南大微结构国家实验室设计方案.docx
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南大微结构国家实验室设计方案
南大微结构国家实验室设计方案
第一章设计方案综合说明
1.1概述
1.1.1工程概况
拟建工程位于南京市以西,其南临南大生命科学院大楼,西侧为住宅楼。
拟建建筑物地面以上6层,地下2层,总建筑面积69533m2,建筑±0.00相当于绝对标高17.25m,整平后地面标高为17.00m,其它标高均以此为准,地下室负二层底板顶标高为-7.75m,基坑开挖深度为8.50m,框架结构。
1.1.2基坑周边环境条件
基坑北面和东面均为马路,最近距离为15m,下设通讯电缆、煤气管线等设施。
西侧为居民住宅楼,楼高五层,其最近距离为10.5m,南侧为南大生命科学院大楼,最近距离为12.5m。
1.1.3工程水文地质条件
拟建场区地貌单元为阶地,地形较平坦,场地西侧有坳沟分布,东侧有暗塘分布。
在基坑支护影响范围内,自上而下有下列土层:
①层杂填土:
灰色,稍密,主要由碎石、碎砖、建筑垃圾组成,硬质含量30-60%,填龄大于5年。
①-2层素填土:
灰黄~灰色,粉质粘土为主,可塑~软塑,混少量碎砖粒,炉渣,填龄大于10年。
①-3层淤泥质填土:
灰黑色,流塑,稍具臭味,含腐植物。
②-1层粉质粘土:
灰黄~灰色,可塑~软塑,稍有光泽,无摇震反应,干强度中等,韧性中等。
②-2层淤泥质粉质粘土~淤泥:
灰色,流塑,含腐植物,稍有光泽,无摇震反应,干强度低,韧性低。
②-3层粉质粘土:
灰色,软塑,稍有光泽,无摇震反应,干强度中等,韧性中等。
③-1层粉质粘土:
黄褐色,可塑~硬塑,含少量铁锰结核,稍有光泽,无摇震反应,干强度中等,韧性中等。
③-2层粉质粘土:
黄褐色,可塑,局部软塑,稍有光泽,无摇震反应,干强度中等,韧性中等。
③-3层粉质粘土:
黄褐色,可塑~硬塑,稍有光泽,无摇震反应,干强度中等,韧性中等,含铁锰结核及灰色高岭土团块。
④-1层粉质粘土混卵砾石:
黄褐色,由硬塑粉质粘土,稍密卵砾石及中粗砂组成,卵砾石为浑圆~次圆状,主要成分为石英岩,粒径4~50mm,含量约30%。
④-2层残积土:
棕褐及紫红色,呈硬塑粘性土状。
⑤-1层强风化泥岩~泥质粉砂岩:
砖红色,上部呈硬塑粘性土状,下部碎块状,节理发育。
⑤-2层中风化泥岩~泥质粉砂岩:
砖红色,层状结构,块状构造,泥质胶结,属极软岩。
场区有一层地下水,属孔隙潜水类型,地下水位深度在0.70m~1.65m之间。
主要接受降雨、地表水、地下径流的补给。
1.1.4基坑侧壁安全等级及重要性系数
南大微结构国家实验室基坑安全等级为二级,基坑重要性系数γ0=1.0。
1.2设计总说明
1.2.1设计依据
(1)南大微结构国家实验室场地地形图、管网图、建筑基础图、地下室平面布置图、桩位图;
(2)《南大微结构国家实验室岩土工程勘察报告》(K2005-59);
(3)《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99);
(4)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002);
(5)《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
(6)《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94);
(7)《岩土工程勘察规范》(GB50021-2002)。
1.2.2支护结构方案
本工程基坑支护设计方案的设计计算,严格按照《建筑基坑支护设计规程》(JGJ120—99)、《混凝土结构设计规范》(GBJ50010—2002)、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中的有关要求进行。
同时采用了理正软件进行了辅助计算和验算;经过详细的计算分析后,我们认为:
采用本设计的基坑支护方案,能满足基坑土方开挖、地下室结构施工及周围环境保护对基坑支护结构的要求,符合“安全可靠,经济合理,技术可行,方便施工”的原则。
图1基坑平面图
基坑分为ABC、CDEF、FGHA三个计算区段,如图1所示,均采用钻孔灌注桩与钢筋混凝土支撑,坳沟、暗塘分布区采用单排双轴深搅桩止水结构。
本基坑工程的特点是基坑开挖面积大,地基土层以粉质粘土为主,基坑西侧和北侧有坳沟、暗塘。
周围环境较复杂,必须确保周围建筑物、道路、管线的正常安全使用,要求围护结构的稳定性好、沉降位移小,并能有效地止水。
因此,围护结构的设计应满足上述要求。
综合考察现场的周边环境、道路及岩土组合等条件,为尽可能避免基坑开挖对周围建筑物、道路的影响,经过细致分析、计算和方案比较,本工程支护方案选用下列形式:
1整个基坑采用钻孔灌注桩加一层钢筋混凝土支撑作为支护结构。
2基坑西侧和北侧坳沟、暗塘分布区采用单排双轴深搅桩作止水结构。
3基坑内采用集水坑排除地下水。
1.3基坑监测
基坑监测是指导正确施工、避免事故发生的必要措施,本设计制定了详细的沉降、位移监测方案,施工过程中将严格按照设计要求做好监测、监控工作。
第二章基坑支护结构设计计算书
2.1设计计算
2.1.1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表1:
表1土层设计计算参数
土层
重度γ
粘聚力C
内摩擦角
渗透系数
水平Kh
垂直Kv
(KN/m3)
(kPa)
(°)
(cm/s)
(cm/s)
①杂填土
19.5
10~15
15~18.6
2.52E-6
2.37E-6
②-1粉质粘土
19.3
23.4
16.9
1.36E-6
6.30E-7
②-2淤泥质粘土~淤泥
15.1
11.0
8.7
5.72E-7
3.70E-7
②-3粉质粘土
19.1
13.4
18.1
3.89E-6
2.64E-6
③-1粉质粘土
19.9
47.8
18.8
1.00E-7
1.00E-7
③-2粉质粘土
19.6
30.6
18.5
3.85E-7
2.62E-7
③-3粉质粘土
20.1
50.9
17.9
1.00E-7
1.00E-7
2.1.2计算区段的划分
根据具体环境条件、地下结构及土层分布厚度,将该基坑划分为三个计算区段,其附加荷载及计算开挖深度如表2:
表2计算区段的划分
区段
西、北
东、北
西、南
段位号
ABC
CDEF
FGHA
地面荷载(kPa)
20
20
20
开挖深度(m)
8.5
8.5
8.5
2.1.3计算方法
按照《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-99)的要求,土压力计算采用朗肯土压力理论,矩形分布模式,所有土层采用水土合算。
求支撑轴力是用等值梁法,对净土压力零点求力矩平衡而得。
桩长是根据桩端力矩求出,并应满足抗隆起及整体稳定性要求,各段的抗隆起、整体稳定性验算、位移计算详见点电算结果。
为了对比分析,除用解析法计算外,还用理正软件电算。
由于支护结构内力是随工况变化的,设计时按最不利情况考虑。
2.1.4土压力系数计算
按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据,即:
主动土压力系数:
Kai=tg2(45°-i/2)
被动土压力系数:
Kpi=tg2(45°+i/2)
计算时,不考虑支护桩体与土体的摩擦作用,且不对主、被动土压力系数进行调整,仅作为安全储备处理。
计算所得土压力系数表如表3所示:
表3土压力系数表
土层
Kai
Kpi
①杂填土
0.516~0.589
0.719~0.767
②-1粉质粘土
0.550
0.741
1.820
1.349
②-2淤泥质粘土~淤泥
0.737
0.859
1.356
1.165
②-3粉质粘土
0.526
0.725
1.901
1.379
③-1粉质粘土
0.513
0.716
1.951
1.397
③-2粉质粘土
0.518
0.720
1.930
1.389
③-3粉质粘土
0.530
0.728
1.887
1.374
2.2ABC段支护结构设计计算
该段为基坑西~北侧,建筑±0.00相当于绝对标高17.25m,整平后地面标高为17.00m,支撑设在-1.75m处,桩顶标高为-1.35m。
实际挖深8.50m,结构外侧地面附加荷载q取20kPa,计算时以J1孔为例。
2.2.1土层分布(如表4所示)
表4ABC段土层分布
层号
岩土名称
厚度(m)
①
杂填土
3.60
②-1
粉质粘土
0.90
②-2
淤泥质粘土~淤泥
5.10
②-3
粉质粘土
7.90
③-2
粉质粘土
2.20
2.2.2土层侧向土压力计算
2.2.2.1主动土压力计算
Ea(11)=(20+19.5×1.1)×0.516-2×15×0.719=-0.18(kPa)
Ea(12)=(20+19.5×3.6)×0.516-2×15×0.719=24.97(kPa)
Ea(21)=(20+19.5×3.6)×0.550-2×23.4×0.741=14.93(kPa)
Ea(22)=(20+19.5×3.6+19.3×0.9)×0.550-2×23.4×0.741=24.48(kPa)
Ea(31)=(20+19.5×3.6+19.3×0.9)×0.737-2×11×0.859=60.37(kPa)
Ea(32)=(20+19.5×3.6+19.3×0.9+15.1×4)×0.737-2×11×0.859=104.90(kPa)
Ea(41)=Ea(32)=104.90(kPa)
Ea(42)=Ea(41)=104.90(kPa)
Ea(51)=(20+19.5×3.6+19.3×0.9+15.1×4)×0.526-2×13.4×0.725=68.92(kPa)
Ea(52)=Ea(51)=68.92(kPa)
Ea(61)=(20+19.5×3.6+19.3×0.9+15.1×4)×0.518-2×30.6×0.720=42.94(kPa)
Ea(62)=Ea(61)=42.94(kPa)
2.2.2.2被动土压力计算
Ep(41)=0×1.356+2×11×1.165=25.63(kPa)
Ep(42)=(0+15.1×1.1)×1.356+2×11×1.165=48.15(kPa)
Ep(51)=(0+15.1×1.1)×1.901+2×13.4×1.379=68.53(kPa)
Ep(52)=(0+15.1×1.1+19.1×7.9)×1.901+2×13.4×1.379=355.37(kPa)
Ep(61)=(0+15.1×1.1+19.1×7.9)×1.930+2×30.6×1.389=408.28(kPa)
Ep(62)=(0+15.1×1.1+19.1×7.9+19.6×2.2)×1.930+2×30.6×1.389=491.50(kPa)
2.2.2.3净土压力计算(坑地面以下)
Ep(41)=25.63-104.90=-79.27(kPa)
Ep(42)=48.15-104.90=-56.75(kPa)
Ep(51)=68.53-68.92=-0.39(kPa)
Ep(52)=355.37-68.92=286.45(kPa)
Ep(61)=408.28-42.94=365.34(kPa)
Ep(62)=491.50-42.94=448.56(kPa)
图2ABC段土压力分布图
2.2.3土压力合力及作用点的计算:
LD
(1)=0.18×2.5/(24.97+0.18)=0.02(m)
Ea
(1)=24.97×(2.50-0.02)/2=30.96(KN/m)
Ha
(1)=(2.5-