《某小区深基坑支护设计》8100字（论文）

某小区深基坑支护设计摘要本设计是对雄安某小区的深基坑的支护设计。本文在对现场勘探得出的工程地质、水文条件以及项目周边环境条件的基础上，根据现行的国家基坑支护设计规范，在考虑基坑支护设计的安全可行性以及经济可行性的情况下选择了桩锚支护的基坑支护设计。基坑深度15米，面积3840㎡。关键词：基坑支护设计；桩锚支护；土压力计算；稳定性；目录TOC\o"1-3"\h\u30308第一章引言 1178301.1选题的意义 1123461.2国内外深基坑支护技术的研究现状 124352第二章基坑工程概况 3244422.1基坑概况及工程环境 3277692.2地形地貌 4153002.3水文地质条件 4188772.3.1勘察期间地下水位及动态 4205362.3.2地下水及土的腐蚀性 4327052.4基坑周围土层分布 4275592.5地质构造及地震 511810第三章基坑支护设计方案选择 6130873.1基坑等级划分 6250993.2常见的支护方案简单介绍 6291993.2.1放坡开挖 6103333.2.2土钉墙支护和复合土钉墙 7236383.2.3板桩支护 7240503.2.4排桩支护 7230313.2.5地下连续墙 859013.3支护方案选择 8290043.3.1基坑支护体系的选用原则 8325683.3.2支护方案选择 819436第四章基坑支护结构计算 9238344.1基坑支护结构设计依据 9295994.2土压力计算 95334.3锚杆设计 1541164.4排桩设计 17275554.4.1桩身长度计算 17295014.4.2桩身配筋计算 17196624.5稳定性验算 1826206第五章结论 22842参考文献 23第一章引言1.1选题的意义现在的社会经济发展是越来越快了，人类的城市建设和生活环境都发生了非常大的改变。人们对功能性建筑的需求越来越大，但是可供人们开发和利用的土地却越来越少，这种情况迫使着人们不得不建造很多的超高层同时还要建造更多的地下建筑。对于高层建筑的稳定性要求变得越来越普遍也越来越严格。超高层建筑当然也要在地面以下有高度很大的基础，所有高层建筑必然也要有前期的深基坑了。而这一切都需要以深基坑工程的技术作为进步的基点，我们国家的深基坑工程也正在扩大和进步，深基坑建设也取得了更多的关注。在目前的这种趋势下，我们在进行深基坑建设的同时，也在基坑建设中，遇到了很多问题，所以我们需要进行努力去寻找和设计一些经济合理，而且非常安全的基坑支护方案。对于大学生来说，一方面进行深基坑支护设计可以让我提前接触深基坑支护这一发展迅速、意义重大的相对顺应浪潮的前沿学科。另一方面，完整的基坑支护设计过程基本涵盖了土木工程专业本科大学生大学四年所学的全部土木工程相关的专业课程的知识，就像是土力学，混凝土，钢结构，岩土工程检测等，而且其中还涉及到一些土木工程相关的软件的运用，如CAD制图，理正深基坑等。可以说，一个完整的基坑支护设计，就是土木工程专业本科大学生所学专业知识的有机结合，所以说基坑支护设计对于一个本科毕业生的最主要的意义就是可以检验和锻炼学生自身对土木工程专业能力和技能整体掌握和综合准确运用。此外，独立自主的完成此类设计，很大程度上引导学生在设计中对本专业的一些相关设计流程进行提前熟悉，这种在设计过程中的感悟和工作状态在学生毕业后参加工作的过程中会起到至关重要的积极作用。1.2国内外深基坑支护技术的研究现状Rankine在19世纪中期提出了郎肯土压力理论，该理论是通过对极限平衡理论分析所得出的，现如今此理论广泛应在相关规范中对于土压力的计算，因为他的计算结果与实际非常相符，而且该理论的实用性非常高。Terzaghi等人在20世纪初，在对挡土墙结构进行研究模拟的时候，通过研究分析土颗粒的极限状态与支护结构变形的之间的关系，提出了一种总应力法用以计算支护结构荷载的大小，这是一直沿用至今的应力理论，而且在现在的应用中还在被不断研究和改进。Eide等人20世纪中期提出了关于基坑底部隆起的分析理论，进一步完善了关于基坑的稳定性分析的相关理论，稳定性分析的这一理论对之后的相关研究以及工程分析也产生了非常深远的积极影响。随着ChangandDuncan等人在深基坑变形相关问题中使用了一些关于有限元分析的方法，基坑开挖对环境影响的相关问题的分析方法的研究一定程度上得到了发展。20世纪前中期，我国受经济实力发展的时间相较于国外较为落后的影响，在基坑工程理论和地下工程建设方面的研究的发展历史明显落后于国外，在1980s之前，依照当时的国内建筑的风格和形式，不难发现国内当时的基坑深度大体上都是4米左右，就算有地下室的，也仅仅只有一层，通常人们只凭一直以来的工程经验进行放坡开挖就可以解决建筑基坑开挖和地基建设的问题REF_Ref10312\r\h[3]。1978年以后，我们国家经济的进步带动了施工技术和研究的进步，深基坑支护设计就是这其中之一。中国人口很多，地上空间当然不够用，我们中国就必须搞地下空间的研究了，可以说在未来的城市发展进程中，地下空间的利用和发展将占主导地位。在对地下空间进行开发的过程中，当然会需要基坑支护，而且对基坑支护的需求和要求也会变大，所以说进行深基坑支护之类的研究是非常符合实际情况的很有意义。从新中国成立到现在，随着经济的发展，我国关于深基坑支护技术的应用及研究发展终于已经和世界同步，并且在很多方面，我国也研究和形成了属于中国特有的基坑支护技术并且在一些相关领域也达到了世界领先水平。顺应社会全面发展需要，对深基坑支护结构的研究和方案的设计进行不断优化、努力研究探索新的支护结构变形计算方法、大力进行支护结构设计的研究试验使得在未来，深基坑支护将会变得更加安全人们处理深基坑支护问题也会非常成熟精准REF_Ref10005\r\h[6]。第二章基坑工程概况2.1基坑概况及工程环境此次设计的拟建场地在雄安新区，场地现状为空地及中铁十二局项目部生活区，此处地势平坦，交通便利。拟建场地要求，基坑安全等级一级，基坑适用年限为一年，基坑深度15米，长度80米，宽度48米。场地周边环境如图2-1图2-1场地位置平面图2.2地形地貌拟建场地的地貌单元属于冲洪积平原，在地貌形态上非常单一，场地现状为空地及项目部生活区，地势平坦。2.3水文地质条件2.3.1勘察期间地下水位及动态根据本项目勘察资料，该地区的稳定水位埋深为24.90～25.90m，地下水位根据雄安地区的季节变换而改变，年变幅度基本在一米以上两米以下。近年来受工农业地下水开采的影响，地下水位呈下降趋势REF_Ref15613\r\h[7]。2.3.2地下水及土的腐蚀性根据国家规范的相关规定判定以及对场地中的水源经检测，认定可以忽略地下水对混凝土结构的腐蚀，所以可以认为地下水的腐蚀作用不会对地下的混凝土结构产生破坏。2.4基坑周围土层分布此次勘探最大深度为65.0m，在此次勘探的分析后，拟建场地涉及的主要地层为为三类土：黏性土、粉土和砂类土。本工程地层划分主要依据《雄安规划建设BIM管理平台数据汇交标准(地质篇)》（2019年2月1日）中地质模型工程地质层的层组划分规则。按照实际揭露的地层，鉴定现场地层性质，再结合相关土工试验和原位测试的结果整理基坑土层的分布情况各个物理参数如下：表2-1基坑土层分布土类名称层厚重度浮重度黏聚力内摩擦角度与锚固体摩擦角度压缩模量杂填土3.3m21.0105.0015.001710.0粉质粘土4.5m19.11026.0016.00258.1粉土5.2m19.01020.0025.00348.0粉土10m19.11022.0022.003420.0粉质粘土12m19.51026.0016.005210.02.5地质构造及地震拟建场地地质构造按照雄安新区地质构造即可。拟建场地周边不存在可以影响地区稳定性的区域活动断裂，该地属于地质构造稳定场地。根据国家抗震规范，判定拟建场区地形平坦，地层稳定，场地地基土不液化，没有发现其它的不良的地质作用，在抗震地段划分上划分为建筑抗震一般地段。第三章基坑支护设计方案选择3.1基坑等级划分对于支护结构的安全等级的划分按照规范所规定，整理如表3-1所示。表3-1支护结构的安全等级根据国家规范相关规定，安全等级为一级的基坑开挖深度≥10m或者是基坑破坏严重的基坑REF_Ref10773\r\h[8]，按照规范，在本设计中，基坑的开挖深度是15米显然开挖深度大于10米，所以本设计中的基坑支护结构安全等级为一级。3.2常见的支护方案简单介绍 在基坑的开挖过程中要不要采用支护结构、需要采用哪一种支护结构，这需要具体情况具体分析，影响因素为基坑的周边环境、待建的建筑物、建筑物地下建筑工程结构、拟建场地相关地质水文、施工方式和时机等，要按照环境、经济、技术来综合确定。下列简单的概括了一些支护结构形式。3.2.1放坡开挖放坡是指将基坑挖成具有合适的坡度并且满足稳定性要求的斜坡。可以说在一定需要的前提下，放坡开挖是相比于其他基坑开挖方法中最为方便快速的方法。运用此方法要满足的条件主要有三种，分别为：土质、地下水和场地周边环境条件。从土质情况下来看，一般它适用于一些个种类的粘性土、被风化的岩石或粘土等条件；对于地下水，在地下水位较低的情况下它才可以被使用，如果存在人工降水的措施，也算是符合条件；对于基坑周边环境，在有空间进行放坡的同时，基坑放坡也不能对基坑周边的正常运行秩序产生影响，此外还要求放坡不能影响和损害周边的基础设施或者建筑物。放坡开挖不仅可以单独使用，而且也可以于其他的基坑支护方式相结合。3.2.2土钉墙支护和复合土钉墙（1）土钉墙支护土钉墙支护指的是土层内布置排列紧密的土钉加固受力，基坑土体表面喷射混凝土面层防止滑塌此两者一起产生作用从而一种支护形式。它的主要受力构件是土钉。土钉制作是指在土壁上预留打好的有一定斜度的孔，然后将设计好的合适的金属制作成的杆件放置到孔中，布置好土钉后，把金属杆件的顶端和钢筋网进行焊接，钢筋网是提前布置在混凝土面层内的，最后在进行所有预留孔的注浆封填。土钉墙支护适用于一般的粘性土、粉土、填土、碎石土等土层，它不适用的条件是一些软弱的的土层还有存在地下水土层。（2）复合土钉墙土钉墙支护所具有的经济方便的特点，使其被广泛应用。在一些其不适合被应用的场地，土钉墙支护技术通常配合一些其他合适施工条件的工程施工技术使用，从而形成了新的支护形式。比如将土钉和水泥土桩、预应力锚杆相结合的支护方式。这种方法在一定程度上使土钉墙支护的适用范围得到了极大的扩大。用此法形成的支护体系（结构）称为复合土钉墙。（3）喷锚支护表面上喷锚支护与土钉墙支护看似没有啥不一样的地方非常类似，但是这两种支护方式实质上有着天差地别的不同点，这表现在二者对进行基坑加固的机理上。对于喷锚支护这一支护类型，它主要靠锚杆来承受土层传来的各种力，锚杆一般是预应力锚杆，而锚杆受到的力又借用腰梁这一构件把压力传递到了被动土体区。3.2.3板桩支护在一些开挖深度较小的基坑中一般可以应用板桩支护。最开始的时候使用的是木制的板桩，现在一般使用各类钢板桩，在一定情况下也使用钢筋混凝土桩。3.2.4排桩支护排桩支护可以说是目前应用最为广泛的一种基坑支护形式。具体分类如下：悬臂桩墙式支护结构：没有内支撑和锚杆的排桩支护形式称为悬臂桩墙式支护结构，如果采用悬臂式排桩支护，则基坑的开挖深度不能很大，对于此深度有明确规定，规定它不宜超过六米，采用该法在基坑深度较大时，基坑的侧壁土体较容易发生位移，所以当基坑较深时一般不会考虑。内支撑排桩支护结构：内支撑排桩支护结构在排桩的基础上加上了内支撑，内支撑布置于挡土桩墙之间可以传递排桩受到的土压力。适用范围：基坑施工空间不大，基坑面积小。锚固排桩支护结构：在排桩支护过程中配合布置锚杆，排桩和锚杆相结合形成了这种新式的支护结构。锚杆的布置可以根据具体的工程要求灵活布置，适用性和实用性非常强。相较而言，现在设计理论最成熟的就是桩锚支护、相较来说地质条件对它的约束也比较小、在深基坑开挖中非常合适，所以在深基坑支护设计中经常采用此法。3.2.5地下连续墙地下连续墙支护是用专门的挖槽设备，按照一定的顺序沿基础或者地下结构边缘，根据规定的深度和宽度挖出一个沟槽，而后将提前制作好的钢筋笼安放在挖好的槽型孔之中，随之浇筑混凝土，最后将制作好的槽板连接在一起组成最终的一道钢筋混凝凝土地下连续墙。地下连续墙不仅可以自己挡土防渗，而且他也可以和土层锚杆或内支撑结构联合使用，更是可以成为建筑物地下结构的一部分。它的适用土质很广，一般没有限制，而且在结构设计合理的情况下加上支撑可以运用在任何深度。它唯一的缺点就是造价太高。3.3支护方案选择3.3.1基坑支护体系的选用原则满足安全要求：基坑支护体系的选择首先就要满足相关规范对基坑安全等级的要求，满足支护起的基坑在施工过程中的变形程度，保障项目施工人员的生命安全，同时也不能让施工基坑周围的其他的建筑物或者设施受到不利影响和破坏。符合经济需求：所谓经济，就是基坑支护结构和施工的工程费用，在保证基坑支护结构稳定的同时，也需要考虑所有其他的相关因素，最终选择经济并且满足施工要求的支护方案。保证正常施工：对基坑进行支护的目的是确保安全方便地进行主体建筑的施工，所以在进行基坑支护选择时，也要将主体建筑正常的施工工序能否安全顺利的完成考虑在内。3.3.2支护方案选择根据前文所列出的相关的拟建基坑所处的地形和基坑具有的地质条件，在安全等级上划分上，本基坑支护体系的安全等级为一级，基坑的开挖深度为15米，综合前文所列基坑支护结构的基本类型以及适用条件，本设初步计选择排桩支护。在综合考虑相关施工条件和经济条件后，最终选择本次设计的基坑支护方案为：钻孔灌注桩与预应力锚杆结合。本方案土方开挖施工和支护结构互不干扰。第四章基坑支护结构计算4.1基坑支护结构设计依据（1）《雄安自贸试验区综合服务管理中心项目岩土工程勘察报告》：（2）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120−2012）；（3）《混凝土结构技术规范》(GB50010−2010)；（4）《基坑土钉支护技术规程》(CECS96−97)；（5）《建筑边坡工程技术规范》(GB50330−2002)；（6）《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497−2009）；4.2土压力计算通过朗肯主动土压力公式对作用在基坑支护结构的主动土压力和被动土压力进行计算图4.1土压力计算简图（1）按照国家现行规范，水土合算的土层土压力计算时如下：pak=σKa,ippkKp,i式中，pak为支护结构外侧第层土中计算点的主动土压力(kPa)，ppk为支护结构内侧第层土中计算点的被动土压力(kPa)，规定当pak<0时，要取pak=0；σak为支护结构外侧计算点的土中竖向应力(kPa)，σpk为支护结构内侧计算点的土中竖向应力(kPa)；Ka,i为第层土的主动土压力系数、Kp,i为第层土的被动土压力系数；ci、φi分别为第i层土的粘聚力(2)土中竖向应力标准值计算土中σak=σσpk式中，σσΔσk,j在基坑边缘存在超载（均布荷载，如图4.2所示），设计时应考虑超载的作用应按下式计算，Δσk,j=q=p0b式中：p0为超载kN；b为超载宽度；a为聚集坑边缘的距离m；q为超载作用下附加竖向应力kPaREF_Ref11057\r\h[9]。图4.2地面条形附加荷载计算图σ=土压力具体计算按照上述土压力计算方法计算各层土压力系数Ka,i各层主动土压力系数：①K②K③K④K⑤KK各层被动土压力系数：①

K②

K③

K④

K⑤

K对以上数据进行整理得表4.1各土层主动与被动土压力系数土层KKKK杂填土0.590.771.691.30粉质粘土0.490.702.041.43粉土0.410.642.461.57粉土0.460.682.201.48粉质粘土0.410.702.461.57对各层土压力计算过程如下：1）点：2）点上：p3）点下：p4）点上：p5）点下：p6）点上：p7）点下：p8）点上：p9）点下：p10）点：p11）5.50m处：p12）8.50m处：p13）11.50m处：p14）15.00m处：p土压力分布图如下所示：图4.3土压力分布图4.3锚杆设计设计锚固体直径d=150mm极限粘结强度qsk对于锚杆的轴向拉力标准值Nk=FhsbacosαREF_Ref2365082\r\h[10]Fhs—锚杆水平间距(m)，取1.5m；baα—锚杆倾角(°),取15°；N对于锚杆的抗拔承载力有如下规定：RkNk≥KKt为锚杆抗拔安全系数，设计取R锚杆锚固段长度计算：Rk=πdqsikll自由段长度计算：lf≥aa1a2φmd—排桩尺寸（m），d=0.8m；​​​​​​​​​​​​​​取构造长度l所以锚杆总长度：l1=ln+锚杆直径计算：Ap=NfpyA因此此处选择1根型号为HRB400，直径为27.2mm的钢筋4.4排桩设计4.4.1桩身长度计算在此设根据下式计算：（q+解得x=1.686m设排桩的嵌固深度为y（土压力在零点以下），则0.5×求解得y=6.9m 计算嵌固深度为x+y=8.6m，在此取嵌固深度为10m。4.4.2桩身配筋计算设计基坑安全等级为一级，各参数取值如下：M=V=钻孔灌注桩混凝土型号选择为C30，钢筋型号都选用HRB335，桩身直径选择为1000mm，混凝土保护层厚度取50mmfy=f由基坑规范（JGJ120-2012）公式REF_Ref11569\r\h[11]：M≤α​​​​​​​α=0.214​​​​​​​​​A按照混凝土结构设计原理附表选筋可得As=4876ρ=相关规范要求桩最小配筋率为0.2%，所以满足配筋要求。4.5稳定性验算基坑出事的原因主要就是基坑的失稳，而基坑的失稳分为整体失稳和部分失稳。基坑的稳定性计算属于承载能力极限状态设计的内容，一般采用作用标准组合的效应进行验算。（1）抗倾覆稳定性验算根据抗倾覆稳定性计算公式REF_Ref11406\r\h[12]式中：KtMEME该设计基坑截面安全系数为一级，所以此处K分别计算主动区和被动区抗倾覆作用力矩得MM符合抗倾覆稳定性要求。（2）抗隆起稳定性验算基坑坑底抗隆起稳定性应满足规范公式：KdNcCuγ——ldh——q0基坑截面安全等级为一级K可得C满足坑底抗隆起稳定性要求。图4.4抗隆起验算简图1图4.5抗隆起验算简图2（3）整体稳定性验算图4.5本设计支挡结构的整体稳定性验算方法可以运用