毕业设计基坑

欢迎下载 本科学生毕业设计 ?公寓基坑支护结构设计 院部名称： 土木与建筑工程学院 专业班级： 土木工程（岩土）? 学生姓名： ? 指导教师： ? ? 职 称： 高工 教授 黑黑 龙龙 江江 工工 程程 学学 院院 二一四年六月 欢迎下载 The Graduation Design for Bachelors Degree Design of ? Flats Foundation Ditch Supporting Structure Candidate：? Specialty：Civil Engineering Class：? Supervisor：Profseeor.? Lecturer Engineer. ? Heilongjiang Institute of Technology 2014-06Harbin 欢迎下载 摘 要 本设计拟建?公寓工程位于哈尔滨市，其南临南环路，东临美食商城，北侧为 运动商城，西侧为居民区。拟建建筑物地面以上 7 层，地下 2 层，总建筑面积 41798m2。经地质勘查，地基土层主要由杂填土、粉土、粉质黏土、黏土构成。建筑 0.00 相当于绝对标高 33.96m，整平后地面标高为 33.50m，基坑开挖深度为 9.0m， 地下室采用框架结构。主体基坑采用三种不同的支护体系：第一种是钢板桩锚杆支体 系，第二种是土钉墙支护体系，第三种是混凝土桩锚杆支护体系。基坑采用喷射井点 +止水帷幕降止水。本次设计的主要内容包括：支护方案的选择、钢板桩锚杆设计计 算、混凝土桩锚杆设计计算、土钉墙设计计算、基坑的稳定性验算、基坑降止水等。 经验算，该基坑设计合理，方案可行，可满足基坑土方开挖，地下室结构施工和对周 围环境保护的要求。 关键词：深基坑支护；钢板桩；混凝土桩；土钉墙；基坑降水；基坑监测 欢迎下载 ABSTRACT This design for ?i foundation pit supporting structure design of the foundation pit is located in Harbin city, Hei long jiang province, in the foundation pit size is 4050. The field area terrain rules rectangle on the whole, excavation depth of 9 m, for the light market, on the west side of foundation pit in recent distance is 4 m, the north side, for real estate company from foundation pit recent distance of 18 m, bridge road, on the south the storehouse of foundation pit in recent distance of 16 m, through scheme comparison, finally determine the west adopts steel sheet pile support structure and soil nailing wall supporting structure is used in the south the north by concrete pile plus anchor supporting structure. This design main content includes: design scheme comparison; Earth pressure calculation; Calculation of retaining structure; Calculating stability of foundation pit; Foundation pit precipitation of water stop design; Foundation pit monitoring scheme design. Key words: Deep foundation pit；Steel sheet pile；Pile；Soil nailing wall；Foundation pit dewatering of foundation pit monitoring 欢迎下载 目 录 摘要.I ABSTRACT.II 第 1 章 绪论.1 1.1 选题目的和意义.1 1.2 国内外研究现状.2 1.3 基坑工程概况.2 1.3.1 工程概况.2 1.3.2 周边环境.3 1.4 地质条件.3 1.4.1 工程地质条件.3 1.4.2 水文地质条件.4 1.5 拟解决的主要问题.4 第 2 章 基坑方案选择及确定.5 2.1 基坑支护设计基本要求.5 2.2 基坑支护方案选择及确定.5 2.2.1 支护方案的选择.5 2.2.2 支护结构体系的比较.7 2.2.3 支护结构体系的确定.7 2.3 本章小结.7 第 3 章 土压力计算.8 3.1 基坑南侧土压力计算.8 3.2 基坑东侧土压力计算.9 3.3 基坑北侧土压力计算.10 3.4 基坑西侧土压力计算.11 3.5 本章小结.12 欢迎下载 第 4 章 混凝土桩锚杆支护设计.13 4.1 基本信息.13 4.2 结构计算.16 4.3 截面计算.19 4.4 锚杆计算.20 4.6 抗倾覆稳定性验算.22 4.7 嵌固深度计算.23 4.8 嵌固段基坑内侧土反力验算.23 4.9 本章小结.24 第 5 章 钢板桩锚杆支护设计.25 5.1 基本信息.25 5.2 结构计算.28 5.3 截面计算.31 5.4 截面验算.32 5.5 锚杆计算.32 5.6 整体稳定验算.33 5.7 抗倾覆稳定性验算.34 5.8 嵌固深度计算.35 5.9 嵌固段基坑内侧土反力验算.36 5.10 本章小结.36 第 6 章 土钉墙支护设计.37 6.1 土钉墙设计参数.37 6.2 土钉墙整体稳定性验算.37 6.2.1 第一次取圆弧.38 6.2.2 第二次取圆弧.40 6.2.3 第三次取圆弧.43 6.2.4 第四次取圆弧.46 6.2.5 第五次取圆弧.49 6.3 土钉承载力计算过程.51 6.3.1 基坑深度范围内内摩擦角加权平均值.52 6.3.2 土压力系数.52 欢迎下载 6.3.3 各土钉处的主动土压力强度标准值.52 6.3.4 坡面倾斜时的主动土压力折减系数计算.52 6.3.5 土钉轴向拉力调整系数.53 6.3.6 单根土钉的轴向拉力标准值.53 6.3.7 单根土钉的极限抗拔承载力.53 6.3.8 土钉抗拔安全系数.54 6.4 土钉配筋计算.54 6.5 本章小结.55 第 7 章 基坑降排水设计.56 7.1 井点设计计算.56 7.1.1 降水工程的平面布置.56 7.1.2 确定基坑的有效半径.56 7.1.3 井点管埋设深度计算.56 7.1.4 井点系统的抽水影响半径.57 7.1.5 计算基坑涌水量 Q.57 7.1.6 单根井点出水量.58 7.1.7 确定降水井数量与井点间距.58 7.1.8 基坑降水验算.58 7.2 止水帷幕的设置.59 7.3 回灌系统的布置.59 7.4 本章小结.59 第 8 章 基坑监测方案设计.60 8.1 监测目的与技术要求.60 8.1.1 本工程监测目的.60 8.2 监测项目内容.61 8.2.1 周边环境监测.61 8.2.2 基坑围护监测.61 8.3 测试方法原理.62 8.3.1 垂直位移监测高程控制网测量.62 8.3.2 监测点垂直位移测量.63 8.3.3 监测点水平位移测量.63 欢迎下载 8.4 应急方案.64 8.5 本章小结.64 结论.65 参考文献.66 致谢.67 欢迎下载 第 1 章 绪 论 1.1 选题目的和意义 近几年来，随着城市的高层建筑愈来愈多，大多数的基础埋藏深度较大，以满足 抗震的设计要求，同时利用地下空间，建造地下车库，商场、仓库和人防设施等。基 坑的支护设计、施工、监测技术是近 10 多来在我国逐渐涉及的技术难题。基坑的护 壁随时，不仅要求保证基坑内正常作业安全，而且要防止基坑及坑外侧土体的移动， 保证基坑附近建筑物、道路、管线的正常使用，通过工程实践与科研，在基坑支护理 论于技术上都有了进一步的发展，取得了可喜的成绩。 随着我国大量深基坑工程的成功实施，基坑支护工程的技术水平得到了迅速的提 高，积累了比较丰富的经验，但也有不少教训。当前迫切解决的问题是：如何以比较 低的的经济代价，都在比较短的时间内实现安全的基坑开挖，总结和发展支护技术的 开发，为更深的多层地下室施工提供新的技术和安全保障。 地下岩土工程是一个具有悠久历史的领域,可以说自有人类以来就有岩土工程， 特别是进入工业社会以后岩土工程处处存在，但是城市岩土工程，除了传统的地面房 屋工程外，地下岩土工程却是随着现代城市的兴起而发展的。经过最近几十年的实践， 无论从设计、施工、设备和工艺，还是理论、技术和经验，都已达到相当高的水平， 特别是深埋地下岩石工程，更是达到了较成熟的程度。 选定该课题也是为了培养自己的综合能力。根据土木工程专业岩土与地下工程方 向的培养目标要求及本人毕业后的主要服务去向，通过毕业设计，能够使我们把所学 过的专业知识综合应用于实际工程设计中，通过?基坑支护结构设计，使我们在应 用现行规范、标准、技术指标与经济指标等方面得到基本训练，达到对所学专业知识 进行巩固、综合掌握和灵活运用的目的，提高分析问题、解决问题的能力。 本项毕业设计选题为?公寓基坑支护结构设计，详细学习和了解与岩土工程相 关知识，巩固以前学习过的深基坑支护、基础工程、地基处理、土力学、工程地质学 等知识，并按照现行规范，通过对实际情况的分析把它运用到生产实践中去，为以后 的基坑处理工作打下一定的基础，同时也培养了调查研究、查阅文献、收集资料和整 理资料的能力。通过本次设计使自己能够理论联系实际，并为以后的工作和学习打下 坚实的基础。 欢迎下载 1.2 国内外研究现状 近年来我国经济和城市建设的迅速发展地下工程越来越多，开发和利用地下空间 和要求日益重要。高层建筑的多层地下室日益增多。随着城镇建设高层及超高层建筑 的大量涌现，深基坑越来越多。尤其 20 世纪 90 年代以来，基坑开挖与支护问题，基 坑工程规模、数量、分布急剧增加，我国基坑开挖的现状是:a 建筑趋向高层化，基 坑越来越深，或为了使用方便，或因为地皮珍贵，或为了符合建筑规定及人防需要， 建筑投资者不得不向地下空间发展。b 工程地质条件越来越差，城市建设要有规化要 求，按规划要求随遇而安，因此，地质条件往往比较差。c 基坑四周已建或在建高大 建筑物密集或紧靠重要市政设施，兴土木不仅要确保本身基坑的稳定，更不能影响其 他的建筑安全。d 维护基坑方法多种，如人工挖孔桩、预制桩、钻孔灌注桩、地下连 续墙、深层搅拌桩、钢支撑、注浆、土钉墙等以及各种桩、板、墙。e 基坑工程事故 多为了当前工程的需要，尽快进一步研究和发展。 我国城市地下工程建设起步较晚，20 世纪 80 年代前，国内为数不多的高层建 筑的地下室多为一层，基坑深不过 4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。20 世纪 80 年代初才开始出现大量的基坑工程。到 20 世纪 80 年代，随着高层建筑的大量兴 建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在 8m 左右，少数超过 10m。进入 20 世纪 90 年代后，在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下，全国工程建设亦突飞猛 进，高层建筑迅猛发展，基坑开挖深度超过 10m 的比比皆是，其埋置深度也就越来 越深，对基坑工程的要求越来越高，随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大 量工程的建设，特别是近年来的工程实践，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和 提高。促进了建筑科学技术的进步和施工技术、施工机械和建筑材料的更新与发展。 随之出现的问题也越来越多，这给建筑施工、特别是城市中心区的建筑施工带来了很 大的困难。 20 世纪 60 年代，在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测，从 20 世纪 70 年代起，许多国家陆续制定了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。在国外,比如 日本、美国以及欧洲一些发达国家对地下结构有比较完善的研究，地下商城、地下停 车场、地下商业街、地铁车站等随处可见。这就意味着他们具有相当的建设基坑工程 的能力与经验。 1.3 基坑工程概况 1.3.1 工程概况 本设计为拟建?公寓工程位于哈尔滨市，其南临南环路，东临美食商城，北侧 欢迎下载 为运动商城，西侧为居民区。拟建建筑物地面以上 7 层，地下 2 层，总建筑面积 41798m2。经地质勘查，地基土层主要由杂填土、粉土、黏土、粉质黏土、砂土构成。 建筑0.00 相当于绝对标高 33.96m，整平后地面标高为 33.50m,地面标高为 33.50m， 其它标高均以此为准，地下室负二层底板顶标高为 25.50m，基坑开挖深度为 9.0m， 地下室采用框架结构，如图 1.1 所示 图 1.1 基坑平面图 1.3.2 周边环境 基坑周边环境条件：基坑南面为马路，最近距离 16m，无下设的通讯电缆、煤 气管线等设施。北侧为运动商城，楼高七层，其最近距离为 18m。东侧为美食商城， 最近距离为 4.0m，楼高 7 层。西侧为居民楼，其最近距离为 20m。 运动商城 云海公寓 居民楼 美食商城 20 1816 4 南环路 欢迎下载 1.4 地质条件 1.4.1 工程地质条件 据拟建场地岩土工程勘察报告揭示：场地地形较平坦，原始地貌为冲积型 堆积土层。根据土层的地质时代、成因类型、岩性及分布埋藏特征，从上到下可分为 5 个层次，支护深度影响范围内土层依次分布如表格 1.1 所示： 表 1.1 拟建场地土体情况一览表 序号 类别 （名称） 厚度 h(m) 重度 (kN/ m3) 土粒重 度 s(kN/m 3) 含水率 (%) 液限 L 塑限 P 渗透系数 k(m3/d) 内摩 擦角 k() 黏聚力 ck(kPa) 压缩模 量 Es(MPa) 序号 1杂填土2.519.026.019.9325.618.5410-616.0109.33 2粉土3.021.026.821.1624.317.5410-722.01411.24 3粉质黏土4.018.027.019.5930.517.8410-824.01614.32 4黏土5.017.527.219.34-410-418.02015.87 5砂土5.519.727.220.0048.5-21.0229.0 1.4.2 水文地质条件 根据地下水的赋存条件，场区有一层地下水，赋存于第一层杂填土与第二层粉土 土层中间，属孔隙潜水类型，主要接受降雨、地表水、地下径流的补给。 1.5 拟解决的主要问题 （1）基坑支护方案的比选。 （2）混凝土桩锚杆支护结构设计计算。 （3）钢板桩锚杆设计计算。 （3）土钉墙设计计算。 （4）基坑的稳定性验算。 （5）基坑降水。 欢迎下载 第 2 章 基坑方案选择及确定 2.1 基坑支护设计基本要求 (1)基坑设计以“安全、合理、经济、便于施工”为原则，同时保证施工周期较短， 结合本工程地质、环境、挖深等诸多因素。 (2)为基坑土方开挖和地下室施工创造一个安全干燥的施工条件；支护结构稳定、 牢固、安全，确保地下室施工安全以及周边建筑物和道路的安全；有效止水，确保周 边建筑物和道路不产生沉降。 (3)支护结构基坑内壁与地下室基础承台边缘应留有足够的施工工作面；基坑周 边有良好的围护，确保坑边行人安全。 (4)基坑支护范围不超过建设用地红线、不影响现有临时办公用房的正常使用； 基坑周边排水畅通，地面雨水、污水不流入基坑。 (5)参照本地区以往深基坑工程成功实践经验。 (6)考虑到邻近基坑边有重点保护道路及楼房，为确保安全，以“位移变形”控制设 计计算。 (7)考虑到本场地地质条件，由于该场地地下水位埋深较浅，地下水较丰富，透 水性大，为杜绝“侧壁流砂，坑底管涌”等不良现象出现，关键做好基坑止水，降水设 计和施工。 2.2 基坑支护方案选择及确定 2.2.1 支护方案的选择 根据调查了解和收集的区域资料，目前常采用的基坑支护方式主要有：放坡开挖、 地下连续墙、水泥土墙、桩锚支护结构、土钉墙支护结构等。 1、放坡开挖 适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制无严格要求， 价钱最便宜，回填土方较大。 在基坑周围的环境允许放坡的情况下，可以将基坑边壁开挖成具有一定坡度、能 够在基坑回填之前的施工阶段维持边坡稳定的斜坡。这样，既可以省去专门的边坡支 护结构，又可以较好地满足施工要求。虽然土方挖放量有所增加，但总的技术、经济 效果是很明显的。 欢迎下载 2、钻孔灌注桩 钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。其多用 于坑深 715m 的基坑工程，在我国北方土质较好地区已有 89m 的臂桩围护墙。钻 孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害，无挤土现象，对周 围环境影响小;墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小;当工程桩也为灌注桩时， 可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失，特 别时在高水位软粘土质地区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工 措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区，但是在砂砾层和卵石中施工困难 应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体，因而相对整体性较差，当 在重要地区，特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。 3、地下连续墙 通常连续墙的厚度为 600mm、800mm、1000mm，也有厚达 1200mm 的，但较少 使用。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，施工要求专 用设备。 4、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上述围护墙不 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。 土钉墙中含有一类复合土钉墙，其支护效果更优，适用范围更广。 复合土钉墙，是将土钉墙与其他的一种或几种支护技术（如：有限放坡、止水帷 幕、微型桩、水泥土墙、锚杆等）有机组合成的复合支护体系，它是一种改进或加强 型土钉墙。经过十几年的研究和实践，工程界对复合土钉墙的认识越来越深化，它能 克服单纯土钉墙的技术弱点和缺陷，扩大土钉墙的适用范围，在很多情况下，它可以 取代排桩或地下连续墙支护方式，支护工期大大缩短，费用大大降低，取得显著经济 和社会效益。因此越来越多的工程使用复合土钉墙进行基坑支护。 根据理论研究和工程实践，目前复合土钉墙的种类有：土钉墙+止水帷幕+预应 力锚杆、土钉墙+预应力锚杆、土钉墙+微型桩+预应力锚杆、土钉墙+止水帷幕+微型 桩+预应力锚杆。 欢迎下载 5、钢筋混凝土板桩 钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点，曾在基坑中广泛应用， 但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法，振动与噪音大，同时沉桩过程中挤 土也较为严重，在城市工程中受到一定限制。此外，其制作一般在工厂预制，再运至 工地，成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根 据需要设计，目前已可制作厚度较大(如厚度达 500mm 以上)的板桩，并有液压静力 沉桩设备，故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。 2.2.2 支护结构体系的比较 本工程地下水位较高，基坑开挖深度为 9 米，且东侧由于距离建筑物较近，根据 我国目前基坑工程中所取得的经验，其围护结构可选择以下几种方案： 方按 1：钻孔灌注桩加搅拌桩或旋喷桩止水，设 1-2 道内支撑； 方案 2：土钉墙支护； 方案 3：可应用混凝土桩加锚杆支护，设 1-2 道支撑； 方案 4：可采用钢板桩加锚杆支护，设 1-2 道支撑； 由于本工程东侧离建筑物较近，故围护结构可考虑的方案有：方案 2、方案 3、 方案 4。 2.2.3 支护结构体系的确定 根据以上支护方案的比较，结合该场地实际的地质条件，综合分析：在靠近南侧 道路，用土钉墙支护结构。北侧居民楼和西侧购物广场，采用混凝土桩锚杆支护结构。 东侧电子商业大厦，采用钢板桩锚杆支护结构。经设计验算之后，能满足基坑土方开 挖，地下室结构施工和对周围环境保护的要求。 2.3 本章小结 本章通过对常用基坑支护方案比选，结合工程地质条件、水文地质条件及周边环 境确立了两种支护方案。基坑东侧采用钢板桩锚杆支护结构；马路一侧采用土钉墙支 护结构；居民楼和购物广场两侧采用混凝土桩锚杆支护结构。 欢迎下载 第 3 章 土压力计算 3.1 基坑南侧土压力计算 基坑靠近马路受到人和行车荷载 q=20kpa 对基坑的作用，如图 3.1 所示。 图 3.1 基坑受到人和行车的荷载 34.19 1 59.19 1 16.21 1 w s ws sat4 w s ws sat3 w s ws sat2 w w w 黏土的饱和重度 粉质黏土的饱和重度 粉土的饱和重度 第一层填土的土压力强度 kPachq kPacq 19.33 2 45tan2 2 45tan 7 . 3 2 45tan2 2 45tan 1 1 1 2 11a2 1 1 1 2 a1 第二层： kPachhq kPachq 66.48 2 45tan2 2 45tan 78.19 2 45tan2 2 45tan 2 2 2 2 2sat211a