地下室基坑支护与降水工程设计

绵阳市老年活动中心项目

地

下

室

基

坑

支

护

与

降

水

工

程

设

计

泛华建设集团有限公司

目录

1、工程概况 .................................................................................................. 二

2、场区岩土工程条件 .................................................................................. 二

3、基坑四周环境及工程特点分析 .............................................................. 四

4、基坑降水工程设计 .................................................................................. 四

5、支护设计 .................................................................................................. 七

6、基坑监测及监控设计 .............................................................................. 九

7、土方开挖要求 ...................................................................................... 十二

绵阳市老年活动中心重建项目绵阳市老年活动中心

地下室基坑支护与降水工程设计

1、工程概况

拟建绵阳市老年活动中心由3幢(3-12F)建筑构成，均采用框架结构、独立柱基，设1层整体地下室。设计±0.000绝对标高454.70米,抗水板顶标高449.8米(-4.85米),基坑独立基础按0.5米计算,基底埋深-5.8米(448.9米)，其中抗水板厚为300mm，基础垫层厚度均按0.1m考虑。

拟建场地地形较为平坦，最低地面高程454.09m，最高地面高程454.70m，平均地面高程454.43m，场地整平标高454.50m。

综上所述：开挖后形成地下室总周长282.5米，深度为5.1～5.7米的土质深基坑。

场区地下水为赋存于卵石土中孔隙潜水，勘察时属平水期，实测得地下水稳定水位埋深在自然地面下4.50～5.30米（450.68～451.88），地下水位年变幅为1～2m，降水按453.00米考虑,降至底板以下0.5米(448.3～448.9米),水位降深约5.0米。

该场地岩土工程勘察工作由四川正基岩土工程有限公司完成，建筑工程由泛华建设集团有限公司设计，受业主委托我公司承担了该项目基坑支护与降水工程施工图设计。

我公司组织专家对场地周围环境和场内工程地质资料分析研究后认为，为确保基坑施工安全，必须采取有效的基坑支护与降水或止水措施。本着技术可行、经济合理原则，基坑支护拟采用土钉支护、排桩方案，降水采用管井+明排结合方式。

2、场区岩土工程条件

2.1地形、地貌

拟建工程场地地处涪江右岸，地貌类型属第四系现代河流一级阶地，场地地形较为平坦，最低地面高程454.09m，最高地面高程454.70m，相对高差

0.61m。

2.2地层结构

拟建场地上部覆盖层由杂填土(Q4ml)、第四系全新统河流相冲积层(Q4al)之粉土、砂土、卵石等组成, 下伏基岩主要为白垩系剑阁组(K1jn)泥岩。

1)杂填土：杂色，湿，松散状态。主要由建筑垃圾、生活垃圾、粉土、粘性土、砂土、卵砾石等组成，层厚0.50～2.20m，场地内大部分地段分布，为新近堆积土，堆积时间小于5年。

2)粉土：灰色、灰黄色，湿，中密～密实状态。夹薄层粉细砂，部分地段含少量氧化铁斑点，不易搓成土条。顶板埋深0.50～1.70m，层厚1.00～

2.40m ，以层状、透镜体状广泛分布于场地内。

3)粉砂：灰白～青灰色，湿，松散状态。主要成分为石英、岩屑、暗色矿物及云母等，略含泥，部分地段夹薄层粉土及细砂。顶板埋深1.80～2.40m，层厚0.30～1.10m，呈层状、透镜状分布于场地内部分地段。

4)卵石：灰色～青灰色，成分以砂岩、花岗岩、闪长岩为主，次为石英岩、灰岩、泥岩等。颗粒圆状～次圆状，分选性一般，微风化为主，少量中等～强风化。被各粒级砂土和圆砾充填。全场地分布，按其颗粒组成、充填物含量、密实程度，卵石可分为四个亚层。

5)泥岩：为中生界白垩系剑阁组地层。棕褐色～紫红色，湿，含少量氧化铁锰质及灰绿色渲染，夹紫红色～棕黄色厚层细-中粒钙质砂岩，可见灰质砾岩透镜体。成分以粘土矿物为主，其次为陆源碎屑矿物及少量自生非粘土矿物。为泥质结构及含粉砂泥质结构，近水平薄层状、块状构造。按其风化程度的不同，泥岩可分为以下二个亚层。

5-1）强风化泥岩：岩体结构已基本破坏，裂隙发育，遇水崩解，性软。岩芯较为破碎，主要呈碎块状、饼状和短柱状。为极软岩，软化岩石，岩体破碎，基本质量等级为V级。顶板埋深12.60～15.10m，层厚2.20～4.50m。

5-2）中风化泥岩：岩体结构部分破坏，层理较为清晰。性脆，断口不平

整。岩芯呈长柱状，RQD约为50～80。为极软岩，软化岩石，岩体较完整，基本质量等级为V级。顶板埋深14.80～18.50m，最大揭示厚度7.60m。

2.3、地下水

场区地下水为赋存于卵石土中的孔隙潜水，主要受涪江与大气降水渗入补给，向涪江的下游侧排泄；地下水与涪江水力联系较密切，雨季地下水补给河水，枯季为河水补给地下水。

本次勘察期间属平水期，实测得地下水稳定水位最高高程451.88m，最低高程450.68m，平均高程451.35m，水位埋深在自然地面下4.50～5.30m。据绵阳城区区域水文地质资料（1/5万），地下水位年变幅为1～2m。含水层渗透系数K=30m/d。

2.4、不利埋藏物

场地内无滑坡、崩塌、泥石流、采空区、地下洞室及危岩等不良地质作用。

3、基坑四周环境及工程特点分析

(1)基坑形状规则,为面状基坑, 安全等级为二级。

(2)地下室西北两侧邻近道路，西侧距街道边5.3-10.6米，北侧距街道边5.1-7.1米；东南两侧邻近已有建筑，东侧与已有建筑相距3.5-11.6米，南侧与已有建筑相距7.7-10.8米。建筑场地均由现有围墙所包围。

(3) 场地内无滑坡、崩塌、泥石流、采空区、地下洞室及危岩等不良地质作用，但未收集到周边管线沟埋藏情况，基坑开挖施工前需调查清楚。

(4)基坑壁以杂填土、粉土和卵石为主、支护施工时应严格遵循小单元小高度分段开挖、准备好钢丝网及时封闭原则。

4、基坑降水工程设计

4.1降水设计依据

（1）《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T 111-98）

（2）《供水管井技术规范》（GB 50296-99）

（3）基坑支护设计、施工要求(同时要考虑局部开挖深度等)

（4）《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012) （5）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002） （6）《绵阳市老年活动中心岩土工程勘察报告》

4.2降水技术要求

（1）降水面积：4733m 2

（2）最小要求降深筏板基底以下0.5米,最大降深积水坑下0.5米 （3）水位降深：△H ＝5.0m

4.3降水设计

4.3.1降水设计参数选择： (1)K=30m/d

(2)影响半径R=2s kH =274 4.3.2降水设计计算 (1)降水井井深计算:

Hw ＝Hw1+Hw2+Hw3+Hw4+Hw5+Hw6

（Hw 1基坑深；Hw 2基坑底至水位深度；Hw 3水力坡度深度＝ir o ； Hw 4水位变幅；Hw 5过滤器工作长度；Hw 6沉砂管长度） (2)降水范围等值圆半径（R O ）: Ro=

π

F

=38.8

(3)面状基坑降水范围涌水量计算 Q=

)

/lg()2(73.20r R S

S H K -=4225

(4)计算每根井点最大出水量。

q=120×r ×L ×3

k =326（L 过滤器进水长度=5；Rs 过滤器外径mm ；）

（5）降水井井数计算 n ＝1.1Q/q=14 4.3.3降水井布臵

针对该场地及周边环境实际情况作出降水设计方案如下：

(1) 降水井布臵在基坑开挖线以外1.0米,共计14口，考虑到基坑降水面积及降深较大，预设4口疏干口(详见降水井平面布臵示意图)；

(2) 降水井井径:均采用内径Ф300，管外径Ф350，成孔孔径Ф600m ，严格控制井点出水含砂率，填砾规格5～10mm 。

(3) 降水井布臵及井深: 基坑四周共布臵降水井14口，形成单环形封闭； J1～J4设计井深15米,上部2根采用水泥井管,中间3根滤水管,下部1根沉砂管(每根井管长度均为2.5m)。

J5～J14设计井深17.5米,上部2根采用水泥井管,中间4根滤水管,下部1根沉砂管(每根井管长度均为2.5m)。

考虑基坑降水面积及降深较大，基坑中间共设SJ 共4口，井深约10米，均采用滤水管。

(4)滤水管采用2mm 缝隙的桥式过滤器,包40目的滤网,长度为5.0m 。 (5)抽水设备选择：可选择QJ 型潜水泵，根据计算结果和设计降深选择合适流量和扬程的潜水泵，可采用50-80t/h 扬程大于25m 的深井潜水泵。

4.4、降水效果预测

（1）用非稳定流方法：

Sr,t=H-

,

2222125.22ln

2k

Q n

r r r n

at

H π?????*-

在降水范围内，将降水最不利点的数据输入计算机，用非稳定流方法计算结果表明，14口井连续抽水5天左右，地下水位降至基底面以下0.5m ，能满足施工降水要求。

（2）据面状基坑稳定公式 S=H-()[]n n K

Q r r r R H ?????*--211

366.1lg lg 2, (n 井数，r 1、r 2………r n 井至任一计算点距离，其它符号同前)

在降水范围内，将降水最不利点的数据输入计算机，用面状基坑稳定公式计算结果表明，14口井也可以将地下水位降至基底面以下0.5m，能满足施工降水要求。

4.5、基坑降水对周围环境的影响分析

抽降地下水对周围环境影响主要表现为沉降及由此导致基坑周边建(构)筑物及城市公共设施的变形。降水对地面及建(构)筑物沉降产生影响的因素主要有两方面：一是抽降漏斗形成过程中由于降水井质量低劣,随着水力坡度增大而大量涌砂,细颗粒被井水携带排出,产生潜蚀和管涌,结果导致粗颗粒重新排列压密进而引起沉降；二是地下水位下降,动水位与静水位之间的地基土层中的重力水被疏干,引起有效应力的增加所产生的附加沉降。

5、支护设计

5.1设计依据和设计理论

(1)《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012；

(2)《基坑土钉支护技术规范》（CECS 96:97）；

(3)《锚杆喷射砼支护技术规范》（GB 50086-2001）；

(4)《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）；

(5)《钢筋焊接及验收规程》（JGJ 18-96）；

(6)《绵阳市老年活动中心岩土工程勘察报告》；

(7)《绵阳市老年活动中心总平面布臵图、地下室基础平面图》；

5.2支护设计参数取值

(1) 土钉支护设计使用年限为3-6个月，结构安全等级为二级;

(2)支护高度设计值：5.1～5.7米;

(3)各层土的设计厚度按不同分段取不同的厚度值;

(4)附加荷载考虑：q =10kN/m2

(5) 基坑顶面水平位移：(0.5~0.7)%H；变化速率(4~6)mm/d

基坑顶面竖向位移：(0.3~0.5)%H；变化速率(3~4)mm/d

(6)场地内主要土层的物理力学参数（基坑边坡范围内）

5.3支护设计

5.3.1设计方案

(1) 采用动态信息设计

分别在四周基坑壁及周围建筑物设沉降、位移观测点，利用反馈信息检查支护结构的合理性和安全性,根据观测数据对支护设计进行优化或调整。

(2)封闭排水处理:为不让地表水进入基坑,在所有基坑顶1.5米内采用Φ8@200双向钢筋网、厚100mmC20砼封闭处理，并设截水沟300×300mm，在坑底设排水沟300×300mm。

(3) AB及CDEF段基坑：基坑深5.1米,采用土钉支护,开挖边坡1:0.2。

(4) BC段基坑:基坑深5.7米,采用土钉支护,开挖边坡1:0.2。

(5) FA段基坑：基坑深5.1米,距建筑物1.6-3.5米,采用排桩支护,开挖边坡1:0.0。

5.4土钉支护设计

参照软件计算结果，结合本地区大量工程实践经验，根据本工程具体地质条件及周边环境实际情况，各段土钉设计如下：

面板厚度为80mm,面层喷射砼强度为C20。

土钉钢材：Φ48、δ3.0焊管；

土钉泄浆孔：钻眼Φ3～Φ6间距50㎝左右，在土钉入土端头1.5～3.0m 处设臵。

土钉倒刺：用Φ14螺纹钢护焊于泄浆孔处。

钢筋网布臵：双向Φ8@200；

加强筋：Φ14@1400×1200，土钉与喷射砼面板连接处用Φ14螺纹钢焊接堵头加强。

土钉施工参数：各段详见列表（土钉长度根据现场实际情况调整）。

(1)AB及CDEF段:

(2) BC段:

5.5排桩设计

排桩采用人工挖孔桩，桩径＝1.0m; 桩距＝3.0m; 桩长8.0m。

施工总桩数13根,桩顶设臵联梁，联梁为1000×600,钢筋保护厚度20mm，桩主筋在冠梁的锚固长度不小于35d（d为纵筋直径）。

桩顶标高＝-1.1，顶部采用1:0.75的网喷护面。桩身砼为C30，钢筋保护厚度50mm；基坑外侧主筋10Ф16、内侧主筋13Ф14均为通长配筋;箍筋直径Φ10＠100mm,加强筋直径Φ14＠2000mm;

5.6桩间土

桩间土支护采用桩上植筋制成钢丝网、喷射C20细石混凝土，喷射混凝土厚度为50mm。

6、基坑监测及监控设计

6.1基坑允许暴露时间及基坑边堆载要求

（1）本基坑采用土钉支护方式,为临时性支护，根据本工程具体地质条

件及环境，基坑设计允许暴露时间为：3-6个月。

（2）本基坑土钉设计附加荷载为10KN/㎡，基坑封闭之前，基坑周边1.5H 范围内(H为基坑开挖实际深度)严禁堆载。

6.2监测内容和基本要求

基坑监测的内容及项目很多，针对本基坑深度较浅,结合本地区的实际地质条件,本基坑护壁计划监测项目如下：

（1）土钉焊接质量：土钉之间的焊接以及主筋焊接质量由现场检查。

（2）喷射砼厚度检测：每100㎡检查一组,每1组不少于3点。

（3）支护结构水平位移监测：

基准点应设臵在变形影响范围之外,并便于长期保存的稳定位臵。至少应有3个可靠的点作为基准点；

工作基点是变形监测中起联系作用的点,是直接测定变形观测点的依据,应设在靠近观测目标。在通视条件较好或观测项目较少的工程中,可不设工作基点,在基准点上直接观测变形观测点。

变形观测点是直接埋设在变形体上,且能反映变形特征的观测点。

（4）相邻建筑物及周边管线的沉降及水平位移监测：在2倍基坑深度范围内的建筑物外墙上设臵沉降观测点(设臵的点离地面200～1000,便于将塔尺立于上面)，在重要管线上设臵沉降观测点。

（5）地下水位监测：降水15天内每天监测每口井内动水位,分析其下降速率,正常降水情况下,每周观测一次动水位。

（6）地下水含沙量监控：每天均应进行含沙量监控并做好施工日志,严格依照规范中允许值控制,不得以肉眼判断来评定含沙量是否符合规范。

（7）喷射砼强度检测试验：依据《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T5026-2001）及现场实际，要求开挖每层土（1.5高）取一组砼试块进行养护,28天后送具有检测资质的实验室进行砼强度检测。

6.3基坑主要监测项目报警值要求

(1) 基坑及支护结构监测报警值应监测项目的累计变化量和变化速率值共同控制。

水平位移(mm)：0.5%～0.7%H(H为基坑开挖深度)，变化速率(mm/d)：4～6；竖向位移(mm)：0.3%～0.5%H(H为基坑开挖深度)，变化速率(mm/d)：5～8。

度)时应报警。

6.4基坑后期维护

（1）在后续施工监测中，应注意坑边堆载：不得大于10kN/㎡；

（2）严禁向坑壁排水和浸泡基坑四周土体，避免地表水流入基坑；

（3）在施工地下室时，严禁停断抽水的电源，以防水位回升造成重大损失，后续施工单位应与基坑降水工作密切配合，确保安全，保证整个工程施工的顺利进行；

（4）不得在原支护体系条件下超挖，否则有可能导致基坑变形过大，甚至出现更大的险情，给工程带来安全质量隐患；

（5）应加强变形观测工作，在基坑开挖完成后的一个月内，应加密观测点、增加观测次数；

（6）在2倍基坑深度范围内的建筑物护壁段需作水平与垂直两个方向的变形观测。

7、土方开挖要求

机械开挖土方应分段开挖，每段开挖长度不得超过20米，每层作业面深度不处大于2.0米，遇土层较差或遇砂层时每层开挖高度不得大于1.0m，待上一作业面施工完成后，方可进行下一作业面的开挖，严禁超前超挖，挖开的作业面必须及时支护封闭，如因各种原因挖开的作业面不能及时支护，则机械挖土方必须及时组织回填封闭作业面，以免作业面暴露时间过长而引起险情。