青岛市某基坑工程结构设计.doc

青岛市某基坑工程结构设计第一章 基坑工程综述1.1 基坑工程概况拟建场区位于青岛市鞍山东路以南，福州北路以东。拟建物由8幢1532层的商业住宅楼及1座地下车库组成。基坑总周长926米,开挖深度约10至26米之间。本基坑工程环境条件、工程与水文地质条件复杂。场区无崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象，除填土外，没有污染土等特殊性岩土，属可进行建设一般地段，建筑适宜性较好。1.2 自然条件1. 气温：冬季采暖计算温度-7 oC，夏季通风，计算温度27oC2. 风向：夏季主导风东南，冬季西北3. 降雨量：年降雨量777.4mm，小时最大降雨量140.4mm1.3 工程水文地质条件（1）地形地貌拟建场区地形丘陵区缓坡，由西向东缓倾。孔口地面标高：46.10 61.71米。（2）工程地质条件场区地层结构简单、层序清晰，第四系厚度较薄，主要由全新统填土层、全新统洪冲积层、上更新统洪冲积层，主要为杂填土、中砂、粉质粘土、粗砂。由于长期受内外地质营力作用，场区内岩体物理力学性质在空间上发生了不同程度的变化，由上而下形成了性状各异的风化带。（3）水文地质条件地下水类型主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，潜水主要赋存于填土层和砂土层中，承压水主要赋存于基岩裂隙水中，勘察期间分别进行了分层水位观测，地下水埋深1.703.80米。水质分析结果显示，勘察场地内的地下水对砼无腐蚀性，对钢筋砼中的钢筋有弱腐蚀性。1.4地震设防烈度抗震设防烈度6度,二组，地震加速度值0.05g。1.5 技术经济条件1.交通运输：本工程在市区，交通便利2.定额选用：民用建筑安装工程统一劳动定额，青岛地区建筑工程单位估价表。3.材料供应情况能满足工程要求（1） 砂浆标号：M2.5M10混合或水泥砂浆。（2） 砼强度等级：C50以内（3） 钢筋采用HPB300、和HRB400级钢筋。4.劳动力供应情况：能满足施工的要求。5.技术装备情况：施工单位设备齐全，能满足施工需要。第二章 基坑支护方案比选2.1常用基坑支护类型、特点及其适用范围2.1.1地下连续墙地下连续墙的厚度通常为600mm、800mm、1000mm，也有厚度达1200mm的，但较少使用。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护形式，适用于地质条件较差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但造价较高，施工要求专用设备。2.1.2岩体锚杆岩体预应力锚杆是通过对埋设在岩体中的杆体施加张力，以加固岩体使其达到稳定状态、改善内部应力状况、改变岩体结构面上的受力状态的支挡结构。锚杆是一种主要的受力杆件，它是通过钻孔及注浆体将钢筋固定于深部的稳定岩体中，在被加固体表面对钢筋张拉产生预应力，从而达到加固目的。全粘结岩石锚杆则类似于土钉墙，锚杆与岩体组成一个类似于“重力式挡土墙”的挡土体系，用于抵抗“墙”后传来的土压力及其他水平荷载，阻止或延缓边坡潜在破裂面的形成，从而满足边坡稳定性要求。2.1.3放坡在基坑开挖施工中，往往可以通过选择并确定安全合理的基坑边坡坡度，使基坑开挖后的土体，在无加固及无支撑的条件下，依靠土体自身的强度，在新的平衡状态下取得稳定的边坡并维护整个基坑的稳定状况，为建造基础或地下室提供安全可靠的作业空间，同时，又能确保基坑周边的工程环境不受影响或满足预定的工程环境要求。这类无支护措施下的基坑开挖方法通常称作放坡开挖。放坡开挖适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制无严格要求，造价低，回填土方量大。基坑侧壁安全等级易为二、三级。当地下水位高于坡脚时，应采用降水措施。2.1.4土钉墙及复合土钉墙土钉墙是一种土体自承重体系。在基坑边坡加固技术中，在充分利用天然土体自身的强度基础上，通过在土体中设置一定数量的抗剪强度和刚度均远远高于天然土体的土钉，并在边坡面上设置一定厚度的钢筋混凝土面层，形成一个“天然土体、土钉及钢筋混凝土面层相互结合的、整体结构承载力和抵抗变形能力都远远高于天然土体的加筋复合体”，并于此构成一个类似于“重力式挡土墙”的挡土体系，用于抵抗“墙”后传来的土压力及其他水平荷载，阻止或延缓边坡潜在破裂面的形成，从而满足边坡稳定性要求。所谓复合土钉墙，是将土钉墙与其他的一种或几种支护技术犹记得组合成的复合支护体系根据理论研究和工程实践，目前主要有以下几种实用类型：1、土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆2、土钉墙+预应力锚杆3、土钉墙+微型桩+预应力锚杆4、土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆考虑到土钉的耐久性问题，土钉墙主要应用于临时性边坡加固工程。受土钉墙的工作机理和施工程序的限制，一般认为，普通的土钉墙仅适用于地下水位以上的具有一定的自稳能力的非软土边坡。而塑性指数大于20的饱和软土、淤泥、无粘结性的松散砂土、杂填土和容易产生流砂的边坡，由于土层具有明显的流变性和蠕变性，或自稳能力差等原因不适合采用土钉墙支护。而复合土钉墙能够克服单纯土钉墙的技术弱点和缺陷，在很多情况下，它可以取代排桩或地下连续墙支护方式。2.1.5水泥土墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土状加固体挡墙。水泥土围墙优点是，由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功效；一般情况下较经济；施工中无振动、无噪音、污染少、挡土轻微，因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围墙的缺点：首先是位移较大，尤其是基坑长度大时，为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能使用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。2.1.6 SMW工法SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插入H型钢，将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW支护结构的支护特点主要为：施工中基本无噪音，对周围环境影响小；结构强度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用，特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层；挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕；可以配合多道支撑应用于较深的基坑；此工法在一定条件下可替代作为地下维护的地下连续墙，在费用上如果能够采取一定的施工措施成功回收H型钢等受拉材料，则大大低于地下连续墙，因而具有较大的发展前景。2.1.7 桩锚支护由桩体、预应力锚杆（索）、锚下承载结构所构成的一种刚性支护形式，桩体（支护桩）与锚杆（起到背拉作用）联合，具有很强的挡土和抗变形的能力。若有含水层时，可在支护桩体之间增设止水桩形成止水帷幕，止水桩也可独立成排布置。桩锚支护适用于近围条件比较严峻、对基坑变形要求比较严格的基坑及存在富水砂土层、软土层、要求既挡水、又止水的基坑。2.2 基坑支护选型基坑支护形式合理选择，是基坑支护设计的首要工作，应根据地质条件，周边环境的要求及不同支护形式的特点、造价等综合确定。一般当地质条件较好，周边环境要求叫宽松时，可以采用柔性支护，如土钉墙等；当周围环境要求较高时，应使用较刚性的支护形式，以控制水平位移，如排桩或地下连续墙等。同样，对于支撑的形式，当周边环境要求较高、地质环境较差时，采用锚杆容易造成周边土体的扰动并影响周边环境的安全，应采用内支撑形式较好；当地质条件特别差，基坑深度较深，周边环境要求较高时，可采用地下连续墙加逆作法这种最强的支护形式。基坑支护最重要的是要保证周边环境的安全。2.2.1基坑支护单元划分根据基坑周边地质展布图，将基坑周边土层进行分段。根据基坑周边土层情况及基坑形状，将基坑划分为6个支护单元。如下图所示。一单元A-B(孔1孔5)段，二单元B-C（孔5孔11）段，三单元C-D（孔11孔15）段，四单元D-E孔15孔17）段，五单元E-F孔17孔20）段,六单元F-A（孔20孔1）段。图2. 1基坑支护单元划分示意图2.2.2基坑各段支护类型初选一单元AB段初选桩锚支护。本段地质条件相比而言较为复杂，自上而下分别是杂填土，粉质粘土，花岗岩强风化带和花岗岩中风化带。基坑开挖深度较大，在10到12米之间，且基坑旁边是一条主干道，对变形要求很高。综上所述，在本段需用刚性支护以严格控制变形，因此选用锚拉式排桩支护体系。本单元地下水位较浅，土层透水性较好，因而采用在灌注桩外单独增设一排高压旋喷桩，形成止水帷幕。二单元BC段基坑开挖深度在14至20米之间，开挖深度较大，且地质条件最为复杂，自上而下分别是杂填土、中砂、粉质粘土、粗砂、花岗岩强风化带及花岗岩中等风化带。本单元周围环境情况与一单元类似，旁边是一条主干道，对变形要求较高，因此本单元依旧选用锚拉式排桩支护体系。由于上覆土层透水性很强，因此，设计使用因而采用在灌注桩外单独增设一排高压旋喷桩，形成止水帷幕。三单元CD段开挖深度在15至21米之间，开挖深度较大，但地质条件较好。除上面有1至3米的杂填土层外，下面皆是条件较好的基岩，岩体强度及自稳能力较强。本单元周围环境也不复杂，旁边是一条拟建道路，周围也没有高大重要的建筑物，因此对变形的要求不高。根据以上条件决定选择使用土钉墙支护形式进行支护。本段地下水以基岩裂隙水为主，一般采用坡面留泄水孔、坑内明排水措施即可。四单元DE段开挖深度在21至26米之间，地质条件及周围环境与三单元基本一样，因而选用全粘结岩体锚杆的支护形式进行支护。排水措施与三单元类似，采用坡面留泄洪孔、坑内明排水措施即可。五单元EF段开挖深度在16米左右，地质条件较好，与三四单元类似。本段周围50米范围内没有任何建筑物，对变形要求较低。除上面有1至3米的杂填土层外，下面皆是条件较好的基岩，岩体强度及自稳能力较强。根据以上条件决定选择使用土钉墙支护形式进行支护。本段地下水以基岩裂隙水为主，一般采用坡面留泄水孔、坑内明排水措施即可。六单元FA段开挖深度在11至16米之间，地质条件较为复杂，自上而下分别是杂填土、中砂、粉质粘土、粗砂、花岗岩强风化带及花岗岩中等风化带。本段周围没有重要建筑物，因此本单元选用桩锚支护体系。由于上覆土层透水性很强，因此，设计使用因而采用在灌注桩外单独增设一排高压旋喷桩，形成止水帷幕。第三章 基坑止排水设计根据建筑基坑支护技术规程JGJ1202012规定，地下水控制应根据工程地质和水文地质条件、基坑周边环境要求及支护结构形式选用截水、降水、集水明排或其组合方法。当降水会对基坑周边建筑物、地下管线、道路等造成危害或对环境造成长期不利影响时，应采用截水方法控制地下水。采用悬挂式帷幕时，应同时采用坑内降水，并宜根据水文地质条件结合坑外回灌措施。当不满足突涌稳定性要求时，应对该承压水含水层采取截水、减压措施。3.1 止水方案第一、第二、第六单元地下水埋深1.73.8米之间，主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，地下水位较丰富，无腐蚀性流沙层。设计在本范围基坑四周打上高压旋喷桩作为止水帷幕，桩径1200，间距为800，入岩深度约0.5米。根据建筑基坑支护技术规程JGJ1202012规定，采用高压旋喷、摆喷注浆帷幕时，旋喷注浆固结体的有效直径、摆喷注浆固结体的有效半径宜通过试验确定；缺少试验时，可根据土的类别及其密实程度、高压喷射注浆工艺，按工程经验采用。摆喷帷幕的喷射方向与摆喷点连线的夹角宜取10 o25o，摆动角度宜取20 o30o。帷幕的水泥土固结体搭接宽度，当注浆孔深度不大于10m时，不应小于150mm；当注浆孔深度为10m20m时，不应小于250mm；当注浆孔深度为20m30m时，不应小于350mm。对于本工程，旋喷桩注浆孔深度在10m20m之间，故不应小于250mm，取300mm。 高压喷射注浆水泥浆液的水灰比宜取0.91.1，水泥掺量宜取土的天然重度的25%40%。当土层中地下水流速高时，宜掺入外加剂改善水泥浆液的稳定性与固结性。高压喷射注浆应按水泥土固结体的设计有效半径与土的性状选择喷射压力、注浆流量、提升速度、旋转速度等工艺参数，对较硬的粘性土、密实的砂土和碎石土宜取较小提升速度、较大喷射压力。当缺少类似土层条件下的施工经验时，应通过现场工艺试验确定施工工艺参数。第三、第四、第五单元地下水位埋深在1.73.8米之间，主要为基岩裂隙水，一般采用坡面留泄水孔、坑内明排水措施即可。3.2 排水方案在周边设置了止水帷幕后，仅有少量水渗入基坑，可采用集水明排的方法处理。集水明排主要功能是收集基坑底部和坑壁局部渗出的地下水。基坑内的设计降水水位应低于基坑底面0.5m。排水沟和集水井可按下列规定布置：排水沟的截面应根据设计流量确定，设计排水流量应符合下式规定：QV/1.5 (3.1)式中：Q排水沟的设计流量（m3/d）； V排水沟的排水能力（m3/d）。排水沟宜布置在拟建建筑物基础边净距0.4m以外，排水沟边缘离开边坡坡脚不应小于0.3m，沿排水沟宜每隔3050m设一个集水井。排水沟底面应比挖土面低0.30.4m，集水井底面应比沟底面低0.5m以上。本基坑设计中，四周的排水沟及集水井设置在基础边线外0.4m以外，地下水流的上游。根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔50m设置一个，共设置20个集水井。集水井的直径0.8m，井壁用竹子材料进行加固。第四章 基坑支护设计计算4.1 基坑支护方案参数说明4.1.1地质力学指标参数表4.1地质力学参数表土层编号土层名称（kN/m）可C(kPa)（）(kPa)KaKp1杂填土18.50200.492.042中砂200251600.412.463粉质粘土19.828.020.92200.472.114粗砂21.5026.32200.392.585花岗岩强风化带2204010000.224.606花岗岩中等风化带2305022000.137.55备注：表中C，值均为固结快剪标准值取用。式中有关主（被）动土压力系数：4.1.2 地面堆载q取值根据周围环境条件，地面堆载综合取值q=20.0kPa。4.1.3计算截面确定计算截面一般取最危险孔截面，即土压力最大的孔，对不同的支护类型，也可根据实际情况取最危险截面。4.1.4 土压力采用“朗肯土压力”公式“分层”计算, 当采用水土合算的方法进行计算时。朗肯主动土压力的计算公式为： （4.1）其中 （4. 2）朗肯被动土压力的计算公式为： （4. 3）其中 （4. 4）当采用水土分算的方法时，朗肯主动土压力的计算公式为： （4. 5）朗肯被动土压力的计算公式为： （4. 6）其中ua 和up 分别为支护结构外侧、内侧计算点的水压力。4.1.5 有关设计参数的确定本基坑安全等级根据不同单元分情况进行考虑，第一、二、六单元，基坑开挖深度均大于10米，且地质条件较复杂，离主干道鞍山路很近，基坑等级定为一级；第三、四、五单元地质条件较好，周围也无重要的建筑物，基坑等级定为二级。钢筋、水泥等材料也根据各单元分情况进行选择。4.2 AB设计单元基坑支护设计计算本单元基坑定位为一级基坑，采用桩锚支护。根据地质勘查结果分析可得本单元最危险截面为钻孔3截面，所以以钻孔3截面计算安全性即可满足要求。基坑开挖深度11.86m，桩长为14.36m，其中桩端插入强风化花岗岩约3.96m。采用钻孔灌注桩加三层锚杆支撑支护方案，钻孔灌注桩直径600mm，间距1000mm，柱顶标高为47.96m，锚杆横向间距为2.0m，锚杆距地面距离分别是3.5m、6.0m、8.5m。地下水位埋深地面下2.4m。在灌注桩外增设高压旋喷桩形成止水帷幕，桩径1.2m，间距0.8m，桩长11m，入岩深度约0.5米。计算时考虑地面超载q=20kPa。4.2.1本单元地质条件场地地质条件和计算参数见表4.2。地下水位标高为45.56m表4.2一单元地质力学参数表土层层底深度（m）层厚（m）重度（kN/m3）()C(kPa)KaKp与锚固段摩阻力（kPa）杂填土1.71.718.52000.492.0440粉质粘土9.88.119.820.928.00.472.1185花岗岩强风化带10.40.622.04000.224.60250花岗岩中等风化带20.3未钻透23.05000.137.55350图4.1一单元设计计算简图4.2.2 土压力计算计算模型： 图 4.2 土压力计算模型（1）主动土压力计算地表处土压力：杂填土底部：粉质粘土顶部：粉质粘土底部： 强风化岩顶部： 强风化岩底部：中等风化岩顶部：基坑底部：（2）土反力计算1）计算宽度：排桩嵌固段上的土反力(ps)和初始土反力(pso)的计算宽度按下式取值： (4.7) (4.8)式中：b0单桩土反力计算宽度（m）；当按式（4.7）式（4.8）计算 的b0 大于排桩间距时，取b0等于排桩间距；d桩的直径（m）；作用在挡土构件上的土反力应符合下列规定分布土反力计算公式： (4.9)挡土构件嵌固段上的基坑内侧分布土反力应符合下列条件： (4.10)当不符合公式（4.10）的计算条件时，应增加挡土构件的嵌固长度或取时的分布土反力。式中：ps分布土反力（kPa）ks土的水平反力系数（kN/m），可按 (4.11) 取值；v挡土构件在分布土反力计算点的水平位移值（m）；ps0初始土反力强度（kPa）；作用在挡土构件嵌固段上的基坑内测土的水平反力系数可按下式计算： (4.11)式中：m土的水平反力系数的比例系数（kN/m4）,按式（4.12）确定； Z计算点距离地面的深度（m）； H计算工况下的基坑开挖深度（m）。土的水平反力系数的比例系数宜按桩的水平荷载试验及地区经验取值，缺少经验和试验时，可按下式计算： (4.12)式中：vb挡土构件在坑底处的水平位移（mm），当此处水平位移不大于 10mm时，可取vb=10mm； c、对多层土，按不同土层取值。深度zj处的初始土压力Pso按下列公式计算： (4.6) (4.4)4.2.3 弹性支点水平反力与桩的最大弯矩、剪力计算值桩的内力计算可分为弹性支点法和静力平衡法，本设计使用弹性支点法。弹性桩的挠曲线方程：开挖面以上 （0Zhn） (4.13)开挖面以下 （Zhn） (4.14)式中：EI支护结构计算宽度的抗弯刚度； M地基土水平抗力系数的比例系数； b0抗力计算宽度； z支护结构顶部至计算点的距离； hn第n工况的开挖深度； y计算点水平变形； bx荷载计算宽度，排桩可取桩心距。因为本设计无实验和缺少当地经验，第i层土水平抗力系数的比例系数mi可按下列经验公式计算： (4.15)式中： 第i层土的固结不排水（快）剪内摩擦角标准值（）； 第i层土的固结不排水（快）剪黏聚力标准值（kPa）； vb基坑底面处位移量（mm）,按地区经验取值，无经验时可 取10mm。锚杆对挡土构件的作用 (4.16)式中：Fh挡土构件计算宽度内的弹性支点水平反力(kN) kR计算宽度内弹性支点刚度系数（kN/m）； VR挡土构件在支点处的水平位移（m）； VR0设置支点时，支点的初始水平位移值（m）； Ph挡土构件在计算宽度内的法向预加力（kN）；采用锚杆或竖向支撑时，取；对不加预应力的支撑，取Ph=0；锚杆的预加轴向拉力宜取（0.75Nk0.9Nk），此处，P为锚杆的预加轴向拉力值，a为锚杆倾角，ba为计算宽度，s为锚杆的水平间距，Nk为锚杆轴向拉力标准值。 (4.17)式中: A杆体截面面积； Es杆体弹性模量； Ec锚固体组合弹性模量； Ac锚固体截面积； lf锚杆自由段长度； la 锚杆锚固段长度； 锚杆水平倾角。锚杆组合体弹性模量： (4.18)式中: Em锚固体中注浆体弹性模量。由于基坑开挖是一个动态过程，本设计以分工况的支护情况进行计算，分别算出每一工况的内力及位移值。本工程一共分为以下7个工况：工况一：开挖至地下3.0m；工况二：在3.5m处打入锚杆并施加预应力；工况三：开挖至地下5.5m；工况四：在6.0m处打入锚杆并施加预应力；工况五：开挖至地下8.0m；工况六：在8.5米处打入锚杆并施加预应力；工况七：开挖至基坑地面。以下为根据理正基坑设计软件得出的各工况的内力位移图(蓝色曲线表示弹性支点法计算结果，红色曲线表示静力平衡法计算结果；图下第一行数字为弹性支点法结果，第二行为静力平衡法结果。）各工况：图4.3 工况1内力位移图图4.4 工况2内力位移图图4.5 工况3内力位移图图4.6 工况4内力位移图图4.7 工况5内力位移图图4.8 工况6内力位移图图4.9 工况7内力位移图图4.10内力位移包络图图4.11地表沉降图表4.3内力取值 内力类型弹性法基坑内侧最大弯矩(kN.m)124.51基坑外侧最大弯矩(kN.m)153.43最大剪力(kN)154.33表4.4锚杆内力支锚道号锚杆最大内力（kN）锚杆预加应力（kN）1421.152502416.102503464.07300注：锚杆预加应力一般应为锚杆轴向拉力标准值的0.75 0.9倍，根据青岛地区经验也可取0.5 0.9倍。4.2.4灌注桩配筋计算（1）纵筋计算沿周边均匀配置纵向钢筋，桩身混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB400，fy=360Mpa,桩直径600mm，间距为1000mm，混凝土保护层厚度取50mm，箍筋级别为HPB300，加强箍筋级别为HRB400，取142000。最大弯矩计算值为153.43 kN m，最大剪力154.33 kN，组合分项系数为1.25故弯矩设计值为：圆形截面均匀配筋正截面受弯承载力计算沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土桩，其正截面受弯承载力宜符合下列规定： (4.19) (4.20)式中：A圆形截面面积； As全部纵向钢筋的截面面积； R圆形截面的半径； rs纵向钢筋重心所在圆周的半径； 对应于受压区混凝土截面面积的圆心角（rad）与2的比值； M弯矩设计值； 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，当 0.625时，取t =0； 混凝土轴心抗压强度设计值； 普通钢筋抗拉强度设计值。图4.12桩身配筋计算示意图根据上式，令 ，当0.625，取t=1.25-2，消去。 (4.21) (4.22)按最大弯矩计算配筋，先按0.625进行计算，将数据代入上式得到关于混凝土受压区圆心角 的方程： 用牛顿迭代法计算得，=0.275，混凝土受压区圆心角99。由于0.62，所以应按下式计算： (4.22)代入计算得1.10.2（最小配筋率）。配置在圆形截面受拉区的纵向钢筋的按全截面面积计算的最小配筋率不宜小于0.2%和0.45ft/fy中的较大者，此处，ft为混凝土抗拉强度设计值。本计算中0.2%,故取最小配筋率为0.2%。，取1020， As=3141mm2，纵筋沿桩周均匀布置。（2）箍筋计算，计算结果大于155330N，截面尺寸符合要求。，可不需配置箍筋，为安全起见，按构造要求配置箍筋，选择8200进行配置。4.2.5 锚杆设计（1）第一层锚索设计锚索位于冠梁顶下3.5米处，钻孔直径150mm，入射角20，水平间距2.0米，锚索采用1712.7预应力镀锌绞线，抗拉强度设计值。参照规范要求，锚杆的水平拉力设计值取支点水平计算力乘以侧壁重要系数的1.25倍。弹性支点水平反力：Fh=421.43kN。（计算结果已考虑s、b0的影响）锚杆轴向受拉承载力标准值计算公式 (4.23)式中：Nk锚杆轴向受拉承载力标准值； Fh弹性支点水平反力； 锚杆与水平面的夹角。经过计算得到锚杆设计的轴向拉力标准值：锚杆极限抗拔承载力应符合下式要求： （4.24）式中: Rk锚杆极限抗拔承载力标准值； Kt锚杆抗拔安全系数；安全等级为一级的基坑，Kt不应小于1.8。锚杆自由段长度计算： (4.25)式中：lf锚杆自由段长度（m）； 锚杆的倾角（）； a1锚杆的锚头中点至基坑底面的距离（m）； a2基坑底面至挡土构件嵌固段上基坑外侧主动土压力强度与基坑内侧被动土压力强度等值点O的距离（m）；对于多层土地层，当存在在多个等值点时应按其中最深处的等值点计算； d挡土构件的水平尺寸（m）； O点以上各土层按厚度加权的内摩擦角平均值（）；图4.13 锚杆自由段计算简图则锚杆自由段长度计算：，d=0.6m，锚杆自由段长度除满足上式要求，同时不宜小于5m并应超过潜在滑裂面1.5m。故取锚杆自由段长度lf1=6.8m。3）锚杆锚固段长度计算公式： (4.26)式中:Rk锚杆轴向受拉承载力设计值； d锚杆锚固体直径； qski土体与锚固体的极限摩阻力标准值； li第i层土中锚固体长度。假定锚固段初始长度为一个大值，如25m，再采用二分法原理快速逼近真解。计算出的锚固段长度为13.4m。按土层分段验算锚固长度所提供的锚固力如下：锚杆锚固段分别分布在粉质粘土、花岗岩强风化带、花岗岩中等风化带中，锚固长度分别为10.5m、1.7m、1.2m。4）锚杆总长度计算公式：则锚杆总长度的计算：=6.8+13.4=20.2m。5）锚杆杆体计算公式锚杆杆体截面面积应满足下式要求： （4.27）式中:锚杆轴向拉力设计值， 钢绞线抗拉强度设计值；所以 所需锚索根数：根，取n1=6根。（2）第二三层锚索设计：第二层锚索位于冠梁顶下6.0m，入射角20；第三层锚索位于冠梁顶下8.5m，入射角20。锚杆水平拉力标准值：Fh2=416.10kN Fh3=464.07kN1）锚杆轴向受拉承载力标准值经过计算得到锚杆设计的轴向拉力标准值：锚杆极限抗拔承载力计算2）锚杆自由段长度计算经分析，第二层、三层锚杆锚头中点至基坑底部部距离分别为5.86m，3.36m，土体各土层厚度加权内摩擦角标准值。 则锚杆自由段长度锚杆自由段长度除满足上式要求，同时不宜小于5m并应超过潜在滑裂面1.5m。故取锚固段自由长度为=5.3m, =5.0m。假定锚固段初始长度为一个大值，如15m，再采用二分法原理快速逼近真解，计算出的锚固段长度为9.10m。按土层分段验算锚固长度所提供的锚固力如下：锚索锚固段分布在粉质粘土、花岗岩强风化带、花岗岩中等风化带中，锚固长度分别为5.0、1.7、2.5m。锚索锚固段全部分布在花岗岩中等风化带中，锚固长度为5.4m。4）锚杆总长度计算5）锚杆杆体计算公式索取锚索根数：根，取n2=6根；根，取n3=6根。4.2.6 腰梁、冠梁设计本单元共有三层锚杆，选择锚杆水平拉力标准（设计）值最大的一层进行计算。由上述可知，最大锚杆水平拉力标准值为464.07kN。（1）腰梁设计对于跨数超过5跨的结构，可按5跨进行计算，本计算取6跨进行计算。使用结构力学求解器进行计算，均布力近似取235kN/m。图4.14力分布图图4.15弯矩分布图图4.16剪力分布图由上图可知，最大弯矩为99.42kNm，最大剪力为284.71kN。（2）腰梁配筋计算腰梁尺寸选择400350mm，混凝土等级C35，纵筋为HRB400级钢筋，箍筋为HPB300级钢筋。1）箍筋计算c=20mm，s=40mm，则hw=h0=h-s=360mm，hw/b=360/350=1.034,故按下式验算。（其中c=1.0）截面尺寸满足要求。箍筋计算：，故需按计算配置箍筋。查表可知，箍筋直径不易小于6mm，最大间距不得大于300mm，选用双肢10箍筋，Asv=157mm2，则：取s=100mm，相应的箍筋配筋率为，满足要求。2）纵筋计算，满足适筋梁条件。钢筋截面积由计算面积As=818.3mm2，查表，选择320，实配钢筋面积As=942mm2，采用一排布置。，满足最小配筋要求。（2）冠梁设计冠梁的设计以构造要求为主，为钢筋混凝土现浇梁。冠梁高600mm，宽800mm，主筋828左右均匀分布，箍筋6200沿梁均匀分布。4.2.7 稳定性验算采用圆弧滑动条分法时，其整体稳定性应符合下列规定： （4.28）式中： Ks圆弧滑动整体稳定安全系数；安全等级为一级、二级、三级的锚拉式支挡结构， Ks分别不应小于1.35、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、jj 第j土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()，按相关规范规定取值； bj第j土条的宽度(m)； j第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角()； lj第j土条的滑弧段长度(m)，取ljbj/cosj； 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；uj第j土条在滑弧面上的孔隙水压力(kPa)；基坑采用落底式截水帷幕时对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取ujwhwa，j，在基坑内侧，可取ujwhwp，j；在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取uj0；w地下水重度(kN/m3)；hwa，j基坑外地下水位至第j土条滑弧面中点的垂直距离(m)；hwp，j基坑内地下水位至第j土条滑弧面中点的垂直距离 (m)；Rk，k第k层锚杆对圆弧滑动体的极限拉力值(kN)；应取锚杆在滑动面以外的锚固体极限抗拔承载力标准值与锚杆杆体受拉承载力标准值（fptkAp或fykAs）的较小值；锚固体的极限抗拔承载力应按规程的规定计算，但锚固段应取滑动面以外的长度； k第k层锚杆的倾角()；sx，k第k层锚杆的水平间距(m)； v计算系数；可按v0.5sin（kk）tanj取值,此处，j为第k层锚杆与滑弧交点处土的内摩擦角。计算数据如下表：表4.5整体稳定性计算数据表分条号ijsinjcosjbjcjljUjljqjbjcjljG11851.00 0.09 1.528 17.1 030478 91.4 1069.70.94 0.35 1.528 4.3 030121 201.2 950.80.77 0.63 1.528 2.4 03066 264.4 843.40.69 0.73 1.50 2.1 79300320.5 736.80.60 0.80 1.50 1.9 89.6300363.9 630.80.51 0.86 1.50 1.7 101.6300398.6 5250.42 0.91 1.50 1.7 109.6300426.0 419.60.34 0.94 1.50 1.6 115.7300447.4 314.20.25 0.97 1.50 1.5 120.3300463.0 29.10.16 0.99 1.50 1.5 123.4300473.8 140.07 1.00 1.50 1.5 35.5300121.9 010.02 1.00 1.50 1.5 35.9300123.3 -16.10.11 0.99 1.50 1.5 34.9300119.8 -211.30.20 0.98 1.50 1.5 32.6300112.0 -316.50.28 0.96 1.50 1.6 28.930099.1 -421.80.37 0.93 1.50 1.6 23.730081.2 -527.40.46 0.89 1.50 1.7 16.930057.3 -633.30.55 0.84 1.50 1.8 8.430026.5 -737.10.60 0.80 0.330 0.4 1.36.600.9 ujlj（qjbj+G)cosjcjlj+(qjbj+G)cosj-ujlj*tanj vcos(k+k）Rkkcos(k+k）+v/sx,k(qjbj+G)sinj010.7 481.8 0.190.24231.4 120.9 080.4 151.4 0.180.38297.6 216.8 0186.2 137.2 0.350.52515.6 228.1 222.9 254.7 110.1 240.7 225.9 315.5 172.7 235.8 228.0 368.2 229.0 219.4 229.4 413.3 278.3 192.6 230.4 449.8 318.6 160.1 231.0 478.0 350.2 120.9 231.5 497.5 372.1 79.6 53.4 151.5 117.8 10.6 53.9 153.3 119.3 2.7 52.6 149.0 115.6 15.9 49.9 139.3 107.3 27.8 45.2 123.8 94.3 36.7 38.3 103.2 78.0 41.3 28.5 77.5 58.7 40.1 15.1 47.2 38.5 31.0 0.5 6.0 6.6 4.5 求和3337 1045 2026 图4.17整体稳定性计算图条分法中的土条宽度: 1.5m圆弧半径(m) R = 17.0整体稳定安全系数 满足要求。4.3 BC设计单元基坑支护设计计算本单元定位为一级基坑，采用桩锚支护。从地质勘察资料中分析可以看出本单元最危险截面为钻孔6截面，所以以钻孔6截面计算安全性即可满足要求。基坑开挖深度14.65m,设计桩长为17.65m，嵌固深度3m，桩端插入强风化花岗岩约3.85m。采用钻孔灌注桩加三层锚杆支撑支护方案，钻孔灌注桩直径600mm，间距1000mm，柱顶标高为50.75m，锚杆距地面距离分别是3.0m、5.5m、8.0、10.5m，水平间距1.5m。地下水位埋深地面下3.3m。在灌注桩外增设高压旋喷桩，形成止水帷幕，桩径1.2m，间距0.8m，桩长14.5m，入岩深度约2米。计算时考虑地面超载q=20kPa。4.3.1本单元地质条件场地地质条件和计算参数见表4.6。地下水位标高为47.45m表4.6地质力学参数表土层层底深度（m）层厚（m）重度（kN/m3）()C(kPa)KaKp与锚固段摩阻力kPa杂填土3.53.518.52000.492.0435中砂6.32.820.02500.412.46120粉质粘土8.01.719.820.928.00.472.1185粗砂12.34.321.526.300.392.58200花岗岩强风化带13.81.522.04000.224.60250花岗岩中等风化带19未钻透23.05000.137.55350图4.18施工简图4.3.2 土压力计算计算模型： 图4.2 土压力计算模型主动土压力计算：地表处土压力：杂填土底部：中砂顶部：中砂底部：粉质粘土顶部： 粉质粘土底部： 粗砂顶部：粗砂底部：强风化岩顶部：强风化岩底部：中等风化岩顶部：基坑底部：（2）土反力计算1）计算宽度：排桩嵌固段上的土反力(ps)和初始土反力(pso)的计算宽度按下式取值