涟水润泽公馆深基坑支护设计开题报告
2020-05-19 09:05
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
文 献 综 述
一、前言
基坑工程是为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填，包括勘察、设计、施工、监测和检测等[1-2]。而开挖深度超过5m或者的基坑，或深度未达到5m但地质情况和周围环境较复杂的基坑被划归为深基坑。随着经济的高速发展，我国城市化水平快速提高，标志着城市工程建设的飞速发展。城市范围不断扩展，导致土地资源紧缺。为了节省土地，充分利用地下空间，地下建筑，还有隧道等工程的大幅度增加，与之相应的基坑开挖越来越深，深基坑工程也随之不断增加。科学合理的选择一个安全可靠、技术可行、施工简便、经济合理以及其他各方面综合效益更优的支护方案，是基坑工程要解决的主要内容，也是设计人员必须面对的一个难点和热点问题。
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
一、工程概况
拟建涟水润泽公馆位于淮安市涟水县北京路南侧，金城北路东侧。总建筑面积约42559平方米。基坑面积约5750m2，周长约为330m。基坑开挖深度：工程#177;0.00相当于绝对高程 9.95，场地地面整平标高-0.65m。基坑开挖最大深度为8.2~9.2m。
1.1 基坑周边环境
项目位于涟水金城北路与北京路交叉处，项目距离居民小区较近，周边环境复杂，三面临路，一侧靠近既有住宅小区。
基坑东侧：该侧地下室外墙距离金泽源小区住宅楼约11.9m。
基坑南侧：该侧地下室外墙距离渠北东路15.2m，路宽5m。
基坑西侧：该侧地下室外墙距离金城北路17.6m，路宽28m。
基坑北侧：该侧地下室外墙距离北京路15.8m，路宽16m。
二、工程地质、水文地质概况
2.1 工程地质概况
2.1.1 地形、地貌
拟建场地位于淮安市涟水县北京路南侧，金城北路东侧，在地貌上属黄泛冲积平原。地势整体较平坦。
2.1.2工程地质条件
根据勘察报告，工程地质条件如下：
① 杂填土：灰黄色，松散，潮湿，以粉土为主，夹大量建筑垃圾，及植物根茎，场区普遍分布，局部原基础埋深约2.2米；
② 粉土：灰黄色，湿，稍密-中密，摇震反应迅速，无光泽反应，干强度韧性低，中等压缩性，含软塑状粉质粘土薄层，土质较均匀，场地普遍分布；
③ 粉土：灰黄色，湿，中密，摇震反应迅速，无光泽反应，干强度韧性低，中等压缩性，含软塑状粉质粘土薄层，土质较均匀，场地普遍分布；
④ 粘土：灰色，可塑偏软，无摇震反应、切面光滑、干强度韧性中等，土质较均匀，中高压缩性，场区普遍分布；
⑤ 粘土：黄褐色，硬塑，无摇振反应，切面光滑，韧性、干强度高，受铁锰质浸染，土质较均匀，中等压缩性，场区普遍分布；
⑥ 粉土：灰黄色，湿，中密-密实，摇震反应迅速，无光泽反应，干强度韧性低，中等压缩性，局部含中密状粉砂，土质较均匀，场地普遍分布；
⑦ 粘土：黄褐色，硬塑，无摇震反应、切面光滑、干强度韧性高，受铁锰质浸染，局部含大量砂礓石，粒径2-5cm，土质均匀性较好，中等压缩性，场区普遍分布；
⑧ 粘土：黄褐色、灰白色，硬塑，无摇震反应、切面光滑、干强度韧性高，受铁锰质浸染，局部夹硬可塑状粉质粘土，含大量砂礓石，粒径2-5cm，该土层顶部砂礓石富集，底部含中密状粉细砂薄层，土质均匀性较好，中等压缩性，场地普遍分布。
2.2 水文地质条件
地层主要为第四系全新统填土、粉土、粘土及第四纪晚更新世粉土、粘土等，粘土透水性较差，场地地下水类型第四系松散岩类孔隙潜水。
潜水赋存于上部填土及②、③层粉土中，主要为大气降水，排泄于蒸发、分散的居民用水及侧向径流；勘察期间潜水初见水位埋深在自然地面下约1.8米，稳定水位埋深约1.5米；地下水位随季节不同有升降变化，常年最高水位在自然地面下约0.5米，常年最低水位约在2.5米左右，水位变化幅度约2.0米。
三、基坑支护设计土层参数
表1 基坑支护设计参数一览表
|
层号 |
岩土名称 |
重度 |
抗剪强度 |
渗透系数 | ||
|
r（KN/ m3） |
粘聚力c（kPa） |
内摩擦角φ（#176;） |
水平kv（cm/s） |
垂直kh（cm/s） | ||
|
① |
填土 |
（18.0） |
（12.0） |
（28.3） |
（4.65#215;10-4） |
（4.22#215;10-4） |
|
② |
粉土 |
18.5 |
15.0 |
29.4 |
2.60#215;10-4 |
2.32#215;10-4 |
|
③ |
粉土 |
18.9 |
15.0 |
29.5 |
2.25#215;10-4 |
1.80#215;10-4 |
|
④ |
粘土 |
18.8 |
47.0 |
9.1 |
3.85#215;10-7 |
3.51#215;10-7 |
|
⑤ |
粘土 |
19.5 |
48.0 |
14.3 |
3.82#215;10-7 |
3.58#215;10-7 |
|
⑥ |
粉土 |
19.1 |
17.0 |
29.0 |
2.12#215;10-4 |
1.86#215;10-4 |
|
⑦ |
粘土 |
19.4 |
52.0 |
14.1 |
2.81#215;10-7 |
2.62#215;10-7 |
注: 1、①层填土土性以砂土为主，该层参数为经验值。
2、基坑部位土层剪切试验方法为固结快剪，适用设计标准（JGJ120-2012）
四、支护方案设计
基坑面积约5750m2，周长约为330m，基坑最大开挖深度为8.2~9.2m，取最大值9.2m进行计算。此外，项目距离居民小区较近，周边环境复杂，三面临路，一侧靠近既有住宅小区。小区位于基坑深度1.5倍影响范围内，危险性及重要性较大，应该重点防护。虽然另外三面临路，且距离基坑超出1.5倍基坑深度，但道路管线密集，其重要性也不可忽视。可选择方案如下：1、水泥土搅拌桩；2、土钉墙；3、桩-锚支护；4、地下连续墙；5、钻（冲、挖）孔灌注桩；6、钢筋混凝土板桩；7、SMW工法；8、排桩支护；9、复合型支护
4.1 基坑支护计算步骤
（1）土压力
水土分算（无粘性土）
主动土压力：
被动土压力：
注：γ#8212;#8212;土的有效重度；γw#8212;#8212;水的重度。
水土合算（粘性土）
主动土压力： #61687;
被动土压力： #61687;
注:γsat#8212;#8212;土的饱和重度。
（2）桩的嵌固深度、桩身最大弯矩
1 单支点支护结构
用等值梁法确定计算支点力的大小，然后根据倾覆稳定条件计算嵌固深度设计值。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 4.1 条计算。
首先，根据等值梁法计算弯矩为零点的位置，令坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至坑底距离为hc1，hc1 按下式确定：ea1k=ep1k
根据静力平衡，支点力按下式确定：
式中：ea1k#8212;#8212;水平荷载标准值；
ep1k#8212;#8212;水平抗力标准值；
ha1#8212;#8212;合力ΣEac 作用点至设定弯矩零点的距离；
ΣEac#8212;#8212;弯矩零点位置以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和；
hp1#8212;#8212;合力ΣEpc 作用点至设定弯矩零点的距离；
ΣEpc#8212;#8212;弯矩零点位置以上基坑内侧各土层水平抗力标准值的合力之和；
hT1#8212;#8212;支点至基坑底面的距离；
hc1#8212;#8212;基坑底面至设定弯矩零点位置的距离。
根据抗倾覆稳定条件，并令抗倾覆稳定安全系数为1.2，考虑基坑重要性系数γo，嵌固深度设计值hd 应满足下式：
根据静力平衡计算截面弯矩与剪力，设结构上某截面满足以下条件：
则该截面上的剪力即为最大剪力，其值为：
同样假设结构上某截面hc1 满足以下条件：
则该截面上的弯矩即最大弯矩，其值为：
在计算得到截面最大弯矩Mc 和最大剪力Vc 的计算值后，按下列公式计算支点力设计值Td、弯矩设计值M 和剪力设计值V：
由设计值即可进行截面承载力计算。
2 多支点支护结构
对于多层支点支护结构，嵌固深度计算值h0 宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定：
式中：cik、φik#8212;#8212;最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水（快）剪粘聚力、内摩擦角标准值；
li#8212;#8212;第i土条的弧长；
bi#8212;#8212;第i土条的宽度；
γk#8212;#8212;整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取1.3；
ωi#8212;#8212;作用于滑裂面上第i土条的重量，按上覆土层的天然重度计算；
θi#8212;#8212;第i土条弧线中点切线与水平线夹角。
当嵌固深度下部存在软弱土层时，尚应继续验算下卧层整体稳定性。
对于均质粘性土及地下水位以上的粉土或砂类土，嵌固深度h0 按下式确定：
式中：n0#8212;#8212;嵌固深度系数，当γk 取1.3 时，可根据三轴试验（当有可靠经验时，可采用直剪试验）确定的土层固结不排水（快）剪内摩擦角φk 及粘聚力系数δ查表（《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 表A.0.2）；粘聚力系数δ按下式计算。
粘聚力系数δ应按下式确定：
式中：γ#8212;#8212;土的天然重度。
嵌固深度设计值可按下式确定：
hd=1.1h0
当按上述方法确定的悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计值得hdlt;0.3h 时，宜取hd=0.3h；多支点支护结构嵌固深度设计值小于0.2h 时，宜取hd=0.2h。
当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙除应满足上述规定外，嵌固深度尚应满足公式：
式中：hwa#8212;#8212;坑外地下水位。
（3）桩的配筋计算
根据计算得到的支点力设计值Td、弯矩设计值M 和剪力设计值V,可以计算截面承载力，进行桩的配筋计算。
（4）圈梁、围檩配筋计算
（5）整体稳定性验算
（6）抗隆起、倾覆、管涌、抗渗验算
1 抗隆起验算
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（太沙基公式）进行：
2 抗倾覆验算
水泥土挡墙如截面、重量不够大，在墙后推力作用下，会绕某一点产生整体倾覆失稳。为此，需要进行抗倾覆验算。倾覆稳定性验算可按下式进行：
式中：Mp#8212;#8212;被动土压力及支点力对桩底的弯矩；
Ma#8212;#8212;主动土压力对桩底的弯矩。
3 抗管涌验算
在砂性土地区，当地下水位较高、坑深很大时，挖土后在水头差产生的动水压力作用下，地下水会绕过支护墙连同砂土一同涌入基坑。为此，需要进行抗管涌验算。管涌稳定性验算可按下式进行：
式中：γ0#8212;#8212;侧壁重要性系数；
γ'#8212;#8212;土的有效重度；
γw#8212;#8212;水的重度；
h'#8212;#8212;地下水位至基坑底的距离；
D#8212;#8212;桩（墙）入土深度。
4 抗渗验算
当止水帷幕未插入不透水层时，还应进行抗渗验算，可以按基坑抗管涌验算进行。
（7）降水设计
1 基坑涌水量计算
2 等效半径
当基坑为圆形时，基坑等效半径应取为圆半径，当基坑为非圆形时，等效半径可按下列规定计算：
1）矩形基坑等效半径
式中：a、b#8212;#8212;分别为基坑的长、短边。
2）不规则块状基坑等效半径
式中：A#8212;#8212;基坑面积。
3 降水影响半径
降水井影响半径宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时。
潜水含水层：
式中：R#8212;#8212;降水影响半径（m）；
S#8212;#8212;基坑水位降深（m）；
k#8212;#8212;渗透系数（m/d）；
H#8212;#8212;含水层厚度（m）
4 降水
降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置，井间距应大于15 倍井管直径，在地下室补给方向应适当加密；当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设置降水井。降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑地面以下0.5m。降水井的数量n 可按下式计算：
式中：Q#8212;#8212;基坑涌水量；
q#8212;#8212;设计单井出水量。
五、出图结果
1、基坑周边环境信息图（1#215;A2）
2、基坑支护平面布置图（1#215;A2）
3、基坑支护结构、止降水结构剖面图（1#215;A2）
4、基坑支护结构大样图、节点大样图（1#215;A2）
5、基坑开挖监测点平面布置图（1#215;A2）
