铂金府邸基坑支护设计开题报告
2020-04-14 07:04
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
文献综述
基坑工程是包括了围护结构的设置及土方开挖这两方面的综合性系统工程。深基坑工程是指开挖深度超过5 m(含5 m)或地下室三层以上(含三层),或地质条件、周围环境及地下管线特别复杂深度未超过5 m的基坑工程。改革开放以来,我国的经济发展突飞猛进,高层、超高层建筑如雨后春笋般迅速发展，为了保证建筑物的稳定性，建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求。建筑高度越高，其埋置深度也就越深，对基坑工程的要求越来越高，这就促使着基坑工程的快速发展，以便于解决建筑施工过程中所带来的问题。
一、深基坑工程的主要内容
1）岩土工程勘察与工程调查。确定岩土参数与地下水参数；测定邻近建筑物、周围地下埋设物（管道、电缆、光缆等）、城市道路等工程设施的工作现状，并对其随地层位移的限值作出分析。
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
一．在进行基坑工程设计之前，应收集下列资料：
1）.场地岩土工程勘察报告，基坑支护设计参数。
2）.建筑红线、施工红线的地形平面图及基础结构设计图；建筑场地及其附近的地下管线、地下埋设物的位置、深度、结构形式及埋设时间等。
3）.基坑附近的地面堆载及大型车辆的动、静荷载情况。
4）.临近的已有建筑物的位置、层数、高度、结构类型、完好程度。已建时间以及基础类型、埋设深度、主要尺寸、基础距基坑的净距离等。
5）.基坑周围的地面排水情况，地面雨水与污水、上下水管排入和漏入基坑的可能性。
6）.已有相似基坑支护的经验性资料。
二．基坑工程的设计内容，一般应包括：
1）支护体系的方案比较和选型；
2）支护结构的强度和变形计算；
3）基坑稳定性验算；
4）降水方案；
5）挖土方案；
6）监测方案与环境保护要求。
三．本次基坑工程的设计资料如下：
1. 工程概况
铂金府邸位于江都市华山路、龙川北路交叉口,拟建5栋楼,其中1##8212;4#为住宅，5#为酒店。5#楼拟开挖地下室，开挖深度最大约为8.0m，拟采用框剪结构。住宅总用地面积12818m2，总建筑面积39631m2；酒店总用地面积4215m2，总建筑面积17679.8m2。
2．场地岩土层分布
拟建场地隶属于长江漫滩冲击地貌单元。经人类长期生产、生活的改造，现状主要为农田，原始地貌景观已不复存在，现地势总体较平坦，局部分布有积水坑。
据土体岩性、结构、成因类型、埋藏分布特征及其物理力学性质指标的异同性，并结合前期勘察报告成果，可将勘察深度范围内岩土体划分为5个工程地质层。①层为近期填土；②层、③层为Q4沉积土。各层工程地质特征分述如下：
①层填土：灰黄色、局部受地雨水浸泡呈灰色，松散，以可塑状粘性土混碎石及植物根茎为主，局部有少量碎石、砖块、砼块等杂物。其填龄小于5年，普遍分布，勘探揭示厚度0.5～3.0m。
②1层粉质粘土：灰黄色，可～软塑，含铁锈斑块，欠均匀。无摇振反应，具光泽，干强度及韧性中高，局部粉性较高，中压缩性。普遍分布，勘探揭示厚度为1.0～4.2m，揭示顶板高程为4.39～7.0m。
②2层粉质粘土：灰黄色，可塑，含铁锈斑点，欠均匀。无摇振反应，具光泽，干强度及韧性中高，中压缩性。普遍分布，勘探揭示厚度为0.5～3.6m，揭示顶板高程为2.07～4.7m。
③1层粉质粘土：灰黄～黄褐色，硬塑为主，含铁锰质结核及灰白色团块。无摇振反应，具光泽，干强度、韧性高，土质较均匀，中压缩性。普遍分布，揭示层厚2.0～9.4m，层顶高程0.38～3.98m。
③2层粉质粘土：褐黄色，可塑，含铁锰斑点，局部粉性重，无摇振应，稍有光泽，干强度及韧性中高。普遍分布，揭示层厚2.8～14.5m，层顶高程-6.72～-1.39m。
③3层粉质粘土：黄褐色，硬塑，含有铁锰质结核，局部夹姜结石。无摇振反应，有光泽，干强度及韧性高。普遍分布，勘探揭示厚度为1.4～11.7m，揭示顶板高程为-18.68～-5.70m。
③4层粉质粘土：黄褐色，可塑，含铁锰斑点，局部粉性重。无摇振反应，有光泽反应，干强度及韧性高。普遍分布，勘探揭示厚度为2.0～7.2m，揭示顶板高程为-20.7～-16.28m。
③5层粉质粘土：黄褐色，硬塑，含有铁锰质结核，局部夹姜结石，间夹灰白条带。无摇振反应，有光泽，干强度及韧性高。普遍分布，勘探揭示厚度为3.0～12.2m，揭示顶板高程为-26.01～-13.3m。
③5A层粉质粘土：灰～青灰色，可塑，包含物少，粉性重。无摇振反应，稍有光泽，干强度及韧性中高。局部分布于4#住宅处，勘探揭示厚度为0.6～1.6m，揭示顶板高程为-33.51～-32.31m。
③6层粉质粘土：黄褐色，硬塑，含有铁锰质结核，土质较均匀，局部夹灰白条带。无摇振反应，有光泽反应，干强度及韧性高。普遍分布，勘探揭示最大厚度为12.40m，揭示顶板高程为-34.49～-24.64m。
表1.土的抗剪强度指标(平均值、标准值)
|
层 号 |
地 层 名 称 |
|
直接快剪 |
固结快剪 | ||
|
粘聚力 C |
内摩擦角 φ |
粘聚力 Cq |
内摩擦角 φq | |||
|
kPa |
度 |
kPa |
度 | |||
|
②1 |
粉质粘土 |
平均值 |
35 |
13.4 |
27 |
22.2 |
|
标准值 |
31.1 |
12.9 |
25 |
21.7 | ||
|
②2 |
粉质粘土 |
平均值 |
38 |
16.9 |
29 |
22.1 |
|
标准值 |
35.6 |
14.5 |
27 |
21.4 | ||
|
③1 |
粉质粘土 |
平均值 |
46 |
14.8 |
29 |
21.6 |
|
标准值 |
40.2 |
14.4 |
|
| ||
|
③2 |
粉质粘土 |
平均值 |
34 |
12.7 |
|
|
|
标准值 |
27.3 |
11.4 |
|
| ||
|
③3 |
粉质粘土 |
平均值 |
48 |
15.1 |
|
|
|
标准值 |
46 |
14.6 |
|
| ||
|
③4 |
粉质粘土 |
平均值 |
28 |
12.4 |
|
|
|
标准值 |
20.5 |
11.0 |
|
| ||
|
③5A |
粉质粘土 |
平均值 |
30 |
18.2 |
|
|
|
标准值 |
|
|
|
| ||
|
③5 |
粉质粘土 |
平均值 |
61 |
16.7 |
|
|
|
标准值 |
55 |
15.9 |
|
| ||
|
③6 |
粉质粘土 |
平均值 |
68 |
16.7 |
|
|
|
标准值 |
60.3 |
15.8 |
|
|
表2 土的物理性质指标(平均值)
|
层号 |
地 层 名 称 |
含水率 |
土重度 |
孔隙比 |
液限 |
塑限 |
塑性 指数 |
液性 指数 |
|
w |
γ |
e |
WL |
WP |
IP |
IL | ||
|
% |
kN/m3 |
#8212; |
% |
% |
#8212; |
#8212; | ||
|
②1 |
粉质粘土 |
27.2 |
19.2 |
0.771 |
34.3 |
20.4 |
13.9 |
0.48 |
|
②2 |
粉质粘土 |
25.9 |
19.4 |
0.739 |
34.7 |
20.6 |
14.1 |
0.37 |
|
③1 |
粉质粘土 |
24.6 |
19.5 |
0.710 |
37.4 |
21.9 |
15.5 |
0.18 |
|
③2 |
粉质粘土 |
27.7 |
19.2 |
0.780 |
33.5 |
20.0 |
13.5 |
0.58 |
|
③3 |
粉质粘土 |
24.2 |
19.6 |
0.689 |
36.3 |
21.4 |
14.9 |
0.19 |
|
③4 |
粉质粘土 |
28.5 |
19.0 |
0.804 |
33.8 |
20.5 |
13.3 |
0.61 |
|
③5A |
粉质粘土 |
28.0 |
19.3 |
0.761 |
31.1 |
20.6 |
10.5 |
0.70 |
|
③5 |
粉质粘土 |
23.1 |
19.7 |
0.680 |
38.8 |
22.7 |
16.1 |
0.03 |
|
③6 |
粉质粘土 |
22.9 |
19.8 |
0.667 |
38.9 |
22.7 |
16.2 |
0.01 |
3．方案选择
拟建物均为高层建筑、并设有地下室。因此，根据场区工程地质条件、拟建物上部荷载、结构特点及地区施工经验建议:
采用钻孔灌注桩档土，深层搅拌桩止水，并且采用一道钢筋混凝土内支撑，可以采用明沟排水。围护结构需满足抗倾覆、抗滑动、抗渗透的整体稳定性要求，同时基坑开挖前应辅以必要的降水措施，使地下水位降至基坑底面以下0.50～1.00m。
4. 计算
4.1 拟采用的计算理论和方法
4.1.1土压力计算
支护结构所承受的土压力，要精确的加以确定是有一定困难的。目前，对土压力的计算，主要采用朗肯土压力理论进行计算。
主动土压力系数：
被动土压力系数：
砂性土、碎石土采用水土分算，粉土、粘性土采用水土合算。
4.1.2支撑轴力计算
单支点支撑支护结构，桩的右侧为主动土压力，左侧为被动土压力。可采用平衡法确定水平支撑轴力R。
多支点支撑支护结构计算方法与单支点支撑支护结构类似，都采用等值梁法，即在计算第一道支撑轴力时，取施工第二层支撑的开挖深度，采用等值梁法求出第一层支撑轴力，在计算第二层支撑轴力时，取开挖深度为基坑实际深度，可认为第一道支撑轴力不变，采用等值梁法求第二层支撑轴力。
取支护单位长度，对支撑点取矩，令,水平方向合力，则有：
式中 、#8212;#8212;基坑底以上及以下主动土压力合力对支点的力矩；
#8212;#8212;被动土压力合力对支点的力矩；
、#8212;#8212;基坑底以上及以下主动土压力合力；
#8212;#8212;被动土压力合力。
4.1.3弯矩计算
由等值梁法可以求得最大弯矩值。单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，先求得弯矩零点位置，并于弯矩零点处将梁（即桩）断开以简支计算，所得该段的弯矩图将同整梁计算时的一样，此断梁段即称为整梁段的等值梁。对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙其净土压力零点位置与弯矩零点位置很接近因此可在压力零点处将桩划开作为两个相联的简支梁来计算。这种简化的计算方法就称为等值梁法。
4.1.4桩的嵌固深度计算
桩的嵌固深度即为保证桩的稳定性所需的最小的入土深度，可根据静力平衡条件即水平力的平衡方程()和对桩底截面的力矩平衡方程()联解求得。
4.1.5止水桩长计算
基坑开挖后，地下水形成水头差h＇，使地下水由高处向低处渗流。止水桩深度应满足相应条件，以免产生管涌。止水桩桩长的最小嵌固深度可按下式计算：
≥
4.1.6稳定性验算
4.1.6.1抗坑底隆起验算
在软粘土地区，如挖土深度大，可能由于挖土处卸载过多，在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。为此，需要进行抗坑底隆起验算。坑底隆起稳定性验算可按下式进行：
≥1.2
式中 #8212;#8212;墙体入土深度
#8212;#8212;基坑开挖深度
#8212;#8212;墙体外侧及坑底土体重度
#8212;#8212;地面超载
#8212;#8212;地基承载力系数，
4.1.6.2 抗管涌稳定性验算
在含饱和的土层中进行深基坑开挖时，随时都要考虑水压力的存在，为确保基坑稳定，有必要验算在渗流情况下是否发生管涌（流砂）现象的可能性。当地下水从基坑底面以下向基坑底面以上流动时，砂土地基中的砂土颗粒就会受到渗透压力引起的付托力，一旦出现过大的渗透压力，砂土颗粒就会在流动的水中呈悬浮状态，从而发生管涌现象。坑底土体抗渗流或管涌稳定性可按下式计算：
Ks=
式中 ic#8212;#8212;坑底土体的临界水力梯度。
ic=
Gs#8212;#8212;土的颗粒密度；
e #8212;#8212;土的空隙比；
Ks#8212;#8212;抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取1.5~2.0。坑底土为砂性土、砂质粉土或粘性土与粉性土中有明显薄层粉砂层时取大值。
i=
L=∑Lh m∑Lv
式中 i #8212;#8212;坑底土的渗流水力坡度；
Hw#8212;#8212;坑底内外的水头差；
L #8212;#8212;最短渗径流线长度；
∑Lh #8212;#8212;渗流水平段总长度；
∑Lv #8212;#8212;渗流垂直段总长度；
m #8212;#8212;渗流垂直段换算成水平段的换算系数，单排帷幕墙时，取m=1.50；多排帷幕墙，取m=2.0。
4.2 拟定计算断面及工作量
（1）基坑支护体系设计计算：
本基坑安全等级为三级，土压力采用矩形分布模式进行计算，所有土层水土合算。各断面计算：①土压力分布强度计算，②土压力合力及其作用点，③支撑轴力及桩长计算，④桩身最大弯距计算，⑤验算桩身强度，⑥桩身配筋计算，⑦整体稳定性验算，⑧抗隆起验算。
（2）基坑止（降）水设计：
止水帷幕设计分：①方案布置，②桩型选择，③桩长设计，④抗渗流稳定验算几个步骤。
（3）基坑支护体系结构计算：
①支护结构设计（钻孔灌注桩），②支撑围檩设计计算，③支撑截面计算，④立柱桩设计。
（4）在笔算结束后，采用理正软件进行电算复核。
（5）在设计最后，还要进行支护结构体系监测布置。
5.拟采用监测方案
①沿基坑周边设置水平位移监测点；
②在基坑周边设置测斜管监测深层水平位移；
③立柱竖向位移监测
④支撑轴力监测；
⑤桩身应力监测；
6.最终成果
6.1基坑设计计算书
6.2计算断面土压力分布图
6.3基坑支护结构平面图一张
6.4支护结构剖面图一张
6.5圈梁配筋详图二张
6.6钻孔灌注桩截面图一张
6.7立柱大样图一张
6.8监测图一张
