基坑支护毕业设计方案说明

本科生毕业设计 晨曦基坑支护毕业设计 院部名称 土木与建筑工程学院 专业班级 土木工程 岩土 11 5 学生姓名 XXX 指导教师 职 称 教授 高工 XX 学学 院院 二 一五年六月 摘 要 本设计为晨曦大厦基坑支护结构设计 该基坑位于云南省昆明市境内 基坑长为 95m 宽为 55m 厂区内地形整体呈现则矩形 基坑开挖深度为 5m 北侧为居民楼 距 基坑最近距离为 4 5m 其余三侧建筑物距基坑较远 通过方案比选 最终确定北侧采 用放坡支护体系 其他三侧采用混凝土桩锚支护结构体系 本次设计主要内容包括 设计方案必选 土压力计算 支护结构计算 基坑稳 定性验算 支护结构的配筋 基坑的降水止水设计 基坑监测方案设计 经验算 该基坑设计合理 方案可行 满足晨曦大厦基坑的服务水平 关键词 基坑支护 桩锚 混凝土 止降水 监测 II ABSTRACT The design for the Asia Standard Hotel Excavations design the foundation pit in Jiamusi City Heilongjiang Province territory pit length 95m width 55m Plant in the region as a whole showed the rectangular terrain excavation depth of 5m north of the residential building distance from the nearest pit 4 5m the remaining three sides of the building farther away from the pit Through Alternatives Finalize the north side of the concrete piles using bolting structural design south of FengXiang Road using soil nail wall bolting structural design east and west sides by steel piles bolting structural design The design of the main contents include Design Required earth pressure calculation supporting structural calculations foundation stability checking supporting structure reinforcement precipitation sealing pit design excavation monitoring program design Experience count the pit design is reasonable feasible to meet the level of service of Fan hai Hotel pit Key words the foundation design is reasonable feasible meet the hotel foundation service level 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 目 录 摘要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1 1 选题目的和意义 1 1 2 国内外现状 2 1 3 工程概况 4 1 3 1 基坑周边环境 4 1 3 2 工程水文地质条件 6 1 4 设计依据 8 1 5 设计中拟解决主要问题 9 第 2 章 基坑支护方案的比较与选择 10 2 1 基坑特点分析 10 2 2 深基坑支护方案的选择 10 2 3 本章小结 15 第 3 章 放坡支护结构设计 16 3 1 放坡设计参数 16 3 2 放坡整体稳定性验算 16 3 3 土钉的承载力计算 17 3 4 本章小结 17 第 4 章 混凝土桩锚支护结构设计 18 4 1 支护方案 18 4 1 1 基本信息 18 4 1 2 超载信息 18 4 1 3 土层信息 19 4 1 4 土层参数 19 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 4 1 5 支锚信息 19 4 1 6 土压力模型及系数调整 20 4 1 7 工况信息 21 4 2 设计结果 22 4 2 1 结构计算 23 4 2 2 截面验算 25 4 2 3 锚索计算 26 4 3 整体稳定验算 27 4 4 抗倾覆稳定性验算抗倾覆安全系数 31 4 5 抗隆起验算 32 4 6 抗管涌验算 32 4 7 嵌固深度验算 33 4 9 本章小结 33 第 5 章 设计结果 34 5 1 支护原则 34 5 2 支护目标 34 5 3 设计计算参数 35 5 4 设计计算结果 35 第 6 章 基坑降水设计 36 6 1 概述 36 6 2 井点设计计算 36 6 2 1 降水工程的平面布置 36 6 2 2 确定基坑的有效半径 37 6 2 3 井点管埋设深度计算 37 6 2 4 井点系统的抽水影响半径 37 6 2 5 计算基坑涌水量 Q 37 6 2 6 单根井点出水量 38 6 2 7 确定降水井数量与井点间距 38 6 2 8 基坑降水验算 38 6 3 本章小结 39 第 7 章 基坑监测方案设计 40 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 7 1 基坑监测 41 7 1 1 基坑监测的目的和意义 41 7 2 基坑监测方案 41 7 2 1 土钉墙监测的项目 41 7 2 2 土钉墙监测项目的监测方法及监测精度 42 7 3 本章小结 42 结论 43 参考文献 44 致谢 46 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 0 第 1 章 绪 论 1 1 选题目的和意义 毕业设计是培养学生综合能力的重要环节 根据土木工程专业 岩土与地下工程 方向 的培养目标要求及毕业生的主要服务去向 通过毕业设计 使每个学生把所学 过的专业知识综合应用于实际工程设计中 使理论与生产实践相结合提高工程设计能 力 能独立进行基坑支护结构设计 通过泛海酒店基坑支护结构设计 使学生在应用 现行规范 标准 技术指标与经济指标等方面得到基本训练 达到对所学专业知识进 行巩固 综合掌握和灵活运用的目的 提高毕业生分析问题 解决问题的能力 基坑为房屋建筑 市政工程或地下建筑物在施工时需开挖的地坑 为保证基坑施 工 主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构 降水和土方开挖与 回填 包括勘察 设计 施工和监测等 称为基坑工程 它是地下基础施工中内容丰 富而富于变化的领域 是一项风险工程 是一门古老而具有划时代特点的综合性的新 型学科 它涉及到工程地质 土力学 基础工程 结构力学 原位测试技术 施工技 术 土与结构相互作用以及环境岩土工程等多学科问题 基坑工程采用的围护墙 支 撑 或土层锚杆 防渗帷幕等结构体系总称为支护结构 本项毕业设计选题晨曦大厦基坑支护结构设计 为详细学习和了解与岩土工程相 关的知识 巩固以前学习过的 深基坑支护 基础工程 地基处理 土力学 工程地 质学等 知识 并按照现行规范 通过对实际情况的分析把它运用到生产实践中去 同时也培养了调查研究 查阅文献 收集资料和整理资料的能力 通过本次设计使自 己能够理论联系实际 并为以后的工作和学习打下坚实的基础 选定该课题也是为了培养自己的综合能力 根据土木工程专业 岩土与地下工程 方向 的培养目标要求及本人毕业后的主要服务去向 通过毕业设计 能够使我们把 所学过的专业知识综合应用于实际工程设计中 使理论与生产实践相结合提高工程设 计能力 能独立进行基坑支护结构设计 通过泛海酒店基坑支护结构设计 使我们在 应用现行规范 标准 技术指标与经济指标等方面得到基本训练 达到对所学专业知 识进行巩固 综合掌握和灵活运用的目的 提高分析问题 解决问题的能力 在毕业设计的过程中 使我们对基坑支护设计的全过程有了系统的了解和初步的 掌握 在此过程中 我们对以前所学的知识进行了一次综合性的复习 并把零散的知 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 1 识进行了一次有选择性的系统综合 从而把我们四年所学的各种知识进行了融会贯通 在做这次毕业设计的过程中我们依据实际情况并考虑各种外界因素进行理论与实际相 结合的基坑支护设计 这次毕业设计课程 巩固了我们的专业知识 培养了我们的动 手能力 对我们以后的学习和工作有深刻的指导意义和实际价值 1 2 国内外现状 我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下 全国工程建设亦突飞猛进 高 层建筑迅猛发展 建筑高度越来越高 同时各地还兴建了许多大型地下市政设施 地 下商场 地铁车站等 导致多层地下室逐渐增多 基坑开挖深度超过 10m 的比比皆是 其埋置深度也就越来越深 对基坑工程的要求越来越高 随着人防 地铁 地下商场 仓库 影剧院等大量工程的建设 特别是近年来的工程实践 城市地下空间开挖技术 得到了长足发展和提高 我国城市地下工程 隧道及井孔工程等先后采用了明挖法 暗挖法 盖挖法 盾构法 沉管法 冻结法及注浆法等 这些技术有的已达到国际先 进水平 促进了建筑科学技术的进步和施工技术 施工机械和建筑材料的更新与发展 为了保证建筑物的稳定性 建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求 随之出现的问 题也越来越多 这给建筑施工 特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难 地下工程包括市政管线工程 地下仓储工程 地下商场 地下车库 城市地下空 间综合开发利用等地下建筑物以及大中型平战结合工程 随着现代化城市高密度化 生活水准的高标准化 各种供给设施 如电信 电气 煤气 上下水等 的需求量 将会急剧增加 需要改造和增设的供管线愈来愈多 解决这一问题的最好对策乃是进 行统一规划与管理的城市地下共同沟 城市地下公用事业综合隧道 1994 年上海浦 东建成了我国第一条规模较大的张扬路共同沟 城市地下空间开发利用 目前较广泛 的有高层建筑物地下室 平战结合的人防工程 如上海人民广场地下商场 哈尔滨 长春地下商业街等 利用地下工程恒温恒湿 受地面干扰小 防灾抗灾能力强等的特 点 我国修建了许多地下储库 如地下粮库 油库 金库等 随着我国经济和科技 的发展 地下工程的应用领域和应用深度将不断拓展 国外城市地下空间开发利用起步早 大规模的开发大约经历了 150 多年的发展历 程 经验比较成熟 国外地下空间的开发开始于建设地铁 比如说英国伦敦 1863 年 就建成了世界上第一条地铁 开创了城市地下铁道建设的先河 美国纽约 1865 年建 设是第一条地铁 法国的巴黎 1900 年建设了第一条地铁 德国的柏林 1902 年建设了 第一条地铁 西班牙的马德里 1919 年建设了第一条地铁 日本的东京 1927 年建设了 第一条地铁 目前世界上已经修建地铁投资运营的国家和地区有 40 多个 城市有一 百多个 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 2 国外地下空间的开发开始于第二次世界大战 第二次世界大战战前加强地下工势 建设 牵引了地下空间的开发 第二次世界大战中战略轰炸已经成为战争的主要样式 巨大的平民伤亡和财产损失 使各交战国充分认识加强民防工程建设 修建地下防护 设施的重要地位和作用 在遭受敌空袭时 民防和地下防护设施建设相对较好的英国 平均每受弹一吨伤亡 1 人 在过去的战争中 军队的伤亡人数和平民的伤亡人数是 20 1 而现代战争军人的伤亡人数和平民的伤亡人数是 1 20 所以在战后欧洲各 国在十分重视在民用建筑下面修建防空地下室 并以法律形势加以规定 瑞士作为一 个中立国家 接近 300 年没有战争 但是瑞士所有的建筑物都修建了地下防护工程 它的地下空间的开发主要是战时的防护和防灾 注重立体开发 充分利用地下空间 的多功能性 建设四通五达的地下城 从地铁交通工程 大型建筑物向地下自然的延 伸发展 到复合型地下综合体 再到地下城 形成了地下交通 地下商业 地下疏散 干道 地下共同管沟建设的有机融合 同时 公共建筑也向地下发展 如公共图书馆 会议中心 展览中心 体育馆 音乐厅 大型的科研实验室等文化体育设施 国外的 地下建筑的内部空间环境质量 应急系统和运营管理都达到了较高的水平 例如 美 国基本上是实行道路交通的地下化 比如波士顿中央大道就是经历了城市由高架道路 转入地下的过程 验证了城市道路及高架道路走进地下化的发展趋势 美国的地铁建 设在世界上运营最长 纽约有 443 公里 车站达 504 个 每天有 510 多万人在地铁里 面运行 每年将近 20 亿人次 真正的市中心曼哈顿地区常住人口只有 10 万 但白天 进入该地区是 300 万 多数是乘坐地铁的人员 法国也是城市地下空间开发较早国家 一是对废弃的矿井进行再开发利用 改变为城市的下水道和防空设施 巴黎市早在 18 世纪末就开发利用了几个世纪之前的废弃矿井 于 1890 年成功用于巴黎世博会中 国馆和印度馆的设计 取得成功 二是大力建设地下车库 三是用于保护历史文化景 观 比如卢浮宫改造 地上已经没有空间利用 就在地下扩建 成功对古典建筑进行 了现代化改造 钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种 在我国得到广泛的应用 其多用 于坑深 7 15m 的基坑工程 在我国北方土质较好地区已有 8 9m 的臂桩围护墙 钻 孔灌注桩支护墙体的特点有 施工时无振动 无噪音等环境公害 无挤土现象 对周围 环境影响小 墙身强度高 刚度大 支护稳定性好 变形小槽钢钢板桩这是一种简易的钢 板桩围护墙 由槽钢正反扣搭接或并排组成 槽钢长 6 8m 型号由计算确定 其特 点为 槽钢具有良好的耐久性 基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用 施 工方便 工期短 不能挡水和土中的细小颗粒 在地下水位高的地区需采取隔水或降水 措施 抗弯能力较弱 多用于深度 4m 的较浅基坑或沟槽 顶部宜设置一道支撑或拉锚 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 3 支护刚度小 开挖后变形较大 基坑工程的发展往往是一种新的围护型式的出现带动新的分析方法的产生 并遵 循实践 认识 再实践 再认识的规律 而走向成熟 早期的开挖常采用放坡的形式 后来随着开挖深度的增加 放坡面空间受到限制 产生了围护开挖 迄今为止 围护 型式已经发展至数十种 从基坑围护机理来讲 基坑围护方法的发展最早有放坡开挖 然后有悬臂围护 内撑 或拉锚 围护 组合型围护等 放坡开挖需要有较大的工作 面 且开挖土方量较大 一般的支护结构位移控制以水平位移为主 主要是水平位移 较直观 易于监测 水平位移控制与周边环境的要求有关 这就是通常规范中所谓的 基坑安全等级的划分 对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的 则应控制小变形 此即为通常的一级基坑的位移要求 对于周边空旷 无构筑物需保护的 则位移量可 大一些 理论上只要保证稳定即可 此即为通常所说的三级基坑的位移要求 介于一 级和三级之间的 则为二级基坑的位移要求 对于一级基坑的最大水平位移 一般宜不大于 30mm 对于较深的基坑 应小于 0 3 H H 为基坑开挖深度 对于一般的基坑 其最大水平位移也宜不大于 50mm 一 般最大水平位移在 30mm 内地面不致有明显的裂缝 当最大水平位移在 40 50mm 内会 有可见的地面裂缝 因此一般的基坑最大水平位移应控制不大于 50mm 为宜 否则会 产生较明显的地面裂缝和沉降 感观上会产生不安全的感觉 围护结构最早用木桩 现在常用钢筋混凝土桩 地下连续墙 钢板桩以及通过地 基处理方法采用水泥土挡墙 土钉墙等 钢筋混凝土桩设置方法有钻孔灌注桩 人工 挖孔桩 沉管灌注桩和预制桩等 1 3 工程概况 1 3 1 基坑周边环境 工程概况 拟建晨曦大厦为 1 幢平面形态呈矩形的高层建筑 建筑层数为地面上 26 层 地面下 1 层 层高约 4 2 建筑物总高度 88 20m 总建筑面积约 35000 00m2 框支剪力墙结构 本基坑开挖深度为 5m 开挖周长为 303 5m 开挖面 积为 3351 5m2 1 3 2 场地地形情况 拟建场地处于临沧断陷盆地中部 属冲洪积沉积平原地貌 地形较平坦 地势较 开阔 钻孔地面标高 1465 35 1466 92 平均标高 1466 28 相对最大高差 1 57 1 3 3 周边建筑物 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 4 晨曦大厦场地位于临沧市临翔区中心地带 临沧市内规划道路六号路与五号路交 叉处南西侧 其南侧为临翔区检察院办公楼 东侧过五号路为临翔区地方税务局办公 楼 1 3 4 工程水文地质条件 场地钻孔揭露深度范围内上部表层为人工填土 下为第四系冲洪积 Qal pl 成 因的含有机质粉质粘土 砾砂 含砾粉质粘土 粘土 粉质粘土 下伏基岩为第三系 N 半成岩状泥质砂岩 整个场地大类成因类型的地基土经历了四个大的沉积旋回 土颗粒由细到粗 由粗到细 呈现典型的交替沉积特征 不同成因类型的各类土层结 构不均匀 差异较大 物理力学性质各有差异 在勘察深度范围内 场地地基土按成 因类型可分为 3 个单元层 5 个亚层 分述如下 1 第四系人工填土 Qml 杂填土 堆填年限约 2 年 褐色 褐灰色 局部褐灰黑色 为粘性土 花岗岩 碎块石砾砂 碎砖 瓦片 局部地段底部原地表耕植土等组成 结构松散 堆填时间 较短 顶板埋深 0 00 0 00m 厚度 0 30 3 70m 不等 平均 1 21m 整个场地地表 浅部均有分布 2 第四系冲洪积层 Qal pl 1 含有机质粉质粘土 褐色 褐灰黑色 局部褐黄灰色 饱和 可塑状为主 局部软塑状 有机质含量约占 2 95 6 48 评价含量为 5 06 中 高压缩性 a1 2 0 20 1 00Mpa 1 平均 0 42Mpa 1 Es1 2 2 20 8 40Mpa 平均 5 42Mpa 光 泽较暗 干强度及韧性中等 标贯试验锤击数修正值 1 9 4 7 击 平均 2 4 击 顶 板埋深 0 30 3 70m 厚度 0 30 3 00m 平均 1 14m 场地大部分钻孔均有揭露 2 砾砂 褐灰黄色 灰白色 松散 稍密状 中压缩性为主 饱和 砾石占量 28 7 64 8 平均为 40 8 卵石含量 5 5 32 4 平均 16 8 圆 亚圆状 直 径 2 10cm 个别达 20 25cm 成分为石英岩 长石石英岩 花岗岩等 中 微风化 状 分选差 圆锥动探试验锤击数修正值 2 9 7 9 击 平均 5 6 击 顶板埋深 1 00 6 10m 厚度 1 10 6 20m 平均厚 4 80m 该层分布较不均匀 厚度变化较大 整个场地均有揭露 3 含砾粉质粘土 黄灰色 褐黄灰色 饱和 可塑 硬塑状 砾石含量 19 9 43 5 平均为 30 4 粒径 0 2 2cm 个别直径可达 2 5cm 卵石含量 2 6 25 9 平均含量为 8 3 成分为石英 长石 云母等 稍有光泽 干强度及 韧性中等 中压缩性 a1 2 0 14 0 38Mpa 1 平均 0 25Mpa 1 Es1 2 4 49 9 95Mpa 平均 6 88Mpa 标贯试验锤击数修正值 8 40 13 9 击 平均 9 5 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 5 击 圆锥动探试验锤击数修正值 4 4 8 8 击 平均 6 3 击 顶板埋深 5 10 7 70m 厚度 2 00 7 30m 厚度不均 平均 3 72m 整个场地钻孔均有揭露 4 粘土 褐黄色 褐灰黄色 饱和 可塑状为主 局部硬塑状 砂 砾含量约 占 15 20 成分为石英 长石 云母等 含个别微风化石英卵石直径可达 5cm 中 压缩性 a1 2 0 25 0 46Mpa 1 平均 0 38Mpa 1 Es1 2 3 78 7 50Mpa 平均 5 18Mpa 稍有光泽 干强度及韧性中等 标贯试验锤击数修正值 8 6 11 6 击 平 均 9 0 击 顶板埋深 9 40 12 40m 厚度 3 30 6 40m 平均 5 02m 整个场地钻孔 中上部 中部地段均有揭露 5 粉质粘土 黄灰色 局部褐黄 褐灰色 饱和 硬塑状为主 局部可塑 含 粗中砂 15 20 成分为石英 长石 云母等 部分地段含个别直径 2 5cm 微风化 石英卵石 中压缩性 a1 2 0 12 0 65Mpa 1 平均 0 29Mpa 1 Es1 2 2 91 12 69Mpa 平均 6 91Mpa 稍有光泽 干强度中等 韧性稍差 标贯试验锤 击数修正值 12 9 17 4 击 平均 14 5 击 顶板埋深 14 90 16 90m 厚度 2 60 5 40m 平均厚度 3 93m 整个场地钻孔中下部地段均有揭露 3 第三系 N 半成岩 泥质砂岩 灰色 黄灰色 局部深灰色 薄 中厚层状 胶结较紧密 结构中 密 密实 骨架颗粒中粗砂均匀清晰 手捏可散 层理较不明显 岩芯呈粉质粘土 粉质粘土混砂土状 中 低压缩性 标贯试验锤击数修正值 20 3 28 7 击 平均 21 0 击 顶板埋深 19 00 21 00m 钻孔揭露厚度 0 50 35 40m 平均揭露厚度 15 75m 均未揭穿 整个场地底部分布稳定 场地内高层区深孔均见此层 2 水文情况 钻孔揭露范围内 场地地下水属第四系松散沉积物中的孔隙型潜水 略具承压性 地基土层中的 1 层含有机质粉质粘土 3 层含砾粉质粘土 4 层粘土 5 层粉 质粘土为弱 微透水层 2 层砾砂为强透水层 层泥质砂岩 第三系半成岩 含 少量风化裂隙水 富水性较弱 地下水补 迳 排条件 临沧盆地属典型的亚热带季风气候 夏无酷暑 冬无严寒 平均气温 17 2 降水主要集中在 6 9 月份 多年平均降雨量 1122 0mm 场地地形基本平坦 地下水 主要接受大气降水补给 受地形条件的控制 大致呈现由南向北迳流 蒸发和向场地 外围的低洼地带排泄 地下水位季节性影响动态变化较大 勘察期间为旱季 据勘察 钻孔揭露 场地内各钻孔均揭露到地下水 实测地下水水位埋深 2 60 3 20m 水位 标高 1462 25 1464 00m 水位变幅 1 75m 水位随季节变化明显 考虑建筑地下室 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 6 基坑开挖降水设计的需要 本次勘察于 ZK7 ZK16 ZK24 等三孔进行了钻孔简易抽水 试验 选择 10 以上的 2 层砾砂作为试验段 10 深度以下利用粘性土岩芯重新填 实 采用水泵进行抽水 抽水时间 15 16 小时 水位恢复时间 3 0 4 5 小时 具体 抽水试验成果详见表 1 表 1 钻 孔 抽 水 试 验 成 果 抽水 孔号 含水层 含水 层 厚 度 l m 钻孔 半径 r m 水位 m 水位 降深 s m 涌水量 Q l s 渗透 系数 K m d 影响 半径 R m ZK75 800 0652 902 109 6144 167 2 ZK1 6 5 400 0653 002 008 4242 960 9 ZK2 4 2 5 800 0652 902 109 7144 767 6 平均9 2343 965 2 计算公式 R 2S Kr l ls Q66 0 lg 366 0 HK 说明 k 计算中 r 0 065m 式中 k 渗透系数 m d 过滤器长度为 8 0m Q 涌水量 m3 d R 影响半径 m S 抽水水位降深 m H 含水层厚度 m 抽水试验结果表明 场地的地下水类型主要为潜水 含水层主要为 1 层含有机 质粉质粘土 3 层含砾粉质粘土 4 层粘土 5 层粉质粘土 2 层砾砂 层 泥质砂岩 其中 1 层含有机质粉质粘土 3 层含砾粉质粘土 4 层粘土 5 层 粉质粘土为弱 微透水层 2 层砾砂为强透水层 层泥质砂岩 第三系半成岩 含少量风化裂隙水 该含水层赋水性较弱 透水性中等 抽水试验数据可较为客观地 反映该含水层的储量特征 根据室内竖向渗透试验测得 粉质粘性土竖向渗透系数 KV 10 6cm s 平均值为 7 2 该层地基土渗透性较差 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 7 1 4 设计依据 1 4 1 规范规程 1 中华人民共和国行业标准 建筑基坑支护技术规范 JGJ20 2012 北京 中 国建筑工业出版社 2012 2 中华人民共和国行业标准 建筑基坑支护技术规程 JGJ20 2012 北京 中 国建筑工业出版社 2012 3 中华人民共和国行业标准 基坑土钉支护技术规程 CECS96 97 北京 中国建筑工业出版社 1999 4 中华人民共和国行业标准 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 北京 中 国建筑工业出版社 2002 5 中华人民共和国行业标准 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 北京 中国 建筑工业出版社 2001 6 中华人民共和国行业标准 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 北 京 中国建筑工业出版社 2002 1 4 2 项目资料 晨曦大厦项目总图 地质勘查报告 毕业设计任务书 1 4 3 设计选取地质参数 1 4 3 1 地质参数选取原则 遵从勘察报告提出的各地层主要岩土设计参数 选取与本基坑支护工程有关的 天然重度 粘聚力 内摩擦角 2 参照类似工程设计 施工经验 1 4 3 2 本设计选取的地质参数 根据勘察报告和地质参数选取原则选取的本基坑支护工程设计地质参数见表 2 带 号为经验 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 8 表 2 各土层物理 力学指标参数选取表 1 5 设计中拟解决主要问题 1 支护方案的对比与优选 2 支护的稳定性验算问题 3 深基坑的降水止水问题 厚度 m 物 理 指 标力 学 指 标 顶板埋深 m 抗剪强度压 缩 性 a1 2a2 3Es1 2Es2 3 土 层 编 号 土层 名称 自至 最 大 最 小 平 均 重度 kN m 3 孔 隙 比 e 天 然 含 水 量 w 液 性 指 数 IL Ck kPa k MPa 1 MPa 杂填土 0 00 03 700 301 21 1 含有机 质粉质 粘土 0 303 703 000 301 14 18 80 956320 4817 411 60 420 315 426 86 2 砾砂1 006 10 6 201 104 8019 2 3 含砾粉 质粘土 5 107 70 7 302 003 7220 6 0 572190 1825 617 40 250 196 889 33 4 粘土9 4012 4 6 403 305 02 19 1 0 907320 4223 912 60 380 335 186 02 5 粉质粘 土 14 916 9 5 402 603 9320 3 0 617200 2134 922 90 290 216 919 17 35 400 50 泥质砂 岩 第 三系半 成岩 19 021 0 未揭穿 15 7519 60 70822 047 520 60 180 159 8411 7 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 9 第 2 章 基坑支护方案的比较与选择 2 1 基坑特点分析 1 基坑尺寸 拟建建筑物地面以上 26 层 地下 1 层 总建筑面积 2864m2 基坑长为 95m 基 坑宽为 45m 2 基坑工程重要性等级 根据建筑基坑支护技术规程 JGJ20 2012 和表 2 1 可知 本基坑工程重要性等 级为二级 0 1 0 如表 2 1 基坑侧壁安全等级和重要性系数 表 2 1 基坑侧壁安全等级和重要性系数 安全等级 破坏结果 0 一级 支护结构破坏 土体失稳或过大变形对基坑周边环境及 地下结构施工影响很严重 1 10 二级 支护结构破坏 土体失稳或过大变形对基坑周边环境及 地下结构施工影响一般 1 00 三级 支护结构破坏 土体失稳或过大变形对基坑周边环境及 地下结构施工影响不严重 0 90 2 2 深基坑支护方案的选择 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 2012 中 支护结构选型如表 2 2 表 2 2 支护结构选型表 结构型式适用条件 排桩或地下连续墙1 适于基坑侧壁安全等级一 二 三级 2 悬臂式结构在软土场地中不宜大于 5m 3 当地下水位高于基坑底面时 宜采用降水 排桩加载截水帷幕或地下连续墙 土钉墙1 基坑侧壁安全等级宜为二 三级的非软土 场地 2 基坑深度不宜大于 12m 3 当地下水位高于基坑底面时 应采取降水 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 10 续上表 逆作拱墙1 基坑侧壁安全等级宜为二 三级 2 淤泥和淤泥质土场地不宜采用 3 拱墙轴线的矢跨比不宜小于 1 8 4 基坑深度不宜大于 12m 5 地下水位高于基坑底面时 应采取降水 或截水措施 放坡1 基坑侧壁安全等级宜为三级 2 施工场地应满足放坡条件 3 可独立或与上述其他结构结合使用 4 当地下水位高于坡脚时 应采取降水措 施 土钉墙3 基坑侧壁安全等级宜为二 三级的非软 土场地 4 基坑深度不宜大于 12m 3 当地下水位高于基坑底面时 应采取降 水或截水帷幕 逆作拱墙1 基坑侧壁安全等级宜为二 三级 2 淤泥和淤泥质土场地不宜采用 3 拱墙轴线的矢跨比不宜小于 1 8 4 基坑深度不宜大于 12m 5 地下水位高于基坑底面时 应采取降水 或截水措施 基坑支护方案的选择一定要符合基坑周边环境 开挖深度 工程地质与水文地质 施工作业设备和施工季节等条件 要达到安全 经济和实用的标准 在满足以上的条 件下 优化基坑支护设计方案 以便达到设计安全 施工方便 工期适当和经济合理 水泥土墙 其特点主要是 充分利用了土资源 无需开采原材料 大量节约资源 适用于多种土质 除机械挤土的夯实水泥土桩外 其施工工艺无震动 无噪声和污染 减少了对周围环境的影响 节省钢材 施工速度快 但是其只适合基坑深度在 6m 以 下的基坑工程 土钉墙 其特点主要是 增强了土体破坏的延性 延缓了土体失稳的发展过程 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 11 如果对施工进行信息化管理 边施工边监测 可减少施工风险 保证施工安全 施工 机具轻便 技术工艺简单易行 占地场地小 对环境干扰小 与其他基坑支护型式相 比较 施工工期较短 可以节约工期 经济效益好 成本相对较低 但是其不太适合 在软土中单独使用 逆作拱墙 其特点主要是 可缩短工程施工的总工期 基坑变形小 相邻建筑物 的沉降少 可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用 使底板设计趋向合理 可节省支 护结构的支撑 可节省土方挖填方费用 简化基坑的施工工序 有明显的经济效益 钢筋混凝土桩主要特点 钢筋混凝土板桩具有施工简单 现场作业周期短等特点 曾在基坑中广泛应用 但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法 振动与噪音 大 同时沉桩过程中挤土也较为严重 在城市工程中受到一定限制 此外 其制作一 般在工厂预制 再运至工地 成本较灌注桩等略高 但由于其截面形状及配筋对板桩 受力较为合理并且可根据需要设计 目前已可制作厚度较大 如厚度达 500mm 上 的板桩 并有液压静力沉桩设备 故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式 基坑支护作为一个结构体系 应满足稳定和变形的要求 即通常规范所说的两种 极限承载状态的要求 即承载力极限状态和正常使用极限状态 所为承载能力极限状 态 对基坑支护来说就是支护结构破坏 倾倒 滑动或周边环境的破坏 出现较大范 围的失稳 一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的而正常使用极限状 态则是指支护结构的变形或是由于开挖引起周边土体产生的变形过大 影响正常使用 但未造成结构的失稳 钢板桩的类型和主要特点 1 槽钢钢板桩 是一种简易的钢板桩围护墙 由槽钢正反扣搭接或并排组成 槽钢长 6 8m 型 号由计算确定 打入地下后顶部接近地面处设一道拉锚或支撑 由于其截面抗弯能力 弱 一般用于深度不超过 4m 的基坑 由于搭接处不严密 一般不能完全止水 如地 下水位高 需要时可用轻型井点降低地下水位 一般只用于一些小型工程 其优点是 材料来源广 施工简便 可以重复使用 2 热轧锁口钢板桩图 2 3 热轧锁口钢板桩的形式有 U 型 L 型 一字型 H 型和组合型 建筑工程中常用 前两种 基坑深度较大时才用后两种 但我国较少用 我国生产的鞍 IV 型钢板桩为 拉森式 U 型 其截面宽 400mm 高 310mm 重 77kg m 每延米桩墙的截面模 量为 2042cm3 除国产者外 我国也使用一些从日本 卢森堡等国进口的钢板桩 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 12 钢板桩由于一次性投资大 施工中多以租赁方式租用 用后拔出归还 钢板桩的优点是材料质量可靠 在软土地区打设方便 施工速度快而且简便 有 一定的挡水能力 小趾口者挡水能力更好 可多次重复使用 一般费用较低 其缺 点是一般的钢板桩刚度不够大 用于较深的基坑时支撑 或拉锚 工作量大 否则变 形较大 在透水性较好的土层中不能完全挡水 拔除时易带土 如处理不当会引起土 层移动 可能危害周围的环境 常用的 U 型钢板桩 多用于周围环境要求不甚高的深 5 8m 的基坑 视支撑 拉锚 加设情况而定 图 2 3 钢板桩支护结构 a 内撑方式 b 锚拉方式 1 钢板桩 2 围檩 3 角撑 4 立柱与支撑 5 支撑 6 锚拉杆 型钢横挡板图 2 4 型钢横挡板围护墙亦称桩板式支护结构 这种围护墙由工字钢 或 H 型钢 桩和 横挡板 亦称衬板 组成 再加上围檩 支撑等则一种支护体系 施工时先按一定间 距打设工字钢或 H 型钢桩 然后在开挖土方时边挖边加设横挡板 施工结束拔出工字 钢或 H 型钢桩 并在安全允许条件下尽可能回收横挡板 图 2 4 型钢横挡板支护结构 1 工字钢 H 型钢 2 八字撑 3 腰梁 4 横挡板 5 垂直联系杆件 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 13 6 立柱 7 横撑 8 立柱上的支撑件 9 水平联系杆 横挡板直接承受土压力和水压力 由横挡板传给工字钢桩 再通过围檩传至支撑 或拉锚 横挡板长度取决于工字钢桩的间距和厚度由计算确定 多用厚度 60mm 的木 板或预制钢筋混凝土薄板 型钢横挡板围护墙多用于土质较好 地下水位较低的地区 我国北京地下铁道工 程和某些高层建筑的基坑工程曾使用过 钻孔灌筑桩图 2 5 根据目前的施工工艺 钻孔灌筑桩为间隔排列 缝隙不小于 l00mm 因此它不 具备挡水功能 需另做挡水帷幕 目前我国应用较多的是厚 1 2m 的水泥土搅拌桩 用于地下水位较低地区则不需做挡水帷幕 钻孔灌筑桩施工无噪声 无振动 无挤土 刚度大 抗弯能力强 变形较小 几 乎在全国都有应用 多用于基坑侧壁安全等级为一 二 三级 坑深 7 15m 的基坑 工程 在土质较好地区已有 8 9m 悬臂桩 在软土地区多加设内支搅 或拉锚 悬 臂式结构不宜大于 5m 桩径和配筋计算确定 常用直径 600 700 800 900 1000mm 图 2 5 钻孔灌筑桩排围护墙 1 围檩 2 支撑 3 立柱 4 工程桩 5 钻孔灌筑桩围护墙 6 水泥土搅拌桩挡水帷幕 7 坑底水泥土搅拌桩加固 有的工程为不用支撑简化施工 采用相隔一定距离的双排钻孔灌筑桩与桩顶横梁 组成空间结构围护墙 使悬臂桩围护墙可用于 14 5m 的基坑图 2 6 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 14 图 2 6 双排桩围护墙 1 钻孔灌筑桩 2 联系横梁 如基坑周围狭窄 不允许在钻孔灌筑桩后再施工 1 2m 厚的水泥土桩挡水帷幕时 可考虑在水泥土桩中套打钻孔灌筑桩 地下连续墙主要优缺点 地下连续墙是于基坑开挖之前 用特殊挖槽设备 在泥 浆护壁之下开挖深槽 然后下钢筋笼浇筑混凝土形成的地下土中的混凝土墙 我国于 20 世纪 70 年代后期开始出现壁板式地下连续墙 此后用于深基坑支护结构 目前常用的厚度为 600 800 l000mm 多用于 12m 以下的深基坑 地下连续墙用作围护墙的优点是 施工时对周围环境影响小 能紧邻建 构 筑 物等进行施工 刚度大 整体性好 变形小 能用于深基坑 处理好接头能较好地抗 渗止水 如用逆作法施工 可实现两墙合一 能降低成本 由于具备上述优点 我国一些重大 著名的高层建筑的深基坑 多采用地下 根 据本次基坑工程的勘察资料和以往的工程经验 拟建基坑北侧采用放坡支护结构 其 他三侧采用混凝土桩锚支护结构设计 2 3 本章小结 通过本章了解基坑支护设计的基本要求 掌握了国内常用的集中基坑支护方式的 特点及适用条件 结合这次选题的工程地质条件 水文地质条件及周边环境确立了二 种支护方案 即在北侧采用放坡支护结构 其他三侧采用桩锚支护结构设计 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 15 第 3 章 放坡支护结构设计 在北侧采用了放坡支护结构设计 3 1 放坡设计参数 1 开挖坡度为 1 1 2 开挖深度为 5m 3 基坑周边设计荷载取临时均布荷载 5Kpa 10kPaq 规范与规程 建筑基坑支护技术规程 JGJ 120 2012 支护结构安全等级三级 支护结构重要性系数 0 0 90 基坑深度H m 5 000 放坡级数 1 超载个数 2 3 2 放坡整体稳定性验算 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 16 天然放坡计算条件 计算方法 瑞典条分法 应力状态 总应力法 基坑底面以下的截止计算深度 9 00m 基坑底面以下滑裂面搜索步长 1 00m 条分法中的土条宽度 0 50m 天然放坡计算结果 道号整体稳定半径圆心坐标圆心坐标 安全系数 R m Xc m Yc m 12 0214 5173 5236 115 21 9566 0881 9817 569 31 5607 6320 8207 588 3 3 本章小结 本章对基坑北侧进行了放坡支护设计和计算 确定了放坡比例 坡度为 1 1 整体稳定性的验算符合要求 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 17 第 4 章 钢筋混凝土桩锚支护结构设计 基坑实际挖深 5 0m 基坑共有三侧采用钢筋混凝土桩加一排锚索支护方案设计 地下水位埋深地面以下 3 0m 在距地面4 5m处 桩锚支护设计如下 土压力计算 西面靠近一个 26 层的住宅楼 设 a 2 5m b 2m 基地附加压力 0 14 620 2124 105 375 4 5 11 5m m pkPa ppdkPa 作用范围地下 4501150 250 200 200 900 h 9m 所以有影响 0 1 0 27 75 ak ak kpa 2 113 ak kpa 3 202 7 ak kpa 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 18 011111111 1122222222 2233333333 213 4226 10 22 10227 10 2 19 522 65 3kpa aoakaaakaaa aakaaakaaa aakaaaakaa PkckPkckkpa PkckPkckkpa PkckPkck 上 下上 下 被动土压力 3 13 2 33 233 2tan4559 2 tan452tan 45144 22 22 pa pa ckPa hckPa 4 1 支护方案 4 1 1 基本信息 表 4 1 基本信息 规范与规程 建筑基坑支护技术规程 JGJ 120 2012 内力计算方法增量法 支护结构安全等级一级 支护结构重要性系数 0 1 10 基坑深度H m 5 000 嵌固深度 m 4 000 桩顶标高 m 0 000 桩材料类型钢筋混凝土 混凝土强度等级 C30 桩截面类型圆形 桩直径 m 0 800 桩间距 m 1 600 有无冠梁有 冠梁宽度 m 1 000 冠梁高度 m 0 800 水平侧向刚度 MN m 0 001 放坡级数 0 超载个数 2 支护结构上的水平集中力 0 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 19 4 1 2 超载信息 表 4 2 超载信息 超载类型超载值作用深度作用宽度距坑边距形式长度 序号 kPa kN m m m m m 130 0000 00020 0002 000 条形 25 0000 0002 0000 000 条形 4 1 3 土层信息 表 4 3 土层信息 土层数 7 坑内加固土 否 内侧降水最终深度 m 5 400 外侧水位深度 m 3 000 内侧水位是否随开挖过程变化 是内侧水位距开挖面距离 m 0 500 弹性计算方法按土层指定 弹性法计算方法m法 基坑外侧土压力计算方法主动 4 1 4 土层参数 表4 4 土层参数 层号土类名称层厚重度浮重度粘聚力内摩擦角 m kN m3 kN m3 kPa 度 1 杂填土 3 7018 08 025 002 80 2 淤泥质土 2 4018 88 817 4011 60 3 砾砂 1 1019 29 2 4 粉土 3 2020 610 6 5 粘性土 5 7019 19 1 6 粉土 3 1020 310 3 7 强风化岩 20 0019 69 6 表4 5 土层参数 层号 与锚固体摩粘聚力内摩擦角水土计算方法 m c K值抗剪强度 擦阻力 kPa 水下 kPa 水下 度 kPa 130 010 0010 00 分算m法 2 00 220 017 4011 60 合算m法 3 27 3200 025 004 50 分算m法 2 45 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 20 460 025 6010 60 合算m法 3 75 560 023 9012 60 合算m法 4 31 660 034 9022 90 合算m法 11 69 7100 047 5020 60 分算m法 11 18 4 1 5 支锚信息 表4 6 支锚道数 支锚道数1 表4 7 支锚信息 支锚支锚类型水平间距竖向间距入射角总长锚固段 道号 m m m 长度 m 1 锚索 3 2000 40020 0012 006 00 表4 8 支锚信息 支锚预加力支锚刚度锚固体工况锚固力材料抗力材料抗力 道号 kN MN m 直径 mm 号调整系数 kN 调整系数 1240 0011 53150 2 1 00781 201 00 4 1 6 土压力模型及系数调整 弹性法土压力模型 见图4 1 图4 1弹性法土压力模型 经典法土压力模型 见图4 2 昆明理工大学津桥学院本科生毕业设计 21 图4 2经典法土压力模型 表4 9 土层信息 层号土类水土水压力外侧土压 力 外侧土压 力 内侧土压 力 内侧土压力 名称 调整系数调整系数1调整系数2调整系数最大值 kPa 1 杂填土分算 1 0001 0001 0001 00010000 000 2 淤泥质土 合算 1 0001 0001 0001 00010000 000 3 砾砂分算 1 0001 0001 0001 00010000 000 4 粉土合算 1 0001 0001 0001 00010000 000 5 粘性土合算 1 0001 0001 0001 00010000 000 6 粉土合算 1 0001 0001 0001 00010000 000 7 强风化岩 分算 1 0001 0001 0001 00010000 000 4 1 7 工况信息 表4 10 工况信息 工况工况深度支锚 号类型 m 道号 1 开挖 0 900 2 加撑 1 锚索 3 开挖 5 000 4 2 设计结果