1、基坑支护工程设计方案smw工法一般设设计部分 51工程地质及水文地质资料 51.1工程概况及工程地质 51.1.1工程地质 51.1.2水文地质 51.2工程周围环境 62设计依据和设计标准 62.1基坑工程设计依据 62.2基坑工程等级确定 72.3基坑设计控制原则 73基坑维护方案设计 83.1支护体系的组成 83.2几种常见支护体系 83.2.1深层搅拌水泥土围护墙 83.2.2槽钢钢板桩 93.2.3地下连续墙 93.2.4SMW 工法（劲性水泥土搅拌桩法 ） 93.3方案对比分析及选择 103.3.1型钢选择 103.3.2水泥土搅拌桩 104基坑支撑方案设计 114.1支撑结构类型
2、 114.2支撑方式的对比选择 114.3立柱 124.4围檩 124.5支撑制作注意事项 124.6基坑施工应变措施 134.6.1支护墙的渗水与漏水 134.6.2断桩及漏桩的处理 134.6.3防止侧向位移发展的措施 134.6.4流砂及管涌的处理 134.6.5临近建筑与管线位移的控制 144.7支撑施工技术要点 144.7.1支撑安装 144.7.2内支撑体系的拆除 144.7.3支撑体系主要施工技术措施 155计算书 155.1土压力计算 155.1.1标准段地下连续墙深度的确定 155.1.2土的特征计算 155.1.3水土压力计算 165.2支撑及墙体内力计算 185.2.1各
3、参数的计算 185.2.2支撑内力的计算 195.2.3求最大弯距及剪力值 205.2.4SMW的内力验算 205.3基坑稳定性验算 215.3.1基坑底部抗隆起稳定性验算 225.3.2围护墙的抗倾覆稳定性验算 235.3.3整体圆弧滑动稳定性验算 255.3.4抗渗流验算 266基坑主要技术经济指标 286.1开挖土方量 286.2SMW工法水泥土搅拌桩水泥用量 286.3钢材用量计算 286.4人工费用计算 287基坑施工准备 297.1基坑施工的现场准备 297.1.1拆除障碍物 297.1.2测量放线 297.1.3“三通一平” 297.1.4临时设施的准备 297.2基坑施工的技术
4、准备 317.3施工物资的准备 317.3.1物资准备 317.3.2劳动力准备 317.3.3季节施工及应急准备工作 328施工方案 328.1工程概况 328.2工程技术特征 338.3施工工法 338.3.1基坑开挖类型 338.3.2基坑开挖及支撑顺序 338.3.3基坑开挖安全保证措施 348.4SMW围护结构施工 348.4.1导墙制作 348.4.2开挖沟槽及制作泥浆池 348.4.3SMW围护结构钻进施工 358.4.4型钢插入 368.4.5压顶圈梁制作 368.4.6H型钢回收 368.5围护结构质量保证措施 368.5.1质量技术措施 368.5.2质量检验方法 378.
5、6支撑保护 378.7基底加固的混凝土施工 378.7.1施工流程 378.7.2主要技术参数 378.7.3质量检验方法 388.8围护防渗漏措施 388.9降水措施 388.9.1轻型井点降水 388.9.2深井泵井点降水 408.10SMW桩施工冷锋处理 409施工总平面布置 409.1施工现场临时建筑物的布置原则 409.2施工用的临时运输线路的布置 409.3建筑材料的堆放位置 419.4大型设备停放 4110施工进度计划及管理措施 4110.1施工总体筹划 4110.1.1施工筹戈U的目标 4110.1.2施工进度计划和劳动力设备安排 4210.2施工流程 4210.2.1施工流程
6、 4210.2.2工期保证措施 4310.3工期安排 4410.4施工过程控制与检查 4511质量、安全、文明管理措施 4511.1质量保证体系 4511.2质量保证措施 4511.2.1通用保证措施 4511.2.2防水层质量保证措施 4511.2.3对供货商的管理措施 4511.3土方运输环境管理规定 4511.3.1车辆情况 4511.3.2土方装卸 4611.3.3土方运输 4611.3.4应急响应 4611.4结构施工质量标准 4611.5安全生产管理措施 4711.6文明施工措施 4811.6.1文明施工目标 481162文明施工措施 48参考文献 49专题设计部分 49深表土和浅
7、表土静止土压力的对比分析 491问题的提出 492.研究目的、工程意义、研究内容和研究方法 492.1研究目的 492.2工程意义 492.3研究内容 502.4研究方法 502.5研究困难 503浅表土 ko试验结果与分析 503.1理论分析 503.1.1土性的影响 503.1.2中和应力的影响 503.1.3土样扰动程度的影响 503.1.4结构性的影响 503.2浅表土 kg的几种计算方法 503.2.1用经验公式计算 503.2.2理论方法确定k0的研究现状 513.2.3原位试验确定k0的研究现状 513.2.4室内土工试验确定 513.2.5试验方法对比分析 524深厚表土 k。
8、试验结果与分析 524.1理论分析 524.1.1固结时间对k0固结土力学特性的影响 524.1.2高压对k0固结土的力学特性的影响 524.2试样制作 524.2.1试验方法 524.2.2深厚表土 ko试验结果与分析 524.2.3结果分析 545结论 546展望 54翻译部分 56英文原文 56.中文译文 62致谢 65设设计部分1工程地质及水文地质资料1.1工程概况及工程地质1.1.1工程地质南京地铁珠江路综合楼工程位于中山路吉兆营路路口东南角，占地面积南北 长约70m，东西宽约50m。综合楼主楼26层，高约100m，采用钢结构体系；裙 楼高6层，采用框架结构体系。综合楼设三层地下室，
9、本工程地质条件与珠江路车站北段基本类似，地面实测标高在 10.46m左右。建址范围内自上向下土层构成分别为：(1)杂填土：褐黄色，松散稍密，由碎砖、碎石及粉质粘土混填；(2)-2b2-3素填土：褐黄褐灰色，软可塑，主要由粉质粘土填积，夹少 量碎砖；(3)-1b3粉质粘土：灰黄褐灰色，软塑，局部夹粉土；(4)-2b3-4粉质粘土：灰色，软流塑，夹淤泥质粘土；(5)-1-1b1-2粉质粘土：灰黄绿灰色，可硬塑；(6)-1-1b2粉质粘土：灰黄褐黄色，可塑；(7)-1-2b3-4粉质粘土：褐黄褐灰，软流塑；(8)-2-1b2-3粉质粘土：褐黄褐灰，可软塑；(9)-2-2b3-4粉质粘土：褐灰灰色，软
10、流塑，夹薄层粉砂；(10)-3-1b2粉质粘土：褐灰灰色，可塑；(11)-3-2b2粉质粘土：灰黄绿灰色，可塑，夹少量粉细砂及卵砾石；(12)-3-3d2中粗砂：灰灰黄色，中密，局部分布；(13)-4e粉质粘土混粗砂卵砾石：灰黄色紫红色，可塑，卵砾石含量一般 为530%，粒径18cm，局部含量达60%，粒径大于10cm。1.1.2水文地质场区内地下水主要为浅层孔隙潜水和微承压水。浅层孔隙潜水直接由大气降 水和地表水的渗入补给，地下水位埋深约 1.01.4米。我们取地下水位为1米,高程为9.46米深层微承压水主要分布在第-3-3d2层2.0m厚的粗砂混砾石土层中，地下水 位埋深约32m左右。该层
11、地下水的补给来源和径流条件较复杂。场地内水的渗透性较差，在4.5m厚的第 -1-2b3-4层粉质粘土(夹薄层状粉 砂)中，水平渗透系数为12.1X 10-7cm/s,垂直渗透系数为59X10-7cm/s,此层降 水后可较大幅度提高土体强度，减少基坑位移。1.2工程周围环境根据基坑工程手册，在大中城市建筑物稠密地区进行基坑工程施工，宜对 下述内容进行调查：(1)周围建(构)筑物的分布，及其与基坑边线的距离，(2)周围建(构)筑物的上部结构型式、基础结构及埋深、有无桩基和对沉降差异 的敏感程度，需要时要收集和参阅有关的设计图纸，(3)周围建筑物是否属于历史文物或近代优秀建筑，或对使用有待殊严格的要
12、求；(4)如周围建(构)筑物在基坑开挖之前已经存在倾斜、裂缝、使用不正常等情况 通过拍片、绘图等手段收集有关资料。必要时要请有资质的单位事先进行分析鉴定。本工程建址为一块已拆迁的空地，南侧为同仁大厦的附属建筑，该建筑结构 为6层钢筋混凝土框架结构，其地下室边墙距离车站东边墙约 8m，基础为30m深 的450X 450静压预制桩。东侧为同仁宾馆，该建筑为 7层框架结构，片筏基础， 柱下450X 450静压预制桩，深度24m。在吉兆营路的北侧，有二幢省电力建设公司的砖混结构多层房屋，其中一幢 为7层，1幢为4层，均为条形基础，结构较差。两幢建筑距基坑北边线 12.5m。中山路下有若干地下市政管线，
13、与本工程关系密切的是下水1050、电力380V 和电信排管，这些管线由于地铁施工的需要目前正在搬迁中。吉兆营路目前正在拓宽，拟作为中山路翻交后的非机动车绕行道路。因此，地面超载取为20KN /m2。2设计依据和设计标准2.1基坑工程设计依据1)建筑基坑支护技术规程(JGJ120- 99)2)混凝土结构设计规范(GB50010- 2002)3)地基与基础工程施工及验收规范 (GBJ202 83)4)建筑地基处理技术规范(JGJ79- 2002)5)地基处理技术规范(DBJ08 40 94)6)地铁基础工程施工规程(SZ 08 2000)7)基坑工程设计规程(DBJ08 61 97)8)简明深基坑
14、工程设计施工手册9)基坑工程手册2.2基坑工程等级确定在基坑方案总体设计中，必须根据周围环境要求、工程功能要求等制定出安全 而合理的设计标准。按深基坑工程已有工程经验，根据周围环境保护要求，将基坑变形控制标准 分为四个等级如下表2-1表2-1 :基坑变形控制保护等级标准保护等级地面最大沉降量及围护墙水平移控制要求环境保护要求特级1.地面最大沉降量w 0.1 / H;2.围护墙最大水干位移w 0.14 / H;3. K 2.2离基坑10m，周围有地铁， 共同沟、煤气管、大型压力 总水管等重要建筑及设施必须确保安全一级1.地面最大沉降量w 0.2 % H;2.围护墙最大水平位移w 0.3H ;3.
15、 K 2.0离基坑周围H范围内设有重要干线、水管、大型在使用的构筑物、建筑物二级1.地面最大沉降量w 0.5 % H;2.围护墙最大水干位移w 0.7 % H;3. K 1.5在基坑周围H范围内设有较重要支线管线和一般建筑、设施三级1.地面最大沉降量w 1 % H;2.围护墙最大水干位移w 1.4 % H;3. K 1.2在基坑周围30m范围内设有需保护建筑设施和管线构筑物注：H为基坑开挖深度，在 17m左右，K为抗隆起安全系数，按圆弧滑动公式算出。 根据以上标准，该工程等级可以确定为二级。2.3基坑设计控制原则1)全面响应招标文件，严格遵守招标文件的各项条款。2)采用先进、成熟、有效、切实可
16、行的施工方案，确保在业主要求工期内, 安全、优质、高效、低耗地完成本标段施工任务。3） 充分考虑本标段工程特点和周边施工环境，最大限度地降低工程施工对城 市秩序、环境卫生、市容市貌、地面交通、既有设施安全及市民正常生活带来的 不利影响。4） 严格贯彻“安全第一”的原则；采用监控量测措施和信息反馈系统指导施 工，确保施工安全、环境安全及周边建筑物安全。5） 确保工程质量和工期。6） 文明施工和环境保护达到沈阳市政府及业主的要求。7） 坚持优化技术方案和推广应用“四新”成果，加强科技创新和技术攻关， 应用新技术、新材料、新工艺、新设备，确保工程全面创优。8） 加强施工管理，提高生产效率，降低工程造
17、价。3基坑维护方案设计3.1支护体系的组成当基坑工程的土方开挖、采用有支护开挖方式时，在基坑土方开挖之前则需 先施工支护体系。支护体系按其工作机理和材料特性，分为水泥土挡墙体系、排桩和板墙式支 护体系和边坡稳定式三类。水泥土挡墙体系，依靠其本身的自重和刚度保护坑壁，一般不设支撑，特殊 情况下经采取措施后亦可局部加设支撑。排桩和板墙式支护体系，通常由围护堵、支撑（或土层诺杆）及防渗旅幕等组成。3.2几种常见支护体系在基坑支护中，实际上多采用以下四种方法，根据工程水文地质及工程安全 等级、周围环境等各方面的要求，对以下四种支护方式进行具体的分析，从而选 出最适合于本工程施工的一种支护方式。3.2.
18、1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。水泥土围护墙的优点：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。其缺点首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时。为此可采取中间加墩、 起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允 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。一般情况下，当红线位置和周围环境允许，基坑深度v 7m,在软土地区应优先考虑米用之。322槽钢钢板桩这是一种简易的钢板组合护墙，由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6
19、8m, 型号由计算确定。打人地下后顶部近地面处设一道拉锚或支撑。由于搭接处不严 密，一般不能完全止水。如地下水位高，需要时可用轻型井点降低地下水位。一 般只用于一些小型工程。钢板桩的优点是材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而且简便； 有一定的挡水能力（小趾口音挡水能力更好）；可多次重复使用；一般费用较低。其缺点是一般的钢板桩刚度不够大，用于较深的基坑时支撑 （或拉锚）工作量大，否则变形较大；在透水性较好的土层中不能完全挡水；拔除时易带土，如处 理不当会引起土层移动，可能危害周围的环境。由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过 4m的基坑。3.2.3地下连续墙地下连续墙是于基坑开挖之前
20、，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖深槽， 然后下钢筋笼浇筑混凝土形成的地下土中的混凝土墙。地下连续墙用作围护墙有 以下优点：（1） 施工时振动少、噪声低，可减少对周围环境的影响，能紧邻建筑物和地下 管线施（2） 地下连续墙刚度大、整体性好、变形相对较小，可用于深基坑；（3） 地下连续墙为连续整体结构，施工时处理好接头部怔，能有较好的抗渗止 水作用地下连续墙有如下的缺点：如单独用作围护堵成本较高；施工时需泥浆护壁， 泥浆要妥善处理，否则影响环境。当基坑深度大，周围环境复杂井要求严格时， 往往首先考虑采用。3.2.4 SMW工法（劲性水泥土搅拌桩法）SMW工法为日本的叫法，国内亦称劲性水泥土搅拌
21、校法，即在水泥土搅拌桩 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 培。从我国目前的设计施工水平看，SMW工法围护墙在软土地区用于两层地下室 的基坑工程（深度8 10m）完全是可以的，上海东方明珠二期工程用于10.7m基坑 如果用后能将H型钢拔出回收，则经济效益显著。3.3方案对比分析及选择对于深层搅拌水泥土围护墙，由于基坑开挖深度达到 17.86米,坑内无支撑肯定达不到安全施工的要求。同时基坑长度过大，达到 71.06米，为此要采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移，所以施工比较复杂。其次是
22、由于其厚度较大， 只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要影响 周围环境。该工程两侧都有建筑物，可施工的空间有限。因此此工法在此不可应 用。对于槽钢钢板桩，由于搭接处不严密，一般不能完全止水。且一般的钢板桩 刚度不够大，用于较深的基坑（本工程 17.86m）时支撑（或拉锚）工作量大，变形较大；且由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过 4m的基坑。对于本工程，显然不合要求，故放弃此支护方案。对于地下连续墙和SMW（劲性水泥土搅拌桩法），是深基坑支护方式最常用的 几种方法之一，在此工程中两种方法都可以应用。但是考虑到环境和造价要求， 我认为还是优先使用 SMW（劲性水泥
23、土搅拌桩法）工法进行施工。因为该工程南侧 为同仁大厦的附属建筑，东侧为同仁宾馆，在吉兆营路的北侧，有二幢省电力建 设公司的砖混结构多层房屋，两幢建筑距基坑北边线12.5m,由于地下连续墙施工 破坏都很大，同时由于该工程开挖深度深，基坑长，如果采用地 话，那么工程造价势必会提高很多。所以采用SMW工法较为合理。3.3.2水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩桩机钻孔直径为 800mm，孔轴间距为600mm，且水泥搅拌桩选择w=394mm，t=600mm，见图3-2。4基坑支撑方案设计4.1支撑结构类型根据基坑工程手册，对于深度较大的基坑，为使围护堵经济合理和受力后 变形的控制在一定范围内，都需沿围护墙竖向增设
24、文承点，以减小跨度。如在坑 内对围护墙加设支承称为内文撑；如在坑外对围护墙拉设支承，则称拉锚 （土锚）0内支撑受力合理、安全可靠、易于控制图护墙的变形但内支撑的设置给基坑内挖 土和地下室结构的支模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。用土锚拉结 围护墙，坑内施工无任何阻挡，但于软土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一 定长度，在建筑物密集地区如超出红线油需专门申请，否则是不允许的。一般情 况下，在土质好的地区，如具备锚杆施工设备和技术，应发展土锚；在软土地区 为便于控制围护墙的变形，应以内支撑为主。支护结构的内支撑，按材料分，可分为钢支撑和钢筋混凝土支撑两类。钢支撑的优点是安装和拆除速度较快，
25、能尽快发挥艾撑的作用，减小时间效 应，既使围护墙因时间效应增加的的变形减小；可以重复利用，多为租赁方式， 便于专业化施工；可以施加预紧力，还可根据围护墙变形发展情况，多次调正预 紧力值以限制围护墙变形发展。其缺点是整体刚度相对较弱，支撑的间距相对较小；由于在两个方向施加预 紧力，使纵、横向方捏的诈接处处于铰接状态。钢筋混凝土支撑优点是形状多样性，由于是现浇而成，可浇筑成直线、曲线 构件，可根据基坑平面形状，浇筑成最优化的市置型式；整体刚度大、安全可靠， 可使围护墙的变形小，有利于保护周围环境；可方便地变化构件的截面和配筋， 以适应其内力的变化。其缺点是支撑成型和发挥作用时间长，现场浇筑需时较长
26、， 再加上养护达到规定的强度，时间更加长，为此时间效应大，使围护墙因时间效 应而产生的变形增大；属一次性的支撑结构，不能重复利用 （做成装配式者例外）；拆除相对困难，如利用控制爆破拆除，有时周围环境不允许，如用人工拆除.时 间较长，劳动强度大。4.2支撑方式的对比选择由于本工程的施工同时施工影响着珠江路地铁车站的施工，所以工期较为紧 张。而钢筋混凝土支撑由于其成型和发挥作用时间长，现场浇筑需时较长，同时 养护要达到规定的强度，时间更加长，一来是时间不允许，二来是围护墙也会因 时间效应而产生变形增大的后果；且不能重复利用；拆除相对困难。又由于工程 周围建筑物较多，空间上也不许。而钢支撑的安装和拆
27、除速度较快，能尽快发挥支撑的作用，减小时间效应， 有利于保证工期；可以重复利用。此基坑长度长，开挖深度大，若是连结处处于绞结 状态的话，对于基坑开挖的安全性是不能保证的，也能满足环境的要求。因此我建议采用钢支撑施工，采用4.3立柱当基坑的平面尺寸较大时，需布置支撑立柱来支撑水平支撑系统的自重，同 时还可以防止支撑弯曲，在一定程度上起到缩短支撑的计算长度，防止支撑失稳 破环的作用。支撑立柱通常采用钢立柱。由于在基坑开挖结束建筑底板的时候支撑立柱一 般不能拆除，所以立柱最好做成格构式，以利于底板钢筋的通过，否则必须截断 底板钢筋或在立柱侧壁上穿洞，而造成不必要的麻烦。本工程中，立柱采用和钢支撑同样
28、的材料，为 4.4围檩围檩的作用为将支护墙体上所承受的土压力、水压力等外荷载传递到支撑上， 围檩的另一个重要作用是加强支护墙体的整体性，将支护墙体的各施工单元组成 一个整体而共同受力。4.5支撑制作注意事项内支撑施工体系安装施工要点：（1） 千斤顶预加轴力必须对称同步，以平衡横撑自重下落的可能和初期开挖 预放的初应变。（2） 钢管横撑的设置时间必须严格按设计工程条件掌握，土方开挖时应分段 分层，严格控制安装横撑所需的基坑开挖深度。（3） 所有支撑连接处，均应垫紧贴密，防止钢管支撑偏心受压。（4） 端头斜撑处钢围囹及支撑头，必须严格按设计尺寸和角度加工焊接、安 装、保证支撑为轴心受力。（5） 钢
29、管支撑安装的允许偏差应满足表 4.1的规定表4.1钢管横撑安装的允许偏差项目横撑中心标 咼及同层顶 面的标咼差支撑两端 的标咼差支撑 挠曲度主柱 垂直度横撑与主 柱的轴线 偏差横撑水平 轴线偏差允许 30mm 20mm 1/1000L 1/3000H 50mm 30mm值 1/600L4.6基坑施工应变措施4.6.1支护墙的渗水与漏水土方开挖后支护墙出现渗水或漏水，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，引起支护墙背地面沉陷甚至文护结构坍塌。在基坑开挖 过程中，一旦出现渗水或漏水应及时处理，常用的方法有：对渗水量较小，不影响施工区不影响周边环境的情况，可采用坑底设沟排水 的方
30、法。对渗水量较大，但没有泥砂带出，造成施工困难，而对周围影响不大的情况, 可采用“引流一修补”方法。462断桩及漏桩的处理在成桩过程中有时会遇到无法清除的地下障碍，使支护桩形成断桩或漏桩现 象，在钻孔灌注校施工中也会遇到坍孔等原因造成断校。这对支护堵的受力会带 来影响，断桩或漏桩处也易造成严重漏水。对于施工过程中已知的或怀疑可能发生的断桩或漏桩，在基坑开挖前，应先 行对该桩险及桩背进行压密注浆或高压喷射注浆，保证其在开挖后不发生严重漏 水，以便开挖后处理。断桩如发生在基坑底面以上，则在开挖后，可将断校部位 的泥浆、粘土、浮浆及不密实的棍凝土凿干净，支模后用很凝土补浇填实。对于施工过程中未知的断桩或漏校，开挖发现后应先进行止水处理，再用混 凝土补浇填实施工阶段未知的断桩，其位置又发生在基坑底面以下，一般很难发现也难以 修复。4.6.3防止侧向位移发展的措施
