基坑围护设计初步方案.docx
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基坑围护设计初步方案
基坑围护设计初步方案
§1工程概况
§1-1一般概况
（1）建筑名称上海交通大学图书馆、信息中心
（2）建筑场所上海交大闵行校区
（3）主要用途图书馆
（4）业主上海交通大学
（5）总体设计单位华东建筑设计研究院有限公司
§1-2结构概况
（1）本工程位于上海交通大学闵行校区的东部校区内。
场地东侧与已建校区河道——淡水河相隔于已建校区道路，南部与在建6号公共教学楼及研究生楼相邻，西侧邻近已建逸夫楼，北部隔校区道路后为待建材料学院用地。
（2）主体结构为3幢4层图书馆及1幢9层（局部8层）信息中心组成，总建筑面积4.5万m2。
图书馆为框架结构，信息中心为框剪结构。
（3）基坑面积:
基坑总面积约12943m2。
（4）主体结构均设置一层地下室，基础采用桩筏基础。
基础底板普遍厚度为800mm。
（5）基坑开挖深度：
本工程±0.000=+5.400,自然地面相对标高平均约为-0.900，考虑基底设置100毫米厚度垫层，基坑开挖深度详见下表。
建筑物
底板面标高（m）
底板厚度（mm）
周边承台底标高（m）
周边开挖深度（m）
1区
-4.300
600
-5.600
4.700
2区
-4.300
600
-5.600
4.700
3区
-2.300（基础梁顶）
—
-3.600
2.700
4区
-6.050
600
-6.750
5.850
-7.600
600
-8.500
7.600
5区
-6.300
600
-7.600
6.700
-4.300
600
-5.600
4.700
§1-3环境概况
本工程距离周边建筑物和河道等的距离较远，环境保护要求较为宽松。
目前周边仅设置部分施工期间使用的临时管线。
§2围护结构设计方案
§2-1设计采用规范
（1）国家标准建筑地基基础设计规范GB50007-2002
（2）国家标准混凝土结构设计规范GB50010-2002
（3）国家标准钢结构设计规范GB50017-2003
（4）国家标准建筑结构荷载规范GB50009-2001
（5）国家标准建筑基坑支护技术规程JGJ120-99
（6）国家标准建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002
（7）国家标准混凝土工程施工质量验收规范GB50204-2002
（8）国家标准钢筋焊接及验收规程JGJ18-2003
（9）上海市标准基坑工程设计规程DBJ08-61-97
（10）上海市标准地基基础设计规范DGJ08-11-1999
（11）其他有关的规范及规程
§2-2工程地质概要
（1）浙江省工程勘察院上海分院提供的《上海交通大学图书馆、信息中心岩土工程勘察报告》（详细勘察阶段）。
（2）本场地属亚热带季风气候区，长江三角洲入海口东南前缘滨海平原地貌类型，地势平坦，自然地面标高3.84～5.38m，平均为4.5m左右。
（3）场地浅部地下水属潜水类型，其主要补给来源为大气降水，排泄方式主要为蒸发。
勘探期间实测地下水初见水位埋深为0.4～1.2m，稳定水位埋深为0.55～1.55m，据区域资料及有关规范，潜水位年变幅为0.3～1.5m，常年平均地下水埋深可取0.5m。
（4）根据现场勘察：
场地西端存在一条呈南北向的暗浜，主要涉及1区和4区，浜宽12m左右。
另外2区和3区场地东北角涉及暗塘。
上述浜底最大深度为3.8m，暗浜内填充物表层以粘性土为主，含石块及植物根系，底部以黑色淤泥质土为主，含有机质，具腐臭味，工程力学性质极差。
（5）由于本场地地下水埋藏较浅，基坑开挖所涉及的③层中往往夹有薄层粉土，且③夹层粉性土结构松散，渗透性较强，为方便基础施工，防止基坑开挖过程中局部产生流砂、管涌等不良工程事故，以及因频繁动载作用而使基底粉性土可能产生“橡皮土”现象。
（6）场地的工程地质条件及基坑围护设计参数如下表所示。
土层物理力学性质综合成果表
土层
序号
土层名称
层厚（m）
（）（（）00（（（）（）（m）
重度（kN/m3）
（º）
（）
C（kPa）
（kPa）
K
①
杂填土
1.35
18.0
22
0
②
粘土
2.30
19.9
19
25
5.3×10-6
③
淤泥质粉质粘土
1.50
17.3
10
11
5.5×10-6
③夹
砂质粉土
1.10
19.5
29
3.5
4.0×10-4
③
淤泥质粉质粘土
4.00
17.3
10
11
5.5×10-6
④
淤泥质粉质粘土
8.80
17.5
10.5
15.5
4.0×10-6
⑤1
粘土
—
17.9
14
18
§2-3围护设计方案
（一）总体设计思路
本工程基坑面积约为12943m2，其中4区、5区区域局部开挖深度较深，最深处开挖深度达到7.6m；1区、2区、3区普遍开挖深度均不超过5m，其中3区开挖深度仅为2.7m。
由于基地位于交大闵行校区内部，周边环境保护要求较为宽松。
本着基坑工程“安全、合理、经济、可行”的原则，并结合本工程的开挖深度、基坑面积、基坑工程施工、造价和工期等综合因素，通过前期的三个方案的比较，最终确定采用大面积土钉墙结合局部重力坝和放坡的方案。
即
开挖深度<5m的区域：
一级放坡或土钉墙；
开挖深度>5m的区域：
浅层放坡结合深层土钉墙
遇到暗浜和邻近施工道路的区域：
重力坝
由于基坑大部分区域开挖深度较浅，且周边环境保护要求不高，在满足基坑工程安全的前提下，基坑围护结构设计全部采用自立式围护结构或放坡开挖的方式进行基坑工程施工，可大大加快施工速度、缩短工期，降低工程造价。
放坡开挖、复合土钉墙和重力坝都是目前上海地区开挖较浅的基坑工程中较为常用的基坑围护形式，有着丰富、成熟的施工经验，施工质量可以得到很好的保证。
下面进行详细介绍。
（二）基坑围护设计方案
1.围护结构设计
根据不同的开挖深度采用不同的围护结构设计。
a.3区基坑开挖深度仅为2.7m，采用放坡开挖的方式进行基坑施工，进行一级放坡，坡度为1：
2，坡顶设置单排双轴水泥土搅拌桩止水帷幕。
b.1区、2区和5区部分开挖深度为4.7m的区域，采用土钉墙进行围护，基坑开挖过程中进行土钉墙的施工。
c.4区和5区基坑开挖深度超过5m的区域，浅部进行放坡，坡度均为1：
2，留设一定宽度的放坡平台（平台宽度约为下部开挖深度的1.5倍），坡顶设置单排双轴水泥土搅拌桩止水帷幕用于保护浅层放坡坡体的稳定性。
下部设置复合土钉墙，复合土钉墙中的侧壁水泥土搅拌桩兼作深坑的止水帷幕。
d.由于基坑内部存在暗浜，对于开挖较深的4区局部区域不宜采用土钉墙作为围护结构，因此该处采用浅层放坡结合重力坝作为基坑围护结构。
浅层放坡遇到暗浜的位置应采用低掺量的水泥土搅拌桩进行局部加固。
e.根据现场的施工场地布置情况，4区和5区南部凸出的部分采用重力坝进行基坑围护。
基坑围护结构的设置详见附图。
2.止水帷幕
基坑内部设置封闭的深层止水帷幕，止水帷幕采用单排的双轴水泥土搅拌桩，有效桩长12.0m。
对于一级放坡的区域，止水帷幕设置在坡顶外1m左右的位置，对于直接采用土钉墙进行围护的区域，止水帷幕设置在基坑边缘形成复合土钉墙围护结构。
在进行浅层放坡的区域，由于放坡时间较长，为保证放坡坡体的稳定性，在放坡的外侧设置一排浅层止水帷幕，该止水帷幕底部穿过③夹层一定深度，对坡体采用轻型井点降水。
止水帷幕均采用Φ700@1200的双轴水泥土搅拌桩，水泥掺量13％。
遇到暗浜位置水泥掺量提高到15％，并应采取有效措施保证水泥土搅拌桩的搭接以确保止水帷幕的封闭。
3.基坑内部高低差位置的处理
由于基坑开挖深度各不相同，在高差超过1.5m的高低差位置，在高处设置双轴水泥土搅拌桩加固，以保证高低差位置的土体稳定，并避免土方开挖造成工程桩偏位的现象。
该处同样采用Φ700@1200的双轴水泥土搅拌桩，水泥掺量13％。
开挖较深的区域先进行基坑工程施工时，相邻的区域应进行放坡，并留设一定宽度的放坡平台。
根据现场施工需要，留设时间较长的临时放坡宜设置护坡措施。
4.坑内加固
坑内局部落深处（电梯井、集水井等）需根据其落低的深度、范围及位置，设置坑内加固措施。
根据以往的大量工程实践，坑内加固以双轴水泥土搅拌桩加固结合压密注浆封底为主。
本工程中需采取坑内加固的基底深坑为基坑内部开挖深度超过1.5m的基坑以及基坑周边的所有深坑。
基底开挖深度较大的深坑应在基础垫层形成后再进行开挖，开挖过程中深坑周边应保留井点降水，开挖后及时形成垫层和基础底板。
本工程中，由于大量深坑邻近基坑周边，这部分基底深坑除设置坑内加固外，基坑周边的围护结构也需要进行加强处理。
加强措施如下：
a.周边为土钉墙围护结构的，增加水泥土搅拌桩加固，即采用重力坝＋土钉墙的复合围护结构；
b.周边为重力坝围护结构的，重力坝的厚度和深度均相应增加。
坑内水泥土搅拌桩加固在遇工程桩处，搅拌桩应避开工程桩，但总数不变，若缺失应增设注浆点。
5.暗浜位置的处理
对于开挖深度较浅的基坑工程，暗浜对于基坑周边侧壁的稳定性影响较大，暗浜的处理对基坑工程安全至关重要。
根据大量的工程实践经验，基坑开挖前对暗浜位置采用低掺量的双头水泥土搅拌桩进行加固。
暗浜加固的主要范围位于为基坑周边土体，加固体底部需插入好土一定深度，根据目前的勘察报告，各部分的暗浜处理如下：
a.采用一级放坡的3区，放坡坡体、坡顶以上及内部基底一定范围内设置加固体。
b.采用土钉墙进行围护的1区、2区，由于开挖深度较浅，依然采用土钉墙作为基坑围护结构，但是遇到暗浜的位置设置水泥土搅拌桩加固体。
c.4区开挖深度较深，在浅层放坡的基础上，下部采用重力坝作为基坑围护结构，并将该位置的水泥土搅拌桩水泥掺量提高到15％，浅层需根据暗浜的延伸范围确定是否需要进行坡体加固。
暗浜加固详见基坑围护设计相关图纸。
§2-4设计计算
（一）计算条件
基坑围护墙的计算采用规范推荐的竖向弹性地基梁法，土的c、值均采用勘察报告提供的固结快剪峰值，水泥土重力坝、土钉采用固结快剪七折指标计算，围护体变形、内力计算和各项稳定验算均采用水土分算原则，地面超载取20kPa。
（二）开挖工况
STEP1：
4区浅层采用1：
2坡度放坡，同时相邻各区采用1：
2坡度开挖至底板底标高，并留设放坡平台，围护体内部开挖至基底，及时浇筑混凝土垫层，并做好明排水和降水工作。
STEP2：
施工4区基础承台和底板，地下结构施工结束后进行相邻的1区、2区和5区基础施工。
STEP3:
5区基础底板和地下结构施工结束后可进行3区的基础施工。
计算结果汇总表
A-A剖面
H-H剖面
土钉墙
（挖深4.7m）
整体稳定安全系数
3.17
抗倾覆安全系数
13.59
抗滑移安全系数
3.11
B-B剖面
放坡
（挖深2.7m）
整体稳定安全系数
2.31
C-C剖面
浅部放坡结合复合土钉墙
（挖深7.6m）
整体稳定安全系数
2.03
抗倾覆安全系数
11.29
抗滑移安全系数
2.82
D-D剖面
浅部放坡结合重力坝
（挖深7.6m）
抗倾覆安全系数
1.13
抗滑移安全系数
1.33
整体稳定安全系数
1.14
墙底抗隆起安全系数
1.76
E-E剖面
重力坝
（挖深6.45m）
抗倾覆安全系数
1.17
抗滑移安全系数
1.23
整体稳定安全系数
1.03
墙底抗隆起安全系数
1.39
F-F剖面
浅部放坡结合复合土钉墙
（挖深6.45m）
整体稳定安全系数
2.74
抗倾覆安全系数
15.89
抗滑移安全系数
3.43
G-G剖面
浅部放坡结合复合土钉墙
（挖深6.7m）
整体稳定安全系数
2.07
抗倾覆安全系数
11.05
抗滑移安全系数
1.79
J-J剖面
重力坝
（挖深4.3m）
抗倾覆安全系数
1.56
抗滑移安全系数
1.67
整体稳定安全系数
1.23
墙底抗隆起安全系数
1.57
§3开挖与降水
§3-1土方开挖
1.土方开挖前施工单位应编制详细土方开挖的施工组织设计，并在取得基坑支护设计单位认可后方可实施。
2.基坑内部挖土应遵循分区、分层、分块、对称盆式的原则开挖，基坑内严禁相邻多区域大面积同时开挖，每区开挖至基底标高后及时浇筑混凝土垫层及基础底板，以减少基坑大面积暴露时间，控制基坑的回弹隆起。
3.开挖阶段应采取有效的措施降低坑内水位和排除地表水，严禁地表水或基坑排除的水倒流回渗入基坑。
4.在基坑开挖过程中，施工单位应采取有效措施，确保边坡留土及动态土坡的稳定性；施工单位应严格按照土方开挖的施工组织设计进行，基坑内部临时边坡应结合轻型井点降水和护坡面层进行加固，土坡坡度应不大于1：
1.5，且在土方开挖过程中挖土高差不得大于3米。
慎防土体的局部坍塌造成主体工程桩移位破坏、现场人员损伤和机械的损坏等工程事故。
5.基坑周边应根据设计工况要求，分层开挖并及时施工土钉。
6.主体工程桩须待相邻周边区域的垫层完成后方可进行截桩头。
7.基坑内明排水沟及集水坑不得设置于基坑周边，距离围护体应至少保证大于5米。
开挖过程中发现围护体接缝处渗水应及时采取封堵措施。
8.施工单位应根据挖机及运土车的运行路线，在坑内外通道处均需设置路基箱或其它加固措施，并应确保车辆运行路线中土体的稳定。
9.砼垫层应随挖随浇，即垫层必须在见底后24小时内浇筑完成。
§3-2降水
1.施工单位应提供详尽的降水施工方案，经设计单位认可后方可实施。
基坑开挖前应进行预降水，时间不少于四周。
坑底加固区以上土体须满足挖土要求，坑底加固区以外范围要求降水后水位离坑底0.5-1.0米。
2.大面积基坑采用轻型井点降水，开挖较深的区域采用深井降水。
3.降水开始前，需对基坑内外水位进行全面的监测，以确保降水效果。
4.在降水开始前应做好井点和管路的清洗和检查工作，如发现问题及时处理，防止“死井现象”的发生。
在降水过程中施工单位应加强管理，确保管路畅通和井点正常工作。
5.井点降水应确保砂滤层施工质量，做到出水常清。
对出水混浊的井点管应予更换或停闭。
6.降水单位在基坑开挖期间应每天测报抽水量及坑内地下水位。
7.基坑开挖至基底以后，根据现场的抽水量等情况确定是否需要在底板施工结束前保留部分井点以确保基坑工程的顺利进行。
8.降水井点布置可参考井点布置示意图。
§4监测
本工程应加强信息化施工，施工期间应根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，对施工全过程进行动态控制。
§4-1监测内容
建议本次测试所采用的具体项目如下:
1.水平垂直位移的量测
主要用于观测围护结构、地下管线及邻近道路的水平位移及沉降。
管线的测点、相邻建筑物布置测点应与有关管理部门和业主商定。
本工程中，水平位移监测主要有周边道路、放坡坡顶变形、围护体（土钉墙、重力坝）顶部位移、基坑周边土体顶部位移等。
垂直位移监测主要有周边道路、邻近建筑物沉降、围护体（土钉墙、重力坝）顶部和基坑周边土体表层沉降等。
一般情况下，水平、垂直位移监测点布置间距为20～30m左右。
2.测斜
主要目的是观测基坑开挖过程中围护体及土体位移。
建议在基坑四面（围护体及土体内）埋置测斜管。
围护体及土体内的测斜监测点应前后对齐，并与水平和垂直位移监测点对应。
在基坑开挖深度影响范围内设置多个土体测斜点时应相互对应，按垂直于基坑边线的直线分布。
3.地下水位的观测
建议布置坑外地下水位观测井，监测坑外地下水位的波动情况。
坑内的水位观测井一般由降水单位实施。
§4-2观测要求:
1．在围护结构施工前，须测得初读数。
2．在基坑降水及开挖期间，须做到一日一测。
在基坑施工期间的观测间隔，可视测得的位移及内力变化情况放长或减短。
3．测得的数据应及时上报甲方与设计院。
4．报警界限:
一般情况下，水平、垂直位移大于3mm/日或累计大于40mm；
坑外地下水位下降达500mm；
若测试值达到上述界限须及时报警，以引起各有关方面重视，及时处理。
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