基坑土方开挖及边坡处理.doc

中山市万科城金色家园二期工程塔吊基础土方开挖及边坡处理编制人：审核人：中天建设集团有限公司日期：2013年5月13日塔吊基础土方开挖及边坡处理    1.边坡现状分析    (1) 该工程场地,设计地面高低变化较大，基础底标高不等。东风镇万科城金色家园二期组团一地下室底板设计标高-5.3m，塔吊基础底-7.1m，中山市中大附属（万科城）外国语学校和东凤幼儿园基础承台面为-1.7m和-1m高。    (2) 地下室底板下设计坑底标高,大部分为-5.30m,绝对标高1.6m(底板面标高-5.30m,底板厚1800mm,垫层厚100mm,防水层及保护层按50mm计)。核心部分坑底标高为-6.8m,消防电梯坑底标高为7.m。(3) 以-5.3m与自然地面标高对比,挖土深度约为5.3m.，按1:1.5放坡，坡底按大于0.80m宽作坑底工作面及排水沟砌筑300*300mm,坡顶四周场地均可满足工作面高小值要求。（4）塔吊基础土方开挖作业面，依据地质探测报告，场地内淤泥层在26米压右。为确保工程桩不位移，采取放坡和钢板桩结合，现在土方面为-1米，按照1：1.5放坡深3.5米长5.5米，预留3.5米挖掘机作业面，打钢板桩8*8米，采用内支撑确保钢板桩端顶位移。    2.边坡处理初步设想:    (1) 考虑桩基与地下室施工工序多,工期相对较长,为确保边坡稳定起见,局部采用C20砼喷射100厚,内配6300双向钢筋,采用水泥砂浆粉面。    (2) 坡顶与坡底分别砌筑300×300排水沟、沉泥井,坡顶设钢筋栏杆防护。    3.基坑土方开挖:    (1) 土方开挖采用2台1.20m3反铲挖土机挖土,边坡与坑底采用人工修整。    (2) 运土采用68台15T(根据土方外运距离,灵活调整)。    (3) 坑底土方开挖范围:按地下室基础面外边线放大1200mm为坑底土方开挖范围。    (4) 开挖顺序:2台挖土机并行开挖，根据挖土机性能，土质松软或有淤泥等情况出现,则采取分层开挖,每层开挖深度1.502.00m。    (5) 若采取分层开挖时,则附近留设车辆进出坡道,坡道宽6.00m,坡道12%。    (6) 若边坡土质松软,边坡喷锚与土方分层开挖交叉作业。    (7) 基坑排水:基坑排水做法沿基坑周边采用M5水泥砂浆砌Mu7.5红砖  及沉泥井,用水泵排入地面排水沟。4.土坡稳定性计算书 本计算书参照建筑施工计算手册，中国建筑工业出版社、实用土木工程手册，地基与基础第三版 中国建筑工业出版社、土力学等相关文献进行编制。 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算，由于该计算过程是大量的重复计算，故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果，省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。一、参数信息: 条分方法：瑞典条分法； 条分块数：50； 考虑地下水位影响； 基坑外侧水位到坑顶的距离(m)：1.000； 基坑内侧水位到坑顶的距离(m)：7.500； 放坡参数： 序号 放坡高度(m) 放坡宽度(m) 平台宽度(m) 1 3.50 3.50 3.50 2 1.00 20.00 20.00 荷载参数： 序号 类型 面荷载q(kPa) 基坑边线距离b1(m) 宽度b0(m) 1 局布 3.00 1 1 土层参数：序号1土名称淤泥土厚度(m)26土的重度(kN/m3)20土的内摩擦角(°)11粘聚力C(kPa)12极限摩擦阻力(kPa)8饱和重度sat(kN/m3)22二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，该土条上存在着： 1、土条自重，2、作用于土条弧面上的法向反力，3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照规范要求，安全系数要满足1.3的要求。三、计算公式: Fs=cili+(h1i+'h2i)bi+qbicositani/(h1i+'h2i)bi+qbisini 式子中： Fs -土坡稳定安全系数； ci -土层的粘聚力； li-第i条土条的圆弧长度； -土层的计算重度； i -第i条土中线处法线与铅直线的夹角； i -土层的内摩擦角； bi -第i条土的宽度； hi -第i条土的平均高度； h1i -第i条土水位以上的高度； h2i -第i条土水位以下的高度； ' -第i条土的平均重度的浮重度； q -第i条土条土上的均布荷载； 其中，根据几何关系，求得hi为： hi=(r2-(i-0.5)×bi-l02)1/2-r+l0-(i-0.5)×bitan 式子中： r -土坡滑动圆弧的半径； l0 -坡角距圆心垂线与坡角地坪线交点长度； -土坡与水平面的夹角； h1i的计算公式 h1i=hw-(r-hi/cosi)×cosi-rsin(+)-H 当h1i hi 时，取h1i = hi； 当h1i 0时，取h1i = 0； h2i的计算公式： h2i = hi-h1i； hw -土坡外地下水位深度； li 的几何关系为： li=arccos(i-1)×bi-l0)/r-arccos(i×bi-l0)/r×2×r×/360 i=90-arccos(i-0.5)×bi-l0)/r四、计算安全系数: 将数据各参数代入上面的公式，通过循环计算，求得最小的安全系数Fs： - 计算步数 安全系数 滑裂角(度) 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m) 第1步 3.657 21.903 10.805 4.985 11.899 示意图如下： 计算步数 安全系数 滑裂角(度) 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m) 第2步 3.770 22.496 26.885 14.538 30.563 示意图如下： - 计算结论如下： 第 1 步开挖内部整体稳定性安全系数 Fs= 3.657>1.30 满足要求! 标高 -1.000 m 第 2 步开挖内部整体稳定性安全系数 Fs= 3.770>1.30 满足要求! 标高 -4.500 m悬臂式板桩和板桩稳定性计算书一、编制依据 本计算书的编制参照建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99），土力学与地基基础（清华大学出版社出版）等编制。二、参数信息 重要性系数：0.90； 开挖深度度h：3.00m； 基坑外侧水位深度hwa：1.5m； 基坑内侧水位深度hwp：3.00m； 桩嵌入土深度hd：6m； 基坑边缘外荷载形式：荷载局部布置 均布荷载的分布宽度b0：3m； 荷载边沿至基坑边的距离b1：1.00m； 土坡面上均布荷载值q0：1.00kN/m2； 悬臂板桩材料：40c号槽钢； 弹性模量E：N/mm2； 强度设计值fm：205N/mm2； 桩间距bs：1.00m； 截面抵抗矩Wx：985.6cm3； 截面惯性矩Ix：19711.20cm4； 基坑土层参数： 序号 土名称 土厚度 坑壁土的重度 内摩擦角 内聚力 浮容重 (m) (kN/m3) (°) (kPa) (kN/m3) 1 淤泥 26 22 11 12 21 三、土压力计算悬臂式板桩荷载示意图1、水平荷载 （1）、主动土压力系数： Ka1=tan2（45°- 1/2）= tan2（45-11/2）=0.68； Ka2=tan2（45°- 2/2）= tan2（45-11/2）=0.68； Ka3=tan2（45°- 3/2）= tan2（45-11/2）=0.68； Ka4=tan2（45°- 4/2）= tan2（45-11/2）=0.68； （2）、土压力、地下水以及地面附加荷载产生的水平荷载： 第1层土：0 1米； a1上 = P1Ka1-2C1Ka10.5 = 0×0.68-2×12×0.680.5 = -19.78kN/m； a1下 = (1h1+P1)Ka1-2C1Ka10.5 = 22×1+0×0.68-2×12×0.680.5 = -4.83kN/m； 第2层土：1 1.5米； H2' = ihi/2 = 22/22 = 1； a2上 = 2H2'+P1+P2a2/(a2+2l2)Ka2-2C2Ka20.5 = 22×1+0+0.6×0.68-2×12×0.680.5 = -4.43kN/m2； a2下 = 2(H2'+h2)+P1+P2a2/(a2+2l2)Ka2-2C2Ka20.5 = 22×(1+0.5)+0+0.6×0.68-2×12×0.680.5 = 3.05kN/m2； 第3层土：1.5 6米； H3' = ihi/3 = 33/22 = 1.5； a3上 = 3H3'+P1+P2a2/(a2+2l2)Ka3-2C3Ka30.5 = 22×1.5+0+0.6×0.68-2×12×0.680.5 = 3.05kN/m2； a3下 = 3H3'+P1+P2a2/(a2+2l2)Ka3-2C3Ka30.5+'h3Ka3+0.5wh32 = 22×1.5+0+0.6×0.68-2×12×0.680.5+21×4.5×0.68+0.5×10×4.52 = 168.51kN/m2； 第4层土：6 9米； H4' = H3' = 1.5； a4上 = 4H4'+P1Ka4-2C4Ka40.5+'h4Ka4+0.5wh42 = 22×1.5+0×0.68-2×12×0.680.5+21×4.5×0.68+0.5×10×4.52 = 168.11kN/m2； a4下 = 4H4'+P1Ka4-2C4Ka40.5+'h4Ka4+0.5wh42 = 22×1.5+0×0.68-2×12×0.680.5+21×7.5×0.68+0.5×10×7.52 = 390.92kN/m2； （3）、水平荷载： Z0=(a2下×h2)/(a2上+ a2下)=(3.05×0.5)/(4.43+3.05)=0.2m； 第1层土：Ea1=0kN/m； 第2层土： Ea2=0.5×Z0×a2下=0.5×0.2×3.05=0.31kN/m； 作用位置：ha2=Z0/3+hi=0.2/3+7.5=7.57m； 第3层土： Ea3=h3×(a3上+a3下)/2=4.5×(3.05+168.51)/2=386.01kN/m； 作用位置：ha3=h3(2a3上+a3下)/(3a3上+3a3下)+hi=4.5×(2×3.05+168.51)/(3×3.05+3×168.51)+3=4.53m； 第4层土： Ea4=h4×(a4上+a4下)/2=3×(168.11+390.92)/2=838.53kN/m； 作用位置：ha4=h4(2a4上+a4下)/(3a4上+3a4下)+hi=3×(2×168.11+390.92)/(3×168.11+3×390.92)+0=1.3m； 土压力合力：Ea= Eai= 0.31+386.01+838.53=1224.86kN/m； 合力作用点：ha= (haiEai)/Ea= (0.31×7.57+386.01×4.53+838.53×1.3)/1224.86=2.32m；2、水平抗力计算 （1）、被动土压力系数： Kp1=tan2（45°+ 1/2）= tan2（45+11/2）=1.47； Kp2=tan2（45°+ 2/2）= tan2（45+11/2）=1.47； （2）、土压力、地下水产生的水平荷载： 第1层土：3 6米； p1上 = 2C1Kp10.5 = 2×12×1.470.5 = 29.11kN/m； p1下 = 1h1Kp1+2C1Kp10.5 = 22×3×1.47+2×12×1.470.5 = 126.24kN/m； 第2层土：6 9米； H2' = ihi/2 = 66/22 = 3； a2上 = 2H2'Kp2+2C2Kp20.5 = 22×3×1.47+2×12×1.470.5 = 126.24kN/m； a2下 = 2H2'Kp2+2C2Kp20.5+'h2Kp2+0.5wh22 = 22×3×1.47+2×12×1.470.5+21×3×1.47+0.5×10×32 = 263.95kN/m； （3）、水平荷载： 第1层土： Ep1=h1×(p1上+p1下)/2=3×(29.11+126.24)/2=233.03kN/m； 作用位置：hp1=h1(2p1上+p1下)/(3p1上+3p1下)+hi=3×(2×29.11+126.24)/(3×29.11+3×126.24)+3=4.19m； 第2层土： Ep2=h2×(p2上+p2下)/2=3×(126.24+263.95)/2=585.29kN/m； 作用位置：hp2=h2(2p2上+p2下)/(3p2上+3p2下)+hi=3×(2×126.24+263.95)/(3×126.24+3×263.95)+0=1.32m； 土压力合力：Ep= Epi= 233.03+585.29=818.32kN/m； 合力作用点：hp= (haiEpi)/Ep= (233.03×4.19+585.29×1.32)/818.32=2.14m；四、结构计算 1、结构弯矩计算 弯矩图(kN·m) 变形图(m) 悬臂式支护结构弯矩Mc=601.01kN·m； 最大挠度为:0.25m； 2、截面弯矩设计值确定： M=1.250Mc 截面弯矩设计值M=1.25×0.90×601.01=676.13； 0-为重要性系数，按照建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）,表3.1.3可以选定。 1、材料的强度计算： max=M/(xWx) x-塑性发展系数，对于承受静力荷载和间接承受动力荷载的构件，偏于安全考虑，可取为1.0; Wx-材料的截面抵抗矩: 985.60 cm3 max=M/(x×Wx)=676.13/(1.0×985.60×10-3)=686.01 MPa max=686.01MPa>fm=205.00MPa; 材料的强度不满足要求，采用内支撑确保钢板桩端顶位移。