基坑支护设计方案

基坑支护设计方案基坑支护设计方案 工程名称 华阳市阳光佳苑 设计单位 浙江工业大学建筑规划设计研究院有 限公司 施工单位 中广建设集团有限公司 编制日期 二 O 一三年七月十五 目目 录录 第一章 基坑支护设计的计算方法 4 第一节 概述 4 第二节 静力平衡法 4 第三节 等值梁法 6 第二章 设计任务及要求 9 第一节 设计原始资料 9 一 工程概况 9 二 设计条件 9 第二节 结构设计任务及要求 10 一 任务 12 二 要求 12 第三章 结构方案设计说明 14 第一节 设计依据及规范 14 一 本项目相关资料 14 二 设计采用的规范 14 三 基坑设计环境控制标准 14 第二节 支护结构方案 15 一 方案设计指导思想 15 二 方案简介 15 第四章 基坑支护结构设计计算书 17 第一节 土压力计算 17 一 土压力系数计算 17 二 土压力计算 18 第二节 嵌固长度及水平锚固力计算 24 一 土压力系数计算 26 二 锚杆长度计 26 三 锚杆杆体材料计算 26 四 桩长计算 26 第三节 配筋计算 28 一 排桩配筋计算 28 第四节 验算 30 一 抗倾覆稳定验算 30 二 抗隆起验算 30 三 抗管涌验算 31 第一章第一章 基坑支护设计的计算方法基坑支护设计的计算方法 1 1 1 1 概述概述 计算板桩墙的常用方法 主要有自由端支撑法 静力平衡法 弹性线法 等值梁法 后来又提出 1 2 分割法 矩形荷载经验法 太沙基法 均适用于基坑围护结构计算 由于本工程拟采用排桩式 围护 故主要介绍下面介绍板桩墙设计方法 静力平衡法和等值梁 法 1 1 2 2 静力平衡法静力平衡法 它假定支护结构是刚性的 随着板 桩 入土深度的不同 作用 在不同深度上各点的净土压力的分布不同 当单位宽度板 桩 墙处 于稳定 相应的板 桩 入土深度即为板桩保证其稳定性所需要的最 小入土深度 可根据静力平衡条件即水平力平衡方程 H 0 和对桩 底截面的力矩平衡方程 M 0 联解求得 图 2 1 为单撑 锚 支护结 构的内力计算简图 整个支护结构是稳定的 故作用在挡土结构上 的Ra Ea Ep三力必须平衡 图中Ra为支撑 锚 力 Ea为主动土 压力 Ep为被动土压力 q 为地面均布荷载 图 2 1 底部自由支承单撑 锚 支护结构计算 根据力的平衡条件可以得到 2 EqEaEpRa 10 根据对支撑 锚 位置的力矩平衡条件可以得到 EqHqEaHaEpHp 2 11 由以上两个方程可以得到关于入土深度t的三次方程 当主 被动土压力都确定后 入土深度只随撑 锚 位置ho而改变 调整ho 可以调整入土深度 关系是 ho增大 t减小 反之增大 从而可 以达到调整桩长的目的 同时桩中的最大弯矩也是ho的函数 当ho 从小到大增大时 桩中的最大弯矩是先小后增大 它有一个最小值 取此值进行桩径设计可以使桩径最小 1 1 3 3 等值梁法等值梁法 桩入坑底土内有弹性嵌固 铰结 与固定两种 当作一端弹性嵌固另一端简 支的梁来研究 挡墙两侧作用着分布荷载 即主动土压力与被动土压力 如图 2 1 所示 在计算过程中所要求得出的仍是桩的入土深度 支撑反力及跨中最 大弯矩 单支撑挡墙下端为弹性嵌固时 其弯矩如图 2 2 所示 若在得 出此弯矩图前己知弯矩零点位置 并于弯矩零点处将梁 即桩 断开 以简支计算 则不难看出所得该段的弯矩图将同整体梁计算时一样 此段梁段即称为整梁该段的等值梁 对于下端为弹性支撑的单支撑 挡墙其净土压力零点位置与弯矩零点位置很接近 因此可在压力零 点处将板桩划开作为两个相联的简支梁来计算 这种简化计算就称 为等值梁法 其计算步骤如下 1 根据基坑深度 勘察资料等 计算主动土压力与被动压力 求出土压力零点 B 的位置 按式 2 12 计算 B 点至坑底的距离 u 值 图 2 2 等值梁法计算简图 2 由等值梁 AB 根据平衡方程计算支撑反力 Ra 及 B 点剪力 Q 0 huh auhEa Ra 2 12 0 0 huh haEa QB 2 13 3 由等值梁 BG 求算板桩的入土深度 取艺Mc 0 则 3 6 1 xKKrxQ apB 2 14 由上式求得 6 ap B KK Q x 2 15 由上式求得 x 后 桩的最小入土深度可由下式求得 2 xut 0 16 如土质差时 应乘系数 即2 1 1 1 0 2 1 1 1 tt 2 17 4 由等值梁求算最大弯矩值 max M 第二章第二章 设计任务及要求设计任务及要求 2 2 1 1 设计原始资料设计原始资料 一 一 工程概况工程概况 一 一般概况 一 一般概况 1 项目名称 华阳市阳光佳苑 2 项目地点 东关路农信花园东侧 3 业主 温州银苑房地产开发有限公司 4 主体设计 温州中福建筑设计院有限公司 5 岩土勘察 温州市岩土地质研究院有限公司 二 结构概况 二 结构概况 1 本项目位于东关路农信花园东侧 基地面积95555 24平方 米 由陆家嘴环路和东园路围合而成 本项目为住宅楼 由主楼 地面28层 及二层地下室组成 总建筑面积为 43 2 基坑面积及开挖深度 本工程建筑 0 00相当于绝对标高 4 25 室外自然地面平均 标高取 4 00 基坑开挖面积约2459m2 基坑围护周长约210m 根 据结构图纸 底板面标高为 7 55 底板厚为700mm 局部厚为 1100mm 垫层厚为100mm 因此基坑开挖深度为8 10米 局部电 梯井 集水坑等落深尚未确定 二 二 设计条件设计条件 一 周边条件 一 周边条件 本工程位于东关路农信花园东侧1地块 周边环境情况较为复 杂 东侧 基坑开挖面与红线间距离为5 495 5 528米 红线外为 汇亚大厦 该建筑物地上33层 地下4层 采用桩基础 与基坑开 挖面最小距离为19 125米 南侧 基坑开挖面与红线间距离为10 997 16 636米 红线外 为上海银行大厦 该建筑物主楼46层 裙房5层 地下3层 采用 桩基础 与基坑开挖面最小距离为17 479米 西侧 基坑开挖面与红线间距离为4 259 4 357米 红线外为 东园路 北侧 基坑开挖面与红线间距离为8 696 12 053米 红线外 为陆家嘴环路 二 工程水文地质条件 二 工程水文地质条件 根据 陆家嘴中心区B2 1地块项目岩土工程勘察报告 本工 程基坑开挖影响范围内岩土工程地质有以下特点 1 拟建场地现为停车场 场地地形基本平坦 实测各勘探 点的孔口地面标高在3 84 4 36米之间 一般地面标高在4 00左右 2 场地内 层填土较厚 在1 80 3 10m之间 上部1 0米为 碎石 砖块 建筑垃圾等 下部为灰黄 灰色粘性土 粉性土 土质不均 3 基坑开挖深度范围内分布有第 3层粉土 富水性好 透 水性强 在水头差的作用下易产生流砂等不良地质现象 4 拟建场地浅部地下水属潜水类型 其水位动态变化主要 受控于大气降水和地面蒸发 勘察期间实测取土孔内地下水位静 止水位埋深在0 90 1 20m 设计计算时地下水位取0 5m 5 场区内第 层为承压含水层 承压水头在3 11m 其中 1层顶最浅埋深约为32米 经计算 按承压水头为自然地面以下 3米考虑 当基坑开挖深度小于15 0米时 可不考虑承压水对基坑 突涌的影响 由于本工程底板处开挖深度为8 1米 预计局部电梯 井 集水坑处开挖深度不会大于15米 因此可不考虑承压水对基 坑的影响 6 场地内土层分布情况及基坑围护设计参数如下表 一 所示 表3 1 土层分布情况及设计参数表 土层名 层厚 M kN m3 度 C kPa 含水 量 压缩 模量 MPa 渗透系数 建议值 cm s 填土1 80 3 1 0 17250 3粘 质粉土 夹粉质 粘土 7 70 9 5 0 18 3 28 732 08 292 0E 04 淤泥 质粘土 4 20 5 1 0 16 79 51351 42 054 0E 06 1 1 粘土 5 60 6 5 0 17 5131641 13 404 0E 06 1 2 粉质粘 土夹粘 质粉土 8 50 15 00 18 1191434 05 168 0E 06 注 C 均为勘察报告所提供的基坑支护设计参数 直剪固 结峰值 三 三 基坑侧壁安全等级基坑侧壁安全等级及重要性系数及重要性系数 根据本工程的开挖深度 地质情况及周边环境情况 基坑安 全等级为二级 基坑重要性系数 0 1 0 2 2 2 2 结构设计任务及要求结构设计任务及要求 一 任务一 任务 该工程是对基坑围护做排桩结合锚杆的设计 运用了所学的土 力学及基坑围护设计等专业知识结合毕业实习的现场实习经验 通过对勘察资料的分析 结合场地环境及工程实际并运用计算机 应用软件 设计计算 主要内容 围护结构的设计 施工方案的 选择 整体稳定验算 坑底隆起验算 主被动土压力计算等 二 要求二 要求 目的 根据勘探报告资料和相关规范结合专业知识设计合理的设 计方案以达到实际工程设计要求标准 主要指标 1 保证开挖面积达 2459m2 2 保证基坑深度达 8 1m 3 抗倾覆稳定性验算 Ks 1 200 4 抗隆起验算 Ks 1 1 5 抗管涌验算 K 1 5 第三章第三章 结构方案设计说明结构方案设计说明 3 3 1 1 设计依据及规范设计依据及规范 一 本项目相关资料一 本项目相关资料 1 华阳市阳光佳苑地块项目建筑总平面图 扩初方案资料 2 地下综合管线图 3 华阳市阳光佳苑地块项目岩土工程勘察报告 二 设计采用的规范二 设计采用的规范 1 国家标准 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 2 国家标准 地基基础设计规范 GB 50007 2002 3 国家标准 建筑结构荷载规范 GB 50009 2001 4 国家标准 建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB 50202 2002 5 中华人民共和国行业标准 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 三 基坑设计环境控制标准三 基坑设计环境控制标准 本工程基坑施工对周边环境影响的控制指标如下 1 邻近建筑物沉降不大于20mm 附加倾斜不大于1 0 2 管线相邻两监测点 不大于20米 沉降差10mm 水平位 移差10mm 并满足相关管线单位的要求 3 3 2 2 支护结构方案支护结构方案 一 方案设计指导思想一 方案设计指导思想 基坑围护方案的选定必须综合考虑工程本身的特点及周围环 境的要求 在满足地下室结构土建施工及确保周围环境安全可靠 的前提下 尽量达到既经济合理 又方便施工及提高工效的标准 本工程基坑开挖深度较深 达8 10米 基坑开挖面积约2459平 方米 项目位于陆家嘴中心区 开挖面与红线距离仅约 4 26 12 05米 与相邻建筑物距离约17 48 19 13米 西 北两侧 紧邻道路 环境保护要求比较高 必须采取可靠围护措施 根据本工程的开挖深度 地质情况及周边环境情况 基坑围 护可按二级基坑工程进行设计 二 方案简介二 方案简介 基坑工程具有较强的环境效应 基坑工程的开挖 必将引起 周围地基中地下水位变化和应力场的改变 导致周围地基土体的 变形 对相邻建筑物 构筑物及市政地下管网产生影响 影响严 重的将危及相邻建筑物 构筑物及市政地下管网的安全与正常使 用 本工程周围的环境复杂 对环境的要求比较苛刻 既要保证 整个维护结构的施工过程的安全 又要控制围护结构及其周围土 体的变形 以保证周围建筑和地下管线的安全 在安全前提下设 计合理 节约造价 方便施工 缩短工期 故采用排桩与锚杆组 合的基坑护壁体系 利用排桩与锚杆组合的基坑护壁体系是深基坑施工支护结构 的一种方法 即采用钻孔压浆桩和锚杆配合体系进行护壁 开挖 基坑周围钻孔 浇筑钢筋混凝土灌注桩 每隔一定距离向桩背面 斜下方用锚杆钻机打孔 在孔内放钢筋锚杆 用水泥压力灌浆 达到强度后 拉紧固定 在桩中间进行挖土直至设计深度 该方 法既防止侧壁土体产生坍塌下滑 保护相邻建筑物安全 又有施 工方便 节省施工场地 施工进度快 护壁效果好 安全可靠 便于机械开挖的特点 适用于邻近有高层建筑 不允许支护有较 大变形 第四章第四章 基坑支护结构设计计算书基坑支护结构设计计算书 4 4 1 1 土压力计算土压力计算 一 土压力系数计算一 土压力系数计算 土压力系数如表土压力系数如表 5 15 1 所示 所示 土压力系数表 表 5 1 土 层 Kai Kai Kpi Kpi 填土 0 40590 6371 3粘质粉土夹粉质 粘土 0 35400 59502 82521 6808 淤泥质粘土 0 71670 84661 39531 1812 1 1粘土0 63270 79541 58051 2572 1 2粉质粘土夹粘 质粉土 0 50880 71331 96551 4019 二 土压力计算二 土压力计算 一 土层分布 一 土层分布 土压如表土压如表 5 25 2 所示 所示 土层分布 表 5 2 层号岩土名称厚度 m 填土 2 50 3 粘质粉土夹粉质粘土 8 00 淤泥质粘土 4 50 1 1 粘土 6 00 二 土层侧向土压力计算 二 土层侧向土压力计算 1 1 主动土压力计算 主动土压力计算 aA 20 17 0 0 4059 2 0 0 6371 8 118 kPa aB 上 20 17 2 5 0 4059 2 0 0 6371 25 369 kPa aB 下 20 17 2 5 0 3540 2 7 0 5950 13 795 kPa aC 20 17 2 5 18 3 5 6 0 3540 2 7 0 5950 50 073 kPa aD 上 Ea 2 3 50 073 kPa aD 下 20 17 2 5 18 3 5 6 0 717 2 13 0 847 96 269 kPa aE 上 Ea 3 1 96 269 kPa aE 下 20 17 2 5 18 3 5 6 0 6327 2 16 0 7954 78 93 kPa aF 78 93 kPa 2 2 被动土压力计算 被动土压力计算 pC 0 2 8252 2 7 1 6808 23 531 kPa pD 上 0 18 3 2 4 2 8252 2 7 1 6808 147 614 kPa pD 下 0 18 3 2 4 1 3953 2 13 1 1812 91 993 kPa pE 上 0 18 3 2 4 16 7 4 5 1 3953 2 13 1 1812 196 850 kPa pE 下 0 18 3 2 4 16 7 4 5 1 5805 2 16 1 2572 228 420 kPa pF 0 18 3 2 4 16 7 4 5 17 5 6 1 5805 2 16 1 2572 394 373 kPa 图 5 1 土压力分布图 3 3 净土压力计算 坑地面以下 净土压力计算 坑地面以下 pC 23 5312 50 073 26 542 kPa pD 上 147 614 50 073 97 541 kPa pD 下 91 993 96 269 4 276 kPa pE 上 196 850 96 269 100 581 kPa pE 下 228 421 78 93 149 491 kPa pF 394 373 78 93 315 443 kPa 得开挖面以下图土压力零点 X 2 4 X 26 542 97 541 X 0 513 m 土压力零点在基坑底面以下 0 513m 处 如图 5 2 所示 图 5 2 净土压力分布图 三 土压力合力及作用点的计算 三 土压力合力及作用点的计算 EaAB 2 5 8 118 25 369 2 41 858 KN m HaAB 2 5 3 8 118 2 25 369 8 118 25 369 1 035 m EaBC 13 795 50 073 5 6 2 178 83 KN m HaBC 5 6 3 13 795 2 50 073 13 795 50 073 2 27 m EaCD 50 073 2 4 120 175 KN m HaCD 2 4 2 1 2 m EaDE 96 269 4 5 433 209 KN m HaDE 4 5 2 2 25 m EpCD 23 531 147 614 2 4 2 205 374 KN m HpCD 2 4 3 23 531 2 147 6 23 531 147 6 0 91 m EpDE 91 993 196 850 4 5 2 649 895 KN m HpDE 4 5 3 91 993 2 196 850 91 993 196 850 1 978 m 4 4 2 2 嵌固长度及嵌固长度及水平锚固力水平锚固力计算计算 一 水平锚固力的计算 以土压力零点位置计算 一 水平锚固力的计算 以土压力零点位置计算 以 o 点取矩 6 6 0 513 T 41 858 1 035 5 6 0 513 178 83 2 2 7 0 513 0 5 26 542 0 513 2 3 0 513 T 299 2 497 68 2 328 7 113 T 112 36 kN m 二 锚杆长度计算 二 锚杆长度计算 取 60kpa 取 1 3 钻孔直径取 120mm 锚杆位于地下 4m 处 sk q s 倾角取 HPB235 钢筋抗拉强度设计值 0 21 kpa mm2 15 y f 1 1 自由段长度计算 自由段长度计算 2 5 25 8 28 5 4 5 9 5 6 13 k 19 58 0 513 4 1 4 613m t l 1 sin 45 2 1 sin 45 2 tk f k l l A 得 2 834m f l 可取自由段长度计算 2 834 1 5 4 3m 图 5 3 锚杆自由段计算简图 2 2 锚固段长度计算 锚固段长度计算 根据 22 u11 s N 2 sik isjk jk dq ldq lcdd AA u N cos d T 取 1 0 有 0 1 25 dC TT 0 1 25 1 0 2 112 36 0 12 60 cos151 3 i l 16 7m i l 取锚固长度为 17m 锚杆总长为 17 4 3 21 3m 三 锚杆杆体材料计算 三 锚杆杆体材料计算 2 112 36 2 1108 09 cos0 21 cos15 d s y T Amm f A 杆体钢筋半径为 取 20mm 1108 09 18 8rmm 四 桩长计算 四 桩长计算 设桩端进入 1 1 层顶面以下 x 米处 Ma 41 858 1 035 12 5 x 178 83 2 27 2 4 4 5 x 120 175 1 2 4 5 x 433 209 2 25 x 78 93 x2 2 39 465x2 774 072x 3866 132 Mp 205 374 0 91 4 5 x 649 895 1 978 x 228 42 x2 2 1 2 394 373 228 42 x 6 x2 3 4 6098x3 114 210 x2 855 269x 2396 496 MT 112 36 13 5 x 1516 86 112 36x 由 M 0 得 Mp MT 1 2 0 Ma 0 整理得 4 61x3 66 85x2 38 74x 726 0 解之得 x 2 786m 嵌固长度 hd 2 4 4 5 2 786 9 686m 取 10m 桩长 H 8 1 10 18 1m 4 4 3 3 配筋计算配筋计算 一 排桩配筋计算一 排桩配筋计算 一 最大弯矩计算 一 最大弯矩计算 1 1 被动土压力弯矩分段函数 被动土压力弯矩分段函数 1 5 x 8 1 M 112 36 x 1 5 112 36x 168 54 8 1 x 10 5 M 112 36 x 1 5 23 53 x 8 1 2 2 1 2 147 6 23 53 x 8 1 3 2 4 3 112 36x 168 54 11 765 x 8 1 2 8 62 x 8 1 3 10 5 x 15 M 112 36 x 1 5 205 4 0 9 x 10 5 91 99 x 10 5 2 2 1 2 196 9 91 99 x 10 5 3 4 5 3 317 741x 2138 087 46 0 x 10 5 2 3 884 x 10 5 3 15 x 18 1 M 112 36 x 1 5 205 4 0 9 x 10 5 649 895 1 5 x 15 228 421 x 15 2 2 1 2 394 373 228 421 x 15 3 6 3 967 64x 10911 67 114 21 x 15 2 4 61 x 15 3 2 2 主动土压力弯矩分段函数 主动土压力弯矩分段函数 0 x 2 5 M 8 12x2 2 1 2 25 37 8 12 x3 9 4 06x2 1 15x3 2 5 x 8 1 M 41 86 1 04 x 2 5 13 795 x 2 5 2 2 1 2 50 073 13 795 x 2 5 3 5 6 3 41 858x 61 322 6 898 x 2 5 2 1 089 x 2 5 3 8 1 x 10 5 M 41 86 1 035 5 6 x 8 1 178 8 2 27 x 8 1 50 07 x 8 1 2 2 220 69x 1103 9 25 037 x 8 1 2 10 5 x 15 M 41 86 1 035 8 x 10 5 178 83 2 27 2 4 x 10 5 120 175 1 2 x 10 5 1 2 96 27 x 10 5 2 340 813x 2221 53 48 1 x 10 5 2 15 x 18 1 M 41 86 1 035 12 5 x 15 178 83 2 27 6 9 x 15 120 175 1 2 4 5 x