某大厦深基坑设计计算书-secret

大厦深基坑支护设计 摘摘 要要 本设计是 大厦的基坑支护设计 地基土层主要由素填土 淤泥质粘土 粉质粉土 粉质粘土构成 地形为坡地 局部为水塘 由人工推填平整 场地较平整 原始地貌为 侵蚀性堆积岗地 主体基坑支护采用分两侧采用不同的支护体系支护 一种是钻孔灌注桩加锚杆的支 护体系 采用钻孔灌注桩的基坑开挖深度为 9m 总桩长 13m 一种是土钉墙支护 基坑 开挖深度 10m 基坑采用深层搅拌桩止水 排水沟排水 土层锚杆作为一种新兴科学 将会更广泛地运用到工程实践中 其具有较高的科学性 使用性 且施工方便 不占场 地 设计的主要内容有支护方案的选择 钻孔灌注桩的设计与计算 土钉及锚杆的计算 基坑的止水和施工组织设计和概预算 关键词 深基坑支护 土钉墙 钻孔灌注桩 深层搅拌桩 锚杆支撑 施工组织设 计 概预算 1 目目 录录 第 1 章 设计方案综合说明 1 1 1 设计任务 1 1 1 1 本设计为基坑工程 1 1 1 2 基坑工程设计图纸要求 1 1 1 3 针对性设计专题在论文的相应章节详细论述 1 1 2 原始资料 1 1 2 1 工程概况 1 1 2 2 基坑周边环境条件 2 1 2 3 岩土层分布特征 2 1 2 4 基坑侧壁安全等级及重要性系数 3 1 3 设计依据 4 第 2 章 支护体系方案的选择 5 2 1 支护体系的组成 5 2 2 基坑支护结构的选择 7 2 3 支护方案的比较和确定 9 2 4 总结 10 2 4 1 各土层的计算参数 10 2 4 2 计算区段的划分 10 2 4 3 计算方法 11 2 4 4 方案确定 11 第 3 章 BC 断面的围护结构设计与计算 12 3 1 土压力系数计算 12 3 2 支护结构设计计算 12 3 2 1 侧向土压力计算 12 3 3 锚杆设计的内容和步骤 17 3 3 1 锚杆承载力的计算 18 3 4 桩的配筋 21 3 4 1 桩体的配筋计算方法 21 3 4 2 构造配筋 22 3 5 冠梁设计 23 3 6 腰梁设计 23 第 4 章 基坑的稳定性验算 25 4 1 概述 25 4 2 验算内容 25 2 4 3 验算方法及计算过程 25 4 3 1 基坑的整体抗滑稳定性验算 25 4 3 2 基坑抗倾覆稳定性验算 25 4 3 3 基坑抗隆起稳定性验算 27 4 3 4 抗渗流 或管涌 稳定性验算 29 第 5 章 AB AD DC 断面的围护结构设计与计算 32 5 1 土钉概述 32 5 2 土钉墙设计内容 包括 32 5 2 1 方案确定 32 5 2 2 土钉计算 33 5 2 3 结构计算 37 第 6 章 基坑止水设计 39 6 1 方案选择 39 6 2 基坑止水方案设计 39 6 2 1 止水桩长确定 39 6 3 排水设计 39 6 3 1 排水方案设计 39 第 7 章 监测方案 40 7 1 基坑监测 40 7 1 1 位移观测 40 7 1 2 沉降监测 40 7 2 观测精度及技术要求 40 第 8 章 施工组织设计 43 8 1 主要施工顺序 43 8 2 主要配备 43 8 3 施工工期与进度计划 45 8 3 1 组织管理机构 45 8 3 2 施工准备 46 8 4 施工方法 施工工艺及技术措施 47 8 4 1 主要分项工程施工方法 47 8 4 2 施工工艺 49 8 4 3 主要技术措施 50 8 5 质量保证措施 51 8 5 1 工程质量目标 52 8 5 2 土方工程质量要求 52 8 5 3 土钉墙施工注意事项及质量要求 53 8 6 环保管理及措施 55 3 8 6 1 环境目标 55 8 6 2 环境指标 55 8 6 4 环境控制措施 55 8 7 安全防火管理 57 8 8 工程监测与信息施工 58 8 9 技术资料管理 59 8 9 1 工程归档资料 59 8 9 2 资料收集整理要求 59 8 9 3 资料保证措施 60 第 9 章 概预算 61 9 1 工程量的计算 61 9 2 工程预算书 62 9 3 工程总造价 66 结束语 67 参考文献 68 致 谢 69 1 第 1 章 设计方案综合说明 1 1 设计任务 1 1 1 本设计为基坑工程 设计者应根据原始资料 在规定的期限内完成以下毕业设计任务书 根据给定的原始资料进行深基坑结构设计和施工设计 就指导老师针对性提出的相关设计专题进行加强论述 在完成设计以后交出深基坑设计说明书 一份 设计说明书的内容必须包含如下内容 1 工程概括 2 支护结构类型选择 3 B C 断面围护结构设计计算 4 支护体系的稳定性验算 5 AB AD DC 端面的围护结构设计计算以及稳定性验算 6 基坑止排水设计 7 基坑监测 8 施工组织设计 9 工程概预算 1 1 2 基坑工程设计图纸要求 图纸包括 基坑维护平面布置图 维护结构剖面图 地质剖面图 支撑结构大样图 配筋大样 图 以及开挖施工图表等 号及以上图纸应在张以上 26 1 1 3 针对性设计专题在论文的相应章节详细论述 1 2 原始资料 1 2 1 工程概况 湖南弘丰房地产开发有限公司丝绸大厦位于湘潭市河东高新开发区 丝绸中路东侧 工商局宿 舍西侧 原有地形为坡地 局部为水塘 由人工推填平整 场地较平整 地面标高为 67 9m 2 图 1 1 基坑平面图 1 2 2 基坑周边环境条件 基坑西侧为马路 最近距离为 8 5m 东侧为工商局宿舍 楼高六层 其最近距离为 4 6 m 1 2 3 岩土层分布特征 根据地质勘察资料 在 A B C D 段主要分布的土层如下 1 杂填土 Qm1 褐灰至褐红色 以粘性土为主 含大量砖块及碎石生活垃圾 人工填积 结构松散 不含地下水 湿 埋深 1 00 1 11m 层厚 1 20 4 00m 层底标高 66 70 66 80m 2 素填土 Qm1 褐红色 以粘性土为主 含少量砖块及碎石 人工新近填积 未完成自 2 重固结 结构松散 不含地下水 湿 埋深 0 00 1 10m 层厚 1 20 4 00m 层底标高 63 10 66 70m 3 淤泥质杂填土 Qa1 褐灰至灰黑色 含大量碎石及生活垃圾腐烂物 具臭味 含地下 3 水 软塑状 易变形 很湿 埋深 1 80 4 00m 层厚 0 70 2 90m 层底标高 63 10 64 10m 4 粉质粘土 Qa1 褐黄至褐红色 含少量灰白色团状高岭土及铁锰氧化物 裂隙发育 4 摇震无反应 土状光泽 干强度一般 顶部受水浸泡严重 硬塑 中密 稍湿 埋深 0 00 4 70m 3 层厚 2 10 6 70m 层底标高 60 30 62 00m 5 圆砾 Qa1 黄至黄褐色 以石英硅质岩碎屑为主 含少量砂粒及粘性土 胶结一般 5 粗颗粒呈圆状 中风化 粒径 20mm 占 35 5 20mm 占 25 粘性土占 5 富含地下水 中密饱和 埋深 5 00 7 60m 层厚 4 50 5 30m 层底标高 55 80 56 70m 6 粘土 Qa1 紫红色 由下伏基岩风化残积而成 含少量斑状灰白色高岭土及石英粉砂 6 云母碎屑 裂隙发育 土状光泽 摇震无反应 干强度一般 可塑 中密 湿 7 强风化粉砂质泥岩 K 紫红色 粉砂泥质结构 层状构造 以泥质成分为主 石英 7 粉砂为次 岩石风化强烈 裂隙发育 裂面见铁锰氧化膜 浸水易软化 干燥易散碎 顶部风化呈 土状 坚硬 致密 稍湿 埋深 12 50 13 20m 层厚 2 00 3 70m 层底标高 51 50 53 10m 8 中风化粉砂质泥岩 K 紫红色 粉砂泥质结构 以泥质成分为主 石英粉砂为次 8 见云母小片 岩芯表面见绿泥石斑块 偶见石膏细脉充填于裂隙中 岩石较完整 裂隙较发育 局 部夹泥岩透镜体 分布无规律 浸水易软化 干燥易碎裂 坚硬 致密 稍湿 埋深 14 80 16 40m 层厚 2 40 9 80m 层底标高 43 10 49 70m 地下水位简况 场地主要见上层滞水及潜水 上层滞水主要赋存于素填土和淤泥质杂填土 2 中 受大气降水及地表水的补给 季节性变化明显 潜水主要赋存于圆砾中 受同层地下水补 3 5 给 测得初见水位 0 30 7 00m 相应标高 60 90 67 60m 测得静止水位 0 40 2 50m 相应标高 65 40 67 40m 场地地下水对混凝土结构无腐蚀性 对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性 图 1 2 岩土层分布图 1 2 4 基坑侧壁安全等级及重要性系数 丝绸大厦基坑安全等级为一级 基坑重要性系数 0 1 0 4 1 3 设计依据 1 地质勘察报告及相关资料 2 建筑基坑支护技术规范 JGJ120 99 3 建筑基坑工程技术规范 YB9258 97 4 岩土工程预决算指南 5 深基坑工程 6 深基坑工程设计施工手册 7 深基坑支护设计与施工 8 工程概预算 9 基坑工程手册 等 5 第 2 章 支护体系方案的选择 2 1 支护体系的组成 建筑基坑支护结构通常分为桩 墙 式支护体系和重力式支护体系两大类 根据不同的工程类型 和具体情况 这两大类可分成多种支护结构形式 如表 2 1 所示 表 2 1 基坑工程支护结构类型及其特点 类型形式特 点 钢板桩 1 钢板桩系工厂成品 强度 品质 接缝精度等质量保证 可靠 性高 2 具有耐久性 可回拔修正再使用 3 与多道刚支撑结合 适合软土地区的较深基坑 4 施工方便 工期短 5 施工中需注意接头防水 以防止接缝水土流失所引起的地层塌 陷 及失稳问题 6 钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小 开挖后挠度变形较大 7 打拔桩振动噪声大 容易引起土体移动 导致周围地基较大沉 陷 板桩式 预制 混凝 土板桩 1 施工方便 快捷 造价低 工期短 2 可与主体结构结合 3 打桩振动及挤土对周围环境影响较大 不适合在建筑密集城市 市区使用 4 接头防水性差 5 不适合在硬土层中施工 板桩式 柱桩 横列式 1 施工方便 造价低 适合开挖宽度较窄深度较浅的市政排管工 程 2 止水性较差 软弱地基施工容易产生坑底隆起和覆土后的沉降 3 容易引起周围地基沉降 6 类型形式特 点 地下连 续墙 1 施工噪声底 振动小 就地浇制 墙接头止水效果较好 整体刚 度大 对周围环境影响小 2 适合于软弱地层和建筑设施密集城市市区的深基坑 3 墙接头构造有刚性和柔性两种类型 并有多种形式 高质量的刚 性接头的地下连续墙可作永久性结构 还可施工成 T 型 型等 以增加抗 弯刚度作自立式结构 4 施工的基坑范围可达基地红线 可提高基地建筑物的使用面积 若建筑物工期紧 施工场地小 可将地下连续墙作主体结构并可采用逆作法 半逆作法施工 5 泥浆处理 水下钢筋混凝土浇制的施工工艺较复杂 造价较高 6 为保证地下连续墙质量 要求较高的施工技术和管理水平 水泥土 搅拌桩 1 适合软土地区 环境保护要求不高 深度不大于 7 米的基坑工程 2 施工低噪声 低振动 结构止水性较好 造价经济 3 维护挡墙较宽 一般需占用 3 4m 需占用基地红线内一部分面积 自立式 水泥土 挡墙高压 旋喷 桩挡墙 1 适合软土地区 环境保护要求不高 深度不大于 7 米的基坑工程 2 施工低噪声 低振动 对周围环境影响小 止水性好 3 如作自立式水泥土挡墙 墙体较厚需占用基坑红先内一部分面积 4 施工需作排污处理 工艺复杂 造价高 5 作为维护结构的止水加固措施 旋喷桩深度可达 30m 组合式 SMW 工法 1 施工低噪声 对周围环境影响小 2 结构止水性好 结构强度可靠 适合于各种土层 配以多道支撑 可适合于深基坑 3 此施工方法在一定条件下可取代作为维护的地下连续墙 具有较大 发 展前景 放坡土钉墙 1 土钉墙是一种原位土中的加筋技术 可以边开挖边支护 流水作 业 不占独立工期 施工快捷 7 2 设备简单 操作方便 施工所需场地小 材料用量小 经济效果 好 3 土体位移小 采用信息化施工 自然 放坡 1 适用土质条件好 具有放坡空间的情况 2 经济效果很好 续表 2 1 类型形式特 点 钻孔 灌注桩 1 噪声和振动小 就地浇制施工 对周围环境影响小 2 适合软弱地层使用 接头防水性差 要根据地质条件从注浆 搅拌桩 旋喷桩等方法中选用适当方法解决防水问题 3 在砂层和卵石中施工慎用 4 整体刚度较差 不适合兼作主体结构 5 桩质量取决于施工工艺及施工技术水平 施工时需作排污处理 柱列式 挖孔灌注 桩 1 土层施工方便 造价较低廉 成桩质量容易保证 2 施工 劳动保护条件较差 3 不能用于地下水以下不稳定地 土钉墙 1 土钉墙是一种原位土中的加筋技术 可以边开挖边支护 流水作业 不占独立工期 施工快捷 2 设备简单 操作方便 施工所需场地小 材料用量小 经济效果好 3 土体位移小 采用信息化施工 放坡 自然 放坡 1 适用土质条件好 具有放坡空间的情况 2 经济效果很好 2 2 基坑支护结构的选择 本工程地下水位较高 基坑开挖深度为 10 0 米 且 BC 侧由于距离建筑物较近 4 6m 根据我 8 国目前基坑工程中所取得的经验 其围护结构可选择以下几种方案 方按 1 灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水 设二至三道内支撑 方案 2 对于要求维护结构作永久结构的 则可采用设支撑的地下连续墙 方案 3 环境条件允许时 可打设钢板桩 设三至四道支撑 方案 4 可应用 SMW 工法 方案 5 对于较长的排管工程 可采用打设钢板桩 设 3 4 道支撑 或灌注桩后加必要的降水 帷幕 设 3 4 道支撑 方案 6 灌注桩加锚杆 方案 7 桩墙合一地下室逆作法 由于本工程 BC 侧离建筑物较近 故围护结构可考虑的方案有 方案 1 方案 2 方案 6 及方案 7 表 2 是这四种方案的比较 表 2 2 基坑支护方案比较 方案 名称 灌注桩加止水幕 或降排水 和内支撑 地下连续墙 加内支撑 灌注桩加止水帷幕 或降排水 锚杆 桩墙合一地 下室逆作法 整体 性能 较好好一般较好 抗渗 性 较好好较好差 对环境 的影响 小小较小较小 施工 工期 一般较短一般短 造价一般高一般一般 其他 特点 受力性能好 可以贴近施 工 工效高 地下结构 施工方便 节约支撑 费用 由于地下连续墙施工的造价较高 从经济的角度考虑 方案 2 是不可取的 由于此工程地下水 位较高 用方案 7 不能达到止水的效果 因此方案 7 也不可取 方案 1 BC 侧由于距离建筑物较近 4 6m 因此可以采用灌注桩作为受力结构 旋喷桩止水 加二至三道内支撑 但是由于 BC 段有 2m 高的挡土墙 因此 BC 段和 AD 段同一水平上的支撑受力大小不一致 且在 AD 段也需要设置钻孔 灌注桩 这会增加造价 因此采用灌注桩加止水帷幕 或降水 和内支撑也不是很好的方法 9 方案 6 灌注桩加止水帷幕 或降排水 和锚杆 其有特点如下 1 灌注桩作受力结构 旋喷桩止水 2 施工噪声低 施工方便 造价经济 止水效果好 3 地下结构施工方便 灌注桩作受力结构 深层搅拌桩止水 沿灌注桩竖向设数道适量的锚杆作为支撑 这种组合式 结构如因地制宜 可取得较好的技术经济效果 其它侧可以采用土钉墙支护 2 3 支护方案的比较和确定 本工程地下水位较高 基坑开挖深度为 9 米 且 BC 侧由于距离建筑物较近 4 6m 严格按照 建筑基坑支护设计规程 JGJ120 99 建筑基坑工程技术规范 YB9258 97 深基坑支 护设计与施工 中的有关要求进行 经过详细的分析后 我们认为 图 2 1 基坑平面图 本设计基坑支护方案 在满足基坑土方开挖 地下室结构施工及周围环境保护对基坑支护结构 的要求 符合 安全可靠 经济合理 技术可行 方便施工 的原则 基坑分为 AB CD AD 和BC两个计算区段 如图2所示 由于BC区段距离建筑物较近 为减少施工对其东侧建筑物造成较 大影响 减小施工噪声 降低造价费用则采用钻孔灌注桩与锚杆支撑 由于基坑距周围建筑物太近 10 如采用降水井降水 会对已有周围建筑物造成较大影响则不使用降水井降水 则本工程中使用排水 沟排水 采用深层搅拌桩作为止水帷幕 AB CD AD 区段可以采用土钉墙支护 采用土钉墙支护的优点有 1 适用多种地层 土钉支护不仅适用于杂填土 粘土 砂土 粉土等 而且在流沙地段 淤泥质土中已有先例 2 节省工期 土钉支护是边开挖边支护 土方开挖完 支护也告结束 3 土钉支护的面层可直接作为结构外模板墙使用 现在土钉支护的表面 亦可做成垂直九十度 利用其直接作为结构外模板使用 将防水层直接 做在上面 既节约了工序 用节约了时间 还提高了经济效益 4 造价低廉 2 4 总结 2 4 1 各土层的计算参数 根据本工程岩土工程勘察资料 各土层的设计计算参数如表 2 3 表 2 3 土层设计计算参数 基坑各向平均厚度 m 层号土类名称 AB CD DA BC 重度 kN m3 粘聚力 kPa 内摩擦角 度 1 粉质粘土 46 36 720 21222 6 2 圆砾 55 14 720 0 35 3 粘土 61 31 520 22013 6 4 强风化粉砂 质泥岩 7 2 62 822 518 23 5 中风化 粉砂质泥岩 8 5 0 5 025 423 5 27 注 带 的值为估计值 2 4 2 计算区段的划分 根据具体环境条件 地下结构及土层分布厚度 将该基坑划分为三个计算区段 其附加荷载及 计算开挖深度如表 2 4 11 表 2 4 计算区段的划分 段位号AB CD DABC 地面荷载 kPa 1010 开挖深度 m 99 2 4 3 计算方法 按照 建筑基坑支护技术规范 JGJ 120 99 的要求 土压力计算采用朗肯土压力理论 矩形 分布模式 所有土层采用水土合算 因为地下水位充裕 就用天然重度代替 求支撑轴力是用等值 梁法 对净土压力零点求力矩平衡而得 桩长是根据桩端力矩求出 并应满足抗隆起及整体稳定性 要求 由于支护结构内力是随工况变化的 设计时按最不利情况考虑 2 4 4 方案确定 通过支护形式的对比 从安全经济施工的基础上 本基坑 BC 侧采用钻孔灌注桩和锚杆做为支 护 而 AB AD CD 侧则采用土钉支护形式 BC 侧的围护结构采用灌注桩 其直径为 两桩之间的距离取 1 8m mm1000 12 第第 3 3 章章 BCBC 断面的围护结构设计与计算断面的围护结构设计与计算 3 1 土压力系数计算 按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据 即 主动土压力系数 Kai tg2 45 i 2 被动土压力系数 Kpi tg2 45 i 2 计算时 不考虑支护桩体与土体的摩擦作用 且不对主 被动土压力系数进行调整 仅作为安 全储备处理 3 2 支护结构设计计算 该段为基坑东侧 建筑 0 00 相当于绝对标高 67 9 采用钻孔灌注桩加两道锚杆进行施工 基 坑实际挖深 9m 取桩径为 1m 两桩之间的距离取 1 5m 结构外侧地面附加荷载 q 取 10kPa 表 3 1 土层分布表 厚度 m 层号土类名称 BC 1 粉质粘土 4 6 7 2 圆砾 5 4 7 3 粘土 6 1 5 4 强风化粉砂质泥岩 7 2 8 5 中风化粉砂质泥岩 8 5 0 各土层的系数分布如下表 3 2 表 3 2 各土层系数表 序号 图 层 名 称 层厚 m 粘聚力 C a kP 内摩擦 角 重度 3 mkN KaKp 1 粉质 粘土 6 71222 620 20 4452 248 2圆砾4 703520 00 2713 690 3粘土1 52013 620 20 6191 615 3 2 1 侧向土压力计算 锚拉支护体系的内力计算方法较多 手算时常采用的方法为等值梁和连续梁法 这里我们用等 值梁法进行详细计算 13 1 计算步骤 据净土压力零点处墙前被动土压力强度和墙后主动土压力强度相等的关系 根先求出零点的位 置 u 该点至基坑底的距离 公式 t u 1 2x 求出桩墙的入土深度 前提是用等直梁法 求出支撑力 Ra和作为内力的剪力 Qo 取零点下的土压力部分对最低点求弯距 运用方程求出 x 得出 u 设最大弯距距离土压力零点为 xm 根据等值梁法看桩为简直梁 求弯距矢量和 得出最大 弯距 2 土压力计算 第一阶段挖土深至 0 25m 此阶段结构稳定 不用计算 第二阶段挖土深至 6 7m 并在 3m 标高处设立锚杆 a 计算方法 按朗肯理论计算主动与被动土压力强度 其公式如下 0 2aaPqKc K 2aaa ii Pqrh Kc K 其中 朗肯主动土压力强度 a P a kP 地面均匀荷载 q a kP 第 层土的重度 i i 3 mkN 第 层土的厚度 i him 朗肯主动土压力系数 a K 2 45tan 2 a K 2 45tan 2 p K 其中 计算点土的抗剪强度指标 c a kP 11 0 210 0 4452 120 44511 56aaPqKc Kkpa 14 2aaaPqrh Kc K 20 2 6 7 100 4452 12 0 44548 67kpa 12222aaaPhq KCK 下 20 2 6 7 10 0 2712 0 0 521 39 39 aKP b 求开挖面下土压力为 0 点 2 a m 2 39 39 0 576 203 6900 271 Pa a r KpKa c 求 O 点开挖面以上土压力 2 Ea 2 11 56 248 67 4 739 39 0 576 114 15 222 Eakpa d 求 2 y o 以上作用在桩上土压力对 o 点的力矩 2 24 72 0 576 11 564 70 576114 370 57611 34 333 175 o M KN m m 2 2 175 1 5 114 15 o M ym Ea 图 3 1 开挖第二阶段土压力分布简图 e 计算支撑反力 1 R 15 支撑到 d 点距离 1 6 70 57634 276am 支撑反力 0 1 1 175 40 93 4 276 M RKN m a 假设支座 d 处的反力 21 114 1540 9373 22 d EEaRKN m f 桩在 d 下嵌故深度 t 66 73 22 2 53 20 0 3 690 271 d E tm r KpKa 需要桩长度 1 6 70 576 1 2 2 5310 31Lm g 桩强度验算 桩上剪力为 0 的位置距地面以下 y 处 2 2 22 max 22 1 0 2 1 10 0 44520 240 930 2 1 8 11 3 223 111 8 10 0 445 1 820 2 1 80 44540 93 1 83 223 65 07 aa aa qk yry kRa yy ym y Mqk yry kRa y KN m mM 第三阶段挖土深 9m 并在 6m 标高处设立锚杆 在这一阶段 土压力系数采用加权平均计算 开挖面范围内土体力学指标加权平均值为 00 20 22 6 6 735 2 3 25 8 9 12 6 70 2 3 9 9 tan450 39 2 CKpaKpa Ka a 土压力计算 0m 处 2 0 10 0 392 9 0 397 34 EaKN m 16 9m 处以上 2 9 1020 2 6 720 0 2 30 392 9 0 3963 38 EaKN m 上 9m 处以下 土压力 2 9 1020 2 6 720 0 2 30 271 2 00 27151 9 EaKN m 下 为 0 的距开挖面的 d 点深度 51 9 d0 82 20 03 690 271 m d 以上对桩的土压力的合力 111 7 34 0 8563 38 8 1551 9 0 82276 43 222 EaKpa d 以上作用在 桩上土压力对 d 点的力矩 2 0 858 152 0 82 3 148 150 82258 270 8221 28895 333 d MKN m m 图 3 2 开挖第二阶段土压力分布简图 b 计算支撑反力 第一层支撑到 d 点距离 1 9 8236 82am 第二层支撑到 d 点距离 2 9 8263 82am 第一层支撑反力取第一层挖土时的值 40 93 RaKN m 第二层支撑反力值 17 1 2 89540 93 6 82 161 22 3 82 da b MR a RKN m a 假设支座 d 处的反力 276 4340 93 161 2274 28 daab EERRKN m f 桩在 d 下嵌故深度 t 66 74 28 2 65 20 0 3 690 271 d E tm r KpKa 需要桩长度 1 90 82 1 2 2 6513Lm g 桩强度验算 桩上剪力为 0 的位置距地面以下 y 处 2 2 1 0 2 1 10 0 3920 20 3840 93 161 220 2 4 3 aab qk yry kRaR yy ym 22 max 22 11 33 223 114 3 10 0 39 4 320 2 4 30 3940 93 4 33161 22 4 36 223 361 31 aab y Mqk yry kRa yRy KN m mM 3 3 锚杆设计的内容和步骤 土层锚杆是一种辅助结构 以外拉方式来锚固支护结构的围护墙 土层锚杆支护的计算内容包 括 锚杆承载力 拉杆截面面积 锚杆自由端长度 锚杆的水平力和土层锚杆的整体稳定性验算 步骤 1 确定基坑支护方案 根据基坑开挖深度和土的参数 确定锚杆的层数 间距和倾角等 2 计算挡墙单位长度所受各层锚杆的水平力 3 根据锚杆的倾角 间距 计算锚杆的轴力 4 计算锚杆的锚固端长度 5 计算锚杆的自由端长度 6 土层锚杆总长度的计算 18 7 计算锚杆的端面尺寸 8 计算桩 墙与锚杆的整体稳定 9 计算锚杆腰梁断面尺寸 3 3 1 锚杆承载力的计算 1 本工程采用两层锚杆 水平间距一般取 1 5 4 5 m 此处为 1 8m 倾角15 2 由前面的计算可以知道 锚杆的水平力是 12 40 93 161 22 aa RKN RKN 3 由三角形关系可以求出锚杆的轴力 40 93 42 2 cos0 97 161 22 166 cos0 97 b a a b R NKN R NKN 4 锚杆自由段长度的计算 如下图 3 3 所示 图 3 3 锚杆自由段长度计算简图 O 为土压力零点 OE 为假想滑裂面 锚杆 AD 与水平线 AC 夹角 AB 为非锚固段 可由几何关 系得 19 tansin sin 135 2 AO AB 其中 45 2 45 2 在此处 0 25 8 所以 tansin6 82 0 63 0 85 3 8 0 96 sin 135 2 AO ABm 因为小于 5m 而规范规定锚杆自由端长度不得小于 5m 为了结构的稳定 这里我们取两道锚杆 的自由段都为 6m 5 锚杆的锚固段长度的计算 圆柱形水泥压浆锚杆的锚固段长度按下式计算 aL mt a m KN L d 其中 锚固段直径 可取钻头直径的 1 2 倍 md 锚固安全系数 取 1 5 当使用年限超过两年或周围环境要求较高时取mKmK 2 0 mK 土层锚杆设计轴向拉力 即按挡墙计算得到的锚拉力 tN 锚固体与土层之间的剪切强度 可按各地积累的经验取用 也可以按照公式 tanC 其中 C 土体的粘聚力 锚固段中点的上覆压力 锚固段与土体之间的摩擦角 通常取 当采用二次压注浆时 11 32 取 其中为土体的固结块剪的内摩擦角峰值 在本工程中 取 1 5 42 2KN mKtN 1 161 22KN tN 因为在工程中采用的是直径 120mm 的钻孔机械 120 1 2224mdmm 20 0 a 0 a 6 0m 6 h 11 sin1535 0 2 10 h 15 sin1568 6 2 1 ctana 24kpa 3 m m kp 0 a 暂设第一层锚杆锚固段长 第二层锚杆锚固段长10m 则两层锚杆锚固段中点埋深各为 剪切强度 9 20 2 5 0t an25 8 1 ctana 35kpa 3 kp 0 a 9 20 2 8 6t an25 8 所以得 1 1 5 42 2 3 7 3 14 0 224 24 1 5 166 10 1 3 14 0 224 35 b mt a m mt m KN Lm d KN Lm d 6 土层锚杆总长度的计算 土层锚杆总长度可按下式计算 mafLLL 公式中 锚杆的总长度 mL 锚固段长度 由计算确定 aL 自由变形段长度 应取超过滑裂面 0 5 1 0m 的长度 即按fL 上式确定的长度再加 0 5 1 0m 所以 第一层锚杆的总长度为 11m 第二层锚杆的总长度为 17mmLmL 7 土层锚杆截面积的计算 土层锚杆截面积可以按照下式计算 mjt ptk K N A f 其中 A 锚杆的截面积 土层锚杆设计轴向拉力 tN 21 安全系数 取 1 3 mjK 锚杆材料的设计标准强度值 ptkf 则根据实际情况 42 2KN 钢筋在此用 HRB335 的钢筋 则 300tN 1 166KN tNptkf 2 N mm 所以带入数据得 3 2 1 3 42 2 10 182 9 300 mjt a ptk K N Amm f 选用 1 16 2 g 201 1mmA 13 2 1 3 166 10 719 3 300 mj t b ptk K N Amm f 选用 2 25 2 g 982mmA 3 4 桩的配筋 3 4 1 桩体的配筋计算方法 将圆形桩体化为长方形的墙体 然后采用双面对称配筋方法配筋 灌注桩直径为 1000mm 保护 层为 60mm 混凝土为 C30 受力钢筋 分布钢筋均采用 级钢筋 综合安全系数 K 1 4 将直径为 1000mm 的圆形桩体化为宽 1000mm 墙厚 h 的墙体 4 4 1 1264 h D 解得h 875 9m m 取墙厚h 880m m C30 混凝土的 级钢筋的设计强度 MPafMPaf tc 43 1 3 14 MPafy300 墙最大弯矩墙厚 880mm 保护层为 35mm 混凝土为 C30 受力钢筋 分布钢筋均采用 级钢筋 C30 混凝土的 级钢筋的设计强度 MPafMPaf tc 43 1 3 14 MPafy300 22 墙最大弯矩 采用双面对称配筋361 31 Mm m SS AA 0 8803584 5hcm mb1 0ff 1 yy 0 f 2 y00 XAAf bx ssc x MMAhf bx h sc 由 得 1 得 s1 2 桩的最大弯矩 MmmN 纵向钢筋横截面积 s A 2 mm 桩的半径 rmm s a 保护层厚度保护层厚度mm 混凝土强度设计值 c f a MP 钢筋强度设计值 y f a MP 6 2 0y 10 361 31 10 21425 f845 300 ss ss s AA x M AAmm ha 由式知 由式可得 总面积 2 22850 gs AAmm 实配钢筋 2 1220 3768 s Ammm 最小配筋率 0 428 37 68 0 00428 100 88 s A bh 根据 简明深基坑工程设计施工手册 13 钻孔灌注桩的最小配筋率为 故按 12 2042 0 配筋可以满足要求 钢筋按一排均匀布置 3 4 2 构造配筋 根据 简明深基坑工程设计施工手册 13 有 钢箍宜采用螺旋筋 间距一般为8 6 23 每隔应布置一跟直径不小于的焊接加强箍筋 以增加钢筋mm300 200mm2000 1500mm12 笼的整体刚度 有利于钢筋笼吊放和浇灌水下混凝土时整体性 钢筋笼的配筋量由计算确定 钢筋笼一般离孔底 200 500mm 因此在本基坑设计中 采用的螺旋筋为箍筋 另外每隔布置一根的焊接200 8 mm200014 加强箍筋 即定位筋 3 5 冠梁设计 由于本工程采用钻孔灌注桩作为支护结构 为了提高支护体系的稳定性形成闭合的结构 根据要 求在钻孔灌注桩顶部设置冠梁 增加整体的稳定性 根据 深基坑工程优化设计 11 一般冠梁高度为 宽度为 为钻孔d5 1 5 0d2 1 1d 灌注桩的直径 冠梁刚度越大 则冠梁的作用相当于支点的作用 对桩的受力和变形将起显著的作用 因 此设计时可以适当的将其断面加大 配以适量的钢筋 增加刚度 本工程设计冠梁高度为 宽为 混凝土标号为 按以下公式计算冠梁的筋 mm1000mm120030C sq AA8 0 5 0 式中 冠梁的配筋面积 q A 桩按最大弯矩配筋时的钢筋面积 s A 本基坑取系数为 所以8 0 2 0 80 8 14991199 qs AAmm 取 则最小配筋率 206 2 1884mmAq 5 1884 0 23 8 2 10 q A A min 故配筋满足要求 箍筋采用 为安全起见冠梁的配筋 在满足稳定且较经济的情况下200 8 可适当调整 钢筋的具体布置见冠梁配筋图 3 6 腰梁设计 锚喷支护腰粱计算 按多跨连续梁计算 见计算简图 24 图3 4 锚喷支护腰粱计算简图 2 0 125Mql 1 1 2 2 2 42 2 10 55 22 2 166 41 5 22 2 t t t t N q L N N qKN m L N qKN m L 锚杆轴力 计算结果得 2 1 2 2 0 125 10 55 421 1 0 125 41 5 483 MKN m MKN m A A 经计算选用腰粱型号见基坑支护腰梁型钢选用表 表7 锚杆 跨度 m 23 槽钢型号 W 3 cm M KN m 34 122 82 1079 417 1 53 435 62 12 6124 226 7 锚杆轴向 力 KN 69 246 22 14a16134 6 1871252 22a435 293 6 74 9502 14b174 237 5 93 1622 16a216 646 6 100672 16233 650 2 121 6812 18a282 860 8 130 987 32 18304 465 5 153 11022 20a35676 5 锚杆轴向 力 KN 164 41102 20382 882 3 此表摘自 岩土工程师 25 则腰梁配筋结果为 第一层锚杆处腰梁的配筋可选用 2 14a 第二层锚杆处腰梁的配筋可选用 2 22a 此工程中为了安全起见 两层锚杆的腰梁都采用 2 22a 的槽钢 箍筋选用200 8 26 第 4 章 基坑的稳定性验算 4 1 概述 在基坑开挖时 由于坑内土体挖出后 使地基的应力场和变形场发生变化 可能导致地基的失 稳 例如地基的滑坡 坑底隆起及涌砂等 所以在进行支护设计时 需要验算基坑稳定性 必要时 应采取适当的加强防范措施 使地基的稳定性具有一定的安全度 4 2 验算内容 对有支护的基坑全面地进行基坑稳定性分析和验算 是基坑工程设计的重要环节之一 目前 对基坑稳定性验算主要有如下内容 基坑整体稳定性验算 基坑的抗隆起稳定验算 基坑底抗渗流稳定性验算 基坑支护结构踢脚稳定性验算 4 3 验算方法及计算过程 4 3 1 基坑的整体抗滑稳定性验算 根据 简明深基坑工程设计施工手册 6 采用圆弧滑动面验算板式支护结构和地基的整体稳 定抗滑动稳定性时 应注意支护结构一般有内支撑或外拉锚杆结构 墙面垂直的特点 不同于边坡 稳定验算的圆弧滑动 滑动面的圆心一般在挡墙上方 基坑内侧附近 通过试算确定最危险的滑动 面和最小安全系数 考虑内支撑或者锚拉力的作用时 通常不会发生整体稳定破坏 因此 对支护 结构 当设置外拉锚杆时可不做基坑的整体抗滑移稳定性验算 4 3 2 基坑抗倾覆稳定性验算 a 概述 根据 建筑基坑支护技术规程应用手册 11 支护结构在水平荷匝作用下 对于内支撑或锚 杆支点体系 基坑土体有可能在支护结构产生踢脚破坏时出现不稳定现象 对于单支点结构 踢脚 破坏产生于以支点处为转动点的失稳 对于多层支点结构 则可能绕最下层指点转动而产生踢脚失 稳 b 稳定性验算 根据 建筑基坑支护技术规程应用手册 11 抗倾覆安全系数如下 27 atd ptddtd d td t Knn Knnnnnn nn K 212 3 1 22 3 2 2 2 其中有 hnh dd hnh tt hq hc 式中 被动土压力系数与主动土压力系数的比值 P K a K 基坑的开挖深度h 最下道支撑点到基坑底的距离 t h 桩的入土深度 d h 地面荷载 q 2 10mKNq 桩长范围内土层的重度的加强平均值 桩长范围内土层的内摩擦角的加强平均值 桩长范围内土层的粘聚力的加强平均值c 踢脚安全系数 其范围为 t K5 1 0 1 其中有 桩长范围内的所有土层参数的加权平均值如下 3 20 2 6 720 0 4 720 2 1 50 1 22 5 20 1 13 KN m 22 6 6 735 4 7 13 6 1 50 1 23 26 13 12 6 70 4 720 1 50 1 18 8 6 13 aCKP 又有上式得 10 0 06 20 1 9 q W h 28 8 6 0 04 20 1 9 C h 2 56pK 1 6pK 0 39aK 0 62aK H 9m 3 d hm t 3 0hm 则得出 3 0 33 9 t t h n h 2 56 6 56 0 39 Kp Ka 3 0 33 9 d d h n h 2 2 2 0 04 0 33 0 332 0 332 0 330 330 33 6 5631 6 12 0 04 0 330 33 2 0 330 330 06 1 30 62 1 0991 0 tK 满足要求 4 3 3 基坑抗隆起稳定性验算 图 4 1 基坑抗隆起稳定性验算计算简图 29 采用同时考虑 c 的计算方法验算抗隆起稳定性 qDH cNDN K cq s 1 2 式中 墙体插入深度 D 基坑开挖深度 H 地面超载 q 坑外地表至墙底 各土层天然重度的加强平均值 1 坑内开挖面以下至墙底 各土层天然重度的加强平均值 2 地基极限承载力的计算系数 q N c N 为墙体底端的土体参数值 c 用普郎特尔公式 分别为 q N c N tan2 2 45taneNq tan 1 1 qc NN 30 003 14 20 2 6 720 0 2 3 9 20 0 2 420 2 1 6 4 4552 52 72 2 11 12 9 tant Ne q NN cq 0 0 3 1 3 2 2t an 2t an15 其中 D 4m q 10kpa H 9m 15 r 20 1KN m r 20 1KN m t ant an 3 9 an 20 1 4 3 920 10 822 20 1 9410 1 r DNcN qc KL rHDq 0 15 10 82 则 1 951 2 符合要求 4 3 4 抗渗流 或管涌 稳定性验算 1 概述 根据 建筑基坑工程设计计算与施工 6 在地下水丰富 渗流系数较大 渗透系数 的地区进行支护开挖时 通常需要在基坑内降水 如果围护短墙自身不透水 由于基scm 10 6 坑内外水位差 导致基坑外的地下水绕过围护墙下端向基坑内外渗流 这种渗流产生的动水压力在 墙背后向下作用 而在墙前则向上作用 当动水压力大于土的水下重度时 土颗粒就会随水流向上 喷涌 在软粘土地基中渗流力往往使地基产生突发性的泥流涌出 从而出现管涌现象 以上现象发 生后 使基坑内土体向上推移 基坑外地面产生下沉 墙前被动土压力减少甚至丧失 危及支护结 构的稳定 验算抗渗流稳定的基本原则是使基坑内土体的有效压力大于地下水的渗透力 2 抗渗稳定性验算 如下图 9 所示 作用在管涌范围内 B 上的全部渗透压力 J 为 wJhB 公式中 h 在 B 范围内从墙底到基坑底面的水头损失 一般可取 2 wh h 水的重度 w 31 B 流砂发生的范围 根据实验结果 首先发生在离坑壁大约等于挡墙插入深度的 一半范围内 即 2 D B 图 4 2 抗管涌验算示意图 抵抗渗透压力的土体水中重量为 WDB 式中 土的浮重度 D 桩的插入深度 带入数据分别计算得 8 4 22 wh hm 4 2 22 D Bm 10 4 280J 10 1 4 280 8W 因为满足 W J 所以不会发生管涌 3 1 2 72g 0 88 1 2 72 1 0 91 1 0 88 c s s cs c i K i G iGmee e i 其中 按勘察报告可知 坑外水位取地表下 1 0m 坑内水位取坑底下 1 0m 则 w h i L 32 9m 1 0 1 513 14 123 5 9 0 383 23 5 hv w hw LLmLm h i L 式中 坑底土的渗流水力坡度i 坑底内外的水头差 w h 最短渗径流线长度 L 渗流水平段总长度 h L 渗流垂直段总长度 h L 渗径垂直段换算成水平段的换算系数 单排帷幕墙时 取m 多排帷幕墙时 取50 1 m0 2 m 坑底土体的临界水力坡度 c i 土的颗粒密度 s G 土的空隙比e 抗渗流或抗管涌稳定性安全系数 取 s K0 2 5 1 0 91 2 382 0 0 383 s K 符合要求 33 第 5 章 AB AD DC AB AD DC 断面的围护结构设计与计算 5 1 土钉概述 土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件置为原位土体中 并在坡面上喷射钢筋 网混凝土面层 通过土钉 土体和喷射混凝土面层的共同工作 形成复合土体 5 2 土钉墙设计内容 包括 1 方案确定 2 土钉计算 3 结构计算 包括抗倾覆 抗滑移稳定验算 4 水泥掺量及外加剂配合比 5 构造处理 5 2 1 方案确定 该段为基坑采用土钉墙支护进行施工 基坑实际挖深 10m 结构外侧地面附加荷载 q 取 10kPa 开挖斜面坡取 土钉长度一般取 0 5 1 2 倍开挖深度 在这里视情况100Dmm 钻孔直径 0 80 而定 暂取 10m 左右的值 然后再验算 土钉间距为 1 5m 土钉垂直倾角为 0 15 表 5 1 AB AD DC 侧基坑土层分布表 厚度 m 层号土类名称 AB CD AD 1 粉质粘土 4 6 3 2 圆砾 5 5 1 3 粘土 6 1 3 4 强风化粉砂质泥岩 7 2 6 5 中风化粉砂质泥岩 8 5 0 34 表 5 2 AB AD DC 侧基坑土层系数表 序号 图 层 名 称 层厚 m 粘聚力 C a kP 内摩擦角 重度 3 mkN KaKp 1 粉质 粘土 6 31222 620 20 4452 248 2圆砾5 103520 00 2713 690 5 2 2 土钉计算 土钉所受土压力公式 1 2 aiaiiiixy Tqrh Kc KS S KN i Ti是第个土钉所受的土压力 q 坡上超载 r 土的重度 xy SS及 土钉水平及垂直间距 土钉抗拔力 滑裂面外 2 b DL TiKN m ui第个土钉滑裂面外的抗拔力 Lbi i 层土钉伸入破裂面外稳定区长度 求 Lbi 共设 6 层土钉 图 5 1 土钉分布简图 35 0 45 2 图 5 2 图 5 1 蓝色部分详图 00 6 0 1000 tan 45tan27 5529 2cos10 AB LaLmm 而由于土钉垂直