深基坑支护结构设计毕业论文.doc

I 深基坑支护结构设计毕业论文深基坑支护结构设计毕业论文 目目 录录 2 深基坑支护结构设计 11 2 1 工程概况 11 2 1 1 工程内容 11 2 1 2 工程地质及水文地质 11 2 2 深基坑支护的型式及合理选型 13 2 2 1 不同基坑支护型式的特点及支护选型的原则 13 2 2 2 基坑支护方案的比较与选型论证 14 2 3 深基坑支护的设计要求及内容 15 2 3 1 深基坑支护的设计要求 15 2 3 2 基坑支护设计计算的内容 16 2 4 森公地铁车站南基坑支护结构设计及内力计算 17 2 4 1 土钉墙设计 17 2 4 2 排桩支护设计 23 2 4 3 钢支撑设计 30 2 5 深基坑开挖的信息化施工 33 2 6 小结 35 1 绪论 1 2 2 深基坑支护结构设计 2 1 工程概况 2 1 1 工程内容 根据勘察报告 森林公园站位于朝阳区辛店村天辰路与辛店村路交叉处地下 主 体结构呈南北走向 车站中心里程为 K4 2 000 轨顶标高为 28 986m 埋深为 15 6m 左右 拟建车站设出入口 4 个 在东南与东北各设一个通风道 在主体站两侧设风亭 2 个 该车站为地下二层三跨岛式站台 主体结构南北长 179 400m 其中南段长约 73 50m 宽为 33 00m 中间段长为 40 5m 宽为 23 10m 北段长约 65 40m 宽 42 700m 该站结构底板标高为 27 296m 底板埋深为 17 114 17 564m 左右 主体结 构顶板标高为 35 60m 左右 顶板埋深为 9 0m 左右 本站拟采用明挖法施工 本站位于天辰路与辛店村路交叉处地下 天辰路呈南北走向 辛店村路呈东西向 公路宽约 8m 左右 勘察时天辰路东侧有少量平房 其它部位较平坦 无障碍物 森公 站是地铁奥运支线上的第三座车站 位于中轴路与辛店村路相交的十字路口下 车站 横跨辛店村路 本站为奥运支线北端终点站 车站北侧设折返线 车站南北中轴线与 北京城市中轴线重合 2 1 2 工程地质及水文地质 1 工程地质 依据 北京地铁奥运支线工程岩土工程勘察报告 本站所处地层依顺序可分为 本次勘察揭露地层最大深度为 40 0m 地层层序自上而下依次为 人工填土层 粉土填土 1层 褐色 黄褐色 稍密 饱和 含砖渣 灰渣 水泥块 树根等 局部夹粉质粘土填土 砂质粉土填土 杂填土 层 杂色 稍密 湿 饱和 以房渣土为主 含砖块 碎石 白灰渣 该层层底标高为 39 40 43 15m 第四纪全新世冲洪积层 粉土 层 褐黄色 中密 密实 很湿 av 0 067 0 180MPa 1 属中压缩性 低 压缩性土 含云母 氧化铁 姜石及有机质 粉质粘土 1层 灰色 硬塑 av 0 131MPa 1 属中压缩性土 含云母 氧化铁 2 深基坑支护结构设计 3 有机质 姜石 粉细砂 3层 褐黄色 灰色 中密 饱和 N 21 42 属中压缩性 低压缩性 土 该层层底标高为 33 70 36 85m 粉质粘土 层 褐黄色 硬塑 av 0 183 0 523MPa 1 属中高压缩性 中压缩性 土 含云母 氧化铁 姜石 粘土 1层 褐黄色 硬塑 av 0 225 0 275MPa 1 属中压缩性土 含氧化铁 该层呈透镜体存在 粉土 2层 褐黄色 密实 湿 很湿 av 0 095 0 182MPa 1 属中压缩性 低 压缩性土 含云母 氧化铁 粉细砂 3层 灰色 饱和 密实 N 22 左右 属低压缩性土 含氧化铁 该层 层底标高为 24 15 26 40m 第四纪晚更新世冲洪积层 第四纪晚更新世冲洪积层 粉质粘土粉质粘土 层 褐黄色 硬塑 层 褐黄色 硬塑 av 0 178 0 250MPa 1 属中压缩性土 含云 属中压缩性土 含云 母 氧化铁 姜石 呈透镜体存在 母 氧化铁 姜石 呈透镜体存在 粘土粘土 1层 棕黄色 硬塑 层 棕黄色 硬塑 av 0 151 0 293MPa 1 属中压缩性土 含氧 属中压缩性土 含氧 化铁 姜石 化铁 姜石 4 粉土粉土 2层 褐黄色 密实 很湿 层 褐黄色 密实 很湿 av 0 116 0 128MPa 1 属中压缩性土 含云 属中压缩性土 含云 母 氧化铁 母 氧化铁 细中砂细中砂 3层 褐黄色 密实 饱和 层 褐黄色 密实 饱和 N 36 52 属低压缩性土 含个别砾石 属低压缩性土 含个别砾石 本层普遍存在 层底标高为本层普遍存在 层底标高为 13 40 18 60m 卵石圆砾卵石圆砾 层 杂色 密实 饱和 层 杂色 密实 饱和 N63 5 84 90 属低压缩性土 亚圆形 最大粒 属低压缩性土 亚圆形 最大粒 径径 100mm 一般粒径 一般粒径 20 30mm 粒径大于 粒径大于 20mm 的颗粒含量约为总质量的的颗粒含量约为总质量的 70 中粗砂 中粗砂 充填 母岩成份为辉绿岩 砂岩和砾岩 充填 母岩成份为辉绿岩 砂岩和砾岩 2 深基坑支护结构设计 5 中粗砂中粗砂 1层 褐黄色 密实 饱和 属低压缩层 褐黄色 密实 饱和 属低压缩 性土 含砾石 性土 含砾石 本层层底标高为本层层底标高为 11 60 15 12m 部分钻孔未穿 部分钻孔未穿 透此层 透此层 粉质粘土粉质粘土 层 褐黄色 硬塑 层 褐黄色 硬塑 av 0 208 0 316MPa 1 属中压缩性土 含云 属中压缩性土 含云 母 氧化铁 母 氧化铁 粉土粉土 2层 褐黄色 密实 很湿 层 褐黄色 密实 很湿 av 0 130 0 137MPa 1 属中压缩性土 含云 属中压缩性土 含云 母 氧化铁 母 氧化铁 本层普遍存在 部分钻孔未能穿透此层 本层普遍存在 部分钻孔未能穿透此层 6 粉细砂粉细砂 2层 褐黄色 密实 饱和 属低压层 褐黄色 密实 饱和 属低压 缩性土 缩性土 粉质粘土粉质粘土 2层 褐黄色 硬塑 层 褐黄色 硬塑 av 0 084MPa 1左右 属低压缩性土 含云母 左右 属低压缩性土 含云母 氧化铁 氧化铁 2 水文地质 水文地质 本段线路测得两层地下水 分别为上层滞水和本段线路测得两层地下水 分别为上层滞水和 承压水 未测得潜水 各层地下水情况分述如承压水 未测得潜水 各层地下水情况分述如 下 下 上层滞水 该层水水位标高上层滞水 该层水水位标高 40 29 43 42m 水 水 位埋深位埋深 1 0 3 9m 含水层为粉土填土 含水层为粉土填土 层 层 2 深基坑支护结构设计 7 杂填土杂填土 1层 粉土层 粉土 层 粉细砂层 粉细砂 层 观测层 观测 时间为时间为 2002 年年 7 月月 22 日 日 2003 年年 8 月月 14 日 日 补给来源主要为管道渗漏和地表水系 大气降补给来源主要为管道渗漏和地表水系 大气降 水补给 主要以蒸发和向下越流补给下层潜水水补给 主要以蒸发和向下越流补给下层潜水 方式 方式 承压水 该层地下水含水层为卵石圆砾承压水 该层地下水含水层为卵石圆砾 层 层 中粗砂中粗砂 1层 透水性好 水头标高为层 透水性好 水头标高为 22 69 23 00m 水头埋深为 水头埋深为 21 50 21 70m 观测时间为观测时间为 2003 年年 7 月月 13 日 日 2003 年年 7 月月 14 日 该层水具弱承压性 主要接受侧向径流补日 该层水具弱承压性 主要接受侧向径流补 给及越流补给 以侧向径流方式排泄 地下水给及越流补给 以侧向径流方式排泄 地下水 8 流向自西向东 流向自西向东 根据工程地质勘察报告 本区段地下水对混凝根据工程地质勘察报告 本区段地下水对混凝 土结构无腐蚀性 在干湿交替环境下 对钢筋土结构无腐蚀性 在干湿交替环境下 对钢筋 混凝土中的钢筋具弱腐蚀性 对钢结构具弱腐混凝土中的钢筋具弱腐蚀性 对钢结构具弱腐 蚀性 蚀性 根据历年最高水位及近根据历年最高水位及近 3 5 年最高水位 参考年最高水位 参考 钻探时的实测地下水位 并考虑该场区的水文钻探时的实测地下水位 并考虑该场区的水文 地质条件 建议设防水位按地质条件 建议设防水位按 43 00 米考虑 用米考虑 用 于抗浮验算 于抗浮验算 2 2 深基坑支护的型式及合理选型 基坑支护设计中首要的任务就是选择合适的支基坑支护设计中首要的任务就是选择合适的支 2 深基坑支护结构设计 9 护型式 然后进行支护结构的计算分析 根据护型式 然后进行支护结构的计算分析 根据 计算分析进行支护结构的设计 包括结构截面 计算分析进行支护结构的设计 包括结构截面 支撑或锚杆尺寸 入土深度等的设计 同一个支撑或锚杆尺寸 入土深度等的设计 同一个 基坑 若采用不同的支护型式 造价相差可能基坑 若采用不同的支护型式 造价相差可能 是巨大的 因此 合理地选择基坑支护型式是是巨大的 因此 合理地选择基坑支护型式是 很重要的 很重要的 2 2 1 不同基坑支护型式的特点及支护选型的原则 1 基坑支护型式的特点及适用范围 基坑支护型式的特点及适用范围 放坡 适用于场地开阔 无变形控制要求 放坡 适用于场地开阔 无变形控制要求 造价低的情况 造价低的情况 土钉支护 一般适用周边构筑物少 地质条土钉支护 一般适用周边构筑物少 地质条 10 件较好的情况 软土或砂层地质要慎用或采取件较好的情况 软土或砂层地质要慎用或采取 加强型方案 土钉支护对位移控制缺乏合理的加强型方案 土钉支护对位移控制缺乏合理的 计算理论 因此 对位移有严格要求的场地应计算理论 因此 对位移有严格要求的场地应 慎用 造价较低 慎用 造价较低 排桩支护 排桩支护刚度好 适应性广 结排桩支护 排桩支护刚度好 适应性广 结 合桩间止水也可用于砂层 止水效果没有连续合桩间止水也可用于砂层 止水效果没有连续 墙好 造价低于连续墙而大于土钉墙 墙好 造价低于连续墙而大于土钉墙 重力式搅拌桩挡土结构 一般适用于重力式搅拌桩挡土结构 一般适用于 7m 以以 内的软土地基基坑 且周边对位移要求不很高内的软土地基基坑 且周边对位移要求不很高 的情况 的情况 地下连续墙 通常连续墙的厚度为地下连续墙 通常连续墙的厚度为 2 深基坑支护结构设计 11 600mm 800mm 1000mm 也有厚达 也有厚达 1200mm 的 但较少用 地下连续墙刚度大 的 但较少用 地下连续墙刚度大 止水效果好 是支护结构中最强的支护型式 止水效果好 是支护结构中最强的支护型式 适用于地质条件差和复杂 基坑深度大 周边适用于地质条件差和复杂 基坑深度大 周边 环境要求高的基坑支护 但造价较高 施工要环境要求高的基坑支护 但造价较高 施工要 求专用设备 求专用设备 支撑形式 主要有砼支撑 钢支撑和锚杆 支撑形式 主要有砼支撑 钢支撑和锚杆 一般砼支撑刚度大 但拆除不方便 钢支撑刚一般砼支撑刚度大 但拆除不方便 钢支撑刚 度相对小一些 但拆除方便 可预加轴力达到度相对小一些 但拆除方便 可预加轴力达到 控制位移的目的 锚杆刚度小 位移控制主要控制位移的目的 锚杆刚度小 位移控制主要 通过施加预应力来实现 锚杆一般要打入基坑通过施加预应力来实现 锚杆一般要打入基坑 12 以外的地下场地 会对周边环境有一定的影响 以外的地下场地 会对周边环境有一定的影响 最好要求有较好的锚固土层 最好要求有较好的锚固土层 2 基坑支护选型的原则 基坑支护选型的原则 要合理选择基坑支护的型式 一方面要深刻了要合理选择基坑支护的型式 一方面要深刻了 解各种支护型式的特点 包括其合理性 优点解各种支护型式的特点 包括其合理性 优点 和缺点 另一方面要结合地质条件和周边的环和缺点 另一方面要结合地质条件和周边的环 境和工程造价进行综合考虑 因此 选型的原境和工程造价进行综合考虑 因此 选型的原 则应主要考虑三个方面 则应主要考虑三个方面 不同基坑支护型式的特点 不同基坑支护型式的特点 地质条件和周边的环境 地质条件和周边的环境 工程造价 工程造价 2 深基坑支护结构设计 13 2 2 2 基坑支护方案的比较与选型论证 基坑支护型式的合理选择 是基坑支护设计的基坑支护型式的合理选择 是基坑支护设计的 首要工作 应根据地质条件 周边环境的要求首要工作 应根据地质条件 周边环境的要求 及不同支护型式的特点 造价等综合确定 一及不同支护型式的特点 造价等综合确定 一 般当地质条件好 周边环境要求较宽松时 可般当地质条件好 周边环境要求较宽松时 可 采用柔性支护 如土钉墙等 当周边环境要求采用柔性支护 如土钉墙等 当周边环境要求 高时 应采用较刚性的支护型式 以控制水平高时 应采用较刚性的支护型式 以控制水平 位移 如排桩或地下连续墙等 同样 对于支位移 如排桩或地下连续墙等 同样 对于支 撑的型式 当周边环境要求较高 地质条件较撑的型式 当周边环境要求较高 地质条件较 差时 采用锚杆易造成周边土体的扰动并影响差时 采用锚杆易造成周边土体的扰动并影响 周边环境的安全 采用内支撑型式较好 当地周边环境的安全 采用内支撑型式较好 当地 14 质条件特别差 基坑深度较深 周边环境要求质条件特别差 基坑深度较深 周边环境要求 高时 可采用地下连续墙这种最强的支护型式 高时 可采用地下连续墙这种最强的支护型式 森林公园站南基坑开挖较深 并且开挖方式采森林公园站南基坑开挖较深 并且开挖方式采 用的是分层分步开挖的方式 这就决定了不能用的是分层分步开挖的方式 这就决定了不能 只用单一的支护型式 需要多种支护方式并用 只用单一的支护型式 需要多种支护方式并用 才能达到基坑安全 施工方便且满足开挖方式才能达到基坑安全 施工方便且满足开挖方式 各个方面的要求 各个方面的要求 1 基坑支护方案的比较基坑支护方案的比较 锚固支护锚固支护 锚固支护就是在排桩支护之后 在桩顶增设一锚固支护就是在排桩支护之后 在桩顶增设一 2 深基坑支护结构设计 15 条锁口梁 使用此支护型式是在使用排桩支护条锁口梁 使用此支护型式是在使用排桩支护 的前提下进行的 不能够单独使用此支护型式 的前提下进行的 不能够单独使用此支护型式 但作为排桩支护的辅助支护型式不仅是可行的但作为排桩支护的辅助支护型式不仅是可行的 而且是必要的 一方面 可以增加基坑支护的而且是必要的 一方面 可以增加基坑支护的 整体性 另一方面可以在有限的施工空间内加整体性 另一方面可以在有限的施工空间内加 强 提高支护体系的作用 所以此支护型式不强 提高支护体系的作用 所以此支护型式不 能单独使用 只能与排桩支护相互结合使用 能单独使用 只能与排桩支护相互结合使用 土钉墙支护土钉墙支护 土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的 细长杆件土钉置于原位土体中 并在坡面上喷细长杆件土钉置于原位土体中 并在坡面上喷 射钢筋网混凝土面层 在实际施工中是边开挖射钢筋网混凝土面层 在实际施工中是边开挖 16 边支护 且施工快捷简便 经济可靠 是适合边支护 且施工快捷简便 经济可靠 是适合 此基坑开挖方式的支护型式 但由于基坑二级此基坑开挖方式的支护型式 但由于基坑二级 开挖的深度比较深 所以土钉墙支护不得单独开挖的深度比较深 所以土钉墙支护不得单独 使用 使用 排桩支护排桩支护 考虑到地下连续墙工程浩大 造价比较高 不考虑到地下连续墙工程浩大 造价比较高 不 够经济 所以选用排桩支护 排桩支护与地下够经济 所以选用排桩支护 排桩支护与地下 连续墙相比 施工简单 不需要专用设备 而连续墙相比 施工简单 不需要专用设备 而 且造价比连续墙低 根据且造价比连续墙低 根据 北京奥运地铁支线北京奥运地铁支线 森林公园站岩土工程勘察报告森林公园站岩土工程勘察报告 土质多以粉质 土质多以粉质 粘土为主 拟建基坑深粘土为主 拟建基坑深 17 4m 一级开挖 一级开挖 2 深基坑支护结构设计 17 7 4m 二级开挖 二级开挖 10m 由于基坑较深 只用土 由于基坑较深 只用土 钉墙支护满足不了安全与施工 选用排桩支护钉墙支护满足不了安全与施工 选用排桩支护 在经济 安全 施工管理 设备方面较为合理 在经济 安全 施工管理 设备方面较为合理 因此 一级开挖选用土钉墙支护 二级开挖选因此 一级开挖选用土钉墙支护 二级开挖选 用排桩支护的基坑围护方式是适用于本拟建基用排桩支护的基坑围护方式是适用于本拟建基 坑的支护方案 坑的支护方案 水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩 水泥土搅拌桩的搅拌支护主要将基坑坑壁的土水泥土搅拌桩的搅拌支护主要将基坑坑壁的土 层 在开挖前用水泥和固化剂进行原位搅拌改层 在开挖前用水泥和固化剂进行原位搅拌改 性 提高土的强度 也可形成壁状或栅状的地性 提高土的强度 也可形成壁状或栅状的地 下水泥土桩 墙的隔水帷幕 阻止地下水侵入 下水泥土桩 墙的隔水帷幕 阻止地下水侵入 18 深基坑支护中采用水泥搅拌桩 虽然造价不高 深基坑支护中采用水泥搅拌桩 虽然造价不高 但是基坑的开挖深度不宜大于但是基坑的开挖深度不宜大于 7m 所以 水泥 所以 水泥 土搅拌桩不能作为此拟建基坑的支护形式 土搅拌桩不能作为此拟建基坑的支护形式 地下连续墙地下连续墙 连续墙虽然有很多优点 如 适用于各种土质 连续墙虽然有很多优点 如 适用于各种土质 施工时震动小 噪声低 而且可在各种复杂条施工时震动小 噪声低 而且可在各种复杂条 件下进行施工 但是 地下连续墙也有它自身件下进行施工 但是 地下连续墙也有它自身 的不足之处 如 施工现场管理不善会造成现的不足之处 如 施工现场管理不善会造成现 场泥泞泛滥 地下连续墙造价较高 不够经济场泥泞泛滥 地下连续墙造价较高 不够经济 等 根据等 根据 奥运支线森林公园站岩土工程勘察奥运支线森林公园站岩土工程勘察 报告报告 拟建基坑土质以粉质粘土为主 土质比拟建基坑土质以粉质粘土为主 土质比 2 深基坑支护结构设计 19 较好 承载力比较高 如果用地下连续墙作为较好 承载力比较高 如果用地下连续墙作为 支护结构 不够经济 况且 在使用地下连续支护结构 不够经济 况且 在使用地下连续 墙的同时 前场管理必须加强 这样不仅增加墙的同时 前场管理必须加强 这样不仅增加 了管理上的难度 而且也增加了投资成本 所了管理上的难度 而且也增加了投资成本 所 以 地下连续墙不宜使用 以 地下连续墙不宜使用 2 支护方案 支护方案 综上所述 此深基坑一级开挖采用土钉墙支护 综上所述 此深基坑一级开挖采用土钉墙支护 二级开挖采用排桩 钻孔灌注桩 支护型式比二级开挖采用排桩 钻孔灌注桩 支护型式比 较适用于此基坑 且满足基坑安全 施工方便较适用于此基坑 且满足基坑安全 施工方便 和开挖方式等各方面的要求 和开挖方式等各方面的要求 20 2 3 深基坑支护的设计要求及内容 2 3 1 深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即基坑支护结构状态 所谓承载能力极限状态即基坑支护结构 破坏 倾倒 滑动或周边环境的破坏 出现较破坏 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由于开挖引起周边态则是指支护结构的变形或由于开挖引起周边 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成结构的失稳 因此 基坑支护设计相对于承 2 深基坑支护结构设计 21 载力极限状态要有足够的安全系数 不致使支载力极限状态要有足够的安全系数 不致使支 护结构产生失稳 而在保证不出现失稳的条件护结构产生失稳 而在保证不出现失稳的条件 下 还要控制位移量 不致影响周边构筑物的下 还要控制位移量 不致影响周边构筑物的 安全使用 即在正常使用极限状态之内 因而 安全使用 即在正常使用极限状态之内 因而 作为设计的计算理论 不但要能计算支护结构作为设计的计算理论 不但要能计算支护结构 的稳定问题 还应要计算其变形 并根据周边的稳定问题 还应要计算其变形 并根据周边 环境条件 控制变形在一定的范围内 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 水平位移控要是水平位移较直观 易于监测 水平位移控 制多大为合适 与周边环境的要求有关 这就制多大为合适 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 对是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分 对 22 于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的 则于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的 则 应控制小变形 此即为通常一级基坑的位移要应控制小变形 此即为通常一级基坑的位移要 求 对于周边空旷 无构筑物需保护的 则位求 对于周边空旷 无构筑物需保护的 则位 移量可大一些 理论上只要保证稳定即可 此移量可大一些 理论上只要保证稳定即可 此 即为通常三级基坑的位移要求 介于一级和三即为通常三级基坑的位移要求 介于一级和三 级之间的 则为二级基坑的位移要求 级之间的 则为二级基坑的位移要求 对于一级基坑的最大水平位移 一般不宜大于对于一级基坑的最大水平位移 一般不宜大于 30mm 对于较深的基坑 应小于 对于较深的基坑 应小于 0 3 H H 为基坑开挖深度 为基坑开挖深度 对于一般的基坑 其最大水 对于一般的基坑 其最大水 平位移也不宜大于平位移也不宜大于 50mm 一般最大水平位移 一般最大水平位移 在在 30mm 内地面不会有明显的裂缝 当最大水内地面不会有明显的裂缝 当最大水 2 深基坑支护结构设计 23 平位移在平位移在 40 50mm 内会有可见的地面裂缝 内会有可见的地面裂缝 因此 一般的基坑最大水平位移应控制不大于因此 一般的基坑最大水平位移应控制不大于 50mm 为宜 否则会产生较明显的地面裂缝和为宜 否则会产生较明显的地面裂缝和 沉降 感观上会产生不安全的感觉 沉降 感观上会产生不安全的感觉 一般较刚性的支护结构 如挡土桩 连续墙加一般较刚性的支护结构 如挡土桩 连续墙加 内支撑体系 其位移较小 可控制在内支撑体系 其位移较小 可控制在 30mm 之之 内 对于土钉支护 除地质条件较好 且采取内 对于土钉支护 除地质条件较好 且采取 超前支护 预应力锚杆等加强措施后可控制较超前支护 预应力锚杆等加强措施后可控制较 小位移外 一般都会大于小位移外 一般都会大于 30mm 2 3 2 基坑支护设计计算的内容 支护结构的计算内容应根据不同的支护型式而支护结构的计算内容应根据不同的支护型式而 24 要求不同 主要可以分为三大类 即较刚性的要求不同 主要可以分为三大类 即较刚性的 支护结构 土钉支护 重力式挡土结构 支护结构 土钉支护 重力式挡土结构 1 支护结构支护结构 支护结构包括地下连续墙 排桩 钢板桩等 支护结构包括地下连续墙 排桩 钢板桩等 其计算的内容主要为 其计算的内容主要为 1 支护结构的内力 包括支护结构的弯矩 支护结构的内力 包括支护结构的弯矩 剪力 剪力 2 支护结构的位移 支护结构的位移 3 支撑或锚杆的轴力 支撑或锚杆的轴力 4 入土深度 入土深度 5 水位下降对周边环境的影响 水位下降对周边环境的影响 2 深基坑支护结构设计 25 6 连系梁的内力 包括弯矩和剪力 连系梁的内力 包括弯矩和剪力 7 坑底隆起或底部地基强度 坑底隆起或底部地基强度 8 抗渗透稳定 抗渗透稳定 2 土钉支护土钉支护 土钉支护一般要计算以下内容 土钉支护一般要计算以下内容 1 土钉力 土钉力 2 整体稳定 整体稳定 3 基坑底或施工过程坑底的地基强度 基坑底或施工过程坑底的地基强度 4 位移 主要是水平位移 位移 主要是水平位移 5 面板受力 面板受力 3 重力式挡土结构重力式挡土结构 26 重力式挡土结构一般要计算以下内容 重力式挡土结构一般要计算以下内容 1 抗倾 抗滑移 抗倾 抗滑移 2 整体稳定及底部地基强度 整体稳定及底部地基强度 3 水平位移及转动 水平位移及转动 4 墙身应力 墙身应力 2 4 森公地铁车站南基坑支护结构设计及内力计算 2 4 1 土钉墙设计 经过降水后 使地下水降至设计标高经过降水后 使地下水降至设计标高 9 4m 这 这 时就可以进行基坑土方的开挖 采取的支护方时就可以进行基坑土方的开挖 采取的支护方 式是边开挖边进行土钉墙的支护 式是边开挖边进行土钉墙的支护 2 深基坑支护结构设计 27 1 0m 7 4m 6 0m 1 0m 3 4m I 1 10 1 0m 0 00m 10 4m 1 土压力的计算土压力的计算 拟建基坑采取分层开挖的方式 第一层开挖拟建基坑采取分层开挖的方式 第一层开挖 7 4m 地下含水层在地下 地下含水层在地下 5 5m 8m 处 区地处 区地 下水位线为下水位线为 6m 降水后地下水位线降至地下 降水后地下水位线降至地下 9 4m 处 在基坑顶部承受拟定的均布荷载 荷处 在基坑顶部承受拟定的均布荷载 荷 载值为载值为 2 20mkN 计算简图如 计算简图如 2 2 所示 所示 表表 2 1 地层描述及物理力学指标地层描述及物理力学指标 地层分类层厚 m 天然重度 3 mkN 粘聚力c kPa 内摩擦角 液性指数 图 2 1 环形井点剖面图 28 粉土 5 16 98 27 18 0 36 粉土 6 1 16 83 28 18 0 75 粉土 1 6 17 71 20 12 0 44 粉质粘土 3 5 18 85 30 16 0 37 3 5m 1 6m 5m 7 4m 20kN m 16 98kN m c 27kPa 18 16 83kN mc 28kPa 12 17 71kN mc 20kPa 12 18 85kN m c 30kPa 16 9 4m 6 1m 1 基坑外侧竖向应力标准值 基坑外侧竖向应力标准值 aik 按 按 JGJ120 99 规范第规范第 3 4 2 1 式计算 式计算 kokrkaik1 2 1 式中 式中 aik 作用于深度作用于深度 i z处的竖向应力标准值 处的竖向应力标准值 图 2 2 计算简图 2 深基坑支护结构设计 29 rk 基坑外侧任意深度 i z 处的自重竖向应力标准值 ok k1 基坑外侧任意深度 i z 处的附加竖向应力标准值 其中 计算点位于基坑开挖面以上时按其中 计算点位于基坑开挖面以上时按 JGJ120 99 第第 3 4 2 2 式计算 式计算 imjrk z 2 2 计算点位于基坑开挖面以下时按计算点位于基坑开挖面以下时按 JGJ120 99 第第 3 4 2 3 式计算 式计算 h mhrk 2 3 式中 mj mh 深度 i z 以上 开挖面以上土的加权平均天然重度 ok k1 可按 JGJ120 99 规范第 3 4 2 4 条计算 0 q ok 2 4 0 1 k 2 5 基坑外侧水平荷载标准值按 JGJ120 99 规范第 3 4 1 1 条公式计算 30 2 ajkajkaiiki eKcKa 2 6 式中 ajk e 支护结构水平荷载标准值 ajk 基坑外侧竖向应力标准值 i Ka 第i层的主动土压力系数 ik c 三轴试验 当有可靠经验时可采用直接剪切试验 确定的第i层土固结不 排水 快 剪粘聚力标准值 地面处主动土压力为 0 e kPaKacKaqe698 28727 0 272528 0 202 11100 地面以下 1 4m 处主动土压力为 4 1 e 1111104 1 2 KacKazqe kPa147 16 地面以下 2 9m 处主动土压力为 9 2 e 111211109 2 2 KacKazzqe 698 2 kPa 地面以下 4 4m 处主动土压力为 4 4 e 11131221104 4 2KacKazzzqe kPa749 10 地面以下 5m 处第二层土中主动土压力为 5 e 1114433221105 2KacKazzzzqe kPa129 16 地面以下 5m 处第四层土中的主动土压力为 5 e 2224433221105 2KacKazzzzqe kPa6752 14 2 深基坑支护结构设计 31 地面以下 5 9m 处主动土压力为 9 5 e 2225342321109 5 2KacKazzzzzqe 673 22 kPa 地面以下 7 4m 处主动土压力为 4 7 e 2 226524321104 7 2KacKazzzzzzqe kPa 0 36 基坑底部以下 3 7m 处主动土压力为 7 3 e 22232221107 3 2KacKazzzqe kPa881 66 作用于基坑底面以下深度 j z处的竖向应力标准值 pjk 按 JGJ120 99 规范第 3 5 2 条公式计算 jmjpjk z 2 7 式中 mj 深度 j z以上土的加权平均天然重度 j z 计算点深度 2 对于粉土及粘性土基坑内侧水平抗力标准值按 JGJ120 99 规范第 3 5 1 2 条公 式计算 iikpipjkpjk KpcKe2 2 8 基坑底部处被动土压力为 0 p e kPaKpcep056 77376 1 2822 22 0 基坑底 3 7m 处被动土压力为 7 3 e 222747 3 2KpcKpzep kPa997 194 32 2 土钉墙支护设计土钉墙支护设计 1 初步设计 初步设计 初步设计土钉墙坡面与水平面的夹角为初步设计土钉墙坡面与水平面的夹角为75 k 为各土层厚度加权内摩擦角标准值 为各土层厚度加权内摩擦角标准值 18 4 25 184 2185 k 土钉与水平面夹角 15 1 5m0 9m0 6m1 5m1 5m 1 4m 28 698kPa 16 174kPa 2 698kPa 10 7499kPa 16 1292kPa 22 673kPa 36kPa 66 881kPa 14 6752kPa 194 997kPa 77 056kPa 3 7m 土钉间的水平间距为mSx1 垂直距离mSz1 土钉锚固体直径mmdn100 土钉钢筋采用 II 级钢筋 钢筋直径为 20mm 2 土钉计算长度 土钉计算长度 图 2 3 土压力示意图 2 深基坑支护结构设计 33 荷载折减系数 按 JGJ120 99 规范第 6 1 3 条公式计算 2 45tan tan 1 2 tan 1 2 tan 2k k k 88768 0 2 9 单根土钉受拉荷载标准值按 JGJ120 99 规范第 6 1 2 条公式计算 jzjxiajkjk SSeT cos 2 10 式中 荷载折减系数 ajk e 第 j 个位置处的基坑水平荷载标准值 zjxj ss 第 j 根土钉与相邻土钉的平均水平 垂直间距 j 第 j 根土钉与水平面的夹角 基坑侧壁安全等级为三级时 土钉抗拉承载力基坑侧壁安全等级为三级时 土钉抗拉承载力 按按 JGJ120 99 规范第规范第 6 1 4 条计算 条计算 isiknj s uj lqdT 1 2 11 式中 s 土钉抗拉承载力分项系数 取 1 3 nj d 第 j 根土钉锚固直径 sik q 土钉穿越第 i 层土土体与锚固体极限摩阻力标准值 应由现场试验确定 如无实验资料 可采用 JGJ120 99 规范表 6 1 4 确定 i l 第 j 根土钉在直线破裂面外穿越第 i 层稳定土体内的长度 破裂面与水平 面的夹角为 2 k 单根土钉抗拉承载力计算应符合单根土钉抗拉承载力计算应符合 JGJ120 99 34 规范第规范第 6 1 1 条公式 条公式 ujjk TT 0 25 1 2 12 式中 0 建筑基坑侧壁重要性系数 jk T 第 j 根土钉受拉荷载标准值 uj T 第 j 根土钉抗拉承载力设计值 根据根据 6 1 2 条公式 条公式 6 1 4 条公式 条公式 6 1 1 条公式条公式 可导出 可导出 jknj s isik Tdlq25 1 0 2 13 其中 0 1 0 2 85 18 2 51 5 A 23 5 15 B O k q 20kN m 0 2 2 深基坑支护结构设计 35 土钉长度如表 2 2 土钉长度计算表中所示 3 混凝土面层构造设计 混凝土面层构造设计 喷射混凝土面层并配置双层钢筋网 钢筋网选 HPB235 直径为 6 间距为 200mm 该网在基坑顶面翻过 0 8m 用22 长 0 8m 的钢筋打入土中固定间距 2m 双层钢筋网喷射混凝土厚 100mm 强度等级为 C30 坡面上下段钢筋网搭接长度为 400mm 土钉顶端焊接 4 根22 长 0 2m 的井字钢 筋架 把钢筋网固定在土钉上 土钉钻孔中注浆材料为 M10 的水泥砂浆 表表 2 2 土钉长度计算表土钉长度计算表 序 号 土 层 AOAOAB4 0 sik q kPa sik e 2 mkN sik ajk i q e l 165 5 m iei lABl m 实际 ei l m 117 252 948 76 12 466构造2 96 216 182 47248 76 16 146构造2 4726 315 152 0648 76 7 181构造2 066 414 121 64824 541 7840 3754 4956 513 091 2362010 752 7765 8668 612 060 82422 3218 234 2196 2798 711 030 41224 6827 1165 6756 7058 2 4 2 排桩支护设计 1 排桩设计计算 1 计算系数 按按 JGJ120 99 第第 3 4 3 条公式计算主动土压条公式计算主动土压 图 2 土钉长度计算简图 36 力系数力系数 2 45 tan 2i i Ka 2 14 式中 i Ka 第 i 层的主动土压力 ik 三轴试验 当有可靠经验时可采用直接剪切试验 确定的第 i 层土固结不 排水 快 剪内摩擦角标准值 727 0 2 18 45tan 2 45tan 1 1 Ka 528 0 1 Ka 809 0 2 12 45tan 2 45tan 2 2 Ka 656 0 2 Ka 754 0 2 16 45tan 2 45tan 3 3 Ka 568 0 3 Ka 754 0 2 16 45tan 2 45tan 4 4 Ka 568 0 4 Ka 按按 JGJ120 99 第第 3 5 3 条公式计算被动土压条公式计算被动土压 力系数 力系数 2 45 tan 2ik i Kp 2 15 式中 i Kp 第 i 层的被动土压力 ik 三轴试验 当有可靠经验时可采用直接剪切试验 确定的第 i 层土固结不 排水 快 剪内摩擦角标准值 376 1 2 18 45tan 2 45tan 1 1 Kp 894 1 1 Kp 2 深基坑支护结构设计 37 234 1 2 12 45tan 2 45tan 2 2 Kp 2 1 523Kp 327 1 2 16 45tan 2 45tan 3 3 Kp 761 1 3 Kp 327 1 2 16 45tan 2 45tan 4 4 Kp 761 1 4 Kp 20kN m 2 16 83 kN m3 C 28kPa 18 12 C 20kPakN m 17 71 18 69 kN m3 C 30kPa 16 kN m 18 85 C 26kPa 16 3 3 2 计算土压力 基坑外侧竖向力标准值 ajk 按 JGJ120 99 规范第 3 4 2 1 式计算 kokrkajk1 2 16 式中 ajk 作用于深度 j z处的竖向应力标准值 其中 计算点位于基坑开挖面以上时 jmjrk z 按 JGJ120 99 第 3 4 2 2 式计算 计算点位于基坑开挖面以下时按 JGJ120 99 第 3 4 2 3 式计算 图 2 5 土压力计算简图 38 h mhrk 2 17 式中 mh 开挖面以上土的加权平均天然重度 当距支护结构 1 b 外侧 地表作用有宽度为 0 b的条形附加荷载 1 q时 基坑外侧深度 CD 范围内的附加竖向应力标准值 k1 可按下式计算 10 0 11 2bb b q k 0 1 k 2 18 基坑外侧水平荷载标准值按 JGJ120 99 规范第 3 4 1 1 条公式计算 iikaiajkajk KacKe2 2 19 式中 ajk e 支护结构水平荷载标准值 ajk 基坑外侧竖向应力标准值 i Ka 第 i 层的主动土压力系数 ik c 三轴试验 当有可靠经验时可采用直接剪切试验 确定的第 i 层土固结不 排水 快 剪粘聚力标准值 2 深基坑支护结构设计 39 q 4545 C D 45 1k 0 1 b1 b0 00 作用于基坑底面以下深度 j z处的竖向应力标准值 pjk 按 JGJ120 99 规范第 3 5 2 条公式计算 jmjpjk z 2 20 式中 mj 深度 j z以上土的加权平均天然重度 j z 计算点深度 对于粉土及粘性土基坑内侧水平抗力标准值按 JGJ120 99 规范第 3 5 1 2 条公式 计算 iikpipjkpjk KpcKe2 2 21 3 嵌固深度的计算 由于第一阶段开挖由于第一阶段开挖 7 4m 所以在距第二阶段开 所以在距第二阶段开 挖的基坑挖的基坑 3m 的地方就有了附加荷载 此荷载的地方就有了附加荷载 此荷载 图 2 6 局部荷载作用时基坑外侧附加竖向应力计算简图 40 按半无限荷载作用在第二阶段的基坑开挖面以按半无限荷载作用在第二阶段的基坑开挖面以 下的土体 下的土体 在深度 7 4m 处的荷载 2211 20hhq 2 292 145mkN 第一道支撑力的计算 以基坑以基坑 7 4m 为开挖基准面 挖土深度为为开挖基准面 挖土深度为 3 0m 在基准面处设支撑 在基准面处设支撑 基准面处主动土压力 0 e为 002 36727 0 282528 0 292 1452 1110 KacqKaekPa 3m 深度处主动土压力 3 e 为 22222113 2KacKahhqe 287 107 kPa 开挖基准面下距离 2 d处 土压力为 0 222322222 2KadeKpcKpd m KaKp Kpce d76 3 2 222 223 2 C 点以上全部土压力合力为 1 Ea 1 11 36 002 107 28733 76 107 287488 287 22 EakN m 1 Ea 在 C 点处的弯矩值 1 Ma 111 yEaMa 1795 611 mmkN 1 1 1 3 677 Ma ym Ea 求 1 T 2 深基坑支护结构设计 41 1 1 1 1795 611 265 623 33 76 Ma TkN m a 最大弯矩作用点处 m a 0 2 1 21 eaEaT m 287 107 2 d e am m a d e 2 287 107 3 29 m am mad m 47 0 2 107 287 3 2993 876 3 76 ekPa max MmmkN 06 336 第二道支撑力的计算 第二阶段挖土深度为 10m 并在 4 5m 处设支撑 10m 处深度土压力强度 4444433221110 2KacKahhhhqe 138 963kPa 开挖面下距离 3 d处 土压力为 0 4341044434 2KadeKpcKpd 444 4410 3 2 kakp kpce d 2 661m C 点以上全部土压力合力为 2 Ea 2 EamkN 75 646 22 yEa mmkN 037 6532 my626 10 75 646 037 6532 2 求 2 T 661 2 6 661 2 10 122 2 TyEa TmkN 891 365 max M291 122 mmkN 嵌固深度 0 2 1 334213 kakpttTTEa 858 7 2 t 803 2 tm 总长度 42 tdl 2 110 3 m15 a d a y 1 1 1 36 002 Ea c c c 1 q 20kN m e T1 m a 2 kP 2 结构内力计算 结构计算结构计算 建筑基坑支护规程建筑基坑支护规程 JGJ120 90 排 排 桩 地下连续墙可根据受力条件分段按平面问桩 地下连续墙可根据受力条件分段按平面问 题计算 排桩水平荷载计算宽度可取排桩的中题计算 排桩水平荷载计算宽度可取排桩的中 心距心距 1500mm 1 截面弯矩设计值 c MM 0 25 1 2 22 图 2 7 T1计算简图 2 深基坑支护结构设计 43 式中 c M 截面弯矩计算值 mmkNM 12 63006 3365 125 1 2 截面剪力设计值 c VV 0 25 1 2 23 式中 c V 截面剪力计算值 3 支点力设计 支点结构第 j 层支点力设计值 dj T cjdj TT 0 25 1 2 24 式中 cj T 第 j 层支点力计算值 3 桩身配筋计算 排桩直径选排桩直径选 800mm 桩距 桩距 1 5m 桩身混凝土用桩身混凝土用 C30 钢筋用 钢筋用 II 级 级 2 3 14mmNfc 2 300mmNfy mm s 50 因桩距因桩距 1 5m 故单根排桩桩身的最大弯矩 故单根排桩桩身的最大弯矩 mmkNM 184 94512 6305 1 查 基坑工程手册 附表 14 4 配筋选 26 25 同样由同样由 基坑工程手册基坑工程手册 式式 14 3 14 4 14 5 44 验算截面受弯截面受弯承载力 验算截面受弯截面受弯承载力 sinsin sin 3 2 33 ssycmc AfrfM 且 0 2 2sin 1 sytcm AfAf 式中 c M 桩的抗弯承载力 mkN A 桩的横截面面积 R 桩的半径 mm s r 纵向钢筋所在圆周半径 mm ss rr s 为保护层厚度 对应于受压区混凝土截面面积的圆心角 rad 与 2的比值 t 纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值 y f 钢筋强度设计值 2 N mm 53 0 800 4 3 14 25 4 26300 2 2 Af Af k cm sy 查附表 14 4 得 313 0 624 0 t mmrr ss 35050400 624 0 sin313 0 sin 35025 4 26300313 0 sin400 3 14 3 2 233 c M 1100 9 kN m m 945 184 MkN m m 满足要求 箍筋选 10 200mm 螺纹箍 加强箍 20 2000mm 4 冠梁设计计算 钢筋选 II 级钢 混凝土选 C30 保护层厚度35 amm 冠梁宽度 水平方向 取 800mm 冠梁高度 竖直方向 取 1000mm 按构造配筋 8 1659351000800 215 0 s A 2 mm 故选 7 18 2 1780 s Amm 架立筋选 2 20 箍筋用 10 200m