基坑土方开挖支护降水施工方案.docx
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基坑土方开挖支护降水施工方案
一、编制依据
1.甲方提供的相关资料
序号
名称
编号及备注
1
岩土工程勘察报告
河北天璞基础工程有限公司
2
基础平面施工图、基础大样
结施-03~-07
3
结构设计总说明
结施-01、-02
2.本方案编制的主要规程、规范
序号
名称
编号
1
建筑基坑支护技术规程
JGJ120-2012
2
建筑地基基础设计规范
GB50007-2011
3
建筑工程施工质量验收统一标准
GB/T50300-2013
４
建筑地基基础施工质量验收规范
GBJ50202-2002
５
建筑地基处理技术规程
JGJ79-2012
６
锚杆喷射混凝土支护技术规范
GB50086-2001
７
建筑基坑工程监测技术规范
GB50497-2009
８
混凝土结构设计规范
GB50010-2010
９
建筑施工土石方工程安全技术规范
JTJ180-2009
3、应用周期：
3个月
二、工程概况及整体方案概述
2.1工程概况
菏泽学院实验楼工程位于菏泽市大学路北侧，菏泽学院东校区院内。
本工程自然地表标高相对±0.00ｍ标高取-1.35m，结合2012年3月10日的基础加深设计变更，基坑底标高-8.117m，，基坑挖深6.767m。
2.2水文地质及工程地质概况
根据菏泽建设工程勘察院提供的《菏泽学院二期综合实验楼、2#学生公寓、风雨操场岩土工程勘察报告》（ＨＫ10－256），拟建场区原为拆迁场地，因场地东侧地槽地势较洼，起伏较大，西部高。
场地地层为第四系全新统黄河冲积层，主要由粉土、粘性土等构成，地表分布有厚0.20-0.80m的耕土或人工填土。
地层从上至下其6层，详述如下：
①层耕土：
黄色，以粉土为主，含有大量植物根系，虫孔及腐殖质，局部为建筑垃圾。
该层具中压缩性。
回填时间约1年，土质均匀性极差。
场区普遍分布，厚度：
0.20-0.80m；层底标高：
47.56-49.21m；层底埋深：
0.20-0.80m。
②层粉土：
黄色，湿～很湿，上部稍湿，中密～密实，局部稍密，具有中压缩性。
场区普遍分布，厚度：
0.50-2.40m；层底标高：
46.29-47.58m；层底埋深：
0.80-2.90m。
③层粉质粘土夹粘土：
棕色，可塑，局部软塑，具有中～高压缩性。
场区普遍分布，厚度：
0.30-1.30m；层底标高：
45.50-46.83m；层底埋深：
1.70-3.60m。
④层粉土：
黄色，湿～很湿，中密～密实，具有中压缩性。
场区普遍分布，厚度：
1.50-3.20m；层底标高：
43.03-44.22m；层底埋深：
4.10-6.10m。
⑤层粘土：
棕灰色，软塑～可塑，具中～高压缩性。
场区普遍分布；厚度：
0.50-1.50m；层底标高：
41.73-43.32m；层底埋深：
4.80-7.40m。
⑥层粉质粘土与粉土互层：
粉质粘土：
棕色，可塑～软塑，局部硬塑，具中～高压缩性；粉土：
灰黄色，湿～很湿，中密～密实，具有中压缩性。
场区普遍分布，厚度：
4.70-6.60m；层底标高：
35.93-38.06m；层底埋深：
10.30-13.30m。
该场区浅部土层中的地下水为第四系孔隙潜水，场地内主要含水层为②层、④层等，其主要补给来源由大气降水入渗，以人工开采、迳流排泄和垂直蒸发为主要排泄方式。
勘探期间从施工钻孔中测得稳定地下水位埋深为1.50m。
该工程基坑开挖开挖时，拟采用轻型井点法进行降水，降至基底下0.50m，地下水位较高（埋深1.50m左右）；采取放坡开挖方式，均在坡面上进行护坡。
2.3基坑土方开挖及支护、降水整体方案概述
本工程的实际开挖深度在6.767m左右，结合2012年3月10日的基础加深设计变更以及现场的情况，决定改变原有施工方案采用1：
1放坡，均采用土钉墙喷射混凝土的形式支护，土方开挖采用挖土机挖土，翻斗车外运，考虑在3.00m深处放1m宽的台；拟采用轻型井点法进行降水，降至基底下0.50m。
三、基坑支护设计
3.1支护设计分析及选择
基坑支护的设计原则为“技术先进、经济合理、安全可靠”，从而确保基坑开挖过程及结构施工期间边坡稳定以及周边建筑、道路的安全。
本工程的开挖深度6.767m，场地周围有建筑和管线，考虑采取放坡开挖方式，均在坡面上进行锚杆喷混凝土护坡，为了减少土方开挖和回填量，放坡系数为1：
1。
3.2基坑支护设计
土钉支护是从坑道喷锚支护发展起来的一种柔性支护，其基本原理为“新奥法”，通过密布的压浆土钉，从本质上改变加固区原状土的土体力学性质，形成“加固区”从而抵抗侧向土的压力。
土钉施工随挖随支，及时封闭开挖面，使得由于开挖引起的土层应力释放得到控制，约束边坡位移的发展。
同时土钉体也具有类似锚杆的作用，浆不稳定的土压力引入深处稳定的土层中，通过稳定土层中的锚固力来平衡不稳定的土压力。
于护坡等支护形式相比，从支护原理上来说，土钉支护是一种主动型的约制支护方式。
虽然我国国家及相关部门已颁发相应的土钉支护规范，土钉墙支护原理仍不是十分清楚，目前规范主要采用经典的土压力进行计算，由于经典土压力的分布形式，土钉设计中存在于现实工程不太相符的情况，主要为下部土钉过长，同时下部土钉受力计算值偏大。
北京、上海等大都市的土钉支护十几年的发展与完善，其施工经验已十分成熟，大多数单位在概念性设计中都将土钉长度及直径进行相应的调整及折减，并不影响土钉支护整体的稳定性。
关于土钉端部联接的做法，常用以下三种方式：
牛腿筋做法为规范推荐做法，但目前较少采用，目前采用较多的做法主要是弯钩及井字筋做法，其中井字筋做法受力较为均匀，但是主筋和加强筋的焊点的受力较小，容易脱离，造成面层和土钉受拉分离，结构受到破坏。
我公司拟采用加强后的弯钩做法，采用双弯钩，效果较好。
（1）计算说明
本工程场区较为开阔，考虑取坡顶荷载为25Kpa。
（2）支护设计方案
设计参数：
序号
类别
设计数值
1
基坑开挖深度
6.767m，坡顶考虑均布荷载25Kpa
2
土钉墙坡度
1:
1
3
面层钢筋
Φ8@150钢筋网
4
土钉加强筋
1Φ14加强筋双向，且保证每根土钉周围均有
5
成孔直径
130mm
6
砼面层
厚度80mm，强度C25
7
水泥净浆
水灰比0.45～0.5
8
面层砼配合比
水泥：
砂：
石＝约1：
2：
2
设计方案：
位置
土钉长度
竖向间距
横向间距
钢筋直径
角度
第一道
5.00m
1.2m
1.5m
112
15
第二道
6.00m
1.2m
1.5m
112
15
第三道
5.00m
1.2m
1.5m
116
15
第四道
5.00m
1.2m
1.5m
120
15
第五道
5.00m
1.2m
1.5m
122
15
（3）土钉墙支护计算计算书
一、参数信息:
1、基本参数：
侧壁安全级别：
二级
基坑开挖深度h（m）：
6.767；
土钉墙计算宽度b'（m）：
20.00；
土体的滑动摩擦系数按照tanφ计算，φ为坡角水平面所在土层内的内摩擦角；
条分块数：
6；
考虑地下水位影响；
基坑外侧水位到坑顶的距离（m）：
5.000；
基坑内侧水位到坑顶的距离（m）：
7.300；
2、荷载参数：
序号类型面荷载q（kPa）基坑边线距离b0（m）宽度b1（m）
1满布25.00----
3、地质勘探数据如下：
序号土名称土厚度坑壁土的重度γ坑壁土的内摩擦角φ内聚力C极限摩擦阻力饱和重度
（m）（kN/m3）（°）（kPa）（kPa）（kN/m3）
1耕土0.5018.7015.005.0015.0018.70
2粉土1.4527.6025.9013.0050.0027.60
3粉质粘土加粘土0.8037.8010.8030.0040.0037.80
4粉土2.3529.704.6012.0050.0029.70
5粘性土1.0048.704.6025.0040.0048.70
6粉质粘土与粉土互换5.6533.6010.9029.0040.0033.60
4、土钉墙布置数据：
放坡参数：
序号放坡高度（m）放坡宽度（m）平台宽度（m）
13.003.001.00
23.774.000.50
土钉数据：
序号孔径（mm）长度（m）入射角（度）竖向间距（m）水平间距（m）
1130.005.0015.001.201.50
2130.006.0015.001.201.50
3130.006.0015.001.201.50
4130.006.0015.001.201.50
5130.005.0015.001.201.50
二、土钉（含锚杆）抗拉承载力的计算:
单根土钉受拉承载力计算，根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99，
R=1.25γ0Tjk
1、其中土钉受拉承载力标准值Tjk按以下公式计算：
Tjk=ζeajksxjszj/cosαj
其中ζ--荷载折减系数
eajk--土钉的水平荷载
sxj、szj--土钉之间的水平与垂直距离
αj--土钉与水平面的夹角
ζ按下式计算：
ζ=tan[（β-φk）/2]（1/（tan（（β+φk）/2））-1/tanβ）/tan2（45°-φ/2）
其中β--土钉墙坡面与水平面的夹角。
φ--土的内摩擦角
eajk按根据土力学按照下式计算：
eajk=∑{[（γi×szj）+q0]×Kai-2c（Kai）1/2}
2、土钉抗拉承载力设计值Tuj按照下式计算
Tuj=（1/γs）πdnj∑qsikli
其中dnj--土钉的直径。
γs--土钉的抗拉力分项系数，取1.3
qsik--土与土钉的摩擦阻力。
根据JGJ120-99表6.1.4和表4.4.3选取。
li--土钉在直线破裂面外穿越稳定土体内的长度。
层号有效长度（m）抗拉承载力（kN）受拉荷载标准值（kN）初算长度（m）安全性
14.2760.453.420.00满足
25.7286.516.630.37满足
34.3167.1138.912.12满足
44.9562.5955.485.43满足
54.5657.2878.375.00不满足
第1号土钉钢筋的直径ds至少应取：
12mm；
第2号土钉钢筋的直径ds至少应取：
12mm；
第3号土钉钢筋的直径ds至少应取：
16mm；
第4号土钉钢筋的直径ds至少应取：
20mm；
第5号土钉钢筋的直径ds至少应取：
22mm；
三、土钉墙整体稳定性的计算:
根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99要求，土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法如下图，按照下式进行整体稳定性验算：
公式中：
γk--滑动体分项系数，取1.3；
γ0--基坑侧壁重要系数；
ωi--第i条土重；
bi--第i分条宽度；
cik--第i条滑土裂面处土体固结不排水（快）剪粘聚力标准值；
φik--第i条滑土裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角标准值；
θi--第i条土滑裂面处中点切线与平面夹角；
αj--土钉与水平面之间的夹角；
Li--第i条土滑裂面的弧长；
s--计算滑动体单元厚度；
Tnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外锚固与土体的极限抗拉力，按下式计算。
Tnj=πdnj∑qsiklnj
lnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度
把各参数代入上面的公式，进行计算
可得到如下结果：
---------------------------------------------------------------------------------
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第1步2.77228.8350.5001.7241.795
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第2步2.13635.5770.6113.6803.730
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第3步1.87328.8351.2494.3104.488
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第4步2.02428.1972.3465.2745.773
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第5步1.85729.7662.7407.0797.591
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第6步1.82030.4963.1638.8639.410
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第7步1.80534.3202.86310.35710.745
示意图如下：
--------------------------------------------------------------------------------------
计算结论如下：
第1步开挖内部整体稳定性安全系数Fs=2.772>1.30满足要求!
[标高-1.200m]
第2步开挖内部整体稳定性安全系数Fs=2.136>1.30满足要求!
[标高-2.400m]
第3步开挖内部整体稳定性安全系数Fs=1.873>1.30满足要求!
[标高-3.000m]
第4步开挖内部整体稳定性安全系数Fs=2.024>1.30满足要求!
[标高-3.600m]
第5步开挖内部整体稳定性安全系数Fs=1.857>1.30满足要求!
[标高-4.800m]
第6步开挖内部整体稳定性安全系数Fs=1.820>1.30满足要求!
[标高-6.000m]
第7步开挖内部整体稳定性安全系数Fs=1.805>1.30满足要求!
[标高-6.767m]
四、抗滑动及抗倾覆稳定性验算
（1）抗滑动稳定性验算
抗滑动安全系数按下式计算：
KH=f'/Eah≥1.3
式中，Eah为主动土压力的水平分量（kN）；
f'为墙底的抗滑阻力（kN），由下式计算求得：
f'=μ（W+qBaSv）
μ为土体的滑动摩擦系数；
W为所计算土体自重（kN）
q为坡顶面荷载（kN/m2）；
Ba为荷载长度；
Sv为计算墙体的厚度，取土钉的一个水平间距进行计算
1级坡：
KH，满足要求！
2级坡：
KH，满足要求！
（2）抗倾覆稳定性验算
抗倾覆安全系数按以下公式计算：
KQ=MG/MQ
式中，MG--由墙体自重和地面荷载产生的抗倾覆力矩，由下式确定
MG=W×BC×qBa×（B'-B+b×Ba/2）
其中，W为所计算土体自重（kN）
其中，q为坡顶面荷载（kN/m2）
Bc为土体重心至o点的水平距离；
Ba为荷载在B范围内长度；
b为荷载距基坑边线长度；
B'为土钉墙计算宽度；
ME--由主动土压力产生的倾覆力矩，由下式确定
Mk=Eah×lh
其中，Eah为主动土压力的水平分量（kN）；
lh为主动土压力水平分量的合力点至通过墙趾O水平面的垂直距离。
1级坡：
KQ=69.00>1.5，满足要求！
2级坡：
KQ=1739.48>1.5，满足要求！
（4）开挖木桩支护及基槽换填砂石方案
根据变更后设计基底标高，我公司基槽土方开挖采用1:
1坡率，由于基坑东北角北面为学院围墙，且距基坑很近，本来就不能满足1:
1放坡条件，因此决定将边坡支护改为台阶式开挖、木桩支护，为了确保工期、确保工程质量、确保安全等方面考虑，根据本工程现实情况及往年施工的菏泽大剧院、菏泽医专等同类工程的施工经验，特提出的施工方案具体方法如下：
1、开挖方式：
在-4.4m标高处按轴线尺寸向外均放大3m开挖，并打入直径150mm木桩一排（间距为500mm，木桩长度不小于4m）；在-6.3m标高处（以挖至粉质粘土层为准）按轴线尺寸向外均放大2m开挖，挖出第一步台阶，在此位置处提前打入直径150mm木桩（间距100mm，木桩长度不小于4m），在木桩外围用竹排及苇席做围护以防止流沙，竹排外侧填入袋装石子防止涌砂。
2、木桩拉接：
考虑到木桩的整体稳定性，在木桩上端用水平木桩与竖向木桩连接在一起，（材料为直径150木桩，用扒掬钉牢配合铁丝绑扎）。
并每隔4m设一个拉接点用钢丝绳（长度约为15米）与上部锚杆（直径为三级钢18，深度4.5m）连接。
3、排水布置：
在木桩内侧及中间部位设600mm宽300mm深排水盲沟，盲沟内填置10～30mm级配碎石，并在排水盲沟四角及中间部位各设置直径500渗水井，井内配QDX8-18-0.75水泵24小时排水。
二、基槽换填砂石垫层
根据工程实际情况及试挖，经设计、勘察、业主及监理部门共同确认，本工程地基需加深并换填砂石垫层。
具体换填方法如下：
1、挖土采取先四周开挖，中间后挖的办法，每开挖5～10米左右为一段，（特别是北侧距围墙的位置）边挖槽、清槽、同时在基坑边部先换填砂石，确保四周不塌坡，确保工程质量，施工安全及施工进度。
2、大面积开挖完成后，留好马道，用小翻斗车、小摊车等运输工具，将拌合好的砂石料进行人工整平砂石垫层。
3、全部砂石垫层完成至设计基底标高后再进行地槽钎探及后续工作。
四、基坑降水设计
1.1总体设计：
根据岩土工程勘察报告，粘土渗透系数仅为0.01m/d，透水性极差，粉土渗透系数勘察报告1.0m/d太小，按菏泽市降水施工经验取2m/d。
为使总管接近地下水位，地下水位暂按1.5m深，拟采取表层土挖去1.0米，第⑤层粘土、⑥层粉质粘土与粉土互层渗透系数很小，暂按不透水层考虑，设置6米长的井点管，直径50mm，滤管长1.0m。
井点管外露地面0.7m，埋入土中5.3m（包括滤管）。
1.2降水井点管设计：
涌水量计算：
Q=L×H×K
=（90+142）×2×（6+1-1.5）×2
=5104（m3/d）
单根井点管出水量：
q=65πdl3
=65×3.14×0.05×1.03=14.72（m3/d）
井点管数量：
n=1.1Q/q=1.1×5104/14.72≈382（根）
井距：
D=464/382=1.2（m）
取井距为1.0米，实际根数为464根。
1.3降水井点管总体设计：
取井距为1.0米，实际总根数为464根。
每29根管设一台泵，共需16台。
五、施工部署及工期安排
5.1总体施工顺序
降水挖槽→土钉墙分步至槽底→分步支护→清底→结构施工
5.2工程管理目标（含质量、工期与安全文明）
1、质量管理目标
符合国家现行质量验收规范，质量达到合格标准。
2、工期管理目标
尽快进行降水、支护工作，充分为结构施工创造工作面，确保整个工程按合同工期如期完成。
3、安全文明施工目标
文明施工，杜绝人身伤亡事故发生，争创省级安全文明示范工地。
5.3项目施工组织机构
工程项目部控制和协调本工程的施工管理。
形成以项目经理负责制为中心，以合同管理和成本控制为主要内容，以科学的系统管理和先进技术为手段的管理机制。
同时，项目部在集团公司领导下充分发挥企业的整体优势，高效地组织和优化公司及社会生产要素。
严格按照以ISO9001模式标准建立的质量保证体系来运作，形成以全面质量管理为中心环节，以专业管理和计算机辅助管理相结合的科学化管理体制，实现公司的质量方针和质量目标。
5.4本工程投入的机械设备
1、测量设备
设备名称
设备型号
数量
水准仪
S3
1
全站仪
1
2、土钉墙施工机械设备
设备名称
设备型号
数量
砼喷射泵
PZ-5
1台
空压机
12m3
1台
注浆设备
UBL-3
1套
搅拌机
YE7
1套
3、钢筋加工机械设备
设备名称
设备型号
数量
钢筋调直机
CT40/14
1台
电焊机
BX-300
3台
钢筋切割机
GJ51-32
1台
4、降水施工机具及材料
（1）井点管及滤管：
Φ50mmPVC管，长6.0m，一端1.0m长范围内，在管壁上钻Φ15mm的小圆孔，孔距为25mm，外包两层滤网，滤网采用编织布，外再包一层网眼较大的尼龙丝网，每隔50mm用10号铅丝绑扎一道，滤管另一端与井点管进行联结。
（2）连接管：
PVC管与井点管和总管连接，采用8号铅丝绑扎，应扎紧以防漏气。
（3）总管：
Φ100mmPVC管，用粘结剂连接，防止漏气、漏水。
（4）抽水设备：
根据设计配备离心真空泵，以及机组配件和水箱。
（5）移动机具：
自制移动式井架和牵引力为6t的绞车。
（6）凿孔冲击管：
钻斗Φ300、钻头Φ75×8mm的钢管，其长度为10m。
（7）水枪：
Φ50×5mm无缝钢管，下端焊接一个Φ16mm的枪头喷嘴，上端弯成大约直角，且伸出冲击管外，与高压胶管连接。
（8）蛇形高压胶管：
压力应达到1.50MPa以上。
（9）高压水泵：
100TSW一7高压离心泵，配备一个压力表，作下井管之用。
（10）材料：
采用粗砂，严禁使用细砂，以防堵塞滤管网眼。
六、专项施工方案
6.1土钉墙施工
土方开挖→修边坡→土钉成孔→安放土钉→注浆→绑扎钢筋网→土钉同加强筋焊接→加垫块→设喷射砼厚度控制标志→喷射砼→养护
序号
施工工艺
施工要点
1
测量放线
根据基坑支护方案测量放出开挖线，用白石灰撒在现场。
2
开挖工作面，修整边坡
基坑边坡应分段分层开挖，采用反铲挖土机，预留10cm~20cm人工修坡，开挖深度在土钉孔位下50cm，边开挖边人工修整边坡。
人工修整坡时，坡面不平整度≤20mm
3
土钉成孔
土钉成孔机具用专用工具。
成孔直径130mm，倾角位15o。
成孔前，在设计孔位处作显着标志，以免钻孔时错位。
4
钢筋安设
钻孔完毕后，应立即将钢筋体和灌浆管（1根Φ20塑料管）同时插入孔底。
土钉使用前应调直、除锈，钢筋长度不够时，可采用搭接焊工艺加长；位保证钢筋杆体位于成孔的中心，在钢筋杆体上焊接3根对称的“V”型Φ6的钢筋作为支架，沿钢筋方向均匀布置，间距2m。
注浆材料宜用1：
0.5的水泥净浆。
在注浆前，注浆管应插至距孔底250～500mm。
将搅拌好的水泥浆注入钻孔底部，自孔底向外灌注。
5
土钉墙钢筋网施工
钢筋网与坡面间隙大于20（采用已预制好的垫块控制），钢筋网应与土钉和加强筋联接牢固，保证喷射砼时钢筋不晃动。
钢筋为Φ6＠150×150，网片之间采用绑扎搭接，搭接长度不小于200mm（坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm）。
6
喷射混凝土
喷射砼应分段分片依次进行，同一分
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