某基坑地下连续墙三墙合一工程设计优化.doc
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1、精品论文推荐某基坑地下连续墙三墙合一工程设计优化郭宏智 中国地质大学(北京)工程技术学院,北京(100083) E-mail: 摘要:本文运用理正基坑支护设计软件对某检察院办案楼基坑支护方案进行了初步设计,并根据该工程地下连续墙作为地下室外墙的要求进行多方面的深化设计,取得了良好的使用 效果,降低了工程造价,供业界同行借鉴。关键词:地下连续墙;三墙合一 ;设计 中图分类号:TU476+.31.工程概况某检察院拟建办案技术楼位于南京市宁海路与汉口西路交叉口的西北角。该工程主楼地 上 6 层,地下三层。本工程建筑基坑近似长方形,南北长约 65.0m,东西宽约为 47.0m;变 更后的基坑平面形状较
2、为规则。根据业主提供的地下室设计基础图揭示,本工程 0.00 相当 于绝对标高 14.10m,未来室外地坪绝对标高 12.60m(相对 0.00 为-1.50)。沿地下室外墙 无承台布置,地下一层板面标高为-3.10m,地下二层板面标高为-7.60m,地下三层底板面标 高为-12.35m,考虑底板及垫层厚度,取基坑开挖底面标高为-13.05m(设计计算时取-13.10), 基坑内承台距基坑边的最小距离为距离 6.0m 左右。现场自然地面标高为-0.70,所以实际挖 深为 12.40m。2.建筑基坑工程地质条件本工程的“岩土工程勘察报告”揭示,该建筑场地位于阶地冲沟接触部位,西侧、北侧土 质条件
3、相对较好,东侧、南侧均分布有不同厚度的软土层,相对的工程地质条件较差。涉及 基坑支护的岩土层主要有:表层层的杂填土、素填土,层粉质粘土、淤泥质粉质粘土,层粉质粘土、粉质粘土夹粉土,层强风化砂砾岩层。其中分布不均匀,详见相关的立 面展开示意图。场地标高为 12.81-13.75m(绝对标高)。水文地质条件:场地地下水为孔隙潜水,主要赋存与层填土和层软土中。除表层杂填土外,室内试验的渗透系数均在 10-6cm/s 量级,属微透水-不透水层。3.建筑基坑周边环境条件该建筑地下室周边情况较复杂,其中北侧距混合结构的七层住宅约 16.0m,西侧距混合 结构的六层住宅 8.0m,距南京师范大学幼儿园的三层
4、教学楼约 10.0m。南侧为汉口西路、东 侧为宁海路,两条道路上均有相应的管线埋设,且距道路边的距离也很近(约 6.0m 左右,东 北角离宁海路约 4.6m)。因此本工程建筑基坑开挖对周边建筑、管线的影响将需得到充分的 重视(见图 1)。4.基坑开挖支护设计方案 根据工程场地地层分布、环境及基坑形状等条件,本工程支护结构采用刚度较大、整体性好、 防渗隔水性好、安全可靠的地下连续墙加两层钢筋混凝土支撑作为支护结构。为节省造价拟 采用三墙合一的形式,即连续墙作为地下室外墙用,并承担上部结构荷载,同时也作为基坑 支护结构。- 9 -图 1 基坑总平面图坑内积水采用明沟、集水井的方式排出。5.基坑开挖
5、支护计算5.1 分析方法采用解析法进行计算;因基坑边长很长,计算按平面问题考虑。取单位长度墙段进行计 算,用弹性支点法,杆系有限元进行分析。把连续墙沿深度方向离散成梁单元,基坑周围土 体简化为作用在相应结点上的弹簧;土体弹簧的直线刚度用 m 法按不同土层分层计算;连 续墙上的荷载为墙背侧向土压力、水压力对墙体的推力,按朗肯土压力理论分层计算1。数 值分析法采用 m 法进行支护结构的位移计算。以上方法利用理正深基坑设计软件(5.2 版)来电算。5.2 工程地质参数根据业主提供的该工程的工程地质勘察报告(江苏地质工程勘察院 2006.04 报告编号2004542-1),各土层的基坑设计参数列如下表
6、:表 1 各土层基坑设计参数表层号土类rkN/m3CkPa()K(10-6cm/s)备 注KK-1杂填土19.05.0(15)100100合算-2素填土19.430.012.011合算-1粉质粘土19.442.014.40.4660.503合算-2淤泥质粉质粘土17.918.08.61.762.86合算-3粉质粘土夹粉土19.216.014.126.22.0合算-1粉质粘土19.953.016.80.380.523合算-2粉砂夹粉土19.437.013.43050合算kkVH地下水位深 1.2m 左右。基坑重要性系数取 0 = 1.10。5.3 计算分区及计算结果该工程 0.00 相当于绝对标
7、高 14.10m。二层地下室(另外还有个夹层),负二层底板 面标高为-12.10m,现场自然地面标高平均值相当于绝对标高 13.40m, 室内外高差约为:14.10- 13.4 = 0.7m 左右。图 2 支护结构及地下室剖面图考虑本工程北侧为车道,东、南二侧单桩单柱、双桩承台与地下室外墙有一定距离,西侧也为车道,承台离地下室外墙也有一定距离,故计算深度从自然地面到底板(包括垫层 厚度)标高,即-13.10m,实际开挖深度为 H = 13.1 - 0.7 = 12.40m。设置两道支撑,结合未来室外地坪标高-1.50,两道支撑的标高为: 第一道支撑中心标高为-2.00m(自然地面以下 1.30
8、m); 第二道支撑中心标高为-8.40m.。支撑布置及地下室剖面如图 2 所示。 根据现场地质条件及周边环境条件的不同,将基坑进行计算分区,共分为四个计算区段进行计算1:AB、CD 区段:AB 区段 7 层住宅的荷载虽大,但其对支护结构的影响点已位于坑面以 下,故超载取 CD 区段 3 层幼儿园的荷载,3 层幼儿园建筑采用天然地基,超载取值 q = 315= 45 kPa,作用在自然地面下 1.00m 处,作用宽度为 44.4m;BC 计算区段:位于基坑西侧,有 6 层住宅(局部 7 层),外墙距地下室外墙 8.0m,住 宅基础距地下室外墙外侧的距离:S1 = 8.0 - 1.0 - 1.0
9、= 6.0m。超载取值 616 = 96 kPa,作用 在自然地面下 1.00m 处,作用宽度为 46.90m;DE、EF、FA 计算区段:无相邻地面建筑,仅为道路,超载取值 q = 20 kPa。 应用里正程序计算结果如表 2:表 2 计算结果汇总计算分区AB、CDBCDE、FAEF代表钻孔J1J3G8J5轴力计算值kN/mT18.0339.62124.7269.73T2177.99361.00281.17387.16拆撑T157.06134.80218.85150.265弯矩计算值kN-m坑内293.5473.53448.86737.52坑外471.88570.09316.42543.87
10、拆二道撑326.856699.06913.45710.25拆一道撑61.3662.44316.31145.35纵筋配筋(HRB400)内外25150内外25100内外28100内外25100计算最大位移(mm)18.5127.4927.0630.17整体稳定性系数1.8321.8002.1611.920抗隆起稳定性(普朗德尔)15.00812.77415.22817.200抗管涌稳定性系数2.1491.9491.9292.336嵌固深度(m)7.907.007.009.206.基坑开挖支护深化设计6.1 地下连续墙纵筋配筋优化本工程地下连续墙按主体结构墙设计的竖向承载能力仍有余量。JGJ120
11、-99 规范中规定 承载能力分项系数为 1.25,而本设计采用的里正程序计算中采用地方规范,在地下连续墙墙 身强度计算中乘以 1.350 的承载能力分项系数。这对于全高范围内均是软土的基坑安全系数 较为合适。本基坑为局部软土,全都采用 1.350 偏于保守,安全度偏大,因此理论上对于本 基坑中粉质粘土层较厚的地段可以采用介于 1.25-1.35 之间的系数较为合适2。下面仍以 1.35 的承载能力分项系数对地下连续墙纵筋的配置分段进行优化。BC 区段:Mmax =699.06 kNm/m;M 设计值=699.061.11.35=1038.1kNm/m地下连续墙采用 C35 砼,fc=16.7,
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