毕业设计（论文）-温泉公寓2号楼基坑支护设计（全套图纸）

本科生毕业设计(论文)题 目:温泉公寓2号楼基坑支护设计（地下水位-1.5m） 英文题目:Hot spring apartment 2nd building hole excavated for building foundationsupports and protections design（The underground water level - 1.5 meters）系 :土木工程系专 业:土木工程班 级: 学 生: 学 号: 11指导教师:职称:指导教师:职称:-3-摘要拟建中的温泉公寓2号楼位于苏州新区，西邻珠江路，北邻竹园路，场地以北为已建一期工程。由苏州高新技术创业中心投资建设，由4幢高层及裙房，附带下沉式广场及餐饮娱乐设施组成，场地下均设有两层地下室相连通，为框剪和框架结构。建筑场地地表绝对标高在+2.48m和+3.85m之间，以1985国家高程基准为准。基坑实际开挖深度分布：北侧约7.5m，西侧及南侧、东侧均为10m。基坑开挖深度在7.00m-9.00m之间。全套图纸，加153893706结合本工程地质、环境、挖深等诸多因素确定安全可靠的支护方案；为基坑土方开挖和地下室施工创造一个安全干燥的施工环境；考虑到邻近坑边有建筑和道路（下设有水、电、气等管线），为确保安全，以“变形”控制设计。本着“安全可靠、经济合理、技术可行、施工方便”原则，整个基坑采用一排钻孔灌注桩作挡土结构, 锚杆支撑(局部地段采用钢管竖向斜撑)作为支撑结构体系。基坑四周采用深层搅拌桩作止水帷幕。基坑内采用轻型井点降水+集水坑排水。关键词：深基坑，支护结构，挡土结构，锚杆支撑The Hot spring apartment 2nd building holeAbstractThe Hot spring apartment 2nd building hole excavated for building foundation supports and protections design in Suzhou city, in the western of Zhu jiang Road and north behind Zhuyuan Road, closed with Previous Project One. The contractor, High technical Development Center of Suzhou, do the construction, consisted by 4 tall buildings and annexs,sinked plaza and catering entertainment facilities, including 2 basements, classified as frame and shearing wall construction. The average level of the construction for 0.00, absolute level is +2.48+3.85 meters, according to the National 1985 regulations. The depth of excavation is between 7-9 meters.Considering of the geologic environment, excavation depth of the foundation pit, to create a safe and dry surroundings for the earth work and basement, we carry out the design in control of displacement deformation, in order to keep main traffic roads and buildings safe and to protect pipelines of water, electricity and coal gas below the surface well. According with fundamental technical standard, approaching safe reliability, the economical-reasonable and convenient construction and guaranteeing project time limit，we use non-displacement piles as retaining structure, anchor rod bracing and inclined steel pipe bracing concrete bracing as bracing structures. Around the foundation pit, we use deep churning piles as detaining water pile construct enclosed cut off trench. With the purpose of dewatering, we use sump and well point.Key words: Foundation pit, Bracing structure, Retaining structure, Anchor Rod bracing目录摘要1Abstract2引 言11 基坑基本概况11.1 基坑工程概况11.1.1 工程概况11.1.2 周边环境11.2 地质条件11.2.1 工程地质条件11.2.2 水文地质条件32 基坑支护方案选择42.1 基坑支护设计基本要求42.2 基坑支护方案选择42.3 计算方案53 基坑降止水设计63.1 基坑止水计算63.2 基坑降水计算73.2.1降水井型和井点埋深73.2.2 井点抽水半径83.2.3 基坑单井数量和井间距确定114 基坑支护设计134.1 基坑支护方案设计参数说明134.1.1 地质力学指标参数134.1.2 基坑实际挖深134.1.3 计算方法和模式144.2 基坑支护结构计算154.2.1 土层厚度和强度154.2.2 桩锚支撑布置和计算184.2.3 锚杆计算和锚座腰梁设计234.2.4桩圈梁和竖向斜支撑的布置和计算355 基坑稳定性验算465.1 EF段稳定性验算465.1.1 EF段工程概况465.1.2 条分法计算EF段竖向斜撑预留土坡的稳定性465.1.3 确定滑弧圆心范围465.1.4 确定滑弧半径范围465.1.5 将土坡条分465.1.6 计算条分法中的各种计算参数475.2 AB,DE,BCD,FGA段稳定性验算485.2.1工程概况485.2.2 地质条件495.2.3 工况505.2.4 计算506工程设计结束语及建议536.1支挡结构背侧，坑底土体的加固，坡面保护措施536.2基坑转角的保护措施54结论55参 考 文 献56在 学 取 得 成 果57致谢58引 言深基坑的支护体系由两部分组成，一是围护壁，二是基坑内的支撑系统。为施工需要而构筑的深基坑各类支撑系统，既要轻巧又需有足够的强度、刚度和稳定性，以保证施工的安全、经济和方便，因此支撑结构的设计是目前施工方案设计的一项十分重要的内容。在深基坑的支护结构中，常用的支撑系统按其材料分可以有钢管支撑、型钢支撑，钢筋混凝土支撑，钢和钢筋混凝土组合支撑等种类；按其受力形式分可以有单跨压杆式支撑，多跨压杆式撑，双向多跨压杆支撑，水平桁架相结合的支撑，斜撑等类型。这些支撑系统在实践中有各自的特点和不足之处，以其材料种类分析，钢支撑便于安装和拆除，材料消耗量小，可以施加预紧力以合理控制基坑变形，钢支撑架设速度较快，有利于缩短工期。但是钢支撑系统的整体刚度较弱，由于要在两个方向上施加预紧力，所以纵横杆之间的联结始终处于铰接状态。钢筋混凝土支撑结构的整体刚度好，变形小，安全可靠，施工制作时间长于钢支撑，但拆除工作比较繁重，材料回收利用率低，钢筋混凝土支撑因其现场浇筑的可行性和高可靠度而在目前国内被广泛的使用。深度，取决于土层的透水性，要防止出现管涌、流砂等问题。综合各种支撑方案，本案例参考勘察资料首先排除了悬臂支撑的可能性，因为该方案保证不了这么大基坑的水平向变形的稳定性，再者浪费资源，增加工程量；对于用内支撑水平式的支撑也不太现实，基坑的纵横向跨度大，将致使水平支撑在竖向产生过大的挠曲，不利于支撑的稳定和支护功能的完成，故排除在外；用土钉墙支护将使工程量烦琐和增加，且整个场地的地下水位较高，土钉本身利用不了土体的抗剪强度，故也不适合本工程。综合舍取采用基坑四周采用钻孔灌注桩加预应力拉锚杆支撑支护方案，局部地段增设竖向斜撑和深搅桩墩来加固支撑；经设计验算和电算之后，能满足几坑土方开挖，地下室结构施工和对周围环境保护的要求。 拟垂直开挖、钻孔灌注桩支护、锚杆支撑、局部地段采用竖向钢管斜撑，采用双轴深搅桩止水结构防渗。双轴深搅桩止水结构，抗渗验算计算插入深度，单支点支撑，其支撑点的具体位置，需经计算后确定；可用分段等值梁法计算钢管单支点支撑；在笔算后，可用同济启明星软件复核。-58-1 基坑基本概况1.1 基坑工程概况1.1.1 工程概况拟建中的温泉公寓2号楼位于苏州新区，西邻珠江路，北邻竹园路，场地以北为已建一期工程。由苏州高新技术创业中心投资建设，由4幢高层及裙房，附带下沉式广场及餐饮娱乐设施组成，场地下均设有两层地下室相连通，为框剪和框架结构。建筑场地地表绝对标高在+2.48m+3.85m，以1985国家高程基准为准。基坑实际开挖深度分布：北侧约7.5m，西侧及南侧、东侧均为10m。基坑周围有道路和管线分布，且部分地段有暗塘，整个基坑规模较大，长宽约为250m100m，该工程由中国建筑西南勘察设计研究院对场地进行勘察。1.1.2 周边环境基坑北侧：距离创业大厦用地红线6.0米左右，且本场地拟建下沉中庭北侧分布一条宽约20米左右，深约3.5的河塘(其位置详见勘探点平面位置图)，对基坑开挖边坡稳定将带来不利影响，是本次支护重点和难点；基坑南侧：距离南侧已建邻厂厂房约25米；基坑东侧：距离公寓宾馆25.0米，周围无复杂地下公用设施管线分布；基坑西侧：距离珠江路道路红线围墙（市区交通要道，路下埋有水、电、气等管线）约20米，距离建筑用地红线不到8m，周围沿道路线均有地下管线和市政工程构筑物分布，另外该处是以后施工车辆、材料进出通道，是本次支护重点和难点。1.2 地质条件1.2.1 工程地质条件据拟建场地岩土工程勘察报告揭示：场地地形较平坦，地面标高在+2.48m+3.85m m之间，属长江三角洲冲、湖积平原单元，场区原为农宅，现大部已拆除。据钻探揭露，在地面下75.5m深度范围内除素填土外，其余均为第四纪滨海、河湖相沉积物，由粘性土、粉土和粉砂组成，按其工程特性，从上到下可分为7个层次，其中、层各分为2个亚层，层分为2个亚层。支护深度影响范围内土层依次分布如表1.1所示：表1.1 地基土构成、特征一览表土层编号土层名称土层厚度（m）平均厚度 (m)土 层 描 述杂填土0.63.81.00杂色，表层含碎砖等建筑垃圾，下部夹淤泥质土，均匀性、密实性差，全场地分布。粘土0.63.61.70灰黄色褐黄色，可塑，含铁锰氧化物及结核，无摇振反应，切面光滑，干强度和韧性高，全场地分布。粉质粘土1.88.14.03灰黄兰灰色，可塑，含铁锰氧化物，无摇振反应，切面光滑，干强度和韧性中等，全场地分布。粉土夹粉质粘土0.83.42.97灰色，松散，饱和，含云母，摇振反应迅速，切面粗糙，干强度低，韧性低，分布不连续，局部缺失。粉土2.49.05.73灰色，中密，饱和，含云母，摇振反应迅速，切面粗糙，干强度低，韧性低，分布不连续，在本场地东侧缺失。粉质粘土5.822.99.89灰色，软塑可塑，无摇振反应，切面稍光滑，干强度和韧性中等，全场地分布。粉质粘土1.34.43.36暗绿色，可塑，含铁锰氧化物，无摇振反应，切面稍光滑，干强度和韧性中等，分布不连续，局部缺失。粉质粘土3.58.75.95灰黄色，可塑，无摇振反应，切面稍光滑，干强度和韧性中等，局部缺失。粉土13.220.616.75灰色，中密密实，湿，含云母片，摇振反应迅速，切面粗糙，干强度低，韧性低，全场地分布。 粉质粘土5.412.08.38灰色，可塑，湿，含云母片，无摇振反应，切面稍光滑，干强度和韧性中等，全场地分布。1.2.2 水文地质条件根据地下水的赋存条件，将本场地浅层地下水分划为两类：一类为孔隙潜水，赋存于第层素填土中，勘察期间测得该场地初见水位埋深为2.50m2.60m，初见水位的标高为0.10m0.77m；稳定水位埋深为0.65m1.15m，稳定水位的标高为1.80m2.52m。另一类为孔隙微承压水，主要赋存于砂性土中，对本程有影响的主要为浅部层粉性土中，通过对钻孔J1、J4下套管止水测得钻孔浅部微承压水的稳定水位埋深为3.202.70米，微承压水的稳定水位标高为0.11m0.40m。据苏州市区域水文地质勘察资料，苏州市孔隙潜水历史最高水位为2.63米（黄海高程，下同），近35年最高水位约为2.50米，历史最低潜水位约为-0.21米，地下水年变幅为1.02.0米；近35年最高水位约为1.60米，历史最低水位约为0.62米；地下水年变幅约为0.80米左右。有关基坑支护的详细设计参数如表1.2所示：表1.2 基坑支护设计参数一览表土层编号土层名称渗透试验固结快剪（cq）三轴剪切(uu)重度(KN/m3)静止土压力系数K0Kv（cm/s）KH（cm/s）CKPa()CKPa()粘土5.82E-075.40E-0736.812.1391.619.20.60粉质粘土7.77E-066.22E-0323.312.2212.018.80.50粉土夹粉粘3.25E-043.64E-0410.314.318.60.40粉土8.14E-036.36E-031114.518.60.42粉质粘土6.54E-065.32E-032512.718.50.582 基坑支护方案选择2.1 基坑支护设计基本要求(1)基坑设计以“安全、合理、经济、便于施工”为原则，同时保证施工周期较短，结合本工程地质、环境、挖深等诸多因素；(2)替基坑土方开挖和地下室施工创造一个安全干燥的施工条件；支护结构稳定、牢固、安全，确保地下室施工安全以及周边建筑物和道路的安全；有效止水，确保周边建筑物和道路不产生沉降；(3)支护结构基坑内壁与地下室基础承台边缘应留有足够的施工工作面；基坑周边有良好的围护，确保坑边行人安全；(4)基坑支护范围不超过建设用地红线、不影响现有临时办公用房的正常使用；基坑周边排水畅通，地面雨水、污水不流入基坑；(5)参照苏州地区以往深基坑工程成功实践经验；(6)考虑到邻近坑边有重点保护道路及房子，为确保安全，以“位移变形”控制设计算；(7)考虑到支撑中心标高尽可能下落，以减少支护桩配筋、桩径及桩长，从而大大降低支护结构造价成本；(8)考虑到本场地地质条件由于该场地地下水位埋深较浅，地下水较丰富，透水性大，为杜绝“侧壁流砂，坑底管涌”等不良现象出现，关键做好基坑止水，降水设计和施工；(9)考虑到本基坑面积规模大，跨度大，不适合布置内支撑，但考虑到基坑“长边效应”，长边最大达250m,中部变形较大,所以在基坑每边中部设置竖向斜支撑，并在局部基坑地段底部设置深搅桩墩，以防止支护结构倾覆失稳。以利于基坑土方开挖和地下室结构施工。2.2 基坑支护方案选择依照基坑勘探点平面布置图，长宽约250m100m，对基坑支护进行区段划分：AB以及DE段，BCD段，EF段，FGA段。各区段应根据岩土工程勘察报告的地质剖面图来进行计算和分析。综合各种支撑方案，首先排除了悬臂支撑的可能性，因为该方案保证不了这么大基坑的水平向变形的稳定性，再者浪费资源，增加工程量；对于用内支撑水平式的支撑也不太现实，基坑的纵横向跨度大，将致使水平支撑在竖向产生过大的挠曲，不利于支撑的稳定和支护功能的完成，故排除在外；用土钉墙支护将使工程量烦琐和增加，且整个场地的地下水位较高，土钉本身利用不了土体的抗剪强度，故也不适合本工程。综合舍取采用基坑四周采用钻孔灌注桩加预应力拉锚杆支撑支护方案，局部地段增设竖向斜撑和深搅桩墩来加固支撑；经设计验算和电算之后，能满足几坑土方开挖，地下室结构施工和对周围环境保护的要求。2.3 计算方案严格按照建筑基坑技术规范（JGJ12099）中的有关章节进行。土压力：采用“朗肯”土压力公式“分层”计算，基坑面下主动土压力采用“三角形”分布模式。填土和粘性土采用“水土合算”；粉砂性土采用“水土分算”，水压力计算采用“三角形”分布模式。(1) 计算模式：采用单支点支护结构“等值梁”法计算，桩顶圈梁兼作围檩；分“各种工况”计算。因该场地土层变化较大，计算断面较多，部分区段采用同济启明星软件对支护结构的稳定性进行验算；(2)计算断面:根据地质条件分布、周边环境及挖深不同等情况进行对应的设计；(3)计算复核:最后采用同济启明星基坑支护分析软件进行电算复核，结果基本一致；(4)计算结果:具体参见设计图纸。3 基坑降止水设计3.1 基坑止水计算整个基坑四周采用外围“双排双轴”深搅桩形成一个三面止水帷幕。东侧可不做止水帷幕，降水和止水结合。水泥掺入比，水灰比为0.5，700500，相邻的桩搭接200mm，其抗管涌验算为：其计算简图如图4.1所示：图3.1 抗管涌计算简图式中：1西侧挖深7.5米抗管涌计算考虑局部地段水位差别，取该地段的平均地下水位-1.000m，则水头差：，设止水桩长为L，则t=（L-7.5-1）m，2北侧挖深7.0米抗管涌计算考虑局部地段水位差别，取该地段的平均地下水位-1.000m，则水头差：，设止水桩长为L，则t=（L-7.0-1）m，3.南侧挖深9.0米抗管涌计算考虑局部地段水位差别，取该地段的平均地下水位仍为-1.000m，则水头差：，设止水桩长为L，则t=（L-9.0-1）m，3.2 基坑降水计算止水设计在于防止管涌，但实际的水力渗透系数可能会随着开挖的进行而影响到水位基准面的变化，进而使实际水力剃度跟工勘报告有所变化，可能会大于临界管涌水力剃度，再加上一面流渗地下水，故需考虑降水。本次综合考虑基坑水位降深较大，约为9m；以及基坑所处土体的渗透性在0.1m/d-3m/d之间，可采用喷射井点降水方案。3.2.1降水井型和井点埋深1降水井型选6型喷射井点：外管直径为150mm，采用环形布置方案。2井点埋深埋置深度须保证使地下水降到基坑底面以下，本工程案例取降到基坑面以下1.0m处。埋置深度可由下式确定：式中：L井点管的埋置深度,m； H基坑开挖深度,m； h井点管露出地面高度,m;一般可取0.2m； 降水后地下水位至基坑底面的安全距离，本次可取1.0m； i降水漏斗曲线水力坡度，本次为环状，取0.1； H1井点管至基坑边线距离，本次取1.0m； 基坑中心至基坑边线的距离，本次工程案例去最近值宽边的一半，即50m； l滤管长度，本次取1.0m；故，L=9+0.2+1+0.1(1+50)+1=16.3m。3环形井点引用半径采用“大井法”，参考规范，将矩形（本案例长宽比为2.5，小于10）基坑折算成半径为的理想大圆井，按“大井法”计算涌水量，故本次基坑的引用半径：式中：a,b基坑的长度和宽度,m； 系数，可参照表3.1选取：表3.1 系数表b/a00.050.100.200.300.400.500.60-1.001.001.051.081.121.141.161.171.183.2.2 井点抽水半径1.井点抽水影响半径由公式可求得抽水影响半径。式中：t时间，自抽水时间算起(2-5昼夜),d；本案例取5d； m土的给水度，按表3.2确定，本次取粉质粘土0.1； k土的渗透系数,(m/d)；含水层厚度(m),本次取承压含水层厚度1，2土层厚度的总和，即为8.7m。表3.2 土的给水度m表土的种类砾石、卵石粗砂中砂细砂粉砂粉质粘土粘土泥炭m0.30-0.350.25-0.300.20-0.250.15-0.200.10-0.150.10-0.150.04-0.070.02-0.05故2基坑涌水量计算(1)判断井型 由于井点管埋深为16.3m，处于层粉质粘土不透水层之中，则井型可定位承压完整井，滤管处于1，2层含水层之间，不考虑多层承压水的情况，按单一层均化处理，则依前面所述,渗透系数k可取平均值2.8m/d。(2)基坑稳定渗流涌水量用公式来进行计算：式中：k土的渗透系数,(m/d)； M总含水层厚度,m； S地下水水位降深,m；本次取9.0m； R抽水影响半径,m； X环形井点系数的引用半径, m；可参考图3.2来进行涌水量计算：图3.2 承压含水层井点降水示意图故(3)基坑静储水量计算取基坑土体给水度m=0.10，故基坑总静储水量V(m3)可由下式计算：式中：HW 最大水位降深,m； a,b基坑的长度和宽度,m； m土的给水度，按表3.2确定，本次取粉质粘土0.1故按预降水10d算，则平均日出水量为： (4)基坑总涌水量计算3基坑单井出水量计算可采用完整承压井来计算单井出水量，公式如下：式中：水井半径，m，可取外管半径150mm故3.2.3 基坑单井数量和井间距确定1基坑单井数量和间距计算 (1)基坑井点数量计算管井数量为n=1.2Qq=1.24092.7208.9=23.5（个）实取30个井，其中靠近基坑北侧的暗塘宽20m处加井6口，环状布置在暗塘区域。(1)基坑井点间距计算井点间距： 2基坑单井数量复核验算用下式计算： 式中n取外围井的数量，其他所有参数均同前述，不再重复。对于承压完整井，可按下式计算：式中：承压水头至该含水层底板的距离，本次案例的综合承压稳定水头相对标高为-1.00m，故参照工勘报告中的土层特性参数表，取其值为14.43m，则：故=1.14092.724208.9 =0.9m1.251.01.2Mmax(=143.75) 满足要求！配筋率r=As/A=2036/(3502p)=5.3rmin=4，满足设计要求！所以本区段采用主筋700的钻孔灌注桩，主筋为818钢筋。4.2.3 锚杆计算和锚座腰梁设计1锚杆计算如前面所述：首层锚杆距离地表面4m，两层锚杆，间距2.5米，水平间距为1.5米，锚杆倾角取值=15：1.锚杆抗拔力的设计值计算：如图4.6所示：图4. 6 锚杆计算简图取为2层内摩擦角15，则由下述公式可得出锚杆的抗拔力设计值：2.锚杆长度计算：锚杆长度分自由段长度和锚固段长度，取锚杆钻孔直径为150mm，自由段长度要根据潜在的滑动面位置确定其限长且不能小于5m，则可按如下步骤进行计算： (1) 锚固段长度计算：根据公式确定: 在各个土层的取值应查阅建筑基坑支护技术规程(JGJ12099)，根据本次工程概况，1处于层和2处于层，各取70Kpa和60Kpa，则：(2) 自由段长度计算：根据公式，由前面的计算结果，再根据上面的锚杆计算简图，得：故第一层锚杆的长度为L1 =8.9+9=17.8m，取18m，第二层锚杆的长度为L2 3.57.2510.75m，取11m。(3) 锚杆截面计算：先验算锚杆的极限承载能力：2.桩顶圈梁和锚座腰梁设计所有这些当根据下一步北侧基坑腰梁的设计配筋进行相同的配筋，锚座腰梁的做法详见施工图纸，但腰梁的高度要大于桩径的0.8倍，宽度不可小于桩径。3变形控制验算图4.7变形控制验算控制目标岩土勘察确定工程设计条件拟定支护方案该地区基坑工程经验收集、分析变形预测分析稳定性分析是否满足要求支护体系功能完成类似岩土条件下基坑工程经验收集，分析变形控制方案基坑开挖变形等监测预测是否满足要求是否继续开挖顺利完成基坑开挖地下室结构施工变形等监测预测是否满足要求是否继续施工停止施工采取补救措施停止开挖更改方案否是是否是是否否否主要类比了基础工程中计算单桩桩顶变形的方法即以m法计算坑底以下（包括界面）构件变形，其产生来源于“土的弹性抗力及分布”，在水平荷载和弯矩作用下，桩身挠曲变形，产生水平位移和转动，并挤压桩侧土体，土体则必然对桩产生水平抗力，即土的弹性抗力，它起抵抗外力和稳定桩(土体下支护亦可)基础的作用，其大小和分布与桩的形状、间距、变形、入土深度及土质条件等因素有关。假设土的水平抗力与桩的水平位移x成正比，且不计桩土之间的摩阻力以及邻桩对水平抗力的影响，则：式中：，为地基水平抗力系数。根据对n假定的不同，常用的几种方法分别是：常数法，“k”法，“m”法，和“c”法，“m”法假定地基水平抗力系数随深度呈线性增加，即n=1。“m”法在我国目前应用最广泛。所有计算引用的表格请参阅本