基坑支护设计土木工程毕业论文g.doc

目 录 自己修改 前前 言言 1 第一章第一章 工程概况工程概况 2 第一节 工程概述 2 第二节 工程地质条件 3 一 气象概况 3 二 地形地貌 3 三 工程地质 3 第三节 水文地质条件 4 一 地下水类型 4 二 地下水的腐蚀性评价 5 第四节 抗震设计 5 第五节 护坡设计参数 5 第二章第二章 基坑支护结构设计基坑支护结构设计 7 第一节 施工方法的论证 7 第二节 围护结构型式的选择 7 一 基坑等级及变形控制标准 7 二 基坑围护结构方案比选 7 三 钢支撑和锚索施工比较 8 第三节 基坑支护中荷载的计算 9 一 荷载与组合 9 二 水平荷载标准值 9 三 水平抗力标准值 10 第四节 护坡桩设计 11 一 嵌固深度计算 11 二 钢筋混凝土桩设计 17 三 施工方案设计 20 第五节 锚杆设计 20 一 计算锚杆承载力 21 二 锚杆自由长度计算 22 三 锚杆锚固段长度计算 22 四 锚杆参数最终确定 22 第三章第三章 钻孔灌注桩施工钻孔灌注桩施工 24 一 泥浆护壁施工法 24 二 钻孔灌注桩常见施工问题 25 第四章第四章 基坑稳定性验算基坑稳定性验算 27 第一节 整稳定性验算 27 第二节 抗倾覆稳定性验算 27 第三节 抗滑移稳定性 28 第四节 坑底土隆起稳定性验算 28 结结 论论 30 致致 谢谢 31 参考文献参考文献 32 附图一一 拟建场地平面及桩的布置图 附图二 围护桩配筋图 附图 三 基坑坑壁剖面图 中国地质大学 北京 本科毕业设计 1 前前 言言 基坑工程是指建筑物和构筑物的地下结构部分施工时 所进行的基坑开挖 工程降水 和基坑支护 同时 对周围的建筑物 构筑物 道路和地下管线进行监测和维护 以确保 正常 安全施工的综合性工程 一般情况下 基坑支护是临时措施 地下室主体施工完成时支护体系即完成任务 与 永久性结构相比临时结构的安全储备要求可小一些 由于其安全储备较小 因此具有较大 的风险性 岩土工程区域性很强 岩土工程中的基坑工程区域性更强 如软粘土地基 软 土地基 砂土地基 黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很 大 同一城市不同区域也有差异 基坑工程的支护体系设计施工和土方开挖都要因地制宜 根据本地情况进行 基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质和水文地 质条件有关 还与基坑相邻建筑物 构筑物及市政地下管线的位置 抵御变形的能力 重 要性以及周围场地条件等有关 这就决定了基坑工程具有很强的个性 正是由于基坑工程具有很强的区域性和个性 因此根据不同的区域和个性特征 研究 相应的基坑稳定性 支护结构的内力及变形以及周围地层的位移对周围建筑物和地下管线 等的影响及保护的计算分析 以便采取经济 实用的基坑支护方案 就具有重要的理论意 义和实际效益 与分析 计算方法的进步相对应的是基坑开挖技术 特别是支护技术的日 臻完善 并出现了许多新的支护结构形式与稳定边坡的方法 本文结合北京市地铁八号线 01 标段 西三旗车站 地下结构挖方工程 根据基坑地质条 件和周围环境的特殊性 选择钢筋混凝土灌注桩加锚杆的基坑开挖围护方案 并对组合围 护结构体系进行了设计计算 依据 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 等规范 采用 整体等值梁法的计算方法计算桩长 支点内力 最大弯矩 对混凝土灌注桩进行结构设计 与验算 确定桩径 桩身配筋 对冠梁与腰梁进行结构设计 最终编制了基坑开挖围护设 计方案 本科毕业设计 2 第一章 工程概况 第一节 工程概述 工程名称 北京市地铁八号线 01 标段 西三旗车站 基坑开挖支护工程 工程照片见下 图 图 1 1 工程实际照片 工程概况 西三旗站是北京地铁 8 号线二期工程第三座车站 位于西三旗路和西三旗 东路十字路口处 在西三旗东路下南北向布置 为 8 号线首批开工车站 车站所处十字路口东北角有北新家园 新康园小区 建材城西里小区和新材医院 东 南角为北新建材集团 规划为商业用地 西北角为中国石油天然气集团直属机关党校 新 龙批发市场 西南角有育新花园小区 首师大附属育新学校 西三旗路交通繁忙 路下管线复杂 道路规划红线宽 45m 主路宽 16m 双向 4 车道 路口西侧局部段双向 6 车道 目前已经实现规划 西三旗东路规划红线宽 40m 路口北段 现状道路宽 10m 路口南段现状道路宽 4m 未实现规划 第二节 工程地质条件 一 气象概况 北京地区属于温暖带大陆性半湿润 半干旱季风气候 受季风影响形成春季干旱多风 夏季炎热多雨 秋季秋高气爽 冬季寒冷干燥 四季分明的气候特点 近几年平均气温为 12 5 13 7 极端最高气温 42 2 极端最低气温 15 全市多年平均降水量为 626mm 降水量的年变化大 年内分配也不均 汛期 6 8 月 降水量约占全年降水量的 80 以上 旱涝的周期性变化较明显 二 地形地貌 本合同段线路位于永定河冲积扇的中下部 土层以新沉积层 第四纪冲洪积沉积土层 为主 拟建工程所处地势基本平缓 地面以市政道路为主 路面平坦 地面标高为 37 40m 三 工程地质 施工场地范围内的土层主要有人工填土层 新近沉积层 一般第四纪冲洪积沉积层 车站主要位于粉土和粘土层 底板位于粉质粘土层 中国地质大学 北京 本科毕业设计 3 钻孔孔口地面高程介于 3 40m 5 05m 平均 3 71m 场地照片如下图 1 2 图 1 2 场地照片 根据野外钻探资料 拟建场地从上至下分布的地土层为 1 人工填土层 粉质粘土素填土 层 黄褐色 稍湿 稍密 以粉质粘土为主 含少量碎砖屑 植物 根等 结构松散 无层理 粉土素填土 2 层 黄褐色 稍湿 稍密 以粉土为主 含少量碎砖屑 植物根等 结构松散 无层理 建筑垃圾杂填土 6 层 杂色 稍湿 稍密 中密 以碎石块 水泥块为主 砂 石 及粘性土充填 新近沉积层 粉质粘土 层 黄褐色 软塑 可塑 含氧化铁 氧化锰 土质结构差 无层理 粉土 2 层 黄褐色 稍湿 湿 稍密 含氧化铁 氧化锰 土质结构差 无层理 2 一般第四纪冲洪积沉积层 粉质粘土 层 黄褐 褐黄色 可塑 含氧化铁 云母 粉土 2 层 黄褐 褐黄色 稍湿 湿 稍密 中密 含氧化铁 氧化锰等 云母 钙质结核等 粉质粘土 层 灰黄 褐灰色 可塑 含氧化铁 云母 少量有机质等 粉土 2 层 灰黄 褐灰色 稍湿 饱和 含氧化铁 云母 少量有机质等 细砂 4 层 灰黄 褐灰色 湿 饱和 主要矿物成分是石英 长石 云母 粉质粘土 层 褐黄色 可塑 含氧化铁 云母等 粉土 2 层 褐黄色 湿 饱和 中密 密实 含氧化铁 云母等 粉砂 3 层 褐黄色 湿 饱和 中密 主要矿物成分是石英 长石 云母 细砂 4 层 褐黄色 湿 饱和 密实 主要矿物成分是石英 长石 云母 粉质粘土 层 黄灰 褐灰色 可塑 含氧化铁 氧化锰等 粉砂 3 层 灰褐 黄褐色 饱和 密实 主要矿物成分是石英 长石 云母 粉质粘土 层 灰黄 褐黄色 可塑 含氧化铁 云母等 粘土 1 层 灰黄 褐黄色 可塑 含氧化铁 云母等 粉土 2 层 灰黄 褐黄色 湿 饱和 密实 含氧化铁 云母等 细砂 4 层 灰黄 褐黄色 密实 主要矿物成分是石英 长石 云母 粉质粘土 层 褐灰色 可塑 含氧化铁 云母 少量有机质等 粘土 1 层 灰褐 褐灰色 可塑 含氧化铁 云母 少量有机质等 粉土 2 层 褐黄色 饱和 密实 含氧化铁 云母 粉砂 3 层 褐黄色 饱和 密实 主要矿物成分为石英 长石 云母 中砂 5 层 褐黄色 饱和 密实 主要矿物成分为石英 长石 云母 含少量圆砾 粗砂 6 层 褐黄色 饱和 密实 主要矿物成分为石英 长石 云母 圆砾 8 层 杂色 饱和 密实 一般粒径 2 3mm 最大粒径 2cm 圆砾含量约 60 含少量卵石 主要母岩成分为岩砂 砾岩 中粗砂充填 卵石 9 层 杂色 饱和 密实 一般粒径 2 3cm 最大粒径 5cm 卵石含量约 60 主要母岩成分为砂岩 砾岩 中粗砂充填 粉质粘土 层 褐黄色 可塑 含氧化铁 云母 钙质结核 粘土 1 层 褐黄色 可塑 硬塑 含氧化铁 云母 钙质结核 粉土 2 层 褐黄色 湿 饱和 密实 含氧化铁 云母等 细砂 4 层 褐黄色 湿 饱和 密实 主要矿物成分为石英 长石 云母 粉砂 3 层 褐黄色 饱和 密实 主要矿物成分为石英 长石 云母 粉质粘土 层 褐灰 褐黄色 可塑 含氧化铁 钙质结核 粘土 1 层 褐灰 褐黄色 可塑 硬塑 含氧化铁 钙质结核 粉土 2 层 褐灰 褐黄色 饱和 密实 含氧化铁 云母 钙质结核 中国地质大学 北京 本科毕业设计 4 中砂 5 层 褐黄色 饱和 密实 主要矿物成分为石英 长石 云母 粉质粘土 层 褐灰 褐黄色 可塑 含氧化铁 云母 钙质结核 见少量螺壳 粘土 1 层 褐灰 褐黄色 可塑 硬塑 含氧化铁 云母 钙质结核 少量有机质 粉土 2 层 黄褐 褐灰色 饱和 密实 含氧化铁 云母 少量有机质 细砂 4 层 褐黄色 饱和 密实 主要矿物成分为石英 长石 云母 中砂 5 层 褐黄色 饱和 密实 主要矿物成分为石英 长石 云母 卵石 9 层 杂色 饱和 密实 亚圆形 最大粒径 5cm 一般粒径 2 3cm 主要母 岩成分为岩砂 砾岩 中粗砂充填 粘土 1 层 褐黄色 可塑 硬塑 含氧化铁 云母 车站主要位于粉土和粘土层 底板处于粘土层 第三节 水文地质条件 一 地下水类型 拟建场地下 38m 深度范围内主要揭露了 3 层地下水 第一层为台地潜水 第二层为层 间水 第三层为潜水 承压水 第一层 台地潜水 初见水位埋深 2 6 7 9m 绝对标高 36 77 41 47m 静止水位埋 深 2 6 7 7m 绝对标高 36 97 41 47m 地下水的主要补给来源是大气降水入渗 地下管 道渗水及居民生活用水 主要排泄方式为侧向迳流及向下越流补给 该层水在场地北侧较 连续分布 在场地南侧仅部分地段有分布 第二层水 层间水 主要含水层为粉土 2 粉砂 3 细砂 4 初见水位埋深 9 2 11 6m 绝对标高 32 60 34 86m 静止水位埋深 8 2 11 2m 绝对标高 32 90 34 81m 地下水主要接受侧向径流及越流补给 以侧向径流的方式排泄 该层水在整个场地范围内 连续分布 第三层水 潜水 承压水 主要含水层为中砂 5 初见水位埋深 24 8 26 5m 绝对 标高 17 63 19 30m 静止水位埋深 23 5 25 2m 绝对标高 18 71 20 60m 该层水具有 微承压性 在整个场地范围内连续分布 由于位于基坑开挖深度以下 对基础施工影响不 大 二 地下水的腐蚀性评价 本次勘察在 XSQC02 Z3 XSQ 011 Z3 XSQ 019 钻孔中共采取地下水试样 6 组 在室内对其做了腐蚀性测试 根据其测试结果 依据 岩土工程勘察规范 GB 50021 2001 第 12 2 条及 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 铁建设 2005 157 号 3 3 条有关条款 判定地下水对基础材料的腐蚀性见下表 表 1 1 地下水的腐蚀性评价 对建筑材料的腐蚀性孔号取水 深度 m 取水 日期 砼钢筋砼中钢筋 干湿交替 钢筋砼中钢筋 长期浸水 钢结构 XSQC026 307 5 19 弱腐蚀性 弱腐蚀性 XSQC029 107 5 19 弱腐蚀性 弱腐蚀性 XSQC0225 007 5 20 弱腐蚀性 弱腐蚀性 经综合分析判定 拟建场地地下水对砼结构不具腐蚀性 在长期浸水情况下对钢筋砼 结构中的钢筋不具腐蚀性 在干湿交替的情况下对钢筋砼结构中的钢筋具弱腐蚀性 对钢 结构具有弱腐蚀性 本次勘察并在 Z3 XSQ 003 Z3 XSQ 009 Z3 XSQ 020 取代表性土试样 4 组 中国地质大学 北京 本科毕业设计 5 做了土的腐蚀性测试 结果详见附件 土的浸出液分析报告 根据 岩土工程勘察规范 GB 50021 2001 第 12 2 条判定 场地土对砼及钢筋砼结构中的钢筋均不具腐蚀性 3 历年最高水位 拟建场地历年最高地下水位曾接近自然地面 绝对标高 44 00m 左右 近 3 5 年最高 地下水位绝对标高为 40 00m 左右 抗浮水位可按历年最高水位绝对标高 42 50m 进行设计 第四节 抗震设计 1 抗震设防烈度 根据 中国地震动参数区划图 GB16306 2001 和 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 附录 D 及 铁路工程抗震设计规范 GB50111 2006 综合考虑 拟 建场区的抗震设防烈度为 8 度 设计地震分组为第一组 设计基本地震加速度值为 0 20g 2 建筑场地分类 本次勘察在 XSQC02 Z3 XSQ 003 Z3 XSQ 009 和 Z3 XSQ 015 钻孔中分别 进行了全孔波速测试 经实测其 25m 深度范围内土层等效剪切波速值分别为 236 m s 231 86m s 233 27m s 和 228 26m s 根据 铁路工程抗震设计规范 GB50111 2006 第 4 0 1 条判定 场地土类型为中软土 场地类别为 类 3 液化判别 根据 铁路工程抗震设计规范 GB50111 2006 附录 B 进行判别 拟建场地地面下 20m 深度范围内的饱和粉土及砂土不液化 第五节 护坡设计参数 地面超载按 q 30kPa 考虑 基坑支护后剖面变形按 1 级控制 车站深度范围内土层主要参数如下表 表 1 2 土层参数表 重度粘聚力内摩擦角厚度 层号土类名称 kN m3 kPa 度 m 素填土20 18 0018 001 8 2粉土19 38 0024 002 6 2粉土20 010 0025 003 粉质粘土19 917 0022 002 3 2粉土20 26 0026 000 7 4细砂19 50 0035 002 4 粉质粘土20 521 0022 002 5 粉质粘土19 821 0023 009 3 注 基坑周边按强夯后考虑参数取值 中国地质大学 北京 本科毕业设计 6 第二章 基坑支护结构设计 第一节 施工方法的论证 目前国内地铁车站施工主要方法有明挖法 盖挖法 暗挖法 每种方法都有其适用条 件及优缺点 结合本车站现场选定站位实际情况 对以下三种方法进行多方面比较 具体 优缺点详见下表 表 2 1 车站常用施工方法比较表 项 目明挖法盖挖法暗挖法 对地面交通影响大 需中断交通较大 需短期占部分道路对交通无影响 对地下管线影响大 管线改移多部分管线需要改移不需改移管线 施工技术成熟成熟成熟 施工难度小较小大 工程质量好较好一般 防水质量好较好一般 地面沉降小小稍大 扰民程度大较大小 施工工期短较短长 土建造价低较高高 西三旗站所处站位 地下管线及道路有导改条件 通过地上 地下情况分析比较 车 站主体及附属皆采用明挖法施工 第二节 围护结构型式的选择 一 基坑等级及变形控制标准 本车站标准段基坑宽度 22 3 米 基坑深度约 18 3 米 基坑附近无特殊建构筑物需要防 护 根据基坑规模与周边环境条件及 北京地铁 8 号线二期工程技术要求 本明挖基坑 变形控制等级为一级 基坑变形控制标准为 地面最大沉降量 0 15 H 围护结构最大水平 位移 0 2 H 且 30mm 二 基坑围护结构方案比选 基坑围护结构形式和地下水的治理措施不仅是地下结构施工的需要 也是保证地面建 筑物和地下管线安全的关键环节 必须综合治理 统筹考虑方可达到预期目的 明挖法施工中围护结构的主要型式见下表 中国地质大学 北京 本科毕业设计 7 表 2 2 围护结构方案比较表 围护结构 型式 优 点缺 点经济性 放坡开挖 1 施工简单 不需要大型设备 2 施工进度快 风险小 3 材料用量和工程量小 造价低 4 土体位移小 采用信息化施工可确 保工程和施工安全 1 对地层土质条件要求较高 2 需要场地加大 基坑深度不 能过大 3 地下水位高时施工难度大 造价最低 钻孔咬合 桩 1 可根据基坑深度 调整桩径等参数 2 对地层地质条件 基坑深浅等条件 适应性好 3 结构刚度好 对地面沉降控制好 1 成孔需专门设备 2 施工工艺较复杂 造价适中 地下连续 墙 1 整体性好 稳定性强 可作为永久 性结构 2 漏水点少 渗漏易处理 3 刚度大 地面沉降小 1 需要专门的成槽设备 2 需要足够的施工场地 3 对城市环境污染大 造价相对 较高 钻孔桩 基坑外降 水 1 适用多种地层 施工进度可控制 2 可根据基坑深度调整设计参数 满 足强度和刚度要求 3 基坑外降水 地下水位低时优势明 显 1 对城市环境有一定影响 2 施工工艺较复杂 造价相对 较低 土钉墙 1 设备简单 操作方便 施工所需场 地小 施工干扰少 2 材料用量和工程量小 造价低 3 土体位移小 采用信息化施工可确 保工程和施工安全 1 应具有较好的工程及水文地 质条件 2 适用于深度小于 15m 的基坑 造价低 经比对及施工经验结合此工程环境得知采用钻孔灌注桩具有以下技术优点 1 施工时基本无噪音 无振动 无地面隆起或侧移 因此对环境和周边建筑物危害 小 2 大直径钻孔灌注桩直径大 入土深 3 对于桩穿透的图层可以在空中作原位测试 以检测土层的性质 4 扩底钻孔灌注桩能更好地发挥桩端承载力 5 经常设计成一柱一桩 无需桩顶承台 简化了基础结构形式 6 钻孔灌注桩通常布桩间距大 群桩效应小 7 施工设备简单轻便 能在较低的净空条件下设桩 8 钻孔灌注桩在施工中 影响成桩质量的因素较多 质量不够稳定 有时候会发生 缩径 桩身局部夹泥等现象 桩侧阻力和桩端阻力的发挥会随着工艺而变化 且又在较大 程度上受施工操作影响 三 钢支撑和锚索施工比较 一 施工工艺 支撑和锚索的施工工艺都比较成熟 在深基坑支护中 挖掘机操作需避 让支撑 而锚索不需要 但锚索需要一定的地下空间 这对于市政工程是一的非常的局限 条件 并不在任何地方都可以用锚索支护 待基坑施工至基底开始施工结构时 需要向基 坑内运输工程材料 在调装的过程中 支撑有着很大的限制与不便 支撑安装工人需要经 过专业的培训才可以上岗 危险系数较大 二 施工工期 支撑施工时土方将不能同时进行开挖 而锚索在到达设计标高以后 可以多台同时作业 这期间土方还可以继续施工 不影响工程进度 但浆液龄期需要大概 4 天的时间 土方开挖需要给张拉留出工作面 中国地质大学 北京 本科毕业设计 8 三 体系效果 从监控量测的数值反映和对比 两种支护体系效果均比较理想 桩体 的侧向位移都在 3cm 以内 经过比较并根据已对该工程地质条件 基坑开挖深度及周边环境的特点的分析 选择 基坑支护方案时充分考虑影响边坡稳定性安全的不利因素 同时兼顾经济 高效的原则 该工程基坑支护方案拟采用钻孔灌注桩加锚杆结合支护 第三节 基坑支护中荷载的计算 一 荷载与组合 结构自重 钢筋混凝土自重按 25kN m3计 水土侧压力 砂 卵石层水土分算 粘性土层水土合算 施工期间按朗肯公式计算其 主动土压力 施工荷载 按计 0 30kPa 二 水平荷载标准值 一 砂土的水平荷载标准值 对砂土计算点位于地下水位以上时按式下式计算 2 1 avaaiii pKz K 2 2 20 a tan 45 2 i i K 式中 第i层的主动土压力系数 ai K 作用于深度处的竖向应力标准值 kPa v i z 计算点深度 m i z 第i层土的内摩擦角 0 i 二 粉土水平荷载标准值 对于粉土及粘性土 水平荷载标准值按下式计算 2 3 aiaa 2 iiii prz KcK 第i层的主动土压力系数 ai K 计算点深度 m i z 三轴试验当有可靠经验时可采用直接剪切试验确定的第层土固结不排水不 i c 快 剪粘聚力标准值 kPa 式中按式 2 2 计算 ai K 三 工程中土层水平荷载标准值 求土层加权的值按下式计算 中国地质大学 北京 本科毕业设计 9 1 82 632 30 7 2 42 53 18 3 0 457 24 5 1824252226 352223 tgtgtgtgtgtg tgtgtg 得 由式2 2计算得主动土压力系数得 0 22 a a 24 5 tan45tan450 41 22 oo K 三轴试验聚力标准值如下表 2 3 ik c 表 2 3 Cik三轴试验聚力标准值 土层 素填 土 2 粉土 2 粉土 粉质粘 土 2 粉土 4 细砂 粉质粘 土 粉质粘土 ik c881017602121 加权 c 8 1 88 2 6 10 3 17 2 36 0 721 11 8 24 614 5 综上按式 2 3 计算得出水平荷载标准值计算结果下表 2 4 表 2 4 水平荷载标准值 土层 素填 土 2 粉土 2 粉土 粉质粘 土 2 粉土 4 细砂 粉质粘 土 粉质粘土 m j z 1 84 47 49 710 412 815 318 3 ai K0 41 ik c14 5 kPa a k j 3 917 341 760 566 285 7106 1130 5 三 水平抗力标准值 根据 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 基坑内侧水平抗力标准值按下列 pjk e 方法计算 粉土及粘性土基坑内侧水平抗力标准值宜按下式计算 2 4 p kp kpkp 2 jjiii eKcK 式中 作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值 kPa p k j 第 i 层土的被动土压力系数 pi K 第 i 层土的被动土压力系数应按下式计算 2 5 2o k p tan45 2 i i K 式中 为第 i 层土的内摩擦角 0 k i 由于降水效果良好 地下水位位于支护结构以下 基本为无水施工 对于砂土 碎石 及粉土 粘性土基坑内侧抗力标准值可统一按下式计算 中国地质大学 北京 本科毕业设计 10 2 6 p kp kpkp 2 jjiii eKcK 式中参数意义同式 2 4 计算结果见下表 2 9 表 2 9 基坑内侧抗力标准值 土层 m j z pi K kPa k i c kPa p k j 粉质粘土 6 32 2821125 2 第四节 护坡桩设计 一 嵌固深度计算 多层锚杆整体等值梁的计算方法是 把基坑下桩的弯矩零点与桩顶之间的桩当作多跨 连续梁 锚杆位置当作连续梁的支点 采用力矩分配法计算支点反力 用整体等值梁法计 算嵌固深度 计算过程如下 0 h 1 主动土压力系数 2 a a tan450 41 2 o K 2 被动土压力系数 被动土压力系数按下式计算 2 7 2 p p cos cos sin sin K 基坑下土的内磨擦角的加权平均值 o p 23 桩土间的摩擦角之间 由于是砂土为主 所以取 12 33 o 2 15 3 3 所以 2 p p pp cos 3 525 cos sin sin K 3 土压力为零 近似零弯点 距坑底的距离 土压力为零 近似零弯点 距坑底的距离按下式计算 2 8 qa pa ee y K K 中国地质大学 北京 本科毕业设计 11 式中 均布附加荷载为产生的水平荷载 均布附加荷载为 30kPa q e 土的天然重度的加权平均值 3 19 87kN m qa 30 0 41 12 3kPaeq K a 19 87 0 41 18 3 2 14 5 0 41 130 5kPae 将参数代入式 3 19 得出土压力零点 如下 qa pa 12 3 130 5 2 3m 19 873 5250 41 ee y K K 4 用弯矩分配法计算支点反力 现将基坑支护图画作一连续梁 其荷载为土压力及地面荷载 土压力为零点经计算离 坑底为 2 3m 近似看作为弯距为零处 F 点看作为一地下支点无弯距 如下图 2 1 所示 m q 30kN A B C D E F e 142 8 图 2 1 基坑支护简图 将基坑支护图画成为一连续梁 契合在为土压力及地面荷载 见图 2 2 所示 kN m BC D E FA1 图 2 2 整体等值梁计算简图 中国地质大学 北京 本科毕业设计 12 A 点超荷压力为 由得 a0a 30 0 4112 3kPaqqK aiaa 2 iiii prz KcK 0 77 i z 1 0 773 23ABAB 由上得 B C D E F 土压力为 b 26 3kPa q cde 71 1kPa 107 8kPa 142 8kPa qqq f 0kPa q 5 分段计算固端弯距 1 AB 段弯矩计算 AB 段弯距 简化为悬臂梁 如下图 2 3 所示 A1 B 图 2 3 桩 AB 段计算简图 A 端弯距为零 A 0 M B 端弯距计算公式 BA 3 233 23 26 3 45 7kN m 23 M 2 BC 段弯矩计算 梁 BC 段按一端固定一端简支计算 B 支点荷载 26 3kN C 支点荷载 1 q 71 1kN 如下图 2 4 所示 2 q B C q1 q2 图 2 4 桩 BC 段计算简图 由公式得 2 12 C 7 8l 189 79kN m 120 qq M BA CBC 166 94kN m 2 M MM 3 CD 段弯矩计算 梁 CD 段如图 2 5 所示 中国地质大学 北京 本科毕业设计 13 C D q1 q2 图 2 5 桩 CD 段计算简图 两端均为固端 其计算公式为 22 22 12 CD 107 8 71 171 1 144 75kN m 12301230 4 54 5 M qq ll 22 22 12 DC 107 8 71 171 1 157 14kN m 12201220 4 54 5 M qq ll 4 DEF 段弯矩计算 梁 DEF 段如图 2 6 所示 q3 q2 q1 kN m l a b 6 6 DFE 图 2 6 桩 DF 段计算简图 F 点为弯矩零点 107 8kN 142 8 107 8 35kN 1 q 2 q 142 8kN 按一端固定一端简支计算公式 3 q 22 22 12 DF 2 2 3 q aq aaa12a 289 8l24l5l q3b 1 65l 453 0669 26 116 73 639 05kN m M b 5 弯距分配 计算固端弯距不平衡 需用弯距分配法来平衡支点 C D 的弯距 分配系数 C 点 中国地质大学 北京 本科毕业设计 14 CB CD 1 3 5 5 0 38 11 34 5 54 5 1 4 4 5 0 62 11 34 5 54 5 CB CBCD CD CBCD S SS S SS 校核 1 CBCD D 点 DC DE 1 4 4 5 0 66 11 43 4 56 6 1 3 6 6 0 34 11 43 4 56 6 DC DCDE DE DCDE S SS S SS 通过弯距分配 得出支点的弯矩如下表 2 10 表 2 10 弯距分配 通过弯矩分配 得出各支点的弯矩为 45 7kN m 98 08kN m 456 1kN m 0 B C D F M M M M 6 求各支点反力 杆件 B C D F 分配系数0 380 62 0 660 34 弯矩 45 7 45 7 166 94 144 75 157 14 639 05 分配力矩 传递力矩 8 43 60 43 13 76 318 06 159 03 6 88 98 6 4 54 49 3 32 54 163 85 2 34 16 76 杆端 45 7 45 7 98 08 98 08 456 1 456 1 中国地质大学 北京 本科毕业设计 15 B C DFE CD Mc AB MB MB MC MD MD RB RB RC RCRDRDRF ab cd 图 2 7 支点反力计算简图 如图 2 7 a AB 段 先求 B R 1 B 3 232 26 33 2345 7 23 42 5kN 3 23 R 如图 2 7 b BC 段 11 B 5 55 51 26 3 5 571 1 26 35 545 798 08 223 103 87kN 5 5 R 111 BBB 42 5 103 87146 37kN RRR 1 C 5 55 52 26 3 5 571 1 26 35 545 798 08 223 163 98kN 5 5 R 如图 2 7 c CD 段 11 C 4 54 51 71 1 4 5107 871 14 598 08456 1 223 107 94kN 4 5 R 111 CCC 163 98 107 94271 92kN RRR 1 D 4 54 52 71 1 4 5107 871 14 598 08456 1 223 294 585kN 4 5 R 如图 2 7 d DF 段 1 D 4 34 3112 107 8 4 32 3142 8 107 84 32 32 3 142 82 3456 1 22323 6 6 2062 753280 9333251 804456 1 462 4kN 6 6 R 111 DDD 294 585462 4756 985kN RRR 中国地质大学 北京 本科毕业设计 16 F 4 34 3211 107 8 4 3142 8 107 84 32 3 142 82 34 3456 1 22323 6 6 996 611 323 575 832 048456 1 257kN 6 6 R 各支点反力为 BCDF 146 37kN 271 92kN 756 985kN 257kN RRRR 7 反力核算 土压力及地面荷载共计为 17 532 3 142 8142 81415 86kPa 22 支点反力 BCDF 146 37271 92756 9852571432 275kPaRRRRR 土压力及地面荷载的合力与支点反力的合力之间的差值在允许范围内 满足要求 8 插入深度计算 插入深度按下式计算 2 9 F pa 66 257 4 99m 19 873 5250 41 R x KK x y ho 7 29m 对于均质粘性土及地下水位以上的粉土或砂类土有效嵌固深度可按下式确定 d h 2 10 d0 1 1hh 代入参数计算得 d0 1 11 1 7 298mhh 满足规范 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 要求 二 钢筋混凝土桩设计 桩身最大弯矩计算 kN m BC D E FA1 图 2 8 力学计算简图 剪力为零处弯矩最大 故先求剪力为零点 中国地质大学 北京 本科毕业设计 17 桩所受土体均布荷载斜率 142 8 8 146 17 53 k 1 剪力零点在 BC 段 设剪力零点距 A 点 h 2 2 8 146 8 146 0 146 37 2 35 937 6m FKhh h Y h h 代入 解得 此处弯矩 11 8 146 6 66 146 3763 23112 2KN m 23 xM 2 剪力零点在 CD 段 设剪力零点距 A 点 h 2 2 8 146 8 146 0 146 37271 92 2 102 7 10 13m FKhh h Y h h 代入 解得 此处弯矩 11 8 146 10 13 10 1310 13 146 37 6 9 23 271 92 1 420 67kN m xM 3 剪力零点在 DE 段 设剪力零点距 A 点 h 2 2 8 146 8 146 0 146 37271 92756 985 2 288 55 17m FKhh h Y h h 代入 解得 中国地质大学 北京 本科毕业设计 18 此处弯矩 11 8 146 17 1717 146 37 13 77 23 271 92 8 27756 989 3 77447 93kN m xM 所以取下面进行钢筋混凝土桩的设计 max 456 1MkN m 截面弯矩设计值为 2 11 max0j 25 1 MM 式中为基坑侧壁安全等级重要性系数 查表取 1 0 0 代入数据 有 j 1 25 1 0 456 1627 1kN mM 依据 地下建筑结构设计 P155 周边均匀配置纵向钢筋挡土灌注桩一般按钢筋混凝土正截面受弯构件计算配筋 对于 沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土受弯构件 当截面内纵向钢筋数量不少于 6 根时 截面抗弯承载力可按下式计算 33 sinsin2 sin 3 t cys s Mf rf A r 为简化计算取 2 12 2 1 0 751 0 750 50 625 ysysys ccc f Af Af A f Af Af A 2 13 225 1 t 式中 单桩抗弯承载力 M kN m 混凝土轴心抗压强度设计值 c f2 N mm 土灌注桩横截面积 A 2 mm 圆形截面半径 r mm 钢筋抗拉强度设计值 y f 2 N mm 全部纵向钢筋的截面积 s A2 mm 纵向钢筋所在圆周的半径 s r mm 对应于受压区混凝土截面面积的圆心角与的比值 2 纵向受拉钢筋截面积与全部纵向钢筋截面积的比值 挡 t 根据钻孔机械 桩身直径为 D800mm 采用 C30 混凝土 HRB335 级钢筋 则 混凝土轴心抗压强度 2 c mmN 3 14 f 钢筋抗拉强度设计值 2 yy mmN300 ff 2 t mmN43 1 f 代入公式得 0 334 0 58 t 再将值代入式 2 21 求出单桩抗弯承载力 M max 627 14 1 6 1003 4 kN m M 中国地质大学 北京 本科毕业设计 19 1078 1003 4kN mM 故配筋成功 最终配筋参数见表 2 11 表 2 11 围护桩身配筋参数表 桩主筋加强筋箍 筋桩身材料 18 28 18 2000 14 150 C30 砼 冠梁截面主筋箍筋冠梁 参数2 800 800 mm 10 25 6 22 200 围护桩身配筋断面见图 2 9 所示 图 2 9 围护桩身配筋断面图 注 桩主筋 箍筋 加强筋 根据基坑开挖尺寸 护坡桩应该为 根 取为 347 根 考虑 32 7 2211 7 27 4 22 8 222 3 2 346 1 1 6 n 四周边角以及中段拐角处加密 增加 14 根 故总共护坡桩为 361 根 支护桩平面布置见附 图一 三 施工方案设计 本工程基坑开挖深度为 18 3m 整体采用护坡桩加三道锚杆护坡 护坡桩桩长 26 3m 其中嵌固段 8m 桩间距 1600mm 桩径 800mm 成孔后下入钢筋笼 桩身钢筋深入连梁 400mm 桩身强度 C30 冠梁作法为 桩顶之上做冠梁 冠梁尺寸 800mm 800mm 强度 C25 配筋两侧各配 5 25HRB335 级热轧螺纹钢筋 中间上下各加配 3 22HRB335 级热轧螺纹钢筋 箍筋 12 200 桩 冠梁的结构配筋图见附图三 第五节 锚杆设计 根据经验 初步选择水泥砂浆锚杆 根据锚杆所承受的水平力 以及锚杆的倾斜角即 可确定锚杆所受轴向力 而由锚杆的所承受的轴向力即可确定锚杆所采用的钢材 中国地质大学 北京 本科毕业设计 20 一 计算锚杆承载力 由第二章第三节的计算 以及假设 确定了护结构锚拉点的层数及置 以及每个锚拉 点的设计锚拉力 对于锚杆支护结构而言 这种设计支支撑力 当选定锚杆的安装角 d T d T 锚杆轴向与水平面的夹角 一般为俯角 后 即可以确定锚杆的轴向设计拉力值 u N 锚杆承载力应该符合下式要求 2 15 ducos TN 2 16 22 us k1s kk1 s 2 iijj Ndq ldq lcdd 式中 锚杆水平拉力值 按下式计算 d T d0c 1 25 jj TT 基坑安全等级系数 取 1 0 支点结构第 j 层支点设计值 kPa 由护坡桩部分可知 cj T c1B 146 37kPaTR c2C 271 92kPaTR c3D 756 985kPaTR 锚杆轴向受拉承载力设计值 kN u N 锚杆与水平面的倾斜角 取 150 扩孔锚固体直径 mm 1 d 非扩孔锚杆或扩孔锚杆的直径段锚固体直径 mm d 第 i 层土中直孔部分的锚固段长 m i l 第 i 层土中扩孔部分锚固段长度 m j l 土体与锚固段的极限摩阻力标准值 取 63 kPa s k i q s k j q 扩孔部分土体粘聚力标准值 kPa k c 锚杆轴向受拉抗力分项系数 取 1 3 s 参数带入 3 25 3 26 计算得 d10c1 1 251 25 1 146 37182 96kPaTT d20c2 1 251 25 1 271 92339 9kPaTT d30c3 1 251 25 1 756 985946 23kPaTT 以上述计算为依据进行锚杆截面设计 锚杆截面按下式计算 2 17 d p pycos T A f 将计算求得的参数代入式 2 20 求出截面积 2 d p1 py 182 96 1 02cm cos186 0 97 T A f 2 d p2 py 339 9 1 89cm cos186 0 97 T A f 2 d p3 py 979 6 5 45cm cos186 0 97 T A f 对于长度大 要求高承载力的锚杆 宜选用钢绞线作拉杆 选用 截面积 15 0 7 5 为A 1 76cm2 中国地质大学 北京 本科毕业设计 21 第一道锚杆 用1束 p1 1 1 02 0 58 1 76 A n A 15 0 7 5 第二道锚杆 用2束 p2 2 1 89 1 07 1 76 A n A 15 0 7 5 第二道锚杆 用4束 p2 2 5 45 3 09 1 76 A n A 15 0 7 5 二 锚杆自由长度计算 锚杆自由长度按下式计算 锚头中点至反弯点的距离 2 18 0 t f 0 sin 45 2 sin 45 2 k k l l t l 式中 t1 14 32 316 6ml t2 8 82 311 1ml t3 4 32 36 6ml 土层各土体厚度加权内摩擦角标准值 k 0 k 24 5 锚杆倾角 0 15 带入参数计算得 取5m f1 9 43ml f2 6 3ml f3 3 75ml 三 锚杆锚固段长度计算 锚杆锚固段长度按下式确定 2 19 u a s KN L dq 式中 锚体直径 d200mmd 土与锚固体的粘结值 查表 s q s 85kPaq 安全系数 查表取 K1 3K 100 ud1 cos15 182 96 cos15189 4kNNT 200 ud2 cos15 339 9 cos15351 9kNNT 300 ud3 cos15 946 23 cos15979 6kNNT 将参数带入式 2 19 计算得 a1 1 3 189 4 4 6m 0 2 85 L a2 1 3 351 9 8 6m 0 2 85 L a3 1 3 979 6 23 8m 0 2 85 L 四 锚杆参数最终确定 根据下述规定及计算结果确定最终参数 1 锚杆自由段长度不宜小于5m 2 土层锚固段长度不宜小于4m 3 锚杆水平间距不宜小于1 5m 4 锚杆倾角宜为150 250 且不宜大于450 中国地质大学 北京 本科毕业设计 22 锚杆参数见下表2 12 表2 12锚杆设计参数 锚杆水平间 距 m 纵向每延米 水平方向计 算锚固力 KN 锚杆与水平 线的夹角 O 锚杆钢筋面 积 cm2 锚杆自由段 长 m 锚杆锚固段长 m 1 6114 4151 59 44 6 1 6212 4151 56 38 6 1 6591 4151 5523 8 锚杆钢筋安 全系数 锚杆抗拉强 度 MPa 锚杆钻孔直 径 m 锚固长度安 全系数 锚撑道数锚杆选用 1 418600 21 31 1束 15 0 7 5 1 418600 21 31 2束 15 0 7 5 1 418600 21 31 4束 15 0 7 5 锚杆施工方案 锚杆位置位于 4m 9 5m 14m 锚杆孔径 150mm 锚杆水平间距 1600mm 下倾 角 15 度 锚固力分别为 114 4KN 根 212 4KN 根 591 4KN 根 详见设计图 锚杆成孔 后分别下入 1d15 7 5 2d15 7 5 4d15 7 5 低松弛型钢绞线 强度 1860N mm2 每 2m 设一对中支架 常压灌注 P O32 5MPa 普通硅酸盐纯水泥浆 水灰比 0 50 初凝后 4 8 小时补浆 1 2 次 强度 20Mpa 注浆 7 天后张拉锁定 锁定力为设计值的 60 在钢绞线加工过程中 放入一根塑料注浆管 距孔底 300 500mm 锚杆注浆过程 中 沿着该管注浆和补浆 不能取出 锚杆锁在两根 25B 工字钢上 锚杆外加一块 200mm 300mm 20mm 钢垫板 在桩间挂 20 22 铁丝网片 根据需要在网片中部加一根 6 5 加强筋 间距 1m 网片 与桩间土之间采用 U 型钢筋连接 在桩体上采用射钉或膨胀螺栓连接 喷射细石砼 面墙 厚度约 80mm 桩锚支护布置图见附图三 中国地质大学 北京 本科毕业设计 23 第三章 钻孔灌注桩施工 钻孔灌注桩的施工 因其所选护壁形成的不同 有泥浆护壁方式法和全套管施工 法两种 本基坑 选用泥浆护壁的方法 一 泥浆护壁施工法 冲击钻孔 冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法 该施工法的过程 是 平整场地 泥浆制备 埋设护筒 铺设工作平台 安装钻机并定位 钻进成孔 清孔并检查成孔质量 下放钢筋笼 灌注水下混凝土 拔出护筒 检查质量 施工顺序 1 施工准备 施工准备包括 选择钻机 钻具 场地布置等 钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备 可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选 择 2 钻孔机的安装与定位 安装钻孔机的基础如果不稳定 施工中易产生钻孔机倾斜 桩倾斜和桩偏心等不良 影响 因此要求安装地基稳固 对地层较软和有坡度的地基 可用推土机推平 在垫上 钢板或枕木加固 为防止桩位不准 施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机 对有钻塔 的钻孔机 先利用钻机的动力与附近的地笼配合 将钻杆移动大致定位 再用千斤顶将 机架顶起 准确定位 使起重滑轮 钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上 以 保证钻机的垂直度 钻机位置的偏差不大于2cm 对准桩位后 用枕木垫平钻机横梁 并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳 3 埋设护筒 钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌 当钻孔较深时 在地下水位以下的孔壁土在静水 压力下会向孔内坍塌 甚至发生流砂现象 钻孔内若能保持壁地下水位高的水头 增加 孔内静水压力 能为孔壁 防止坍孔 护筒除起到这个作用外 同时好有隔离地表水 保护孔口地面 固定桩孔位置和钻头导向作用等 制作护筒的材料有木 钢 钢筋混凝土三种 护筒要求坚固耐用 不漏水 其内径 应比钻孔直径大 旋转钻约大20cm 潜水钻 冲击或冲抓锥约大40cm 每节长度 约 2 3m 一般常用钢护筒 4 泥浆制备 钻孔泥浆由水 粘土 膨润土 和添加剂组成 具有浮悬钻渣 冷却钻头 润滑钻 具 增大静水压力 并在孔壁形成泥皮 隔断孔内外渗流 防止坍孔的作用 调制的钻 孔泥浆及经过循环净化的泥浆 应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度 泥浆稠度 应视地层变化或操作要求机动掌握 泥浆太稀 排渣能力小 护壁效果差 泥浆太稠会 削弱钻头冲击功能 降低钻进速度 5 钻孔 钻孔是一道关键工序 在施工中必须严格按照操作要求进行