支护结构设计及施工（DOC81页）

一般设设计部分1工程地质及水文地质资料1.1工程概况及工程地质1.1.1工程地质南京地铁珠江路综合楼工程位于中山路吉兆营路路口东南角，占地面积南北长约70m，东西宽约50m。综合楼主楼26层，高约100m，采用钢结构体系；裙楼高6层，采用框架结构体系。综合楼设三层地下室，基坑开挖深度分为17.86m。本工程地质条件与珠江路车站北段基本类似，地面实测标高在10.46m左右。建址范围内自上向下土层构成分别为：（1）①杂填土：褐黄色，松散～稍密，由碎砖、碎石及粉质粘土混填；（2）①-2b2-3素填土：褐黄～褐灰色，软～可塑，主要由粉质粘土填积，夹少量碎砖；（3）②-1b3粉质粘土：灰黄～褐灰色，软塑，局部夹粉土；（4）②-2b3-4粉质粘土：灰色，软～流塑，夹淤泥质粘土；（5）③-1-1b1-2粉质粘土：灰黄～绿灰色，可～硬塑；（6）③-1-1b2粉质粘土：灰黄～褐黄色，可塑；（7）③-1-2b3-4粉质粘土：褐黄～褐灰，软～流塑；（8）③-2-1b2-3粉质粘土：褐黄～褐灰，可～软塑；（9）③-2-2b3-4粉质粘土：褐灰～灰色，软～流塑，夹薄层粉砂；(10)③-3-1b2粉质粘土：褐灰～灰色，可塑；(11)③-3-2b2粉质粘土：灰黄～绿灰色，可塑，夹少量粉细砂及卵砾石；(12）③-3-3d2中粗砂：灰～灰黄色，中密，局部分布；(13)③-4e粉质粘土混粗砂卵砾石：灰黄色～紫红色，可塑，卵砾石含量一般为5～30％，粒径1～8cm，局部含量达60％，粒径大于10cm。1.1.2水文地质场区内地下水主要为浅层孔隙潜水和微承压水。浅层孔隙潜水直接由大气降水和地表水的渗入补给，地下水位埋深约1.0～1.4米。我们取地下水位为1米，高程为9.46米。深层微承压水主要分布在第③-3-3d2层2.0m厚的粗砂混砾石土层中，地下水位埋深约32m左右。该层地下水的补给来源和径流条件较复杂。场地内水的渗透性较差，在4.5m厚的第③-1-2b3-4层粉质粘土（夹薄层状粉砂）中，水平渗透系数为12.1×10-7cm/s，垂直渗透系数为59×10-7cm/s，此层降水后可较大幅度提高土体强度，减少基坑位移。1.2工程周围环境根据《基坑工程手册》，在大中城市建筑物稠密地区进行基坑工程施工，宜对下述内容进行调查：(1)周围建(构)筑物的分布，及其与基坑边线的距离，(2)周围建(构)筑物的上部结构型式、基础结构及埋深、有无桩基和对沉降差异的敏感程度，需要时要收集和参阅有关的设计图纸，(3)周围建筑物是否属于历史文物或近代优秀建筑，或对使用有待殊严格的要求；(4)如周围建(构)筑物在基坑开挖之前已经存在倾斜、裂缝、使用不正常等情况通过拍片、绘图等手段收集有关资料。必要时要请有资质的单位事先进行分析鉴定。本工程建址为一块已拆迁的空地，南侧为同仁大厦的附属建筑，该建筑结构为6层钢筋混凝土框架结构，其地下室边墙距离车站东边墙约8m，基础为30m深的450×450静压预制桩。东侧为同仁宾馆，该建筑为7层框架结构，片筏基础，柱下450×450静压预制桩，深度24m。在吉兆营路的北侧，有二幢省电力建设公司的砖混结构多层房屋，其中一幢为7层，1幢为4层，均为条形基础，结构较差。两幢建筑距基坑北边线12.5m。中山路下有若干地下市政管线，与本工程关系密切的是下水1050、电力380V和电信排管，这些管线由于地铁施工的需要目前正在搬迁中。吉兆营路目前正在拓宽，拟作为中山路翻交后的非机动车绕行道路。因此，地面超载取为202/KNm。2设计依据和设计标准2.1基坑工程设计依据1)《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120－99)2)《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）3)《地基与基础工程施工及验收规范》（GBJ202－83）4)《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2002）5)《地基处理技术规范》（DBJ08－40－94）6)《地铁基础工程施工规程》（SZ－08－2000）7)《基坑工程设计规程》（DBJ08－61－97）8)《简明深基坑工程设计施工手册》9)《基坑工程手册》2.2基坑工程等级确定在基坑方案总体设计中,必须根据周围环境要求、工程功能要求等制定出安全而合理的设计标准。按深基坑工程已有工程经验，根据周围环境保护要求，将基坑变形控制标准分为四个等级如下表2-1表2-1：基坑变形控制保护等级标准保护等级地面最大沉降量及围护墙水平移控制要求环境保护要求特级1.地面最大沉降量≤0.1℅H；2.围护墙最大水平位移≤0.14℅H；3.K≥2.2离基坑10m，周围有地铁，共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施必须确保安全一级1.地面最大沉降量≤0.2℅H；2.围护墙最大水平位移≤0.3H；3.K≥2.0离基坑周围H范围内设有重要干线、水管、大型在使用的构筑物、建筑物二级1.地面最大沉降量≤0.5℅H；2.围护墙最大水平位移≤0.7℅H；3.K≥1.5在基坑周围H范围内设有较重要支线管线和一般建筑、设施三级1.地面最大沉降量≤1℅H；2.围护墙最大水平位移≤1.4℅H；3.K≥1.2在基坑周围30m范围内设有需保护建筑设施和管线构筑物注：H为基坑开挖深度，在17m左右，K为抗隆起安全系数，按圆弧滑动公式算出。根据以上标准，该工程等级可以确定为二级。2.3基坑设计控制原则1)全面响应招标文件，严格遵守招标文件的各项条款。2)采用先进、成熟、有效、切实可行的施工方案，确保在业主要求工期内，安全、优质、高效、低耗地完成本标段施工任务。3)充分考虑本标段工程特点和周边施工环境，最大限度地降低工程施工对城市秩序、环境卫生、市容市貌、地面交通、既有设施安全及市民正常生活带来的不利影响。4)严格贯彻“安全第一”的原则；采用监控量测措施和信息反馈系统指导施工，确保施工安全、环境安全及周边建筑物安全。5)确保工程质量和工期。6)文明施工和环境保护达到沈阳市政府及业主的要求。7)坚持优化技术方案和推广应用“四新”成果，加强科技创新和技术攻关，应用新技术、新材料、新工艺、新设备，确保工程全面创优。8)加强施工管理，提高生产效率，降低工程造价。3基坑维护方案设计3.1支护体系的组成当基坑工程的土方开挖、采用有支护开挖方式时，在基坑土方开挖之前则需先施工支护体系。支护体系按其工作机理和材料特性，分为水泥土挡墙体系、排桩和板墙式支护体系和边坡稳定式三类。水泥土挡墙体系，依靠其本身的自重和刚度保护坑壁，一般不设支撑，特殊情况下经采取措施后亦可局部加设支撑。排桩和板墙式支护体系，通常由围护堵、支撑(或土层诺杆)及防渗旅幕等组成。3.2几种常见支护体系在基坑支护中，实际上多采用以下四种方法，根据工程水文地质及工程安全等级、周围环境等各方面的要求，对以下四种支护方式进行具体的分析，从而选出最适合于本工程施工的一种支护方式。3.2.1深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙的优点：由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济。其缺点首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时。为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。一般情况下，当红线位置和周围环境允许，基坑深度＜7m，在软土地区应优先考虑采用之。3.2.2槽钢钢板桩这是一种简易的钢板校园护墙，由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6—8m，型号由计算确定。打人地下后顶部近地面处设一道拉锚或支撑。由于搭接处不严密，一般不能完全止水。如地下水位高，需要时可用轻型井点降低地下水位。一般只用于一些小型工程。钢板桩的优点是材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而且简便；有一定的挡水能力(小趾口音挡水能力更好)；可多次重复使用；一般费用较低。其缺点是一般的钢板桩刚度不够大，用于较深的基坑时支撑(或拉锚)工作量大，否则变形较大；在透水性较好的土层中不能完全挡水；拔除时易带土，如处理不当会引起土层移动，可能危害周围的环境。由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m的基坑。3.2.3地下连续墙地下连续墙是于基坑开挖之前，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖深槽，然后下钢筋笼浇筑混凝土形成的地下土中的混凝土墙。地下连续墙用作围护墙有厂述优点：(1)施工时振动少、噪声低，可减少对周围环境的影响，能紧邻建筑物和地下管线施(2)地下连续墙刚度大、整体性好、变形相对较小，可用于深基坑；(3)地下连续墙为连续整体结构，施工时处理好接头部怔，能有较好的抗渗止水作用地下连续墙有如下的缺点：如单独用作围护堵成本较高；施工时需泥浆护壁，泥浆要妥善处理，否则影响环境。当基坑深度大，周围环境复杂井要求严格时，往往首先考虑采用。3.2.4SMW工法(劲性水泥土搅拌桩法)SMW工法为日本的叫法，国内亦称劲性水泥土搅拌校法，即在水泥土搅拌桩内插入H型钢等(多数为H型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等)，将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护培。坑深大时亦可加设支撑。从我国目前的设计施工水平看，SMW工法围护墙在软土地区用于两层地下室的基坑工程(深度8—10m)完全是可以的，上海东方明珠二期工程用于10.7m基坑。如果用后能将H型钢拔出回收，则经济效益显著。3.3方案对比分析及选择对于深层搅拌水泥土围护墙，由于基坑开挖深度达到17.86米,坑内无支撑肯定达不到安全施工的要求。同时基坑长度过大，达到71.06米，为此要采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移，所以施工比较复杂。其次是由于其厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要影响周围环境。该工程两侧都有建筑物，可施工的空间有限。因此此工法在此不可应用。对于槽钢钢板桩，由于搭接处不严密，一般不能完全止水。且一般的钢板桩刚度不够大，用于较深的基坑（本工程17.86m）时支撑(或拉锚)工作量大，变形较大；且由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m的基坑。对于本工程，显然不合要求，故放弃此支护方案。对于地下连续墙和SMW(劲性水泥土搅拌桩法)，是深基坑支护方式最常用的几种方法之一，在此工程中两种方法都可以应用。但是考虑到环境和造价要求，我认为还是优先使用SMW(劲性水泥土搅拌桩法)工法进行施工。因为该工程南侧为同仁大厦的附属建筑，东侧为同仁宾馆，在吉兆营路的北侧，有二幢省电力建设公司的砖混结构多层房屋，两幢建筑距基坑北边线12.5m，由于地下连续墙施工对环境的要求和破坏都很大，同时由于该工程开挖深度深，基坑长，如果采用地下连续墙施工的话，那么工程造价势必会提高很多。所以采用SMW工法较为合理。具体参数如下。3.3.1型钢选择SMW工法中，由于内插型钢，不需要配筋。选用ttbhw1取HW394*398*18*11H型钢，型钢截面见图3-1。图3-1型钢示意图3.3.2水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩桩机钻孔直径为800mm，孔轴间距为600mm，且水泥搅拌桩选择w=394mm，t=600mm，见图3-2。4基坑支撑方案设计4.1支撑结构类型根据《基坑工程手册》，对于深度较大的基坑，为使围护堵经济合理和受力后变形的控制在一定范围内，都需沿围护墙竖向增设文承点，以减小跨度。如在坑内对围护墙加设支承称为内文撑；如在坑外对围护墙拉设支承，则称拉锚(土锚)。内支撑受力合理、安全可靠、易于控制图护墙的变形但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。用土锚拉结围护墙，坑内施工无任何阻挡，但于软土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定长度，在建筑物密集地区如超出红线油需专门申请，否则是不允许的。一般情况下，在土质好的地区，如具备锚杆施工设备和技术，应发展土锚；在软土地区为便于控制围护墙的变形，应以内支撑为主。支护结构的内支撑，按材料分，可分为钢支撑和钢筋混凝土支撑两类。钢支撑的优点是安装和拆除速度较快，能尽快