六冶佳苑G3楼地基处理及基坑支护设计毕业论文.doc

洛阳理工学院毕业设计 论文 I I 六冶佳苑六冶佳苑 G3G3 楼地基处理及基坑支护设计楼地基处理及基坑支护设计毕业论文毕业论文 目 录 前 言 1 第一章 地基处理 2 1 1 工程概况 2 1 2 场地地质条件 2 1 2 1 地质资料 2 1 2 2 水位 2 1 2 3 桩的极限侧阻力标准值 3 1 3 地基处理方案选定 3 1 3 1 地基处理的对象与分类 3 1 3 2 地质条件与处理方案的选择 3 1 3 3 复合地基处理 4 1 4 应力分担计算 8 1 4 1CFG 桩数要求 8 1 4 2 应力分担比 9 1 4 3 应力分担系数 9 1 4 4 应力分担 10 1 5 沉降 10 1 5 1 刚性桩 柔性桩与土构成的复合土层压缩量 10 1 5 2 柔性桩桩端一下刚性桩与土构成的复合土层压缩量 12 1 5 3 沉降量 13 1 6 小结 13 第二章 土钉墙设计 14 2 1 土钉墙支护的基本原理及构造要求 14 2 1 1 土钉墙支护的基本原理 14 2 1 2 土钉墙的构造要求 15 洛阳理工学院毕业设计 论文 II II 2 2 土钉墙的设计与计算 15 2 2 1 土钉墙土层参数计算 15 2 2 2 确定土钉布置图 16 2 2 3 土钉长度计算 17 2 2 4 锚固段的长度计算 17 2 3 整体稳定性验算 20 2 4 第 i 条土体提供的抗滑力与致滑力计算 21 2 5 土钉锚固力计算 22 2 6 小结 23 第三章 桩锚的设计与计算 24 3 1 作用在支护结构上的荷载计算 24 3 1 1 土压力计算理论 24 3 1 2 地面荷载引起的侧压力 25 3 1 3 土压力计算 27 3 2 锚撑式支护结构设计 29 3 2 1 计算规定 29 3 2 2 反弯点的确定 29 3 2 3 水平支撑力计算 30 3 3 桩墙嵌固深度的确定 33 3 3 1 桩墙嵌固深度的计算理论 33 3 3 2 嵌固深度的计算 33 3 4 支护结构的设计长度 35 3 5 结构计算 35 3 5 1 截面弯矩设计值的计算 35 3 5 2 截面剪力设计值的计算 38 3 5 3 支点结构支点力设计值 38 3 6 支护桩的配筋计算 38 3 6 1 钻孔灌注桩结构及计算特点 38 3 6 2 拟用条件 39 3 6 3 支护桩配筋计算 40 3 7 锚杆计算 42 洛阳理工学院毕业设计 论文 IIIIII 3 7 1 锚杆的构造及类型 42 3 7 2 土层锚杆的作用机理及布置要求 43 3 7 3 锚杆的设计计算理论 44 3 7 4 锚杆设计计算 45 3 8 基坑的稳定性验算 48 3 8 1 基坑的抗倾覆稳定性验算 48 3 8 2 基坑的抗隆起稳定性验算 52 3 8 3 基坑整体稳定性验算 54 3 9 小结 54 第四章 基坑工程监测 56 4 1 工程概况 56 4 2 基坑工程监测的目的与内容 56 4 3 监测点的布置原则 56 4 3 1 一般规定 57 4 3 2 基坑及支护结构 57 4 4 小结 58 结 论 59 谢 辞 60 参考文献 61 外文资料翻译 62 洛阳理工学院毕业设计 论文 1 1 前 言 基坑工程是一个划时代的岩土工程课题 基坑工程的大量实践为我国基础 工程建设积累了大量的成功经验 取得了不少实效的教训 事实上 人类土木工 程的频繁活动促进了基坑工程的发展 特别是在 20 世纪 随着经济的发展 大 量高层超高层建筑以及地下工程的不断涌现 对基坑工程的要求越来越高 随之 出现的问题也越来越多 迫使工程技术人员须从新的角度去审视基坑工程这一古 老的课题 导致许多新的理论新的经验或研究方法得以出现与成熟 通过科学分析研究 从深基坑工程的成功与失败中总结实践经验 对深基坑 工程存在的问题进行探讨以进一步提高认识 促进技术发展 施工环境越复杂 施工难度就越大 因而基坑事故频频发生 如何选择更安全更经济的施工方案对 工程完成质量以及社会的影响具有重要意义 由于深基坑施工环境的复杂性 对 施工过程的管理工作将有更加严格的要求 对深基坑工程的正确设计和施工 将 预防与防护相结合 能带来巨大的经济和社会效益 对加快工程进度和保护工程 周围环境能发挥重要作用 基坑工程的设计与施工 既要保证整个支护结构在施工过程中的安全 又要 控制结构和其周围土体的变形 以保证周围环境 相邻建筑及地厂公共设施等 的 安全 在安全前提下 设计要合理 又能节约造价 方便施上 缩短工期 要提 高基坑工程的设计与施工水平 必须正确选择土压力 计算方法和计算参数 选 择合理的支护结构体系 同时还要响应丰富的设计和施工经验教训 由于基坑土有一定的湿陷性 所以本工程采用灰土桩消除湿陷性 用 CFG 桩增加地基的承载能力 而基坑支护由于西边距道路较近 所以选择采用钻孔灌 注桩和锚杆支护 其余侧开阔无建筑 因此采用土钉墙支护 最后进行了围护桩 墙的内力计算 结构计算 支撑结构 锚杆的设计 进行了锚杆的内力计算 结构计算 桩锚系统的抗隆起验算 抗倾覆验算 深层剪切滑移验算 整体稳定 性验算 结构设计合理 节省造价 施工方便 工期合理 洛阳理工学院毕业设计 论文 2 2 第一章 地基处理 1 1 工程概况 拟建住共 35 层 地上 34 层 地下一层 结构类型为剪力墙 基础类型为筏 板基础 基础面积为 31 2 19 6 荷载大小为 550kPa 基础埋深为 8 1m 地下 水位在地表下 20m 处 无需降水 工程场地西侧距已有道路较近 其余方向周边 环境开阔无建筑 但要考虑施工期间的堆土 重车运输等荷载 1 2 场地地质条件 1 2 1 地质资料 根据工程地质报告 地面以下各土层的主要物理力学性能指标参见表 1 1 承载力指标参见表 1 1 表 1 1 土层物理力学指标 土层土壤名称层厚 m 含水量 重度 kN m 3 承载特征值 kPa 黄土状粉质粘土 3 222217 6 黄土状粉质粘土 2 893018 4 1 黄土状粉质粘土 2 172518 2130 黄土状粉质粘土 2 982418 15150 粉质粘土 3 222518 5140 粉质粘土 2 9922 518 5160 1 2 2 水位 地下水初见水位埋深 20 4 21 3m 之间 地下水位变化幅度 3 0m 左右 可 以不考虑降水 洛阳理工学院毕业设计 论文 3 3 1 2 3 桩的极限侧阻力标准值 表 1 2 桩的极限侧阻力标准值 sik q 层号液性指数 l I状态干作业钻孔桩 sik q 0 25 硬可塑 66kPa 0 67 可塑 58kPa 1 0 45 硬可塑 54kPa 0 60 可塑 57kPa 0 32 硬可塑 60kPa 0 45 硬可塑 61kPa 1 3 地基处理方案选定 1 3 1 地基处理的对象与分类 根据 GB50025 2004 建筑地基设计规范 中规定 场地为非自重湿陷性 场地 地基湿陷等级为 I 级 湿陷性中等 1 3 2 地质条件与处理方案的选择 地质条件 根据钻孔和探井揭露 拟建区表层为人工堆填的填土 上部为第四系全 新统坡洪积的黄土状粉质粘土 下部为第四系上更新统坡洪积及冲洪积的粉质粘 土 粉土 粉砂 中砂 砾砂 卵石 具有明显的二元结构 环境条件 工程场地原为旧房拆除区 周围无高大建筑 对周围环境影响不大 西 侧距已有道路较近 其余方向周边环境情况开阔无建筑 但要考虑施工期间的堆 土 重车运输等荷载 综合考虑地基土的湿陷性中等 所以选择采用灰土桩消除地基土的湿陷性 洛阳理工学院毕业设计 论文 4 4 采用 CFG 桩来提高地基土的承载力 1 3 3 复合地基处理 1 1 柔性桩桩径和桩距 柔性桩桩径和桩距 安装孔布置原则和要求 桩孔间距应保证桩间土挤密后达到要求的密实度和 消除湿陷性为原则 桩孔宜按正方形布桩 桩孔间的中心距离可为粧直径的 2 0 2 5 倍 初步选定灰土桩为柔性桩 桩孔直径选为 400mm 桩间距也可按下式估算 1 1 ddc dc dL max max 887 0 式中 L 桩孔之间的中心距离 m 桩孔直径 m d 桩间土的最大干密度 kN m maxd 3 kN m 处理前土的平均干密度 d 3 桩间土经成孔挤密后的平均挤密系数 为 桩 c max 1 c d d 1d 间土挤密后的平均干密度 对重要工程不宜小于 0 93 对于一般工程不 c c 宜小于 0 90 44 3 99 2 22 3 98 2 44 3 6 1499 2 5 1322 3 8 1398 2 6 14 d 14 1 kN m d 3 洛阳理工学院毕业设计 论文 5 5 87 0 61 1 41 1 1 c max d d 取 0 93 c 47 1 41 1 61 1 93 0 61 1 93 0 4 0887 0 L 为方便计算 桩间距定位 2m 2 2 灰土桩 柔性桩 桩长灰土桩 柔性桩 桩长 根据地层情况 选用第 1 层粉质粘土作为基础持力层 桩顶位于持力层 中 初定有效桩长m 7 l 3 3 一根柔性桩桩分担的处理面积一根柔性桩桩分担的处理面积 正方形布桩 按正方形计算等效圆直径 m 1 2 26 2213 113 1 1 Lde 面积置换率 1 3 031 0 26 2 4 0 2 2 2 1 2 1 1 e d d m 承担处理地基面积 m 1 4 01 4 4 2 1 1 e e d A 2 1 根灰土桩分担的处理地基面积的等效圆直径 m 1e d 灰土桩的直径 m 1 d 1 根灰土挤密桩所承担的处理地基面积 m 1e A 2 地基土的天然承载力为持力层的承载力 即211 56kPa sk f 根据经验 对于灰土挤密桩地基 不应大于处理前的 2 倍 并不应大于 洛阳理工学院毕业设计 论文 6 6 250kPa 4 刚性桩 CFG 桩 设计 CFG 桩采用长螺旋钻孔压灌桩法施工 一般为 350 600 mm 桩径取 4d 初 步设计桩距 L 2m 第 层卵石层承载力为 600kPa 初定有效桩长为 12m 5 CFG5 CFG 桩分担的处理面积桩分担的处理面积 正方形布桩 按正方形计算等效圆直径 m 1 5 26 2 213 1 13 1 2 Lde 面积置换率 1 6 049 0 26 2 5 0 2 2 2 2 2 2 1 e d d m 承担处理地基面积 m 1 7 01 4 4 26 2 14 3 4 22 2 2 e e d A 2 式中 1 根 CFG 分担的处理地基面积的等效圆直径 m 2e d CFG 桩的直径 m 2 d 6 6 刚性桩单桩承载力计算刚性桩单桩承载力计算 初步设计时可按下列公式估算单桩竖向承载力特征值 1 8 n i ppisipa AqlqR 1 22 为方便计算 上式宜可改写为 1 9 222Ppspa AqlqR 式中 单桩竖向承载力计算值 kN a R 桩周土的平均侧阻力特征值 kPa 2P 洛阳理工学院毕业设计 论文 7 7 桩长 15m 2 l 天然土层桩的端阻力特征值 600kPa P q 单桩截面积 0 19625 2P A 其中 7 59 44 3 99 2 22 3 98 2 18 0 6144 3 6199 2 6022 3 5798 2 18 0 54 s q 即kPa 7 59 s q 69 1523 19625 0 60015 7 5957 1 a R 即kN 69 1523 a R 7 7 刚刚 柔性桩复合地基承载力特征值柔性桩复合地基承载力特征值 刚 柔性桩复合地基承载力特征值可以通过现场复合地基承载力试验确定 初步设计时也可以按下式计算 1 10 skpaaaspk fmmARmARmf 1 21332222111 式中 刚性桩承载力发挥系数 无经验时可取 0 8 1 0 褥垫层较厚时 1 取小值 取 0 8 刚性桩面积置换率 0 049 1 m 1 m 柔性桩面积置换率 0 056 2 m 2 m 柔性桩承载力发挥系数 无经验时可取 0 75 0 95 褥垫层较厚 2 时取小值 取 0 75 基底土的承载力特征值 130kPa sk f 刚性桩的单桩竖向承载力特征值 kN 1a R 柔性桩的单桩竖向承载力特征值 kN 2a R 刚性桩的截面积 0 19625 2P A 柔性桩的截面积 0 125 3P A 桩间土的承载力发挥系数 按当地经验或实验结果取值 无经验 3 时取 0 5 0 9 洛阳理工学院毕业设计 论文 8 8 代入数据 04 74 8 18435 304 40 149 049 0 125 0 1 6 0 125 0 550056 0 75 0 19625 0 69 1523031 0 8 0 spk f 563 19kPa 550kPa 满足要求 8 8 CFGCFG 桩桩体的强度计算桩桩体的强度计算 已知 单桩的实际竖向承载力kN 桩的截面积 m69 1523 a R19625 0 P A 2 则桩体的实际承载强度为 kPa 1 11 03 7764 19625 0 69 1523 P a c A R q 要求的桩体材料试验强度 kPa 1 12 05 15528 19625 0 69 152322 P a c A R q 式中 单桩竖向承载力计算值 1523 69kPa a R CFG 单桩截面积 0 19625 P A 2 单桩承载力安全系数 因此 必须使桩体混合料的无侧限抗压强度值达到 15528 69kPa 以 kPa 作为设计值 C35 混凝土的轴心抗压强度为 16 7MPa 16700kPa 69 15528 c q 故采用 C35 混凝土的桩体材料符合要求 1 4 应力分担计算 1 4 1CFG 桩数要求 根据前面计算参数 CFG 桩总数量 1 2P A mA n 洛阳理工学院毕业设计 论文 9 9 13 式中 CFG 桩截面积 0 19625 2P A 建筑物基底实有面积 437 1 A m CFG 桩面积置换率 取 0 049 代入数据 14 109 19625 0 1 437049 0 n 实际布 CFG 桩 110 根 符合要求 1 4 2 应力分担比 采用公式 1 sc fqn 20 14 式中 CFG 桩单桩竖向承载力实际抗压强度 7764 03kPa 2c q 2c q 桩间土天然承载力平均值 211 56kPa s f s f 1 70 36 56 211 03 7764 20 sc fqn 1 4 3 应力分担系数 应力集中系数 1 135 13 049 0 170 36 1 70 36 1 1 0 0 mn n 15 符合要求 洛阳理工学院毕业设计 论文 1010 应力减少系数 1 136 0 049 0 170 36 1 1 1 1 1 0 mn 16 符合要求 1 4 4 应力分担 桩体承担的应力为 1 PPC 17 式中 桩体自身分担的应力 C P 应力集中系数 13 35 P 建筑物基底计算压力 563 19kPa 所以kPa 满足要求 56 21103 20219 56335 13 PPC 1 5 沉降 刚 柔性桩复合地基沉降量可按下式计算 1 18 321 SSSS 式中 刚性桩 柔性桩与土构成的复合土层压缩量 mm 1 S 柔性桩端以下 刚性桩与土构成的复合土地层压缩量 mm 2 S 刚性桩端以下天然土层压缩量 mm 按现行国家标准 建筑地基 3 S 基础设计规范 GB50007 的有关规定进行计算 1 5 1 刚性桩 柔性桩与土构成的复合土层压缩量 刚性桩 柔性桩与土构成的复合土层压缩量可按下式计算 1 S 洛阳理工学院毕业设计 论文 1111 1 1 1 1 0 11 11 i i i i n i spli s zz E p S 19 式中 刚性桩 柔性桩与土构成的复合土层压缩量计算经验系数 宜按当地 1s 经验取值 无经验时可按现行国家标准 建筑地基基础设计规范 GB50007 的有关规定执行 柔性桩桩长范围内所划分的土层数 1 n 对应于荷载效应准永久组合下的基础底面处的附加应力 kPa 0 p 刚性桩 柔性桩与土构成的第 i 层复合土层的复合压缩模量 MPa spli E 基础底面至第 i 层土地面的距离 m i z 基础底面计算点至第 i 层土底面范围内平均应力系数 i 基础底面计算点至第 i 1 层土底面范围内的平均应力系数 1 i 其中各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍 即 1 ak spk f f 20 式中 复合地基承载力特征值 563 19kPa spk f 基础底面下天然地基承载力特征值 149 40kPa ak f 77 3 40 149 19 563 ak spk f f 基本参数见表 1 3 各土层的参数表 1 3 m i z压缩系数压缩模量 i E 10 180 2628 65 3 070 3224 51 6 290 2234 31 9 250 1841 47 洛阳理工学院毕业设计 论文 1212 12 720 1744 11 变形计算经验系数表 1 4 s Mpa SE 2 54 07 015 020 0 s 1 11 00 70 40 2 由线性内插法得 1 21 54 7 1 9 81 2 5 6 16 3 6 7 06 3 81 2 16 3 06 3 1 si i i S E A A E 68 0 0 754 7 8 7 04 0 7 0 s 代入数据 17 6 73 1082 1196 11 68 0 19 0 25 9 19 0 72 12 47 41 388 27 0 25 6 19 0 25 9 31 34 388 31 0 07 3 27 0 29 6 51 24 388 26 0 18 0 31 0 07 3 65 28 388 68 0 1 S 27 66mm 1 5 2 柔性桩桩端一下刚性桩与土构成的复合土层压缩量 柔性桩桩端一下 刚性桩与土构成的复合土层压缩量可按下式计算 2 S 1 22 1 1 1 2 0 22 1 i i i i n ni isp s zz E p S 式中 柔性桩桩端以下 刚性桩与土构成的复合土层压缩量计算经验系数 2s 宜按当地经验取值 无经验时可按现行国家标准 建筑地基基础设 计规范 GB50007 的有关规定执行 刚性桩桩长范围内所划分的土层数 n 对应于荷载效应准永久组合下的基础底面处的附加应力 kPa 0 p 柔性桩桩端以下 刚性桩与土构成的第 i 层复合土层的复合压缩模 isp E 2 量 MPa 洛阳理工学院毕业设计 论文 1313 MPa98 14 0 21 347 1 4 10 875 0 347 1 875 0 SE 由插值法得 s 40 0 s 91 2 84 1 40 0 18 0 7 132 0 3 15 17 79 388 17 0 72 1218 0 7 13 98 63 388 40 0 2 S 1 90mm 1 5 3 沉降量沉降量 由于刚性桩桩端以下没有软弱土层 且桩端以下的土层比加固部分土层密 实度大 沉降量很小 所以不需计算 现假定与相同 即 3 S 2 S 2 S 3 S 90 1 90 166 27 321 SSSS 31 46mm 1 6 小结 CFG 桩 桩径采用 500mm 桩距及桩长计算决定 以 1 层作为持力层 柔性桩 灰土桩 桩径初步选为 400mm 基础最大宽度为 19 6m 最大基础长度为 31 2m 基础占地范围面积 m 2 底板实有面积 A m 1 437 4 138 98 9 2 31 2 本工程地基处理采用直径 400mm 桩长 7m 间距 2 0m 矩形布桩形式的灰土桩 消除湿陷性 其中基坑开挖线内布桩 136 根 基坑外布桩 58 根 总计 194 根 同时采用直径 500mm 桩长 12m 间距 2 0m 矩形布桩形式的 CFG 桩提高地基土的承 载能力 总计 110 根 经地基承载力和沉降验算 得地基的实际承载力为 洛阳理工学院毕业设计 论文 1414 561 0kPa 大于地基所要要求的 550kPa 地基总的沉降量为 31 46mm 符合实际要 求 洛阳理工学院毕业设计 论文 1515 第二章 土钉墙设计 所谓的土钉通常是指在基坑开挖过程中 在基坑边壁上钻出的 与土壁接近 垂直的深孔 然后插入钢筋并压力注入水泥浆或水泥砂浆 从而形成的与周围土 体全长紧密结合的加筋注浆体 当土体不易成孔时 可将管壁上带有注浆小孔的 钢管直接击入或顶入土中 然后在钢管内用压力注浆形成土钉 土钉墙是采用较密排列的土钉加固基坑侧壁土体 并在基坑侧壁上设置配筋 混凝土护面等 从而形成的一种支护结构 土钉墙是采用较密排列的土钉加固基坑侧壁土体 并在基坑侧壁上设置配筋 混凝土护面等 从而形成的一种支护结构 由于本工程除西侧外 其余拟建场地比较开阔没有任何建筑 为了节约支护 成本 及早在施工期内完成 所以采用土钉墙支护 这样做既经济又合理 2 1 土钉墙支护的基本原理及构造要求 2 1 1 土钉墙支护的基本原理 土体的抗剪强度较低 抗拉强度几乎可以忽略 但土体具有一定的结构整体 性 在基坑开挖时 可存在使边坡保持直立的临界高度 但在超过这个深度或有 地面超载时将会发生突发性的整体破坏 一般护坡措施均基于支挡护坡的被动制 约机制 以挡土结构承受其后的土体侧压力 防止土体整体稳定性破坏 土钉墙 技术则是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体与土共同作用 弥补土体自 身强度的不足 因此通过以增强边坡土体自身稳定性的主动制约机制为基础的复 合土体 不仅效地提高了土体的整体刚度 弥补了土体抗拉 抗剪强度低的弱点 通过相互作用 土体自身结构强度潜力得到充分发挥 改变了边坡变形和破坏的 性状 显著提高了整体稳定性 更重要的是土钉墙受荷载过程中不会发生素土边 坡那样的突发性塌滑 土钉墙不仅延迟塑性变形发展阶段 而且具有明显的渐进 性变形和开裂破坏 不会发生整体性塌滑 洛阳理工学院毕业设计 论文 1616 2 1 2 土钉墙的构造要求 土钉墙墙面坡度不宜大于 1 0 1 土钉与水平面夹角宜为 20 5 土钉的直径应根据成孔机具确定 一般为mm 120 70 土钉的水平间距和垂直间距宜为m 2 1 土钉的钢筋一般采用 钢筋直径为mm 400HRB500HRB32 16 土钉的注浆材料为水泥浆或水泥砂浆 强度等级不低于 M20 面层一般采用喷射混凝土 并在其中配置钢筋 喷射混凝土的强度等 级一般不低于 厚度不小于mm 钢筋的直径一般为mm 间距为20C8010 6 mm 分层施工上下段钢筋网搭接长度大于mm 300 150300 本工程土钉墙的构造如下 土钉墙墙面坡度为 土钉的水平间距设 75 计为 1 6m 垂直间距设计为 1 6m 土钉与水平面夹角为 土钉的钢筋采用 10 直径为 20mm 面层喷射混凝土强度用 厚度 80mm 钢筋直径400HRB20C 8mm 间距 200mm 分层施工上下段钢筋网搭接长度 400mm 2 2 土钉墙的设计与计算 由于本工程除西侧外 其余拟建场地比较开阔没有任何建筑 为了节约支护 成本 及早在施工期内完成 所以除西侧 AH 段采用桩锚支护 其余各侧采用土 钉墙支护 2 2 1 土钉墙土层参数计算 计算 的加权平均值 求主动土压力系数 荷载折减系数 c a k kN m 2 03 18 1 8 2 1899 1 4 1889 2 6 1722 3 1 ii i cd d 3 1 kPa 2 50 13 1 8 99 1171589 2 1022 3 1 ii i cd d c 2 洛阳理工学院毕业设计 论文 1717 2 89 18 5 8 2099 1 1889 2 1922 3 1 ii i cd d 3 主动土压力系数 2 51 0 2 89 18 45 tan 2 45 tan 22 a k 4 荷载折减系数 69 0 2 89 18 45 tan 75tan 1 2 89 1875 tan 1 2 89 1875 tan 2 45 tan tan 1 2 tan 1 2 tan 2 2 2 2 2 确定土钉布置图 计算土钉主动受拉区高度h m 2 5 09 2 03 18 1 0 51 0 5 132 1 2 q k c h a 本工程在基坑顶面以下 2 0m 处开始布置土钉 如图 2 1 洛阳理工学院毕业设计 论文 1818 图 2 1 土钉布置图 2 2 3 土钉长度计算 自由段的长度计算 由正弦定理得 2 6 28sin75sin57sin 01i lhH 由土钉布置图可知 m m0 2 1 h6 3 2 h m m2 5 3 h8 6 4 h 可得土钉自由段长度为 m m54 3 1 o l61 2 02 l m m68 1 03 l75 0 04 l 2 2 4 锚固段的长度计算锚固段的长度计算 1 1 第一排土钉长度计算第一排土钉长度计算 第一排土钉距基坑顶面的距离m 0 2 1 h 土钉布置处的水平荷载标准值 2 51 0 2 45 tan 02 1 a K 7 2 51 0 10251 0 0 2 6 170 2 1111 aaak kckzqe 8 3 67kPa 单根土钉受拉荷载标准值 洛阳理工学院毕业设计 论文 1919 kN 2 9 58 6 10cos 6 16 167 3 69 0 cos 111 1 j zxak k a sse T 单根土钉的抗拉承载力设计值 kN 2 23 8 58 60 125 1 25 1 101 ku TT 10 由公式 可得 2 aisik s uj ldqT 1 sik saj ai dq T l 11 即m14 1 301 014 3 3 123 8 1 1 sik su a dq T l 故m 由构造要求取m 68 4 14 1 54 3 1011 a lll0 6 1 l 2 2 第二排土钉长度计算第二排土钉长度计算 第二排土钉距基坑顶面的距离m 6 3 2 h 土钉布置处的水平荷载标准值 2 528 0 152528 0 38 0 4 1822 3 6 170 2 22222112 aaak kckzzqe 12 11 82kPa 单根土钉受拉荷载标准值 kN 2 20 21 10cos 6 16 182 1169 0 cos 222 2 j zxak k a sse T 13 单根土钉的抗拉承载力设计值 kN 2 50 2620 210 125 1 25 1 202 ku TT 14 由公式 可得 aisik s uj ldqT 1 sik saj ai dq T l 即m 2 66 3 301 014 3 3 150 26 2 2 sik su a dq T l 洛阳理工学院毕业设计 论文 2020 15 故 取 6 5m 27 6 61 2 66 3 2022 a lll 2 l 3 3 第三排土钉长度计算第三排土钉长度计算 第三排土钉距基坑顶面的距离m2 5 3 h 土钉布置处的水平荷载标准值 2 528 0 152528 0 98 1 4 1822 3 6 170 2 22222113 aaak kckzzqe 16 27 36kPa 单根土钉受拉荷载标准值 kN 2 07 49 10cos 6 16 136 2769 0 cos 333 3 j zxak k a sse T 17 单根土钉的抗拉承载力设计值 kN 2 34 6107 490 125 1 25 1 303 ku TT 18 由公式 可得 aisik s uj ldqT 1 sik saj ai dq T l 即m 2 46 8 301 014 3 3 134 61 3 3 sik su a dq T l 19 故m 66 1346 8 2 5 3033 a lll 4 4 第四排土钉长度计算第四排土钉长度计算 第四排土钉距基坑顶面的距离m 8 6 4 h 土钉布置处的水平荷载标准值 49 0 20249 0 69 0 2 1889 2 4 1822 3 6 170 2 3333322114 aaak kckzzzqe 洛阳理工学院毕业设计 论文 2121 31 98kPa 单根土钉受拉荷载标准值 kN 2 36 57 10cos 6 16 198 3169 0 cos 444 4 j zxak k a sse T 20 单根土钉的抗拉承载力设计值 kN 2 70 7136 570 125 1 25 1 404 ku TT 21 由公式 可得 aisik s uj ldqT 1 sik saj ai dq T l 即m 2 93 5 501 014 3 3 170 71 4 4 sik su a dq T l 22 故m 68 6 93 5 75 0 4044 a lll 2 3 整体稳定性验算 第 i 条土体与滑裂面之间的摩阻力计算 用割线长度代替弧长第一条土体 滑裂面处各土层粘聚力标准值 kPa98 11 5336 15211600 103220 1 k c 圆弧割线与水平面的夹角 69 1 滑动面单元体厚度 m0 2 b 第 1 条土滑裂面割线弧长 m 2 58 5 6990sin 0 2 90sin 1 1 s l 23 故 第一条土体提供的摩阻力 洛阳理工学院毕业设计 论文 2222 kPa72 1330 258 598 11 1 1 1 slc i k 同理 可依次计算剩余 4 条土体摩阻力 见表格 2 1 表 2 1 各条土层的相关数据 第一条土第二条土第三条土第四条土 ki c 11 98kPa12 98kPa13 39kPa13 50kPa s 2 0m 2 0m 2 0m 2 0m i 59 40 23 10 i l 5 580m 2 61m 2 17m 1 57m slc i i ik 133 72kPa67 76kPa58 11kPa32 85kPa 故 133 72 67 76 58 11 32 85 292 44kPa slc i i ik 2 4 第 i 条土体提供的抗滑力与致滑力计算 抗滑力 2 24 n i ikiii qbws 1 tancos 致滑力 2 25 n i iiik qbws 1 sin 其中 取加权平均重度 18 03kN m3 整体滑动分项系 iii hbw k 数取 1 3 计算简图如图 2 2 洛阳理工学院毕业设计 论文 2323 图 2 2 抗滑力滞滑力计算简图 89 18tan10cos024 203 1889 18tan23cos042 7 203 18 89 18tan40cos017 6 203 1889 18tan69cos067 2 203 18 2 tancos 1 n i ikiii qbws 467 14kPa 10sin 024 203 18 23sin 042 7 203 18 40sin 017 6 203 18 69sin 067 2 203 18 3 10 12 sin 1 0 n i iiik qbws 916 43kPa 2 5 土钉锚固力计算 单根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力按下式计算 2 26 nisiknjnj lqdT 对第一根土钉 m kPa m1 0 1 j d30 1 ks q55 0 1 i l 故 kPa12 555 0301 014 3 1 j T 对第二根土钉 洛阳理工学院毕业设计 论文 2424 m kPa m1 0 2 j d30 2 ks q19 1 2 i l 故 kPa21 1119 1301 014 3 2 j T 同理 根据已知参数 m m 20 4 3 i l95 3 4 i l kPa kPa 30 3 ks q50 4 ks q 取相同值 0 1m d 可依次计算得 kPa56 39 3 j T kPa02 60 4 j T 计算 2 27 ikjjjj m j nj aaT tan sin 2 1 cos 1 其中 土钉与水平面夹角 分别为 10 j a j 10234069 因为 在计算时选取滑动体单元厚度 s 2 0m 而土钉间距取的 1 6m 在 计算时应乘以 ikjjjj m j nj aaT tan sin 2 1 cos 1 系数 5 1 0 2 89 18tan 1010sin 2 1 1010 cos 02 60 89 18tan 1023sin 2 1 1023 cos 56 39 89 18tan 1040sin 2 1 1040 cos 21 11 89 18tan 1069sin 2 1 1069 cos 12 5 5 1 0 2 tan sin 2 1 cos 1 ikjjjj m j nj aaT 178 81kPa 综上 根据土钉墙整体稳定性验算公式 096 3143 91681 17814 46744 292sin tan sin 2 1 cos tancos 1 11 i n i iik ikjjjj m j njiki n i ii i iik qbws aaTqbwsslc 洛阳理工学院毕业设计 论文 2525 故 满足整体稳定性 2 6 小结 本工程对 ABCDEFGB 段采用土钉墙支护形式 其中土钉的打设上覆土层厚 度为 2 5m 水平间距和竖直间距均为 1 6m 即按 1 6m 1 6m 的规格布置土钉 土 钉与水平面之间的间距取 10 通过验算 土钉的抗滑力和止滑力满足要求 洛阳理工学院毕业设计 论文 2626 第三章 桩锚的设计与计算 3 1 作用在支护结构上的荷载计算 土压力的计算是结构内力计算的基础 反弯点的计算关系到嵌固深度的确定 锚杆的设计和结构的设计 3 1 1 土压力计算理论 土压力是指土体作用在支护结构上的侧向压力 通常是由土的自重和地面荷 载产生的 土压力的大小与土的重度 土的抗剪强度 地下水位 支护结构体系 的刚度及横向位移条件以及基坑工程的施工方法等因素相关 土压力主要包括静 止土压力 主动土压和被动土压力 由于围护结构的墙体竖直 背后填土面水平 因此可以用土体处于极限平衡 状态时的最大和最小主应力的关系即朗肯土压力理论来计算作用于墙背上的土压 力 由土体的极限平衡理论 可得到土中某点处于极限平衡状态时主应力之间的 关系为 对于粘性土 3 1 2 13tan 45 2 tan 45 22 c 3 2 2 31tan 45 2 tan 45 22 c 式中 大主应力 1 小主应力 3 当墙背是竖直 填土面是水平时 处于主动状态时可以应用极限平衡理论计 算主动土压力 a e 3 3 aaa kczkcp2 2 45tan2 2 45tan 2 13 当墙背是竖直 填土面是水平时 处于被动状态时可以应用极限平衡理论计 算被动土压力 p e 洛阳理工学院毕业设计 论文 2727 3 4 ppp kczkcp2 2 45tan2 2 45tan 2 31 即 3 5 aaiia kckhqp2 3 6 ppjjp kckhp2 其中 3 7 2 45tan2 a k 3 8 2 45tan 2 p k 3 1 2 地面荷载引起的侧压力 采用分层计算的方法来计算主动土压力 1 已知条件如表 3 1 表 3 1 各土层参数表 层号重度 kN m 3 层厚 m 粘聚力 kPa 内摩擦角 岩土名称 17 63 221019 黄土状粉质粘土 18 42 891518 黄土状粉质粘土 118 22 171720 黄土状粉质粘土 18 152 982119 黄土状粉质粘土 18 53 222220 粉质粘土 2 计算区段划分见表 3 2 表 3 2 建筑场地区段参数 区段西北东南 段位号 AHGFABBCDEBGFEDC 地面荷载 20KPa0KPa0KPa0KPa 开挖深度 8 1m8 1m8 1m8 1m 3 主被动土压力系数 洛阳理工学院毕业设计 论文 2828 第 层土 k N m kPa m 6 17 1 3 10 1 c 19 1 22 3 1 h 主动土压力系数 0 509 2 45tan2 1 a k 2 19 45tan 2 第 二层土 k N m kPa m 4 18 2 3 10 2 c 19 2 22 3 2 h 主动土压力系数 0 53 2 45tan2 2 a k 2 18 45tan2 第 1 层土 k N m kPa m2 18 3 3 17 3 c 20 2 17 2 3 h 主动土压力系数 0 49 2 45tan2 3 a k 2 20 45tan 2 被动土压力系数 2 04 2 45tan 2 3 p k 2 18 45tan 2 第 层土 k N m kPa m15 18 4 3 21 4 c 20 4 98 2 4 h 主动土压力系数 0 509 2 45tan 2 4 a k 2 19 45tan 2 被动土压力系数 1 97 2 45tan 2 4 p k 2 19 45tan 2 第 层 k N m kPa m 5 18 5 3 22 5 c 20 5 22 3 5 h 0 49 2 45tan 2 5 a k 2 20 45tan 2 被动土压力系数 2 04 2 45tan 2 5 p k 2 20 45tan 2 洛阳理工学院毕业设计 论文 2929 3 1 3 土压力计算 计算支护结构的受力时 一般假设为 支护结构所受外荷载为挡土侧在基 坑面以上为三角形分布的主动土压力 基坑面以下为矩形分布的附加压力 基坑 面以上仅考虑开挖面以上荷载所产生的主动土压力 开挖面以下的土体自重所产 生的主动土压力近似认为与坑内土体的土压力平衡 1 主动土压力计算 由公式 3 5 可得各层土分界处的主动土压力 桩顶处 3 9 509 0 102509 0 020 2 0 111 aaa kckqp 上 4 09kPa 第 层土底部 3 10 509 0 102509 0 22 3 6 1720 2 111111 aaa kckhqp 下 24 76kPa 第 层土顶部 3 11 528 0 152528 0 22 3 6 1720 2 222112 aaa kckhqp 上 18 68kPa 第 层土底部 3 12 53 0 15253 0 89 2 4 1822 3 6 1720 2 22222112 aaa kckhhqp 下 46 76kPa 第 1 层土上部 洛阳理工学院毕业设计 论文 3030 3 13 49 0 17249 0 89 2 4 1822 3 6 1720 2 33322113 aaa kckhhqp 上 39 83kPa 坑内底部 49 0 17249 0 2 1899 1 89 2 4 1822 3 6 1720 2 333 332211 aaa kckhrhhqp 坑顶 57 57kPa 第 层土上部 51 0 18251 0 2 1817 2 89 2 4 1822 3 6 1720 2 4443322114 aaa kckhrhhqp 上 60 51kPa 2 被动土压力计算 由公式 3 6 3 14 ppjjp kckhp2 可得 坑内顶部的被动土压力 3 15 04 217204 202 18 2 3 33 ppp kckhp 48 56kPa 第 1 层土底部的被动土压力 3 16 04 217204 218 02 18 2 3 333 ppp kckhp 下 55 26kPa 第 层土顶部的被动土压力 3 17 97 118297 118 02 18 2 33334 ppp kckhp 上 56 90kPa 第 层土底部的被动土压力 洛阳理工学院毕业设计 论文 3131 97 118297 1 98 215 1818 02 18 2 44444334 ppp kckhhp 下 163 18kPa 第 层土顶部的被动土压力 04 222204 2 98 215 1818 02 18 2 55544335 ppp kckhhp 上 179 87kPa 第 层土底部的被动土力 04 218204 2 22 35 1898 215 1818 02 18 2 5555544335 ppp kckhhhp 下 301 39kPa 3 2 锚撑式支护结构设计 3 2 1 计算规定 锚撑式支护结构设计应符合以下规定 1 应逐层计算基坑开挖过程中每层支撑设置前支护结构的内力 达到最 终挖土深度后 应验算支护结构抗倾覆的稳定性 当基坑回筑过程需要拆除或替 换支撑时 尚应计算相应状态下支护结构的稳定性及内力 2 应根据支护结构嵌固段端点的支撑条件合理选定计算方法 一般情况 下视为简支 按等值梁法计算 当嵌固段土体特别软弱或入土较浅时 可视为自 由端 按静力平衡法计算 3 假定支撑为不动支点 且下层支撑设置后 上层支撑的支撑力保持不 变 3 2 2 反弯点的确定 理论上认为弯距为零点和主动土压力与被动土压力相等的点是同一点 所以由 apx pp 可得 洛阳理工学院毕业设计 论文 3232 3 18 333 332211 2 aa kckhhhq 444 443 2 pp kckhh 即 965 1 18265 19 15 1818 0 2 18 57 57 h 得019 0 h 即反弯点位于基坑下 0 18 0 019 0 199m 图 3 1 反弯点以上土压力分布图 3 2 3 水平支撑力计算 在本工程中 水平支撑力是锚杆拉力的水平分力 1 水平支撑力计算理论 由于嵌固段地质条件良好 视为简支 按等值梁法计算 水平支撑力可以由 反弯点的力矩平衡求得 计算模式如图 3 2 所示 由对反弯点的力矩平衡得 3 19 aiaippcTc hphphhT 式中 反弯点以上基坑外侧各土层产生的水平主动土压力标准值 ai p pp 反弯点以上基坑内侧各土层产生的水平被动土压力标准值 合力到反弯点的距离 ai h ai p hp 合力 pp到反弯点的距离 hT 支撑力的支点到基坑底的距离 hc 基坑底到反弯点的距离 锚杆水平拉力设计值 C T 洛阳理工学院毕业设计 论文 3333 图 3 2 锚撑式结构等值梁法计算简图 由此可得 3 20 cT ppaiai c hh hphp T 2 水平支撑力计算 已知条件如图 3 3 所示 图 3 3 水平支撑力计算参数图 各层土对反弯点的距 第一层土的主动土压力对反弯点的弯矩 洛阳理工学院毕业设计 论文 3434 mk22 245 199 0 22 3 3 2 1 8 22 3 76 24 2 1 1 a M 第二层土的主动土压力对反弯点的弯矩 mk12 324 199 0 99 1 2 1 89 2 89 268 18 199 0 99 189 2 3 1 2 1 89 2 68 1876 46 2 a M 第三层土的主动土压力对反弯点的弯矩 mk42 1083 199 0 3 99 1 2 1 99 1 76 4657 57 199 0 2 99 1 99 1 76 46 3 a M 第四层土的主动土压力对反弯点的弯矩 mk14 1 19 0 2 1 199 0 57 57 4 a M 被动土压力对反弯点的弯矩 mk05 1 199 0 3