基坑支护设计计算方法培训讲义范本

1、某基坑支护设计1 目 录摘要:- -3 ABSTRACT- -4绪论-6第一章 基坑支护概述-12第一节 基坑支护的设计要求计算理论-12第二节 支护设计及施工要点-15第三节 基坑支护设计原则-15第四节 侧壁安全等级及重要性系数-15第五节 支护结构选型-15第六节 基坑支护结构内支撑体系-15第二章 基坑支护设计的计算方法-12第一节 概述-15第二节 静力平衡法-15第三节 等值梁法-15第四节 M法-15第三章 设计任务及要求-17第一节 设计原始资料-17一、 工程概况-17二、 设计条件-17第二节 结构设计任务及要求-18一、 任务-18二、 要求-18 第四章 结构方案设计说

2、明-21第一节 设计依据及规范-21一、 本项目相关资料-21二、 设计采用的-22三、 基坑设计环境控制标准-22第二节 支护结构方案-25一、 方案设计指导思想-25二、 方案简介-25第五章 基坑支护结构设计计算书-21第一节 土压力计算-21一、 土压力系数计算-21二、 土压力计算-22第二节 嵌固长度及水平锚固力计算-25一、 土压力系数计算-21二、 锚杆长度计-22三、 锚杆杆体材料计算-21四、 桩长计算-22第三节 配筋计算-21一、 排桩配筋计算-21第四节 验算-26一、 整体稳定验算-26二、 抗倾覆稳定验算-28三、 抗隆起验算-29第六章 电算结果-42参考文献-

3、59致谢-61第二章 基坑支护设计的计算方法21概述计算板桩墙的常用方法,主要有自由端支撑法(静力平衡法)、弹性线法、等值梁法,后来又提出1/2分割法,矩形荷载经验法,太沙基法,均适用于基坑围护结构计算。由于本工程拟采用排桩式围护,故主要介绍下面介绍板桩墙设计方法:静力平衡法和等值梁法。22静力平衡法它假定支护结构是刚性的,随着板(桩)入土深度的不同,作用在不同深度上各点的净土压力的分布不同。当单位宽度板(桩)墙处于稳定,相应的板(桩)入土深度即为板桩保证其稳定性所需要的最小入土深度,可根据静力平衡条件即水平力平衡方程(H=0)和对桩底截面的力矩平衡方程(M=0)联解求得。图2-1为单撑(锚)

4、支护结构的内力计算简图。整个支护结构是稳定的,故作用在挡土结构上的Ra、Ea、Ep三力必须平衡。图中Ra为支撑(锚)力；Ea为主动土压力；Ep为被动土压力；q。为地面均布荷载。图 2-1 底部自由支承单撑(锚)支护结构计算根据力的平衡条件可以得到: (2-10)根据对支撑(锚)位置的力矩平衡条件可以得到:(2-11)由以上两个方程可以得到关于入土深度t的三次方程,当主、被动土压力都确定后,入土深度只随撑(锚)位置ho而改变,调整ho可以调整入土深度,关系是:ho增大,t减小；反之增大。从而可以达到调整桩长的目的。同时桩中的最大弯矩也是ho的函数,当ho从小到大增大时,桩中的最大弯矩是先小后增大

5、,它有一个最小值,取此值进行桩径设计可以使桩径最小。23等值梁法桩入坑底土内有弹性嵌固(铰结)与固定两种,当作一端弹性嵌固另一端简支的梁来研究。挡墙两侧作用着分布荷载,即主动土压力与被动土压力,如图2-1所示。在计算过程中所要求得出的仍是桩的入土深度、支撑反力及跨中最大弯矩。单支撑挡墙下端为弹性嵌固时,其弯矩如图2-2所示,若在得出此弯矩图前己知弯矩零点位置,并于弯矩零点处将梁(即桩)断开以简支计算,则不难看出所得该段的弯矩图将同整体梁计算时一样,此段梁段即称为整梁该段的等值梁。对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙其净土压力零点位置与弯矩零点位置很接近,因此可在压力零点处将板桩划开作为两个相联的简支

6、梁来计算。这种简化计算就称为等值梁法,其计算步骤如下:1)根据基坑深度、勘察资料等,计算主动土压力与被动压力,求出土压力零点B的位置,按式(2-12)计算B点至坑底的距离u值；图2-2等值梁法计算简图2)由等值梁AB根据平衡方程计算支撑反力Ra及B点剪力Q (2-12) (2-13)3)由等值梁BG求算板桩的入土深度,取艺Mc=0,则 (2-14)由上式求得 (2-15)由上式求得x后,桩的最小入土深度可由下式求得 (2-16)如土质差时,应乘系数,即 (2-17)4)由等值梁求算最大弯矩值。第三章 设计任务及要求31设计原始资料一、 工程概况(一)一般概况1项目名称 陆家嘴中心区B2-1地块

7、项目2项目地点 浦东新区陆家嘴中心区B2-1地块3业主 上海陆家嘴金融贸易区开发XX公司4主体设计 上海中福建筑设XX公司5岩土勘察 XX市岩土地质研XX公司(二)结构概况1本项目位于陆家嘴中心区B2-1地块,基地面积4428.1平方米,由陆家嘴环路和东园路围合而成。本项目为服务性办公楼,由主楼(地面三层)及二层地下室组成,总建筑面积为9318.2。未来将由电信及其它服务性办公进驻本大厦。2基坑面积及开挖深度本工程建筑0.00相当于绝对标高+4.25,室外自然地面平均标高取+4.00；基坑开挖面积约2459m2,基坑围护周长约210m,根据结构图纸,底板面标高为-7.55,底板厚为700mm,

8、局部厚为1100mm,垫层厚为100mm。因此基坑开挖深度为8.10米,局部电梯井、集水坑等落深尚未确定。二、设计条件(一)周边条件本工程位于陆家嘴中心区B2-1地块,周边环境情况较为复杂:东侧:基坑开挖面与红线间距离为5.4955.528米,红线外为汇亚大厦。该建筑物地上33层、地下4层,采用桩基础,与基坑开挖面最小距离为19.125米。南侧:基坑开挖面与红线间距离为10.99716.636米,红线外为上海银行大厦。该建筑物主楼46层,裙房5层,地下3层,采用桩基础,与基坑开挖面最小距离为17.479米。西侧:基坑开挖面与红线间距离为4.2594.357米,红线外为东园路。北侧:基坑开挖面与

9、红线间距离为8.69612.053米,红线外为陆家嘴环路。(二)工程水文地质条件根据陆家嘴中心区B2-1地块项目岩土工程勘察报告,本工程基坑开挖影响范围内岩土工程地质有以下特点:1、 拟建场地现为停车场,场地地形基本平坦,实测各勘探点的孔口地面标高在3.844.36米之间,一般地面标高在4.00左右。2、 场地内层填土较厚,在1.803.10m之间,上部1.0米为碎石、砖块、建筑垃圾等,下部为灰黄灰色粘性土、粉性土,土质不均。3、 基坑开挖深度范围内分布有第3层粉土,富水性好,透水性强,在水头差的作用下易产生流砂等不良地质现象。4、 拟建场地浅部地下水属潜水类型,其水位动态变化主要受控于大气降

10、水和地面蒸发,勘察期间实测取土孔内地下水位静止水位埋深在0.901.20m,设计计算时地下水位取0.5m。5、 场区内第层为承压含水层,承压水头在311m,其中1层顶最浅埋深约为32米。经计算,按承压水头为自然地面以下3米考虑,当基坑开挖深度小于15.0米时,可不考虑承压水对基坑突涌的影响。由于本工程底板处开挖深度为8.1米,预计局部电梯井、集水坑处开挖深度不会大于15米,因此可不考虑承压水对基坑的影响。6、 场地内土层分布情况及基坑围护设计参数如下表(一)所示。 表3-1 土层分布情况及设计参数表土层名层厚(M)(kN/m3)(度)C(kPa)含水量(%)压缩模量(MPa)渗透系数建议值(c

11、m/s)填土1.803.10172503粘质粉土夹粉质粘土7.709.5018.328732.08.292.0E-04淤泥质粘土4.20_.1016.79.51351.42.054.0E-061-1粘土5.606.5017.5131641.13.404.0E-061-2粉质粘土夹粘质粉土8.5015.0018.1191434.05.168.0E-06注:C、均为勘察报告所提供的基坑支护设计参数(直剪固结峰值)；(三) 基坑侧壁安全等级及重要性系数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0 = 1.0。 32 结构设计任务及要求一、任务该工程是对基坑围护做

12、排桩结合锚杆的设计。运用了所学的土力学及基坑围护设计等专业知识结合毕业实习的现场实习经验,通过对勘察资料的分析,结合场地环境及工程实际并运用计算机应用软件,设计计算。主要内容:围护结构的设计、施工方案的选择、整体稳定验算、坑底隆起验算、主被动土压力计算等。二、要求目的:根据勘探报告资料和相关规范结合专业知识设计合理的设计方案以达到实际工程设计要求标准。主要指标:(1)保证开挖面积达2459m2； (2)保证基坑深度达8.1m； (3)抗倾覆稳定性验算Ks1.200； (4)抗隆起验算Ks1.1； (5)抗管涌验算K1.5。第四章 结构方案设计说明41设计依据及规范一、本项目相关资料1、陆家嘴中

13、心区B2-1地块项目建筑总平面图、扩初方案资料；2、地下综合管线图；3、陆家嘴中心区B2-1地块项目岩土工程勘察报告；二、设计采用的规范1、国家标准混凝土结构设计规范(GB50010-2002)；2、国家标准地基基础设计规范(GB 50007-2002)；3、国家标准建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)；4、国家标准建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB 50202-2002)5、中华人民共和国行业标准建筑基坑支护技术规程( JGJ120-99)三、基坑设计环境控制标准本工程基坑施工对周边环境影响的控制指标如下:1、 邻近建筑物沉降不大于20mm,附加倾斜不大于1.0；2、 管线相邻

14、两监测点(不大于20米)沉降差10mm,水平位移差10mm,并满足相关管线单位的要求；42 支护结构方案一、方案设计指导思想基坑围护方案的选定必须综合考虑工程本身的特点及周围环境的要求,在满足地下室结构土建施工及确保周围环境安全可靠的前提下,尽量达到既经济合理,又方便施工及提高工效的标准。本工程基坑开挖深度较深,达8.10米,基坑开挖面积约2459平方米；项目位于陆家嘴中心区,开挖面与红线距离仅约4.2612.05米,与相邻建筑物距离约17.4819.13米,西、北两侧紧邻道路,环境保护要求比较高,必须采取可靠围护措施。根据本工程的开挖深度、地质情况及周边环境情况,基坑围护可按二级基坑工程进行

15、设计。二、方案简介基坑工程具有较强的环境效应,基坑工程的开挖,必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变,导致周围地基土体的变形,对相邻建筑物、构筑XX市政地下管网产生影响。影响严重的将危及相邻建筑物、构筑XX市政地下管网的安全与正常使用。本工程周围的环境复杂,对环境的要求比较苛刻,既要保证整个维护结构的施工过程的安全,又要控制围护结构及其周围土体的变形,以保证周围建筑和地下管线的安全。在安全前提下设计合理,节约造价,方便施工,缩短工期。故采用排桩与锚杆组合的基坑护壁体系。利用排桩与锚杆组合的基坑护壁体系是深基坑施工支护结构的一种方法,即采用钻孔压浆桩和锚杆配合体系进行护壁。开挖基坑周围钻孔

16、,浇筑钢筋混凝土灌注桩,每隔一定距离向桩背面斜下方用锚杆钻机打孔,在孔内放钢筋锚杆,用水泥压力灌浆,达到强度后,拉紧固定,在桩中间进行挖土直至设计深度。该方法既防止侧壁土体产生坍塌下滑,保护相邻建筑物安全,又有施工方便XX省施工场地,施工进度快,护壁效果好,安全可靠,便于机械开挖的特点,适用于邻近有高层建筑,不允许支护有较大变形。第五章 基坑支护结构设计计算书51 土压力计算一、土压力系数计算土压力系数如表5-1所示。土压力系数表 表5-1土 层KaiKpi填土0.40590.63713粘质粉土夹粉质粘土0.35400.59502.82521.6808淤泥质粘土0.71670.84661.39

17、531.18121-1粘土0.63270.79541.58051.25721-2粉质粘土夹粘质粉土0.50880.71331.96551.4019二、土压力计算(一)土层分布土压如表5-2所示。 土层分布 表5-2层号岩土名称厚度(m)填土2.503粘质粉土夹粉质粘土8.00淤泥质粘土4.501-1粘土6.00(二)土层侧向土压力计算(1)主动土压力计算aA=(20+170)0.4059-200.6371=8.118(kPa)aB上=(20+172.5)0.4059-200.6371=25.369(kPa)aB下=(20+172.5)0.3540-270.5950=13.795(kPa)aC=

18、(20+172.5+18.35.6)0.3540-270.5950=50.073(kPa)aD上=Ea(2 3)=50.073(kPa)aD下=(20+172.5+18.35.6)0.717-2130.847=96.269(kPa)aE上=Ea(3 1)=96.269(kPa)aE下=(20+172.5+18.35.6)0.6327-2160.7954=78.93(kPa)aF=78.93(kPa)(2)被动土压力计算pC=02.8252+271.6808=23.531(kPa)pD上=(0+18.32.4)2.8252+271.6808=147.614(kPa)pD下=(0+18.32.4)

19、1.3953+2131.1812=91.993(kPa)pE上=(0+18.32.4+16.74.5)1.3953+2131.1812=196.850(kPa)pE下=(0+18.32.4+16.74.5)1.5805+2161.2572=228.420(kPa)pF=(0+18.32.4+16.74.5+17.56)1.5805+2161.2572=394.373(kPa) 图5-1 土压力分布图(3)净土压力计算(坑地面以下)pC=23.5312-50.073=-26.542(kPa)pD上=147.614-50.073=97.541(kPa)pD下=91.993-96.269=-4.27

20、6(kPa)pE上=196.850-96.269=100.581(kPa)pE下=228.421-78.93=149.491(kPa)pF=394.373-78.93=315.443(kPa)得开挖面以下图土压力零点 X/2.4-X=26.542/97.541X=0.513(m)土压力零点在基坑底面以下0.513m处(如图5-2所示)。图5-2 净土压力分布图(三)土压力合力及作用点的计算:EaAB=2.5(8.118+25.369)/2=41.858(KN/m)HaAB=2.5/3(8.1182+25.369)/(8.118+25.369)=1.035(m)EaBC=(13.795+50.0

21、73)5.6/2=178.83(KN/m)HaBC=5.6/3(13.7952+50.073)/( 13.795+50.073)=2.27(m) EaCD=50.0732.4=120.175(KN/m)HaCD=2.4/2=1.2(m)EaDE=96.2694.5=433.209(KN/m)HaDE=4.5/2=2.25(m)EpCD=(23.531+147.614)2.4/2=205.374(KN/m)HpCD=2.4/3(23.5312+147.6)/(23.531+147.6)=0.91(m)EpDE=(91.993+196.850)4.5/2=649.895(KN/m)HpDE=4.5

22、/3(91.9932+196.850)/( 91.993+196.850)=1.978(m)52 嵌固长度及水平锚固力计算一水平锚固力的计算:(以土压力零点位置计算)以o点取矩:(6.6+0.513)T=41.858(1.035+5.6+0.513)+178.83(2.27+0.513)+0.526.5420.5132/30.513T=(299.2+497.68+2.328)/7.113 T=112.36(kN/m)二锚杆长度计算:取60kpa 取1.3 钻孔直径取120mm 锚杆位于地下4m处 倾角取= HPB235钢筋抗拉强度设计值=0.21 kpa/mm21自由段长度计算:=2.525+

23、828.5+4.59.5+613=0.513+4.1=4.613m得=2.834m可取自由段长度计算:2.834+1.5=4.3m图5-3 锚杆自由段计算简图2锚固段长度计算:根据 ,取1.0,有=16.7m取锚固长度为17m, 锚杆总长为17+4.3=21.3m三锚杆杆体材料计算:杆体钢筋半径为 取20mm四桩长计算:设桩端进入1-1层顶面以下x米处Ma=41.858(1.035+12.5+x)+178.83(2.27+2.4+4.5+x)+120.175(1.2+4.5+x)+433.209(2.25+x)+78.93x2/2=39.465x2+774.072x+3866.132Mp=20

24、5.374(0.91+4.5+x)+649.895(1.978+x)+228.42x2/2+1/2(394.373-228.42)x/6x2/3=4.6098x3+114.210x2+855.269x+2396.496MT=112.36(13.5+x)=1516.86+112.36x由M=0 得:Mp+ MT-1.20Ma0整理得:4.61x3+66.85x2+38.74x-7260解之得: x2.786m嵌固长度hd=2.4+4.5+2.786=9.686m 取10m桩长H=8.1+10=18.1m 53 配筋计算一、排桩配筋计算(一)最大弯矩计算:(1)被动土压力弯矩分段函数:1.5x8.

25、1 M=112.36(x-1.5)=112.36x-168.548.1x10.5 M=112.36(x-1.5)+23.53(x-8.1)2/2+1/2(147.6-23.53)(x-8.1)3 /(2.43)=112.36x-168.54+11.765(x-8.1)2+8.62(x-8.1)310.5x15 M=112.36(x-1.5)+205.4(0.9+x-10.5)+91.99(x-10.5)2/2+1/2(196.9-91.99)(x-10.5)3/(4.53) =317.741x-2138.087+46.0(x-10.5)2+3.884(x-10.5)315x18.1 M=112

26、.36(x-1.5)+ 205.4(0.9+x-10.5)+649.895(1.5+x-15)+ 228.421(x-15)2/2+1/2(394.373-228.421)(x-15)3/(63) =967.64x-10911.67+114.21(x-15)2+4.61(x-15)3(2)主动土压力弯矩分段函数:0x2.5 M=8.12x2/2+1/2(25.37-8.12)x3/9=4.06x2+1.15x32.5x8.1 M=41.86(1.04+x-2.5)+13.795(x-2.5)2/2+1/2(50.073-13.795)(x-2.5)3 /(5.63) =41.858x-61.3

27、22+6.898(x-2.5)2+1.089(x-2.5)38.1x10.5 M=41.86(1.035+5.6+x-8.1)+178.8(2.27+x-8.1)+50.07(x-8.1)2/2 =220.69x-1103.9+25.037(x-8.1)210.5x15 M=41.86(1.035+8+x-10.5)+178.83(2.27+2.4+x-10.5)+120.175(1.2+x-10.5)+1/296.27(x-10.5)2 =340.813x-2221.53+48.1(x-10.5)215x18.1 M=41.86(1.035+12.5+x-15)+178.83(2.27+6.

28、9+x-15)+120.175(1.2+4.5+x-15)+433.209(2.25+x-15)+1/278.93(x-15)2 =774.074x-7744.946+39.465(x-15)2(3)弯矩图:根据主动土压力与被动土压力的分段函数画出弯矩图 如图5-4所示图5-4 弯矩图(二)配筋计算53 验算二、 抗倾覆稳定验算:抗倾覆安全系数:Mp被动土压力及锚杆力对桩底的弯矩, 其中锚杆力由等值梁法求得;Ma主动土压力对桩底的弯矩;Mp=112.3615.6+280.714(1.083+4.5+1.6)+707.2023.6+1/21.62242.812+1/21.6(408.712-24

29、2.812) 1.6/6 1.6/3=6916.275(KNm/m)Ma=55.419(1.22+12.5+1.6)+173.793(2.13+2.9+4.5+1.6)+147.677(6.1+4.5)+1/21.6278.581+431.114(2.25+1.6)=5658.669(KNm/m)Ks = 1.222 1.200, 满足规范要求!三、 抗隆起验算:Prandtl(普朗德尔)公式(Ks = 1.11.2),注:安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部): =(3.264-1)1/tan13 =9.806 = =2.019 Ks = 2.019 1.1, 满足规

30、范要求。四、 抗管涌验算:抗管涌稳定安全系数(K = 1.5):式中0 侧壁重要性系数; 土的有效重度(kN/m3); w 地下水重度(kN/m3); h地下水位至基坑底的距离(m); D 桩(墙)入土深度(m);K = 2.547 = 1.5, 满足规范要求。附件：工程施工现场应急预案及安全保证措施一、编制原则1、以人为本,安全第一原则。把保障人民群众生命财产安全,最大限度地预防和减少突发事件所造成的损失作为首要任务。 2、统一领导,分级负责原则。在本项目部领导统一组织下,发挥各职能部门作用,逐级落实安全生产责任,建立完善的突发事件应急管理机制。 3、依靠科学,依法规范原则。科学技术是第一生

31、产力,利用现代科学技术,发挥专业技术人员作用,依照行业安全生产法规,规范应急救援工作。 4、预防为主,防止结合原则。认真贯彻安全第一,预防为主,综合治理的基本方针,坚持突发事件应急与预防工作相结合,重点做好预防、预测、预警、预报和常态下风险评估、应急准备、应急队伍建设、应急演练等项工作。确保应急预案的科学性、权威性、规范性和可操作性。二、编制目的1、应急预案应针对那些可能造成企业、系统人员死亡或严重伤害、设备和环境受到严重破坏的突发性灾害,如触电事故、泥石流灾害、火灾、环境破坏等。2、应急预案是对日常安全管理工作的必要补充,应急预案应以完善的预防措施为基础,体现“安全第一、预防为主”的方针。3

32、、应急预案应以努力保护人身安全、防止人员伤害为第一目的,同时兼顾设备和环境的防护,尽量减少灾害的损失程度。4、应急预案应结合实际,措施明确具体,具有很强的可操作性。5、应急预案应经常检查修订,以保证先进科学的防灾、减灾设备和措施被采用。三、应急组织机构及职责1、应急组织机构为加强安全领导,进行系统化、网络化管理,项目部成立应急预案管理领导小组,项目经理任组长,项目总工程师、常务副经理、安全总监、项目副经理为副组长,各职能部门负责人、安全环保部安全员、各施工队专职安全员、施工队队长为组员,负责日常的安全管理工作。2、应急领导小组职责负责重、特大事故的现场应急抢险救援指挥,对施工现场突发性情况进行

33、技术、资金和设备支持,在施工现场发生重特大事故时以最快的时间达到现场,分析紧急状态和确定风险事故级别,负责分部和有关地方管理部门、组织、机构联络和报告事故情况,制定抢险救援的方案措施,领导现场应急抢险救援工作,确定紧急状态的解除,协助事故原因的调查和处理工作。在上级和有关地方部门进入的情况下,参与制定抢险救援方案措施,做好应急抢险救援配合工作。四、应急预案的基本要求1、发生人员伤亡事故后,施工现场应急处理措施一般规定 当发生事故时,负伤人员或者最先发现事故的人,应立即报告项目经理或专项安全负责人,并应马上组织人力现场抢救伤害者,根据伤情需要,协助医务人员运送伤者到医院或拨打“120”,请求协助抢救。 1.1事故发生后,各级人员应保镇静及冷静,切实负起本身责任,主动控制局面。要有组织、有指挥和结合实际进行妥善处理。 1.2 第一时间进行“救死扶伤”,采取措施救护受伤(害)人员,对必须在现场进行紧急抢救的,应采取应急方法如止血、人工呼吸等进行施救。否则必须立即用工地的交通工具或截出租车将伤者送到就近医院进行抢救。同时应采取有效措防止事故蔓延扩大。 1.3 认真保护事故现场及善后工作。凡与事故有关的物体、痕迹、状态不得破坏,并划出保护区禁止闲人进入。 1.4 因抢救受伤(害)人员,以及疏导交通等原因,需要移动现场某些物体时,必须做好现场标记、拍照、录像或绘制现场简图,