基坑支护课程设计.doc

_深基坑课程设计 XX大厦基坑支护工程 班级： 土木1001班 姓名： 尹普才 学号： 201008141030 指导教师： 杨泰华 日期： 2013年12月31日 工程概况及周边环境状况说明1 设计项目如：xx大厦基坑支护工程2 建设地点东南某市3 设计基本资料3.1 地层划分根据岩土工程勘察报告按成因类型及地质特征将场地地层情况划分如下：表1.1层号及名称地层年代及成因分 布范 围层面埋深(m)地层一般厚 度(m)颜色状态及密 度压缩性包含物及其它特征(1)杂填土Qml全场地0.93.6杂松散由碎石、砖块及粘性土组成(2)粉质粘土夹粉土Q4al全场地0.93.61.05.3褐黄可塑中含氧化铁，夹稍密状粉土夹层，干强度一般，韧性差。(3-1)粉质粘土全场地2.77.61.86.3褐灰灰色软塑中高含有机质、腐植物、有臭味，局部少量螺壳(3-2)粘土全场地7.810.81.05.6褐黄褐灰可塑中含氧化铁、铁锰质，局部少量螺壳(3-3)强风化砂岩全场地9.215.102.27.5淡褐可塑中低含硅、钙、粘土和氧化铁。(3-4)粉质粘土 全场地13.320.82.08.0褐灰可塑中含少量腐值物，偶夹薄层粉砂。(4-1)粉砂夹粉质粘土局部分布17.524.00.97.7灰色松散中低含云母片，夹少量薄层可塑粘性土3.2 土层物理力学性质指标与基坑支护有关的各层物理力学指标如表1.2所示。表1.2层号土层名重度（kN/m3）粘聚力C（kPa）内摩擦角（度）“m”值（kPa）极限摩阻力（kPa）承载力fak（kpa）（1）杂填土18.5420200020（2）粉质粘土夹粉土18.82111.2350040180（31）粉质粘土17.0157200040130（32）粘土17.52211.6400035240（33）强风化砂岩203227800070（3-4）粉质粘土18.811.8400035一层土层厚：2m，基坑开挖深度6m；二层土层厚：依次为3m；其余土层各组均取：粉质粘土6米；粘土5m；强分化砂岩5m；3.3 地下水本场地地下水可分为二类型：上层为赋存于(1-1)杂填土层中的上层滞水，其水位、水量随季节变化，主要受大气降水、生活排放水渗透补给，下层为赋存于砂土层中的承压水，水量较丰富；本次勘察期间，在40#孔测得其承压水头埋深为2.4米，其标高为18.32米；上下层地下水之间因粘性土阻隔而无水力联系，勘察期间测得混合稳定水位埋深为0.42.6米。场地地下水对混凝土不具腐蚀性，对混凝土中的钢筋不具腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。4 周边环境条件依据总平面图及现场踏勘： 基坑东北侧临近前进路，基坑边线距红线6.59米，距前进路边线11.514米；前进路上分布有给水、排水、电信管道，其中排水管为带压排水管，正在使用，最近的一根靠近路边，且为80年代建造，该管线为重点要保护的对象。基坑东南角为市同昌房地产开发公司住宅楼，砖混结构7层，基础形式为天然地基，距基坑边约9米。 基坑安全等级按二级考虑，基坑周围地表均布荷载按15kPa考虑。5.3参考文献（1） xxx大厦岩土工程勘察报告（2） xxx大厦施工图设计（3） xx地区建筑深基坑支护技术规范（4） 建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）（5） 混凝土结构设计规范（GB50010-2012）（6） 建筑结构荷载规范（GB50009-2012）（7） 建筑地基基础设计规范（GB50007-2012）（8） 建筑桩基技术规范 （JGJ 94-2008） 支护结构设计计算一土压力计算及土钉布置由设计任务书得基坑开挖深度为6m，穿越三个土层，具体如图1所示，地面均布荷载为15kPa，地下水位埋深2.4m，故需考虑降水，采用井点降水，将地下水面降至基坑开挖深度下1m。 1. 主动土压力计算 图1土层分布图 q地面荷载（）；土的重度（）； c土层粘聚力（kPa） 主动土压力系数， ，为土层内摩擦角。 各层土压力计算：杂填土表面处的土压力杂填土底面土压力粉质粘土夹粉土顶面土压力粉质粘土夹粉土底面土压力粉质粘土顶层土压力粉质粘土底层土压力2.土钉参数及布置土钉墙水平倾角为，即按1:0.3放坡，土钉与水平面的倾角取，土钉竖直间距取，水平间距取，机械成孔，取孔径120。具体见图2。 图2右侧土钉墙土钉布置土钉处主动土压力计算：第1点最大主动土压力 第2点最大主动土压力 第3点最大主动土压力 第4点最大主动土压力二土钉设计1.折减系数计算 土钉墙坡面与水平面夹角，为（坡度1:0.3）；主动土压力折减系数； m基坑底面以上各土层按土层厚度加权的内摩擦角平均值()。 2. 土钉轴向拉力调整系数（j）可按下列公式计算： 式中： j土钉轴向拉力调整系数； zj第j层土钉至基坑顶面的垂直距离(m)； h基坑深度(m)； Eaj作用在以sxj、szj为边长的面积内的主动土压力标准值(kN)； a计算系数； b经验系数，可取0.61.0； n土钉层数。取，则，所以3.受拉荷载标准值计算 式中： Nk，j第j层土钉的轴向拉力标准值(kN)； j第j层土钉的倾角()； 墙面倾斜时的主动土压力折减系数； j第j层土钉轴向拉力调整系数； ea，j第j层土钉处的主动土压力强度标准值(kPa)； sxj土钉的水平间距(m)； szj土钉的垂直间距(m)。 4. 土钉的极限抗拔承载力标准值 式中： Kt土钉抗拔安全系数；安全等级为二级、三级的土钉墙，Kt分别不应小于1.6、1.4； Nk，j第j层土钉的轴向拉力标准值(kN)； Rk，j第j层土钉的极限抗拔承载力标准值(kN)。 5.土钉长度设计 土钉长度按以下公式计算： 式中：Rk，j第j层土钉的极限抗拔承载力标准值(kN)； dj第j层土钉的锚固体直径(m)；对成孔注浆土钉，按成孔直径计算，对打入钢管土钉，按钢管直径计算； qsik第j层土钉在第i层土的极限粘结强度标准值(kPa)；应由土钉抗拔试验确定，无试验数据时，可根据工程经验并结合规范上表5.2.5取值； li第j层土钉在滑动面外第i土层中的长度(m)；计算单根土钉极限抗拔承载力时,取规范上图5.2.5所示的直线滑动面，直线滑动面与水平面的夹角取。 查表得 6、自由段长度的计算自由段长度按以下公式计算： 其中：-第i排土钉自由段长度（m）；-基坑深度（m）；-土钉墙坡面与水平面的夹角；-土钉与水平面的倾角取；-第i排土钉到地面的距离（m）。 第1排土钉自由段长度计算， 第1排土钉长度： 第2排土钉自由段长度计算， 第2排土钉长度： 第3排土钉自由段长度计算， 第3排土钉长度： 第4排土钉自由段长度计算， 第4排土钉长度： 综合上述计算结果及施工因素，取第13排土钉取6m。第4排土钉长度为12m。土钉排号土钉长度L(m)自由段长度(m)锚固段长度l(m)极限抗拔承载力标准值(kN)受拉荷载标准值（kN)土钉抗拔安全系数（1.6）安全性163.082.9222.013.81.60满足262.193.8157.57.08.2满足361.304.7070.938.51.8满足4120.4111.59174.8106.91.64满足7.土钉受拉承载力设计值计算 土钉受拉承载力设计值按以下公式计算：其中：-第i根土钉受拉荷载标准值，（kN）；-第i根土钉受拉承载力设计值，（kN）；-基坑侧壁重要性系数，取1.0。 8、杆体直径计算：土钉杆体的钢筋直径按以下公式计算：其中：-钢筋截面面积； -普通钢筋抗拉强度标准值； -土钉受拉承载力设计值最大值； -土钉抗拔力安全系数，取1.3。 选取三级钢筋26，三土钉的整体稳定性验算： 土钉墙应按下列规定对基坑开挖的各工况进行整体滑动稳定性验算： 1 整体滑动稳定性可采用圆弧滑动条分法进行验算； 2 采用圆弧滑动条分法时，其整体稳定性应符合下列规定：式中： Ks圆弧滑动整体稳定安全系数；安全等级为二级、三级的土钉墙，Ks分别不应小于1.3、1.25； Ks，i第i个滑动圆弧的抗滑力矩与滑动力矩的比值；抗滑力矩与滑动力矩之比的最小值宜通过搜索不同圆心及半径的所有潜在滑动圆弧确定； cj、j第j土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()，按本规程第3.1.14条的规定取值； bj第j土条的宽度(m)； qj作用在第j土条上的附加分布荷载标准值(kPa)； Gj第j土条的自重(kN)，按天然重度计算； j第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角()； Rk,k第k层土钉或锚杆对圆弧滑动体的极限拉力值(kN)；应取土钉或锚杆在滑动面以外的锚固体极限抗拔承载力标准值与杆体受拉承载力标准值（fykAs或fptkAp）的较小值；锚固体的极限抗拔承载力应按本规程第5.2.5条和第4.7.4条的规定计算，但锚固段应取圆弧滑动面以外的长度； k第k层土钉或锚杆的倾角()； k滑弧面在第k层土钉或锚杆处的法线与垂直面的夹角()； sx，k第k层土钉或锚杆的水平间距(m)； v计算系数；可取v0.5sin（kk）tan,此处，为第k层土钉或锚杆与滑弧交点处土的内摩擦角。计算步数 经过深度（m） 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m) 第1步 0.8 -2.4 4.8 6.0意图如下： 采用圆弧滑动条分法进行整体稳定性验算时，将滑弧1分为宽度为的两条，则测量计算各参数代入下列公式得：计算步数 经过深度（m） 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m) 第2步 2.3 -2.3 3.2 5.8示意图如下： 计算步数 经过深度（m） 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m) 第3步 3.8 -4.2 4.6 9.0示意图如下： 计算步数 经过深度（m） 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m) 第4步 5.3 -1.2 3.9 9.2示意图如下： 计算步数 经过深度（m） 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m) 第1步 6.0 -2.3 3.5 9.5示意图如下： 第2,3,4,5滑弧面的计算按第1滑弧面计算方法计算，在此就不列出计算过程，计算结果如下表：计算步数深度（m）圆心X（m)圆心Y（m)半径R（m)整体滑动安全系数Ks安全性评价10.8-2.44.86.02.385满足22.3-2.33.25.82.411满足33.8-4.24.69.01.835满足45.3-1.23.99.21.596满足56.0-2.33.59.51.326满足四土钉墙抗滑移抗倾覆稳定性验算（土钉墙简化成重力式挡土墙，挡土墙的计算厚度一般按照土钉墙水平长度的2/3-11/12，这取11/12）计算等效挡土墙的宽度1.挡土墙的抗滑移稳定性应符合下式式中： 抗滑移稳定安全系数，其值不应小于1.3； 、作用在水泥土墙上的主动土压力、被动土压力标准值(kN/m)； G水泥土墙的自重(kN/m)； 水泥土墙底面上的水压力(kPa)；水泥土墙底面在地下水位以下时，可取，在地下水位以上时，取0，此处，为基坑外侧水泥土墙底处的水头高度(m)，为基坑内侧水泥土墙底处的水头高度(m)； c、水泥土墙底面下土层的粘聚力(kPa)、内摩擦角()； B水泥土墙的底面宽度(m)。滑移力为抗滑移力为所以， 满足要求2.挡土墙的抗倾覆稳定性应符合下式式中： 抗倾覆稳定安全系数，其值不应小于1.3； 地面超载； 水泥土墙外侧主动土压力合力作用点至墙趾的竖向距离(m)； 水泥土墙内侧被动土压力合力作用点至墙趾的竖向距离(m)； 水泥土墙自重与墙底水压力合力作用点至墙趾的水平距离(m)。； 满足要求。五土钉墙的抗隆起验算由于无软弱下卧层，所以无需进行抗隆起验算。六面层的设计 喷射混凝土面层中应配置钢筋网和通长的加强钢筋，钢筋网宜采用HPB335级钢筋,面层混泥土采用C30。1.进行抗弯验算及面层配筋（简化计算）：取受力最大的一排土钉，即所以，以均布荷载沿1.5m方向分布，大小如下：跨中和支座的弯矩为，查表得，采用钢筋14150（）钢筋网间的搭接长度应大于300mm；加强钢筋的直径宜取22mm；当充分利用土钉杆体的抗拉强度时，加强钢筋的截面面积不应小于土钉杆体截面面积的二分之一。 土钉与加强钢筋宜采用焊接连接，其连接应满足承受土钉拉力的要求。2.抗冲切验算：（土钉的固定加强钢筋取22，长为500mm)冲切力这里取土钉最大受拉力处设计值进行抗冲切验算，Fl=133.6kN。 满足要求。七土钉墙地基承载力的验算: 1. 地基承载力特征值修正计算： 当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m是，按下述方法修正： 式中：为修正后的地基承载力特征值； 为地基承载力特征值； 为宽度和埋深的地基承载力修正系数，查规范； 为基底以下土的重度，地下水位下取有效重度； 为基底面以上土的加权平均重度，地下水位下去有效重度； b为基础底面宽度，小于3m时取3m,大于6m时取6m,其余插值法取值； d为基础埋置深度。查表得： 2. 地基压力： 式中：Fn为土的对地基的压力； Fg为地面超载； Fq土体自重。Fn=(Nu1+Nu2+Nu3+Nu4)sin15 =207.8sin15=53.8kNFg=G=662.4kN 满足要求。 八.施工与检测:1 土钉墙应按每层土钉及混凝土面层分层设置、分层开挖基坑的步序施工。2 当有地下水时，对易产生流砂或塌孔的砂土、粉土、碎石土等土层，应通过试验确定土钉施工工艺和措施。3 钢筋土钉成孔时应符合下列要求： 1） 土钉成孔范围内存在地下管线等设施时，应在查明其位置并避开后，再进行成孔作业； 2） 应根据土层的性状选择洛阳铲、螺旋钻、冲击钻、地质钻等成孔方法，采用的成孔方法应能保证孔壁的稳定性、减小对孔壁的扰动； 3 ）当成孔遇不明障碍物时，应停止成孔作业，在查明障碍物的情况并采取针对性措施后方可继续成孔； 4） 对易塌孔的松散土层宜采用机械成孔工艺；成孔困难时，可采用注入水泥浆等方法进行护壁。4 钢筋土钉杆体的制作安装时应符合下列要求： 1） 钢筋使用前，应调直并清除污锈； 2）当钢筋需要连接时，宜采用搭接焊、帮条焊；应采用双面焊，双面焊的搭接长度或帮条长度应不小于主筋直径的5倍，焊缝高度不应小于主筋直径的0.3倍； 3）对中支架的断面尺寸应符合土钉杆体保护层厚度要求，对中支架可选用直径6mm8mm的钢筋焊制； 4） 土钉成孔后应及时插入土钉杆体，遇塌孔、缩径时，应在处理后再插入土钉杆体。5 钢筋土钉注浆时应符合下列规定： 1） 注浆材料可选用水泥浆或水泥砂浆；水泥浆的水灰比宜取0.50.55；水泥砂浆的水灰比宜取0.400.45，同时，灰砂比宜取0.51.0，拌和用砂宜选用中粗砂，按重量计的含泥量不得大于3%； 2 ）水泥浆或水泥砂浆应拌和均匀，一次拌和的水泥浆或水泥砂浆应在初凝前使用； 3） 注浆前应将孔内残留的虚土清除干净； 4） 注浆时，宜采用将注浆管与土钉杆体绑扎、同时插入孔内并由孔底注浆的方式；注浆管端部至孔底的距离不宜大于200mm；注浆及拔管时，注浆管口应始终埋入注浆液面内，应49 在新鲜浆液从孔口溢出后停止注浆；注浆后，当浆液液面下降时，应进行补浆。6 打入式钢管土钉施工时应符合下列规定： 1） 钢管端部应制成尖锥状；顶部宜设置防止钢管顶部施打变形的加强构造； 2) 注浆材料应采用水泥浆；水泥浆的水灰比宜取0.50.6； 3) 注浆压力不宜小于0.6MPa；应在注浆至管顶周围出现返浆后停止注浆；当不出现返浆时，可采用间歇注浆的方法。7 喷射混凝土面层施工应符合下列规定： 1) 细骨料宜选用中粗砂，含泥量应小于3； 2) 粗骨料宜选用粒径不大于20mm的级配砾石； 3) 水泥与砂石的重量比宜取1：41：4.5，砂率宜取4555，水灰比宜取0.40.45； 4) 使用速凝剂等外掺剂时，应做外加剂与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结试验，并应通过试验确定外掺剂掺量及掺入方法； 5) 喷射作业应分段依次进行，同一分段内喷射顺序应自下而上均匀喷射，一次喷射厚度宜