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TJ01-072@河西石家庄地块基坑支护设计,毕业设计论文

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东南大学学士学位毕业设计 05104105 周亚丽 I 河西 石家庄 地块基坑支护 设计 摘 要 拟建工程 主体结构：建筑物下设有一层地下室，地下室垫层底标高为 -5.8m，局部机械停车车库垫层底标高为 -7.2m。拟采用预应力管桩基础。基坑面积约8004.38m2，基坑周长约为 470.71m。本基坑工程以自然地面为假定 0.00，所注标高皆相对于此标高，自然地面标高为 +6.2m。 结合本工程地质、环境、挖深等 诸多因素确定安全可靠的支护方案；为基坑土方开挖和地下室施工创造一个安全干燥的施工环境；考虑到邻近坑边有建筑和道路（下设有水、电、气等管线），为确保安全，以“变形 ”控制设 计。 本着“安全可靠、经济合理、技术可行、施工方便”原则， LMNO、 WXYZA1A段采用 SMW 支护桩 加 一层钢筋砼支撑作为支护结构； 其 余段采用三轴深层搅拌桩加自钻式土钉复合土钉墙作为支护结构；深浅坑分界处采用自然放坡处理，坡比1:1； 基坑外侧采用管井降低止水帷幕外侧水头，坑内采用管井降低地下水位。 设计之前先对复合土钉支护以及 SMW 工法两种较新的支护形式做了介绍 ，后分别对两种支护形式进行了具体手算和电算，列出了施工要求和监测方案，并绘制了平面图、剖面图、大样图。由于目前还没有一种电算软件考虑了复合 土钉中搅拌桩的作用，本设计中采用了另一种计算模式分析了整体稳定性。 关键词 ： 基坑开挖 SMW 工法 复合土钉 钢筋混凝土支撑 三轴深层搅拌桩 nts东南大学学士学位毕业设计 05104105 周亚丽 II The design for foundation pit of shijiazhuang block in hexi Abstract The proposed building includs a basement . the bottom elevation of the basement cushion is -5.8 meters,for some partial mechanical parking garage, the bottom elevation is -7.2 meters. Pre-stressed pipe pile foundations are to be adopted.The area of the foundation pit is approximately 8004.38 square meters, the perimeter of which 470.71 meters. This foundation pit project takes the natural ground as the hypothesis 0.00, which is relatively Note elevation of this elevation.The average level of the natural ground is +6.2 meters. Considering of the geologic environment, excavation depth of the foundation pit, to create an safe and dry surroundings for the earth work and basement, we carry out the design in control of displacement deformation, in order to keep the main traffic roads and buildings safe and to arrange pipelines of water, electricity and coal gas below the surface. According with fundamental technical standard, approaching safe reliability, the economical-reasonable and convenient construction and guaranteeing project time limit， we use SMW guard stakes as retaining structure, reinforced concrete bracing as bracing structure for LMNO,WXYZA1A section and use triaxial deep mixing piles combined with composite soil nail wall as a support structure for other sections. slope treatment is used in the deep pit boundaries. The gradient is 1:1.With the purpose of dewatering, we use tube wells. Before the design, Ii first makes some introduction about the two new forms of shoring which are SMW method and Composite soil nailing then carrys on with the two shoring forms in detail respectively by hand and by computer。 It also carrys out the request of construction and the project of survey and draws ichnography, sectional drawing, the detail drawing.Since there is no software can consider the function of the mixing pile in the Composite soil nailing,it uese another design mode to analysis the overall stability. nts东南大学学士学位毕业设计 05104105 周亚丽 III Key words: foundation pit excavation; SMW method; Composite soil nailing; Reinforced concrete bracing; Triaxial deep mixing pile nts目 录 摘要 Abstract 第一章 河西 石家庄 地块基坑支护设计综合说明 1 1.1 工程概况 1 1.1.1 结构概况 1 1.1.2 基坑周边环境 1 1.1.3 工程地质概况 2 1.1.4 水文地质条件 4 1.1.5 基坑支护设计土层参数 4 1.2 基坑支护结构设计概况 4 1.2.1 设计依据 4 1.2.2 方案选择 5 第二章 设计所选支护方式简介 7 2.1 复合土钉支护技术简介 7 2.1.1 土钉支护不适合河西软土地层原因分析 7 2.1.2 复合土钉支护形式 7 2.1.3 复合土钉支护适用条件 8 2.1.4 水泥土桩复合土钉承载机理 9 2.2 复合土钉支护设计 11 2.2.1 抗渗设计 11 2.2.2 土钉设计 13 2.2.3 面层设计 14 2.2.4 稳定性验算 14 2.3 SMW 工法简介 19 2.4 SMW 工法设计 20 nts2.4.1 型钢设计 20 2.4.2 三轴深层搅拌桩设计 21 2.4.3 基坑稳定性验算 22 第三章 基坑支护结构设计计算书 23 3.1 设计计算 23 3.1.1 地质计算参数 23 3.1.2 计算区段 的划分 23 3.1.3 计算方法 23 3.2 ABCDE、 FGHIJKL、 OPQRSTUVW 段 支护结构计算 24 3.2.1 采用参数 24 3.2.2 土钉所受土压力计算 25 3.2.3 土钉设计 26 3.2.4 复合土钉墙支护面层设计 27 3.2.5 防渗帷幕的设计验算 29 3.2.6 稳定性分析 29 3.3 EF 段 支护结构计算 32 3.3.1 采用参数 32 3.3.2 土钉所受土压力计算 32 3.3.3 土钉设计 33 3.3.4 复合土钉墙支护面层设计 35 3.3.5 防渗帷幕的设计验算 37 3.3.6 稳定性分析 38 3.4 LMNO、 WXYZA1A 段 支护结构计算 40 3.4.1 土层侧向土压力计算 40 3.4.2 净土压力计算（坑地面以下 ） 41 3.4.3 土压力合力及作用点 41 3.4.4 支撑轴力 R 计算 42 3.4.5 求假想支点反力 P0 42 3.4.6 求桩嵌固深度 t 43 nts 3.4.7 求最大弯矩 43 3.4.8 内力计算 43 3.4.9 整体稳定性验算 46 3.4.10 联系梁 47 3.4.11 圈梁设计 47 3.4.12 立柱计算 48 3.4.13 基坑稳定性分析 48 3.5 基坑止 降水设计 49 3.5.1 基坑涌水量计算 49 3.5.2 单根井点管出水量估算 49 3.5.3 确定井点管数量 48 第四章 施工要求及监测方案 50 4.1 基坑施工要求 50 4.1.1 三轴深层搅拌桩 50 4.1.2 SMW工法支护桩 50 4.1.3 自钻土钉墙 51 4.1.4 立柱、立柱桩施工要求 51 4.1.5 钢筋工程 51 4.1.6 基坑降水、排水要求 52 4.1.7 土方开挖要求 52 4.2 基坑监测方案 53 4.2.1 基坑及周围环境的监测、测试 53 4.2.2 监测与测试的控制要求 53 4.2.3 观测频率 53 第五章 电算结果 55 5.1 ABCDE、 FGHIJKL、 OPQRSTUVW 段深基坑支护方案电算 55 5.2 EF 段深基坑支护方案电算 61 5.3 LMNO、 WXYZA1A 段深基坑支护方案电算 68 5.4 深浅基坑交界处放坡电算 80 nts结束语 82 参考文献 83 致谢 85 nts东南大学 学士学位毕业设计 1 第一 章 河西 石家庄 地块基坑支护设计综合说明 1.1 工程概况 1.1.1 结构概况 （ 1）本工程主体结构：建筑物下设有一层地下室，地下室垫层底标高为-5.8m，局部机械停车车库垫层底标高为 -7.2m。 （ 2）拟采用预应力管桩基础。 （ 3）基坑规模：基坑面积约 8004.38m2，基坑周长约为 470.71m。 （ 4）基坑开挖深度：本基坑工程以自然地面为假定 0.00，所注标高皆相对于此标高，自然地面标高为 +6.2m，基坑各区段开挖深度详见表 1.1。 表 1.1 基坑开挖深度一览表 区段 自然地面标高（ m） 坑底标高（ m） 挖深（ m） ABCDE、 FGHIJKL、 OPQRSTUVW段 0.00 -5.8 5.8 其余段 0.00 -7.2 7.2 1.1.2 基坑周边环境 本基坑北靠在建的应天西路 132地块住宅小区，南临天成苑住宅小区，西靠华隆新寓和苏建豪庭住宅小区，东临黄山路和虹苑新寓住宅小区。周边环境具体情况如下： （ 1）北侧：基坑距用地红线最近约 10.0m； （ 2）西侧：基坑距用地红线最近约 10.0m，距西侧道路中心线约 18.0m，距西侧已建建筑大于 26.0m； （ 3）南侧：基坑距用地红线最近约 10.26m，距道路中心线约 22.26m； （ 4）东侧：为空地； 周边环境情况详见下图 1.1： nts东南大学 学士学位毕业设计 2 a.场地西侧华隆新寓 b.场地北侧在建住宅小区 c.场地南侧天成苑住宅小区 d.场地南侧围墙、道路 （ 5）周边管线情况不明。 1.1.3 工程地质概况 （ 1）地形地貌 拟建场地为菜地及少量民居，大部分民居现已被拆除，地形开阔、较平坦，地面吴淞高程 5.56 6.86m，最大高差 1.30m。拟建场地属长江现代 漫滩地貌单元。 （ 2）工程地质概况 按揭露的先后顺序将各分层地基土岩性特征及分布规律自上而下分述如下： 1杂填土：杂色，结构松散。主要由粉质粘土组成，夹较多砖、石、混凝土等碎块，夹生活垃圾，夹少量植物根茎。层厚 0 1.9m。 2素填土：灰黄色、灰色，稍湿湿，主要由软塑状粉质粘土和稍密状粉土组成，夹少量砖石等碎块，含量 10% 20%，夹少量植物根茎。该层分布较普遍，仅暗塘处缺失。层厚 0 2.2m。 nts东南大学 学士学位毕业设计 3 3淤泥质填土：灰黑、灰色，湿，主要由流塑状淤泥质粉质粘土和稍密状粉土组成，有淤臭味，夹少量砖、石等碎块。 该层仅分布于拟建场地南部暗塘处。层厚 0 2.0m。 1粉细砂：灰黄、黄灰色，湿，松散稍密，中压缩性。主要成分为石英、长石及云母片，局部夹薄层软塑状粉质粘土，颗粒级配较差。该层分布较均匀，顶板埋深 0.4 2.8m，层厚 1.8 4.8m。 2粉细砂：灰、青灰色，湿，稍密，局部中密，中压缩性。主要成分为石英、长石及云母片，颗粒级配较差。该层分布较均匀，顶板埋深 3.8 6.0m，最大揭露层厚 11.8m。 1粉细砂：黄灰、灰色、青灰色，饱和，中密，局部密实，中压缩性。主要成分为石英、长石及云母片，颗粒级配较差 。该层分布较均匀，顶板埋深 8.716.2m，层厚 7.7 15.1m。 2粉细砂：青灰色，饱和，中密密实，中压缩性。主要成分为石英、长石及云母片，颗粒级配较差。该层分布较均匀，顶板埋深 18.2 26.5m，最大揭露层厚 11.3m。 3粉细砂：青灰色，饱和，密实，中压缩性。主要成分为石英、长石及云母片，局部夹薄层中密状粉土，具水平层理，颗粒级配较差。该层分布较均匀，顶板埋深 25.2 32.0m，最大揭露层厚 29.6m。 3a 粉质粘土：灰色，软塑，中压缩性。局部夹薄层稍密状粉土，具水平层理。无摇振反应， 稍有光泽反应，干强度和韧性中等。该层呈透镜状分布于3粉细砂中，顶板埋深 39.4 42.0m，层厚 0.9 2.1m。 含卵砾石粉细砂：灰色、黄灰色，饱和，密实，中低压缩性。主要成分为石英、长石及云母片，颗粒级配较差。含卵砾石，砾径 0.2 5.0cm，呈次磨圆状，含量 5 20%，成份以石英岩和硅质灰岩为主。该层分布较均匀，顶板埋深 57.7 58.1m，层厚 1.5 1.9m。 强风化泥岩：棕红、暗红色，岩芯呈土状、碎块状，岩石风化强烈，结构基本被破坏，质地软弱，干钻困难，岩芯易碎，遇水易软化，岩体属极软岩 ，基本质量等级属类。该层分布均匀，顶板埋深 59.2 60.0m，最大揭露层厚1.1m。 nts东南大学 学士学位毕业设计 4 1.1.4 水文地质条件 拟建场地地下水为孔隙潜水。孔隙潜水主要赋存于 2粉细砂及以下各层土中，上下为统一含水层，富水性较好，透水性较弱，水位变化主要受大气降水及长江、河道侧向迳流等补给影响，受临近拟建场地在建的应天西路 132地块住宅小区工程施工降水的影响，勘察期间测得的潜水初见水位埋深为 5.0 5.5m，潜水稳定水位埋深 5.5 5.9m。根据临近拟建场地的岩土工程资料，自然状态下潜水的稳定水位埋深一般为 0.5 1.6m，相当于吴淞高程 4.5 5.2m。拟建场地地下水位呈季节性变化，雨季水位抬升，旱季水位下降，年变化幅度约 1.0m。近几年拟建场地最高地下水位相当于吴淞高程 6.0m左右。 场地地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋砼结构的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。 1.1.5 基坑支护设计土层参数 基坑支护结构设计土层参数详见下表： 表 1.2 基坑支护结构设计土层参数一览表 土层 重度 (KN/m3) 直剪固快 渗透系数 （ 10-6cm/s） c （ kPa） （度） KV KH 1 (19.0) (12.0) (10.0) (300.00) (200.00) 2 (18.0) (12.0) (8.0) (50.00) (50.00) 3 (17.5) (10.0) (8.0) (100.00) (80.00) 1 18.2 (1.5) (33.0) 925.00 900.00 2 19.7 1.0 34.1 898.00 852.00 1 19.8 1.1 32.9 855.00 791.00 注：括号内数值为经验值或平均值。 1.2 基坑支护结构设计概况 1.2.1 设计依据 继源 .河西石家庄地块总平面图； 继源 .河西石家庄地块地下自走局部机械车库平面图； 江苏南京地质工程勘察院提供的 继源 .河西石家庄地块岩土工程详细nts东南大学 学士学位毕业设计 5 勘察报告（编号 2007-GK029） 。 中国建筑科学研究院建筑基坑支护技术规程（ JGJ120-99） M北京：中国建筑工业出版社， 1999 中国建筑科学研究院建筑地基基础设计规范（ GB 50007-2002） M 北京： 中国建筑工业出版社， 2002 中国建筑科学研究院建筑地基处理技术规范（ JGJ79-2002） M北京：中国建筑工业出版社， 2002 刘建航等基坑工程手册 M北京：中国建筑工业出版社， 1997 中国建筑科学研究院混凝土结构设计规范（ GBJ50010-2002） M北京：中国建筑工业出版社， 2002 上海市建设和交通委员会 .型钢水泥搅拌墙技术规程（试行）(DGJ08-116-2005)M.上海， 2005 南京地区建筑地基基础设计规范 DGJ32/J 12-2005 1.2.2 方案选择 根据建设单位对基坑支护工程的具体要求，以 及对基坑场地的周边环境、土层条件以及基坑开挖深度的综合考虑，为尽可能避免基坑开挖对周围建（构）筑物、道路的影响，本着 安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工 的原则，经过细致分析计算和方案比较，确定本基坑支护结构采用的方案为： LMNO、 WXYZA1A段采用 SMW支护桩 加 一层钢筋砼支撑作为支护结构； 基余段采用三轴深层搅拌桩加自钻式土钉复合土钉墙作为支护结构； 深浅坑分界处采用自然放坡 处理，坡比 1:1； 基坑外侧采用管井降低止水帷幕外侧水头，坑内采用管井降低地下水位。 nts东南大学 学士学位毕业设计 6 图 1.2 基坑平面图 nts东南大学 学士学位毕业设计 7 第二章 设计所选支护方式简介 2.1 复合土钉支护技术简介 2.1.1 土钉支护不适合河西 软土地层原因分析 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 中明确土钉墙的适用条件为侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地，基坑深度不宜大于 12m，当地下水位高于基坑底面时，应采用降水或截水措施。 普通土钉支护不适合河西 软土地层的具体原因为以下四点 ： (l)与地层粘结力 值偏低，则相应土钉抗拉拔力 DLT 值也相应降低。按基坑支护土压力计算，土钉长度要长，但工程现场一般由于场地局限，第一排土钉长度受到限制，给设计带来难度。 (2)泥质粘土层中，基坑开挖后往往难以直立。土体在支护前 易 发生坍塌，引起边坡沉降与位移。河西软弱土层土体强度 c往往低于 10kPa，土钉支护一般每层开挖 1.0-1.5m 左右，这样在开挖时由于土体强度低，不能自立或由于渗水严重，易发生坍塌。 (3)土层与喷射混凝土粘结强 度 低或由于渗水难以施 工。软弱土层由于渗水或其它原因，使施工较其它土层有不同特点，但喷射混凝土在软弱土层施工时，喷射混凝土 有 回弹量小，与土体嵌凸作用好等优点。在有渗水情况则应用隔水帷幕或引排水处理。 (4)土层，基坑底部存在底部隆起、管涌、渗流等问题。在基坑开挖后，由于土体开挖后可能出现管涌等情况。根据江苏地质基桩工程公司近十年的土钉施工经验，可采用坑底天然土固结快剪数据来判断坑底隆起稳定性。 根据上述四点分析，在河西地区软土地层中土钉支护必须采用相应的施工方法，才能达到安全支护的目的，尤其是对支护变形有一定要求时，应采用土 钉支护结合其它支护技术来达到良好的技术经济效果。 2.1.2 复合土钉支护形式 复合型土钉挡墙支护 就是以水泥土搅拌桩帷幕等超前支护措施解决土体的自立性、隔水性以及喷射面层与土体的粘结问题，以水平向压密注浆及二次nts东南大学 学士学位毕业设计 8 压力灌浆解决复合土钉挡墙土体加固及土钉抗拔力问题，以相对较长的插入深度解决坑底的抗隆起、管涌和渗流等问题，组成防渗帷幕、超前支护及土钉等组成的复合型土钉支护。 复合型土钉挡墙支护的几种形式如图 2.1： 图 2.1复合土钉支护形式 2.1.3 复合土钉支护适用条件 不同类型的复合土钉支护形式适用于 不同的基坑深度、岩土条件和环境要求，简要归纳如 表 2.1： 表 2.1复合土钉支护适用条件 序号 结构形式 适用条件 1 土钉桩锚复合支护 硬度较大、可粘性差、易坍塌的卵砂石地层，周边不允许降水 2 土钉预应力锚杆复合支护 粘性土层、周边允许降水，基坑位移要求严格 3 土钉止水帷幕复合支护 土质条件较差，开挖后容易塌方，周围环境要求不能降水，基坑深度小于 6m，变形要求低 4 土钉微型桩复合支护 土质条件较差、周边允许降水，施工场地狭小 nts东南大学 学士学位毕业设计 9 5 土钉止水帷幕、预应力锚杆复合支护 土质条件较差、 开挖 后容易塌方，周边环境要求不能降水，基坑深度 6 8m，对基坑变形控制要求严格 6 土钉止水帷幕、微型桩复合支护 地质条件和环境条件复杂，基坑深度较大，变形控制要求较高 7 土钉插筋止水帷幕、预应力锚杆复合支护 地质条件和环境条件复杂，基坑深度较大，变形控制要求较高 2.1.4 水泥土桩复合土钉承载机理 通过预先施工竖向水泥土桩，而后边开挖边施工土钉方法形成水泥土桩复合土钉支护，其承载机理主要包括 ： 超前加固作用提高土体自立临空高度 水泥 土 桩复合土钉支护中 ， 水泥土桩止水帷幕是在开挖前施工的，如果不考虑施工对土体的扰动 ， 开挖前作用在水泥土桩前后的土压力就可认为是静止土压力。对于开挖的第一个工况 ， 土钉尚未施作，开挖引起的土压力将直接由水泥土桩承担，此时水泥土桩起的是重力式挡墙的作用。对于以后的各开挖工况，由于土钉对主动区土体约束加固作用的发挥，土压力将由土钉和水泥土桩共同承担。 对于水泥土桩复合土钉来说，可认为不受土层成拱极限高度的限制 ； 另外，每一开挖工况下参与维持基坑边坡稳定的因素除 土 体与土钉外还有水泥土桩的作用。水泥土桩可通过桩 钉 土之间的结构作用调动基坑内侧被动区被动土压力的有利作用。水泥土桩复 合 土 钉支护中，由于水泥 土 桩的存在，其自立临空高度得到显著提高，且事先设置的水泥土桩还会因自身刚度以及桩 钉 土之间的结构作用对土体侧移变形起到有效的约束作用。大大提高了基坑开挖过程中的边坡稳定性，有效地控制了开挖过程中的坡顶变形量。 止水抗渗作用 水泥土桩除了分担荷载作用外，还起到止水抗渗作用，其作用机理主要有两nts东南大学 学士学位毕业设计 10 方面 ： 一是提高基坑边壁土体的自稳性及隔水性，当边坡土体含水量较大时，网喷混凝土面层不易与土体粘结在一起，而直接喷在水泥土搅拌桩或旋喷桩上，则很容易粘结在一起 ； 二是在软弱富水地层中，由于水泥土比原状 土的力学性能有所改善，当水泥土桩向下伸入基底以下深度时，对抵抗基底隆起、管涌等起主要作用。水泥土桩复合土钉支护技术研究及工程应用 。 传递荷载作用 复合土钉支护中，水泥土桩与土体之间存在发挥较大侧摩阻力的潜能。由于桩与桩周土之间的摩擦作用，桩周土体沉降显著减小，迫使最大沉降点后移。在基坑开挖过程中，随着桩与桩周土之间竖向相对位移的出现，两者之间的侧摩阻力会逐步发挥。土体的重力是诱发边坡土体不稳定的最根本、最直接的原因。对于复合土钉来说，由于桩土之间侧摩阻力的存在，相当于抵消了部分不稳定土体的重力作用，因而会 减小最终作用在支护体系中的土压力。桩周土对桩的侧摩阻力将通过桩的轴向压缩作用传递到深层土体之中，调动深部稳定地层潜能，土钉支护体系、深部稳定土层紧密结合联系在一起，共同承受荷载，使边壁稳定并减少位移，见图 2.2。 图 2.2水泥土桩靡擦传力示意图 侧移曲线的整合机制 复合土钉中具有一定强度和刚度的水泥土桩和较密间距的土钉之间存在着较好的整体结构作用，可将水泥土桩理想化为以土钉为支点的连续梁。随着支护的向下进行，水泥土桩与己设置的上部土钉之间形成的结构作用有效地约束了上部土体随开挖而发生的变形，并且水泥土 桩与较密土钉之间的结构作用也促使土nts东南大学 学士学位毕业设计 11 体的变形趋于均匀 ； 随着开挖深度增加，下部土体的侧移变形就显得比较突出，最终形成了鼓肚变形模式。由于复合土钉中水泥土桩对土体的超前约束以及后来桩与土钉的结构约束作用，复合土钉支护中土体位移要小 得 多，设计时可有意识地通过增加水泥土桩的刚度来控制位移，以达到保护周边环境之目的。 优势滑裂面的前移机制 理论和实践均表明，土钉支护中土钉最大拉力位置是与被支护土体优势控制滑移面的位置相一致的。土钉支护中作用于面层上的土压力通常认为是比较小的，那么传递给土钉的拉力就比较小，土钉通过钉土 之间的摩擦作用经过一段距离才一能达到最大拉力位置。复合土钉中，由于存在强度和刚度比原位土体大许多的水泥土桩，水泥土桩墙后的 土 压力要比土钉支护中面层后的土压力大，也即水泥土桩传递给土钉端头较大的拉力，于是复合土钉支护中土钉经过较短的摩擦传力距离就可以达到土钉最大拉力位置，有提高基坑边坡稳定性，控制开挖工程中的侧向位移的作用。 2.2 复合土钉支护设计 结合 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99提出在河西软土土层中复合土钉设计的方法和步骤。设计可以分为四个方面即抗渗设计、土钉设计、面层设计和稳定 性 验算。 2.2.1 抗渗设计 根据工程项目所处地层的地下水位及地层的渗透性，来取舍是否设置防渗帷幕，若需要设置防渗帷幕，将选取何种形式的防渗帷幕 ? 当基坑开挖深度小于 3 米而且处于渗透性较小的粉质粘土或淤泥质粉质粘土地层 (K 0.05 应按粘性土计算 =10.00， ka=0.704, 839.0ak , r=19.5kN/m3 rHmkNrHkrHckpaa2.069.81.25.19839.0 11.25.19 1221704.012121 P2=kaq=0.704 20=14.08kPa P=8.69+14.08=22.77kPa 下层土压 018.07.35.19 3.1 rHc Fs.dN=1.5 20.35=30.53kN 土钉长度计算 各排土钉的长度宜满足下列条件 D NFll ds 1通过计算得 1号土钉： l1=5000mm l 8m 2号土钉： l1=3300mm l 8m 3号土钉： l1=2000mm l 5m 4号土钉： l1=1200mm l 5m 5号土钉： l1=600mm l 4m 最后一排土钉的倾角为 200，加强对深层土体的加固，其余土钉的倾角为 100。 土钉抗拉能力验算 破坏面上每一土钉的抗拉能力按下列公式计算并取其中最小值。 按土钉受拉拔条件 1 bDlT nts东南大学 学士学位毕业设计 27 按土钉受拉强度条件 yfdT 41.1 2 土钉抗拉力 T=1.1 3.14 48 3 210=104.45kN 土钉抗拔力，取土钉锚固体直径 D=0.08mm bu DlT 1 =3.14 0.08 3.0 20=20.10kN Tu2 =3.14 0.08 5.7 20=28.64kN Tu3 =3.14 0.08 5.0 40=50.24kN Tu4 =3.14 0.08 4.8 40=48.23kN Tu5 =3.14 0.08 8.4 40=84.40kN 计 算结果如表 3.5： 表 3.5 土钉长度计算表 土钉号 高程（ m） 土钉内力 N(kN) 有效长度 Lb(m) 极限抗拔力 Tu(kN) 土钉全长(m) 安全系数 T1 1.0 11.23 4.0 20.10 9 1.790 T2 2.0 20.35 5.7 28.64 9 1.407 T3 3.0 20.35 5.0 50.24 7 2.467 T4 4.0 20.35 4.8 48.23 6 2.370 T5 5.0 20.35 8.4 84.40 9 4.148 kNN 63.92 kNT u 61.231 K 总 =231.61/92.63=2.500 3.2.4 复合土钉墙支护面层设计 面层承载力 面层实为支承于土钉上的无梁连续板，面层厚 100mm，土钉间距即为面层跨距 l=1.0m。 作用于上部面层上的荷载 p0=p01+pq nts东南大学 学士学位毕业设计 28 2101 /56.977.225 5.015.07.05 5.05.07.0 mkNpsp pq=0.704 20=14.08kN/m2 p0 上 =9.56+14.08=23.64kN/m2 作用于下部面层上的荷载 201 /27.731.175 5.015.07.0 mkNp pq=0.290 20=5.8kN/m2 p0 下 =7.27+5.8=13.07kN/m2 取上、下两部分平均值 p0=1/2 (23.64+13.07)=18.36kN/m2 M0=1/8p0l3=1/8 18.36 1.03=2.3 kN m 钉上带土钉作用处弯矩 M1=0.5M0=1.15 kN m 跨中弯矩 M2=0.2M0=0.46 kN m 跨中带支座处 M3=0.15M0=0.35 kN m 跨中带跨中处 M4=0.15M0=0.35 kN m 只有土钉连接处的局部弯矩较大 ，其他截面弯矩较小。经计算选配 6 200 200。 连接计算 钢筋网片如图 3.1，固定钢筋为 22，长为 400mm，焊接在土钉上。 其连接的安全系数为pkp EpK 045c o s/TFbap k 式中 a、 b 锚固体的长宽取 a=400mm,b=400mm； F 喷射混凝土抗剪强度 F=1500kPa； T 喷射混凝土厚度 T=100mm； Ep 作用在锚头上的主动土压力 ， Ep=20.04kN； kNE p 1.1691045c o s 1001500400400 60 nts东南大学 学士学位毕业设计 29 44.804.20 1.169 pK （满足要求！） 图 3.1 钢筋网片平面图 3.2.5 防渗帷幕的设计验算 与传统的土钉墙相比复合土钉墙用水泥土搅拌桩等超前支护作防水帷幕解决抗渗、隔水和土体自立性，保证开挖期间不发生弯折、剪切破坏。 抗渗设计 本工程采用直径 850mm 的单排搅拌桩， 桩中心距为 1.2m， 采用 套接一孔法施工 ，桩长 12m。 mLmLLmhLhieGivhwwsc65.204128.6125.185.08.20.48.684.99.01197.111i=2.8/20.65=0.136 ks=ic/i=0.51/0.136 =3.75 2.0 （满足要求！） 3.2.6 稳定性分析 外部稳定性验算 nts东南大学 学士学位毕业设计 30 1) 抗滑稳定性验算 墙宽取为 4m，墙底部土 04.33 抗滑力 kNFt 7.3580.14.33t a n2042048.5 0 土压力引起的水平推力为各道土钉拉力之和 kNN 63.92 抗滑稳定安全系数 2.187.363.92 7.358 NFK tH 安全 ！ 2) 抗倾覆稳定验算 抗倾覆稳定力矩即土的自重平衡力矩 Mw=(5.8 4 20+4 20) 4/2=1088 kN m 倾覆力矩 M0=11.23 (5.8-0.8)+20.35 (5.8-1.8)+20.35 (5.8-2.8)+20.35 (5.8-3.8)+20.35 (5.8-4.8)=259.65kN m 抗倾覆稳定安全系数 3.119.465.25910880 MMK wq 安全！ 3) 整体稳定性验算 由电算结果可知满足要求。 底部稳定性验算 1) 墙底土体的 地基承载力复核 qDhr cNDNrK cqwz 012r1=(2.1 19+2.8 18.2+6.3 19.7 0.8 19.8)/12=19.23kN/m3 r2=19.7kN/m3 D=6.4m 95.394.33t a n 134.27t a n 134.275.045t a n002t a nqcqNNeN 2.17.13204.65 . 81 9 . 2 3 95.390.134.274.67.19 wzK（满足要求！） nts东南大学 学士学位毕业设计 31 2) 基坑底部抗隆起复核 mkNDqrHM s /89.27254.6208.55.192121 22 hffar MDHDcrDDqrDDqDqHrHkM 232322 344t a n32212t a n qf=rH+q=19.5 5.8+20=133.1kN/m2 Mh=57.4kN m mkNM r/4.101924.574.68.54.63.14.65.19344.61.13344.33t a n4.65.193/24.61.1332/14.68.5208.55.192/14.33t a n29.023203220 3.174.389.2725 4.10192 srs MMK（满足要求！） 3) 坑底附近的水泥土桩破坏复核 (a) 抗冲切验算 V=2BCu0 B=0.85m Cuo=0.3fcu=0.3 103=300kPa V=2 0.85 300=510kN/m Q=ka(rh0+q)-2C(Sv+0.5B) =0.29 (19.5 5.8+20)-2 1.3 (1.0+0.5 0.85) =51.3kN/m 0.29.93.51510 QVK c（满足要求！ ) (b) 抗弯折验算 20 5.08/1 BsqM vi 20020200/19.4848.5103.122 4.3345t a n8.55.1925.045t a nmkNDhrcrhq ww 2220 /58.1015.085.0119.48435.043 mkNBsqWM vL 水泥土的拉应力： nts东南大学 学士学位毕业设计 32 k P afk P ahrcuLl 1001.052.1158.1018.55.1900 水泥土的压应力： k P afhrcuLa 5005.068.21458.1018.55.1900 3.3 EF段 支护结构计算 地面标高 +6.2m，假定为 0.00，地下水位于 +6.0m，即相对标高 -0.2m，基坑底标高 -7.2m，计算开挖深度 7.2m。地表附加荷载 q1 20kPa，按 半无限平面计算。基坑侧壁安全等级为二级，基坑重要性系数为 1.0，采用复合土钉墙支护结构，前排采用 SMW 桩墙，土钉墙采用花管土钉墙结构，墙宽 0.85m。选用 C28勘察孔资料进行计算。 表 3.6 土层厚度一览表 土层 2素填土 1粉细砂 2粉细砂 1粉细砂 厚度 (m) 1.4 3.1 4.5 13.1 3.3.1采用参数 1) 1 2号土 =8.00 c=12.0kPa 2 1号土 =33.00 c=1.5kPa 2 2号土 =34.10 c=1.0kPa 3 1号土 =32.90 c=1.1kPa 2) r=19.0kN/m3 3) 地面超载 q=20kN/m2 3.3.2 土钉所受土压力计算 由于 分层土体性能相差不大， 及 c值取各层土的 ， c值按其厚度加权平均。 1) 现分两层土计算 1 及 2 层土 1 号土层为原 1 2号土 厚 1.4m， =8.00 ， c=12.0kPa 2 号土层为原 2 1和 2 2号土 厚 5.8m， =33.60 ， c=1.3kPa nts东南大学 学士学位毕业设计 33 2) 土压力计算 上层土压 451.04.10.19 12 rHc 0.05 应按粘性土计算 =8.00， ka=0.756, 869.0ak , r=19.0kN/m3 rHrHkrH ckpaa 2.04.10.19869.014.10.191221756.01211 P1=0.2rH=0.2 19 1.4=5.32kN/m2 P2=kaq=0.756 20=15.12kPa P=5.32+15.12=20.44kPa 下层土压 012.08.50.19 3.1 rHc Fs.d=1.5 27.17=40.76kN 土钉长度计算 各排土钉的长度宜满足下列条件 D NFll ds 1通过计算得 1号土钉： l1=5400mm l 9m 2号土钉： l1=4200mm l 8m 3号土钉： l1=3200mm l 7m 4号土钉： l1=2400mm l 7m 5号土钉： l1=1600mm l 6m 6号土钉： l1=900mm l 6m 7号土钉： l1=300mm l 5m 最后一排土钉的倾角为 200，加强对深层土体的加固，其余土钉的倾角为 100。 土钉抗拉能力验算 破坏面上每一土钉的抗拉能力按下列公式计算并取其中最小值。 按土钉受拉拔条件 1 bDlT 按土钉受拉强度条件 yfdT 41.1 2 nts东南大学 学士学位毕业设计 35 土钉抗拉力 T=1.1 3.14 48 3 210=104.45kN 土钉抗拔力，取土钉锚固体直径 D=0.08mm bu DlT 1 =3.14 0.08 3.6 18=16.28kN Tu2 =3.14 0.08 4.8 30=36.17kN Tu3 =3.14 0.08 4.8 40=48.17kN Tu4 =3.14 0.08 5.6 40=56.27kN Tu5 =3.14 0.08 5.4 40=54.26kN Tu6 =3.14 0.08 6.1 40=61.29kN Tu7 =3.14 0.08 7.7 40=77.37kN 计算结果如表 3.7： 表 3.7土钉长度计算表 土钉号 高程（ m） 土钉内力 N(kN) 有效长度 Lb(m) 极限抗拔力 Tu(kN) 土钉全长(m) 安全系数 T1 0.8 9.85 3.6 16.28 9 1.653 T2 1.8 22.17 4.8 36.17 9 1.631 T3 2.8 22.17 4.8 48.23 8 2.175 T4 3.8 22.17 5.6 56.27 8 2.538 T5 4.8 22.17 5.4 54.46 7 2.447 T6 5.8 22.17 6.1 61.29 7 2.765 T7 6.8 27.17 7.7 77.37 8 2.848 kNN 87.147 kNT u 07.350 K 总 =350.07/147.87=2.367 3.3.4 复合土钉墙支护面层设计 面层承载力 面层实为支承于土钉上的无梁连续板，面层厚 100mm，土钉间距即为面层跨距 l=1.0m。 nts东南大学 学士学位毕业设计 36 作用于上部面层上的荷载 p0=p01+pq 2101 /58.844.205 5.015.07.05 5.05.07.0 mkNpsp pq=0.756 20=15.12kN/m2 p0 上 =8.58+15.12=23.70kN/m2 作用于下部面层上的荷载 201 /75.922.235 5.015.07.0 mkNp pq=0.288 20=5.76kN/m2 p0 下 =9.75+5.76=15.51kN/m2 取上、下两部分平均值 p0=1/2 (23.70+15.51)=19.61kN/m2 M0=1/8p0l3=1/8 19.61 1.03=2.45 kN m 钉上带土钉作用处弯矩 M1=0.5M0=1.23 kN m 跨中弯矩 M2=0.2M0=0.49 kN m 跨中带支座处 M3=0.15M0=0.37 kN m 跨中带跨中处 M4=0.15M0=0.37 kN m 只有土钉连接处的局部弯矩较大，其他截面弯矩较小。经计算选配 6 200 200。 连接计算 钢筋网片如图 3， 固定钢筋为 22，长为 400mm，焊接在土钉上。 其连接的安全系数为pkp EpK 045c o s/TFbap k 式中 a、 b 锚固体的长宽取 a=400mm,b=400mm； F 喷射混凝土抗剪强度 F=1500kPa； T 喷射混凝土厚度 T=100mm； Ep 作用在锚头上的主动土压力。 Ep=21.83kN nts东南大学 学士学位毕业设计 37 kNE p 1.1691045c o s 1001500400400 60 75.783.21 1.169 pK （满足要求！） 图 3.2 钢 筋网片平面图 3.3.5 防渗帷幕的设计验算 与传统的土钉墙相比复合土钉墙用水泥土搅拌桩等超前支护作防水帷幕解决抗渗、隔水和土体自立性，保证开挖期间不发生弯折、剪切破坏。 抗渗设计 本工程采用直径 850mm的单排搅拌桩，相互搭接 200mm， 内插 700 300 13 24型钢， 桩长 14m。 等刚度的混凝土壁式地下墙折算厚度 h mmmtwE IEh c ss 532.0532500700103 102259100.21212 3 4653 mLmLLmhLhieGivhwwsc78.2742.148.62.145.153.085.08.20.48.651.09.01197.111nts东南大学 学士学位毕业设计 38 i=2.8/27.78=0.10 ks=ic/i=0.51/0.10=5.1 2.0 （满足要求！） 3.3.6 稳定性分析 外部稳定性验算 1) 抗滑稳定性验算 墙宽取为 4.5m，墙底部土 06.33 抗滑力 kNFt 33.4900.16.33t a n205.4205.42.7 0 土压力引起的水平推力为各道土钉拉力之和 kNN 87.147 抗滑稳定安全系数 2.132.387.147 33.490 NFK tH 安全！ 2) 抗倾覆稳定 性 验算 抗倾覆稳定力矩即土的自重平衡力矩 Mw=(7.2 4.5 20+4.5 20) 4.5/2=1660.5 kN m 倾覆力矩 M0=9.85 (7.2-0.8)+22.17 (7.2 5-1.8-2.8-3.8-4.8-5.8)+27.17 1 =467.1kN m 抗倾覆稳定安全系数 3.155.31.467 5.16600 MMK wq 安全！ 3) 整体稳定性验算 由电算结果可知满足要求。 底部稳定性验算 1) 墙底土体的地基承载力复核 qDhr cNDNrK cqwz 012r1=(1.4 18+3.1 18.2+4.5 19.7+19.8 5.2)/14.2=19.24kN/m3 nts东南大学 学士学位毕业设计 39 r2=(1.8 19.7+1 19.8)/2.8=19.74kN/m3 D=7.0m 49.421.34t a n 177.29t a n 177.295.045t a n002t a nqcqNNeN 2.119.14200.72.71 9 . 2 4 49.421.177.290.774.19 wzK（满足要求！） 2) 基坑底部抗隆起复核 采用稳定系数法： 0.60 us SqHN Ns=(19 7.2+20)/100=1.57 20mm 则 ei=e0+ea=133.3+21.7=155mm 是否考虑偏心距增大系数 l0/h=12/0.65=18.5 8.0 要考虑 由 21200140011 hlhe i86.08.2686 1065.05.03.145.05.0 31 N Af c 97.065.0 1201.015.101.015.1 02 h l 806.197.086.065.0 12615155140011 2 mme i 9.279155806.1 配筋计算 (采用对称配筋 ) mmhee i 9.569352/6509.2792/ kNfbhN cbb 2418103.14615.05.055.00.1 301 N=2686.8kN Nb=2418kN 属小偏心受压 2300102475356153002/7.3496157.3495003.140.19.569108.26860.12/mmhfxhbxfNerAAsycss 上下配筋 6 25(HRB335) ss AA=2944mm2 3.4.9 整体稳定性验算 稳定性系数： l0/b=12/0.5=24 nts东南大学 学士学位毕业设计 47 查表得： =0.957 3006505003.14957.02686800 ycs fAfNA 1.15 （满足要求！） nts东南大学 学士学位毕业设计 48 3.4.12 立柱计算 上段钢立柱采用 325 8钢管 立柱上所承受竖向力为： P=1.25 12 25 0.5 0.65+0.4 0.55 25 11+4+0.1 2686.8 =471.2kN 325 8钢管特征系数为： A=7963mm2,i=112.4mm l0=(7.2-1.0)+5 0.325=7.825m 6.694.112 10825.7 3 h 查表 753.0 ，按轴心受压构件计算 M P a6.787963753.0 102.471 3 P=471.2kN （满足要求！） 配筋 ： 主筋为 12 20， 螺旋筋 8200,上部加密 ， 加强筋 162000 3.4.13 基坑稳定性分析 抗隆起验算 Nq=tan2(450+34.10/2) e 01.34tan =29.77 Nc=(29.77-1.0)/tan34.10=42.49 Ks=qDHrcNrDN cq)(=208 . 3 )( 7 . 21 9 . 7 4 2 . 4 912 9 . 7 78 . 37.19 =15.11.6 基坑底坑 渗流稳定性验算 )5.0( thr trm m = )9.80.75.0(10 5.48.194.47.191.9 1.1 (满足要求！ ) 抗管涌计算 nts东南大学 学士学位毕业设计 49 5.1716.2710 8.97.922 wws hrDrK （满足要求 !） 3.5 基坑止降水设计 基坑开挖范围内土层含水量丰富，采用了深搅桩形成止水帷幕，但不能满足下部止水的要求，因此基坑内采用管井降水。 基坑止水帷幕采用一排 8501200套接一孔法施工的三轴深搅桩。 3.5.1 基坑涌水量计算 rR ssHkQ lglg2366.1 k=0.8m/d s=8m H=1.85 (8+1)=16.65m mHksR 4.588.065.16822 mAr 5.5014.3 38.8004 dmQ /35045.50lg4.58lg 8865.1628.0366.1 3 3.5.2 单根井点管出水量估算 dmkrlq /9.1048.00.114.3120120 333 3.5.3 确定井点管数量 n=1.1Q/q=1.1 3504/104.9=37 基坑内共布 41口降水井，基坑外侧设计 21口降水井降低坑外地下水，并兼作回灌井与观测井，坑内及坑外降水井井径 800，下入 360/300水泥井管，孔内填 3 5mm绿豆砂。 nts东南大学 学士学位毕业设计 50 第 四 章 施工要求及监测方案 4.1 基坑施工要求 严格按建筑桩基础技术规范 (JGJ94-94)、建筑基坑支护技术规程 (JGJ120-99)进行施工。 4.1.1 三轴深层搅拌桩 （ 1）三轴深层搅拌机叶片直径为 850mm，桩中心距为 1.2m，采用套接一孔法施工；用 32.5级普通水泥，其设计掺入量为 20%。水灰比为 1.2 1.5，要求 28天的无侧限抗压强度大于 1.0Mpa。 （ 2）深搅桩桩位偏差不应大于 50mm，垂直度偏差不宜大于 0.2。 （ 3）三轴搅拌机下沉速度与搅拌提升速度应控制在 0.6m/min以内，并保持匀速下沉与匀速提