商业综合楼基坑支护毕业设计

学士学位论文 第 1 共 44 页第一章 工程概况拟建中国国际 中心工程(以下简称本工程)位于北京市宣武门外大街甲 1 号，用地面积12443m2，总建筑面积约 131462m2，基坑面积约 8300m2(主楼 6600，配楼 1700)。本工程由主楼及配楼组成，主楼地上 15 层（局部 20 层）框架-剪力墙结构，地下 1 层，框架结构，基底埋深约 13m。拟建场地地势基本平坦，场区内尚有部分树木及房屋未拆除。场地北侧距已建 6 楼（下称永 6）10m；场地东侧宣武门外大街人行道紧帖拟建建筑物外墙；场地南侧上斜街距拟建建筑物外墙约 11.0m；场地西侧配电房距离拟建建筑物主楼外墙约 11.50m。1.1 地质条件表一 场地地质条件和计算参数土层 层底标高(m)层厚(m)重度(kN/m3)() c(kPa) m(kN/m4)回填土 -3.8 3.8 19 358 10 4000粉质粘土-7.4 4.2 19 36 42 15120中细砂 -13.2 5.8 19 42 0 28000粉土 -17.6 4.4 19 38.7 52 10323.8细砂 -18.4 3.7 19 40 0 28000卵石 -38.4 20 19 50 0 450001.2 水文地质条件勘探深度范围内有三层地下水，第一层为上层滞水，第二层为层间潜水，第三层为潜水。表 二 地 下 水 情 况 地 下 水 静 止 水 位序 号地 下 水类 型 埋 深 （ m） 标 高 （ m）1 上 层 滞 水 1.604.90 40.0543.252 层 间 潜 水 13.6017.20 29.8031.493 潜 水 20.0522.70 23.4524.95注：该场区的上层滞水仅在个别钻孔揭露，层间潜水在场区的南部和西部揭露。学士学位论文 第 2 共 44 页第二章 方案论证2.1 设计思路2.1.1 基坑边坡支护方案选定原则 （1） 、保证土方顺利开挖。（2） 、提供基础施工空间，使基础工程顺利施工。（3） 、确保边坡的稳定安全。（4） 、避免边坡位移和沉降量过大，确保永六楼及其它周边建（构）筑物的安全。2.1.2 设计中主要考虑的重点、难点根据现有资料，设计重点考虑了如下问题：（1） 、基础埋置深度大，基坑东侧有主干道路，北侧有一六层楼房，基坑的安全性非常重要。（2） 、周围及场区内可能地下管线较多，开挖及支护中需注意保护地下管线的安全。（3） 、需重点考虑工程施工中的环境保护问题。（4） 、可能存在的变数。（5） 、 施工场地狭小，将支护形式与现场条件结合考虑。2.2 设计方案一 ：水泥搅拌桩地下连续墙法根据本工程的施工特点和要求初拟采用水泥搅拌桩地下连续墙也可行。其中这种地下连续墙对基坑有着支护和防渗的作用。2.2.1 主要的优点：适用地层广泛，它适宜淤泥质粘土、粘土、砂土、砾石、卵石、漂石和弧石和软岩及硬质岩。防渗性好可以起到主要的基坑的防渗作用对周围的地基无扰动。工程实践证明，只要正确稳定液，并在基坑开挖中采取适当的保护措施，周围地基就不会发生大的沉降或出现其他变化。2.2.2 基坑的稳定分析和计算通常要考虑两种失稳的计算：地基隆起破坏稳定性的验算方法，以剪切破坏的极限状态将基坑的情况比拟为地基乘受不同荷载，以剪切破坏的极限状态计算地下插入深度见左下图所示学士学位论文 第 3 共 44 页rHq12注： 挡土墙背面竖向应力1q基坑内的竖向应力2土体的重度r在忽略移动土体重时候，则土体的破坏面 ACDE 由两段直线 AC 和 DE，及一段对数螺旋 CD 组成。AC 和 DE 分别和水平线成 和 。245在极限平衡状态时候， cqN21tgqetg)(ctc由此可以得到： qrNHh经验算可以知道满足设计的要求坑底土体的管涌利用太沙基法验算抗管涌破坏稳定性的安全系数为uwFs注： 土体的净重， ；2rD墙底处向上渗透的压力，uawhru2基坑内土体的有效重度；r墙底处平均渗透水头，一般取shsw1地 下 墙 端 部 平 面 上 的 土 体 平 衡 示 意 图学士学位论文 第 4 共 44 页地下墙插入基坑的深度2D基坑外水位与基坑面高差wh将所以的参数代入公式可以得到： SF对于该工程考虑到施工工艺成熟和施工场地有限等因素将不采取该方法。如果采用地下连续墙，该方法在设备上投资较大，施工技术比较复杂，而且施工场地和空间要求足够大。泥浆用量大，排渣、排浆工作繁重、环境污染较严重。混凝土用量很多，工程造价相对来说高了点，在该工程中是不经济的。通过以上初步的验算和分析，本工程将采用下一种方案即钻孔灌注桩加单层锚杆支护法。2.3 设计方案二：钻孔灌注桩加单层锚杆和土钉支护法2.3.1 国内外发展现状随着城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现，深基坑工程越来越多。同时密集的建筑物、大深度的基坑周围复杂的地下设施，使得放坡开挖基坑这一传统技术不再能满足现代城镇建设的需要，因此，深基坑开挖与支护引起了各方面的广泛重视。0钻孔灌注桩护坡是一种最为广泛的实用技术，尤其是在北京等地，约有 70%的深基坑工程采用钻孔灌注桩护坡，如北京国际大厦、北京新世纪饭店等。从众多实例来看，只要对地质、工程及环境条件调查清楚，设计理论真确，施工质量有保证时，这种支护措施的可靠性是有保证的。尤其是桩锚体系，不仅应用更为广泛，而且使护坡桩的可靠程度大大增加，同时能更加有效地控制位移,随着城市高层建筑的增多，特别是在建筑物较密集的地方、邻近地区有交通干线或有地下管线的地区开挖基坑，如何减少挡墙位移和地面沉陷，简化支撑体系，为施工创造较宽的工作面，从而提高工作效率、缩短工期的问题日益突出，而土锚技术的应用，显示了较其它体系更多的优越性。2.3.2 可行性论证地层因素：由于外拉系统比较适用于较密实的沙土、粉土、硬塑至坚硬的粘性土层或岩层中，因此，本方式适用上述地层。若稳定区有上述土层，且距基坑周遍不远，可以考虑。周围环境：存在地下埋设物而又不允许破坏的场地，应慎用本方式。基坑周围有地面或地下构筑物，将限制使用。经济因素：在条件许可的情况下，该方法从经济方面考虑要比地下连续墙合理一些。学士学位论文 第 5 共 44 页综上所述，又经众多桩锚支护体系工程实践检验是安全可靠的，所以真对该工程将采取该方法。第三章 工程设计计算3.1 单锚排桩深埋支护设计计算因基坑四周西南方向有住宅小区,配电房，设边载为均布荷载 q=10kN/m，锚杆头部距地面4.5m.3.1.1 土压力计算与受力分析= 1234hh土的加权重度；式中： 1、 2、 3、 4各层土土的重度；h1、h 2、h 3、h 4各层土的厚度；= =6.15N/m341234rrrHh= 23423414.5hh式中：土的加权内摩擦角； 1、 2、 3、 4各层土的内摩擦角；c= 123421.9chchKPa式中：c土的加权粘聚力；c1、c 2、c 3、 c 4各层土的粘聚力；可得 ka=tan(45- )= tan(45- )=0.625.14Kp=tan2 69.5式中：k a主动土压力系数；学士学位论文 第 6 共 44 页kp-被动土压力系数.ea=(q+h)k a-2c式中：e a土压力强度当 h=0 时,e a= =-27.6 kN/m10.621.90.6当 h=H 时,e a=(10+17.913)0.6-221.9 =111.7kN/m.设 H 处的土压力强度为 ec=112 kN/m设 ea=0 时，距地表为 h0,则当 h=h0时,0=(17.9h 0+10)0.6-221.9 6.0得 h0=2.6m则受力简图如图【1】示：设 D 处土压力强度相等，因桩落在第四层,其被动土压力系数如下图 所示:1Kp4=tan2(45+ )=1.42;C4=16Kpa 则:3/1.7mKNrq+(H+t 0)ka-2c = 4t0Kp4+2c4kpk式中：t 0为 D 到基坑底部距离10+17.9(10+t0)0.6-221.9 =17.9t01.42+2166. 42.1得 t 0=3.6m根据 M D=0Ra(H+t0-4.5)- (H-h0)( +t0)- t0 t0=02ce3hH2ce3学士学位论文 第 7 共 44 页式中： R a锚杆拉力Ra(10+3.6-4.5)- 112(10-1.5)( +3.6)2130hH- 1123.6 3.6=0 得 Ra=422.8kN/m213根据锚杆处弯矩为 0，即 M B=0,得：P0(H+t0-4.5)- (H-h0) (H-h0) - t0( +H-h0)=02ce2ce3式中：P 0t0处支反力P0(13+3.6-4.5)- 112(13-2.6) (13-2.6)1- 1123.6（ 2.6+13-2.6）=0 213得 P0=469.9kN3.1.2 计算桩入土深度求桩最小入土深 t1，为此须先求 x(t1=x+t0)，根据 P0和墙前被动土压力(DEF)对点 E 的力矩相等，即:P0x=(k p-ka)x 32xX= = =12m)(60apk649.17.(0)图【1】学士学位论文 第 8 共 44 页则桩入土深度 t1=t0+x=12+3.6=15.6m,实际入土深度 t=1.1t1=17.16m,整桩长为 L=17.16+13=30.16m,3.1.3 最大弯矩的计算计算简图如下图【2】： 图 【 2】 最 大 弯 矩 计 算 简 图根据桩上剪力 Q=Ra-Eh=0 处为最大弯矩 Mmax作用点，E h为距离地面 h 深处的主动土压力，得代入数据得；02210 hkcqrRaaa422.8- h=07.9361.639h=5.3m求最大弯矩 M max 得Mmax=Mh= Rah- akr63=422.85.3- 213.5.7405.8=429.2KNm/m3.2 护坡桩的设计与计算护坡桩为钻孔灌注桩，混凝土选择 C30 混凝土，级钢筋，主筋保护层厚度为 60mm,主筋直径不小于 14mm,最小配筋率不小于 0.4%。(1)选桩直径为 600mm，配筋率 =1%，假定板桩宽 1m学士学位论文 第 9 共 44 页设保护层为 60mm,As=A= 6001%=2827mm4主筋选取 16 根 16 的钢筋 As=3216mm，箍筋选取 8，间距为200,则 = = =1.14%，s604321= =0.2612Afcmsy5.1AfAfff cmsycmsycmsycmsy 625.0)75.01)(75.01(7.0 = 261.0.)1.26.26.51 =0.320 t=1.25-2=0.610则 =0.844； =0.941；sintsinM r +32cmf tsyrAfini= 16.53000.832+3003216232 941.08.=310106Nmm=310kNm每根桩能承受最大弯矩值为 M0， 取安全系数 K=1.7；M0= = =187.35kNmK7.13取桩间距为 1.0m，则每延米能承受最大弯矩值为 M1M1= =187.35 kNm/m小于桩墙承受弯矩值 Mmax=Mc=429.2 kNm/m，(2)选桩直径为 800mm，配筋率 =1%，假定板桩宽 1mAs=A= 8001%=5026mm4式中：A s纵向钢筋全截面积；A桩截面积；选用 16 根 20 的钢筋 As=5026mm学士学位论文 第 10 共 44 页则 = =0.182Afcmsy 8045.1623式中：f y钢筋抗拉强度设计值 300N/mm；fcm混凝土弯曲抗压强度设计值 16.5 N/mm；得 AfAffAf cmsycmsycmsycmsy 625.0)75.01)(75.01(75.01 式中：反映受压混凝土面积的角；182.0.)18.()82.(82. =0.313 t=1.25-2=1.25-20.313=0.624式中： t受拉钢筋面积与纵向钢筋全面积比值；得 =0.832； =0.925sintsin该桩能承受弯矩设计值 MM