1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)
文献综述
从20世纪80年代以来,尤其是近几年以来大量的工程实践,我国的高层建筑施工技术得到很大的发展,已经达到了世界先进水平。目前基坑支护多采用钻孔灌注桩,地下连续墙,深层搅拌水泥土墙、加筋水泥土墙和土钉墙等,计算理论相比较于从前都有很大的改进。支撑方式有传统的钢柱(或者型钢)和混凝土支撑,亦有在坑外采用土锚拉固。内部支撑形式也有多种,有对撑,角撑,桁架式边撑等。在地下连续墙用于基坑支护的方面,还推广了两墙合一和逆作法施工技术,能有效的降低支护结构的费用和缩短工期。基坑工程是一个很有发展潜力的工程,不断增加的工程数量,复杂多变的工程环境为基坑的发展提供了一个广阔的舞台。为了满足社会主义现代化建设的需要,相信在以后的基坑工程实践中随着支护理论的不断发展和支护技术的不断进步,新技术的不断推广,基坑工程技术水平将会不断提高和发展,基坑工程必将日益完善。
此次毕业设计我做的课题为汇贤居09栋基坑支护结构设计,通过对大量资料的查阅和学习,我发现:基坑支护工程的设计与施工,既要保证整个支护结构在施工过程中的安全,又要控制结构和周围土体变形,以保证周围环境(相邻建筑物和地下公共设施等)的安全。因此如何确保基坑工程的安全可靠、经济合理、实用可行是当前现代化城市建设中一个非常重要和迫切的问题。
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
2.1工程概况
南京市建设发展总公司拟建汇贤居09栋高层,该工程主楼高18层,裙楼3层,设地下室一层,框支剪力墙结构,最大高度60米,最大跨度8米,基础最大埋深约5米。拟建场地位于江东北路与清江河交汇的东南角,已建汇贤居小区的西北角。该工程由南京华艺建筑设计顾问有限公司设计,南京建筑工程学院工程勘察研究所承担该场地岩土工程勘察任务。
本工程重要性等级为二级,场地等级为二级,地基等级为二级,岩土工程勘察等级为乙级,地基基础设计等级为乙级,抗震设防类别为乙类。
2.2基坑周边环境
拟建场地位于江东北路和清江河交叉口的东南角,汇贤居小区的西北角。场地地貌单元属长江河漫滩。勘察时场地已整平,场地地势平坦,地面标高为7.8米左右。场地高程及钻孔位置系根据南京市测绘勘察研究院现场制定的高程和坐标点引测。
2.3工程、水文地质条件
2.3.1工程地质条件
根据现场勘探及室内土工试验资料,拟建场地岩土层分布自上而下为:
第①层:杂填土,松散,局部含较多砖块。层厚1.70~4.50m;
第②-1层:粉质粘土,灰黄~灰褐色,可塑,饱和,为中压缩性,稍有光泽,无摇振反应,干强度中等,韧性中等。层顶标高3.3~6.1m,层厚1.0~3.4m;
第②-2层:淤泥质粉质粘土,灰色,饱和,软~流塑,呈高压缩性,稍有光泽,无摇振反应,干强度中等,韧性中等。层顶标高0.8~4.8m,层厚6.0~10.7m;
第②-3层:粉质粘土夹薄层粉土,灰色,饱和,软塑,呈高压缩性,稍有光泽,无摇振反应,干强度中等,韧性中等。层顶标高-5.0~-6.2m,层厚20.5~22.5m。
第②-4层:粉质粘土夹薄层粉土或粉砂,褐灰色,软塑,呈高压缩性,稍有光泽,无摇振反应,干强度中等,韧性中等。层顶标高-25.2~-28.7m,层厚23.4~26.3m。
第④层:卵砾石夹粉细砂,杂色,中密~密实。磨圆度较好,分选性一般,成分以石英砂岩、石英岩为主。层顶标高-51.5~-52.6m,层厚0.0~1.4m。
第⑤-1层:强风化砂岩,棕红色。层顶标高-52.3~-53.4m,层厚1.3~3.5m。
第⑤-2层:中风化细砂岩,棕红色,砂状结构,层状构造,岩石坚硬程度为软岩,岩体完整程度为较完整,工程岩体的基本质量等级为IV级。层顶标高-54.1~-56.2m,本层未揭穿。
2.3.2水文地质条件
拟建场地地下水类型为潜水,勘察期间测得稳定地下水位埋深为0.5~1.5m,地下水位随季节变化,变化幅度0.5~0.8m。南京属亚热带湿润气候,雨量充沛,年平均气温15.4,年均降水量1106毫米。场地土层经过充分的淋滤作用,地下水含有与土层相似的可溶化学成份。根据水、土分析资料,该场地地下水对混凝土结构及钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性;土对混凝土结构及钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性。
2.3.3基坑设计参数
根据南京建筑工程学院工程勘察研究所提供的岩土工程勘察报告(勘察编号:2005011);各土层基坑开挖和支护的有关设计参数如下表所示:
基坑支护设计参数
土层 | 重度 | 抗剪强度(固结快剪) | 渗透系数(10-6cm/s) | ||
(KN/m3) | C(KPa) | φ(度) | Kv | Kh | |
① | 18.0 | 10 | 16.0 | 300 | 800 |
②-1 | 18.9 | 28.8 | 17.0 | 2.32 | 3.18 |
②-2 | 17.7 | 12.9 | 12.4 | 2.91 | 5.76 |
②-3 | 17.7 | 15.0 | 16.3 | 4.80 | 12.3 |
注:①层土的参数为经验值,供参考。
2.4本基坑支护类型
根据工程基坑深度、场地周边环境,场地岩土层条件,水文地质条件等因素,在保证安全、节约经济、方案可行的基础上,拟采用止水帷幕止水和钢筋混凝土支撑。
2.4.1计算步骤
(1)土压力
水土分算(无粘性土)
主动土压力:
被动土压力:
注:土的有效重度;水的重度
水土合算(粘性土)
主动土压力:
被动土压力:
注:土的饱和重度
(2)桩的嵌固深度、桩身最大弯矩
1.单支点支护结构
用等值梁法确定计算支点力的大小,然后根据倾覆稳定条件计算嵌固深度设
计值。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-994.1条计算。
2.多支点支护结构
对于多层支点支护结构,嵌固深度计算值h0宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定。当嵌固深度下部存在软弱土层时,尚应继续验算下卧层整体稳定性。
(3)桩的配筋计算
根据计算得到的支点力设计值Td、弯矩设计值M和剪力设计值V,可以计算截面承载力,进行桩的配筋计算。
(4)圈梁、围檩配筋计算
(5)整体稳定性验算
(6)抗隆起、倾覆、管涌验算
(7)止水帷幕的桩型、桩长设计和抗渗验算
1.止水帷幕桩型和桩长
止水帷幕的厚度应该满足基坑的防渗要求,且止水帷幕的渗透系数宜小于1.010-6cm/s。
落底式竖向止水帷幕应插入下卧不透水层,其插入深度可以按下式计算:
式中:l帷幕插入不透水层的深度;
hw作用水头;
b帷幕宽度。
当止水帷幕未插入不透水层,其嵌固深度应满足抗渗透稳定条件,其嵌固深度可以按下式计算:
式中:hwa坑外地下水位;
h基坑深度。
则桩长L可以按下式计算:
L=l x或者L=h hd
式中:x不透水层层顶深度。
当地下水含水层渗透性较强,厚度较大时,可采用悬挂式竖向止水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向止水与水平封底相结合的方案。
止水帷幕的施工方法、工艺和机具的选择应根据现场工程地质、水文地质及施工条件等综合确定。施工质量应满足《建筑地基处理规范》JGJ79-2002的有关规定。
2.抗渗验算
当止水帷幕未插入不透水层时,还应进行抗渗验算,可以按基坑抗管涌验算进行。
(8)钢筋混凝土支撑的设计
(9)降水设计
1基坑涌水量计算
1)均质含水层潜水完整井
a.基坑远离边界时
式中Q基坑涌水量;
k渗透系数;
H潜水含水层厚度;
S基坑水位降深;
R降水影响半径;
基坑等效半径。
b.岸边降水时
()
c.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时
d.当基坑靠近隔水边界
()
2)均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算
a.基坑远离边界时
b.近河基坑降水,含水层厚度不大时
()
c.近河基坑降水,含水层厚度很大时
()
()
3)均质含水层承压水完整井涌水量
a.当基坑远离边界时
式中M承压含水层厚度
b.当基坑位于河岸边时
()
c.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时
4)均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算
a.均质含水层承压~潜水非完整井基坑涌水量计算
2等效半径
当基坑为圆形时,基坑等效半径应取为圆半径,当基坑为非圆形时,等效半径可按下列规定计算:
1)矩形基坑等效半径
式中a、b分别为基坑的长、短边。
2)不规则块状基坑等效半径
式中A基坑面积。
3降水影响半径
降水井影响半径宜通过试验或根据当地经验确定,当基坑侧壁安全等级为二、三级时。
潜水含水层:
承压含水层:
式中R降水影响半径(m);
S基坑水位降深(m);
k渗透系数(m/d);
H含水层厚度(m)。
4降水
降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置,井间距应大于15倍井管直径,在地下室补给方向应适当加密;当基坑面积较大、开挖较深时,也可在基坑内设置降水井。
降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑地面以下0.5m。
降水井的数量n可按下式计算:
式中Q基坑涌水量
Q设计单井出水量
设计单井出水量可按下列规定确定:
1)井点出水能力可按36~60m/d确定;
2)真空喷射井点出水量可按下表确定:
表2-2喷射井点设计出水量
型号 | 外管 直径 (mm) | 喷射管 | 工作水 压力 (MPa) | 工作水 流量 (m/d) | 设计单井出水流量 (m/d) | 适用含水层 渗透系数 (m/d) | |
喷嘴 直径 (mm) | 混合室 直径 (mm) | ||||||
1.5型并列式 | 38 | 7 | 14 | 0.6~0.8 | 112.8~163.2 | 100.8~138.2 | 0.1~5.0 |
2.5型圆心式 | 68 | 7 | 14 | 0.6~0.8 | 110.4~148.8 | 103.2~138.2 | 0.1~5.0 |
4.0型圆心式 | 100 | 10 | 20 | 0.6~0.8 | 230.4 | 259.2~388.8 | 5.0~10.0 |
6.0型圆心式 | 162 | 19 | 40 | 0.6~0.8 | 720 | 600~720 | 10.0~20.0 |
3)管井的出水量q(m/d)可按下列经验公式确定:
式中过滤器半径(m);
l过滤器进水部分长度(m);
k含水层渗透系数(m/d)。
过滤器长度宜按下列规定确定:
1.真空井点和喷射井点的过滤器长度不宜小于含水层厚度的1/3;
2.管井过滤器产度宜与含水层厚度一致。
群井抽水时,各井点单井过滤器进水部分长度,可按下式验算:
单井井管进水长度yo,可按下列规定计算:
1)潜水完整井:
式中圆形基坑半径;
管井半径;
H潜水含水层厚度;
基坑等效半径与降水井影响半径之和;
R降水井影响半径。
2)承压完整井:
式中H'承压水位至该承压含水层底板的距离;
M承压含水层厚度。
当过滤器工作部分长度小于2/3含水层厚度时应采用非完整井公式计算。若不满足上式条件,应调整井点数量和井点间距,再进行验算。当井距足够小不能满足要求时应考虑基坑内布井。
基坑中心水位降水计算可按下列方法确定:
1)块状基坑降水深度可按下式计算:
a.潜水完整井稳定流:
b.承压完整井稳定流:
式中S在基坑中心处或各井点中心处地下水位降深;
r1r2r3r4各井点距基坑中心或各井中心处的距离。
2)对非完整井或非稳定流应根据具体情况采用相应的计算方法;
3)计算出的降深不能满足降水设计要求时,应重新调整井数、布井方式。
在降水漏斗范围内因降水引起的计算沉降量可按分层总和法计算。
2.4.2出图
1.断面土压力分布图
2.基坑支护结构平面图
3.支护结构剖面图
4.圈梁配筋详图
5.钻孔灌注桩截面图
6.立柱大样图
7.监测图一张
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