人防地下室土方开挖及围护方案

1某工大教师公寓防空地下室工程土方开挖、基抗支护及降水方案第一部分、综合说明一、工程概况地下车库设计以地上一层室内地坪为±0.000，相对的绝对标高根据现场情况自定。自然地面高程（相对高程）在155m上下，地下室底板结构形式为墙下条基、独立柱基、底板，底板开挖深度约为自然地面下4.5m，局部集水坑处达到5.3m。工程场地地下水类型为上层滞水，稳定水位在自然地面下2.85~5.10m，标准冻深1.40m。地下水补给源主要为大气降水及邻近场地补给，粉土层为主要含水层。二、工程地质条件根据某某市建筑设计研究院提供的《岩土工程勘察报告》，地下车库位的剖面，基坑开挖影响范围内的土层分布如下：①耕表土：黄褐色，稍湿，物质成分主要为粉土及砂等。松散。含植物根系。厚0.90~1.10米，平均厚：1.00米。②粉土：黄色，稍湿至很湿，中密。摇震反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。局部底层含有细砂及残积土。层底埋深2.30~2.80米，厚1.40~1.90米，平均厚：1.58米。③强风化砂页岩：黄绿色，砂页岩互层状分布，表层风化强烈，呈硬塑粘土状。岩体风化裂隙发育，裂隙中有大量松散充填物。随着深度的增加，风化强度逐渐减弱，岩体呈碎块状。本层最大探深为8.80米。本基坑开挖深度座落在③强风化砂页岩土层。含水层在地表下2.80~5.10m。地下水补给源主要为大气降水及邻近场地补给。粉土层为主要含水层，渗透系数参考值：粉土：K=1m/d。场地地层承载力特征值、变形模量及有关的岩土参数如下：粉土：承载力特征值fak=170KPa；Es=5.47MPa；r=17.7KN/m3；强风化砂页岩：承载力特征值fak=260KPa；E0=19.0MPa；场地土类型为中硬土，建筑场地类别为Ⅱ类。2粉土层物理指标中含水量w=15.1%；密度ρ=18.1KN/m3。从以上参数分析，土的压缩模量Es=5.47MPa，属中等压缩性土；粉土层为主要含水层，其含水量为w=15.1%，低于常见的20%，含水量偏低。另外依据施工现场5月10日至12日在距车库附近挖的两个取水井查看，含水层距自然地面向下约4m开始出水，且补水较慢，约1.3m3/小时。三、工程结构特点本工程为地下一层，建筑结构形式为框架，设计使用年限为50年，抗震设防烈度为6度，建筑埋深4.5米，耐火等级为一级，防化等级为丙级，人防地下室类别为甲类，抗力级别为防核武器6级，防常规武器6级。使用功能为平时为小型车停车库，战时为二等人员掩蔽所。平时停车数量为小型车110台，战时掩蔽人数为2400人。地下室层高3.6米。本工程基础为钢筋混凝土独立柱基及钢筋混凝土条形基础，持力层为3层土，均为强风化砂页岩。其中独立柱基基础面比基础底板底面低500mm，墙下条基基础面比底板底面低300。局部集水坑处下降1米。地下室底板厚300mm，外墙板厚300mm，地下室底板、顶板及侧墙采用密实防水混凝土，抗渗等级S6。混凝土强度等级均为C30。四、编制依据本方案编制主要依据：招标文件、施工合同及图纸；现行规范、规程以及现场实际情况。主要规范、规程有参考资料如下：《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2001）《辽宁省地方标准建筑安装工程施工技术操作规程基坑支护、土方开挖与爆破工程》（DB21/900.1-2005J10514-2005）《建筑施工手册》（第四版）《建筑基坑支护》（中国建筑工业出版社）3《土力学地基与基础》（武汉工业大学出版社）五、总体施工部署1、质量目标根据施工合同要求，确保市优质样板工程。分项隐蔽工程验收一次合格率100%，优良率90%。竣工验收一次合格率100%，优良率90%。2、工期目标根据本工程《施工组织设计》基坑开挖总工期为20天，开工日期按业主要求。因开工日期未定，暂按6月7日为开始日期，待开工日期确定做相应调整。工期控制点如下表施工分项名称施工日期天数第一层土方开挖（挖至含水层面以上300mm，挖深约为3.5米）6月7日至9日3天设明沟、集水井抽水6月10日至11日2天第二层土方开挖（挖至基础底面以上200mm，挖深约1米）6月12日至13日2天设明沟、集水井抽水6月14日至15日2天第三层土方开挖（小钩机开挖柱基、集水坑及墙基部分）6月16日至17日2天人工清底（小钩机配合）6月18日至26日8天3、安全文明施工目标现场施工期间，现场安全文明达到市“安全文明标化工地”标准。4、施工部署本工程采用放坡开挖，明沟降水，场内预计设10个降水集水坑，集水坑除设在施工地下室内井坑边附近外，其它设置在转角处。第二层土开挖前，根4据降水观测情况，满足开挖条件后，开始由东向西的行走方向开挖。本工程土方开挖分四步开挖，每步开挖完毕随后进行人工修坡。5、拟投入的主要施工机械设备表1-1拟投入的主要施工机械设备表序号设备或设备名称型号规格数量额定功率生产能力备注1污水泵40WQ7-15-1.1101.17m3/h新购2搅拌机JZC35017.5完好3电焊机BX-300132完好4切割机J3G4-10011.5完好5挖掘机CAT320L2完好6自卸卡车斯太尔10台完好7装载机1台完好896、主要劳动力计划表1-2劳动力计划工种按施工阶段投入劳动力情况施工降水土方开挖边坡普通工888放线工222机具工22司机2122电工222维修工2225第二部分、土方开挖方案一、施工准备1、工程投入的主要物资该分项工程主要投入水泵、水管、配电箱、电缆线、方木、木板、红砖、水泥、砂、铁锨、扫帚等物资，其数量及进场时间根据现场施工情况配备。2、拟投入的机械设备如表1-1。3、拟投入劳动力如表1-2。二、施工方法1、设备进场前，按甲方给定的地下室6个外墙边线控制点测设施工放线控制点和高程水准点。根据图纸及现场实际情况，该工程基坑较深，基坑四面均采用放坡开挖。2、本工程基坑支护工程是临时性工程，因此安全与经济的平衡是尤其重要的，不能为了安全而忽略经济，更不能为了经济而忽略安全。本工程支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重，安全等级为三级。根据本工程地质条件、周边情况、地下结构开挖深度情况，本基坑全部采用放坡开挖。基坑采用放坡开挖是最经济、有效的方式，放坡坡度经计算确定。本工程基坑开挖深度约h=4.5米，地基土的天然重度r=18.1KN/m3，内摩擦角φ=15°，粘聚力c=12KPa。N=c/rh=12/(4.5*18.1)=0.14查下图中的φ=15°的曲线，可得坡角β=65°41′，故基坑开挖时稳定的边坡坡度为1：0.47。（此图表及计算参考《土力学地基与基础》第110页计算所得。）6图2—1粘性土简单土坡计算图考虑土压力、静水压力、渗流压力、地面超载、施工荷载等影响，开挖坡度偏安全取1：1，即45°坡角放坡；且靠主路边坡坡面依据开挖后土质情况抹50mm厚C10砼防护坡面。本工程场地内属粘性土，现按费兰纽斯提出的土坡稳定性的圆弧滑动分析法——条分法进行基坑整体稳定性分析。工程上一般认为稳定安全系数K≥1.2时，边坡是安全的。（此计算参考《土力学地基与基础》第108、109页计算）为简化计算工作量，根据试算经验，最危险的圆弧滑动面按下述近似方法求得（图2—2）7图2-2最危险滑弧圆心的确定分别在B、C两点作角α、β（查《土力学地基与基础》第109页表5—4），并求得交点，此点可作为内摩擦角为φ=0时圆弧滑动面的圆心位置，由坡脚A点铅垂向下一倍h处，再水平向右4.5h处得点D。当φ＞0时，圆心在D0的延长线0点上方附近位置。分别作圆心01、02、03……的圆弧滑动面，并计算相应的稳定安全系数K1、K2、K3……，取最小Ki值的圆心（如图2-2中02点）作D0线的垂线，并在此垂线上再分别取圆心01′、02′、03′、……，并计算相应的K1′、K2′、K3′……。则取Kmin′所对应的圆心（例图2-2中02′点）作出滑动面即为最危险的圆弧滑动面。具体分析计算步骤如下：（1）按比例绘制土坡剖面图（图2-3），假设滑弧通过坡脚A。（2）按图2-2方法确定内摩擦角为φ=0时圆弧滑动面的圆心位置。本工程地质勘察报告未给出内磨擦角，本计算依据《土力学地基与基础》一书，假定内磨擦角φ=15°。（3）将滑动土体ABC竖直分成宽度相等的若干土条并编号。编号时可以圆心O的铅垂线为0条，图中向右为正，向左为负。为使计算方便，本计算取分条宽度b=R/10，则sinβ1=0.1，sinβ2=0.2，sinβn=0.n，sinβ-n=-0.n等。（4）计算每一土条重力Wi，Wi=γbihi(hi为计算土条的平均高度)，略去土条间的作用力，则其分力为：切向力Ti=wisinβi，法向力Ni=Wicosβi8（5）各土条对圆心的滑动力矩为niiRT1（6）各土条对圆心的抗滑力矩包括如下两部分：由Ni引起的摩擦力对圆心的抗滑力矩为niiniiRtgNRT11`由粘聚力c产生的抗滑力矩为niiRlc1由此可得稳定系数：niiiniiniiiWlctgWK111sincos式中——土的内摩擦角标准值（度）；本计算取15°βi——土条弧面的切线与水平线的夹角（度）；c——粘聚力标准值（kPa）；本工程根据土质情况取c=12KPa。△li——土条的弧面长度（m）；9Wi——土条的重力标准值（kN），Wi=γbihi；bi——土条宽度（m）；hi——土条中心高度（m）。10计算部分放大图由上图计算（数据由CAD软件内实测得出长度、面积等数据，土的天然重度γ=181kN/m3。）K1=niiiniiniiiWlctgWK111sincos=[(-18.1×0.809×0.522×cos10°+18.1×1.374×0.809×cos3°+18.1×0.809×2.204×cos3°+18.1×0.809×2.882×cos10°+18.1×0.809×3.551×cos17°+18.1×0.809×4.059×cos25°+18.1×0.809×3.617×cos32°+18.1×0.809×3.009×cos41°+18.1×0.809×2.16×cos51°+18.1×0.809×0.832×11cos64°)×0.2679+(12×86/360×2×3.1415926×6.815)]÷(-18.1×0.809×0.522×sin10°+18.1×1.374×0.809×sin3°+18.1×0.809×2.204×sin3°+18.1×0.809×2.882×sin10°+18.1×0.809×3.551×sin17°+18.1×0.809×4.059×sin25°+18.1×0.809×3.617×sin32°+18.1×0.809×3.009×sin41°+18.1×0.809×2.16×sin51°+18.1×0.809×0.832×sin64°)=416.108452÷141.5655072=2.939由计算结果看，稳定安全系数K=2.939远大于1.2，虽不是最小边坡稳定系数，但与最小稳定系相差不会大于1，所以从这个结果分析，边坡处于相对稳定状态，边坡土体向下滑动使边坡失稳的可能性极小。需要注意的是，实测滑动圆弧距基坑边为3.5米，实际施工过程中，基坑边3.5米范围内不允许有长期堆载，靠主要道路边坡会经常有动载（汽车路过等情况），考虑对靠主路的边坡作50mm厚C10素混凝土保护，边坡稳定性分析计算到此为止。3、土方开挖按先排水后开挖的原则进行。结合现场施工机具，劳动力等资源配置情况，地下室采用分层开挖的方式开挖。土方开挖前，以下事项必须落实，方可开挖。（1）