【《某商业大楼地下停车场深基坑支护工程中支护结构参数设计及计算》8700字】

某商业大楼地下停车场深基坑支护工程中支护结构参数设计及计算目录TOC\o"1-3"\h\u14222某商业大楼地下停车场深基坑支护工程中支护结构参数设计及计算 1207431.1土压力计算 1179031.1.1计算原则 1187411.1.2主动土压力计算 2265211.1.3被动土压力计算 4269361.2支护结构计算 634961.2.1锚索层数的确定 695731.2.2桩嵌入深度的确定 631231.2.3排桩的配筋计算 11220511.2.4锚杆的配筋计算 2092061.2.5冠梁的设计 279021.2.6腰梁的设计 28260911.2.7降水设计计算 33263511.2.8截水帷幕的设计 371.1土压力计算1.1.1计算原则在基坑支护设计中，主要采用朗肯土压力理论的计算方法来计算水土压力。由土壤性质和施工条件的不同，可划分为水土合算和水土分算。水土分算主要原理是分别计算土压力和水压力，并将二者之和作为总土压力。适用于孔隙中有自由重力水的土壤或渗透性好的土壤。通常适用于砾石、砂等渗透性较好的土壤。当没有地下水渗流时，可以用静水压力的三角形分布来计算挡土结构上的水压力。当局部水体有稳定渗流时，作用在支挡结构上的水压力可以通过渗流分析进行计算，也可以根据静水压力进行计算。水位以下的土体重量应采用浮重，土体的抗剪强度指标应为有效应力的抗剪强度指标。水土合算是将土和土中孔隙水作为同一分析对象，适用于不透水和弱透水的粉质粘土和淤泥质土。粘性土不是理想的防渗体，只是一种可能低估水压影响的近似方法。根据工程地质条件，本项目主要土层由上至下为：杂填土、粉质黏土、淤泥质土、粉质黏土、粉土、砾砂，场地地层层位稳定，本场地土类型为中软土，场地内稳定地下水水位埋深为5m，在《建筑地基基础设计规范》分类法中，粉土既不属于黏性土，也不属于砂土，而是单列一类，因其透水性不大，容易排水固结，以及其他土层的渗透性不强的性质，采用水土合算的方式进行土压力计算。地面载荷包括建筑物产生的地面载荷、各种车辆产生的地面载荷以及建筑材料和设备在现场的堆垛载荷。在周围没有建筑物的情况下，如果不知道例如临时构筑物、料场等其他条件，则在设计中选择均布荷载模式，既能满足大多数施工条件，又能满足现场堆垛、行车要求。因此，取作为基坑顶部的临时荷载。该基坑符合水土合算要求，以下列出了地下水位以上或水土合算土层的土压力作用于支护结构的计算方法：式中：支护结构外侧，第层土中计算点的主、被动土压力强度标准值，，当时，取；为第层土主、被动土压力系数；1.1.2主动土压力计算主动土压力系数，，，，，，第一层土（杂填土）：第一层土的主动土压力为：第二层土（粉质黏土）：则由得临界深度为：第二层土的主动土压力为：第三层土（淤泥质土）：地下水位于距该层层顶1.38m处地下水位埋深处：第三层土的主动土压力为：第四层土（粉质黏土）：第四层土的主动土压力为：第五层土（粉土）：第五层土的主动土压力为：1.1.3被动土压力计算被动土压力系数，，，，，，坑底第一层土（粉质黏土）：被动土压力为：坑底第二层土（粉土）：坑底第二层土的被动土压力为：图4-1土压力示意图Fig.4-1Schematicdiagramofearthpressure.1.2支护结构计算1.2.1锚索层数的确定由设计深度等要求，可在断面上设置多个支撑或倾斜支撑体系。当基坑深度为左右，一般采用两个支撑。本基坑土层主要为粉土、粉质黏土等。故可采用两层锚索，根据主动土压力强度分布图可知，第一和第三土层主动土压力较大，因此，将两道锚索分别布置在，第一层在处，第二层在地表下处，横向间距统一为。1.2.2桩嵌入深度的确定使用等值梁法，示意图如下：图4-2等值梁法计算示意图（第一层锚固阶段）Fig.4-2Schematicdiagramofequivalentbeammethodcalculation(firstlayeranchoringstage).图4-3等值梁法计算示意图（第二层锚固阶段）Fig.4-3Schematicdiagramofequivalentbeammethodcalculation(secondlayeranchoringstage).（1）第一层锚固阶段。在设置第二根锚索前，为保证基坑的安全稳定，采用设置第二根锚索所需的开挖深度，即地表以下，计算第一层的锚固阶段。①求反弯点到第二层锚固所需开挖深度的距离。假设反弯点位于第二层锚杆设置处下一土层即第四层土，则根据的原则得：由得出。即反弯点到第二层锚固所需开挖深度的距离，即位于第四层土距土顶端处。②采用等值梁法求第一层锚固点A的支点反力𝑇1。第一层土的主动土压力为：作用点距该土层底部的距离为：第二层土的主动土压力为：作用点距该土层底部的距离为：第三层土的主动土压力为：作用点距该土层底部的距离为：反弯点以上第四层土的主动土压力为：作用点距该土层底部的距离为：进行第一层锚固时，以第二层锚固处为基坑开挖坑底，计算被动土压力强度。此时坑底第一层土为淤泥质土即为第（3）层土：坑底第二层土为粉黏土土即为第（4）层土：坑底第一层土的被动土压力为：作用点距该土层底部的距离为：坑底反弯点以上第二层土的被动土压力为：作用点距坑底反弯点的距离为：把AB1作为简支梁，对B1点取矩，令，则：即：得：（2）第二层锚固阶段。第二层锚杆的设置必须保证基坑开挖到设计深度前的稳定性。①求反弯点到基坑设计深度的距离𝑦2。若反弯点在第层土，即基坑底部以下第层土，根据得：由得出。即反弯点到基坑坑底的距离即位于第五层土距土顶端处。②采用等值梁法求第二层锚固点B的支点反力𝑇2。第四层土的主动土压力：作用点距该土层底部的距离为：反弯点B2以上第五层土的主动土压力为：作用点距该土层底部的距离为：锚固第二层时，计算被动土压力应当以基坑设计深度为标准。基坑坑底以下第一层土的被动土压力为：作用点距该土层底部的距离为：反弯点B2以上坑底以下第二层土层的被动土压力为：作用点距该土层底部的距离为：把AB2看作简支梁，对点B2取矩，令，即：即：解得：③求B2点的支反力𝑃𝐵2。④求（反弯点到桩端的距离）。设桩端在第五土层也就是反弯点B2所在的土层。

则则嵌入深度故本深基坑工程所采用钻孔灌注桩桩长。1.2.3排桩的配筋计算（1）求AB2段的最大弯矩对简支梁AB2段，剪力为零处有最大弯矩。因为，则第三层土存在剪力为零的点。设该点距第三层土顶部的距离为，则处主动土压力：由剪力为零得：即：得出：，即：解得：则，到剪力为零的点的距离：在距离第三层土层顶部处有最大弯矩：又因为，则第四层土里有第二个剪力为零的点。设该点距第四层土顶部的距离为，则处的主动土压力：由剪力为零得：即：得出：，即：解得：则，其作用点到的距离：则在距第四层土顶部处剪力为零，此时的最大弯矩为：因为，故取为最大弯矩值。（2）求段的最大弯矩由结构力学求解器求得整段桩长的弯矩分布图，可知段的最大弯矩为（3）排桩桩径的确定锚拉式排桩直径应大于等于，基坑开挖深度小于时，桩径应选，本项目工程基坑深10m，故桩径取。（4）排桩桩间距的确定桩间距需根据桩径、桩长、开挖深度等来确定，本设计取。（5）混凝土等级的确定根据《钻孔灌注桩施工规程》：干式灌注桩的混凝土强度不得低于，因此在安全、经济的基础上，混凝土强度为。轴心抗压强度，轴心抗拉强度设计值。（6）钢筋等级的确定《混凝土结构设计规范》规定：对钢筋混凝土结构的钢筋应优先选用和级。本设计采用级钢筋，强度设计值。纵向受力钢筋采用全截面均匀布置。（7）支护结构安全等级的确定根据《建筑基坑支护技术规程》：本基坑安全等级为一级，取其结构重要性系数，综合分项系数。根据《混凝土结构设计规范》规定：纵向受力钢筋保护层厚度至少，采用水下灌注混凝土工艺时，至少。本设计取。由于整段配筋费用较高，故本工程排桩以基坑坑底以下为分界点进行分段配筋。分段配筋示意图如图所示：图4-4钻孔灌注桩分段配筋示意图Fig.4-4Schematicdiagramofsectionreinforcementforboredpiles.（8）桩身段纵向受力钢筋的配筋计算根据钢筋混凝土圆形截面受弯构件计算。纵向受力钢筋沿圆形截面的圆周均匀分布，正截面的抗弯承载力应满足：式中：M──桩的弯矩设计值（kN·m）；fc──混凝土轴心抗压强度设计值（kN/A──支护桩截面面积（m2r──支护桩的半径（m）；α──对应于受压区混凝土截面面积的圆心角（rad）与2π的比值；fy──纵向钢筋的抗拉强度设计值（kN/As──全部纵向钢筋的截面面积（mrsαt──纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当时，取。利用迭代法试算后，可得当时，上式左边，此时左右数值最接近，。将结果代入，。选配C钢筋，实配钢筋面积为。验证最小配筋率：故按C配筋满足要求。（9）桩身段纵向受力钢筋的配筋计算利用迭代法试算后，可得当时，上式左边，此时左右数值最接近，。将结果代入，。选配C钢筋，实配钢筋面积为验证最小配筋率：故按C配筋满足要求。（10）段的最大剪力根据《建筑基坑支护技术规程》，箍筋直径应大于纵向受力钢筋最大直径的，且应大于，间距应取，且应小于以及桩的直径，可采用螺旋式箍筋。把桩看作简支梁对待，由剪力图可知在处的剪力可能最大。在时，此时的剪力大小为：在时，此时的剪力大小为：在时，此时的剪力大小为：因为，故取为最大剪力设计值。（11）求段的最大剪力由结构力学求解器求得整段桩长的弯矩分布图，可知段的最大剪力为。（12）段箍筋的配筋计算在计算斜截面的抗剪承载力时，将圆形截面替换为矩形截面，宽度。由《混凝土结构设计规范》，当截面的剪力设计值满足下式时，应按构造配置箍筋。式中：αcv—斜截面混凝土受剪承载力系数，取由于：故需按照构造配置箍筋。根据构造要求，螺旋箍筋等级选用，抗拉强度设计值，直径为，间距取，取箍筋的肢数。沿桩身布置的加强箍筋应满足钢筋笼起吊安装要求，因此采用级钢筋，间距。斜截面上最大剪力设计值：式中：Asv—配置在同一截面内箍筋各肢的全截面面积：Asv=n×Asv1，n为在同一截面内箍筋的肢数，取n=2s—沿构件长度方向的箍筋间距（m）；故选配箍筋的配筋率需满足：本项目箍筋的配筋率为：满足最小配筋率要求。为确保钢筋笼整体完整，配置加强箍筋C（加强箍）。图4-5AB2段钻孔灌注桩配筋图Fig.4-5ReinforcementdiagramofsectionAB2boredpile.（13）段箍筋的配筋计算故需按照构造配置箍筋。根据构造要求，螺旋箍筋选用，，直径为，间距取，取箍筋的肢数为。斜截面受剪承载力：Asv—配置在同一截面内箍筋各肢的全截面面积：Asv=n×Asv1，n为在同一截面内箍筋的肢数，取n=2s—沿构件长度方向的箍筋间距（m）；故选配A箍筋配筋率需满足：本项目箍筋的箍筋率为：满足最小配筋率要求。为确保钢筋笼整体完整，配置加强箍筋A（加强箍）。图4-6B2C段钻孔灌注桩配筋图Fig.4-6ReinforcementdiagramofsectionB2Cboredpile.1.2.4锚杆的配筋计算（1）锚索预应力筋的选取根据《建筑基坑支护技术规程》：①锚杆的水平间距应≥，多层锚杆的竖向间距应≥；②锚固段的上覆土层厚度应≥；③锚杆倾角宜取；④应避开易变形的土层。通过工程类比，初步选定标准型钢绞线，水平间距为，水平向下设置。单束锚索直径，抗拉强度设计值。锚杆预应力筋的截面面积应按下式设计：式中：NtK—安全系数，取；轴向力设计值按下式进行计算：式中：γ0—支护结构重要性系数，；γF—作用基本组合的综合分项系数，；锚索的轴向拉力标准值为：式中：Fh—桩计算宽度内的弹性支点水平反力（kN），即；s—锚杆水平间距（m）；α—锚杆倾角（°）。对于第一道锚固：单根支护桩水平荷载计算宽度为桩间距：锚杆轴向拉力标准值为：则轴向力设计值为：预应力筋的截面面积为：所需钢绞线束数：实取束公称直径为，公称截面面积为的标准型钢绞线。此时预应力筋的截面面积：。对于第二道锚固：则轴向力设计值为：预应力筋的截面面积为：所需钢绞线束数：实取束公称直径为，公称截面面积为的标准型钢绞线。此时预应力筋的截面面积：。（2）锚索受拉承载力验算锚杆受拉承载力：第一道锚固：满足要求。第二道锚固：满足要求。（3）锚索极限抗拔承载力验算锚索的极限抗拔承载力应满足：式中：Kt—锚杆抗拔安全系数，取；锚杆极限抗拔承载力标准值：式中：liqsk,i本设计锚索锚固体取拉力型锚杆的圆柱状锚固体。取锚固体直径。按下式计算锚固段长度，并取较大值。式中：L1、LNt𝐾—锚固体设计的安全系数，取；𝐷—锚固体直径（m）；𝑑—单根钢筋或钢绞线直径（m）；𝑛—钢绞线或钢筋根数；qr—灌浆体与地层间的粘结强度设计值，取;qs—灌浆体与钢绞线的粘结强度设计值，取;ξ—采用2根及2根以上钢绞线时，钢绞线与灌浆体间粘结强度降低系数，取;第一道锚索：因为，取锚固段长为。第二道锚索：因为，故取锚固段长为。自由端长度应按下式确定，且不应小于：式中：a1a2—坑底距基坑外侧主动土压力强度与坑内侧被动土压力强度等值点O的距离（m），对多层土，存在多个等值点时按最深的等值点计算，本工程取；d—挡土构件的水平尺寸（m）；φm第一道锚索：取自由段长为，即总长为。第二道锚索：取自由段长为，即总长为。第一道锚索总长，水平向下布置，穿过的土层以及自由段、锚固段在该土层长度如下：表4-2第一道锚固锚索穿过土层及自由段、锚固段在该土层长度Tab.4-2Thesoillayerpassedthroughbythefirstanchorcableandthelengthofthefreesectionandanchorsectioninthesoillayer穿过的土层自由段在该土层的长度(m)锚固段在该土层的长度(m)第（1）层杂填土0.790第（2）层粉质黏土5.410第（3）层淤泥质土5.793.60第一道锚固锚索的极限抗拔承载力标准值：依据《建筑基坑支护技术规程》，。则锚索极限抗拔承载力：不符合要求，锚固段延长至。此时，第一道锚索总长，自由段、锚固段在该土层长度如下：表4-3第一道锚固锚索穿过土层及自由段、锚固段在该土层长度Tab.4-3Thesoillayerpassedthroughbythefirstanchorcableandthelengthofthefreesectionandanchorsectioninthesoillayer穿过的土层自由段在该土层的长度(m)锚固段在该土层的长度(m)第（1）层杂填土0.790第（2）层粉质黏土5.410第（3）层淤泥质土5.798.7第（4）层粉质黏土02.3此时：满足要求。第二道锚索总长，水平向下布置，穿过的土层及自由段、锚固段在该土层长度如下：表4-4第二道锚固锚索穿过土层及自由段、锚固段在该土层长度Tab.4-4Thesoillayerpassedthroughbythesecondanchorcableandthelengthofthefreesectionandanchorsectioninthesoillayer穿过的土层自由段在该土层的长度(m)锚固段在该土层的长度(m)第（3）层淤泥质土1.590第（4）层粉质黏土1.417.10取，故第二道锚固锚索极限抗拔承载力为：不符合要求，锚固段延长至。此时，对于第二道锚索总长，自由段、锚固段在该土层长度如下：表4-5第二道锚固锚索穿过的土层及自由段、锚固段在该土层的长度Tab.4-5Thesoillayerpassedthroughbythesecondanchorcableandthelengthofthefreesectionandanchorsectioninthesoillayer穿过的土层自由段在该土层的长度(m)锚固段在该土层的长度(m)第（3）层淤泥质土1.590第（4）层粉质黏土1.418.0第二道锚固锚索极限抗拔承载力标准值：满足要求。最终确定第一道锚索总长，锚固段，自由段；第二道锚索总长，锚固段，自由段。均水平向下插入土层，水平间距取。1.2.5冠梁的设计按照《混凝土结构设计规范》要求中需在钻孔灌注桩桩顶设置冠梁，且宽度应不小于桩径，因此，，。由《建筑基坑支护技术规程》，选用混凝土，级钢筋，，（1）纵向受力钢筋的配筋根据大量的工程经验和工程类比方法，冠梁的配筋面积：式中：，取。查表可选配C，。最小配筋率：符合要求。故受拉和受压区各选配C级钢筋。（2）纵向构造钢筋的配筋冠梁高度，需配置纵向构造钢筋。纵向构造钢筋面积应满足：查表可选配C级钢筋，此时，满足要求。（3）箍筋的配筋选配钢筋双肢A级，配筋率：式中：；(mm2)；(m)；满足要求。冠梁的配筋图如下图所示：图4-7冠梁配筋图Fig.4-7Crownbeamreinforcementdiagram.1.2.6腰梁的设计腰梁作为外锚固结构，锚固头固定在腰梁上，锚杆之间的水平距离为，内力按五跨简支梁计算。计算时，腰梁的反作用力近似为均布力，如下图所示。图4-8第一道五跨简支梁荷载图Fig.4-8Loaddiagramofthefirstfive-spansimplysupportedbeam.图4-9第二道五跨简支梁荷载图Fig.4-9Loaddiagramofthesecondfive-spansimplysupportedbeam.本工程采用钢筋混凝土腰梁，采用工程类比法，厚度，，，。（1）第一道支撑腰梁①纵向受力钢筋的配筋由结构力学求解器可得弯矩图如下图所示：图4-10连接第一道锚索和桩的腰梁弯矩图Fig.4-10Thebendingmomentdiagramofthewaistbeamconnectingthefirstanchorcableandthepile.可得最大弯矩为：查阅《混凝土结构设计规范》得：，，。取混凝土保护层厚度。：：满足适筋梁条件。：选配C，。最小配筋率：故满足要求。故受拉、受压区各选配C级钢筋。②纵向构造钢筋的配筋由于冠梁高度，故需要配置纵向构造钢筋。纵向构造钢筋的面积应满足：选配C级钢筋，，满足要求。③箍筋的配筋由结构力学求解器可得剪力图：图4-11连接第一道锚索和桩的腰梁剪力图Fig.4-11Shearforcediagramofthewaistbeamconnectingthefirstanchorcableandthepile.由剪力图可得最大剪力为：由于故需按照构造配置箍筋。选配支A级钢筋。满足要求。箍筋配筋率为：满足箍筋最小配筋率要求。（2）第二道支撑腰梁①纵向受力钢筋的配筋计算由结构力学求解器可得弯矩图如下：图4-12连接第二道锚索和桩的腰梁弯矩图Fig.4-12Thebendingmomentdiagramofthewaistbeamconnectingthesecondanchorcableandthepile.由弯矩图可得最大弯矩为：：：，满足适筋梁条件。：查表可选配C，。最小配筋率：符合最小配筋率要求。故受拉和受压区各选配C级钢筋。②纵向构造钢筋的配筋计算由于冠梁高度，故需要配置纵向构造钢筋。纵向构造钢筋的面积应满足：选配C级钢筋，，符合要求。③箍筋的配筋验算由结构力学求解器可得剪力图如下：图4-13连接第二道锚索和桩的腰梁剪力图Fig.4-13Shearforcediagramofthewaistbeamconnectingthesecondanchorcableandthepile.由剪力图可得最大剪力为：由于故需按照构造配置箍筋。选配支A级钢筋。满足要求。箍筋配筋率：满足要求。腰梁配筋图如下图所示：图4-14腰梁配筋图Fig.4-14Waistbeamreinforcementdiagram.1.2.7降水设计计算（1）降水方案的选择目前我国基坑工程中降低地下水位的方法主要有以下6种：轻型井点降水：适用于粉砂质粉土、粉质黏土等，由于抽水机组位于地表，在地面产生真空，因此降水深度受到真空吸程的限制。井管埋设深度一般为6m左右。真空井点降水：适用于黏性土、粉土等上层滞水或潜水水量不大的地区。其中，单级井点降水适用于降水深度不大于6m的地区，多级井点降水度不大于6m的地区。喷射井点降水：用于深层降水，一般一级喷射井点水位降深为8～20m，甚至20m以上。电渗井点降水：适用于淤泥与淤泥质土的工程。管井井点降水：适用于土层、砂层，降水深度为3～5m的工程。深井井点降水：适用于渗透系数较大的砂土地区。结合施工现场的水文地质条件，确定选择轻型井点降水方法，采用下卧降水设备，即先挖土1～2m再布置井点。该基坑尺寸为，长宽比小于20，故该基坑采用等效大井法计算涌水量，矩形基坑采用环状井点系统，井点管距坑边距离为，滤管长度取，直径，此真空井点系统为潜水非完成井群井系统。（2）井点管长度确定其中，，，取，，得考虑井点管露出地面部分，取，因此井点管长度确定为。（3）降水井深度的确定依据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》，降水井深度的计算公式如下：式中：为基坑开挖设计深度（m）；为降水后水位与基坑坑底的距离（m）；按照取值，取水力坡降，为降水井分布范围的等效半径（m）；为降水时的水位变化幅度（m）；为降水井过滤器的工作长度（m）；为沉砂管长度（m）。依据《建筑基坑支护技术规程》，井管沉砂段长度应不小于，依据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》，过滤器长度至少是含水层厚度的。取，。将以上数据代入可得降水井点的深度为：，取。本工程以下卧设备进行降水，即先挖土再布置井点进行降水，故。（4）基坑涌水量计算场地地下水为埋深为的潜水，取降水后地下水位于坑底以下，不透水层在地面以下，可确定该深基坑工程的降水深度为：①含水层厚度H②井点管底部至不透水层距离h③影响半径R土层渗透系数由工程概况已知，单位换算后如下表