地下连续墙设计计算书

深基坑课程设计 目目 录录 一 工程概况 1 二 工程地质条件 1 三 支护方案选型 1 四 地下连续墙结构设计 2 1 确定荷载 计算土压力 2 1 1 计算层土的平均重度 平均粘聚力c 平均内摩檫角 2 1 2 3 4 5 6 1 2 计算地下连续墙嵌固深度 2 1 3 主动土压力与水土总压力计算 3 2 地下连续墙稳定性验算 5 2 1 抗隆起稳定性验算 5 2 2 基坑的抗渗流稳定性验算 6 3 地下连续墙静力计算 7 3 1 山肩邦男法 7 3 2 开挖计算 9 4 地下连续墙配筋 11 4 1 配筋计算 11 4 2 截面承载力计算 12 参考文献 12 深基坑课程设计 1 一一 工程概况工程概况 拟建的钦州市妇幼保健医院住院大楼 项目地址位于钦州市安州大道与南珠 东大街交叉路口东南侧 整个项目总用地净面积 12702 98 2 使用面积 11411 73 2 地上总建筑面积 49273 94 2 地下总建筑面积 7857 64 2 总 建筑基底面积 3815 92 2 该项目为 1 栋楼高 22 23F 的住院大楼 下设两层 地下室 详细尺寸及布局见 总平面图 和 建筑物和勘探点平面位置图 未进入设计条件 拟建建筑的荷载 上部结构及室内整平标高均未知 基础类 型待定 受业主委托 由本院对拟建场地进行岩土工程详细勘察工作 二二 工程地质条件工程地质条件 拟建工程场地位于钦州市安州大道与南珠东大街交叉路口东南侧 其北临 南珠东大街 西侧为安州大道 南面为已建的 9F 妇幼保健医院门诊 办公楼 拟建场地几年前经过填土整平 场地内原有较多旧建筑物 部分已经拆除 现 况场地总体地形平坦 相对高差不大 约 1 21m 场地地貌上属于低丘缓坡地 貌 地地基土在钻探深度范围内揭露的地层有 素填土 第四系 Q3 洪冲 积粘土 粗砂 粉砂 下伏基岩为侏罗系中统 J2 的强风化砂岩 和 中风化砂岩 各层土的物理力学性质如下 各种土的力学参数表 名称 h m 0 C kPa 3 mkN 素填土 2 453521 粘土 1 025 844 319 6 粗砂 4 0530019 5 粉砂 1 5825419 0 强风化岩 6 6721 0 中风化砂岩 9 9123 0 三三 支护方案选型支护方案选型 拟建工程场地位于钦州市安州大道与南珠东大街交叉路口东南侧 其北临 南珠东大街 西侧为安州大道 南面为已建的 9F 妇幼保健医院门诊 办公楼 拟建场地几年前经过填土整平 场地内原有较多旧建筑物 部分已经拆除 现 深基坑课程设计 2 况场地总体地形平坦 相对高差不大 约 1 21m 场地地貌上属于低丘缓坡地 貌 必须控制好施工对周围引起的振动和沉降 考虑该工程开挖深度 10 米 较深 要保持深基坑支护结构万无一失的话 要求进入强分化岩 综上所述 最佳支护方案是选择内支撑的地下连续墙围护 地下连续墙工艺具有如下优点 1 墙体刚度大 整体性好 因而结构和地基变形都较小 既可用于超深围 护结构 也可用于主体结构 2 试用各种地质条件 对砂卵石地层或要求进入风化岩层时 钢板桩就难 以施工 但却可采用合适的成槽机械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 四四 地下连续墙结构设计地下连续墙结构设计 1 确定荷载 计算土压力 地表超载 地下水距地面 3 3 米 用水土分算法计算主动土 2 10 qKN M 压力和水压力 1 1 计算层土的平均重度 平均粘聚力c 平均内摩檫角 1 2 3 4 5 6 3 21 2 4 19 6 1 02 19 5 4 05 19 1 5821 6 6723 9 91547 39 21 36 7 47 1 586 679 9125 63 kN m 0 5 2 45 8 1 0230 4 0525 1 58178 92 3 81 2 4 1 024 05 1 5846 97 35 2 444 3 1 024 1 58135 51 27 1 2 4 1 58 1 025 a ckp 1 2 计算地下连续墙嵌固深度 由经验公式法计算嵌固深度 公式为 254 0 04 0 tan051 0 00134 0 33 2 08 0 1 cHH D 式中 D 墙体嵌固深度 m 深基坑课程设计 3 H 基坑开挖深度 q HH 容许变形量 根据 建筑基坑工程技术规范 有 100 1 0 H 10 1010 47 21 836 Hm 10 0 10 01 100 m 0 040 54 2 0 0400 54 2 0 08 2 330 00134 0 051 tan 10 0 08 0 012 330 00134 21 36 10 470 051 21 36 27 1 tan3 8 4 39 H D Hc m 为了方便施工取 11 5 米 则地下连续墙底到自然地面总埋深为 10 4 5 14 5 米 1 3 主动土压力与水土总压力计算 2 45tan 2 2 45 tan 2 21 chhqpa 2 hp ww wa ppp 深基坑课程设计 4 式中 水土总压力 p 2 mkN 土压力 a p 2 mkN 水压力 w p 2 mkN 计算深度在地下水位上距地面的距离 m 当计算深度在水位下时 1 h mh0 4 1 地下的计算深度距地下水位的距离 m 2 h 土的浮容重 m 则利用上面公式可计算各深度的土压力为 0 zm 20002 10 tan 453 8 2 2 27tan 453 8 2 41 9 a pkN m 2 3 zm 200002 1021 36 2 3 tan 453 8 2 2 27tan 453 8 2 1 3 a pkN m 可认为0 a p 3 3 zm 200002 1021 36 3 3 tan 453 8 2 2 27tan 453 8 2 20 a pkN m 7 zm 200002 1021 36 3 3 11 36 3 7 tan 453 8 2 2 27tan 453 8 2 57 a pkN m 2 2 10 3 737 ww phkN m 2 94 aw pppkN m 10 zm 200002 1021 36 3 3 11 36 6 7 tan 453 8 2 2 27tan 453 8 2 87 a pkN m 2 2 10 6 767 ww phkN m 2 154 aw pppkN m 14 zm 深基坑课程设计 5 200002 1021 36 3 3 11 36 11 2 tan 453 8 2 2 27tan 453 8 2 132 a pkN m 2 2 10 11 2112 ww phkN m 2 244 aw pppkN m 2 2 2 2 2 2 2 图图 1 土压力分布图土压力分布图 深基坑课程设计 6 2 地下连续墙稳定性验算 2 1 抗隆起稳定性验算 q H D q 图图 2 同时考虑同时考虑 c 的抗隆起计算示意图的抗隆起计算示意图 同时考虑的抗隆起 并按普朗特尔 Prandtl 地基承载力公式进行验算 c 公式为 如图 2 所示 qDH cNDNq K c L 1 2 式中 坑外地表至墙底 各土层天然重度的加权平均值 1 3 kN m 坑内开挖面以下至墙底 各土层天然重度的加权平均值 2 3 kN m 地基极限承载力的计算系数 Nq c N tan2 2 45 taneNq tan 1 1 qc NN 抗隆起稳定安全系数 L K 深基坑课程设计 7 则有 2 1 2 4 21 1 02 19 64 05 19 5 1 58 195 45 21 20 3 14 5 kN m 2 2 21 kN m 0 0 20tan3 8 3 8 tan 45 2 5 2 q Ne 0 1 1 4 1 6 tan3 8 c N 21 4 5 3 127 6 1 49 20 3 14 5 10 L K 一般采用1 2 1 3 L K 因此地下连续墙埋深满足要求 4 5mD 2 2 基坑的抗渗流稳定性验算 如图 3 所示 作用在惯用范围 B 上的全部渗流压力 J 为 hBJ w 式中 h 在 B 范围内从墙底到基坑地面的水头损失 一般可取 2 w hh 水的重度 w B 流砂发生的范围 根据试验结果 首先发生在离坑壁大约等于挡墙插入 深度一半范围内 即 2 DB 抵抗渗透压力的土体水肿重量 W 为 DBW 式中 土的浮重度 地下墙的插入深度 D 若满足的条件 则管涌就不会发生 即必须满足下列条件 JW www s h D h D K 2 式中 抗管涌的安全系数 一般取 s K5 1 s K w 210 6 7 2 4 5 275 4 ww JhBh B 11 36 4 5 4 5 2115WDB 满足JW 深基坑课程设计 8 则符合要求 2 11 36 4 5 1 531 5 10 6 7 s K B hw D W J W 图图 3 管涌验算示意图管涌验算示意图 3 地下连续墙静力计算 3 1 山肩邦男法 地下连续墙用于深基坑开挖的挡土结构 基坑内土体的开挖和支撑的设置 是分层进行的 作用于连续墙上的水 土压力也是逐步增加的 实际上各工况 的受力简图是不一样的 荷载结构法的各种计算方法是采用取定一种支承情况 荷载一次作用的计算图式 不能反映施工过程中挡土结构受力的变化情况 山 肩邦男等提出的修正荷载结构法考虑了逐层开挖和逐层设置支撑的施工过程 山肩邦男等提出的修正荷载结构法假定土压力是已知的 另外根据实测资 料 又引入一些简化的假定 1 下道横支撑设置以后 上道横支撑的轴力不变 2 下道横支撑支点以上的挡土结构变位是在下道横支撑设置前产生的 下道横支撑支点以上的墙体仍保持原来的位置 因此下道横支撑支点以上的地 下连续墙的弯矩不改变 3 在粘土层中 地下连续墙为无限长弹性体 4 地下连续墙背侧主动土压力在开挖面以上取为三角形 在开挖面以下 深基坑课程设计 9 取为矩形 是考虑了已抵消开挖面一侧的静止土压力的结果 5 开挖面以下土体横向抵抗反力作用范围可分为两个区域 即高度为 l 的被动土压力塑性区以及被动抗力与墙体变位值成正比的弹性区 应用上肩邦男法进行地下连续墙静力计算 h ok h o k m N1 N2 Nk hkk hik h2k h1k hok Ni 区 区 区 区 区 区 区 图图 4 4 山肩邦男精确解计算简图山肩邦男精确解计算简图 山肩邦男法的计算简图如图 4 所示 沿地下墙分成 3 个区域 即第 k 道横 支撑到开挖面的区域 开挖面以下的塑性区域和弹性区域 建立弹性微分方程 式后 根据边界条件及连续条件即可导出第 k 道横支撑轴力的计算公式及其变 位和内力公式 该方法称为山肩邦男的精确解 为简化计算 山肩邦男又提出 了近似解法 其计算简图如图 5 所示 不同之处为 1 在粘土地层中 地下连续墙作为底端自由的有限长梁 2 开挖面以下土的横向抵抗反力采用线性分布的被动土压力 3 开挖面以下地下连续墙弯矩为零的点假想为一个铰 忽略铰以下的挡 土结构对铰以上挡土结构的剪力传递 由作用于地下连续墙的墙前墙后所有水平作用力合力为零的平衡条件 即 有 根据静力平衡条件 可推导户计算及的公式 k N m x 深基坑课程设计 10 2 1 1 22 0 2 1 2 1 2 1 2 1 mmok k immokmkk xxhNvxwxhxhN y x N1 N2 Ni NK q 主动土压力 y 水 土压力 h0K x h0K xm h0K xm wx v h0K h1K h2K hiK hKK 图图 5 5 山肩邦男法近似解法的计算简图山肩邦男法近似解法的计算简图 则需要通过求解方程 m x 0 3 2 1 2 1 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3 1 0 1 1 2 0 1 1 00 2 00 3 k kk k kikk k iki mkkkkmkkkkkkm h hhNhhN xhhvhxhhwhvhxw 式中各符号意义见图 5 山肩邦男法近似解法的计算简图 3 2 开挖计算 一次性开挖 并只设一道支撑 支撑系数 k 1 0 7 7 k hm 1 5 kkk hhm 1K NN 10 zm 222 87 67 154 aw pkN mpkN mpkN m 15 4 10 p 8 7 10 a p 深基坑课程设计 11 15 48 76 7 计算墙前被动土压力 2 tan 45 2 tan 45 22 21 361 142 27 1 07 24 457 8 p Pxc x x 则 24 4w 57 8v 求 m x 32 2 111111 24 48 7 15 4 7 757 824 4 58 7 56 7 7 7 322223 117 7 15 4 7 757 86 7 7 7 415 4 7 7 5 0 223 mm m xx x 32 5 2261771264 60 mm xxx 求解方程得6 4 m xm 求支撑轴力 1 N 222 1 1111 15 4 7 7 6 415 4 7 724 4 6 457 8 6 46 7 7 7 6 48 7 6 4 2222 441 4 N kN 墙体弯矩 5 zm 200002 1021 36 3 3 11 36 1 7 tan 453 8 2 2 27tan 453 8 2 37 a pkN m 2 2 10 1 717 ww phkN m 2 54 aw pppkN m 1 2 7 542 48 6 23 MkN mkN m 2 7 77 7 154441 4 5 685 2 23 MkN mkN m 深基坑课程设计 12 685 2kN m 48 6kN 0k h x 154kN m 22 1N x N 441 4kN 1 图图 6 开挖计算简图开挖计算简图 4 地下连续墙配筋 4 1 配筋计算 地下连续墙厚 700mm 保护层为 50mm 混凝土为 C30 受力钢筋 分布钢 筋均采用 级钢筋 混凝土的 HRB 钢筋的设计30CMPafMPaf tc 43 1 3 14 强度 300 y fMPa 墙开挖侧最大弯矩 685 2MkN m 查表 0 70050650hmm mb1 0 1 1 受弯杆件强度设计安全系数4 1 K 1 开挖侧配筋 2 22 01 1 4 685 2 0 16 1 0 14300 1 0 0 65 s c KM mmm bhf 查 钢筋混凝土结构设计规范 沈蒲生主编 2002 附表 4 2 得 7168 0 s 6 2 0 1 4 685 2 10 6851 5mm 300 0 7168 650 s ys KM A fh 实配直径为 32 的 HRB335 钢筋 9 根 2 7238 S Ammm 配筋率 满足要求 6851 5 100 1 05 450 214 1000 650 st s y Af A bhf 2 墙迎土侧配筋 2 22 01 1 4 48 6 0 011 1 0 14300 1 0 0 65 s c KM mmm bhf 查 钢筋混凝土结构设计规范 沈蒲生主编 2002 附表 4 2 表得 深基坑课程设计 13 9990 0 s 6 2 0 1 4 48 6 10 3492 7mm 300 0