基坑侧壁支护设计

前言基坑是建筑工程的一部分，其发展与建筑事业的发展密切相关。由于城市化的发展，城市人口超饱和，建筑空间拥挤和城市绿地减少，导致城市建设项目日益增多，建筑规模不断扩大，高层、超高层建筑如雨后春笋般的拔地而起。由于建筑结构及使用功能上的要求，我国正在建设的高层建筑越来越高，基坑开挖的深度越来越深，开挖面积也越来越大。同时密集的建筑群，大深度的基坑，复杂的地下设施，使得基坑放坡开挖这个传统技术不再能满足现代城市建设的需要，基坑支护也随之被重视。建筑基坑工程是指建筑物或构筑物地下部分施工时，需要开挖基坑，进行施工降水和基坑周边的围挡，同时需要对基坑四周的建筑物、构筑物、道路和地下管线进行监测和维护，确保正常，安全施工的一项综合性工程，其内容包括勘察、设计、施工、环境监测和信息反馈等工程内容。基坑工程的工作面几乎涉及所有土木工程领域，如建工、水利、港口、路桥、市政、地下工程以及近海工程等领域。此外，基坑工程中主要的岩土工程即是深基坑支护问题。基坑支护工程属于高风险性工程，在设计与施工中涉及岩土与结构的多个领域。基坑支护工程具有许多特征，概括起来有以下特点（1）基坑支护工程是个临时工程，设计的安全储备相对可以小些，但又与地区性有关。而且造价高，开工数量多，变化因素多，事故频繁；（2）基坑支护工程正向大深度、大面积方向发展，因此岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件复杂，从而造成了勘察所得数据离散性大，精度低，给基坑支护工程的设计和施工怎加了难度。（3）在软土、高地下水位及其他复杂场地条件下开挖基坑，很容易产生土体滑移、基坑失稳、桩体变位、坑底隆起、支挡结构严重漏水、流土以致破损等灾害，对周边建筑物地下构筑物及管线的安全造成很大威胁。（4）基坑支护工程包括挡土、支护、防水、降水、挖土等许多紧密联系的环节，其中某一环节失效将会导致整个工程的失败。随着旧城改造的推进，各城市的主要高层、超高层建筑大都集中在建筑密度大、人口密集、交通拥挤的狭小场地中，基坑支护工程施工的条件均很差。邻近常有必须保护的永久性建筑和市政公用设施，不能放坡开挖，对基坑稳定和位移控制的要求很严。（5）基坑支护工程造价高，周期长，又是临时性工程，不愿意投入太多资金，可是一旦出现事故，处理十分困难，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。本次设计搜集到得资料邯郸远洋中心岩土工程勘察报告邯郸远洋中心总平面图邯郸远洋中心地形图邯郸远洋中心建筑剖面图并根据本次设计的重点，从实际出发对上诉资料做了相对的调整。一个合格的基坑支护，应满足两面的要求（1）不致使坑壁土体失稳或支护结构发生破坏从而导致基坑本身、周边建筑物和环境的破坏。（2）基坑及支护结构的变形不应妨碍建筑物的地下结构施工或导致相邻建筑物和地下设施、管线、道路等不能正常使用。本次的设计综合运用大学期间所学到知识到实际工程当中，并且查阅大量相关书籍。通过比较不同的支护方案提出目前最优的方案。本次设计以勘察报告为主，通过实地踏勘了解拟建建筑物周围环境的情况，结合本次设计的重点，依据规范选择支护类型和相关的计算方法。并且根据当前的施工情况提出可行的方案。本次基坑支护的设计与计算主要的规范、规程依据建筑基坑支护技术规程JGJ1202012岩土锚杆（索）技术规程（CECS222005）建筑桩基技术规范（JGJ942008）建筑地基基础设计规范（GB500072011）建筑地基处理技术规范（JGJ792012）建筑基坑工程监测技术规范（GB504972009混凝土结构设计规范GB500102010锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB500862001）建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB502022002）钢筋焊接及验收规程JGJ182012建筑施工土石方工程安全技术规程（JGJ1802009）岩土工程勘察概况11工程概况拟建邯郸远洋中心工程位于河北省邯郸市中华北大街与北仓路交叉口西北角，由两幢主楼和裙房组成，主楼地上33层，地下2层，筒中筒结构，桩筏基础，裙楼部分地3层，地下2层，框架结构，筏板基础。0相当于绝对标高5505M，现地面标高约为545M，基坑长约215M，宽约190M，周长约为800M，裙楼部分基坑开挖深度约109M，主楼部分开挖深度约129M，电梯井、集水坑等部位根据基础图纸要求相应加深。12工程地质条件121地质构造与地形地貌邯郸市所处大地构造单元属华北陆台渤海湾海湾坳陷带与太行山隆起带的接触部位，太行山隆起的中心为太行山背斜的轴部，地层从轴部向东大致为震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系和第四系地层。邯郸市市区大致以京广铁路线为界，西边主要为上第三系的膨胀岩土组成，东边则主要为第四系新近沉积和一般性沉积的粉土和粘性土等。场地地貌为东部平原与西部丘陵过渡地带，区域地势自西南向东北倾斜,上部第四系，下部第三系,其地形大势及地貌成因均为漫长历史中经滏阳河、漳河及古黄河的交替泛滥冲积所形成。本次勘察场地位于邯郸市市区的西北部，地貌上为丘陵与平原接触地带，区域地形较平缓，本工程建设场地地形平坦，可定为平坦场地。122当地水文、气象资料邯郸市地处暖温带半干旱半湿润大陆性季风气候区，四季分明，气候特点是春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季晴朗气爽，冬季寒冷干燥。多年平均气温138，最冷月平均气温26，最热月平均气温338，极端最高气温425，极端最低气温210；多年平均降水量5201MM，多集中在7、8、9三个月中，日最大降水量5185MM，年最大降水量15753MM，年最小降水量2200MM，最大积雪厚度13CM，多年平均蒸发量17382MM；年主导风向为南风，风向频率201，次主导风向为北风，风向频率155，冬季盛行北风风向频率170，夏季盛行南风，风向频率252，无霜期190天左右。邯郸地处海河流域，区域地表水系主要有滏阳河和沁河穿城而过，地下水资源主要为孔隙潜水。依据建筑地基基础设计规范附录F中国季节性冻土标准冻线图及对当地实际情况的调查，本区冻土深度为05M，为季节性冻土。123地层岩性本次勘察在650M深度范围内为第四纪冲洪积土；按地基土的成因类型、土质特征并从建筑工程评价的要求出发将本场地地基土分为12个岩土单元，鉴于本次主要是基坑支护设计，现仅分述基坑支护中所涉及到的底层，如下杂填土（Q42ML）杂色，主要由建筑垃圾及少量粘性土组成，稍湿，稍密，局部表层为水泥面。本层土分布全场区，层厚040150M。粉质粘土（Q42ALPL）黄褐色，软塑可塑，摇振无反应，稍光滑，干强度和韧性中等，夹较多粉土薄层。本层土分布全场区，层厚310560M。粉质粘土（Q42ALPL）灰黄色浅灰色，湿很湿，稍密中密，局部密实，摇振反应迅速，无光泽，干强度和韧性低，夹粉质粘土，局部含砂粒夹砂薄层。本层土分布全场区，层厚370580M。粉质粘土（Q42ALPL）灰褐色，局部夹黄褐色，软塑可塑，局部流塑，摇振无反应，稍光滑，干强度和韧性中等，夹粉土薄层，含小青砖块及有机质，局部含砂薄层。本层土分布全场区，层厚170550M。粉质粘土（Q41ALPL）灰褐色灰黄色，软塑可塑，摇振无反应，稍光滑，干强度和韧性中等，夹粉土薄层，局部顶部含砂粒或夹砂薄层，上部含贝壳及有机质,下部含钙质结核。本层土分布全场区，部分钻孔中揭穿，层厚330590M。粉质粘土（Q41ALPL）褐黄色，可塑硬塑，摇振无反应，稍光滑，干强度和韧性中等，含5钙质结核，上部局部钙质结核含量达1015的钙质结核，径220MM，下部地层含砂粒，夹粉土薄层。本层土分布全场区，层厚4100660M。粉质粘土（Q41ALPL）褐黄色，硬塑，局部可塑，摇振无反应，稍光滑，干强度和韧性中等，含砂粒及钙质结核，局部钙质结核含量较高达1015，径220MM。124水文地质条件邯郸市平原区位于河北省南端，太行山东麓，境内主要河流有南运河水系的漳河、子牙河水系的滏阳河及其支流渚河、沁河、输元河等，地下水资源主要包括第四系地层中第一含水组的潜水和第二含水组的微承压水。其面积为9236KM2。而流经邯郸市区最大的河流是滏阳河。据东武仕水文站观测，滏阳河多年平均径流量为409亿M3，多年平均流量12M3/S，历年最大流量784M3/S，最小流量635M3/S。邯郸市区段水量受东武仕水库和张庄桥节制闸控制，最大流量为35M3/S，最小流量为065M3/S。上游段为邯郸市主要供水水源，下游段为农业灌溉水源。根据地形、地质、含水层岩性和供水意义，地下水单元可概括为1）奥陶系灰岩岩溶裂隙水文地质区分布在西部山区，面积约4000KM2，包括以涉县为排泄区的西单元，以邢台泉群为排泄区的中单元和以峰峰黑龙洞泉群为排泄区的南单元。2）第四系孔隙水文地质区分布在东部平原，含水层薄，其岩性以细砂为主，在垂直方向上具有多层交错重迭特征，富水性自西向东，自上而下逐渐减弱，以潜水、浅层承压水和深层承压水的特征存在。西部和南部为全淡水区。东部第一含水组下端和第二含水组上段由咸水体存在，面积约1650KM2，埋深自西向东10160M。潜水高氟灶状分布，为氟中毒病区。永年、邯郸、马头、磁县等四个河流冲积扇，总面积约为334KM2，为砂砾石孔隙水，水质良好，富水性较强。第四系孔隙水为当地工农业用水主要水源地，因过量开采已形成邯郸、东洋庄等水位下降漏斗，改变了地下水的天然运动规律，水利坡度增加，地下水雨地表水互补关系发生了明显变化。125不良地质现象经查明，邯郸远洋中心建筑场地及周边影响区域范围内，不存在影响建筑施工建设的不良地质现象。13地下水本场地勘探期间初见水位埋深为4875M，稳定水位埋深为4552M，地下水类型以潜水为主，地下水主要受大气降水垂直渗透的入渗补给及地表径流侧向补给，地下水的水量及水位受季节变化影响较大，水位变化幅度一般在2030M。本基坑支护设计水位埋深取45M，由于本次设计是在挖除上层的杂填土大约两米，所以设计的时候按照25M进行止水帷幕的设计。地下水对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具有弱腐蚀性2基坑支护方案选择21基坑开挖类型基坑工程设计方案的第一步是选择合理的开挖方案，不同的开挖方法适用于不同的场合，不同的开挖方法对维护结构和支撑体系也存在不同的要求。目前基坑开挖可分为放坡开挖和有围护开挖两类，在有围护开挖中又可以分为无支撑开挖和有支撑开挖两类。放坡开挖的直接费用最少，而且为主体工程创造了比较宽敞的施工作业空间，因而工作面宽，工期也比较短，如果条件允许，放坡开挖应该是首选的方案。而现在城市空间越来越少，放坡开挖受到极大限制，于是便多采用支护开挖或是放坡开挖和支护开挖相结合的方式以此来节省场地空间。22基坑支护结构类型及其适用条件如今基坑工程多为深基坑，而深基坑必须进行支护设计。根据不同的基坑深度、地质、环境与荷载情况采用不同的支护结构。常见的深基坑支护结构类型可分为【3】（1）放坡。在基坑开挖施工中，往往可以通过选择并确定安全合理的基坑边坡坡度，使基坑开挖后的土体在无加固及无支撑的条件下。依靠土体自身的强度，在新的平衡状态下取得稳定的边坡并维护整个基坑的稳定状况，为建造基础或地下室提供安全可靠的作业空间，同时，又能确保基坑周边的工程环境不受影响或满足预定的工程环境要求。这类无支护措施下的基坑开挖方法通常称作放坡开挖。放坡适用于基坑侧壁安全等级宜为三级；施工场地应满足放坡条件；可独立或与上述其他结构结合使用；当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施。（2）深层搅拌桩支护。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、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护结构。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,其基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150KPA（3）排桩。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。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。排桩适用于基坑侧壁安全等级一、二、三级；悬臂式结构在软土场地中不宜大于5M；当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙。对于开挖深度小于6米的基坑,在无法采用重力式深层搅拌桩的情况下,可采用600MM密排钻孔桩,桩后用树根桩防护,也可采用打入预制混凝土板桩或钢板桩,板桩后注浆或加搅拌桩防渗,顶部设圈梁和支撑对于开挖深度为610米的基坑,常采用8001000MM的钻孔桩,后面加深层搅拌桩或注浆防水,并设置23道支撑对于开挖深度大于10米的基坑,可采用地下连续墙加支撑的方法,也可采用8001000MM大直径钻孔桩加深层搅拌桩防水,设置多道支撑。4地下连续墙支护。当在软土层中基坑开挖深度大于10米、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求较高时常采用地下连续墙作基坑的支护结构。地下连续墙具有如下优点墙体刚度大、整体性好,因而结构和地基变形较小,可用于超深的支护结构；适用于各种地质条件。特别是遇到砂卵石地层或要求进入风化岩层时,钢板桩难于施工,可采用地下连续墙支护；可减少工程施工时对环境的影响。但是造价高、对废浆液难于处理。5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。适用于基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地；基坑深度不宜大于12M；当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。（6）复合土钉适用于深基坑支护工程，特别适用于邻近有建筑物或地下管线而不允许有较大变形的基坑支护工程。复合土钉墙常用类型有下列几种第一种，土钉、桩锚复合支护，适用于硬度较大、可粘性差、易坍塌的卵砂石地层，周边不允许降水的基坑支护；第二种，土钉、预应力锚杆复合支护，适用于粘性土层、周边允许降水，基坑位移要求严格的基坑支护；第三种，土钉、止水帷幕复合支护，适用于土质条件较差，开挖后容易塌方，周围环境要求不能降水，基坑深度小于6M，变形要求低的基坑支护；第四种，土钉、微型桩复合支护，适用于土质条件较差、周边允许降水，施工场地狭小的基坑支护；第五种，土钉、止水帷幕、预应力锚杆复合支护，适用于土质条件较差、开挖后容易塌方，周边环境要求不能降水，基坑深度68M，对基坑变形控制要求严格的基坑支护；第六种，土钉、止水帷幕、微型桩复合支护，适用于地质条件和环境条件复杂，基坑深度较大，变形控制要求较高的基坑支护；第七种，土钉、插筋止水帷幕、预应力锚杆复合支护，适用于地质条件和环境条件复杂，基坑深度较大，变形控制要求较高的基坑支护。通过预先施工竖向水泥土桩，而后边开挖边施工土钉方法形成水泥土桩复合土钉支护，其承载机理主要包括1水泥土桩复合土钉支护中，大大提高了基坑开挖过程中的边坡稳定性，有效地控制了开挖过程中的坡顶变形量。2是提高基坑边壁土体的自稳性及隔水性；在软弱富水地层中，对抵抗基底隆起、管涌等起主要作用。3桩周土对桩的侧摩阻力将通过桩的轴向压缩作用传递到深层土体之中，调动深部稳定地层潜能，土钉支护体系、深部稳定土层紧密结合联系在一起，共同承受荷载，使边壁稳定并减少位移4由于复合土钉中水泥土桩对土体的超前约束以及后来桩与土钉的结构约束作用，复合土钉支护中土体位移要小得多。5复合土钉支护中土钉经过较短的摩擦传力距离就可以达到土钉最大拉力位置，有提高基坑边坡稳定性，控制开挖工程中的侧向位移的作用。23基坑支护方案的选取231基坑周边环境介绍基坑北侧西段为远洋中心预留低层高密度住宅用地，东段为废弃厂房，距基坑坡顶约47M。基坑东侧为中华北大街，主路距基坑坡顶约218M，自行车道宽度81M，距基坑坡顶约159M。管线依次有污水管道（水泥质、埋深约15M、距基坑坡顶约153M）、网通管道（光缆、埋深约15M、距基坑坡顶约171M）、电缆管道（铜质、埋深约15M、距基坑坡顶约199M）、移动管道（光缆、埋深约15M、距基坑坡顶约259M）。基坑南侧为北仓路，主路距基坑坡顶约203M。管线依次有高压电缆（铜质、地上架空电线杆、距基坑坡顶约90M）、消防管道（铁质、埋深约15M、距基坑坡顶约122M）、电缆管道（铜质、埋深约20M、距基坑坡顶约137M）。基坑西侧南段为丛台区人民政府办公楼及地下车库，丛台区人民政府办公楼地上22层，地下1层，框架剪力墙结构，CFG桩复合地基，基础埋深约50M，地下车库为地下1层，基础埋深约50M。丛台区人民政府办公楼距基坑坡顶约165M，地下车库距基坑坡顶约300M。北段为佰旺小区高层住宅楼，地上33层，地下2层，框架剪力墙结构，桩基础，基础埋深约70M，距基坑坡顶约85M。管线依次有移动管道（光缆、埋深约15M、距基坑坡顶约33M）、污水管道（水泥质、埋深约15M、距基坑坡顶约48M）、供热管道（铁质、埋深约15M、距基坑坡顶约58M）。232基坑支护设计原则及简要说明1）、基坑安全等级与使用期限按照建筑基坑支护技术规程（JGJ1202012）规定及基坑周边环境情况综合分析后确定本基坑工程11至44剖面基坑侧壁安全等级为一级，重要性系数取11，55剖面基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数取10。支护结构使用期限为12个月，当使用期限大于12个月时，应对锚索的锚固力重新检测与张拉，同时加强对周边建筑物及管线的监测。2）、支护方案设计原则（1）根据基坑深度要求，结合场地地层和周边环境条件，选择确定安全可靠的设计方案，充分保证基础施工和基坑周边建筑物的安全。（2）根据场地地层条件，充分考虑本地基坑支护的成熟经验，充分保证设计方案合理可行。（3）充分发挥设计先导的优势，降低工程造价,组织交叉衔接施工，以利于缩短施工工期。3）、支护方案设计思路将为什么分成五个剖面说清楚。就是根据周围的建筑物情况，得出的结论考虑到基坑周边为邯郸市区主干道及高层建筑对安全性要求很高，本基坑支护工程设计采用分区分段的设计方法。将基坑分为5个不同的计算区域,采用护坡桩加锚索及复合土钉墙的基坑支护形式，在护坡桩之间施工高压旋喷桩与护坡桩搭接形成止水帷幕，55剖面采用水泥搅拌桩做止水帷幕，可将位移和沉降控制在规范允许范围内。以下就重点介绍55剖面复合土钉墙和11坡面护坡桩加锚索支护。其余同11剖面，所以只是给出设计结果。3基坑支护计算31设计要求建筑基坑工程的设计与施工，既要保证整个支护结构在施工过程中的安全，又要控制结构和其周围土体的变形，以保证周围环境（相邻建筑及地下公共设施等）的安全。在安全前提下，设计要合理，又能节约造价、方便施工、缩短工期。基坑支护作为一个结构体系，应要满足稳定和变形的要求，即通常规范所说的两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态，对基坑支护来说就是支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用极限状态则是指支护结构的变形或是由于开挖引起周边土体产生的变形过大，影响正常使用，但未造成结构的失稳。【4】因此，基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支护产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。因而，作为设计的计算理论，不但要能计算支护结构的稳定问题，还应计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关，这就是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分，对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的，则应控制小变形，此即为通常的一级基坑的位移要求；对于周边空旷，无构筑物需保护的，则位移量可大一些，理论上只要保证稳定即可，此即为通常所说的三级基坑的位移要求；介于一级和三级之间的，则为二级基坑的位移要求。【5】对于一级基坑的最大水平位移，一般宜不大于30MM，对于较深的基坑，应小于03H,H为基坑开挖深度。对于一般的基坑，其最大水平位移也宜不大于50MM。一般最大水平位移在30MM内地面不致有明显的裂缝，当最大水平位移在4050MM内会有可见的地面裂缝，因此，一般的基坑最大水平位移应控制不大于50MM为宜，否则会产生较明显的地面裂缝和沉降，感观上会产生不安全的感觉。一般较刚性的支护结构，如挡土桩、连续墙加内支撑体系，其位移较小，可控制在30MM之内，对于土钉支护，地质条件较好，且采用超前支护、预应力锚杆等加强措施后可控制较小位移外，一般会大于30MM此外基坑支护设计要在“安全可靠，技术先进，经济合理，施工方便”的原则下，还要力求及时信息反馈，动态设计。32设计计算参数基坑支护结构设计土层参数详见下表层号地层名称层厚（M）重度（KN/M）粘聚力（KPA）内摩擦角（度）1杂填土177170508002粘性土4881851087403粘性土2621881037004粘性土2481902788205粘性土39719424910406粘性土8141952179307粘性土873196179840以上数据可以看出，粘性土大致分为两层。计算第一层的直立高度。土层的加权重度、粘聚力和内摩擦角按下式计算式IH式IC式IH式中、C、坑壁土的土层的加权重度、加权粘聚力、加权内摩擦角；I、CI、I第I层土的重度、粘聚力、内摩擦角；HI第I层土的厚度。主动土压力系数KA和滑移面夹角可按下式计算式245TANK式33直立高度计算由式（31）、（32）（33）、（34）可得再由竖直开挖的条件，基坑可保持一定高度的竖直坑壁，其估算直立高度Z0可按深基坑工程设计施工手册中的经验公式确定式36488M在上式的计算中主要选取的是第二层土开始的各项参数，因为第一层土为杂填土，在基坑开挖过程中杂填土要全部进行挖除，所以只对第二层及其以下土层验算是否满足直立开挖的条件。由上式计算结果土层的直立高度为488M，而基坑所挖深度要大于488M，所以不满足直立开挖的条件。2/45TAN0RCZ复合土钉墙设计（一）、抗渗设计当基坑开挖深度小于30M，且处于渗透性较小的粉质粘土或泥质粉质粘土地层，另外基坑周围管线和建筑物对地表变化不敏感时，对于这一类基坑而言，一般可不设置防渗帷幕，可以直接施行土钉支护。当基坑设计深度为36M时，基坑处于渗透性较强、孔隙率较大等不良地质体时，在基坑内进行降水作业很容易对坑外地下水位造成影响，因而会对周围构筑物和地下结构产生危害，这种情况下课采用水泥土搅拌桩作为防渗帷幕。这里搅拌桩可以起到抗渗防水的作用，设计时采取单排布设即可满足要求。对于设计深度大于60M的基坑，搅拌桩的设计课采取双排随你土桩，此时搅拌桩既可以发挥隔水作用，也可以对基坑支护结构的变形起到很好的控制作用，同时对坑底隆起的作用由搅拌桩设计的嵌入深度所决定。止水帷幕插入深度应该满足以下条件（1）尽量是防渗帷幕插入渗透性较小的土中10M以上；（2）当不能进入隔水层时，应该按照渗流理论分析长产生的动水压力以及产生涌土、流砂的可能行，抗渗或抗管涌稳定性安全系数为IKCS式中坑底土体临界水力梯度，由坑底土层性质决定ICEGISC1为坑底土颗粒重度；GS坑底土颗粒天然孔隙比；E坑底土渗流土力坡度，；ILIHW基坑内外土体渗流水头（M），取坑外地下水位差；HW最短渗流路径总长度LVMH为渗流经水平段总长度（M），可取帷幕宽度；H为渗流经垂直段总长度（M）；LV为渗流径垂直段换算成水平段的系数，可取M15；KS抗渗或抗管涌安全系数，KS1520。（二）、土钉墙参数的设计土钉墙结构尺寸参数设计土钉墙高度由工程开挖深度确定，开挖面坡度可取6090，应尽量的降低坡面坡度。土钉墙是分段施工的，每层开挖的最大深度取决于该土体可以站立而不破坏的能力，可以有经验公式2/45TANRCH式中H每层开挖的深度，M；土的粘聚力，KPA；C土的重度,/；RKN3土的内摩擦角，（）。土的开挖深度一般与土钉的竖向间距相同，常用1015M；每层开挖的纵向长度，取决于维持稳定的最长时间和施工流程的相互衔接，一般多用10M。土钉参数的设计1、土钉形式的的选择土钉的形式有两种螺纹钢筋和钢管。螺纹钢筋作为土钉材料必须先钻孔，在钻孔中通过两次注浆，将土钉与土层连接成整体。当处于粉土、粉砂等易流动的地层时，成孔很困难，且成孔过程中易引起水土流失，导致地表下沉，这时可将钢管直接打入顶入，再由管内向地层注浆构成土钉。2、土钉长度的确定LBIAII式中第I层处土钉的总长度，（M）；I第I层滑移面内长度（M），见下面的瑞典条分法确AI定；第I层滑移面外长度（稳定区内）（M）,见确定。LBI1）、由局部抗拉设计，初步确定土钉的长度根据筑基坑支护术规程（JGJ1201999）的规定，土钉抗拉承载力计算如下（1）单根土钉抗拉承载力计算应符合下式要求UJKTJ0251式中TJK第J根土钉受拉荷载标准值；TUJ第J根土钉抗拉承载力设计值；（2）单根土钉受拉荷载标准值可按下式计算/COSJKAJKXZJJTES式中荷载折减系数；EAJK第J个土钉位置处的基坑水平荷载标准值；SXJ、SZJ第J根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距；J第J根土钉与水平面的夹角。（3）荷载折减系数可按下式计算245TAN/T12TANTA2KK式中土钉墙坡面与水平面的夹角（4）对于基坑侧壁安全等级为二级的土钉抗拉承载力设计值应按试验确定，基抗侧壁安全等级为三级时可按下式计算ISKNJSUJLQDT1式中RS土钉抗拉抗力分项系数，取125；DNJ第J根土钉锚固体直径；QSIK土钉穿越第I层土土体与锚固体极限摩阻力标准值，应由现场试验确定；LI第J根土钉在直线破裂面外穿越第I稳定土体内的长度，破裂面与水平面的夹角为。2K土钉抗拉承载力计算简图2）、内部稳定性设计确定土钉的长度用局部抗拉设计结果作为内部稳定设计土钉长度初始值选择。考虑土钉作用时，用瑞典条分法分析内部稳定性问题（1）瑞典条分法将滑动土体进行分条，并视土条为刚体，然后计算出每个土条上受的力对圆的滑动力矩和抗滑力矩，再据FS抗滑力矩/滑动力矩以确定稳定安全系数。安全系数最小的为最危险滑动面。另假设（1）滑动面是圆弧形；（2）滑动土条之间的力不影响滑体整体的稳定性，其条间力可忽略不计。如下图，取第I条块分析。当整个滑动土体处于极限平衡状态时，有据径向静力平衡，则有此时滑动面处于极限平衡，则有根据力矩平衡条件，有式中CI第I条土条滑动面上的粘聚力（KPA）；LI第I条土条弧长（M）；WI第I条土条自重力（KN/M）；第I条土条弧线中点切线与水平线夹角；第I条土条滑动面上的内摩擦角；FS滑动土体的稳定安全系数。IINWCOSTANIIIISCLNTFIIWDTRSNTACOSTINIIIIIISCLNFWI（2）当考虑土钉作用时其安全系数的表达式为I分条滑裂面处中点切线与水平面夹角（）；土钉的抗拔能力标注值，KN；TUI土钉与水平面的夹角（）；I滑动土体的安全系数，这里取值不小于15。KS由公式确定土钉的抗拔能力标准值，同样的由公式再次确定土钉的长度。3、土钉配筋直径计算及间距参数设计FTPTK24DKMAXCOSTANCOSSINTAIIIXIIIXIIIIXCLSWQSTTKSQ式中K为安全系数，一般取15；D钢筋截面直径（M）；钢筋抗拉强度标准值（N/MM）；PTKF2各层土中最大土压力；AXT土钉间距包括SX和SY分别为水平间距和竖直间距，可按612倍的直径D选定土钉行距和列距，4、土钉倾角参数设计土钉倾角是指土钉与水平线的倾角，通常以向下倾020为宜，其值取决于注浆钻孔工艺与土体分层特点等多种因素。倾角太小，或水平钻孔，支护结构的变形越小，但是注浆的质量难以保障；如果倾角过大，支护结构受到变形的影响也较大，但是有利于土钉进入下部较好的土体中，且注浆质量也容易保证。最后一排土钉应该采用较大倾角（通常为2050），可以将土钉牢固在下层地质条件较好的土体中。5、土钉墙面层的设计层面是有钢筋和喷射混凝组成的混凝土结构层。其主要作用为1）承受水土侧向压力，并将其传递到土钉上；2）限制土体局部坍塌；3）将土钉连接成整体，当水泥土桩防渗墙发生局部断裂时，面层内钢筋网片可将断裂部分兜住，以防发生涌土破坏。面层是土钉支护体系中的重要组成部分，一般按构造设置，按强度验算。钢筋网片一般设计为65150MM，双向布设；或8200MM，双向布设。喷射混凝土厚度一般为100MM，宜分成两次喷射。其轻度为C20面层初步设定后，应进行强度复核。（三）、土钉墙稳定性验算1）、土钉墙整体稳定性验算整体稳定安全系数计算为改进的稳定性分析条分法。对于施工时不同开挖深度和使用时不同位置，对应于每个圆心沿破裂面滑动的安全系数计算为滑裂面L抗滑力矩与下滑力矩之比。上图的稳定性系数为式中I分土条的自重（KN/M）；WI分条滑裂面处中点切线与水平面夹角（）；土钉与水平面的夹角（）；I其余系数均与前面相同。计算取得结果是每个计算高度中考虑与不考虑土钉作用的最小安全系数及对应圆心点位置。容许安全系数的大小可根据工程性质或安全等级取1215。2）、土钉墙外部稳定性验算土钉原位加固土体，当土钉达到一定密度时所形成的复合体就会出现类似锚定板群锚现象中的破裂面后移现象，在土钉加固范围内形成一个土墙，在内部自身稳定得到保障的情况下，它的作用类似重力式挡墙，因此可用重力式挡土墙的稳定性分析方法对土钉墙进行分析。1土钉墙厚度的确定COSTANCOSSINTAIIIXIIIXIIIIXCLSQSTTKSWQ土钉墙厚度（M）；B土钉的平均长度（M）；L土钉与水平面之间的夹角。2抗滑动稳定性验算。EFKAXTH/式中简化土墙后主动土压力水平分力，EAX2AXIIIIITQKACSXY简化土墙底断面上产生的抗滑合力。FTSXXTCBTNW3抗倾覆稳定性验算式中抗覆力矩，；WM/2WXQBS倾覆力矩,；O/3OITH墙土的重量（）；WB复合土钉墙的设计计算抗渗设计在挖出上部不稳定的杂填土后，设计的基坑深度，8M，坑外的水位是埋深为25M。坑内水位埋深水位是85M2、三、四层为潜水，第八层粗砂为弱承压含水层，水层上下有水力联系很弱，COSL1216QOK不予考虑基坑坑底渗流稳定性验算。第五层土的层顶埋深约为10M，综合土层性质本次设计中水泥搅拌桩的长度为13M。复合土钉墙设计参数的确定土钉墙结构尺寸的设计参数清除杂填土后，开挖深度为80M。一级放坡，坡高为20M。坡度为60。根据场地的土的情况，把所涉及到的土层分为两层，由于分层土体性能相差不大，及C值取各层土的，C值按其厚度加权平均。现分两层土计算及层土12上层为原2、3号土厚75M，72，C1063KPA，R1863MKN/下层为原4、5、6号土厚146M，941，C2361KPA，R19432/45TANRCH第一层可开挖计算的深度为488M第二层可开挖计算深度为107M土钉的竖向间距为12M，总上考虑土的开挖深度为15M。纵向开挖长度为10M。土钉参数的确定1）、局部抗拉设计确定土钉长度由局部抗拉设计初步确定土钉长度，由基坑安全等级为二级，土钉抗拉承载力设计值应按试验确定，具体方法见附表（），由公式UJKTJ0251/COSJKAJXZJJTES245TAN/12TNTKISKNJSUJLQDT1确定土钉的大致长度。其计算结果见下表和示图。土钉道号拉力标准值（KN）拉力设计值（KN）设计长度（M）最大设计长度（M）11823407740772243143934393335344253555355484210527235723551095136977657765612871609624262422）、内部稳定性设计确定土钉的长度用瑞典条分法确定最危险滑动面。由公式IINWCOSTANIIIISCLTFIIDRSINTACOSTINIIIIIIISWDRCLNTF当考虑土钉的作用时，安全系数的确定COSTACSSINTAINIIXIIIXIIIIXCLSWQSTTKSQ通过考虑有土钉作用的安全系数，确定土钉的长度。且已知土钉荷载分项系数为125，土钉抗摩阻力折减系数05，超载类型为局部均布条形，大小为15KPA，距坑边为2M，作用宽度为6M。其结果如下土钉道号设计长度（M）拉力（KN）最大拉力（KN）1707794711442939314201449312002370255941192425902857512003255335166242204520453）、土钉配筋直径计算及间距参数设计土钉配筋直径计算由公式FTPTK24DKMAX计算结果如下土钉道号局部抗拉拉力最大值（KN）内部稳定拉力最大值（KN）计算面积（MM）配筋实配面积（MM）136114431771E2238/1231144940261E2549093442255971091E32804241052285779371E32804251369335193081E361017961609204556811E286158E代表HRB400土钉间距的选择以上的计算是以竖向间距为12M，水平间距为15M。结合实际的情况现做如下调整第二道土钉竖向间距为14M，水平间距为15M。4）、土钉倾角参数设计以上的计算结果是以土钉倾角为10准的，根据实际情况不做调整，还是10。5）、土钉墙面层设计参数的确定一般情况下，对于用于临时支护的土钉墙，其面层一般不做计算，仅按构造规定选择一定厚度的喷射混凝土面层及配筋数量即可。但对于地表存在较大的超载或土钉墙承受地下水作用及永久性土钉挡墙，应分别对面层做受弯、受剪、受冲切及局部承压等内容的验算。对于永久性土钉墙，还应进行防水、排水、防腐蚀、地震作用影响及防冻等内容的设计与验算。对于本工程属于临时性支护，所以无需做验算工作。面层厚度为100MM，混凝土强度等级选择C30，水平配筋D8150，竖向配筋D8150。6）、设计所得参数总上设计过程，得到如下结果第一道土钉，水平间距为15M，竖向间距为12M，土钉长度为80M，土钉配筋直径为22MM，土钉倾角为10。第二道土钉，水平间距为15M，竖向间距为14M，土钉长度为100M，土钉配筋直径为25MM，土钉倾角为10。第三道土钉，水平间距为15M，竖向间距为12M，土钉长度为120M，土钉配筋直径为32MM，土钉倾角为10。第四道土钉，水平间距为15M，竖向间距为12M，土钉长度为120M，土钉配筋直径为32MM，土钉倾角为10。第五道土钉，水平间距为15M，竖向间距为12M，土钉长度为120M，土钉配筋直径为36MM，土钉倾角为10。第六道土钉，水平间距为15M，竖向间距为12M，土钉长度为70M，土钉配筋直径为28MM，土钉倾角为10。面层厚度为100MM，混凝土强度等级选择C30，水平配筋D8150，竖向配筋D8150。土钉钻孔直径为150MM，土钉杆体分别为为120、25、28HRB400钢筋，注浆材料采用PS325矿渣硅酸盐水泥，水泥用量为30KG/M，水灰比为045055。水泥搅拌桩直径为500MM，采用PO425普通硅酸盐水泥，水泥用量为80KG/M。排桩支护设计排桩支挡结构是利用常规的各种桩体，例如钻孔灌注桩、挖孔桩、预制桩及混合式桩等并排连续起来形成的地下当土结构。由于排桩支护有其独特的优点和特点，所以，目前基坑支护常设置排桩来维持基坑侧壁的稳定性。排桩支护在工程中取得了很好的支护效果，越来越为工程界所喜爱。按照单个桩体的成桩工艺的不同，排桩维护体桩型大致有以下几种钻钻孔灌注桩、预制混凝土桩、挖孔桩、压浆桩、SMW工法（型钢水泥土搅拌桩）等。这些个桩体可在平面布置上采用不同的排列形式形成当土结构，来支挡不同地质和施工条件下基坑开挖时的侧向土压力。排桩嵌固深度的设计本次设计采用多支点支挡结构，多支点支挡结构的计算方法很多，一般有等值梁法、二分之一分担法、逐层开挖支撑（或拉锚）力不变法、弹性法、和有限元法等。这次用逐层开挖拉锚力不变等值梁法。对于多支点支挡结构，应根据土方开挖和拉锚设置顺序分段计算，在每个阶段均可将该阶段开挖面上的拉锚点和开挖面下的假想支点之间的支挡结构看做简支梁对待，然后把计算出的支点反力保持不变，并作为外力计算下一段梁的支点反力。（1）第一层支锚阶段。1）求。根据主动土压力强度和被动土压力强度相等，得Y1KAQEYP1式中被动土压力KP当前基坑深度开挖面处的主动土压力强度，1AH21。2MKN/2）求，把做为简支梁，对点取矩并令，则T1AB110M1BYHE121AZA（2）第二层拉锚阶段。1）求。根据主动土压力强度和被动土压力强度相等，得Y1KAQEP2A式中当前基坑深度开挖面处的主动土压力强度，E1AH321。2MKN/2）求，把做为简支梁，对点取矩并令，此时，以T2AB120M2BT1已知点力参与计算，则YHYE2322121A2HZ3A（3）挖至基坑深度，1）求。根据主动土压力强度和被动土压力强度相等原则，得YKKAQEPAK式中当前基坑深度开挖面处的主动土压力强度，AKH。2MKN/2求和点支反力。把做为简支梁，对点取矩并令TKBPBKAKBK，此时，以已知点力参与计算，则0MBK321TYHEK1MK1N1JJKAKKHMMJKKAZTPAKBK3、求X。P6BKA嵌固深度的计算如果土质较差，则需要乘以1112。YTX0K4）、求最大弯矩，以为简支梁，最大弯矩应在剪应力为零处。A排桩桩径与桩距的设计（1）排桩桩径，排桩桩径一般不小于400MM，埋深在12M以内基坑，桩径在12M以内的基坑，桩径D宜选400800MM，埋深超过12M以上时，宜选8001200MM的桩径。（2）排桩桩距。排桩桩间距一般可选（1215）D，对于砂性土和软土宜采用较小桩距，粘性土可选较大桩距。选取桩距时应按照桩间土不发生滑塌的原则进行。（3）圈梁的设计。排桩桩顶设置连续圈梁，可以增加护坡桩的整体性，形成闭合的结构，其高度一般为（0515）D，与桩体同宽（或取（112）D），圈梁刚度越大，则圈梁的作用越相当于支点的作用。因此，设计时可将其断面加大，配以适量的钢筋，增加其刚度。关于圈梁的配筋计算，目前尚无完善的计算方法。考虑圈梁、桩和土的共同作用，按照有限元法求解是一种有效的方法，但是很繁琐，根据大量工程的经验，建议取ASQ085土层锚杆的设计采用基坑外侧的土层锚杆，可以大大减小嵌固深度；减小支挡结构上的内力；减小基坑外侧的沉降和坑壁的位移，从而减少对相邻建筑物，地下设施，管线的影响。土层锚杆由锚头，锚筋和锚固体三部分组成。用于桩墙式挡土结构中，在其设计计算时，应当满足抗拉拔稳定的要求。通过式计算的T是锚杆受拉的水平荷载，锚杆的轴向受拉承载能力应满足以下要求TNUCOS式中锚杆轴向受拉承载力设计值，KN；U水平支点力的计算值，KN；T锚杆与水平面的倾角，（）。锚杆轴向受拉承载力设计值可以通过现场拉拔试验或计算确定。对于安全U等级为一级及缺乏地区经验的二级基坑侧壁，需要经现场锚杆拉拔试验确定极限承载力，然后除以安全系数，作为承载力设计值。当出现下面情况之一的时候，认为锚杆破坏。（1）后一级荷载产生的锚头位移达到或超过前一级荷载产生的位移的两倍；（2）锚头位移不稳定；（3）锚杆杆体拉断。锚杆极限曾在取破坏荷载的前一级荷载。对于安全等级较低的基坑侧壁，土层锚杆承载力设计值也可由计算确定，计算步骤如下（1）根据锚固体与土层间的锚固力有计算锚杆承载力设计值LQFNISSUD1式中D孔径均匀的锚固体直径，M；第I层土体与锚固体间的极限摩阻力标准值，KPAQSI第I层土中锚固体的长度，M；LI安全系数，可取1618。FS锚锚固体与土层间的摩阻力可参考下表。（2）用验算锚杆杆体与砂浆间的粘结力是否满足锚杆承载力设计值的要求。FNBUD351L式中L锚杆钢筋与砂浆间锚固长度，M；D锚杆钢筋直径，M；钢筋与锚固砂浆间粘结强度的设计值，KPA，应有试验确定，当无F试验材料时，可按下表取值。（3）用式和验算钢筋的抗拉强度是否满足锚杆承载力设计值的要求351AFNSYU式中钢筋杆体截面面积，；AS2M钢筋抗拉强度设计值，。FY/土层锚杆包括自由段和锚固段两部分，自由段的长度要求伸出土体主动滑裂面之外，见下图，故满足2SIN45LTF式中锚杆自由段长度，M。LF锚杆锚头中点至基坑底面以下净土压力为零C之间距离，TM；各层土摩擦角的加权平均值（）；锚杆与水平面的倾角（）。整体稳定性验算依据建筑基坑支护技术规程（JGJ1202012）第423条规定采用圆弧滑动条分法验算支护结构的整体稳定性，整体稳定性应符合下式规定KS,I第I个滑动圆弧的抗滑力矩与滑动力矩的比值；抗滑力矩与滑动力矩之比的最小值宜通过搜索不同圆心及半径的所有潜在滑动圆弧确定。KS圆弧滑动整体稳定安全系数；安全等级为一级、二级、三级的锚拉式支挡结构，KS分别不应小于135、13、125；5抗隆起稳定性验算依据建筑基坑支护技术规程（JGJ1202012）第424条规定抗隆起验算可采用下式验算式中KHE抗隆起安全系数；安全等级为一级、二级、三级的支护结构，KHE分别不应小于18、16、14；M1基坑外挡土构件底面以上土的重度KN/M3；对地下水位以下KKSSIS,MIN,21,KHEQODHMNC12QTAN45TANT/1NC的砂土、碎石土、粉土取浮重度；对多层土取各层土按厚度加权的平均重度；M2基坑内挡土构件底面以上土的重度KN/M3；对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土取浮重度；对多层土取各层土按厚度加权的平均重度；D基坑底面至挡土构件底面的土层厚度M；H基坑深度M；Q0地面均布荷载KPA；NC、NQ承载力系数；C、挡土构件底面以下土的粘聚力KPA、内摩擦角。抗隆起稳定性验算简图6渗透稳定性验算依据建筑基坑支护技术规程（JGJ1202012）第C02条规定采用下式验算渗透稳定性式中KSE流土稳定性安全系数；安全等级为