基于多支点等值梁法的建筑基坑设计书

1、 岩土工程课程设计基坑支护设计计算说明书 姓 名： 学 号： 班 级： 指导老师： 1.工程概述及总体设计思路1.1 工程概况某大厦进行深基坑支护设计，该工程规划净用地面积18156.9m2，总建筑面积m2，其中地下建筑面积32976m2；主要规划为1、2、3#办公楼（主楼），地上19层，高69.95m；次为商业用房，地上25层，高为13.9522.95m；均设3层地下室。采用框架结构，筏板基础，基础底板埋深13m。1.2 工程及水文地质条件（1）场地工程地址条件拟建场地地貌单元为岷江水系二级阶地。场地因旧房拆迁堆积建渣使得场地地势略显起伏。地面标高503.96505.66m，相对高差为1.7

2、m。根据总平面图，0.00=504.75m，接近于场地自然地坪高度。场地地基岩土构成按岩土组成、结构构造特征及形成条件划分为三大层：第四系人工填土堆积层、第四系上更新统冲洪积堆积层和中生界白垩系上统灌口组泥岩。按地基岩土的构成自上而下分述如下：a第四系人工填土堆积层（Q4ml）杂填土：杂色，褐灰、黄灰色，结构松散。成份以碎砖、瓦块、混凝上碎块、砾卵石为主混1020%的建筑废弃土组成。该层遍布于场地表部，厚度1.205.20m。素填土：褐灰、黄灰色，结构较松散，湿。以粘性土、粉土为主，混1015%的砖瓦碎块。该层分布不连续，厚度0.403.30m。b第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）本层主

3、要特点是：从地形地貌条件上属河间地块。据成都平原水文地质工程地质综合勘察评价报告，根据绝对年龄的测定本层属第四系上更新世晚期（Q23），相当于广汉冲积层。由于堆积时间较久，经上覆土层长期压密作用，以密实卵石层构成地基岩土主体层位；卵石层自上而下由微风化向弱至中等风化过渡，泥质含量逐渐增高构成本层又一特点。粉质粘土：黄褐、黄灰色，可塑为主，湿。土体裂隙较发育，土体合少量铁锰质结核及浸染斑块。本层受人类工程活动影响，分布不稳定，残存厚度0.401.60m。粉土：灰黄、黄灰色，湿，松散稍密。土体夹粉砂薄层及铁锰质浸染斑块。其粉粒含量约为86.2%，粘粒含量约为9.0%。受人类工程活动影响，该层分布不

4、稳定，残存厚度0.401.80m。细砂：灰黄、黄灰色，湿，松散。矿物成份以长石、石英为主，云母片及暗色矿物次之。粒径大于0.075mm的砂粒含量为87.5-90%。该层分布较连续，厚度0.433.10m。卵石层中的细砂：灰、青灰色，湿饱和，结构松散。矿物成份以长石、石英为主，云母片及暗色矿物次之。粒径大于0.075mm的砂粒含量为88.889.8%，局部段含少量砾卵石。该层呈透镜体分布于卵石层中，厚度0.204.20m。卵石层：黄褐、黄灰色，湿饱和。卵石成分以花岗岩、辉长岩、石英岩为主，次为变质岩、砂岩、灰岩等。卵石呈圆形、亚圆形，磨圆度较好，坚硬，部份卵石呈弱风化状，少量呈强风化状。以细砂充

5、填为主，局部由泥砂或泥质充填。卵石层顶面埋深5.07.6m，标高496.99499.57m，构成地基岩土主体层位。卵石层划分为三个亚层：稍密卵石：黄褐、黄灰色，湿饱和，稍密。卵石排列混乱，大部分不接触。该层呈透镜体分布于卵石层上部及中部。中密卵石：黄褐、黄灰色，湿饱和，中密。卵石交错排列，大部分接触。该层呈透镜体分布于卵石层上部及中部。密实卵石：黄褐、黄灰、青灰色，湿饱和，密实。卵石交错排列，连续接触。本层厚度大，分布较稳定，构成卵石层主体层位， c中生界白垩系上统灌口组泥岩（K2g）紫红、棕红色，强风化，泥质胶结，裂隙较发育；质软，岩芯呈碎块状、短柱状，手折易断。泥岩层顶埋深30.630.8

6、m，标高 473.41473.93m， (2) 场地水文地质条件场地地下水主要赋存于卵石层中，为松散岩类孔隙潜水，主要接受大气降水、地下侧向径流补给，于地势较低处排泄或从井中人工排泄。勘察期间实测地下水位埋深为7.07.7m，标高496.87496.97m，该水位埋深偏大，是受场地附近长期降水工程的影响所致。在无人工降低地下水位的条件下，丰水期地下水位正常埋深约为4.5m，标高为500.135m；历史最高水位埋深约为2.5m，标高为501.635m；地下水位年变幅约为2m，地下水自北西流向南东，水力坡度约为0.002。另场地局部地段人工填土层中赋存上层滞水，水位埋深约1.53.9m，由沟水、雨

7、水、自来水渗透补给，但水量甚微。水文地质参数:场地泥岩埋深30.630.8m，标高473.41473.93m。含水层厚度约为24m。卵石含水层渗透系数k=12.0219.7m/d，平均15.12m/d。场地含水层渗透系数建议取值17m/d。场地地下水无色、无味、透明，PH值7.47.5，对砼结构无腐蚀性；对钢筋砼结构中的钢筋无腐蚀性；对钢结构具弱腐蚀性。该基坑所处地层（按地基岩土的构成自上而下的土层）的主要物理力学参数如下表所示:表1序号土层名称土层厚度()标高()重度(kN/m3)粘聚力ck(kPa)内摩擦角k()极限摩阻力qsk(kPa)1杂填土3.0-3.016.010152素填土2.0

8、-5.017.010103粉质粘土1.0-6.019.53018604粉土1.0-7.019.02020405细砂2.0-9.019.524306卵石层中的细砂2.0-11.019.524307稍密卵石-18.018.0351108中密卵石7.021.0381309密实卵石22.04015010强风化泥岩25.0-43.023.02.结构设计任务及要求2.1设计任务本工程采用筏板基础，基础底板埋深超过10m，对于该工程的基坑围护，综合考虑场地土质条件以及施工安全要求，采用排桩结合锚杆的锚拉式支挡结构进行支护。根据本工程的开挖深度、地质情况及周边环境情况，基坑安全等级为二级，基坑重要性系数。2.

9、2设计参数1) 基坑开挖面积：2) 整体稳定性：3) 抗隆起稳定性：4) 突涌稳定性：5) 流土稳定性：6) 基坑深度：2.3基坑支护设计的计算方法计算板桩墙的内力常用方法，主要有静力平衡法、等值梁法、弹性支点法等。由于弹性支点法手算复杂，且边界条件未知，故在手算时不采用，在电算时采用。本次设计手算过程采用多支点等值梁法计算结构内力。在设计时选用11横剖面地层进行设计计算，具体地层条件见表1。2.4设计依据资料及规范1）岩土工程设计任务指导书2）建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）3）混凝土结构设计规范（GB-2002）2.5支护结构方案本工程的基坑支护方案定为锚拉式支护结构，拟采

10、用三排锚杆，分别位于地面以下1m、5m、9m处，通过对锚杆施加预应力来控制变形。支挡构件为排桩，排桩采用钻孔灌注桩，嵌固深度及桩长由此后设计计算而定，桩径拟定为1.0m，桩中心距1.0m，桩身混凝土强度等级采用C30，纵向受力钢筋采用HRB400，箍筋采用HPB300，锚杆位于桩中间，水平间距1.0m，倾角15度，钻孔直径从上到下依次为150mm、150mm、200mm。采用二次压力灌浆法施工，锚杆杆体采用17钢绞线，考虑到地面有堆载及施工器具车辆等外加荷载的影响，设定地面超载q=20kPa。基坑支护示意图3基于等值梁法的基坑支护结构设计计算3.1土压力系数计算勘察期间实测地下水位埋深为7.0

11、7.5m，但考虑到由于受场地附近近期降水工程的影响，该水位埋深偏大，在无人工降低地下水位的条件下，丰水期地下水位埋深为4.5m，历史最高水位为2.5m，另外场地局部地段人工填土层有少量上层滞水，这里排桩两侧土体的计算重度均采用其饱和重度（偏安全）。为满足等值梁法的计算条件，对排桩两侧土体的强度参数按土层厚度进行加权平均，在计算土压力时采用土水合算计算方法，不考虑粘性土的粘聚力。主动侧土层的加权平均重度：主动侧土层的加权平均内摩擦角：被动侧土层的加权平均重度：被动侧土层的加权平均内摩擦角：主动土压力系数： 被动土压力系数： 3.2土压力零点处计算记主动土压力与被动土压力相等的点距基坑底部的距离为

12、解得3.3土压力计算桩顶（即基坑顶面）处主动土压力：基坑顶面以下1m（第一道锚杆）处主动土压力：基坑顶面以下5m（第二道锚杆）处主动土压力：基坑顶面以下9m（第三道锚杆）处主动土压力：基坑底面处主动土压力：基坑侧壁净土压力分布图3.4利用等值梁法计算桩身弯矩及锚拉点支反力将支护桩简化成连续梁，其荷载为土压力，根据假定，连续梁第一段看成悬臂，中间支锚各段为两端固定，最后一段土压力零点处视为铰支，运用结构力学的方法计算固端弯矩。A-B端看做悬臂段，其中：B-C端看做两端固定，其中：C-D段看做两端固定，其中：D-F段看做一端固定一端铰接，其中：桩身B、C、D处的支反力：对桩身弯矩进行分配，首先计算

13、分配系数：C点处固端弯矩：分配系数：D点处固端弯矩：分配系数：弯矩分配表 单位：kN*mBCDF分配系数0.4290.5710.6490.351固端弯矩6.65-6.6575.96-73.66146.61-509.860117.86235.75127.50-51.6-68.62-34.3111.1422.2712.04-4.78-6.36杆端弯矩6.65-6.6519.63-19.63370.32-370.320各支点反力及弯矩表支撑点支点反力（kN）弯矩（kN*m）B79.57-6.65C307.61-19.63D602.01-370.32F268.0603.5排桩长度计算设土压力零点以下排

14、桩的嵌固深度为，由计算得出的F点支点反力可得：解得所以排桩最小入土深度为：综合考虑各种不利因素，这里取排桩入土深度为排桩总长度为：3.6桩身最大弯矩计算经估算，基坑底面以上两米处为桩身弯矩近似最大值：3.7锚杆设计计算锚索选用（7股）钢绞线，单束锚索直径为15.2mm，其抗拉强度设计值为。锚杆施工时采用套管护壁成孔工艺，二次压力注浆施工方法。基坑顶面以下第一道锚杆：锚固体直径 （填土）轴向拉力标准值：基坑为二级基坑，由，锚固段长度：自由段长度：锚杆总长度：，故此处锚杆总长度取。锚杆杆体直径计算：， 所以此处选择1根直径为15.2mm的钢绞线。基坑顶面以下第二道锚杆：锚固体直径 （粉土）轴向拉力

15、标准值：基坑为二级基坑，由，锚固段长度：自由段长度：锚杆总长度：，故此处锚杆总长度取。锚杆杆体直径计算：， 所以此处选择2根直径为15.2mm的钢绞线。基坑顶面以下第三道锚杆：锚固体直径 （卵石层中的细沙）轴向拉力标准值：基坑为二级基坑，由，锚固段长度：自由段长度：锚杆总长度：，故此处锚杆总长度取。锚杆杆体直径计算：， 所以此处选择4根直径为15.2mm的钢绞线。3.8桩身配筋计算基坑等级为2级，取 纵向受力钢筋选用HRB400，箍筋选用HPB300，排桩直径设为1m，混凝土保护层厚度选用35mm，沿桩身周围均匀配筋，由建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）附录A.0.1公式：利用迭

16、代法计算可得：选用16根直径为22mm的钢筋，实际配筋面积为6081.6平方毫米，实际配筋率满足最小配筋要求。4.稳定性验算4.1整体稳定性验算采用理正岩土6.0边坡稳定性分析软件验算基坑的整体稳定性。计算数据：滑动安全系数: 2.495*滑面信息* 土条总数: 29 圆心半径(m): (5.000, 12.000) R = 15.000 土条详细表 表中符号意义: i 土条编号ixlcWNTErXrPxPySxSyUQJtiQv1-4.001.21-34.5510.025.06.895.675.930.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.002-3

17、.001.16-30.0210.025.019.5516.937.800.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.003-2.001.11-25.7010.025.030.1427.169.530.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.004-1.001.08-21.5210.025.038.9036.1911.070.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0050.001.05-17.4710.025.0285.74272.5655.150.000.000.000.00

18、0.000.000.000.000.000.000.0061.001.03-13.5010.025.0291.54302.9360.750.000.000.0020.000.000.000.000.000.000.000.0072.001.01-9.6010.025.0295.63311.2162.240.000.000.0020.000.000.000.000.000.000.000.0083.001.01-5.7410.025.0298.33316.7363.240.000.000.0020.000.000.000.000.000.000.000.0094.001.00-1.9110.02

19、5.0299.67319.4963.730.000.000.0020.000.000.000.000.000.000.000.00105.001.001.9110.025.0299.67319.4963.730.000.000.0020.000.000.000.000.000.000.000.00116.001.015.7410.025.0298.33316.7363.240.000.000.0020.000.000.000.000.000.000.000.00127.001.019.6010.025.0295.63311.2162.240.000.000.0020.000.000.000.0

20、00.000.000.000.00138.001.0313.5010.025.0291.54302.9360.750.000.000.0020.000.000.000.000.000.000.000.00149.001.0517.4710.025.0285.99291.8858.760.000.000.0020.000.000.000.000.000.000.000.001510.001.0821.5210.025.0278.90278.0556.290.000.000.0020.000.000.000.000.000.000.000.001611.001.1125.7010.025.0270

21、.14243.4249.950.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001712.001.1630.0210.025.0259.55224.7246.640.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001813.001.2134.5510.025.0246.89203.3442.880.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001914.000.9338.6510.025.0170.20132.9328.580.000.000.000.000.000.000.000.0

22、00.000.000.002014.730.9842.3010.025.0161.17119.2026.220.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.002115.451.0546.1810.025.0150.86104.4523.730.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.002216.181.2950.6610.025.0155.7498.7223.640.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.002317.001.2155.4510.025.0117.0666.

23、3917.280.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.002417.691.7261.0410.025.0120.3458.2617.770.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.002518.520.5565.370.024.028.7111.962.140.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.002618.751.0868.4820.020.043.7816.0610.960.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.002

24、719.141.0572.5330.018.028.878.6713.740.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.002819.462.0478.4410.010.026.605.338.570.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.002919.872.0186.0410.015.04.290.308.070.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00 x 起始x(m) l 土条底长(m) 土条底部倾角(度) c 土条底部粘聚力(kPa) 土条底部内摩擦角(度) W

25、 土条重(kN) N 土条底部法向力(kN) T 土条底部切向力(kN) Er 土条右侧法向力(kN) Xr 土条右侧切向力(kN) Px 水平超载(kN) Py 竖向超载(kN) Sx 水平静水压力(kN) Sy 竖向静水压力(kN) U 孔隙水压力(kN) Q 自重产生的水平地震力(kN) J 筋带力(kN) ti 超载在滑弧切线方向上产生的水平地震力(kN) Qv 自重产生的竖向地震力(kN)计算得到整体稳定性系数为2.4951.3，满足整体稳定性要求。4.2抗隆起稳定性验算抗隆起稳定性满足要求。4.3抗管涌稳定性验算，抗管涌稳定性满足要求。5施工工艺及施工流程5.1钻孔灌注桩施工流程（

26、一）放样定位工程开工前，根据轴线及桩位布置情况，在场地内建立测量控制网，然后依据控制网测放各桩位中心点。（二）埋设护筒护筒直径应比桩孔直径大100mm，长度应满足护筒底进入黏土层不少于0.5m的要求，护筒顶端高出地面0.3m，护筒埋设的倾斜度控制在1%以内，护筒埋设偏差不超过30mm，护筒四周用黏土回填，分层夯实。（三）钻机就位钻机就位必须稳固、周正、水平，确保“天车、转盘中心、桩位中心”三点成一线，钻机的转盘中心与桩位中心误差不大于10mm。（四）钻进成孔针对本工程的地质特点：桩基以中风化泥质粉砂岩作为桩端持力层。结合以往施工经验，我方采用回转钻进方法进行成孔：在护筒埋设并定位后，首先使用G

27、PS-20型回转钻机钻进，该钻机扭矩大，转速高，成孔效率也比一般钻机高，适合在强风化层或卵石层中钻进。在成孔过程中采用泥浆护壁。对于回转钻进，利用钻进过程中钻头对泥土的搅拌作用自然造浆，根据实际需要可对泥浆的比重进行调节，在施工过程中泥浆比重一般控制在1.21.3之间，泥浆在循环过程中在孔壁表面形成泥皮，它和泥浆的自重对孔壁起到保护作用，防止孔壁坍塌。通过试成孔施工，泥浆护壁效果比较好，完全可以满足施工的需要。（五）一次清孔在钻机钻至设计孔深后，将钻头提离孔底300500mm，慢转，开足泵量进行一次清孔，重点是搅碎孔底较大颗粒的泥块，同时上返孔内尚未返出孔外的钻渣。时间为3h左右。（六）钢筋笼

28、制作与安放1钢筋笼制作钢筋笼在现场分节制作，主筋与加强筋全部焊接，螺旋筋与主筋采用隔点焊加固，钢筋笼制作符合设计要求。2钢筋笼孔内安放钢筋笼在孔口焊接，单面焊10d，焊缝高度0.3d，焊缝宽度0.7d。两段笼子应保持顺直，同截面接头不得超过配筋的50%，间距错开，不少于35d。钢筋焊接完好后，应缓慢下放至孔内，严禁砸笼，隔4m在钢筋笼四周均匀设立4个水泥保护块，钢筋笼下放至预定位置后，应在孔口固定，以防其上窜或下沉。（七）下导管1导管的选择采用丝扣连接的导管，其内径250，底管长度为4m，中间每节长度一般为2.5m。在导管使用前，必须对导管进行外观检查、对接检查和压水试验。（1）外观检查：检查

29、导管有无变形、坑凹、弯曲，以及有无破损或裂缝等，并应检查其内壁是否平滑，对于新导管应检查其内壁是否光滑及有无焊渣，对于旧导管应检查其内壁是否有混凝土粘附固结。（2）对接检查：导管接头丝扣应保持良好。连接后应平直，同心度要好。（3）压水试验：在连接后导管内先加70%的清水，然后一端密封，另一端通过空压机加压到0.50.6MPa，维持压力不变，滚动导管看是否漏水，时间约为15min。经以上检验合格后方可投入使用，对于不合格导管应严禁使用。导管长度应根据孔深进行配备，满足二次清孔及水下混凝土浇筑的需要，即二次清孔时能下至孔底；水下浇筑时，导管底端距孔底0.5m左右，混凝土应能顺利从导管内灌至孔底。2导管下放导管在孔口连接处应牢固，设置密封圈，吊放时，应使位置居中，轴线顺直，稳定沉放，避免卡挂钢筋笼和刮撞孔壁。（八）二次清孔1、二次清孔采用反循环法。将泥浆从已下的导管中注入桩底，从而形成流动，因为导管的内断面积大大小于导管外壁与桩壁间的环状断面积，便形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，从而起到极好的清孔效果。2、二次清孔采用泵吸反循环法。如发现孔底有大的碎块，一般的反循环法无法清理，则可采用泵吸反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过风管（水管）送至孔内气浆混合器，