基坑支护工程设计方案smw工法.docx

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基坑支护工程设计方案smw工法

一般设设计部分5

1工程地质及水文地质资料5

1.1工程概况及工程地质5

1.1.1工程地质5

1.1.2水文地质5

1.2工程周围环境6

2设计依据和设计标准6

2.1基坑工程设计依据6

2.2基坑工程等级确定7

2.3基坑设计控制原则7

3基坑维护方案设计8

3.1支护体系的组成8

3.2几种常见支护体系8

3.2.1深层搅拌水泥土围护墙8

3.2.2槽钢钢板桩9

3.2.3地下连续墙9

3.2.4SMW工法（劲性水泥土搅拌桩法）9

3.3方案对比分析及选择10

3.3.1型钢选择10

3.3.2水泥土搅拌桩10

4基坑支撑方案设计11

4.1支撑结构类型11

4.2支撑方式的对比选择11

4.3立柱12

4.4围檩12

4.5支撑制作注意事项12

4.6基坑施工应变措施13

4.6.1支护墙的渗水与漏水13

4.6.2断桩及漏桩的处理13

4.6.3防止侧向位移发展的措施13

4.6.4流砂及管涌的处理13

4.6.5临近建筑与管线位移的控制14

4.7支撑施工技术要点14

4.7.1支撑安装14

4.7.2内支撑体系的拆除14

4.7.3支撑体系主要施工技术措施15

5计算书15

5.1土压力计算15

5.1.1标准段地下连续墙深度的确定15

5.1.2土的特征计算15

5.1.3水土压力计算16

5.2支撑及墙体内力计算18

5.2.1各参数的计算18

5.2.2支撑内力的计算19

5.2.3求最大弯距及剪力值20

5.2.4SMW的内力验算20

5.3基坑稳定性验算21

5.3.1基坑底部抗隆起稳定性验算22

5.3.2围护墙的抗倾覆稳定性验算23

5.3.3整体圆弧滑动稳定性验算25

5.3.4抗渗流验算26

6基坑主要技术经济指标28

6.1开挖土方量28

6.2SMW工法水泥土搅拌桩水泥用量28

6.3钢材用量计算28

6.4人工费用计算28

7基坑施工准备29

7.1基坑施工的现场准备29

7.1.1拆除障碍物29

7.1.2测量放线29

7.1.3“三通一平”29

7.1.4临时设施的准备29

7.2基坑施工的技术准备31

7.3施工物资的准备31

7.3.1物资准备31

7.3.2劳动力准备31

7.3.3季节施工及应急准备工作32

8施工方案32

8.1工程概况32

8.2工程技术特征33

8.3施工工法33

8.3.1基坑开挖类型33

8.3.2基坑开挖及支撑顺序33

8.3.3基坑开挖安全保证措施34

8.4SMW围护结构施工34

8.4.1导墙制作34

8.4.2开挖沟槽及制作泥浆池34

8.4.3SMW围护结构钻进施工35

8.4.4型钢插入36

8.4.5压顶圈梁制作36

8.4.6H型钢回收36

8.5围护结构质量保证措施36

8.5.1质量技术措施36

8.5.2质量检验方法37

8.6支撑保护37

8.7基底加固的混凝土施工37

8.7.1施工流程37

8.7.2主要技术参数37

8.7.3质量检验方法38

8.8围护防渗漏措施38

8.9降水措施38

8.9.1轻型井点降水38

8.9.2深井泵井点降水40

8.10SMW桩施工冷锋处理40

9施工总平面布置40

9.1施工现场临时建筑物的布置原则40

9.2施工用的临时运输线路的布置40

9.3建筑材料的堆放位置41

9.4大型设备停放41

10施工进度计划及管理措施41

10.1施工总体筹划41

10.1.1施工筹戈U的目标41

10.1.2施工进度计划和劳动力设备安排42

10.2施工流程42

10.2.1施工流程42

10.2.2工期保证措施43

10.3工期安排44

10.4施工过程控制与检查45

11质量、安全、文明管理措施45

11.1质量保证体系45

11.2质量保证措施45

11.2.1通用保证措施45

11.2.2防水层质量保证措施45

11.2.3对供货商的管理措施45

11.3土方运输环境管理规定45

11.3.1车辆情况45

11.3.2土方装卸46

11.3.3土方运输46

11.3.4应急响应46

11.4结构施工质量标准46

11.5安全生产管理措施47

11.6文明施工措施48

11.6.1文明施工目标48

1162文明施工措施48

参考文献49

专题设计部分49

深表土和浅表土静止土压力的对比分析49

1•问题的提出49

2.研究目的、工程意义、研究内容和研究方法49

2.1研究目的49

2.2工程意义49

2.3研究内容50

2.4研究方法50

2.5研究困难50

3浅表土ko试验结果与分析50

3.1理论分析50

3.1.1土性的影响50

3.1.2中和应力的影响50

3.1.3土样扰动程度的影响50

3.1.4结构性的影响50

3.2浅表土kg的几种计算方法50

3.2.1用经验公式计算50

3.2.2理论方法确定k0的研究现状51

3.2.3原位试验确定k0的研究现状51

3.2.4室内土工试验确定51

3.2.5试验方法对比分析52

4深厚表土k。

试验结果与分析52

4.1理论分析52

4.1.1固结时间对k0固结土力学特性的影响52

4.1.2高压对k0固结土的力学特性的影响52

4.2试样制作52

4.2.1试验方法52

4.2.2深厚表土ko试验结果与分析52

4.2.3结果分析54

5结论54

6展望54

翻译部分56

英文原文56

.中文译文62

致谢65

设设计部分

1工程地质及水文地质资料

1.1工程概况及工程地质

1.1.1工程地质

南京地铁珠江路综合楼工程位于中山路吉兆营路路口东南角，占地面积南北长约70m，东西宽约50m。

综合楼主楼26层，高约100m，采用钢结构体系；裙楼高6层，采用框架结构体系。

综合楼设三层地下室，

本工程地质条件与珠江路车站北段基本类似，地面实测标高在10.46m左右。

建址范围内自上向下土层构成分别为：

（1）①杂填土：

褐黄色，松散〜稍密，由碎砖、碎石及粉质粘土混填；

（2）①-2b2-3素填土：

褐黄〜褐灰色，软〜可塑，主要由粉质粘土填积，夹少量碎砖；

（3）②-1b3粉质粘土：

灰黄〜褐灰色，软塑，局部夹粉土；

（4）②-2b3-4粉质粘土：

灰色，软〜流塑，夹淤泥质粘土；

（5）③-1-1b1-2粉质粘土：

灰黄〜绿灰色，可〜硬塑；

（6）③-1-1b2粉质粘土：

灰黄〜褐黄色，可塑；

（7）③-1-2b3-4粉质粘土：

褐黄〜褐灰，软〜流塑；

（8）③-2-1b2-3粉质粘土：

褐黄〜褐灰，可〜软塑；

（9）③-2-2b3-4粉质粘土：

褐灰〜灰色，软〜流塑，夹薄层粉砂；

（10）③-3-1b2粉质粘土：

褐灰〜灰色，可塑；

（11）③-3-2b2粉质粘土：

灰黄〜绿灰色，可塑，夹少量粉细砂及卵砾石；

（12）③-3-3d2中粗砂：

灰〜灰黄色，中密，局部分布；

（13）③-4e粉质粘土混粗砂卵砾石：

灰黄色〜紫红色，可塑，卵砾石含量一般为5〜30%，粒径1〜8cm，局部含量达60%，粒径大于10cm。

1.1.2水文地质

场区内地下水主要为浅层孔隙潜水和微承压水。

浅层孔隙潜水直接由大气降水和地表水的渗入补给，地下水位埋深约1.0〜1.4米。

我们取地下水位为1米,

高程为9.46米

深层微承压水主要分布在第③-3-3d2层2.0m厚的粗砂混砾石土层中，地下水位埋深约32m左右。

该层地下水的补给来源和径流条件较复杂。

场地内水的渗透性较差，在4.5m厚的第③-1-2b3-4层粉质粘土（夹薄层状粉砂）中，水平渗透系数为12.1X10-7cm/s,垂直渗透系数为59X10-7cm/s,此层降水后可较大幅度提高土体强度，减少基坑位移。

1.2工程周围环境

根据《基坑工程手册》，在大中城市建筑物稠密地区进行基坑工程施工，宜对下述内容进行调查：

（1）周围建（构）筑物的分布，及其与基坑边线的距离，

（2）周围建（构）筑物的上部结构型式、基础结构及埋深、有无桩基和对沉降差异的敏感程度，需要时要收集和参阅有关的设计图纸，

（3）周围建筑物是否属于历史文物或近代优秀建筑，或对使用有待殊严格的要

求；

（4）如周围建（构）筑物在基坑开挖之前已经存在倾斜、裂缝、使用不正常等情况通过拍片、绘图等手段收集有关资料。

必要时要请有资质的单位事先进行分析鉴

^定。

本工程建址为一块已拆迁的空地，南侧为同仁大厦的附属建筑，该建筑结构为6层钢筋混凝土框架结构，其地下室边墙距离车站东边墙约8m，基础为30m深的450X450静压预制桩。

东侧为同仁宾馆，该建筑为7层框架结构，片筏基础，柱下450X450静压预制桩，深度24m。

在吉兆营路的北侧，有二幢省电力建设公司的砖混结构多层房屋，其中一幢为7层，1幢为4层，均为条形基础，结构较差。

两幢建筑距基坑北边线12.5m。

中山路下有若干地下市政管线，与本工程关系密切的是下水1050、电力380V和电信排管，这些管线由于地铁施工的需要目前正在搬迁中。

吉兆营路目前正在拓宽，拟作为中山路翻交后的非机动车绕行道路。

因此，地面超载取为20KN/m2。

2设计依据和设计标准

2.1基坑工程设计依据

1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）

2）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

3）《地基与基础工程施工及验收规范》（GBJ202—83）

4）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）

5）《地基处理技术规范》（DBJ08—40—94）

6）《地铁基础工程施工规程》（SZ—08—2000）

7）《基坑工程设计规程》（DBJ08—61—97）

8）《简明深基坑工程设计施工手册》

9）《基坑工程手册》

2.2基坑工程等级确定

在基坑方案总体设计中，必须根据周围环境要求、工程功能要求等制定出安全而合理的设计标准。

按深基坑工程已有工程经验，根据周围环境保护要求，将基坑变形控制标准分为四个等级如下表2-1

表2-1:

基坑变形控制保护等级标准

保护等级

地面最大沉降量及围护墙水平移

控制要求

环境保护要求

特级

1.地面最大沉降量w0.1/H;

2.围护墙最大水干位移w0.14/H;

3.K>2.2

离基坑10m，周围有地铁，共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施

必须确保安全

一级

1.地面最大沉降量w0.2%H;

2.围护墙最大水平位移w0.3H;

3.K>2.0

离基坑周围H范围内设有

重要干线、水管、大型在使

用的构筑物、建筑物

二级

1.地面最大沉降量w0.5%H;

2.围护墙最大水干位移w0.7%H;

3.K>1.5

在基坑周围H范围内设有

较重要支线管线和一般建

筑、设施

三级

1.地面最大沉降量w1%H;

2.围护墙最大水干位移w1.4%H;

3.K>1.2

在基坑周围30m范围内设

有需保护建筑设施和管线

构筑物

注：

H为基坑开挖深度，在17m左右，K为抗隆起安全系数，按圆弧滑动公式算出。

根据以上标准，该工程等级可以确定为二级。

2.3基坑设计控制原则

1）全面响应招标文件，严格遵守招标文件的各项条款。

2）采用先进、成熟、有效、切实可行的施工方案，确保在业主要求工期内,安全、优质、高效、低耗地完成本标段施工任务。

3）充分考虑本标段工程特点和周边施工环境，最大限度地降低工程施工对城市秩序、环境卫生、市容市貌、地面交通、既有设施安全及市民正常生活带来的不利影响。

4）严格贯彻“安全第一”的原则；采用监控量测措施和信息反馈系统指导施工，确保施工安全、环境安全及周边建筑物安全。

5）确保工程质量和工期。

6）文明施工和环境保护达到沈阳市政府及业主的要求。

7）坚持优化技术方案和推广应用“四新”成果，加强科技创新和技术攻关，应用新技术、新材料、新工艺、新设备，确保工程全面创优。

8）加强施工管理，提高生产效率，降低工程造价。

3基坑维护方案设计

3.1支护体系的组成

当基坑工程的土方开挖、采用有支护开挖方式时，在基坑土方开挖之前则需先施工支护体系。

支护体系按其工作机理和材料特性，分为水泥土挡墙体系、排桩和板墙式支护体系和边坡稳定式三类。

水泥土挡墙体系，依靠其本身的自重和刚度保护坑壁，一般不设支撑，特殊情况下经采取措施后亦可局部加设支撑。

排桩和板墙式支护体系，通常由围护堵、支撑（或土层诺杆）及防渗旅幕等组成。

3.2几种常见支护体系

在基坑支护中，实际上多采用以下四种方法，根据工程水文地质及工程安全等级、周围环境等各方面的要求，对以下四种支护方式进行具体的分析，从而选出最适合于本工程施工的一种支护方式。

3.2.1深层搅拌水泥土围护墙

深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。

水泥土围护墙的优点：

由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济。

其缺点首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时。

为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。

一般情况下，当红线位置和周围环境允许，基坑深度v7m,在软土地区应优

先考虑米用之。

322槽钢钢板桩

这是一种简易的钢板组合护墙，由槽钢正反扣搭接或并排组成。

槽钢长6—8m,型号由计算确定。

打人地下后顶部近地面处设一道拉锚或支撑。

由于搭接处不严密，一般不能完全止水。

如地下水位高，需要时可用轻型井点降低地下水位。

一般只用于一些小型工程。

钢板桩的优点是材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而且简便；有一定的挡水能力（小趾口音挡水能力更好）；可多次重复使用；一般费用较低。

其缺点是一般的钢板桩刚度不够大，用于较深的基坑时支撑（或拉锚）工作量

大，否则变形较大；在透水性较好的土层中不能完全挡水；拔除时易带土，如处理不当会引起土层移动，可能危害周围的环境。

由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m的基坑。

3.2.3地下连续墙

地下连续墙是于基坑开挖之前，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖深槽，然后下钢筋笼浇筑混凝土形成的地下土中的混凝土墙。

地下连续墙用作围护墙有以下优点：

（1）施工时振动少、噪声低，可减少对周围环境的影响，能紧邻建筑物和地下管线施

（2）地下连续墙刚度大、整体性好、变形相对较小，可用于深基坑；

（3）地下连续墙为连续整体结构，施工时处理好接头部怔，能有较好的抗渗止水作用

地下连续墙有如下的缺点：

如单独用作围护堵成本较高；施工时需泥浆护壁，泥浆要妥善处理，否则影响环境。

当基坑深度大，周围环境复杂井要求严格时，往往首先考虑采用。

3.2.4SMW工法（劲性水泥土搅拌桩法）

SMW工法为日本的叫法，国内亦称劲性水泥土搅拌校法，即在水泥土搅拌桩内插入H型钢等（多数为H型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等），将承受荷载

与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护培。

从我国目前的设计施工水平看，SMW工法围护墙在软土地区用于两层地下室的基坑工程（深度8—10m）完全是可以的，上海东方明珠二期工程用于10.7m基坑如果用后能将H型钢拔出回收，则经济效益显著。

3.3方案对比分析及选择

对于深层搅拌水泥土围护墙，由于基坑开挖深度达到17.86米,坑内无支撑肯

定达不到安全施工的要求。

同时基坑长度过大，达到71.06米，为此要采取中间加

墩、起拱等措施以限制过大的位移，所以施工比较复杂。

其次是由于其厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要影响周围环境。

该工程两侧都有建筑物，可施工的空间有限。

因此此工法在此不可应用。

对于槽钢钢板桩，由于搭接处不严密，一般不能完全止水。

且一般的钢板桩刚度不够大，用于较深的基坑（本工程17.86m）时支撑（或拉锚）工作量大，变形

较大；且由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m的基坑。

对于本工程，

显然不合要求，故放弃此支护方案。

对于地下连续墙和SMW（劲性水泥土搅拌桩法），是深基坑支护方式最常用的几种方法之一，在此工程中两种方法都可以应用。

但是考虑到环境和造价要求，我认为还是优先使用SMW（劲性水泥土搅拌桩法）工法进行施工。

因为该工程南侧为同仁大厦的附属建筑，东侧为同仁宾馆，在吉兆营路的北侧，有二幢省电力建设公司的砖混结构多层房屋，两幢建筑距基坑北边线12.5m,由于地下连续墙施工［破坏都很大，同时由于该工程开挖深度深，基坑长，如果采用地［话，那么工程造价势必会提高很多。

所以采用SMW工法较为合理。

3.3.

2水泥土搅拌桩

水泥土搅拌桩桩机钻孔直径为800mm，孔轴间距为600mm，且

水泥搅拌桩选择w=394mm，t=600mm，见图3-2。

4基坑支撑方案设计

4.1支撑结构类型

根据《基坑工程手册》，对于深度较大的基坑，为使围护堵经济合理和受力后变形的控制在一定范围内，都需沿围护墙竖向增设文承点，以减小跨度。

如在坑内对围护墙加设支承称为内文撑；如在坑外对围护墙拉设支承，则称拉锚（土锚）0

内支撑受力合理、安全可靠、易于控制图护墙的变形但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。

用土锚拉结围护墙，坑内施工无任何阻挡，但于软土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定长度，在建筑物密集地区如超出红线油需专门申请，否则是不允许的。

一般情况下，在土质好的地区，如具备锚杆施工设备和技术，应发展土锚；在软土地区为便于控制围护墙的变形，应以内支撑为主。

支护结构的内支撑，按材料分，可分为钢支撑和钢筋混凝土支撑两类。

钢支撑的优点是安装和拆除速度较快，能尽快发挥艾撑的作用，减小时间效应，既使围护墙因时间效应增加的的变形减小；可以重复利用，多为租赁方式，便于专业化施工；可以施加预紧力，还可根据围护墙变形发展情况，多次调正预紧力值以限制围护墙变形发展。

其缺点是整体刚度相对较弱，支撑的间距相对较小；由于在两个方向施加预紧力，使纵、横向方捏的诈接处处于铰接状态。

钢筋混凝土支撑优点是形状多样性，由于是现浇而成，可浇筑成直线、曲线构件，可根据基坑平面形状，浇筑成最优化的市置型式；整体刚度大、安全可靠，可使围护墙的变形小，有利于保护周围环境；可方便地变化构件的截面和配筋，以适应其内力的变化。

其缺点是支撑成型和发挥作用时间长，现场浇筑需时较长，再加上养护达到规定的强度，时间更加长，为此时间效应大，使围护墙因时间效应而产生的变形增大；属一次性的支撑结构，不能重复利用（做成装配式者例外）；

拆除相对困难，如利用控制爆破拆除，有时周围环境不允许，如用人工拆除.时间较长，劳动强度大。

4.2支撑方式的对比选择

由于本工程的施工同时施工影响着珠江路地铁车站的施工，所以工期较为紧张。

而钢筋混凝土支撑由于其成型和发挥作用时间长，现场浇筑需时较长，同时养护要达到规定的强度，时间更加长，一来是时间不允许，二来是围护墙也会因时间效应而产生变形增大的后果；且不能重复利用；拆除相对困难。

又由于工程周围建筑物较多，空间上也不许。

而钢支撑的安装和拆除速度较快，能尽快发挥支撑的作用，减小时间效应，有利于保证工期；可以重复利用。

此基坑长度长，开挖深度大，若是连结处处于绞结状态的话，对于基坑开挖的安全性是不能保证的，也能满足环境的要求。

因此我建议采用钢支撑施工，采用

4.3立柱

当基坑的平面尺寸较大时，需布置支撑立柱来支撑水平支撑系统的自重，同时还可以防止支撑弯曲，在一定程度上起到缩短支撑的计算长度，防止支撑失稳破环的作用。

支撑立柱通常采用钢立柱。

由于在基坑开挖结束建筑底板的时候支撑立柱一般不能拆除，所以立柱最好做成格构式，以利于底板钢筋的通过，否则必须截断底板钢筋或在立柱侧壁上穿洞，而造成不必要的麻烦。

本工程中，立柱采用和钢支撑同样的材料，为4.4围檩

围檩的作用为将支护墙体上所承受的土压力、水压力等外荷载传递到支撑上，围檩的另一个重要作用是加强支护墙体的整体性，将支护墙体的各施工单元组成一个整体而共同受力。

4.5支撑制作注意事项

内支撑施工体系安装施工要点：

（1）千斤顶预加轴力必须对称同步，以平衡横撑自重下落的可能和初期开挖预放的初应变。

（2）钢管横撑的设置时间必须严格按设计工程条件掌握，土方开挖时应分段分层，严格控制安装横撑所需的基坑开挖深度。

（3）所有支撑连接处，均应垫紧贴密，防止钢管支撑偏心受压。

（4）端头斜撑处钢围囹及支撑头，必须严格按设计尺寸和角度加工焊接、安装、保证支撑为轴心受力。

（5）钢管支撑安装的允许偏差应满足表4.1的规定

表4.1钢管横撑安装的允许偏差

项目

横撑中心标咼及同层顶面的标咼差

支撑两端的标咼差

支撑挠曲度

主柱垂直度

横撑与主柱的轴线偏差

横撑水平轴线偏差

允许

±30mm

<20mm

<1/1000L

<1/3000H

<50mm

<30mm

值

<1/600L

4.6基坑施工应变措施

4.6.1支护墙的渗水与漏水

土方开挖后支护墙出现渗水或漏水，对基坑施工带来不便，如渗漏严重时则往往会造成土颗粒流失，引起支护墙背地面沉陷甚至文护结构坍塌。

在基坑开挖过程中，一旦出现渗水或漏水应及时处理，常用的方法有：

对渗水量较小，不影响施工区不影响周边环境的情况，可采用坑底设沟排水的方法。

对渗水量较大，但没有泥砂带出，造成施工困难，而对周围影响不大的情况,可采用“引流一修补”方法。

462断桩及漏桩的处理

在成桩过程中有时会遇到无法清除的地下障碍，使支护桩形成断桩或漏桩现象，在钻孔灌注校施工中也会遇到坍孔等原因造成断校。

这对支护堵的受力会带来影响，断桩或漏桩处也易造成严重漏水。

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，支模后用很凝土补浇填实。

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

施工阶段未知的断桩，其位置又发生在基坑底面以下，一般很难发现也难以修复。

4.6.3防止侧向位移发展的措施