毕业设计（论文）-基坑支护设计.doc

西安工业大学学士学位论文 第一篇 设计说明书1.1：工程概况 拟建的福安公寓为a、b两座规模、形状均相同的、并列的点式24层楼，长36m，宽19.035.48 m，间距15.00m，总高度72m，建筑物等级为一级，剪力墙结构，桩筏基础，单位荷重设计值500kpa，基础埋深-7.00m，对差异沉降特别敏感，室内0.00标高比室外高0.60m一层地下室埋深-4.50m。 按湿陷性黄土地区建筑规范（gbj25-90）划分，建筑物属甲类建筑： 按建筑桩基技术规范（gbj94-94）划分，建筑桩基安全等级为一级： 按建筑地基基础设计规范（gbj50007-2002）划分，地基基础设计等级为乙级： 按建筑基坑支护技术规程（jbj120-99）划分，支护设计安全等级为三级：1.2：场地工程地质条件 1.2.1位置、地形及地貌 拟建场地位于西安市马浮沱村北福安花园小区，南距龙首西路约400m，北距纬28街越300m，西距星火路约300m。地面为垃圾堆，场地范围基本平坦，地貌单元属皂河三级阶地。基坑北面可放坡开挖，东、南、西侧均有管线，无放坡开挖条件，需进行基坑支护。 1.2.2 地层 基坑开挖深度土层主要为： 杂填土（1.002.00m）杂色，以建筑垃圾为主，混生活垃圾。黄土（5.206.20m）褐黄色，以可塑为主，局部硬塑，大孔发育，含蜗牛孔。黄土（2.203.00m）黄褐色，可塑，大孔较发育，含蜗牛孔和钙质薄膜。 1.2.3地下水 地下水稳定水位埋深5.806.50m，标高393.29394.19m,位于高水位期，地下水年变幅1m，地下水类型属孔隙水。 1.2.4不良地质作用 场地位于f2地缝北约1km，钻探揭露古土壤层位变化小，周围也未见地裂缝的迹象及其他不良地质现象。1.3：地基土工程性能评价 1.3.1地基土物理力学性能指标 除第二层土为高压缩性外，其他各粘性土层的压缩行均为中等，各砂层均属密实状态。 1.3.2湿陷性评价 该场地为自重湿陷性场地。 1.3.3地基均匀性评价 据持力层层面坡度评价，属均匀地基。 据持力层和第一下卧层在基础宽度方向上的厚度差评价，亦属均匀地基。 1.3.4地基土岩土参数 第一层黄土 fk=140kpa c=19kpa =22=16.1kn/ 第二层黄土 fk=140kpa c=30kpa =20=17.4kn/第二篇 基坑支护设计方案选择 在当今工程中常用的支挡结构类型有排桩、地下连续墙、水泥土墙、土钉墙等。 排桩支护结构，主要用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、钢板桩及预制钢筋混凝土桩板为主要受力构件。可以是桩与桩连接起来，也可以在钻孔灌注桩件一根素混凝土树根桩把钻孔灌注桩连接起来：或用挡土板置于钢板桩及钢筋混凝土板桩之间形成围护结构。为保证结构的稳定和具有一定的刚度，可设置内支撑或锚杆。 特点及适用范围：1 深埋的柱桩间用树根桩、水泥桩、注浆等形成止水幕，也可用挡土板拦挡土体；2 桩为钻孔灌注桩、钢板桩及钢筋混凝土挡板；3 悬臂式结构在软土场地中深度不宜大于5m;4 地下水位较高时，宜采用降水，排桩加止水帷幕。 地下连续墙是在地下挖一段狭长的深槽内充满泥浆以保护槽壁的稳定，在槽内吊入钢筋笼，水下浇筑混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙段，最后这些墙段连接起来形成一道连续的地下墙。 特点及适用范围：1 在地下挖狭长深槽内充满泥浆，浇注水下钢筋混凝土墙；2 由地下墙段组成地下连续墙，靠墙自身强度或横撑保证体系稳定。3 适用于大型地下开挖工程，较板桩可得到更大的刚更大的深度 水泥土墙是利用水泥材料为固化剂，采用特殊的拌合机械在地基土中就地将原状土和固化剂强制拌合，经过一系列的物理化学反应，而形成具有一定强度、整体性和水稳定性的加固土圆柱体，将其相互连接，连续形成具有一定强度和整体结构的水泥土墙。 特点及适用发范围；1 水泥土桩施工范围内地基承载力不大于150kpa;2 基坑深度不宜大于6.0m 土钉墙是由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层及必要的防水系统组成的。土钉则是采用土中钻孔，置入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠与土体之间的界面粘结力和摩擦力，使土钉沿全长与周围土体紧密连接成为一个整体，形成一个类似于重力挡土墙结构。抵抗墙后传来的土压力和其他载荷。 特点及适用范围；1 适用于一般基坑非软土场地；2 基坑深度不宜大于12m；3 地下位高于基坑地面时，应采取降水或截水措施。 在本设计中，基坑开挖深度为7m，已超过使用水泥墙的适用开挖深度。支护结构若采用地下连续墙虽比较安全，但是造价较高，若选用排桩则虽可以降低造价，但因基坑开挖较深，水泥桩必然多排重叠厚度较大，且对周围环境影响较大。因此本基坑支护设计方案宜采用土钉墙支护。土钉墙有设备投入少、工期短、造价低、施工无噪音、无环境污染等优点。因为地下水位较高，且超过开挖深度，因此应考虑基坑降水。本设计拟采用轻型井点降水。 第三篇 计算书3.1 确定最危险滑动面根据地质勘察剖面图确定每层土的重度、内摩擦角、粘聚力、分层厚度、地面荷载大小和基坑深度。用分条法确定与最小稳定系数对应的最危险圆弧滑动面，其目的是区分滑移土体和稳定土体的分界面，以确定土钉类型、长度及需加固、支护的土层范围等。圆弧分析法计算步骤：（1） 按比例尺绘制基坑边壁剖面图。（2） 任选一以r为半径的可能滑动面，将滑动面上的土体分成n个垂直土条。（3） 计算每个土条的自重和地面荷载（为该土条的平均高度），沿圆弧分解成法向力和切向力，其中： 式中 法向分力与铅垂线之夹角。（4） 计算滑动力矩： （5） 计算抗滑力矩： 式中 第i条圆弧的长。（6） 计算稳定安全系数： （7） 求最小安全系数，即找出最危险的圆弧。重复步骤（2）- （6），选不同的圆弧，得到相应的安全系数、,其中最小值即为所求。 计算技巧（1） 当地基土的抗剪强度不小于土坡土层的抗剪强度，且，则最危险的滑动圆弧通过坡脚a点，因此，不必在a以外试算圆弧。（2） 土条分条编号的技巧：如由坡脚开始分条编号1.2.，则计算工作量很大，如以圆心o的铅垂线左右各宽为0条，向上顺序为1.2.3.条；向下顺序为-1.-2.-3.条，这样编号的优点：，0条滑动力矩为0 ，可以不计算。0条以上各条的滑动力矩为正值；0条以下各条的滑动力矩为负值，无理概念十分清楚。（3） 如前所述，半径r取整数。（4） 分条宽度b：取，则三角函数值在任何圆心位置、任何半径与圆弧情况下都是固定不变的数值，即： ，. ，.因此，避免了每个圆弧都需要计算大量三角函数值，快速而方便 （5） 从坡顶b处画一与水平面成36的线，在该线上分别取间距为0.65h、0.3h、0.3h、0.3h、0.3h。确定1、2、3、4、5诸点；分别以这些点位圆心，过坡脚作圆弧，求出相应得k值，从中求出k值最小点作为最危险圆弧的圆心。 编号土条重量sin切向力cos法向力tan摩阻力总秥聚力143.50.14.750.99543.280.40417.57182.29251.50.210.30.98056.470.40422.81386.90.326.070.95482.90.40433.49498.30.447.40.91790.140.40436.42588.70.544.030.86676.80.40431.03679.00.647.40.80063.20.40425.53762.90.744.030.71444.910.40418.14842.00.834.080.60025.20.34438.68910.90.99.510.4364.620.28671.3729.31总合259.41195.04211.6可得安全系数k为 ： k=1.586编号土条重量sin切向力cos法向力tan摩阻力总粘聚力140.250.312.0750.95438.3980.40415.513169.043293.490.437.3960.91785.7300.40434.396393.490.546.7450.86680.9620.40432.909483.830.650.2980.80067.8660.40427.094569.340.748.5380.71449.5090.40420.002648.410.838.7280.60029.0460.40411.734721.140.919.0260.4369.2170.3252.99618.84总合252.806147.883187.883可得安全系数k为： k=1.328编号土条重量sin切向力cos法向力tan摩阻力总粘聚力160.3750.318.1130.95457.5980.40423.269298.3092147.8950.459.9580.917137.4520.40455.5313126.1600.564.0800.866110.9860.40444.8384106.4250.663.8550.80085.1400.40434.396573.630.751.5410.71452.2720.40421.239636.390.829.1120.60021.8430.3447.51947.106总合286.671151.952345.415可得安全系数k为： k=1.735编号土条重量sin切向力cos法向力tan摩阻力总粘聚力119.320.23.8640.98018.9430.4047.649195.51269.230.320.7690.95466.1310.40426.717387.050.434.8200.91779.8250.40432.249490.270.545.1350.86678.1740.40431.571583.830.650.2980.80067.0460.40427.694669.340.748.5380.71449.5090.40420.002751.630.841.3020.60030.9840.40412.518812.080.910.8720.4365.2670.3441.81323.040总合255.600160.214218.550可得安全系数k为： k=1.482编号土条重量sin切向力cos法向力tan摩阻力总粘聚力142.5030.312.7510.95440.5490.40416.382238.6412114.120.445.6480.917104.6480.40442.2783108.3240.554.1620.86693.8080.40437.898490.9360.654.6420.80072.7490.40429.390575.5480.752.8840.71453.9410.40421.792646.5000.837.2000.60027.9000.40411.272710.8720.99.7850.4364.740.3641.72518.086总合266.992160.637246.727可得系数k为： k=1.563编号土条重量sin切向力cos法向力tan摩阻力总粘聚力128.980.411.5920.91726.5750.40410.736152.475275.780.537.8900.86665.6250.40426.512388.660.653.1960.80070.9280.40428.665475.780.753.0460.71454.1070.40421.883558.070.846.4560.60034.8420.40414.076630.700.927.630.43613.3850.3254.35020.928总合229.81106.212179.403安全系数k为： k=1.243根据地质条件和工程经验，初选土钉的水平间距和竖向间距，在本设计中取=1.5m然后根据局部稳定性验算和整体稳定性验算的结果来调整、的大小。3.2 计算基坑边壁所受的主动土压力计算主动土压力可利用朗坑土压力理论计算。当粘聚力c的影响较小时，有时可略去，这即可使计算简便，也可使计算结果偏于安全。第一层：，可得 第二层： 可得： 第三层： 可得：3.3 土钉抗拔承载力计算 土钉抗拔力计算是局部稳定性验算的一个重要方面，旨在主动土压力作用下，保证土钉具有足够的抗拔力而不至被拔出，进而导致局部失稳塌方。 本设计土钉成孔直径d=100mm 土钉长度； 式中 -自由段长度; -锚固段长度； -土钉外端长度；本设计取=150mm 确定土钉长度示意图a. 确定自由段的长度。土钉自由段的长度从已确定的最危险圆弧滑动面上量取 =3.78m; =3.32m; =2.38m; =1.39m =0.37mb. 将计算出的主动土压力图采用二分之一分割法，把邻近的土压力分配给该根土钉承受，使矩形面积与不规则的多边形或梯形面积相等。这样，每根土钉承受的主动土压力为： 土钉的抗拔力取决于锚固段的水泥浆包裹体与土体的粘结性能。作为安全储备可使抗拔力等于该土钉所承受的主动土压力的1.5倍。即： 亦即： 式中 d钉孔直径； 土钉与水平面的夹角； 面积上水平方向的主动土压力； 面积上水平方向的主动土压力强度； 水泥浆包裹体与土体之间的粘结力，可按下式计算: 式中 土压系数，粉土、粘土取=0.5； 锚固段以上土层重度； 锚固段中点到地面的高度； 、锚固段土层的内摩擦角和粘聚力； 每根土钉承受的土压力计算图 由图中可计算得； =6.422； =15.800； =26.788； =37.776； =44.649； 第一排土钉锚固段长度为； =5 =6.422； d=100mm=0.1m =1.5m 则可得： 第二排土钉锚固段长度为： =5 =15.800； d=100mm=0.1m =1.5m 则可得： =6.546 第三排土钉锚固段长度为： =10 =26.788； d=100mm=0.1m =1.5m 则可得： 第四排土钉锚固段长度为： =12 =37.776； d=100mm=0.1m； =1.5m； ； 则可得： m 第五排土钉锚固段长度为： =15 =44.649； d=100mm=0.1m； =1.5m 则可得： 土钉的长度： ； 则第一排土钉长 l=3.78+5.086+0.15=9.016m 第二排土钉长 l=3.31+6.546+0.15=9.916m 第三排土钉长 l=2.58+9.465+0.15=11.995m 第四排土钉长 l=1.39+11.604+0.15=13.114m 第五排土钉长 l=0.37+12.732+0.15=13.252m 可得最终土钉长度为第一排 9m第二排 10m第三排 12m第四排 13m第五排 13m3.4 对土钉钢筋直径进行校核 在已知水平主动土压力作用条件下，为确保土钉不被拉断，其抗拉强度应满足下式： 即土钉的钢筋直径为： 式中 钉体钢筋抗拉设计强度； 某根土钉承受的最大水平主动土压力； 土钉与水平面夹角； mm 则在本设计中钉体配筋选用hrb335，直径为20mm。 3.5 土钉抗拔承载力验算 单根土钉抗拉承载力计算符合下式要求； 式中 第根土钉受荷载标准值，可按式计算； 第根土钉受荷载设计值，可按式计算。 式中 荷载折减系数,可按式计算；第根土钉位置处的基坑水平面荷载标准值；、第根土钉的平均水平、垂直距离；第根土钉与水平面的夹角。 式中 土钉抗拉抗力分项系数，取1.3；第根土钉锚固体直径；土钉穿越i层土土体与锚固体极限摩阻力标准值，可查表得；第根土钉在直线破裂面外穿越第i稳定土体内的长度，破裂面与水平面的夹角为； 式中 土钉墙坡面与水平面的夹角。 第一排土钉： =60 =5m =75 =22 则 即第一排土钉满足抗拉承载力强度要求。 第二排土钉： =60 =6m =75 =22 则 即第二排土钉满足抗拉承载力强度要求 第三排土钉： =60 =9m =75 =22 则 即第三排土钉满足抗拉承载力强度要求 第四排土钉： =60 =11m =75 =22 则 即第四排土钉满足抗拉承载力强度要求 第五排土钉： =60 =45 =1.7m =11.3 =75 =22 则 即第五排土钉满足抗拉承载力强度要求 由于与相差都在2倍以上，考虑到造价经济原则，将由1.5m调整调整到2.0m。 验算调整后的土钉抗拔承载力： 第一排土钉 即第一排土钉满足抗拉承载力强度要求。 第二排土钉 即第二排土钉满足抗拉承载力强度要求 第三排土钉： 即第三排土钉满足抗拉承载力强度要求 第四排土钉： 即第四排土钉满足抗拉承载力强度要求 第五排土钉： 即第五排土钉满足抗拉承载力强度要求 通过验算可知，将土钉间水平距离由1.5m调整到2.0m符合安全和经济原则。3.6 整体稳定性验算 3.6.1内部整体稳定性验算土钉满足局部稳定性之后，可保证土钉不被拔出，但是被喷锚网加固后的基坑边壁土体是否会沿未加固强的最危险圆弧面滑动，还应作整体稳定性校核。此校核是在前述求出最危险滑动面的基础上进行的，并考虑锚固力对抗滑力提高的作用； 式中 滑动体分条数；滑动体内土钉数；整体滑动分项系数，可取1.3；基坑侧壁重要系数；第分条土重；第分条宽度；第分条滑裂面处土体固结不排水剪粘聚力标准值；第分条滑裂面处土体固结不排水剪内摩擦角标准值；第分条滑裂面处中点切线与水平面夹角；土钉与水平面的夹角；第分条滑裂面处弧长；计算土体单元厚度；第根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力，可按下式计算; 式中 第根土钉在圆弧滑裂面外穿越第层稳定土体内的长度。 由前述计算可求得 =179.404 =106.212 =229.81 则 则可得=46.137+61.568+107.193+173.481+174.054=562.433 即加固后不会沿最危险滑动面滑动。 3.6.2外部整体稳定性验算： 把土钉加固的原位土视为刚性的重力式挡土墙，进行外部整体稳定性计算。 强高取h（h为基坑垂直深度）；墙厚取（为钉体轴线与水平面的夹角）； 土钉墙外部整体稳定性验算模型3.6.2.1抗滑移安全系数： 式中 假设墙底断面上产生的抗滑力； 假设墙后主动土压力，可有下图求得： 则 =146864.77可得安全系数： 抗滑移满足安全要求。3.6.2.2抗倾覆稳定性验算：抗倾覆安全系数 式中 由墙体自重和地面荷载产生的抗倾覆力矩。经过计算可得： 则抗倾覆安全系数 即抗倾覆满足安全要求。3.6.3基坑底的抗隆起验算当开挖较深的粘土基坑时，如果基坑壁的土柱重量超过基坑底面以下的地基承载力时，地基中的平衡状态受到破坏，就会发生坑壁流动、坑顶下陷、坑底隆起，为防止这种现象发生，需验算基坑底是否会产生隆起，可采用地基稳定验算法进行验算。此外还要进行基坑底的极限承载力验算。 验算基坑隆起的计算简图 式中 l土钉长度； 土钉倾角； 稳定力矩为： 式中 地基土不排水剪强度。 为保证不发生隆起，则要求抗隆起安全系数： 即基坑不会发生隆起现象。3.6.4 基坑底承载力验算: 地基承载力可采用太沙基公式计算，安全系数取3.0 c=30kpa =17.4kn/查表可得； =4=13.5=4.2土钉墙产生的荷载为； 即基坑承载力满足设计要求。 3.7 基坑降水设计 本设计基坑降水采用封闭式轻型井点降水，降水设备初步选定为直径38mm井点管，滤管长为1.2m 井点管高程布置可按下列公式计算； 式中 井点管埋设面至坑底面的距离；降低后的地下水位至基坑中心的距离，本设计取0.5m；水力坡度，本设计取1/10；井点管至基坑中心的水平距离。 在本设计中，南北方向上 =2m; =0.5m. =1/10 =45m 则 m 东西方向； =2m; =0.5m. =1/10 =85 则 m 基坑涌水量计算； 基坑涌水量可按下式计算； 式中 渗透系数；本设计=0.363潜水含水层厚度；基坑水位深度；降水影响半径；基坑等效半径。可按下式计算。 式中 分别为基坑的长、短边。降水影响半径可按下式计算； 式中 h含水层厚度； 则南北方向上； m =59.864井点管的出水量可按下列经验公式计算； 式中 过滤器半径，本设计取0.038m;过滤器进水部分长度,本设计取1.2m. 则 则南北方向上布置井点数n为 所以在本设计中南北方向上共布置20根井点管（每边各10根） 东西方向上； m =74.82 所以在本设计中东西方向上共布置20根井点管（每边各10根）第四篇 支护工程设计施工说明 4.1 土钉墙支护设计构造：经过计算初步确定土钉长度为：第一排土钉长为9m;第二排土钉长为10m;第三排土钉长为12m;第四排土钉长为13m;第五排土钉长为13m;根据构造初步确定土钉间距为1.5m2.0m 与水平面的夹角为: 第一排与第二排土钉倾角为5; 第三排土钉倾角为10; 第四排土钉倾角为12; 第五排土钉倾角为15; 土钉钢筋采用级钢筋直径为20mm。钻孔直径为100mm。 面层钢筋网钢筋直径选用级钢筋直径为6mm，间距为200mm，喷混凝土的强度等级为c20。面层厚度为100mm. 4.2 土钉墙支护施工说明： 基坑边坡支护不仅要保证在基坑内能正常安全的施工，防止基坑底部的隆起及基坑边坡土体滑动，而且应当严格限制边坡附近土体水平位移和下沉量，确保基坑周围地下管线的绝对安全，因此在施工工程中必须注意：(1) 根据土体的自稳能力，严格控制每层开挖的深度和长度，本设计分3层开挖，第一层和第二层开挖厚度为2.5m第三层的开挖厚度为2.0m。开挖后立即修整边坡，初喷一层混凝土，以尽量使原状土不被破坏。(2) 当边坡水平位移过大或变形速率过大或位移曲线不收敛时，应立即停止开挖作业，并对已施工完毕的支护进行补强，加长加密土钉。注浆以后，观测水平位移和下沉是否停止，才能确定是否继续作业。(3) 在离基坑边壁的距离等于基坑深度范围内，严禁生活用水、施工用水、基坑内抽水、排水和雨水对土体的浸泡；在离基坑边壁的距离等于2.5倍基坑深度的范围内，严禁上水管和下水管断裂后涌水对土体的浸泡和冲刷。若发生此种情况，应立即报告和组织人员抢修漏水管线。当基坑表面出现渗漏水现象时，除做好降水和排水外，应用48的钢管长1.5-2m，打如渗漏部位，把水从边壁土体内导出。这样处理后，做好的面层不会“鼓包”而塌陷。本设计在地下水位以下开挖的深度约为1m,因此要作降水措施，本设计降水设计方案为，封闭式轻型井点降水，南北方向选用直径为38mm的井点管长为6m，打入地下的深度为5m。共有20根，（南、北面各10根），东西方向选用直径38mm井点管。长为8m。打入地下7m，共有20根（东。西面各10根）（详细施工方案见计算书以及图纸）。水患是喷锚网支护的大忌，工程出现塌方事故，常常是水患引起的，施工人员应当十分注意。因此在施工过程中应注意以下几点（1） 开挖土钉墙应按设计规定的开挖深度作业顺序施工，在完成上层作业面的土钉与喷混凝土以前，不得进行下一层深度开挖。只有当上层土钉注浆体及混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工。在机械开挖后，应辅助以人