常宁夏联渠改造项目基坑支护专项方案.docx
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常宁夏联渠改造项目基坑支护专项方案
常宁市夏联渠改造工程
基
坑
支
护
专
项
施
工
方
案
编制：
工程管理部
时间：
二0一三年二月
常宁市夏联渠改造项目基坑支护专项方案
一、工程概况
常宁市夏联渠改造工程位于常宁市，该段区域地势平坦，地形以农田和鱼塘为主。
施工区域内道路已开始施工，路基93区基本完成。
基坑支护段为罗塘路与东一环路交叉位置-将军东路与东一环交叉位置，全长约1208m。
二、编制依据
1、施工图纸
2、《建筑施工计算手册》
3、《实用土木工程手册》第三版
4、《地基与基础》第三版
5、《土力学》
6、据JGJ/T8-97《建筑变形测量规程》
7、《DB42-159-2004基坑工程技术规程》
三、地质情况
基坑位置位于东一环路西侧，此段原地面与东一环路路基高差大，约在3-10米之间，基坑开挖须挖除东一环路部分成型路基，为了确保东一环西侧人行道上的排水管道和车行道的路基不受影响，此段基坑东侧须采取必要的支护。
东一环道路工程路基填筑采用的红色粉质粘土，填筑厚度为3~10m。
根据个别取土场地的地质勘察报告（《东方明珠地块岩土工程勘察报告》），土的天然容重约为19.9KN/m3，粘聚力约为17.8Kpa，最佳含水率约为18%。
目前路基填筑93区完成，本方案中压实度按平均90%计算。
本工程范围内的东一环路基属于孤立填方地段，夏联渠基坑开挖后将严格控制地表渗水、基坑排水措施，故本方案中的力学计算未考虑地下水位的影响。
根据《工程力学》2003年增刊（粘土压实特性分析研究），如下：
内摩擦角随含水量变化曲线
粘聚力和孔隙比随压实系数的变化
内摩擦角的经验关系如下：
粘聚力变化的经验关系如下：
式中：
K为填土压实度，
是与含水量有关的经验常数，统计分析结果参见下表。
随含水量变化的经验系数
经验系数
含水量（%）
9.1
12.0
15.2
17.4
20.2
12.6
4.2
2.8
-4.4
-5.2
24.5
32
28
24
12
根据上述分析计算，夏联渠项目基坑支护计算土的力学性能指标分别约为（按压实度90%）：
容重约为22.1KN/m3，内摩擦角约为17.2°，粘聚力约为18.7KPa。
四、基坑支护方案选择
本段土质为粘土，由于本基坑不宜大放坡，坑底按照夏联渠基础底板宽度两边各外放0.5m进行开挖（即5.36+0.5+0.5=6.36m宽），根据现场的实际情况本基坑的支护方案是：
1、放坡高度在3m以内的采取1:
0.5的放坡系数直接开挖，坡面外挂Φ4@250钢丝网片，素喷30厚1:
1水泥砂浆面层；
2、放坡高度在3m~10m之间的，采用土钉墙支护，放坡系数1:
0.1，外挂Φ8@200钢丝网，喷射60厚C20细石混凝土。
坡顶3m以内土钉规格相同，土钉设置的长度、钢筋直径以下面计算书为准。
五、支护方案安全计算
1、放坡高度3m以内的
㈠、参数信息:
条分方法：
瑞典条分法；
条分块数：
50；
不考虑地下水位影响；
放坡参数：
序号放坡高度（m）放坡宽度（m）平台宽度（m）
13.001.506.36
荷载参数：
序号类型面荷载q（kPa）基坑边线距离b1（m）宽度b0（m）
1局布3.001.55
土层参数：
序号
1
土名称
粘性土
土厚度（m）
3.1
土的重度γ（kN/m3）
22.1
土的内摩擦角φ（°）
17.2
粘聚力C（kPa）
18.7
极限摩擦阻力（kPa）
8
饱和重度γsat（kN/m3）
22
㈡、计算原理:
根据土坡极限平衡稳定进行计算。
自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。
将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，该土条上存在着：
①、土条自重，②、作用于土条弧面上的法向反力，③、作用于土条圆弧面上的切向阻力。
将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规范》要求，安全系数要满足≥1.3的要求。
㈢、计算公式:
Fs=∑{cili+[（γh1i+γ'h2i）bi+qbi]cosθitanφi}/∑[（γh1i+γ'h2i）bi+qbi]sinθi
式子中：
Fs--土坡稳定安全系数；
ci--土层的粘聚力；
li--第i条土条的圆弧长度；
γ--土层的计算重度；
θi--第i条土中线处法线与铅直线的夹角；
φi--土层的内摩擦角；
bi--第i条土的宽度；
hi--第i条土的平均高度；
h1i--第i条土水位以上的高度；
h2i--第i条土水位以下的高度；
γ'--第i条土的平均重度的浮重度；
q--第i条土条土上的均布荷载；
其中，根据几何关系，求得hi为：
hi=（r2-[（i-0.5）×bi-l0]2）1/2-[r+l0-（i-0.5）×bi]tanα
式子中：
r--土坡滑动圆弧的半径；
l0--坡角距圆心垂线与坡角地坪线交点长度；
α--土坡与水平面的夹角；
h1i的计算公式
h1i=hw-{（r-hi/cosθi）×cosθi-[rsin（β+α）-H]}
当h1i≥hi时，取h1i=hi；
当h1i≤0时，取h1i=0；
h2i的计算公式：
h2i=hi-h1i；
hw--土坡外地下水位深度；
li的几何关系为：
li={arccos[（（i-1）×bi-l0）/r]-arccos[（i×bi-l0）/r]×2×r×π}/360
θi=90-arccos[（（i-0.5）×bi-l0）/r]
㈣、计算安全系数:
将数据各参数代入上面的公式，通过循环计算，求得最小的安全系数Fs：
---------------------------------------------------------------------
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第1步1.99829.589-0.2354.4424.448
示意图如下：
---------------------------------------------------------------------
计算结论如下：
第1步开挖内部整体稳定性安全系数Fs=1.998>1.30满足要求!
[标高-3.000m]
2、放坡高度在7m以内的
㈠、参数信息:
①、基本参数：
侧壁安全级别：
二级
基坑开挖深度h（m）：
7.000；
土钉墙计算宽度b'（m）：
15.00；
土体的滑动摩擦系数按照tanφ计算，φ为坡角水平面所在土层内的内摩擦角；
条分块数：
10；
不考虑地下水位影响；
②、荷载参数：
序号类型面荷载q（kPa）荷载宽度b0（m）基坑边线距离b1（m）
1局布3.0051.5
③、地质勘探数据如下：
：
序号
1
土名称
红粘土
土厚度（m）
7
坑壁土的重度γ（kN/m3）
22.1
坑壁土的内摩擦角φ（°）
17.2
粘聚力C（kPa）
18.7
极限摩擦阻力（kPa）
189
饱和重度（kN/m3）
22
④、土钉墙布置数据：
放坡参数：
序号放坡高度（m）放坡宽度（m）平台宽度（m）
17.000.706.36
土钉参数：
序号孔径（mm）长度（m）入射角（度）竖向间距（m）水平间距（m）
1100.004.5015.001.501.50
2100.004.5015.001.501.50
3100.004.5015.001.501.50
4100.004.5015.001.501.50
㈡、土钉（含锚杆）抗拉承载力的计算:
单根土钉受拉承载力计算，根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99，
R=1.25γ0Tjk
1、其中土钉受拉承载力标准值Tjk按以下公式计算：
Tjk=ζeajksxjszj/cosαj
其中ζ--荷载折减系数
eajk--土钉的水平荷载
sxj、szj--土钉之间的水平与垂直距离
αj--土钉与水平面的夹角
ζ按下式计算：
ζ=tan[（β-φk）/2]（1/（tan（（β+φk）/2））-1/tanβ）/tan2（45°-φ/2）
其中β--土钉墙坡面与水平面的夹角。
φ--土的内摩擦角
eajk按根据土力学按照下式计算：
eajk=∑{[（γi×szj）+q0]×Kai-2c（Kai）1/2}
2、土钉抗拉承载力设计值Tuj按照下式计算
Tuj=（1/γs）πdnj∑qsikli
其中dnj--土钉的直径。
γs--土钉的抗拉力分项系数，取1.3
qsik--土与土钉的摩擦阻力。
根据JGJ120-99表6.1.4和表4.4.3选取。
li--土钉在直线破裂面外穿越稳定土体内的长度。
第1号土钉钢筋的直径ds至少应取：
0.000mm；
第2号土钉钢筋的直径ds至少应取：
10.125mm；
第3号土钉钢筋的直径ds至少应取：
17.243mm；
第4号土钉钢筋的直径ds至少应取：
22.183mm；
第6号土钉钢筋的直径ds至少应取：
14.789mm；
㈢、土钉墙整体稳定性的计算:
根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99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：
公式中：
γk--滑动体分项系数，取1.3；
γ0--基坑侧壁重要系数；
ωi--第i条土重；
bi--第i分条宽度；
cik--第i条滑土裂面处土体固结不排水（快）剪粘聚力标准值；
φik--第i条滑土裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角标准值；
θi--第i条土滑裂面处中点切线与平面夹角；
αj--土钉与水平面之间的夹角；
Li--第i条土滑裂面的弧长；
s--计算滑动体单元厚度；
Tnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外锚固与土体的极限抗拉力，按下式计算。
Tnj=πdnj∑qsiklnj
lnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度
把各参数代入上面的公式，进行计算
可得到如下结果：
---------------------------------------------------------------------------------
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第1步1.71362.474-14.1759.28916.948
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第2步1.73529.312-2.2345.1125.579
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第3步1.54429.312-3.3507.6688.368
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第4步1.44929.312-4.46710.22411.158
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第5步1.36829.312-5.21211.92913.017
示意图如下：
--------------------------------------------------------------------------------------
计算结论如下：
第1步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.713>1.30满足要求!
[标高-1.500m]
第2步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.735>1.30满足要求!
[标高-3.000m]
第3步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.544>1.30满足要求!
[标高-4.500m]
第4步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.449>1.30满足要求!
[标高-6.000m]
第5步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.368>1.30满足要求!
[标高-7.000m]
㈣、抗滑动及抗倾覆稳定性验算
（1）抗滑动稳定性验算
抗滑动安全系数按下式计算：
KH=f'/Eah≥1.3
式中，Eah为主动土压力的水平分量（kN）；
f'为墙底的抗滑阻力（kN），由下式计算求得：
f'=μ（W+qBaSv）
μ为土体的滑动摩擦系数；
W为所计算土体自重（kN）
q为坡顶面荷载（kN/m2）；
Ba为荷载长度；
Sv为计算墙体的厚度，取土钉的一个水平间距进行计算
1级坡：
KH=3.57>1.3，满足要求！
（2）抗倾覆稳定性验算
抗倾覆安全系数按以下公式计算：
KQ=MG/MQ
式中，MG--由墙体自重和地面荷载产生的抗倾覆力矩，由下式确定
MG=W×BC×qBa×（B'-B+b×Ba/2）
其中，W为所计算土体自重（kN）
其中，q为坡顶面荷载（kN/m2）
Bc为土体重心至o点的水平距离；
Ba为荷载在B范围内长度；
b为荷载距基坑边线长度；
B'为土钉墙计算宽度；
Mk--由主动土压力产生的倾覆力矩，由下式确定
Mk=Eah×lh
其中，Eah为主动土压力的水平分量（kN）；
lh为主动土压力水平分量的合力点至通过墙趾O水平面的垂直距离。
1级坡：
KQ=37.78>1.5，满足要求！
3、放坡高度在10m以内的
㈠、参数信息:
①、基本参数：
侧壁安全级别：
二级
基坑开挖深度h（m）：
10.000；
土钉墙计算宽度b'（m）：
15.00；
土体的滑动摩擦系数按照tanφ计算，φ为坡角水平面所在土层内的内摩擦角；
条分块数：
10；
不考虑地下水位影响；
②、荷载参数：
序号类型面荷载q（kPa）荷载宽度b0（m）基坑边线距离b1（m）
1局布3.0051.5
③、地质勘探数据如下：
：
序号
1
土名称
红粘土
土厚度（m）
10
坑壁土的重度γ（kN/m3）
22.1
坑壁土的内摩擦角φ（°）
17.2
粘聚力C（kPa）
18.7
极限摩擦阻力（kPa）
20
饱和重度（kN/m3）
19
④、土钉墙布置数据：
放坡参数：
序号放坡高度（m）放坡宽度（m）平台宽度（m）
110.001.006.36
土钉参数：
序号孔径（mm）长度（m）入射角（度）竖向间距（m）水平间距（m）
1100.006.0015.001.001.50
2100.006.0015.001.001.50
3100.009.0015.001.001.50
4100.009.0015.001.001.50
5100.009.0015.001.001.50
6100.0012.0015.001.001.50
7100.006.0015.001.001.50
8100.006.0015.001.001.50
9100.006.0015.001.001.50
㈡、土钉（含锚杆）抗拉承载力的计算:
单根土钉受拉承载力计算，根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99，
R=1.25γ0Tjk
1、其中土钉受拉承载力标准值Tjk按以下公式计算：
Tjk=ζeajksxjszj/cosαj
其中ζ--荷载折减系数
eajk--土钉的水平荷载
sxj、szj--土钉之间的水平与垂直距离
αj--土钉与水平面的夹角
ζ按下式计算：
ζ=tan[（β-φk）/2]（1/（tan（（β+φk）/2））-1/tanβ）/tan2（45°-φ/2）
其中β--土钉墙坡面与水平面的夹角。
φ--土的内摩擦角
eajk按根据土力学按照下式计算：
eajk=∑{[（γi×szj）+q0]×Kai-2c（Kai）1/2}
2、土钉抗拉承载力设计值Tuj按照下式计算
Tuj=（1/γs）πdnj∑qsikli
其中dnj--土钉的直径。
γs--土钉的抗拉力分项系数，取1.3
qsik--土与土钉的摩擦阻力。
根据JGJ120-99表6.1.4和表4.4.3选取。
li--土钉在直线破裂面外穿越稳定土体内的长度。
第1号土钉钢筋的直径ds至少应取：
0.000mm；
第2号土钉钢筋的直径ds至少应取：
0.000mm；
第3号土钉钢筋的直径ds至少应取：
8.267mm；
第4号土钉钢筋的直径ds至少应取：
12.447mm；
第5号土钉钢筋的直径ds至少应取：
15.540mm；
第6号土钉钢筋的直径ds至少应取：
18.113mm；
第7号土钉钢筋的直径ds至少应取：
20.363mm；
第8号土钉钢筋的直径ds至少应取：
22.388mm；
第9号土钉钢筋的直径ds至少应取：
24.244mm；
㈢、土钉墙整体稳定性的计算:
根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99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：
公式中：
γk--滑动体分项系数，取1.3；
γ0--基坑侧壁重要系数；
ωi--第i条土重；
bi--第i分条宽度；
cik--第i条滑土裂面处土体固结不排水（快）剪粘聚力标准值；
φik--第i条滑土裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角标准值；
θi--第i条土滑裂面处中点切线与平面夹角；
αj--土钉与水平面之间的夹角；
Li--第i条土滑裂面的弧长；
s--计算滑动体单元厚度；
Tnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外锚固与土体的极限抗拉力，按下式计算。
Tnj=πdnj∑qsiklnj
lnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度
把各参数代入上面的公式，进行计算
可得到如下结果：
---------------------------------------------------------------------
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第1步1.66729.312-0.7451.7041.860
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第2步1.46029.312-1.4893.4083.719
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第3步1.41729.312-2.2345.1125.579
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第4步1.38929.312-2.9786.8167.439
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第5步1.38429.312-3.7238.5209.298
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第6步1.38229.312-4.46710.22411.158
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第7步1.37229.312-5.21211.92913.017
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第8步1.36429.312-5.95613.63314.877
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第9步1.35329.312-6.70115.33716.737
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第10步1.33529.312-7.44517.04118.596
示意图如下：
---------------------------------------------------------------------
计算结论如下：
第1步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.667>1.30满足要求!
[标高-1.000m]
第2步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.460>1.30满足要求!
[标高-2.000m]
第3步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.417>1.30满足要求!
[标高-3.000m]
第4步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.389>1.30满足要求!
[标高-4.000m]
第5步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.384>1.30满足要求!
[标高-5.000m]
第6步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.382>1.30满足要求!
[标高-6.000m]
第7步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.372>1.30满足要求!
[标高-7.000m]
第8步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.364>1.30满足要求!
[标高-8.000m]
第9步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.353>1.30满足要求!
[标高-9.000m]
第10步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.335>1.30满足要求!
[标高-10.000m]
㈣、抗滑动及抗倾覆稳定性验算
（1）抗滑动稳定性验算
抗滑动安全系数按下式计算：
KH=f'/Eah≥1.3
式中，Eah为主动土压力的水平分量（kN）；
f'为墙底的抗滑阻力（kN），由下式计算求得：
f'=μ（W+qBaSv）
μ为土体的滑动摩擦系数；
W为所计算土体自重（kN）
q为坡顶面荷载（kN/m2）；
Ba为荷载长度；
Sv为计算墙体的厚度，取土钉的一个水平间距进行计算
1级坡：
KH=2.15>1.3
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