - sinD；ka 主动土压力系数，指基坑内土层平均摩擦角。 其中：k0=1.0 - sin30=0.5将相关数据代入式（4.19）得：墙背每延米土压力Ea计算，计算公式如下： 式（4.20）式中： 基坑深度范围内土重度；h 基坑深度。 将相关数据代入式（4.20）得：土压力分量Ean，Eat计算，计算公式如下： 式（4.21） 式（4.22）将相关数据代入式（4.21），式（4.22）得：（4）抗滑安全系数的计算及校验。将相关数据代入式（4.16）得：根据验算，抗滑动稳定性安全系数满足要求。4.4.2抗倾覆稳定性计算抗倾覆稳

27、定性安全系数计算公式如下： 式(4.23)式中：Eax Ea的水平分力，；Eaz Ea的竖直分力，；G 挡土墙每延米自重；x0 挡墙重心至墙趾的水平距离（m），本次设计x0 = ，B是挡墙宽度；xf 土压力作用点离墙趾的水平距离，本次设计因土钉墙，并非实际挡土墙xf = ；zf 土压力作用点离墙趾的垂直距离，本次设计zf = ，h是挡墙即基坑高度。 其中求得：将其相关数据代入式（4.23）得：根据验算，抗倾覆稳定性安全系数满足要求。4.5喷混凝土面层设计在土体自重及地表均布荷载q作用下，喷混凝土面层所受的侧向土压力p0可按下式估算： 式(4.24)其中： 式(4.25)式中：p1 即pm，自重引起的侧压力，计算结果见前值；s 土钉水平间距和竖直间距中的较大值，本设计中取1.5m；pq 由均布荷载引起的侧压力，计算结果见土压力部分。 将其相关数据代入式（4.24）得：将其相关数据代入式（4.25）得：因此，根据侧向土压力计算结果，按混凝土结构设计规范设计，该工程中的钢筋网应采用8200200mm钢筋，加强筋采用16钢筋，钢筋网采用8的钢筋绑扎连接，加强筋的连接和加强筋与土钉的连接采用焊接的方法。基坑土体喷射混凝土强度等级为C20，喷层厚度为80mm100mm，分两次喷射。土钉与面层联接细部图如图4.4所示。图4.4土钉与面层联接细部图