安徽万和小区基坑支护设计

安徽万和小区基坑支护设计摘要随着城市中心建筑物数量的不断增加，深基坑支护施工在建筑工程中得到了广泛的应用[6]。然而，随之而来的是大深度基坑周边复杂地下设施的出现，这加强了深基坑工程支护的必要性与重要性[5]。本文以安徽万和小区基坑支护设计为例。通过考虑工程概况，综合各种因素，选择土钉墙作为支护形式，并以《建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）》为主要设计计算依据。在遵循规范要求的前提下，先选取土钉长度、夹角、水平和竖直间距等参数来确定土钉墙的坡角。接着，根据计算坡面倾斜时土压力折减系数、每排土钉上主动土压力强度标准值和土钉轴向拉力调整系数来计算单根土钉轴向拉力标准值。随后，通过对滑裂面外土钉长度的计算，得出单根土钉的极限抗拔承载力。然后，对单根土钉抗拔承载力进行了验算，所有计算结果都达到了设计要求。最后，对土钉墙整体稳定性进行了验算，并绘制出相关图纸[7]。关键词：深基坑；土钉墙支护；土钉抗拔承载力

目录第1章工程概况 11.1工程概况 11.2土层物理力学性能 11.3地下水位情况 2第2章基坑支护方案的比选 32.1基坑安全等级 32.2支护方案选取 32.3土钉的极限粘结强度标准值 4第3章第1支护段土钉墙支护设计 53.1土钉参数 53.2单根土钉抗拔承载力验算 63.2.1单根土钉的极限抗拔承载力 73.2.2单根土钉的轴向拉力标准值 83.2.3单根土钉的轴向拉力标准值 113.2.4单根土钉的抗拔承载力验算 123.3杆体直径计算 123.4面层及排水构造 133.5稳定性验算 14第4章第2支护段土钉墙支护设计 164.1土钉参数 164.2单根土钉抗拔承载力验算 174.2.1单根土钉的极限抗拔承载力 174.2.2单根土钉轴向拉力标准值 194.2.3单根土钉轴向拉力标准值 194.2.4单根土钉抗拔承载力验算 204.3杆体直径计算 214.4面层及排水构造 214.5稳定性验算 22第5章基坑的监测 235.1监测布置 235.2监测周期 235.3应急措施 24结论 25参考文献 26致谢 27附录 28

保定理工学院本科毕业设计第1章工程概况1.1工程概况安徽万和小区内共有住宅楼6栋，均设有2层地下室，基坑开挖深度为7.5m，局部开挖深度为8.3m，地面超载q=20kPa。周边无地下管线，距离建筑红线约5.0m拟将整个场地开挖一个大型基坑，基坑平面布置如下图：图1.1基坑平面布置图1.2土层物理力学性能根据勘察资料，本设计中各个土层的物理力学性能指标见下表：表1.1土层物理性能指标序号地层名称计算厚度m容重（内聚力(kPa)内摩擦角(°)1素填土1.818.612102粉质粘土夹粉砂2.319.225.414.83粘性土3.519.835.513.54粉土3.718.98.618.25粉质粘土4.219.526.315.81.3地下水位情况根据勘察资料，勘察范围内未见地下水。因此不考虑其对本工程的影响。第2章基坑支护方案的比选2.1基坑安全等级根据规范，按照下表进行确定：表2.1支护结构的安全等级[9]安全等级破坏后果一级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响很严重二级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重三级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响不严重根据场地周围环境及拟建建筑物的情况，支护结构安全等级为二级。2.2支护方案选取根据工程情况，拟采用的支护结构特点如下：表2.2支护结构方案比选支护方案支护结构特点天然放坡支护结构的特点：如果地点条件允许，可以采用这种保护结构，但必须控制坡的深度，并配合其他支持结构的形式进行共同保护。建筑物不太重要的时候或者要求不太高的时候使用。土钉墙及复合式土钉墙这种保护方式虽然经济、简便、快速但需要大型工程设备。附近有大楼和住宅的时候，基于决策的角度，不能使用该保护方式进行保护。该方法适用于地下水位以上或经过降水处理的非软土基坑，且基坑深度不宜超过15m[10]。重力式水泥土墙这种保护结构适用于土质相对松弛，液体指数较大的工程。这种情况下，需要加固的土层不满足使用棒的条件，因为预先加力的杆没有满足要求，所以使用其他的构造的话工程就无法进行。此时，经济、工期、技术可行性等综合指数较为优越时，一般选择重力式水泥土墙。排桩降水帷幕或截水帷幕可适用于排桩基坑，地下连续墙除了可作为主体地下结构外墙，还可作为截水结构。然而，锚杆并非所有基坑支护情况下的最佳选择。它不适用于软土层或高含水高坍落性碎石土、砂土层。如果周围存在地下室、构筑物等，而有效锚固长度不足，则不应该采用锚杆支护。此外，如果锚杆施工会对周围建筑物造成损害，或违反城市地下空间规划等规定，也不应该使用锚杆支护[8]。根据工程的特点，初步选用土钉墙进行支护。根据工程概况，基坑开挖深度为7.5m，局部开挖深度为8.3m，均需要进行支护设计。拟定基坑深度为7.5m的支护段为第1支护段，深度为8.3m的为第2支护段。本设计需要对这两个支护段进行支护设计。2.3土钉的极限粘结强度标准值根据勘察试验，各土层的土钉的极限粘结强度标准值选用下表中的数据：表3.2土钉的极限粘结强度标准值序号地层名称洛阳铲成孔qsik1素填土222粉质粘土夹粉砂503粘性土604粉土655粉质粘土70第3章第1支护段土钉墙支护设计3.1土钉参数依据设计规范，土钉墙支护参数的选取原则及本设计土钉墙参数选取见下表：表3.1土钉参数序号参数设计原则参数选取1坡度在进行基坑支护工程时，选择土钉墙或预应力锚杆复合土钉墙的坡度时，应该控制在1:0.2以下。同时，如果基坑深度较大或土的抗剪强度较低，应该选取更小的坡度。此外，针对砂土、碎石土、松散填土等松散土壤，制定土钉墙的坡度时还需考虑开挖时坡面的局部自稳定能力。在墙面的垂直设计上，为了实现微型桩、水泥土桩和土钉墙面层之间的垂直墙面，合适的选择是微型桩、水泥土桩复合土钉墙。由于周边场地的限制，坡度为1：0.3.。2施工工艺在进行土钉墙的固定时，宜优先选择洛阳铲成孔的钢筋土钉。对于易塌孔的松散或稍密的砂土、稍密的粉土、填土，以及易缩径的软土等土层，推荐采用打入式钢管土钉。若是在固定过程中难以进行洛阳铲成孔或钢管土钉固定的情况下，适宜采用机械成孔的钢筋土钉。土钉墙的钢筋土钉拟采用洛阳铲成孔。3土钉间距、倾角、长度在进行土钉墙设计时，土钉的水平和垂直间距建议在1m~2m之间。若基坑较深或土的抗剪强度较低，则建议采用较小的间距。土钉的倾角宜在5°~20°之间，而夹角则应结合土壤性质和施工条件进行选定。土钉长度应根据各层土钉的实际受力情况来确定，以确保每个土钉的拉力与其相应的土钉极限承载力之间的比值接近。水平间距：1.5m垂直间距：1.4m土钉倾角：15°共计5排土钉，长度分别为：7.0m、7.0m、6.0m、6.0m、6.0m图3.1土钉支护剖面图[2]图3.2土钉平面布置图3.2单根土钉抗拔承载力验算Rk,jN式中：Kt─土钉抗拔安全系数；安全等级为二级、三级的土钉墙，Kt分别不应小于1.6、1.4Nk,j─第j层土钉的轴向拉力标准值Rk,j─第j层土钉的极限抗拔承载力标准值基坑安全等级为二级，取Kt进行单根土钉抗拔承载力验算，需要分别计算出Rk,j、N3.2.1单根土钉的极限抗拔承载力Rk,j=πdjq式中：Rk,j─第j层土钉的极限抗拔承载力标准值(dj—第j层土钉的锚固体直径(m)qsik─第jli─第j层土钉在滑动面外第i土层中的长度(m)；计算单根土钉极限抗拔承载力时，直线滑动面与水平面的夹β=φβ+图3.3土钉抗拔承载力计算简图根据图3.3可知：第一排土钉：liR第二排土钉：在第2土层的长度为2.079m，在第3土层的长度为1.979m.。R第三排土钉：li=3.934m，均在第R第四排土钉：li=4.810m，均在第R第五排土钉：li=2.005m在第3土层；liR3.2.2单根土钉的轴向拉力标准值Nk,j=1cos式中：Nk,j─第j层土钉的轴向拉力标准值(kN)[1]αj─第j层土钉的倾角(°)[1]ζ─墙面倾斜时的主动土压力折减系数[1]；ηj─第j层土钉轴向拉力调整系数[1]pak,j─第j层土钉处的主动土压力强度标准值(kPa)[sxj─土钉的水平间距(m)[szj─土钉的垂直间距(m)[3.2.2.1坡面倾斜时的主动土压力折减系数ζ=tanβ−φm式中：β－土钉墙坡面与水平面夹角。φm─基坑底面以上各土层按土层厚度加权的内摩擦角平均值根据设计资料可知，土钉墙坡度为1：0.3，那么：则有：ζ==3.2.2.2土钉处的主动土压力强度标采用朗肯理论进行土压力计算（地下水位以上）：pak=Ka,i=式中：Ka,i—第pak—支护结构外侧，第i层土中计算点的主动土压力强度标准值(kPa]；当pak<0时，应取pakci、φi、γi—第i层土的粘聚力(kPa)、内摩擦角q—地面超载(kPa)。那么：KKKKKKKKKKp==12.28p==3.98p==5.94p==23.17p==40.393.2.2.3土钉轴向拉力调整系数ηj=ηa−(ηηa=i=1n(ℎ−ηΔEaj=pak,js式中：ηb─土钉轴向拉力调整系数zj─第j层土钉至基坑顶面的垂直距离(m)ℎ─基坑深度(m)；ΔEaj─ηa─计算系数ηb─经验系数，可取0.6～1.0n─土钉层数。取ηb第一排土钉：Δℎℎ第二排土钉：Δℎℎ第三排土钉：Δℎℎ第四排土钉：Δℎℎ第五排土钉：Δℎℎηηηηηη3.2.3单根土钉的轴向拉力标准值Nk,j=1cos式中：Nk,j─第j层土钉的轴向拉力标准值(kN)[1]αj─第j层土钉的倾角(°)[1]ζ─墙面倾斜时的主动土压力折减系数[1]；ηj─第j层土钉轴向拉力调整系数[1]pak,j─第j层土钉处的主动土压力强度标准值(kPa)[sxj─土钉的水平间距(m)[szj─土钉的垂直间距(m)[代入数据，将过程列在下表中：表3.3单根土钉轴向拉力标准值土钉1ζηpN第1排1.0352760.70351.097225.7820.60第2排1.0352760.70351.06348.366.48第3排1.0352760.70351.029612.479.35第4排1.0352760.70350.995948.6535.29第5排1.0352760.70350.962184.8359.443.2.4单根土钉的抗拔承载力验算基坑安全等级为二级，取Kt计算过程如下：表3.4抗拔承载力验算土钉Rk,j（kNNk,j（kNR第1排59.9320.602.91第2排83.916.4812.95第3排88.949.359.51第4排108.7435.293.08第5排135.5159.442.28由上述计算可知：R抗拔承载力符合设计要求。3.3杆体直径计算Ni≤fyASNi=γ0γFN式中：Ni─第j层土钉的轴向拉力设计值(kN)fy─土钉杆体的抗拉强度设计值AS─土钉杆体的截面面积(m2基坑安全等级为二级，取：γ拟取钢筋等级为HRB400，则有：f那么：表3.4杆体直径计算土钉Nk,j（kNNi（kNNify第1排20.6025.7671.54第2排6.488.1022.49第3排9.3511.6932.48第4排35.2944.11122.52第5排59.4474.30206.38取土钉d=A3.4面层及排水构造表3.5土钉墙构造要求[4]参数设计要求混凝土面层喷射混凝土面层；厚度宜取80mm～100mm喷射混凝土设计强度等级C20喷射混凝土面层中的钢筋在喷射混凝土面层的设计中，钢筋网和加强钢筋应该进行配置。钢筋网建议采用HPB235级钢筋，直径在6mm~10mm之间，网间距应在150mm~250mm之间；钢筋网之间的搭接长度应大于300mm。加强钢筋的直径应在14mm~20mm之间，并且在充分利用土钉杆体的抗拉强度时，加强钢筋截面面积不应小于土钉杆体截面面积的二分之一。排水构造当土钉墙墙后存在滞水时，应在含水土层部位的墙面设置泄水孔或其它疏水措施。在设计土钉墙时，土钉和加强钢筋应进行焊接连接，以确保连接能够承受土钉的拉力要求。如果在土钉受力情况下，喷射混凝土面层的局部承载力不足，应采取加强措施，例如设置承压钢板等。在本设计中，选取10mm厚C20混凝土面层；设置钢筋网，选用HPB300级钢筋，φ6.5@150×150；设置水平加强钢筋，取HRB400级钢筋，直径20mm。图3.4面层设计详图3.5稳定性验算minKs,1,Ks,i=式中Ks─圆弧滑动整体稳定安全系数；安全等级为二级、三级的土钉墙，Ks分别不应小于1.3Ks,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cj、j、─第jbj─第j土条的宽度(m)lj─作用在第j土条的圆弧长度(m)，取；lqj─作用在第jΔGj─第j土条的自重θj─第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(R'k,kαk─第k层土钉或锚杆的倾角(θk─滑弧面在第k层土钉或锚杆处的法线与垂直面的夹角(sx,k─第ψv─计算系数[3]，可取ψv＝0.5sin（θ图3.5土钉墙整体稳定性验算采用理正软件进行计算：min稳定性满足设计要求。第4章第2支护段土钉墙支护设计4.1土钉参数依据设计规范，土钉墙支护参数的选取原则及本设计土钉墙参数选取见下表：表4.1土钉参数序号参数参数选取1坡度由于周边场地的限制，坡度为1：0.3.。2施工工艺土钉墙的钢筋土钉拟采用洛阳铲成孔。3土钉间距、倾角、长度水平间距：1.5m垂直间距：1.5m土钉倾角：15°共计5排土钉，长度分别为：9.0m、9.0m、7.0m、7.0m、7.0m图4.1土钉支护剖面图[2]图4.2土钉平面布置图4.2单根土钉抗拔承载力验算4.2.1单根土钉的极限抗拔承载力β=φβ+图4.3土钉抗拔承载力计算简图根据图4.3可知：第一排土钉：liR第二排土钉：在第2土层的长度为0.931m，在第3土层的长度为4.755m.。R第三排土钉：li=4.621m，均在第R第四排土钉：li=4.740m，在第3土层，liR第五排土钉：liR4.2.2单根土钉轴向拉力标准值4.2.2.1坡面倾斜时的主动土压力折减系数根据设计资料可知，土钉墙坡度为1：0.3，那么：则有：ζ==4.2.2.2土钉处的主动土压力强度标p==13.59p==6.26p==9.63p==28.09p==46.554.2.2.3土钉轴向拉力调整系数取ηb那么列表计算如下：

表4.1ηa的位置埋深zΔℎℎ第1排土钉1.5030.57210.18207.89第2排土钉3.0014.0876.7674.65第3排土钉4.5021.6787.2282.34第4排土钉6.0063.20164.32145.36第5排土钉7.50104.73123.0683.78求和//661.54594.02ηηηηηη4.2.3单根土钉轴向拉力标准值计算过程如下：表4.2单根土钉轴向拉力标准值土钉1ζηpN第1排1.0352760.70091.084430.5724.06第2排1.0352760.70091.054714.0810.78第3排1.0352760.70091.025121.6716.12第4排1.0352760.70090.995463.2045.65第5排1.0352760.70090.9658104.7373.404.2.4单根土钉抗拔承载力验算基坑安全等级为二级，取Kt计算过程如下：表3.4抗拔承载力验算土钉Rk,j（kNNk,j（kNR第1排89.3624.063.71第2排125.4910.7811.64第3排104.4716.126.48第4排127.2545.652.79第5排159.1773.402.17由上述计算可知：R抗拔承载力符合设计要求。4.3杆体直径计算基坑安全等级为二级，取：γ拟取钢筋等级为HRB400，则有：f那么：表4.3杆体直径计算土钉Nk,j（kNNi（kNNify第1排24.0630.0783.52第2排10.7813.4737.43第3排16.1220.1555.97第4排45.6557.06158.51第5排73.4091.75254.85取土钉d=A4.4面层及排水构造

在本设计中，选取10mm厚C20混凝土面层；设置钢筋网，选用HPB300级钢筋，φ6.5@150×150；设置水平加强钢筋，取HRB400级钢筋，直径20mm。图4.4面层设计详图4.5稳定性验算采用理正软件进行计算：min稳定性满足设计要求。第5章基坑的监测5.1监测布置监测布置应遵循下列要求：表5.1基坑监测布置监测内容监测布置坡顶及桩顶沉降、横向发生的变形监测支护结构的顶部要设置横向发生变形和垂直变形监测点，布置间距为20m左右。深大支护结构的横向发生的变形的监测支护结构中要设置相关检测装置，监测点布置在基坑两侧、阳角处及邻近建筑物及地质条件差的地方。主要用于监测桩身的变形。内力监测利用螺栓测力计对预应力螺栓进行监测，了解预应力的动态变化和螺栓的长期性能。监测点布置在基坑两侧、阳光明媚角、相邻建筑物和地质条件差的地方。同一剖面的锚杆都设置有相互对应的测点。巡视监测巡视检查的内容应该包括以下几个方面：地表、桩锚支护结构是否出现裂缝并记录其出现的位置和时间；地面是否发生鼓胀或沉降，记录发生的位置、形态、面积、幅度和时间；记录异常水体的渗漏位置以及渗漏量等。5.2监测周期监测周期见下表：表5.2基坑监测周期[3]工况监测周期围护体系最上端横向发生的变形、围护体系最上端的垂直变形、工程周围所发生的垂直方向的移动、锚杆的拉力工程动工到工程竣工后结构未达到交付使用要求前的这段时间里应该1次/1天；工程动工到工程竣工后到整个工程最下端完成前这段时间里应该1次/3天；整个工程最下端竣工后到再次充土未完工这段时间里1次/15天支护结构最底端的横向变形工程动工到工程竣工后整个工程交付使用前的这段时间里1次/天；工程动工到工程竣工后整个工程交付使用前到围护结构最底端完成前的这段时间里1次/10天；围护结构最底端完成后到再次充土未完工时的这段时间里1次/30天。稳定性检查工程动工前到工程竣工后整个工程全部完工前这段的时间为每天2次；工程动工后到整个工程交付使用前这段时间为每天1次。当出现下列情况下之一时，应提高监测频率：表5.3基坑监测提高频率的情况序号情形1监测数据出现较大变化或变化速率加快2施工过程中超过设计工况进行超深、超长开挖，或未及时采取加锚措施3基坑周边大量积水，长时间连续降雨，或市政管道泄漏4基坑附近地面荷载突然增加，或超过设计限值5支护结构出现开裂，或周边地面出现较大的沉降或严重裂缝6还有其他可能影响基坑及周边环境安全的异常情况7对发生危险的过载物，如未按施工要求挖掘，支护结构体系质量不正常，应对异常部位临时增设监测点，24小时不断观察和观察8监测数据达到预警值5.3应急措施当监测结果超过警报值时，可采取如下措施：表5.4应急措施[9]序号情形1封锁路面是指立即堵住当地的道路以限制车辆和行人的通行，以达到安全目的的措施。因此，应当立即采取行动，阻止道路的通行。2立即停止该范围的土方挖掘，并通知设计者到场。3在坡后卸货，用坡土的压力或倾斜支撑等方法来减缓坡的位移。4修复坑底或维修后侧土体的裂缝，防止地表水渗入。5在桩顶的外侧设定锚点，以确保支撑结构的稳定性。6缩短位移监测时间，及时分析事故原因，避免事态恶化，并找到最有效的解决方案，以确保工程的正常进行。7累计变形超过警报值：调整土方的挖掘顺序，减缓土方的挖掘速度，加强锚定，弥补井底、井外注水等。8必须准备施工现场所需的沙袋、多层板、脚手架管等紧急材