土木工程深基坑开挖施工方案设计.doc

'本科生课程设计课程：土木工程施工题目：深基坑开挖施工方案课程设计学院建筑工程学院年级、专业12级土木二班姓名李朋朋指导教师张文江2015年7月5日 一、工程概述1、工程概况珍珠泉大厦位于济南市珍珠泉南侧，主楼为14层，高度为46m;裙楼为6层，均采用框架结构，建筑面积36000。需设计的为深基坑工程，该结构基础为东西方向长76m，南北方向长57m的混凝土筏板基础，其基础底面标高为-11.3m，基础板厚为1.8m。主楼地下2层，地下室总高度为6m，筏板基础,尺寸为76×57m。室外地面标高为0.5m,基坑开挖深度为9m。基坑平面布置图2.周边环境状况说明 南侧距泉城路12m，西侧紧邻某5层住宅楼，基坑距建筑物外墙最远处为19m，最近处为14m;距建筑物外侧围墙最远处为12m，且该住宅楼北侧有一平房距基坑仅为8m，基坑安全等级按二级考虑，基坑周围地表均布荷载按25kPa考虑。3.工程地质情况该场地地层自上而下依次为:①杂填土:成分为粉质粘土、灰渣及碎砖、瓦片等，结构松散;②淤泥质粉质粘土:灰黑色，软塑~流塑，饱和;③粘土:棕红~褐色，可塑~硬塑，含少量姜石;④残积土:灰绿色，可塑~硬塑，中密，很湿，为闪长岩风化。土层物理性质指标见下表：表1.1土层主要物理力学指标土层土层名称①填土618.0128.0②淤泥质粉质粘土117.41.379.5③粘土318.89.7307.4④残积土1017.35.721.49.24.水文地质条件地下水位距天然地坪仅为1.4m，且基坑要经过整个雨季后才能回填。二、设计依据说明（1）《珍珠泉大厦岩土工程勘察报告》（2）《珍珠泉大厦施工图设计》（3）《济南市珍珠泉地区建筑深基坑支护技术规范》（4）《建筑基坑支护技术规程》 （4）《混凝土结构设计规范》（5）《建筑结构荷载规范》三、施工控制网的测设1.布网原则平面控制网应先从整体考虑，遵循先整体、后局部，高精度控制低精度的原则。2.施工控制网的测设（1）控制点引测利用规划给定现场坐标点引测出多个固定平面控制网，基坑开挖前在基坑外设置4个坐标位置控制布点，要求埋深1.5米,各布点保证通视，控制网点用全站仪进行投测，用混凝土浇注并以钢柱作标记,并将坐标桩设在便于观测又不易遭到破坏地方加以固定、保护，并测定高程作为工程定位放线依据，精度限差要求如下表：等级导线长度平均边长测角误差方位角闭合差导线相对闭合差二等1.0(km)200(m)±10(″)±20(″)1/10000（2）控制网布设依据场内导线控制点，沿距建筑物基坑边坡线约2米远位置测设各轴线方向控制基准点，埋设外控基准点，要求埋深0.5m，并浇注混凝土稳固。要求所有栋号的控制桩点(含坐标控制点及高程控制点)设置在便于观测且不易产生位移的控制面上，控制桩均为混凝土墩埋地设置，混凝土墩截面为200mm×200mm，深度不小于800mm。控制面上用红漆对轴线及高程等进行标示。 （3）控制网加密和施工放线根据平面控制坐标点以及建筑总平面图中各幢号角点标注坐标进行放线。方法是，先按建筑总平面图坐标，计算出各幢楼在总图上的坐标，再根据该点处的坐标和测设的场地控制网，将全站仪架在坐标控制点上，定出各幢楼的坐标。垫层施工完成后，进行控制网加密，各轴线交点要以红三角作标记，要求轴线间距、线垂直角必须符合规范要求。（4）轴线控制网的精度等级根据《工程测量规范》要求控制网的技术指标必须符合下表的规定。等级测角中误差(″)边长相对中误差二级±121/15000（5）建筑坐标系的建立为便于施工中测量数据计算，需要建立建筑坐标系。场地整平应设10×10m或20×20m方格网，在各方格点上做好控制桩，并测出各标桩处的自然地形、标高，作为计算挖土方量和施工控制的依据。施工中的数据计算，放样工作均应以此坐标系为依据，且经角度、距离校核之后符合允许误差要求。四、高程控制网的布设(1)依据测绘管理部门提供的水准基点高程，采用水准仪对所提供的水准基点进行引测，测设一条闭合或符合水准路线，埋设同坐标平面控制网一样的高程控制网。 (2)高程控制网设置4个水准点，并作相互校核，校核后点的较差不得超过3mm，取平均值作为该平面施工中标高的基准点。水准点的间距小于100m，距离基坑挖土边线不小于15-25m。(3)在向基坑内引测标高时，首先联测高程控制网点，以判断控制网水准点是否被碰动，经联测确认无误后，方可向基坑内引测所需的标高。地下室施工阶段，高程测量直接用S3水准仪由地面上高程控制点进行引测。(4)高程控制网的精度等级及测量方法。根据《工程施工测量规范》标高控制网拟采用四等水准测量方法测定。水准测量的主要技术要求应符合下表的规定。等级每公里高差中数偶然中误差往返较差附合差四等±5mm±20注：L为附合路线或闭合环线长度（以mm计）测量仪器选用DS3型水准仪，往返观测。水准观测的技术要求符合下表的规定。等级视线长度视线高度前后视距差前后视距累积差四等≤100m≥0.2m≤3m≤10m高程测量采用不低于S3级水平仪进行一组往返测回。其一站视线长度不应超过100m。其水准点测量的闭合差不超过±12 （式中：L为水准点间距，以km计）。⑷基坑标高的控制本工程土方机械开挖，只留一步（300mm厚）人工清理土方，清理至设计承台底标高处。在土方施工预留清底的30cm层面上，每隔3米设水平桩控制基底标高。土方开挖时派专人测量基底土层开挖标高，防止超挖。五、施工场地标高设计1.基本设计步骤和方法（1）划分场地平整方格网在已有的地形图(通常地形图的比例尺为1：500)上，根据地形的起伏变化和建设用地的范围，划分若干边长相等的方格网，方格网应尽量与测量的纵横坐标方格网对应，方格网边长一般取10～40m，较常用的为20m×20m的方格。（2）确定方格网各角点的自然地面标高在上述设定的方格网上，首先确定方格网各角点的自然地面标高。当场地起伏较大，为计算准确，常根据地形图先将方格网测设到地面上，用木桩标好方格网各角点的位置，然后根据水准点用水准仪实地测量出来。如场地没有地形图时，也可根据场地的边线，实测方格网各角点的自然地面标高。 （3）计算场地平整初步设计标高H0场地平整初步设计标高的计算原则是场地内挖填方平衡，即场地内的挖方土方体积与填方所需土方体积相等。初步设计标高可按下式计算：式中H11——一个方格的角点标高H12、H21——相邻两个方格公共角点标高H22——则系相邻的四个方格的公共角点标高如果将所有方格的四个角点标高相加，则类似H11这样的角点标高加一次，类似H12的角点标高加两次，类似H22的角点标高要加四次。因此，上式可改写为：式中H1-一个方格独有的角点标高H2-两个方格共有的角点标高H3-三个方格共有的角点标高H4-四个方格共有的角点标高N-方格数2.场地设计标高的调整在实际工程中，对计算得到的设计标高，尚应考虑如下因素进行调整，该工作通常在完成土方量计算后进行。（1）土的可松性影响由于土的可松性会造成挖土的土方体积增大，使填方土方多余，应相应地提高场地设计标高。设△ h为土的可松性引起的设计标高增加值，则设计标高调整后的总挖方体积为：总填方体积为:此时，填方区标高也应提高△h，保持与挖方区一致，即因VT=VW，整理上式得:式中Vw、VT-按初步场地设计标高计算的总挖方、总填方的土方体积Fw、FT-按初步场地设计标高计算的挖方区、填方区的土方总面积Ks′-土的最终可松性系数根据计算的△h，场地平整的设计标高应调整为:（2）考虑借土或弃土的影响由于边坡挖填土方量不等，或进行大型基坑、修筑路基等，或经过经济比较，将部分挖方土方就近弃于场外或部分填方土方就近取土于场外，从而引起挖填土方量的变化，需相应地增减设计标高。为简化计算，场地设计标高调整可按下式近似确定，即:式中Q-按初步场地设计标高平整后多余或不足的土方体积n-场地方格数a-方格边长六、基坑开挖方案1.开挖原则土方开挖的顺序和方法必须与基坑围护设计工况相一致，符合方案的要求，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层、分段开挖，严禁超挖”的原则，以确保基坑坑壁的稳定，最大限度减小支护结构的变形。2.开挖边线确定 该深基坑采用二级放坡开挖。首先，测量人员根据设计单位提供的控制点，定出本工程基坑轴线，然后按基底混凝土垫层外边线每边加工作面600㎜定出基坑开挖下口线，再按1：0.3放坡开挖至坑底设计标高。在具体基坑开挖过程中结合开挖实际深度定出开挖上口线，并撒灰线标记开挖边线及变坡位置。3.基坑土方的开挖顺序和方法（1）土方开挖顺序开挖顺序均由基坑边一方开始先深后浅开挖。基坑开挖时，应先进行测量定位，定出方格网，抄平放线，定出开挖深度，应注意逐层开挖。根据周围环境及水文地质情况，采取两侧放坡开挖，以保证施工操作安全。（2）土方开挖方法1）土方开挖根据现场实际情况出口布置在东门，为尽量减少运输车对基坑土方及围护支撑梁的重压，开挖分2个区段，以施工坡道为界，南部分为一个开挖区段，北部分为二个开挖区段，先挖施工坡道南部，后挖北部，采取分段分层，循环开挖土方，直至开挖到设计要求的基底标高。2）开挖土层分四层开挖，开挖总深度为9m,每一层开挖深度为2.25m。第一层土方开挖从支撑梁底开始，在施工坡道处按15%坡度做斜坡并压实，以方便土方外运。 安排二台C200型挖机，分层分段开挖，每台挖机配10辆15吨汽车，将土方全部运到弃土场。施工道路遇到支撑梁部位时，支撑梁土方采用抽条挖土的方法开挖。如下图所示具体计算如下:（a）土方开挖量自然体积计算底层面积F1=58.2×77.2=4493.04㎡顶层面积F2=79.9×60.9=4865.91㎡中间面积F0=78.55×59.55=4677.6525㎡体积为V=(F1+4F0+F2)H/6=42104.34m3(b)土方开挖量松散体积计算根据勘探所得地质资料,可取最初可松性系数为1.2,最终可松性系数为1.03。开挖后松散体积：V＇=KsV=1.2×42104.34=50525.208m3（c）填土、弃土体积计算二层地下室占地总面积为：S=76×57=4332所占体积为：V0=4332×6=25992m3考虑素土膨胀系数,所需素土体积为:V填=（V-V0)Ks/Ks’=18771.65825m3所弃土体积：V弃=KsV-V填=31753.55m3（d）车辆运次计算所用汽车的用斗容量为5m3。运土所需用车辆次数：N=V＇/5=10105次弃土所需用车辆次数：N=V弃/5=1270.142≈1271次 （3）车辆行驶路线及布设要求车辆行车主要经过的地段区域内场地，铺设临时道路。行车时，车辆应保持与围护结构安全距离，现场道路环形布置，并与场外道路相接，保证车辆畅通。车辆出入口设置在西南角位置，出口处采用水泥搅拌桩对路基进行加固。在内支撑部位，挖土机行驶道路在内支撑达到设计强度后从新修筑，铺设路基箱。道路路面应高于施工现场地面标高0.1～0.2m，两旁应有水沟，一般沟深和底宽都不小于0.4m，以便于排除里面积水，保证运输。在道路于基坑围护出口部分采用水泥搅拌桩加固，基坑围护车辆出入口，以减少车辆对围护结构带来的扰动，防止围护结构坍塌。七、基坑降水设计1.基坑降水施工基坑降水的施工主要由开挖排水沟、积水井以及设置水泵、排水管等。施工顺序依次为：机械开挖排水沟→人工清理→架设临时水泵→砌筑沟壁护坡→清理沟底、沟底护坡→人工开挖积水井→架设积水井水泵→架设水泵出水管道等。2.井点系统布设（1）为防止地表生活用水排入坑内，同时加强基坑积水及雨水的及时排放，在地面上基坑四周尽量修建截水沟，尺寸300×300，按3%坡度流向集水井中，排水沟采用M10水泥砂浆，MU10红砖砌筑，M10水泥砂浆抹面，抹面厚度≥10mm。（2）基坑坡面设置一定数量的泄水孔，采用Ф 50PVC管，环形布置于天然地面上，管壁泄孔内填滤水材料。基坑上口尺寸79.9m×60.9m,井点管距离坑壁为1m,则总管长度为2×(79.9+2×1+60.9+2×1)=289.6m，设滤管长度为1m,井点露出地面0.2m，降水需降至坑底中央底部0.5m。基坑中心要求的降水深度为S=11.3-0.5+0.5=11.3m。将总管铺设在天然地面上，此时井点管所需长度为S=11.3-0.5+0.5+25.5×1/10+0.2=13.75m，即选取井管埋设深度为13.75m，滤管长度为1m,抽水设备根据总管长度选用5套，每套60m。因此采用Ф50PVC管，滤管长度1m，井点管长度13.75m，环形布置，间距1.5m满足要求。（3）根据基坑内实际情况，布置一定数量的集水井，每25米设置一个，当水量大时适当增加。尺寸1000×1000×1000mm，用M10水泥砂浆、MU10红砖砌筑，M10水泥砂浆抹面，抹面厚度≥10mm。（4）坡顶面水流采用0.3%反坡以防流入基坑。八、基坑支护结构设计计算1.计算方法按照超载作用下水土压力计算的方法，根据朗肯土压力计算理论计算土的侧向压力，计算时不考虑支护桩与土体的摩擦作用。地下水以上的土体不考虑水的作用，地下水以下的土层根据土层的性质差异需考虑地下水的作用。2.计算内容支护结构受力计算采用等值梁法逐层计算，包括锚固力、桩的嵌固深度、桩长、最大弯矩值及其作用点位置。 （1）各土层主动土压力计算1）对于地下水位以上或水土合算的土层，有式中pak──支护结构外侧，第i层土中计算点的主动土压力强度标准值(kPa)；当pak<0时，应取pak＝0σak、σpk──分别为支护结构外侧、内侧计算点的土中竖向应力标准值(kPa)，按本规程第3.4.5条的规定计算Ka，i、Kp，i──分别为第i层土的主动土压力系数、被动土压力系数ci、ji──第i层土的粘聚力(kPa)、内摩擦角(°)ppk──支护结构内侧第i层土中计算点的被动土压力强度标准值(kPa)主动及被动土压力系数表土层厚度（m）160.760.871.321.158.0210.720.851.401.189.5330.770.881.301.147.44100.720.851.381.179.2 2）人工填土层（6m）基坑外侧竖向应力标准值：水平荷载标准值：计算结果小于0，取=0水平合力：水平荷载作用点离该土层底端的距离：3）淤泥质粉质粘土土层（1m）基坑外侧竖向应力标准值：水平荷载标准值：水平荷载： 水平荷载作用点离该土层底端的距离：4）粘土层(3m)粘土层分成两部分（开挖面以上2m和开挖面下1m），基坑开挖位于地下水位。对于粉土及粘土：：深度以上土的加权平均天然重度代入数据求得开挖面以下（１ｍ）：开挖面以上（２ｍ）：基坑外侧竖向应力标准值：水平荷载标准值： 水平荷载：水平荷载作用点离该土层底端的距离：5）残积土层（１０ｍ）基坑外侧竖向应力标准值：，水平荷载标准值：水平荷载：水平荷载作用点离该土层底端的距离：（2）水平抗力计算基坑底面以下水平抗力计算的土层为：第３层土（粘土层１m）、第４层土（残积土层１０m）。1）基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：对于碎石土及砂土,基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：式中——作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值 ——第层土的被动土压力系数2）对于粉土及粘性土，基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：3）作用与基坑底面以下深度处的竖向应力标准值按下式计算：式中——深度以上土的加权平均天然重度4）第层土的被动土压力系数应按下式计算5）第层土的水平抗力为：式中——第层土土层顶部的水平抗力标准值——第层土土层底部的水平抗力标准值——第层土的厚度；——预应力锚索的水平间距（3）各层土水平抗力计算1）粘土层（１ｍ）作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值：水平抗力标准值： 水平抗力：水平抗力离该土层底端的距离：2）残积土层（１０ｍ）作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值：水平抗力标准值：水平抗力：水平抗力离该土层底端的距离：（4）支点力计算1）计算基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离： 基坑底面水平荷载标准值：=91.96KN/m由可得：91.96=68。4+（92.84-68.4）/１hc1求得：2）计算支点力：计算设定弯矩零点以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和：其中，设定弯矩零点位置以上第4层土的水平荷载其作用点离设定弯矩零点的距离：Ea4=71.010.193=13.71KN（5）嵌固深度验算验算准则为：，则嵌固深度设计符合基坑的受力要求。1）基坑外侧水平荷载标准值合力之和：各土层水平荷载距离桩底面的距离为： 的作用点距离桩底的距离：2）基坑内侧水平抗力标准值合力之和：各土层水平荷载距离桩底面的距离为：按上述计算方法可得：的作用点距离桩底的距离：3）嵌固深度验算满足要求。'