岩土支挡与锚固工程课程设计

目 录 第一章 设计资料 1 一 工程概况 1 二 场地工程地质条件 1 1 地层情况 1 2 各层土层力学强度指标 2 3 场区水文地质环境 3 三 课程设计要求 3 四 设计依据与参考资料 3 第二章 设计计算书 4 一 土钉设计 4 1 土钉墙所受土压力 4 2 土钉所受的拉力 N 5 3 土钉长度计算 6 4 土钉的钢筋直径 d 计算 7 5 边坡喷射混凝土面层设计计算 7 二 土钉墙的验算 9 1 未设土钉时开挖边坡的整体稳定性 9 2 土钉的抗拔承载能力验算 11 3 内部稳定性验算 13 4 外部稳定性验算 13 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 1 第一章第一章 设计资料设计资料 一 工程概况一 工程概况 长沙市天心区新天村安置小区边坡位于长沙市天心区新开铺街道办事 处新天村内 该边坡根据走向可划分为HA AB BE EG 四段 二 场地工程地质条件二 场地工程地质条件 1 1 地层情况 地层情况 根据核工业长沙工程勘察院提供的 长沙市天心区新天村安置小 区边坡工程拟建场地岩土工程详勘中间报告 边坡工程相关地层主 要有人工填土层 第四系坡洪积层 第四系坡残积层 第四系残积层 第三系泥质粉砂岩地层 现依埋藏顺序将各岩土层成层条件及特征描述 如下 1 人工填土 Qml 为地层编号 下同 为素填土 由褐红色粘性土组成 稍湿 湿 松散状态 层厚0 5 2 0m 2 第四系坡洪积层 Qal 层 按岩土类别可分为如下几亚层 1 粉质粘土 褐黄 褐红 灰白色 具网状结构 湿 硬塑 坚硬状态 捻面稍光滑 其干强度及韧性中等 摇震无反应 层厚 2 0 6 0m 2 圆砾 褐黄色 石英质成分 亚圆形 粒径一般为0 2 3cm 大者约 8cm 不均匀含 20 45 粘性土 湿 中密 密实状态 层 厚 1 5 6 2m 3 中砂 褐黄色 石英质成分 不均匀混10 25 粘性土 其 底部含少量圆砾及卵石 湿 稍密 中密状态 局部为粉质粘土 1 灰白色 湿 硬塑状态 捻面稍光滑 其干强度及韧性中等 摇震无 反应 呈透镜体产出 层厚1 8 6 7m 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 2 3 第四系坡残积 Qdl el 粉质粘土 褐红色 系泥质粉砂 岩风化残积而成 原岩结构清晰 湿 可塑 硬塑状态 捻面光滑 其 干强度及韧性中等 摇震无反应 层厚5 2 16 8m 4 第三系 E 泥质粉砂岩 褐红 紫红色 主要矿物成分为石 英 云母及粘土矿物 粉砂质结构 厚层状构造 泥质胶结 节理裂隙 发育 按其风化程度可分为强 中风化两带 1 强风化泥质粉砂岩 褐红色 大部分矿物成分已风化变质 节理裂隙较发育 回转钻进易 岩芯呈短柱状 属极软岩 其岩体基本 质量等级为 级 层厚 0 5 3 3m 2 中风化泥质粉砂岩 褐红 紫红色 主要由石英 云母及粘 土矿物组成 粉砂结构 厚层状构造 泥质胶结 节理裂隙发育 合金 可钻进 岩芯呈长柱状 属极软岩 其岩体基本质量等级为 级 揭露厚度 3 8 6 6m 2 2 各层土层力学强度指标各层土层力学强度指标 根据 长沙市天心区新天村安置小区边坡工程拟建场地岩土工程详勘中 间报告建议的各岩土层力学强度指标如下表 抗剪强度 指标 名称 地层名称 承载力 特征值 fak kPa 压缩 模量 Es MPa 内摩 擦角 度 凝聚力 C kPa 天然 重度 kN m3 基底 摩擦 系数 地层与水 泥砂浆的 粘结强度 标准值 f mg kPa 人工填土 未完成自重固结 101018 5 18 粉质粘土 2408 0253519 9 40 圆砾 26030 38019 50 3850 中砂 22020 30019 70 3270 粉质粘土 1 2407 5232620 40 4065 粉质粘土 2207 0222519 80 5560 强风化泥质粉砂岩 400 45 综合内摩擦角 0 40100 中风化泥质粉砂岩 1000 0 55200 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 3 3 3 场区水文地质环境场区水文地质环境 该边坡场地因地势相对较高 且上覆土层均为弱透水性粘性土层 坡脚线以上一般不含地下水 基岩裂隙水主要赋存在各岩层风化带的裂隙内中 其水量受裂隙及 岩溶发育程度控制 其地下水水量极小 勘察期间未能测得地下水位 三 课程设计要求三 课程设计要求 1 课程设计任务书附图1 中共提供 13 个典型断面 每位同学仅需要完 成其中一个断面的设计工作 不得重选 2 课程设计提交成果包括支挡结构设计计算书 手算 并绘制典型断 面剖面图 结构大样图 提交电子档及打印装袋 四 设计依据与参考资料四 设计依据与参考资料 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 基坑土钉支护技术规程 CECS96 97 土钉支护技术规范 GJB5055 2006 建筑施工计算手册 江正荣等主编 建筑基坑支护技术 熊智彪主编 岩土支挡与锚固工程 赵其华 彭社琴主编 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 4 第二章第二章 设计计算书设计计算书 一一 土钉设计 土钉设计 1 1 土钉墙所受土压力 土钉墙所受土压力 两层土物理性质指标相差不大 土层参数取其对深度的加权平均值 2 5 6 350 5 25 34 6 5 ckpa 3 19 9 6 19 8 0 5 19 9 6 5 KN m 6 tan250 5 tan22 tan0 46 6 5 25 34 0 26 19 9 6 5 c H 根据 基坑土钉支护技术规程 对于的一般粘性土可以按下式计算 c H 土压力 1 21 1 a a c pKH HK 22 25 tan45tan450 406 22 a K 0 637 a K 0 250 25 6 51 6Hm 则 1 2 341 0 406119 9 6 59 2 19 9 6 50 637 pkpa 地面局部超载引起的侧压力 0 406 208 12 qa pK qkpa 如图 以做斜线 OC 25 45 2 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 5 25 1 0 tan 451 6 2 c hm 以做斜线 25 45 2 O D 25 3 0 tan 454 7 2 d hm 1 9 28 1217 32 q pppkpa 图 1 土压力分布图 2 2 土钉所受的拉力 土钉所受的拉力 N N 1 cos xy Nps s 土钉的倾角取 土钉的水平间距取 土钉竖向间距取10 1 2 x sm 1 2 y sm 1 4 1 17 32 1 2 1 225 33 cos10 NKN 5 1 9 2 1 2 1 112 33 cos10 NKN 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 6 3 3 土钉长度计算 土钉长度计算 土钉墙支护布置如图 2 取土钉墙的局部稳定性系数 1 3 s d F 土钉在破坏面一侧伸入稳定土体中的长度 a l 取 0 1 3 25 33 2 62 3 142 0 1 40 s d a FN lm d 2 7 a lm 土钉长度 式中 按图 2 中求得 1a lll 1 l 图 2 土钉墙支护布置简图 第一排土钉 11 6 5 1 2cos10tan 90104525 22 2lm 同理 依次计算下面各排土钉的 1 l 12 1 7lm 13 1 2lm 14 0 7lm 15 0 2lm 各排土钉的长度由上至下分别为 4 9m 4 4m 3 9m 3 4m 2 9m 根据的土钉设计 保住中部 稳定坡脚 的原则 将第 2 3 4 拍土钉加长 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 7 1 5m 最终各排的土钉的长度分别取为 5 0m 6 0m 5 5m 5 0m 3 0m 4 4 土钉的钢筋直径 土钉的钢筋直径 d d 计算计算 2 1 1 4 s dy d FNf 4 1 1 s d y FN d f 土钉采用 HRB335 级钢筋 取 2 300 y fN mm 则 4 4 1 3 25 33 1000 11 27 1 11 1 3 142 300 s d y FN dmm f 根据 建筑基坑支护技术规程 要求 采用16mm 的钢筋 土钉孔采用 100 n dmm 5 5 边坡喷射混凝土面层设计计算 边坡喷射混凝土面层设计计算 在土体自重及地表超载 q 的作用下 喷射混凝土面层所受的侧向压力 001q ppp 式中 0111 0 5 0 7 0 50 7 5 s ppp 即 01 1 20 5 0 70 59 24 120 7 9 26 44 5 pkpakpa 则 001 4 128 1212 24 q pppkpa 按四边简支板形式配筋 1 2 1 0 1 2 x y l l 查双向板在均布荷载作用下内力系数表得 水平方向 0 0368 x k 竖直方向 0 0368 y k 1 2 12 2414 69 xy qqKN m 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 8 225 0 0368 14 69 12007 78 10 x xyxx MMk q lN mm 钢筋按下列节约简易方法计算 参考江正荣 建筑施工计算手册 第 2 4 5 节 2 0 s c M f bh 0 s sy M A f h 喷射混凝土采用强度等级为 C20 的混凝土 2 9 6 c fN mm 喷混凝土面层的厚度为 100mm 则 0 80hmm 则 5 2 7 78 10 0 0105 9 6 1200 80 s 查表 采用 HPB235 级钢筋 0 995 s 2 210 y fN mm 则 5 2 7 78 10 46 54 0 995 210 80 s Amm 需要的钢筋面积很小 按 建筑基坑支护技术规程 的构造要求配筋 采用6 200mm 面层配筋为6 200 200 考虑到喷射混凝土面层在土钉端部的抗冲切 在该处配制一块 200mm 200mm 12mm 承压钢板与土钉焊接 并相应在混凝土中设置抗冲切钢 筋 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 9 二二 土钉墙的验算土钉墙的验算 1 未设土钉时开挖边坡的整体稳定性 未设土钉时开挖边坡的整体稳定性 1 那比例画出边坡的截面图 图 2 坡角 查出坡底角和80 1 32 坡顶角 由此求出第一次试算的滑动圆心 O1 从图上量出滑动半径 2 40 R 12 2m 图 3 2 将边坡分为若干条 去条宽为 b 1 0m 各条编号如图所示 3 计算 sin i 2 sin i Li R 4 从图中 CAD 量出各条的中心高度弧长 5 计算如下表 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 10 计 算 表 分 条 编 号 Lhisin icos iqqsin iqcos i hi sin i hi cos i i 14 62 65 0 40 0 92 0 0 0 00 0 00 1 07 2 43 1 10 24 65 77 0 44 0 90 0 0 0 00 0 00 2 54 5 18 1 15 34 65 12 0 48 0 88 20 0 9 53 17 58 2 44 4 50 1 23 44 64 33 0 51 0 86 20 0 10 24 17 18 2 22 3 72 1 34 54 63 32 0 55 0 84 0 0 0 00 0 00 1 82 2 78 1 50 64 62 03 0 58 0 81 0 0 0 00 0 00 1 18 1 65 1 79 74 60 64 0 61 0 79 0 0 0 00 0 00 0 39 0 51 1 42 19 77 34 76 11 65 20 76 9 53 K2 11 6 以上已知值代入下式中计算相应的稳定性安全系数 11 1 tancostancos sin 19 9 1 0 tan2520 76tan2534 7634 9 53 2 11 19 9 1 0 11 65 19 77 nn iiii ii n ii i bhQc K bh l 7 O1 不一定为最危险滑动圆心 Ko1 不一定是最小的稳定安全系数 按 0 3H 在 OD 上移动找最危险的滑动圆心 8 通过试算最危险滑动圆心如下图 图 4 所示 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 11 图 4 计算表如下 稳定安全系数为 1 81K 2 2 土钉的抗拔承载能力验算 土钉的抗拔承载能力验算 0 1 25 jkuj TT 分 条 编 号 Lhi sin i cos i q qbsin i qbcos i hi sin i hi cos i i 19 92 51 0 57 0 82 0 0 0 00 0 00 1 42 2 07 1 25 29 95 31 0 59 0 81 0 0 0 00 0 00 3 14 4 28 1 33 39 94 35 0 61 0 79 20 0 12 28 15 79 2 67 3 43 1 44 49 93 22 0 64 0 77 20 0 12 73 15 42 2 05 2 48 1 59 59 91 83 0 66 0 75 0 0 0 00 0 00 1 21 1 38 1 83 69 90 53 0 68 0 73 0 0 0 00 0 00 0 36 0 39 1 20 25 01 31 21 10 85 14 03 8 64 K1 81 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 12 0 1 25 uj jk T K T Tcos jkajkxjyjj es s 1 ujnjsik i s Tdq l 放坡对土压力的修正系数 2 2 111 tan 2tan tan 45 tan 22 1802511 tan 80252tan80tan4025 2 tan 2 0 758 第一排土钉 1 6 9 a ekpa 1 0 758 6 9 1 2 1 2 cos107 65 k TKN 1 52 22 8lm 1 1 3 142 0 1 40 2 827 07 1 3 u TKN 基坑侧壁重要性系数 0 1 0 1 1 0 1 27 07 2 8 1 251 25 1 0 7 65 u k T K T 第二排土钉 2 9 28 1217 32 a ekpa 2 0 758 17 32 1 2 1 2 cos1019 2 k TKN 2 6 01 74 3lm 湖南工业大学土木建筑工程学院 课程设计 13 2 1 3 142 0 1 40 4 341 57 1 3 u TKN 基坑侧壁重要性系数 0 1 0 2 2 02 41 57 1 7 1 251 25 1 0 19 2 u k T K T 第三排土钉 3 17 32 a ekpa 3 0 758 17 32 1 2 1 2 cos1019 2 k TKN 3 5 51 24 3lm 3 1 3 142 0 1 40 4 341 57 1 3 u TKN 基坑侧壁重要性系数 0 1 0 3 3 03 41 57 1 7 1 251 25 1 0 19 2 u k T K T 第四排土钉 4 17 32 a ekpa 4 0 758 17