毕业设计（论文）-郑东新区某综合楼基坑排桩及内支撑支护设计.doc

华北水利水电大学毕业设计目录摘要IAbstractIII绪论1第1章 工程概况及场地工程地质条件31.1 概述31.1.1 工程概况31.1.2 场地工程地质条件31.1.3 地下水条件41.1.4 不良地质作用及对工程不利的储藏物41.2 各层土物理力学性质指标统计41.3 基坑工程的分析与评价51.3.1 周边环境条件51.3.2 基坑降水方案5第2章 基坑支护方案选择62.1 基坑支护方案的设计依据62.2 基坑支护环境分析和设计等级的确定62.3 基坑支护方案分析及选择62.3.1 放坡分析62.3.2 土钉支护分析62.3.3 排桩支护分析72.3.4 地下连续墙支护分析72.4 排桩构造初选7第3章 排桩设计93.1 方法介绍93.1.1 等值梁法93.1.2 综合等代土压力系数法103.2 排桩的计算分析103.3 土层信息103.4 排桩计算113.4.1 计算内容113.4.2 计算排桩挡土墙后主动土压力113.4.3 计算挡墙前被动土压力和支撑力133.4.4 计算排桩的嵌固深度223.4.5 计算排桩的位移和内力(弯矩和剪力)233.4.6 地表沉降283.4.7 排桩配筋293.5 排桩加内支撑支护验算293.5.1 整体稳定性验算293.5.2 抗倾覆稳定性验算313.5.3 抗隆起验算323.5.4 抗管涌验算36第4章 支撑结构概述374.1 支撑材料的选择374.2 支撑体系的结构形式374.3 支撑结构的施工要点37第5章 基坑监测395.1 基坑监测概述395.2 监测项目的选择395.3 监测点布置原则405.3.1 一般规定405.3.2 基坑及支护结构415.3.3 周边环境425.4 监测频率435.5 监测方案设计455.6 监测施工465.6.1 监测工作注意事项465.6.2 监测结果及信息反馈46第6章 结论与建议486.1 结论486.2 建议48参考文献51致 谢53附录55郑东新区某综合楼基坑排桩及内支撑支护设计摘要随着经济建设的发展和人们生活水平的提高，近年来我国的各类建筑与市政工程得到飞速发展。多层建筑及高层建筑的地下室、地下车库、地铁车站等工程施工，都会面临深基坑支护工程。本文以郑东新区某综合楼项目为例，根据基坑自身特点，通过放坡、土钉支护、排桩支护、地下连续墙等几种基坑支护方案对比选择，决定采用排桩加内支撑作为该基坑的支护方案。首先对排桩支护和支撑进行全面的论述，结合具体的工程地质、水文地质条件，对排桩进行计算，包括桩后主动土压力计算、桩前被动土压力计算、各内支撑的支撑力计算、嵌固深度的计算、各内支撑的支撑力计算、地表沉降，最后进行整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起、抗管涌验算。由于2-2断面有三道内支撑，在设计中，计算土压力时采用综合等代土压力系数法，计算各支撑的支撑力时采用等值梁法，利用理正软件计算每个工况的位移、弯矩和剪力。对于基坑的支护材料，又加以对比和分析，选取一种技术可行，经济可取的支护材料。最后，由于本工程的周围环境比较复杂，紧邻高楼、干道以及地下管线，所以必须制定严格的监测方案，根据基坑的实际情况和规范选择监测项目，按照要求严格执行监测方案。关键字：排桩 内支撑 土压力 基坑监测Zhengdong new district a complex pile foundation pit supporting design and inner supportAbstractWith the development of economic construction and the improvement of peoples living standard,all types of building and Municipal engineer have developed rapidly.The basement construction of the multi-storey buildings and high-rise buildings,underground garage,subway station,will face Deep Foundation Pit Engineering.Taking service building project of Zhengzhou Zhengdong New District for example,pit,grading,soil nailing,piles supporting underground continuous wall several Foundation Support Schemes contrast options,decided to adopt piles to add the support as the foundation pit support program.First row piles retaining and supporting comprehensive exposition , combined with specific engineering geological, hydrogeological conditions , the piles were calculated , including piles of active earth pressure calculation passive earth pressure in front of the pile , each inner support support force calculation , calculation of embedded depth , the supporting force of the inner support surface subsidence , and finally the overall stability , overturning stability against upheaval , anti piping checking .Because of three supports on 2-2 section in the design , calculation of earth pressure integrated equivalent earth pressure coefficient method to calculate the support force of each support using the equivalent beam method , the displacement of the Li-cheng, software calculated for each condition , moments and shear forces . In addition, according to the norms, the pit and the surrounding environment excavation monitoring arrangement .Key Words: piles in row Internal support Earth pressure Excavation monitoring绪论20世纪80年代以来，随着我国经济建设的高速发展，大规模的高层建筑地下室、地下商场的建设和大规模的市政工程如地下停车场、大型地铁车站、地下变电站、大型排水及污水处理系统等施工都面临深基坑工程。今年来，我国基坑工程呈现出新的特点，主要表现为：1、基坑的规模越来越大，主楼与裙楼连成一片、大面积地下车库、地下商业与休闲中心一体化开发的模式频频出现；2、基坑的开挖深度越来越大，开挖深度达到2030m的基坑越来越多；3、基坑场地紧凑，有些地方紧贴红线，使得基坑周边几无施工场地；4、基坑周边环境复杂敏感，紧邻大量管线、建筑与地铁构筑物等。由于功能要求日益复杂、支护体系种类繁多、各种施工工艺的联合使用，其复杂程度对基坑工程的理论研究、设计与施工均提出了诸多挑战性问题，并已成为当前建筑业的一大技术难点。深基坑工程涉及基础工程、结构力学、工程结构、工程地质和施工技术等，是一项综合性很强的工程，同时影响基坑工程的不确定因素多，因此深基坑工程又是一项风险性很大的工程，稍有不慎就会酿成巨大的工程事故。那么选择合理的基坑支护型式是至关重要的。要合理选择基坑支护的型式，一方面要深刻了解各种支护型式的特点，包括其合理性、优点和缺点，另一方面要结合地质条件和周边的环境和工程造价进行综合考虑。而对不同基坑支护型式的特点的认识是很重要的。因此，大的原则应主要考虑两个方面：1、安全第一，确保基坑开挖和基础施工全过程中基坑边坡和邻近建筑物安全稳定；2、环境保护，基坑支护设计尽量减少对周边建筑物和地质环境的影响，严格控制沉降变形。一般支护的型式有如下几种：1、放坡：适用场地开阔，无变形控制要求，造价低；2、土钉支护：一般适用周边构筑物少，地质条件较好的情况，软土或砂层地质要慎用或采取加强型方案。土钉支护位移控制缺乏合理的计算理论，因此，对位移有严格要求的场地应慎用，造价较低；3、排桩支护：排桩支护刚度好，适应性广，结合桩间止水也可用于砂层，止水效果没有连续墙好，造价低于连续墙，而大于土钉墙，在郑州地区排桩支护被广泛采用；4、地下连续墙：地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差且复杂，基坑深度大，周边环境要求高的基坑支护但造价较高，施工要求专用设备。地下连续墙可以解决周围建筑物较多；地下管线较复杂；场地狭小等实际问题。本设计中，根据基坑本身的特点，通过以上几种基坑支护方案的对比，决定采用排桩加内支撑作为该基坑的支护方案。该种深基坑支护体系由两部分组成，一是排桩，二是内支撑。它们组合在一起，增强围护结构的整体稳定，不仅直接关系到基坑的安全和土方开挖，对基坑的工程造价和施工影响也很大。作用在挡墙上的水、土压力可以由内支撑有效地传递和平衡，它们还能减少支护结构的位移。内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受到的侧压力，构造简单，受力明确。钢结构支撑具有自重小，安装和拆除都很方便，而且可以重复使用，大大降低了工程造价，重复使用又节约资源保护环境；根据土方开挖的进度，钢结构支撑可以做到随挖随撑，并可施加预紧力，这对控制墙体变形是十分有利的。因此，优先采用钢结构支撑。本设计一共分九大部分，第一部分介绍了郑东新区联通客服综合楼项目工程概况及场地工程地质条件；第二部分结合具体的工程地质和水文地质条件，通过对几种基坑支护方案的比较后，选择合理的基坑支护方案；第三部分对排桩和支撑设计的全过程进行了详细的论述，包括挡土墙后主动土压力的计算、挡土墙前被动土压力的计算、各内支撑的支撑力计算、嵌固深度的计算、各工况的内力计算、地表沉降、地下连续墙的配筋，然后进行整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起的验算；第四部分对内支撑的各项情况进行概述；第五部分是基坑监测；第六部分是结论与建议；第七部分是结束语；第八部分是参考文献；第九部分是附录。第1章 工程概况及场地工程地质条件1.1 概述1.1.1 工程概况该工程为河南郑东新区某综合楼项目，拟建场地位于郑州市郑东新区正光路与民生西街交叉口东北角。本工程地下2层，东西宽89.70m，南北长91.80m，基坑坑底埋深11.00m。1.1.2 场地工程地质条件1.1.2.1 地形地貌拟建场地地形平坦，最大高差0.69m，地貌单元为黄河冲积平原。1.1.2.2 地层结构场地范围内与基坑有关的土层为：(1) 粉土夹粉砂：褐黄色，稍湿，稍密，摇振反应中等，干强度低，韧性低，无光泽。含云母、黑色铁质条纹等。以粉土为主，局部地段相变为粉砂，局部夹极薄粉质粘土。该层在场地内普遍分布。层底埋深4.5-6.0m，平均层底埋深5.31m。(2) 粉土：褐黄色，稍湿，稍密-中密，摇振反应中等，干密度低，韧性低，无光泽。含云母、黑色铁质斑点，偶见灰色条纹。层底埋深6.7-8.5m，平均层底埋深7.35m，层厚1.20-3.00m，平均厚度2.04m。(3) 粉土夹粉质粘土：褐灰色，稍密-湿，中密，摇振反应中等，干强度低，韧性低，无光泽。含铁质氧化物、云母片、蜗牛壳碎片等。以粉土为主，夹极薄粉质粘土。该层在场地内普遍分布。层底埋深11.60-13.40m，平均层底埋深12.21m，层厚3,50-5.60m，平均厚度4.86m。(4) 粉质粘土：灰褐色-灰黑色，局部层底渐变为黄褐色，饱和，可塑，无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。含云母、铁质斑点和少量小姜石，偶见蜗牛壳碎片及植物根系腐殖质。该层在场内普遍分布。层底埋深16.20-18.70m，平均层底埋深17.42m，层厚4.20-6.80m，平均厚度5.23m。(5) 粉土：灰褐色-黄褐色，很湿，密实，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。含云母片，偶见灰色条纹，沙粒含量高，局部相变为粉砂。层底埋深17.50-19.10m，层厚0.80-2.50m，平均厚度1.38m。(6) 粉砂：灰褐色-黄褐色，饱和，密实，颗粒级配一般，分选中等，成分主要为长石、石英、云母等。该层在场地内普遍分布。层底埋深24.60-28.60m，平均层底埋深26.07m，层厚6.60-10.00m，平均厚度7.91m。1.1.3 地下水条件场地地下水位类型为潜水，其补给来源主要为大气降水。2010年11月第一次勘察期间水位埋深10.4-10.8m，2011年11月第二次勘察，水位埋深11.7m。根据正光路郑东新区法院(郑东新区法院，紧邻本场地，属同一水文地质单元)地下水取样分析结果，根据公路工程地质勘察规范(JTJC20-2011)判定如下：对混凝土的结晶类腐蚀判别： SO42-=33.6245.63 mg/L500mg/L，无腐蚀。对混凝土的分解类腐蚀判： pH值=7.67.306.5，侵蚀性CO2为0.0015mg/L；HCO3-=1.141.86mmol/L1.0mmol/L，无腐蚀；对混凝土的结晶分解复合类腐蚀判别： Mg2+=9.116.08mg/L3000mg/L，(CI-+ SO42- +HCO3-)=(1.77+33.6245.63+1.141.86)=36.5349.26mg/L3000mg/L，无腐蚀性。综上所述，地下水对混凝土无腐蚀性。1.1.4 不良地质作用及对工程不利的储藏物根据本次野外勘察结果，勘探点位置未发现不良地质作用及古墓、暗滨等对工程不利的埋藏物。1.2 各层土物理力学性质指标统计表1-1 各土层力学性质指标层序123456岩性粉土夹粉砂粉土粉土夹粉质粘土粉质粘土粉土粉砂天然重度(kN/m)17.218.017.717.517.918.2粘聚力(kpa)12111518100内摩擦角()2022181222281.3 基坑工程的分析与评价1.3.1 周边环境条件基坑周边环境情况见附图。1.3.2 基坑降水方案基坑开挖前需要基坑降水施工，采用管井降水，共布置降水井23眼，井深25m，井径600mm，井间距21-30m，降深标准为基地以下0.5-1.0m。另外，在电梯井位置需要布置1个降水井。(1)基坑开挖前8-10天开始降水，遵循“密井浅降，提前降水，慢降缓降”的原则；(2)在满足基坑开挖条件的情况下，尽可能减少水位降深值，并且严禁爆抽爆降；(3)降水井环状间隙采用1-3mm优质砾料围填，洗井彻底，直到水清沙净，保证成井质量；(4)考虑大气降水的影响，需要做好坡顶、坡底防水排水措施，坡顶四周设置挡水墙，地面全部采用混凝土硬化，避免雨水下渗；(5)降水井运行结束，及时对降水井进行封井处理；(6)其他严格按照建筑与市政降水工程技术规范(JGJ/T111-98)执行。第2章 基坑支护方案选择2.1 基坑支护方案的设计依据(1) 化工部郑州地质工程勘查院河南联通郑东新区客服综合楼项目勘察报告；(2) 中国建筑科学研究院建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）；(3) 建筑基坑工程技术规范（JGJ120-2012）；(4) 建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部)；(5) 其它国家相关技术标准和要求。2.2 基坑支护环境分析和设计等级的确定基坑四周的环境比较复杂，基坑东侧南部(1-1)距离郑东新区法院办公楼有15.0m，北部(2-2)距离法院家属院仅6.5m，北侧(1-1)距离省高招办家属楼18.0m，且高招办家属楼比较长，西侧(1-1)临民生路，地下管线较多，工程环境条件较复杂。要考虑该基坑开挖和基础施工期间对相邻建筑的影响。根据建筑基坑工程技术规范（JGJ120-99），结合基坑深度和场地工程地质、水文地质条件等环境情况，确定本基坑剖面(2-2)支护等级为一级。2.3 基坑支护方案分析及选择在深基坑的开挖中主要采取的支护方式有：放坡、土钉支护、地下连续墙、排桩支护支护四种。下面结合具体的工程地质和水文地质条件，对这四种基坑支护方案进行对比和比较，从而得出合理的支护方案。2.3.1 放坡分析放坡适用于场地开阔，无变形控制的基坑，该工程周围建筑物较多，场地比较狭窄，因此不适宜放坡。2.3.2 土钉支护分析土钉支护一般适用周边构筑物少，地质条件较好的情况,该工程周围都是重要的建筑物，东南侧紧邻郑东新区法院办公楼，东北侧紧邻郑东新区法院家属楼，北侧紧邻省高招办家属楼，这些建筑物对位移和沉降都有严格的要求，但土钉支护位移控制缺乏合理的计算理论，考虑到周围建筑物的安全，因此也不适宜采用土钉支护。2.3.3 排桩支护分析排桩支护是指队列式间隔布置钢筋砼挖孔、钻(冲)孔灌注桩作为主要的挡土结构,该支护方式的刚度好，本设计是对2-2剖面进行设计。该工程场地在勘探期间地下水位埋深10.4-11.7m，年变幅约1m，而基坑开挖深度是11m，所以支护结构对防水性能要求不是太高，郑州范围内同等深度同等地质条件的基坑利用排桩支护的案例也比较多而且效果不错，从技术经济方面考虑，适宜采用排桩支护。另外，本工程目前选择是桩加锚杆支护，采用三排锚杆，锚索加力后，导致基坑东侧法院家属楼墙脚出现裂缝，法院办公楼墙脚同样出现裂缝，致使工地停工数月，可见桩锚支护在这个支护中不是最可靠的，因此选择排桩加内支撑支护，严格控制基坑周围土体的变形。2.3.4 地下连续墙支护分析地下连续墙刚度大，挡土结构变形小，整体性较好，止水效果好，适应于基坑深度大、地质条件差且复杂的基坑，是支护结构中最强的支护形式。虽然该工程的地质条件较差且比较复杂，基坑深度较大，周边环境要求高，但是本工程对防水的要求不高，另外地下连续墙的造价实在太高，达到同等工程目标采用排桩支护完全能够满足要求，故不采用地下连续墙支护。2.4 排桩构造初选根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）规定，对锚拉式排桩或支撑式排桩，支护桩的桩径宜大于或等于400mm，排桩的中心距不宜大于桩直径的2.0倍。本工程中取桩径为800mm，桩间距为1000mm，满足规范要求。根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）规定，采用混凝土灌注桩时，桩身混凝土强度等级不宜低于C25。本工程取混凝土强度等级为C30，满足规范要求。根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）规定，纵向受支护桩的力钢筋宜选用HRB400、HRB335级钢筋，单桩的纵向受力钢筋不宜少于8根，净间距不应小于60mm；支护桩顶部设置钢筋混凝土构造冠梁时，纵向钢筋锚入冠梁的长度宜取冠梁厚度。本工程选用HRB400级直径为22mm钢筋，单桩的纵向18根，纵向钢筋锚入冠梁的长度取冠梁厚度，满足规范要求。根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）规定，箍筋可采用螺旋式箍筋，箍筋直径不应小于纵向受力钢筋最大直径的1/4，且不应小于6mm；箍筋间距宜取100mm200mm, 且不应大于400mm及桩的直径。本工程取螺旋式箍筋直径8mm，箍筋间距取200mm，满足规范。根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）规定，沿桩身配置的加强箍筋应满足钢筋笼起吊安装要求，宜选用HPB235、HRB335级钢筋，其间距宜取1000mm2000mm。本工程取HRB335级直径为16mm钢筋，间距取2000mm，满足规范要求。根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）规定，纵向受力钢筋的保护层厚度不应小于35mm。本工程取50mm，满足规范要求。根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）规定，支护桩顶部应设置混凝土冠梁。冠梁的宽度不宜小于桩径，高度不宜小于桩径的0.6倍。本工程取冠梁的宽度900mm，高度700mm，满足要求。第3章 排桩设计3.1 方法介绍本设计中，对多支点排桩围护进行计算时，所用到的方法主要为等值梁法和综合等代系数法。下面对这两种方法做详细介绍：3.1.1 等值梁法等值梁法是当前我国工程界中应用最广泛的一种用以计算围护结构内力的方法。在此，根据本设计的需要，介绍多道支撑围护结构的等值粱计算方法。如果将单道支撑的围护结构视为一次超静定结构，则多道支撑就是多次超静定结构，因此在用等值梁法计算多道支撑的围护结构时，常又引入新的假设条件，例如假定各支撑均承担半跨内的主动土压力，或假定各个支撑点均为铰接，即该处弯矩为零等，这里仅介绍一种结合开挖过程分层设置支撑情况的近似计算方法。由于多道支撑总是在基坑分层开挖至各层支撑的底标高时分层设置的，因此它假设在设置第二道支撑后继续向下开挖时，已经求得的第一道支撑力不变。以下以此类推，就可以求出各开挖阶段的各道支撑力和围护墙内力。具体步骤如下：1、基坑开挖至第一道支撑底标高，此时可按照悬臂墙计算墙上段的负弯矩(墙下段弯矩很小，可以不必计算)。2、设置第一道支撑后，继续开挖到第二道支撑底标高。按此条件用等值梁法计算，主、被动土压力仅需计算至净土压力零点即假想铰点以下即可。此时计算墙前被动土压力，应该乘以墙土间的摩擦力的修正提高系数。土压力分布已知后，便可以求出铰点深度，第一道支撑力与最大弯矩，其余不必计算。3设置第二道支撑后，开挖至第三道支撑底标高。同样按此条件计算主、被动土压力及铰点深度。假设第一道支撑力不变，求第二道支撑力与最大弯矩。4重复以上步骤，至最后一道支撑已经设置完毕并开挖至坑底面设计标高，计算主被动土压力及铰点深度。仍设以上已经求得的各道支撑力保持不变。求最后一道支撑力和最大弯矩。此时尚应计算桩的嵌固深度。5按照上述各个阶段求得的墙上弯矩作出弯矩包络图，计算围护桩的配筋，按求得的支撑力设计各道支撑。等值梁法的缺陷和局限性：等值粱法的最大缺陷在于未能考虑围护结构的变形。作为超静定结构的多层支撑围护墙，其支撑点的位移对墙的内力和锚撑的反力影响是十分敏感的；同时，等值梁法的计算结果对被动土压力的取值非常敏感。所以，在计算多层支撑围护结构的内力时，建议在使用等值梁法的同时，辅以弹性地基粱法，相互参照，相互补充。3.1.2 综合等代土压力系数法综合等代土压力系数法的要点如下：先按工程上常用的将地下水位以下需要计算的深度内的层状土的饱和重度及土压力系数按其厚度的加权平均换算成土层的平均重度与平均土压力系数。换算的作用不仅在于简化土压力分布图形，而且也可以理解为将层状土等代为均匀土层，从而就可以写出在最大计算深度处，考虑渗流效应的水压力、有效土压力及二者之和，即土压力的表达式，然后再引用一个“综合等代土压力系数”K，并令最大计算深度处的土压力 式中h为最大计算深度处的土自重总应力(地下水位以下取饱和重度)，令上式与上面推导的土压力表达式相等，便于导得K的计算式。计算时，按已知条件求取K，再代入上式，便可解得最大计算深度处的土压力。由于地下水位以下已等代为均匀土层，故土压力按直线变化，直线斜率即K。而地下水位以上的土压力仍按普通方法计算。3.2 排桩的计算分析由于本基坑边长很长，计算可按平面问题考虑。取单位长度桩段进行计算，桩墙厚按照规范要求取800mm，把排桩墙沿深度方向离散成梁单元。排桩墙上的荷载为墙背侧向土压力、水压力及内支撑对墙体的支撑力。计算土压力和水压力时，采用综合等代土压力系数法；计算支撑力时，按照不同工况进行，每一工况参照等值梁法计算出支撑力的大小及铰点的位置。计算出所有支撑力后，便可以根据所有力对排桩底端的力矩平衡求出嵌固深度。算出排桩的嵌固深度后，利用理正深基坑软件算出每个工况的位移、弯矩和剪力，地表沉降，桩身和冠梁的配筋等。3.3 土层信息根据化工部郑州地质工程勘察院提供的河南联通郑东新区客服综合楼岩土工程勘察报告，对该工程场地的土层信息汇总如下表：表3-1 场地的土层信息层序123456岩性粉土夹粉砂粉土粉土夹粉质粘土粉质粘土粉土粉砂天然重度(kN/m)17.218.017.717.517.918.2粘聚力(kpa)12111518100内摩擦角()2022181222283.4 排桩计算3.4.1 计算内容表3-2 计算内容及原理序号计算内容计算原理备注（1）墙后主动土压力综合等代土压力 系数法假定计算深度为第3层粉土夹粉质粘土底面面，（2）墙前被动土压力综合等代土压力 系数法按照施工方案分不同工况进行计算（3）支撑力等值梁法按照施工方案分不同工况进行计算（4）墙体嵌固深度等值梁法根据所有力对排桩底端的力矩平衡（5）墙体位移、弯矩和剪力弹性法理正深基坑软件计算（6）地表沉降三角形法、指数法、 抛物线法理正深基坑软件计算（7）桩身配筋受弯构件正截面承载力验算理正深基坑软件计算3.4.2 计算排桩挡土墙后主动土压力1、求各层土主动土压力系数： 式中：-主动土压力系数； -土的内摩擦角。利用上式计算1-6层土的主动土压力系数如下：=0.480，=0.455，=0.528，=0.656，=0.455，=0.3612、求平均主动土压力系数(计算深度为第6层粉砂的底部) =0.4883、求平均重度(地下水位距地表10m，地下水位以下用饱和重度)，勘察资料没有给出各层土的饱和重度，只给出了土的自然重度，可以按经验取值： 4、求平均粘聚力： 5、求等代土压力系数： (由于未考虑渗流效应，即取i=0)6、求排桩挡墙后的主动土压力 按照综合等代土压力系数法公式进行计算： 可以求取任意墙后深度的主动土压力(下图即为墙后土压力的分布图)图1 墙后主动土压力分布图3.4.3 计算挡墙前被动土压力和支撑力被动土压力和支撑力应按照施工过程的不同工况进行计算(工况见示意图)，假设河南联通郑东新区客服综合楼基坑2-2断面有三道内支撑，第一道支撑距离地面0.5m，第二道支撑距离第一道支撑3.5m，第三道支撑距第二道支撑3.5m，因此该断面的施工分7种工况：工况1：基坑开挖至第一道支撑底标高，即开挖到-1.00m；工况2：设置第一道内支撑；工况3：继续开挖到第二道内支撑标高，即开挖到-4.50m；工况4：设置第二道内支撑；工况5：继续开挖到第三道支撑底标高，即开挖到-8.00m；工况6：设置第三道内支撑；工况7：开挖至基坑底部。图2 各工况与支撑示意图工况1：基坑开挖至第一道支撑的底标高，即-1.00m，此时可按照悬臂桩计算挡土墙上端的负弯矩(墙下端弯矩很小，可以忽略不计)。 工况2：设置第一道内支撑。工况3：继续开挖至第二道支撑底标高，即-4.50m，此时按照等值梁法计算。(主、被动土压力仅需计算至净土压力零点即可)计算墙前被动土压力，按照综合等代土压力系数法：1、求此开挖面粉土夹粉砂到第6层粉砂的平均粘聚力：2、求挡土墙前开挖层到第6层粉砂的平均重度 3、求挡土墙前开挖层到第6层粉砂的被动土压力系数 式中：被动土压力系数； 土的内摩擦角。用上式计算各层土的被动土压力系数如下：，4、求综合等代土压力系数 5、 墙前各标高的被动土压力： 这里要说明的是，被动土压力的计算应该考虑土与挡土墙体摩擦力引起的被动土压力修正，本方案计算中取增大系数为=1.6(根据经验选取，参考宫铁军深基坑多支撑支护体系计算与分析，天津大学)，此项增大是指有效土压力的增大： 图3 工况3示意图6、求第一道支撑的支撑力取净土压力零点在土方开挖面处，此处，由力矩平衡得： 得：7、 求剪力为零的位置和最大弯矩在-4.00m以上剪力为零的点，由水平方向的力平衡： 得：求在-2.31m处的弯矩： 工况4：设置第二道内支撑工况5：继续开挖到第三道支撑底标高，即-8.50m处。1、求此时开挖至第6层粉砂的粘聚力： 2、求开挖层到第6层的平均重度： 3、求开挖面至第6层的平均被动土压力系数： 4、求等代土压力系数： 5、求挡土墙前各标高的被动土压力： 基坑地面的被动土压力： 第6层层底的被动土压力：图4 工况5示意图6、求第2道支撑支撑力：假设开挖面处净土压力零点，即，由力矩平衡得： 式中，得：7、求剪力为零的位置和最大弯矩：求-7.50m以上剪力为零的位置，由水平方向力的平衡可得： 得：求在-5.58m处的弯矩：工况6：设置第三道内支撑工况7：继续开挖至基坑底部，即-11.0m1、求次开挖面至第6层粉砂的平均粘聚力： 2、求开挖层至第6层粉砂的平均重度： 3、求开挖面到第6层粉土的平均被动土压力系数： 4、求挡土墙前各标高的被动土压力： 基坑底面的被动土压力： 第6层粉砂底面的被动土压力： 图5 工况7示意图5、求第二道支撑的支撑力：同样假设开挖面处,由力矩平衡： ，其中h=11m 解得：6、求剪力为零点的位置和最大弯矩：在求-11.00m以上剪力为零的位置，由水平方向力的平衡得： 解得：此处的最大弯矩： 3.4.4 计算排桩的嵌固深度计算出土压力和各道支撑的支撑点反力后，就可以根据所有力对墙底端的力矩平衡条件来确定排桩的嵌固深度： 图6 嵌固深度计算简图式中：第i道内支撑的支撑点反力；第i道内支撑的支撑点至排桩底部的距离；基坑底至排桩底桩前总的被动土压力；作用点至桩底的距离；地面至桩底端墙后总的主动土压力；作用点至桩底的距离。展开上式，得：整理，得： 令当时：；当时：故取，则排桩嵌固深度设计值，取整为。3.4.5 计算排桩的位移和内力(弯矩和剪力)用理正深基坑支护设计软件计算工况1-7的土压力、位移和内力如下图所示：说明：蓝线表示利用弹性法的计算值，红线表示利用经典法的计算值。从位移和内力的包络图可知：排桩在整个施工过程中向基坑内侧偏移，最大偏移量为23.24mm；用弹性法计算基坑内侧的最大弯矩为674.39，基坑外侧的最大弯矩为401.16，最大剪力为472.72；用经典法计算基坑内侧的最大弯矩为1246.25，基坑外侧的最大弯矩为747.56，最大剪力为477.21。内力的设计值应按照建筑基坑工程技术规范（JGJ120-99）中的规定的如下公式计算：1、 截面弯矩设计值M 式中：建筑基坑侧壁重要性系数；截面弯矩计算值。2、 截面剪力设计值V 式中：建筑基坑侧壁重要性系数； 截面剪力计算值。表3-3 排桩的内力取值段号内力类型弹性法经典法内力内力 计算值计算值设计值实用值1基坑内侧最大弯矩(kN.m)674.391246.25788.20788.20基坑外侧最大弯矩(kN.m)401.16747.56468.86468.86最大剪力(kN)472.72477.21649.99649.993.4.6 地表沉降图7 地表沉降图3.4.7 排桩配筋3.4.7.1 冠梁配筋结果表3-4 冠梁配筋表 钢筋级别选筋As1HRB3352D16As2HRB3352D16As3HPB235d82003.4.7.2 桩身配筋表3-5 桩身配筋表桩是否均匀配筋 是 混凝土保护层厚度(mm)20桩的纵筋级别HRB335桩的螺旋箍筋级别HRB335桩的螺旋箍筋间距(mm)150弯矩折减系数0.85剪力折减系数1.00荷载分项系数1.25配筋分段数一段各分段长度(m)31.00段选筋类型级别钢筋实配计算面积号 实配值(mm2或mm2/m)1纵筋HRB33523D2287438489箍筋HRB335D121501508829 加强箍筋HRB335D1420001543.5 排桩加内支撑支护验算3.5.1 整体稳定性验算用瑞典条分法对基坑进行整体稳定性验算，假设滑动面为圆弧面，不考虑条间力，即，计算公式如下： 图8 整体稳定验算简图式中：整体稳定安全系数，按照规范要求； 第i个土条的粘聚力； 第i个土条的内摩擦角； 第i个土条底面的弧长； 第i个土条的宽度； 第i个土条的自重，； 第i个土条底面的切线与水平面的夹角； 地面超载。当时，通过理正深基坑支护设计软件计算得，不满足规程；当时，通过理正深基坑支护设计软件计算得，满足规程。因此，排桩的最终嵌固深度取。3.5.2 抗倾覆稳定性验算抗倾覆安全系数： 式中：整体稳定安全系数；被动土压力及支撑力对排桩底端的弯矩；主动土压力对排桩底端的弯矩。排桩底端的主动土压力：排桩后总的主动土压力：基坑底的被动土压力：排桩底端的被动土压力： 排桩前总的被动土压力：的作用点到桩底端的距离： 满足建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)的要求。3.5.3 抗隆起验算抗隆起验算时，将排桩底面作为求极限承载力的基准面，分别按照Prandtl鲁朗德尔和Terzaghi(太沙基)的地基承载力公式进行抗隆起验算。3.5.3.1 Prandtl(普朗德尔)公式该公式规定计算得到的安全系数应该为：，此安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部) 图9 抗隆起验算简图1式中：挡墙后土体重度加权平均值；挡墙前土体重度加权平均值；排桩的嵌固深度；基坑的开挖深度；地面超载，本工程中假设； 其中，、分别为排桩底以下滑移线场影响范围内地基土的粘聚力和内摩擦角的峰值，于排桩的底端已插入第6层粉砂中，查勘察资料知：，。 ，满足规范要求。3.5.3.2 Terzaghi(太沙基)公式该公式规定计算得到的安全系数应该为：，此安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部) 图10 抗隆起验算简图2式中：挡墙后土体重度加权平均值；挡墙前土体重度加权平均值；排桩的嵌固深度；基坑的开挖深度；地面超载，本工程中假设； 其中，、分别为排桩底以下滑移线场影响范围内地基土的粘聚力和内摩擦角的峰值，于排桩的底端已插入第6层粉砂中，查勘察资料知：，。 ，满足规范要求。从以上两个公式计算的结果可以看出，地下连续墙的嵌固深度满足抗隆起验算的要求。同时也看以看出Terzaghi(太沙基)公式的计算结果比Prandtl(普朗德尔)公式的计算结果保守。3.5.3.3 隆起量的计算按以下公式进行隆起量的计算： 式中：基坑底面向上位移量(mm);从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;第i层土的重度(kN/m3)；地下水位以上取土的天然重度(kN/m3)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3);第i层土的厚度(m);基坑顶面的地面超载(kPa);地下连续墙的嵌入长度(m);基坑的开挖深度(m);地下连续墙底面处土层的粘聚力(kPa);地下连续墙底面处土层的内摩擦角(度);地下连续墙顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3); 按以上公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理，。3.5.4 抗管涌验算可按下式进行抗管涌验算：图11 抗管涌验算简图 式中：基坑侧壁重要性系数；土的有效重度；地下水重度；地下水位至基坑底的距离；桩(墙)入土深度(m)。，满足规范要求。第4章 支撑结构概述4.1 支撑材料的选择目前在一般建筑工程和市政工程中采用的支撑系统，按其材料可分为钢管支撑、型钢支撑、钢筋混凝土支撑。钢结构支撑具有自重小，安装和拆除都很方便，而且可以重复使用等有优点。根