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基坑支护工程设计说明书
第一章基坑支护结构设计说明
1.1工程概况
南京鸿基广场拟建场地位于玄武北路7#,东侧紧临玄武北路,间距6m,西至南山街小学约5米,南靠南山街,间距8米左右,北面为南京市艺术文化中心,最近间距约8米。
开挖深度11m,地下三层,层高3.5米,地面超载15kPa。
1.2拟建场地地质水文条件
1.2.1地形、地貌
拟建场地原有建筑物已拆除,现地形平坦,地面吴淞高程9.60~10.80米。
据《南京城区地貌类型图》划分,拟建场地地貌类型属冲积平原。
1.2.2地质构造
南京城区属扬子准地台之二级构造单元之下扬子凹陷褶皱带,有着漫长的沉积和构造发展史。
该场地以东通过规模较大区域断裂是湖熟-南京平移断裂。
据省地震局1991年完成的《南京市地震小区规划报告》,本地区喜马拉雅构造运动以来,断裂活动明显减弱,趋于稳定。
场地所在的新生代沉积凹陷由白垩纪浦口组(K2p)泥岩组成,基岩面平缓。
根据区域地质资料,该岩层厚度巨大。
勘察场地未发现断裂构造或破碎带。
1.2.3岩土层结构分布特征
拟建场地位于冲积平原。
在勘察深度内,拟建产场地岩土层可分为五大工程地质层,十一个亚层,土层参数详见表1。
1.2.4地下水埋藏条件
勘察查明拟建场地存在两个含水层,即上部孔隙潜水含水层和下部弱承压水含水层。
潜水主要赋予于
人工填土、
-1粉质粘土和
-2粉土~粉砂层中,为统一含水层,富水性一般,透水性较强,主要接受大气降水和地表水补给。
勘察期间实测各个钻孔的潜水稳定地下水位埋深1.10~1.30米(水位呈季节性变化),年水位升降变幅约0.80米,场地近年期最高水位埋深约0.50米。
弱承压水主要赋存于下部
卵砾石层中,该含水层透水性强,富水性较好,主要接受侧向径流补给。
在钻探过程中该层漏浆现象不明显,实测承压水位埋深30米。
场地其余岩土层富水性差,透水性弱,可视为相对隔水层。
1.2.5地质计算参数
根据本工程岩土工程勘察资料,各土层的设计计算参数如下
表1各土层设计计算参数
土层
r(KN/m3)
C(kpa)
()
厚度(m)
①-1层杂填土
(18.0)
(10)
(10)
1
①-2层淤泥质填土
(17.5)
(8)
(12)
5
①-3层素填土
19.2
(15)
(13)
2
-1层粉质粘土
19.0
16.9
16.3
1
-2层粉土~粉砂
19.1
8.4
29.9
4
-1淤泥质粉质粘土
17.7
11.8
15.3
15
注:
()括号内为经验值。
1.3设计依据
1)《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)
2)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
3)《地基与基础工程施工及验收规范》(GBJ202-83)
4)《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)
5)《地基处理技术规范》(DBJ08-40-94)
6)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)
7)《基坑工程设计规程》(DBJ08-61-97)
8)《简明深基坑工程设计施工手册》
9)《基坑工程手册》
1.4基坑工程等级确定
在基坑方案总体设计中,必须根据周围环境要求、工程功能要求等制定出安全而合理的设计标准。
根据基坑开挖深度、周边环境条件支护结构、破坏后果的严重程度,将基坑侧壁安全等级划分为三级。
表2基坑工程安全等级划分表
基坑工程安全等级
环境
破坏后果
基坑深度
工程地质
地下水条件
对施工影响
一级
周边环境条件很复杂
破坏后果很严重
基坑深度H>12m
工程地质条件复杂
地下水位很高、条件复杂
对施工影响严重
二级
周边环境条件较复杂
破坏后果很严重
基坑深度6m 工程地质条件较复杂 地下水位较高,条件较复杂 对施工影响较严重 三级 周边环境条件简单 破坏后果部严重 基坑深度 H≤6m 工程地质条件较简单 地下水位低条件简单 对施工影响轻微 备注: 从一级开始,有两项(含两项)以上,最先符合该等级标准者,即可定为该等级。 影响基坑稳定的主要因素包括: 开挖岩土体和地下水特征、基坑深度及放坡坡度、基周边环境条件、施工因素、气象因素等。 根据以上标准,该工程等级可以确定为一级。 1.5基坑设计控制原则 1)全面响应招标文件,严格遵守招标文件的各项条款。 2)采用先进、成熟、有效、切实可行的施工方案,确保在业主要求工期内,安全、优质、高效、低耗地完成本标段施工任务。 3)充分考虑本标段工程特点和周边施工环境,最大限度地降低工程施工对城市秩序、环境卫生、市容市貌、地面交通、既有设施安全及市民正常生活带来的不利影响。 4)严格贯彻“安全第一”的原则;采用监控量测措施和信息反馈系统指导施工,确保施工安全、环境安全及周边建筑物安全。 5)确保工程质量和工期。 6)文明施工和环境保护达到沈阳市政府及业主的要求。 7)坚持优化技术方案和推广应用“四新”成果,加强科技创新和技术攻关,应用新技术、新材料、新工艺、新设备,确保工程全面创优。 8)加强施工管理,提高生产效率,降低工程造价。 按基坑工程已有工程经验,根据周围环境保护要求,将基坑变形控制标准分为四个等级如下表。 表3基坑变形控制保护等级标准 保护等级 地面最大沉降量及围护墙水平移控制要求 环境保护要求 特级 1.地面最大沉降量≤0.1℅H; 2.围护墙最大水平位移≤0.14℅H; 离基坑10m,周围有地铁,共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施必须确保安全 一级 1.地面最大沉降量≤0.2℅H; 2.围护墙最大水平位移≤0.3H; 离基坑周围H范围内设有重要干线、水管、大型在使用的构筑物、建筑物 二级 1.地面最大沉降量≤0.5℅H; 2.围护墙最大水平位移≤0.7℅H; 在基坑周围H范围内设有较重要支线管线和一般建筑、设施 三级 1.地面最大沉降量≤1℅H; 2.围护墙最大水平位移≤1.4℅H; 在基坑周围30m范围内设有需保护建筑设施和管线构筑物 注: H为基坑开挖深度,在11m左右 第二章方案比选 2.1比选说明 根据本基坑工程特点,拟采用两种设计方案,分别是水泥土止水帷幕+灌注桩支护+钢筋混凝土支撑和地下连续墙+钢筋混凝土支撑,比选是主要考虑施工难度,设计质量,经济性三个方面。 采用理正7.0进行方案设计和计算,进行综合单价分析和主要技术参数分析,从而确定合适的设计方案。 2.2方案比选 表4两种基坑围护方案比较 方案 水泥土止水帷幕+灌注桩支护+钢筋混凝土支撑 地下连续墙+钢筋混凝土支撑 构件尺寸 止水帷幕: 桩长23m桩径700mm 灌注桩: 桩长26m桩径1000mm间距1200mm 冠梁: 1200*1000mm 腰梁: 1000*800mm 支撑梁: 600*800mm 格构柱: 500*500mm 地下连续墙: 宽: 800mm高度: 23m 冠梁: 1200*1000mm 腰梁: 1000*800mm 支撑梁: 600*800mm 格构柱: 500*500mm 计算结果 地表沉降 20mm 18mm 控制值: 30mm 稳定安全系数 1.567 1.624 均大于1.2 抗倾覆安全系数 2.606 2.354 均大于1.25 抗隆起安全系数 2.653 2.335 大于1.8 抗管涌安全系数 2.507 2.507 大于1.5 特点 优点: 灌注桩刚度大,施工技术成熟,施工噪音小,水泥土墙施工简单,并且可以有效地止水,造价低廉。 缺点: 灌注桩采用泥浆护壁施工时容易污染环境 优点: 施工时振动少,噪音低,能够紧邻地下管线施工,墙体刚度大,整体性好,容易控制地面沉降,耐久性好,具有很好的抗渗能力。 缺点: 泥浆护壁容易造成污染,施工难度比较大,操作技术复杂 综合单价(参考) 灌注桩1200元/ 止水帷幕80/ 围护一米价格为21000元 地下连续墙1500/ 围护一米的价格为27600元 根据表格可以看到,对于本工程来说,钻孔灌注桩方案,施工相对简单,造价合理,并符合规范对于工程安全的要求,所以本工程基坑支护方案选择钻孔灌注桩+止水帷幕+支撑的形式。 计算过程见附页,理正7.0基坑计算书 第三章手算计算 3.1土层参数 土层参数见下表5 表5各土层参数 土层 r(kN/m3) C(kPa) () 厚度(m) ①-1层杂填土 (18.0) (10) (10) 1 0.7 1.42 ①-2层淤泥质填土 (17.5) (8) (12) 5 0.66 1.52 ①-3层素填土 19.2 (15) (13) 2 0.63 1.58 -1层粉质粘土 19.0 16.9 16.3 1 0.56 1.78 -2层粉土~粉砂 19.1 8.4 29.9 4 0.33 2.99 -1层淤泥质粉质粘土 17.7 11.8 15.3 15 0.58 1.72 3.2土压力计算公式 采用朗肯土压力理论计算 3.2.1水土合算计算公式 第n层主动土压力为 第n层被动土压力为 式中 ——地面传递到n层土顶部的垂直荷载; ——n层土底天然重度; ——n层土的厚度; ——n层土的内摩擦角; Cn——n层土的内聚力; 3.2.2水土分算计算公式 第n层主动土压力为 第n层被动土压力为 式中: ——n层土浮重度 ——水的重度 H——含水层顶部至计算点的高度 3.3主动土压力计算 -1层杂填土水土合算 e上a1=15×0.7-2×10×0.84=-6.22kpa 0点位置Z0=(2×10×0.84-15×0.7)/18×0.7=0.5m e下a1=(15+18×1)×0.7-2×10×0.84=6.45kpa -2层淤泥质填土水土合算 e上a2=33×0.66-2×8×0.81=8.68kpa e下a2=(33+17.5×5)×0.66-2×8×0.81=66.06kpa -3层素填土水土合算 e上a3=120.5×0.63-2×15×0.80=52.38kpa e下a3=(120.5+19.2×2)×0.63-2×15×0.80=76.68kpa ②-1层粉质粘土水土合算 e上a4=158.9×0.56-2×16.9×0.75=63.92kpa e下a4=(158.9+19.0×1)×0.56-2×16.9×0.75=74.59kpa ②-2层砂性土水土分算 e上a5=82.9×0.33-2×8.4×0.58+10×9.5=112.61kpa e下a5=(82.9+9.1×4)×0.33-2×8.4×0.58+10×13.5=164.63kpa ③-1层淤泥质粉质粘土水土合算 e上a6=254.3×0.58-2×11.8×0.76=130.10kpa H=1C=10 8.68 6.45 q=15Kpa H=5C=8 66.06 H=2C=15 76.68 52.3 H=1C=16.9 112.61 74.59 63.92 H=4C=8.4 164.63 H=15C=11.8 主动土压力示意图 3.4被动土压力及支撑力计算 灌注桩直径1m,间距1.2m,两支撑间距6m,第一道支撑位置-2m,第二道支撑位置-6.5m,超挖深度0.5m。 采用等值梁法计算支撑力。 3.4.1第一道支撑力计算 根据等值梁法,当开挖至7米时计算第一道支撑力。 被动土压力 -3层素填土水土合算设反弯点在坑内该土层下h米 e上p3=2×15×1.26=37.8kpa ehp3=19.2×h×1.58+2×15×1.26=30.34h+37.8 eha3=[120.5+19.2×(1+h)]×0.63-2×15×0.80=12.1h+58.48 则ehp3=eha3,联立得18.24h=26.98,h=1.48m,大于1m, -3层厚度不够,反弯点不在 -3层。 ②-1层粉质粘土水土合算设反弯点在坑内该土层下h米 e上p4=1×19.2×1.78+2×16.9×1.33=79.13kpa ehp4=(19.2+19×h)×1.78+2×16.9×1.33=33.82h+79.13 eha4=[158.9+19×h]×0.56-2×16.9×0.75=10.64h+63.92 则ehp4=eha4,联立得23.18h=-15.17,h=-0.66m,反弯点不在②-1层。 ②-2层砂性土水土分算设反弯点在坑内该土层下h米 e上a5=82.9×0.33-2×8.4×0.58+10×9.5=112.61kpa eha5=(82.9+9.1×h)×0.33-2×8.4×0.58+10×(9.5+h)=13h+112.61kpa e上p5=(9.2×1+9×1)×2.99-2×8.4×1.73+10×2=103.48kpa ehp5=(9.2×1+9×1+9.1×h)×2.99-2×8.4×1.73+10×(h+2)=37.2h+103.48kpa 则ehp5=eha5,联立得24.2h=9.13,h=0.38m,故反弯点位于②-2层下0.38米。 ehp5=eha5=117.61kpa 合力及作用点计算,计算宽度取桩间距1.2m Ea1=6.45×1.2×0.5/2=1.935kN,距反弯点距离0.5/3+5+2+1+0.38=8.38 Ea2=(8.68+66.0)×1.2×5/2=224.22kN,距反弯点距1.86+2+1+0.38=5.24 Ea3=(52.3+76.68)×1.2×2/2=154.78kN,距反弯点距离0.94+1+0.38=2.32 Ea4=(63.92+74.59)×1.2×1/2=83.11kN,距反弯点距离0.49+0.38=0.87 Eha5=(112.61+117.61)×1.2×0.38/2=52.49kN距反弯点距离0.18 Ep3=(37.8+68.4)×1.2×1/2=63.72kN距反弯点距离0.45+1+0.38=1.83 Ep4=(79.13+112.95)×1.2×1/2=115.25kN距反弯点距离0.47+0.38=0.85 Ehp5=(103.48+117.61)×1.2×0.38/2=50.41kN距反弯点距离0.19 支撑力Tck1= =215.80kN 第一道支撑力计算示意图 3.4.2第二道支撑力计算 开挖至11米时计算第二道支撑力 ②-2层砂性土水土分算设反弯点在坑内该土层下h米 e上p5=2×8.4×1.73=29.06kpa ehp5=9.1×h×2.988+2×8.4×1.73+10h=37.2h+29.06kpa eha5=[82.9+9.1×(2+h)]×0.33-2×8.4×0.58+10×(9.5+2+h)=13h+138.62kpa 则ehp5=eha5,联立得24.2h=109.56,h=4.53m,②-2层土层厚度不够。 e下p5=9.1×2×2.988+2×8.4×1.73+20=103.46kpa ③-1层淤泥质粉质粘土水土合算设反弯点在坑内该土层下h米 e上a6=254.3×0.58-2×11.8×0.76=130.10kpa eha6=(254.3+17.7h)×0.58-2×11.8×0.76=10.27h+130.10kpa ehp6=(19.1×2+17.7h)×1.71+2×11.8×1.31=30.27h+96.24kpa 则ehp6=eha6,联立得20h=33.86,h=1.70m,ehp6=eha6=147.56kpa 合力及作用点计算 Ea1=6.45×1.2×0.5/2=1.935KN,距反弯点0.5/3+5+2+1+4+1.7=15.37 Ea2=(8.68+66.06)×1.2×5/2=224.22kN,距反弯点1.86+2+1+4+1.7=10.56 Ea3=(52.3+76.68)×1.2×2/2=154.78kN,距反弯点距离0.94+1+4+1.7=7.64 Ea4=(63.92+74.59)×1.2×1/2=83.11kN,距反弯点距离0.49+4+1.7=6.19 Ea5=(112.61+164.63)×1.2×4/2=665.38kN距反弯点距离1.87+1.7=3.57 Eah=(130.1+147.56)×1.2×1.7/2=283.21kN距反弯点距离0.83 Ep5=(29.06+103.46)×1.2×2/2=159.02kN距反弯点距离2.51 Eph=(96.24+147.56)×1.2×1.7/2=248.68kN距反弯点距离0.79 Tc1距反弯点距离8.5+4+1.7=13.7 支撑力Tck2= =375.05kN 第二道支撑力计算示意图 3.5灌注桩嵌固深度计算 3.5.1计算公式 参考地下结构工程,依据公式Hd=Hck+ 其中 3.5.2嵌固深度计算 基坑开挖至11米 Vck=1.2×1.1(1.935+224.22+154.78+83.11+665.38+125.43-159.02-248.68)-375.03-215.80=528.33kN 设嵌固深度在土层③-1下h米,公式中 为被动土压力与主动土压力之差 ③-1层反弯点以下 eha6=(254.3+17.7h)×0.58-2×11.8×0.76=10.27h+130.10kpa ehp6=(19.1×2+17.7h)×1.71+2×11.8×1.31=30.27h+96.24kpa e=ehp6-eha6=20.01h-33.86e=0时,h=1.7m 故 =e×(h-1.7)/2×1.2=12h2-21.34h+34.54bp6=(h-1.7)/3 上述数据代入公式Hd=Hck+ ,其中Hd=h+2,Hck=2+1.7=3.7故 h=1.7+[(12h2-21.34h+34.54)×(h-1.7)/3]/528.33 整理得12h3-41.74h2-1514.17h+839.44=0, 解h=12.86m 故Hd=h+2=14.86m 取计算嵌固深度为15米 桩受力示意图 3.6最大弯矩,剪力计算 3.6.1最大弯矩计算 由桩受力图分析得到,剪力为零点有三点,分别位于 -2层,②-2层,③-1层。 -2层设剪力零点位于该层埋深h处 e上a2=33×0.66-2×8×0.81=8.68kpa e下a2=(33+17.5×h)×0.66-2×8×0.81=11.55h+8.68kpa Ea1=1.935KN Ea2=(e上a2+e下a2)×1.2×h/2=10.42h+6.93h2 剪力为零时TC1=Ea1+Ea2故215.8=10.42h+6.93h2+1.935解h=4.86 求该处弯矩 Ea1距离该点0.5/3+4.86=5.03Ea2=215.8-1.935=213.86距离该点1.81 TC1距离该点4.86-1=3.86 M=1.935×5.03+213.86×1.81-215.8×3.86=-436.17kN·m ②-2层设剪力零点位于该层埋深h处 e上a5=82.9×0.33-2×8.4×0.58+10×9.5=112.61kpa e下a5=(82.9+9.1×h)×0.33-2×8.4×0.58+10×(9.5+h)=13h+112.61 Ea5=(e上a5+e下a5)×1.2×h/2=7.8h2+135.12hkN Ea1=1.935kNEa2=224.22KNEa3=154.78kNEa4=83.11KN 剪力为零时TC1+TC2=Ea1+Ea2+Ea3+Ea4+Ea5 215.8+375.05=1.935+224.22+154.78+83.11+7.8h2+135.12h 整理,得7.8h2+135.12h-126.8=0解h=0.9m 求该点处弯矩 Ea1距该点0.5/3+5+2+1+0.9=9.067 Ea2距该点1.86+2+1+0.9=5.76 Ea3距该点0.94+1+0.9=2.84 Ea4距该点0.49+0.9=1.39 Ea5=7.8×0.92+135.12×0.9=127.93KN距该点0.44 TC1距离该点4+2+1+0.9=7.9TC2距离该点1.5+1+0.9=3.4 M=1.935×9.067+224.22×5.76+154.78×2.84+83.11×1.39+127.93×0.44-215.5×7.9-375.05×3.4=-1057.18kN·m ③-1层设剪力零点位于该层埋深h处 e上a6=254.3×0.58-2×11.8×0.76=130.10kpa eha6=(254.3+17.7h)×0.58-2×11.8×0.76=10.27h+130.10kpa ehp6=(19.1×2+17.7h)×1.71+2×11.8×1.31=30.27h+96.24kpa 则ehp6=eha6,联立得20h=33.86,h=1.70m,ehp6=eha6=147.56kpa ehp6-eha6=20h-33.86 Ea6=1.7×33.86×1.2/2=34.48kN Ep6=(h-1.7)×(20h-33.86)×1.2/2=12h2-40.72h+34.53 从上边计算可以知道②-2层0.9米以上合力为0,所以只计算②-2层0.9米以下合力 Ea5=(124.31+164.63)×3.1×1.2/2=537.48kN Ep5=(29.06+103.46)×1.2×2/2=159.02kN 剪力为0时Ea6+Ea5=Ep5+Ep6,537.48+34.48=159.02+12h2-40.72h+34.53 整理得12h2-40.72h-384.61=0解h=7.60 Ep6=12×7.602-40.72×7.60+34.53=418.18 反弯点位于③-1层下1.7米处,计算弯矩从反弯点以下计算 V=(1.935+224.22+154.78+83.11+665.38+125.43-159.02-248.68)-375.03-215.80=257.02 M=257.02×7.6-418.18×(7.60-1.7)/3=991.54kN·m 比较三点最大弯矩可得Mmax=1057.18kN·m 3.6.2最大剪力计算 取基坑底下反弯点位置为最大剪力位置 Vck=1.2×(1.935+224.22
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- 基坑 支护 工程设计 说明书