降水开挖护坡方案范例.docx
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降水开挖护坡方案范例
方案范例之四
建外SOHO四期工程
降水、开挖、护坡施工方案
北京城建亚泰建设工程有限公司第四项目经理部
二零零三年九月
1、编制依据
1.1工程岩土工程勘察报告。
1.2甲方提供的施工总平面图及土方开挖平面图等工程相关文件。
1.3建设部批准的行业标准《建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)》。
1.4施工技术规范、规程、质量标准和有关安全、环保等法规。
1.5《北京市文明施工管理规定》、《建筑安装工程安全操作规程》。
2、工程概况
2.1工程概述
2.1.1本建设项目坐落于北京东部,“国贸中心大厦”南侧,是著名的CBD中心地区。
其建设用地东临三环路,南至通惠河,西侧为永安里一街,北侧为著名的长安街。
该项目用地原为北京第一机床厂厂区,该工厂的拆迁工作将随本工程的建设分期交叉完成。
2.1.2该期工程场地东西宽140.62米,南北最长228.24米,规划用地面积2.78公顷,总建筑面积155254㎡,占地面积21000㎡。
本工程分A区和B区两个部分,A区由2栋塔楼(13、14号楼、1幢3层幼儿园)组成和地下2层停车库组成;B区由3栋塔楼(10、11、12号楼)组成和地下2层停车库组成。
我公司负责整个SOHO四期的土方开挖、降水、护坡。
2.2工程地质概况
2.2.1地层土质概述
根据地堪报告,按沉积年代、成因类型划分为人工堆积层和第四纪沉积层两大类。
按地层岩性及物理力学指标与工程特征,在基坑开挖深度范围内土层分布状况如下:
2.2.1.1表层为人工堆积层,由粉质粘土、粘质粉土填土组成,中含碎石、房渣土,层厚1.00~1.90m。
2.2.1.2第二层为粘质粉土、砂质粉土层,中含重粉质粘土、粉质粘土、粉砂和粘土,层底标高30.61~32.93m。
2.2.1.3第三层为粉质粘土、粘质粉土层,中含砂质粉土、粉细砂和有机粘土,层底标高27.93~29.33m。
2.2.1.4第四层为中、细砂层,中含粉砂、圆砾、粉质粘土、粗砂和砾砂,层底标高21.49~22.42m。
2.2.2地下水情况
2.2.2.1第一层台地潜水埋深9.00m,标高29.57。
2.2.2.2第二层层间潜水埋深12.6~14.50m,标高24.34~25.97。
2.2.2.3第三层承压水(测压水头)埋深17.60m,标高20.97~21.47。
2.2.2.4第四层承压水(测压水头)埋深19.35~21.60m,标高17.24~19.22。
本工程基础所处位置为砂卵石层和第二层层间潜水处。
2.3现场情况
2.3.1本工程需拆除建筑物较多,三通一平未完成,临时用电需租用发电机,拟建场区内地下管线及地埋物较多且不详,基坑北侧有两栋工业厂房,基础埋深约3.0~3.5m左右,距槽边线距离为3.5~4.0m。
基坑东北侧槽边有一个气站;基坑局部需过重车。
2.3.2SOHO四期A、B区基础埋深13.50m,根据现场场地及周围建筑物位置情况,基坑北侧有重型车间和小批车间不拆除,且离基坑较近(最近距离为5.9m),因此这一侧边坡采用灌注桩护坡加预应力锚杆组成的支护体系,其余边坡均做喷锚支护。
因涉及场地拆迁问题,整个四期工程土方分两阶段开挖。
2.3.3基坑开挖深度范围内有两层地下水,基础施工时需进行降水施工,基坑降水总面积约为21000m2。
3.施工前准备工作
3.1现场准备
3.1.1做好现场三通一平,做好安全防护工作。
3.1.2规划现场平面布置,保证重型载重车的安全出入。
3.1.3安装夜间施工照明灯,在现场设集中照明灯架不少于2组,或活动碘钨灯架7个,以保证夜间挖土照明的需要。
3.1.4准备拍土架子,拍土工人,设专人打扫出口及运土车轮胎。
3.1.5处理好挖土期间的扰民问题。
3.1.6提前办理城建、市容、环卫、交通等有关手续,保证顺利施工。
3.1.7作业人员要经过培训,掌握施工技术要点和基本技能,重要工序由熟练作业人员承担。
3.1.8施工用电:
施工单位根据需要设置分控配电箱。
3.1.9施工用水:
现场水源设置要满足消防要求。
施工用水对水压有要求,基坑周围应设多个供水点,供水半径小于50m。
3.1.10临时设施:
根据场现情况布置所必需的临建,以满足施工。
3.2技术准备
3.2.1根据施工图纸和方案放出开挖线、降水井位置线。
3.2.2根据甲方提供的水准点测出现场的方格网。
3.2.3了解、掌握、处理好施工区域内各种地上、地下影响挖土、降水、护坡工作正常、连续进行的障碍,如管线、地下构筑物等。
3.2.4组织现场施工技术人员掌握施工方案,明确质量标准、工艺流程和安全要求。
编制工序作业指导书,并做好技术交底。
3.3材料准备
3.3.1根据工程和工期的需要降水、护坡的材料提前进场。
3.3.2各种机械设备案进度情况进场。
3.3.3布置原料堆放场地,加工场地,组织工程用料。
3.3.4安装及调试机械设备。
3.3.5按所需材料规格和要求及时提出材料计划,并确定材料来源、组织材料进场。
3.4施工机械设备准备
根据工程的进度要求配置施工机械设备具体机械设备见下表:
施工机械设备配备表表3.4
分项工
程名称
机械
名称
型号
单位
数量
进场
日期
备注
降水
工程
反循环钻机
台
4
03.6
水泵
T5W25—50型
台
100
03.6
冲压钻机
台
1
03.6
空压机
10m3
台
4
03.6
发电机组
75KW/台
台
2
03.6
土方
开挖
液压挖掘机
EX-300
台
4
03.6
重型运输车
20T
台
70
03.6
加油车
台
1
03.6
破碎机
台
1
03.6
边坡
支护
空压机
10m3
台
2
03.6
喷射机
PZ-5
台
2
03.6
挤压泵
CM-1.3
台
2
03.6
砂浆搅拌机
台
2
03.6
电焊机
300A
台
3
03.6
切割机
台
1
03.6
切断机
GQ40
台
1
03.6
高压输料管
米
400
03.6
电缆线
米
200
03.6
小推车
辆
3
03.6
运输车
辆
1
03.6
4.施工安排
4.1降水、开挖、护坡安排
4.1.1降水施工组织安排
4.1.1.1人员组织计划
每台钻机配备5人,降水井施工30人,排水管道施工15人,下泵10人,杂工10人,合计80人。
4.1.1.2设备材料计划
(1)设备:
反循环钻机4台;潜水泵100台;配电箱8台;电缆线1000m。
(2)材料:
滤水管2300根;底座90个;铅丝、竹片若干;砾石(3~8mm)320m3。
4.1.2护坡施工组织安排
4.1.2.1护坡施工管理组织机构图
4.1.2.2施工人员组织
工程负责人:
1人
技术负责人:
1人
工程师:
1人
作业人员:
85人
4.1.2.3护坡工期进度控制计划
喷锚护坡原则上不占直线工期(土方完工后2天内喷锚支护工程完工)。
5工期保证措施
5.1降水工期保证措施
5.1.1制定科学合理的施工进度计划,制定科学的施工方案,建立完善的组织体系,强有力的管理队伍保障,配备充足的施工机械。
5.1.2材料预先进堆放地。
由于场地及地理位置的限制,我们根据每天的用料计划,每天把第二天用的料进足。
5.1.3调整人力,保证劳动力充足。
5.2开挖工期保证措施
本工程由于拆迁情况土方开挖分为三个阶段,第一阶段土方开挖工程量约为20万立方米,第二阶段土方开挖工程量约为10万立方米,本工程从进场开工之日算起,第一阶段计划平均每天出土3000m3左右,2003年6月20日开始挖土,2003年9月17日挖土结束,土方挖运总工期计划为90天;第二阶段前期计划每天出土2500m3,具体开始时间根据拆迁情况定,工期自打桩完成以后54天。
6.施工方法
6.1降水施工方法
6.1.1降水方案的选择
6.1.1.1根据场区地质及水文地质条件分析,该基坑降水方案拟采用管井井点降水方法降低基坑内地下水位,以满足基础施工的要求。
本降水方案具有排水量大,井距大,对平面布置干扰小,不受土层限制,井点制作、降水设备及操作工艺维护较简单,施工进度快,单位降水费用较低等优点。
6.1.1.2降水井设计计算
(1)设计理论参数计算公式
由设计总平面图和地质勘察报告知,拟建建筑基础埋深13.5m,拟降地下水位到基坑底以下1m处。
按总平面图中的比例量取其东西向最宽处为123m,设基坑东西两侧的井管间距为125m。
①降水井影响深度H
H=h1+h2+h3+h4+h5
其中:
h1——基坑深度13.5m;
h2——拟降地下水位到基底以下的距离,取h2=1m
h3——等于IL=65.4×1/8=8.2m
h4——井管滤管长度,取2m
h5——滤管底到井底距离,取1m
H=13.5+1+8.2+2+1+1=25.7m
②基坑等效半径计算
r0=(A/π)1/2=82m
其中:
A——基坑面积;
③降水井影响半径计算
R=2×S(KH)1/2=2×5.5(100×11)1/2=365m
其中:
S——基坑水位降深为5.5m;
K——水的渗透系数取100m/d;
H——含水层厚度取11m
④基坑涌水量计算
渗透系数的选取依据工程地质勘察报告。
计算结果和实际可能有差异,待施工初期根据抽水试验进行参数及方案调整。
渗透系数K:
取100m/d。
Q1=1.366KS(2H-S)/(lgR-lgr0)=19071m3/d
其中:
Q—基坑潜水涌水量(m3/d);
K—含水层渗透系数(100m/d);
H—含水层厚度(11m);
S—降深(5.5m);
R—影响半径(365m);
r0—基坑等效半径(82m);
⑤管井抽水量计算
q=120×3.14rsJk=120×3.14×0.085×2×(100)1/3=299.7m3/d
其中:
J—过滤器进水部分长度(m)
rs—过滤器半径(m)
K—含水层渗透系数
⑥管井数量计算
n=1.1Q/q=1.1×19071/299.7=70口
其中:
Q—基坑总涌水量(m3/d)
q—设计单井出水量(m3/d)
⑦降水井间距计算
D0=C/n=598/70=8.54m取8.5m
其中:
C——井管布置线总长
在基坑中间进行布置渗水井,间距根据施工场地的实际情况重点布置在基坑塔吊和结构电梯井的位置,深度21米(进入卵石层3.0米),两个阶段共需布置12眼井,结合挖土情况,配合土方单位挖坑抽水明排。
井深确定:
为了满足水力坡度0.1,降水井的深度至绝对标高18.90米,即施工降水井的深度为20.0米(进入卵石层下部土层2.0米,最深不超过23.0米),下泵深度为19米。
(2)抽水设备采用潜水电泵,扬程30m,抽水量15m3/h。
6.1.2管井布置
6.1.2.1井管采用无砂砼管作为滤水管,井管外径0.4m,内径0.3m,钻孔直径0.6m,井深20m。
沿基坑开挖线布置降水管井,井边距基坑边0.6m,井间距8.5m,临时降水井间距10m。
6.1.2.2根据拆迁情况,基坑降水分为两个阶段进行。
第一阶段在基坑北部设一排降水井,共设置17口,其中临时降水井为10口;槽内设置疏干井5口,井深17m,井距(根据主楼楼座位置设置)约20m;第二阶段在基坑北侧设置降水井21口,最后整个基坑开挖完毕后基坑一圈总计设置70口降水井,槽内设置疏干井7口。
排水采用D400的钢管,每隔30-40米设一个沉淀池。
(第一阶段基坑降水平面布置图、第二阶段基坑降水平面布置图、基坑降水井剖面详图)
6.1.3降水施工工艺流程
6.1.4降水施工技术要点
6.1.4.1按照降水井平面图位置进行井点测量定位,做好打井前的准备工作。
6.1.4.2管井成孔方法采用反循环钻机泥浆护壁成孔。
井位、井孔直径、井深符合设计要求,孔深大于设计深度0.5m。
6.1.4.3井管安放前要清管,用压缩空气洗井或用吊桶反复上下取出泥渣洗井。
6.1.4.4无砂砼管过滤部分放置在含水层适当的范围内,接头对正,管口高出地面0.4m左右。
6.1.4.5填充砾石滤料,粒径为3—8mm砾石,符合级配要求,杂质含量不大于3%,不使用机械填充,以防分层不均匀冲击井管,砾石从底填到井口下1.0m左右,上部用粘土封口。
6.1.4.6安设水泵前,按规定洗井,采用压缩空气洗井直至洗清干净,洗井在下完井管填好滤料并封口后8小时内进行。
安设水泵前对水泵本身及控制系统做一次全面检查,合格后放可下设。
上部要与井管口固定牢固。
6.1.4.7降水期内按要求定时测量动水位及观察井中的静止水位,每天至少观察两次,并做好记录。
井点使用时,基坑周围井点采用间隔抽水方法并保证基坑对称同时抽水。
6.1.4.8降水井和疏干井使用完毕后所留井孔用砂砾填实。
6.1.4.9降水施工过程中要结合喷锚施工采取相应措施,采用明沟明排的方法,进行降水。
具体措施如下:
(1)在进行基础边坡支护过程中,遇有滞水层时和有地下水层的土层时,可在喷锚支护面层上根据实际情况留出若干排水孔,将水用管导出,至坑底排水明沟中。
(2)在基坑底部靠近坡脚处,每隔30-40米,做一集水坑,将排水明沟中的水集中,然后用水泵将水抽出明排。
(3)对于基坑中基础相对较深的设备坑和电梯井等处也可采用相同的明沟明排水的方法进行降水。
6.2.土方施工方法
6.2.1开挖顺序
由于涉及到施工现场的拆迁情况,所以基槽开挖需先挖13#和11#楼及A区南半部土方;根据施工现场拆迁预定11#楼由东端向西开挖,开挖上口距待拆除的立体库距离为5m;13#楼由南端向北开挖,边坡采用锚喷护坡,其余部分由北端向南开挖;立体库以西14#楼第一阶段开挖时采用1:
0.75放坡,表面用φ6@300钢筋网片抹50厚水泥砂浆,以保证边坡稳定。
-8.00米以上施工马道留在基槽的南部和西部,10#楼待地上建筑物拆迁完毕后开始开挖,与11#楼交界处采用自然放坡1:
0.75的坡度。
-8.00米以下开挖施工马道留在南侧。
12#、14#楼根据甲方要求,需等北部拆迁完毕后进行开挖,施工流向自西向东方向开挖,施工马道留置在基坑东部。
最后所有剩余土方从基坑东边马道运出。
土方开挖第一阶段,标高在-8.00m以上为拆迁范围内大面积开挖。
(具体开挖顺序见下图)
土方开挖至-8.00m后,主要开挖11#和13#楼的基础部分及西侧地下室部分和10#楼基础部分。
(具体开挖顺序见下图)
待北部拆迁完毕后进行土方开挖第二阶段,主要开挖北部12#、14#楼最后拆迁部分和基础处理剩余土方。
(具体开挖顺序见下图)
土方开挖剖面图如下:
6.2.2土方施工技术要点
本工程土方开挖采用人工和反铲挖土机配合自卸汽车分层、分段开挖,土方开挖与边坡支护紧密配合,每层土开挖后及时进行支护,保证基坑边坡不产生过大变形。
土方开挖时满足如下要求:
6.2.2.1土方分层分段开挖,首层土采用人工配合机械开挖,以保护地面下的各种管线的安全,段长一般不大于40m,层厚2.0~2.5m。
6.2.2.2第二层以下土层采用机械挖土,开挖深度:
边坡10m范围内开挖为每层1.8~2.0m,其余部分开挖为每层4m左右;开挖时边坡预留20cm厚的保护土层,保护土层由人工修整,为了保证开挖深度符合设计要求,防止超挖,测量放线人员要随时配合放线抄平工作;挖至接近槽底标高时,槽底预留200mm厚度原状土,由人工进行清槽;基底CFG桩处理的楼座基础部分预留400mm厚度原状土,基础处理完毕后,再挖去剩余部分。
6.2.2.3考虑到基坑做喷锚护坡,合理安排边坡支护与土方开挖的工作面和施工顺序,原则上保证喷锚施工的连贯,采用工序间流水作业,充分利用时间和空间,确保工程按时完成。
6.2.2.4土方开挖过程中,对于土层中的滞水,可采用简单的疏排措施进行处理。
其方法为做排水沟,将水引到基坑中预先挖好的集水坑中,然后用水泵将集水抽出,排到市政排水管线中。
6.2.2.5为保证夜间正常施工,夜间应有照明设备,同时安排专人负责交通疏导、调度指挥工作。
测量员每日挖土前用白灰放出开挖线,保证作业面宽度与标高。
6.2.2.6由于场地小,土方开挖只能设内马道,马道设在基槽南侧,要避开地热井位置,马道收土采用挖土机接力倒土,并尽量减少马道土方的收土。
剩余土方量,采用人工配合吊车出土并装车外运。
6.2.3电力沟处土方开挖的处理
在基坑东北部有一电力管沟,距离基坑较近,在开挖之前先要探明管沟的具体位置,并提前做好保护,再进行人工开挖,以免管沟遭到破坏,并且挖完后立刻做好护坡,待专人检查合格后,方可进行下一步开挖。
6.3护坡施工方法
6.3.1护坡方案的选择
本工程基坑的开挖深度为13.50m,属于深基坑支护,经现场实际考察,在基坑北侧距边坡较近有厂房,在进行护坡施工时应加以考虑。
综合我公司多年的施工经验,结合现场实际情况,本着安全经济实用的原则,基坑支护采用两种支护方式,在基坑北侧采取桩锚的支护形式,其余采用喷锚支护形式。
因北部拆迁滞后,土方开挖分两个阶段进行,第一阶段土方开挖时北部立体库处做锚喷支护。
(见下图)第二阶段土方开挖时边坡采用锚喷和护坡桩支护。
(见下图)
6.3.2边坡喷锚支护设计
根据地质条件和基坑几何尺寸,参照已竣工工程,采用工程类比法设计,确定喷锚支护参数,并根据土力学理论进行边坡稳定验算,详细数据见施工方案计算书。
6.3.2.1边坡锚喷计算书
(1)计算依据
①勘察设计研究院提供的《岩土工程勘察报告》。
②中国建筑工业出版社出版的《基础工程学》,地震出版社出版的《岩土加固实用技术》,《岩土工程勘察规范》。
③设计中采用的锚杆抗拔力是根据北京地区相同地质条件下进行拉拔试验得出的经验值,由于受试验孔位埋深的限制,所取数值比实际要小,其结果是偏于安全。
④理论依据:
采用王步云的计算方法。
(2)计算参数选取
①土体力学参数
根据地质资料取:
土容重:
γ=20KN/m3(取各层土的平均容重)
内摩擦角:
φ=28°
内聚力:
C=26KPa
主动土压力系数:
Ka=tg2(45°-Φ/2)=0.36
为书写方便,设θ=45°-Φ/2=31°
②地面荷载
在基坑开挖和基础施工期间,基坑周围不可避免要堆放各种材料,安装机械设备及其它活荷载,因此应考虑地面荷载的影响,取P=20KN/m2。
③锚杆抗拔力
根据锚杆拉拔试验得出,取T=25KN/m。
④边坡支护参数
根据基坑几何尺寸及地质资料,采用工程类比设计法,首先确定支护施工方案,再进行稳定分析,若不满足稳定要求,再调整施工方案。
基坑自上而下布置8排锚杆,锚杆采用Φ20~22螺纹钢筋,水平间距为1.5m,排距为1.5m。
详细支护参数见施工方案。
此设计在具体施工时可根据实际开挖深度作相应调整。
(3)边坡未支护情况下的稳定分析
边坡不采取支护措施时,其破坏形式是沿库仑破裂面破坏,计算简图如图1,取1m长边坡为计算单元作计算,以方案图A-A剖面为例作计算。
图1
则
………………………………………………⑴
式中:
Kw—边坡稳定系数,Kw=1.2~1.5
f—滑动体上的总抗滑力
F—滑动体上的总下滑力
……………………………⑵
………………………………………⑶
…………………………⑷
将数据代入⑴~⑷式,得
G=1257.60KN
F=1077.72KN
f=753.80KN
边坡稳定系数:
KW=f/F=0.70<1.2
因此边坡不稳定,必须采取支护措施。
(4)支护后边坡稳定分析
①支护结构土压力分布
喷锚网支护完成后,由于支护结构与土体的相互作用,土压力发生重分布,根据试验及理论分析,按图2的分布形式进行计算。
图2
则距坡顶hi处的土压力值为:
………………………⑸
………………………⑹
②支护结构内部破裂面
根据试验研究,喷锚网支护结构的破裂面不同于库仑破裂面,设计中按图3所示的破裂面形式进行验算。
0.7H
0.3H
H
图3
③内部稳定性分析
支护结构内部稳定性分析,主要考虑单根锚杆的受力状态,计算时不考虑锚杆的弯、剪应力,仅按受拉杆件进行验算,其结果偏于安全。
其表示形式如下式:
………………………………………………⑺
式中:
KL—安全系数,取1.2~2.0,对于使用期二年内临时支护
工程取小值,使用期超过二年的永久支护工程取大值。
Fi—某根锚杆的极限有效锚固力,
………………………⑻
T—锚杆抗拔力
L0—破裂面后的锚杆有效锚固长度
Ag—锚杆主筋的截面积
fy—锚杆主筋的抗拉强度设计值
Ei—某根锚杆支承范围内的土压力
……………………………………………⑼
me—工作条件系数,临时支护结构,me=1.0,永久支护结构
me=1.2。
对于基坑边坡支护工程取me=1.0。
qi—距坡顶hi处的土压力值,按图4计算
SX、Sy—锚杆的水平间距和排距
由式⑸、⑹得出,边坡支护后土压力的分布如图4。
图4
图5
当h=0时
q=p·Ka-2C(Ka)1/2=20×0.36-2×26×(0.36)1/2=-24.02<0
取q=0
当h=6.75m时
q=p·Ka+γ·hi·Ka-2C(Ka)1/2=24.72KPa
根据设计方案,支护结构内部破裂面如图5所示。
锚杆主筋选用Φ20~22螺纹钢筋,fy=310MPa
Fg=Ag·Fy=117.78KN(Φ22)Fg=Ag·Fy=97.39KN(Φ20)
根据⑸~⑼式,得出方案中各排锚杆的极限有效锚固力:
F1=F2=F3=F4=117.78KN
F5=F6=F7=F8=F9=97.39KN
各排锚杆承受的面层土压力为:
E1=13.84KNE2=25.37KNE3=36.91KNE4=48.44KN
E5=E6=E7=E8=E9=51.90KN
各排锚杆的内部稳定安全系数为:
KL1=8.51KL2=4.64KL3=3.19KL4=2.43
KL5=KL6=KL7=KL8=KL9=1.88
均能满足要求。
④外部稳定性分析
喷锚网支护结构完成后,与边坡土体有机地结合在一起,形成一种复合支护结构,在设计时按类重力墙进行验算,墙厚取锚杆平均长度的11/12,计算简图如图6,取1m宽边坡为计算单元。
a.抗倾覆验算
……………………………………………………………⑽
式中:
KQ—抗倾覆安全系数,一般取KQ=2.0
Mw—稳定力系对墙址的总力矩
…………………………………⑾
MQ—倾覆力系对墙址的总力矩
…⑿
将数值代入⑽~⑿式得抗倾覆安全系数:
KQ=MW/MQ=6.85>2.0
边坡不会发生倾覆。
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