兰州翠庭大厦深基坑设计毕业论文.doc

2014届城市地下空间工程专业毕业设计兰州翠庭大厦深基坑设计毕业论文目 录前 言1第1章 概述31.1 工程概况31.2场地水文条件31.3场地地质条件3第2章 基坑支护方案设计52.1基坑特点52.2设计依据52.3 基坑工程安全等级52.3 几种常见的支护方法的比较62.3.1深基坑搅拌桩支护62.3.2排桩支护62.3.3地下连续墙支护62.3.4土钉墙支护72.4方案的比较及确定7第3章 土钉支护设计计算93.1设计方案93.1.1土钉墙设计计算步骤93.2土钉墙设计计算方法103.2.1土钉侧压力和抗拔力计算103.2.2土钉抗拔承载力的验算123.2.4土钉墙支护外部稳定分析133.4 C-C剖面土钉墙支护计算书153.4.1工程概况153.4.2 土钉内力计算153.4.3 土钉抗拔力计算173.4.4 土钉墙支护内部稳定分析193.4.5 土钉墙外部稳定分析19（1）抗滑稳定性验算193.5 D-D剖面土钉墙支护计算书(9-9剖面)203.5.1 工程概况203.5.2 土压力的计算203.5.3确定土钉设计各参数223.5.4土钉抗拉承载力233.5.5土钉整体稳定性验算24第4章 排桩计算设计书254.1排桩的概念和范围254.2排桩支护设计步聚254.2.1土压力和桩嵌固深度的计算254.3整体稳定性验算284.4抗倾覆稳定性验算294.5抗隆起验算294.6隆起量计算314.7 A-A剖面排桩支护设计计算书（18-18剖面）314.7.1 工程概况314.7.2 地质条件324.7.3 土压力的确定324.7.4配筋计算354.7.5稳定性验算364.8 E-E剖面排桩支护设计计算书（26-26剖面）374.8.1工程概况374.8.2土压力计算374.8.3嵌固深度的计算384.8.4配筋计算394.8.3稳定性验算404.9 B-B剖面排桩支护设计计算书414.9.1工程概况414.9.2地质条件414.9.3土压力计算424.9.4锚杆的计算434.9.5 嵌固深度的计算454.9.6 配筋计算464.9.7锚杆设计47第5章 电算结果整理485.1A-A剖面排桩电算结果485.1.1计算结果485.1.2 整体稳定验算495.1.3 抗倾覆稳定性验算505.1.4 抗隆起验算515.2 B-B排桩剖面电算结果525.2.1 电算结果525.2.2内力取值535.2.3 锚杆计算545.2.4 抗倾覆稳定性验算555.2.5 抗隆起验算565.3 E-E剖面排桩电算结果575.3.1 计算结果575.3.2抗隆起验算585.3.3隆起量的计算59第6章 施工组织与设计626.1工程概况626.1.1基坑周边环境和工程特点626.1.2水文地质636.1.3 本施工方案设计依据636.2施工部署636.2.1 施工程序（各工序的综合协调）636.2.2 基础施工阶段的施工流程646.3施工准备656.3.1 技术准备656.3.2 施工机具准备656.3.3 主要生活设施准备656.4 施工组织管理666.4.1施工协调管理666.4.2组织管理体系666.5平面布置676.5.1施工现场平面布置686.5.2 临时设施及其他平面布置696.6 土方开挖施工696.6.1土方开挖准备696.6.2挖土方施工方法706.7 土钉墙施工706.7.1测量控制706.7.2支护施工工艺706.8排桩施工726.8.1钻孔灌注桩施工方法726.9 施工人员和器械安排746.9.1施工人员安排746.9.2施工设备安排756.10 施工中有关问题的影响及处理措施756.10.1施工噪音756.10.2环境保护756.11 基坑支护施工过程中的应急预案766.11.1局部垮塌766.11.2裂缝处理766.12 文明施工措施766.12.1现场总平面管理766.13.2环保措施77图6-1 施工进度横道图77第7章 桩基础设计797.1 工程概况（2121剖面）797.2 桩及承台的设计807.2.1选择桩型，桩材，桩长和持力层807.2.2单桩承载力计算807.2.3 估算桩的数和平面布置817.2.4 初定承台尺寸827.2.5单桩竖向承载力验算827.2.6群桩承载力验算827.2.7桩身结构设计837.2.8承台设计847.2.9承台受冲切承载力验算847.2.10承台受剪切承载力验算857.2.11承台受弯承载力验算86第8章 概预算868.1编制依据的文件868.2编制方法与结果87结论94致谢96参考文献97前 言 深基坑支护是一门理论性和实践性都很强的技术。它涉及到岩土力学、水文地质学、结构学、钢筋混凝土结构学等学科，主要研究岩土的强度和变形、支护结构的强度和刚度以及土与支护结构的共同作用问题等问题。由于深基坑工程的临时性、复杂性和随机性，作为一门新学科，无论理论还是实践上，都仍存在许多不成熟和不完善之处。因此尚需通过大量的工程实践，积累丰富的原始测试数据，进而总结出有关动态设计、信息施工、监理、监测等一系列成熟经验。并且随着城市建设的不断发展，基坑支护技术也不断更新，不断成熟。在面对不同的工程环境及条件时，采取何种的支护形式显得至关重要，同时把是否能够保证基坑及周围环境的安全和工程造价作为判断一个支护设计方案是否合理的标准。支护结构形式选择的合理，不仅关系到整个基坑以及建筑物的安全可靠，也与经济利益和社会效益休戚相关。 本设计是对兰州翠庭大厦深基坑支护工程和地基处理的设计计包括下列六部分内容： 第一部分，是通过该大厦基坑地质情况及周边环境和工程造价等因素来选择该基坑的支护方案，最终选择了两种方案，排桩支护和土钉墙支护。 第二部分，是对兰州翠庭大厦5米和8米深基坑支护工程采用土钉墙支护。该支护方式适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土，并且会将土体和土钉结合成为一个整体，稳定性也高而且施工也很方便。但不适用于含水丰富的粉细砂层、砂砾石层和淤泥质层，不能用于自稳能力极差的淤泥、饱和软弱土层。并且造价最低对土质要求和周边环境要求也不高，是一种常用的支护形式。 第三部分是对兰州翠庭大厦深基坑支护工程12米的基坑处以及周边有建筑物影响的5米的基坑处采用钢筋混凝土钻孔灌注挡土桩加锚杆支护方案的设计计算。这种方案较内支撑方案工程费用低，操作方便，也便于土方开挖和地下室施工；这种支护方法自90年代初就在厦门得到广泛应用，主要适用于场地土层性能较好或软土层较薄的场地。对基坑深度较大的工程，岩土锚杆的一些参数如下：与水平夹角在1540之间；长度40m以内；设计轴向抗拔力一般小于600kN；锚筋材料有钢绞线和钢筋；大多数采用高压注浆工艺，第二次注浆压力一般大于2MPa。锁定时都施加预应力，施加的预应力大小不等，有的为设计值的70%，有的只有设计值的30%；施加的预应力越大，限制桩顶位移效果越好，但其支护桩所承受的压力越接近静止土压力，因此该方法要求有较大的安全储备。 第四部分是对该大厦总体的施工做了一个施工组织设计。结合支护方案，选择了一个最为方便，便捷和造价较低的施工方案，对其中的土方开挖，土钉支护，排桩支护等都做了施工设计。并且人员调动安排，也形成了一个比较系统的体系。 第五部分对该基坑支护和施工组织所有的造价做出了概预算，使得这个基坑支护体系可以完整的进行下去也从工程经验中学会很多关于造价方面的知识。 第六部分是对基坑开挖后的地基处理设计，采用钻孔灌注桩作为地基基础的地基设计方案，使复合地基承载力特征值达到10386KN。同时进行基坑支护监测方案设计、基坑支护应急预案设计和稳定性分析以及钢筋的配筋等。第1章 概述1.1 工程概况拟建的兰州翠庭大厦工程项目位于兰州新区，拟建公园东路以南，康乐路以北，东侧紧邻东新路，交通便利。地上主楼高层部分12层，多层商业约7层，设3层地下室，基础埋深5-13m不等。1.2场地水文条件场地地下水属潜水类型。勘察期间地下水稳定水位埋深为20.6026.70m，稳定水位标高为440.27442.89m。场地地下水主要为上覆粘性土层中的孔隙水。其主要补给方式为大气降水及地下水迳流补给，并通过自然蒸发、人工开采以及迳流排泄。勘察期间为枯水期，地下水位年变化幅度约为2m。1.3场地地质条件-耕植土Q4pd：褐黄色。分布于拟建场地地表，以粘性土为主，含大量有机质，结构松散。本层厚度及埋深为0.300.60m，层底标高为457.77468.42m。-黄土状土Q4al+pl：黄褐色，土质均匀性差，针状孔隙及大孔隙发育，含植物根系及蜗牛壳碎片，可见白色钙质条纹、异色土块等。坚硬硬塑，具轻微强烈湿陷性，部分土样具自重湿陷性，属中高压缩性土。本层厚度为1.202.60m，层底埋深为1.502.90m，层底标高为456.26466.59。-黄土Q3eol：褐黄色，土质较均匀，针状孔隙及大孔隙发育，含蜗牛壳碎片及异色土块，可见白色钙质条纹。硬塑可塑（部分土试样为坚硬），具中等强烈湿陷性和自重湿陷性，属高压缩性土。本层厚度为0.804.90m，层底埋深为1.506.80m，层底标高为452.74463.92m。-黄土Q3eol：褐黄色，土质均匀，针状孔隙及大孔隙较发育，含蜗牛壳碎片及零星钙质结核。硬塑可塑，部分土样具轻微中等湿陷性和自重湿陷性，属中压缩性土。本层厚度为1.407.30m，层底埋深为5.2012.10m，层底标高为448.14459.46m。-古土壤Q3el：红褐色，土质较均匀，具块状结构，大孔隙发育，见淋滤裂隙，含钙质条纹及钙质结核，底部钙质结核相对富集。坚硬硬塑，个别土样具轻微中等湿陷性和自重湿陷性，属中压缩性土。本层厚度为2.006.30m，层底埋深为7.9016.30m，层底标高为443.48456.16m。-黄土Q2eol：褐黄色，土质均匀，针状孔隙较发育，含蜗牛壳碎片及零星钙质结核，可见白色钙质薄膜。硬塑可塑（个别土试样为坚硬），部分土样具轻微中等湿陷性和自重湿陷性，属中压缩性土。本层部分勘探孔未揭露，本层厚度为1.409.30m，层底埋深为439.46449.36m，层底标高为13. 9021.50m。-黄土Q2eol：褐黄色，土质均匀，针状孔隙较发育，含蜗牛壳碎片及钙质结核，局部富集，该层常夹数层薄层棕红色古土壤。硬塑可塑（个别土试样为坚硬），个别土样具自重湿陷性和轻微湿陷性，属中压缩性土。本层部分勘探孔未揭穿，部分勘探孔未揭露，厚度为0.5010.10m，相应埋深为19.0028.60m，相应标高为437. 23448.10m。-粉质粘土Q2al：灰黄灰黑色。土质均匀，结构紧密。含砂粒、氧化铁斑点及云母片等。可塑（个别土试样为硬塑）。属中压缩性土。该层局部夹粉土薄层。仅部分控制性钻孔揭露该层，未揭穿。揭露厚度为0.506.50m，相应标高为431.82440.15m，相应埋深为20.0030.00m。 第2章 基坑支护方案设计2.1基坑特点1) 基坑开挖深度大且深度不等，开挖深度5-13m左右。2) 场地地下水位为潜水，不需要考虑降水。3) 基坑东西北部均靠马路，南部紧邻7层建筑物，周围无密集管线。4) 按规范GB50025-2004，各拟建建筑物均属乙类建筑。5) 按规范GB50021-2001，拟建建筑物的工程重要性等级、场地和地基复杂程度等级均为二级，故岩土工程勘察等级为乙级。2.2设计依据（1） 本工程支护设计方案依据兰州翠庭大厦的岩土勘察报告，勘察点平面布置图和剖面图： （2）建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2010)；(3) 复合土钉枪支护技术规范(GB50739-2011)；(4) 建筑桩基技术规程(JGJ94-2008)； (5）建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202-2012)；2.3 基坑工程安全等级建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）对基坑侧壁安全等级及重要性系数规定如下：表2-1 侧壁安全等级及重要性系数规定安全等级破坏后果0 一级支护结构失效及土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重1.1二级支护结构失效及土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响严重1.0三级支护结构失效及土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.9结论： 结合本工程基坑特点，确定支护结构的安全等级为二级。2.3 几种常见的支护方法的比较2.3.1深基坑搅拌桩支护 它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂通过深层搅 拌机械，将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性，水稳定性和一定强度的桩体（水泥土搅拌桩），利用搅拌桩作为基坑的支柱结构。水泥搅拌桩适宜于各种成因的饱和粘性土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等，加固深度可从数米至5060米。由于其抗拉强度远小于抗压强度，故常适用于基坑深度不大（57米），可采用重力式挡墙结构形式的基坑。这种支护结构防水性能好，可不设支撑，基坑能在开敞的条件下开挖，具有较好的经济效益。深层搅拌水泥桩除能止水外，对桩侧，桩背的软土加固，能增加桩的侧向承载力，基坑四周地下水封闭后，坑内降水不影响邻近建筑物，起到防止建筑沉降的作用。但由于此基坑最大深度达到12米，并且不需做降水处理，故可考虑更为经济的方案。2.3.2排桩支护 排桩包括钢板桩，钢筋混凝土板桩及钻孔灌注桩，人工挖孔桩等，其支护形式包括：1）柱列式排桩支护：当边坡土质较好，地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀疏的钻孔灌注桩或挖孔桩作为支护结构；2）连续排桩支护：在软土中常不能形成土拱，支护桩应连续密排，并在桩间做树根桩或注浆防水；也可以采用钢板桩、钢筋混凝土板桩密排。3）组合式排桩支护：在地下水位较高的软土地区，可采用钻孔灌注桩排桩与水泥搅拌桩防渗墙组合的形式。特点:密排桩比地下连续墙施工简便，整体性不如地下连续墙，如做好防渗措施（水泥压力注浆等），其防水，挡土功能与地下连续墙相似。较疏排桩受力性能好，密排桩不作防水抗渗措施，仍不能止水。2.3.3地下连续墙支护通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，对施工设备的要求较高。优点：施工时振动小，噪音低；墙体刚度大，基坑安全性能够得到保证；防渗性能好，工期短，质量可靠，经济效益高。 缺点：对废泥浆处理，不但会增加工程费用，如泥水分离不完善或处理不当，造成新的环境污染；槽壁坍塌问题。如地下水位急剧上升，护壁泥浆液面急剧下降，土层中有软弱的砂性砂层，泥浆的性质不当或已变质，施工管理不当等均可能引起壁槽壁坍塌，引起地面沉降，危害邻近工程结构和地下管理的安全。同时也可能使墙体混凝土体积超方，墙面粗躁结构尺寸超出允许界限，从而提高了造价。2.3.4土钉墙支护土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密的细长杆件钉置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体，利用复合土体的自稳达到支护目的。土钉墙支护必须自始至终做到施工及现场监测相结合，根据施工中出现的情况和监测数据，及时反馈修改设计，并指导下一步施工。常用于开挖深度不大，周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护，具有施工快捷简便，经济可靠的特点，得到广泛的应用。施工方法简单。而本工程周围环境不太复杂，三面环路，开挖最大深度为12米，可采用土钉墙，且此方法工程经验较为丰富。2.4方案的比较及确定根据本工程的特点，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。由于拟建场地东西北三面有道路并且有南面是一座七层建筑物，放坡对道路的变形，稳定有很大影响，所以不能采用放坡开挖。并且临近基坑有建筑物地下室等，锚杆的有效锚固长度不足，不适用锚杆。与其他比较土钉墙的造价最低，但由于地形较为复杂仅仅选用土钉墙不合适。而单单使用排桩因为周围环境较为复杂，整体性不太好，故应结合以上支护方式采用多种组合的形式。方案一：采用排桩作为挡土结构、复合土钉墙的支护方式。优点：挖孔灌注桩造价较低，目前此种技术比较成熟。土钉墙支护具有拼装方便，施工快捷简便，经济可靠，施工方法简单的特点。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，周围有建筑物影响，施工难度较大。方案二：主体采用地下连续墙及钢支撑。优点：施工振动小；墙体刚度大，防渗性能好；适用于多种地基条件，可以作为刚性基础；占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间；工效高，工期短，质量可靠。缺点：地下连续墙作为挡土结构时造价比较高；在一些特殊地质条件下施工难度大；还须有泥浆处理条件，对废泥浆的处理会造成环境污染。施工中如出现槽壁坍塌问题会引起邻近地面沉降，墙体混凝土超方。由于此工程长496米，宽109米，并且最大深度为12米，而且处于潜水区，不考虑降水，所以采用地下连续墙势必会产生较大的经济效益，造成资源浪费。故考虑方案一。即在深基坑处，深度为12米，东西北部基坑处采用经济的土钉墙，考虑到此工程南边有七层高的建筑，并且主楼层（基坑深度12米）故可能会有土体滑移的情况发生，故在南面主楼处采用钻孔灌注桩。在较浅的基坑处，深度为58米，采用较为经济的土钉墙。如图2-1所示。 图2-1基坑支护示意图第3章 土钉支护设计计算3.1设计方案取地面超载的高值q=20kpa，基坑侧壁安全等级二级，基坑重要性系数为1.0。采用土钉墙支护结构。3.1.1土钉墙设计计算步骤(1) 设计前查明场地周围已有建筑物、构筑物、埋设物和道路交通，工程范围内土层分布，图形指标及地下水变化等情况，判断土钉墙支护的适用性。(2) 根据基坑开挖深度、工程地质条件及工程性质选择土钉墙支护形式，确定土钉墙支护的平面、剖面尺寸及分段开挖长度及高度。(3) 根据土钉抗拔试验或土体看见强度，并参考类似工程经验，确定土钉类型、直径、长度、间距、倾角及在空间的方向。(4) 进行内部稳定性分析和土钉抗拔力验算。(5) 进行外部稳定性分析 土钉墙抗滑稳定性验算； 土钉墙抗倾覆稳定性验算。表3-1 土钉支护设计的初始参数序号名称单位参数值备注1土钉长(L)m(0.51.2)HH为开挖深度，对饱和软粘土L2H2间距(Sv,Sh)mm1.02.0对于硬软和密度砂质土可取对软粘土和松散砂取3倾角()520重力注浆取大值4土钉钢筋直径(d)mm2035级或级钢均可5土钉孔直径(D)mm75200成孔条件好的土质可取大值6注浆压力Mpa0.57喷射混凝土厚度 (hs)喷射混凝土强度网筋直径(d)网筋间距(a)mmMpaMmmm50150C20610150300级钢、土钉筋焊接8坡顶最小荷载qminkPa10坡顶堆载超过该值时，按实际取3.2土钉墙设计计算方法3.2.1土钉侧压力和抗拔力计算图3-1 直线破坏面示意图直线破坏面法：(l)确定滑动面：该种方法认为面层后面的土体沿与水平面成的夹角的面破裂，破裂楔体与地面附加荷载引起的土压力首先传递给面层，而后面层通过土钉在稳定土体中的摩阻力将破裂楔体稳定住。 (3-1)破裂面与水平面的夹角；基坑坡脚；内摩擦角标准值。 (2)计算土钉所受的侧压力： (3-2)土钉长度中点所处深度位置上的侧压力；土钉长度中点所处深度位置上由支护土体自重引起的侧压力；地表均布载荷引起的侧压力。 (3-3)第i层土主动土压力系数；第i层土内摩擦角。 (3-4)第i个土钉长度中点所处深度位置上由支护土体自重引起的侧压力；、第一和第二土层的重度；第一土层的厚度；第i个土钉的中点深度；c土层的粘聚力。 (3-5)地表均布载荷引起的侧压力；q 地表均布载荷(取q=10)；主动土压力系数 。 (3) 土钉抗拔力计算： (3-6) 土钉长度中点所处深度位置上的侧压力；第j根土钉与相邻土钉水平间距；第j根土钉与相邻土钉垂直间距；土钉倾角；土钉轴向荷载值坡面倾斜时荷载折减系数3.2.2土钉抗拔承载力的验算 (3-7) 土钉设计长度；土钉局部稳定安全系数，取1.2；在土体自重和地表均布载荷作用下第i个土钉所受的最大拉力或设计内力；土钉轴线与破坏面交点至土钉外端点的距离；土钉孔径；土钉与土体之间的界面粘结强度。土钉强度计算： (3-8)土钉钢筋抗拉标准值；土钉强度； 土钉孔径；土钉在稳固土体内的锚固长度，m。3.2.3土钉墙支护内部稳定分析内部稳定性验算： (3-9) ，作用于土条i的土体自重和地面、地下荷载； 土条i滑裂面切线与水平面之间夹角；土条i的宽度；土条i滑裂面所处第j层土的内摩擦角；土条i滑裂面所处第j层土的粘聚力；破坏面上第k排土钉最大抗力；第k排土钉轴线与该处破坏面切线之间夹角；第k排土钉的水平间距；内部稳定安全系数，取1.2。3.2.4土钉墙支护外部稳定分析土钉外部稳定性分析见图3-3。图3-2 土钉外部稳定性分析简图（1）土钉墙支护抗滑移稳定验算 抗滑移抗力分项系数： (3-10) 主动土压力；抗滑移抗力分项系数，取；B墙底宽度 (B=0.6H 0.8H)；q地面均布荷载（q=10）；W土体沿基坑单位长度自重；f土钉支护与基坑底间的摩擦系数，可取基底土体的抗剪强度；土钉支护与土体间的摩擦角，无试验资料时，可取=。 (3-11) 主动土压力；土的重度；土层总厚度；主动土压力系数；地面均布荷载；土层粘聚力。 (3-12)土的重度；W土体沿基坑单位长度自重；土层总厚度；B墙底宽度 (B=0.6H 0.8H)。 (3-13)f土钉支护与基坑底间的摩擦系数，可取基底土体的抗剪强度；滑动面上的法向应力；土的内摩擦角；土层粘聚力。 (3-14)滑动面上的法向应力；单位厚度的土体底部面积；W土钉支护沿基坑单位长度自重；B墙底宽度 (B=0.6H 0.8H)；地面均布荷载。（2）土钉墙抗倾覆稳定验算 抗倾覆抗力分项系数： (3-15) 主动土压力； 抗倾覆抗力分项系数，取；B墙底宽度 (B=0.6H 0.8H)；q地面均布荷载（q=10）；W土钉支护沿基坑单位长度自重；f土钉支护与基坑底间的摩擦系数，可取基底土体的抗剪强度；基坑开挖深度；土钉支护与土体间的摩擦角，无试验资料时，可取=。3.4 C-C剖面土钉墙支护计算书3.4.1工程概况1、C-C剖面开挖深度为5m，基坑坡角为90，计算时考虑地面超载20kPa。 表3-2 场地地质条件和计算参数土层层底标高(m)层厚(m)重度(kN/m3)j()c(kpa)黄土状土462.812.015,42224黄土461.011.815.32026黄土457.111.217.122302、设计参数确定见表3-3。（根据基坑土钉支护技术规范） 表3-3 土钉设计参数土钉号加钉深度 (m)倾角()水平间距(m)直径(mm)长度(m)钢筋直径(mm)钢筋根数土钉11.2151.51007181土钉22.6151.51006181土钉34151.510081813.4.2 土钉内力计算主动土压力系数：由公式(3-3)计算得： 地表均布载荷引起的侧压力：由公式(3-5)计算得： 各层土所受的土压力：（1） 地表处：（2）2.0m处：（3）3.8m处：（4）5m处：=20.87kpa 图3-3 土压力示意图各个土钉的中点深度：根据数学中有关三角关系计算得：第一个土钉中点深度为：，第二个土钉中点深度为：，第三个土钉中点深度为：。土钉长度中点所处深度位置上由支护土体自重引起的侧压力：由公式(3-4)计算得： = 15.42+15.3(2.1-2)0.45-224 =-20.73KN/ =15.42+15.3(3.38-2)0.49-226 =-10.96KN/ =15.42+15.31.8+17.1(5.03-2-1.8 )0.45-230 =-4.53KN/土钉所受侧压力：由公式(3-2)计算得：=-17.7+9=-8.65KN/=-10.96+9.8=-1.16KN/=-4.53+9=5.53KN/3.4.3 土钉抗拔力计算土钉抗拔力计算：(根据基坑土钉支护技术规程CECS96:97)可知m， =1.5m，。由公式(3-5)计算得：，所以=0.648=KN每根土钉伸入破裂面外稳定区长度： 图3-4 土钉长度计算简图根据数学三角关系计算土钉在稳定区外的长度可得：=2.81m=1.33m=0.48m土钉抗拔稳定验算：=2.81m,N1=-12.26KN，m， ，m。 =1.33m,N2=20.43KN，m， m =0.48m，N3=59.73 KN，m， m。土钉长度应满足公式(3-7)，计算得：满足要求。3.4.4 土钉墙支护内部稳定分析内部稳定性验算： 图3-5 土钉内部稳定验算简图由公式(3-9)和理正软件结合计算得： =2.31.2。满足要求。3.4.5 土钉墙外部稳定分析（1）抗滑稳定性验算 B=0.6H 0.8H，取B=0.7H=。由公式(3-12)计算得：KN。由公式(3-14)计算得：由公式(3-13)计算得：由图3-3可得土压力：=8.57KN/m由公式，抗滑移安全系数(3-10)计算得： =203.5+278.83+(8.57sin7.17)65.44/(8.57cos7.17) =2692.91.3满足要求。（2）抗倾覆验算 B=3.5，q=20，W=278.83，=8.57，=7.17，H=5.0。由公式(3-15)计算得： =43.341.3，满足要求。 3.5 D-D剖面土钉墙支护计算书(9-9剖面)3.5.1 工程概况D-D剖面开挖深度为8m，基坑坡角为90，计算时考虑地面超载20kP,场地地质条件和计算参数见表1。 表3-4 场地地质条件和计算参数土层层厚(m)重度(kN/m3)j()c(kpa)黄土状土2.315,42224黄土1.215.32026黄土4.517.122303.5.2 土压力的计算主动土压力主动土压力系数：由公式(3-3)计算得： 各层土所受的土压力：（2） 地表处：取为0（2）2.3m处：取为0取为0（3）3.5m处：取为0（4）8m处：（2） 土钉使用状态下侧压力的计算（1）各参数的加权平均值现分两层计算层黄土的性质差别不大，故各参数取其加权值计算： 16.7KN/ =24.6kpa =18.35 （2）使用状态下侧压力的计算由公式可知 黄土状土：pm1=9.04kpa 黄土：pm2=14kpa =11.5kpa =9.7kpa 图3-6侧压力分布图 3.5.3确定土钉设计各参数（1）计算土钉直径土体自重和地面超载q引起的每一土钉的最大拉力或设计内力为=16.31=64.76KN=采用最大的设计内力进行土钉直径计算。取钻孔直径d=100mm，安全系数为F=1.3则土钉钢筋直径：=18mm故土钉钢筋直径均选18mm。（2）计算土钉长度根据有限元分析和实际工程测定：土钉的长度布置上长下短的方案稳定性最好，变形也小。取，则=3.83m破裂角：经过几何计算：=4.22m 所以土钉长度应为：第一层为4.22+3.83=8.05m，调整后为8.5m,调整有效段为4.28m第二层为3.25+3.83=7.08m，调整后为7.5m，调整有效段为4.25m第三层为2.27+3.83=6.10m，调整后为6.5m，调整有效段为4.23m，第四层为1.3+3.83=5.13m，调整后为5.5m，调整有效段为4.2m3.5.4土钉抗拉承载力土钉的抗拔承载力应小于土钉材料的抗拉程度和土体界面的摩阻力：由公式可知，破坏面上每一根土钉的抗拉能力为R=min3.140.14.270,1.13.1418/43000.001=min92.31,83.93=83.93KN，因此所有的抗拔力都大于83.93KN。3.5.5土钉整体稳定性验算把土钉墙和加固后的土体作为完整整体，视为重力式挡土墙，进行抗滑移和抗倾覆验算，则挡土墙墙高为H=8m，取单位宽度计算，墙厚取最短土钉的投影为：B=5.5COS15=5.31m（1）抗滑移稳定性验算墙底部土由抗滑移安全系数公式可得=(15.42.3+15.31.2+17.14.5+20)tan22+305.31=482.67KN在两者之间取大值(90.2KN)，得出=5.351.3故抗滑移满足要求。（2）抗倾覆稳定性验算由公式可知：故抗倾覆满足要求。第4章 排桩计算设计书4.1排桩的概念和范围 基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩围护，开挖深度在610m时，即可采用排桩围护。排桩围护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩。4.2排桩支护设计步聚本次支护设计采用的是无支撑支护构造。悬臂式排桩支护计算方法采用传统的板桩方法。悬臂板桩在基坑底面以上外侧主动土压力作用下，板桩将向基坑内侧倾移，而下部则反方向变化，即板桩将绕坑底以下某点旋转。该点两侧分别作用着主动土压力和被动土压力，二者的差值即净土压力。因此可以根据静力平衡条件来计算桩的嵌固深度和土压力。主要计算方法有静力平衡法、布鲁姆法、图解法、基床系数法。本次计算采用的是静力平衡法。计算步聚如下：4.2.1土压力和桩嵌固深度的计算（1）计算土压力时首先要确定土压力系数，主动土压力系数和被土压力系数的计算分式分别如下：主动土压力系数： （4-1）被动土压力系数： （4-2）其中：主动土压力系数；被动土压力系数；土的摩擦角。土压力系数确定后要进行土压力的计算，计算分别如下：某深度处的主动土压力：， (4-3)某深度处的被动土压力： (4-4) 主动土压力计算： (4-5) (4-6) (4-7)其中：某深度处的主动土压力；某深度处的被动土压力；第i层土的厚度；桩底以上的基坑外侧各土层水平荷载合力之和(kN/m)；作用在第i层土上的主动土压力（kN/m）；上覆荷载(kPa)，取q=10；土的重度() ；土层厚度(m)；主动土压力系数；粘聚力(kPa)。被动土压力计算： (4-8) (4-9) (4-10)其中：某深度处的被动土压力；第i层土的厚度；桩底以上的基坑内侧各土层水平抗力的合力之和(kN/m)；作用在第i层土上的被动土压力（kN/m）。（2）土压力确定之后还要进行嵌固深度计算根据此公式： (4-11)来计算嵌固深度。其中：桩底以上的基坑外侧各土层水平荷载合力之和(kN/m)；合力之和作用点至桩底的距离(m)；0基坑侧壁安全系数桩底以上的基坑内侧各土层水平抗力的合力之和(kN/m)； 水平抗力之和作用点至桩底的距离(m)。 (5-12) (5-13)或作用点至第i层土分层处距离；第i层土的土层厚度；、A、B深度处的土压力。根据来计算和： (4-14) (4-15) (4-16) (4-17)合力之和作用点至桩底的距离(m)；基坑开挖深度；嵌固深度；合力作用点至基坑底部的距离；作用在第i层土上的主动土压力（kN/m）；的计算和相同。 (4-18)各土层平均重度()；第i土层的重度()。设计完成后还要进行稳定性验算，包括整体稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、抗隆起验算以及承压水稳定性验算，各验算分别如下：4.3整体稳定性验算在验算整体稳定性时用到瑞典条分法，该方法是将假定滑动面以上的土体分成n个垂直土条，对作用于各土条上的力进行力和力矩平衡分析，求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数。该法由于忽略土条之间的相互作用力的影响，因此是条分法中最简单的一种。计算简图见图4-1。图4-1 整体稳定性验算示意图计算公式： (4-19)其中：安全系数，取1.2；第i土条的粘聚力；第i土条弧长；第i土条宽度；第i土条第m土层重度；第i土条第m土层高度；第i土条圆弧中点与滑动面圆心的竖向夹角；第i土条内摩擦角。4.4抗倾覆稳定性验算基坑底面以上被动土压力和支点对桩底的弯矩与主动土压力对桩底的弯矩的比值即抗倾覆安全系数。 (4-20)其中：抗倾覆安全系数，取1.2；基坑底面以上被动土压力及支点对桩底的弯矩；主动土压力对桩底的弯矩。 (4-21) (4-22)桩底以上的基坑外侧各土层水平荷载合力之和(kN/m)；合力之和作用点至桩底的距离(m)；桩底以上的基坑内侧各土层水平抗力的合力之和(kN/m)； 水平抗力之和作用点至桩底的距离(m)。4.5抗隆起验算 在土层中开挖深基坑时，若支护结构背后的土体重量超过基坑底面以下地基的承载力，地基的平衡状态就会破坏，从而发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起地现象。对此要进行抗隆起验算。常用方法为地基承载力公式验算法，这一方法是把桩底尖平面视作基底，运用地基承载力公式进行验算，如图4-2所示。图4-2 抗隆起验算示意图计算公式如下： (4-23)其中：抗隆起稳定系数；基坑底面处土层重度；桩嵌固深度；、地基承载力系数；基坑开挖深度；土层粘聚力；上覆荷载。、计算方法如下： (4-24) (4-25) (4-26)开挖深度内土层摩擦角的加权平均值；第i层土的内摩擦角；第i层土的土层厚度；土层总厚度。4.6隆起量计算基坑底面向上的位移即隆起量可根据下式来计算： (4-27)其中：基坑底面向上的位移(mm)；第i土层的重度(kN/m3)；第i土层厚度(m)；基坑顶面的地面超载(kPa)；桩的嵌固长度(m)；基坑开挖深度（m）；桩底面处土层的粘聚力（kPa）；桩底面处土层的内摩擦角（度）；桩顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3)。4.7 A-A剖面排桩支护设计计算书（18-18剖面）4.7.1 工程概况此处基坑开挖深度为12m，基坑坡