毕业设计-基坑钻孔灌注桩.doc

毕业设计-基坑钻孔灌注桩.doc

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摘要

本设计主要内容为中山市水天居基坑设计，设计根据国家现行《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），在给定地质勘察资料的条件下，进行方案比选、围护结构设计以及围护结构和开挖施工方案设计。

通过方案比选，本基坑采用明挖，以钻孔灌注桩加锚杆作为支护结构。

基坑支护结构根据相关原理采用手算计算出各个工况下桩承受的弯矩、剪力与位移，最终得出支护结构具体参数，根据这些参数进行围护结构施工。

在基坑开挖前在坑内用喷射井点降水，在整个施工过程中，进行了全方位的监测，确保基坑施工顺利完成。

此次设计的主要指导原则是保证基坑的安全可靠、方便施工，并达到经济的效果。

关键词：

基坑；钻孔灌注桩；锚杆；喷射井点；

Abstract

ThisdesignisaboutthedesignofthefoundationpitofShuitianCourt,Zhongshan.Thedesignisbasedontheexisting《Technicalspecificationforconstructionexcavation》（GJG120-99）.Withthegeologicalprospectingmaterialinagivenconditions,weneedtochooseanddesignthesupportingstructural,anddesignthesupportingstructuralconstructionandexcavationplan.Accordingtotheplanselection,thepitisopen-cut,withDrill-groutingpileandboltasthesupportingstructure.Thefoundationpitwillbeconstructedaccordingtothecalculatingresultwhichisworkedoutinthisdesign.Toensurethesuccessfulcompletionofthepit’sconstruction,weneedtousetheinjectionwellpointdewateringinthepitinthepre-excavation,andCarriedoutafullrangeofmonitoringintheentireconstructionprocess.Themainguidingprincipleofthisdesignistoensurethesaftyofthefoundationpit’sconstruction,tomaketheconstructionofthefoundationpitconvenient,andtoachievetheeconomicbudget.

Keywords:

Thefoundationpit;Drill-groutingpile;Bolt;Theinjectionwellpoint;

目　　录

摘要 1

Abstract 2

1绪论 7

1.1 基坑工程概况 7

1.1.1工程概况 7

1.1.2周边环境 7

1.2 地质条件 7

1.2.1工程地质条件 7

1.2.2水文地质条件 9

2基坑支护与开挖方案选择 10

2.1基坑支护设计基本要求 10

2.2基坑支护方案选择 10

2.2.1放坡开挖 10

2.2.2深层搅拌水泥土围护墙 10

2.2.3高压旋喷桩 11

2.2.4槽钢钢板桩 11

2.2.5钢筋混凝土板桩 11

2.2.6钻孔灌注桩 11

2.2.7地下连续墙 12

2.2.8土钉墙 12

2.2.9SMW工法 12

2.2.10基坑支护选型小结 12

2.2.11支护方案选择 13

2.3基坑开挖方案选择 13

2.3.1明挖法 13

2.3.2浅埋暗挖法 14

2.3.3盖挖法 15

2.3.4开挖方案确定 17

3设计计算 17

3.1计算参数及方法说明 18

3.1.1相关参数取值 18

3.1.2基坑地质力学指标参数 18

3.1.3计算说明 18

3.2支点力和嵌固深度的计算 19

3.2.1桩锚布置 19

3.2.2计算土层划分 19

3.2.3主动土压力计算 19

3.2.4被动土压力计算 20

3.2.5计算方法 20

3.2.6支点力的计算 21

3.2.7嵌固深度的计算 21

3.3工况一计算 22

3.3.1计算土层划分 22

3.3.2主动土压力计算 22

3.3.3被动土压力计算 23

3.3.4净土压力图 24

3.3.5最大弯矩计算 24

3.3.6最大剪力计算 26

3.3.7位移计算 26

3.4工况二计算 28

3.4.1计算土层划分 28

3.4.2主动土压力计算 28

3.4.3被动土压力计算 29

3.4.4净土压力图 29

3.4.5最大弯矩计算 30

3.4.6最大剪力计算 33

3.4.7位移计算 34

3.5桩配筋计算 35

3.5.1纵筋 35

3.5.2箍筋 36

3.5.3加强箍筋 37

3.5.4冠梁 37

3.6锚杆计算 37

3.6.1锚杆杆体材料计算 37

3.6.2锚杆自由段长度计算 37

3.6.3锚杆锚固段长度计算 38

3.6.4锚杆计算说明 38

4基坑稳定性验算 38

4.1整体稳定性验算 38

4.2抗隆起稳定性验算 40

4.3抗倾覆稳定性验算 42

4.4抗管涌稳定性验算 43

4.5抗承压水稳定性验算 44

5降水设计 44

5.1降水方案介绍与选择 44

5.2设计参数 45

5.3设计计算 46

5.3.1井点管长度 46

5.3.2基坑总涌水量 47

5.3.3单根井点出水量 48

5.3.4井点管数量 48

5.3.5井点管间距 48

5.3.6抽水设备的选择 49

5.3.7复核 49

6施工组织 50

6.1编制依据 50

6.2施工组织管理 50

6.2.1组织管理机构 50

6.2.2各主要职员职责 50

6.3施工准备 54

6.3.1技术准备 54

6.3.2生产准备 55

6.3.3施工准备工作计划表 55

6.4施工部署 57

6.4.1施工现场平面布置 57

6.4.2劳动力计划 57

6.4.3主要施工机械、设备 58

6.5施工进度计划编制 58

6.6质量保证体系及措施 58

6.6.1质量管理制度与措施 58

6.6.2施工安全措施 61

6.6.3环境保护及文明施工措施 62

7基坑监测 62

7.1基坑监测概述 63

7.2监测项目的选择 63

7.3监测点布置的原则 64

7.3.1一般规定 64

7.3.2基坑及支护结构 64

7.3.3周边环境 66

7.4监测频率 67

7.5监测方案设计 69

7.6监测施工 70

7.6.1监测人员组织 70

7.6.2监测设备 71

7.6.3监测量测施工措施 71

7.6.4预案 71

7.6.5测工作注意事项 72

7.6.6测结果及信息反馈 72

结论 73

结束语 74

参考文献 75

附录一理正深基坑整体稳定性验算

附录二英文论文译文及原文

1绪论

1.1基坑工程概况

1.1.1工程概况

本工程场地位于中山市博爱路的北侧，主体建筑为框架剪力墙结构，设有一层地下室，基坑开挖深度约4.50m。

图1-1基坑位置及周边环境简图

1.1.2周边环境

场地大部区域已基本填土整平，场地内大部分区域内未发现影响建筑物设计、施工的地下管线，仅在场地基坑南面靠近博爱路地段分布有市政管线，与基坑的距离较远（超过30m）。

1.2地质条件

1.2.1工程地质条件

场地内岩土层主要包括：

Ⅰ人工填土层（Qml）、Ⅱ海陆交互相沉积层、Ⅲ冲洪积层、Ⅳ残积层（Qel）、Ⅴ基岩风化层带，现自上而下分述如下：

Ⅰ.人工填土层（Qml）

素填土：

褐红—褐黄色，稍湿，松散，为人工回填的花岗岩残积土，底部局部分布有薄层耕土。

主要分布在B区，厚度0.70～2.50m,平均厚度为1.44m，该层直接出露地表。

Ⅱ.海陆交互相沉积层（Qmc）

粘土：

暗黄色，可塑，土质粘韧，含少量粉细砂。

本土层分布较广，大部分钻孔有揭露们，厚度0.50～3.30m，平均厚度为0.89m，顶板埋深介于0.00～2.10m（标高2.12～3.96m）

作标贯试验5次，实测击数N’＝3～5击，平均值N’＝4击。

查表得承载力特征值fak＝125KPa。

淤泥：

灰黄色－深灰色，流塑，土质粘滑，略具臭味，含少量粉细砂。

本层分布连续，主要分布在B区，厚度0.80～14.50m，平均厚度为8.67m，顶板埋深介于0.00～8.20m（标高-3.02～3.37m）.

作标贯试验130次，实测击数N’＝1～3击，平均值N’＝1.4击。

修正击数标准值N＝1.1击。

淤泥质粗砂：

深灰色，饱和，松散，含较多淤泥。

本土层分布较广，于B区大部分钻孔有揭露，厚度0.60～5.00m，平均厚度为1.69m，顶板埋深介于0.00～5.00m（标高-0.26～3.43m）。

作标贯试验40次，实测击数N’＝2～8击，平均值N’＝4.3击。

修正击数标准值N＝4.0击，查表得承载力特征值fak＝100KPa。

粉质粘土：

浅灰色，软塑，土质粗糙，含较多粉砂。

本土层分布不连续，平均厚度为1.98m，顶板埋深介于5.00～15.00m（标高-10.93～0.47m）。

作标贯试验21次，实测击数N’＝3～9击，平均值N’＝5.5击。

修正击数标准值N＝4.2击，查表得承载力特征值fak＝130KPa。

Ⅲ.冲洪积层（Qal＋pl）

粉砂：

浅灰色－灰白色，饱和，松散，级配不良，含少量粘粒。

本土层分布较广，平均厚度为1.52m，顶板埋深介于7.00～15.40m（标高-11.41～-2.19m）。

作标贯试验10次，实测击数N’＝6～13击，平均值N’＝8.8击。

修正击数标准值N＝6.7击，查表得承载力特征值fak＝126.8KPa。

粗砂：

灰白色，饱和，中密为主，局部稍密，级配不良，含少量粘粒，局部含较多脉石英卵石，粒径2－5cm，局部过渡为中砂或砾砂。

本土层分布较广，B区大部分钻孔有揭露，厚度0.60～5.30m，平均厚度为2.49m，顶板埋深介于3.20～18.5m（标高-14.36～1.08m）。

作标贯试验41次，实测击数N’＝12～29击，平均值N’＝21.0击。

修正击数标准值N＝15.6击，查表得承载力特征值fak＝219.2KPa。

Ⅳ.残积层（Qel）

砂质粘性土：

褐红色－褐黄色，硬塑，为花岗岩风化残积土，遇水易软化、崩解。

本土层分布较广，大部分钻孔有揭露，仅20个钻孔缺失此层，厚度1.00～15.60m，平均厚度为6.79m，顶板埋深介于0.00～20.50m（标高-16.36～24.10m）。

作标贯试验100次，实测击数N’＝13～29击，平均值N’＝22.8击。

修正击数标准值N＝16.8击，查表得承载力特征值fak＝414.0KPa。

Ⅴ基岩风化层带（r52（3））

该场地下状基岩为燕山期侵入的花岗岩体，详细介绍从略。

1.2.2水文地质条件

本场地中部有三个鱼塘，一条小沟渠沿场地中央及北侧通过，沟内常年流水，水量不大。

场地地基土中粘土、淤泥、粉砂、粉质粘土、残积砂质粘性土、全风化岩、微风化岩均为弱透水性，淤泥质粗砂、强、中风化岩为中等透水层，冲洪积粗砂为强透水层。

场地地下水类型主要为空隙型潜水及基岩裂隙水，按其性质及赋存方式不同可分为两个含水层：

1）第四系孔隙水含水层

主要赋存于第四系冲洪积相粗砂层，含水量较丰富，本类型地下水含水层的上部常有隔水层或相对隔水层（粘土，淤泥层）覆盖，因此，该含水层具有承压性，其补给源大气降水补给为主。

2）基岩风化裂隙水含水层

主要赋存于强、中风化岩中的风化裂隙之中、含水层无明确界限，埋深和厚度很不稳定，其透水性主要取决于裂隙发育程度、岩石风化程度和含泥量。

基岩风化裂隙水为承压水。

在天然状态下，基岩风化裂隙水含水层主要以第四系含水层的渗入补给为主。

勘察期间在B区测得场地地下水埋藏较浅，介于0.00～1.70m之间，在ZK7、在ZK94、在ZK144、在ZK146孔位置终孔后有承压水涌出地表现象。

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）有关标准：

判定场地地表水、地下水对砼结构无腐蚀性，对钢筋砼结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

有关基坑的详细设计参数如下表所示：

表1-1基坑详细设计参数

注：

上表括号内数据为水下有效数据。

2基坑支护与开挖方案选择

2.1基坑支护设计基本要求

（1）基坑设计应该以“安全、合理、经济、便于施工”为原则，同时还要确保施工周期短，与实际工程地质等相结合；

（2）支护结构基坑内壁与地下室基础承台边缘应留足够的空间；基坑周围要有围护，确保安全；

（3）替基坑土方开挖和地下室施工创造一个安全干燥的施工条件；支护结构要求稳定、安全，保证期间的施工安全以及周边建筑物和道路的安全；还要有效止水，确保不产生沉降；

（4）基坑支护的范围不能超过用地红线，也不能影响临时板房的正常使用；要注意排水，避免污水等流入基坑；

2.2基坑支护方案选择

2.2.1放坡开挖

适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制无严格要求，价钱最便宜，回填土方较大。

2.2.2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；施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微，因此在闹市区境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。

2.2.3高压旋喷桩

高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆，它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来挡土和止水。

高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩，但其施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动很小，噪音也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害，它可用于空间较小处，但施工中有大量泥浆排出，容易引起污染。

对于地下水流速过大的地层，无填充物的岩溶地段永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质，由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固，均不宜采用该法。

2.2.4槽钢钢板桩

这是一种简易的钢板桩围护墙，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。

其特点为：

槽钢具有良好的耐久性，基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用；施工方便，工期短；不能挡水和土中的细小颗粒，在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施；抗弯能力较弱，多用于深度≤4m的较浅基坑或沟槽，顶部宜设置一道支撑或拉锚；支护刚度小，开挖后变形较大。

2.2.5钢筋混凝土板桩

钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点，曾在基坑中广泛应用，但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法，振动与噪音大，同时沉桩过程中挤土也较为严重，在城市工程中受到一定限制。

此外，其制作一般在工厂预制，再运至工地，成本较灌注桩等略高。

但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计，目前已可制作厚度较大（如厚度达500mm以上）的板桩，并有液压静力沉桩设备，故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。

2.2.6钻孔灌注桩

钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。

其多用于坑深7～15m的基坑工程，在我国北方土质较好地区已有8～9m的臂桩围护墙。

钻孔灌注桩支护墙体的特点有：

施工时无振动、无噪音等环境公害，无挤土现象，对周围环境影响小；墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小；当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短；桩间缝隙易造成水土流失，特别时在高水位软粘土质地区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题；适用于软粘土质和砂土地区，但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用；桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体，因而相对整体性较差，当在重要地区，特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。

2.2.7地下连续墙

通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的，但较少使用。

地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备。

2.2.8土钉墙

土钉墙是一种边坡稳定式的支护，其作用与被动的具备挡土作用的上述围护墙不同，它是起主动嵌固作用，增加边坡的稳定性，使基坑开挖后坡面保持稳定。

土钉墙主要用于土质较好地区，我国华北和华东北部一带应用较多，目前我国南方地区亦有应用，有的已用于坑深10m以上的基坑，稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。

2.2.9SMW工法

SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插入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墙。

SMW支护结构的支护特点主要为：

施工时基本无噪音，对周围环境影响小；结构强度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用，特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层；挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕；可以配合多道支撑应用于较深的基坑；此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙，在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H型钢等受拉材料；则大大低于地下连续墙，因而具有较大发展前景。

2.2.10基坑支护选型小结

基坑支护型式的合理选择，是基坑支护设计的的首要工作，应根据地质条件，周边环境的要求及不同支护型式的特点、造价等综合确定。

一般当地质条件较好，周边环境要求较宽松时，可以采用柔性支护，如土钉墙等；当周边环境要求高时，应采用较刚性的支护型式，以控制水平位移，如排桩或地下连续墙等。

同样，对于支撑的型式，当周边环境要求较高地质条件较差时，采用锚杆容易造成周边土体的扰动并影响周边环境的安全，应采用内支撑型式较好；当地质条件特别差，基坑深度较深，周边环境要求较高时，可采用地下连续墙加逆作法这种最强的支护型式。

基坑支护最重要的是要保证周边环境的安全。

2.2.11支护方案选择

综合考虑该基坑开挖深度浅、场地较空旷、基坑开挖深度处土质主要为淤泥。

虽然基坑开挖深度较浅，但由于其安全等级为二级，所以不能直接进行放坡。

若采用土钉墙，则不大适宜淤泥这种自稳能力有所欠缺的土质。

若采用水泥土墙，则会因位移过大而使设计无法符合要求，必须使用锚杆，但水泥土墙加锚杆支护的实例较少，欠缺经验保障，本设计中放弃此种支护方法。

若采用地下连续墙、SMW工法、槽钢钢板桩或高压旋喷桩则显得过于复杂，不够经济。

综合上述，本基坑主要采用钻孔灌注桩加锚杆的支护方式。

2.3基坑开挖方案选择

基坑开挖前，应根据工程的结构形式、基础设计深度、地质条件、气候条件、周围环境、施工方法、施工工期和地面附加荷载等有关资料，进行基坑开挖方案设计。

基坑工程根据场地条件、施工、开挖方法，可以分为明挖法、浅埋暗挖法、盖挖法。

2.3.1明挖法

明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。

其缺点是对周围环境的影响较大。

明挖法的关键工序是：

降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。

其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。

主要有：

（1）放坡开挖技术。

适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。

基坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。

（2）型钢支护技术。

一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连梁连结共同受力，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。

（3）连续墙支护技术。

一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。

连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。

（4）混凝土灌注桩支护技术。

一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。

钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。

支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。

（5）土钉墙支护技术。

在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。

（6）锚杆（索）支护技术。

在孔内放入钢筋或钢索后注浆，达到强度后与桩墙进行拉锚，并加预应力锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。

（7）混凝土和钢结构支撑支护方法。

依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力，内支撑体系在做结构时要拆除。

适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。

明挖法一般适用于基坑周围环境条件较好的地区，具有适用范围广、施工速度快、结构构造简单、工程费用相对较低等特点，是最为常用的一种基坑施工方法，常被做为首选方法。

在繁华的闹市区修建地铁车站、地下通道或地下停车场等较大规模的地下工程，开槽明挖施工法会长时期干扰交通、影响市容环境。

2.3.2浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是一种在离地表很近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的方法。

在明挖法、盖挖法不适应的条件下，浅埋暗挖法显示了巨大的优越性。

浅埋暗挖法施工步骤是：

先将钢管打入地层，然后注入水泥或化学浆液，使地层加固。

开挖面土体稳定是采用浅埋暗挖法的基本条件。

地层加固后，进行短进尺开挖。

一般每循环在0.5-1.0米左右。

随后即作初期支护。

第三步，施作防水层。

开挖面的稳定性时刻受到水的危胁，严重时可导致塌方。

处理好地下水是非常关键的环节。

最后，完成二次支护。

一般情况下，可注入混凝土，特殊情况下要进行钢筋设计。

当然，浅埋暗挖法的施工需利用监控测量获得的信息进行指导，这对施工的安全与质量都是重要的。

浅埋暗挖法施工，工期较长，地层沉陷对相邻建筑物安全性的影响较大、工程造价也很高。

2.3.3盖挖法

盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。

主体结构可以顺作，也可以逆作。

在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。

在这种情况下，先修筑地下结构的顶板、而后在顶板的遮护下安全、顺利地修建地下结构其它部分的盖挖法，往往会因为安全、实用及其适中的施工成本而成为中意的施工