北京市海淀区创新园深基坑支护设计--本科毕业设计书.rtf

分类号 密级 中国地质大学（北京） 本 科 毕 业 设 计 题 目题 目 北京市海淀区创新园深基坑支护设计 英文题目英文题目 The design of deep foundation pit in I nnovation Garden,Haidian,Beijing 学生姓名学生姓名 张伟龙 院（系）院（系） 工程技术学院 专 业专 业 土木工程 学 号 学 号 1002112326 指导教师指导教师 慎乃齐 职 称 职 称 教授 20152015年年5 5月月 中国地质大学（北京）本科毕业设计（论文）任务书 学生姓名张伟龙班级10021123专业土木工程 导师姓名慎乃齐职称教授单位中国地质大学（北京） 毕业设计 （论文）题 目 北京市海淀区创新园深基坑支护设计 毕业设计（论文）主要内容和要求：毕业设计（论文）主要内容和要求： 本设计以实际的工程为例，依据现行相关规范、勘察资料和拟建场地的地质和周边情况， 选择了上部土钉+下部桩锚的支护体系，进行设计计算。主要涉及土钉参数、桩参数和锚杆参 数的设计，基坑的稳定性验算。 该工程基坑深度较深，基坑质量要求高。依据规范，其基坑侧壁安全等级为一级。支护 方案的选择应满足安全、经济、环保的要求，设计应控制基坑侧壁的位移与地面沉降。 毕业设计（论文）主要参考资料：毕业设计（论文）主要参考资料： 1.北京市海淀区创新园岩土工程勘察报告 2.建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012 3.土力学、基础工程、混凝土结构等教材。 毕业设计（论文）应完成的主要工作：毕业设计（论文）应完成的主要工作： 1.土钉参数的选择与稳定性验算； 2.桩锚支护体系的受力分析； 3.护坡桩、锚杆、冠梁的参数计算； 4.基坑稳定性验算。 毕业设计（论文）进度安排：毕业设计（论文）进度安排： 序号序号 毕业毕业 设计设计 （论（论 文）文） 各阶各阶 段内段内 容时容时 间安间安 排排备 注 1确定毕业设计类型和方向3.73.21 2确定课题，收集相关资料3.224.5 3查阅规范，复习相关理论4.64.20 4编写初稿，进行支护体系计算4.215.5 5绘制图纸，校核完成初稿5.65.20 6根据导师意见修稿，完成二稿5.215.29 课题信息：课题信息： 课题性质： 设计 论文 课题来源： 教学 科研 生产 其它 发出任务书日期： 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见：教研室意见： 教研室主任签名： 年 月 日 学生签名： 中国地质大学（北京）本科毕业设计（论文）开题报告 学号1002112326姓名张伟龙专业土木工程 导师姓名慎乃齐职称教授单位中国地质大学（北京） 课题性质设计 论文课题来源科研 教学 生产 其它 毕业设计 （论文）题 目 北京市海淀区创新园深基坑支护设计 研究目的：研究目的： 通过对实际工程的资料，选择合理的深基坑支护方案，设计使其满足安全、经济、适用 的要求。 研究意义及现状：研究意义及现状： 随着城市化进程的加快，城市人口和规模不断膨胀，建筑用地逐渐紧张，高层建筑和地 下建筑成为市场的主角。而这些工程不可避免的涉及基坑的开挖、支护和降水。其中，深基 坑支护以其设计与施工的专业性和灵活性成为当前城市高层、超高层建筑突显的技术难题。 我国的深基坑工程规模和深度不断加大、工程地质及周边情况日益复杂，这对基坑支护技术 提出了极高的要求。深基坑支护要考虑的方面有很多，它既要保证基坑内正常作业安全，还 要限制基坑及坑外土体移动，确保基坑附近建筑物、道路、管线的正常运行。 研究内容：研究内容： 一、了解待建地区工程概况，工程地质条件及岩土体性质； 二、比较选择合适的基坑支护方案； 三、对基坑支护进行计算设计并验算其稳定性，审核是否合理。 研究方案研究方案： 根据上部结构的要求、所在场地的地质条件、周围环境的特殊性，选择了上部土钉和下 部桩锚相结合支护的方案。根据现行相关规范计算土钉和锚杆的长度和截面配筋，桩径和桩 的配筋，用理正软件和公式对基坑稳定性的验算。完成整体的基坑支护方案的设计，并绘制 相关的图件。 预期结果预期结果： 经过计算和校核，方案最终满足基坑设计要求。 可自行加页 指导教师意见：指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 评议小组意见：评议小组意见： 审 查 结 果： 同 意 不 同 意 评议小组组长 ： 成员： 年 月 日 中国地质大学（北京）本科毕业设计（论文）中期检查表 学 号1002112326姓 名张伟龙班 级10021123 院（系）工程技术学院专 业土木工程 指导教师 姓 名 慎乃齐职 称教授 设计（论 文）题目 北京市海淀区创新园深基坑支护设计 毕业设计 （论文） 已完成内容 1.收集工程相关资料和设计相关文献； 2.选择基坑支护方案； 3.确定计算方法：王步云法、等值梁法、理正软件验算 下一步 进展计划 1.开始编写初稿，完成土钉参数的选择与验算； 2.完成桩锚支护体系的受力分析并确定桩锚参数； 3.完成基坑稳定性验算和绘制相关图纸。 4.排版，整理答辩资料。 中期检查意 见（指导教 师填写） 指导教师签名： 年 月 日 中国地质大学（北京） 本科毕业设计（论文）评语表（指导教师用） 学号1002112326姓名张伟龙专业土木工程 指导教师慎乃齐职称教授单位中国地质大学（北京） 设计（论 文）题目 北京市海淀区创新园深基坑支护设计 序号评价项目 评 价 内 容满 分评分 1调研与综合 能独立查阅文献和从事其他调研；有综合、收集、加 工各种信息及获取新知识的能力。 10 2 设计、实验 方案，分析 与技能 设计、实验方案科学合理；数据可靠、计算、处理正 确；结构合理、工艺可行；分析、论证充分；具有较 强的独立分析、解决实际问题的能力；绘图符合国家 标准及规范。 40 3 工作量、 工作态度 按期圆满完成规定的任务，难易程度和工作量符合教 学要求；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实； 善于与他人合作。 20 4 论文（说明 书）质量 综述简练完整，行文重点突出，有见解；立论正确， 论据充分，结论严谨合理；文理通顺，技术用语准确； 图表规范；论文结果有应用价值。 20 5译 文翻译准确、通顺、文笔流畅，译文数量符合要求。5 6创 新 工作中有创新意识；对前人工作有改进、突破，或有 独特见解。 5 是否同意参加答辩:总分 评语： 指导教师签字： 年 月 日 中国地质大学（北京） 本科毕业设计（论文）评议表（评阅人用） 学号1002112326姓名张伟龙专业土木工程 评阅人职称单位 设计（论 文）题目 北京市海淀区创新园深基坑支护设计 序号评价项目 评 价 内 容满 分评分 1调研与综合 能独立查阅文献和从事其他调研；有收集、加工及综合 各种资料、信息及获取新知识的能力。 10 2 设计、实验 方案，分析 与技能 设计、实验方案科学合理，数据采集可靠；综合分析的 正确、合理性；计算的正确性；方案论证的充分性； 解决实际问题的能力；图纸的绘制与技术要求符合国家 标准、规范及要求。 40 3 工作量、 难度 工作量饱满，有一定难度。20 4 论文（说明 书）质量 综述简练完整，有见解；立论正确，论据充分，结论严 谨合理；文理通顺，技术用语准确；图表规范；论文结 果有应用价值。 20 5译 文翻译准确、通顺、文笔流畅，译文数量符合要求。5 6创 新对前人工作有改进、突破，或有独特见解。5 是否同意参加答辩:总分 评语： 评阅人签字： 年 月 日 中国地质大学（北京） 本科毕业设计（论文）答辩评审表 学号1002112326姓名张伟龙专业土木工程 指导教师慎乃齐职称教授单位中国地质大学（北京） 设计（论 文）题目 北京市海淀区创新园深基坑支护设计 答辩日期年 月 日 答辩地 点 序号评价项目 评 价 内 容 满分 评分 1报告内容 思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确，重 点突出，内容完整；实验方法科学，分析归纳合理； 结论严谨；论文结果有应用价值。 50 2创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10 3报告过程准备工作充分，时间符合要求；个人言行、仪表恰当。10 4答 辩 回答问题有理论依据，基本概念清楚。主要问题回答 准确、有深度。 30 总分 评语： 答辩小组组长 ： 成员： 毕业设计（论文）总成绩 指导教师评分评阅人评分答辩评分 综合评定成绩(3:3:4比例) 五级分制记分 院（系）公章 年 月 日摘 要 随着城市化进程的加快，城市人口和规模不断膨胀，建筑用地逐渐紧张， 高层建筑和地下建筑成为市场的主角。而这些工程不可避免的涉及基坑的开挖、 支护和降水。其中，深基坑支护以其设计与施工的专业性和灵活性成为当前城 市高层、超高层建筑突显的技术难题。我国的深基坑工程规模和深度不断加大、 工程地质及周边情况日益复杂，这对基坑支护技术提出了极高的要求。深基坑 支护要考虑的方面有很多，它既要保证基坑内正常作业安全，还要限制基坑及 坑外土体移动，确保基坑附近建筑物、道路、管线的正常运行。 本文结合北京市海淀区创新园深基坑工程为例，根据上部结构的要求、所 在场地的地质条件、周围环境的特殊性，选择了上部土钉和下部桩锚相结合支 护的方案。根据现行相关规范计算土钉和锚杆的长度和截面配筋，桩径和桩的 配筋，用理正软件和公式对基坑稳定性的验算。完成整体的基坑支护方案的设 计，并绘制相关的图件。 关键字：深基坑支护设计； 土钉； 桩锚支护 ABSTRACT With the acceleration of the urbanization, the population and the scale of the city expands unceasingly, the construction land is gradually nervous, the h-igh-rise building and the basement become the main characters of the market. These projects inevitably involve excavation, support and precipitation.Among t-hem, deep foundation pit supporting with its design and construction of profes-sional and flexible become the current urban high-rise, high-rise building highl-ights the technical problems. The scale and depth of deep foundation pit engi-neering in China is increasing, engineering geology and surroundings are beco-ming more and more complex, which puts forward high requirements for foun-dation pit supporting technology There are a lot of deep foundation pit supp-ort to consider aspects, it needs not only to ensure the safety of normal operation in the pit, but also restrict the and outside foundation pit soil movement, to ensure the normal operation of the pit near the buildings, roads, pipelines. In this paper, combined with the deep foundation pit project of Beijing H-aidian Innovation Park as an example, according to the requirement of the up-per structure, where the geological conditions of the site, the particularity of thesurrounding environment, select the upper soil nail and the lower part of the pile anchor combined support scheme. The soil nailing and anchor length and reinforcement calculation according to the current standard, pile diameter and p-ile reinforcement, Lizheng software and the formula of pit stability checking. Complete the overall design of foundation pit supporting scheme, and draw therelevant maps. Keywords: deep foundation pit supporting design; soil nailing; pile anchor support 目 录 绪论1 1工程概况.3 1.1工程简介.3 1.2岩土工程条件.3 1.2.1地质背景3 1.2.2土层特征3 1.2.3地下水4 1.2.4基坑支护方案5 2设计依据和设计内容.6 2.1设计依据.6 2.2设计内容.6 3支护结构设计.7 3.1结构荷载.7 3.2土压力计算.7 3.2.1库伦土压力7 3.2.2朗肯土压力7 3.3土钉支护设计计算.7 3.3.1土钉参数选择7 3.3.2土钉几何尺寸设计8 3.3.3土钉墙整体稳定性验算8 3.4桩锚支护设计计算10 3.4.1整体等值梁法.10 3.4.2力学参数计算.10 3.5排桩设计14 3.5.1嵌固深度的计算.14 3.5.2构造要求.14 3.5.3桩参数的计算.14 3.6锚杆设计15 3.7冠梁设计17 4基坑稳定性验算18 4.1抗倾覆稳定性验算18 4.2抗隆起稳定性验算18 4.3嵌固深度验算19 5施工技术要点20 5.1土钉支护施工20 5.2桩锚支护施工20 5.2.1护坡桩施工.20 5.2.2锚杆施工.21 结论.23 致谢.24 参考文献.25 附图一 平面布置图 附图二 支护结构剖面图 附图三 支护结构大样图 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 绪 论 1.1基坑支护的发展应用 随着城市建设的发展，建筑用地逐渐紧张，城市地下空间成为一种重要的资源：近年 来，一些发达国家，关于城市的理念不断发生变化，人们如今强调更开敞的空间和绿色的 环境，使城市回归自然，于是，他们把目光投向了城市地下空间。比如地下管线、地下铁 道、地下存储空间、地下停车场、地下商场等等。因而产生了大量深基坑工程，开发和建 设这些地下空间和设施首先要进行的就是大规模的深基坑开挖，而这些实际工程开挖就形 成了深基坑的一些独特的形式特点： (1).基坑的开挖深度加大。为了合理利用紧缺的建筑用地，建筑投资人都向地下空间发 展，随着建筑物的增高，地下室需求增多，地下基坑也越来越深。 (2)施工地点的地质复杂性。在基坑开挖工程中会遇到各种各样的地质情况，且随着深 基坑技术的发展，地下工程建筑不仅仅停留在良好土质的开挖，也转向了沿海的淤泥质土， 沼泽地带。 (3)基坑周边建筑、道路、管线及设施日趋增多。开挖中应考虑其安全还须使自身开挖 保持稳定。 (4)基坑支护方法多。随着地质条件和基坑要求的不同，选择的支护方法也有很大差别。 (5)基坑工程事故多。引水渠道基坑开挖边坡失稳，土钉墙的垮塌，地下连续墙的垮塌， 拱圈围护结构的垮塌等等。 因此对深基坑的要求也提出了很大的挑战，不仅要确保基坑稳定，而且还要满足变形 控制的要求，以确保周围建筑物、地下管线等的安全。这一切促使基坑围护技术不断创新， 做到安全性、经济性与适用性的统一，以满足现代城市的建设要求。 1.2国内基坑支护技术概况 我国开始出现大量的基坑工程始于20世纪80年代。80年代前，国内为数不多的高层建 筑的地下室多为一层，基坑深不过4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。到80年代，随着 高层建筑的大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。进 入90年代，我国的高层建筑迅猛发展，同时各地还兴建了许多大型地下市政设施、地下商 场、地铁车站等，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m的比比皆是。 1.3基坑支护体系 (1)放坡开挖。当条件允许时，放坡开挖是最为经济和快捷的基坑开挖方法，采用这种 开挖方法需满足下列条件：首先是土质条件，它适用于一般粘性土或粉土、密实碎石土和 风化岩石等情况。其次是地下水条件，它适用于地下水位较低，或者采用人工降水措施的 情况。第三是场地具有可放坡的空间，也要求基坑周围有堆放土料、机具的空间和交通道 路，并且放坡对相邻建筑不会产生不利影响。可单独使用，也经常与其他支护开挖相结合。 (2)土钉墙支护。是由较密排列的土钉体和喷射混凝土面层所构成的一种支护。土钉墙 属于重力式支护结构。稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好 地区应积极推广。适用于： 基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地； 基坑深度不宜大于12m； 当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。 (3)(喷锚支护。是通过锚杆的轴向作用力，将围岩中一定范围岩体的应力状态由单向 (或双向)受压转变为三向受压，从而提高其环向抗压强度，使压缩带既可承受其自身重量， 又可承受一定的外部载荷，使其有效地控制固岩变形。适用于： 基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地； 基坑开挖深度一般不超过18m，风化岩层可不受此限制； 适用于地下水位较低或者坑外有降水条件。 (4)水泥土墙与逆作拱墙支护。水泥土墙是在设计基坑的外侧用深层搅拌法或高压喷射 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 注浆法施工的一排或数排相互搭接的水泥土桩，形成格栅式或连续式的墙体。水泥土墙有 有一定的防渗能力，作为一种重力式挡土结构，使用的基坑深度不宜大于6m。逆作拱墙支 护是近年来发展起来的一种支护形式，它可将土压力转化为混凝土拱墙水平方向的压力， 其结构受力比较合理，也给基坑内留出了较宽敞的施工空间。逆作拱墙施工的土层必须能 够一定直立高度。所以不能用于淤泥土和淤泥质地基土的开挖。 (5)排桩与地下连续墙。排桩支护是应用最为广泛的基坑支护结构形式之一。它一般是 钻孔灌注桩，有时也采用人工挖孔桩。采用钻孔灌注桩时，桩径不小于400500mm；采用 人工挖孔桩，桩径不小于800mm，并且应在地下水位以上或采用人工降水。地下连续墙是 用专门的挖槽设备，按一定顺序沿着基础或者地下结构的周边按要求的宽度和深度挖出一 个槽型孔，然后在槽型孔内安放钢筋笼，浇筑混凝土，再将一个个槽板连成一道钢筋混凝 土地下连续墙，成为基坑施工中有效的支挡结构。地下连续墙支护可以挡土和防渗，刚度 大，整体性好，因基坑开挖而引起的四周地基土的变形小，较之其他形式的支护结构更能 保证周边建筑物的安全。它的适用土类很广，一般无土类限制；在合理支撑条件下，目前 尚没有深度限制，但造价较高。 (6)SMW工法。亦称新型水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插入H型钢等(多数为H型钢， 亦有插入拉森式钢板桩、钢管等)，将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有 受力与抗法两种功能的支护结构的围护墙。SMW支护结构的支护特点主要为：施工时基本 无噪音，对周围环境影响小；结构强度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用， 特别适合于以粘士和l粉细砂为主的松软地层；挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕；可以 配合多道支撑应用于较深的基坑。此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙， 在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H型钢等受拉材料；则大大低于地下连续墙， 因而具有较大发展前景。 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 1 工程概况 1.1工程简介 本工程为北京市海淀区创新园，位于海淀区永丰产业基地中关村壹号项目的C区，总 建筑面积10.5万平方米。项目含三栋楼，分别为A栋19层、B栋18层和C栋5层，其中A栋楼 高80余米，上部结构采用框架结构，下部结构为筏板基础，基坑深度为12m，设计使用年 限为50年。 1.2岩土工程条件 1.2.1地质背景 本工程所在的北京市区西、北及东北方向三面环山，东、南及东南面为广阔的平原区 (北京平原)。地貌单元自西部山前向东部平原区，由冲、洪积扇过渡为冲积平原区，地层 岩性构成也相应地自西向东由碎石土、砂土渐变至以粘性土、粉土为主的交互地层。本工 程拟建场区自然地面标高约在4548m左右。根据场区周边揭示基岩的深层地质资料，拟建 场区的覆盖层厚度(相当于第三纪基岩埋深)约在200m左右。地面以下至基岩顶板之间的土 层岩性以粘性土、粉土与砂土、碎石土交互沉积土层为主。 在本工程拟建场地范围内，不存在影响拟建场地整体稳定性的不良地质作用。 1.2.2土层特征 根据现场勘察及室内土工试验成果，将勘探深度(30.00m)范围内的土层划分为人工堆 积层、新近沉积层和第四纪沉积层三大类，并根据各土层岩性及工程性质指标进一步划分 为5个大层及其亚层。自上至下各土层的基本岩性如下： 人工堆积层： 素填土：黄褐色灰褐色，湿饱和，松散稍密，主要成分为粘质粉土填土、粉 质粘土填土，颜色为黄褐色，湿土。 1杂填土：杂色，稍湿湿，松散稍密 新近沉积层： 粉质粘土重粉质粘土：黄褐、黄灰、暗褐、灰褐色，很湿，软塑可塑，含氧化 铁、云母，可见少量螺壳、姜石及有机质，属中高压缩性土。局部夹砂质粉土粘质粉土 薄层或透镜体。 l砂质粉土粘质粉土：黄褐、黄灰、暗褐、灰褐色，很湿，密实，含氧化铁和云母， 可见少量螺壳、姜石及有机质，属中高压缩性土。局部夹粉质粘土、重粉质粘土、粉砂、 细砂薄层或透镜体。 2淤泥质粘土：暗褐、灰褐、灰色，很湿，软塑可塑，含氧化铁和云母，可见少量 螺壳、姜石及有机质，属高压缩性土。 3泥炭质粘土：灰黑、黑色及暗褐色，很湿，可塑，含云母、氧化铁，含有机质，具 微臭味，易崩解，失水后干缩现象很明显，属高压缩性土。局部夹粉质粘土薄层或透镜体。 第四纪沉积层： 粉质粘土重粉质粘土：黄褐、黄灰、灰黄色，很湿，软塑可塑，含氧化铁、云 母。局部夹砂质粉土粘质粉土薄层或透镜体，属中高压缩性土。 1砂质粉土粘质粉土：黄褐、黄灰、灰褐色，湿，密实。可见氧化铁和云母。局部 夹粉砂、细砂薄层或透镜体，属于压缩性中低压缩性土。 重粉质粘土粘土：灰褐、灰黄、灰绿色，很湿，可塑。含氧化铁、云母。局部夹 砂质粉土粘质粉土薄层或透镜体，属于中高压缩性土。 淤泥质粘土：黄褐、灰褐色，局部灰黑色，很湿，可塑，可见氧化铁、云母。局部 为粉质粘土、重粉质粘土薄层或透镜体，属中高压缩性土中压缩性土。 1砂质粉土粘质粉土：黄褐、黄灰、灰褐色，很湿，密实。可见氧化铁、云母，属 于低压缩性土。 各土层物理力学参数表见表1-1。 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 表1-1 土体物理力学参数表 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 (） 素填土1.818.022.012.0 1 杂填土2.220.025.012.0 粉质粘土2.120.025.012.0 1 砂质粘土7.420.08.022.020.0 2 淤泥质粘 土 3.220.08.020.012.0 3 泥炭质土2.820.08.020.013.0 粉质粘土5.820.08.025.012.0 1 砂质粘土6.020.08.026.020.0 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 重粉质粘 土 3.620.08.025.025.0 淤泥质粘 土 4.220.08.020.012.0 1 砂质粘土5.520.08.026.020.0 1.2.3地下水 (1)地下水分布情况 勘察期间，在地表下30.00m范围内实测到4层地下水见表1-2。 表1-2 地下水分布情况表 层数地下水类型水位埋深 第一层上层滞水1.603.20m 第二层潜水6.2013.00m 第三场微承压水14.0016.50m 第四层承压水23.0026.00m (2)地下水位动态 历年（自1959年起）最高地下水位接近自然地表。 据在该拟建场地附近的岩土工程勘察报告，拟建场地近35年最高地下水位（包括上 层滞水）埋深约为1.00m。 上层滞水的主要补给源以大气降水、农业灌溉等入渗为主，主要的排泄方式为大气蒸 发；潜水的主要补给源主要为大气降水和地表水入渗及侧向径流补给，以径流方式排泄； 微承压水及承压水，主要接受侧向径流补给，以径流方式排泄。地下水年变化幅度约为 1.0m2.0m。 1.2.4基坑支护方案 由于本工程基坑深度较深，对基坑质量要求也相对较高，根据建筑基坑支护技术规 程 (JGJ120-2012)的规定，本工程建筑基坑的侧壁安全等级应按一级考虑。 方案分析：本工程基坑较大较深，坑壁有易坍塌的人工填土层、粉土层、砂土层，难 以全部采用土钉支护；如果用简单的桩锚支护，很难控制深基坑侧壁的水平位移和地面的 沉降；采用连续墙加锚杆支护，能较好的控制变形量，但是由于开挖深度范围内，多为粘 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 性粉土或粉质粘土，难以使连续墙形成较好的嵌固作用。 经过上述分析，支护方案为从自然地面到以下4m处采用土钉支护，4米以下部采用钻 孔灌注桩作为护坡桩，同时结合锚杆做桩锚体系支护。 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 2 设计依据和设计内容 2.1设计依据 国家标准建筑抗震设计规范 (GB 50011-2010) 国家标准中国地震动参数区划图 (GB 18306-2001) 行业标准建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008) 北京市标准建筑基坑支护技术规程 (DB 11/ 489-2007) 国家标准建筑结构荷载规范 (GB50009-2012) 建设部建筑基坑支护技术规程 （JGJ 120-2012） 建筑部CECS22-90 土层锚杆设计与施工规范 北京市海淀区创新园项目岩土工程勘察报告 2.2设计内容 本工程基坑采用土钉墙+桩锚支护方案，主要设计内容如下： (1)结构荷载与土压力的计算； (2)基坑上部开挖段土钉支护计算； (3)锚杆的自由段、锚固段长度、锚杆所采用筋材参数； (4)护坡桩桩距、桩径、桩长及配筋； (5)冠梁设计计算； (6)基坑稳定性验算。 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 3 支护结构设计 3.1结构荷载 (1)荷载取值及其分项系数按建筑结构荷载规范要求确定，除注明外，其余均按有 关规范规定进行取用。 (2)基坑地面超载：按p=20kPa考虑。 3.2土压力的计算 土压力的计算方法有库仑土压力理论和朗肯土压力理论及计算方法。 3.2.1库仑土压力 库仑土压力理论根据支护结构背侧处于主动或被动极限平衡状态时的平衡条件，分别 得到主动土压力和被动土压力。 主动土压力： a KhE 2 a 2 1 (3-1) 式中： h一一挡土高度； Ka一一主动土压力系数，可查表得。 被动土压力： p 2 p 2 1 KhE (3-2) 式中： Kp一一被动土压力系数，可查表得。 3.2.2朗肯土压力 朗肯士压力理论建立在土体的摩尔一库仑强度理论及半无限土体的微元极限平衡状态 的假定上。由于没有考虑墙背和填土间的摩擦力，故求得的主动土压力值偏大，而被动土 压力值偏小，因此，使用朗肯土压力理论来设计挡土结构总是偏于安全的。 朗肯土压力计算公式如下： aa KzKEc2 a (3-3) pp KczKE2 p (3-4) 无粘性土情况下的朗肯主动土压力系数 )245(tan 2 a K ；(3-5) 无粘性土情况下的朗肯被动土压力系数 )245(tan 2 p K ；(3-6) 粉土及粘性土水平荷载标准值 aaa KcK2ea ；(3-7) 粉土及粘性土水平荷载标准值 ppp KcK2ep ；(3-8) 式中： Ea 一一计算点处的主动土压力强度(kPa)； Ep 一一计算点处的被动土压力强度(kPa)； z 一一计算土压力点的深度( m)； c 一一土体粘聚力(kPa)； 一一土体容重(kPa)； 一一土体内摩擦角()； 3.3土钉支护设计计算 3.3.1土钉参数选择 基坑勘察土层的各项参数如表1-1 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 根据建设部建筑基坑支护技术规程JGJ 120-2012，土钉墙设计应符合下列要求： (1)土钉墙墙面坡度不应大于1：0.1 。 (2)土钉的长度宜为开挖深度的0.51.2倍，间距宜为12m，与水平面夹角且为 520。 (3)土钉钢筋宜为采用II、III级钢筋，钢筋直径宜为1632mm，钻孔直径宜为70120mm。 (4)喷射混凝土面层宜配置钢筋网，邻钢l筋直径宜为610mm，间距宜为150mm300m m； 喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度不宜小于80mm。 (5)剖面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm。 选择基本参数： 土钉与水平面夹角正切为0.2，即11.3，钻孔直径选择为100mm，钉材采用II级钢筋HR B235。基坑侧壁安全等级取一级，重要性系数取1. 1。 3.3.2土钉几何尺寸设计 土钉结构尺寸由经验公式确定。 (1)土钉长度设计 mSmHL2 . 52 . 140 . 1 0 式中，m一一经验系数，一般可取m=0.71.2； S0一一止浆器长度，一般为0.8m1.5m； H一一边坡的垂直高度（m） (2)土钉间距设计 LdkSxSy k1 Sx、Sy一一土钉行距、列距（m）； dk一一土钉孔直径，由施工钻机确定，一般为90mm200mm； k1一一注浆系数，一次压力注浆，取1.52.5。 土钉孔直径为100mm，注浆系数取2.0，则土钉行、列距都取为1m。 (3)土钉钉材直径按下式估算 yxb SSd)2520( 取钉材直径为25mm。 3.3.3土钉墙整体稳定验算 (1)土钉墙土压力计算及潜在破裂面确定 按王步云法假定潜在破裂面为双折线，即墙顶至墙顶以下0.75H范围内的破裂面为直线， 其下为斜线（图3-1） 图3-1 土钉潜在破裂面 图3-2 土钉墙面层土压力 土钉墙面层后土压力强度公式为 hKmq e 式中，me一一工作条件系数，对临时支护取1.1，对永久支护取1.2； 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 K一一土压力系数， )(5 . 0 0a KKK ，K0、Ka分别为静止土压力和主动土压力系数； 一一土体重度（kN/m3） h一一土压力作用点到坡顶的距离：当 Hh5 . 0 ，h取实际值；当 Hh5 . 0 时，h取 0.5H。 土压力分布见图3-2。 3 /1 .19 4 202 . 2188 . 1 mkN 66. 0)21245(tan)245(tan 22 a K 52. 1)21245(tan)245(tan 22 p K K0取经验值0.7 当 Hh5 . 0 时， hhhKmq e 29.141 .1968. 01 . 1 ； 当 Hh5 . 0 时， kPahKmq e 57.280 . 45 . 01 .1968. 01 . 1 。 (2)抗拉断裂验算 5 . 1 4 2 b i y E fd 式中，Ei一一第i列单根土钉所承担的土压力（kN） yxii SSqE ； fy一一钉材抗拉强度设计值（kPa）； qi一一第i列单根土钉所在位置面层后土压力强度（kN）。 第一根土钉 mh24. 12 . 00 . 43 . 00 . 1 1 ， kPahq72.1724. 129.1429.14 11 ， 5 . 18 . 5 172.174 1000210025. 014. 3 4 2 1 2 b E fd y 第二根土钉 mh24. 22 . 00 . 43 . 00 . 2 2 ， kPaq57.28 2 第三根土钉 kPaq57.28 3 5 . 16 . 3 157.284 1000210025. 014. 3 44 2 3 2 b 2 2 b E fd E fd yy ，经校验满足。 (3)抗拔验算 在土压力作用下，土钉应具有足够的界面摩擦阻力而不被拔出，应满足下式 s i eih F E ld 式中，lei一一第i列土钉有效锚固段长度（m）； 一一锚孔壁对砂浆的极限剪应力（kPa）； Fs一一安全系数，取1.32.0，永久工程取大值。 第一根土钉 经实图量得 mle98. 3 1 ， 5 . 147. 2 72.17 98. 31 . 014. 335 1 1 s eh F E ld 第二根土钉 经实图量得 mle98. 3 1 ， 5 . 153. 1 57.28 98. 31 . 014. 335 2 2 s eh F E ld 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 第三根土钉 经实图量得 mle20. 4 1 ， 5 . 162. 1 57.28 20. 41 . 014. 335 3 3 s eh F E ld 经校验满足。 (4)土钉墙外部稳定性验算 将土钉墙视为重力式挡土墙进行抗倾覆、抗滑移稳定性验算，其稳定性系数均大于 1.5，满足要求。采用简单条分法进行圆弧稳定计算，稳定系数达到1.3，满足外部整体稳定 要求。 3.4桩锚支护设计计算 3.4.1整体等值梁法 等值梁法是当前我国工程界应用最为广泛的一种用以计算围护结构内力的方法。其原 理就是把基坑下桩的弯矩零点F与桩顶A之间的桩当做多跨连续梁，锚杆的位置当作连续梁 的支点，采用力矩分配法计算支点反力。 3.4.2力学参数计算 (1)土压力系数 由于基坑-4m以上采用土钉墙支护，则对该部分可考虑为地面超载，根据勘察资料，0 -5m处等效地面超载为： kPahhpP4 .962 . 2208 . 11820 2211 桩锚支护段考虑开挖面以下8m，则-4m-20m间平均内摩擦角、粘聚力和重度如下： 88.15 16 5 . 0128 . 2132 . 3124 . 7201 . 212 5 1 5 1 i i i ii h h kPa h hc c i i i ii 74.21 16 5 . 0258 . 2202 . 3204 . 7221 . 225 5 1 5 1 3 5 1 5 1 /26.18 16 5 . 0188 . 2182 . 3184 . 7181 . 220 mkN h h i i i ii 31. 0)245(tan 2 a K 计算被动土压力系数时，考虑桩已在基底以下，则此事被动土压力平均内摩擦角 85.13 8 125 . 0138 . 2122 . 3205 . 1 p 23. 985.13 3 2 3 2 p 则被动土压力参数带入式： 0 . 2) 85.13sin)23. 985.13sin(23. 9cos 85.13cos () sin)sin(cos cos ( 22 p K (2)土压力为零（近似反弯点）距坑底面距离 m KK ee y ap aq 12. 3 )31. 00 . 2(26.18 31. 074.21226.1831. 0164 .9631. 0 )( (3)基坑支护简图 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 基坑支护简图如图3-3所示，土压力为零点经计算离坑底为3.12m，近似的看做弯矩为 零处，根据规范，设计围护结构使用三道锚杆，第一道锚杆距地面4m，即护坡桩桩头处， 第二道锚杆距地面7m，第三道锚杆距地面10m。 图3-3 基坑支护技术简图 (4)分段计算各节点不平衡弯矩（取一延米为对象） 梁AB段 由于A端为锚杆，梁AB段可简化为如图3-4所示。 图3-4 梁AB段弯矩计算简图 A端简支，B端固定端，则： 0 AB M ， 2 2 2 1 15 1 8 1 lqlqMBA ， kPaKcqKq aa 68. 531. 074.2124 .9631. 02 1 kPahKq a 98.16326.1831. 0 2 mkNlqlqMBA58.16398.16 15 1 368. 5 8 1 15 1 8 1 222 2 2 1 梁BC段 B、C端均为固定端，简图如图3-5所示： 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 图3-5 梁BC段弯矩计算简图 2 4 2 3 30 1 12 1 lqlqMBC ， 2 4 2 3 20 1 12 1 lqlqMCB kPaqqq66.2298.1668. 5 213 kPahKq a 98.16326.1831. 0 4 mkNlqlqMBC/09.22398.16 30 1 366.22 12 1 30 1 12 1 222 4 2 3 mkNlqlqMCB/64.24398.16 20 1 366.22 12 1 20 1 12 1 222 4 2 3 梁CDE段 C端为固定端，E端为简支，简图如下 图3-6 梁CDE段弯矩计算简图 参考建筑结构静力计算手册，将荷载分为三部分计算，则： mkN l llKhq l l l llKl l llKlq M CE DEDEa DE CD DE CDCDaCD DE CDCDaAC CE .27.173 ) 12. 55 12. 33 1 ( 6 12. 331. 0)826.184 .96( ) 12. 35 212 12. 3 29 8( 24 231. 0226.18 ) 12. 3 2 2( 8 231. 0)626.184 .96( ) 5 3 1 ( 6 )( ) 5 129 8( 24 )2( 8 )( 2 22 2 2 2 2 2 2 2 22 2 2 22 2 2 0 EC M (5)弯矩分配 根据结构力学：对于支承情况下的转动刚度为： 远端固定： i l EI S4 4 ；远端定向支承： i l EI S ；远端铰支： i l EI S3 3 由于梁的EI值相同，所以： 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 B点的弯矩分配系数 43. 0 3 4 3 3 3 3 EIEI EI SS S BCBA BA BA ， 57. 0 BC C点的弯矩分配系数 69. 0 12. 5 3 3 4 3 4 EIEI EI SS S CFCB CB CB ， 31. 0 CF 表3-1 弯矩分配表 A B C 分配系数0.430.57 0.690.31 0 固端弯矩0 -16.5822.09 -24.64-173.27 B第一次分配传递1.19 -2.37-3.14 1.57 C第一次分配传递67.74 135.4760.87 B第二次分配传递-14.57 -29.13-38.61 -19.31 C第二次分配传递6.66 13.325.99 B第三次分配传递1.43 -2.86-3.80 -1.90 C第三次分配传递0.66 1.310.59 B第四次分配传递-0.14 -0.28-0.38 -0.19 C第四次分配传递0.07 0.130.06 最后弯矩-14.95 -51.2251.29 105.76-105.76 0 (6)求各支点的反力 AB段： 0 A R ， kNRA1 .29 3 22.5195.143 3 1 2 3 )68. 566.22( 2 3 368. 5 所以有 kNRRR AAA 1 .29 kNRB3 .13 3 22.5195.143 3 2 2 3 )68. 566.22( 2 3 368. 5 中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计 BC段： kNRB3 .24 3 76.10522.513 3 1 2 3 )66.2264.39( 2 3 366.22 kNRRR BBB 7 .37 kNRC2 .69 3 76.10522.513 3 2 2 3 )66.2264.39