基坑降水及护壁设计.docx

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基坑降水及护壁设计

毕业设计说明书

题目:

四川美术馆新馆建设项目

基坑降水及护壁设计

学院（直属系）:

交通与汽车工程学院

年级、专业:

姓名:

学号:

指导教师:

完成时间:

四川美术馆新馆建设项目基坑降水及护壁设计

摘要

土钉墙设计中，由于工程现场下部土层较好，通过朗肯主动土压力计算确定只需在上层填土部分进行土钉墙支护。

计算出土钉使用状态下的土体侧压力，并由此进行土钉墙参数设计，最后对土钉墙的局部稳定性、内部整体稳定性和外部整体稳定性进行了验算。

土钉墙内部稳定性验算较为复杂，本设计采用了简化算法，即把最危险滑裂面简化成了平面。

关键词：

基坑，土钉墙，强度，稳定性，排水，沉降

Inthedesignofthesoil-nailwall,astheprojectofthelowersoilisbetter,accordingtotheRankineactiveearthpressurecalculationtodeterminetherequiredsoilnailingwallintheupperlayeroffillsection.Calculationofsoilnailinglateralsoilpressurestate,andthustotheparameterdesignofsoilnailingwall,thelocalstabilityofsoilnailingwall,theinternalstabilityandexternalstabilitychecking.Soilnailingwallinternalstabilitycomputationismorecomplex,thedesignusesasimplifiedalgorithm,namelythemostdangerousslidingsurfaceissimplifiedintoaplane.

Keywords:

excavation,soilnailingwall,strength,stability,drainage,settlement

1前言

随着高层建筑和城市地下空间利用的发展，促进了基坑工程设计和施工技术的创新与发展。

各地根据当地的工程地质水文地质条件和当地的施工经验，发展了许多新的基坑支护方式，达到了预期支护效果。

但是也有相当一部分基坑支护工程，特别是深大基坑由于设计或施工过程中的失误，导致了支护失效，造成了重大的经济损失，并延误了建设周期。

据有关资料报道，近年来，深基坑工程事故时有发生，一般的发生率约占基坑工程数量的20%左右，有的城市甚至达30%左右，造成了重大的损失和严重后果[1]。

北京做为一个国际化的大都市，高层及地下建筑多，规模大，在这方面问题尤为突出。

因此，如何保证基坑支护工程既安全可靠，又经济合理，也成为北京当前城市建设的一项重要问题。

本文在总结北京地区工程地质、水文地质条件以及基坑工程的一些主要特点的基础上，对所搜集的北京地区141个基坑工程实例进行分析，讨论、总结了一些当地常用的支护技术，从中可以对北京地区基坑支护的设计与施工技术有一个概要的了解。

对监视的对象和物体（简称变形物）进行测量，以确定其垂直位置随时间的变化特征。

是测定建筑物顶部由于地基有差异沉降或受外力作用而产生的垂直偏差。

通常在顶部和墙基设置观测点，定期观测其相对位移值，也可直接观测顶部中心点相对于底部中心点的位移值，然后推算建筑物的倾斜度。

通过对建筑物（构筑物）的沉降和倾斜进行跟踪观测，可以获得建筑物准确可靠的沉降和倾斜数据，了解建筑物在施工及运营期间变形的实际情况，掌握被检测对象在不同荷载作用下随时间的沉降及倾斜规律，为建筑物施工和安全运行提供数据保证。

层建筑物的增高和荷载的增加，在地基基础上和上部结构的共同作用下，建筑物发生不均匀沉降，轻者将使建筑物产生倾斜和裂缝，影响正常使用，重者将危机建筑物安全。

因此，建筑物稳定性和可靠性已经成为人们关注的焦点，只有定期对高层建筑物和重要建（构）筑物进行变形观测，掌握其变形规律，才能合理预测未来变形的大小，及时采取预防和善后措施，确保建筑物的安全使用。

高层建（构）筑物的变形观测包括沉降观测、倾斜观测和裂缝观测。

其中沉降观测和倾斜观测是变形观测的重点，在变形观测工作实践中，应根据实际情况选用最有效的观测方法，并可科学分析、处理变形观测结果，对变形观测中常见的问题提出合理的解决方法，准确掌握建筑物的沉降变化规律，为建（构）筑物设计和防灾减灾提供科学依据。

避免因变形原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，造成巨大的经济损失，具有重要的意义。

2工程概况

2.1地理位置及交通条件

成都美术馆新馆项目位于成都天府广场西侧。

该地块现已拆迁完毕，场地比较平整，四面临街，交通发达，为成都市中心的核心中心区，区位优势明显。

2.2气象、水文特征

成都地区气候温和，降水丰沛，水网密布，土地肥沃。

素有“天府”之称。

据成都气象台多年观测资料表明，成都地区多年平均气温为16.2℃，极端最高37.3℃，极端最低-5.9℃；多年平均降水量947.0mm，日最大195.2mm；蒸发量多年平均值1020.5mm；相对湿度多年平均值82%；多年平均风速1.35m/s，最大风速为14.8m/s（NE向），瞬时最大风速为27.4m/s，主导风向为NNE向，出现频率为11%；年日照时数为1200～1300小时，日照最小年份只有960小时。

流经成都市的主要河流有府河、南河及沙河，均属岷江水系。

岷江在都江堰分流以后分出许多支流呈扇形流入成都平原。

其中府河、南河和沙河顺着地势从西北向流入成都市，府河与南河在合江亭汇合，沙河在市区东南角汇入府南河，并向南流至彭山县境内再次汇入岷江主河道。

在府、南河治理前，每到洪水期，暴雨成灾，洪水泛滥。

1981年岷江特大洪水时本场地曾遭淹没。

上个世纪90年代成都市政府对府南河进行整治后，将成都市原来十年一遇的防洪标准提高到两百年一遇的标准，周边环境大为改善。

2.3地形地貌

场地位于成都市天府广场西侧，地形有一定的起伏。

该场地地貌单元属岷江水系

级阶地。

2.4场地区域地质构造特征及场地稳定性

该区域构造属新华夏系第三沉降带四川盆地西部，成都坳陷中部东侧，处于北东走向的龙门山断裂带和龙泉山断裂带之间（见图2-1）。

由于受喜马拉雅山造山运动的影响，两构造带相对上升，在坳陷盆地内堆积了厚度不等的第四系冰水堆积层和冲洪积层，形成现今平原景观。

在成都平原下伏基岩内存在北东走向的蒲江—新津断裂和新都—磨盘山断裂及其它次生断裂。

但除蒲江—新津断裂在第四纪以来有间隙性活动外，其它隐伏断裂近期无明显活动表征。

场地稳定性的影响因素主要取决于场地区域隐覆断裂的活动情况和龙门山、龙泉山构造带的活动对成都市的影响。

蒲江-新津断裂和新都-磨盘山断裂是影响成都盆地区域稳定性的主要断裂，其性质、延伸方向、发育特征及其具体位置有待于进一步的深入研究，但从数百年来的历史地震记载已经证实，对成都市有影响地震烈度都没有超过6度。

也有资料预测，在考虑穿过市区的主要断裂如进一步活动并同时考虑浅埋地下水影响的情况下，在成都市区地震烈度超过7度的可能性不大，从龙门山构造带和龙泉山构造带的活动情况看，从获取的成都市区影响最大的场地浅层地震勘探资料，结合本次波速测试、钻探资料，也进一步证实，场地内无断裂通过，该区域地质构造稳定，未发现新构造活动形迹，亦可不考虑隐伏断裂以及龙门山断裂带和龙泉山断裂的影响，属相对稳定地块。

2.5现场工程概况

四川省美术馆新馆位于成都市天府广场北侧，其基坑开挖深度7米。

上层为杂填土，

，

，厚度3.0米以内，下层为冲粉质粘土，

，

，

，地基承载力标准值

。

3降水及土钉墙支护结构

3.1降水设计

3.1.1降水井结构与技术要求：

降水井采用内径为300mm的钢筋混凝土井馆。

井结构为：

每口井上部7根井壁管，下部3根滤水管（注：

每根井管长度均为2.5m）。

成井时要求井孔应圆切垂直，井孔直径600mm。

井管焊接牢固，安装垂直。

填砾采用规格6~12mm砾石。

洗井采用活塞和空压机联合洗井，确保洗井质量，达到出水含砂率小于1/20000，最终抽水设备正常运行群井出水含砂率小于1/10000.

2.2抽水设备选择

根据计算结果和设计降深，降水时选择QS型潜水泵，流量60m2/h，扬程40m。

3.1.2降水，排水方案

（1）基坑开挖前完成抽、排水系统安装。

排水主管口径22cm，支管口径12cm，均为铁管。

（2）根据现场条件在适当的位置设置3个沉沙池。

沉沙池长3.5m，宽2.0m，高1.6m，中间设两道隔墙。

井内抽出的地下水经过沉砂池沉淀后流入业主指定的排水口。

地表排水系统保证无泄漏。

（3）出水口设在南边大门处（东，西侧各一眼）和西华门街基础东北角。

（4）降水期间，现场安排专人看守，负责降水、排水系统的正常运转、台班记录及日常维护。

3.1.3基坑降水对周边的影响评价

基坑降水对周边影响，主要表现在两个方面，其一，地下水位下降会引起地基土有效应力增加，使土体产生附加压缩变形，但这种变形应具备的条件是基底以下有效厚的常处于地下水位以内的高压缩性土。

根据本场地岩土工程勘察报告表明，地基土为地压缩性的沙卵石土层，因而基坑降水引起的土体有效应力增加产生的地基土附加变形非常小，可忽略不计。

其二，地下水位的降低在基坑附近形成较大的水力坡度，致使地层中的细小颗粒将随水流流失，产生潜蚀嗯和管涌现象，引起地面沉降变形。

本工程设计最大降深18.0m（位于井内，基坑以外地下水位逐渐抬高），降水产生的水力坡度较大，但只要控制好降水井施工质量（特别是滤料质量及填砾厚度），确保降水井出水含沙率满足规范要求就能消除因降水导致临近地基土下沉现象。

3.2土钉墙支护结构

土钉墙概述

土钉墙（土钉支护、喷锚支护）是由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层及必要的防水系统组成的，是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。

土钉则是采用土中钻孔，置入变形钢筋（即带助钢筋）并沿孔全长注浆的方法做成。

土钉依靠与土体之间的接口粘结力或摩擦力，使土钉沿全长与周围土体紧密连接成为一个整体，形成一个类似于重力挡土墙结构，抵抗墙后传来的土压力和其它荷载，从而保证开挖面的安全。

其典型结构如图3-1（a）所示。

土钉主要作用是约束和加固土体，从而使土体保持稳定和整体性。

土钉也可用钢管、角钢等采用直接击入的方法置入土中。

土钉墙是用于基坑开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术。

由于其经济可靠且施工简便快捷，已在我国得到广泛应用。

图3-1土钉墙与重力式挡土墙

3.3土钉分类及土钉墙的特点与适用范围

3.3.1土钉分类

土钉主要可分为钻孔注浆钉与打入钉两类。

钻孔注浆钉是最常用的土钉类型。

即先在土中钻孔，置于钢筋，然后沿全长注浆，为使土钉钢筋处于孔的中心位置，周围有足够的浆体保护层，需沿钉长每隔2~3m设对中支架。

土钉外露端宜做成螺纹并通过螺母、钢垫板与配筋喷射混凝土面层相连，在注浆体硬结后用扳手拧紧螺母，使在钉中产生约为土钉设计拉力10%左右的预应力。

打入钉，在土体中直接打入角钢、圆钢或钢筋等，不再注浆。

由于打入钉与土体间的粘结摩阻强度低，钉长又受限制，所以布置较密，可用人力或振动冲击钻、液压锤等机具打入钉。

打入钉的优点是不需预先钻孔，施工快速，但不宜用于砾石土和密实胶结土，也不宜用于服务年限大于2年的永久支护工程。

3.3.2土钉