同济大学建筑工程施工课程设计参考重力坝设计方案.docx
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同济大学建筑工程施工课程设计参考重力坝设计方案
目录
1．工程概况
2．环境概况
3．工程地质条件
4．基坑围护设计依据及条件
5．基坑围护结构方案简介
6．计算理论及主要计算成果
7．施工过程中的主要措施及要求
8．基坑监测与信息化施工
9．基坑施工与开挖阶段的应急措施
附1：
锦洋华园地下车库基坑围护设计计算书
附2：
锦洋华园地下车库基坑围护方案设计图
锦洋华园地下车库基坑围护设计方案
1．工程概况
1.1一般概况
（1）项目名称：
锦洋华园地下车库基坑围护工程
（2）项目地点：
嘉定区嘉行公路以西，南至唐窑路以北
（3）建设单位：
上海锦洋置业有限公司
（4）主体建筑设计：
深圳市国际印象建筑设计有限公司
（5）岩土工程勘察：
上海现代建筑设计集团上海申元岩土工程有限公司
（6）基坑围护设计：
同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司
1.2基坑工程概况
（1）主体建筑
锦洋华园住宅小区位于上海市嘉定区，东至嘉行公路，南至唐窑路，北侧与沁园新村毗邻，地块呈矩形。
本项目拟建建筑物由二幢11层住宅，一幢2层沿街商业楼组成，下设一层地下室。
地上建筑面积8496m2，地下建筑面积3964m2。
主体结构基础形式为桩筏基础，桩基础采用预应力混凝土管桩，11层住宅上部为剪力墙结构，2层沿街商业楼上部为框架结构。
（2）基坑概况
±0.000相当于绝对标高5.550m，地下1层，目前场地平均标高为相对标高-1.500。
基坑形状呈矩形，开挖面积约为3728m2。
除去电梯井、集水井等局部深坑，本基坑开挖深度按底板底标高考虑为4.65m，局部深坑最大开挖深度为7.70m。
基坑工程设计安全等级为三级。
2．环境概况
基坑周边整体环境现况见图1及基坑周边环境示意图（方案图02）。
图1项目地块整体环境
本工程基坑周围环境如下所述：
（1）基坑东侧为嘉行公路，地下室底板边线距嘉行公路边线约25m，地下室底板边线距用地红线最近距离为2.6m；
（2）基坑南侧地下室底板边线距用地红线最近距离为4.4m；
（3）基坑西侧地下室底板边线距用地红线距离为4.4～6.4m；
（4）基坑北侧地下室底板边线距用地红线距离为4.3m，红线外约17m为沁园新村的多层建筑。
3．工程地质条件
3.1场地地形、地貌
本工程建筑场地地貌形态属泻湖沼泽平原地貌类型。
建筑场地原为民居和农田，场地地势较平坦，现一般地面标高约为3.91～4.10m。
3.2地下水类型
本基地对工程有影响的地下水属潜水类型，埋深约1.0～1.5m，稳定水位埋深约0.3～0.5m，主要补给来源为大气降水。
设计计算时地下水位埋深采用0.5m。
3.3场地土层
本基坑开挖深度范围内所涉及土层主要为
层素填土、
层褐黄～灰黄色粉质粘土、
层灰色淤泥质粘土和
1层暗绿～草黄色粉质粘土，基底置于第
层灰色淤泥质粘土层中。
开挖深度范围内地基土性质总体较差，其中：
第
层素填土土质松散；第
层灰色淤泥质粘土呈流塑状态，其物理力学性能较差，且土质软弱具流变特性，容易产生变形。
因此在开挖前应采取必要的措施，以确保基坑施工安全。
3.4土层的主要物理力学指标
根据业主提供的勘察资料，所采用的基坑围护设计参数见表1。
表1基坑设计土工参数
层号
土层名称
重度
γ
（kN/m3）
层厚
（m）
渗透系数
K
（cm/sec）
固结快剪（峰值）
C
（kPa）
Φ
（°）
①
素填土
18.0*
0.50～1.00
—
8.0*
8.0*
②
褐黄～灰黄色粉质粘土
18.2
1.80～2.50
2.0×10-6
18.0
18.5
③
灰色淤泥质粘土
16.8
9.20～9.80
2.0×10-7
11.0
13.5
④1
暗绿～草黄色粉质粘土
19.3
4.70～5.40
3.0×10-8
37.0
21.0
注：
带*号的为计算用假设参数。
4．基坑围护设计依据及条件
4.1设计相关资料
（1）深圳市国际印象建筑设计有限公司——主体结构相关设计图纸；
（2）上海现代建筑设计集团上海申元岩土工程有限公司
——《岩土工程勘察报告》（工程编号：
1008-K-045）；
（3）本工程地下综合管线图；
4.2设计采用的规范
（1）建设部标准《建筑基坑支护技术规程》
JGJ120-99；
（2）国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》
GB50497-2009；
（3）国家标准《建筑地基基础设计规范》
GB50007-2002；
（4）国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》
GB50202-2002；
（5）国家标准《建筑结构荷载规范》
GB50009-2001（2006年版）；
（6）国家标准《混凝土结构设计规范》
GB50010-2002；
（7）国家标准《钢结构设计规范》
GB50017-2002；
（8）国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》
GB50204-2002；
（9）建设部标准《建筑地基处理技术规范》
JGJ179-2002；
（10）建设部标准《钢筋焊接及验收规范》
JGJ18-2003；
（11）建设部标准《型钢水泥土搅拌墙技术规程》
JGJ/T199-2010；
（12）建设部标准《建筑桩基技术规范》
JGJ94-2008；
（13）上海市标准《基坑工程技术规范》
DG/TJ08-61-2010；
（14）上海市标准《基坑工程施工监测规程》
DG/TJ08-2001-2006；
（15）上海市标准《地基基础设计规范》
DGJ08-11-2010；
（16）其他有关的规范及规程。
5．基坑围护结构方案简介
5.1方案设计指导思想
本工程基坑开挖深度不大，平面形状规则，且周边环境保护要求不高。
基坑围护设计在确保周围环境安全可靠的同时，还应做到经济合理，方便施工，本工程基坑围护就是本着“安全第一、技术先进、经济合理”的原则来进行设计的，做到基坑围护结构稳定、可靠，确保周边环境不受基坑开挖影响，同时方便基础与地下室工程施工，且造价经济合理。
5.2围护结构选型及设计
根据本工程基坑特点，综合考虑现场环境条件、基坑开挖深度、工程地质情况以及经济合理性，并经过方案的初选，本设计因地制宜，采用水泥土重力式围护墙作为围护结构。
该围护结构方案既能保证基坑本身的安全，又能方便基础与地下室工程施工，且造价经济合理。
5.3材料
（1）钢材：
钢筋采用HPB300、HRB400级。
焊条采用E43型；
（2）水泥：
普通硅酸盐水泥42.5级。
（3）混凝土：
混凝土：
围护墙压顶混凝土等级C20；
硬地坪为C20；
其余C30。
5.4围护墙体
根据基坑开挖深度，采用多排双轴700的搅拌桩格栅式布置，形成水泥土重力式挡墙围护，兼作止水帷幕，搅拌桩水泥掺量13%。
同时，桩顶卸土0.5m深，以减小桩长。
桩顶设置200mm厚C20钢筋混凝土压顶。
根据围护区域和开挖深度的不同，围护墙体分为三种：
（1）一般区域的基坑开挖深度为4.65m（按底板底标高），采用七排双轴700的搅拌桩格栅式布置，形成3.7m厚的水泥土重力式围护墙。
搅拌桩有效桩长9.50m，坑底以下插入深度5.55m。
（2）靠坑边有深坑的局部区域，根据不同的开挖深度采用九～十排双轴700的搅拌桩格栅式布置，形成4.7~5.2m厚的水泥土重力式围护墙。
搅拌桩有效桩长分别为12.00m（4.7m厚围护墙）和13.25m（5.2m厚围护墙），坑底以下插入深度分别为6.65m（4.7m厚围护墙）和7.30m（5.2m厚围护墙）。
（3）内部深坑区域，根据不同的开挖深度采用二～四排双轴700的搅拌桩格栅式布置，形成1.2m～2.2m厚的水泥土重力式围护墙。
搅拌桩有效桩长分别为3.00m（1.2m厚围护墙）、5.00m（1.7m厚围护墙）和6.40m（2.2m厚围护墙）。
5.5坑内加固
本工程坑底标高基本位于第
层淤泥质粘土中，这层土呈流塑状态，其物理力学性能较差，.因此，考虑进行坑底加固以减小围护墙体的位移，增大围护结构的稳定性。
坑底加固为坑边墩式加固的形式，采用700的搅拌桩，水泥掺量13%，加固宽度3.2m，加固深度为开挖面以下3m。
坑内的局部落深处（电梯井、集水坑等）根据深度采用不同排数的双轴水泥土搅拌桩进行围护和加固。
坑底加固的具体布置见方案图。
5.6降水
本工程采用轻型井点进行坑内预降水，基坑开挖前布置4套轻型井点，进行坑内预降水，时间不少于二周。
将地下水降至开挖面以下1m，方可开挖。
整个基坑开挖至设计标高后，应在坑内设置集水坑明沟排水系统。
排水沟为300x300mm，每隔20～30m设置1口集水井。
降水单位在施工前应编制降水施工方案。
基坑开挖期间应每天测报抽水量及坑内地下水位，严格控制水位，防止降水对周围环境造成影响。
6．计算理论及主要计算成果
（1）主动土压力取值
采用地质勘察报告提供的设计参数，地下水位取-0.5m，采用朗金土压力计算公式，水土分算；
（2）被动土压力计算系数采用地基基床系数“m”值；
（3）采用“m”法有限元程序进行模拟实际施工工况的挡土结构侧向位移、内力的计算；
（4）计算结果后附。
（5）启明星软件计算分析的最终结果汇总成表2。
表2初步计算的最终结果汇总表
计算项目
1－1剖面
2－2剖面
3－3剖面
4－4剖面
围护墙最大水平位移（mm）
38.2
38.9
43.2
30.4
整体稳定安全系数
1.608
2.162
2.401
2.635
抗倾覆安全系数
1.41
1.25
1.29
1.52
抗滑移安全系数
1.59
1.83
2.15
2.53
抗渗流安全系数
4.17
3.99
4.01
3.77
7．施工过程中的主要措施及要求
7.1围护墙体的施工要求
围护墙体总体施工顺序：
先施工围护桩，后施工压顶。
（1）水泥土搅拌桩施工要求
a.双轴水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩为700mm双钻头标准桩，单桩截面积0.71m2。
采用42.5级水泥作为水泥土搅拌桩固化剂，水灰比为0.45～0.50，除注明外水泥掺量为13%，遇暗浜或厚填土区水泥掺量应提高至16%。
外加剂木质素磺酸钙掺量为水泥重量的0.2%。
搅拌桩养护28d后方可开挖。
b双轴搅拌桩采用二喷三搅施工工艺，预搅下沉速度为0.8m/min，提升喷浆搅拌速度不大于0.5m/min。
28d后钻芯取样，水泥土搅拌桩28d无侧限抗压强度fcu>0.8MPa。
c.双轴搅拌桩搭接长度为200mm，垂直度偏差不大于1%。
d.围护结构与墙后土体之间出现的缝隙应及时灌注水泥浆。
e.现场施工时第一批桩（不少于3根），须始终在监理人员检查下施工。
检查内容：
水泥投放量、浆液水灰比（宜用比重法控制）、浆液泵送时间、搅拌下沉及提升时间、桩长及垂直度控制方法。
f搅拌桩施工应有连续性，不得出现24小时施工冷缝（施工组织设计预留除外）。
如因特殊原因出现施工冷缝，则需补强并在图纸及现场标明位置以便最后统一考虑加强方案，超过48小时须在接头旁加桩或进行压密注浆补强。
g.搅拌桩应选择有资质并且具有丰富施工经验的单位进行施工，以确保施工质量。
（2）水泥搅拌桩的施工工艺流程
水泥搅拌桩的施工工艺流程见图2。
图2水泥搅拌桩的施工工艺流程
7.2基坑降水与排水
设置井点降水可以改善挖土条件和改良坑内土的物理、力学指标，提高基坑整体稳定的安全储备，进一步减小产生管涌的可能性。
本工程疏干井采用轻型井点，降水从围护结构施工完成后开始进行，并根据开挖进度，按需降水，降水深度控制在开挖面以下1.0m，开挖前监测水位降低到要求深度后进行土方开挖。
降水单位在施工前应编制降水施工方案，做好成孔、灌砂、试抽、监控等技术措施，基坑开挖期间应每天测报抽水量及坑内地下水位。
除采用本方案设计提出地深井井点降水措施外，地面及坑内均应设明排水措施（排水沟、集水井及水泵等），及时排除雨水及地面水和坑内积水等。
本工程在基坑内外设置观察井，具体根据实际情况进行适当调整。
降水单位应严格控制水位，防止降水对周围环境造成影响。
7.3土方开挖及作业流程
（1）土方开挖前与施工单位应编制详细的土方开挖施工组织设计，并取得基坑围护设计单位认可后方可实施。
（2）根据施工工况要求进行土方开挖。
土方施工应充分利用基坑工程的“时空效应”，开挖应分块进行，土方开挖、应严格执行“分层分段、留土护壁、垫层随挖随浇”的原则，将基坑开挖的变形控制在周围建筑及设施允许范围内。
开挖面高差应控制在2m以内，并宜按1:
1.5放坡。
（3）对局部深坑（电梯井、集水井等），要求在垫层浇筑完成后方可开挖。
（4）除井点降水措施外，地面及坑内应设明排水措施，及时排除雨水及地面流水。
（5）挖土期间应确保坑内土体处于较干燥状态，防止坑外明水倒灌入坑内。
（6）混凝土垫层应随挖随浇，每次浇筑面积约200m2，必要时采用加厚垫层。
垫层必须在见底后24h内浇筑完成。
（7）施工单位应事先准备堵漏措施，一旦发现围护墙有渗漏必须立即封堵。
（8）水泥土搅拌桩养护28d后方可进行土方开挖。
（9）地面施工超载不得大于20kN/m2，排水明沟不得沿围护桩边设置。
（10）根据最终挖土总体方案来确定土方施工道路，土方施工阶段土方机械进出口通道进行局部区域加固地基，土方车辆经过承载能力较差的周边道路时路面敷设路基箱。
（11）基坑围护结构及土方开挖施工时严格按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）和上海市标准《基坑工程技术规范》DG/TJ08-61-2010中的有关要求执行。
8．基坑监测与信息化施工
基坑监测是实施信息化施工、保证基坑安全的一个非常重要的措施，本工程应由业主委托有专业资质的监测单位做好全过程监测工作。
基坑监测包括对环境的保护监测和对本围护体系的安全监测，及时预报施工过程中可能出现的问题，通过信息反馈法指导施工，防止意外事件的发生。
一旦监测值超出控制指标，应会同设计、设计、勘察、监测等单位一起进行原因分析，并考虑采取相应的控制位移及沉降的措施。
8.1监测内容
各监测项目的测点布设位置及密度应与基坑各分项施工顺序、被保护对象的位置及特性相配套。
同时为综合掌握基坑的变形状况，系统了解变形随时间的变化规律，应注意每一开挖段的施工监测。
此外，应注重监测断面的布置，主要了解产生变形的范围、幅度、方向，为围护结构体系和周边环境安全提供全面、准确、及时的监测信息。
按各方有关条文规定及基坑分段开挖的原则，借鉴以往类似本工程的相关工程监测经验，建议本工程的监测内容如下：
（1）围护墙顶水平及竖向位移监测
由于基坑开挖期间大量土方卸载，围护桩将产生水平、竖向的位移变形，围护桩的水平、竖向变形的信息，对基坑的安全保护是必不可少的监测内容。
一般沿压顶均匀布设围护桩水平和竖向位移监测点，了解基坑在开挖过程中围护墙顶面的变化情况及其对周围的影响，测点在基坑每侧均适当布置。
（2）围护结构深层水平位移监测
根据分段开挖的特征，为确保施工安全，在基坑四周共设置布置墙体测斜孔；由于测斜所反映的墙体位移是相对于墙顶不动点的相对位移，故需测出墙顶的绝对位移，两者相比较才能得出墙体纵深方向各点的绝对位移，才能真实的反映施工期间围护墙的变形情况；另外，通过多点测试墙体的水平位移，基本上能勾画出整个基坑施工中引起的位移场分布，了解基坑在开挖过程中深层土体的变化情况及其对周围的影响。
（3）地下水位的监测
布置坑内外的水位观测井，对基坑开挖后，围护结构的止水、坑内降水状态进行监控，以防止围护渗漏水引起坑外大量水土向坑内流失、防止降水过度等而导致道路、邻近地下管线的破坏。
（4）地表沉降监测
地表沉降是基坑监测施工最基本监测项目，它最直接地反映土体变化情况。
在基坑周边垂直基坑方向布设沉降断面，每断面设置若干测点，布设长度按照基坑开挖深度2倍范围。
8.2监测技术要求
（1）本工程应加强信息化施工，施工期间应根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法做，到监测、设计、施工协同配合，对施工全过程进行动态控制。
（2）监测仪器的选型，要考虑最大可能需要的量程并根据基坑工程只在地下施工期内使用的性质选用满足安全监测要求、合适的仪器。
（3）仪器安装埋设前要进行检验和标定，绘制监测点安装埋设详图，并按照方案和埋设要求做好埋设准备。
（4）仪器埋设时，核定传感器的位置和埋设的技术要求，按监测的位置和方向埋设传感器。
（5）所有监测点安装埋设完成后，及时绘制测点位置图，并加强对现场测点保护，以防监测点被破坏。
（6）监测数据必须做到及时、准确和完整，发现异常现象，加强监测。
监测数据未达到报警值期间，应向设计单位每周提交一次书面监测结果，监测材料上应注明对应的施工工况及工况平面分布图等施工信息，便于相关各方分析监测结果所反映的情况。
（7）监测数据如达到或超过报警值应及时通报有关各方，以期尽快采取有效措施保证本工程顺利进展。
（8）对原始数据要进行分析，去伪存真后方可进行计算，并绘制观测读数与时间、深度及开挖过程曲线，按施工阶段提出简报。
监测工作贯穿基坑工程始终，待全部资料备齐后，应提供完整电子版监测数据、监测时程曲线图及监测报告予围护设计单位及相关单位。
8.3监测报警值
地铁隧道、河道驳岸的报警值根据相关部门提出的相应监测控制报警值控制。
基坑工程和周边环境的监测报警值详见表3。
表3基坑工程和周边环境的监测报警值
监测项目
监测报警值
围护结构顶水平/竖向位移
5.0mm/d（土方开挖阶段10mm/d）或3mm/d，连续3天；
累计50mm/50mm
围护结构深层水平位移
5.0mm/d（或连续3天3mm/d）累计50mm
坑外地下水位变化
300mm/d累计800mm
立柱竖向位移
3.0mm/d（或连续3天3mm/d）累计35mm
周边地表沉降
5.0mm/d累计50mm
地下管线变形
控制值由有关部门确认或按其要求确定
9．基坑施工与开挖阶段的应急措施
9.1搅拌桩施工阶段常见问题的处理
水泥土搅拌桩施工中常见问题及其原因和处理方法见表4。
表4水泥土搅拌桩施工中常见问题及处理方法
常见问题
原因
处理方法
钻进困难
遇到地下障碍
设法排除
遇到密实的粘土层
适当注水钻进
遇密实的粉砂层、细砂层
改进钻头、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
提升速度遇注浆速度不协调
对现场土层进行工艺试桩、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
注浆过慢或提升过快
临近地面
隆起
样槽开挖太浅、太小
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，使压力向坑内扩散
9.2土方开挖阶段的应急措施
（1）围护墙体的渗水与漏水
土方开挖后围护墙出现渗水和漏水，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，引起围护墙背地面沉陷甚至围护结构坍塌。
在基坑开挖过程中，一旦出现渗水或漏水应及时处理，方法有：
1）对渗水量较小，不影响施工也不影响周边环境的情况，可采用坑底设沟排水的方法。
2）对渗水量大，但没有泥砂带出，造成施工困难，而对周边环境影响不大的情况，可采用“引流—修补”的方法。
3）对渗、漏水量很大的情况，应查明原因，采取相应的措施：
如漏水位置离地面不深处，可将围护墙背开挖至漏水位置下500～1000mm，在围护墙后用密实混凝上进行封堵。
如漏水位置埋深较大，则可在墙后采用压密注浆方法，浆液中应掺入水玻璃，使其能尽早凝结，包可采用高压喷射注浆方法。
4）如现场条件许可，还可在坑外增设井点降水，以降低水位、减小水头压力。
（2）防止侧向位移发展的措施
由于支撑的刚度一般较大，带有支撑的围护结构一般位移较小，其位移主要是插入坑底部分的围护桩墙向内变形。
为了满足基础底板施工需要，最下一道支撑离坑底总有一定的距离，对一道支撑的围护结构，其支撑离坑底距离更大，围护墙下段的约束较小，因此在基坑开挖后，围护墙下段位移较大，往往由此造成墙背土体的沉陷。
因此，如发生墙背土体的沉陷，主要应设法控制围护桩嵌入部分的位移，着重加固坑底部位，具体措施有；
1）增设坑内降水设备，降低地下水。
如条件许可，也可在坑外降水；
2）进行坑底加固，如采用注浆、高压喷射注浆等提高被动区抗力；
3）垫层随挖随浇，对基坑挖土合理分段，每段土方开挖到底后及时浇筑垫层；
4）加厚垫层、采用配筋垫层或设置坑底支撑。
（3）流砂的处理
在细砂、粉砂层土中往往会出现局部流砂或管涌的情况，对基坑施工带来困难。
如流砂等十分严重则会引起基坑周围的建筑、管线的倾斜、沉降。
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，使地下水位降至坑底以下0.5～1.0m左右。
局部深坑（如电梯井等）部位也是易产生流砂的部位，一般也以井点降水方法最为有效。
对于面积不大深坑，也可采用抢挖、抛大石块等方法处理；采用抢挖等方法，其施工方便、不占工期，但有—定风险，故在施工前应做好人力、物力的充分准备，并拟订详细计划，做到万无一失。
（4）围护结构失效的应急措施
若在土方开挖后，由于不可预见的原因导致位移过大，甚至围护结构的部分失效，则应根据情况立即回填，并采用新的围护结构进行补救。
附1：
锦洋华园地下车库
基坑围护设计计算书
锦洋华园地下车库基坑围护结构
1－1剖面计算书
1工程概况
略
2工程基本设计计算参数
2.1基本参数
本工程按三级进行计算。
2.2土层参数
编号
厚度（m）
重度（kN/m3）
内聚力（kPa）
内摩擦角（°）
1
1.00
18.00
8.00
8.00
2
1.80
18.20
18.00
18.50
3
9.50
16.80
11.00
13.50
4-1
5.30
19.30
37.00
21.00
地下水位埋深0.50m
2.3放坡设计
坡号
坡高（m）
坡宽（m）
台宽（m）
1
0.50
0.50
4.20
2.4墙体设计
墙厚：
3.70m
嵌入深度：
5.55m
抗压强度：
800.00kPa
弹性模量：
300.00MPa
置换率：
60.00％
重度：
19.50kN/m3
3内力变形计算
3.1《建筑基坑围护技术规程》JGJ120-99方法
3.1.1计算参数
3.1.1.1水土压力
土层编号
土类
水土分/合算
1
素填土
分算
2
粘性土
合算
3
淤泥质土
合算
4-1
粘性土
合算
3.1.1.1基床系数
土层编号
土类
m（MN/m4）
1
素填土
1.3
2
粘性土
6.8
3
淤泥质土
3.4
4-1
粘性土
10.4
3.1.2计算结果
3.1.2.1土压力计算
计算宽度取1m。
计算分层号
层顶深度（m）
层顶水土压力（kN/
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