论文终稿 柳州市某小区基坑支护方案.doc

本科生毕业设计 柳州市某小区基坑支护方案 姓 名 学 号200809518 专 业岩土工程 指导教师王晓睿 2012 年 4 月 25 日 I 摘 要 随着城市建设的发展 地下空间在世界各大城市中得到开发利用 如高层建筑地下 室 地下仓库 地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等 在我国 地铁及高层建 筑的兴建 产生了大量的基坑 深基坑 工程 深基坑开挖过程必定涉及基坑的支护 基坑支护是指为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全 对深基坑侧壁及周边环境采 用的支档 加固与保护的措施 正确的支护设计方案不仅关系着基坑的稳定与安全 更 是保证整个工程质量的关键 本文就柳州市居上广场基坑支护计算及设计过程进行介绍 并验证其稳定性 由于 基坑面积及深度都较大 面积达 12500 平米 深度达到了 10 6 米 又受到周边建筑红 线的影响 没有放坡减载的条件 经过方案比选之后 设计支护形式采用排桩加预应力 锚杆的形式 支护桩优先采用大口径钻孔灌注桩 文中用郎肯土压力理论计算坑壁主动 及被动土压力 支护桩长度和入土深度以及锚杆上的作用力用土压力极限平衡法确定 进一步确定桩身和冠梁配筋后 按 建筑地基基础设计规范 验算基坑整体稳定性以及 抗隆起和渗流稳定性 之后又就基坑降水和施工监测事项进行介绍 再文章的最后 使 用了北京理正深基坑软件对本工程进行了再设计 为了发挥软件计算的优势 设计锚杆 道数为三道 关关键键词词 基坑 排桩 锚杆 稳定性 II Abstract With the development of urban construction the underground space has been developed and utilized in the major cities of the world Such as high rise building basement underground warehouses underground civil defense fortifications and a variety of underground civil and industrial facilities etc In China subway and high rise building construction resulting in a large number of pit deep foundation engineering Deep excavation process must involve the pit support foundation support is used in order to ensure the safety of the underground structure construction and pit surrounding environment the deep foundation wall and the surrounding environment file strengthening and protection measures The correct design of the support not only related to the stability and security of the pit is to ensure that the key to the quality of the whole project In this paper the calculation and design process of Liuzhou City Plaza on the Habitat Foundation Pit and verify its stability Pit area and depth an area of 12 500 square meters a depth of 10 6 m but also by the neighboring property line there were no slope load shedding after the program than the selected design support form with row piles and prestressed anchor in the form of support piles to give priority to the use of large diameter bored piles and text using Lang Ken earth pressure theory to calculate the Pit of active and passive earth pressure retaining pile length and depth of anchor on the role of The force was to determine the earth pressure limit equilibrium method Checking the overall pit stability and resistance to uplift and seepage stability of the building foundation design specifications further define the pile and crown beam reinforcement After the foundation pit dewatering and construction monitoring matters introduced Then end of the article and use of management are deep pit software re design of the project in order to play the advantages of software to calculate design Anchor Road for three with mechanical ventilation Key Words basement piles in row soil anchor stability 华北水利水电学院毕业设计 目 录 摘 要 I 1 引 言 1 1 1 深基坑工程 1 1 2 深基坑支护 2 1 2 1 钢板桩支护 2 1 2 2 深层搅拌支护 2 1 2 3 排桩支护 3 1 2 4 地下连续墙 3 1 2 5 土钉支护 4 1 2 6 内撑式围护结构 5 1 3 本文思路及内容 5 2 工程概况及支护方案 6 2 1 工程概况 6 2 2 基坑周边环境及工程地质条件 6 2 2 1 基坑周边环境条件 6 2 2 2 基坑工程地质条件 7 2 3 设计依据 9 2 4 支护方案比选 9 2 5 支护方案确定 10 3 支护桩设计 11 3 1 土压力计算 11 3 1 1 计算主动土压力 11 3 1 2 计算被动土压力 12 3 2 计算桩深入基坑底面部分长度X 及桩长 12 3 2 1 计算第一层锚杆的水平支点力 12 华北水利水电学院毕业设计 3 2 2 计算第二层锚杆的水平支点力 13 3 2 3 求桩的嵌固深度 14 3 3 桩身所受最大弯矩 15 3 4 支护桩配筋计算 15 3 5 冠梁设计 16 3 6 锚杆的设计 16 3 6 1 锚杆支护概述 17 3 6 2 本工程锚杆设计 18 4 稳定性验算 21 4 1 基坑抗隆起验算 21 4 2 抗管涌验算 22 4 3 基坑突涌分析评价 22 5 施工组织及监测 24 5 1 常见基坑降水方法简介 24 5 1 1 明沟排水 24 5 1 2 轻型井点降水 25 5 1 3 喷射井点降水 26 5 1 4 电渗井点降水 26 5 1 5 管井降水 27 5 1 6 辐射井点降水 27 5 1 7 自渗井点降水 28 5 1 8 综合井点降水 28 5 2 本工程降水方案 29 5 2 1 场地水文地质条件 29 5 2 2 确定降水方案 30 5 2 3 确定井点管的总长度 30 5 2 3 确定涌水量 30 5 2 4 确定单井涌水量及井点数 31 华北水利水电学院毕业设计 5 3 支护结构的施工 31 5 3 1 施工准备工作 31 5 3 2 土方开挖 31 5 3 3 支护桩施工 32 5 4 降水施工 33 5 4 1 降水施工工艺 33 5 4 2 降水施工要求 33 5 5 锚杆施工 34 5 5 1 施工前准备 34 5 5 2 锚杆的制作 34 5 5 3 钻孔 34 5 5 4 拉杆的安放 35 5 5 5 灌浆 35 5 5 6 锚杆张拉与锁定 35 5 6 工程监测 36 5 6 1 监测的目的 36 5 6 2 监测的原则 36 5 6 3 监测的主要内容 36 5 6 4 监测频率 39 6 结论及建议 40 6 1 结论 40 6 2 建议 40 附件 基于理正深基坑的再设计 41 参考文献 58 华北水利水电学院毕业设计 1 1 引引 言言 1 1 深深基基坑坑工工程程 工程上一般将开挖深度超过5米 含5米 或地下室三层以上 含三层 或深 度虽未超过5米 但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程称为深基坑工程 1 随着城市的发展 高层建筑和市政工程大量涌现 有限的城市空间已经不能 满足人们日益增长的工作和生活的需要 于是 人们开始向地下寻求发展空间 目 前 各类地下工程诸如过江隧道 地铁 地下商场 地下民防已随处可见 基坑工 程是土力学基础工程的一个古老的传统课题 同时又是一个综合性的岩土工程问题 涉及到土力学中典型的强度 稳定与变形的问题 也涉及到土与支护结构相互作用 的问题 深基坑工程主要包括围护体系的设置和土方开挖两个方面 围护结构通常是 一种临时结构 安全储备较小 具有比较大的风险 城市中深基坑工程常处于密集的既 有建筑物 道路桥梁 地下管线 地铁隧道或人防工程的近旁 虽属临时性工程 但其 技术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构 稍有不慎 不仅将危及基坑本身安 全 而且会殃及临近的建构筑物 道路桥梁和各种地下设施 造成巨大损失 深基坑工程的主要内容有 1 岩土工程勘察和工程调查 确定岩土参数与地下水 参数 测定邻近建筑物 周围地下埋设物 管道 电缆 光缆等 城市道路等工程设 施的工程现状 并对其随地层位移的限值做出分析 2 支护结构设计 包括挡土墙围 护结构 如连续墙 柱列式灌注桩挡墙 支承体系 如内支撑 锚杆 以及土体加固 等 支护结构的设计必须与基坑工程的施工方案结合起来 并且需要考虑下列因素 当 地经验 土体和地下水状况 四周环境安全所允许的地层变形限值 可提供的施工设施 与施工场地 工期与造价等 3 基坑开挖与支护的施工 包括土方工程 工程降水和 工程的施工组织设计与实施 4 地层位移预测与周边工程保护 地层位移既取决于土 体和支护结构的性能与地下水的变化 也取决于施工工序和施工过程 如预测的变形超 过允许值 应修改支护结构设计与施工方案 必要时对周边的重要工程设施采取专门的 华北水利水电学院毕业设计 2 保护或加固措施 5 施工现场量测与监控 根据监测的数据和信息 必要时进行反馈 设计 用信息化来指导下一步的施工 6 验证基坑的各项稳定性 1 2 深深基基坑坑支支护护 各种建筑物与地下管线都要开挖基坑 一些基坑可直接开挖或者放坡开挖 但当 基坑深度较深 周围场地又不宽时 无放坡条件 一般都采用基坑支护 从而基坑 支护的设计 施工和监测成为了基坑工程的热点问题 传统的排桩仍是支护体系中的 主导形式 非软土地区以锚杆为主 软土地区以内支撑为主与此配套 形成锚桩和桩 撑复合支护体系 过去支护比较简单 也就是钢板桩加井点降水 一般能满足基坑安 全施工 而对于深基坑却不能满足要求 近几年来随着基坑深度和体量的增大 支护 技术也有了较大进展 按功能分常用的有以下一些 1 挡土系统 常用的有钢板桩 钢筋混凝土板桩 深层水泥搅拌桩 钻孔灌注桩 地下连续墙 其功能是形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力 2 挡水系统 常用的有深层水泥搅拌桩 旋喷桩 压密注浆 地下连续墙 锁口钢 板桩 其功能是阻挡坑外渗水 3 支撑系统 常用的有钢管与型钢内支撑 钢筋混凝土内支撑 钢与钢筋混凝土组 合支撑 其功能是支承围护结构侧力与限制围护结构位移 常见的深基坑支护类型主要有以下几种 1 2 1 钢板桩支护 钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成 把这种钢板桩互相连接就形成钢板桩墙 被广泛应用于挡土和挡水 目前钢板桩常用的截面形式有U形 Z形和直腹板型 钢板 桩由于施工简单而应用较广 但是钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪 声振动 对周围环境影响很大 因此在人口密集 建筑密度很大的地区 其使用常常 会受到限制 而且钢板桩本身柔性较大 如支撑或锚拉系统设置不当 其变形会很大 所以当基坑支护深度大于7m时 不宜采用 同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要 拔出 因此应考虑拔出时对周围地基土和地表土的影响 1 2 2 深层搅拌支护 深层搅拌支护是利用水泥作为固化剂 采用机械搅拌 将固化剂和软土剂强制拌和 使固化剂和软土剂之间产生一系列物理化学反应而逐步硬化 形成具有整体性 水稳 华北水利水电学院毕业设计 3 定性和一定强度的水泥土桩墙 作为支护结构 适用于淤泥 淤泥质土 粘土 粉质 粘土 粉土 素填土等土层 基坑开挖深度不宜大于6m 对有机质土 泥炭质土 宜 通过试验确定 1 2 3 排桩支护 排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔 钻 冲 孔灌注桩作为主要挡土结 构的一种支护形式 柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩 与桩相切的密排布置形式 柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度 但各桩之 间的联系差必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠联接 为了防止地下 水并夹带土体颗粒从桩间孔隙流入 渗入 坑内 应同时在桩间或桩背采用高压注浆 设置深层搅拌桩 旋喷桩等措施 或在桩后专门构筑防水帷幕 灌注桩施工简便 可 用机械钻 冲 孔或人工挖孔 施工中不需要大型机械 且无打入桩的噪声 振动和 挤压周围土体带来的危害 成本较地下连续墙低 同时 灌注桩围护结构在建筑主体 结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力 承受侧压 这时在桩与主体之 间通常不设拉结筋 并用防水层隔开 排桩支护可分为悬臂式和支锚式 而支锚式又 分单点支锚和多点支锚 大多数情况下 悬臂式柱列桩适用于三级基坑 支锚式柱列 桩适合于一 二级基坑工程 一般来说 当基坑深h 8m 14m 周围环境要求不十分 严格时 多考虑采用排桩支护 柱列式灌注桩的工作比较可靠 但要重视帽梁的整体 拉结作用 在基坑边角处 帽梁应连续交圈 当要求灌注桩围护结构起到抗水防渗作 用时 必须做好桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷桩 一般的钻孔压密注浆法不易 保证止水 曾引发多起重大事故 当周围环境保护要求严格时 为减少排桩的变形 在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域 用水泥搅拌桩或注浆进行被动区 加固 以提高被动区的抗力 减少支护结构的变形 1 2 4 地下连续墙 地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果 适用于地下水位以下的 软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境 尤其是基坑底面以下有深层软土需 将墙体插入很深的情况 因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用 并且随着技术 的发展和施工方法及机械的改进 地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构 又是拟建主体结构的侧墙 如支撑得当 且配合正确的施工方法和措施 可较好地控 制软土地层的变形 在基坑深 一般h 10m 周围环境保护要求高的工程中 经技 华北水利水电学院毕业设计 4 术经济比较后多采用此技术 但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽会有较大困难 尤其是遇到岩层需要特殊的成槽机具 施工费用较高 在施工中泥浆污染施工现场 造成场地泥泞不堪 目前采用的逆作法施工使得两墙合一 即施工时用作围护结构 同时又是地下结构的外墙 逆作法施工一般用在城市建筑高层时 周围施工环境比较 恶劣 场地四周邻近建筑物 道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏 为此 在基坑施工时 通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力 即利用地下结构 自身的桩 柱 梁 板作为支撑 同时可省去内部支撑体系 减少支护结构变形 降低造价并缩短工期 是推广应用的新技术之一 除现场浇筑的地下连续墙外 我国 还进行了预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙的研究和试用 预制装配式地下 连续墙墙面光滑 由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工速度 而预应力地下连续墙 则可提高围护墙的刚度达30 以上 可减薄墙厚 减少内支撑数量 由于曲线布筋张 拉后产生反拱作用 可减少围护结构变形 消除裂缝 从而提高抗渗性 这两种方法 已经在工程中试用 并取得较好的社会效益和经济效益 1 2 5 土钉支护 土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术 由于经济 可靠且施工 快速简便 已在我国得到迅速推广和应用 土钉支护的使用要求土体具有临时自稳能力 以便给出一定时间施工土钉墙 因此对土钉墙适用的地质条件应加以限制 建筑基坑 支护技术规程 JGJ12021999 规定了土钉墙适用于二 三级基坑 非软土场地 基 坑深度不宜大于 12m 土钉墙支护施工速度快 用料省 造价低 与其他桩墙支护相比 工期可缩短 50 以上 节约造价 60 左右 而且土钉支护可以紧贴已有建筑物施工 从而省出桩体或墙体所占用的地面 但从许多工程经验看 土钉墙的破坏几乎均是由于 水的作用 水使土钉墙产生软化 引起整体或局部破坏 因此规定采用土钉墙工程必须 做好降水 且其不宜作为挡水结构 土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件 通常采 用钻孔 放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成 它依靠与土体之间的粘结力或摩擦 力 在土体发生变形时被动承受拉力作用 它由密集的土钉群 被加固的土体 喷射混 凝土面层形成支护体系 由于随挖随支 能有效地保持土体强度 减少土体的扰动 20 世纪 90 年代以后 土钉墙技术开始应用于东南沿海一带 但该地区地质条件属于以淤 泥及淤泥质土为主的软土带 为适应这一特性 发展了复合土钉支护技术 加筋水泥土 墙是在水泥土桩中插入 H 形钢 拉森板桩 钢管等 组成的 由 H 形钢承受侧向荷载 华北水利水电学院毕业设计 5 而水泥土则具有良好的抗渗性能 因此加筋水泥土墙具有良好的挡土和止水抗渗效应 水泥土桩和 H 形钢的组成形式一般有 2 种 而且水泥土桩中插入 H 形钢 设置支撑也 十分方便 施工时为使 H 形钢可凭借自重顺利下沉至指定标高 水泥土桩施工一般采 用三轴型全深搅拌的深层搅拌机 且需提高水泥掺入比 该技术在上海 江苏 浙江一 带已推广应用 1 2 6 内撑式围护结构 内撑式围护由围护体系和内撑体系两部分组成 围护结构体系常采用钢筋 凝土排 桩墙和地下连续墙形式 内撑体系可采用水平支撑和斜支撑 当基坑开挖平面面积大而 开挖深度不太深深时 易采用单层支撑 内支撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管 或型钢 支撑两种 内支撑围护结构使用范围广 可适用于各种土层和基坑深度 另外还有锚杆或喷锚支护 拱圈支护和逆作法支护等 1 3 本本文文思思路路及及内内容容 本文以柳州市居上广场基坑支护为例 就其工程概况 设计依据及步骤 方案选择 具体计算以及稳定性验算进行介绍 以此来说明深基坑支护设计的一般过程 由于基坑 面积及深度都较大 面积达 12500 平米 深度达到了 10 6 米 又受到周边建筑红线的 影响 没有放坡减载的条件 经过方案比选之后 设计支护形式采用排桩加预应力的形 式 支护桩优先采用大口径钻孔灌注桩 文中用郎肯土压力理论计算坑壁主动及被动土 压力 支护桩长度和入土深度以及锚杆作用力用土压力极限平衡法确定 进一步确定桩 身和冠梁配筋后 按 建筑地基基础设计规范 验算基坑整体稳定性以及抗隆起和渗流 稳定性 之后又就本工程施工时的基坑降水和施工工艺 质量监测事项进行介绍 华北水利水电学院毕业设计 6 2 工程概况及支护方案 2 1 工工程程概概况况 柳州市乐和房地产开发有限公司拟在柳州市河东新区东环大道与文昌路交汇处兴建 居上广场 总占地面积约 12500 m2 其中主楼高 42 层 168m 裙楼高 5 层 25 0m 幼 儿园楼高 4 层 14 0m 设计室内地坪标高为 92 00 92 30m 拟设置二层地下室 总高 度约为 10 00m 地下室负二层地坪标高为 82 00m 建筑物基础形式拟采用桩基础 桩端置于微风化白云岩内 地下室边线周长约为 450m 基坑形状呈 105m 115m 的 近似方形 预计基坑开挖深度为 10 60m 场地的地下水位位于地面以下 6m 2 2 基基坑坑周周边边环环境境及及工工程程地地质质条条件件 2 2 1 基坑周边环境条件 基坑南边 东边分别为城市主干道文昌路 东环大道 人行道地下管线有供电电缆 通信电缆 市政排污管线等 东南角基坑边线距最近的管线仅为 6 50m 南侧基坑边线 距文昌路 32 5 39 5 m 东侧距东环大道 15 0 16 5 m 距人行道很近 文昌路 东 环大道车流密集 交通繁忙 基坑失稳破坏后果较严重 基坑西侧紧临 相距 3 0m 东郡小区 4 楼 楼高 16 层 5 楼 楼高 26 层 的地下室 一层 埋深 5 30m 见图 2 1 1 基坑北面相隔 5 0m 为进入东郡小区的水泥路 北面相隔约 18m 为东郡小区 7 楼 楼高 28 层 地下二层 埋深 10 60m 6 楼 楼高 26 层 埋深 5 30m 见图 2 1 2 场区周边环境条件较复杂 华北水利水电学院毕业设计 7 图 2 1 1 基坑西侧紧邻东郡高层建筑 图 2 1 2 基坑北侧与东郡高层建筑隔水泥路相邻 2 2 2 基坑工程地质条件 根据现场钻探 原位测试及室内土工试验结果 结合基坑工程详勘资料 场地内地 基土 岩 按其岩性和状态可分为 8 层 各土岩层岩性 结构特征自上而下描述如下 1 第 层杂填土 Qml 灰褐 棕褐色 主要由建筑垃圾混粘性土组成 硬杂质含量 20 60 含少量有 机质 土质混杂 大部分地段其堆填时间在 15 年左右 经过一定的压密 但其密实程 度不均匀 土体结构松散 除基坑北侧西段 西侧北段外 其它地段本层分布连续 厚 度 0 50 8 40m 该层是构成基坑边坡的主要土层 2 第 层素填土 Qml 棕黄 棕红 棕褐色 主要由粘性土组成 局部含少量建筑垃圾 土质较均匀 大 部分地段其堆填时间在 15 年左右 稍具压密 由于上层滞水的影响 土体含水量较大 土质较松软 本层仅在基坑北侧西段 西侧北段分布 埋深 0 2 50m 厚度 0 50 7 50m 该层是构成基坑边坡的主要土层 3 第 层可塑状粉质粘土 Qel 棕褐 灰褐色 土体结构欠致密 局部含少量有机质 受地表水渗泡影响明显 土 芯切面稍光滑 手摁土芯凹印明显 干强度及韧性中等 无摇震反应 该层土主要分布 于基坑西侧北段及北侧西段 埋深 5 90 8 00m 厚度 1 60 2 50m 4 第 层硬塑红粘土 Qel 华北水利水电学院毕业设计 8 棕红 棕黄 棕褐色 土体结构致密 土质较均匀 土中局部含少量铁锰质结核 土芯切面光滑 干强度及韧性高 无摇震反应 本层分布连续 埋深 0 50 9 80m 厚 度 9 00 20 90m 该层是构成基坑边坡的主要土层 5 第 层可塑状红粘土 Qel 棕褐 灰褐色 土体结构致密 土芯切面稍光滑 手摁土芯凹印明显 土质较均匀 土中局部含少量铁锰质风化物 干强度高 韧性中等 无摇震反应 该层分布不连续 埋深 16 30 20 00m 主要分布在近基岩面凹槽处 厚度 1 00 3 60m 6 第 层强风化白云岩 C2h 灰黄色 风化节理裂隙发育 风化强烈 母岩结构基本遭破坏 该层均采用合金钻 头干钻 钻进速度较快 岩芯呈粉砂 碎块状 局部夹有可塑状粘土 部分碎块用手能 折断 岩芯采取率一般为 70 95 岩体破碎 属极软岩 岩体基本质量等级分类为 级 该层分布不连续 顶面埋深 12 80m 23 10m 揭露厚度 1 10m 4 40m 7 第 层中等风化白云岩 C2h 灰白色 局部黄灰色 细晶质结构 中厚层构造 岩质硬脆 岩体风化节理裂隙较 发育 合金钻头干钻钻进速度缓慢 钻具呈间歇性跳动 取上岩芯多呈碎块状 一般无 完整岩芯 块径 1cm 3cm 断面暗灰 黄灰色 不新鲜 干钻取芯率在 65 100 该层分布不连续 于钻孔 JK1 1 JK19 JK6 13 揭露 顶面埋深 19 90m 24 10m 揭露厚度 0 90m 7 70m 其中初勘 13 号孔未揭露至该层底部 本层属较软岩 岩体较 破碎 岩体基本质量等级为 级 8 第 层微风化白云岩 C 2h 灰白色 细晶质结构 中厚层状 岩体硬脆 给水钻进进尺缓慢 取上岩芯呈短柱 团块状 部分地段因节理较发育 干钻可钻进 岩芯机械破碎成砂状 断面新鲜 JK23 号孔该层内发育有溶洞 本层钻孔揭露厚度 5 20m 6 80m 顶面埋深 14 90 26 00m 顶面标高为 65 54 77 42m 其中初勘 13 号孔未揭露该层 华北水利水电学院毕业设计 9 表 2 1 土层基本参数 土层名称 3 kN m C kpa 锚杆固体与土体极 限摩阻力 kpa 层厚 m 杂填土19127162 素填土18 5156164 粉质粘土19 512 58452 硬塑红粘土19 520106010 2 3 设设计计依依据据 1 柳州市居上广场基坑工程岩土勘察报告 广西水文地质工程地质勘察院 2 建筑基坑支护技术规程 3 混凝土结构设计规范 4 岩土工程勘察规范 5 建筑与市政降水工程技术规范 6 建筑地基基础设计规范 7 地基基础处理规范 8 建筑基坑工程监测技术规范 2 4 支支护护方方案案比比选选 本基坑工程开挖深度大 周边环境条件复杂 破坏后果很严重 安全等级为一级 基坑侧壁为土质边坡 部分地段赋存上层滞水 易引起基坑边坡土体发生滑塌 基坑边 线与现有道路 建筑物之间距离小 无放坡条件 需进行支护 各方案比较见表 2 2 华北水利水电学院毕业设计 10 表 2 2 各支护方案特点 特征 方案 主要特点可靠 性 工期造价本工程适宜性 放坡简易支 护 有效减轻支护结构 主动土压力 较好短低本工程无放坡条件 不适宜 桩锚支护适用不同深度基坑 淤泥质土中锚固效果 较差 好较长较高本工程适宜采用 桩撑支护适用不同深度基坑 尤其狭长基坑 好较长高合理布置支撑构件 为可采用方案 双排桩支护适用地层差 受红 线影响基坑 较好较短较高适宜采用 2 5 支支护护方方案案确确定定 本基坑工程面积和深度都较大 周边环境较复杂 由于基坑呈近似方形 边长达到 115m 若采用支护桩加内支撑的支护形式 不仅工作量较大 且施工较为困难 造价 也很高 综合考虑本基坑各项工程条件 经过充分论证后确定其支护方案为 采用以排 桩加预应力锚杆相结合的支护方式 并结合坑内被动区加固等手段 在桩顶端设置冠梁 以加强整体稳定性与刚度 并在坑壁采用粉喷桩止水 确保支护体系完善 并保证施工 顺利方便 支护结构简图如图 2 2 普挖 10 6m 粉喷桩止水帷幕 支护桩 冠梁 锚杆 图 2 2 基坑支护剖面图 华北水利水电学院毕业设计 11 3 支护桩设计 本坑段采用大口径钻孔灌注桩加预应力锚杆作为支护主体 支护桩桩径 1m 间距 1 4m 桩身强度 C30 在竖直方向上设置两层锚杆 第一层设置在距地面 2m 处 第二 层锚杆设置在距第一层下 3m 处 加设锚杆一方面改善了桩的受力状态 降低了桩身弯 矩 减少了桩顶位移 保护周围建筑物与道路的安全 另一方面 减短了桩长 降低了 支护体系的造价 桩顶设置圈梁增加支护桩群的整体性 减少维护桩的侧向位移 3 1 土土压压力力计计算算 3 1 1 计算主动土压力 地下水埋深 6m 基坑外路面承受 50kpa 均布荷载 土压力按郎肯土压力理论计算 第 n 层土底面的主动土压力为 3 1 0anan 1 K2K n anii i pqhc 其中 2 an K tan45 2 n 1 地面处主动土压力为 50 2 17 9kpa 00a11a1 pK2cK a q 2 7 tan45 2 7 tan45 2 2 杂填土与素填土层面上表面处土压力为 19 2 50 2 12 tan 41 5 47 65kpa 1110a11a1 phqK2cK a 2 tan 41 5 3 杂填土与素填土层面下表面处土压力为 88 2110a22a2 phqK2cK a 2 15 44 33kpa 2 tan 42tan 42 华北水利水电学院毕业设计 12 4 素填土与可塑状粉质粘土接触面上表面土压力为 311220a22a2 phh qK2cK a 50 38 74 2 12 5 104 33kpa 2 8 tan45 2 8 tan45 2 5 素填土与可塑状粉质粘土接触面下表面土压力为 100 68kpa 411220a33a3 phh qK2cK a 6 可塑状粉质粘土与硬塑状红粘土接触面上表面土压力为 由于可塑状粉质粘 土位于水位以下 其重度采用饱和重度 131 48kpa 51122sat30a33a3 phh h qK2cK a 7 可塑状粉质粘土与硬塑状红粘土接触面下表面土压力为 99 6kpa 611223sat30a44a4 phh h qK2cK a 8 设支护桩深入基坑底面以下部分的长度为 x 则桩底部的主动土压力为 14x 135 3 711223sat34sat0a44a4 phh h 2 6 qK2cK a x 3 1 2 计算被动土压力 1 3 2 0pn 1 K2K n pniipn i pqhc 其中 2 K tan45 2 n pn 2 基坑底部的被动土压力为 2 25 59 6kpa 14p4 2K p pc 10 tan45 2 由于假设桩深入基坑底面深度为 x 则桩底部的被动土压力为 27 7x 59 6kpa 2444p4 2K psatp pxKc 3 2 计计算算桩桩深深入入基基坑坑底底面面部部分分长长度度 x 及及桩桩长长 3 2 1 计算第一层锚杆的水平支点力 第一层锚杆设置在距地面 2m 处 超挖深度 0 5m 所以首次开挖深度为 2 5m 计 算简图如图 3 1 基坑内侧表面的被动土压力 华北水利水电学院毕业设计 13 32p2 2K2 15 tan 456 2 33 3 p pckpa 设土压力为零点距超挖面的距离为 a 则 4222p212222 2K 2 2 ppaa paKcqa KcK 解得 a 1 5m 则锚杆 1 的水平支点力为 1 T1 h a MM T 主被 式中 为土压力为零点其上土体主动土压力对零点的弯矩M主 为土压力为零点其上被动土压力对零点的弯矩M被 为锚杆至超挖底面的距离 T1 h 土压力为零处的被动土压力为 60kpa 为 0 5m 4p p T1 h 从而求得 1 T1c1 17 9 2 3 44 33 2 1 29 75 2 2 22 3 30 2 3 33 360 1 5 2 112 6 h h0 5 1 5 MM TkN 主被 3 2 2 计算第二层锚杆的水平支点力 同样按照上述方法计算锚杆 2 的支点力 第二次直接开挖至基坑底面 设土压力 为零点距基坑底面的距离为 c 由上一节中计算得 27 7c 59 6 14c 135 3 得 c 5 5m 将此点设置为弯矩零点 则锚杆 2 的水平支点力为 11 2 T2 h c MMT hc T 主被 为锚杆 1 至基坑底面距离为 8 6m 1 h 为锚杆 2 至基坑底面距离 为 10 6 5 5 6m T2 h 将各层土压力图形分成一个矩形和一个三角形 通过计算每个部分的合土压力和土 压力作用点 可以计算出各层对 A 点的弯矩 具体计算如下 1 杂填土矩形部分土压力合力 17 9X2 35 8kN 作用点距 A 点距离为 15 1m 1a E 2 杂填土三角形部分土压力合力 47 65 17 9 X 2 X 1 2 29 75kN 作用点距 A 点 10 6 5 5 2X2 3 14 8m 2a E 华北水利水电学院毕业设计 14 3 素填土矩形部分土压力合力 44 33X4 177 32kN 作用点距 A 点 16 1 4 12 1m 3a E 4 素填土三角形部分土压力合力 104 33 44 33 X2 120kN 距 A 点 16 1 2 4 2 3 11 4m 4a E 5 可塑状粉质粘土矩形部分土压力合力为 100 68X2 201 36kN 距 A 点 16 1 7 9 1m 5a E 6 可塑状粉质粘土三角形部分土压力合力 131 48 100 68 30 8kN 距 A 点 16 1 6 2 2 3 8 8 m 6a E 7 硬塑状红粘土矩形部分土压力合力 99 6X8 1 806 8kN 距 A 点 4 1m 7a E 8 硬塑状红粘土三角形部分土压力合力 112 7X8 1 2 456 4kN 距 A 点 8 1 3 2 7m 8a E 9 被动土压力矩形部分土压力合力 56 9 5 5 313 0kN 距 A 点 2 75m 1p E 10 被动土压力三角形部分合力 27 7 5 5 5 5 2 419 0kN 距桩顶 5 5 3 1 8 m 2p E 对 A 点求距 由其弯矩为零得锚杆 2 的水平支点力 2 T 11138 1615 1644 710 5 65 5 kN 3 2 3 求桩的嵌固深度 由建筑基坑支护计算规程 嵌固深度设计值 hd可按下式确定 hp Epj Tci hTi hd 1 2ha Eai 0 3 3 计算得到 hd 6 9m 从而桩长为 10 6 6 9 17 5m 华北水利水电学院毕业设计 15 杂填土 素填土 可塑状粉质粘土 硬塑状红粘土 基坑底 均布荷载q 50kpa 支护桩 17 9 47 65 44 33 104 33 59 6kpa 100 68kpa 131 48kpa 99 6kpa 250 7 231 9 图 3 1 土压力分布图 3 3 桩桩身身所所受受最最大大弯弯矩矩 桩的最大弯矩处为剪力为零处 杂填土层的总主动土压力为 65 55kN 设剪 12aa EE 力为零处深入素填土的深度为 y 则 65 55 44 33y 112 6 2 18 5 tan 42 2 y y 解得 y 1 0m 则 99 6 9 5 11 75 100 68 2 6 44 33 4 3 132 3 9 5 2 13 3 30 8 6 3 60 2 3 7 max M 112 6 1 710 4 59 6 6 9 13 1 191 1 6 9 2 14 2 1129kNm 3 4 支支护护桩桩配配筋筋计计算算 支护桩弯矩设计值 M 1 35 1524kNm max M 当桩的截面弯矩设计值确定后 就可以按 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 中的如下公式进行配筋计算 3 4 2 1 sin 1 0 2 ctys f Af A 式中 对应于受压区混凝土截面面积的圆心角与的比值 2 混凝土抗压强度设计值 c f 华北水利水电学院毕业设计 16 应力强度与受压区混凝土最大应力的比值 取 1 c f0 1 1 A 支护桩截面面积 纵向受拉钢筋截面面积与全部钢筋截面面积的比值 当 t t 1 25 2 0 625 时 0 t 钢筋抗拉强度设计值 y f 全部纵向钢筋的截面面积 s A 设 b 则上式可改写成 2 5 2 2 1 3 3 5 3 1 sinsin2sin 3 t cys s Mf Arf A r 式中 圆形桩截面的半径 r 纵向钢筋所在圆周半径 s r 本段支护桩桩径 1m 桩身强度为 采用钢筋 30 14 3 2 335 钢筋保护层厚度为 50mm 300 2 解得 0 28 b 0 4 9120 采用直径为 30mm 的钢筋 则钢筋用量为 s A 2 mm n 9120 3 14 15 15 22 3 取为 23 根 2 s A r 验证其是否满足最小配筋率 0 032 0 002 满足要求 2 2 3 14 15 23 3 14 500 3 5 冠冠梁梁设设计计 支护桩顶端应该设置冠梁连接 设计冠梁截面尺寸为 1000800mm 采用 C30 混凝土 配主筋为 2 4 22 2 3 22 箍筋为 8 200 3 6 锚锚杆杆的的设设计计 华北水利水电学院毕业设计 17 3 6 1 锚杆支护概述 深基坑工程中的支护结构一般有两种形式 分别为围护墙结合内支撑系统的形式和 围护墙结合锚杆的形式 作用在围护墙上的水土压力可以由内支撑有效地传递和平衡 也可以由坑外设置的土层锚杆平衡 内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受的侧压力 构造简单 受力明确 锚杆设置在围护墙的外侧 为挖土 结构施工创造了空间 有利 于提高施工效率 锚杆支护作为一种支护方式 与传统的支护方式有着根本的区别 传统的支护方式常常是被动地承受坍塌岩体土体产生的荷载 而锚杆可以主动地加固岩 土体 有效地控制其变形 防止坍塌的发生 由于锚杆支护技术的优越性 我国自 1950 年代开始在煤炭系统使用锚杆以来 目前已在矿山 水电 建筑等工程领域中广 泛使用了该项技术 锚杆是将受拉杆件的一端 锚固段 固定在稳定地层中 另一端与工程构筑物相联 结 用以承受由于土压力水压力等施加于结构上的推力 从而利用地层的锚固力以维持 构筑物的稳定 锚杆外露于地面的一端用锚头固定 一种情况是锚头直接附着结构上并 满足结构的稳定 另一种情况通过梁板 格构或其他部件将锚头施加的应力传递于更为 广阔的岩土体表面 对于锚固作用原理的认识 可归纳为两种不同的理论 一种是建立在结构工程概念上 其基本特征是 荷载 结构 模式 把岩土体中可能 破坏坍塌部分的重量作为荷载由锚喷支护承担 其中锚杆支护的悬吊理论最具有代表性 该理论要求锚杆长度穿越塌落高度 把坍塌的岩石悬吊起来 这一类型理论是 1970 年 代以前发展形成的 是沿着结构工程的概念 采用结构力学的方法来论述的 土层锚杆 设计主要应用这类理论 对于岩层锚杆则是建立在岩体工程概念上 充分发挥围岩的自 稳能力 防围岩破坏于未然 支护与适时 合理的施工步骤相结合 主要作用在于控制 岩体变形和位移 改善岩体应力状态 提高岩体强度 使岩体与支护共同达到新的平衡 稳定 这一类型的理论 按照岩体工程概念 采用岩体力学 岩体工程地质学的方法 对岩体进行稳定性分析及锚固支护加固效果分析 该类型理论从 1980 年代初逐步发展 完善 更能发挥岩体自身强度高 自稳能力好的优点 与其它支护形式相比 锚杆支护具有以下特点 1 提供开阔的施工空间 极大地方便土方开挖和主体结构施工 锚杆施工机械设备 的作业空间不大 适合各种地形及场地 华北水利水电学院毕业设计 18 2 对岩土体扰动小 在地层开挖后 能立即提供抗力 且可施加预应力 控制变形 发展 3 锚杆的作用部位 方向 间距 密度和施工时间可以根据需要灵活调整 4 用锚杆代替钢或钢筋混凝土支撑 可以节省大量钢材 减少土方开挖量 改善施 工条件 尤其对于面积很大 支撑布置困难的基坑 5 锚杆的抗拔力可通过试验来确定 可保证设计有足够安全度 3 6 2 本工程锚杆设计 设计锚杆倾角为 20 度 锚杆孔径为设为 200mm 锚杆水平间距为 1 4m 竖向间距 为 3m 锚杆采用 HRB400 的高强度钢筋 1 计算锚杆的水平拉力设计值 由上述计算可知 支点力分别为 T1 112 6kN T2 710kN 所以得锚杆的水平拉力设 计值 1 1 25 1 25 112 6140 7 d TTkN 22 1 25 1 25 710887 5 d TTkN 2 锚杆自由段长度计算 由建筑基坑支护技术规程有 3 5 11 sin 45 sin 45 22 t ll fkk 式中 锚杆自由端长度 不宜小于 5ml f 锚杆锚头中点至基坑底面以下基坑外侧荷载与基坑内 t l 侧抗力相等点的距离 土体各土层厚度加权内摩擦角标准值 k 锚杆倾角 图 3 2 锚杆自由段计算简图 其中 7 26 48 2 10 10 1 12 23 34 4 5 2 28 10 10 1234 hhhh k hhhh 14 1m 所以求得 14 1 0 72 10 1m 1t L 1 l f 11 1m 得到 11 1 0 72 8 0m 2t L 2f L 3 锚固段长度 锚固段长度 3 6 m d t N m k a l 华北水利水电学院毕业设计 19 锚杆安全系数 取 1 5 m k 土层锚杆设计抽向拉力 t N 对于锚杆 1 T1 112 6 cos20 119 8kN 1t Ncos 对于锚杆 2 T2 cos 710 cos20 755kN 2t N 锚固段直径 取钻头直径的 1 2 倍 0 20m m d m d24 0 2 1 锚固体与土层间的剪切强度 tan c 0为锚固段孔壁土压力系数 一般粘土为 0 5 砂土取 1 0 aik k 0 k 设锚固段长度为 10m 则锚固段中点至地面的距离为 h1 10 1 5 sin20 2 7 1m h2 8 5 sin20 5 9 4m 所以 15 19 2 18 5 4 19 5 1 1 tan6 29kpa 1 20 19 2 18 5 4 19 5 3 4 tan10 43 5kpa 2 则锚固段长度为 32m 1 1 5 119 8 8 3 14 0 24 29 a lm 2a l 因此 原假定锚固段长度应予以修正 所以 h1 10 1 8 2 sin20 2 7m 15 19 2 18 5 4 19 5 1 tan8 33kpa 确定锚杆 1 锚固段长度为 总长度为 18 3m 1 5 119 8 7 2 3 14 0 24 33 a lm 8 16 sin20 5 13 2m 50kpa 2 h 2 锚杆 2 的锚固段长度 总长度为 28m 2 1 5 710 20 3 14 0 24 50 a lm 4 验证锚杆轴向承载力设计值 锚杆轴向承载力设计值 3 6 i l sik qd s Nu 式中 锚杆轴向受拉分项系数 取为 1 3 s 土体与锚固体之间的摩阻力标准值qsik 第 i 层土中锚固段长度 i l 对于锚杆 1 其中在素填土中的锚固长度为 4 10 1 sin20 sin20 1 6m 在粉质粘土中的锚固长度为 2 sin20 5 8m 在红粘土中锚固长度为 10 1 1 6 5 8 2 8m 华北水利水电学院毕业设计 20 因为 1 6 16 5 8 45 2 8 60 550kN m ql siki 119 8k 3 14 0 24 550 346 1 3 u NkN t N 因此