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昆医老校区基坑支护类型选择毕业论文昆医老校区基坑支护类型选择毕业论文 目录目录 第一章第一章 工程概况工程概况 1 1 1 1 工程简介 1 1 2 工程地质与水文地质条件 1 1 2 1 工程地质 2 1 2 2 水文情况 5 1 2 3 水文地质条件 5 第二章第二章 支护方案的选择与比较支护方案的选择与比较 7 7 2 1 基坑支护的类型及其特点和适用范围 7 2 1 1 深层搅拌水泥土围护墙 7 2 1 2 土钉墙 8 2 1 3 排桩支护 8 2 1 4 钻孔灌注桩 8 2 2 方案的比较及确定 8 2 2 1 基坑的特点 8 2 2 2 支护方案的选择 5 第三章第三章 土压力计算土压力计算 5 5 3 1 地面荷载的确定 2 3 2 按分层土计算土压力 2 3 3 土层力学参数平均值 4 第四章第四章 结构内力计算结构内力计算 6 6 4 1 计算理论的确定 6 4 2 结构内力计算及配筋 6 4 2 1 土压力计算 6 第五章第五章 基坑稳定性分析基坑稳定性分析 7 7 5 2 基坑的抗隆起稳定验算 8 5 3 基坑的抗渗流稳定性验算 21 第六章第六章 支撑设计支撑设计 2 24 4 6 1 方案比较 24 6 2 支撑设计 26 第七章第七章 基坑变形估算及控制基坑变形估算及控制 2 28 8 7 1 概述 28 7 2 基坑的变形估算 28 7 2 1 水平位移估算 28 7 2 2 基坑隆起估算 28 7 2 3 地表沉降估算 29 参考文献参考文献 3 35 5 结论结论 3 33 3 致谢致谢 3 34 4 前前 言言 随着我国建设事业的发展 城市的高层建筑大量涌现 极大的推动了 深基坑工程设计理论和施工技术的不断发展 同时也产生了大量的深基坑 支护设计问题 深基坑工程是与众多因素相关的综合技术 是一个系统的工程问题 必须具有结构力学 土力学 地基基础 地基处理 原位测试等多种学科 知识 同时具有丰富的施工经验 并结合拟建场地的土质和周围环境情况 才能制定出因地制宜的支护结构方案和实施办法 它与场地工程勘察 支 护结构设计 施工开挖 基坑稳定 降水 施工管理 现场监测 相邻场 地施工相互影响等密切相关 基坑设计与施工涉及地质条件 岩土性质 场地环境 工程要求 气候变化 地下水动态 施工程序和方法等许多相 关的复杂问题 是理论上尚待完善 成熟和发展的综合技术学科 如何根 据场地工程性质 水文地质 环境条件制定合理的设计方案 如何在保证 稳定性的前提条件下 设计最经济的方案 也是基坑比较重要的问题 因 此在基坑工程设计与施工中 需要严谨 周密的分析与计算 本设计主要包括了三个大的方面 1 工程概况的论述及支护方案的比 选 2 围护结构设计与计算 3 基坑的降排水 根据基坑的工程概况及 其特点 在考虑基坑的安全性和经济性的前提下选择了地下地下连续墙加 四道纲支撑作为支护方案 采用郎肯理论计算水土压力 通过结构荷载法 计算墙体内力 弯矩和嵌固深度 第一章第一章 工程概况工程概况 1 11 1 工程工程简介简介 本文所分析基坑工程位于昆明市 人民西路医科大学校区内 场地拟建 7 幢高层建 筑群 采用框架结合剪力墙结构 预估基础形式为筏板 桩基础 设两层整体地下室 深度为 8 75 9 75 现地面高程为 1888 5m 左右 85 国家高程基准 下同 基坑围护 周长为 659 7m 东 南和西北部采用桩锚支护体系 北 西侧采用放坡土钉墙支护体系 基坑安全等级为二级 1 21 2 工程地质与水文地质条件工程地质与水文地质条件 拟建场地位于昆明湖积盆地中部 场地表层分布有堆积年代超过五年且硬度变化 较大的第四系人工杂填土 其下为第四系冲洪积粉质粘土层 冲湖积粘土和粉土 勘察 钻孔揭露深度范围内各土层的成因类型 结构 岩性与物理力学特征 将场地地基土划 分为3个主要沉积层 7个亚层 7个透镜体 现将场地各地基土层的工程地质特征 力 学性质和空间分布情况 自上而下分述如下 1 2 1第四系人工堆积层 Qml 层杂填土 灰 褐红 褐黄色 由粘性土含较多碎砖块 瓷砖和碎石 素砼等 建筑垃圾组成 结构松散 堆填时间不超过5年 压缩系数a1 2 0 19 0 38MPa 1 平均值 0 28MPa 1 压缩模量Es1 2 4 70 9 82 MPa 平均值7 10MPa 全场地均有分布 厚度 0 8 5 0m 平均厚2 51m 1 2 2第四系冲洪积层 Qal pl 层粘土 褐黄 褐灰色 可塑 中压缩性 稍有光泽 干强度及韧性中等 夹 有机质粘土薄层 饱和 压缩系数a1 2 0 23 0 43MPa 1 平均值0 32MPa 1 压缩模量 Es1 2 4 70 8 04 MPa 平均值6 20MPa 标贯击数修正值N 2 6 10 4击 平均值6 1击 全场地均有分布 顶板埋深0 8m 5 0m 厚度0 5 5 2m 平均厚度1 6m 1 2 3第四系冲 湖积层 Qal l 1层粘土 灰色 褐灰色 可塑为主偶夹软塑 中 高压缩性 稍有光泽 干强 度及韧性中等 饱和 压缩系数a1 2 0 17 0 78MPa 1 平均值0 39MPa 1 压缩模量Es1 2 2 91 9 62 MPa 平均值5 46MPa 标贯击数修正值N 3 6 14 4击 平均值7 2击 全场地均有分布 顶板埋深2 0m 24 0m 厚度0 5 14 3m 平均厚度4 75m 1 1层有机质土 褐色 褐灰色 流塑 可塑 中 高压缩性 干强度及韧性低 饱和 有机质含量为7 4 37 4 平均14 7 场地中部分样品有机质含量 10 0 为泥炭质土 压缩系数a1 2 0 40 3 44MPa 1 平均值0 98MPa 1 压缩模量Es1 2 1 40 5 29 MPa 平均值3 36MPa 标贯击数修正值N 1 7 4 4击 平均值2 9击 场 地中呈透镜体状分布于 1层中 顶板埋深2 60 15 00m 厚度0 6 5 0m 平均厚度 2 12m 场地中在钻孔 ZJK22 ZJK23 ZJK26 ZJK27 ZJK28 ZJK29 ZJK33 ZJK36 ZJK106 ZJK108 ZK12 1 ZK125 ZK132 ZK135 ZK137中揭露 1 2层粉土 灰 深灰色 松散状态 摇振反应中等 饱和 压缩系数a1 2 0 13 0 78MPa 1 平均值0 29MPa 1 压缩模量Es1 2 2 78 12 62MPa 平均值 7 69MPa 标贯击数修正值N 3 0 6 7击 平均值4 5击 场地中呈透镜体状分布于 1 层中 顶板埋深3 0 21 0m 厚度0 6 9 3m 平均厚3 07m 1 3层粉砂 灰 深灰色 松散状态 摇振反应中等 饱和 夹砾砂薄层 压缩系 数a1 2 0 10 0 21MPa 1 平均值0 14MPa 1 压缩模量Es1 2 8 4 14 42MPa 平均值 11 55MPa 重型动力触探击数修正值N63 5 2 8 12 5击 平均值5 8击 颗粒分析结果 砾石 2 20mm 含量为0 3 21 4 平均为5 0 砂粒 0 075mm 含量为 81 3 97 7 平均为89 粘粒 0 005mm 含量为0 0 3 4 平均为1 8 夹砾砂 薄层颗粒成分为石英砂岩 玄武岩 次棱角 次圆状 场地中呈透镜体状分布于 1层 中 顶板埋深5 0 23 0m 厚度0 6 1 2m 平均厚0 8m 2层粉砂 灰 深灰色 稍密状态 夹薄层粉土及砾砂 中压缩性 饱和 砂粒 含量 0 075mm 占1 6 81 1 平均56 2 摇振反应中等 无光泽反应 土质不均 匀 压缩系数a1 2 0 11 0 24MPa 1 平均值0 16MPa 1 压缩模量Es1 2 7 7 13 84MPa 平均值11 20MPa 标贯击数修正值N 4 2 12 6击 平均值8 1击 顶板埋深10 0 27 0m 厚度8 0 28 0 平均厚14 74m 全场地均有分布 2 1层砾砂 灰 深灰色 稍密 摇振反应差 饱和 重型动力触探击数修正值 N63 5 2 6 7 7击 平均值5 2击 颗粒分析结果砾石 2 20mm 含量为21 4 53 3 平均为39 1 砂粒 0 075mm 含量为81 9 88 4 平均为70 粘粒 0 005mm 含量为0 0 7 0 平均为1 9 颗粒成分为石英砂岩 玄武岩 次棱 角 次圆状 场地中呈透镜体状分布于 2层中 顶板埋深7 0 27 0m 厚度 0 8 1 5m 平均厚1 1m 2 2层粉土 灰 深灰色 稍密 摇振反应中等 饱和 压缩系数a1 2 0 13 0 68MPa 1 平均值0 26MPa 1 压缩模量Es1 2 3 73 12 66MPa 平均值 8 04MPa 颗粒分析结果砾石 2 20mm 含量为0 1 1 4 平均为0 4 砂粒 2 2 0 075mm 含量为1 6 52 1 平均为30 2 粘粒 0 005mm 含量为2 0 13 2 平均为6 9 场地中呈透镜体状分布于 2层中 顶板埋深19 0 36 0m 厚度 1 6 2 2m 平均厚1 8m 3层粘土 灰色 可 硬塑 中压缩性 稍有光泽 干强度及韧性较好 饱和 压缩系数a1 2 0 18 0 87MPa 1 平均为0 39 MPa 1 压缩模量Es1 2 2 67 9 57MPa 平 均为6 04MPa 标贯击数N 4 2 10 5击 平均值8 8击 顶板埋深24 0 45 8m 全场地 均有分布 厚度1 2 18 5m 平均厚7 54m 4层粉土 灰色 稍密 中密状态 中压缩性 饱和 压缩系数a1 2 0 13 0 52MPa 1 平均为0 24 MPa 1 压缩模量Es1 2 4 36 13 00MPa 平均为8 04 MPa 标贯击数修正值N 3 5 11 9击 平均值8 5击 顶板埋深29 5 57 2m 厚度 0 8 18 2m 平均厚8 86m 全场地均有分布 4 1层粉砂 灰 深灰色 中密状态 夹薄层粉土及粗砂 中压缩性 饱和 砂 粒含量 0 075mm 占57 5 75 3 平均68 4 摇振反应差 无光泽反应 土质不 均匀 压缩系数a1 2 0 11 0 26MPa 1 平均值0 15MPa 1 压缩模量Es1 2 6 98 13 78MPa 平均值11 22MPa 标贯击数修正值N 3 5 14 7击 平均值9 3击 顶板埋深30 0 47 5m 厚度2 1 9 5 平均厚3 81m 呈透镜体状分布于 4层之中 场地中在钻孔ZJK22 ZJK26 ZJK27 ZJK28 ZJK30 ZJK34 ZJK106 ZJK108中揭露 5层粘土 灰 兰灰色 可 硬塑状态 中压缩性为主 饱和 无光泽反应 土质 较均匀 切面光滑 干强度较高 压缩系数a1 2 0 12 0 75 MPa 1 平均为0 28 MPa 1 压缩模量Es1 2 为3 70 14 53MPa 平均为8 07MPa 标贯击数修正值N 3 5 14 0 击 平均值8 6击 顶板埋深44 5 76 2m 揭露厚度1 0 29 8m 平均厚11 83m 未揭 穿 全场地均有分布 5 1层粉土 灰色 中密 中压缩性 饱和 土质均匀 压缩系数a1 2 0 13 0 31 MPa 1 平均为0 21 MPa 1 压缩模量Es1 2 5 71 12 46MPa 平均为 9 08MPa 顶板埋深52 0 77 4m 揭露厚度1 4 9 8m 平均厚4 78m 呈透镜体状分布 于 5 层之中 1 31 3 水文情况水文情况 拟建场地处于古滇池湖相盆地南部地带 地基土层中沉积了厚大的细粒软土 属 弱 微透水区 从钻孔揭露情况看 场地中稳定地下水位埋深1 00 2 80 水位标高介 于1885 77 1887 47m 水位差1 80m 地下水类型为第四系微承压孔隙型潜水 地基土 层中的 层杂填土 层粘土 1层粘土 1 1层有机质土 1 2层粉土 3层粘土 4层粉土 5层粘土 5 1层粉土属弱透水层 2层粉砂 4 1层粉砂属强透水层 地下水主要接受大气降水补给 迳流滞缓 蒸发排泄为主 在场地钻孔中采取的水样进行室内水化学分析 地下水对基础混凝土结构和基础 混凝土结构中的钢筋均具微腐蚀性 1 3 1 水文地质条件 水 的 腐 蚀 性 评 价 表 ZK111 插表2 水对砼结构的腐蚀等级 气候影响因素渗透影响因素 腐蚀介 质 水中含量 mg l 环境类别腐蚀等级渗透类别腐蚀等级 水对砼 结构中 钢筋的 腐蚀等 级 SO42 79 0 Mg2 7 76 NH4 0 26 微 PH值 7 45 侵蚀性 CO2 1 20 HCO3 mmol L 3 05 B 微 Cl 13 2 微 腐蚀等 级 综合评 价 地下水对基础砼结构及基础砼结构中钢筋具微腐蚀性 4 4 第二章第二章 支护方案的选择与比较支护方案的选择与比较 2 12 1 基坑支护基坑支护 的常见类型及其特点和适用范围的常见类型及其特点和适用范围 2 1 1 深层搅拌水泥土围护墙 深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌 形成 连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙 水泥土围护墙优点 由于一般坑内无支撑 便于机械 化快速挖土 具有挡土 止水的双重功能 一般情况下较经济 施工中无振动 无噪音 污染少 挤土轻微 因此在闹市区内施工更显出优越性 水泥土围护墙的缺点 首先是位 移相对较大 尤其在基坑长度大时 为此可采取中间加墩 起拱等措施以限制过大的位移 其 次是厚度较大 只有在红线位置和周围环境允许时才能采用 而且在水泥土搅拌桩施工时 要注意防止影响周围环境 图一为止水帷幕施工 图二为土方开挖后出露的止水帷幕桩 2 1 2 土钉墙 土钉墙是一种边坡稳定式的支护 其作用与被动的具备挡土作用的围护墙不同 它 是起主动嵌固作用 增加边坡的稳定性 使基坑开挖后坡面保持稳定 土钉墙主要用于土 质较好地区 我国华北和华东北部一带应用较多 目前我国南方地区亦有应用 有的已用 于坑深 10m 以上的基坑 稳定可靠 施工简便且工期短 效果较好 经济性好 在土质 较好地区应积极推广 采用土钉墙的一般要求 土钉墙可适用于塑 不塑或坚硬的粘 性土 在有地下水的土层中 土钉支护应该在充分降排水的前提下采用 土钉墙容 易引起土体位移 采用土钉墙支护应慎重考虑 墙体变形对周围环境的影响 图三为土钉墙施工 图四为土钉墙设计图 2 1 3 排桩支护 基坑开挖时 对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩支护 开挖深度在 6 10m 左右时 即可采用排桩围护 排桩可采用钻孔灌注桩 人工挖孔桩 预制钢筋混凝土板 桩或钢板桩等 当基坑开挖深度较大时 可设置多道支撑 以减少内力 采用冲钻孔桩 能够穿越条石 旧基础 在护壁桩间做旋喷帷幕达到止水的效果 但由于基坑开挖深度 6 6 大护壁不可能采用锚拉或内支撑 锚杆无法施工 也无法采用锚拉 南北两侧亦无法对 称采用排桩 在设立支护时没有合适的支护方式 图五为排桩支护 2 22 2 方案的比较及方案的比较及选用选用 2 2 1 本工程基坑的特点 综合分析本工程的地理位置 土质条件 基坑开挖深度及周围环境的影响 有以下 的特点 1 基坑开挖面积较大 下方市政管线较多 2 基坑开挖深度范围内的土层的工程性较差 开挖层包含较多层不同性质土层 3 基坑周围存在高层建筑及待建高层 对沉降要求较高 且可能牵扯到文物的 保护 环境条件复杂 4 开挖深度超过 9 0 米 属二级基坑 5 基坑所在地地下水在 15 5 米以下 而开挖深度在 9 0 米 2 2 2 支护方案的选择 根据本工程的特点 设计时此基坑有可能采用的几种支护形式从技术上和经济上进 行了分析比较 1 采用钻孔灌注桩作为挡土结构 深层水泥搅拌桩为止水帷幕及结合三道钢管内 支撑的支护体式 优点 钻孔灌注桩施工容易 造价较低 目前此种技术比较成熟 另深层水泥搅拌 桩为止水帷幕时有好的效果防水 钢管内支撑具有拼装方便 施工速度快并可以多次重 复使用等优点 并可施加预应力 此时支护结构有一定的安全性和经济性 缺点 主体结构深度太大 地下水位较高 施工难度较大 2 主体采用灌注桩 本方案采用灌注桩而没有采用 SMW 工法 主要有如下两个原因 1 基坑段 LMM1 段由于施工空间限制 如采用 SMW 工法桩施工 没有型钢起拔工作面 2 基坑段 C H 段在售楼部修建后同样没有型钢起拔工作面 从整个基坑来看 基坑有近 60 的支护长 度范围内无型钢起拔工作面 因此方案中没有考虑采用 SMW 工法 根据基坑结构特点 综合考虑基坑安全及造价 选择的支护形式需按照如下步骤进 行开挖施工 第一步 测量放线施工深基坑范围内支护结构 第二步 基坑开挖及支护结构施工 为保证基坑支撑受力平衡 土方宜遵循平衡开 挖原则 1 土钉墙 局部基坑段上部和西侧放坡段 采用 48 厚 3 2mm 钢管土钉 挂 10 铁丝网喷射 C20 混凝土面层后 80mm 土钉水 平间距 2m 垂直间距 1 5m 长度为 1m 击入角度 15 注浆水泥为 P O 42 5 普通硅 酸盐水泥 注浆压力不小于 0 4MPa 10 铁丝网 100 100mm 用 D16 加强筋固定在土钉 上 C20 混凝土面层由干砼搅拌机 空压机 喷射机搅拌 输送后配以水喷射覆盖在铁 丝网上 形成 80mm 厚面层 混凝土配合比应根据本地砂石料情况调配 2 支护桩 单排 桩径 800mm 间距 1 1m 采用长螺旋钻孔灌注桩工艺 各剖面长度如下表 剖面 3 34 45 5 6 6 6 6 7 78 811 1112 12 长度 m 18 2517 25 呈坡形 18 7518 7517 2518 2517 25 空桩 m 3 53 5 呈坡形 223 53 53 5 注 地坪标高统一按 1888 5 考虑 3 预应力锚索 8 8 图六为锚索施工 采用 4 索压力分散型锚索 各剖面参数如下表 第一层第二层 剖面分段段长 单层 颗数 倾 角 距上一 层 冠 梁顶 高差 间 距 总 长 锚 固 段 自 由 段 设计 锚固 力 锁定 力值 单 层 颗 数 倾 角 距上一 层 冠 梁顶 高差 间 距 总 长 锚 固 段 自 由 段 设 计 锚 固 力 锁 定 力 值 C1 E35 21514 F G401618 3 3 剖 H I24 210 20 0 22 426206350250 11 20 32 226206400300 E F2277 4 4 剖 G H20 77 20 0 2324186350250 6 20 2 53 322166300200 5 5 剖 I J40 41725 0 22 4262063502508253 324186350250 6 6 剖 K K1 K2 L 52 81625 0 23 3262063502501625 33 324186300200 7 7 剖 K3 K301025 0 23241863502506253 322166300200 8 8 剖 L M M168 12320 0 23241863502501820 2 53 322166300200 11 11 M2 M3 N381725 0 22 226197350250925 33 324186350250 单位 倾角 高差 间距 总长 锚固段 自由段 m 设计锚固力 锁定力值 kN 剖 12 12 剖 N A A112 2420 0 2324186400300320 2 53 322166350250 合计 383 6 142116 0 0 4 土钉墙 北侧整体放坡段 采用 48 厚 3 2mm 钢管土钉 挂 d6 5 200 200 钢筋网喷射 C20 混 凝土面层后 100mm 土钉水平间距 1 2m 垂直间距 1 2m 击入角度 15 一阶坡长度为 6m 二阶坡长度为 12m 注浆水泥为 P O 42 5 普通硅酸盐 水泥 注浆压力不小于 0 4MPa 其他参数同第 1 条 5 桩间土处理 同第 1 条 其中加强筋固定采用 M12L150 膨胀螺钉固定于桩身 水 平间距 1 1m 垂直间距 1 8m 6 止水桩 采用长螺旋水泥土搅拌桩工艺 双排 桩径 600mm 外排为连续止水 桩 间距 400mm 搭接长度为 200mm 整体放坡剖面 内排同外排参数 桩锚支护剖面内排与支护桩交替形成封闭 间距 1 1m 搭接长度为 150m 各剖面参数如下表 内排外排 剖面 长度 m 空桩 m 间距 mm 长度 m 1 124 53 524 5 1 1 24 53 524 5 2 229 53 529 5 2 2 24 53 5 400 24 5 3 318 253 5 4 417 253 5 5 5 呈坡形呈坡形 6 618 752 7 718 752 8 817 253 5 110029 5 9 9203 5 10 10203 5 400 11 1118 253 51100 12 1217 253 5 2 2 第三章第三章 土压力计算土压力计算 3 13 1 地面荷载的确定地面荷载的确定 本基坑工程位于昆明市中心市区 医科大学人民西路校区内 场地 南侧为西山区政府小区 二十三中 东邻环城西路 西侧紧邻教职工住宅 北侧紧邻教职工住宅 4 5 和电教楼 南教学楼 根据相关资料 得出上 部荷载为 20kpa 由于基坑开挖深度在 9m 以内 而地下水水位埋深为 24 70 26 80m 地下水对基坑的开挖和支护影响不大 故选择水土分算 的原则计算 3 23 2 按分层土计算土压力按分层土计算土压力 本工程场地平坦 土体上部底面超载 20kPa 在影响范围内无建筑物 产生的侧向荷载 且不考虑施工荷载及邻近基础工程施工的影响 假定支 护墙面垂直光滑 故采用郎肯土压力理论计算 表 3 1 土体物理学参数 1 计算方法 按朗肯理论计算主动与被动土压力强度 其公式如 下 3 1 aaiia KcKhqP2 3 2 PPiip KcKhqP2 式中 朗肯主动与被动土压力强度 a P p P a kP 地面均匀荷载 q a kP 第 层土的重度 i i 3 mkN 第 层土的厚度 i him 朗肯主动与被动土压力系数 a K p K 3 3 2 45tan 2 a K 3 4 2 45tan 2 p K 式中 计算点土的抗剪强度指标c 4 4 图 3 1 开挖土层图示 基坑开挖深度 9 0m OA 为杂填土层 3 5 17mkN kpac5 10 mh1 AB 为素填土层 3 1 17mkN kpac10 12 mh3 BC 为新黄土 为不透 3 4 16mkN kpac36 26 mh5 6 水层 CD 为古土壤 为不 3 7 18mkN kpac39 6 25 mh3 3 透水层 DE 为粉质粘土层 3 19mkN kpac37 26 mh7 4 EF 粉质粘土 3 3 19mkN kpac39 27 mh1 8 3 33 3 土层力学参数土层力学参数平均值平均值 1 参数加权平均数 由于各土层物理力学参数相差不大 故采用加权平均法计算土压力 各加权平均参数计算为 平均容重 iii hh 6 26 1 8 3 197 4 0 193 3 7 185 6 4 160 3 1 171 5 17 3 1 18mkn 迎土区 iii hh 6 26 1 8 0 277 4 0 263 3 6 255 6260 312110 1 24 iii hhcc 6 26 1 8397 4373 3395 6360 31015 kpa 4 33 2 土压力计算 土压力系数 主动土压力系数 420 0 2 45 2 tgKa 648 0 a K 被动土压力系数 380 2 2 45 2 tgKp 6 6 543 1 p K 主动土压力 地面均布超载 kpaq20 墙顶 mh0 KaCKahqea2 0 648 0 4 33242 0 0 1 1820 0886 34 kPa 取 kpaea0 0 坑底 mh0 9 KaCKahqeaj2 648 0 4 33242 0 0 9 1 1820 kpa53 33 被动土压力 KpCep2 0 543 1 4 332 kpa072 103 第四章第四章 结构内力计算结构内力计算 4 14 1 计算理论的确定计算理论的确定 本工程地质条件较为均匀 但开挖深度较深 为了减少支护桩的弯矩 可以设置多层支撑 在进行结构内力计算时 按照分段等值梁法来计算挡 土结构的弯矩和支撑力 并计算出桩墙的入土深度 分段等值梁法即对每一段开挖 将该段桩的上部支点和插入段土压力 零点之间的桩作为简支梁进行计算 上一次算出的支点假定不变 作为外 力计算下一段梁中的支点反力 这种方法考虑了施工时的实际情况 4 24 2 结构内力计算及配筋结构内力计算及配筋 4 2 1 土压力计算 1 确定临界深度 由得 0 z02 0 aa kckrzqe 4 1 m rK qKKc z a aa 89 5 2 0 2 各支点及坑底处的土压力 O 点 aaao KCKrhqe2 648 0 4 33242 020 kpa886 34 A A 点 aaaA KCKrhqe2 648 0 4 33242 0 1 1 1820 kpa284 27 B B 点 aaaB KCKrhqe2 8 8 648 0 4 33242 0 21 1820 kpa681 19 C C 点 aaaC KCKrhqe2 648 0 4 33242 0 5 4 1 1820 kpa677 0 D D 点 aaaD KCKrhqe2 648 0 4 33242 0 8 6 1 1820 kpa807 16 E E 点 aaaE KCKrhqe2 648 0 4 33242 0 0 9 1 1820 kpa532 33 3 土力零点 土压力零点距离基坑底的距离 可根据净土压力零点处墙前 被动土压力强度与墙后主动土压力强度相等的关系求得 4 2 amaDpm uKreuKr 4 3 m KKr e u aP aD 52 5 42 0 380 2 0 9 388 97 4 基坑支护简图 基坑支护结构简图如图 4 1 所示 将点近似看作为弯矩 0 点 O 看做地下支点无弯矩 20kN m G O A E Ea T1 17 4m 0 B C D 1m T2 T3 T4 图 4 1 基坑支护结构计算简图 先将基坑支护图画成为一连续梁 其荷载为水土压力及地面荷载 如 图 4 2 所示 O 34 886 27 284 3 96 44 935 70 021 97 388 10 10 第五章第五章 基坑稳定性分析基坑稳定性分析 在基坑开挖时 由于坑内土体挖出后 使地基的应力场和形变场发生 变化 可能导致基坑的失稳 例如基坑整体或局部滑坡 基坑底隆起及管 涌等 从而引发工程事故 所以在进行基坑支护设计时 需要验算基坑稳 定性 必要时应该采取适当的加强防范措施 使基坑的稳定性具有一定的 安全度 保证基坑开挖整个过程安全 基坑的稳定性验算主要是指对支护结构进行抗倾覆 抗滑移 及各种 内力计算外 还应进行基坑底隆起 抗渗流稳定性 管涌等各种稳定性验 算 基坑稳定性分析的目的在于基坑侧壁支护结构在给定条件设计出合理 的嵌固深度或验算已拟定支护结构的设计是否稳定和合理 5 15 1 基坑的整体稳定性验算基坑的整体稳定性验算 采用圆弧滑动法验算支护结构和地基的整体稳定抗滑动稳定性 应该 注意支护结构一般有内支撑或外土锚拉结构 墙面垂直的特点 不同于边 坡稳定验算的圆弧滑动 滑动面的圆心一般在挡土上方 基坑内侧附近 通过试算稳定最危险的滑动面和最小安全系数 考虑支撑作用时 通常不 会发生整体稳定破坏 因此对支护结构 当设置多道支撑时可不做基坑的 整体稳定性验算 5 25 2 基坑的抗隆起稳定验算基坑的抗隆起稳定验算 采用同时考虑值的抗隆起法 以求得地下墙的入土深度 基坑 c 工程手册 P130 基本假定 将墙底面作为求极限承载力的基准面 滑移线形状见计算 简图 参照 Prandtl 的地基承载力公式 不考虑基坑尺寸的影响 计算分析简图 HD B A B D q 5 1 计算分析简图 qDH cNDN K c 1 q2 式中 墙体入土深度 m D 基坑开挖深度 m H 墙体外侧及坑底土体重度 kN 21 3 m 底面超载 kN q 3 m 地基承载力的系数 qc NN 用 Prandtl 公式 分别为 qc NN 12 12 tg N N etgN q c tg q 1 2 45 02 用本法验算抗隆起安全系数时 要求 注 安全系数取自20 1 10 1 s K 建筑基坑工程技术规范 YB 9258 97 冶金部 计算过程 mH0 9 mD 9 11 kPaC 4 33 0 1 24 0 1 2402 2 1 24 45 tg q etgN 61 9 0 1 24 1 tg N N q c 25 19 用本法验算抗隆起安全系数时 由于图 5 1 中 AB 面上的抗剪强度抵 抗隆起作用 假定墙体外侧及坑底土体重 kPa30 21 解得 2 1 1 148 4 K 满足要求 实践证明 本法基本上可适用于各类土质条件 5 35 3 基坑的抗渗流稳定性验算基坑的抗渗流稳定性验算 由于本工程勘察期间测得地下水水位埋深为 10 5 15 5 地下水位高程为 1874 5 1869 5 拟建基坑深度在 18m 以内 故可以不进行抗渗流验算 第六章第六章 支撑设计支撑设计 6 16 1 方案比较方案比较 在深基坑支护结构中 常用的支护系统按材料可以分为钢管支撑 型 钢支撑 钢筋混凝土支撑以及钢筋混凝土钢管混合支撑等 其中 钢筋混 凝土支撑 结构整体性好 刚度好 变形小 安全可靠 但施工制作时间 长于钢支撑 拆除工作繁重 材料回收率低 钢支撑 便于安装和拆除 材料的消耗量小 并且可以施加预紧力 合理控制基坑变形 同时 钢支 撑的架设速度快 节约时间 可以很有效的提高施工效率 另外 钢支撑 的回收率高 能减少大量浪费 从长远利益及能源角度考虑 现今建筑行 业积极推广钢支撑的运用 本基坑在主干道侧 基坑工程对环境及变形沉降都有较高要求 同时 考虑经济效益的要求 本工程拟采用钢管支撑 见图 03 6 26 2 围檩设计围檩设计 1 计算 围檩初拟采用 H 型钢 由于八字撑与支撑及围檩连接的整体性不易做 好 故围檩的计算跨度取相邻支撑与八字撑间距的平均值 4 l 围檩最大弯矩 8 2 Rl M 8 6 7730 4 2 kPa 2 1547 围檩最大剪力 2 Rl Q 2 4 6 773 kN 2 1547 初拟选用 345 1712300600 21 QHttBA型钢 14 14 A B t2 t1 图 1 1 工字钢 其相关参数查表 钢结构 P323 表 1 1 表 1 1 工字钢参数表 x y 单位重量 mkg310 截面面积 2 cm 1 395 回转半径 cm82 3941 6 截面惯性矩 4 m 4 106 62 4 10 3 16 截面模量 3 cm125281084 2 验算 钢 查 钢结构 P322 附表 1 1 有 345Q 强度设计值 抗弯 压 拉 33 10295mkN 抗剪 33 10170mkN bI y h b hHB Q x 2 4 8 2 22 kPakPa 33 101701052 74 x y I M kPakPa 3 10295 0 247 满足 6 36 3 支撑设计支撑设计 本基坑按照国内通常做法 采用钢管 同时根据 建筑基坑技术600 设计规范 YB9258 97 对支撑的相关规定 合理布置支撑 如总图 1 平 面支撑规范跨度为 5 6m 竖向距离不超过 5m 本站根据实际工程情况 横向跨度最小取值 4 5m 最大 6m 竖向设 4 层支撑 竖向深度分别为 1m 4m 10 5m 及 13 8m 至上而下距离有所减小 已适应侧向土体压力 的增大和基坑实际情况 其计算跨度为安全起见 取较长的为准 即取 钢管壁厚 m 5 19L 600 mm12 21 0 L 75 6 47 21 0 5 19 867 0 4 2 1 2 dd A 16 16 2 02249 0m 每根支撑的最大轴力为 支撑的水平距离为 4m LNN max 4 6 773 kN 4 3094 则 钢管支撑的应力 A N 867 002249 0 4 3094 33 1017010 1 158 满足 稳定系数 一般为 0 6 0 9 之间 此处取 0 742 支撑的最大轴力 3 1017002249 0 867 0 N 根 3314kN 第七章第七章 基坑变形估算及控制基坑变形估算及控制 7 17 1 概述概述 深基坑开挖不仅要保证基坑自身的安全与稳定 而且要有效控制基坑 周围地层位移 保证周围环境 本基坑周围交通繁忙 且地质条件较差 故需对基坑变形做严格控制 即作好变形估算及变形控制 7 27 2 基坑的变形估算基坑的变形估算 基坑的开挖深度为 9 0 m 7 2 1 水平位移估算 DB LH 10 2 8 0 8 0 9 1110 6092 mm18 44 基坑开挖深度 H 地下支护体 B 挡土墙入土深度 D 分段开挖的坑底长度 L 8 0护体取位移经验系数 地下支 7 2 2 基坑隆起估算 根据实际情况 采用同济大学提出的模拟试验经验公式 18 18 54 0 04 0 5 0 3 5 5 12167 0 17 29 tgc H D H P HH 地下连续墙设计施工与应用 基坑隆起量 H 基坑开挖深度 P 基坑底面超载 土的粘聚力 内摩擦角 容重 c D 支护体入土深度 54 1 86 0 1 183 526 0 5 127 1 18167 0 17 29 mm97 79 7 2 3 地表沉降估算 HK 1 10 修正系数 对于连续强 属板桩支护 取 1 0 1 K 1 K H 基坑开挖深度 底层的沉降量与基坑开挖深度之比 黄土地区取 1 0 mm900 90 10 110 依据地基规范和昆医老校区周边环境的实际情况 地表沉降满足要求 结论结论 在这次设计学习工作中 通过阅读 建筑基坑支护设计规程 查阅 相关基坑方面的书籍 参考相似工程案例 对本基坑作了如下步骤的工作 1 详细阅读昆医老校区的实际工程地质概况和水文地质情况后对昆医 老校区的开挖支护方案做出了比选 确定了以地下连续墙结构作为本设计 的支护方案 2 参照昆医老校区土层物理力学参数 根据规范通过朗肯土压力对各 土层的土压力做出了计算 然后应用等值梁法对单位墙体内力做处理计算 并作出了采用竖向间距依次为 4 2m 4 4m 4 4m 的三道钢管作为内600 支撑 3 依据 混凝土结构设计规范 按受弯构件配筋的要求对连续墙体做 出了配筋 4 参考规范 对基坑的整体稳定性做了验算及通过普朗德尔的地基承 载力公式对基坑做了抗隆起验算 结果满足要求 5 通过这次设计 我了解了深基坑支护的概念及处理方法 熟悉了基 坑支护的设计步骤 锻炼了工程设计实践能力 培养了自己独立思考 设 计的能力 此次毕业设计更是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验 和巩固 同时也是走向工作岗位前的一次热身 6 由于本次设计任务设计面广 加之本人水平有限 在本次设计中疏 漏和错误在所难免 诚挚的希望各位专家和老师的批评指点 20 20 致谢致谢 从开始学习毕业设计相关知识 然后