基坑土方开挖及边坡处理.docx
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基坑土方开挖及边坡处理
中山市万科城
金色家园二期工程
塔吊基础
土方开挖
及边坡处理
编制人：
审核人：
中天建设集团有限公司
日期：
2013年5月13日
塔吊基础土方开挖及边坡处理
1.边坡现状分析
（1） 该工程场地,设计地面高低变化较大，基础底标高不等。
东风镇万科城金色家园二期组团一地下室底板设计标高-5.3m，塔吊基础底-7.1m，中山市中大附属（万科城）外国语学校和东凤幼儿园基础承台面为-1.7m和-1m高。
（2） 地下室底板下设计坑底标高,大部分为-5.30m,绝对标高1.6m（底板面标高-5.30m,底板厚1800mm,垫层厚100mm,防水层及保护层按50mm计）。
核心部分坑底标高为-6.8m,消防电梯坑底标高为7.m。
（3） 以-5.3m与自然地面标高对比,挖土深度约为5.3m.，按1:
1.5放坡，坡底按大于0.80m宽作坑底工作面及排水沟砌筑300*300mm,坡顶四周场地均可满足工作面高小值要求。
（4）塔吊基础土方开挖作业面，依据地质探测报告，场地内淤泥层在26米压右。
为确保工程桩不位移，采取放坡和钢板桩结合，现在土方面为-1米，按照1：
1.5放坡深3.5米长5.5米，预留3.5米挖掘机作业面，打钢板桩8*8米，采用内支撑确保钢板桩端顶位移。
2.边坡处理初步设想:
（1） 考虑桩基与地下室施工工序多,工期相对较长,为确保边坡稳定起见,局部采用C20砼喷射100厚,内配φ6@300双向钢筋,采用水泥砂浆粉面。
（2） 坡顶与坡底分别砌筑300×300排水沟、沉泥井,坡顶设钢筋栏杆防护。
3.基坑土方开挖:
（1） 土方开挖采用2台1.20m3反铲挖土机挖土,边坡与坑底采用人工修整。
（2） 运土采用6~8台15T（根据土方外运距离,灵活调整）。
（3） 坑底土方开挖范围:
按地下室基础面外边线放大1200mm为坑底土方开挖范围。
（4） 开挖顺序:
2台挖土机并行开挖，根据挖土机性能，土质松软或有淤泥等情况出现,则采取分层开挖,每层开挖深度1.50~2.00m。
（5） 若采取分层开挖时,则附近留设车辆进出坡道,坡道宽6.00m,坡道≤12%。
（6） 若边坡土质松软,边坡喷锚与土方分层开挖交叉作业。
（7） 基坑排水:
基坑排水做法沿基坑周边采用M5水泥砂浆砌Mu7.5红砖 及沉泥井,用水泵排入地面排水沟。
4.土坡稳定性计算书
本计算书参照《建筑施工计算手册》，中国建筑工业出版社、《实用土木工程手册》，《地基与基础》第三版中国建筑工业出版社、《土力学》等相关文献进行编制。
计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算，由于该计算过程是大量的重复计算，故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果，省略了重复计算过程。
本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。
一、参数信息:
条分方法：
瑞典条分法；
条分块数：
50；
考虑地下水位影响；
基坑外侧水位到坑顶的距离（m）：
1.000；
基坑内侧水位到坑顶的距离（m）：
7.500；
放坡参数：
序号放坡高度（m）放坡宽度（m）平台宽度（m）
13.503.503.50
21.0020.0020.00
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3.0011
土层参数：
序号
1
土名称
淤泥
土厚度（m）
26
土的重度γ（kN/m3）
20
土的内摩擦角φ（°）
11
粘聚力C（kPa）
12
极限摩擦阻力（kPa）
8
饱和重度γsat（kN/m3）
22
二、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。
三、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]
四、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3.65721.90310.8054.98511.899
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3.77022.49626.88514.53830.563
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=3.657>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Fs=3.770>1.30满足要求!
[标高-4.500m]
悬臂式板桩和板桩稳定性计算书
一、编制依据
本计算书的编制参照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），《土力学与地基基础》（清华大学出版社出版）等编制。
二、参数信息
重要性系数：
0.90；开挖深度度h：
3.00m；
基坑外侧水位深度hwa：
1.5m；基坑内侧水位深度hwp：
3.00m；
桩嵌入土深度hd：
6m；基坑边缘外荷载形式：
荷载局部布置
均布荷载的分布宽度b0：
3m；荷载边沿至基坑边的距离b1：
1.00m；
土坡面上均布荷载值q0：
1.00kN/m2；
悬臂板桩材料：
40c号槽钢；弹性模量E：
206000N/mm2；
强度设计值[fm]：
205N/mm2；桩间距bs：
1.00m；
截面抵抗矩Wx：
985.6cm3；截面惯性矩Ix：
19711.20cm4；
基坑土层参数：
序号土名称土厚度坑壁土的重度内摩擦角内聚力浮容重
（m）（kN/m3）（°）（kPa）（kN/m3）
1淤泥2622111221
三、土压力计算
悬臂式板桩荷载示意图
1、水平荷载
（1）、主动土压力系数：
Ka1=tan2（45°-φ1/2）=tan2（45-11/2）=0.68；
Ka2=tan2（45°-φ2/2）=tan2（45-11/2）=0.68；
Ka3=tan2（45°-φ3/2）=tan2（45-11/2）=0.68；
Ka4=tan2（45°-φ4/2）=tan2（45-11/2）=0.68；
（2）、土压力、地下水以及地面附加荷载产生的水平荷载：
第1层土：
0~1米；
σa1上=P1Ka1-2C1Ka10.5=0×0.68-2×12×0.680.5=-19.78kN/m；
σa1下=（γ1h1+P1）Ka1-2C1Ka10.5=[22×1+0]×0.68-2×12×0.680.5=-4.83kN/m；
第2层土：
1~1.5米；
H2'=∑γihi/γ2=22/22=1；
σa2上=[γ2H2'+P1+P2a2/（a2+2l2）]Ka2-2C2Ka20.5=[22×1+0+0.6]×0.68-2×12×0.680.5=-4.43kN/m2；
σa2下=[γ2（H2'+h2）+P1+P2a2/（a2+2l2）]Ka2-2C2Ka20.5=[22×（1+0.5）+0+0.6]×0.68-2×12×0.680.5=3.05kN/m2；
第3层土：
1.5~6米；
H3'=∑γihi/γ3=33/22=1.5；
σa3上=[γ3H3'+P1+P2a2/（a2+2l2）]Ka3-2C3Ka30.5=[22×1.5+0+0.6]×0.68-2×12×0.680.5=3.05kN/m2；
σa3下=[γ3H3'+P1+P2a2/（a2+2l2）]Ka3-2C3Ka30.5+γ'h3Ka3+0.5γwh32=[22×1.5+0+0.6]×0.68-2×12×0.680.5+21×4.5×0.68+0.5×10×4.52=168.51kN/m2；
第4层土：
6~9米；
H4'=H3'=1.5；
σa4上=[γ4H4'+P1]Ka4-2C4Ka40.5+γ'h4Ka4+0.5γwh42=[22×1.5+0]×0.68-2×12×0.680.5+21×4.5×0.68+0.5×10×4.52=168.11kN/m2；
σa4下=[γ4H4'+P1]Ka4-2C4Ka40.5+γ'h4Ka4+0.5γwh42=[22×1.5+0]×0.68-2×12×0.680.5+21×7.5×0.68+0.5×10×7.52=390.92kN/m2；
（3）、水平荷载：
Z0=（σa2下×h2）/（σa2上+σa2下）=（3.05×0.5）/（4.43+3.05）=0.2m；
第1层土：
Ea1=0kN/m；
第2层土：
Ea2=0.5×Z0×σa2下=0.5×0.2×3.05=0.31kN/m；
作用位置：
ha2=Z0/3+∑hi=0.2/3+7.5=7.57m；
第3层土：
Ea3=h3×（σa3上+σa3下）/2=4.5×（3.05+168.51）/2=386.01kN/m；
作用位置：
ha3=h3（2σa3上+σa3下）/（3σa3上+3σa3下）+∑hi=4.5×（2×3.05+168.51）/（3×3.05+3×168.51）+3=4.53m；
第4层土：
Ea4=h4×（σa4上+σa4下）/2=3×（168.11+390.92）/2=838.53kN/m；
作用位置：
ha4=h4（2σa4上+σa4下）/（3σa4上+3σa4下）+∑hi=3×（2×168.11+390.92）/（3×168.11+3×390.92）+0=1.3m；
土压力合力：
Ea=ΣEai=0.31+386.01+838.53=1224.86kN/m；
合力作用点：
ha=Σ（haiEai）/Ea=（0.31×7.57+386.01×4.53+838.53×1.3）/1224.86=2.32m；
2、水平抗力计算
（1）、被动土压力系数：
Kp1=tan2（45°+φ1/2）=tan2（45+11/2）=1.47；
Kp2=tan2（45°+φ2/2）=tan2（45+11/2）=1.47；
（2）、土压力、地下水产生的水平荷载：
第1层土：
3~6米；
σp1上=2C1Kp10.5=2×12×1.470.5=29.11kN/m；
σp1下=γ1h1Kp1+2C1Kp10.5=22×3×1.47+2×12×1.470.5=126.24kN/m；
第2层土：
6~9米；
H2'=∑γihi/γ2=66/22=3；
σa2上=γ2H2'Kp2+2C2Kp20.5=22×3×1.47+2×12×1.470.5=126.24kN/m；
σa2下=γ2H2'Kp2+2C2Kp20.5+γ'h2Kp2+0.5γwh22=22×3×1.47+2×12×1.470.5+21×3×1.47+0.5×10×32=263.95kN/m；
（3）、水平荷载：
第1层土：
Ep1=h1×（σp1上+σp1下）/2=3×（29.11+126.24）/2=233.03kN/m；
作用位置：
hp1=h1（2σp1上+σp1下）/（3σp1上+3σp1下）+∑hi=3×（2×29.11+126.24）/（3×29.11+3×126.24）+3=4.19m；
第2层土：
Ep2=h2×（σp2上+σp2下）/2=3×（126.24+263.95）/2=585.29kN/m；
作用位置：
hp2=h2（2σp2上+σp2下）/（3σp2上+3σp2下）+∑hi=3×（2×126.24+263.95）/（3×126.24+3×263.95）+0=1.32m；
土压力合力：
Ep=ΣEpi=233.03+585.29=818.32kN/m；
合力作用点：
hp=Σ（haiEpi）/Ep=（233.03×4.19+585.29×1.32）/818.32=2.14m；
四、结构计算
1、结构弯矩计算
弯矩图（kN·m）
变形图（m）
悬臂式支护结构弯矩Mc=601.01kN·m；
最大挠度为:
0.25m；
2、截面弯矩设计值确定：
M=1.25γ0Mc
截面弯矩设计值M=1.25×0.90×601.01=676.13；
γ0----为重要性系数，按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）,表3.1.3可以选定。
1、材料的强度计算：
σmax=M/（γxWx）
γx-----塑性发展系数，对于承受静力荷载和间接承受动力荷载的构件，偏于安全考虑，可取为1.0;
Wx-----材料的截面抵抗矩:
985.60cm3
σmax=M/（γx×Wx）=676.13/（1.0×985.60×10-3）=686.01MPa
σmax=686.01MPa>[fm]=205.00MPa;
材料的强度不满足要求，采用内支撑确保钢板桩端顶位移。
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