悬臂支护结构计算书.doc

取水泵房支护结构设计目 录一 工程概况- 1 -二 工程地质条件- 1 -三 支护方案选型- 2 -四 地下连续墙结构设计-3-1 参数信息- 3 -2 土压力计算- 4 -3 稳定性验算- 9-4 结构计算- 11 -一 工程概况新化县城安全饮水第二水厂工程-取水泵站拟建于冷水江市禾青镇球溪，输水管道由球溪沿K45、K46线冷水江段、过新化县小云村、冷水江市南宫村、麦元村、坝塘村，沿S312新化段抵达新化县桑梓镇齐麻岭二水厂，并在齐麻岭处分支管继续沿S312线至新化县城市规划区边界新化县平安驾校处。本工程由三部分组成，即取水泵房、自流管线、与取水头部组成。本次设计主要为取水泵房的深基坑支护工程，取水泵房采用集水井与泵房井合建形式，为内直径20m的圆形钢筋混凝土井筒结构，井筒壁厚1.6m1.0m，其内底标高169.500m，顶面设计标高189.050m，则井筒净深19.55m；室外地面设计标高178.000m，上部屋顶结构高为205.160m，屋面为圆形坡屋面。二 工程地质条件1）地形、地貌：取水水源位于资江西岸，取水头处河床底标高167.5m。拟建场地内未发现埋藏的河道、古墓穴、防空洞等其它对工程不利的埋藏物。场地交通便利，场地平整后适合施工机械进场施工。由于场地临资江，东西面与南面为居民区，基础施工对周围环境有一定影响，因注意防止施工噪音、粉尘、污水、油污、尾气、固体废弃物等对周边环境及资江河产生不良影响。2）工程地质特征：根据招标文件，场地内地基土自上而下的分布情况描述如下：（1）人工堆积素填土-1：该层土主要分布于工程区西部临公路边，结构松散，不可作为基础持力层，需挖除。（2）耕植土-2：该层土广泛分布于场地内，厚度0.62.0m，稍湿，软塑可塑状态，具较低的强度及高压缩性，工程性能较差，为软弱土，不可作为基础持力层，场地平整前需全部挖出换填。（3）河床冲积堆积砂卵砾石：该层主要分布于资江河床内，层厚2.69.7m，动探击数1537击，中密状态，渗透系数K=8.0E-3cm/s，可作为取水头部管线部分的基础持力层。（4）粘土-1：该层土广泛分布于场地内，厚度0.63.2m，稍湿，可塑硬塑状态，具中等的强度及中等压缩性，标贯击数813击，渗透系数K=2.85E-5cm/s，孔隙比为0.921，塑性指数为22.3，液性指数为0.33，工程性能较好，为良好的地基土，可作为输水管线的基础持力层。（5）含砾粘土-2：该层土广泛分布于场地内，厚度0.35.1m，稍湿，可塑硬塑状态，具中等的强度及中等压缩性，标贯击数1217击，渗透系数K=5.21E-5cm/s，孔隙比为0.844，塑性指数为18.2，液性指数为0.38，工程性能较好，为良好的地基土，可作为输水管线的基础持力层。（6）砂卵砾石层-3：该层主要分布于工程区中部及西部，厚度6.07.2m，动探击数1537击，中密状态，强度较高，渗透系数K=4.2E-3cm/s可作为输水管线的基础持力层。（7）灰岩：构成场地内稳定基岩，强度高，变形小，工程性能好，可作为取水泵房的基础持力层和桩端持力层。3）水位地质特征：按地下水形成条件和赋存特征，场地内地下水类型属第四系松散堆积中的孔隙水，含水层位为粘性土层中，地下水位埋深0.55.2m。与河水互补性较强，枯水季节孔隙水补给河水，汛期丰水季节河水通过下部砂卵砾石层补给地下水，砂卵砾石层渗透系数K=8.0E-3cm/s。取江中段的各种土的力学参数表名称h(m)C(kPa)粘土-15.419.631.421含砾粘土-212226.1419.6砂卵砾石层-32.63029.7819.5灰岩5.304238.922.55三 支护方案选型取水泵站东面临资江，东西面距离3层楼民房约43m，南面距离6层楼民房约40m。场地地层从上而下为耕植土、粘土、含砾粘土与中风化灰岩。根据工程特点结合场地岩土层，综合确定拟建工程基坑侧壁安全等级为一级。拟建基坑场地分为岸上和水上两部分，岸上部分长28m，宽18m，水上部分长26m，宽12m。考虑该工程开挖深度11米，按其深度已为一级基坑，要保持深基坑支护结构万无一失，应此支护结构及围幕止水要求进入灰岩。综上所述，最佳支护方案是选择冲孔灌注桩悬臂支护结构；因其约一半工程量在水中，先行采用粘土对江中部分进行场地平整回填，回填标高为178.00m，高出常水位约1m；为便于机械作业回填范围为顶口宽于支护结构外3米。冲孔灌注桩悬臂支护结构工艺具有如下优点：1）墙体刚度大、整体性好，因而结构和地基变形都较小，在本工程中可以起到功能三合一，既超深围基坑护结构、其次起到止水帷幕作用，第三可代替现有设计的浆砌片石挡土墙，起到永久围护结构作用；2）试用各种地质条件。对砂卵石地层或要求进入灰岩层时，钢板桩及其他工艺就难以施工，但却可采用合适的成槽机械及冲孔灌注桩施工的地下连续墙结构；3）可减少工程施工时对环境的影响。施工时振动少，噪声低；对周围相邻的工程结构和地下管线的影响较低，对沉降及变位较易控制；4）可进行逆筑法施工，有利于加快施工进度，降低造价。四 悬壁支护结构设计计算依据： 1、建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012 2、建筑施工计算手册江正荣编著 3、实用土木工程手册第三版杨文渊编著 4、施工现场设施安全设计计算手册谢建民编著 5、土力学与地基基础4.1、参数信息 1、基本参数支护桩材料钢筋混凝土桩支护桩间距ba(m)1支护桩嵌入土深度ld(m)4.1基坑开挖深度h(m)10基坑外侧水位深度ha(m)7.5基坑内侧水位深度hp(m)4.1支护桩在坑底处的水平位移量(mm)12承压水含水层顶面至坑底的土层厚度D(m)4.3承压水含水层顶面的压力水头高度hw(m)6 2、土层参数土层类型土厚度h(m)土重度(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角()饱和土重度sat(kN/m3)水土分算粘土-15.42131.419.622是含砾粘土-2119.626.142222是砂卵砾石层-32.619.529.783022灰岩10.322.5538.94223 3、荷载参数类型荷载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度l(m)作用深度d(m)满布荷载3/条形局部荷载3.544/0矩形局部荷载45562 4、计算系数结构重要性系数01综合分项系数F1.25嵌固稳定安全系数Ke1.2圆弧滑动稳定安全系数Ks1.3突涌稳定安全系数Kh1.1 4.2、土压力计算土压力分布示意图附加荷载布置图 1、主动土压力计算 1）主动土压力系数 Ka1=tan2(45- 1/2）= tan2(45-19.6/2)=0.498； Ka2=tan2(45- 2/2）= tan2(45-19.6/2)=0.498； Ka3=tan2(45- 3/2）= tan2(45-22/2)=0.455； Ka4=tan2(45- 4/2）= tan2(45-30/2)=0.333； Ka5=tan2(45- 5/2）= tan2(45-30/2)=0.333； Ka6=tan2(45- 6/2）= tan2(45-30/2)=0.333； Ka7=tan2(45- 7/2）= tan2(45-42/2)=0.198； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：0-4m H1=0h0+q1/i=0+3/21=0.143m Pak1上 =1H1Ka1-2c1Ka10.5=210.1430.498-231.40.4980.5=-42.822kN/m2 Pak1下 =1(h1+H1)Ka1-2c1Ka10.5=21(4+0.143)0.498-231.40.4980.5=-0.99kN/m2 第2层土：4-5.4m H2=1h1+q1+q1b1/(b1+2a1)/i=84+3+1.167/21=4.198m Pak2上 =2H2Ka2-2c2Ka20.5=214.1980.498-231.40.4980.5=-0.415kN/m2 Pak2下 =2(h2+H2)Ka2-2c2Ka20.5=21(1.4+4.198)0.498-231.40.4980.5=14.226kN/m2 第3层土：5.4-6.4m H3=2h2+q1+q1b1/(b1+2a1)/i=113.4+3+1.167/19.6=5.998m Pak3上 =3H3Ka3-2c3Ka30.5=19.65.9980.455-226.140.4550.5=18.225kN/m2 Pak3下 =3(h3+H3)Ka3-2c3Ka30.5=19.6(1+5.998)0.455-226.140.4550.5=27.143kN/m2 第4层土：6.4-7m H4=3h3+q1+q1b1/(b1+2a1)/i=133+3+1.167/19.5=7.034m Pak4上 =4H4Ka4-2c4Ka40.5=19.57.0340.333-229.780.3330.5=11.305kN/m2 Pak4下 =4(h4+H4)Ka4-2c4Ka40.5=19.5(0.6+7.034)0.333-229.780.3330.5=15.202kN/m2 第5层土：7-7.5m H5=4h4+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/i=144.7+3+1.167+0.5/19.5=7.66m Pak5上 =5H5Ka5-2c5Ka50.5=19.57.660.333-229.780.3330.5=15.37kN/m2 Pak5下 =5(h5+H5)Ka5-2c5Ka50.5=19.5(0.5+7.66)0.333-229.780.3330.5=18.617kN/m2 第6层土：7.5-9m H6=5h5+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=154.45+3+1.167+0.5/22=7.233m Pak6上 =sat6H6-w(h5-ha)Ka6-2c6Ka60.5+w(h5-ha)=227.233-10(7.5-7.5)0.333-229.780.3330.5+10(7.5-7.5)=18.619kN/m2 Pak6下 =sat6(H6+h6)-w(h5-ha)Ka6-2c6Ka60.5+w(h5-ha)=22(7.233+1.5)-10(9-7.5)0.333-229.780.3330.5+10(9-7.5)=39.613kN/m2 第7层土：9-14.1m H7=6h6+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=187.45+3+1.167+0.5/23=8.353m Pak7上 =sat7H7-w(h6-ha)Ka7-2c7Ka70.5+w(h6-ha)=238.353-10(9-7.5)0.198-238.90.1980.5+10(9-7.5)=15.451kN/m2 Pak7下 =sat7(H7+h7)-w(h6-ha)Ka7-2c7Ka70.5+w(h6-ha)=23(8.353+5.1)-10(14.1-7.5)0.198-238.90.1980.5+10(14.1-7.5)=79.578kN/m2 3）水平荷载 临界深度：Z0=Pak2下h2/(Pak2上+ Pak2下)=14.2261.4/(0.415+14.226)=1.36m； 第1层土 Eak1=0kN； 第2层土 Eak2=0.5Pak2下Z0ba=0.514.2261.361=9.674kN； aa2=Z0/3+h3=1.36/3+8.7=9.153m； 第3层土 Eak3=h3(Pa3上+Pa3下)ba/2=1(18.225+27.143)1/2=22.684kN； aa3=h3(2Pa3上+Pa3下)/(3Pa3上+3Pa3下)+h4=1(218.225+27.143)/(318.225+327.143)+7.7=8.167m； 第4层土 Eak4=h4(Pa4上+Pa4下)ba/2=0.6(11.305+15.202)1/2=7.952kN； aa4=h4(2Pa4上+Pa4下)/(3Pa4上+3Pa4下)+h5=0.6(211.305+15.202)/(311.305+315.202)+7.1=7.385m； 第5层土 Eak5=h5(Pa5上+Pa5下)ba/2=0.5(15.37+18.617)1/2=8.497kN； aa5=h5(2Pa5上+Pa5下)/(3Pa5上+3Pa5下)+h6=0.5(215.37+18.617)/(315.37+318.617)+6.6=6.842m； 第6层土 Eak6=h6(Pa6上+Pa6下)ba/2=1.5(18.619+39.613)1/2=43.674kN； aa6=h6(2Pa6上+Pa6下)/(3Pa6上+3Pa6下)+h7=1.5(218.619+39.613)/(318.619+339.613)+5.1=5.76m； 第7层土 Eak7=h7(Pa7上+Pa7下)ba/2=5.1(15.451+79.578)1/2=242.324kN； aa7=h7(2Pa7上+Pa7下)/(3Pa7上+3Pa7下)=5.1(215.451+79.578)/(315.451+379.578)=1.976m； 土压力合力： Eak=Eaki=0+9.674+22.684+7.952+8.497+43.674+242.324=334.805kN； 合力作用点： aa= (aaiEaki)/Eak=(00+9.1539.674+8.16722.684+7.3857.952+6.8428.497+5.7643.674+1.976242.324)/334.805=3.348m； 2、被动土压力计算 1）被动土压力系数 Kp1=tan2(45+ 1/2）= tan2(45+42/2)=5.045； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：10-14.1m H1=0h0/i=0/22.55=0m Ppk1上 =1H1-w(h0-hp)Kp1+2c1Kp10.5+w(h0-hp)=22.550-10(0-4.1)5.045+238.95.0450.5+10(0-4.1)=340.592kN/m2 Ppk1下 =1(H1+h1)-w(h0-hp)Kp1+2c1Kp10.5+w(h0-hp)=22.55(0+4.1)-10(4.1-4.1)5.045+238.95.0450.5+10(4.1-4.1)=641.183kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Epk1=bah1(Pp1上+Pp1下)/2=14.1(340.592+641.183)/2=2012.639kN； ap1=h1(2Pp1上+Pp1下)/(3Pp1上+3Pp1下)=4.1(2340.592+641.183)/(3340.592+3641.183)=1.841m； 土压力合力： Epk=Epki=2012.639=2012.639kN； 合力作用点： ap= (apiEpki)/Epk=(1.8412012.639)/2012.639=1.841m； 3、基坑内侧土反力计算 1）主动土压力系数 Ka1=tan2(45-1/2）= tan2(45-42/2)=0.198； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：10-14.1m H1=0h0/i=0/22.55=0m Psk1上 =(0.212-1+c1)h0(1-h0/ld)/b+1H1-w(h0-hp)Kp1+w(h0-hp)=(0.2422-42+38.9)0(1-0/4.1)12/12+22.550-10(0-4.1)0.198+10(0-4.1)=-32.882kN/m2 Psk1下 =(0.212-1+c1)h1(1-h1/ld)/b+1(H1+h1)-w(h1-hp)Kp1+w(h1-hp)=(0.2422-42+38.9)4.1(1-4.1/4.1)12/12+22.55(0+4.1)-10(4.1-4.1)0.198+10(4.1-4.1)=18.306kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Psk1=b0h1(Ps1上+Ps1下)/2=14.1(-32.882+18.306)/2=-29.881kN； as1=h1(2Ps1上+Ps1下)/(3Ps1上+3Ps1下)=4.1(2-32.882+18.306)/(3-32.882+318.306)=4.45m； 土压力合力： Ppk=Ppki=-29.881=-29.881kN； 合力作用点： as= (asiPski)/Ppk=(4.45-29.881)/-29.881=4.45m； Psk=-29.881kNEp=2012.639kN 满足要求！ 4.3、稳定性验算 1、嵌固稳定性验算 Epkapl/(Eakaal)=2012.6391.841/(334.8053.348)=3.306Ke=1.2 满足要求！ 2、整体滑动稳定性验算圆弧滑动条分法示意图 Ksi =cjlj+(qjbj+Gj)cosj-jljtanj/(qjbj+Gj)sin cj、j 第j土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()； 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)，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ujwhwaj，在基坑内侧，可取ujwhwpj；滑弧面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)； hwaj基坑外侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； hwpj基坑内侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； min Ks1 ，Ks2 ，Ksi，=2.591Ks=1.3 满足要求！ 3、渗透稳定性验算渗透稳定性简图 承压水作用下的坑底突涌稳定性验算： D /(hww) =hii /(hww)=(5.322.55)/(610)=1.992 D /(hww) =1.992Kh=1.1 满足要求！ 4.4、结构计算 1、材料参数桩截面类型圆形圆形截面直径D(mm)1000桩混凝土强度等级C30桩混凝土保护层厚度(mm)50配筋形式