毕业设计（论文）-常州市某28层中央商务大厦基坑支护设计.doc

南 京 工 程 学 院毕业设计说明书（论文）姓 名： 学 号： 系 部： 康尼学院 专 业： 土木工程（建筑工程） 题 目： 常州市某28层中央商务大厦基坑支护设计 全套图纸加扣3012250582 指导老师： 评阅老师： 2016年6月 南京摘要该工程为某中央商务大厦基坑支护设计，座落于长江三角洲的常州市。上部建筑楼高28层，占地面积1920平方米。其主要工程概况如下：建筑面积：30302平方米；建筑结构体系：框架-剪力墙为结构体系；基坑尺寸：50m40m（矩形）；基坑设计深度：14m；支护方案：钻孔灌注桩和锚杆、土钉墙支护方案围护。为满足基坑土方开挖及周围环境的安全性要求，该基坑支护结构的设计结合了工程地质勘查资料，分别在基坑南、北侧采用钻孔灌注桩+锚杆，在基坑东、西侧土钉墙支护，并采用双轴搅拌桩止水。本毕业设计说明书介绍了该深基坑支护设计的主要设计情况，并且罗列了基坑的施工监测方案及其施工组织设计。此外，还对支挡结构的内力、配筋、稳定性、降水进行了详细地计算，验证此设计方案的科学性和合理性。采用同济启明星软件对计算内容进行校核也是该毕业设计的主要内容之一。关键词：深基坑支护设计；支挡结构设计；土钉墙设计；理正电算内容毕业设计说明书（论文）中文摘要Title: The Design of Foundation Fit Support In a Central Business BuildingAbstractThis project is the foundation pit support design of a central business,which is located in Changzhou,the Yangtze River Delta.The upper building height is 28-storey,which covers an area of 1920 square meters.Design information is as follows:Construction area: 30302 square meters;Building structure : Frame-Shear Sall structure system;Foundation pit size: 50m40m (Rectangle);Foundation pit design depth: 14 meters;Supporting scheme: Bored Pile wihe Anchor, Soil Nailing Retaining Wall.The foundation pit supporting structure is designed with the combination of engineering geological survey data,in order to meet the safety requirements of the excavation of foundation pit and the surrounding environment.In the south and the north side of the foundation pit,the project uses the bored concrete pile with anchor.Meanwhile，in the east and the west side of the foundation pit,the project uses the soil nailing wall.In addition，this project also uses dual mixing pile shaft seal.The graduation design specification introduces the main content of the pit support design of deep foundation.And the construction monitoring scheme and the construction organization design of the foundation pit are listed.Besides,The internal force, reinforcement, stability and precipitation of retaining structure are calculated in detail.In the end,it verified the rationality of the design.Using software to verify calculation is one of the main contents of the graduation design.Keywords: Deep excavation pit; Bored concrete pile design; Bolt design; Soil nailing walls design; Software checked毕业设计说明书（论文）外文摘要南京工程学院毕业设计说明书（论文）目录前言7第一章 工程地质及水文地质资料81.1 工程概况及工程地质81.2 工程周围环境8第二章 设计依据和设计标准102.1 基坑工程设计依据102.2 工程等级的确定102.3 基坑设计控制原则11第三章 基坑支护方案选择123.1 支护体系的组成123.2 支护结构分类123.2.1 透水挡土结构133.2.2 止水挡土结构143.2.3 支撑部分163.3 支护方案的分析和选型183.3.1 计算区段分析183.3.2 参数资料183.3.3 支护方案的确定19第四章 南、北侧钻孔灌注桩的设计与计算214.1 钻孔灌注桩支护方案概述214.2 钻孔灌注桩结构设计计算214.2.1 单位宽度主动土压力的计算234.2.2 单位宽度被动土压力的计算264.2.3 确定净土压力为零的点O264.2.4 分段计算固端弯矩274.2.5 弯矩分配294.2.6 计算支点反力304.2.7 桩入土深度x计算314.3 钻孔灌注桩的配筋设计314.3.1 桩体纵向配筋计算314.3.2 柱体构造配筋计算324.3.3 冠梁设计33第五章 南、北侧锚杆的设计和计算355.1 锚拉结构方案概述355.1.1 锚杆支撑结构相关规定355.1.2 锚杆布置的相关规定355.1.3锚杆设计的相关规定365.2 锚杆的内力计算375.2.1 锚杆参数375.2.2 锚杆A的设计计算385.2.3 锚杆B的设计计算395.2.4 锚杆C的设计计算39第六章 东、西侧复合土钉墙的设计与计算416.1 土钉墙的设计计算416.1.1 主动土压力的计算416.1.2 土钉长度计算426.1.3 计算参数446.1.4 土钉轴向拉力调整系数计算456.1.5单根土钉轴向拉力标准值计算466.1.6 土钉在滑动面外的长度的计算476.1.7 土钉长度 L 计算476.2 土钉选筋计算486.3 复合土钉墙支护面层设计496.3.1 面层荷载496.3.2 面层板内力506.3.3 面层板配筋50第七章 基坑稳定性验算547.1 概述547.2 验算内容547.3 验算方法及计算过程547.3.1 基坑的整体滑动稳定性验算547.3.2 基坑抗倾覆稳定性验算577.3.3 基坑抗隆起稳定性验算587.3.4 基坑抗渗流稳定性验算60第八章 基坑止水设计628.1 基坑止水设计628.1.1 水井型628.1.2 井点管埋设深度计算628.1.3 环形井点引用半径638.1.4 井点抽水影响半径638.1.5 基坑涌水量计算638.1.6 基坑单井出水量计算658.1.7 基坑单井数量和井间距确定668.1.8 各井点单井过滤器进水部分长度验算668.1.9 基坑井降水深度验算668.2 排水设计67第九章 同济启明星验算689.1 工程概况689.1.1 土层参数689.1.2 基坑周边荷载689.2 开挖与支护设计689.2.1 挡墙设计699.2.2 支撑(锚)结构设计699.2.3 工况顺序709.3 计算原理描述719.3.1 围护墙主动侧土压力计算719.3.2 围护墙被动侧土压力计算729.3.3 水压力计算739.3.4 围护墙内力变形计算739.3.5 地表沉降计算769.3.6 抗倾覆计算769.3.7 整体稳定计算779.3.8 抗渗流稳定计算799.3.9 锚杆抗拔计算799.3.10 坑底抗隆起计算799.4 内力变形计算819.4.1 计算参数819.4.2 计算结果819.5 整体稳定计算829.5.1 计算参数829.5.2 计算结果839.6 坑底抗隆起计算839.6.1 计算参数839.6.2 计算结果849.7 抗渗流稳定计算849.7.1 计算参数849.7.2 计算结果849.8 锚杆抗拔计算849.8.1 计算参数849.8.2 计算结果859.9 其他计算859.9.1 抗倾覆计算859.9.2 地表沉降计算86第十章 监测方案8710.1 基坑监测8710.1.1 监测内容8710.1.2 位移观测8710.1.3 沉降监测测8710.2 观测精度及技术要求8710.2.1 观测时间的确定8810.2.2 场地查勘与记录8810.2.3 观测要点8810.2.4 变形资料的收集和处理8810.2.5 观测内容8810.2.6 作业规范8810.2.7 一般情况的处理8910.2.8 最终成果和技术报告8910.2.9 监测与测试的控制要求89第十一章 施工组织设计9011.1 主要施工顺序9011.2 主要配备和监视测量装置计划9011.2.1 主要劳动力配备9011.2.2 主要施工机械配备9111.2.3 监视和测量装置9211.2.4主要施工材料试验计划9311.2.5劳动防护用品配置计划9311.3 施工工期与进度计划9311.4 组织管理机构9411.5 施工准备9411.5.1 现场准备9411.5.2 技术准备9511.5.3 材料机械准备9511.6 施工方法、施工工艺及技术措施9511.6.1 主要分项工程施工方法9511.6.2 施工工艺9611.6.3 主要技术措施10011.7 质量保证措施10311.7.1 工程质量目标10311.7.2 土方工程质量要求10311.7.3 横撑质量要求10411.8 环保管理及措施10411.8.1 环境目标10411.8.2 环境指标10511.8.3 环境控制措施10511.9 安全防火管理10711.10 工程监测与信息施工10811.11 技术资料管理10911.11.1 工程归档资料10911.11.2 资料收集整理要求10911.11.3 资料保证措施109第十二章 结论111参 考 文 献112鸣 谢1136前言基坑工程在经过世世辈辈地演变，已成为古老而具有时代特点的岩土工程课题，放坡开挖和简易木桩围护甚至可以追溯到远古时代。工程建设技术的突飞猛进，高层建筑如雨后春笋睃迅速发展，促进了建筑科学技术、施工机械器具和建筑材料的更新与发展。此外，为保证上层建筑的各方面的稳定性要求，建筑的基础都必须满足地嵌固深度的要求。建筑高度越高，其基础的嵌固深度也变得越深，对基坑支护设计的要求也相应增高。随着国内生产的进步和国内外经济文化交流的深入，深基坑支护结构的设计、施工、监测技术已成为近年来频频遇到的技术难题。深基坑的支护设计不仅要确保受力结构的稳定，而且还要达到变形控制指标，以保证基坑的承载能力极限状态和正常使用状态极限的稳定性。近年来，基坑及坑外土体移动的监测技术，大大保证了基坑周边建筑、道路、城市管线的正常运行。深基坑支护工程与其他独立的工程不同，是一个蕴藏了多种工程体系在内的综合问题。深基坑支护的设计思路结合了结构力学、材料力学、土力学、地基基础、钢筋混凝土设计、抗震设计、原位测试等多种学科知识。其现场施工需要具备丰富的施工经验，结合拟建场地的土质数据和周边环境，才能设计出一套满足力学性能、经济指标的支护结构方案。支护结构方案与场地工程勘察、支护结构设计、施工开挖、基坑稳定验算、降排水设计、施工管理、监测等密切相关。基坑设计的理论是历史理论验证的产物，故有其待完善性，所以任何工程的展开都是对理论的完善和发展。本毕业设计题目为常州市某28层中央商务大厦基坑支护设计。内容包括：基坑概况；支护结构的选择；支护体系内力计算；稳定性验算；止排水设计；理正验算；基坑监测及施工组织设计。毕业设计采用手算为主，理正软件验算为辅。由于基坑支护的设计在大学四年课程学习中接触较少，再加工程经验和专业知识有限，本设计如出现个别缺点和错误，欢迎评阅老师批评指正。设计人 2016年6月114第一章 工程地质及水文地质资料1.1 工程概况及工程地质拟建常州市某中央商务大厦，建筑高28层，占地面积为1920 m2，建筑面积为30302 m2，采用框架剪力墙为结构体系，基坑的平面形状为矩形，尺寸约为50 m 40 m，综合考虑安全性、经济性、周边场地状况以及土质情况等因素决定采用钻孔灌注桩+锚杆、复合土钉墙支护方案围护，基坑深度定为14 m。地基土为第四系全新统滨海相及浅海相沉积的粘性土，在基坑支护影响范围内，自上而下有下列土层： 层杂填土：灰色，湿，稍密，主要由碎石、碎砖、建筑垃圾组成，硬质含量30% 60%，填龄大于5年，层厚1.52.0m。 层粉质粘土：灰色，湿，稍密，可塑硬塑，含少量铁锰结核，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，层厚1.53.0m。 层淤泥质粉质粘土：灰黄色灰色，饱和，软塑流塑，不均匀的夹杂粉土团块或薄层，层底粉粒含量渐多，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，土质较均匀，层厚3.55.0m。 层粘质粉土：灰色，很湿，稍密，夹杂较多淤质黏性土薄层或粉砂，砂质土团块，具层理，摇震反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低，2.53.5m。 层淤泥质粘土：灰黄色灰色，很湿，软塑流塑，不均匀的夹杂粉土团块或薄层，层底粉粒含量渐多，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，土质较均匀，层厚4.08m。 粉质粘土：灰色，湿，可塑，局部软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，层厚6.08.5m。 层卵砾石：黄褐色，由稍密卵砾石及中粗砂组成，卵砾石为浑圆次圆状，主要成分为石英岩，粒径450mm，含量约60%。室外天然地平为-0.5m，地下水属潜水类型，地下水稳定，水位埋深为2m。1.2 工程周围环境根据基坑工程支护手册，在大中城市中建筑物稠密地区进行基坑工程施工，宜对下述内容进行调查：（1） 周围建(构)筑物的分布，及其与基坑边线的距离；（2） 周围建(构)筑物的上部结构型式、基础结构及埋深、有无桩基和对沉降差异的敏感程度，需要时要收集和参阅有关的设计图纸；（3） 周围建筑物是否属于历史文物或近代优秀建筑，或对使用有待殊严格的要求；（4） 如周围建(构)筑物在基坑开挖之前已经存在倾斜、裂缝、使用不正常等情况通过拍片、绘图等手段收集有关资料。必要时要请有资质的单位事先进行分析鉴定。本工程建址为一块已拆迁的空地，南侧为某大厦的附属建筑，该建筑结构为6层钢筋混凝土框架结构，其地下室边墙距离车站东边墙约8m，基础为30m深的450mm450mm静压预制桩。东侧为某宾馆，该建筑为7层框架结构，片筏基础，柱下450mm450mm静压预制桩，深度24m。在工程的北侧，有二幢电力建设公司的砖混结构多层房屋，其中一幢为7层，1幢为4层，均为条形基础，结构较差。两幢建筑距基坑北边线15m。北侧道路下有若干地下市政管线，与本工程关系密切的是下水管道、电力380V和电信排管。地面超载取为20kN/m2。第二章 设计依据和设计标准2.1 基坑工程设计依据1. 施工技术调查资料和设计文件资料；2. 施工技术及验收规范、规程；3. 主要适用标准、规范：（1） 建筑基坑支护技术规程 （JG 120-2012）啦（2） 建筑桩基技术规范 （JGJ 94-2014）（3） 混凝土结构设计规范 （GB 50010-2011）（4） 建筑地基基础设计规范 （GB 50007-2011）（5） 建筑基坑支护结构构造 （11SG814）（6） 基坑支护设计手册刘建行编著.北京：中国建筑工业出版社.2009（7） 建筑地基基础工程施工质量验收规范 （GB 50202-2013）2.2 工程等级的确定在基坑方案总体设计中,必须根据周围环境要求、工程功能要求等制定出安全而合理的设计标准。按深基坑工程已有工程经验，根据周围环境保护要求，将基坑变形控制标准分为四个等级如表 2-1所示。表 2-1 基坑变形控制保护等级标准保护等级地面最大沉降量及围护墙水平移控制要求环境保护要求特级1. 地面最大沉降量0.1% H；2. 围护墙最大水平位移0.14% H；3. K 2.2离基坑 10m，周围有地铁，共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施必须确保安全一级1. 地面最大沉降量0.2% H；2. 围护墙最大水平位移0.3 H；3. K2.0离基坑周围 H 范围内设有重要干线、水管、大型在使用的构筑物、建筑物二级1. 地面最大沉降量0.5% H；2. 围护墙最大水平位移0.7% H；3. K1.5在基坑周围 H 范围内设有较重要支线管线和一般建筑、设施三级1. 地面最大沉降量1% H；2. 围护墙最大水平位移1.4%H；3. K1.2在基坑周围 30m 范围内设有需保护建筑设施和管线构筑物注：H为基坑开挖深度，在14m左右，K为抗隆起安全系数，按圆弧滑动公式算出。根据以上标准，该工程等级可以确定为二级。2.3 基坑设计控制原则（1） 全面响应招标文件，严格遵守招标文件的各项条款。（2） 采用先进、成熟、有效、切实可行的施工方案，确保在业主要求工期内，安全、优质、高效、低耗地完成本标段施工任务。（3） 充分考虑本标段工程特点和周边施工环境，最大限度地降低工程施工对城市秩序、环境卫生、市容市貌、地面交通、既有设施安全及市民正常生活带来的不利影响。（4） 严格贯彻“安全第一”的原则，采用监控量测措施和信息反馈系统指导施工，确保施工安全、环境安全及周边建筑物安全。（5） 确保工程质量和工期。（6） 文明施工和环境保护达到政府及业主的要求。（7） 坚持优化技术方案和推广应用“四新”成果，加强科技创新和技术攻关，应用新技术、新材料、新工艺、新设备，确保工程全面创优。（8） 加强施工管理，提高生产效率，降低工程造价。第三章 基坑支护方案选择3.1 支护体系的组成当基坑工程的土方开挖、采用有支护开挖方式时，在基坑土方开挖之前则需先施工支护体系。支护体系按其工作机理和材料特性，分为水泥土挡墙体系、排桩和板墙式支护体系和边坡稳定式三类。水泥土挡墙体系，依靠其本身的自重和刚度保护坑壁，一般不设支撑，特殊情况下经采取措施后亦可局部加设支撑。排桩和板墙式支护体系，通常由围护墙、支撑(或土层锚杆)及防渗帷幕等组成。3.2 支护结构分类深基坑支护结构分类简图见表 3-1。表 3-1 深基坑支护结构分类表支护结构挡土部分透水挡土结构1. H 型钢、工字钢桩加插板2. 疏排灌注桩钢丝网水泥抹面3. 密排桩（灌注桩、预制桩）4. 双排桩挡土5. 连拱式灌注桩6. 桩墙合一，地下室逆作法7. 土钉支护8. 插筋补强支护止水挡土结构1. 地下连续墙2. 深层搅拌水泥土桩、墙3. 深层搅拌水泥桩、加灌注桩4. 密排桩间加高压喷射水泥桩5. 密排桩间加化学注浆桩6. 钢板桩7. 闭合拱圈墙支撑拉结部分1. 自立式（悬臂桩、墙）2. 锚拉支护（锚拉梁、桩）3. 土层锚杆4. 钢管、型钢支撑（水平撑）5. 斜撑6. 环梁支护体系7. 逆作法施工3.2.1 透水挡土结构（1） H型钢（工字钢）桩加横插板挡土适用范围：适用于粘土砂土地下水位低的土质，水位高或有上层滞水时，应降水使水位低于基坑标高，软土地基也可用，但应慎重。特点：a. H型钢桩一次投资费用大，支护工程完毕后，要将桩拔出，否则很不经济。拔出后按摊销费计算，比灌注桩节省。b. 打桩和拔桩噪声大扰民。c. 当H型钢为悬臂时，位移量大，要计算位移量，在设置支撑或锚杆时，其位置要计算，避免产生过大位移影响构筑物及临近建筑。d. 与锚杆及坑内支撑结合支护，可得到满意的支护效果。（2） 间隔式（疏排）混凝土灌注桩加钢丝网水泥抹面护壁适用范围：适用各种粘土、砂土地下水位低的地质情况。特点：a. 灌注桩施工较为简便，无震动、无噪音、不扰民，本身有间隔，比密排桩施工方便。b. 比较经济节省。c. 工程基础亦为灌注桩时，可以同步施工，省工期（即支护桩与工程可同时施工）。d. 水泥用量较大，水下浇筑混凝土，质量不易控制。（3） 密排桩（灌注桩、预制桩）适用范围：粘土、砂土、软土、淤泥质土皆可应用。特点：a. 密排桩比地下连续墙施工简便，整体性不如地下连续墙，如做好防渗措施（加水泥压力注浆等），其防水、挡土功能与地下连续墙相似。b. 较疏排桩受力性能好。c. 密排桩不作防水抗渗措施，仍不能止水。（4） 双排灌注桩适用范围：粘土、砂土地质，地下水位较低的地区。特点：a. 刚度大，位移小，施工简便。b. 单排悬臂式不能支护的深度，以双排悬臂桩支护，位移不大。c. 节约锚杆材料及施工工期。（5） 连拱式灌注桩挡土适用范围：粘土、砂土及软土地质。特点：a. 节省投资、节省钢材。b. 施工简便，可以满足较深基坑的支护。c. 桩顶圈梁较宽，刚度大、位移小。（6） 桩墙合一地下室逆作法适用范围：a. 粘土、砂土、地下水位低的地质。b. 以桩作基础的工程。c. 厚大筏板的工程难以采用。特点：a. 支护桩系永久支护，设计地下室外墙可以不考虑墙的挡土作用，只须保证防水抗渗作用。b. 场地内不用留出肥槽，特别适合场地狭小的工程施工，因无肥槽，节约挖填土方。c. 以楼板作支撑，节约支撑、锚杆的费用。d. 因地下室逆作，不需先支护后做正是工程，可以节约工期。e. 与地下连续墙的逆作法不同，在于墙不能承重，且墙系后做。f. 不能采用机械大面积挖土。（7） 土钉支护适用范围：a. 水位低的地区，或能保证降水到基坑面以下。b. 粘土、砂土和粉土。c. 基坑深度一般在15m左右。国内资料表明土钉支护已做到18m。特点：a. 施工设备较简单。b. 比用挡土桩锚杆施工简便。c. 施工比较快速，节省工期。d.造价经济。（8） 插筋补强支护适用范围：a. 非饱和土。b. 有地下水须降水。c. 基坑深不超过 10m。d. 每次土方开挖24m。e. 挖土必须配合插筋补强作业。特点：a. 施工设备简单。b. 插筋施工简易。c. 须与挖土方配合。d. 配合好施工速度快，省工期。e. 节省造价较多。3.2.2 止水挡土结构（1） 地下连续墙适用范围：a. 对土质的适应性强，基本适用于所有土质，特别对软土地质更有利于施工。b. 对相邻建筑物较近的工程，特别适宜用地下连续墙。c. 施工时噪音及震动较低，是和于环境要求严格的地区施工。特点：a. 地下连续墙止水性好，能承受垂直荷载，刚度大，能承受土压力、水压力的水平荷载。由于它的这些特性，因此地下连续墙有挡土、抗渗和承重的性能，是深基坑支护的多功能结构。b. 对相邻建筑物、构筑物影响甚小。已有测定记录在离已有建筑物 20cm 处可以进行深基坑的施工，并无影响。c. 可以施工成任意形状，墙体深度易于控制，可建造刚度很大的墙体。d. 使用机械设备较多，造价较贵。e. 泥浆配置要求高，需建泥浆回收重复使用的系统。f. 如将地下连续墙作为建筑基础结构墙体，则应重新计算其造价，是否昂贵。g. 可以与锚杆结合支护，也可以在基坑内作内支撑。（2） 深层搅拌水泥土墙适用范围：a. 软土地区加固地基。b. 可作为防渗墙，阻止地下水渗透水流。c. 对桩侧或桩背后的软土加固，能增加侧向承载力。特点：a. 水泥用量小，为被加固土重量的 7%15%。b. 减少沉降量，提高边坡的稳定性。c. 防止地下水渗透。d. 节省费用。（3） 深层搅拌水泥桩墙与挡土桩结合支护 适用范围：a. 在软土丰水地区的基坑支护。b. 基坑支护深度可达 10m 左右。特点：a. 深层搅拌水泥桩除能止水外、对桩侧、桩背的软土加固，能增加桩的侧向承载力。b. 基坑四周地下水封闭后，坑内降水不影响邻近建筑物，起到防止建筑沉降的作用。（4） 密排桩间加高压喷射水泥注浆桩适用范围：a. 对砂类土、粘性土、黄土和淤泥土用高压喷射水泥注浆桩效果更好。b. 对砾石直径过大，砾石含量过多及大量纤维质的腐植土，喷射质量稍差。c. 对于地下水流速过大，喷射浆液无法在注浆管周围凝固；土质对水泥有腐蚀性的情况，都不宜用高压喷射水泥注浆桩。特点：a. 高压喷射水泥注浆桩能止水防渗，减少支护桩承受的土压力。b. 密排桩与高压喷射水泥注浆桩组成防水帷幕，地下水不能渗入基坑，仅在坑内降水排水，不影响坑外相邻建筑物的沉降。c. 有类似地下连续墙的功能，但施工设备简易，施工简单。（5） 密排桩间加化学注浆桩适用范围：a. 砂及砂砾石及软粘土地区。b. 湿陷性黄土地区。特点：a. 防渗性好，降低孔隙压力。b. 截断渗透水流，堵漏性能好。c. 无须高压喷射设备。（6） 钢板桩适用范围：a. 适于软土淤泥质土及地下水多地区，易于施工。b. 难于打入密砂及硬粘土中。c. 钢板桩间咬合不好（必须）保证咬合，就易渗水，涌砂。特点：a. 钢板桩整修。b. 安装围檩（单围、双围）支架。c. 打设钢板桩。d. 使钢板桩轴线封闭合拢。（7） 闭合拱圈墙适用范围：a. 粘土、砂土和软土地区可以使用。b. 饱和软土及淤泥质土不宜采用。特点：a. 安全可靠，挡土拱圈墙是以受压为主，结构本身强度破坏或失稳可能性甚微。拱圈沿支护高度分层施工，第一层拱圈合拢后是安全的，第二层拱圈也是安全的。b. 节省支护费用，在广州实践结果，比灌注桩节省40% 以上。节省钢筋较多，但须用模板及支撑。c. 施工便利，不须大型施工工具。d. 节省工期，一般可节省13个月。3.2.3 支撑部分（1） 自立式（悬臂无支撑）支护适用范围：a. 各种土质皆可采用。b. 基坑深，应设计计算采用悬臂桩墙是否稳妥合理，否则不适用。特点：a. 无须基坑内设支撑，也不要桩顶锚拉及使用锚杆。b. 挖土方便，基坑四周支护完成即可挖土，但灌注桩（排桩或间隔桩）须等桩顶连结圈梁做完，方能挖土。c. 悬臂部分不能太深，即基坑深时须采取支撑、锚拉、锚杆等措施。（2） 锚拉式支护适用范围：a. 上层土为各种土质皆可使用。b. 必须有较宽可拉锚的场地。特点：a. 锚梁或桩需有拉锚的场地。b. 须作锚梁（挖沟埋设），须打一定深的锚桩。c. 要有一定间距的拉结钢筋、钢索，必须锚紧，否则位移大。d. 造价较便宜。无锚杆机时施工较便利。e. 可做比自立式（悬臂桩）较深的基坑支护。（3） 土层锚杆适用范围：a. 一般粘土、砂土地区皆可应用，软土、淤泥质土地区要试验后应用，主要是抗拔力低。b. 地下水压力较大时应用高压射水钻杆钻成孔，并应采用一些措施，防止涌水涌砂。c. 采用桩顶圈梁作锚杆腰梁，可以节约资金。d. 对灌注桩、H 型钢桩、地下连续墙等挡土结构，都可应用锚杆拉结支护。特点：a. 使用锚杆拉结比坑内支撑、挖土方便。b. 锚杆要有一定覆盖深度，要有一定抗拔力。c. 预应力锚杆对挡土桩、墙的位移要小。d. 对压力水土层及卵砾石层，应用高压射水钻杆及钻石钻杆的钻机。e. 锚固段的长度应由计算并加安全度确定。f. 相邻锚杆张拉后应力损失大，应再张拉调整。一般应力损失及时效都不太大。g. 锚杆实际抗拔力应作试验后确定。（4） 钢管、型钢水平支撑适用范围：a. 软土、淤泥质土粘土地区皆适用。b. 对钢板桩、地下墙在软土、淤泥质土地区配合应用较多。c. 与斜撑配合应用，效果好。特点：a. 是长期以来应用的方法。b. 是钢管及型钢量较多，如能做成工具式支架，则可节省钢材。c. 一次投资费用较多。d. 开挖土方较不方便。e. 架设支撑施工简便。（5） 斜撑适用范围：a. 施工方法要用中心筑岛开挖法。b. 可以与水平支撑方法合用，如上海静安希尔顿饭店施工的一区及二区，使用灵活方便。特点：a. 必须采用中心筑岛开挖法。b. 支撑材料较少，施工简便。c. 有地下构筑物时最合宜，否则可用工程基础，如桩底板垫层等，但须分段施工。d. 充分利用预留坡面土的作用，节省支撑材料。（6） 环梁支撑法适用范围：四周有地下连续墙、密排挡土桩的情况可作环梁支护。特点：a. 由于环梁支撑，增加了基坑的稳定，减少位移。b. 解决软土地区不宜用锚杆、抗剪强度低的问题。c. 用支撑体系，机械施工困难，且费用高。d. 环形支护能提高机械挖土效率，加速土方施工。（7） 逆作法施工适用范围：a. 能采用地下连续墙的工程都能应用逆作法施工。b. 能用桩墙合一的工程只能作地下室逆作法施工。特点：a. 逆作法施工最大的特点是可以地下、地上同时施工，充分利用空间、时间，缩短施工期。b. 利用地下室工程的梁板作为挡土墙的支撑，可不作内支撑或锚杆拉结。c. 节省工期，加快施工速度。d. 用地下连续墙逆作法施工，充分利用地下工程结构作为临时支护结构，节约了临时支护的大量投资。e. 充分利用了地下连续墙的挡土、防渗及承重功能。f. 逆作法施工需假设栈桥，行驶塔吊，增加设备及一次性投资。3.3 支护方案的分析和选型3.3.1 计算区段分析拟将基坑分为AB、BC、CD、DA四个计算区段，基坑平面图见图 3-1，分段详情见表 3-4。北侧道路下有若干地下市政管线两幢电力建设公司的砖混结构多层房屋ABCD4088某宾馆某大厦的附属结构车站基坑5015图 3-1 基坑平面图及计算区段简图（单位：m）3.3.2 参数资料该场地各土层的物理力学性质指标如表 3-2所示。表 3-2 各土层的主要物理力学性质表层号土层名称平均层厚（m）含水量w（%）重度(kN/m3)孔隙比e黏聚力c（kPa）内摩擦角()饱和重度(kN/m3)杂填土21609粉质粘土2.532.418.00.7861017.98淤泥质粉质粘土440.8201.2081119.66粘质粉土323.4180.90101219.32淤泥质粘土645.6171.37714.517.46粉质粘土728200.95181820.50卵砾石1021220.52302721.60注：表中饱和重度通过公式计算得。对场地土层进行了室内渗透试验，现将各土层渗透性指标统计分析结果列于表 3-3。表 3-3 各土层的渗透性指标层号土层名称垂直渗透系数KV（10-6 cm/s）水平渗透系KH（10-6 cm/s）渗透性杂填土2.622.53微透水粉质粘土3.172.47微透水淤泥质粉质粘土8.189.29微透水粘质粉土5.874.09微透水淤泥质粘土5.994.00微透水粉质粘土32.228.9弱透水卵砾石6900052000强透水3.3.3 支护方案的确定综合支护结构的特点和工程环境，因基坑开挖深度为14m，悬臂式钻孔灌注桩一般无法满足施工安全要求。此外，由于地下连续墙施工对环境的要求和破坏都很大，如果采用地下连续墙施工的话，会大大影响经济效益。考虑到该工程周围都有建筑物，而施工的场地有限。初步拟定在北侧（AB）和南侧（CD）采用钻孔灌注桩+锚杆（锚拉式挡土结构）的支护方式，在西侧（AC）和东侧（BD）采用复合土钉墙支护方式。详细的区段划分及支护方式见表 3-4。表 3-4 计算区段的划分段位号AB、CDBC、DA地面荷载20kPa20kPa开挖深度14m14m支护方法钻孔灌注桩+锚杆复合土钉墙第四章 南、北侧钻孔灌注桩的设计与计算4.1 钻孔灌注桩支护方案概述本工程南、北侧采用钻孔灌注桩支护，即排桩支护结构。基坑开挖时，宜对基坑进行降水或采用截水帷幕。由于该基坑开挖深度较大，已达到14m，所以为保证结构的稳定性且具有足够的刚度，同时为了限制支护结构的位移和变形，该工程还采取了锚杆的支撑结构。4.2 钻孔灌注桩结构设计计算基坑南侧和北侧（AB、CD）采用钻孔灌注桩为支挡结构，并采用两道锚杆为支撑结构。基坑开挖深度为14m，在基坑北侧，有二幢电力建设公司的砖混结构多层房屋，其中一幢为7层，一幢为4层，均为条形基础，结构较差。两幢建筑距基坑北边线15m，地面超载取为20kN/m2。各土层参数计算表见表 3-2。土压力计算采用水土合算，锚拉式支撑结构的内力计算则采用弹性支点法进行分析计算，计算方法如图4-1所示。 （a）悬臂式支挡结构 （b）锚拉式或支撑式支挡结构图 4-1 弹性支点法计算方法1挡土结构；2由锚杆或支撑简化而成的弹性支座；3计算土反力的弹性支座支护结构外侧的主动土压力强度标准值、支护结构内侧的被动土压力强度标准值按下列公式计算。 （4-1） （4-2）式中： 支护结构外侧，第层土中计算点的主动土压力强度标准值（kPa）；当时，应取； 第层土中计算点所在土层的土体重度； 第层土中计算点的埋深； 支护结构外侧第个附加荷载作用下计算点的土中附加竖向应力标准值，该工程存在地面超载和条形基础产生的荷载，其计算见式4-3； 分别为第层的主动土压力系数、被动土压力系数； 分别为第层的黏聚力（kPa）、内摩擦角； 支护结构内侧，第层土中计算点的被动土压力强度标准值（kPa）。该工程北侧建筑有条形基础，故应计算局部附加荷载作用下的土中附加竖向应力标准值。条形基础产生的土中附加和在竖向应力计算简图如图4-2所示，其计算可按下列公式计算： （4-3）式中： 基础底部附加应力标准值（kPa）； 基础埋置深度（m）； 基础宽度（m）； 支护结构外边缘至基础的水平距离（m）； 附加荷载的扩散角（），宜取； 支护结构顶面至土中附加竖向应力计算点的竖向距离（m）。 （a）条形或矩形基础 （b）作用在地面的条形或矩形附加荷载图 4-2 局部附加荷载作用下的土中附加竖向应力计算根据建筑基坑支护设计手册，钻孔灌注桩设计的计算步骤为：1. 根据朗肯理论计算主动土压力。2. 根据朗肯理论计算被动土压力。3. 确定净土压力为零的点。4. 计算固端弯矩。5. 弯矩分配。6. 计算支点反力。7. 计算潜入深度。8. 配筋计算。 4.2.1 单位宽度主动土压力的计算1. 周边建筑条形基础产生的附加应力（下标括号中的数字表示埋深，下同）：根据上述工程概况，基坑北边线据楼房15m，故、。计算点的竖向距离，故。2. 根据工程概况地面超载：根据工程概况，底面超载为20kN/m2，故.3. 按照朗肯理论计算主动土压力：土层：作用点位置（距层底）：土层：作用点位置（距层底）：土层：作用点位置（距层底）：土层：作用点位置（距层底）：土层：作用点位置（距层底）：作用点位置（距层底）：土层：作用点位置（距层底）：土层：作用点位置（距层底）：4.2.2 单位宽度被动土压力的计算土层：作用点位置（距层底）：土层：作用点位置（距层底）：土层：作用点位置（距层底）：4.2.3 确定净土压力为零的点O实测结果表面净土压力为零的位置与反弯点位置很接近，可假设净土压力零点即为反弯点。故设净土压力强度零点距离基坑底的距离u，可根据净土压力零点处墙前被动土压力强度与墙后主动土压力强度相等的关系求得：土层有：且。土层有：且，所以土压力零点在土层之间的交界处。故取净土压力强度零点距离基坑底的距离。4.2.4 分段计算固端弯矩图 4-3 连续梁计算简图1. 连续梁AB段弯矩（悬臂）： 4mq2q152.691106.129 图 4-4 BC段计算简图BC2. 连续梁BC段弯矩（一端铰接，一端固接）：梁BC段如图所示，B支点荷载，C支点荷载，参考建筑结构静力计算手册可得：3. 连续梁CD段弯矩（两端固接）：梁CD段如图所示，两端均为固端，其公式见建筑结构静力计算手册可得： 3mCDq2q198.947136.955图 4-5 CD段计算简图4. 连续梁DEF段弯矩（一端固接，一端铰接）：2.5m3.5mq1q2q3图 4-6 DEF段计算简图DEF129.176155.345l=a+b=6m梁DEF段如图所示，F点为零弯矩点，。按建筑结构静力计算手册可得：4.2.5 弯矩分配计算固端弯矩不平衡，需要用弯矩分配法来平衡支点C、D弯矩。C点分配系数：； D点分配系数：；表 4-1 弯矩分配表计算点BCDF分配系数0.360.648/113/11固端弯矩+291.926-291.926+16.42-85.612+91.314-357.627弯矩分配+193.663+72.623+96.832-9.950-17.690-30.986+22.535+8.351杆端弯矩+291.926-291.926+6.47-6.47+276.556-276.553通过弯矩分配，得出各支点的弯矩为： ； ；4.2.6 计算支点反力 (a) (b)2m2.5m14.58937.93226.54358