二十八中基坑支护工程设计讲解.docx

1、二十八中基坑支护工程设计讲解南 昌 市 二 十 八 中 新 校 区 新 建 改 造 项 目基 坑 支 护 方 案 设 计设计单位：中铁上海设计院集团有限公司 地勘单位：江西省勘察设计研究院 二一四年十月 南昌市二十八中新校区新建改造项目基坑支护设计工程代号：2014-06审 定： 审 核： 校 对：设 计：项目负责人： 设计单位：中铁上海设计院集团有限公司提交时间：二0一四年十月 目 录 一、工程概况2二、设计依据2三、周边环境及水文、地质条件3四、设计控制关键点 5五、设计方案选型及确定5六、基坑支护结构设计8七、地下水设计控制9八、支护结构与基坑开挖施工要求10 九、基坑工程监测12十、应

2、急管理13十一、计算与分析14附：1、附件一、方案一计算书2、附件二、方案二计算书3、二十八中基坑工程与地铁三号线退距及相互关系专家论证会会议纪要4、附件三、设计资质证书5、附件四、图纸南昌市二十八中新校区新建改造项目基坑支护设计一、 工程概况1.基本情况本项目为南昌二十八中新校区新建改造项目，建设单位为南昌二十八中。该项目位于南昌二十八中老校区西侧，现南昌教育学院内。项目拟建主教学楼为地上六层框架结构，建筑高度为24.9m，综合楼为地上六层框架结构，建筑高度为22.5m，地下室为一层，层高为4.9m8.6m，占地面积约为4977平方米。拟建场地北侧为党家巷住宅区，南侧为叠山路，基坑距离道路约

3、为50m，东侧为南昌二十八中老校区操场，地面标高约为20.92。周边交通便利，地理环境优越。周围环境如下图所示：图1-1 工程周围环境图现状场地较为平整，地面标高在20.821.67m范围内。拟建建筑内部结构采用桩基础，承台顶面标高为17.29m16.69m，承台高为1.1m，垫层厚度为0.1m；局部加深段为15.69m，承台高为2m，垫层厚度为0.1m。基坑南侧开挖深度为6.01m，局部加深段为7.91m；北侧开挖深度为5.41m，基坑周长约为381m。本基坑西侧建有较多房屋，基坑开挖深度较大，基坑壁岩土层力学性质一般，围护结构采用SMW工法桩支护形式，在局部加深段架设一道钢支撑。基坑工程概

4、况汇总表如下所示：表1-1 基坑工程概况汇总表场地情况设计标高0.00(m)自然地面标高、高程(m)基坑开挖时地面标高或高程(m)21.5最高最低东边南边西边北边21.6720.820.821.5821.6721.15地下室规模层数面积(m2)层高( m)顶板顶设计标高底板底设计标高距离红线(m)一4977第一层4.98.622.2916.693.944.2基坑开挖规模开挖深度(m)局部挖深度(m)周长(m)面积(m2)各开挖工况深度5.416.017.913816600周边环境描述内容：平面距离为3倍基坑深度范围内的房屋建筑（结构类型、基础、埋深、状况）、道路（类别、等级、负荷）、管线（通信

5、、电力、给排水）、地铁、塔吊、坡道等现状，包括距离、完损东侧东侧为南昌二十八中老校区操场，地面标高约为20.80。距离基坑约9m处拟建地铁3号线区间隧道。西侧西侧为党家巷住宅区，小区内建有3层砖混结构房屋和5层的混凝土结构房屋，其中距离基坑最近的为党家巷14号住宅楼，该住宅楼为5层混凝土结构房屋，距离基坑约7.7m，该房屋的基础资料不详。南侧南侧49.51m为叠山路，道路宽度为19.7m，路面标高约为21.56m。北侧北侧51.38m建有一排一层的砖混结构房屋，基础形式不详。基坑特点基坑开挖深度深土层情况差，存在软弱夹层周边环境复 杂地下水丰 富水位变化幅度大工期紧地面荷载大是否是否是是否本基

6、坑支护设计计算软件为理正深基坑设计软件7.0版。2.设计等级基坑南侧开挖深度为6.01m，局部加深段为7.91m；北侧开挖深度为5.41m，开挖深度在512m范围内，周边无重要性建筑物，基坑周边3H范围内未发现临近重要管线，地下室开挖深度位于地下稳定水位以上，开挖范围内无软弱夹层，根据建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)第3.1.3条规定， 本基坑支护结构的安全等级为二级, 基坑侧壁重要性系数为1.0。3.使用年限本基坑支护设计体系，正常使用年限为12个月。二、设计依据本工程编制所依据或参照的规范及规程如下：a、南昌市二十八中规划、改造项目岩土工程勘察报告 江西省勘察设计研究院 20

7、14年4月 b、南昌市新建二十八中建筑施工图c、南昌市新建二十八中地下室结构图d、场地现状地形图，工程用地规范红线图e、南昌市深基坑支护结构方案设计文件编制与审查要点f、设计采用的中华人民共和国现行国家标准规范和规程: 建筑基坑支护技术规程 （JGJ120-2012）建筑边坡工程技术规范（GB50330-2002） 建筑地基基础设计规范（GB50007-2011） 建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）建筑结构荷载规范（GB50009-2012） 混凝土结构设计规范（GB50010-2010） 混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-201

8、1） 土层锚杆设计与施工规范（CECS 22-90） 基坑土钉技术规程（CECS96：97）建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）三、周边环境及水文、地质条件1环境概况（1）、基坑周边建(构)筑物拟建基坑西侧为党家巷住宅区，该住宅区内多为13层砖混结构建筑，局部建有56层混凝土结构房屋，其中距离基坑最近的为党家巷14号住宅楼，该住宅楼为5层混凝土结构房屋，距离基坑约7.7m。 （2）、基本周边管线场地地下管线不明，施工前应根据相关资料进一步对周边雨水管、污水管及电力、通讯线路等的分布及走向做详细调查，如有重要管线应及时与设计院沟通。（3）、基坑周边水系基坑周边无大的水系、湖泊等。

9、（4）、基坑周边道路基坑南面约19.51m为叠山路，道路宽度约为19.7m，为城市主要市政道路，路面标高约为21.56m。（5）、基坑周边荷载在基坑开挖施工过程中，在基坑边地面荷载按20kPa考虑，周边建筑按照15kpa每层考虑。（6）、基坑周边设施基坑东侧规划建设地铁3号线区间隧道。2 工程地质、水文概况（1）.工程地质条件勘察区地处赣抚冲积平原区，赣江级阶地。拟建场地位于南昌市西湖区，现场地地势总体平坦，地面标高一般在20.821.67m，场地整平标高21.5m。据钻探揭露，勘探深度内，场地地层结构由人工填土（Qml）、第四系上更新统冲积层（Q4al）、第三系新余群（Exn）组成。按其岩性

10、及其工程特性，自上而下依次划分为素填土、粉质粘土、1粗砂、2淤泥、细砂、圆砾、砾砂、泥质粉砂岩。以下分别予以阐述：（a）、人工填土（Qml）素填土：紫红色，干燥，结构松散。以粘土及少量建筑垃圾组成，回填大于20年。全场地分布，揭露层厚1.84.2m。（b）、第四系上更新统冲积层（Q4al）粉质粘土：褐黄、灰褐色，可-硬塑，成份以粉粘粒为主，刀切面光滑，无摇震反应。实测标贯锤击数为1214击。平均压缩系数为0.46MPa-1，中压缩性，压缩模量平均值为4.05MPa。该层分布稳定，全场地分布。揭露层厚为0.54.9m，层顶埋深1.807.50m，层顶标高为14.0519.75m，层顶面起伏相对较

11、大。1粗砂：褐黄色，饱和，实测标贯探击数约为1318击，稍密中密。颗粒组份为：0.52.0mm的含量约占45.146.9%，0.250.50mm含量约占21.528.4%，0.0750.25mm含量约占16.018.2%，粉粘粒含量约占2.32.8%。矿物成份主要为石英、云母、长石，含泥量较高。该层仅在zk4号孔缺失，揭露层厚为0.504.00m，层顶埋深3.805.60m，层顶标高为15.8917.52m。2淤泥：灰褐色，流-软塑，成份以粘粉粒为主，刀切面稍光滑，韧性低，干强度、压缩性高。该层仅在ZK9号孔揭露，层厚0.7m。细砂：褐黄色，稍湿，松散稍密，以松散为主，成分以石英、云母、长石等

12、为主。颗粒组份： 粒径0.250.5mm约占7.1%，粒径0.0750.25mm约占88.196.4%，粒径小于0.075mm约占3.64.8%，中等压缩性。实测标贯锤击数为810击。钻孔揭露厚度为1.57.0m，层底埋深为10.712.7m，层底标高为8.7010.75m。圆砾：黄色，成分以石英、云母、长石及硅质岩为主。含少许卵石，磨圆度较好，呈圆形及亚圆形为主。粒径20mm约占13.815.6%，粒径220mm约占39.840.2%，粒径0.52mm约占20.822.7%，粒径0.250.5mm约占12.915.0%，粒径0.0750.25mm约占7.48.8%，粒径小于0.075mm约占

13、1.41.6%。修正后圆锥动力触探试验平均击数为13击，中密，该层全场地范围内均有分布。钻孔揭露厚度为1.309.5m，层底埋深为13.0020.80m，层底标高为0.608.50m。砾砂：黄色、饱和，修正后重型圆锥动力触探击数为11击，中密。强透水性。颗粒组份为： 2.020mm的含量约为26.429.7%，0.52.0mm的含量约为29.430.2%，0.250.50mm含量约为17.321.0%，0.0750.25mm含量约为10.913.1%，粉粘粒含量约为1.82.6%。矿物成份主要为石英、硅质岩。该层仅在ZK7、ZK9孔缺失。揭露层厚为2.707.80m，层顶埋深13.0018.1

14、0m，层顶标高为3.408.50m。（c）、第三系新余群（Exn）粉砂质泥岩:紫红色，粉砂质结构，中厚层状构造，产状平缓，干燥易崩解，遇水易软化，遇水稳定性差。按其风化程度的差异可分为强风化、中风化两个个亚层。1强风化粉砂质泥岩：紫红色，粉砂质结构，中厚层构造，岩石风化强烈，岩芯呈土状、碎块状，钻孔揭露深度范围内，层厚一般0.200.50m，层顶埋深一般20.3021.00m。该层全场地均揭露。2中风化粉砂质泥岩：粉砂质结构，中厚层构造，岩石风化中等，岩芯较破碎，呈柱状、短柱状，少许长柱状，该层全场见及，岩石饱和单轴极限抗压强度标准值为8.2MPa，属软岩，岩体基本质量等级为级。钻孔揭穿深度范

15、围内，层厚一般6.909.30m，层顶埋深一般20.8023.20m。该层无洞穴、空洞及软弱夹层。3钙质泥岩钙质泥岩：青灰色，泥质结构，泥质胶结，节理裂隙发育，溶孔局部发育，孔径13mm，岩芯较破碎，呈短柱状，正常钻进速度较快，岩芯采取率高。岩石饱和单轴极限抗压强度标准值为2.9MPa，岩体较破碎，属软岩，岩体基本质量等级为级。该层层厚0.502.20m，平均厚度为1.31m，层顶埋深为20.7021.30m，层顶标高为0.100.89m。各土层物理力学性能如下所示： 各土层的主要参数值表 表2-1 岩土层号岩土名称重度凝聚力内摩擦角水平反力系数的比例系数土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值Ck

16、mqsikKN/m3kPaMN/ m4kPa素填土18.0 10154.0 15粉质粘土19.721.39.93.1 551粗砂19.503318.5 55细砂19.20184.7 40圆砾20.004028.0 80砾砂20.003825.1 70备注1、人工填土层的天然密度、抗剪强度指标为经验值，砂土层相关参数系据工程地质手册（第四版）提供。2、土体与锚固体的极限摩阻力标准值所提参数系参照了建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）表6.1.4中相关经验值。（2）、水文条件据勘探揭露，勘察深度内场地地下水分为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。上层滞水勘察期间未见及该层地下水，

17、但不排除暴雨期间该层水量增大。该层主要接受大气降水的入渗补给，向场地低洼地段排泄。由于素填土及成份及密实度的差异，因此上层滞水的连通性较差，且无连续的水位面，一般水量较小，主要受大气降水补给，排泄于场地周边沟渠。该层地下水的水位埋深及水量大小受季节性变化影响大。第四系松散岩类孔隙承压水本场地第四系松散岩类孔隙水，主要赋存于下部砂砾卵石层中，粉质粘土为含水层的隔水顶板，下伏基岩为相对隔水层底板，本场地孔隙水属潜水，局部具承压性。主要接受赣江地表水体的侧向补给，水位及水量受季节变化控制。枯季地下水向赣江排泄，雨季接受赣江地表水的补给，水量较为丰富。本次勘察期间孔隙水初见水位埋深7.3-8.00m，

18、稳定水位埋深7.00-7.60m，稳定水位标高13.88-14.36m，承压水头0.1-3.7m，地下水年变幅可达6m左右。基岩裂隙水裂隙水主要赋在风化强烈及相对破碎的泥岩中，该含水层富水性不均一，影响因素主要有风化网状裂隙与构造节理控制的发育程度，岩性差异，裂隙（节理）多呈闭合状，一般富水性较差，该层地下水通过基岩裂隙发育段与上部孔隙水存在一定的联系，具微承压性。该含水层中的地下水对拟建工程的施工基本影响不大。场地地表水和地下水对混凝土具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。四、设计控制关键点根据拟建工程的场地的工程地质、水文地质条件、周边环境条件、基坑开挖深度、基坑规模、开挖空间等

19、因素对设计控制性关键点进行分析：1.周围环境基坑西侧为党家巷住宅区，小区内多为13层砖混结构建筑，局部建有56层混凝土结构房屋，其中距离基坑最近的一栋房屋为党家巷14号住宅楼，该建筑为5层混凝土结构房屋，距离基坑只有约7.7m，且房屋基础形式不明，由于该建筑物距离基坑较近，其荷载会之间作用于围护结构上，对基坑稳定及围护结构内力有较大影响，需采用一定强度的围护结构以承受房屋传递过来的荷载，保证基坑及建筑物的安全；党家巷住宅区沿着基坑西侧建设，此处施工空间较为狭小，因此此处不适合采用纯放坡的支护形式，以便为施工留有足够的施工空间，同时，支护结构也应具有一定的刚度，以控制地面变形，防止此处建筑不均匀

20、沉降和控制建筑物的变形。基坑西南角局部加深段开挖深度达到7.91m，开挖深度较大；基坑东侧为拟建地铁3号线区间隧道，为保证后期地铁建设时不对已建好教学楼产生影响，需在东侧采用刚性桩隔离。结合基坑周围环境情况及开挖深度，该基坑不宜采用纯放坡开挖形式。2地层分析基坑开挖深度范围内上部有3m左右的素填土，该层土自稳性能较差，基坑开挖时会产生较大的变形，甚至有滑坡的危险，因此需要支护结构具有一定的刚度以控制基坑开挖过程中的地面变形。3基坑开挖深度基坑开挖深度为5.416.01m，南侧局部加深段开挖深度达到7.91m，开挖深度较大；为保证基坑的安全和控制地面变形，围护结构需采用具有一定刚度和强度的支护结

21、构，不宜采用纯放坡开挖形式。根据以上对设计控制性关键点的分析，本基坑围护结构需具有一定的强度和刚度。五、设计方案选型及确定根据本工程周边环境情况、工程地质条件、开挖深度及放坡空间等因素综合分析，将本基坑支护分为5段进行设计，各设计剖面位置和开挖深度如下所示。鉴于本场地地面较为平整，本次设计拟以现场地地面平均标高21.5m为基坑顶标高。图5-1 计算剖面位置图支护设计分段与开挖深度一览表 表5-1分段名称剖面号分段所处位置分段长度（m)地面标高(m)基坑设计0.0（m）基坑底标高(m)基坑开挖深度(m)AB段1-1基坑南侧36.221.5821.513.597.91BC段2-2基坑西侧44.52

22、1.6721.515.496.01CD段3-3基坑北侧7321.1521.516.095.41DE段4-4基坑北侧5321.1521.1515.195.96EA段5-5基坑东侧17420.821.516.095.41根据第四节的分析，本基坑围护结构需具有一定的强度和刚度，常用的支护方法有桩锚支护、桩撑支护、地下连续墙、喷锚挂网（土钉墙）技术、钻孔灌注桩支护和SMW工法桩支护等。对各种围护结构的适用性进行如下分析：（1） 桩锚支护锚杆和围护桩结合，可以大幅度提高围护结构的刚度，有效的减小地面变形，并且相对于悬臂桩而言，桩体的内力减小，可以减小围护桩的配筋。但施工锚杆时需要基坑周围无地下障碍物。本

23、基坑北侧建有多栋住宅，其锚杆会与建筑基础冲突，锚杆无法施工，因此桩锚支护不适合本基坑。（2）桩撑支护桩撑支护施工较复杂，造价较高，施工工期较长。由于本工程工期较为紧张，因此不适合采用桩撑支护。（3）地下连续墙支护结构地下连续墙是深基坑支护的常用形式，其优点是支护结构刚度大，具有自防水能力，但造价较高，一般适用于基坑开挖深度在15m以上，对地面变形有较高要求的情况。本基坑开挖深度最深处7.91m，采用地下连续墙支护不经济。（4）喷锚挂网（土钉墙）支护结构喷锚挂网（土钉墙）支护结构施工简单，工期短，造价低，但该种支护结构为柔性支护，本身刚度较小，无法控制地面变形和沉降，考虑到基坑周围建有多栋房屋，

24、且基础形式尚不明确，因此要求支护结构具有一定刚度以控制地面变形，防止房屋不均匀沉降和开裂，喷锚挂网（土钉墙）支护结构不适合本基坑工程。（5）钻孔灌注桩支护形式钻孔灌注桩能适应各种外轮廓形状的基坑，且自身具有一定的刚度，能有效的控制地面变形和沉降，常被用于深基坑支护，且施工过程中为机械成孔，桩体的质量有保证，能够承受一定的土压力，如在灌注桩之间施工高压旋喷桩则围护结构具有自防水能力，可以用于本基坑支护。（6）SMW工法桩支护形式SMW工法桩是利用三轴搅拌桩形成连续的水泥土墙后在水泥土内按一定的间距插入型钢以增强支护结构的刚度。该支护形式能适应适应各种外轮廓形状的基坑，自身具有一定的刚度，能有效的

25、控制地面变形和沉降，且自身具有防水能力，同时SMW工法桩的造价壁钻孔灌注桩的造价底，适应于本基坑设计。考虑到本基坑开挖深度较大，采用纯悬臂的方案则地面变形较大，需在桩顶放坡以减小地面变形。综合考虑本工程基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等各种因素，支护方案初步定为如下两种方案：方案（一）：SMW工法桩+桩顶放坡的支护形式。基坑支护采用SMW工法桩作为围护桩，工法桩采用850600的三轴搅拌桩，内插HW7003001324型钢，钢材等级为Q235-B，由于基坑开挖深度较大，采用纯悬臂的形式地面变形较大（通过试算，地面变形为4050mm），为控制地面变形，在桩顶采用

26、1：1.25坡度放坡以减小土压力，坡高2m，考虑到基坑北侧局部建有围墙，围墙至地下室变形只有3m，为保证施工顺利进行，3-3剖面的CD段桩顶坡度为1：0.5。同时，在基坑开挖深度较大的AB，BC，DE段型钢间距为0.6m以提高围护结构的刚度，在CD段型钢间距为1.2m。由于基坑东侧邻近地铁3号线区间隧道，此处的SMW工法桩在本基坑施工时作为围护桩使用，在3号线区间施工时作为区间隧道的隔离桩使用。方案（二）：采用钻孔灌注桩+高压旋喷桩桩间止水的方案；方案二基坑支护结构采用8001000机械钻孔桩，钻孔灌注桩混凝土强度等级为C30，主筋和箍筋强度等级为HRB400，用6001000的二重管旋喷加固

27、桩间土，在桩顶采用放坡以减小土压力和减小地面变形，桩顶放坡的坡度和坡高同方案一。基坑东侧采用10001200钻孔灌注桩作为隔离桩。方案一和方案二均采用挂网喷射混凝土护坡，喷射混凝土强度等级为C20，挂网钢筋为8200。在坡顶和桩底均设截水沟。方案一和方案二采用相同的桩长，针对AB、BC、CD、DE、EA段进行围护结构分析对比，两种方案计算结果如下： 方案一和方案二围护结构计算对比 表5-2AB段BC段CD段DE段EA段方案一方案二方案一方案二方案一方案二方案一方案二方案一方案二整体稳定性系数1.9591.8291.9911.9852.0812.1222.6472.6382.1901.818抗隆

28、起系数26.6426.64028.50828.50828.46628.3061.5111.530.19629.727抗倾覆安全系数1.3641.2341.3021.2931.3331.20640.57940.5791.6221.210水平位移21.7125.4829.6533.5627.3723.5729.8631.1523.5425.73从以上计算分析可知，AB，BC，DE、EA段采用SMW工法桩的方案一的整体稳定性系数、抗抗倾覆安全系数大于采用钻孔灌注桩的方案二，且围护结构的水平位移SMW工法桩方案要小于钻孔灌注桩方案，只是采用插一隔一的CD段方案二具有更高的稳定性和更大的刚度。考虑到CD段方案一稳定性均能满足规范要求，位移也较小，认为方案一总体上优于方案二。对方案二中的钻孔灌注桩进行配筋计算，计算结果如下表所示： 钻孔桩配筋表 表5-3主筋箍筋AB段计算面积（mm2）25011000实配面积（mm2）30411131实配钢筋82212200BC段计算面积（mm2）31011000实配面积（mm2）3801