基坑开挖围护设计方案 土木工程毕业论文.doc

目 录 前 言 1 第一章 工程概况 2 第一节 工程概述 2 第二节 工程地质条件 3 一、气象概况 3 二、地形地貌 3 三、工程地质 3 第三节 水文地质条件 4 一、地下水类型 4 二、地下水的腐蚀性评价 5 第四节 抗震设计 5 第五节 护坡设计参数 5 第二章 基坑支护结构设计 7 第一节 施工方法的论证 7 第二节 围护结构型式的选择 7 一、基坑等级及变形控制标准 7 二、基坑围护结构方案比选 7 三、钢支撑和锚索施工比较 8 第三节 基坑支护中荷载的计算 9 一、荷载与组合 9 二、水平荷载标准值 9 三 水平抗力标准值 10 第四节 护坡桩设计 11 一、嵌固深度计算 11 二、钢筋混凝土桩设计 17 三、施工方案设计 20 第五节 锚杆设计 20 一、计算锚杆承载力 21 二、锚杆自由长度计算 22 三、锚杆锚固段长度计算 22 四、锚杆参数最终确定 22 第三章 钻孔灌注桩施工 24 一 、 泥浆护壁施工法 .24 二、钻孔灌注桩常见施工问题 25 第四章 基坑稳定性验算 27 第一节 整稳定性验算 27 第二节 抗倾覆稳定性验算 27 第三节 抗滑移稳定性 28 第四节 坑底土隆起稳定性验算 28 结 论 30 致 谢 31 参考文献 32 附图一 拟建场地平面及桩的布置图 附图二 围护桩配筋图 附 图 三 基 坑 坑 壁 剖 面 图 1 前 言 基坑工程是指建筑物和构筑物的地下结构部分施工时，所进行的基坑开挖、工程降水 和基坑支护，同时，对周围的建筑物、构筑物、道路和地下管线进行监测和维护，以确保 正常、安全施工的综合性工程。 一般情况下，基坑支护是临时措施，地下室主体施工完成时支护体系即完成任务，与 永久性结构相比临时结构的安全储备要求可小一些，由于其安全储备较小，因此具有较大 的风险性。岩土工程区域性很强，岩土工程中的基坑工程区域性更强，如软粘土地基、软 土地基、砂土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很 大，同一城市不同区域也有差异。基坑工程的支护体系设计施工和土方开挖都要因地制宜， 根据本地情况进行。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质和水文地 质条件有关，还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管线的位置、抵御变形的能力、重 要性以及周围场地条件等有关，这就决定了基坑工程具有很强的个性。 正是由于基坑工程具有很强的区域性和个性，因此根据不同的区域和个性特征，研究 相应的基坑稳定性、支护结构的内力及变形以及周围地层的位移对周围建筑物和地下管线 等的影响及保护的计算分析，以便采取经济、实用的基坑支护方案，就具有重要的理论意 义和实际效益。与分析、计算方法的进步相对应的是基坑开挖技术，特别是支护技术的日 臻完善，并出现了许多新的支护结构形式与稳定边坡的方法。 本文结合北京市地铁八号线 01 标段(西三旗车站) 地下结构挖方工程，根据基坑地质条 件和周围环境的特殊性，选择钢筋混凝土灌注桩加锚杆的基坑开挖围护方案，并对组合围 护结构体系进行了设计计算。依据建筑基坑支护技术规程 （jgj12099）等规范，采用 整体等值梁法的计算方法计算桩长、支点内力、最大弯矩；对混凝土灌注桩进行结构设计 与验算，确定桩径、桩身配筋；对冠梁与腰梁进行结构设计。最终编制了基坑开挖围护设 计方案。 2 第一章 工程概况 第一节 工程概述 工程名称：北京市地铁八号线 01 标段(西三旗车站) 基坑开挖支护工程。工程照片见下 图： 图 1-1 工程实际照片 工程概况：西三旗站是北京地铁 8 号线二期工程第三座车站，位于西三旗路和西三旗 东路十字路口处。在西三旗东路下南北向布置，为 8 号线首批开工车站。 车站所处十字路口东北角有北新家园、新康园小区、建材城西里小区和新材医院；东 南角为北新建材集团，规划为商业用地；西北角为中国石油天然气集团直属机关党校、新 龙批发市场；西南角有育新花园小区、首师大附属育新学校。 西三旗路交通繁忙，路下管线复杂，道路规划红线宽 45m，主路宽 16m，双向 4 车道， 路口西侧局部段双向 6 车道，目前已经实现规划；西三旗东路规划红线宽 40m，路口北段 现状道路宽 10m，路口南段现状道路宽 4m，未实现规划。 第二节 工程地质条件 一、气象概况 北京地区属于温暖带大陆性半湿润半干旱季风气候，受季风影响形成春季干旱多风、 夏季炎热多雨、秋季秋高气爽、冬季寒冷干燥、四季分明的气候特点。近几年平均气温为 12.513.7，极端最高气温 42.2，极端最低气温-15 。全市多年平均降水量为 626mm，降水量的年变化大，年内分配也不均，汛期（6 8 月）降水量约占全年降水量的 80%以上。旱涝的周期性变化较明显。 二、地形地貌 本合同段线路位于永定河冲积扇的中下部，土层以新沉积层、第四纪冲洪积沉积土层 为主。拟建工程所处地势基本平缓，地面以市政道路为主，路面平坦，地面标高为 3740m。 三、工程地质 施工场地范围内的土层主要有人工填土层、新近沉积层、一般第四纪冲洪积沉积层。 车站主要位于粉土和粘土层，底板位于粉质粘土层。 3 钻孔孔口地面高程介于 3.40m5.05m ，平均 3.71m。场地照片如下图 1-2： 图 1-2 场地照片 根据野外钻探资料，拟建场地从上至下分布的地土层为： 1、人工填土层： 粉质粘土素填土层：黄褐色，稍湿，稍密，以粉质粘土为主，含少量碎砖屑、植物 根等，结构松散，无层理。 粉土素填土2 层：黄褐色，稍湿，稍密，以粉土为主，含少量碎砖屑、植物根等， 结构松散，无层理。 建筑垃圾杂填土6 层：杂色，稍湿，稍密中密，以碎石块、水泥块为主，砂、石 及粘性土充填。 新近沉积层： 粉质粘土层：黄褐色，软塑可塑，含氧化铁、氧化锰，土质结构差，无层理。 粉土2 层：黄褐色，稍湿湿，稍密，含氧化铁、氧化锰，土质结构差，无层理。 2、一般第四纪冲洪积沉积层： 粉质粘土层：黄褐褐黄色，可塑，含氧化铁、云母。 粉土2 层：黄褐褐黄色，稍湿湿，稍密中密，含氧化铁、氧化锰等、云母、 钙质结核等。 粉质粘土层：灰黄褐灰色，可塑，含氧化铁、云母，少量有机质等。 粉土2 层：灰黄褐灰色，稍湿饱和，含氧化铁、云母，少量有机质等。 细砂4 层：灰黄褐灰色，湿饱和，主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层：褐黄色，可塑，含氧化铁、云母等。 粉土2 层：褐黄色，湿饱和，中密密实，含氧化铁、云母等。 粉砂3 层：褐黄色，湿饱和，中密，主要矿物成分是石英、长石、云母。 细砂4 层：褐黄色，湿饱和，密实，主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层：黄灰褐灰色，可塑，含氧化铁、氧化锰等。 粉砂3 层：灰褐黄褐色，饱和，密实，主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层：灰黄褐黄色，可塑，含氧化铁、云母等。 粘土1 层：灰黄褐黄色，可塑，含氧化铁、云母等。 粉土2 层：灰黄褐黄色，湿饱和，密实，含氧化铁、云母等。 细砂4 层：灰黄褐黄色，密实，主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层：褐灰色，可塑，含氧化铁、云母，少量有机质等。 粘土1 层：灰褐褐灰色，可塑，含氧化铁、云母，少量有机质等。 粉土2 层：褐黄色，饱和，密实，含氧化铁、云母。 粉砂3 层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 中砂5 层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母，含少量圆砾。 粗砂6 层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 圆砾8 层：杂色，饱和，密实，一般粒径 23mm，最大粒径 2cm，圆砾含量约 60，含少量卵石，主要母岩成分为岩砂、砾岩，中粗砂充填。 卵石9 层：杂色，饱和，密实，一般粒径 23cm，最大粒径 5cm，卵石含量约 60，主要母岩成分为砂岩、砾岩，中粗砂充填。 粉质粘土层：褐黄色，可塑，含氧化铁、云母、钙质结核。 粘土1 层：褐黄色，可塑硬塑，含氧化铁、云母、钙质结核。 粉土2 层：褐黄色，湿饱和，密实，含氧化铁、云母等。 细砂4 层：褐黄色，湿饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 粉砂3 层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 粉质粘土层：褐灰褐黄色，可塑，含氧化铁、钙质结核。 粘土1 层：褐灰褐黄色，可塑硬塑，含氧化铁、钙质结核。 粉土2 层：褐灰褐黄色，饱和，密实，含氧化铁、云母、钙质结核。 中砂5 层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 4 粉质粘土层：褐灰褐黄色，可塑，含氧化铁、云母、钙质结核，见少量螺壳。 粘土1 层：褐灰褐黄色，可塑硬塑，含氧化铁、云母、钙质结核，少量有机质。 粉土2 层：黄褐褐灰色，饱和，密实，含氧化铁、云母、少量有机质。 细砂4 层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 中砂5 层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 卵石9 层：杂色，饱和，密实，亚圆形，最大粒径 5cm，一般粒径 23cm，主要母 岩成分为岩砂、砾岩，中粗砂充填。 粘土1 层：褐黄色，可塑硬塑，含氧化铁、云母。 车站主要位于粉土和粘土层，底板处于粘土层。 第三节 水文地质条件 一、地下水类型 拟建场地下 38m 深度范围内主要揭露了 3 层地下水，第一层为台地潜水，第二层为层 间水，第三层为潜水承压水。 第一层：台地潜水，初见水位埋深 2.67.9m ，绝对标高 36.7741.47m ；静止水位埋 深 2.67.7m，绝对标高 36.9741.47m 。地下水的主要补给来源是大气降水入渗、地下管 道渗水及居民生活用水，主要排泄方式为侧向迳流及向下越流补给。该层水在场地北侧较 连续分布，在场地南侧仅部分地段有分布。 第二层水：层间水，主要含水层为粉土2、粉砂 3、细砂 4，初见水位埋深 9.2 11.6m，绝对标高 32.6034.86m；静止水位埋深 8.211.2m，绝对标高 32.9034.81m。 地下水主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流的方式排泄。该层水在整个场地范围内 连续分布。 第三层水：潜水承压水，主要含水层为中砂5，初见水位埋深 24.826.5m，绝对 标高 17.6319.30m；静止水位埋深 23.525.2m ，绝对标高 18.7120.60m。该层水具有 微承压性，在整个场地范围内连续分布，由于位于基坑开挖深度以下，对基础施工影响不 大。 二、地下水的腐蚀性评价 本次勘察在 xsqc02、z3-xsq-011、z3-xsq-019 钻孔中共采取地下水试样 6 组， 在室内对其做了腐蚀性测试，根据其测试结果，依据岩土工程勘察规范 （gb 500212001）第 12.2 条及铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 （铁建设【2005】157 号）3.3 条有关条款，判定地下水对基础材料的腐蚀性见下表： 表 1-1 地下水的腐蚀性评价 对建筑材料的腐蚀性孔号 取水 深度 （m ） 取水 日期 砼 钢筋砼中钢筋 （干湿交替） 钢筋砼中钢筋 （长期浸水） 钢结构 xsqc02 6.3 07.5.19 弱腐蚀性 弱腐蚀性 xsqc02 9.1 07.5.19 弱腐蚀性 弱腐蚀性 xsqc02 25.0 07.5.20 弱腐蚀性 弱腐蚀性 经综合分析判定，拟建场地地下水对砼结构不具腐蚀性，在长期浸水情况下对钢筋砼 结构中的钢筋不具腐蚀性，在干湿交替的情况下对钢筋砼结构中的钢筋具弱腐蚀性，对钢 结构具有弱腐蚀性。 本次勘察并在 z3-xsq-003、z3-xsq-009、z3-xsq-020取代表性土试样 4 组， 做了土的腐蚀性测试，结果详见附件“土的浸出液分析报告”，根据岩土工程勘察规范 （gb 500212001）第 12.2 条判定，场地土对砼及钢筋砼结构中的钢筋均不具腐蚀性。 3、历年最高水位: 5 拟建场地历年最高地下水位曾接近自然地面，绝对标高 44.00m 左右，近 35 年最高 地下水位绝对标高为 40.00m 左右。抗浮水位可按历年最高水位绝对标高 42.50m 进行设计。 第四节 抗震设计 1、抗震设防烈度 根据中国地震动参数区划图 （gb163062001）和建筑抗震设计规范 （gb500112001）附录 d 及 铁路工程抗震设计规范 （gb50111-2006）综合考虑，拟 建场区的抗震设防烈度为 8 度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为 0.20g。 2、建筑场地分类 本次勘察在 xsqc02、z3-xsq-003、z3-xsq-009 和 z3-xsq-015钻孔中分别 进行了全孔波速测试，经实测其 25m 深度范围内土层等效剪切波速值分别为 236 m/s、231.86m/s、233.27m/s 和 228.26m/s，根据铁路工程抗震设计规范 （gb501112006）第 4.0.1 条判定，场地土类型为中软土，场地类别为类。 3、液化判别 根据铁路工程抗震设计规范 （gb501112006）附录 b 进行判别，拟建场地地面下 20m 深度范围内的饱和粉土及砂土不液化。 第五节 护坡设计参数 地面超载按 q=30kpa 考虑。 基坑支护后剖面变形按 1 级控制。 车站深度范围内土层主要参数如下表： 表 1-2 土层参数表 重度 粘聚力 内摩擦角 厚度 层号 土类名称 (kn/m3) (kpa) (度) （ m） 素填土 20.1 8.00 18.00 1.8 2 粉土 19.3 8.00 24.00 2.6 2 粉土 20.0 10.00 25.00 3 粉质粘土 19.9 17.00 22.00 2.3 2 粉土 20.2 6.00 26.00 0.7 4 细砂 19.5 0.00 35.00 2.4 粉质粘土 20.5 21.00 22.00 2.5 粉质粘土 19.8 21.00 23.00 9.3 注：基坑周边按强夯后考虑参数取值。 6 第二章 基坑支护结构设计 第一节 施工方法的论证 目前国内地铁车站施工主要方法有明挖法、盖挖法、暗挖法，每种方法都有其适用条 件及优缺点，结合本车站现场选定站位实际情况，对以下三种方法进行多方面比较，具体 优缺点详见下表。 表 2-1 车站常用施工方法比较表 项 目 明挖法 盖挖法 暗挖法 对地面交通影响 大，需中断交通 较大，需短期占部分道路 对交通无影响 对地下管线影响 大，管线改移多 部分管线需要改移 不需改移管线 施工技术 成熟 成熟 成熟 施工难度 小 较小 大 工程质量 好 较好 一般 防水质量 好 较好 一般 地面沉降 小 小 稍大 扰民程度 大 较大 小 施工工期 短 较短 长 土建造价 低 较高 高 西三旗站所处站位，地下管线及道路有导改条件，通过地上、地下情况分析比较，车 站主体及附属皆采用明挖法施工。 第二节 围护结构型式的选择 一、基坑等级及变形控制标准 本车站标准段基坑宽度 22.3 米，基坑深度约 18.3 米，基坑附近无特殊建构筑物需要防 护，根据基坑规模与周边环境条件及北京地铁 8 号线二期工程技术要求，本明挖基坑 变形控制等级为一级，基坑变形控制标准为:地面最大沉降量 0.15%h；围护结构最大水平 位移0.2%h，且 30mm。 二、基坑围护结构方案比选 基坑围护结构形式和地下水的治理措施不仅是地下结构施工的需要，也是保证地面建 筑物和地下管线安全的关键环节，必须综合治理，统筹考虑方可达到预期目的。 明挖法施工中围护结构的主要型式见下表 表 2-2 围护结构方案比较表 7 围护结构 型式 优 点 缺 点 经济性 放坡开挖 1、施工简单，不需要大型设备。 2、施工进度快。风险小。 3、材料用量和工程量小，造价低。 4、土体位移小，采用信息化施工可确 保工程和施工安全。 1、对地层土质条件要求较高。 2、需要场地加大，基坑深度不 能过大。 3、地下水位高时施工难度大。 造价最低 钻孔咬合 桩 1、可根据基坑深度，调整桩径等参数， 2、对地层地质条件、基坑深浅等条件 适应性好； 3、结构刚度好，对地面沉降控制好。 1、成孔需专门设备； 2、施工工艺较复杂。 造价适中 地下连续 墙 1、整体性好，稳定性强；可作为永久 性结构； 2、漏水点少，渗漏易处理； 3、刚度大，地面沉降小。 1、需要专门的成槽设备； 2、需要足够的施工场地； 3、对城市环境污染大。 造价相对 较高 钻孔桩 基坑外降 水 1、适用多种地层，施工进度可控制； 2、可根据基坑深度调整设计参数，满 足强度和刚度要求； 3、基坑外降水，地下水位低时优势明 显； 1、对城市环境有一定影响； 2、施工工艺较复杂。 造价相对 较低 土钉墙 1、设备简单，操作方便，施工所需场 地小，施工干扰少。 2、材料用量和工程量小，造价低。 3、土体位移小，采用信息化施工可确 保工程和施工安全。 1、应具有较好的工程及水文地 质条件。 2、适用于深度小于 15m 的基坑。 造价低 经 比 对 及 施 工 经 验 结 合 此 工 程 环 境 得 知 采 用 钻 孔 灌 注 桩 具 有 以 下 技 术 优 点 ： （1） 施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移，因此对环境和周边建筑物危害 小； （2）大直径钻孔灌注桩直径大、入土深； （3） 对于桩穿透的图层可以在空中作原位测试，以检测土层的性质； （4）扩底钻孔灌注桩能更好地发挥桩端承载力； （5） 经常设计成一柱一桩，无需桩顶承台，简化了基础结构形式； （6）钻孔灌注桩通常布桩间距大，群桩效应小； （7）施工设备简单轻便，能在较低的净空条件下设桩； （8）钻孔灌注桩在施工中，影响成桩质量的因素较多，质量不够稳定，有时候会发生 缩径、桩身局部夹泥等现象，桩侧阻力和桩端阻力的发挥会随着工艺而变化，且又在较大 程度上受施工操作影响； 三、钢支撑和锚索施工比较 （一）施工工艺 支撑和锚索的施工工艺都比较成熟，在深基坑支护中，挖掘机操作需避 让支撑，而锚索不需要。但锚索需要一定的地下空间，这对于市政工程是一的非常的局限 条件，并不在任何地方都可以用锚索支护。待基坑施工至基底开始施工结构时，需要向基 坑内运输工程材料，在调装的过程中，支撑有着很大的限制与不便。支撑安装工人需要经 过专业的培训才可以上岗，危险系数较大。 （二）施工工期 支撑施工时土方将不能同时进行开挖，而锚索在到达设计标高以后， 可以多台同时作业，这期间土方还可以继续施工，不影响工程进度。但浆液龄期需要大概 4 天的时间，土方开挖需要给张拉留出工作面。 （三）体系效果 从监控量测的数值反映和对比，两种支护体系效果均比较理想，桩体 的侧向位移都在 3cm 以内。 8 经过比较并根据已对该工程地质条件、基坑开挖深度及周边环境的特点的分析，选择 基坑支护方案时充分考虑影响边坡稳定性安全的不利因素，同时兼顾经济、高效的原则， 该工程基坑支护方案拟采用钻孔灌注桩加锚杆结合支护。 第三节 基坑支护中荷载的计算 一、荷载与组合 结构自重：钢筋混凝土自重按 25kn/m3 计。 水土侧压力：砂、卵石层水土分算，粘性土层水土合算，施工期间按朗肯公式计算其 主动土压力。 施工荷载：按 计。0=3kpa 二、水平荷载标准值 （一）砂土的水平荷载标准值 对砂土计算点位于地下水位以上时按式下式计算： (2-1)avaaiipkz (2-2)20tn(45)i 式中 第i层的主动土压力系数；a 作用于 深度处的竖向应力标准值(kpa)；viz 计算点深度(m)；iz 第i层土的内摩擦角（ 0） 。 （二） 粉土水平荷载标准值 对于粉土及粘性土 ，水平荷载标准值按下式计算： (2-3)aiaa2iiiprzkc 第i层的主动土压力系数； 计算点深度(m)；i 三轴试验当有可靠经验时可采用直接剪切试验确定的第层土固结不排水不 （快）剪粘聚力标准值(kpa)； 式中 按式(2-2)计算。aik （三） 工程中土层水平荷载标准值 求土层加权的 值按下式计算：(1.82.632.0.745)180.572 63tgtgt得 由式2-2计算得主动土压力系数得： 9 。 022aa 4.5tn45tn.1ook 三轴试验聚力标准值如下表 2-3：ikc 表 2-3 cik 三轴试验聚力标准值 土层 素填 土 2 粉土 2 粉土 粉质粘 土 2 粉土 4 细砂 粉质粘 土 粉质粘土ikc 8 8 10 17 6 0 21 21 加权 c 16103771.8/2.6145 综上按式(2-3) 计算得出水平荷载标准值计算结果下表 2-4： 表 2-4 水平荷载标准值 土层 素填 土 2 粉土 2 粉土 粉质粘 土 2 粉土 4 细砂 粉质粘 土 粉质粘土 （m）jz1.8 4.4 7.4 9.7 10.4 12.8 15.3 18.3aik 0.41kc 14.5 (kpa)aj-3.9 17.3 41.7 60.5 66.2 85.7 106.1 130.5 三 水平抗力标准值 根据建筑基坑支护技术规程 （jgj12099） ，基坑内侧水平抗力标准值 按下列pjke 方法计算。 粉土及粘性土基坑内侧水平抗力标准值宜按下式计算： (2-4)pkpkp=+2jjiiiekc 式中 作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值(kpa)； 第 i 层土的被动土压力系数。pi 第 i 层土的被动土压力系数应按下式计算 (2-5)2okp=tan45+ii 式中 为第 i 层土的内摩擦角（ 0） 。ki 由于降水效果良好，地下水位位于支护结构以下，基本为无水施工，对于砂土、碎石 及粉土、粘性土基坑内侧抗力标准值可统一按下式计算： (2-6)pkpkp=+2jjiiiekc 式中参数意义同式(2-4)。 计算结果见下表 2-9： 10 表 2-9 基坑内侧抗力标准值 土层 (m)jzpik(kpa)kic(kpa)pkj 粉质粘土 6.3 2.28 21 125.2 第四节 护坡桩设计 一、嵌固深度计算 多层锚杆整体等值梁的计算方法是，把基坑下桩的弯矩零点与桩顶之间的桩当作多跨 连续梁，锚杆位置当作连续梁的支点，采用力矩分配法计算支点反力。用整体等值梁法计 算嵌固深度 ，计算过程如下。0h 1、主动土压力系数 。 2aatn450.41ok 2、被动土压力系数 被动土压力系数按下式计算： (2-7) 2ppcos=-in+ik 基坑下土的内磨擦角的加权平均值 。op=3 桩土间的摩擦角 之间，由于是砂土为主，所以取 。123 o2=15.3 所以： 。 2pp pcos=3.5-in+ik 3、土压力为零（近似零弯点）距坑底的距离 土压力为零（近似零弯点）距坑底的距离按下式计算： (2-8)qap+=-eyk 式中 均布附加荷载为产生的水平荷载，均布附加荷载为 30kpa。q 土的天然重度的加权平均值： 3=19.87kn/ma30.412.paea=19.87-50.4.5pa 将参数代入式（3-19）得出土压力零点，如下： 。 qap+.3+.=2.31-yk 11 4、用弯矩分配法计算支点反力 现将基坑支护图画作一连续梁，其荷载为土压力及地面荷载，土压力为零点经计算离 坑底为 2.3m，近似看作为弯距为零处， f 点看作为一地下支点无弯距，如下图 2-1 所示：mq=30knabcdefe=142.8 图 2-1 基坑支护简图 将基坑支护图画成为一连续梁，契合在为土压力及地面荷载，见图 2-2 所示：kn/mbcdefa1 图 2-2 整体等值梁计算简图 a 点超荷压力为 。由 得a0a3.412.3kpaqkaiaa2iiiprzkc ，0.7iz1.7.2b 由上得 b、c 、d、e、f 土压力为 ；b=6.qcde=.kpa;.8k;.8kp;q 。f 5、分段计算固端弯距 （1） 、ab 段弯矩计算 ab 段弯距，简化为悬臂梁。如下图 2-3 所示： 12 a1b 图 2-3 桩 ab 段计算简图 a 端弯距为零： 。a=0m b 端弯距计算公式： ； 3.2645.7knm （2） 、bc 段弯矩计算 梁 bc 段按一端固定一端简支计算，b 支点荷载 =26.3kn，c 支点荷载1q =71.1kn。如下图 2-4 所示：2q2 图 2-4 桩 bc 段计算简图 由公式得 ； 21c7+8l=9.7knm0qmbac=-16.94knm2m （3） 、cd 段弯矩计算 梁 cd 段如图 2-5 所示， dq 图 2-5 桩 cd 段计算简图 两端均为固端，其计算公式为： 2 221cd 107.8-7.-=-14.75knm303.45mql 13 2 221dc 107.8-71.=157.4knm045mql （4） 、def 段弯矩计算 梁 def 段如图 2-6 所示， q3/l=a+b6.fe 图 2-6 桩 df 段计算简图 f 点为弯矩零点， =107.8kn， =142.8-107.8=35kn，1q2 =142.8kn。按一端固定一端简支计算公式：32 221df223qaqa1a898l4l5lb65l4.09.16.73knmm （5） 、弯距分配 计算固端弯距不平衡，需用弯距分配法来平衡支点 c、d 的弯距。 分配系数 c 点： cbcd135.0.384621354cbdcbds 校核： 。cb d 点 14 dcde14.50.6341456cdecdes 通过弯距分配，得出支点的弯矩如下表 2-10。 表 2-10 弯距分配 通过弯矩分配，得出各支点的弯矩为： 。 45.7knm9806.1bcdfm （6） 、求各支点反力 bdfecmcacrabd 图 2-7 支点反力计算简图 如图 2-7（a）ab 段，先求 br 杆件 b c d f 分配系数 0.38 0.62 0.66 0.34 弯矩 +45.7 -45.7 166.94 -144.75 157.14 -639.05 分配力矩 传递力矩 -8.43 -60.43 -13.76 318.06 159.03 -6.88 -98.6 4.54 -49.3 32.54 163.85 2.34 16.76 杆端 +45.7 -45.7 98.08 -98.08 456.1 -456.1 15 1b3.26.45.72.knr 如图 2-7（b）bc 段 1b12.351.635.4798.013.7kn1b42.0.874.k1c 226.35635.4798.0163.k.r 如图 2-7（c）cd 段 1c4. 17.107.8.5.22307.94n4.5 1c63.99kn1d45.7.0781.80456.122329.85k45r 如图 2-7（d）df 段 1d.3.10.84. 3.346.1626.75.9251.804.2.4kn6 1dd75.98rf4.33107.8281042.2.3456.16.96.1.5.5.7kn6 各支点反力为： bcdf4.37kn;271.9;.985;257knr (7)、反力核算 土压力及地面荷载共计为： 1.5.328845.6kpa 支点反力 bcdf1.72.9.8527143.5kparr 土压力及地面荷载的合力与支点反力的合力之间的差值在允许范围内，满足要求。 （8)、插入深度计算 16 插入深度按下式计算： (2-9)fpa662574.9m19.83.0.1rxk x+yh o7.29m。 对于均质粘性土及地下水位以上的粉土或砂类土有效嵌固深度 可按下式确定：dh (2-10)d01. 代入参数计算得： .7298mh 满足规范建筑基坑支护技术规程 （jgj12099）要求。 二、钢筋混凝土桩设计 桩 身 最 大 弯 矩 计 算 kn/bcdefa1 图 2-8 力学计算简图 剪力为零处弯矩最大，故先求剪力为零点： 桩所受土体均布荷载斜率 142.86753k （1)、剪力零点在 bc 段 设剪力零点距 a 点 h： 228.1460:.375.96mfkhy代 入解 得 此处弯矩 18.464.37.21.knm2xm （2)、剪力零点在 cd 段 设剪力零点距 a 点 h： 17 228.1460:.371.92.1mfkhy代 入解 得 此处弯矩 8.1460.3.0.346.7922797knxm （3)、剪力零点在 de 段 设剪力零点距 a 点 h： 228.1460:.371.9256.8.51mfkhy代 入解 得 此处弯矩 8.1467746.31.7229.5.989knmxm 所 以 取 下面进行钢筋混凝土桩的设计。max5.kn 截面弯矩设计值为 （ 2-11）max0j2.1m 式中 为基坑侧壁安全等级重要性系数，查表取 1.0。0 代入数据，有 j.546.7.1kn 依据地下建筑结构设计p155 周边均匀配置纵向钢筋挡土灌注桩一般按钢筋混凝土正截面受弯构件计算配筋。对于 沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土受弯构件，当截面内纵向钢筋数量不少于 6 根时，截面抗弯承载力可按下式计算： 3sini2sintcymfrfar 为简化计算取 （ 2-12） 210.7510.750.65ysysyscccfaff （ 2-13）2t 18 式中 单桩抗弯承载力 ； m(knm) 混凝土轴心抗压强度设计值 ；cf 2/ 土灌注桩横截面积 ；a2 圆形截面半径 ；r() 钢筋抗拉强度设计值 ；yf 2/) 全部纵向钢筋的截面积 ；s (m 纵向钢筋所在圆周的半径 ；r ) 对应于受压区混凝土截面面积的圆心角与 的比值；2 纵向受拉钢筋截面积与全部纵向钢筋截面积的比值；挡t 根据钻孔机械，桩身直径为 ，d80 采用 c30 混凝土，hrb335 级钢筋，则 混凝土轴心抗压强度 2cmn3.14f 钢筋抗拉强度设计值 ,y0f 2t.f 代入公式得 ， ；0.34.58t 再将 值代入式（2-21）求出单桩抗弯承载力 ：mmax=6271.3.4 kmn 故配筋成功。 最 终配筋参数见表 2-11： 表 2-11 围护桩身配筋参数表 桩主筋 加强筋 箍 筋 桩身材c30 砼 冠 梁 截 面 主 筋 箍 筋冠 梁 参 数 ()m262 围护桩身配筋断面见图（2-9）所示。 19 图 2-9 围 护 桩 身 配 筋 断 面 图 注：桩主筋，箍筋，加强筋 根据基坑开挖尺寸，护坡桩应该为： 根。取为 347 根。考虑32.71.7.4.82.346.16n 四周边角以及中段拐角处加密，增加 14 根。故总共护坡桩为 361 根。支护桩平面布置见附 图一。 三、施工方案设计 本工程基坑开挖深度为 18.3m，整体采用护坡桩加三道锚杆护坡。护坡桩桩长 26.3m， 其中嵌固段 8m，桩间距 1600mm，桩径 800mm，成孔后下入钢筋笼，桩身钢筋深入连梁 400mm，桩身强度 c30。 冠梁作法为：桩顶之上做冠梁，冠梁尺寸 800mm800mm，强度 c25，配筋两侧各配 525hrb335 级热轧螺纹钢筋，中间上下各加配 322hrb335 级热轧螺纹钢筋，箍筋 12200。桩、冠梁的结构配筋图见附图三。 第五节 锚杆设计 根据经验，初步选择水泥砂浆锚杆。根据锚杆所承受的水平力，以及锚杆的倾斜角即 可确定锚杆所受轴向力。而由锚杆的所承受的轴向力即可确定锚杆所采用的钢材。 一、计算锚杆承载力 由第二章第三节的计算，以及假设，确定了护结构锚拉点的层数及置，以及每个锚拉 点的设计锚拉力 。对于锚杆支护结构而言，这种设计支支撑力 ，当选定锚杆的安装角dt dt （锚杆轴向与水平面的夹角，一般为俯角）后，即可以确定锚杆的轴向设计拉力值 ， un 锚杆承载力应该符合下式要求： (2-15)ducosn （2-16)2k1sk1s+-ijqldlcd 式中 锚杆水平拉力值，按下式计算： dt 0c.5jjt 基坑安全等级系数，取 1：0 20 支点结构第 j 层支点设计值（kpa） ；由护坡桩部分可知：cjt ; ;1b46.37kparc2c71.92kpatrc3d756.98kpatr 锚杆轴向受拉承载力设计值（kn ） ；un 锚杆与水平面的倾斜角；取 150； 扩孔锚固体直径(mm)；1d 非扩孔锚杆或扩孔锚杆的直径段锚固体直径(mm)； 第 i 层土中直孔部分的锚固段长 (m)；il 第 i 层土中扩孔部分锚固段长度 (m)；j 、 土体与锚固段的极限摩阻力标准值，取：63(kpa)skiqj 扩孔部分土体粘聚力标准值（kpa） ；c 锚杆轴向受拉抗力分项系数。取：1.3。s 参数带入(3-25)、(3-26) 计算得： 。d10c1.25.46.37182.9kpat 。 。3c35 以上述计算为依据进行锚杆截面设计。 锚杆截面按下式计算： (2-17)dpycostaf 将计算求得的参数代入式（2-20）求出截面积。 2dp1y182.96.0cmcs7f2dp2y3o1869taf3p7.5.4ccs0 对于长度大、要求高承载力的锚杆，宜选用钢绞线作拉杆。选用 ，截面积15.07 为a 1.76cm 2。 第一道锚杆： ，用 1束。p1.2.5876an.075 第二道锚杆： ，用 2束。29. 第二道锚杆： ，用 4束。p43.01.76na15.7 二、锚杆自由长度计算 锚杆自由长度按下式计算： （ 锚头中点至反弯点的距离） (2-18) 0tfsin45/2kltl 21 式中 t14.3216.ml 28 t3l 土层各土体厚度加权内摩擦角标准值 ；k 0k24.5 锚杆倾角 。015 带入参数计算得： ； ； 取5m。f9.43lf26.lf3.7ml 三、锚杆锚固段长度计算 锚杆锚固段长度按下式确定： (2-19)uasknldq 式中 锚体直径 ；20m 土与锚固体的粘结值，查表 ；s s85kpaq 安全系数，查表取 ；1.3k 。100ud/cos5896/co9.4nt 。2.sn 。300ud/42/57.6k 将参数带入式（2-19）计算得： ；a1.38m2l ； 。a21.5.986m0la3.9.05 四、锚杆参数最终确定 根据下述规定及计算结果确定最终参数。 1、锚杆自由段长度不宜小于5m 。 2、土层锚固段长度不宜小于4m 。 3、锚杆水平间距不宜小于1.5m 。 4、锚杆倾角宜为15 0250，且不宜大于45 0 锚杆参数见下表2-12： 表2-12 锚杆设计参数 锚杆水平间 距（m） 纵向每延米 水平方向计 算锚固力 （kn） 锚杆与水平 线的夹角 （ o） 锚杆钢筋面 积（cm 2） 锚杆自由段 长（ m） 锚杆锚固段长 （m） 1.6 114.4 15 1.5 9.4 4.6 1.6 212.4 15 1.5 6.3 8.6 1.6 591.4 15 1.5 5 23.8 锚杆钢筋安 全系数 锚杆抗拉强 度（mpa） 锚杆钻孔直 径（m） 锚固长度安 全系数 锚撑道数 锚杆选用 22 1.4 1860 0.2 1.3 1 1束 5.07 1.4 1860 0.2 1.3 1 2束 1.4 1860 0.2 1.3 1 4束 . 锚杆施工方案： 锚杆位置位于-4m、-9.5m、-14m，锚杆孔径 150mm，锚杆水平间距 1600mm，下倾 角 15 度。锚固力分别为 114.4kn/根、212.4kn/ 根、591.4kn/根（详见设计图） ，锚杆成孔 后分别下入 1d15（7 5） 、2d15（7 5） 、4d15（7 5）低松弛型钢绞线，强度 1860n/mm2，每 2m 设一对中支架，常压灌注 p.o32.5mpa 普通硅酸盐纯水泥浆，水灰比 0.50，初凝后 4-8 小时补浆 1-2 次，强度 20mpa，注浆 7 天后张拉锁定，锁定力为设计值的 60，在钢绞线加工过程中，放入一根塑料注浆管，距孔底 300500mm，锚杆注浆过程 中，沿着该管注浆和补浆，不能取出，锚杆锁在两根 25b 工字钢上，锚杆外加一块 200mm300mm20mm 钢垫板。 在桩间挂 20-22#铁丝网片，根据需要在网片中部加一根 6.5 加强筋，间距 1m，网片 与桩间土之间采用 u 型钢筋连接，在桩体上采用射钉或膨胀螺栓连接，喷射细石砼，面墙 厚度约 80mm。 桩锚支护布置图见附图三。 23 第三章 钻孔灌注桩施工 钻 孔 灌 注 桩 的 施 工 ， 因 其 所 选 护 壁 形 成 的 不 同 ， 有 泥 浆 护 壁 方 式 法 和 全 套 管 施 工 法 两 种 ， 本 基 坑 选 用 泥 浆 护 壁 的 方 法 。 一 、 泥浆护壁施工法 冲 击 钻 孔 ， 冲 抓 钻 孔 和 回 转 钻 削 成 孔 等 均 可 采 用 泥 浆 护 壁 施 工 法 。 该 施 工 法 的 过 程 是 ： 平 整 场 地 泥 浆 制 备 埋 设 护 筒 铺 设 工 作 平 台 安 装 钻 机 并 定 位 钻 进 成 孔 清 孔 并 检 查 成 孔 质 量 下 放 钢 筋 笼 灌 注 水 下 混 凝 土 拔 出 护 筒 检 查 质 量 。 施 工 顺 序 ： (1)施 工 准 备 施 工 准 备 包 括 ： 选 择 钻 机 、 钻 具 、 场 地 布 置 等 。 钻 机 是 钻 孔 灌 注 桩 施 工 的 主 要 设 备 ， 可 根 据 地 质 情 况 和 各 种 钻 孔 机 的 应 用 条 件 来 选 择 。 (2)钻 孔 机 的 安 装 与 定 位 安 装 钻 孔 机 的 基 础 如 果 不 稳 定 ， 施 工 中 易 产 生 钻 孔 机 倾 斜 、 桩 倾 斜 和 桩 偏 心 等 不 良 影 响 ， 因 此 要 求 安 装 地 基 稳 固 。 对 地 层 较 软 和 有 坡 度 的 地 基 ， 可 用 推 土 机 推 平 ， 在 垫 上 钢 板 或 枕 木 加 固 。 为 防 止 桩 位 不 准 ， 施 工 中 很 重 要 的 是 定 好 中 心 位 置 和 正 确 的 安 装 钻 孔 机 ， 对 有 钻 塔 的 钻 孔 机 ， 先 利 用 钻 机 的 动 力 与 附 近 的 地 笼 配 合 ， 将 钻 杆 移 动 大 致 定 位 ， 再 用 千 斤 顶 将 机 架 顶 起 ， 准 确 定 位 ， 使 起 重 滑 轮 、 钻 头 或 固 定 钻 杆 的 卡 孔 与 护 筒 中 心 在 一 垂 线 上 ， 以 保 证 钻 机 的 垂 直 度 。 钻 机 位 置 的 偏 差 不 大 于 2cm。 对 准 桩 位 后 ， 用 枕 木 垫 平 钻 机 横 梁 ， 并 在 塔 顶 对 称 于 钻 机 轴 线 上 拉 上 缆 风 绳 。 (3)埋 设 护 筒 钻 孔 成 败 的 关 键 是 防 止 孔 壁 坍 塌 。 当 钻 孔 较 深 时 ， 在 地 下 水 位 以 下 的 孔 壁 土 在 静 水 压 力 下 会 向 孔 内 坍 塌 、 甚 至 发 生 流 砂 现 象 。 钻 孔 内 若 能 保 持 壁 地 下 水 位 高 的 水 头 ， 增 加 孔 内 静 水 压 力 ， 能 为 孔 壁 、 防 止 坍 孔 。 护 筒 除 起 到 这 个 作 用 外 ， 同 时 好 有 隔 离 地 表 水 、 保 护 孔 口 地 面 、 固 定 桩 孔 位 置 和 钻 头 导 向 作 用 等 。 制 作 护 筒 的 材 料 有 木 、 钢 、 钢 筋 混 凝 土 三 种 。 护 筒 要 求 坚 固 耐 用 ， 不 漏 水 ， 其 内 径 应 比 钻 孔 直 径 大 （ 旋 转 钻 约 大 20cm， 潜 水 钻 、 冲 击 或 冲 抓 锥 约 大 40cm） ， 每 节 长 度 约 23m。 一 般 常 用 钢 护 筒 。 (4)泥 浆 制 备 钻 孔 泥 浆 由 水 、 粘 土 (膨 润 土 )和 添 加 剂 组 成 。 具 有 浮 悬 钻 渣 、 冷 却 钻 头 、 润 滑 钻 具 ， 增 大 静 水 压 力 ， 并 在 孔 壁 形 成 泥 皮 ， 隔 断 孔 内 外 渗 流 ， 防 止 坍 孔 的 作 用 。 调 制 的 钻 孔 泥 浆 及 经 过 循 环 净 化 的 泥 浆 ， 应 根 据 钻 孔 方 法 和 地 层 情 况 来 确 定 泥 浆 稠 度 ， 泥 浆 稠 度 应 视 地 层 变 化 或 操 作 要 求 机 动 掌 握 ， 泥 浆 太 稀 ， 排 渣 能 力 小 、 护 壁 效 果 差 ； 泥 浆 太 稠 会 削 弱 钻 头 冲 击 功 能 ， 降 低 钻 进 速 度 。 (5)钻 孔 钻 孔 是 一 道 关 键 工 序 ， 在 施 工 中 必 须 严 格 按 照 操 作 要 求 进 行 ， 才 能 保 证 成 孔 质 量 ， 首 先 要 注 意 开 孔 质 量 ， 为 此 必 须 对 好 中 线 及 垂 直 度 ， 并 压 好 护 筒 。 在 施 工 中 要 注 意 不 断 添 加 泥 浆 和 抽 渣 (冲 击 式 用 )， 还 要 随 时 检 查 成 孔 是 否 有 偏 斜 现 象 。 采 用 冲 击 式 或 冲 抓 式 钻 机 施 工 时 ， 附 近 土 层 因 受 到 震 动 而 影 响 邻 孔 的 稳 固 。 所 以 钻 好 的 孔 应 及 时 清 孔 ， 下 放 钢 筋 笼 和 灌 注 水 下 混 凝 土 。