开封希尔斯基坑支护设计方案.docx
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开封希尔斯基坑支护设计方案
开封希尔斯基坑支护设计方案
目录
1工程概况1
1.1工程基本概况1
1.2环境条件1
1.3场地岩土工程条件1
2本工程基坑开挖时须着重解决的问题3
3基坑支护结构方案选择3
3.1设计原则3
3.2设计依据3
3.3设计参数及荷载的确定4
3.4基坑支护方案4
3.5基坑降水方案7
4基坑支护降水施工要点8
4.1土钉墙施工工艺要求8
4.2超前微型桩的施工9
4.3预应力锚杆施工工艺9
4.4基坑降水施工要点9
5基坑工程安全监测10
5.1基坑监测的任务与目的10
5.2基坑安全监控内容；10
5.3仪器及监测方法和要求10
5.4允许变形控制11
6基坑开挖方案建议12
6.1施工前准备12
6.2施工要点12
6.3注意事项12
7基坑工程施工建议12
7.1施工顺序12
7.2截流水源12
7.3土方开挖12
7.4支护施工13
7.5基础施工13
8应急预案13
8.1土方超挖造成塌方或边坡位移13
8.2地面沉降速率过大13
8.3基坑变形过大，或地面荷载过大时出现位移13
8.4支护结构渗漏水13
8.5临基坑边地下市政给排水管道漏水13
9注意事项及有关问题14
10附图14
1工程概况
1.1工程基本概况
拟建开封希尔斯·天翼住宅区3#、5#、6#、7#高层住宅楼及地下车库工程位于开封市西部原金盛热力公司院内，场地平面上呈长方形分布。
该基坑南北长约177.4m，东西宽约78.1m。
建筑物下基础埋深9.7米，周边地下车库部位基坑开挖深度约8.5米。
电梯井或积水坑深最深12.3米
1.2环境条件
基坑周边环境如下表1.2所示：
表1.2
位置
相邻建筑
说明
东侧
距拟建建筑7米有一围墙
围墙外距拟建建筑20米是7层住宅楼；围墙内距拟建建筑4.5米有一待修的暖气管道，在地表下2～2.5米；
东南角有一垃圾中转站
西侧
距拟建建筑7.5米有一围墙
支护后南部2/3要求可通行6吨轻型汽车；
北部围墙外2米有一栋5层住宅楼（搅拌桩基础）和一栋3层楼住宅（天然地基），均垂直基坑边沿
南侧
新建高层建筑
距离拟建建筑物
北侧
工地临时建筑
距离拟建建筑物约25.0米；40米外为城中村住宅
根据场地工程地质,水文地质条件、基坑开挖深度及周边环境条件,本基坑安全等级西侧北部为一级，其余部位二级。
1.3场地岩土工程条件
根据《开封希尔斯·天翼住宅区3#、5#、6#、7#高层住宅楼及地下车库场地岩土工程勘察报告》，拟建场地内5.5-6.0m以上为黄河近期泛滥沉积；5.5m～11.0m为第四纪全新世中期沉积物；11.0～49.0m为第四纪全新世早期黄河冲击物；49.0m以下为晚更新世地层。
与基坑支护降水有关的岩土工程条件自上而下描述如下：
1.3.1场地地层概况
第1层：
粉土（Q43）,层厚3.4～6.0m。
上部0.5～1.5米为杂填土，呈灰黄色，稍湿，稍密，砂感明显，场地东部相变为粉砂，见有铁锈斑及蜗牛壳碎片，干强度低，韧性低，无光泽反应，水位以下摇振反应迅速，局部夹有粉质粘土薄层。
第2层：
粉质粘土（Q43）,层顶埋深3.4～6.0m，层厚1.4～6.2m。
地层呈灰黄色或灰色,软塑，上部或下部局部分布有粉土薄层或透镜体,含有螺壳，见有大量青砖块、朽木及陶瓷片，属宋元古文化层。
本层干强度中等，韧性中等，稍有光滑，摇振无反应。
第3层：
粉土（Q42）,层顶埋深6.4～12m，层厚0.0～2.6m。
地层呈褐黄色、灰黄色,稍湿～湿,中密,见有云母片和螺壳片，砂感明显，局部为粉砂，干强度低，韧性低，摇振反应迅速，无光泽反应，本呈透镜体状分布，大部分场地缺失此层。
第4层：
粉质粘土（Q42），层顶埋深6.6～12.6m，层厚0.0～3.6m。
地层呈黄褐色或灰黄色,软塑～可塑，干强度中等，韧性中等，切面稍有光滑，摇振无反应。
本层局部粘粒含量偏低，相变为粉土。
本层分布不稳定，呈透镜状分布，局部缺失。
第5层：
粉砂（Q42）,层顶埋深5.7～15.0m，层厚4.8～12.3m。
地层呈黄褐-褐黄色,饱水，稍密-中密,中间夹有粉土薄层，砂粒成份以石英和长石为主，见有少量暗色矿物和云母，砂质不纯，级配较好，分选一般，局部相变为细砂。
第6层：
粉土（Q41）,层顶埋深18.0～20.5m，层厚0.5～2.6m。
地层呈黄褐色,中密,含小姜石，见铁锰质斑点。
本层干强度低,韧性低，无光泽反应,摇振反应中等，局部相变为粉质粘土。
第7层：
细沙（Q41）,层顶埋深18.6～23.0m，层厚15.3～18.4m。
地层呈黄褐色，饱水,中密-密实，局部为粉土或中砂，分选好，级配差，砂粒成份以石英长石为主。
第8层：
粉土（Q41）,层顶埋深37.0～38.7m，层厚2.8～4.4m。
地层呈黄褐色，很湿,中密,含小姜石和蜗牛壳，无光泽反应,干强度低,韧性低,摇振反应中等，局部变相为粉质粘土。
第9层：
中砂（Q41）,层顶埋深40.2～42.4m，层厚6.8～8.5m。
地层呈褐黄色，饱水,密实,砂粒成份以石英长石为主，见有少量暗色矿物，分选好，级配差，呈浑圆状。
第10层：
粉质粘土（Q3）,层顶埋深48.0～50.3m，层厚5.4～6.2m。
地层呈黄褐色，可塑-硬塑，含姜石、蜗牛壳和铁锰质结核，见有大量灰斑，局部夹有粉土或粉砂薄层。
本层干强度中等，韧性中等，切面稍有光滑，摇振无反应。
第11层：
细砂（Q3）,地层呈黄褐色，饱水,密实,砂粒主要成份石英、长石、等，见有少量暗色矿物，分选好，级配差，呈次圆状，局部相变为中砂或粉砂。
本层层顶埋深53.8～56.0m，未揭穿，最大揭露厚度10.8m。
1.3.2场地水文地质条件
据勘察报告，勘察期间场地地下水位为3.2～7.8m，其中场地东侧3.2～5.0m，场地西侧5.0～7.8m，地下水的年变化幅度约0.5m，历史年最高水位为2.0m，属第四系松散岩类孔隙潜水，含水层为粉土和下部的粉细砂层，其动态主要受大气降水及地下水开采影响而变化。
地基土为含水量≤30%的弱透水层。
上部土的渗透系数为0.5m/d,下部砂土的渗透系数为4.32m/d；综合渗透系数为2.31m/d。
1.3.3场地土的抗剪强度指标
根据《开封希尔斯•天翼住宅区岩土工程勘察报告》提供的的数据结合实际施工经验，场地土的抗剪强度指标平均值如下表2所示：
表2场地内土层信息表
层号
岩土名称
厚度
（m）
重度r
（kN/m3）
粘聚力c（kPa）
内摩擦角ф（度）
（1）
粉土
4.7
18.3
14
22.6
（2）
粉质粘土
1.4-6.2
18.7
16
20
（3）
粉土
0.0-2.6
19.7
14
23.4
（4）
粉质粘土
0.0-3.6
19.4
25.8
16
（5）
粉砂
4.8-12.3
19.5
2
25
（6）
粉土
0.5-2.6
20.0
13.7
25.2
（7）
细砂
15.3-18.4
19.5
2
25
（8）
粉土
2.8-4.4
20.3
16.4
26.2
（9）
中砂
6.8-8.5
19.5
2
25
（10）
粉质粘土
5.4-6.2
20.4
39.8
18.0
2本工程基坑开挖时须着重解决的问题
根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质条件、基坑侧壁安全等级，基坑开挖深度约8.5m～9.7m，因此该基坑工程的重点为：
（1）预防并控制因基坑开挖等因素对基坑西侧建筑的影响，确保建筑物安全，其为整个支护工作的重点；
（2）确保基坑周边的土体安全稳定；
（3）确保降水不致于引起周边地面、建筑沉降；
（4）为后续的主体施工创造良好的施工条件。
3基坑支护结构方案选择
3.1设计原则
（1）安全第一，确保基坑开挖及地下室施工全过程基坑边坡的安全稳定，严格控制基坑西侧建筑物的沉降变形。
（2）在确保安全完成基坑工程施工的前提下，尽可能降低工程造价。
（3）将基坑支护、土方开挖、基坑降水有机的结合起来，有效缩短边坡支护和土方开挖的工期。
3.2设计依据
（1）开封希尔斯•天翼住宅区平面图；
（2）《开封希尔斯•天翼住宅区岩土工程勘察报告》；
（3）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）。
（4）《土层锚杆设计与施工规程》（CECS22—90）。
（5）《基坑土钉支护技术规程》（CECS96:
97）。
（6）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086—2001）。
（7）《建筑基坑工程技术规范》（YB9258—97）。
（8）《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）
3.3设计参数及荷载的确定
本基坑设计的安全等级局部取一级，大部为二级，基坑侧壁的重要性系数取γ0=1.1、1.0。
3.3.1荷载设定
根据基坑周边环境条件，各侧面荷载条件设定如下：
剖面号
位置
荷载数量
荷载性质
荷载值（Kpa）
作用深度（m）
作用宽度（m）
距坑边距离（m）
作用形式
1-1
西侧
南部
1
地面均布
15
2-2
西侧
北部
2
1
地面均布
5
2
地下局部
75
1.8
12.0
8.0
矩形
3-3
4-4
东侧
1
地面均布
15
5-5
北侧
南测
1
地面均布
15
3.3.2地下水位
根据勘察报告，地下水位为地表下3.2～7.8米，地下水位较高，基坑开挖和施工期间要考虑地下水的影响，确保地下水位降至基底下1.0～1.5米。
3.4基坑支护方案
3.4.1方案选择
按照设计原则及设计依据，考虑本工程现状及需要着重解决的问题，根据本工程基坑的具体情况，综合考虑施工的可能性和场地的工程地质条件、施工期间可能的气候条件，安全、经济、工效几方面，对不同部位采用不同的支护方式：
（1）西侧北部采用超前微型桩+锚杆+土钉墙的复合土钉墙支护。
（2）西侧南部及东侧基坑较深部位，空间较小采用超前微型桩复合土钉墙支护。
（3）东侧浅部及南北侧采用土钉墙支护。
3.4.2支护设计及参数
根据上节确定的支护方案，按照规范利用理正软件对支护结构内部稳定、外部稳定性进行验算，安全系数满足规范要求时，各剖面参数如下：
3.4.2.1基坑1—1剖面
该部位位于基坑西侧南部，支护后要求可通行6吨轻型汽车，故采用复合土钉墙支护方案，超前微型桩间距1.2米，自地面开始施工，桩长12米。
1—1剖面土钉参数表3.4.2.1
排号
埋置深度
土钉长度
钢筋配置
水平间距
倾角
成孔直径
第一排
1.3m
9m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第二排
2.8m
12m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第三排
4.3m
9m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第四排
5.8m
6m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第五排
7.3m
6m
1ф18
1.5m
10°
100mm
3.4.2.2基坑2—2剖面
该部位相邻为5层住宅楼，是本次支护的重点，故该部位采用复合土钉墙支护。
超前微型桩间距0.8米，排距0.8米，自地表下2.0米开始施工，桩长12米。
2—2剖面土钉参数表3.4.2.2
排号
埋置深度
土钉长度
钢筋配置
水平间距
倾角
成孔直径
第一排
1.3m
9m
1ф18
1.6m
10°
100mm
第二排（锚杆）
2.8m
15m
1ф22
1.6m
10°
150mm
第三排
4.3m
12m
1ф18
1.6m
10°
100mm
第四排
5.8m
9m
1ф18
1.6m
10°
100mm
第五排
7.3m
6m
1ф18
1.6m
10°
100mm
第六排
8.8m
6m
1ф18
1.6m
10°
100mm
3.4.2.3基坑3—3剖面
该坡面部位位于基坑东侧地下车库部分，围墙外距拟建建筑20米是7层住宅楼；围墙内距拟建建筑4.5米有一待修的暖气管道，在地表下2～2.5米；东南角有一垃圾中转站，采用土钉墙支护。
3—3剖面土钉参数表3.4.2.3
排号
埋置深度
土钉长度
钢筋配置
水平间距
倾角
成孔直径
第一排
1.3m
9m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第二排
2.8m
12m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第三排
4.3m
9m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第四排
5.8m
6m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第五排
7.3m
6m
1ф18
1.5m
10°
100mm
3.4.2.4基坑4—4剖面
该部位位于基坑东侧建筑物部位，建筑物距围墙较近，采用复合土钉墙支护。
超前微型桩间距0.8米，自地面下2.0米开始施工，桩长12米。
4—4剖面土钉参数表3.5-4
排号
埋置深度
土钉长度
钢筋配置
水平间距
倾角
成孔直径
第一排
1.3m
9m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第二排
2.8m
12m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第三排
4.3m
12m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第四排
5.8m
9m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第五排
7.3m
6m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第六排
8.8m
6m
1ф18
1.5m
10°
100mm
3.4.2.5基坑5—5剖面
5—5剖面土钉参数表3.4.2.5
排号
埋置深度
土钉长度
钢筋配置
水平间距
倾角
成孔直径
第一排
1.3m
9m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第二排
2.8m
12m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第三排
4.3m
9m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第四排
5.8m
6m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第五排
7.3m
6m
1ф18
1.5m
10°
100mm
第六排
8.8m
6m
1ф18
1.5m
10°
100mm
3.5基坑降水方案
3.5.1方案选择
根据勘察报告，拟建场地在钻探深度范围内，地下水为潜水，勘察期间潜水地下水位埋深为3.20～7.80米，（水位变化较大是由于附近场地降水和场地西北角有地面所致），潜水位年变化幅度0.5米左右。
本基坑开挖深度在自然地面以下最深达12.3m。
在降水实施过程中，首先要保证将基坑里的水位降至基坑底标高0.5—1.0m以下，其次保证降水在达到设计要求的同时，控制水位降深和降水速率，减少降水对周边环境的影响。
根据本工程场地环境、工程地质水文地质条件、建筑物基础埋深情况及本地区经验，为减少降水对周围环境的影响，针对本工程特点，采用敞开式管井降水方案。
控制速率，多井浅降，同时对渗透性较弱部位，加做渗水井。
3.5.2降水计算
地下水埋深：
-4.5m左右。
设计动水位埋深：
-13.0m
设计水位降深：
S=8.5m
计算模型：
潜水非完整井
渗透系数：
潜水K=2.31m/d
以上参数根据经验取值。
计算结果:
降水影响半径：
R=283.4m
基坑等效半径：
r0=90.5m
基坑涌水量：
Q=3938.7m3/d
单井出水量：
q=100m³/d
n=Q/q×1.1=3938.7×1.1÷100≈43.4取45眼
3.5.3降水井点布设设计
根据地质报告，为将水位降至设计标高，并考虑降水对周边环境的影响。
本场地在基坑周围及基坑内均匀布设45眼管井进行降水。
同时为了截流外来水源，并向下渗水在基坑周边两眼井间加打一眼渗水井，井深地表下15米。
具体位置见《基坑支护平面图》，管井放线施工前，核对基坑内部井位图和桩基承台位置之间的关系，如有冲突，及时调整管井位置。
4基坑支护降水施工要点
4.1土钉墙施工工艺要求
4.1.1土钉造孔要求
（1）分层分段开挖，每层开挖深度不得大于1.5米。
对开挖出的边坡进行人工修整，确保边坡的平整度。
对土钉位置作出标记。
（2）本工程依据土层条件土钉成孔采用人工成孔，孔直径100mm，孔深宜大于设计孔深10cm，成孔倾角5～15o。
4.1.2土钉制作安装
（1）土钉采用φ18HRB335钢筋。
（2）土钉杆接头应采用焊接的搭接接头,焊接必须符合规范要求。
（3）土钉杆体应沿土钉轴线方向每隔2.0米左右设置一个居中支架，居中支架采用φ6.5HPB235钢筋制做。
（4）土钉孔造好后应尽快放置土钉，土钉放入前应认真检查杆体质量。
4.1.3注浆
（1）根据本工程条件注浆采用水泥净浆,水泥采用P.C32.5级普通硅酸盐水泥，其强度不宜低于M10。
（2）注浆液水灰比为0.4-0.55。
（3）注浆应从孔底开始灌填，当孔口有浆液流出并加压稳定后，方可停止注浆。
4.1.4编扎钢筋网
（1）钢筋网采用φ6.5HPB235调直钢筋，双向间距均为250mm。
（2）根据作业面层分层、分段铺设钢筋网，钢筋网之间的连接可采用搭接，搭接长度不宜小于一个网格长度,或采用点焊，并随壁面随坡就势铺设。
（3）钢筋网铺设好后，应在其上面焊接加强筋，使土钉、钢筋网、加强筋连成一体。
4.1.5喷射混凝土
（1）喷射混凝土采用P.C32.5级复合水泥，砂子采用中砂，且砂的含水率宜控制在5％-7％，石子应用坚硬、耐久的碎石，其最大粒径一般不应大于10mm。
（2）喷射混凝土的面层强度C20，配合比一般采用水泥：
砂：
碎石重量比为1:
2:
2，水灰比为0.40-0.50。
4.2超前微型桩的施工
超前微型桩桩径，内置钢管直径48mm,壁厚不小于2.5mm。
钢管外填充碎石，粒径0.5～1.0cm,水泥采用P.C32.5复合水泥,水灰比0.8左右，孔底注浆反压。
自-2.0m处开始施工。
放桩位→成孔→置入钢管（底部为花管）→填放碎石→孔底压浆至孔口→封孔→再次压浆→完成一根微型桩施工。
（1）桩位：
必须保证桩位的准确性及基坑开挖后桩与底板间操作间距。
（2）确保成孔深度，成孔可采用洛阳铲或高压水枪,应使成孔深度略大于设计深度。
并使置入钢管在同一平面上。
（3）注浆以底部向上翻浆为宜，水灰比控制在0.5左右，二次注浆压力0.4Mpa，可适当增大。
（4）碎石采用0.5-1.0cm。
4.3预应力锚杆施工工艺
（1）预应力锚杆采用φ22HRB335钢筋，端部焊接丝杆。
锚杆自由段穿套管保护。
各锚杆在端部用水平钢梁连接。
（2）注浆前拉线校正锚杆丝头的标高，注浆时用套管对丝头加以保护，以保证上钢梁时不受破坏。
（3）注浆完成7天后，水泥浆体的强度达到设计强度的75%方可进行张拉，施加稍许预应力。
4.4基坑降水施工要点
4.4.1对降水引起沉降的控制措施
场地基坑降水往往会对周围环境造成影响，为减少和控制因降水引起的地基土沉降对周边建筑物的影响，一般对距离基坑较近的建筑物采取保护性措施，如对既有建筑物的基础进行加固、基坑周边设置止水帷幕、加固周边土体、基坑外部设置回灌井、控制降水速率等措施。
本工程，为减少降水对周围环境的影响，在降水实施过程中，保证降水在达到设计要求的同时，采用多井浅降，控制水位降深和降水速率，以减少因降水而引起的建筑物沉降。
4.4.2管井施工工艺
管井施工孔径为600mm，管径为350mm，井深地表下24m。
管井降水施工质量要求:
（1）定位:
井位偏差小于5cm。
（2）钻孔：
一径到底，不留沉渣，钻孔要求正、圆、直、倾斜度小于1％。
（3）下管：
井管居中，不偏不斜。
（4）填滤料：
井管外滤料规格应满足D50=（6-8）d50,要求选择均匀干净，磨圆度较好的硬质岩石，不宜采用棱角壮石渣料、风化料和其它粘质岩石。
充填应密实。
（5）水泵要求按要求安装好，排水系统安装紧密，使抽水工作顺利进行。
（6）抽水派专人负责,定时测量,严格控制出砂量不大于1/1万。
（7）备好数台潜水泵，井下抽水泵出现故障立即更换。
5基坑工程安全监测
5.1基坑监测的任务与目的
任务：
在基坑开挖、支护过程中，对基坑周边邻近建筑物、道路、基坑侧壁的水平位移进行跟踪监测。
目的：
通过对周边邻近建筑物、道路及基坑侧壁的水平位移进行观测，及时反映在基坑开挖、支护及降水过程中，邻近建筑物、道路及基坑侧壁所产生的水平位移，及时反映基坑变形的趋向和动态，为邻近建筑物、道路及基坑安全提供可靠的观测数据。
5.2基坑安全监控内容；
本基坑工程安全等级为一、二级，根据基坑周边环境条件，监控内容包括：
（1）支护结构水平位移观测；
（2）基坑周边的建筑物及地下管线沉降观测。
5.3仪器及监测方法和要求
根据《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97）中的有关规定，选择安全监测仪器及施测方法。
（1）基坑侧壁的水平位移采用精度不低于DJ2级经纬仪或者全站仪观测，按视准线法施测，。
（2）建筑物的沉降监测采用精度不低于DS1级水准仪观测，按测微法施测。
（3）每次测量应采用相同的测量线路和相同的测量方法，要求固定仪器和人员，尽量在基本相同的环境和条件下工作。
5.4允许变形控制
根据实际监测数据对基坑工程作出险情预报，是一个极其严肃的技术问题，必须根据工程的具体情况，综合考虑各种实际因素，在实测数据的基础上及时做出判断。
允许变形标准有两种指标，其一是变形容许值（累计变形），其二是变化速率。
这两种指标中任何一种达到警戒限值都应及时做出判断，形成决策。
5.4.1基坑边坡及地面变形监控
（1）基坑变形的监控值
根据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002中第7.1.7条规定，基坑边坡及周边地面允许变形值应符合下表：
基坑变形的监控值表5.4.1
基坑类别
支护体顶位移
支护结构墙体最大位移
地面最大沉降
一级基坑
3cm
5cm
3cm
二级基坑
6cm
8cm
6cm
（2）水平位移速率控制
连续3日水平位移速率达到2mm/d；应预报警。
5.4.2邻近建筑物沉降控制
（1）根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中第5.3.4条规定，建筑物允许变形值应符合下表：
建筑物允许变形值表5.4.2
变形特征
中、低压缩性土
高压缩性土
砌体承重结构基础局部倾斜
0.002
0.003
（2）沉降速率控制
连续3日沉降速率达到1mm/d，或肉眼发现建筑物裂缝急剧
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