深基坑工程施工圖設計

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l   深基坑工程施工圖設計是指在基坑總體方案確定以后，根據(jù)總體方案規(guī)定的原則進行施工圖設計以供實施。主要包括確定基坑以及圍護結構各種幾何尺寸、進行截面強度驗算與配筋、選用合理的構造與節(jié)點處理、形成施工圖紙與文字說明。
l   1.基坑邊坡設計；
l   2.土釘墻設計；
l   3.板式圍護結構設計，包括板樁、水泥土圍護結構、排樁式圍護結構、地下連續(xù)墻和拱圈式圍護結構；
l   4.內(nèi)支撐體系設計；
l   5.錨桿體系設計。
基坑邊坡設計
l      對于適宜于放坡的基坑，其坡度可參考同類土的穩(wěn)定坡度確定；對于土質比較均勻的基坑邊坡，也可按下表的要求確定開挖放坡坡度及坡高，以確保基坑的穩(wěn)定性與安全。當采用分級放坡開挖時，應設置分級過渡平臺。對于深度大于5m的土質邊坡，各級過渡平臺的寬度宜取為1.0～1.5m，小于5m坡高的土質邊坡可不設過渡平臺。
l   基坑邊坡設計時，除了滿足沿最危險圓弧滑裂面破壞的整體穩(wěn)定性的要求，一般在坡面還要進行保護性處理，以免施工活動對邊坡土體的擾動及地表水和降水等因素對邊坡的浸蝕和沖刷導致邊坡破壞。保護處理的方法有水泥抹面、鋪塑料布或土工布、掛網(wǎng)噴水泥漿、噴射混凝土護面等。
l   對于較高坡面的下段，或坡腳下土層含有軟弱下臥層或砂層時，可對土體采取加固措施，如土釘支護、螺旋錨、噴錨等，或采取適當?shù)钠履_地基加固措施，如在坡腳堆砌草袋或土工布砂土袋以及切筑磚石砌體等，以免出現(xiàn)坡腳失穩(wěn)或流砂。
土釘支護設計
l   隨基坑逐層開挖，在邊坡上以較密排列（上下左右）打入土釘（鋼筋）以強化受力土體，并在土釘坡面鋪設鋼筋網(wǎng)分層噴射混凝土，從而實現(xiàn)擋土護坡的功能，這就是土釘支護，也稱土釘墻，
設計原則與構造要求
l   1．一般用于基坑開挖深度在15m以內(nèi)的邊坡，坡角為70～90°；
l   2．土釘長度一般為開挖深度的0.5~1.2倍，其間距宜取1～2m，土釘與水平面夾角宜取10～20；
l   3．為保證土釘與護坡面層的有效連接，常設有承壓板和加強鋼筋；
l   4．土釘一般采用Ⅱ級以上螺紋鋼筋，鋼筋直徑為φ16～φ32 mm，鉆孔直徑為φ70～φ120 mm；
l   5．噴射混凝土面層厚度一般為80~200 mm，鋼筋網(wǎng)采用Ⅰ級鋼筋φ6～φ10 mm，間距為150~300 mm，混凝土強度等級不宜低于C20；
l   6．注漿材料宜采用水泥凈漿，強度不低于20Mpa。
土釘設計
l   1．邊坡最危險滑動面計算，以確定最危險滑動面的位置，便于布置土釘，計算時可以允許安全系數(shù)小于1.0 。
l   2．土釘抗拔驗算
圍護結構設計
l   水泥攪拌樁重力式圍護結構的設計包括圍護墻幾何尺寸的確定、水泥攪拌樁體的布置及截面驗算等。
l   （一）水泥攪拌樁墻體尺寸
l       水泥攪拌樁墻體的深度和寬度一般根據(jù)基坑的開挖深度、土質條件按經(jīng)驗規(guī)則選用：坑底以下的插入深度D=（0.8~1.2）H，墻體寬度B=（0.6~1.0）H，（H為基坑的開挖深度）。然后經(jīng)基坑整體穩(wěn)定性、坑底隆起穩(wěn)定性、抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算確定基坑底面下的插入深度，由抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑移穩(wěn)定性驗算確定寬度。
l   （二）水泥攪拌樁體的布置形式
l      目前，施工單位基本上都是使用SJB-1型和仿SJB-1型雙軸攪拌機，每軸直徑700mm、雙軸中心距500mm，形成了寬700mm、長1200mm的“∞”形加固截面，因此水泥土圍護結構斷面就是由眾多“∞”形單元組成。用于基坑圍護的水泥土加固體的斷面主要采用了格柵式布置，常用的格柵式斷面形式見圖。
截面驗算
l   上海市標準《基坑工程設計規(guī)程》規(guī)定驗算坑底標高處的應力，驗算的要求是截面外側的邊緣應力大于零，即不允許出現(xiàn)拉應力；內(nèi)側的邊緣應力應符合下式：
l   行業(yè)標準《建筑深基坑工程技術規(guī)范》則提出了任意斷面的墻身應力驗算要求，規(guī)定最小邊緣應力必須大于零，即不允許出現(xiàn)拉應力；任意斷面的最大邊緣應力由下式計算：
關于構造和材料的規(guī)定
l       為了增強水泥土攪拌樁墻體的整體性，攪拌樁之間的搭接不小于200mm。并通常在頂部設置鋼筋混凝土的壓頂圈梁，也稱為壓板。其厚度一般為0.2m ,寬度至少與墻身的寬度一致，也可以與坑外的施工道路的路面連成整體。圈梁與水泥攪拌樁之間用插筋連接，插筋直徑不小于12mm，插入攪拌樁頂?shù)纳疃炔恍∮?.0m，每根攪拌樁中部設置一根插筋，并與壓板的水平筋綁扎。
l    水泥土中的水泥摻量不宜小于15%，水泥標號不低于425號。水泥土28天齡期的無側限抗壓強度不宜低于1MPa。
板樁式圍護結構設計
l    板樁是最早使用的圍護結構，包括鋼板樁和鋼筋混凝土板樁。預制的板樁施工方便，工期短；材料質量可靠，在軟弱土層中施工速度快，并具有較好的止水性，可以拔出回收多次重復使用，降低成本等優(yōu)點。但因板樁的剛度比較小，圍護結構的變形比較大，只適用于開挖深度不深的基坑，也不適宜應用于變形控制嚴格的基坑；鋼板樁拔出時又會產(chǎn)生附加的變形，不利于環(huán)境保護。
鋼板樁
l   鋼板樁是帶鎖口的熱軋型鋼，鋼板樁靠鎖口或鉗口相互連接咬合，形成連續(xù)的圍護結構實現(xiàn)來擋土止水功能。
排樁式圍護結構設計
l      排樁式圍護結構主要指采用鉆孔灌注樁或人工挖孔樁組成的墻體。與地下連續(xù)墻相比，其優(yōu)點在于施工工藝簡單，成本低，平面布置靈活；缺點是防滲和整體性較差。對于地下水位較高的地區(qū)，排樁式圍護結構必須與止水帷幕相結合使用，在這種情況下，防水效果的好壞，直接關系到基坑工程的成敗，須認真對待。
l   樁排式圍護結構設計是在肯定總體方案的前提下進行，此時，挖土、圍護型式、支撐布置、降水等問題都已確定，圍護結構設計的目的是確定圍護樁的長度、直徑、排列以及截面配筋，對于坑內(nèi)降水的基坑，還要設計止水帷幕。
圍護樁的布置和材料
l      1．材料：鉆孔灌注樁通常采用水下澆筑混凝土的施工工藝，混凝土強度等級不宜低于C20（常取C30），所用水泥通常為425#或525#普通硅酸鹽水泥。鋼筋采用I級圓鋼和II級螺紋鋼。
l      2．樁體布置：如圖所示，當基坑不考慮防水（或已采取了降水措施時），樁體可按一字形間隔排列或相切排列，間隔排列的間距常取2.5~3.5倍的樁徑，土質較好時，可利用樁側“土拱”作用適當擴大樁距；當基坑需考慮防水時，可按一字形搭接排列，也可按間隔或相切排列，外加防水帷幕。
l   3．防滲措施：鉆孔灌注樁排樁墻體防滲可采取兩種方式：一是將鉆孔樁體相互搭接，二是另增設防水抗?jié)B結構。前一種方式對施工要求較高，且由于樁位，樁垂直度等的編差所引志的墻體滲漏水仍難以完全避免，所以在水位較高的軟土地區(qū)，一般采用后一種方式，此時，樁體間可留100~150mm施工間隙。具體的防滲止水方法主要有：① 樁間壓密注漿；② 樁間高壓旋噴；③ 水泥攪拌樁墻。
確定圍護樁的幾何尺寸
l   1.  圍護樁的長度
l   圍護樁的長度由基坑底面以上部分和以下部分組成，基坑底面以下部分稱為插入深度。插入深度取決于基坑開挖深度和土質條件，所確定的插入深度應滿足基坑整體穩(wěn)定、抗?jié)B流穩(wěn)定、抗隆起穩(wěn)定以及圍護墻靜力平衡的要求。設計時，先按經(jīng)驗選用，然后進行各種驗算。
l   2. 圍護樁的直徑
l   圍護樁的直徑也取決于開挖深度和土質條件，一般根據(jù)經(jīng)驗選用。
l   在鉆孔灌注樁合理使用的開挖深度范圍內(nèi)，樁徑變化范圍從800~1100mm；對于開挖深度在10m以內(nèi)的基坑，樁徑一般不超過900mm；開挖深度大于11m的基坑，樁徑一般不小于1000mm。
l   3．排樁式圍護結構的折算厚度
l      排樁式圍護結構雖由單個樁體組成，但其受力形式與地下連續(xù)墻類似。分析時，可將樁體與壁式地下連續(xù)墻按抗彎剛度相等的原則等價為一定厚度的壁式地下墻進行內(nèi)力計算，稱之為等剛度法。
l   若采用一字相切排列，t<<d，則h=0.838d。這樣，即可按厚度為h的壁式地下墻計算出每延米墻之內(nèi)力、及位移，然后利用下式換算得相應單樁的內(nèi)力、及位移，由此，可按鋼筋混凝土圓形截面構件進行配筋。
樁身的構造與配筋
l      樁身縱向受力主筋一般要求沿圓截面周邊均勻布置，最小配筋率為0.42%且不少于6根，主筋保護層不應小于50mm。箍筋宜采用φ6～8螺旋箍筋，間距一般為200～300mm，每隔1500～2000mm應布置一根直徑不小于12mm的焊接加強箍筋，以增強鋼筋籠的整體剛度，有利于鋼筋籠吊放和水下澆灌混凝土。鋼筋籠底端一般距離孔底200～500mm。
l    樁身縱向鋼筋應按基坑開挖各階段與地下室施工期間各種工況下樁的彎矩包絡圖配筋，當?shù)刭|條件或其它因素復雜時也可按最大彎矩通長配筋。
l    1.  樁身作為一個構件，配筋應滿足截面承載力的要求。樁身截面的內(nèi)力主要由土壓力產(chǎn)生的，計算土壓力的抗剪強度指標是標準值，因此求得的樁身內(nèi)力也是標準值。但截面承載力是由混凝土規(guī)范所提供的混凝土和鋼筋的強度設計值組成的。這就使得設計表達式兩側的設計變量的性質不一致，必須加以調整。
l   2.計算樁身內(nèi)力時一般按平面問題處理，求得的是每延米圍護墻的內(nèi)力。但樁身截面配筋是按每根樁計算的，這里有一個內(nèi)力數(shù)值的換算問題，即將每延米的內(nèi)力換算為每根樁的內(nèi)力。設樁徑為d，樁的間距為t，則每根樁的內(nèi)力等于每延米的內(nèi)力乘以（d+t），計算時（d+t）以m計。
l   3.  當有可靠措施保證鋼筋籠的正確方位時可按彎矩方向采用沿圓周非均勻分布形式配筋；但無可靠措施保證時，宜采用沿圓周均勻配筋以保證安全。
防滲帷幕設計
l     防滲帷幕設計時，帷幕的插入深度應滿足防滲穩(wěn)定性驗算的要求，帷幕的插入深度可以與鉆孔灌注樁的深度不同；當深層有不透水層或弱透水層時，防滲帷幕宜深入不透水層或弱透水層一定深度，以提高防滲效果。防滲帷幕的厚度不作計算，一般取單排攪拌樁。防滲帷幕的效果主要取決于施工的質量，包括攪拌的均勻程度和接頭的搭接程度，在設計文件中應對施工提出要求。
地下連續(xù)墻設計
l   地下連續(xù)墻設計包括墻的入土深度、墻的厚度、槽段的分段、接頭設計等內(nèi)容。
l   地下連續(xù)墻的插入深度按圍護結構的靜力平衡條件確定，并分別按基坑穩(wěn)定性驗算及墻體變形控制要求進行校核?；臃€(wěn)定性驗算方法和墻身內(nèi)力、變形計算方法均與排樁式圍護結構相同，通常采用桿系有限元法計算結構內(nèi)力和變形；
l   地下連續(xù)墻兼有擋土和防滲兩個功能，故驗算基坑穩(wěn)定性時，同時考慮保持結構穩(wěn)定和滿足防滲兩方面的要求。墻身設計時亦需同時考慮這兩方面的要求，既滿足墻身結構強度的要求，也要滿足墻身及接頭防滲的要求。
墻的厚度及槽段劃分
l    地下連續(xù)墻的厚度應由計算確定，并與成槽機的能力相適應。一般情況下現(xiàn)澆鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的厚度可選用600～1000mm；預制鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的厚度不宜大于500mm。
l    地下連續(xù)墻單元槽段的平面性狀和槽段長度應根據(jù)墻體受力情況、施工條件和環(huán)境條件而定。平面性狀根據(jù)需要選用一字形、L形、T形或折線形等；單元槽段長度在保證槽壁穩(wěn)定和滿足施工設備能力的條件下，宜盡量采用較大的槽段長度，一般可取6~8m。
接頭設計
l   地下連續(xù)墻施工要劃分單元槽段，槽段之間就有接頭，這種接頭是施工時必須有的，稱之為施工接頭，常用的有鎖口管接頭和接頭箱接頭。另一種是在地下墻完成后與梁板柱的接頭是為結構接頭，常用的方法有預埋連接鋼筋法、預埋連接鋼板法和預埋剪力連接件法。劃分單元槽段時必須考慮槽段之間的接頭位置，以保證地下連續(xù)墻的整體性。
l   一般情況下，接頭的位置要避免設在轉角以及墻內(nèi)部結構的連接處。對接頭的要求：
l   1．不能妨礙下一單元槽段的挖掘；
l   2．能傳遞單元槽段之間的應力，起到伸縮接頭的作用；
l   3．混凝土不得從接頭下端流向背面，也不得從接頭構造物與槽壁之間流向背面；
l   4．在接頭表面上不應粘附沉渣或變質泥漿的膠凝物，以免造成強度降低或漏水；
l   5．造價便宜。
l   地下連續(xù)墻槽段之間的施工接頭的構造應便于施工，一般可采用不傳遞應力的普通接頭；在下列情況時，應采用專門接頭：
l   1.  當防水要求較高時應采用防水接頭；
l   2. 當接頭間需要傳遞面內(nèi)剪力時，可采用帶穿孔的十字鋼板抗剪接頭；
l   3. 當接頭間要求傳遞面外剪力或彎矩時，可采用帶端板的鋼筋搭接接頭，將地下連續(xù)墻連成整體；
地下連續(xù)墻的配筋與構造
l   地下連續(xù)墻的受力鋼筋應采用II級鋼筋，直徑不宜小于16mm，構造鋼筋可采用I級鋼筋，直徑不宜小于12mm；預制地下連續(xù)墻的構造鋼筋直徑不宜小于10mm。
l   單元槽段的鋼筋籠應裝配成一個整體。槽深小于30m的地下連續(xù)墻的鋼筋籠宜整幅起吊入槽；需要分段時，宜采用焊接接頭。接頭位置應選在受力較小處。且宜相互錯開，搭接長度不小于45d（d為鋼筋直徑）；當在同一斷面搭接時，最小搭接長度為70d，且不小于1.5m。
l   現(xiàn)澆地下連續(xù)墻主筋的凈保護層厚度不應小于70mm，預制地下連續(xù)墻主筋凈保護層厚度不應小于30mm。
l   地下連續(xù)墻內(nèi)預埋的與主體結構水平構件主筋連接的鋼筋應采用I級鋼筋，直徑不宜大于25mm，間距不小于150mm，鋼筋板直后不得留有硬彎。
l   鋼筋籠端部與接頭管或相鄰槽段混凝土接觸面之間應留有間隙，一般不大于150mm，鋼筋籠下端500mm長度范圍內(nèi)宜按1:10收成閉合狀。
l   鋼筋籠下端與槽底之間宜留有不小于500mm的間隙。
l   當?shù)叵逻B續(xù)墻的支撐體系不設圍檁時，墻體的橫向配筋應 適當加強，其與支撐的接觸部位應滿足抗沖切要求。
l   地下連續(xù)墻圍護結構的墻頂通常設置鋼筋混凝土圈梁，圍檁可采用鋼筋混凝土與型鋼結構。頂圈梁和圍檁都必須與地下連續(xù)墻可靠固定。
l   地下連續(xù)墻墻體混凝土的抗?jié)B等級應 根據(jù)最大作用水頭與地下連續(xù)墻厚度之比按表27-10選用；當墻段之間的接縫不設止水帶時，應選用鎖口圓弧形、槽形或V型等防滲止水接頭，其接頭面必須嚴格清刷。