烟台世茂基坑工程设计与施工 毕业设计计算书.docx

第1章 概况1.1 工程概况烟台某工程项目位于烟台市办公楼北侧、凯旋城项目的西侧、南北侧为马路。某工程项目是集办公、商业、公寓、酒店及其配套设施等多功能于一体的大型综合建筑。西侧十米为公路，东南方向二十米处为建筑物，北侧十米为公路，西北方向八米为建筑物，南方十米为公路。总平面图如图1.1图1.1 总平面图本工程由以下建筑组成：t1综合塔楼，其功能为办公及酒店，地面以上61层，高度277.9m； r1商务公寓，其功能为商业及公寓，地面以上为54层，高度180m；r2商务公寓，其功能为商业及公寓，地面以上为56层，高度186m；r3商务公寓，其功能为商业及公寓，地面以上为59层，高度195m；q1裙楼，其功能为商业，地面以上为4层，高度24m；q2裙楼，其功能为商业、宴会厅、游泳池，地面以上为6层，高度34m；q3裙楼，其功能为商业，地面以上为4层，高度24m；q4裙楼，其功能为商业，地面以上为4层，高度24m。本工程相对标高0.000米相当于绝对标高7.800米。建筑场地南高北低，自然地面高程介于6.0269.121m。地基基础设计为钻（冲）孔灌注桩，桩端持力层为微风化岩，场地类别为类，场地饱和砂土不液化，整个场地内无液化土层。1.2 工程地质概况1.2.1 场地地层填土:杂色，松散-稍密状态，稍湿。该层成分较为杂乱，主要为粘性土，夹碎砖、碎石、块石、碎砼块、粗砾砂及生活垃圾，成分含量不均一，碎块最大粒径dmax10cm，含植物根系及大量人工活动遗迹。场区西侧、r2商务公寓附近有旧建筑基础及较大块石，在钻探施工中屡有漏浆现象。该层层厚0.80-6.80 m，平均厚度为3.05m，层底标高介于0.80-7.11m，平均标高为4.73m，埋深介于0.80-6.80m， 平均埋深为3.05m。粗砾砂:黄褐色，松散状态，湿-饱和。主要矿物成分为长石、石英，粗砾砂含量约为50%，另混有卵石、圆砾及粘性土，分选性较差，粒径介于0.5-4mm。该层仅在场区西侧沿马路附近部分钻孔有揭露，为原河流冲洪积而成。该层层厚0.30-4.50m，平均厚度为2.37m，层底标高介于-0.07-4.74m，平均标高为2.70m，埋深介于3.30-6.50m，平均埋深为5.08m。粉质粘土:浅褐黄色，可塑状态。该层粉粒含量较高，另含云母，切面稍光滑，韧性中等偏低，干强度中等偏低，该层土质均匀性一般，局部夹粉细砂薄层，局部相变为粉土。该层层厚0.50-4.50m，平均厚度为2.02m，层底标高介于-0.97-5.65m，平均标高为2.53m，埋深介于2.50-8.10m，平均埋深为5.19m。现场取原状土样36件进行室内试验，主要物理力学指标（平均值）统计如下：含水量w=23.6%、比重gs=2.71、重度=19.3kn/m3、干重度=15.6kn/m3、孔隙比e=0.703、液性指数il= 0.42、压缩系数a1-2=0.36mpa-1、压缩模量es1-2=5.03 mpa、压缩系数a2-3=0.24mpa-1、压缩模量es2-3=7.93mpa、压缩系数a3-4=0.12mpa-1、压缩模量es3-4=17.1mpa、回弹指数cs=0.019。粉质粘土:浅黄褐-暗褐色，可塑状态。该层土切面光滑，韧性中等，干强度中等，土质均匀性较好，含少量锰质结核物及中粗砂颗粒。该层层厚0.50-6.00m，平均厚度为2.54m，层底标高介于-3.57-4.35m，平均标高为0.20m，埋深介于3.80-10.50 m，平均埋深为7.59m。现场对该层采取原状土样74件进行室内试验，主要物理力学指标（平均值）统计如下：含水量w=24.3%、比重gs=2.72、重度=19.6 kn/m3、干重度=15.8kn/m3、孔隙比e=0.690、液性指数il= 0.36、压缩系数a1-2=0.37mpa-1、压缩模量es1-2=4.90mpa、压缩系数a2-3=0.26mpa-1、压缩模量es2-3=6.97mpa、压缩系数a3-4=0.19mpa-1、压缩模量es3-4=9.7mpa、回弹指数cs=0.019。粉质粘土:褐黄色，可塑-硬塑状态。切面光滑，韧性、干强度较高，夹铁、锰质结核物和粗砾砂颗粒，偶见卵石，局部间粗砾砂薄层。该层层厚0.80-9.90 m，平均厚度为5.20m，层底标高介于-8.44- -0.71m，平均标高为-5.35m，埋深介于9.10-16.40m，平均埋深为13.13 m。现场对该层采取原状土样165件进行室内试验，主要物理力学指标（平均值）统计如下：含水量w=22.4%、比重gs=2.72、重度=19.7kn/m3、干重度=16.1kn/m3、孔隙比e=0.656、液性指数il= 0.23、压缩系数a1-2=0.29mpa-1、压缩模量es1-2=6.09mpa、压缩系数a2-3=0.61mpa-1、压缩模量es2-3=8.30mpa、压缩系数a3-4=0.29mpa-1、压缩模量es3-4=11.1mpa、先期固结压力pc=155.7kpa、压缩指数cc=0.158、回弹指数cs=0.017。角砾：黄褐色，稍密-中密状态，饱和。矿物成分以长石、石英为主，级配较好，一般粒径为2-5mm，棱角状-次棱角状，充填物以粘性土为主，含量约20-30%。该层成分不一，局部含较多量砾砂、卵石及风化岩块，碎石最大粒径dmax大于12cm。该层局部粉质粘土含量高，局部相变为粉质粘土薄层。该层层厚0.40-7.10m，平均厚度为2.74m，层底标高介于-14.47- -1.91m，平均标高为-8.14m，埋深介于10.30-20.50m，平均埋深为15.92m。粉质粘土：浅褐黄色，可塑-硬塑。该层局部含有较多量云母、粉粒，局部相变为粉土，切面稍光滑，韧性中等，干强度中等，该层土质均匀性较差，局部夹中粗砂薄层。该层层厚0.80-7.80m，平均厚度为4.12m，层底标高介于-17.50- -6.27m，平均标高为-12.35m，埋深介于14.00-23.30m，平均埋深为20.13m。现场对该层采取原状土样95件进行室内试验，主要物理力学指标（平均值）统计见下：含水量w=23.4%、比重gs=2.72、重度=19.7 kn/m3、干重度d=16.0kn/m3、孔隙比e=0.665、液性指数il= 0.27、压缩系数a1-2=0.29mpa-1、压缩模量es1-2=6.32mpa、压缩系数a2-3=0.20mpa-1、压缩模量es2-3=9.06mpa、压缩系数a3-4=0.17mpa-1、压缩模量es3-4=10.8mpa、先期固结压力pc=162.1kpa、压缩指数cc=0.170、回弹指数cs=0.018、固结系数cv=2.810-3cm2/s。角砾：黄褐色，稍密-中密状态，饱和。矿物成分以长石、石英为主，级配较好，一般粒径介于5-10mm，充填物以粘性土为主，含量约15-25%不等，局部间较多粗砾砂、碎石，碎石成分以石英岩及花岗岩风化物为主，局部夹粘性土薄层。该层层厚0.50-12.00m，平均厚度为4.15m，层底标高介于-21.35- -12.04m，平均标高为-16.56m，埋深介于20.00-28.00m，平均埋深为24.42m。粉质粘土：浅黄-褐黄色，可塑。切面光滑，韧性、干强度一般，含中粗砂、角砾，含量不均，局部见细砂薄层。该层层厚0.50-6.00m，平均厚度为1.92 m，层底标高介于-21.57 -14.56m，平均标高为-18.02m，埋深介于23.20-29.50m，平均埋深为25.82m。现场对该层采取原状土样28件进行室内试验，主要物理力学指标（平均值）统计见下：含水量w=22.4%、比重gs=2.72、重度=19.9 kn/m3、干重度d=16.3kn/m3、孔隙比e=0.639、液性指数il= 0.31、压缩系数a1-2=0.29mpa-1、压缩模量es1-2=5.90mpa、压缩系数a2-3=0.17mpa-1、压缩模量es2-3=9.88mpa、压缩系数a3-4=0.15mpa-1、压缩模量es3-4=11.5mpa、先期固结压力pc=209.0kpa、压缩指数cc=0.174、回弹指数cs=0.019、固结系数cv=1.01410-3cm2/s。碎石：灰白-褐黄色，中密，饱和。碎石成份较为杂乱，主要为石英岩、花岗岩及变粒岩风化碎块，另见少量云母岩风化碎块，磨圆度中等，最大粒径dmax40cm,一般粒径介于3-8cm，骨架含量约为55-70%，分选性较差，充填物为粘性土及粗砾砂，局部含较多量的角砾，见粘性土和粗砂薄层。该层钻进困难，钻具跳动剧烈，响声较大，别钻，有时卡钻。该层层厚2.00-10.90m，平均厚度为5.59m，层底标高介于-28.71- -19.84m，平均标高为-23.80m，埋深介于28.00-35.50m，平均埋深为31.58m。场区基岩在商务公寓r1、r2及综合塔楼区多以云母片岩及变粒岩为主，仅在商务公寓r3南半部见绢云母片岩及长石石英岩，在商务公寓r1的部分钻孔中揭露黑色的角闪片岩。整个场区风化带的大体概况是：r1商务公寓：全风化、强风化、中风化云母片岩层较厚，微风化岩层主要为云母片岩、角闪片岩； r2商务公寓、综合塔楼全风化云母片岩较厚，强风化、中风化云母片岩较薄，微风化岩层以变粒岩为主； r3商务公寓：强风化云母片岩部分绢英岩化，强风化岩层底屡有全风化云母片岩出现，中风化以绢云母片岩为主，微风化主要为变粒岩。根据风化程度的强弱，依次将场区下伏基岩分为全风化带、强风化带、中风化带、微风化带:全风化带：该层为全风化云母片岩，呈灰绿色暗褐色，鳞片变晶结构，片状构造，大部分片状、粒状矿物已风化呈土状，手捏有松软感，易碎，出现凹坑。主要矿物成分为云母、长石、石英，岩体结构、构造基本破坏，岩芯呈粉末状。可干钻，钻进时较平稳，加压过大易憋泵。岩石坚硬程度等级为极软岩，极破碎，岩体基本质量等级为级。强风化带：(12)-1强风化片岩：以强风化云母片岩为主，另有少量的强风化绢云母片岩。强风化云母片岩：灰绿色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物成分为云母，长石及石英。风化呈碎块状，偶见短柱状，岩芯较破碎，锤击声哑，风化裂隙发育，部分岩层中有石英岩脉及花岗岩脉，分布无规律。岩石坚硬程度等级为极软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为级。强风化绢云母片岩: 强风化状态，肉红色，鳞片变晶结构，碎裂结构,块状构造,主要矿物成分为石英、绢云母、白云母、碳酸盐。石英他形粒状分布，弱定向排列，裂纹发育；绢云母鳞片状或羽毛状分布；白云母片状分布；碳酸盐细脉状充填于裂隙中。岩体节理裂隙发育，岩芯呈碎块短柱状，岩芯采取率介于4060%，rqd值介于2040，岩石坚硬程度等级为较软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为级。干钻困难，泥浆回转钻进较易。中风化带：中风化片岩：以中风化云母片岩为主，另有少量的中风化绢云母片岩。中风化云母片岩：灰绿色-灰黑色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物成分为云母，稍多长石及石英。风化呈柱状短柱状，岩芯较完整，锤击声脆，风化裂隙发育，裂隙壁风化剧烈，沿裂隙铁锰矿物氧化锈蚀，岩层中有岩脉侵入，分布无规律。岩石坚硬程度等级为较软岩，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为级。中风化绢云母片岩: 中风化状态，肉红色，鳞片变晶结构，碎裂结构,块状构造,主要矿物成分为石英、绢云母、白云母、碳酸盐。石英他形粒状分布，弱定向排列，裂纹发育；绢云母鳞片状或羽毛状分布；白云母片状分布；碳酸盐细脉状充填于裂隙中。岩体节理裂隙发育，岩芯呈长柱短柱状，岩芯采取率介于6080%，rqd值介于5070，岩石坚硬程度等级为较软岩，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为级。回转钻进较难，进尺变慢。中风化长石石英岩：中风化状态，浅黄色，粒状变晶结构，块状构造，主要矿物成分石英、斜长石、钾长石、绢云母、铁质物等。石英他形粒状分布，具裂纹；斜长石粒状镶嵌分布，聚片双晶发育，弱绢云母化；钾长石他形粒状分布，具格子双晶；绢云母鳞片状，交代斜长石。岩体节理裂隙发育，岩芯呈长柱短柱状，岩芯采取率介于6080%，rqd值介于5070，岩石坚硬程度等级为较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为级。该层仅在r3商务公寓南部及其南侧钻孔有揭露，钻探施工过程中，该层钻进尤为困难，进尺非常缓慢。微风化带：该层未被揭穿。微风化片岩：以微风化变粒岩为主，另有少量的微风化云母片岩及微风化角闪片岩。微风化云母片岩：灰色，鳞片变晶结构，片状构造，岩芯呈长柱状，较为完整，锤击声清脆，风化裂隙发育，裂隙壁风化有锈蚀现象，岩石坚硬程度等级为较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为级。该层未被完全揭穿。微风化角闪片岩：微风化状态，灰黑色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物成分为普通角闪石、石英、斜长石，普通角闪石呈长柱状，沿长轴方向定向排列，构成片理；石英他形粒状分布，沿长轴方向定向排列，方向与片理一致；斜长石粒状分布，聚片双晶发育，定向排列。岩芯呈长柱状，较为完整，岩芯采取率介于70100%，rqd值介于7090，锤击声清脆，风化裂隙不发育，裂隙壁风化有锈蚀现象，岩石坚硬程度等级为较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为级。回转钻进困难，进尺变慢。现场对该层采取岩样6件并进行饱和单轴抗压试验，测得其值介于33.4-42.5mpa,标准值为32.62mpa；软化系数介于0.77-0.86，软化系数标准值为0.77。微风化变粒岩：微风化状态，灰绿色，鳞片粒状变晶结构,块状构造,主要矿物成分为斜长石、石英、黑云母、碳酸盐。斜长石粒状镶嵌分布，聚片双晶发育；石英他形粒状分布；黑云母片状分布；绢云母鳞片状，交代斜长石。岩体节理裂隙不发育，岩芯呈长柱，岩芯采取率介于80100%，rqd值介于7090，岩石坚硬程度等级为较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为级。现场对该层采取岩样44件并进行饱和单轴抗压试验，测得其标准值为60.67mpa；软化系数介于0.67-0.93，软化系数标准值为0.83。1.3 场区水文地质条件概况1.3.1 场地主要含水层场区内孔隙微承压水主要附存于(5)砾砂、(6)角砾、(7)角砾、(8)角砾、(10)碎石、(10)粗砂；基岩裂隙水附存在(11)全风化带、(12)强风化带中。1.3.2 地下水水位场区初见水位埋深介于6.08.0m，稳定水位埋深介于3.006.05m。根据钻探期间进行水位量测确定，角砾、碎石层的承压水头分别为3.1米、3.8米。1.3.3 地下水补给排泄条件勘察施工期间对地下水位进行观测，发现地下水位日变化幅度小于5cm,说明地下水位稳定，与海水水力联系微弱。地下水动态变化主要受季节影响，年最大变幅约为2.0米。从场地的位置及地形地貌特征，拟建场区地下水主要补给方向是南向、西向，补给来源主要为大气降水和地下水侧向径流及垂直越流补给；主要排泄方向是北向、东向，主要排泄方式是地下迳流、越流。1.4 设计依据及设计原理1.4.1 设计依据1. 建筑基坑支护技术规程（jgj120-99）2. 建筑变形测量规程(jgj/t8-97)3. 建筑与市政降水工程技术规范（jgj/t111-98）4. 工程岩土地质勘测报告5. 工程总平面图1.4.2 设计原理支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。基坑支护结构极限状态可分为下列两类：(1) 承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过于变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；(2) 正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。基坑支护结构设计应根据建筑基坑支护技术规程基本规定要求，选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。 表1.1 基坑侧壁安全等级及重要性系数安全等级破坏后果一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工影响很严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工影响一般1.00三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工影响不严重0.90注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定支护结构设计应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周边环境的水平与竖向变形的影响，对于安全系数等级为一级和周边环境变形有限要求的二级建筑基坑侧壁，应根据周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值。当场地内有地下水时，应根据场地及周边环境的工程地质条件、水文地质条件、周边环境情况和支护结构与基础形式等因素，确定地下水的控制方法。当场地周围有地表水汇流、排泻或地下水管渗漏时，应对基坑采取保护措施。根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基坑支护应按下列规定进行计算： (1) 基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，计算包括： 1) 根据基坑支护结构形式及其受力特点进行土体稳定计算;2) 基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；3) 当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力计算稳定性验算。(2) 对于安全等级为一级及支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。基坑支护结构设计内容应包括对支护结构计算和验算、质量检测及施工监控的要求。当有条件时，基坑应采用局部或全部放坡开挖，放坡坡度应满足其为稳定性的要求。第2章 基坑支护方案的设计该基坑深度大，开挖面积大，施工周期长，西侧十米为公路，东南方向二十米处为建筑物，北侧十米为公路，西北方向八米为建筑物，南方十米为公路。选取基坑西边62号井勘察资料进行计算。2.1 支护方案的选择 支护设计必须着重解决基坑深层滑动问题，并严格控制基坑侧壁变形，避免对周边环境造成不利影响。基坑深度为10米，地下水较高且丰富，须采取有效的降水及止水措施，确保基坑顺利下挖。综合考虑以上因素，可供采用的支护方式详见表2.1所示。从表2.1中可以看出，smw工法+扩孔锚杆方案施工空间大，施工速度快，在技术上及经济性方面均有很大优势。表2.1 支护方案对比方案主要措施优缺点优点缺点排桩+内支撑排桩采用灌注桩或h型钢；桩间设置止水帷幕；内支撑为23道钢筋砼或型钢安全可靠内支撑跨度太大，且影响施工；为排桩提供有效抗侧刚度的代价高；工期较长排桩外拉锚排桩同上；外拉锚为普通锚杆，45 道施工空间大排桩同上；锚杆道数偏多，影响施工进度，锚杆较长容易超越红线；水位以下难以成锚（半）逆作法结合地下室梁板结构，自地面往下施工安全可靠施工工序复杂，工艺多，工作面小smw工法扩孔锚杆支护桩为smw 工法桩；锚杆为旋喷式大直径锚孔，12 道兼作止水帷幕，施工方便，工期短烟台地区缺少工程应用因而支护方案选取smw工法+扩孔锚杆方案，型钢为hn700300，排布方式选取插一隔一；水泥搅拌桩为850600，扩孔锚杆杆体采用25高强精扎螺纹钢。smw工法施工简图如图2.1所示：图2.1 施工简图2.2 土压力计算手算选取图1.1中d-d断面的57号井探资料进行计算。基坑开挖深度为10m，基坑内侧降水最终深度为10.5m，基坑外侧水位深度为5m，地上超载值为q=20kn/m，等效素填土1m。地质情况及各层的物理指标如表2.2所示表2.2 地质情况及各层的物理指标层号土类名称层厚(m)重度(kn/m3)浮重度(kn/m3)粘聚力(kpa)内摩擦角(度)1素填土2.6019.4-10.005.002粘性土1.7020.0-17.6013.003粘性土2.5019.39.330.0013.604粘性土6.0019.69.640.0010.005角砾2.2020.010.00.0036.006粘性土4.8019.89.832.606.907角砾4.5020.010.00.0036.002.2.1 主动土压力计算主动土压力公式： ，(1) 第一层土的主动土压力计算，土的物理参数：=19.4kn/m, c=10.0，=5.0，h=2.60+1.0=3.60m. (2) 第二层土的主动土压力计算，土的物理参数:=20.0kn/m,c=17.6, =13.0,h=1.7m. (3) 第三层土的主动土压力计算，土的物理参数：=19.3 kn/m，c=30.0, =13.6，h=2.5m. (4) 第四层土的主动土压力计算，土的物理参数：=19.6 kn/m，c=40.0，=10.0，h=6.0m. (5) 第五层土的主动土压力计算，土的物理参数：=20.0 kn/m，=10.0 kn/m,c=0.0，=36.0，h=2.2m.(6) 第六层土的主动土压力计算，土的物理参数：=19.8 kn/m，c=32.6，=6.9,h=4.8m.2.2.2 被动土压力计算被动土压力计算公式：，(1) 第一层土的被动土压力计算，土的物理参数：=19.6 kn/m，c=40.0，=10.0,h=2.8m.(2) 第二层土的被动土压力计算,土的物理参数: =20.0kn/m, =10.0kn/m,c=0.0，=36.0，h=2.2m.(3) 第三层土的被动土压力计算，土的物理参数：=19.8 kn/m，c=32.6，=6.9,h=4.8m.绘制土压力图如图2.2所示：图2.2 土压力图形2.3 嵌固深度的计算本工程采用多层支点排桩，其嵌固深度计算值宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定，计算简图如图2.3，计算公式如下： (2.1)式中 :危险滑动面上第i土条滑动面上的固结不排水（快）剪粘力、内摩擦角标准值； ：第i条的弧长； ：第i土条的宽度； ：整体稳定分项系数，应根据经验确定，当无经验时可取1.3； ：作用于滑裂面上第i土条的重量，按上覆土层的天然土重计算； ：第i土条弧线中点切线与水平线夹角。采用手算的方法，嵌固深度可按下式确定： (2.2)式中 嵌固深度系数，当取1.3时，可根据三轴实验（当有可靠经验时，可采用直接剪切试验）确定的土层固结不排水（快）剪内摩擦角及粘聚力系数查表；粘聚力系数可按本规程下式确定。粘聚力系数应按下式确定： (2.3)式中 土的天然重度。图2.3 嵌固深度计算简图由传统方法算得各系数如下：参考建筑基坑支护技术规程应用手册，查整体稳定性验算嵌固深度系数表得，取0.57,所以本工程嵌固深度为:2.4 结构计算2.4.1 内里计算本工程开挖深度为10m，土层参数为c=26.64kpa,=12.19,土的重度=19.66kn/m。采用二层锚杆不等间距布置，设=0.1，悬臂开挖深度系数t=1。由深基坑支护结构实用内力计算手册第五章所述公式得分段长度h为： (j=1,2)则： ， ， 取4m根据=0.1、=0.37、=0.27，查多层支点混合支护结构内力及支点力系数表得：表2.3 第一层支点力及结构内力计算表 序号计算项目系数计算公式结果单位1支点水平力0.290105.46kn/m2支点上方剪力-0.049-17.82kn/m3支点下方剪力0.24187.64kn/m4支点处弯矩0.01210.18knm/m5土压力零点深度0.0750.53m6土压力零点处剪力-0.253-92.0kn/m7剪力零点深度-0.152-1.06m8剪力零点处弯矩-0.123-104.37knm/m9嵌固深度0.5163.61m10结构最小长度11.86m表2.4 第二层支点力及结构内力计算表 序号计算项目系数计算公式结果单位1支点水平力0.490363.66kn/m2支点上方剪力-0.092-68.28kn/m3支点下方剪力0.398295.38kn/m4支点处弯矩-0.028-69.27knm/m5土压力零点深度0.4774.77m6土压力零点处剪力-0.280-207.8kn/m7剪力零点深度0.0310.31m8剪力零点处弯矩-0.230-569.0knm/m9嵌固深度0.4474.47m10结构最小长度20.13m2.4.2 冠梁、腰梁设计按构造要求排桩顶部应设钢筋混凝土冠梁连接，冠梁宽度取850mm，冠梁高度取400mm，混凝土强度等级取c25。锚杆腰梁采用普通槽钢腰梁按多跨连续梁计算，腰梁计算简图见图2.4，计算跨度按锚杆间距取。 图2.4 腰梁计算简图弯矩计算公式 (2.4) (2.5)式中 ：； ：计算跨度。由式2.4、2.5计算：kn/mknm钢材抗弯强度按式2.6计算： (2.6)式中 ：绕x轴的弯矩； ：对x轴的净截面模量； ：截面塑性发展系数：对工字形截面=1.05； :钢材的抗弯强度设计值。腰梁选取20a普通槽钢，查型钢表=178 cm，由式2.6计算，=194.22 n/mm=215 n/mm（满足要求）2.4.3 型钢验算本工程插入型钢选择q235钢，=215n/mm，型钢采取隔一插一布置，型钢间距由图2.5知，l=1200mm。根据表2.4中剪力零点处弯矩，知：=5691.2=682.8knm。型钢的强度校核按复合墙结构，型钢全截面受拉，由桩承受压应力，拉应力全部由型钢承当，查型钢表知=5532cm，根据抗弯强度公式2.6得=117.55 n/mm=215 n/mm（满足要求）图2.5 型钢间距简图2.5 锚杆的计算2.5.1 锚杆自由长度的计算锚杆自由段长度计算简图如图2.6图2.6 锚杆自由段长度计算简图根据建筑基坑支护技术规程4.4.4：锚杆自由段长度计算公式如式2.7所示lf= (2.7)式中 lt：锚杆锚头中点至基坑底面以下基坑外侧荷载标准值与基坑内侧抗力标准值相等处的距离；：土体各层厚度加权内摩擦角标准值；：锚杆倾角。2.5.1.1 第一道锚杆=5+1.5=6.5(m)，由建筑基坑支护技术规范4.6.9知，取7m。由土图2.2土压力图形知，lt=7.3m。由式2.7知，lf1=5.01m7m所以lf1=7m。2.5.1.2 第二道锚杆lf2=2.4+1.5=4（m）, 由建筑基坑支护技术规范4.6.9知，lf2取6m。由土图2.2土压力图形知，lt=4.3m。由式2.7知，lf2=2.95m=363.93 mm (满足要求)2.5.2.2 第二道锚杆的内力计算第二道锚杆采用三根hrb400，25的钢筋，总长取22.5m，d取75mm，取150mm。由2.8、2.9、2.10式得：=484.04kn=484.04cos15=467.55(kn) (满足要求)=1473mm=1254.96mm (满足要求)2.6 基坑稳定性验算2.6.1 基坑抗倾覆稳定性验算根据建筑基坑支护技术规程支护结构在水平荷载作用下，对于单支点锚杆支撑结构，踢脚破坏产生于以支点处为转动点的失稳，抗倾覆安全系数：式中 ：被动土压力系数与主动土压力系数的比值； ：基坑的开挖深度； ：最下道支撑点到基坑底的距离； ：桩的入土深度； ：地面荷载，=20； ：桩长范围内土层的重度的加权平均值； ：桩长范围内土层的内摩擦角的加权平均值； ：桩长范围内土层的粘聚力的加权平均值； ：踢脚安全系数，其范围为1.01.5。其中桩长的所有土层的系数值如下：将各参数带入得：=1.42 （满足要求）2.6.2 基坑抗渗流稳定性验算根据建筑基坑支护技术规程规定，在地下水丰富、渗流系数较大的地区进行支护开挖时，通常要在基坑内降水。如果支护结构采用排桩加止水帷幕，则基坑内外产生水位差，导致基坑外的地下水绕过围护墙下端向基坑内渗流。这种渗流产生的动水压力在墙背后向下作用，而在墙前侧向上作用，当动水压力大于土的水下重度时，土颗粒就会随水流向上喷涌。在软粘土地基中渗流力往往使地基产生突发性的泥流涌出，从而出现管用现象。以上现象发生后，使基坑内土体向上推移，基坑外地面产生下降，墙前被动土压力减少甚至丧失，危及支护结构的稳定。当基坑底为碎石土及沙土，基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙的嵌固深度设计值应满足建筑基坑支护技术规程，抗渗稳定条件：=6m1.2=1.21.0(5.98-2.48)=4.2m （符合要求）2.6.3 基坑的抗隆起验算本基坑坑底为一般粉质粘土，所以参照普朗特的地基承载力公式，并将支护桩底面的平面作为极限承载力的基准面。已知支护结构入土深度为，可按下式计算抗隆起安全系数 (2.10)式中 ：墙体插入深度； ：基坑开挖深度； ：地面超载； ：坑外地表至墙底，各土层天然重度的加强平均值； ：坑内开挖面以下至墙底，各土层天然重度的加强平均值； 、：地基极限承载力系数；、：墙体底端的土体参数值。采用普朗特公式，、分别为：将，代入式2.10 （符合要求）第3章 降水计算根据场区钻探资料，场区初见水位埋深介于6.08.0m，稳定水位埋深介于3.006.05m。主要含水层为砾砂，但富水性较好，采用以管井群抽配合基坑明排结合的降水方案。考虑到本工程的实际情况，基坑开挖10米，降水管井深度应在约18-20米，对本工程施工降水影响较大的土层是角砾。地下水位应降至基坑底面一下0.5-1.0m。3.1 降水方案的选择本工程施工降水影响较大的土层是角砾。因此，本次抽水试验在设计时特作如下布置：将c1、c2、c3、c5抽水井测试角砾层渗透系数，试验时，每个抽水试验井均分别采用3个降深进行抽水，进行完整井多孔稳定流的抽水试验，在抽水孔主孔进行动水位、水量观测，地下水为微承压水，渗透系数计算公式: (3.1) (3.2)式中：k：渗透系数（m/d）；r:影响半径（m）；:滤水管半径（m）；：水位降深（m） 抽水试验成果见表3.1：表3.1 抽水试验成果表抽水井编号含水层厚度m（m）静止水位（m）降深s（m）流量q（m3/h）抽水影响半径r（m）渗透系数k（m/d）备注c1（51#）3.710.54.56.53141.699.91(6)层角砾c2（113#）4.68.05.08.29151.679.20(6)层角砾c3（38#）3.79.55.06.77152.909.35(6)层角砾c4（97#）13.211.59.043.92289.5110.34(6)(8)(10) 层综合渗透系数c5（71#）4.49.25.07.26144.558.36(6) 层角砾根据本次抽水试验成果，c1、c2、c3、c5共4口抽水井所测试的角砾的渗透系数分别为9.91m/d、9.20 m/d、9.35 m/d、8.36 m/d，其平均值为9.20m/d,考虑到场区局部有部分透镜体（如砾砂、角砾）为含水层，同时结合拟建场地周边相关工程经验，建议本场角砾层的渗透系数k值为10.0m/d。第角砾、角砾、碎石层综合渗透系数为10.34m/d，建议本场地取11.0m/d。由以上实验得出，该基坑工程可采用管井法进行降水，管井开孔孔径为600mm,井管采用外径400mm、内径300mm的无筋水泥管，管井井深约为20米。降水井在基坑外缘采用封闭式布置，在地下水补给方向应适当加密，当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设降水井。3.2 管井设计3.2.1 基坑涌水量计算 根据建筑基坑支护技术规程f.0.3，确定涌水量计算公式：q= (3.3)式中 s：水位降深 （本工程取6.2m）m：承压水含水层厚度（本工程取6.2m）r：降水影响半径，r=10s=m：基坑等效半径，=116.0m经计算q=（m/d）3.2.2 降水井数量n的确定 降水井数量的计算由下式确定：n=1.1 (3.4)式中 q：基坑总涌水量；q：单井出水量取38计算得：n= 1.1=76眼，降水井平均布置。第4章 施工组织设计4.1 总体施工方案及顺序根据工程实际情况，本工程将以分段流水作业的施工方法作指导思想，做好科学的施工方案，保证工程如期、保质完成，总体施工方案如下：（1）首先进行场地平整，辅助设施安装施工如：临时用房，供电、供水管网答接。施工人员、设备进场，组装smw机械设备；（2）smw工法围护施工；（3）在smw桩顶进行钢筋混凝土圈梁支撑施工；（4）降水井施工；（5）基坑降水、排水作业；（6）配合挖土施工；（7）预应力锚索施工；（8）结构施工结束，拔出插入的h型钢。4.2 smw工法施工组织4.2.1 场地清理原有地面障碍在smw工法施工前进行拆除,场地需要平整，路基承重荷载以能行走步履式桩机为准。4.2.2 测量放线根据提供的坐标基准点，按照设计图建筑地下室外边线放1米的原则进行放样定位及高程引测工作，并做好永久及临时标志。放样定线后做好测量技术复核单，提供监理进行复核验收证。确认无误后进行搅拌施工。4.2.3 定位线设置及三轴搅拌桩孔位定位在smw工法施工导沟的外侧设置一条定位线（钢线）。三轴搅拌三轴中心间距为600mm，根据这个尺寸在定位钢线上每隔600mm作出定位标记。图4.1 定位线示意图4.2.4 smw工法施工根据施工工艺的要求，采用smw三轴深搅设备，其型号为zkd85-3，桩机采用步履式桩架。根据工程的规模和工期的要求以及现场场地条件和临时用电等情况，合理确定设备的投入力量和机械的配套工具。图4.2 深层搅拌桩原理图及效果4.2.4.1 施工顺序smw工法施工按图4.3顺序进行，其中阴影部分为重复套钻，保证墙体的连续性和接头的施工质量，水泥搅拌桩的搭接以及施工设备的垂直度补正是依靠重复套钻来保证，以达到止水的作用。图4.3 施工顺序4.2.4.2 桩机就位(1) 由施工员统一指挥，桩机就位，移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现障碍物应及时清除，桩机移动结束后认真检查定位情况并及时纠正。(2) 桩机应平稳、平正，并用线锤对桩架立柱垂直定位观测以确保桩机的垂直度，并用经纬仪经常校核。(3) 三轴搅拌桩桩位定位后再进行定位复核，偏差值应小于2cm。4.2.4.3 搅拌速度及注浆控制(1) 三轴搅拌桩在成孔下沉和搅拌提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度。根据设计要求和有关技术规定，下沉速度不大于1m/min ，提升速度不大于2m/min，在桩底部分适当持续搅拌注浆，做好每次成桩的原始记录。匹配好浆量与泵量，在0标高1.0m以下部位开始喷浆，下沉过程中将浆量尽可能注入。时间停止注浆提升注浆（2m/min）下沉搅拌 注浆（1m/min）深度 图4.4 搅拌时间下沉提升关系(2) 制备水泥浆液及浆液注入，在施工现场用电子称量拌浆系统配浆,水泥使用散装水泥。开钻前对拌浆工作人员做好交底工作。水泥浆液的水灰比为1.5:1，每立方搅拌水泥土水泥用量为360kg，拌浆及注浆量以每钻的加固土体方量换算，注浆压力为46mpa来控制。每立方搅拌水泥土水泥用量常规为360kg，但在之前应做水泥掺入比实验，根据实验数据，可适当加、减水泥用量。土体加固后，搅拌土体28天抗压度不小于设计强度。4.2.4.4 h型钢插入h型钢采用热扎hn700300型钢。三轴水泥搅拌桩施工完毕后，履带吊机应立即就位，准备吊放h型钢。h型钢在插入前，插入土体部分型钢表面应涂刷0.30.5cm厚的专用隔离减摩剂。(1) 起吊前在距h型钢顶端0.15m处开一个中心圆孔，孔径约4cm，装好吊具和固定钩，然后用吊机起吊h型钢，用锤线校核垂直度，必须确保垂直。(2) 在成型的沟槽两侧安放定位型钢和h型钢定位卡，固定插入h型钢的平面位置，型钢定位卡必须牢固、水平，然后将h型钢底部中心对正桩位中心并沿定位卡徐徐垂直插入水泥土搅拌桩体内。(3) 根据设计高程控制点，用水准仪引放到定位线上，根据定位线与h型钢顶标高的高度差，用横担与吊筋固定h型钢。h型钢顶标高，误差控制在5cm以内。(4) 待水泥土搅拌桩达到一定硬化时间后，将横担与吊筋撤除。(5) 若h型钢插放达不到设计标高时，则采取提升h型钢，采用自由落钩的方法重复下插h型钢，使其插到设计标高，下插过程中始终用线锤跟踪控制h型钢垂直度。4.2.4.5 h型钢回收(1) 待地下主体结构完成并达到设计强度后，采用专用夹具及千斤顶以圈梁为反力梁，起拔回收h型钢。(2) 主体结构与smw围护体之间应回填密实。(3) 主体结构周边如留有5米以上的通道，h型钢拔出施工在主体结构以外进行。如主体结构周边没有通道，h型钢拔出施工将在一层地下室顶板上进行，一、二层地下室支架在h型钢拔出前不能拆除。最后，施工流程如图4.5所示：场地清理smw桩机组装测量放线开挖导沟smw桩机就位，校正桩机水平、垂直度h型钢制备、 刷隔离剂smw下一施工循环制备水泥浆液开启钻机、压浆机、空压机。喷浆加气钻具切割土体下沉至设计桩底标高喷浆加气钻具提升至设计桩顶标高h型钢插入、固定施工结束拔出型钢 图4.5 工艺流程表4.3 钢筋混凝土冠梁施工为保证smw墙体整体性，在smw墙体h型钢顶下50cm处设置850400钢筋混凝土冠梁。冠梁在smw墙体成墙5天后即可进行。smw工法施工和冠梁施工为流水作业。(1) 冠梁土方开挖，用人工沿smw墙体两侧放坡开挖冠梁基槽，冠梁基槽两侧应留有模板操作空间。基槽第铺垫5cm碎石垫层。(2) 绑扎冠梁钢筋，将制作好的冠梁按设计安放，并用铅丝绑扎。在绑扎好的钢筋网下垫入同级别的混凝土垫块，保证下层钢筋的保护层厚度。(3) 安装冠梁模板,先扎钢筋，再立模板，模板采用通用建筑钢模板。模板固定用内撑方木，外搭脚手管支撑。在h型钢表面贴1cm泡沫塑料板，隔