土方开挖与管井降水施工方案.docx

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土方开挖与管井降水施工方案

一、编制依据

《建筑与市政降水工程规范》（JGJ/T111-98）

《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-2012）

《喷射混凝土施工技术规程》（YBJ226-91）

《岩土工程勘察报告》工程编号2013-X199

《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002

《复合土钉墙基坑支护方案》GB50739-2012

施工区域总平面图及具体施工图纸

二、工程概况

2.1工程概况

该工程为拟建厂区总建筑占地面积201~207为9834.9

、208~212约为3041.4

，厂区目前地下水位约为1108.70，基坑开挖前须对基坑进行降水，水位控制在基底1000mm以下。

2.2水文地质条件

2.2.1地下水条件

场区地下水属孔隙潜水类型，勘察期间为平水季节，实测稳定水位埋深0.6～3.0m（以孔口原始地坪始计），水位高程在1108.7m左右，近5年最高水位在1110.0m左右，历史最高水位在1110.5m左右。

2.2.2地质条件

场地地层厚度、层底标高、层底埋深统计表

层号

厚度（m）

层底埋深（m）

层底标高（m）

最小值

最大值

平均值

最小值

最大值

平均值

最小值

最大值

平均值

①杂填土

0.60

2.50

1.72

0.60

2.50

1.72

1108.53

1109.72

1109.27

②素填土

0.90

2.10

1.59

1.60

3.90

2.11

1107.30

1108.72

1107.84

③-1粉质黏土

0.50

1.00

0.78

2.40

4.00

2.86

1105.81

1107.82

1107.02

③-2粉土

0.90

3.70

1105.73

说明:

统计厚度时主层厚度中不含亚层厚度。

统计厚度时每孔最后一层不参与统计。

三、施工部署

3.1施工人员部署

序号

项目经理部人员计划

各施工队（班组）人员计划

项目经理

1人

施工队

机长2人、工人15人

技术负责

3人

钢筋加工

焊工2人、钢筋工6人

质检员

2人

杂工

8人

安全员

2人

材料员

2人

资料员

2人

合计

12人

合计

33人

3.2机械部署

设备名称

型号

单位

数量

备注

电焊机

BX1-315-2

台

支护连接

混凝土喷射机

PL-5

台

喷混凝土面层

水泥砂浆搅拌机

台

水泥浆搅拌

空压机

VF-12/7

台

喷混凝土面层

钻机

回转（冲击）

台

钻孔主机

潜水泵

QS15-26-2.2

台

100

井内抽排地下水

水位测量仪

万用表回路

套

测量井内地下水位

3.3材料部署

材料名称

规格

单位

数量

备注

井管

φ350mm（外径）

米

2000

水泥管井

滤水管

φ350mm（外径）

米

1000

水泥管井

滤料

粒径1-3mm

吨

炉渣

粘土

吨

含砂量5%

四、降水原则及方案选择

4.1降水原则

①快速有效的使地下水降至设计标高

②有效的控制降水，在满足水量和基坑降水要求前提下，布设合理的降水井点，减少由于降水而引起地面沉陷及对周围建筑物的影响。

③充分考虑该地段的水文地质条件计算基坑降水量，同时考虑基坑特点和环境条件，必须考虑基坑开挖和地下施工不受影响

④在确保降水成功的同时，尽可能的降低工程造价

4.2降水方案的选择

根据场区自然条件和建筑物的实际情况，并结合当地施工经验，确定采用无砂混凝土大口井降水，视管井降水效果辅助轻型井点抽水及明排方法进行基坑降水，采用基础均匀分布井点降水，井深25m，井点管间距20.0米，降水水位至基底以下1000mm。

五、管井设计

5.1基坑总涌水量计算（施工手册第四版公式计算）

根据“《构（建）筑物定位图》，要求水位降至基坑1m以下，开挖面积A1=9834.9

A2=3041.4

基坑涌水量：

；（6-124）

式中Q——基坑涌水量；

K——土壤的渗透系数；

H——潜水含水层厚度；

S——基坑水位降深；

R——降水影响半径；宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑安全等级为二、三级时，对潜水含水层按下式计算：

（6-125）

对不规则形状的基坑，其等效半径按下式计算：

（6-128）

式中A——基坑面积。

r0——基坑等效半径；当基坑为圆形时，基坑等效半径取圆半径。

当基坑非圆形时，对矩形基坑的等效半径按下式计算：

r0＝0.29（a＋b）（6-127）

式中a、b——分别为基坑的长、短边。

取K=6m/d，H1=65m，H2=50m,R1=114.9m，R2=173.6m，水位埋深1.8m左右，s1=2.2m，s2=5.9m，代入上式求得：

Q1=5091m3/d,Q2=3636m3/d

5.2降水井数量

降水井数量按下式计算：

（6-143）

式中：

n—降水井数量；q—设计单井出水量（设计200

/d）；Q—基坑总涌水量

带入求得降水井总数为眼64，分别布置在基坑周围1.5m内及基坑内。

降水井平面位置见附图。

六、施工工艺

6.1.土方开挖

氧化沟、高效沉淀池池、二沉池、滤池、深度处理泵房等基坑土方开挖均属大面积大型土方开挖项目，基础土方开挖采用1.2m³反铲挖掘机进行，部分基槽人工配合开挖。

1、土方的开挖原则

（1）土方开挖施工顺序按“先深后浅，先下游后上游”的原则实施，各道施工工序均以流水作业法进行。

（2）土方开挖应在天气晴朗和有关部门同意的条件下尽早施工。

（3）土方开挖如遇淤泥较厚时，须铺设钢板方可施工，施工道路必须采取防滑措施。

2、土方开挖施工流程

土方开挖施工流程框图如下：

土方开挖施工工艺流程框图

3、土方开挖注意事项

（1）土方开挖与基坑支护的施工关系为：

土方分段分层开挖，挖好一个支护高度后，即可进行坑壁支护施工。

这样循环进行基坑的土方开挖与支护施工。

（2）深基坑开挖后要预留一条宽6M，坡度不大于1：

6的车行坡道，供机械材料运输车使用，保障施工进程畅通。

（3）基坑土方采用自上而下逐层进行分段开挖，每层开挖深度≤2000MM。

（4）土方开挖中，应经常测量和校核其平面位置、标高等是否符合设计要求。

挖方宜从上到下分层分段依次进行。

（5）挖出的土方堆放在基坑外3m处；除留足基础回填土外，余土外运至甲方指定的地点堆放（土方运距以双方商定为准）。

（6）土方工程一般不宜在雨天进行。

在雨季施工时，工作面不宜过大，应逐段、逐片地完成，并应切实制订雨季施工的安全技术措施。

（7）当基坑土方开挖深度大于4m时，应分层分阶段开挖，在分层层面间边坡上设立1～2m宽的水平台阶，以增加边坡的稳定能力。

6.2.基坑降水及支护

6.2.1施工工艺流程

平整井点现场→钻机就位安装→孔口开挖及埋设户口管→钻孔→清孔换浆→安装井管→围填滤料→止水封井→洗井→降水→开挖→基坑支护

6.2.2主要工序施工方法

1、测量放线井位置及平整井点现场：

施工前首先根据绘制的井位布置图在实地确定钻孔的位置，划出施工作业面，进行场地平整工作，然后同时埋设排水管、布线及打井工作。

2、井位埋设护口管：

以实地测放的井位为中心，由人工挖出一段直径1000mm，深度为1.5m的井孔，然后在井孔中部下入直径800mm，长度1.5m的护口管。

护口管与井壁之间的环状间隙用优质粘土严密封闭。

3、钻孔：

钻孔施工采用泥浆护壁法，冲击钻进一次成孔的办法。

开孔口径620mm，终孔口径部小于600mm。

4、清孔护浆：

钻孔达到设计深度后，利用钻机配带的掏砂筒逐步掏出孔底余留的沉渣，同时用重新配置的稀泥浆置换出孔内的稠泥浆。

5、井管安装：

（1）安装前，准备测量井管长度，按照“成井设计“要求进行管井排列，编写序号。

（2）井管单根长度为1m，采用悬吊下管法逐节对接下至孔底。

为了确保井管位于井孔中心，在井管的底部安装找中器一组。

6、围填滤料：

根据建井区的含水层颗粒情况，为确保出水量及降水质量，水井滤水管的外围充填透水好的优质炉渣。

填炉渣速度不宜过快，填炉渣过程中应随时测量渣料上升高度，核对数量，发生蓬堵，及时处理。

7、井点封闭：

滤料填充后，在“成井设计”的止水位置孔段用优质粘土球予以封闭。

8、洗井：

填渣止水工序结束后，应立即进行洗井工作，采用潜水泵配“返枪”的方式进行洗井，通过洗井达到水流畅通，水清砂尽，清楚孔底沉淀物的目的。

9、洗井工作结束后，按照总体安排进行降水。

抽水机械采用潜水泵，水位采用万用表电测水位计进行测定。

各井抽水必须连续，必须配备一定数量的备用泵。

6.2.3、基坑支护

注：

4m及以上采用土钉墙支护，4m以下自然放坡

1、基坑支护施工图说明

设计根据现有基坑开挖条件以及场地施工条件，设计采用1﹕0.4放坡挂网喷砼+土钉锚杆支护。

设计依据国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120一12）和《锚杆喷射混凝土技术规范》（GB50086一2001）。

A-A面设计为第一排土钉，土钉长度为2.0m,钢筋钉采用ф18，钢筋顶端设300mm十字架钢筋焊接牢固；第二排锚杆，锚杆长度为6.0m,钢筋钉采用ф18，钢筋顶端设300mm井字架钢筋焊接牢固；第三排锚杆，锚杆长度为4.5m,钢筋钉采用ф18，钢筋顶端设300mm井字架钢筋焊接牢固，第四排土钉，土钉长度为2.0m,钢筋钉采用ф18，钢筋顶端设300mm十字架钢筋焊接牢固。

面层内挂3mm×2m×15m钢板网片，喷射60mm厚C2O混凝土，放坡度为1：

0.4。

B-B面设计为两排土钉，土钉长度为2.0m,钢筋钉采用ф18，钢筋顶端设300mm十字架钢筋焊接牢固；面层内挂3mm×2m×15m钢板网片，喷射60mm厚C2O混凝土，放坡度为1：

0.4。

6.2.4土钉墙计算

6.2.4.1参数信息

1、基本参数

侧壁安全级别

三级

基坑开挖深度h（m）

7.2

土体的滑动摩擦系数

1.3

条分块数

土钉墙计算宽度B'（m）

基坑外侧水位到坑顶的距离（m）

8.2

基坑内侧水位到坑顶的距离（m）

8.2

基坑地面至抗隆起计算平面之间的距离D（m）

2、荷载参数

序号

类型

面荷载q（kPa）

荷载宽度b（m）

基坑边线距离a（m）

局布荷载

1.5

3、土层参数

序号

土名称

土厚度（m）

坑壁土的重度γ（kN/m3）

坑壁土的内摩擦角φ（°）

粘聚力C（kPa）

极限摩擦阻力（kPa）

饱和重度（kN/m3）

填土

120

填土

细砂

189

4、土钉墙布置数据

放坡参数：

序号

放坡高度L（m）

放坡宽度W（m）

平台宽度B（m）

7.2

2.8

土钉参数：

序号

孔径d（mm）

长度l（m）

入射角α（°）

竖向间距Sz（m）

土钉杆体材料

杆体截面积As（mm2）

抗拉强度标准值fyk（N/mm2）

抗拉强度设计值fy（N/mm2）

1.5

钢筋

314

400

360

1.5

钢筋

314

400

360

4.5

1.5

钢筋

314

400

360

1.2

钢筋

314

400

360

5、计算系数

结构重要性系数γ0

综合分项系数γF

1.25

土钉抗拔安全系数Kt

1.6

圆弧滑动稳定安全系数Ks

1.3

抗滑移安全系数Ksl

1.2

抗倾覆安全系数Kov

1.3

抗隆起安全系数Khe

1.6

经验系数ηb

0.6

6.2.4.2土钉承载力计算

Ka1=tan2（45°-φ1/2）=tan2（45-18/2）=0.528；

Ka2=tan2（45°-φ2/2）=tan2（45-12/2）=0.656；

Ka3=tan2（45°-φ3/2）=tan2（45-12/2）=0.656；

Ka4=tan2（45°-φ4/2）=tan2（45-20/2）=0.49；

第1层土：

0-2m（+0）

H1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/20=0m]/20=0m

Pak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=20×0×0.528-2×12×0.5280.5=-17.439kN/m2

Pak1下=γ1（h1+H1'）Ka1-2c1Ka10.5=20×（2+0）×0.528-2×12×0.5280.5=3.681kN/m2

第2层土：

2-2.5m（+0）

H2'=[∑γ1h1]/γi=[40]/18=2.222m]/18=2.222m

Pak2上=γ2H2'Ka2-2c2Ka20.5=18×2.222×0.656-2×10×0.6560.5=10.039kN/m2

Pak2下=γ2（h2+H2'）Ka2-2c2Ka20.5=18×（0.5+2.222）×0.656-2×10×0.6560.5=15.943kN/m2

第3层土：

2.5-5m（+0）

H3'=[∑γ2h2]/γi=[49]/18=2.722m]/18=2.722m

Pak3上=γ3H3'Ka3-2c3Ka30.5=18×2.722×0.656-2×10×0.6560.5=15.943kN/m2

Pak3下=γ3（h3+H3'）Ka3-2c3Ka30.5=18×（2.5+2.722）×0.656-2×10×0.6560.5=45.463kN/m2

第4层土：

5-7.2m（+0）

H4'=[∑γ3h3]/γi=[94]/22=4.273m]/22=4.273m

Pak4上=[γ4H4'-γw（∑h3-ha）]Ka4-2c4Ka40.5+γw（∑h3-ha）=[22×4.273-10×（5-8.2）]×0.49-2×18×0.490.5+10×（5-8.2）=4.543kN/m2

Pak4下=[γ4（H4'+h4）-γw（∑h3-ha）]Ka4-2c4Ka40.5+γw（∑h3-ha）=[22×（4.273+2.2）-10×（7.2-8.2）]×0.49-2×18×0.490.5+10×（7.2-8.2）=39.479kN/m2

1）水平荷载

临界深度：

Z0=Pak1下h1/（Pak1上+Pak1下）=3.681×2/（17.439+3.681）=0.349m；

第1层土

Eak1=0.5Pak1下Z0ba=0.5×3.681×0.349×2.8=1.799kN；

aa1=Z0/3+∑h2=0.349/3+5.2=5.316m；

第2层土

Eak2=h2（Pa2上+Pa2下）ba/2=0.5×（10.039+15.943）×2.8/2=18.187kN；

aa2=h2（2Pa2上+Pa2下）/（3Pa2上+3Pa2下）+∑h3=0.5×（2×10.039+15.943）/（3×10.039+3×15.943）+4.7=4.931m；

第3层土

Eak3=h3（Pa3上+Pa3下）ba/2=2.5×（15.943+45.463）×2.8/2=214.921kN；

aa3=h3（2Pa3上+Pa3下）/（3Pa3上+3Pa3下）+∑h4=2.5×（2×15.943+45.463）/（3×15.943+3×45.463）+2.2=3.25m；

第4层土

Eak4=h4（Pa4上+Pa4下）ba/2=2.2×（4.543+39.479）×2.8/2=135.588kN；

aa4=h4（2Pa4上+Pa4下）/（3Pa4上+3Pa4下）=2.2×（2×4.543+39.479）/（3×4.543+3×39.479）=0.809m；

土压力合力：

Eak=ΣEaki=1.799+18.187+214.921+135.588=370.495kN；

合力作用点：

aa=Σ（aaiEaki）/Eak=（5.316×1.799+4.931×18.187+3.25×214.921+0.809×135.588）/370.495=2.449m；

1、单根土钉的轴向拉力标准值Nk,j：

Nk,j=ζηjPak,jSxjSzj/cosαj

其中ζ--荷载折减系数

ηj--第j层土钉轴向拉力调整系数

Pak,j--第j层土钉处的主动土压力强度标准值

Sxj、Szj--土钉之间的水平与垂直距离

αj--土钉与水平面的夹角

Nj=γ0γFNk,j=1×1.25×0=0kN≤fyAs=400×314=125.6kN

满足要求！

Rk,j/Nk,j=0/0=0

序号

Rk,j/Nk,j

Nj（kN）

fyAs（kN）

抗拔安全性

抗拉安全性

0.16

126.1

125.6

满足要求

0.23

132.335

125.6

满足要求

0.426

181.869

125.6

满足要求

0.364

142.301

125.6

满足要求

6.2.4.3土钉墙整体稳定性的计算

根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012要求，土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法如下图，按照下式进行整体稳定性验算：

圆弧滑动法示意图

公式中：

cj、φj──第j土条滑弧面处土的粘聚力（kPa）、内摩擦角（°）；

bj──第j土条的宽度（m）；

θj──第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角（°）；

lj──第j土条的滑弧段长度（m），取lj＝bj/cosθj；

qj──作用在第j土条上的附加分布荷载标准值（kPa）；

ΔGj──第j土条的自重（kN），按天然重度计算；

uj──第j土条在滑弧面上的孔隙水压力（kPa），采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取uj＝γwhwaj，在基坑内侧，可取uj＝γwhwpj；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取uj＝0；

γw──地下水重度（kN/m3）；

hwaj──基坑外侧第j土条滑弧面中点的压力水头（m）；

hwpj──基坑内侧第j土条滑弧面中点的压力水头（m）；

Rˊk,k──第k根土钉在圆弧滑动面以外的锚固段的极限抗拔承载力标准值与杆体受拉承载力标准值的较小值；

αk──表示第k层土钉的倾角；

θk──圆弧面在第k层土钉处的法线与垂直面的夹角；

ψv──计算系数，取ψv=0.5sin（αk+θk）tanφ,φ表示的是第k层土钉与滑弧交点处土的内摩擦角。

把各参数代入上面的公式，进行计算

可得到如下结果：

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