某大型商场深基坑工程设计及施工方案设计书

工程施工 1 某大型商场深基坑工程设计及施工方案设计书 一、工程概况 程资料 该大型商场工程项目，地上 6层，地下 2层（地下 1层为商场营业层，地下2层为停车场）。需设计的为深基坑工程，该结构基础为东西方向长 45m，南北方向长 50m 的混凝土筏板基础，其基础地面标高为 础板厚为 面标高为 施工操作方便，要求基坑地面每边留有距结构基础边 2m 的工作面。基坑南侧距施工围墙 20m，并留有通向外侧公路的大门，其余三面距地面施工围墙均为 15m。 基坑的基础为 45 50m，基坑为 49 54m。 根据该工程地质勘察报告的有关资料： （ 1）、地表层有 1重度为 18kN/摩擦角为 15，粘聚力为 5缩模量 （ 2）、地表层以下为均质粉质粘土，其饱和重度为 19kN/摩擦角为 20，粘聚力为 20性含水量为 16%，孔隙比为 透系数为 d， （ 3）、若需降水，则降水后粘土层内重度为 16kN/擦角为 23，粘聚力为 27 （ 4）、地下水位为 面考虑 20kN/ 计方案 坑支护形式：灌注桩加锚杆支护 该基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数取。根据建筑基坑支护技术规程下简称规程）， 护结构选型第 ，结合该基坑工程的土质条件、场地条件等因素，采用排桩结构加锚杆支护。 灌注桩顶部冠梁取 1000络住灌注桩，使之形成一个整体。 方开挖：采用直壁开挖 由于没有采用放坡，施工时可直接开挖，这样既减少了施工量，还为坑外堆土、起重机的起吊、机械的进场、空间的调配等提供 足够的作业空间。 水、排水方式：井点降水加集水坑排水 根据规程 ，选用井点降水加回灌的降水方式，设计最低降水深度为 点置于基坑底部中点下 高 为了防止坑内明水以及突降暴雨的影响，在基坑内四周设置 2m 宽的积水坑，积水过大时进行抽水排水。 工方案 施工方案主要分为施工准备工作、施工平面布置、分项工程、施工方法质量要求和措施、安全要求和措施、环保要求和措施，各环节都需要严格按规范执行，确保质量和安全。 考文献 工程施工 2 1、建筑基坑支护技 术规程（ 2、建筑桩基技术规范（ 3、建筑地基基础设计规范（ 4、深基坑支护技术厦门市建设委员会 主编 5、地下工程支护结构徐干成、白洪才等编著 6、基坑工程蒋国盛、李红民等编著 7、简明深基坑工程设计施工手册赵志缙，应惠清主编 8、建筑工程设计施工详细图集 国建筑工业出版社， 2000 二、设计方案 水后的地下水位计算 基坑开挖需开挖 水需降至坑底中央底部 基坑 中的降水深度： S=60= 井点管所需埋设深度为： 因此采用 圆心式喷射井点，滤管长度 1m，井点管长度 12 m，环形布置，间距 1m。 （图为降水后所取的近似水位线） 设计降水后水位在基坑中的中心部最高，最近离基坑底部 高为 于抽水后地下水位曲线呈漏斗曲线，我们取坡度为 i=1/10的直线近似代表该曲线，则水位线与挡土结构相交点距基坑底部距离为。 压力设计计算 1） 水平荷载标准值计算（根据朗肯主动力理论计算） 1 各土层的参数： 杂填土层： 1c=5 1=15 ，1=18KN/m 1245(2 o=21o=水前的粘土层： 2c=202=20 ,2=19KN/m 2245(2 o=245(o=水后的粘土层： 2c=272=23 ,2= 16KN/2a=)245(22 o= 2a=)245(2o=程施工 3 2 计算步骤： 11 11111)(2 上，出现拉应力，取压应力为零 计算压应力为零点：当 02 222222112 2h=2 22222112)(3 上水面以下的土应力按水土合算较为经济： 基坑地面以下的地下水位以下的压力计算： 22222112)(3 322222221124 （主动土压力分布图） 工程施工 4 2） 水平抗力标准值计算（根据朗肯被动力理论计算） 1 各土层的相关参数： 基坑底部以下地下水位以上的土层： 2c=272=23 ,2= 16KN/45(ta n 22 2 452 2 基坑底部以下地下水位以下的土层： 2c=202=20 ,2=19KN/m 45(22 45ta n( 22 223 224 上2)(4 下工程施工 5 （图为被动土压力分布图） 3） 综合水平荷载标准值和水平抗力标准值作出总压力图 4） 嵌固深度计算 (一 ) 基坑底面以下支护机构设定弯矩零点位置至坑底地面的距离 确定： 反 弯 点 处 pa 即 222222112 22 22 2)(2 解得：二 ) 支点力 计算 初设锚杆置于地表以下 2m 处，标高为 h ，mh t )1)31)(21)3()(21)2(222111)(2111212 三 ) 嵌固深度 计算 工程施工 6 212)3()(21)2()3(21)21()31()(2123443334333322321112111）21)3()21)2(23)(4)(4333)(4333：3 37） + 取 构计算 （ 1） 截面剪力设计值 V 根据总应力图可知，剪力最大值处即为压力为零处即反弯点。 根据总应力图可得：1)1 工程施工 7 （ 2） 截面弯矩设计值 M 根据材料力学可知，最大弯矩位置为剪应力为零处，以及应力突变处，显然剪力为零的点有两处，应力突变处有一处，因此有三个最大弯矩，以下分别进行计算。 1） 第一处 :支点力作用处 根据上图进行计算， )1 11 ） 第二处：基坑底面以上，距离主动土压力为零处 剪力为零时，有 11)1 4.7)2 M 程施工 8 3） 第三处：该点位于地下水位下 力为零时，有 X=3 M 上图为灌注桩的总弯矩图 ) （ 3） 支点力设计值 护桩设计计算 （ 1） 计算结果 ： 灌注桩的直径 D=800桩长 L=1m，沿周边均匀配置纵向钢筋，柱身混凝土强度等级为 曲抗压强度 =向钢筋采用 00取纵筋3250。螺旋钢筋级别为 用 工程施工 9 8200，混凝土保护层厚度为 0 （ 2） 支护桩配筋： s i ns i ns i （ 02 2s （ t （ 式中： M桩的弯矩设计值（ 混凝土 轴心抗压强度设计值（ kN/当混凝土强度等级超过 用 1替，当混凝土强度等级为 ，取 1=混凝土强度等级为 ，取 1=间按线性内插法确定； A支护桩截面面积 ( r支护桩的半径 (m)； 对应于受压区混凝土截面面积的圆心角 ( 2的比值； 纵向钢筋的抗拉强度设计值 (kN/ 全部纵向钢筋的截面面积 ( 纵向钢筋重心所在圆周的半径 (m)； t纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面 积的比值，当，取 t 0。 承载力验算： 02 2s i 0402 123602 t 解得：,842.0t所以，279 492 故：承载力满足要求 验算配筋率：%22 ，满足最小配筋率 （三）、冠梁的配筋 冠梁的截面尺寸为 1000梁按构造配筋， 取 筋， 2402,162 s 工程施工 10 层预应力锚杆设计计算 （ 1） 锚杆自由段长度的计算：o s)245s i n ()245s i n ()t a n( 21 o s 02/2045s i n ( 2/20i a ）（）（杆所受的水平力为 :杆所受的轴向力为 :由端长度为： 9m ,规范规定锚杆自由端长度不宜小于 5m，取，外伸长度 （ 2） 锚杆锚固段长度的计算：63 04 9 =临时锚杆的安全系数取 所以，需锚固长度 15m 再修正锚固长度 9m 工程施工 11 因此，锚固长度 9m 所以，总锚固长度 L=18m （ 3） 拉杆截面积计算 233 2 4 0 s 取锚杆 402 )2513( 2（ 4） 锚杆锁定荷载的确定 根据规程第 规定，锚杆预加力（锁定值）应根据地层条件及支护结构变形要求确定，。我们设计的时候取 ，即 滑移验算 控制参数 : 采用规范 : 通用方法 计算目标 : 安全系数计算 滑裂面形状 : 圆弧滑动法 土层信息 层号 层厚 (m) 重度 (kN/浮重度 (kN/1 工程施工 12 2 号 粘聚力 (内摩擦角 (度 ) 水下粘聚力(水下内摩擦角 (度 ) 1 2 计算 根据土力学知识，采用瑞典条分法计算， 土条宽度 裂面数据： 整体稳定安全系数 弧半径 (m) R = 心坐标 X(m) X = 心坐 标 Y(m) Y = 杆穿过潜在滑动面。 倾覆验算 抗倾覆安全系数 : 被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩 , 对于内支撑支点力由内支工程施工 13 撑抗压力 决定 ;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。 主动土压力对桩底的倾覆弯矩。 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 _序号 _支锚类型 _材料抗力 (kN/m)_锚固力 (kN/m) _ 1_ 锚杆 _ K s3 3 6 8 7 3 9 2 4 6 63 0 3 2 4 0_ = 所以，抗倾覆整体稳定性满足规范要求。 用止水帷幕的基坑涌水量计算 式中： Q 涌水量（ m/d） K 渗透系数（ m/d） B 基坑边长（ m） H 静止水位与设计降低水位之差（ m） M 含水层厚度（ m） h 静止水位至挡墙底面深度（ m） T 设计降低水位至挡墙底面深度（ m） b 支护挡墙厚度（ m） 坑周长 206m， M=40m， h=30m， T= b= =d 单根井点管抽水量为 365 d dQ，满足要求。 三、施工方案 工进度计划表及工程平面图 ： 施工进度计划表： 项目 分项工程开始时间 持续天数 分项工程结束时间 总工期 1 100 100 1、施工准备 1 6 6 场地平整 1 5 5 测量定线 6 1 6 2、支护桩施工 7 35 41 支护桩施工 7 7 13 工程施工 14 桩维护及固定 14 28 41 3、降水及基坑土方开挖 42 30 71 4、土方回填 72 28 99 5、工程验收 100 1 100 工程平面图： （注：实际情况根据参照规范及施工进度酌情 变动。） 护施工及拆除 钻孔灌注桩施工 1）、埋设护筒 根据桩位预埋护筒，护筒内径比设计桩径大 100右，高度 筒中心与桩位中心埋设误差不得大于 50筒埋设应保持垂直；埋设护筒的孔口要大于护筒直径 200上，周围需用黏性土从下往上填满捣实。经测量人员用仪器复核位置准确无误后方可开钻。 2）、 钻机就位及校平校正 钻机就位时，要做到机座平稳，转盘中心与桩位偏差不得大于 20 3）、钻进成孔 钻机就位确保准确，钻杆要求垂直，在施工中不发生倾斜、移动，经检测无误后方 可开钻。 开始钻进时先轻压慢转，当钻头正常工作后，逐渐加大转速及调整钻压。 钻进过程中应细心观察进尺及出渣情况，根据出渣种类及多少适当控制进尺速工程施工 15 度，向孔内及时注浆保持液面原来水平，必要时向孔内加入部分粘土，待一段时间后再钻。 钻进时如孔内出现坍孔等异常情况时，应立即将钻具提离孔底并保持泥浆液面高度；必要时向孔内输送性能符合要求的泥浆，提高孔内浆压，以抑制继续塌孔。 及时清理孔口沉渣，避免泥浆漫流，做到文明施工。 及时换浆和排渣，保证泥浆净化 为提高钻进效率和保证孔壁稳定，必须及时换浆和排渣，确保泥 浆性能指标满足钻进成孔需要。 终孔验收及质量验收 : 当钻至持力层设计深度并满足有效桩长要求后即可停钻，桩孔终孔后，由钻机班长、质检员提请总工复检合格后报监理，对其桩径、孔深、垂直度及孔底沉渣等各项指标依据规范规定及设计要求进行验收签署意见。 水工程 点系统布置 选用 圆心式喷射井点，环形布置于天然地面上，基坑上口尺寸 30m*60m,井点管距离坑壁为 1m,则总管长度为 2*(60+2*1+30+2*1)=188m，设滤管长度为1m,井点露出地面 坑中心要求的降水深度为 S=总管铺设在天然地面上，此时井点管所需长度为 H=6*1/10+2m,即选取井管埋设深度为 12m，滤管长度 l 为 1m,抽水设备根据总管长度选用三套，每套 60m。 射井点施工 （ 1）安装水泵设备及进出水管路 （ 2）铺设进水总管和排水总管。井点管与进水、排水总管的连接应安装阀门，以便调节使用和防止不抽水时发生回水倒灌。 （ 3）沉设井点管并灌填砂滤料，接通进水总管后及时进行单根试抽、检验。井点管组装时必须保证喷嘴与混合室中心线一致，否则真 空度会降低，影响抽水效果。沉设井点管时，井管的冲孔直径不小于 400孔深度比滤管深 1m，冲孔完毕后，立即沉设井点管，灌填砂滤料，最后再用粘土封口。 （ 4）全部井点管沉设完毕，接通排水总管后，全面试抽，检查整个降水系统的运转情况及降水效果。 点降水、排水要求 （ 1）、坑内共布置 2*（ 21+11） =64 个井点管，坑外布设 10 口回灌井，每个距离降水井点管 6m。 （ 2）、基坑开挖前应提前 2 周进行降水，确保基坑开挖面无明水；应保证水井的开挖质量，钻进时尽量采用清水和稀泥浆，保证水井的出水量。 （ 3）、 严格控制填滤料的规格，保证水井出清水，防止水泥淤塞和坑外掏空。 （ 4）、坑内降水应统一疏排，并根据观测井水位变化采取相应的回灌措施。 （ 5）、视施工现场情况沿地面及基坑内设明沟及集水井，及时排除雨水及地面流水。 坡工程 （ 1）、工艺流程： 根据护坡桩设计和地层土质分布情况，护坡桩均采用长螺旋钻孔机施工。 （ 2）、钻孔 工程施工 16 护坡桩桩径直径 800距 长 用潜水钻机，由于采用了降水措施，初步判断不塌孔或塌孔不严重，只须适当加深钻深即可。 钻孔采用跳钻法，钻成的孔要及时下钢筋笼 ，并浇灌混凝土，防止凉孔时间过长塌孔，当天钻成的孔必须当天浇灌完。 （ 3）吊放钢筋笼： 采用钻机的吊装装置要垂直吊放入孔内，并注意加强主筋方向不得下错、放反，必要时涂红漆标识。 （ 4）钢筋笼制作： 钢筋笼在现场加工制作，供应的钢筋长度不符合长度要求时，主筋采用电弧焊双面焊，搭接长度必须符合规范要求。为保证主筋间距、位置和钢筋笼的刚度，架立筋应与主筋焊牢，箍筋与主筋绑扎牢固，成型的钢筋笼外形尺寸、主筋数量、位置、长度应符合设计要求。连梁钢筋的绑扎、搭接、长度应符合规范要求，桩主筋伸入冠梁内不小于 50 （ 5）混凝土施工： 根据强度要求，选择一定的配合比，通过搅拌运输车和混凝土泵进行运输， 浇灌时孔要用长振捣棒分层浇灌、分层振捣。 水下施工用导管发进行混凝土施工。 （ 6）锚杆施工 工艺流程：根据设计要求在地面下 连梁上打一排锚杆，间距 径直径 150深 角 20 度，采用 锚杆机干作业成孔，其工艺流程为： 锚杆机就位稳钻杆调整钻杆钻孔出土接螺旋钻杆继续钻孔到设计孔深退出螺旋钻杆插放锚体和注浆管常压注浆预埋锚索套筒浇灌连梁养护安装锚头、锚具预应 力张拉顶紧楔片锁定。 杆体制作：设计拉拔力 109体采用 1筋。 锚体注浆：锚体水泥浆浆体强度为 20用 425 号普通硅酸盐水泥， 0 泥浆泵注浆，注浆压力不低于 口流出灰浆后拔出注浆管，在水泥浆初凝之前及时补浆。每孔注浆量约为计算注浆量的 。 张拉锚固：锚体和连梁强度设计强度的 75%时，可进行张拉，张拉机具主要为泵、 20 穿心式千斤顶、计时表、钢板尺等，宜采用跳张法，即隔二拉一 。张拉时锚盘的重心、锚具的中心、千斤顶的中心应在同一轴线上。正式张拉前应取设计拉力的 20%对锚杆预张拉。正式张拉应分级进行，张拉至设计拉力的 ，稳定 510记录伸长值。当锚杆应力没有明显衰减时，退至设计拉力 75%，用楔片锚固锁定。 冠梁浇筑 冠梁施工时，要使灌注桩突入冠梁最少 50 （ 7）、土壁喷浆施工 为了防止灌注桩之间的土壁层剥落，我们设计在灌注桩之间的土壁上喷筑一层混凝土，采用与锚杆注浆相同的水泥浆体，进行整体浇注。 方开挖及回填 （ 1）、机械选择 本基坑由于大而深且土 质是降完水的粘土，因此采用拉铲挖土机。其挖土特点是“后退向下，自重切土 ”。 工程施工 17 （ 2）、施工分层 为配合护坡的灌注桩及锚杆施工，主楼分三次进场，三次挖土。 第一次进场，第一步挖土，由地面挖至 际挖深 1m,主要是清理打井泥浆和地面的杂填土，为护坡桩施工创造条件。 第二次进场，第二步挖土，挖至地面以下 4m，即标高 要是清理护坡桩钻孔土方，为锚杆机就位创造条件，实际挖深约 4m。 第三次进场，第三步挖土，由 至 际挖深 方可以适当堆载在北、东、西三侧。 （ 3）、开 挖顺序 每次挖土的顺序均有北向南，最后在基坑西南角收尾 （ 4）、清槽修坡 机械挖土过程中，要配备人工清槽修坡，灌注桩间土挂网抹灰，挖至坑底标高时，配备人工将机械挖土的余土清至挖土机开挖半径内，这种方法既可一次交成品，又可节省劳动力。 见问题及应急预案 水泥土搅拌桩施工中常见问题及其原因和处理方法： 常见问题 原因 处理方法 钻进困难 遇到地下障碍 设法排除 遇到密实粘土层 适当注水钻进 发生断浆 压浆泵故障 排除 管路阻塞 疏通 注浆不均匀 提升速度与注浆速度不协调 对现场土层进行 试桩、改进工艺 桩顶缺浆 注浆过快或提升过慢 协调提升速度与注浆速度 浆液多余 注浆太慢或提升过快 邻近地面隆起 样槽开挖太浅、太早 加深、加宽样槽 成桩速度过快 放慢施工速度 布桩过密 采用格栅式布置，减少密排桩 土层有局部软弱层或带状软弱层，注浆压力扩散 除采用上述三项措施外，还可调整施工顺序，先施工水泥土墙外排桩，将基坑封闭，使压力向基坑内扩散 常见问题 原因 处理方法 螺旋钻杆作业时“卡钻” 钻进过快 控制钻进速度 螺旋钻杆排土困难 土的含水量高或土成软塑流动状态，土屑与孔壁摩阻力过小 提高螺旋钻杆的钻速 螺旋钻杆拔出困难 土屑未充分排出 排除孔内土屑，减少虚土 螺旋钻杆成孔向上弯曲 钻削的土屑沉积在钻杆的下方造成钻头上台 压水钻进时孔壁坍塌 无套管钻进时，孔口没保护套造成孔口坍塌 孔口处放入 12m 长的保护套管 遇流沙层而坍孔 加快钻速，降低排孔水压，保持孔内水头压力 工程施工 18 压水钻孔时引起支护墙背地基沉降 在较差的土层中钻孔而未采用套管成孔，造成地下水从孔内流出并带走土粒 改用套管成孔 采取止水或降 水措施保持孔内水头压力 注浆量过大 土的孔隙率较大 增加注浆量，添加早强剂，采用二次注浆法 地下有空穴、回填松土杂土，或渗漏通道 注浆量过小或异常逸出 注浆管阻止 疏通注浆管 土的密实度较大 加大注浆压力 锚杆焊接缺陷 电焊咬肉 改进操作 焊接火花溅落在锚筋上 土方开挖阶段应急措施： 断桩及漏桩。 对于施工过程中已知的或怀疑可能发生的断桩或漏桩，在基坑开挖前，应先行对该桩险及桩背进行压密注浆或高压喷射注浆，保证其在开挖后不发生严重漏水，以便开挖后处理。断桩如发生在基坑底面以上， 则在开挖后，可将断校部位的泥浆、粘土、浮浆及不密实的棍凝土凿干净，支模后用混凝土补浇填实。 对于施工过程中未知的断桩或漏校，开挖发现后应先进行止水处理，再用混凝土补浇填实 护筒冒水。 若在成孔施工开始时就发现护筒冒水，可用粘土在周围填实加固，若在护筒严重下沉或位移时发现护筒冒水，应返工重埋。 孔壁颈缩。 处理方法是采取将泥浆相对密度控制在 右，施工时要跳开 1 至 2 个桩位钻孔，成桩的 施工间隔时间要超过 72 小时，钻头要定期更换。 孔壁塌陷。 如在钻进中出现踏孔时，应保持孔内水位，并加大泥浆相 对密度，减少泥浆泵排出量，以稳定孔壁；如塌陷严重，或泥浆突然漏失时，应厅钻并判明塌孔位置和分析原因后，立即回填砂和粘土混合物到塌孔位置以上 1 至 2 米，待沉积密实，孔壁稳定后钻孔。 挖土层厚度选择不当，引起基坑坍塌。 深基坑挖土应分层开挖，每层挖土厚度根据地质状况而定，不可一次挖土过深或者超过，以免造成被动土压力迅速减小而主动土压力迅速增大，使支护结构破坏，导致基坑坍塌。 流砂及管涌。 对轻微的流砂现象，在基坑开挖后可采用加快垫层浇筑或加厚垫层的方法“压住 ”流砂。对较严重的流砂应增加坑内降水措施，使地下 m 左右。但应注意，坑内降水不能对基坑外产生不利影响，因此，如果支护结构本身没有止水惟幕或止水椎幕渗漏严重的，则应慎用。 对邻近建筑及地下管线的影响控制。 基坑开挖后，坑内大量土方挖去，土体平衡发生根大变化，对坑外建筑或地下管线往往也会引起较大的沉降或位移，有时还会造成建筑的倾斜，并由此引起房屋裂缝，管线断裂、泄漏。 工程施工 19 对建筑的沉降的控制一般可采用跟踪注浆的方法。 对基坑周围管线保护的应急措施一