某电厂运站基坑支护加固方案.doc
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方案
工程项目名称
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8#转运站基坑支护加固设计方案
一、工程概况：
8#转运站连接6#地道和1#地道及2#地道，设计±0.000m标高相当于绝对高程400.00m。
东面为6#地道，底标高为-15.7米；西面为1#地道，底标高为-6.8米；南面为2#地道，底标高为-11.7米。
8#转运站由于南北方向有铁路和铁道衡，则土方开挖按0.33放坡，东西方向按0.5放坡，详见土方开挖图。
本工程采用土钉墙支护方式，并决定在其加固范围内，通过加密土钉的水平间距和增加竖向钢管桩方法来解决其水平位移和竖向沉降的问题。
详见图纸和计算书。
二、设计依据
1、中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
2、中华人民共和国国家标准《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）
3、中国工程建设标准化协会标准《土层锚杆设计与施工规范》（CECS：
22：
90）
4、中华人民共和国国家标准《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）
5、中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
6、《钢结构设计规范》（GB50017-2002）
7、其它有关的国家及地方强制性规范和标准
三、基坑支护结构设计、计算原则
1、考虑主体结构施工及场地排水需要，一般情况下，围护结构与主体结构净空尺寸取1.0m。
2、围护结构设计应根据基坑深度、结构类型、使用条件、荷载特性、施工工艺等条件进行。
3、围护结构设计除满足受力条件外，还应满足基坑稳定性、地表变形、结构变形等要求。
4、边坡整体稳定安全系数要求不小于1.10。
5、地面设计超载按八号转运站自重，取q=60kpa。
6、支护结构顶面以外10m范围内为施工场地。
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四、材料的材质及强度要求
1、混凝土:
喷锚支护面层：
C20
2、钢筋：
圆钢：
HPB235（φ）；螺纹钢：
HRB335（φ）；钢材：
Q235A
3、注浆体强度：
临时锚杆：
M20
4、焊条和焊接要求：
用电弧焊焊接Q35号钢和HPB235级钢筋时采用E43型焊条，焊接HRB335级钢筋时如果是窄缝焊接应采用E50焊条，帮条焊或搭接焊时可采用E43焊条。
焊接熔敷金属的化学成分和力学性能应满足（GB/T5117-1995）和（GB/T5118-1995）规定。
对于钢筋笼的焊接应采用焊接或机械连接，如果采用焊接接头必须按照施工条件进行试焊，合格后方可进行正式施作。
焊接工艺及质量按国家现行标准《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-2003）的有关规定执行。
五、施工方法和施工注意事项
1、喷锚支护按下列顺序施工
a）开挖工作面，地面硬化，设置坡顶排距水沟。
b）修整边坡，埋设喷射混凝土厚度控制标志，设置坡面排水孔。
c）喷射第一层混凝土。
d）安装土钉（包括钻孔、插筋、洗孔、注浆等）。
e）绑扎、固定钢筋网、设置加强筋。
f）喷射第二层混凝土至设计厚度。
2、挖土注意事项：
a）上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后，方可开挖下层土方及下层钉施工。
b）基坑开挖自上而下进行，每层土钉为一个开挖层，每层开挖深度应在该层土钉下0.5m范围内，及时支护，严禁超挖。
c）机械开挖时，应预留一定厚度的保护层，用人工修整坡面。
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3、喷射混凝土的注意事项：
a）喷射混凝土作业应分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，一次喷射厚度为50mm。
b）喷射时，喷头应尽量与受喷面垂直，距离宜为0.6～1.2m。
c）在土钉部位，应先喷土钉下方，再喷土钉上方。
d）喷射时应控制好水灰比，保持混凝土表面平整、湿润光泽、无干斑及滑移流淌现象。
e）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）和《喷射混凝土施工技术规程》（GBJ226-91）。
4、钢筋网施工的注意事项
a）钢筋网应与土钉和其它锚固装置连接牢固，喷射混凝土时钢筋网不得晃动。
b）钢筋网的搭接长度为300mm。
c）钢筋网与钢管桩支护区的交接处，将钢筋网用横向加强筋筋固定在桩上。
5、土钉（钢花管）施工的注意事项
a）孔保证位置正确，应随时注意调整好孔位置（上下左右及角度），防止高低参差不齐和相互交错。
b）钢花管对接时采用3Φ16钢筋绑焊,要求焊缝一定要饱满。
c）钢管、钢筋使用前应检查各项性能，检查有无油污、锈蚀等情况；如有不合格的，应进行更换或处理。
6、注浆施工注意事项：
a）注浆管在使用前，应检查有无破裂、堵塞，接口处要处理牢固，防止压力加大时开裂跑浆。
注浆压力一般不宜低于0.4MPa，宜采用封闭式压力灌浆，可有效地提高土钉抗拔力（20%左右）。
灌浆材料可根据气温和土质情况与使用要求，适量掺加早强剂、防冻剂和减水剂。
注浆前，宜用水引路、润湿、检查输浆管道；注浆后及时用水清洗搅拌机、压浆设备及灌浆管等。
在灌浆体硬化之前，不能承受外力或由外力（挖土机）引起的土钉移动。
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六、基坑应急除险措施
1、基坑开挖前，应预计事故发生的可能性，作好基坑抢险加固的准备工作。
（1）坑底降水应有充分的时间保证；
（2）储备止水堵漏的必要器材；
（3）基坑的位移和沉降监测措施；
（4）加固用的钢材、水泥、编织袋等；
（5）加固用的施工机械设备，包括汽车、挖土机、水泵等；
2、当支护结构出现渗漏水的情况，应及时用取有效措施。
（1）基坑未设止水帷幕或止水帷幕漏水、流土，坑内降水及开挖使坑外地面或道路下沉、建筑物倾斜时，应立即停止坑内降水和挖土，并立即用粘土或水泥土阴塞夯实再加混凝土封砌渗漏或用化学浆液、树脂等材料处理止水帷幕的渗漏，必要进重新补做止水帷幕。
（2）基坑升挖引起流砂、涌土或坑底隆起失稳时，应立即停止基坑内降水或挖土，进行堆料反压，周围环境允许时，也可配合坑外降水。
（3）当基坑支护结构变形超过允许值或有失稳前兆时，应立即采取加固措施，加固的方法有撑、拉、压、灌、堵、减等，加固原则如下：
a）当支护结构变形过大，明显倾斜时，可在坑底与坑壁之间加设斜撑。
如基坑周边场地允许，可设置拉锚。
b）当坑边土体严重变形，且变形速率持续增加时，应视为基坑本体滑移失稳的前兆，应立即采用砂包或其它材料回填基坑，待基坑稳定后再作妥善处理。
c）坡顶或桩墙后卸载，坑内停止挖土作业，适当增加内撑或锚杆，增大内撑预应力或预应力锚杆的锚固力。
d）支护结构桩墙嵌固深度不足，使支护桩墙内倾或踢脚失稳，应立即停止土方开挖，在桩墙前堆砂包反压，也可在基坑外铡挖土卸载，在挡土桩被动区打入短桩加固。
e）土钉墙发生滑塌失稳时，立即停止坑内降水，并在坑内堆砂包反压。
f）为了防止岩石爆破产生土方振动影响，开挖时留1.5米的岩石台，南北方向垂直向下爆破，东西方向可以适当放坡，但水平距离不能超过2米。
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g）当基坑周围建筑物严重开裂、倾斜时，应立即组织人员紧急疏散，并补强加固或拆除，同时上报上级主管部门。
h）出现险情时，可以从6#地道斜坡、2#地道斜坡、1#地道斜坡及时逃离现场。
七、特殊地质情况处理：
如果发现地质情况和场地条件与原先资料有较大出入，特别是软土（淤泥、淤泥质土和淤泥质砂等）的厚度变大或埋藏变深以及岩层出现软弱夹层或对稳定不利的结构面等情况，应及时通知设计单位，以使调整设计方案，并作好应急准备措施。
八、爆破对支护边坡影响控制措施：
由于岩石爆破量大，采用松动式爆破施工过程中严格控制一次齐爆药量（231克），采用多孔少装药原则，一次起爆为4孔，分层爆破，每次爆破为下次爆破创造出临界空面，能有效降低振动并保证边坡安全。
九、计算方法、公式、坡顶荷载及设计计算过程
（一）、计算方法：
采用《理正深基坑支护结构设计软件F-SPW43》进行土钉抗拉设计与验算、采用圆弧滑动简单条分法进行整体稳定设计与验算、土钉配筋。
（二）、计算公式及说明：
1.支护结构水平荷载计算:
基坑支护结构设计应考虑下列荷载：
（1）土压力及水压力；
（2）地面堆积荷载及大型车辆的动、静荷载；
（3）周边建（构）筑物的作用荷截；
（4）施工荷载；
（5）支护结构作为主体结构一部分时，上部结构的作用。
2.按水土分算方法计算侧压力，有经验时，对粘性土、淤泥质土可按水土合算方法计算侧压力。
3.土压力计算宜采用直接剪切试验的固结快剪、值。
4.水平荷载平均值
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4.1当采用水土合算时，对于粘性土、粉土、淤泥及淤泥质土，支护结构水平荷载标准值可按下式计算。
4.2基坑外侧竖向应力标准值可按下式计算：
式中¾土体自重产生的竖向应力；
¾地面均布荷载在土中产生的竖向应力；
¾地面局部荷载在土中产生的竖向应力。
4.2.1计算点深度自重竖向应力
1）计算点位于基坑开挖面以上时，用三角形分布模型计算，即
式中¾深度以上土的加权平均天然重度，。
2）计算点位于基坑开挖面以下时，用矩形分布模型计算，即
式中¾基坑开挖深度；
¾开挖面以上土的加权平均天然重度，；
¾第层土的平均天然重度；
¾第层土的厚度。
4.2.2当支护结构外侧地面作用均布荷载时，在基坑外侧任意深度产生的竖向应力标准值可按下式计算：
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地面均布荷载产生的竖向应力计算图
4.2.3当距支护结构外侧地面作用宽度为的条形荷载时，在基坑外侧深度任意范围内产生的竖向应力标准值可按下式计算：
条形局部荷载产生的竖向应力计算图
4.2.4第层土的主动土压力系数，应按下式计算：
式中¾第层士的内摩擦角标准值
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5、土钉墙设计
5.1土钉墙宜按下列步骤进行设计：
1、根据工程类比和工程经验，设计土钉墙结构各部分尺寸和材料参数，包括：
1）土钉的直径、长度、间距、倾角；
2）土钉材料、注浆材料等。
2、整体稳定性分析；
3、土钉抗拔承载力计算；
4、面层设计；
5、坡面设计与构造规定；
6、对需严格控制周边土体位移的基坑应进行支护变形估算；
7、根据施工过程中获得的监测数据和发现的问题及时反馈设计；
5．2土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下最危险滑动面采用圆弧滑动简单条分法，按下式进行整体稳定性验算：
稳定性分析计算简图
1一喷射混凝土面层2一土钉
式中¾滑动体分条数；
¾滑动体内土钉数；
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¾基坑侧壁重要性系数；
¾第分条土重，滑裂面位于粘性土或粉土中时，按上覆土层的饱和土重计算；滑裂面位于砂土或碎石类土中时，按上覆土层的浮重度计算；
¾第分条宽度；
¾第分条滑裂面处土体不固结快剪粘聚力标准值；
¾第分条滑裂面处土体不固结快剪内摩擦角标准值；
¾第分条滑裂面中点切线与水平面夹角；
¾土钉与水平面之间的夹角；
¾第分条滑裂面弧长；
¾计算滑动体单元厚度；
¾第根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拔力。
5.3在下列情况下，土钉墙应进行整体稳定性验算：
l基坑开挖到各作业面深度时，还未设置该层作业面土钉时的稳定性分析；
2支护完成后，最危险滑裂面通过基坑底部的整体稳定性分析；
3当基坑开挖深度范围内存在软弱夹层时，沿软弱夹层进行稳定性分析。
5.4单根土钉抗拔承载力计算应符合下式：
式中¾第根土钉受拉荷载标准值（kN）；
¾第根土钉直径（m）；
¾土钉与土体的粘结强度标准值;
¾第根土钉破裂面外土钉长度（m）。
土钉与土体的粘结强度标准值应由现场试验确定或按6.4.4-2式确定，应取二者中较小值：
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式中¾孔壁土压力系数，可取1；
¾第j根土钉破裂面外长度中点处土层埋深（m）；
¾第j根土钉破裂面外土体粘聚力，取厚度加权平均值（kPa）；
¾第j根土钉破裂面外土体内摩擦角，取厚度加权平均值（°）。
5.5土钉由土体自重及附加荷载引起的受拉荷载标准值按下式计算：
式中、¾第根土钉相邻其它土钉的水平、垂直间距（m）；
¾第根土钉位置处主动侧压力标准值（kN）；
¾第根土钉与水平面的夹角；
¾荷载折减系数。
荷载折减系数可按下式计算：
式中¾土钉墙面与水平面的夹角；
¾破裂面与水平面夹角（图6.4.5），取（）（°）。
土钉抗拔承载力计算图
1一喷射混凝土面层2一土钉3－最危险滑裂面
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5．6第根土钉极限抗拔力可按下式计算：
5.7土钉的配筋面积可按下式计算：
式中¾土钉受拉荷载标准值（N）；
¾第根土钉配筋的面积（），锚管土钉要考虑注浆孔对管壁面积的削弱作用；
¾第根土钉筋体受拉强度设计值（），按《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）取用。
5.8面层可按下列方法进行设计：
l第根土钉与相邻土钉间距范围内面层所受水平荷载平均值取第根土钉长度中点的埋深。
2喷射混凝土面层可近似按长宽分别为、受均布荷载的双向四边简支板进行设计。
3第根土钉端部拉力标准值可按下式计算：
土钉与面层的连接应能承受土钉端部拉力的作用，且应验算面层连接处混凝土局部抗压强度。
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5.9当施加预应力时，该根土钉端部拉力标准值可按下式计算：
式中¾该根土钉所施加的预应力值。
5.10在开挖前，对开挖面土体进行超前加固：
1）对变形控制要求较高时，可在开挖前沿基坑边缘设置竖向微型桩：
a）超前微型桩可用无缝钢管，直径宜为48～150mm，间距不宜大于1m。
b）微型桩进入基坑底部以下宜为1～3m；
c）直径大于100mm的微型桩宜在距孔底1/3孔深范围内的管壁上设置注浆孔，注浆孔径10～15mm，间距400～500mm。
d）超前微型桩应与钢筋网的加强筋焊接，使二者连成整体。
超前竖向微型桩
1¾钢筋网喷射混凝土面层2¾微型桩3¾土钉
5.11土钉墙水平位移宜根据数值计算方法结合可靠的经验进行估算。
当无经验时，对简单情况可用下式估算土钉墙面任意深度z处的水平位移：
式中，为深度处所对应土层的泊松比；
、¾深度处以上第层土的重度及对应土层厚度；
¾基坑顶面超载；
¾深度以上第层土的变形模量（MPa）；
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¾基坑开挖深度；
¾开挖前地下稳定水位。
土的变形模量按下列公式计算：
=2.27N
式中N¾标准贯入试验击数。
土钉墙水平位移计算图
5.12土体与锚固体极限摩阻力标准值
土的名称
土的状态
qs（kPa）
填土
20～30
淤泥
10～20
淤泥质土
20～30
粘性土
IL>1
20～40
0.7540～50
0.5050～70
0.2570～80
080～90
IL≤0
90～100
粉土
e>0.9
20～40
0.75≤e≤0.9
40～65
e<0.75
70～90
粉细砂
稍密
20～40
中密
40～65
密实
65～90
中砂
中密
55～80
密实
80～100
粗砂
中密
80～100
密实
100～120
砾砂
中密
120～140
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（三）、基坑边坡超载：
基坑边坡超载主要有以下几种情况产生：
１、土方施工时，运输施工材料的车辆、火车经过时产生的动载，。
２、基坑边混凝土支架及蒸汽管道产生的静载。
综上所述，基坑边坡坡顶超载取均布荷载q=40Kpa。
（四）、土钉墙各支护面设计与计算：
根据基坑开挖深度、工程地质条件、基坑周边环境等因素，确定基坑采用复合土钉墙支护方式，基坑侧壁安全等级为一级，侧壁重要性系数为1.10。
其结果详见下列报表。
[验算简图]
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[验算条件]
[基本参数]
所依据的规程或方法：
《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
基坑深度：
20.000（m）
基坑内地下水深度：
20.000（m）
基坑外地下水深度：
1.200（m）
基坑侧壁重要性系数：
1.100
土钉荷载分项系数：
1.250
土钉抗拉抗力分项系数：
1.300
整体滑动分项系数：
1.300
坡线段数5
序号水平投影（m）竖向投影（m）倾角（°）
1-0.0008.00090.0
21.0000.0000.0
32.8509.50073.3
41.5000.0000.0
50.7502.50073.3
[土层参数]
土层层数5
序号土类型土层厚容重饱和容重粘聚力内摩擦角钉土摩阻力锚杆土摩阻力水土
（m）（kN/m^3）（kN/m^3）（kPa）（度）（kPa）（kPa）
1杂填土2.10018.518.510.08.025.025.0合算
2粘性土3.20018.918.923.312.690.090.0合算
3碎石4.00020.020.011.017.0120.0120.0合算
4碎石3.00021.021.011.017.090.090.0合算
5微风化岩23.00023.023.0300.027.0300.0300.0合算
[超载参数]
超载数1
序号超载类型超载值（kN/m）作用深度（m）作用宽度（m）距坑边线距离（m）形式长度（m）
1满布均布30.000
[土钉参数]
土钉道数9
序号水平间距（m）垂直间距（m）入射角度（度）钻孔直径（mm）长度（m）配筋
11.0001.00010.013015.0003d36
21.0001.30010.013015.0001d36
31.0001.00010.013012.0001d25
41.0001.30010.013012.0001d20
51.0001.30010.01309.0001d28
61.0001.30010.01309.0001d28
71.0001.30010.01309.0001d32
81.0001.30010.01309.0001d36
91.0001.30010.01306.0001d4
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[外部稳定计算参数]
所依据的规程：
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
土钉墙计算宽度:
10.000（m）
墙后地面的倾角:
0.0（度）
墙背倾角:
90.0（度）
土与墙背的摩擦角:
10.0（度）
土与墙底的摩擦系数:
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