楼南侧基坑支护设计毕业论文.doc

楼南侧基坑支护设计毕业论文目 录第1章 绪论11.1 研究背景11.2 国内外研究现状11.3 相关技术规范规程2第2章 工程简介42.1 工程概况42.2 场地工程地质42.3 水文地质条件5第3章 基坑支护方案比选73.1 基坑支护设计原则73.2 支护方案比选73.2.1 土钉支护73.2.2 喷锚网支护93.2.3 桩锚支护11第4章 基坑支护结构设计144.1 滑坡推力计算144.1.1 7-7断面144.1.2 8-8断面194.2 预应力锚索设计224.2.1锚索设计224.2.2锚固段长度计算244.2.3锚索布置254.2.4锚索计算254.2.5锚索预应力与张拉284.3 腰梁设计294.4 喷锚网设计314.5基坑支护验算31第5章 施工简介325.1土方开挖325.2预应力锚索施工335.2.1造锚索孔335.2.2锚索组装335.2.3推送锚索345.2.4注浆345.2.5浇注混凝土锚垫板345.2.6张拉预应力355.2.7外锚头保护355.2.8锚索施工时应注意的问题35结论37参考文献38附录39致谢40武汉理工大学毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 研究背景基坑工程是指建筑物和构筑物的地下结构部分施工时，所进行的基坑开挖、工程降水和基坑支护，同时，对周围的建筑物、构筑物、道路和地下管线进行监测和维护，以确保正常、安全施工的综合性工程。一般情况下，基坑支护是临时措施，地下室主体施工完成时支护体系即完成任务，与永久性结构相比临时结构的安全储备要求可小一些，由于其安全储备较小，因此具有较大的风险性。岩土工程区域性很强，岩土工程中的基坑工程区域性更强，如软粘土地基、软土地基、砂土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很大，同一城市不同区域也有差异。基坑工程的支护体系设计施工和土方开挖都要因地制宜，根据本地情况进行。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质和水文地质条件有关，还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件等有关，这就决定了基坑工程具有很强的个性。正是由于基坑工程具有很强的区域性和个性，因此根据不同的区域和个性特征，研究相应的基坑稳定性、支护结构的内力及变形以及周围地层的位移对周围建筑物和地下管线等的影响及保护的计算分析，以便采取经济、实用的基坑支护方案，就具有重要的理论意义和实际效益。与分析、计算方法的进步相对应的是基坑开挖技术，特别是支护技术的日臻完善，并出现了许多新的支护结构形式与稳定边坡的方法（参见杨光华深基坑支护结构的实用计算方法及其应用）。本文结合珠海市人民医院北区南侧地下结构挖方工程，根据基坑地质条件和周围环境的特殊性，选择锚杆支护的基坑开挖围护方案，并对护结构体系进行了设计计算。依据建筑基坑支护技术规程（JGJ12099）等规范，对腰梁及锚杆长度、锚固深度等进行结构设计。最终编制了基坑开挖围护设计方案。1.2 国内外研究现状随着我国城市建设的快速发展，北京在七十年代初建成了深20m的地下铁道区间车站。八十年代后，北京、上海、广东、天津以及其他城市施工的深基坑陆续增加，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。特别是20世纪90年代之后，高层和超高层建筑项目日益增多，与之相伴的是基坑开挖面积越来越大、开挖深度越来越深，部分基坑超过30米。20世纪40年代 Terzaghi 和 Peck 等人就提出了预估挖土方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法。这一理论原理一直沿用至今，只不过有了许多改进和修正。50年代 Bjerrum 和 Eide 给出了分析深基坑底板隆起的方法。60年代开始在奥斯陆和墨西哥城软黏土深基坑中使用了仪器进行监测，此后的大量实测资料提高了预测的准确性，并从70年代起产生了相应的指导开挖的法规。高层建筑通常在城市密集的建筑群之间开挖，所以场地狭窄、施工难度高是工程中常常碰到的难题，基坑开挖除要保证基坑自身的稳定外，还必须保证邻近建筑设施的安全，所以为了减少工程事故发生，基坑开挖中的支护问题显得尤为重要。而对于不同的工程环境及条件，采用何种支护形式显得至关重要，同时把是否能保证基坑及周围环境的安全及工程造价作为判断一个支护设计方案是否合理的标准。如果支护结构型式选择合理，就可以做到整个基坑以及整个建筑物的安全可靠，还可以带来可观的经济与社会效益。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）、围檩、防渗帷幕等结构体系总称为支护结构。基坑支护工程包含挡土、支护、降水、挖土等许多紧密联系的环节，如其中某一环节失效，将会导致整个工程的失败。1.3 相关技术规范规程 建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99) 岩土工程勘察规范(GB500212001) 建筑边坡工程技术规范(GB503302002) 岩土锚杆(索)技术规程(CECS222005) 建筑桩基技术规范(JGJ94-2008) 混凝土结构设计规范(GB500102002) 混凝土结构工程质量验收规范(GB502042002） 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) 土钉支护技术规程(DBJ/T15-70-2009) 锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB500102002）2 珠海市人民医院北区场地详细勘察阶段岩土工程勘察报告 珠海市人民医院北区场地地下室及基坑边坡岩土工程勘察报告 珠海市人民医院北区场地地基坑边坡场地详勘阶段岩土工程勘察报告第2章 工程简介2.1 工程概况本工程场地位于珠海香洲园山路北侧，香山公园东侧。场地内拟建建筑物包括健康管理中心、医技楼、住院综合楼以及连接南北区的地下隧道，地上建筑总面积为31000，地下建筑总面积为18500，本工程建筑物0.00标高相当于1956年黄海高程11.50m；其中健康管理中心、医技楼及住院综合楼基坑工程位于山前洼地，隧道基坑工程位于香山公园与烈士陵园两山体之间的鞍部；场地周边地势具有南高北低、西高东低的特点，拟开挖基坑、边坡周边现状地标标高为10.12m26.68m。本基坑边坡支护工程包括：（1）北区拟建健康管理中心、医技楼、住院综合楼地下室和地下隧道基坑开挖支护；（2）场地南侧拟建建筑物0.00标高（相当于1956年黄海高程11.50m）以上永久性边坡开挖支护；基坑、边坡开挖深度（按开挖至地下室/隧道底板垫层底考虑），南侧基坑标号为GHI段，开挖深度为9.5m17.2m。南侧基坑支护段长约为63m，基坑安全等级为一级。支护设计使用年限为至开挖起不超过12个月。根据现场勘查、调查，南侧基坑（GHI段）开挖影响范围内分布的主要管网有：坡顶沿环山路基坑侧人行道分布有电缆沟，埋深约1.2m，与基坑开挖顶边线距离约3m10m，道路另一侧绿化带有通信光缆沟，埋深约1.2m1.5m,基坑支护时应采取妥善保护和避让措施。以上管网分布情况仅为初步调查结果，本基坑开挖前施工方应对周边管网进行详细勘察，复查其埋深及与基坑开挖边线距离，并采取完整的保护措施，不得盲目开挖。2.2 场地工程地质(一)地形地貌 基坑支护 工程的场地地形具有南高北低、西高东低的特点，场地北侧及中部属于山前洼地地貌单元，其余各侧属于剥蚀残丘地貌，现状场地内地面高程约10m21.5m，地形起伏极大。（二）工程地质条件场地地层从上到下依次为第四系人工填土、第四系坡积粉质粘土海陆交互相的粗砂、淤泥及淤泥质土、第四系残积砾质粘性土、下伏燕山期花岗岩风化带：1、 人工填土杂填土（层号为1）：杂色、松散、稍湿。主要由粘性土、碎砖块、水泥块、生活垃圾等组成，上部含少量植物根茎及小石块等硬杂质。层厚0.52.8m，平均厚度1.1m。2、 第四系海陆交互沉积层（1）粉质粘土层：褐黄、灰黄、灰白色等，可塑硬塑。为坡积土，石英砂砾含量约为1525，局部地段砂砾含量较高，层厚1.1010.50m，平均厚度为6.15m。（2）粗砂：褐黄、灰黄、灰白色，饱和，松散中密，颗粒矿物成分主要是石英，次菱角状，分选性差，粘粒含量大于30，层厚1.403.50m，平均厚度2.21m，顶板埋深5.212.0m。（3）淤泥：深灰、灰黑色，呈饱和、流塑。含少量腐植物，有泥臭味，局部夹少量石英砂粒，层厚1.406.40m,平均厚度2.73m,顶板埋深6.711.8m。（4）淤泥质土：深灰、灰黑色，呈饱和，流塑软塑。由粘性土组成，含少量腐植物，有泥臭味，夹少量石英砂粒，层厚0.805.70m,平均厚度2.50m,顶板埋深6.914.2m。3、 第四系残积层（1）砾质粘性土：褐红、灰黄色，呈饱和、可塑硬塑。由花岗岩残积而成，粒径大于2mm的颗粒含量大于20%，组织结构全部破坏，原岩结构清晰可见，已风化成土状，干钻易钻进，层厚0.904.60m,平均厚度2.560m,顶板埋深3.014.7m。4、 燕山期花岗岩风化带（1） 全风化花岗岩：褐黄、灰黄色、肉红色、紫红色。中粗粒结构，组织结构全部破坏，已风华呈土状，花岗岩结构尚可辨认，有残余结构强度，岩心呈土柱状，干钻可钻进，层厚0.406.70m,顶板埋深0.816.9m。（2） 强风化花岗岩：褐黄、灰黄色。中粗粒结构，组织机构大部分被破坏，裂隙很发育，底部夹风化岩块，手可折断，岩心呈半岩半土状，层厚0.7010.30m,顶板埋深2.119.5m。（3）中等风化花岗岩：褐黄、灰黄、灰白色。花岗结构，组织结构部分破坏，裂隙较发育，岩体较完整，岩心多呈短柱状，金刚石钻具方可钻进，层厚0.703.50m,平均厚度2.23m,顶板埋深4.5027.6m。 （4）：微风化花岗岩：褐色、灰白。花岗构造，节理裂隙稍发育，岩体完整，岩质新鲜，致密坚硬，岩心多呈长柱状，岩心采取率达95%以上。层厚3.106.40m,顶板埋深6.829.8m。本场地南侧各钻孔多揭露有孤石存在，为微风化花岗岩，节理裂隙稍发育，岩体完整，岩质新鲜，致密坚硬，呈灰黑青灰色。各岩土层物理力学参数取值见表1。2.3 水文地质条件1、 地表水勘察场地地表水，主要为低洼地段雨季时形成的积水以及边坡局部地段为山体渗透水形成的地表水，受大气降水补给，地表水水量随季节变化，勘察期间边坡场地未发现有地表水分布。2、 地下水 （1）上层滞水上层滞水主要存在于粉质粘土中，受大气降水补给，地下水位随季节变化，雨季上升，旱季下降，排水主要是蒸发。 （2）基岩裂隙水基岩裂隙水存在于花岗岩风化带中，其分布受岩体裂隙发育程度影响较大，具有明显的各向异性特点，属非匀质渗流场，在节理发育的地段，裂隙水存在丰富，且渗水性较强，地下水流向从西南向东北方向渗流。 （3）地下水位各边坡坡顶钻孔深度范围内没有地下水，根据勘察期间测得场地内地下水混合水位埋深为1.40m1.50m，平均埋深为1.45m，地下水位标高8.84m9.03m，平均标高为8.94m。场地内地下水水质对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。表1 各岩土层物理力学参数取值岩土名称承载力特征值重度抗剪强度指标与锚固体粘结强度基底摩擦系数粘聚力内摩擦角杂填土17017.015.010.020粉质粘土220018.219.520.5400.25砾质粘土326018.020.023.5600.30花岗岩全风化岩35018.222.024.01200.40强风化岩70020.02000.55中风化岩250025.04500.65微风化岩550026.55500.65第3章 基坑支护方案比选3.1 基坑支护设计原则随着我国经济建设的迅猛发展，地下工程越来越多，应用范围日益扩大，有力的促进了基坑工程这一新兴学科的进步与发展，我国许多地区都施工了一大批规模大、深度深、地质条件和周边环境复杂多样的基坑工程，通过时间积累了极为丰富的经验，已能熟练的掌握各种高难度基坑工程施工技术，为新世纪施工更多、更复杂的地下建筑工程打下了坚实的基础。然而在深基坑支护和边坡防治中，由于地层复杂，周围建筑荷载差异等因素，使得深基坑工程的失事率逐年增加，尤其是沿海城市更加突出。根据相关资料，或多或少的存在问题，从而会使得周围建筑物发生不均匀沉降，导致建筑物倾斜、开裂、甚至倒塌，结果给国家和社会造成巨大的经济损失，如果设计过于保守的话会造成材料的严重浪费。因此要做到基坑支护的安全可靠，又要做到经济合理。深基坑支护的基本要求是：1、确保基坑维护体系能起到挡土作用，使基坑四周边坡稳定；2、确保基坑四周相邻的建（构）筑物、地下管线、道路等的安全，在基坑土方开挖及地下工程施工期间，不因土体的变形、沉陷、坍塌或位移而受到危害；3、在有地下水的地区，通过排水、降水、截水等措施，确保基坑工程施工在地下水以上进行。深基坑支护的设置原则是：1、要求技术先进，结构简单，因地制宜，就地取材；2、尽可能与工程永久性支挡结构相结合，作为结构的组成部分或材料能够部分回收重复利用；3、受力可靠，能确保基坑边坡稳定，不给邻近已有建（构）筑物、道路及地下设施带来危害；4、保护环境，保证施工安全；5、经济上合理。3.2 支护方案比选下面简要介绍几种常用的深基坑支护手段。3.2.1 土钉支护土钉墙是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。它由被加固土、放置于原位土体中的细长金属杆件（土钉）及附着于坡面的混凝土面板组成，形成一个类似重力式墙的挡土墙，以此来抵抗墙后传来的土压力和其它作用力，从而使开挖坡面稳定。1、工作原理土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，但也可通过直接打入较粗的钢筋或型钢形成土钉。土钉沿通长与周围土体接触，依靠接触界面上的粘结摩阻力，与周围土体形成复合土体，土钉在土体发生变形的条件下被动受力，并主要通过其受拉工作对土体进行加固。而土钉间土体变形则通过面板（通常为配筋喷射混凝土）予以约束。2、土钉支护特点 土钉支护优点： （1）土钉与土体形成复合体，提高了边坡整体稳定和承受坡顶超载能力，增强土体破坏延性，改变边坡突然塌方性质，有利于安全施工；（2）设备简单，易于推广。由于土钉壁土层锚杆长度小得多，钻孔方便，注浆亦易，喷射混凝土等设备，施工单位均易办到；（3）如能与土方开挖配合好，实行平行流水作业，则工期可缩短，噪音小；（4）经济效益好，一般成本低于灌注桩支护；（5）分层施工，边监测边施工，便于采取必要措施；（6）适宜于地下水位以上或经降水措施后的杂填土，普通粘土或非松散型的砂土。土钉支护缺点和局限性：（1）现场需有允许设置土钉的地下空间。当基坑附近有地下管线或建筑物基础时，在施工时会存在影响；（2）在松散砂土、软塑、流塑粘性土，以及有丰富地下水源的情况下不能单独使用土钉支护，必须与其它的土体加固支护方法相结合。尤其在饱和粘性土及软土中设置土钉支护更需特别谨慎，土钉在这些土中的抗拔力低，需要有很长很密的土钉，软土的徐变还可使支护位移量显著增加；（3）土钉支护如果作为永久性结构，需要专门考虑锈蚀等耐久性问题。应用土钉墙支护本基坑时，关键是设计土钉的长度，如长度不够，则不能提供较强的拉力使土体稳定，如太长会浪费。土钉长度根据基坑的土层物理力学性质来计算和土钉的其它参数通过计算来确定。3、 设计要点对于常用的钻孔注浆钉，在初选钉长、间距和倾角时可参考以下数据：（1）土钉长沿支护高度上下分布的土钉，其在使用状态的最大内力相差甚多，一般为中部大，上部和底部都偏小。但顶部土钉对于限制支护最大水平位移甚为重要，如果顶部土钉较短，在土钉尾部或尾部以外的上方地表容易出现较大开裂，所以在城市地区构筑土钉支护，需要加长顶部土钉的长度。至于底部土钉也不宜过短，否则不利于支护作为整体抵抗基底滑动、倾覆或坑底深部失稳。在非饱和土中，土钉长一般为0.61.0H的范围内（H为坡高度），对顶部土钉不宜小于0.8H；而在饱和软土中，由于土体抗剪能力很低，而且土钉内力因水压作用增加，L/H值甚至可超过2。（2)土钉密度为使土钉与周围土体形成一个组合的整体，土钉的间距不宜过大，土钉的水平间距与垂直间距的乘积应不大于6。一般工程中多取土钉的水平间距与垂直间距相等，在非饱和土中为1.21.5m左右，对坚硬粘土或风化岩土有超过2m的，而对软土则可小于1.5m。一般来说，土钉的间距不宜超过2m。（3)土钉倾角对直立的支护，土钉倾角一般在025之间。增加土钉倾角使支护的位移和地表角变位增加，倾角大于20时增加的趋势更为加剧。土钉支护的面层通常用5080mm厚的网喷混凝土做成，一般用一层钢筋网，钢筋直径为68，网格为正方形，边长200300mm。土钉端部与面层的连接宜采用螺母、垫板。喷射混凝土面层施工中要做好施工缝处的钢筋网搭接和喷射混凝土的连接，到达支护底面后，宜将面层插入底面以下3040cm。如果土体的自稳性能不强，可以在挖土后先做喷射混凝土面层，然后再成孔置入土钉。（4）土钉墙面设计土钉墙面层的工作机理目前尚未有统一的认识，虽然已积累一些土钉支护面层工作机理的实测资料，但差别较大，因此对面层的设计往往不作计算。根据各地区的经验及本基坑的特点设计方案。一般如下：a面层设计为100mm厚，采取喷射混凝土内置钢筋网方式；b喷射混凝土强度为C25；c钢筋网设计为：面层钢筋为6150150钢筋网。3.2.2 喷锚网支护喷锚网支护，简称喷锚支护，其形式与土钉墙支护类似，也是在开挖边表面铺钢筋网，喷射混凝土面层，并在其上成孔，担不是埋设土钉，而是预应力锚杆，借助锚杆与周围土体间的粘聚力，使具有更大的锚固力与边坡土体共同作用，组成稳固的复合体，对边坡其维护作用，使边坡土体获得稳定。如下图1、工作原理土体的抗剪强度较低抗拉能力几乎等于零，但是土体具有一定的结构整体性能以较小的临界高度保持直立。土坡直立的高度超过临界高度或坡地有较大的超载以及环境因素的改变都会引起土坡失稳。过去常采用支挡结构承受侧压力并限制其变形。这属于被动制约机制的支挡结构。基坑喷锚网支护法是以尽可能保持、显著提高、最大限度地利用基坑边壁土体固有力学强度、变土体荷载为支护结构体系的一部分为基本原理。在土体内增设一定长度和分布密度的锚固体，它与土体牢固结构而共同工作，以弥补土体自身强度的不足，增强土体的稳定性，以主动制约机制为基础通过锚杆与土体的相互作用，使土体自身结构强度增加。其作用机制具体表现在以下几个方面： （1) 锚杆对由锚杆、土体、钢筋网等组成的复合体骨架起约束作用，由于锚杆本身的刚度和强度，以及在土体中形成的锚杆骨架，对复合土体有约束变形的作用；（2) 锚杆提高复合体的强度：由于锚杆与土体两者材料性质上的差异，土体进入塑性状态后，应力逐渐向锚杆上转移，此时的锚杆骨架分担了土体很大一部分的应力，很大程度上提高了复合体的强度；（3) 锚杆起着应力传递和扩散的作用，相关试验表明:当荷载增加到一定程度时,坡角的应力最大部分锚杆处在滑裂面的两侧，此时的锚杆则可通过应力传递作用，将滑裂区内部分应力传递到滑裂区外的稳定土体中，并分散在较大范围的土体内降低应力集中，提高支护体系的抗破坏能力；（4) 面层对变形的约束作用，面层是发挥锚杆有效作用的重要组成部分，在很大程度上约束坡面的变形，面层的约束力取决于锚杆表面与土体的摩阻力，当复合土体开裂面区域扩大并连成片时，摩阻力主要来自开裂区域后的稳定复合土体。2、喷锚网支护的主要特点结构简单，承载力高，安全可靠；可用于多种土层，适应性强；施工机具简单、施工灵活，污染小，噪声低，对周围环境的影响小；可与土方开挖同步进行，不占用绝对工期；本身不需要打桩，支护费用相对较低。3、适用范围 喷锚支护适用于土质不均匀、稳定土层、地下水位较低、埋置较深，基坑开挖深度在18米以内时采用；对硬塑土层，可适当放宽；对风化泥岩、页岩开挖深度可不受限制。但不适用于有流砂土层或淤泥质土层采用。4、设计要点喷锚网支护设计参数主要是确定锚杆密度、锚杆长度和材质、止水措施、喷锚网面层结构、以及整体稳定性验算等。决定这些参数的主要因素是开挖深度、工程水文地质条件、地面荷载、邻近建筑物以及地下管线等。 一般土层基坑喷锚网支护设计经验参数为：（1) 群锚布设纵横间距：Sx（Sy）=1.1m1.5m,前者为软弱土层，后者为硬塑土层。（2) 群锚钻孔直径d孔选择适合土层的成孔施工方法，一般可硬塑土层选择钻孔锚杆，d孔=0.110.13m，采用钻进成孔，一般水下软弱土层选择注浆锚管d=4860钢管，采用打入式成锚，一般岩石采用气动冲击成孔或钻进成孔，d孔=76mm110mm，且在中风化以上岩层成孔深度不宜超过5米。但对裸露岩坡，必须用群锚牢固拉结岩层层面，节理裂隙面。锚杆倾角一般以1220为宜，除非具备有效的压力注浆止浆塞工艺，锚孔倾角不宜小于8。为避开地下障碍物或上层软弱土，倾角可加大到35。（3) 锚杆长度在基坑上部一般为L=1.2H1.6H（H为基坑开挖深度），前者适用工程水文条件较好的基坑，后者适用土质差、水位高周边常有动载的基坑。接近基坑底层的锚杆长度通常只有上层锚杆的0.50.7倍，呈倒梯形分布（与土压力强度分布相反）。因为尽管表层土压力小，但通常土质较差，雨水和外荷交替作用，锚固黏结力相对较差且较易破坏丧失，尽量布设较长锚杆可减少位移量，限制裂缝的出现，对安全施工至关重要。对紧临道路和建筑物的基坑，首排锚杆最好施加30%的预应力锁定。（4) 锚筋材料强度要与锚固力设计值相匹配，由于采用高密度锚杆，多数锚筋材料为2528钢筋或48注浆锚管，除非特别设置的预应力锚杆才采用更高强度的材料。注浆一般采用水灰比0.40.5的纯水泥浆，强度等级不低于M20。（5) 面层结构包括二次喷射C20C30强度等级细石砼，厚度为1016cm，中间夹有两层钢筋网：68200300的绑扎网和焊接锚头的1416加强筋网。3.2.3 桩锚支护桩锚支护是指它的一端与挡土桩联结，另一端锚固在地基的土层中，以承受结构物或挡土桩，墙承受的侧压力，它利用了地层的锚固力维持桩、墙的稳定。土层锚杆的施工是在地面或者深基础的地下室墙面（地下连续墙）、基坑的围护壁面及基坑侧壁为开挖的土层钻孔（或掏孔）达到一定设计深度后，或在扩大孔的端部，形成球状或其他形状，在孔内放入钢筋、钢管或钢丝束、钢绞线或其他抗拉材料，灌入水泥浆或化学浆液，是与土层结合成为抗拉（拔）力强的锚杆。锚杆端部与灌注桩联结，将构筑物受到的外力通过钢拉杆传给构筑物的土层，以维持工程构筑物所支护地层的稳定性。也可以用于做挡土结构的锚杆，以防塌方或滑坡。 1、工作原理（1） 当挡土桩受土压力，水压力及上部荷载后产生侧压力，锚杆通过非锚固段钢筋传到锚固段，即将拉力传到土层；（2）锚固段钢筋与水泥浆通过握裹力，产生水泥与土层间的摩擦力力，锚杆通过两者间摩擦力力起作用，摩擦力大于桩侧压力支护结构就稳定安全了。2、桩锚支护特点（1）使用锚杆支护比坑内支撑挖土时方便；（2）锚杆要有一定覆盖深度，要有一定抗拔力；（3）预应力锚杆对挡土桩的位移要小；（4）对压力水土层及卵砾石层，应用高压射水钻杆及钻石钻杆的钻机；（5）锚固段的长度应由计算并加安全度确定；（6）相邻锚杆张拉后应力损失大，应再张拉调整；（7）锚杆实际抗拔力应作试验后确定。3、使用范围（1）一般粘土，砂土地区皆可应用，软土，淤泥质土地区要试验后应用，主要是抗拔力低；（2）地下水压力较大时应用高压射水钻杆钻成孔，并应采用一些措施，防止涌水涌砂；（3）采用桩顶圈梁做锚杆腰梁，可以节约资金；（4）对灌注桩，H型钢桩，地下连续墙等挡土结构，都可以应用锚杆拉结支护。4、土层锚杆设计参数（1）锚杆的层数 锚杆层数取决于支护结构的截面和其所承受的荷载，要考虑挖土后未做锚杆时支护结构所能承受的最大弯矩。为了不致引起地面隆起，最上层锚杆的向上垂直分力应不小于上面的覆土重量。此外，在可能产生流砂的地区施工锚杆，要使锚头标高与砂层有一定的距离，以防渗透距离过短造成流砂从钻孔涌出。在可能的情况下，以少设锚杆层数为好。 （2）锚杆的水平间距锚杆的水平间距取决于支护结构承受的荷载和每根锚杆能够承受的拉力值。在支护结构荷载一定的情况下，锚杆水平间距越大，每根锚杆承受的拉力越大；而间距过小则易产生群锚效应，因此需要计算确定。（3）锚杆的倾角锚杆倾角的大小影响锚杆水平分力与垂直分力的比例，也影响着锚杆锚固段与非锚固段的划分，此外，对锚杆的整体稳定性和施工方便与否也有影响。对于锚杆的锚固能力，水平分力是有效的，而垂直分力不但无效，还增加支护结构底部的压力，当支护结构底部的土质不好时很不利。从这点出发，锚杆倾角应该是越小越好。在确定锚杆倾角时，还要考虑土层情况，锚杆的锚固体最好位于土质较好的土层内，以提高锚杆的承载能力；锚杆还要避开邻近的地下构筑物和管线等。根据土层锚杆设计规范规定，一般锚杆的上覆土层厚度不小于4m；锚杆的水平和垂直间距不宜大于4m；锚杆倾角一般不小于15，不大于45，以1535为宜。方案初选：南侧基坑标号为GHI段，开挖深度为9.5m17.2m。南侧基坑支护段长约为63m，基坑安全等级为一级。场地属于剥蚀残丘地貌单元，地质条件较好，但开挖深度较大，周边可放坡条件为720m，经几种方案比选，决定采取喷锚网加预应力锚索支护结构。第4章 基坑支护结构设计4.1 滑坡推力计算由于边坡的滑移面是由倾角较缓、相互间变化不大的折线段组成的，滑坡推力可用计算方便的传递系数法，又称不平衡推力传递法计算。 计算滑坡推力运用以下公式： （4.1） （4.2）G：滑体总重；：滑面与水平面之间的夹角，；L：滑面长度m；C：滑面上的单位粘聚力，；：滑体内摩擦角，；K：安全系数，取1.2；E：滑体下滑力，；：第n个条块的剩余下滑力，；：第n个条块自重的切线下滑力，；：第n个条块的法线分力，；：第n个条块所在这线段滑面的倾角，；：第n个条块滑面上的单位粘聚力，；：第n个条块滑面上的内摩擦角，；：第n个条块分段的长度，m；：第n-1个条块的剩余下滑力，；：第n-1个条块所在这线段滑面的倾角，；4.1.1 7-7断面由于场地原因可放坡条件为720m，取19m，上部为方便施工机械和人员活动，设定6m，根据这种条件直接放坡开挖。各层土体参数值见表4.1。表4.1 7-7断面各层土体参数值杂填土粉质粘土砾质粘土全风化花岗岩强风化花岗岩利用软件GEO-SLOPE计算边坡的稳定性，其危险画面如图所示4.1。4.1 7-7断面危险滑面示意图利用条分法将滑面分成5个小滑块，一一分析。计算剖面图见图4.2。 4.2 7-7断面计算剖面图（1） 对第一小条块，计算示意图见图4.2。（2）同理对第二小块，计算示意图见图4.3。 图4.2 第1块计算示意图 图4.3 第2块计算示意图（3）用同样的方法算出3、4、5小块，计算示意图见图4.4，计算数据计入表4.2中。图4.4 第3,4,5条块计算示意图表4.2 7-7断面滑坡推力计算表块号114074.211913.191392924653.4653.4238176.5398356945434219771.851146175233272331115385360321163143154414圆弧条分法计算稳定系数用以下公式： （4.3）是下滑力对圆弧圆心O的力矩 （4.4）是抗滑力对圆弧圆心O的力矩 （4.5）所以7-7断面的安全系数 故7-7断面按此放坡条件直接开挖很危险，需要进行支护设计4.1.2 8-8断面 由于场地原因可放坡条件为720m，取20m，上部为方便施工机械和人员活动，设定6m，根据这种条件直接放坡开挖，如图4.5所示。各层土体参数值见表4.3。表4.3 8-8 断面各层土体参数值 杂填土粉质粘土全风化花岗岩强风化花岗岩微风化花岗岩图4.5 8-8断面计算剖面图计算滑坡推力同样运用公式（4.1）、（4.2）。 利用Slope对基坑稳定性进行分析，找出最危险滑动面如图4.6所示。图4.6 8-8断面危险滑面示意图条分发将滑面分成5个小滑块，如图4.7所示。按与7-7同样条分法，将结果计入表4.4中。4.7 8-8断面各条快计算示意图圆弧条分法计算稳定系数用以下公式： 是下滑力对圆弧圆心O的力矩 是抗滑力对圆弧圆心O的力矩 所以8-8断面的安全系数 故8-8断面按此放坡条件直接开挖很危险，也需要进行支护设计。表4.4 8-8断面滑坡推力计算表块号1168141.431-162876551681206236375310308126343621555724640560310249146502586.88032.535.6694024.2 预应力锚索设计4.2.1锚索设计图4.8 预应力锚固示意图根据上面计算的下滑力进行预应力锚索设计，锚索设计的公式是 （4.6）：设计锚固力；：下滑力；：滑动面摩擦角，；：锚杆与滑动面相交处的滑动面倾角，；：锚杆与水平面的夹角，；公式（4.6）不仅考虑了锚索沿滑动面产生的抗滑力，还考虑了锚索在滑动面产生的法向阻力，对土质边坡及加固厚度较大的岩质边坡，锚索在滑动面产生的法向阻力应进行折减，公式修正如下： （4.7）式中是折减系数，与边坡岩性及加固厚度有关，在0到1之间取。根据每孔锚索设计锚固力和所选用的钢绞线强度，可计算每孔锚索钢绞线的根数n （4.8）式中：为安全系数，取1.72.0 为锚固钢材极限张拉荷载。 对于永久性锚固结构，设计中应考虑预应力钢材的松弛损失，及被锚固岩体蠕变的影响，决定锚索的补充张拉力。4.2.2锚固段长度计算按水泥砂浆与锚索张拉钢材粘结强度确定锚固段长度 （4.9）当锚索锚固端为枣核状时， （4.10）表4.5 孔壁对砂浆的极限剪应力取值岩土种类岩土状态孔壁摩擦阻力（）岩石硬岩软岩泥岩1.22.51.01.50.61.2粘土软塑硬塑坚硬0.030.040.050.060.070.06粉土中密0.10.15砂土松散稍密中密密实0.090.140.160.200.220.250.270.40按锚固体与孔壁的抗剪强度确定锚固段长度 （4.11）上述式中：为张拉钢材外表直径（m） 为单根张拉钢材直径（m） 为锚固体（钻孔）直径（m） 为锚索张拉钢材与水泥砂浆的极限粘结力，按砂浆标准抗压强度的10取值（） 为孔壁对砂浆的极限剪应力（）按表4.5取用。锚索的锚固长度采用、中的最大值。4.2.3锚索布置锚索平面、立面布置按工程需要来布置，锚索间距应以所设计的锚固能力对地基提供最大的张拉力为标准。预应力锚索是群锚机制，锚索的间距不宜过大。但锚索间距过小时，收群锚效应的影响，单根锚索承载能力下降，故间距又不能太小，根据通常设计和张拉实验观察，间距小于1.2m时，应考虑锚孔周围岩土的松弛情况，因此锚索间距应大于1.5m或大于5倍孔径。设计时还应考虑施工偏差造成的锚索相互影响，因此规定，锚索的间距采用36m，最小不应小于1.5m。预应力锚索与水平面的夹角称为锚固角，按单位长度锚索提供抗滑增量最大时的锚索下倾角为最优锚固角。另一种方法是从锚索受力最佳来考虑，按以下经验公式计算最优锚固角因为接近水平方向布置的锚索注浆后，注浆体的沉淀和泌水现象会影响锚索的承载力，故设计锚固角应避开-1010。从施工工艺考虑一般多采用1530。锚索总长度由锚固段长度、自由段长度及张拉断长度组成。锚索自由段长度受稳定地层界面控制，在设计中应考虑自由段伸入滑动面或潜在滑动面的长度不小于1m。一般规定自由段长度不小于35m，主要是由于自由段短的锚索，在相同的锚固荷载下的伸长也短，随着锚固段的地基蠕变变形，其锚固力减少的比例也大，应力松弛更加明显，另外也不至于在锚索使用过程中因锚头松动而引起预拉力的显著衰减。张拉段长度应根据张拉机具决定，锚索外露部分长度一般为1.5m左右。4.2.4锚索计算由于7-7断面底端下滑力比8-8断面的大，采用7-7断面的支护对于8-8断面是安全的，所以整个南侧的基坑支护都以7-7设计为标准，取7-7断面下画面距底端1/3处计算角度，见图4.9。图4.9 7-7断面锚固位置示意图（1） 确定锚索钢绞线规格 采用、公称抗拉强度为1860、截面积钢绞线，每根钢绞线极限张拉荷载为。（2）锚索设置位置及设计倾角的确定 在设计中应考虑自由段伸入滑动面长度不小于1m，锚索布置在滑坡前缘，锚索与滑动面相交处滑动面倾角为39，锚索自由段长度为10m，锚固段暂时按10m设计，锚固段长度与自由段长度之比,则锚索设计下倾角：施工工艺考虑采用18。（3） 设计锚固力及锚索间距确定采用预应力锚索整治滑坡时锚索提供的作用力主要有沿滑动面产生的抗滑力，及锚索在滑动面产生的法向阻力。本基坑边坡为土质坡，锚索在滑动面产生的法向阻力应进行折减，折减系数按0.5考虑。（参见李海光新型支挡结构设计与工程实例）。根据锚索设计锚固力和所选用的钢绞线强度，计算整治每延米边坡所需锚索钢绞线的根数n，取安全系数，则 取6根锚索间距采用3m，设计为6排每孔3束锚索。每孔设计锚固力（4） 锚固体设计计算设计采用锚索钻孔直径，单根钢绞线直径，注浆材料采用水泥砂浆，锚索张拉钢材与水泥砂浆的极限粘结应力按砂浆标准抗压强度的10取值为2340，锚索锚固在各层岩层中，按平均去锚固与硬塑粘性土中，按表2取锚孔壁对砂浆的极限剪切应力，锚索锚固段设计为枣核状，锚固体设计安全系数 按水泥砂浆与锚索张拉钢材粘结强度确定锚固段长度，锚索锚固端为枣核状 按锚固体与孔壁的抗剪强度确定锚固段长度 采用、最大值，取整8m。锚索总长度锚杆平面布置图和断面图分别如图4.10和4.11所示。图4.10 锚杆平面布置图图4.11 7-7断面锚杆布置图4.2.5锚索预应力与张拉对于永久性锚索施加的拉力锁定值应不小于设计锚固力。所施加的张拉力应满足表4.6规定。 即施加设计张拉力时，锚索的各股钢丝或钢绞线的平均应力，不大于钢材极限抗拉强度的70。对锚索施加的预应力大小还应根据锚索的使用目的、被加固岩体及地基性质与状态而定。 （1）对于施加主动预应力来阻止下滑力为目的的锚索设计，可按设计锚固力施加预应力，如锚索加固滑坡，加固松动岩体表4.6 张拉力参考值项目永久性锚固临时性锚固设计荷载作用时或或张拉预应力时或或预应力锁定中或或 （2）对于允许变形的锚索复合支挡结构，设计时应考虑锚索与结构物的变形协调，使两者能充分发挥作用，一般对锚索施加的初始预应力为设计锚固力的30%到80%。 （3）当锚索结构用于加固松散岩体时，由于张拉作用会引起被加固岩体产生较大的蠕变和塑性变形，通常应进行张拉实验来决定初始预应力值，一般对锚索施加的初始预应力值为设计锚固力的30%到80%。为减少被加固岩体的蠕变量，可对地基施加以内，且为设计锚固力的1.2到1.3倍的张拉力，通过一定周期的反复张拉，可减少蠕变量。4.3 腰梁设计 腰梁作为外锚结构，锚头固定在腰梁上，每根腰梁设置两个锚孔，锚杆间距3m，按简支梁进行内力计算，集中力为。计算中腰梁反力近似视为均布力。荷载图见4.12所示。腰梁截面为。根据混凝土结构设计规范腰梁采用C25混凝土，采用Q235钢筋设，。图4.12 腰梁荷载图求受压高度，由混凝土设计规范， 4.13 箍筋布置图受拉钢筋选，截面积为。箍筋布置见图4.13。4.4 喷锚网设计（1） 坡面钢筋网采用HPB225级钢筋编制，编制网度为，锚索间设置加强筋，加强筋采用HRB335，加强筋与锚索端头焊接牢固。（2） 喷射混凝土原料宜采用PC32.5R水泥，中粗砂和粒径小于10mm的碎石，面层混凝土强度为C20，配合比约为水泥：砂：石子=1:1.5:2.5，基坑边坡各段混凝土喷射厚度120mm，喷射完成后两小时喷水养护，临时养护时间不少于7天。4.5基坑支护验算对进行支护设计后的坡面进行稳定性验算，先利用GEO-SLOPE软件建模，然后根据设计方案在各个坡面模型上添加锚索，最后运行软件分析计算，得到每个坡面的稳定性系数分别为：7-7剖面1.80,8-8剖面2.103。进行支护设计后的各个坡面稳定性系数均大于1.，则本文的支护设计方案满足要求。第5章 施工简介基坑支挡结构的设计，除了要保证结构的稳定外，还要考虑结构如何施工。为了保证施工安全需要设计规范的施工方法，很多情况下设计的是安全的，但不规范的施工往往会导致边坡在没有成型之前滑动，发生工程事故。尤其是在使用机械施工时，对边坡周围扰动很大，施工速度快，如果支护结构没有及时做好或在支护结构没有发挥作用时边坡塌方，目前基坑施工按“分层开挖、分层稳定、坡脚预加固”的设计思路进行。5.1土方开挖土方开挖要严格按照开挖规范操作1、土方工程施工前应进行挖、填方的平衡计算，综合考虑土方运距最短、运程合理和各个工程项目的合理施工程序等，做好土方平衡调配，减少重复挖运。到指定弃土场，做到文明施工。2、基坑开挖工程包括无支护结构的放坡基坑开挖和有支护护结构的基坑开挖，以及与之相配合的地下水控制措施。3、基坑开挖前，应根据工程结构型式、基坑深度、地质条件、气候条件、周围环境、施工方法、施工工期和地面荷载等有关资料，确定基坑开挖和地下水控制施工方案。4、基坑开挖方案内容主要包括：支护结构的龄期、机械选择、基坑开挖时间、分层开挖深度及开挖顺序、坡道位置和车辆进出场道路、施工进度和劳动组织安排、降排水措施、监测方案、质量和安全措施、以及基坑开挖对周围建筑物需采取保护的措施等。5、基坑边缘堆置土方和建筑材料，或沿挖方边缘移动运输工具和机械，一般应距基坑上部边缘不少于2m，弃土堆置高度不应超过1.5m，并且不能超过设计荷载值，在垂直的坑壁边，此安全距离还应加大。软土地区不宜在基坑边堆置弃土。6、施工中机具设备停放的位置必须平稳，大、中型施工机具距坑边距离应根据设备重量、基坑支撑情况、土质情况等，经计算确定。7、采用机械开挖土方时，需保持坑底及坑壁留150300mm厚土层，由人工挖掘修整。同时，要设集水坑，及时排除坑底积水。8、基坑开挖时，应对平面控制桩、水准点、基坑平面位置、水平标高、边坡坡度等经常复测检查。9、基坑周围地面应进行防水、排水处理，严防雨水等地面水浸入基坑周边土体。10、当土方工程挖方较深时，施工单