毕业设计（论文）-郑东新区金融大厦基坑支护工程设计（全套图纸）

郑东新区金融大厦基坑支护工程设计 前 言本次毕业设计的资料主要来源于河南郑州的某施工单位。虽说没有到现场实地收集资料，通过加倍的研究本工程的场地地质条件、水文地质条件、土层力学指标及基坑周围的建筑环境等，也初步拟定三种方案即土钉墙支护、桩锚联合支护和土钉墙加桩锚联合支护。其中经过多方面的比较，尤其是从经济效益上看，土钉墙加桩锚联合支护对本工程而言是最优方案。全套图纸，加153893706土钉墙加桩锚方案就是上部用土钉墙支护，下部用桩锚支护。土钉墙是近来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。它由被加固土和放置于原位土体中的细长金属杆件（土钉）及附着于坡面的混凝土面板组成，形成一个类似重力式强的挡土墙。现代土钉技术是从70年代出现的。德国、法国和美国几乎在同一时期各自独立地开始了土钉墙的研究和应用。出现这种情况并非偶然，因为土钉在许多方面与隧道新奥法施工类似，可视为是新奥法概念的延伸。60年代初期出现的新奥法，采用喷射混凝土和粘结型锚杆相结合的方法，能迅速控制隧洞变形并使之稳定。特别是70年代及稍后的时间内，先后在德国法兰克福及纽伦堡地铁的土体开挖工程中应用获得成功，对土钉墙的出现给予了积极的影响。此外，60年代发展起来的加紧图技术对土钉墙技术的萌生也有一定推动作用。1 工程概况1.1 建筑基坑概况拟建郑东新区金融大厦位于郑州市东部，上部建筑物18层，地下2层。郑东新区CBD区东北部，CBD外环路内侧A26地块，拟建建筑西南侧地界外为规划中的17m宽地下通道，其外为规划中的商业步行街，再外为A59地块商住楼，该A59地块与拟建场地距离约为78.0m；西北侧为A25块地，现为空地；东北侧为CBD外环路，距场地用地红线为5.0m；东南侧为九如路（第四城市中心轴线道路），距场地用地红线5.0m。具体位置参见“郑东新区金融大厦建筑场地平面图”。基坑开挖深度为10.5m，基坑开挖面积为12064，基坑开挖面积为场地周边环境如下（见建筑场地平面图）：东侧距九如路边石约10.0m，距建筑用地红线约5.0m。北侧距CBD外环路人行道边缘约10.0m，距建筑用地红线约5m。南侧距拟建的商业步行街约17m，另距经一路东侧三层楼约35m。西侧为开阔场地，无建筑物。1.2 场地工程地质条件及水文地质条件1.2.1 场地土层力学参数指标见表1 土层力学参数 表-1 参数序号 土 层层厚（m）（KN/m3）ILe（KPa）（度）qsik（Kpa）素 填 土2.1418.00/10.0015.0040.00粉 土1.2618.2812.0022.0070.00粉质粘土1.4418.3819.0015.0060.00粉 土1.9318.9517.0022.0072.00粉质粘土1.1018.3022.0016.0060.00粉 砂1.9719.0419.0023.0070.00中 砂1.2719.0017.0013.0068.00粉 土1.518.0020.0015.0060.00粉 土1.2518.6017.0023.0060.00粉质粘土2.1918.6021.0017.0065.00粉质粘土2.8419.0023.0017.0070.00细 砂1.8319.204.0025.0090.00细 砂12.2519.803.0027.0090.00粉质粘土10.0019.1424.0021.0090.00说明1.由于锚索采用二次劈裂注浆，根据规范与施工经验，本工程中的qsik实际应用值较给定的标准值提高1.21.5倍。2.勘察报告给出的c、值根据郑州地区类似地层的经验值与相临工程勘察的力学参数指标类比，个别参数进行了调整。1.2.2 场地水文地质条件场地内存有二层地下水，第一层属第四系潜水，赋存于上部第11层以上各层土中，水位埋深在地表下2.0m左右，补给条件为大气降水，场地地下水年变幅为1.0m左右，渗透系数取k=20m/d。1.3 侧壁安全等级确定基坑侧壁安全等级的不同，相对应采取的支护方式及安全系数也不同。本基坑各边坡因距建筑物或道路、地下管网较近；支护结构破坏后都会造成很严重的后果，根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99中安全等级的划分标准，将本基坑的安全等级定为一级。本工程支护及降水均按一类基坑设计。2 降水工程2.1 技术难点分析与方案选择2.1.1 技术难点分析基坑开挖深度内以粉土和粉质粘土、中砂为主，根据地勘资料显示：水位埋深3.0m左右。基坑三面邻路，一面为空阔场地。建筑场地区域内的地质条件也比较复杂，根据地勘资料显示：第、层土均为粉质粘土层，呈软塑可塑状，勘察报告给定的最大渗透系数仅为9.010-3cm/s，弱透水层；下部两层为砂层，平均厚度之和约为14.0m，透水性较强，是第2个主要赋水层，该层水具承压性。基坑的底面正好在第层粘土层上，所以，在这样复杂的地质条件和周边环境下采用什么方式降水、如何保障既能满足基坑开挖要求又要保护周边道路及市政设施不受损坏，是本工程的技术难点，也是降水工程成败的关键所在。2.1.2 降水方案选择根据以上分析，在复杂的地质条件和周边环境下降水，如果不采取止水措施，就会增加降水工作量及降水对周边的影响。因此、对基坑周边必须采取帷幕桩隔水、阻水（止水帷幕桩设计见支护方案）。降水井设计原则如下：降水井数量应满足基坑总用水量要求；基坑降水的目的主要是保证基坑内开挖面以上土体的疏干，基坑周边虽设计有帷幕桩，但不可能起到绝对的止水效果，下部砂层中的水还会通过帷幕绕渗补给进入基坑，所以、降水井的设计原则是“密而浅”，尽量少抽砂层中的水。降水井的深度尽量不要超过帷幕桩底，比桩浅23m为宜。降水井管底部进入砂层部分应采用实管，不能采用滤管。基坑开挖接近底部时，可能会出现水位下降缓慢，但基坑内降水井密度已经很大，无法再增加管井，此时应增设轻型井点辅助降水。为减少降水引起的地面沉降及对邻近建筑场地地质条件的破坏，帷幕桩外必须采取适当的回灌措施。基坑内设置观测井，用以控制水位降深，为“信息法施工”提供可靠数据。由于是矩形基坑，景点系统布置为环状。井点管距基坑边为1m，虑管长度为2.5m，直径为200mm。各有配套的抽水设备，含水层厚度为15.89m2.2 涌水量计算(1) 涌水量的计算降水模型：潜水承压水非完整井井群干扰降水，基坑远离边界，圆形补给，各井点的井间距、抽水量、影响半径相等。水位降值：抽水影响半径：井的半径： 图-1承压水-潜水非完整井计算模型（2）井点管长度的确认 H井点管长度； H1井点管埋没面至基坑底面的距离； h降低后的地下水位至基坑底的距离； I水力坡度； L井点管距群井中心的水平距离；由于井点管需露出地面部分为0.25m，所以井点管长度为15.05m.(3) 基坑等效半径： 式中： a基坑的长度； b基坑的宽度；（4）涌水量：式中： k含水层的渗透系数；H潜水含水层的厚度；hml虑管长度；R抽水影响半径；r0基坑等效半径；（5）确定单井的出水量 式中： r虑水管井径； l虑水管长度； （6）确定井点管数量 （取29根）（7）井点间距 式中： L集水管总长； 2.3 回灌井水量控制与分析基坑抽水量以及由此而引起的沉降要经过严密的计算，同时、基坑外井点回灌也要进行准确的计算，回灌井距基坑的距离、井深、及回灌水量都要进行精确验算。否则，无目的、无限制地回灌不但起不到好的效果，而且会导致锚索受水浸泡而失效，造成边坡失稳或使帷幕后土体液化，形成流沙、坑底隆起或地表沉降。以南边坡为例，自然水位埋深3.0m，马路路基到基坑开挖边线的净距离约10m，回灌井设置在距基坑边3m处，拟建基坑内水位大面积需降至-19.0m。根据计算分析，在距边坡3.0m远处，自然水位下降0.68m时即达到了临界状态，也就是说如果再继续往下降，不采取回灌措施，附近地面就会产生沉降，此时必须采取回灌措施（回灌井点的位置L值要结合锚索的自由段长度以及土层的透水率综合确定）。回灌的时间（Sw=0.68m时）和最佳位置确定后，就要控制回灌水量Q1，由于做有帷幕桩干扰，使水体由原来的径流转换变成绕渗的形式向基坑内补给（见上图）。因此、计算回灌水量Q1就要从帷幕内外水头差和其产生的水力坡度方面考虑。 根据Q1=KJA 其中 K渗透系数 J水力坡降 A水源补给面积 计算得出Q1=11.43m3/d2.4 降水井及回灌井、观测井设计基坑内采用管井（视降水情况辅助轻型井点）降水，设计29眼管井；管井深25m，井口标高为自然地面，井间距15m15m，均匀布设。如需启用备用轻型井点，井点支管长7m（包括1.0m的滤管），井点间距1.5m，井点管标高为-14.1m。基坑周边设计13眼回灌井，井深20m，成井工艺与降水井同。基坑内部设计2眼观测井，井深25m，成井工艺与降水井同。3 相关国内外现状3.1 基坑工程的发展概况1深基坑工程作为临时工程，造价高、技术要求严格，岩土条件复杂多变，本文针对深基坑工程施工过程中容易出现及忽略的问题进行了阐述，同时提出了该类工程施工中的监理的几点体会。改革开放以来，随着我国国民经济的快速发展，大批的多高层建筑和超高层建筑相继开工，地下工程越来越多，加之国家有关规范对基础埋置深度和人防工程的要求，使得与此紧密相连的基坑支护技术也得到了迅速的发展。但是因为深基坑支护为临时建筑，是为了完成地下建筑施工服务的，它的施工不在建筑主体施工的范围内，为节省投资成本及加快进度，施工单位、业主都只是强调基坑支护工程的临时性，忽略了基坑支护工程的重要性、复杂性、风险随机性以及事故的多发性。如此一来，深基坑工程事故极易发生，不仅延误了工期，还造成金钱甚至人员伤亡的惨重损失。 早在20 世纪30 年代,Terzaghi 等人已开始研究基坑工程中的岩土工程问题,提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小总应力法。在以后的时间里,世界各国的许多学者都投入了研究,并不断在这一领域取得丰硕的成果。基坑工程在我国进行广泛的研究是始于20 世纪70 年代末,那时我国的改革开放方兴未艾,基本建设如火如荼,高层建筑不断涌现,相应的基坑埋深不断增加,开挖深度也就不断发展;特别是到了20 世纪90 年代,大多数城市都进入了旧城改造阶段,在繁华市区进行深基坑开挖给这一古老的课题提出了新的内容,那就是如何控制深基坑开挖的环境效应问题,从而进一步促进了深基坑开挖技术的研究与发展,产生了许多先进的设计计算方法,众多的新施工工艺也不断付诸实施。基坑开挖是基础和地下工程施工中一个古老的传统课题,同时又是一个综合性的岩土工程难题,既涉及土力学中的典型强度问题,又包含了变形问题,同时还涉及到土与支护结构共同作用。基坑工程还是实用性、经验性极强的学科,是随着土力学理论、计算技术、测试仪器及施工机械、施工工艺的进步与工程实践增加而逐步完善的学科。我们相信,随着我国经济建设的持续高速发展,依靠工程界、学术界的共同努力,我国的深基坑工程设计和施工水平必将日益提高,“深基坑工程学”必将日益完善。基坑工程自产生以来,已在工程中广泛应用,但计算理论远落后于工程实践,计算方法的不统一,反映了人们对基坑受力、变形机理认识上的不一致,本文通过工程中复合土钉支护变形到破坏全过程的分析,认定复合土钉支护边坡为人工加固边坡,其破坏形式仍为边坡失稳破坏.据此建立了基坑工程的设计计算方法-根据工程类比和经验方法,确定复合土钉支护的参数,以边坡整体稳定安全度的计算作为基坑工程的主要依据.3.2 基坑开挖施工与降水 基坑的开挖施工，无论是采用支护体系的垂直开挖还是方坡开挖，如果施工地区的地下水位较高，都将涉及到地下水对基坑施工的影响这一问题，当开挖施工的开挖面低于地下水位时，土体的含水层被切断，地下水就会从坑外或坑底不断的渗入基坑内，另外在基坑开挖期间由于下雨或其他原因，可能会在基坑内造成滞留水，这样会使坑底地基土强度降低，压缩性增大。这样一来，从基坑开挖施工的安全角度出发，对于采用支护体系的垂直开挖。坑内被动区土体由于含水量增加导致强度、刚度降低，对控制支护体系的稳定性、强度和变形都是十分不利的；对于放坡开挖来讲，亦增加了边坡失稳和产生流砂的可能性。从施工角度出发，在地下水位以下进行开挖，坑内滞留水一方面增加了土方开挖的施工难度，另一方面亦使地下主题结构的施工难以顺利进行。而且在水的浸泡下，地基土的强度大为降低亦影响到了其承载力。因此为保证深基坑工程开挖施工的顺利进行，同时保证地下主体结构施工的正常进行及地基土的强度不遭受损失，一方面在地下水位较高的地区当开挖面低于地下水位时需采取降低地下水位的措施；另一方面基坑开挖期间坑内须采取排水措施以排除坑内滞留水，使基坑处于干燥的状态，以利施工。3.3 土层锚杆支护锚杆是一种新型受拉杆件，它的一端与工程结构物或挡土桩墙联结，另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、倾测力或挡土墙的土压力、水压力，它利用地层的锚固力维持结构物的稳定。 土层锚杆是在岩石锚杆的基础上发展起来的，在50年代前岩石锚杆就在隧道衬砌结构中应用。1958年德国一个公司首先在深基坑开挖中用于挡土墙支护，锚杆进入非粘性土层。土层锚杆具有一系列优点，从1958年成功应用后，引起各国的重视，并继续应用于各类支护结构中，同时投入大量力量进行研究开发，土层锚杆应用数量迅速增加，施工工艺日趋完善，并形成成套施工专业机具。从70年代起各国先后制定了土层锚杆设计和施工规程。与此同时，国际土力学与基础工程学会1969年在墨西哥召开第七届会议，1977年在东京召开第八届国际会议，讨论了土层锚杆蠕变、锈蚀问题及计算理论，提高承载力问题。我国最早用于地铁工程，80年代初用于高层建筑深基坑支护，一般压力灌浆较多，也有二次灌浆及压力灌浆的，钢筋由粗钢筋发展到钢绞线，从一层锚杆到渗坑四层锚杆，并制定了行业规范。目前土层锚杆的应用已经普遍，并且都为预应力锚杆。锚杆与土钉墙支护相似,将锚杆锚入稳定土杆与土钉墙支护相似,将锚杆锚入稳定土体中,外端与支护结构连结用以维护基坑稳定的受拉杆件,并施加预应力。支护体喷射混凝土称喷锚支护。锚杆可与排桩、地下连续墙、土钉墙或其他支护结构联合使用。不宜用于有机质土,液限大于50 %的粘土层及相对密度小于0. 3 的砂土。3.4 钻孔灌注桩支护钻孔灌注桩护坡是最广泛采用的支护型式,尤其是桩+锚杆支护体系应用更为广泛,且已为广大用户接受,认为是安全可靠的。埋深- 10 - 12m 以内的基坑一般采用悬臂式或双排桩支护,也有采用拉结形式的。- 12 m- 15 m的基坑,一般采用一层锚杆,上面2 m4 m 砌砖墙,桩径大多数为800 mm。埋深超过- 15 m 的基坑一般要采用多层锚杆,锚杆长度多在15 m25 m 之间,多数使用螺旋钻进,当遇到卵石层时,一般采用冲击套管钻进。3.5 深基坑支护工程的发展与展望十多年来，随着改革开放的进展，国家经济建设取得了长足进步，从而带动了岩土工程包括开挖和支护工程技术的发展和进步、目前，各地基本建设中的各类建筑朝高、大、深、重等方面的发展势头仍方兴未艾、可以预料，基坑开挖预支护技术的各个方面均将继续得到全面而深入的应用和推广，各种支护型式和设计计算方法将会在“点”上更深入而形成“点深面广”的发展态势。今后深基坑设计施工技术可能会有以下发展：（1）根据基坑施工发展需要及我国综合经济水平的提高，将继续充实深基坑开挖、支护的施工队伍素质及装备，引进国外新技术，增加技术手段；（2）大力促进与推广动态设计和信息施工技术，使之在开挖支护工程设计中，成为设计知道思想的基调，用在变更改革岩土工程的总体设计构思；（3）深基坑开挖与支护问题对经典土力学理论提出了新的挑战。此前，大量的浅挖工程和无需支护的实践，使人们已经习惯于一般常规的“加载”的土力学方法。土中应力与变形均无需作符合开挖边界的调整，但现在，基坑开挖与支护的应力、变形分析将把不可忽视的卸载问题及其引发的土体应力、强度、变形性质以及其变化提上岩土工程师的议事日程、提出需要深入研究的课题。可以说，不断发展中的工程实践对岩土工程和岩土力学得出了新的研究和发展方向与要求。基坑开挖与支护的发展水平是从另一个侧面反映和衡量一个国家工业水平和建筑技术高低的重要标志。从国外的发展趋势看来，为适应我国工程建设的需要，还必须深入研究和开发这方面的技术。当然，在基坑开挖与支护领域中，人们已应用各种手段和技术措施几种解决了一个又一个工程问题和难题。相信今后在不断完善和不断认识、提高深化的过程中，必定会将这一工程领域的技术水平推向更新的高度，为岩土工程总体增添更加丰富的内容。4 基坑支护工程4.1 初步确定基坑支护方法2目前，深基坑支护的方式有很多种，其中比较常用的有：土钉墙、悬壁桩、桩锚联合支护、地下连续墙、内支撑等。（1）土钉墙支护 是采用土钉加固的基坑侧壁土体与钢筋混凝土面层共同组成的支护结构。 图2土钉支护土钉墙是一种柔性的支护结构，在粉土、粘性土地层广泛采用。土钉墙的优点是：投资少、工效快、随开挖随支护、不占用独立的工期，一般适用于较浅的基坑或水位较低、基坑侧壁安全等级要求不高的基坑。其缺点是：必须在无水的条件下施工，对水位埋深较深的基坑需采取大面积降水或截水措施；最主要的是土钉墙支护对抵抗边坡变形的能力较差，一般都伴随放坡开挖。对本工程而言，基坑开挖较深、水位较高，因场地有限，不能做大面积放坡开挖。另外，基坑水位降深较大，必须采取帷幕桩截水措施，如采用土钉墙，土钉成孔时势必对帷幕墙造成破坏，导致流砂或帷幕桩漏水，造成周边沉降，危害道路及建筑物。 图3悬臂桩支护（2）悬臂桩：是一种被动的支挡结构，靠排桩与桩顶冠梁共同组成支挡体系，一般可与斜撑、角撑共同使用。此种支护方式适合于无法放坡或土钉无法成孔且安全等级要求不高的基坑边坡。它的优点是：能解决场地狭小，土钉墙无法施工的条件下的基坑支护问题，基坑开挖过程中，可减少分层开挖的次数，便于土方施工。但此种方式相对而言造价较高、工期较长。另外，悬臂桩支护产生的顶部变形较大。对本工程而言，经计算，需采用1200直径、约39m长的大型桩才能满足支护要求，但桩顶变形仍较大。因本工程基坑跨度较大，即使加斜撑、角撑也不能有效地控制变形。 图4桩-锚支护（3）桩-锚联合支护：即护坡桩与土层预应力锚杆共同作用，形成复合的支护体系；桩-锚支护解决了悬臂桩不能控制坡顶变形的问题，护坡桩以及顶部冠梁形成一道完整的挡土墙体，予应力锚杆的作用机理是在土体尚未发生变形前，预先施加外力（即支反力），通过锚杆体、护坡桩及连梁传递到土体上，不让其产生破坏，这样就能起到预先防治的作用（见上页附图）。因此、对边坡采取以上支护措施，完全可以满足基坑支护的要求。桩-锚支护在全国各地深基坑支护中广泛应用，是比较安全，经济合理的支护措施，它综合了悬臂桩与土钉锚杆的优点。桩-锚联合支护适合在本工程中使用。 图5内支撑支护（4）地下连续墙：地下连续墙的作用原理与桩-锚体系相同，只是地下连续墙中的挡土结构是由钢筋砼形成的一面完整的连续的墙体，它既能挡土，又能止水，而护坡桩要有间距，须另外增设的帷幕桩来止水，其自身不能止水。（5）内支撑：是由钢或钢筋混凝土构件组成的用以支撑基坑侧壁的结构体系。内支撑适用于比较规矩的基坑，如矩形、方形、圆形基坑。支撑体系同样要有桩或地连墙做挡墙，由钢或钢筋砼构件代替了锚杆，支撑构件与锚杆在作用机理上不同：支撑构件是在挡墙产生破坏变形后，才有支反力产生，靠支撑构件的刚性抑制变形的继续发展；而予应力锚杆是人为的予先施加给土体或挡墙一个支反力，不让其产生破坏变形。根据以上分析，结合本工程的实际情况，初步选择土钉墙、桩锚联合支护和复合土钉墙（即土钉墙+桩锚支护）。根据以上分析，结合本工程的实际情况。初步选择土钉墙支护、桩锚联合支护和土钉墙加桩锚联合支护。4.1.1 土钉墙支护方案的设计计算3由于本建筑场地南北东三侧皆是路，而西侧则是空地，所以先按1：6的比例放坡，再进行土钉墙支护。土钉布置如图1所示。每相连土钉的水平间距为1.5m，垂直间距为1.5m。土钉与水平面的夹角均取15度。锚固体直径dnj=150mm，基坑外表面荷载q0=10kN/m2。（1） 计算土体参数r、c、土体参数取各土层的加权平均值，如下示： 图6 土钉布置图（2）计算土压力按公路路基设计规范（TTGD30-200x）取值，取静止土压力系数，则在坡顶的土压力强度为： 支护底面的土压力强度为： （3）计算单根土钉受拉荷载标准值 Tjk第j根土钉受拉荷载标准值； 荷载折减系数，一般取1.0； eajk第j土钉位置处的基坑水平荷载标准值； sx,jszj分别是第j个土钉与相邻土钉的平均水平和垂直间距； aj 第j土钉与水平面的夹角； （4）计算单根土钉抗拉承载力（按极限状态考虑） 土钉抗压承载力为：（5）土钉直径的计算 土钉直径： （6）土钉长度计算 非锚固段长度的计算 有效锚固段长度的计算 土钉总长计算（7）喷射混凝土面层临时性土钉支护面层厚度取100mm后的钢筋网喷射混凝土，混凝土强度等级为C25，钢筋网用的一级钢筋焊成200mm的方格网片。（8）土钉内部稳定性验算4（a）抗拔稳定性验算单根土钉的抗拔稳定性验算：土钉与土体界面的抗剪强度小于土钉与砂浆界面的粘结强度，即单根土钉的抗拔稳定性由控制。现取稳定性系数。则：由以上计算可见，单根土钉的抗拔稳定性均满足要求。（b）总体土钉抗拔稳定性验算：由土钉墙内部给定破裂面后，取和，计算如下：由其中： Kf总体抗拔力安全系数，这里取2.0； Fj单根土钉抗拔力；H基坑开挖深度；Eh面层分段部分所受的土压力合力；Hh土压力合力到土钉墙底面的距离； 土钉墙内部整体稳定性分析土钉墙支护结构的内部稳定性分析采用圆弧破裂面条分法。因为确定圆弧破裂面的过程很复杂，所以严格按圆弧滑动简单条分法进行手算是很困难的，在此仅作近似计算。土钉支护结构内部稳定性安全系数为：其中： aj第j个土条底面中点切线与水平面之间的夹角； j第j个土条底面所处地层的内摩擦角； Cj第j个土条底面所处地层的粘聚力； Rk破坏面上第k排土钉的最大粘聚力； Snk第k排土钉的水平间距；k第k排土钉轴线与该处破裂面切线之间的夹角；i土条i的宽度；设滑裂近似为一倾角为的直线。因此滑动土体为一三角形，其上部宽度为：，如图2所示，则可得： 图7 条分法示意图因为滑裂面近似成一条直线，所以个土条底面中点切线与水平面之间的夹角均为，即：。同理，第k排土钉轴线与该处破裂面切线之间的夹角也均为：，土钉最大抗力计算如下： 将以上数据带入安全系数公式中，得到：显然，土钉墙内部整体稳定性满足要求。（9）土钉墙结构外部稳定性分析 抗倾覆安全系数应满足以下公式： 其中： B土钉墙计算宽度； w墙体自重； q0地表荷载； EaxEay分别是作用与土钉墙后的主动土压力的水平分力和垂直分力； Ze2土钉墙主动土压力作用点离墙体的垂直距离； 则将以上数据带入上诉公式即为： 土钉墙支护结构抗倾覆稳定性满足要求。 抗滑动稳定性验算 抗滑动安全系数应满足以下要求： 其中： Ft土钉墙底面上产生的抗滑力； 土钉墙支护结构抗滑动稳定性满足要求。由以上计算过程可见，所设计的土钉个参数均满足实际要求，且土钉内外稳定性也满足规范要求。因此，土钉墙支护从理论上具有可行性。4.1.2 桩锚联合支护方案的设计计算54.1.2.1 锚杆的基本原理6锚杆作用的基本原理就是依靠锚杆周围地层的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开挖自身的稳定。岩土锚固的主要功能是：（a）提供作用于结构物上以承受外荷载的抗力，其方向朝着与岩土相接触的点。（b）使被锚固地层产生压应力区或通过的土体起加筋作用（非预应力锚杆）（c）加固并增加地层强度，也相应地改善了地层的其他力学性能。（d）当锚杆通过被锚固结构时，能使结构本身产生于盈利。锚杆的这些功能是互相补充的。对某一特定的工程而言，也并非每一个功能都发挥作用4.1.2.2 桩锚支护方案的设计计算由于锚杆施工工艺要求，一般挖土一层，锚杆施工一层（也有搞流水作业，但不普遍）。因此，锚杆层数多，工期要求长，费用也很大。锚杆间距，一般用1桩1锚。现在也有用2桩1锚，或3桩1锚的，主要应视土质，锚筋确定。但必须注意将锚杆轴力乘间距距离，以此计算锚固长度及钢绞线，钢筋配置。本工程基坑开挖深度为10.5m.用两层锚杆支护。两层锚杆之间的距离为4m。第一层锚杆距地面4m,第二层锚杆距基坑地面2.5m，打入桩的桩径为800mm,锚杆倾角为300。计算简图如图8所示： （1）基坑开挖至4m处，水土压力的计算开挖深度范围内土体力学指标加权平均值为： 图8 桩锚支护设计简图 计算地面以及地面以下3m处的主动土压力主动土压力系数如下：被动土压力系数如下：地面处的主动土压力为：地面以下4m处的主动土压力为： 求土压力为零的点的位置求土压力为零的点距离地表x米，则有： 则主动土压力合力为： 求此开挖阶段的最大弯矩值设在开挖面一下距离d处，土压力为零，即主动土压力=被动土压力，则有： 土体压力为零的点在开挖面以上+0.90m。最大弯矩产生在土体压力为零处，则有： 由于基坑开挖深度为10m。因此，对于第一次开挖深度为4.0m时，嵌固深度必然满足要求，可以不验算。（2）第二层开挖深度为4.0m。即开挖至8.0m，且在开挖4.0m处设立锚杆。 开挖8.0m深度处的土压力强度为： 开挖面一下距离处土压力为零，则有： 土压力为零的点A以上的土压力合力为： 主动土压力合力作用点与A点的距离为：对A点取矩，则有： 主动土压力合力对A点的矩 求第一层锚杆的支点反力 求最大弯矩作用点位置（B点）由于主动土压力合力，可判断出剪力为零的点位于基坑底面以下处，则： 因为 所以剪力为零的点在离基坑底面以上（2.42-1.24）=1.18m 求最大弯矩对剪力为零的B点取矩，得到： （3）第三层开挖深度为2.5m，即开挖至10.5m。且在开挖到8.0m处设立第二层锚杆。计算简图如图9所示： 图9 第三次开挖计算简图 计算开挖面10.5m处的主动土压力强度 开挖面以下在土压力为零的点c处的深度 主动土压力合力 主动土压力合力作用点离c点的距离 第二层支点反力 最大弯矩作用点位置设最大弯矩作用点D离土压力为零的点，则有： 由于，所以建立为零的点在基坑底面以上（2.29-1.37）=0.92m处。利用三角比例关系得： 求最大弯矩对D点取矩： 求嵌固深度嵌固深度以水平力的平衡条件确定，如下： 灌注桩总长度为： （4）土层锚杆设计第一层锚杆： 自由段长度去锚杆倾角为30，土层锚杆自由段长度按超出滑裂面1.0m确定： 由于自由段长度要超出滑裂面1.0m，所以 锚固段长度的计算锚杆孔径： 暂设锚固段长10m，则锚固段中点埋深为： 则锚固段长度为： 其中： Lm锚固短长度； Km锚杆抗拔安全系数； Dm锚杆孔径； Nt锚杆的抗拔力； 土钉的抗剪强度； 取 锚杆截面积 所以，选用第二层锚杆： 自由段长度 所以，自由段长度为 用求第一层锚杆锚固段长度的方法，可求出此层锚杆锚固段长度即： 暂时设锚固段长度为1m，则锚固段中点埋深为： 取 锚杆截面积 所以选用（5）灌注桩设计7 确定其基本参数初设灌注桩桩径为800mm，桩间距为1000mm。混凝土强度等级为C30，受力钢筋采用二级钢。（主筋用螺纹钢筋，箍筋采用圆钢）。水泥采用425号普通硅酸盐水泥，粗骨料粒径不应大于40mm，纵向钢筋（主筋）由前面的计算可得，灌注桩墙所受最大弯矩为408.53kN.m 配筋计算 查混凝土结构书中的附表4-4，可知混凝土强度等级为C30时的混凝土保护层厚度为35mm(为二类环境)，所以取 其中： h0截面有效高度； h矩形梁的高度； as混凝土保护层厚度；由混凝土和钢筋等级，查表2-2，2-7得混凝土轴心，抗压强度设计值，轴心抗拉强度，钢筋纵向抗拉强度设计值由附表4-5得：混凝土受压区等效矩形应力图系数，有混凝土强度等级及钢筋型号，查附表4-6，可知：相对界限受压区高度 其中： as纵向非预应力受拉钢筋的合力点至截面近边的距离； M弯矩设计值； 1混凝土受压区等效矩形应力图系数； b截面梁宽度； h0截面有效高度； 则受压区高度：即满足要求。验算适用条件： 适用条件之一， 即已满足要求 适用条件之二， 即其中： 纵向受拉钢筋配筋率； min最小配筋率； 所以配筋率满足要求（6）稳定性验算8 整体稳定性验算由于灌注桩插入深度较大，且锚杆比较长也很密，这对于提高边坡抗滑移能力非常有利，因此，可以不验算边坡的整体稳定性。 深层滑移稳定性灌注桩桩长15.94m，开挖深度为10.5m，插入深度为5.44m。第一层锚杆的稳定性验算： 斜土层锚杆全长12m，其中自由段长为4.5m，锚固段长为8m，锚杆倾角，锚杆抗拔力为，开挖土层的土体力学指数为：。超载q=10kPa，用克兰茨代替墙法来验算其稳定性，如图所示。其中，od为代替墙，（为代替墙与土体的摩擦角）。土钉倾角为，由图中几何关系可知： A: 即需计算底面荷载。B: 求代替墙与桩之间的土重 C: 挡土桩的主动土压力因为D: 求代替墙的主动土压力 E: 求： 其中： KAh最可能承受的水平力； Eah挡土桩的主动土压力； E1h代替墙的主动土压力； G代替墙与桩之间的土重； 土层内摩擦角； 挡土桩脚至锚杆锚固段中心连线与水平面的夹角； 土层对代替墙的内摩擦角；所以锚杆稳定安全系数为： 即：因此第一层锚杆深层滑移稳定性满足要求。第二层锚杆的深层滑移稳定性验算如下：（方法同第一层锚杆的验算一样）锚杆自由段长度为： A: 所以需要计算地面荷载B: C: D: E: 所以第二层锚杆的深层滑移稳定性满足要求。 即坑底部土体抗隆起稳定性验算采用同时考虑的的抗隆起验算法进行验算抗隆起安全系数： Ks基坑底部土体抗隆起安全系数； r1基坑外地表至支护墙底各土层天然重度加权平均值； r2基坑开挖面以下墙底各土层天然重度加权平均值； q抗外力地表荷载； C支