同济大学毕业设计-基坑支护设计计算书.doc

1 同济大学毕业设计同济大学毕业设计 基坑支护设计计算书基坑支护设计计算书 摘摘 要要 广州市西江引水工程场区地貌主体属于珠江三角洲冲击平原 在场区西部多分布 剥蚀残丘 场区地势开阔低平 较为平坦 在剥蚀残丘地段地面起伏较大 场区多为 农田 果园 鱼塘 部分地段分布有工业及民用建筑 交通十分便利 管道埋深多为 6 9 米 部分管底所在底层为冲击砂层 冲击砂层为场区主要含水层 含水量大 且 大部分具有承压水 在基坑设计中必须考虑止水 本基坑重要性等级根据基坑深度和重要性为二级 为确保土方开挖 周边建筑物 和市政设施的安全 需采取临时性支护 基坑支护采用的七种不同的支护方式 主要 为钢板桩加直径 609 的钢管内支撑 也可设置钻孔灌注桩加钢支撑 不同地段设置不 同道数的支撑 检修阀井基坑支护宽度为 17 8m 一般地段基坑支护的宽度为 11 8 米 止水采用水泥搅拌桩做止水帷幕 钢板桩在基坑支护中具有墙身强度高 刚度大 材 料可以回收利用 施工速度快等优点 因此在基坑支护中得到了广泛应用 本设计详细对基坑支护进行了说明和计算 内容包括工程概况描述 基坑支护方 案选择 支护结构设计与计算 基坑稳定性验算 基坑止水降水设计 施工组织设计 基坑施工监测 关键词关键词 西江引水工程 深基坑支护设计 钢板桩加内支撑 钻孔灌注桩加内支撑 水泥搅拌桩 止水帷幕 2 ABSTRACT Guangzhou xijiang diversion project area landscape subject in the pearl river delta plain belong to impact in western area more than high residual distribution erosion District is flat open terrain match residual mound district and denudation ground Ground for farmland orchard fish some areas are industrial distribution and civil construction the traffic is very convenient Pipe buried depth for more than 6 9 meters part of the place of shock tube sand layer the impact of sand layer for main aquifers baita mountains and most content confined water foundation pit is must be considered in the design of water The foundation pit excavation depth and significance to the importance for the second to ensure the turkmen excavation surrounding buildings and urban infrastructure take temporary support Excavation of the supporting by seven different ways mainly for the steel tube diameter pile and 609 also can set the cast in place steel strut different area with different number of support and maintenance valve shaft for foundation pit supporting width 17 8 m width of foundation excavation areas for 11 8 meters The water using cement mixing pile as waterproof curtain Steel sheet pile in foundation pit in wall body high intensity stiffness can be recycled materials construction speed etc and therefore in the foundation has been widely applied The design of foundation pit supporting details and calculation explains including general description excavation scheme selection design and calculation of retaining structure and foundation pit excavation stability checking and stop water rainfall in design construction and foundation pit construction organization and design Keywords West river diversion project Design of deep foundation pit supporting Steel sheet pile with interior support Bored piles with interior support cement mixing pile Waterproof curtain 3 1 前前 言言 我国的建筑的大量兴建和地下空间的开发利用 导致基坑工程开挖深度的不断加 深和开挖面积的不断增大 促进了基坑工程的设计和施工的发展 深基坑设计与施工 是土力学基础工程中的一个古老的传统课题 同时又是一个综合性的岩土工程问题 对这些问题的认识和对策的研究 是随着土力学理论 测试技术 计算技术以及施工 机械 施工技术的发展而逐步完善的 基坑工程包括地质条件勘察 基坑支护体系设计 施工 开挖 降水和检测 是 相互关联 综合性很强的系统工程 涉及到工程地质 土力学 基础工程 结构力学 施工技术 环境岩土工程等学科 由于设计计算方法尚建立在经验或半经验的基础上 使得基坑工程设计与施工处于不确定状态 其结果是基坑工程失效事故频频发生 高 于主体结构工程 损失严重 过分强调安全性 进行超指标的设计与施工 造成惊人 的浪费 基坑工程的大量实践 为我国基坑工程建设积累了大量的成功经验 取得了不少 教训 为改进完善设计计算理论 提高基坑工程的设计与施工水平 确保基坑工程的 安全和经济合理 开拓了新的研究领域 目前基坑工程设计 要采取理论计算 监测 数据和工程经验相结合的办法 以求基坑工程设计更加合理和经济 本文主要内容 支护结构类型的选择 围护结构的内力计算 支护体系的稳定性 验算包括整体抗滑稳定性验算 基坑底部土体的抗隆起验算 围檩及钢支撑的内力计 算 内支撑系统的设计包括支撑类型的选择及结构体系的布置 支护结构内力的计算 及选型 基坑降水的设计 基坑工程施工设计 基坑工程施工组织设计 工程概预算 等 2 第一章第一章 工程地质资料工程地质资料 1 11 1工程概况工程概况 广州市西江引水工程从佛山市三水区下陈村西江取水 送至广州西部取水 包括 取水口 泵站 输水干管 配水支管等 主干线长度达 48 70km 管线八标输水管线设 在佛山市南海区内 起点位于佛山一环官窑立交附近 前接盾构二标 后接管线九标 输水管线全长 4 41km 管线为双线 检修阀井处沟槽宽度 17 8m 其他段沟槽宽度 11 8m 根据有关规范 规程要求 结合地形条件及联通阀井的位置 本段设有一座检 修阀井 检修阀井处基坑开挖深度为 11m 厂房段基坑开挖 9m 1 21 2 设计依据设计依据 本次基坑支护工程设计遵循下列技术标准和依据 广州地区建筑基坑支护技术规定 GJB02 98 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 建筑基坑支护工程技术规程 DBJ T15 20 97 建筑基坑工程技术规范 YB9258 97 给水排水工程结构设计规范 GB 50069 2002 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 建筑变形测量规程 JGJ8 2007 广州市西江引水工程岩土工程初步勘察报告 2009 年 3 月 1 31 3 工程地质及水文地质工程地质及水文地质 根据岩土工程勘察报告 广州市西江引水工程场区地貌主体属于珠江三角洲冲击 平原 在场区西部多分布剥蚀残丘 场区地势开阔低平 较为平坦 在剥蚀残丘地段 地面起伏较大 场区多为农田 果园 鱼塘 部分地段分布有工业及民用建筑 交通 十分便利 管道埋深多为 6 9 米 部分管底所在底层为冲击砂层 冲击砂层为场区主 3 要含水层 含水量大 且大部分具有承压水 在基坑设计中必须考虑止水 管道基础设计中的不利地层主要有 第 3 层 4 层为流塑状淤泥层 属高压缩 性 高灵敏度 高含水率 低强度的软弱土层 第二 4 层 5 层 6 层为沙层 呈松散状 承载力低 经液化判别 属中等 严重液化土层 以上土层均需进行地基 处理 不能直接作为管道的基础持力层 土的腐蚀性评价结果显示 土层在地下水以上时 2 层对混凝土结构一般具弱 中等 腐蚀性 局部无腐蚀 对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性 3 层对混凝土结构 具无 弱腐蚀性 对钢筋混凝土结构中钢筋具无 弱腐蚀性 场区内大部分地段砂层 发育 分布广 厚度大 补给来源充足 含丰富的地下水 地下水类型主要有上层滞 水和孔隙水 地下水混合稳定水位埋深一般为 0 5 3 5m 场区地下水 河水对混凝土结构的腐蚀性为 一般无腐蚀性 部分地段有弱腐 蚀性 局部地段具有中等 腐蚀性 1 3 11 3 1地形地貌地形地貌 此基坑位于剥蚀残丘和冲击平原交接地带 地势相对较为平坦 属珠江三角洲冲击 平原地貌单元及剥蚀残丘地貌单元 地表主要为农田 鱼塘 厂房和公路 1 3 21 3 2气象特征气象特征 场区位于南亚热带海洋性季风气候区 终年温暖湿润 年平均气温 21 9 C 其中 7 8 月气温最高 月平均气温大于 28 C 极端高温 35 到 38 7 C 一二月气温最低 月 平均气温 3 C 极端气温 0 C 以下 受亚热带海洋性气候的影响 区内降雨极为丰富 年 平均降雨量 1667 毫米 最大年降雨量 2257 3 毫米 最小降雨量 1213 7 毫米 台风时降 雨量达 300 毫米以上 年平均蒸发量 661 3 毫米 其中 5 8 月为雨季 冬季少雨 11 月 到翌年 2 月 降雨量仅占全年的 10 日降雨量 50 毫米 本区以季风为主 风向及风速随季节变化而变化 冬季多北风和西北风 风力 2 4 级 最大 6 7 级 阵风 8 级 夏季为东南风 风力 1 2 级 尤台风强热带风暴最具破坏性 灾害性强热带风暴和台风多集中发生在 5 12 月 以 7 9 月为甚 风力 6 9 级 最大 12 级 具体检修阀井地层参数表如下 表表 1 11 1 检修阀井地层参数指标一览表检修阀井地层参数指标一览表 三轴有效剪切强度指标 层次 土层 名称 层厚 m 底层标高 m W r kN m3 ckPa 素填土1 13 821 520 088 粘 土3 00 825 920 220 0013 6 4 粉质粘土0 70 132 319 428 413 淤泥质粘土0 6 0 548 918 3158 细砂岩7 0 7 537 221 01528 泥 岩1 28 7 23 03030 粉砂岩1 9 10 6 21 0035 厂房段地层参数如下表 表表 1 21 2 厂房段地层参数指标一览表厂房段地层参数指标一览表 三轴有效剪切强度指标 层次 土层 名称 层厚 m 底层标高 m W r kN m3 ckPa 素填土2 601 7521 520 088 粉质粘土2 90 8532 319 428 413 细 砂4 9 4 0523 019 0025 粘 土4 0 8 0525 920 220 0013 6 细砂岩3 0 11 6537 221 01528 5 第二章第二章 支护体系方案选择支护体系方案选择 2 12 1深基坑设计要求深基坑设计要求 基坑支护的设计要求 基坑支护作为一个结构体系 应要满足稳定和变形的要求 即通常规范所说的两种极限状态的要求 即承载能力极限状态和正常使用极限状态 所谓承载能力极限状态 对基坑支护来说就是支护结构破坏 倾倒 滑动或周边环境 的破坏 出现较大范围的失稳 一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态 的 而正常使用极限状态则是指支护结构的变形或是由于开挖引起周边土体产生的变 形过大 影响正常使用 但未造成结构的失稳 因此 基坑支护设计相对于承载力极 限状态要有足够的安全系数 不致使支护产生失稳 而在保证不出现失稳的条件下 还要控制位移量 不致影响周边建筑物的安全使用 因而 作为设计的计算理论 不 但要能计算支护结构的稳定问题 还应计算其变形 并根据周边环境条件 控制变形 在一定的范围内 一般的支护结构位移控制以水平位移为主 主要是水平位移较直观 易于监测 水平位移控制与周边环境的要求有关 这就是通常规范中所谓的基坑安全 等级的划分 一般较刚性的支护结构 如钢板桩 挡土桩 连续墙加内支撑体系 其 位移较小 可控制在30mm之内 对于土钉支护 地质条件较好 且采用超前支护 预 应力锚杆等加强措施后可控制较小位移外 一般会大于30mm 基坑支护是一种特殊的 结构方式 具有很多的功能 不同的支护结构适应于不同的水文地质条件 因此 要 根据具体问题 具体分析 从而选择经济的结构 2 22 2基坑工程设计原则与安全等级基坑工程设计原则与安全等级 首先 安全可靠 满足支护结构本身强度 稳定性以及变形的要求 确保周围环 境的安全 其次 经济合理性 在支护结构安全可靠的前提下 要从工期 材料 设备 人 工以及环境保护等方面综合确定具有明显技术经济效果的方案 6 第三 施工便利并保证工期 在安全可靠经济合理的原则下 最大限度的满足方 便施工 如合理的支撑布置 便于挖土施工 缩短工期 另外 为进一步保证施工安 全 尽早发现施工隐患以便及时处理 设计应考虑方便信息化施工 便于基坑监测和 变形控制 避免重大事故发生 表表 2 02 0 侧壁安全等级及重要性系数侧壁安全等级及重要性系数 安全等级破坏后果重要性系数 一级 支护结构破坏 土体失稳对基坑周边环境及地下结 构影响很严重 1 10 二级 支护结构破坏 土体失稳对基坑周边环境及地下结 构影响很一般 1 00 三级 支护结构破坏 土体失稳对基坑周边环境及地下结 构影响很不重 0 90 根据勘察报告 本基坑安全等级属于二级基坑 2 32 3 基坑支护的类型及其特点和适用范围基坑支护的类型及其特点和适用范围 表表 2 12 1 围护墙体的类型及其特点围护墙体的类型及其特点 围护类型适用性优缺点 水泥土搅拌 桩围护墙 1 各种成因的饱和软粘土 包括 淤泥 淤泥质土 粘土和粉质 粘土 2 基坑开挖深度7570 1615 26 1078 20 DBrW 因为满足W J 所以不会发生管涌 由于基坑挡土墙作为临时挡土结构 为简化计算可取紧贴地下墙的流线来求最大 渗流力 如图3 11 图图 3 113 11 抗渗流稳定性验算简图抗渗流稳定性验算简图 w w r L h iwj L h i w 式中 坑底土的渗流水力坡度 i 坑底内外的水头差 w h 26 L 最短渗径流线长度 Vh LmLL 渗流水平段总长度 K L 渗流垂直段总长度 V L 渗径垂直段换算成水平段的换算系数 单排帷幕墙时 取 多排m50 1m 帷幕墙时 取 0 2m 坑底土体渗流或管涌稳定性可按下式计算 i i ir ri ir r j r K c w wc w s 式中 坑底土体的临界水力坡度 c i e1 1G r r i s w c 土的颗粒密度 s G e 土的空隙比 抗渗流或抗管涌稳定性安全系数 取1 5 2 0 s K 在本工程中 坑外地下水位在桩顶处 坑内降水水位取在坑底以下1 0m处 计算过程如下 15 15 0 156 5 115 0 LmLL Vh 46 0 15 15 7 L h i w 078 1 10 1078 20 r rr r r i w w w c 5 134 2 46 0 078 1 i i ir ri ir r j r K c w wc w s 故基坑抗渗或抗管涌满足要求 经以上验算基坑稳定性都满足设计要求 说明此段围护桩的设计合理 3 5 支撑系统设计支撑系统设计 27 支撑体系是承受围护墙传递来的土压力 水压力等外荷载的结构体系 其组成包 括支撑 立柱等构件 本基坑采用水平支撑体系 水平支撑体系由水平支撑 围檩 即布置在围护墙内侧 并沿水平方向四周兜转的圈梁 和立柱组成 水平支撑材料 采用钢管支撑 本基坑工程采用了两道的钢管支撑 钢管材mm12mm 2 711 以 料为 Q345 钢 第一道支撑布置在地表下 3m 处 第二道支撑布置在地表下 7m 处 由于 基坑为长方形 采用相互正交 均匀布置的对撑形式 又因采用机械开挖 支撑间距 取 5m 选用的钢管 根据 深基坑工程 表 6 4 得钢管的截面特征如下表 12 2 711 表表 3 43 4 钢管的截面特征钢管的截面特征 外径 mm截面积 2 mm惯性矩 4 cm截面模量 3 cm回旋半径 cm 711 2263 6161000453024 7 钢支撑计算长度为 17 8m 钢管为 壁厚 mm12 mm 2 711 cm 7 24r 满足要求 75 1 72 247 0 8 17 r l 构件长细比 查 钢结构设计规范 得 742 0 受压构件稳定系数 2 22 2 1 2 m026 0 4 687 0 711 0 4 dd A 每根直撑最大轴力为 kN85 1367557 273N 稳定性验算公式 f A N 支撑强度设计值 取 f 170MPaf 钢管支撑的应力 满足要求 MPa170MPa902 70 026 0742 0 85 1367 A N 支撑的允许轴力 以 kN96 327742 0 026 0 17000 N 3 6 围檩的设计与内力计算围檩的设计与内力计算 根据 建筑工程技术规范 10 钢结构腰梁宜按简支梁计算 计算跨度取相邻 28 支撑中心距 围檩的计算跨度 其中 是相邻水平支撑点的间距 H 型钢 0 5llm l 的围檩可看作简支梁来设计 作用在围檩的均布荷载 q 可取每延米支撑力 即 mkN57 237qTc 在围檩承受的最大弯矩和最大剪力分别为 kN93 593557 237 2 1 Q mkN41 742557 237 8 1 M ql 2 1 Q ql 8 1 M max 2 max max 2 max 围檩采用日本扎制的 H 型钢规格 查 地下工程设计施工手册 第 1009 页 11 得其具体规格如表所示 其钢号为钢 其参数表如下所示 235 Q 表表 3 53 5 H H 型钢参数表型钢参数表 BH 1 t 2 t r 型号 高 宽 mm 截面 积 单 位 重 x I y I x i y i x W y W 400 40 0 498 4 32 457022 770 0 5 604 5 3047 30 9434 6 19 89 11 07 1223 8 436 8 验算 H 型钢强度 根据式 xxmax WrM 截面塑性发展系数 对工字形截面取 1 05 x 则可得 kN41 742kN96 5139 12238205 1 200 W05 1 M xmax 故 H 型钢强度满足设计要求 进行抗剪强度验算 根据材料力学公式 29 t2H t2 Q 2 3 bh Q 2 3 21 max 则有 MPa150fMPa65 27 070 02498 0 045 0 2 93 593 2 3 Vmax 故抗剪强度满足设计要求 进行抗压强度验算 ANmax max 则有 MPa200fMPa21 48 1005 7702 1041 742 A N 2 3 max max 故抗剪强度满足设计要求 3 7止水帷幕的设计止水帷幕的设计 本工程采用深层搅拌桩做止水帷幕 我国 建筑地基处理技术规范 JGJ 91 规定 搅拌桩采用壁状加固用于止水结构 搅拌桩的平面除了简单的连续壁状或肋状外 从安全和经济的角度考虑 目前 较多地采用空腹封闭式格栅布置 为加强挡墙即钢板桩的整体性 相邻搅拌桩的搭接 宜大于 100mm 常规设计中搭接 200mm 搅拌桩采用双层搭接 100mm 布置 需重复搅拌一遍 这样止水效果好 布500 置如下图所示 图图 3 123 12 搅拌桩布置示意简图搅拌桩布置示意简图 同时在检修阀井处管道底部采用 C20 水下砼 1000mm 厚封底 并在封底与钢板桩接 触处铺设土工 30 第第四四章章 检修阀井基坑围护结构 钻孔灌注桩 设计与计检修阀井基坑围护结构 钻孔灌注桩 设计与计 算算 4 1 土压力计算土压力计算 地质条件和场地基本情况同上 4 1 1 开挖面深度范围内的侧压力 土压力和水压力 计算开挖面深度范围内的侧压力 土压力和水压力 计算 1 按库伦理论计算主动与被动土压力强度 其公式如下 3 1 aaiia kc2k hrq P 3 2 pp i ib kc2k hrq P 式中 库伦主动与被动土压力强度 a p b p a kP 地面均匀荷载 q a kP 第i层土的重度 i r 3 mkN 第i层土的厚度 m i h 库伦主动与被动土压力系数 a k p k 计算点土的抗剪强度指标 kP a c 根据深基坑工程 高大钊编 计算原则同上 取地面以下各土层参数的加权平均值 kPa74 24 6 17 350 4302 128786 0137 0 6 13381 1 h h 74 16 6 17 140 4302 1157156 0 4 287 0 0 20381 1 h hc c i ii m i ii m 3 i ii m mkN78 20 6 17 210 4232 12173 186 0 4 197 0 2 203201 1 h hr r 主动土压力系数 41 0 2 74 24 45 tan 2 45 tanK 22 a 被动土压力强度考虑到地基土与挡墙之间的摩擦力应采用库伦公式的简化公式 31 2 2 2 p cos cos sin sin 1 cos cos cos K 因为墙背垂直 故 表示计算点处地基土与墙面的摩擦角 取00 15 4 3 3 2 kj 上式化简得 2 kj p sin sin cos cos K 08 4 74 24sin 1574 24sin 15cos 20cos 2 02 2Kp 参考 深基坑工程 第二版 陈忠汉主编 取地面均布荷载kPa 40q 4 1 2 土压力计算土压力计算 图图 4 14 1 基坑支护计算简图基坑支护计算简图 确定临界深度 由得 0 z0kc2k rzq e aa0 m60 0 41 078 20 41 0 4041 0 74 162 rK qKkc2 z a aa 0 32 根据规范 采用水土合算 基坑开挖面以上锚杆 锚杆布置处及基坑开挖底面处 土压力的值 2 aaaA m kN04 5 41 0 74 16241 040Kc2qKe 2 aaimaaB m kN52 2041 0 74 16241 0378 2041 0 40Kc2KhrqKe 2 aaimaaC m kN60 5441 0 74 16241 0778 2041 040Kc2KhrqKe 2 aaimaaD m kN68 8841 074 16241 0 1178 2041 0 40Kc2KhrqKe 土压力分布图如图3 2所示 图图 4 2 土压力强度分布图土压力强度分布图 土压力零点距基坑底的距离 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 即 amaDpm uKreuKr m16 1 41 0 08 4 78 20 68 88 KK r e u aPm aD 4 2 结构内力计算结构内力计算 4 2 1 弯矩计算弯矩计算 将基坑支护桩画成一连续梁 其荷载为土压力 如图3 3 3 5所示 1 连续梁AB段悬臂部分弯矩 mkN21 8 3 1 2 1 4 252 20MB 33 图图4 34 3 ABAB段弯矩计算简图段弯矩计算简图 2 梁BC段参考 建筑结构静力计算计算手册 第一版 B点铰支 C端固定公式 有 图图4 44 4 BCBC段弯矩计算简图段弯矩计算简图 mkN29 73mkN 2 21 8 15 4 52 2060 54 8 452 20 2 M 15 lq 8 ql M 22 B 2 2 CB 3 梁CDE段 梁CDE段 E点为零弯矩点 参考 建筑结构静力计算计算手册 第一版 左 端固定 右端简支 如图3 5 C点的弯矩 34 图图 4 54 5 CECE 段弯矩计算简图段弯矩计算简图 2 2 32 2 22 2 1F CF l b 5 3 1 6 bq l a 5 12 l a 98 24 aq l a 2 8 aq M mkN00 239 16 5 16 1 5 3 1 6 16 1 68 88 16 5 4 5 12 16 5 4 98 24 4 60 5468 88 16 5 4 2 8 460 54 2 2 2 2 2 2 4 2 2弯矩分配弯矩分配 根据 结构力学 中的弯矩分配法来平衡支点B C的弯矩 假设桩的抗弯刚度EI不变 SCB 3iCB 4iCE CE S 4 EI l EI i BC CB 16 5 EI l EI i CE CE 49 0 SS S CECB CB CB 51 0 SS S CECB CE CE 表表 4 1 杆端弯矩的分配计算杆端弯矩的分配计算 单位 kN m 序号杆端名称 B 点 C 点 1分配系数0 490 51 2固端弯矩8 21 8 21 73 29 239 00 35 3分配与传递弯矩 81 20 84 51 4最后杆端弯矩8 21 154 49 154 49 最终得分配弯矩 mkN21 8MB mkN49 154MC 0ME 4 2 3支座反力和轴力计算支座反力和轴力计算 参考 基坑工程 哈尔滨工业大学出版社 图图 4 64 6 各支点反力计算简图各支点反力计算简图 取 ZB 段梁 0MA kN87 15 3 21 8 2 1 52 2040 2 3 2 R 2 B 36 取 BC 段梁 0MB kN09 23 4 49 15421 8 3 4 2 1 4 52 2060 54 4 2 1 452 20 R B kN96 3809 2387 15RRR B BB 0MC kN44 104 4 49 15421 8 3 4 2 1 4 52 2060 54 4 2 1 452 20 R C 取 CE 段梁 E 点弯矩为 0 0ME kN51 195 16 6 49 15416 1 3 1 2 1 16 1 68 88 16 14 3 1 4 60 5468 88 16 1 2 4 460 54 R C kN95 29951 19544 104RRR C CC 0MC kN69 162 06 5 22 97 4 3 06 1 2 1 06 1 48 804 3 2 4 40 4648 80 2 4 440 46 RE 7 钢板桩插入深度计算 参考 深基坑工程 第二版 陈忠汉主编 由公式 KK R6 x ap E 求得土压力零点以下入土深度 m28 4 41 0 08 4 78 20 33 2336 KK r R6 x ap E m17116htL 6mm99 544 5 1 1t 1 1t m44 5 28 4 16 1 xut 0 0 以 37 钻孔灌注桩桩长为 17m 桩径为 1000mm 桩间距为 1200mm 此种浇注混凝土 混 凝土强度等级不低于 C20 该工程用 C30 水泥用 425 普硅水泥 粗骨料粒径不大于 40mm 且不宜大于钢筋笼主筋间距的 1 3 4 3 桩的配筋 桩的配筋 4 3 1 桩体的配筋计算方法 灌注桩作为挡土结构受力时 可按钢筋混凝土圆形截面受弯构件进行配筋计算 当纵向钢筋不少于 6 根的时候 对沿周边均匀配置纵向钢筋 其截面受力均匀可按现 行国家标准 混凝土结构设计规范 5 进行计算 如下式 1 ssy 33 cmc sinsin rAfsinrf 3 2 M 式中 单桩抗弯承载力 c MmmN 纵向钢筋横截面积 s A 2 mm 对应于受压区混凝土截面面积的圆心角 弧度 与的比值 2 纵向受拉钢筋面积与全部纵向钢筋截面积的比值 t r 桩的半径 mm 纵向钢筋所在的圆周半径 mm s r ss arr 混凝土强度设计值 cm f a MP 钢筋强度设计值 y f a MP 具体步骤如下 a 根据经验取灌注桩配筋量S A b 计算系数 Af AfK cmsy c 将 值代入上式中求出单桩抗弯承载力 根据值查 简明深基坑工程设计 c MK 施工手册 13 表得出系数值 115 6 38 d 比较值和单桩承受的弯矩值 若过大则就减小值 若过小则增加值 重复 c M S A S A 步骤 直至满足为止 bc 计算过程如下 单桩承受最大弯矩 man MmkN39 185m2 1mkN49 154 按均匀周边配筋计算 灌注桩采用 则有 纵向受力钢筋采用 级钢筋 30C acm MP 5 16f ay MP310f 保护层厚度 则有 mm50as mm45050500arr ss 假设钢筋配置 而158 2 s mm1413A 2422 mm105 7850014 3 rA 则有 03 0 1085 75 16 1413310 Af Af K 5 cm sy 由 K 查表得 并带入上式得156 0 138 0 t mkN39 185mkN 5 2421025 2410051272 11075 13 938 0 sin156 0 sin 4503768310 156 0 sin500 5 16 3 2 M 777 33 c 根据 简明深基坑工程设计施工手册 13 有 配置在圆形截面受拉区的纵向钢筋 的最小配筋率 按全截面面积计算 不宜小于 钻孔灌注桩的最小配筋率为 2 042 0 又有 42 0 7 1 105 78 1413 A A 4 S 故按配筋可以满足要求 158 4 3 2 构造配筋 根据 简明深基坑工程设计施工手册 13 有 钢箍宜采用螺旋筋 间8 6 距一般为 每隔应布置一跟直径不小于的焊接加强mm300 200mm2000 1500mm12 箍筋 以增加钢筋笼的整体刚度 有利于钢筋笼吊放和浇灌水下混凝土时整体性 钢筋笼的配筋量由计算确定 钢筋笼一般离孔底 mm500 200 39 因此在本基坑设计中 采用的螺旋筋为箍筋 另外每隔布置一根200 8 mm2000 的焊接加强箍筋 即定位筋 14 4 4 冠梁设计冠梁设计 由于本工程采用钻孔灌注桩作为支护结构 为了提高支护体系的稳定性形成闭合的 结构 根据要求在钻孔灌注壮顶部设置连续圈梁 增加整体的稳定性 根据 深基坑工程优化设计 11 一般圈梁高度为 宽度为 d5 1 5 0d2 1 1 为钻孔灌注桩的直径 圈梁刚度越大 则圈梁的作用相当于支点的作用 对桩的受d 力和变形将起显著的作用 因此设计时可以适当的将其断面加大 配以适量的钢筋 增加 刚度 本工程设计圈梁高度为 宽为 混凝土标号为 按以下公式计mm1000mm120030C 算圈梁的配筋 sq A8 0 5 0A 式中 圈梁的配筋面积 q A 桩按最大弯矩配筋时的钢筋面积 s A 本基坑取系数为 0 8 所以 2 sq mm 4 113014138 0A8 0A 取的受力钢筋则206 2 q mm1884A 最小配筋率 24 0 1085 7 1884 A A 5 q min 故配筋满足要求 4 5 基坑稳定性验算基坑稳定性验算 在基坑开挖时 由于坑内土体挖出后 使地基的应力场和形变场发生变化 可能 导致基坑的失稳 例如基坑整体或局部滑坡 基坑底隆起及管涌等 从而引发工程事 故 所以在进行基坑支护设计时 需要验算基坑稳定性 必要时应该采取适当的加强 防范措施 使基坑的稳定性具有一定的安全度 保证基坑开挖整个过程安全 40 基坑的稳定性验算主要是指对支护结构进行抗倾覆 抗滑移 及各种内力计算外 还应进行基坑底隆起 抗渗流稳定性 管涌等各种稳定性验算 基坑稳定性分析的目 的在于基坑侧壁支护结构在给定条件设计出合理的嵌固深度或验算已拟定支护结构的 设计是否稳定和合理 对有支护的基坑全面地进行基坑稳定性分析和验算 是基坑工程设计的重要环节 之一 目前 对基坑稳定性验算主要有如下内容 基坑整体稳定性验算 基坑的抗隆起稳定验算 基坑底抗渗流稳定性验算 基坑支护结构踢脚稳定性验算 4 5 1 基坑的整体性稳定性验算基坑的整体性稳定性验算 采用圆弧滑动法验算支护结构和地基的整体稳定抗滑动稳定性 应该注意支护结 构一般有内支撑或外土锚拉结构 墙面垂直的特点 不同于边坡稳定验算的圆弧滑动 滑动面的圆心一般在挡土上方 基坑内侧附近 通过试算稳定最危险的滑动面和最小 安全系数 考虑支撑作用时 通常不会发生整体稳定破坏 因此对支护结构 当设置 多道支撑时可不做基坑的整体稳定性验算 4 5 2 抗隆起验算抗隆起验算 基坑工程的基底抗隆起的稳定性验算具有保证基坑稳定和控制变形的重要意义 同时 由于基地抗隆起稳定性与支护墙入土深度有着直接的关系 这时确定合适的墙 体入土深度就显得十分重要 一方面要足以保证不发生基底隆起破坏或过大的基底隆 起变形 另一方面在保证稳定的基础上尽量减少墙体入土深度 以达到经济合理的目 的 由 深基坑工程 采用下式进行抗隆起安全系数的验算 qDHr cNDNr K 1 cq2 L 式中 D 墙体插入深度 H 基坑开挖深度 q 地面超载 坑外地表至墙底 各土层天然重度的加强平均值 1 r 坑内开挖面以下至墙底 各土层天然重度的加强平均值 2 r 地基极限承载力的计算系数 q N c N 41 c 为墙体底端的土体参数值 用普郎特尔公式 分别为 q N c N tan2 q e 2 45tanN tan 1 1NN qc 将墙底面的平面作为求极限承载力的基准面 同时考虑的抗隆起进行计算 其 c 滑动线形状如图所示 图图 4 74 7 同时考虑同时考虑 的抗隆起计算示意图的抗隆起计算示意图c 各参数值 H 11 0m D 6 0m 30kPa c 30 3 1 mkN78 20rr 3 2 mkN20 0 6 214 3232 1214 1 r 代入公式得 88 29 58 0 33 17 tan 1N N 33 18 2 30 45 tane 2 45 taneN q c 230tan2tan q 2 187 7 40 0 611 78 20 88 293033 180 620 q DH r cNDNr K 1 cq2 L 42 用本方法验算抗隆起安全系数时 没有考虑均布荷载下土体面上的抗剪强度抵抗 隆起作用 故安全系数可取得低一些 一般可采用1 2 1 3 所以抗隆起满足 L K L K 要求 4 5 3 基坑抗倾覆稳定性验算基坑抗倾覆稳定性验算 根据 简明深基坑工程设计施工手册 支护结构在水平荷载作用下 对于内支撑 或锚索支点体系 基坑土体有可能在支护结构产生踢脚破坏时出现不稳定现象 对于 单支点结构 踢脚破坏产生于以支点处为转动点的失稳 对于多层支点结构 则可能 绕最下层指点转动而产生踢脚失稳 抗倾覆验算是验算最下道钢支撑以下的主动 被动土压力绕最下道支撑点的转动 力矩是否平衡 抗倾覆稳定性可按照下式验算 OCRCQ M MK 式中 抗倾覆稳定性安全系数 Q K 抗倾覆力矩 取基坑开挖面以下墙体入土部分外侧压力对最下一道支撑 RC M 或锚索点的力矩 倾覆力矩 取最下一道支撑 拉锚 以下外侧压力对支撑 拉锚 点的 OC M 力矩 43 图图 4 84 8 抗倾覆稳定计算简图抗倾覆稳定计算简图 桩长范围内的所有土层参数的加权平均值如下 38 24 17 354 3302 128786 0137 0 6 13381 1 h h kPa84 16 17 144 3302 1157156 04 287 00 20381 1 h hc c i ii m i ii m 3 i ii m mkN77 20 17 214 3232 12173 186 0 4 197 0 2 203201 1 h hr r 坑内被动土压力强度按照下式计算 phpiip Kc2Khre 其中 2 2 p cos sin sin 1 cos K 2 22 ph sin 1 coscos K 式中 计算点处的内摩擦角 可取加权平均值 计算点处地基土与墙面间的摩擦角 取值 4 3 3 2 地基土较差时 如淤泥质粘土 取大值 反之取小值 且 无坑内降水措20 施时取 本设计取0 29 18 4 3 所以有 95 3 29 18cos 38 24sin 38 2429 18sin 1 38 24cos K 2 2 p 25 7 92 1838 24sin 1 92 18cos38 24cos K 2 22 ph 根据 phpiip Kc2Khre 得出 kPa64 5725 7 14295 3 677 20ep 被动土压力的合力计算 mkN92 1702664 567 2 1 Ep m84 3 2 6ZP 44 坑外主动土压力强度仍按照库伦公式计算 aaa Kc2K qrh e 42 0 2 38 24 45 tanK 2 a 64 0 Ka kPa65 18664 084 16242 0 401777 20 ea mkN25 120610 60 5465 186 2 1 1060 54Ea 主动土压力合力到最下道支撑的距离 m91 5 25 120610 3 2 10 60 5465 186 2 1 101060 54 2 1 Za 将以上各计算值代入 91 1 91 5 25 1206 892 1702 M MK OCRCQ 根据基坑重要性等级 一级基坑取 1 2 二级基坑取 1 1 三级基坑取 1 05 故抗 倾覆稳定性满足要求 4 5 4 抗渗流管涌验算抗渗流管涌验算 根据 简明深基坑工程设计施工手册 在地下水丰富 渗流系数较大 渗透系数 的地区进行支护开挖时 通常需要在基坑内降水 如果围护短墙自身不 6 10 cm s 透水 由于基坑内外水位差 导致基坑外的地下水绕过围护墙下端向基坑内外渗流 这种渗流产生的动水压力在墙背后向下作用 而在墙前则向上作用 当动水压力大于 土的水下重度时 土颗粒就会随水流向上喷涌 在软粘土地基中渗流力往往使地基产 生突发性的泥流涌出 从而出现管涌现象 以上现象发生后 使基坑内土体向上推移 基坑外地面产生下沉 墙前被动土压力减少甚至丧失 危及支护结构的稳定 为防止 此类破坏 变通过提高挡水帷幕入土深度 增长地下水渗流路线 从而减小渗流水力 坡度 达到防止渗流和管涌的目的验算抗渗 渗流稳定的基本原则是使基坑内土体的有效压力大于地下水的渗透力 抗渗流管涌稳定性验算 作用在管涌范围内 B 上的全部渗透压力 J 为 hBrJ w 公式中 h 在 B 范围内从墙底到基坑底面的水头损失 一般可取 2 h h w 45 水的重度 w r 坑底内外的水头差 w h B 流砂发生的范围 根据实验结果 首先发生在离坑壁大约等于挡墙插入 深度的一半范围内 即 2 D B 图图 4 94 9 基坑抗渗流管涌计算简图基坑抗渗流管涌计算简图 抵抗渗透压力的土体水中重量为 DBrW 式中 土的浮重度 r D 地下墙的插入深度 因为施工期间水位埋深地面下5m 取 6m w h 因此 m3 2 6 2 h h w m5 2 2 5 2 D B 755 2310hBrJ w 7570 1615 26 1078 20 DBrW 46 因为满足W J 所以不会发生管涌 由于基坑挡土墙作为临时挡土结构 为简化计算可取紧贴地下墙的流线来求最大 渗流力 如图 图图 4 104 10 抗渗流稳定性验算简图抗渗流稳定性验算简图 w w r L h iwj L h i w 式中 i 坑底土的渗流水力坡度 hw 坑底内外的水头差 L 最短渗径流线长度 Vh LmLL 渗流水平段总长度 K L 渗流垂直段总长度 V L 渗径垂直段换算成水平段的换算系数 单排帷幕墙时 取 多排m50 1m 帷幕墙时 取 0 2m 坑底土体渗流或管涌稳定性可按下式计算 47 i i ir ri ir r j r K c w wc w s 式中 坑底土体的临界水力坡度 c i e1 1G r r i s w c 土的颗粒密度 s G e 土的空隙比 抗渗流或抗管涌稳定性安全系数 取1 5 2 0 s K 在本工程中 坑外地下水位在桩顶处 坑内降水水位取在坑底以下1 0m处 计算过程如下 65 16 0 166 5 115 0 LmLL Vh 42 0 65 16 7 L h i w 078 1 10 1078 20 r rr r r i w w w c 5 157 2 42 0 078 1 i i ir ri ir r j r K c w wc w s 故基坑抗渗或抗管涌满足要求 经以上验算基坑稳定性都满足设计要求 说明此段围护桩的设计合理 4 6支撑系统设计支撑系统设计 支撑体系是承受围护墙传递来的土压力 水压力等外荷载的结构体系 其组成包 括支撑 立柱等构件 本基坑采用水平支撑体系 水平支撑体系由水平支撑 围檩 即布置在围护墙内侧 并沿水平方向四周兜转的圈梁 和立柱组成 水平支撑材料 采用钢管支撑 本基坑工程采用了两道的钢管支撑 钢管材mm12mm2 711 以 料为 Q345 钢 第一道支撑布置在地表下 3m 处 第二道支撑布置在地表下 7m 处 由于 基坑为长方形 采用相互正交 均匀布置的对撑形式 又因采用机械开挖 支撑间距 取 5m 用的钢管 根据 深基坑工程 表 6 4 得钢管的截面特征如下表 12 2 711 表表 4 24 2 钢管的截面特征钢管的截面特征 48 外径 mm截面积 2 mm惯性矩 4 cm截面模量 3 cm回旋半径 cm 711 2263 6161000453024 7 钢支撑计算长度为 17 8m 钢管为 壁厚 mm12 mm 2 711 cm 7 24r 满足要求 75 1 72 247 0 8 17 r l 构件长细比 查 钢结构设计规范 得 742 0 受压构件稳定系数 2 22 2 1 2 m0