XXXX-7-5中山医院基坑围护(钢支撑体系)计算报告及部分

中山医院手术室楼及地下车库工程基坑围护设计方案计算报告同济大学建筑设计研究院2006年5月10日第1页1．工程概况..........................................................................................................12．工程地质概况..................................................................................................12.1地形地貌......................................................................................................12.2地基土的构成及特征..................................................................................22.3地下水..........................................................................................................22.4基坑设计各层土的主要力学指标(C2孔)..................................................23设计依据.................................................................................................................23.1设计依据及使用规范..................................................................................24支护方案简介.........................................................................................................34.1本工程的特点..............................................................................................34.2基坑支护结构方案的设计思路..................................................................35计算理论.................................................................................................................45.1基坑稳定性计算理论..................................................................................45.2墙体内力与变形计算的杆系有限元计算理论..........................................55.3支撑体系内力与变形计算的平面框架静力计算......................................66主要计算结果.........................................................................................................66.1基坑稳定性计算..........................................................................................66.2围护墙内力计算..........................................................................................66.2.1使用SMW工法围护部分................................................................76.2.2使用地下连续墙围护部分..............................................................156.3平面框架有限元计算分析........................................................................186.4构件强度验算和配筋计算........................................................................24第1页1．工程概况拟建中山医院手术室楼及地下车库工程位于中山医院内，东临枫林路。该拟建工程由1幢5－6层（局部4及7层）手术室楼、1座独立地下车库及其他附属设施等组成，手术室楼下设有两层地下室，框架结构，拟采用桩基础型式。基坑呈手枪形，手术楼部分南北长约74m，东西方向宽约26m；地下车库部分东西长约40米，南北宽20米。基坑占地面积约为2970m2，围护结构总周长约为294m。整个地块周边环境如下：手术楼部分基坑东侧距离道路红线3.04米，北侧基坑距离临近建筑约6米；地下车库部分基坑北侧距离临近建筑约3.5米，南侧距离临近建筑约3.15，西侧距离临近建筑约4.6米。周边建筑主要有：北侧有二层和三层混凝土建筑各一座，西侧有二层混凝土建筑一座，地下车库部分南侧为中山医院外科大楼，为16层混凝土结构。详见基坑总平面图。2．工程地质概况根据上海地矿工程勘察有限公司提供的岩土工程勘察报告（勘察编号：06020）本场地的地质条件如下。2.1地形地貌勘察期间，场地内大部分为空地，部分建筑尚未完全拆除，除局部地势较低外其天然地形基本平坦。实测勘察点地面标高在4.20~3.46m之间，高差0.74m。勘探前，设计时取3.80m。场地地貌单元属滨海平原型地貌类型。第2页2.2地基土的构成及特征场地岩土层分布自上而下依次为：①填土：平均层厚约2.14m；②粉质粘土：褐黄色，流塑，平均层厚1.24m。③淤泥质粉质粘土：灰黄色，流塑，平均层厚0.91m；④淤泥质粘土：灰色，流塑，平均层厚4.43m。⑤1-1粘土：灰色，平均层厚7.43m。⑤1-2粘土：平均层厚6.98m。2.3地下水根据场地地层结构，场地有潜水和承压水。浅部水位一般埋深在0.3～1.5m范围内,年平均地下水水位埋深0.5～0.7m。本工程基坑开挖深度为8.75~10.7m，基坑底部以下的土层为④、⑤1-1及⑤1-2层，均属于隔水层。2.4基坑设计各层土的主要力学指标(C2孔)根据地质报告，基坑围护范围内各土层的主要力学指标如下表：土层序号及名称厚度(m)固快标准值重度(kN/m3)渗透系数K(cm/sec)C(kPa)()Kv(10-7cm/sec)Kh(10-6cm/sec)①填土2.14②1褐黄粘土1.24221818.44.087.76②2灰黄色淤泥质粉质粘土0.911418.517.66.202.47③灰色淤泥质粉质粘土4.43111917.18.006.29④灰色淤泥质粘土7.431011.516.53.084.45⑤1-1灰色粘土6.981414.517.33.157.933设计依据3.1设计依据及使用规范第3页(1)上海地矿工程勘察有限公司提供的《中山医院手术楼及地下车库工程岩土工程勘察报告(勘察编号：06020)》(2)上海市标准《基坑工程设计规程》DB08-61-97。(3)上海市工程建设规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999。(4)中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)；(5)中华人民共和国国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17-88)；4支护方案简介4.1本工程的特点(1)周边环境要求严格：周边建筑距离基坑边线最近处约3m，且基坑北侧有一座上海市保护建筑，地下车库南侧外科大楼地下室放置有精密医学仪器设备，对变形非常敏感。(2)地下连续墙按“二墙合一”要求设计。4.2基坑支护结构方案的设计思路根据不同的位置及实际挖深情况，工法的布置形式有所不同。具体详述如下：(1)围护墙结构：手术楼部分，相对来说，周边环境比较宽松些，基坑挖深8.75~10.25米，采用850SMW工法搅拌桩，内插H700×300×13×24型钢，型钢间距为600，一般采用隔一插二形式。型钢插入坑底以下9~11m。对于坑内分布的局部落水井等落深区域，其对应的工法搅拌桩及H型钢相应加长。地下车库部分，由第4页于周边环境对变形控制要求较高，采用地下连续墙围护方式。基坑挖深10.7米，采用800厚21.7米深地下连续墙。(2)支撑体系：采用两道609×16钢管支撑，支撑布置形式采用角撑加对撑形式，支撑连杆形式采用H400×400型钢，其中第一道支撑中心标高为地面以下1.6m；第二道支撑中心标高为地面以下6.6m。对于较长的支撑杆见，需设置立柱作为竖向受力、平衡杆件。同时也是为了减少支撑的长细比，确保支撑的有效承载力。地下车库部分采用截面尺寸为1000×800的钢筋混凝土顶圈梁和双拼H400×400型钢的围檩，手术楼部分采用截面尺寸为1200×800的钢筋混凝土顶圈梁和双拼H700×300×13×24型钢围檩。(3)围护墙内边线距离结构外墙(地下连续墙除外)距离为1m。(4)地下连续墙搭接处采用旋喷法注浆密封止水。(5)选取部分第一道支撑兼作土方施工栈桥，如此即可节省栈桥费用，又可加快土方开挖进度，具体与施工单位商量后确定其布置。(6)换撑处理：当楼板(包括底板)达到设计要求的强度时，需要考虑拆除支撑。支撑拆除前必须考虑换撑措施，使墙体荷载通过换撑传至主体结构上。本工程采用楼板作为换撑。换撑施工必须根据主体结构要求并结合支撑受力进行安排。5计算理论计算内容包括：基坑的抗滑移稳定性、抗隆起稳定性和抗倾覆稳定性计算；围护墙的内力和变形计算；支撑体系的内力和变形计算；周边环境变形预测。5.1基坑稳定性计算理论第5页基坑抗隆起稳定性是基于普朗特等(Prandtl-Reissner)公式和太沙基公式。5.2墙体内力与变形计算的杆系有限元计算理论围护墙施工阶段沿基坑周边取单位长度采用杆系有限元法计算。地层对墙体的作用采用等效弹簧进行模拟。围护墙划分为梁单元，支撑为仅承受轴力的杆单元，考虑各施工阶段施工参数变化、墙体位移的影响，满足强度及变形控制的安全稳定性要求。围护结构开挖阶段计算时累加结构的前一施工步的位移值以及支撑的变形，按“先变形、后支撑”的原则进行结构分析，并计算主体结构回筑阶段(即换撑阶段)各工况的内力组合，最终的位移各阶段之累计值。计算假定如下：土压力计算理论采用朗金土压力理论，c、值取固结快剪峰值标准值，采用水土合算；地面超载取为20kN/m2；侧向基床系数取值计算简图如下：以下。以内线性变化；，m5,m/kN10000m5m/kN10000~033hk以下。以内线性变化；，m5,m/kN10000m5m/kN10000~033hk第6页地墙内力和变形计算图式5.3支撑体系内力与变形计算的平面框架静力计算支撑体系(支撑+围檩)组成了一个水平放置的框架，假定围护墙传来的荷载均布地作用在其上。采用结构力学方法即可以求算支撑内力和变形。6主要计算结果6.1基坑稳定性计算对围护结构稳定性进行验算，按一级基坑考虑，计算结果如下：验算项目墙底抗隆起验算坑底抗隆起验算抗渗抗倾覆规