《某城市碧桂园小区深基坑施工设计》18000字【论文】

某城市碧桂园小区深基坑施工设计摘要北侧和东侧采用刚性的，能减小位移变形的桩锚支护体系；南侧和西侧采用兼具两者特点的上部分为土钉墙，下部分为桩锚的组合支护结构。本设计的主要涉及内容如下：通过经典法，即每次开挖都超挖0.5m后，对锚索这一支护结构进行水平力计算。即选取合适的绞点，使得所有力在绞点处的合力矩为零，来进行计算。依照根据桩身所受的最大的弯矩、剪力等，对支护桩的桩身截面验算、配筋计算等设计。对土钉墙的放坡系数、锚杆密度和长度、混凝土保护面层的配筋等进行设计。土钉墙下的桩锚支护结构设计部分的具体设计方法上述的刚性桩锚支护设计基本一致。在全部支护结构计算完成后，需要对基坑进行各项需要的稳定性验算，包括局部结构稳定和整体稳定。同时，基坑的开挖的过程中需要进行降水作业，故需要进行降水设计。变形监测也是基坑设计的重要组成部分，以此来监测支护结构的安全性。在设计完成后，用理正深基坑设计软件的设计结果和本工程设计手算结果进行对比，验证表明基坑设计相对保守。在整个设计书的最后还进行了施工组织设计，主要是对基坑开挖的一些核心工序进行叙述。关键词：深基坑土钉墙桩锚降水设计目录TOC\o"1-3"\h\u274521.绪论 1303181.1.设计的主要内容 1229781.2.工程概况 1126681.3.支护方案的选择 291902.土压力计算 3292932.1.土压力系数 3241982.2.各土层的主动土压力 4145613.桩锚支护中的锚索受力计算 673703.1.第一排锚索计算 6274713.2.第二层锚索计算 7223863.3.第三排锚索计算 10308804.桩锚支护中的锚索设计 12241334.1.锚索配筋： 129210第一排锚索： 1314431第二排锚索： 1311857第三排锚索： 13184424.2.锚索自由端长度： 1328764.3.锚索固定端长度： 14253244.4.锚索设计长度 151405.支护桩设计 15121355.1.桩嵌固深度计算： 15322805.2桩身最大弯矩计算： 16268625.2.1第一次开挖 1646315.2.2.第二次开挖 17250205.2.3.第三次开挖 18170685.2.4.第四次开挖 19268155.3.桩身设计 19134476.桩锚设计验算 20115636.1.抗倾覆安全系数： 20147136.2.抗隆起稳定性验算 2295216.3.抗渗流稳定性验算 23323326.4.基坑整体稳定验算 23163747.土钉墙设计 23103617.1.土体侧压力 23269077.3.土钉拉力 24288307.3.土钉长度 24269577.4.土钉钢筋直径 25324127.5.混凝土保护面层及配筋计算 2522817.6.边坡稳定性验算 26174327.7.抗滑移稳定性 26228727.8.抗倾覆稳定性 27253728.墙下桩锚索水平力计算 27203428.1.第一排锚索水平力计算 27314668.2.第二层锚索水平力计算 28160558.3.第三层锚索水平力计算 3065959.墙下桩锚索设计 31272529.1.锚索配筋 31191469.2.锚索自由端长度： 31128299.3.锚索固定端长度： 324189.4.锚索设计长度 33422910.土钉墙下支护桩设计 33167110.1.桩嵌固深度计算 3336310.2.桩身最大弯矩计算： 342744010.2.1.第一次开挖 341054310.2.2.第二次开挖 35748310.2.3.第三次开挖 361808310.3.土钉墙下支护桩桩身设计 361052711.土钉墙下桩锚设计验算 372554911.1.抗倾覆安全系数： 37680111.2.抗隆起稳定性验算 392312311.3.抗渗流稳定性验算 392600311.4.基坑整体稳定验算 391643212.基坑降排水 402648012.1.基坑内降水 40200712.2.基坑排水 412914713.变形监测设计 412690113.1.基坑变形监测的内容 412426313.2.基坑变形监测方法 411078013.3.基坑变形监测周期 422475213.4.监测数据处理及信息反馈 433205714.计算机结果验算 43计算书1.绪论1.1.设计的主要内容支护方案选择与初步设计；土压力计算，计算锚索水平力；支护桩的计算及配筋；锚索的选择及设计；桩锚结构的整体验算。土钉中土钉、放坡角、混凝土保护面等设计；基坑稳定性与变形验算与监测设计；降水工程设计。1.2.工程概况拟建造的工程场地在北京市通州城区。基坑的设计尺寸计划为150m×85m×12.8m，基坑支护结构在本次基坑支护设计中的安全等级为一级。水文地质条件：在地质水文探测报告中探得水位埋深为4.3-6.7m，这里设计中将计划水位深度取为5m。根据地下水各项条件表明，主要含水层为③粉质粘土、④含泥中砂、⑥含卵砾粗砂。以上的三个土层的透水性良好。在以下的设计计算中，为了简便计算将第⑤层含泥中砂层也作为透水层进行设计。总体而言，土层透水情况良好，地下水位较高，在基坑底部存在一定的水压力，故挡水结构在施工阶段不出现渗水现象。且为便于施工，需进行施工组织设计。周围地质情况良好，除含泥中砂层较为软弱外，无其他明显地质问题。场地岩土条件主要如下图：1.3.支护方案的选择本项目基坑支护设计方案：因北侧和东侧临近建筑，故采用全刚性桩锚支护体系以减小位移变形；南侧和西侧距离公园、公路等开放性结构具有一定的距离，故可采取有一定柔性二使得变形略微增加且便于施工的上部采用小放坡系数放坡的土钉墙，下部采用刚性桩锚的组合支护结构。在桩锚的支护体系中，预计补布设三排锚索支撑，并采用锚索连梁进行连接。在初步设计中预计布设三排锚索支撑，根据查阅的各种规范资料取锚索间水平间间距为2m，竖直间距取较为合理的3m。分别位于5m、8m、11m处。整个基坑在设计中需要七个工序，分四步开挖，因为土钉墙高度的约束，第一次开挖为4m。因为第一次开挖，挖掘高度小，且位于表层土压力也比较小，导致桩的内力较小，故井粗略估算可不进行支撑。其后设计采用超挖进行开挖，即每次开挖到下一排锚索下0.5m处，超挖深度为0.5m。最后一次开挖深度为1.8m。在本次的工程的设计中将支护桩定为直径1m的灌注桩。支护桩之间因间距一米，故各桩之间相切，紧密浇筑。南西两侧的结构中，土钉墙下的支护桩在各项初步设计的参数与桩锚支护中支护桩的各项参数相同。同样铺设三排锚索，并采用锚索端部采用连梁连接为一个锚固支撑体。三排预设的锚索支撑，根据查阅的各种规范资料取锚索间水平间间距为2m，竖直间距取为较为紧凑的2.5m。分别位于6m、8.5m、11m处。后设计采用超挖进行开挖，即每次开挖到下一排锚索下0.5m处，超挖深度为0.5m。降水方案：降水计划采用止水帷幕与管井降水与明沟排水相结合的立体的降排水方式。止水帷幕采用施工工艺简单，经济成本节约的高压旋喷水泥土桩，基坑内部沿支护结构布置管井降水。坡顶部分和基底需进行排水，为便于施工采用明排水。在东北两侧桩锚中，止水帷幕在支护桩外侧浇筑。但两排桩可相切浇筑，紧密相接以减少变形。在土钉墙一侧，止水帷幕浇筑在距土钉墙破顶两米处，为土钉墙中的锚杆施工留有一定的空间。且在基坑内部布设一周管井，以保证基坑内部在施工工程中不出现明显的地下水渗出。初步计算降水深度Hj=r2.土压力计算2.1.土压力系数主动及被动土压力系数：Ka1Ka2Ka3Ka4Ka5Kp1Kp2Kp3Kp4Kp52.2.各土层的主动土压力本工程的初步设计之中，因为含水层透水情况良好，为了简便计算且对计算结果影响不大，在计算基坑附近的各层土压力时，按照水土分算的方法。在下面的计算中，pki表示第i层土在与上层土的交界面处，按第i层土的系数计算出的土压力；pkipak1=20×=0kPapak1=(20+17×=42.1×=12.52kPapak2=42.1×=9.43kPapak2=(42.1+18×=108.7×=42.06kPapak3pak,d=(108.7+8×=171.1×=150.64kPapak3=(108.7+8×=178.3×=163.17kPapak4=178.3×=168.87kPapak4=(178.3+10×=186.3×=177.44kPapak5=186.3×=175.09kPapak5=(186.3+8×=203.9×=205.71kPapak6=203.9×=184.9kPapak6=(203.9+10×=229.9×=219.56kPapak7=229.9×=252.76kPapak7=(229.9+10×=286.9×=339.86kPa3.桩锚支护中的锚索受力计算本工程中的锚索支护预计按照经典法的内力计算方法对桩锚支护中的各锚索点进行计算。在进行初步规划时，选择了深度较深的三个位置，即5m、8m、11m处，设置三排强度较高的锚索水平支撑。三排支撑在七个工序中分别位于第三、第五、第七步，即先进行超挖后，再进行水平支撑的布设。为土钉墙高度的约束，第一次开挖为4m。因为第一次开挖，挖掘高度小，且位于表层土压力也比较小，导致桩的内力较小，故井粗略估算可不进行支撑。其后设计采用超挖进行开挖，即每次开挖到下一排锚索下0.5m处，超挖深度为0.5m。过程为，找到在哪一个深度里主动土压力和被土压力相等，并且将这个点所在位置作为绞点所在位置，并对于此点的，开挖后坑底到此点的主动土和地面到此绞点的被动土压力的力矩和，最后加上锚索相对于绞点的力矩，使得绞点的总力矩为零。具体三层锚索所受集中力计算过程如下。3.1.第一排锚索计算开挖至8.5m时，即对开挖深度达到第二排水平力支护所在位置，并进行了0.5m的超挖后，方可根据上述的经典法来计算第一排锚索设计位置的水平分力T1。ppk,m1z1=2×=22.85kPappk,m1z1=18×=93.6×=213.8kPappk,m1z1设铰点在距离开挖深度y1pak,m1pak,m1=(108.7+3.5×=90.78+13.92yppk,m1=18×=22.85+36.72y解得y1则p=σ=18×=132.28kPa主动土压力合力Ea,m1=1+1=8.14+95.26+564.86=668.26kN/m被动土压力合力Ep,m1=1=231.14kN/m第二次开挖后坑底到此点的主动土压力合力和地面到此绞点处的被动土压力合力距离铰点的距离：ℎa,m1=[12.52+(42.06−9.43)+(132.28=3.6mℎp,m1=[22.85=1.14m锚索距离铰点的距离：hTI=8.5-5+2.98=6.48m锚索拉力T解得在第一排锚索位置，保持力矩平衡的水平分力为T1=330.6kN/m3.2.第二层锚索计算开挖至11.5m时，即对开挖深度达到第三排水平力支护所在位置，并进行了0.5m的超挖后，方可根据上述的经典法来计算第二排锚索设计位置的水平分力T2。ppk,m2z1=2×=22.85kPappk,m2z1=18×=39.6×=103.64kPappk,m2z2=39.6×=95.47kPappk,m2z2=(39.6+20×=55.6×=134.64kPappk,m2z3=55.6×=136.28kPappk,m2z3=(55.6+2.2×=95.2×=217.06kPappk,m2z3设铰点在距离设计开挖深度y2pak,m2pak,m2=(186.3+8×y2=175.09+13.92yppk,m2=(55.6+18×=136.28+36.72y解得y2则p=σ=(55.6+18×=198.7kP主动土压力合力Ea,m2=1+1=8.14+95.26+892.75+138.52+317.72=1452.39kN/m被动土压力合力Ep,m2=1+1=139.14+92.04+284.73=515.91kN/m第三次开挖后坑底到此点的主动土压力合力和地面到此绞点处的被动土压力合力距离铰点的距离：ℎa,m2=[12.52×+(42.06−9.43)+(163.17−42.06)+(177.44−168.87)+(198.7−175.09)×=5.03mℎp,m2=[22.8595.47136.28×=1.72m锚索距离铰点的距离ℎT2ℎT1−2锚索拉力T解得在第二排锚索位置，保持力矩平衡的水平分力为T3.3.第三排锚索计算基坑开挖到12.8m，直接开挖到本工程设计深度后，计算在第一排锚索设计位置的水平分力为T3。ppk,m3z1=2×=22.85kPappk,m3z1=18×=16.2×=55.9kPappk,m3z2=16.2×=45.94kPappk,m3z2=(16.2+20×=32.2×=79.81kPappk,m3z3=32.2×=88.54kPappk,m3z3=(32.2+2.2×=71.8×=169.32kPappk,m3z4=71.8×=215.4kPappk,m3z3设铰点在距离第五层底部处主动土压力合力Ea,m3=+1=8.14+95.26+892.75+138.52+418.88=1553.55kN/m被动土压力合力Ep,m3=1×=31.23+38.68+219.58+350.03=637.49kN/m第四次开挖后坑底到此点的主动土压力合力和地面到此绞点处的被动土压力合力距离铰点的距离：ℎa,m3=[12.52×+(42.06−9.43)×+(163.17−42.06)×+(177.44−168.87)×+(205.7−175.09)×=5.18mℎp,m2=[22.85×+45.94×+88.54×=0.881m锚索距离铰点的距离ℎT2−3ℎT1−3ℎT3锚索拉力T解得在第一排锚索位置，保持力矩平衡的水平分力为T4.桩锚支护中的锚索设计4.1.锚索配筋：N=NNN：锚索轴向拉力设计值；Nk：锚索轴向拉力标准值rfr0bzαis：锚索间距；fpy:预应力筋拉强度设计值Ap：预应力筋的截面面积在初步设计中，拟采用高强度锚索提供水平支护力，由强度及经济方面的考虑，选用抗拉强度设计值为1220N/mm2的公称直径为15.2mm的1第一排锚索：N1Ap选用六根标准钢绞线，采用合理胶结方式集合成锚索束进行支护。第二排锚索：N2Ap选用六根标准钢绞线，采用合理胶结方式集合成锚索束进行支护。第三排锚索：N3Ap选用四根标准钢绞线，采用合理胶结方式集合成锚索束进行支护。4.2.锚索自由端长度：llfa1:锚索在锚固连梁上固定位置的中点位置到基坑设计a2：基坑底面设计高度值至基坑内侧主动土压力和外侧被动土压力bzφm：基坑内侧主动土压力和外侧被动土压力等值点φ第一排提供水平力的锚索所计算出的自由端长度：ll取l第二排提供水平力的锚索所计算出的自由端长度：ll取l第三排提供水平力的锚索所计算出的自由端长度：ll取l4.3.锚索固定端长度：RKt：锚索抗拔安全系数，安全等级为一级，Nk：锚索轴向拉力标准值Rk：极限抗拔承载力特征值Rd:锚固体直径。qsik：锚固体的极限粘结强度标准值。li：锚索土层中的全部锚固段的长度，且这个部分不能在理论直线滑动面以内，需取滑动面以外的部分lk1lk2lk3第一排锚索：选用0.32m套筒。RK1l1(l所以，第一排锚索的锚固长度为l第二排锚索：选用0.32m套筒。RKl2(l所以，第二排锚索的锚固长度为l第三排锚索：选用0.25m套筒。RKl3(l所以，第三排锚索的锚固长度为l4.4.锚索设计长度第一排锚索总长度L1=l1第二排锚索总长度L2=l2第三排锚索总长度L3=l35.支护桩设计5.1.桩嵌固深度计算：在本工程中，基坑开挖完成至设计深度时，根据我们在第三排锚索的水平力的计算过程中，已知以下计算所需要的假设铰点M位于土层6与土层5相交处，其剪力为：Ep,m3vm设桩底端为N点，桩底距M点距离为ℎmn桩外侧主动土压力为:pakm=203.9×=184.9kPapakn=(203.9+10×ℎ=184.9+13.33kPaEa=184.9ℎ桩内侧被动土压力计算：ppkm=71.8×=215.4kPappkn=(71.8+10×=215.4+40ℎEp=215.4桩外侧主动土压力作用点到绞点的距离：ℎam=92.45+2.22桩内侧被动土压力作用点到绞点的距离：ℎpm=107.7+6.67对桩MN段底部N点力矩平衡：vm65.4=107.7ℎ解得ℎ则嵌固深度h''=3.9+2.49=6.39入土深度增大系数r0即，桩的嵌固深度h'=6.395.2桩身最大弯矩计算：5.2.1第一次开挖第一次开挖距地面4米处。则桩内侧被动土压力如下：ppk,w1z1=2×=22.85kPappk,w1z1=18×=59.57kPappk,w1z1设第一次开挖完成后，距开挖面x1米处J桩外侧主动土压力为：pak,j1=(42.1+18×=33.24+8.82kPa桩内侧被动土压力:ppk,j1=18×=22.85+36.72x解得xJ1点压力为p对J1M1=12.52×−22.85×=113.49kN∙5.2.2.第二次开挖第二次开挖后的开挖面设计值为距地面8.5米处。第一排锚索处桩外侧锚索以上所有土层的主动土压力合力为：E因Ea,w2'm1<T1，设开挖面以上有剪力为零的点为设在第二次开挖面以下，距离开挖面x2'米处Jpak,j2'=(108.7+8×=42.06+13.92x则T1−即330.6−103.4=(42.06+42.06+13.92解得：x2取J2,第一排锚索距开挖面ℎw1−2=3.5mJ2点压力为p=(108.7+8×=136.7×=90.78kPa对J2M2=12.52×(42.06−9.43)×(90.78=−228.27kN∙5.2.3.第三次开挖第三次开挖后的开挖面设计值为距地面11.5米处。第二排锚索处桩外侧主动土压力的值为：pak,m2=(108.7+8×=132.7×=83.82kPa第一排锚索处桩外侧锚索以上所有土层的主动土压力合力为：Ea,w3m2=8.14+95.26+(42.06+83.82)÷=8.14+95.26+188.82=292.22kN/m因Ea,w3m2第三次开挖后的开挖面设计深度处主动土压力pak,w3=(108.7+8×=160.7×=132.54kPa第三次开挖后的开挖面设计深度处以上的主动土压力的合力为：Ea,w3=8.14+95.26+(42.06+132.54)÷=8.14+95.26+567.45=670.85kN/m因Ea,w3经粗估算零点处大约在开挖面0.1m处，故将剪力为零J3第一排锚索距开挖面ℎw1−3=6.5m第二排锚索距开挖面ℎw2−3=3.5m对J3M3=12.52×(42.06−9.43)×(132.54=−937.58kN∙5.2.4.第四次开挖第四次开挖后的开挖面设计值为距地面12.8米处。开挖面处主动土压力pak,w4=(108.7+8×=171.1×=150.64kPa开挖面处设计深度处以上的土层的主动土压力的合力为：Ea,w4=8.14+95.26+(42.06+150.64)÷=8.14+95.26+751.53=854.93kN/m因Ea,w4经粗估算零点处大约在开挖面0.05m处，故将剪力为零J4第一排锚索距开挖面ℎw1−4=7.8m第二排锚索距开挖面ℎw2−4=4.8m第三排锚索距开挖面ℎw3−4=1.8m对J4M4=12.52×+(42.06−9.43)×(150.64=−1148.66kN∙5.3.桩身设计根据以上的计算结果，整个桩群的单位宽度所计算出的最大的弯矩M’=-1148.66kN∙m，支护桩的直径在初步设计中设为D=1.0m，桩中心间距在初步设计中选择1.0m，支护桩整体计划选用C30混凝土进行整桩浇筑，支护桩内部因弯矩较大选用高强度钢筋，即选用HRB400，基坑为一级支护桩身弯矩设计值M查表得ξ混凝土强度设计值：fc=14.3N/mm2支护桩的截面面积为：Az=πrz2=3.14x5002=785000mm2,混凝土α故可计算，ξ=在这里假设受压区面积所占圆心角为120°为受拉区域面积所占圆心角的一半，则受压区重心到圆心的距离x受压区重心到圆心的距离x受压区重心到平衡点的距离x'=受拉区重心到平衡点的距离x=MAAs=M−(支护桩根据受力特点，按照纯弯梁的模型进行配筋计算，受拉筋选用16根直径为32mm的HRB400钢筋。按照计算出的设计配筋方案，主筋面积为12864mm支护桩根据受力特点，按照纯弯梁的模型进行配筋计算，受压筋选用7根直径10mm的HRB400钢筋。按照计算出的设计配筋方案，受压筋面积为565mmρ已知支护桩在整个施工过程中所受的最大的剪力V'=350kN,混凝土采用C30混凝土，抗拉强度设计值：ft=1.43N/mm桩身剪力设计值V0.6因桩身可以提供足够的剪力，故只需要配构造箍筋。选用直径6mm的HRB300钢筋，螺旋设置，间距200mm。6.桩锚设计验算6.1.抗倾覆安全系数：K锚索轴力取锚索杆体与土层间的锚固力与锚索材料抗拉力最小值。第一排锚索锚固力：RK1=1232kN，第一排锚索材料抗力：第二排锚索锚固力：RK2=1234kN，第一排锚索第三排锚索锚固力：RK3=705kN，第一排锚索ppk,m3z4=(71.8+2.6×=123.8×=371.4kPappk,m3z5=123.8×=262kPappk,m3z5=(123.8+1.5×=153.8×=319.47kPaMmp=12.52×(42.06−9.43)×(163.17−42.06)×(177.44−168.87)×(205.71−175.09)×1(275.68=16104kN∙Mma=22.85×45.94×88.54×215.4×262×526×=22857kN抗倾覆安全系数：Kq6.2.抗隆起稳定性验算滑移线以墙为基础，是指基于普朗特支撑力理论，不考虑基坑大小形状等因素对隆起稳定的影响。KNNKs：γ1γ2D：桩的入土深度H：基坑开挖深度q：未开挖侧面的地面超载φ：桩底处土的内摩擦角c：桩底处土的粘聚力γ1γ2NqNcK抗隆起稳定性系数的验算结果符合要求。6.3.抗渗流稳定性验算地下水会绕桩下有整个支护桩的最下端向上部进行流动。这种因水流的移动而产生的渗透作用在墙的后面和墙的前面产生了一定的渗透力。如果水流产生渗透作用而产生足够大，及对应渗透作用产生的渗透压力足够大，其大于土颗粒向下作用的浮重度，土颗粒会随着水流向上的渗透作用热向上移动，这个土层也因土颗粒的移动而膨胀。为防止基坑的底部乃至侧壁部分因渗透作用而破坏，故需要根据基坑的水文地质条件进行抗渗流稳定验算。通常抗渗透系数要大于2.17K基坑的抗渗透验算结果符合要求。6.4.基坑整体稳定验算应该采用圆弧滑动简单条分法来进行管理设计的整体滑动稳定性设计，支撑结构原则上需要有锚索（锚索）的内部维护或外部结构，且在理论假设中墙是垂直的。与圆弧滑动面延伸的稳定性控制方法不同，滑动面的所取得圆心位置通常位于挡土结构的上方，且略靠近于基坑的内部。本基坑情况为统桩长20.8m，最下部分深入稳定土层1.5米，且基坑底部地质情况良好，软弱土层浅且厚度薄，对整体的稳定性影响极小。同时，本支护结构设置多道支撑时。采用高强度预应力长锚索。锚索整体长度已经超过圆弧法中的软弱滑动面，对基坑的整体滑动起到的良好的锚固作用，故不必考虑。7.土钉墙设计基坑支护安全等级为一级，土钉墙设计坡高Hp=4m,放坡系数取0.25，则土钉墙放坡的坡脚角度为α'=14°，坡宽经计算为1m。土钉计划打入角度为θ=15°，土钉墙中打入土体的锚杆之间的水平间距在初步设计中取为Sx=1.5m，土钉墙中打入土体的锚杆之间的竖直间距（这里取为垂直间距，而不是沿坡面的距离）在初步设计中取为S7.1.土体侧压力整个放坡土体所在土层简单，整体厚度浇薄，为了简便计算，这里直接取土层的加权平均内摩擦角φ'=1.3×15°+2.7×20°4由于c查表取土钉墙中打入土体的锚杆与土体之间的界面粘结强度τ=50kPaP=Ka1=cos=0.571侧压PPP7.3.土钉拉力N17.3.土钉长度土钉的局部稳定安全系数取为F这里α'=14°，θ=15放坡的土钉的锚固长度：La1土钉的自由长度：L1−1L1−2L1−3则放坡的土钉的长度：L1−1L1−2L1−37.4.土钉钢筋直径F计划在土钉中使用HRB335，则f土钉放坡钢筋的直径：d17.5.混凝土保护面层及配筋计算土钉墙进行支护保护作用的喷射混凝土保护面，在侧向土压力的作用下所受力的分布：因为SxP且PPc1混凝土保护面层按在本次计算中，根据其受力特点与实际情况，选择四边简支板这种比较契合的形式配置钢筋：S查《静力计算手册》中内力系数表得：K为了及时起到支护保护作用，混凝土喷射面层宜采用速干混凝土进行喷射浇筑，以便在较短的时间内取得足够的强度以维持放坡稳定。计划采用强度等级为C20的混凝土进行浇筑，fc=9.6N/mm2水平方向配筋qMa查表得：γA计算结果不满足最小配筋率，故需满足构造要求，采用HPB300，6@250。竖直方向配筋qMa查表得：γA计算结果不满足最小配筋率，故满足构造要求，采用HPB300，6@250。在土钉端部需要采用焊接的方法将土钉处配置承压钢板，使得土钉能更好的和混凝土保护面层更好的连接在一起，减少应力集中带来的影响。7.6.边坡稳定性验算本计算书中，将土钉墙在完成整体的加固后，其使得锚固土体连接成一个整体，其作用方式与整体结构都与重力式挡土墙类似，故采取对重力式挡土墙的验算方法进行计算。因边坡主要为粉质黏土，地质情况良好，无软弱土层，有一定的放坡角度，整体的稳定性比较安全。本支护结构设置多道支撑。在单个的放坡之中，土钉整体长度已经超过圆弧法中的软弱滑动面，对基坑的整体滑动起到的良好的锚固作用。主要进行外部稳定性验算。7.7.抗滑移稳定性一级支护结构，抗滑移稳定系数一般需大于1.3。这里将其看做重力式挡土墙，土体墙宽取平均土钉长度，这里取土体墙厚B’=5.5m。土墙自重：G1=(17×=275.4kNKtℎ17.8.抗倾覆稳定性一级支护结构，抗倾覆稳定系数一般需大于1.3。第一段土墙自重平衡力矩：MW1=(17×=665.13kN∙土体倾覆力矩MKtq1土墙抗倾覆稳定性满足要求8.墙下桩锚索水平力计算8.1.第一排锚索水平力计算在考虑土钉墙对于墙下支护结构的影响方面，计划采用超载模型的方式，即土钉墙对于桩锚支护结构的影响，与不放坡的情况完全相同，在支护桩顶部的主动土压力：pat=(42.1+18×=90.7×=33.24kPa开挖至9m时，即对开挖深度达到第二排水平力支护所在位置，并进行了0.5m的超挖后，方可根据上述的经典法来计算第一排锚索设计位置的水平分力为Tt1。参照无墙桩计算，设铰点在距离开挖深度ypat,m1pat,m1=(108.7+4×=97.74+13.92yppt,m1=18×=22.85+36.72y解得yt1则p=σ=18×=143.29kPa主动土压力合力Eat,m1=1=37.65+628.34=665.99kN/m被动土压力合力Ept,m1=1=272.47kN/m第二次开挖后坑底到此点的主动土压力合力和地面到此绞点处的被动土压力合力距离铰点的距离：ℎat,m1=[33.24+42.06×=3.03mℎpt,m1=[22.85×=1.24m锚索距离铰点的距离ℎTt1锚索拉力T解得在第一排锚索位置，保持力矩平衡的水平分力为T8.2.第二层锚索水平力计算开挖至11.5m时，即对开挖深度达到第三排水平力支护所在位置，并进行了0.5m的超挖后，方可根据上述的经典法来计算第二排锚索设计位置的水平分力Tt2。据以上计算结果可以知道铰点在距离设计开挖深度y主动土压力合力Eat,m2=1×0.8+=37.65+892.75+138.52+317.72=1386.64kN/m被动土压力合力Ept,m2=1+1=139.14+92.04+284.73=515.91kN/m第三次开挖后坑底到此点的主动土压力合力和地面到此绞点处的被动土压力合力距离铰点的距离：ℎat,m2=[33.24+42.06×+168.87×+175.09×=4.58mℎpt,m2=[22.85×+95.47×+136.28×=1.72m锚索距离铰点的距离ℎTt2ℎTt1−2锚索拉力T解得在第二排锚索位置，保持力矩平衡的水平分力为T8.3.第三层锚索水平力计算基坑开挖到12.8m，直接开挖到本工程设计深度后，计算在第一排锚索设计位置的水平分力为Tt3。根据以前的计算结果可知铰点在距离第五层底部处。主动土压力合力Eat,m3=1×0.8+=37.65+892.75+138.52+418.88=1487.8kN/m被动土压力合力Ept,m3=1+1=31.23+38.68+219.58+350.03=637.49kN/m第四次开挖后坑底到此点的主动土压力合力和地面到此绞点处的被动土压力合力距离铰点的距离：ℎat,m3=[33.24+42.06×+168.87×+175.09×=4.75mℎpt,m2=[22.85×+45.94×+88.54×=0.88m锚索距离铰点的距离ℎTt2−3ℎTt1−3ℎTt3锚索拉力T解得T9.墙下桩锚索设计9.1.锚索配筋在初步设计中，拟采用高强度锚索提供水平支护力，由强度及经济方面的考虑，选用抗拉强度设计值为1220N/mm2的公称直径为15.2mm的1第一排锚索：Nt1Ap选用六根标准钢绞线，采用合理胶结方式集合成锚索束进行支护。第二排锚索：Nt2Ap选用六根标准钢绞线，采用合理胶结方式集合成锚索束进行支护。第三排锚索：Nt3Ap选用一根标准钢绞线。9.2.锚索自由端长度：第一排提供水平力的锚索所计算出的自由端长度：ll取l第二排提供水平力的锚索所计算出的自由端长度：ll取l第三排提供水平力的锚索所计算出的自由端长度：ll取l9.3.锚索固定端长度：lkt1lkt2lkt3第一排锚索：选用0.32m套筒。RKlt1(l所以，第一排锚索的锚固长度为l第二排锚索：选用0.32m套筒。RKlt2(l所以，第二排锚索的锚固长度为l第三排锚索：选用0.1m套筒。RKlt3(l所以，第三排锚索的锚固长度为l9.4.锚索设计长度第一排锚索总长度Lt1=lt1第二排锚索总长度Lt2=lt2第三排锚索总长度Lt3=lt310.土钉墙下支护桩设计10.1.桩嵌固深度计算在本工程中，基坑开挖完成至设计深度时，根据我们在第三排锚索的水平力的计算过程中，已知以下计算所需要的假设铰点M位于土层6与土层5相交处，其剪力为：Ept,m3vtm设桩的最靠下的末端为N点，则桩的最末端距绞点M点距离为ℎmn在这一部分的桩的外侧所有土层的主动土压力合力为:pakm=203.9×=184.9kPapakn=(203.9+10×ℎ=184.9+13.33kPaEa=184.9ℎ在这一部分的桩的外侧所有土层的被动土压力合力计算：ppkm=71.8×=215.4kPappkn=(71.8+10×=215.4+40ℎEp=215.4这一部分桩的外侧所对应的所有土层的被动土压力合力作用点的位置到桩的最末端的距离的计算：ℎam=92.45+2.22这一部分桩的外侧所对应的所有土层的被动土压力合力作用点的位置到桩的最末端的距离的计算：ℎpm=107.7+6.67对桩MN段底部N点力矩平衡：vm132.2=107.7ℎ解得ℎmn=4m则嵌固深度h''=3.9+5=8.9m入土深度增大系数r0即，桩的嵌固深度h'=8.910.2.桩身最大弯矩计算：10.2.1.第一次开挖第一次开挖距地面8.5米处。设置第一层锚索锚索处其上外侧所有土层的主动土压力合力为：E因Eat,w1m1<Tt1，开挖面以上有剪力为零的点为设在土层下x1'米处Jpak,jt1'=(108.7+8×=42.06+13.92x则Tt1−即306.58−86.33=(55.98+42.06+13.92解得：x1取Jt1,第一排锚索距开挖面ℎwt1−2=3mJt1点压力为p=(108.7+8×=140.7×=97.74kPa对Jt1Mt1=33.24=−266.09kN∙10.2.2.第二次开挖第二次开挖后的开挖面设计值为距地面11.5米处。第二排锚索处桩外侧主动土压力的值为：pat,m2=(108.7+8×3.5)=136.7×0.49−16=90.78kPa设置第二层锚索处以上所有土层的主动土压力合力为：Eat,w2m2=37.65+(42.06+83.82)÷=37.65+220.29=258.55kN/m因Eat,w2m2开挖面处主动土压力pat,w2=(108.7+8×=160.7×=132.54kPa第三次开挖完成后，开挖面以上所有土层的主动土压力合力为：Eat,w2=37.65+(42.06+132.54)÷=37.65+567.45=605.1kN/m因Eat,w2经粗估算零点处大约在开挖面0.1m处，故将剪力为零Jt2第一排锚索距开挖面ℎwt1−3=5.5m第二排锚索距开挖面ℎwt2−3=3m对Jt2Mt2=33.24=−952.55kN∙10.2.3.第三次开挖第三次开挖后的开挖面设计值为距地面12.8米处。开挖面处主动土压力：pat,w3=(108.7+8×=171.1×=150.64kPa开挖面处设计深度处以上的土层的主动土压力的合力为：Eat,w3=37.65+(42.06+150.64)÷=37.65+751.53=789.18kN/m因Eat,w3经粗估算零点处大约在开挖面0.05m处，故将剪力为零Jt3第一排锚索距开挖面ℎtw1−4=6.8m第二排锚索距开挖面ℎtw2−4=4.3m第三排锚索距开挖面ℎtw3−4=1.8m对Jt3Mt3=33.24=−1013.83kN∙10.3.土钉墙下支护桩桩身设计根据以上的计算结果，整个桩群的单位宽度所计算出的最大的弯矩Mt'=−1014kN∙m，支护桩的直径在初步设计中设为D=1.0m，桩中心间距在初步设计中选择1.0m,支护桩整体计划选用C30混凝土进行整桩浇筑桩身弯矩设计值M查表得ξ混凝土强度设计值：fc=14.3N/mm2支护桩的截面面积为：Az=πrz2=3.14x5002=785000mm2,混凝土α故可计算，ξ=1−1−2在这里假设受压区面积所占圆心角为120°为受拉区域面积所占圆心角的一半，则受压区重心到圆心的距离x受压区重心到圆心的距离x受压区重心到平衡点的距离x'=受拉区重心到平衡点的距离x=MAAs=M支护桩根据受力特点，按照纯弯梁的模型进行配筋计算，受拉筋选用15根直径32mm的HRB400钢筋。照计算出的设计配筋方案，主筋面积为12060mm支护桩根据受力特点，按照纯弯梁的模型进行配筋计算，受压筋选用7根直径10mm的HRB400钢筋。。按照计算出的设计配筋方案，受压筋面积为565mmρ已知支护桩在整个施工过程中所受的最大的剪力Vt'=370kN。混凝土抗拉强度设计值：ft=1.43N/桩身剪力设计值V0.6因桩身可以提供足够的剪力，故只需要配构造箍筋。选用直径6mm的HRB300钢筋，螺旋设置，间距200mm。11.土钉墙下桩锚设计验算11.1.抗倾覆安全系数：K第一排锚索锚固力：RKt1=1143kN，第一排第二排锚索锚固力：RKt2=1312kN，第二排锚索第三排锚索锚固力：RKt3=222kN，第三排锚索ppt,m3z4=(71.8+2.6×=123.8×=371.4kPappt,m3z5=123.8×=262kPappt,m3z5=(123.8+4.5×=213.8×=432.46Mm=33.24×+42.06×+168.87×+175.09×+184.9+252.76=23445Mm=22.85×+45.94×+88.54×+215.4+262+526×=29780抗倾覆安全系数为ktp11.2.抗隆起稳定性验算γt1γt2NtqNtcK抗隆起稳定性系数的验算结果符合要求。11.3.抗渗流稳定性验算地下水会绕桩下有整个支护桩的最下端向上部进行流动。这种因水流的移动而产生的渗透作用在墙的后面和墙的前面产生了一定的渗透力。如果水流产生渗透作用而产生足够大，及对应渗透作用产生的渗透压力足够大，其大于土颗粒向下作用的浮重度，土颗粒会随着水流向上的渗透作用热向上移动，这个土层也因土颗粒的移动而膨胀。为防止基坑的底部乃至侧壁部分因渗透作用而破坏，故需要根据基坑的水文地质条件进行抗渗流稳定验算。通常抗渗透系数要大于2.17K基坑的抗渗透验算结果符合要求。11.4.基坑整体稳定验算应该采用圆弧滑动简单条分法来进行管理设计的整体滑动稳定性设计，支撑结构原则上需要有锚索（锚索）的内部维护或外部结构，且在理论假设中墙是垂直的。与圆弧滑动面延伸的稳定性控制方法不同，滑动面的所取得圆心位置通常位于挡土结构的上方，且略靠近于基坑的内部。本基坑情况为统桩长20.8m，最下部分深入稳定土层1.5米，且基坑底部地质情况良好，软弱土层浅且厚度薄，对整体的稳定性影响极小。同时，本支护结构设置多道支撑时。采用高强度预应力长锚索。锚索整体长度已经超过圆弧法中的软弱滑动面，对基坑的整体滑动起到的良好的锚固作用，故不必考虑。12.基坑降排水12.1.基坑内降水本工程基坑设计深度为12.8m，在整个基坑开挖工作中，需要保持基坑内部的干燥。故在拟设计的降水方案中，基坑内部计划计划合力布置管井井点，已达到基坑内降水的方案来降低地下水位，渗透系数取值如下：粉质黏土：6×10−5cm/s；中砂：1×10−2cm/s；粗砂：4×10−2cm/s。含水层共四层，根据各土层的渗透系数分析，土层全部透水性良好，总厚度：Bw=14.3m，地下水水位Bw'=5m。井点管深度为：HH—基坑深度；Hw1：基坑底面到降水后最高水位的距离，取0.5mHw2：水力坡度作用Hw3：降水井过滤器的工作长度，取2mHw4：沉砂管长度，取1.5m基坑等效半径rk=150降水井分布周围的水力坡度i为1/10～1/15，这里取1/11。Hw2Hw加权平均渗透系数:k=k降水影响半径R=2(H+H单井涌水量Q=单井出水量为：q=120π实际工程中的单井出水量，经工程经验验证，由于其他井点的影响只有设计值的50%。故最终单井出水量要取我们计算值的一半，即为q=210本工程将计算后，初步降水设计中的降水管井为直径600mm的无砂混凝土管完全满足我们的设计需求，无需进一步的修改。经以上计算，最终将管井深度定为22.6米，围绕基坑布置一圈降水，井间距按计划为10米，位于基坑内部，距离支护结构1.3m处。抽水水泵采用功率2.4kw，扬程为28米，抽水管径为60mm。12.2.基坑排水为防止地表水直接流入坑内，造成坑内囤积大量地表降水来不及抽出，计划在基坑坡顶位置，距支护结构0.5m处设置300*300排水明沟。同时，为解决自然降水以及自施工过程中落入基坑中水，基坑坡底位置，距支护结构0.5m处设置300*300排水明沟。在土钉墙放坡底部，距土钉墙角0.5m处设置300*300排水明沟。在长侧设置三个1m×1m×1m的集水坑，均匀分布；基坑短测设置两个，均匀分布。排水沟底需要向集水坑有一定坡度，计划为0.2%坡度进行铺设。排水沟因不不受明显的侧向作用力，故可采用砖砌筑水泥砂浆抹面的方式进行铺设。排水沟与建筑结构之间，排水沟与排水井之间的部分使用混凝土铺设，采用C15的混凝土铺50mm厚度。13.变形监测设计13.1.基坑变形监测的内容根据本工程情况，不仅需要在开挖完成后监测基坑支护变形及周边环境位移，还需要监测每一步开挖是否会对上一步造成影响。故按照安全、经济、合理的原则，按照相应规范及工程经验，在3倍基坑开挖深度的水平范围内需布置监测点，观察范围内部各点的情况。预监测内容主要分为以下几个方面：1、基坑顶部位移监测；2、支护桩的变形监测；3、基底变形监测；4、建筑物沉降监测；5、锚索拉力及位移监测13.2.基坑变形监测方法1.监测点布置（1）基坑顶部位移监测基坑顶部的监测点计划沿基坑周边布置在支护桩顶和土钉墙顶部的位置，包括基坑的四角及每边的中心位置。各监测点间距按照规范不宜超过20m。故在东西两侧计划设置监测点的距离为17m，在南北两侧设置监测点的距离为18.75m，共计观测点26个，记为JD01-JD26。测点拟采用精确的卫星定位或遥感定位，在柱顶连梁浇筑时，留下合适的监测点安装位置，在柱顶连梁达到指定强度后进行初始值观测记录。（2）支护桩变形监测支护桩在第二排锚索与第三排锚索之间剪力和弯矩都比较大，故选择将检测点布置在两层锚索中心位置。四角处结构密集，故只检测每边的中心位置。各监测点间距按照规范不宜超过20m。故在东西两侧计划设置监测点的距离为17m，在南北两侧设置监测点的距离为18.75m，共计观测点22个，记为ZZ01-ZZ26。测点拟采用精确的卫星定位或遥感定位，在开挖后，采用不易变形的刚性连接方式，将观测设备与支护桩进行连接，待初始设备稳定后，进行初始值观测记录。基底变形监测基底的变形支护需等到，底板铺设完成后再合理的间距内采取一定的密度的检测点，以观测底板的变形情况。（4）周边建筑物沉降监测点周边建筑物沉降监测点需要布置在规定范围内的建筑物上于周边建筑上。计划在同一建筑物上同时设置不少于两排观测点。这样的设计使得观测数据既不仅仅只表示建筑物的沉降情况，还记录下建筑物的倾斜情况。（5）锚索拉力及位移监测锚索的检测主要分为检测套筒是否从土层中滑出，锚索是否从套筒中滑出及土体整体滑移的剪力是否使套筒产生较大的位移。计划每根锚索都设为观测点，观测数据主要的锚索相对于桩体的位移及锚索中钢绞线的拉力变化记为M1-1等。2.监测初始值测定必须测得稳定的初始值。观测点需要紧随施工进度及时设置，以防对前期的较大的变形未能及时监测。并在设置观测点后，及时测得稳定合理的初始值。若基坑基坑在布置观测时一直变形，则选择一个较稳定动态变化数值作为动态稳定初始值。测量基准点按照设计，在施工过程中埋设相关的连接件或预留安装凹槽。在观测布置的测量基准点测量数据稳定后可对数据进行记录。电子观测设备采用有效保护措施，固定观测点则要定期检查。保证观测点和观测设备在整个监测期间不会出现意外损坏或脱落，能正常使用。人工观测的时间间隔按一下计划进行，并确保观测精度。电子监测时间设为每小时一次，同时在人工观测时对数据进行核验。监测期可定期或不定期在非观测期间进行联测，以检验其稳定性。3.监测点位移测量按规范要求，位移变形测量的数值都需要进行积累，而不能只观测单次位移变形。因采用人工检测配合计算机监测，故计算量大大减小。可在电脑中的根据各基坑中的监测点生成基坑模型，以更直观的分析基坑变形。13.3.基坑变形监测周期1.监测周期本方案基坑监测从基坑开挖施工前就需要开始场地监测以及监测准备，至基坑回填土完工后，大部分电子观测设备拆除。只有部分观测需要进行下去，将未结束的底板变形监测与周围建筑物沉降监测交予相关后续管路部门。各监测项目的准备布设需按照工序步骤的开展持续推进。监测频率的变化，随基坑施工进度不断调整以保证观测工作的合理推进。监测范围也应随施工进度一步步的扩展，也可直接进行全设计范围内观测。而当监测数据发生明显突变时，应增加监测频率，甚至连续观测。突发情况是需要及时收集实时数据，以便于对情况开展分析，以及对后续情况作出判断。2.监测频率由于基坑工程监测等级为一级，根据规范要求，拟计划监测频率如下：（1）开挖深度小于4m时，基坑开挖受力较小，主要进行基坑顶部变形，周围建筑物变形，和土钉墙稳定性的变形，1次/2d；（2）开挖深度在4-12m时，人工变形监测为1次/1d，开始布设电子监测；锚索监测变形监测由计算机进行，预计为每半小时一次，并实时更新图像。（3）当底板施工完成后14天内，人工监测项目为1次/2d，计算机监测不变；（4）当底板施工完成后14-28天内，人工监测项目均为1次/5d，计算机监测改为每小时一次；（5）当底板施工完成28天及后，人工监测主要为为电子监测进行校准，电子监测可改为两小时一次。（6）基坑侧壁回填土完工，人工监测工作全部结束。剩余电子监测工作交付后续管理部门。当出现异常情况，缩短监测时间，提高监测频率，绘制加测数据，及时反馈监测结果。异常情况如下：1、监测数据变形过大或数据变化量较大或者速率加快达到电子处理系统的报警值时，需进行分析，并进行实时监测；2、基坑及周边大量积水、长时间连续降雨等水文地质条件发生明显改变的时候，需进行分析，并进行实时监测；3、支护结构出现明显问题，地面隆起或支护结构明显出水，也就是非观测点出现明显变形的时候，需进行分析，并进行实时监测。13.4.监测数据处理及信息反馈本次监测采取计算机连接网络，数据实时更新处理的数据处理系统，进行实时处理。无论是人工监测书，还是电子实时监控数据都需要及时录入系统，经过专用软件处理，对实时监测三维模型进行更新，并将模型中的各项情况生成报表。监测工程师需验证当天计算机计算打印出的监测报表及累计数据报表，并进行记录分析。同时，电子实时监测系统需要设置合理的阈值，当监测达到阈值时及时发出警报，并用专人进行数据导出，和进一步的分析处理。计算机结果验算这里使用理正深基坑7.0进行验算，计算结果如下：第一次开挖后的数据情况：第二次开挖及支护后的数据情况：第三次开挖及支护后的数据情况：第四次开挖及支护后后的数据情况：地表沉降图：[截面参数]桩是否均匀配筋是混凝土保护层厚度(mm)50桩的纵筋级别HRB400桩的螺旋箍筋级别HPB300桩的螺旋箍筋间距(mm)150弯矩折减系数1.10剪力折减系数1.10荷载分项系数1.25配筋分段数一段各分段长度(m)20.80[内力取值]段内力类型弹性法经典法内力内力号计算值计算值设计值实用值基坑内侧最大弯矩(kN.m)482.27459.41631.69631.691基坑外侧最大弯矩(kN.m)265.09437.85602.05602.05最大剪力(kN)203.83195.22268.42268.42段选筋类型级别钢筋实配[计算]面积号实配值(mm2或mm2/m)1纵筋HRB40022E164423[4320]箍筋HPB300d12@1501508[1119]加强箍筋HRB335D14@2000154[锚杆水平方向内力]支锚道号最大内力最大内力内力实用内力实用弹性法(kN)经典法(kN)标准值(kN)设计值(kN)1521.56204.51204.51255.642403.84136.77136.77170.963200.000.000.000.00[锚杆轴向内力]支锚道号最大内力最大内力内力实用内力实用弹性法(kN)经典法(kN)标准值(kN)设计值(kN)1539.95211.73211.73264.662418.08141.60141.60176.993207.060.000.000.00支锚道号支锚类型钢筋或自由段长度锚固段长度实配[计算]面积锚杆刚度钢绞线配筋实用值(m)实用值(m)(mm2)(MN/m)1锚杆1E326.56.0804[735]22.652锚杆1E286.56.0616[492]17.413锚杆1E66.56.028[0]0.81[整体稳定验算]计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法条分法中的土条宽度:0.40m滑裂面数据圆弧半径(m)R=16.284圆心坐标X(m)X=-2.528圆心坐标Y(m)Y=7.897抗倾覆安全系数:工况1：