基坑支护课程设计Word下载.docx
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1、概述
受“福清市侨乡建设投资有限公司”的委托,我司承担该公司拟建的“东环路拆迁安置区”的岩土工程详细阶段基坑支护设计任务。
该项目由城市建设研究院设计。
拟建场地位于福清市玉屏街道东环路西面,场地四周现状为山地、平整地、荒地,仅东面局部为一煤气站(1F,框架,浅基);
地形相对较开阔,但地势高差较大,呈东北高西南低。
本工程由6栋(1#~6#)17层住宅楼及1栋1层门卫组成,实用地面积为16365.0平方米,总建筑面积为59863.0平方米。
拟建住宅楼建筑高度为51.3米,为框-剪结构,单柱最大荷重为7000KN,拟采用桩基础,承台埋深约6.0米;
拟建门卫为框架结构,单柱最大荷重为500KN,拟采用浅基础,基础埋深约5.0米。
拟建场地设一层整体地下室(设计高度约4.50米),地下室面积为9345.0平方米,纯地下室单柱最大荷载为1500KN。
建筑对差异沉降较敏感,建筑相邻柱基的沉降差≤0.002L,1层建筑基础的倾斜≤0.004,17层建筑基础的倾斜≤0.003,基础的平均沉降量≤200mm。
设计场地室外地坪黄海标高为33.30~33.82米,室内地坪黄海标高为33.80米。
拟建物重要性等级为二级,场地复杂程度等级为二级,地基复杂程度等级为二级,岩土工程勘察等级为乙级,地基基础设计等级为乙级,基坑安全等级为二级。
1.2基坑周边环境条件
拟建场地位于福清市玉屏街道东环路西面,场地原为山地,四周现状为山地、平整地、荒地,仅东面局部为一煤气站(1F,框架,浅基),周边地形开阔,但地势高差较大,呈东北高西南低,场地钻孔地面黄海标高26.02~37.65米,地貌上属低丘剥蚀地貌单元。
1.3工程地质条件
根据野外钻探取芯肉眼鉴别,结合现场原位测试和室内土工试验成果综合分析,在钻探控制深度范围内地基土自上而下可划分为五层,各岩土层具体特征描述如下:
①坡积粉质粘土(Q4dl):
灰黄、褐红、灰褐色,稍湿-湿,可塑-硬塑,主要由粘性土组成。
局部夹少量风化碎石,干强度中等,韧性中等,摇震反应无,光泽反应稍有光滑,局部相变为粘土,本层分布于整个场地,层厚1.60-8.00米,层顶标高26.02~37.65米。
标准贯入试验实测击数为8.0-25.0击,经杆长修正后击数为7.2-22.6击。
②残积粘性土(Qel):
灰黄、灰白色,稍湿-湿,可塑-硬塑,主要由粘性土组成。
大于2mm颗粒含量占2.0-7.7%,长石矿物已风化蚀变,干强度中等,韧性中等-低,摇震反应无,光泽反应稍有光滑,残余结构明显,见铁锰质结核物,局部相变为残积砂质粘性土。
本层分布于整个场地,层厚6.00-16.20米,层顶埋深1.60-8.00米,层顶标高19.01~33.84米。
标准贯入试验实测击数为8.0-29.0击,经杆长修正后击数为7.2-24.6击。
该层在ZK31(深度5.30-13.50米)、ZK37(深度8.20-10.50米)孔夹砂土状强风化残留体。
③全风化花岗岩(r53):
灰黄、褐黄、灰白色,中细粒花岗结构、散体状构造,原岩矿物成份为石英、长石及云母等,长石绝大部已蚀变成粘性土,岩芯呈砂土状,原岩结构可辩,见铁锰质浸染,易软化,易崩解,岩体极破碎,属极软岩,岩体基本质量等级为V级。
本层在ZK7、ZK10、ZK11、ZK13、ZK14、ZK27-ZK29、ZK33、ZK36、JK2钻孔揭露,其余地段缺失,揭露厚度1.50-3.40米,层顶埋深11.60-18.10米,层顶标高12.20~23.97米。
勘探过程中未发现临空面、洞穴、软弱夹层等不良地质作用。
标准贯入试验实测击数为31.0-45.0击,经杆长修正后击数为21.9-33.9击。
④强风化花岗岩根据岩石风化程度及力学强度的不同,细分为两个亚层:
④-1砂土状强风化花岗岩(r53):
灰白、黄褐、灰黄色,中细粒花岗结构、散体状构造,矿物成份为石英、长石、云母等,岩芯呈砂土状、碎裂散体状,原岩结构清晰可辩,见铁锰质浸染,岩体极破碎,属极软岩,岩体基本质量等级为V级。
本层仅JK4钻孔地段缺失,其余地段均有揭露,揭露厚度为2.70-24.20米,层顶埋深12.00-21.50米,层顶标高8.80~21.97米。
标准贯入试验实测击数为52.0-120.0击,经杆长修正后击数为36.4-83.3击。
该层在ZK37(深度13.00-19.50米)孔夹碎块状强风化残留体。
④-2碎块状强风化花岗岩(r53):
浅肉红、灰白、灰黄、黄褐色,中细粒花岗结构,碎块状构造,矿物成份为石英、长石、云母等,岩芯呈碎块状夹少量短柱状,风化裂隙发育,裂隙大多为铁锰质所充填,锤击易碎,岩体破碎,为软岩~较软岩,岩体基本质量等级为Ⅴ类。
本层仅JK2-JK4、JK6、JK7钻孔未揭露,其余地段均有揭露,揭露厚度为5.60-19.50米,层顶埋深17.80-41.50米,层顶标高-12.34~16.31米。
⑤中风化花岗岩(r53):
浅肉红、青灰、灰白、黄褐色,中细粒花岗结构,块状构造,主要成分为长石、石英及云母等,裂隙较发育,裂隙面见铁质浸染。
岩芯呈短柱状夹柱状,RQD值为40-60,为较硬岩,属较破碎-较完整岩,岩体基本质量等级为Ⅲ-Ⅳ。
本层仅在ZK29、ZK31、ZK33、ZK36-ZK38、JK4钻孔揭露,但未揭穿,揭露厚度为7.70-15.60米,层顶埋深10.00-46.00米,层顶标高-16.11~24.25米。
勘探过程中未发现基岩内有空洞、临空面、软弱夹层等不良地质作用。
根据室内试验饱和极限抗压强度平均值为32.60MPa。
场地内各岩土层分布情况详见工程地质剖面图。
1.4水文地质条件
福清市位于福建省东部沿海,北纬25°
18'
—25°
52'
,东经119°
03'
—119°
42'
。
福清属亚热带海洋气候,气候温和,光热充足,雨量充沛,四季常青。
年平均气温19.6℃;
1月平均气温10.8℃,7月平均气温28.2℃;
极端最高气温38.7℃,极端最低气温-1.2℃;
≥10℃积温6532℃。
年降水量1326毫米,无霜期346天。
经本次勘察揭露,场地内地下水主要为赋存于①坡积粉质粘土、②残积粘性土层中的孔隙潜水,这两层富水性及透水性较差,为弱透水层;
下部全、强、中风化花岗岩中的基岩裂隙水、水力联系密切,其水量大小及渗透情况受基岩裂隙发育情况、裂隙的连通性及裂隙面特征影响有关。
基岩风化差异显著,水量分布不均,富水性一般,但不排除局部水量较大,施工时应注意。
基岩裂隙水主要受相邻含水层侧向及垂直补给,侧向排泄。
地下水类型为潜水类型。
勘察期间,测得拟建场地地下水初见水位埋深为7.50-14.60米,稳定水位埋深为7.10-13.90米,黄海标高为18.51-25.14米。
据调查地下水近3-5年变化幅度约1-3米。
本次勘察为取得人工挖孔桩所需的水文地质参数,在场地JK3孔进行简易抽水试验,由于水量较小,抽几分钟就已抽干,根据现场抽水计算和室内土工渗透试验及临近场地已有施工经验,综合确定本场地各岩土层的渗透系数见表6:
表6
土层名称及编号
水平渗透系数(cm/s)
垂直渗透系数(cm/s)
渗透性类别
①坡积粉质粘土
4.30×
10-6
3.50×
弱透水层
②残积粘性土
1.40×
10-5
1.14×
③全风化花岗岩
4.8×
10-4
中等透水层
④-1砂土状
强风化花岗岩
5.0×
④-2碎块状
5.5×
⑤中风化花岗岩
6.0×
(二)地下水和场地土对建筑材料腐蚀性评价
1.地下水腐蚀性评价
福清市属湿润区、不冻区,根据国标《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001、2009年版)附录G.0.1判定:
场地环境类型属于Ⅱ类,地下水类型为B型,本次勘察ZK1和ZK36孔内取得两组水样进行水的腐蚀性分析,各离子的含量详见水化学分析报告见附表4。
根据水的腐蚀性分析及国标《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001、2009年版)第十二章有关条款对地下水的腐蚀性评价如表7。
地下水腐蚀性评价表表7
腐蚀类型
腐蚀介质
环境类型
微腐蚀性
标准
水样
腐蚀性
评价
ZK1
_
ZK36
环境类型对砼结构影响
SO42-(mg/l)
干湿交替
<300
24.95
微
8.58
无干湿交替
<390
Mg2+(mg/l)
<2000
7.40
2.47
NH4+(mg/l)
<500
0.89
0.55
OH-(mg/l)
<43000
0.00
总矿化度(mg/l)
<20000
507.31
75.75
地层渗透性对砼结构影响
PH值
B型
>5.0
6.82
5.35
侵蚀性CO2(mg/l)
<30
44.77
弱
46.28
钢筋砼结构
中钢筋影响
Cl-
长期浸水
<10000
27.74
16.77
<100
根据表7判定结果表明:
拟建场地内地下水对砼结构具弱腐蚀性,对钢筋砼结构中的钢筋微腐蚀性,应按《工业建筑防腐蚀设计规范》(GB50046-2008)有关规定进行防护。
2.场地土腐蚀性评价
本次勘察根据ZK1、ZK33孔的土质化学分析,结果见附表5,根据国标《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001、2009年版)第十二章有关条款对地基土的腐蚀性评价详见表8。
地基土腐蚀性评价表表8
微腐蚀
性标准
土样
ZK1-1
ZK33-1
环境类型对
砼结构影响
SO42-(mg/kg)
<450
29
34
Mg2+(mg/kg)
<3000
4
NH4+(mg/kg)
<750
-
OH-(mg/kg)
<64500
总矿化度(mg/kg)
<30000
地层渗透性对
6.14
5.90
Cl-(mg/kg)
<250
36
对钢结构影响
>5.5
根据表8分析结果表明:
拟建场地内地基土对砼结构、钢筋砼结构中的钢筋及地下钢结构均具微腐蚀性,应按现行国标《工业建筑防腐蚀设计规范》(GB50046-2008)规定进行防腐处理。
2、设计说明
2.1支护结构方案
根据基坑开挖深度,地层条件及基坑与道路的间距,采用桩锚、悬臂桩、土钉墙的支护体系。
依据稳定需要坡面喷砼防护,具体分段如下:
A-B段:
基坑开挖边坡剩余空间12m,采用锚杆支护,,桩径0.6m,桩心距1.1m,桩长9m,桩口低于地面0.3m,用人工结合机械成孔,灌注C30砼,各桩采用冠梁联接成一体,冠梁宽度0.6m,高度1m。
C-D段:
基坑边有较大空间,基坑开挖深度大,采取土钉墙支护,基坑开挖边坡剩余空间15m,用人工结合机械成孔,灌注C30砼。
二级坡面均采用C30钢筋网喷砼(厚90mm)护面。
钢筋网钢筋间距200cm,Φ8mm,HPB235级钢筋。
锚钉固定。
由于基岩面稍有起伏,底部开挖施工可根据实际基岩面调节。
B-C段:
采用悬臂桩支护,基坑开挖边坡剩余空间7m,桩径0.6m,桩长7m,桩口低于地面0.3m,用人工结合机械成孔,灌注C30砼,各桩采用冠梁联接成一体,冠梁宽度0.6m,高度1m。
±
0.00相当于黄海高程29.8m,基坑坡顶为相对标高29.5m,地下室承台底为相对标高23.5m,基坑开挖深度5.40m。
本支护设计中所标注的标高为相对标高。
标高均以m计,尺寸均以mm计。
当现场实际标高与设计图纸不符时,或地下结构设计标高有变更时,应通知设计单位变更设计。
地面超载:
基坑边坡坡顶均不允许堆放土方和施工材料等,坡顶3m范围内不允许有超载,3m以外允许施工超载≤20KN/m2。
当场地标高、基坑开挖深度或剖面边界位置与现场实际情况有出入时,应通知设计人员做设计变更,不得自行改变设计要求。
基坑开始施工前,场地施工前,应调查是否有管沟及电缆、光缆等管线,了解其位置、走向及埋深等情况,并采取有效的保护措施后方可进行施工。
2.2支护参数选取
各类参数选取详见下表。
基坑设计计算参数表表12
岩土层名称
及编号
水平渗透
系数
垂直渗透系数
湿重度r
抗剪强度(快剪)
三轴(UU)
内聚力
内摩
擦角
cuu
Фuu
cm/s
KN/m3
kPa
度
KPa
°
①
坡积粉质粘土
18.1
25.0
18.0
39.0
5.0
17.7
28.9
4.1
③
全风化花岗岩
(20.0)
(25.0)
④-1砂土状强风化花岗岩
(21.0)
(30.0)
注:
“()”为地区经验值;
桩基设计参数一览表
土层名称
预应力管桩
冲(钻)孔灌注桩
人工挖孔灌注桩
土的抗拔系数λ
qsik
(KPa)
qpk
60
35
30
0.70
70
45
40
160
75
0.60
④-1砂土状
250
7500-
8500
90
3000-
3300
80
2800-
3200
120
5000-
6000
110
5500
0.50
1、qsik为桩的极限侧阻力标准值;
qpk为桩的极限端阻力标准值;
2、桩基设计参数根据岩土层的埋藏浅取小值;
埋藏深取大值;
基坑开挖后坑底土层为①坡积粉质粘土、②残积粘性土。
本次勘察测得地下室范围内稳定水位埋深为7.10-13.90米,黄海标高为18.51-25.14m,开挖深度约1.00-5.00米(底板标高为28.80米),水位均位于地下室底板以下,且基坑土层渗透性较差含水量小,无需降水,就可以直接干作业开挖。
但局部地段可能存在因人为及雨季带来的上层滞水,必要时可采用集水坑明排降水措施。
本场地地势高差较大,呈东北高、西南低,场地室外整平标高为33.30-33.82米,部分地段后期回填土厚度较大,在暴雨或台风季节时地下水位上升较大,在场地排水不畅的情况下,易积水,对地下室影响较大。
根据场地地质特征和水文地质特点,本地下室抗浮及防水设计水位宜按标高28.0米考虑,抗浮水位标高低于地下室底板标高28.80米,故可不考虑地下水浮力的影响。
(一)在桩基施工中,若采用预制桩(静压预应力管桩)应对桩体垂直度,桩进入持力层厚度及焊接质量、压桩力等进行监测,以及沉桩挤土效应对邻近建筑、道路的影响进行监测。
采用灌注桩的成桩监测主要内容:
宜对桩身垂直度、桩进入持力层厚度、桩底沉渣、泥浆浓度及粘度、钢筋笼的焊接质量等进行监测。
(二)在基坑开挖、建筑物施工及使用过程中还要进行以下监测:
1、对边坡与围护系统和被支护土体,进行水平位移及变形监测。
2、对周边邻近建筑进行沉降及倾斜监测。
3、宜进行基坑卸荷回弹观测。
4、对工程桩进行监测。
(三)由于建筑为高层建筑,应在施工期及施工完成后运营过程中进行长期系统沉降观测,直到沉降稳定为止,并对建筑物主体结构(核心筒体等)进行垂直度监测。
(四)拟建物施工中应进行基槽检验、桩基持力层检验,工程桩施工完毕后应按规范进行承载力和桩身质量检测。
安全等级为一级的基坑监测项目表
监测项目
警戒值
总变化量(S)
单位时间内允许变化量(s)
支护结构顶部水平位移
不超过5‰的开挖深度
连续3日水平位移速率≤2mm/d
坑边地面、道路沉降
不超过Min(5‰的开挖深度,15mm)
连续3日沉降速率≤2mm/d
地下管线沉降
沉降不超过10mm,水平位移累积不超过10mm
发展速度≤2mm/d
支护结构深部水平位移
不超过Min(50,0.4%的基坑深度)
锚杆拉力
不超过设计值的0.8
挡土构件内力
支护结构沉降
不超过35mm
地下水位
下降不超过2000mm
发展速度≤500mm/d
土压力
不超过65%
空隙水压力。
为荷载设计值,1-1剖面的基坑开挖深度:
6.8m,9-9剖面的基坑开挖深度:
6.1m
安全等级为二级的基坑监测项目表
总允许变化量(S)
不超过Min(75mm,0.7%的开挖深度
4-4剖面的基坑开挖深度:
7.2m,5-5剖面的基坑开挖深度:
6.6m
基坑监测点布置
设置在围护结构里的测斜管,按对基坑工程控制变形的要求,基坑每边设3点,测斜管深度与结构入土深度一样。
围护桩(墙)顶的水平位移,垂直位移测点应沿基坑周边每隔20米设一点,并在远离基坑(大于5倍的基坑开挖深度)的地方设基准点,位移观测基准点数量为三点,且设在影响范围以外。
对基准点要按其稳定程度定时测量其位移和沉降。
基坑监测点的布置除了满足支护结构本身的监控要求外,在基坑边缘以外的2倍开挖深度范围内的需要保护物体均作为监控对象。
地下管线的位移测量采用间接法。
间接法是将测点设在靠近管线底面的土体中。
房屋沉降量测点则布置在墙角,柱身(特别是代表独立基础及条形基础差异沉降的柱身)、门边等外形突出部位。
立柱桩沉降测点直接布置在立柱桩上方的支撑面上。
每跟立柱桩的沉降量、位移量均需测量。
围护桩(墙)弯矩测点选择基坑每侧中心处布置,深度方向测点间距为2米,底板反力测点按底板结构形状在最大正弯矩和负弯矩处布置测点,在塔楼范围内。
监
测
项
目
及
内
容
测点的布置
1变形
支护圈梁或围檩(冠梁)水平位移、沉降(应测)
沿基坑周边布置,每边中部和端部均应布置观测点,且观测点间距20米。
观测点设置在与支护结构刚性连接钢筋混凝土冠梁上,或钢筋混凝土护顶上
立柱变形(应测)
直接布置在立柱上方的支撑面上,每根立柱的垂直及水平位移均应测量。
邻近房屋沉降、倾斜(应测)
沉降观测点的布置:
沿建筑物四角外墙每15m或每隔3根柱设置一点;
;
倾斜点的布置:
应沿对应观测点的主体竖直线布置,整体倾斜按顶部、底部上下对应布置;
分层倾斜按分层部位、底部上下对应布置
基坑周围地表沉降(应测)
应设置在基坑深度的2倍的范围,在基坑纵横轴线或有代表性的位置由密到疏布置测点
地下管线沉降与水平位移(应测)
在管线的端点、转角点和必要的中间部位设置;
具体的观测点应设置在管线本身或靠近管线底面的土体中
2围护结构深层水平位移(应测)
在结构受力、变形较大的部位设置。
测斜管应沿基坑每侧中心处布置,边长50m基坑,可增设2点,设置在支护结构内的测斜管应与结构入土深度一致
3内力
支护结构板墙内力(应测)
在基坑每侧中心处布置,深度方向测点的间距一般为2.5m
支护结构圈梁或围檩(冠梁)内力(应测)
锚杆应力和轴力(应测)
每根锚杆上的测点应设置在受力、变形较大且有代表性的位置和地质复杂的区域
监
土钉的应力和轴力
每根土丁上的测点应设置在受力、变形较大且有代表性的位置和地质复杂的区域
支撑轴力(应测)
设置在主撑等重要支撑的跨中部位,每层支撑都应选择几个有代表性的截面进行测量
4水位
坑外地下水(应测)
坑外地下水位观测井(孔)设置在止水帷幕以外,沿基坑周边布设
坑内地下水(应测)
坑内地下水位的观测井(孔)在基坑每边中间和基坑中央设置,埋深与降水井点相同。
基坑渗漏水状况(应测)
观察
5水土压力
支护结构(板墙)土压力(应测)
设在基坑每边中部或其他有代表性的部位
孔隙水压力(应测)
6裂缝
邻近房屋裂缝(应测)
裂缝、沉降缝、伸缩缝的两侧及新旧建筑物、高低建筑物的交接处均应设置点。
裂缝点的布置:
在裂缝两侧布置
基坑周围地表裂缝(应测)
地面超载状况(应测)
7基坑底部回弹和隆起(应测)
基坑中央和距边缘约1/4坑底宽度处以及其他变形特征位置设置观