土木工程毕业设计（论文）苏州高新技术创业楼基坑支护结构设计

1、 毕毕 业业 设设 计（论文） 计（论文） 题题 目目: :苏州高新技术创业楼基坑支护结构设计苏州高新技术创业楼基坑支护结构设计 英文题目英文题目: :the design of deep foundation pit bracing for the start-up building located in suzhou hi-tech industrial zones 学生姓名学生姓名: : 学学 号号: : 指导教师指导教师: : 专专 业业: : 土木工程土木工程 二二 零零 零零 八八 年年 六六 月月 摘 要 拟建中的苏州高新技术创业楼位于苏州新区，西邻珠江路，北邻竹园路，场地 以北

2、为已建一期工程。由苏州高新技术创业中心投资建设，由 4 幢高层及裙房，附 带下沉式广场及餐饮娱乐设施组成，场地下均设有两层地下室相连通，为框剪和框 架结构。建筑场地地表绝对标高在+2.48m 和+3.85m 之间，以 1985 国家高程基准为 准。基坑实际开挖深度分布：北侧约 7.5m，西侧及南侧、东侧均为 10m。基坑开挖 深度在 7.00m-9.00m 之间。 结合本工程地质、环境、挖深等诸多因素确定安全可靠的支护方案；为基坑土 方开挖和地下室施工创造一个安全干燥的施工环境；考虑到邻近坑边有建筑和道路 （下设有水、电、气等管线） ，为确保安全，以“变形”控制设计。 本着“安全可靠、经济合理

3、、技术可行、施工方便”原则，整个基坑采用一排 钻孔灌注桩作挡土结构, 锚杆支撑(局部地段采用钢管竖向斜撑)作为支撑结构体系。 基坑四周采用深层搅拌桩作止水帷幕。基坑内采用轻型井点降水+集水坑排水。 关键词：深基坑; 支护结构; 挡土结构; 锚杆支撑; 钢管支撑; 钻孔灌注桩 abstract the hightechnical building in new district is located in suzhou city,in the western of zhujiang road and north behind zhuyuan road,closed with previous p

4、roject one.the contractor,hightechnical development center of suzhou,do the construction ,consisted by 4 tall buildings and annexs,sinked plaza and catering entertainment facilities,including 2 basements,classified as frame and shearing wall construction. the average level of the construction for 0.

5、00, absolute level is +2.48m+3.85 meters,according to the national 1985 regulations. the depth of excavation is between 7-9 meters. considering of the geologic environment, excavation depth of the foundation pit, to create an safe and dry surroundings for the earth work and basement, we carry out th

6、e design in control of displacement deformation, in order to keep main traffic roads and buildings safe and to protect pipelines of water, electricity and coal gas below the surface well. according with fundamental technical standard, approaching safe reliability, the economical-reasonable and conve

7、nient construction and guaranteeing project time limit，we use nondisplacement piles as retaining structure, anchor rod bracing and inclined steel pipe bracing concrete bracing as bracing structures.around the foundation pit, we use deep churning piles as detaining water pile construct enclosed cut o

8、ff trench. with the purpose of dewatering, we use sump and well point . key words: foundation pit; bracing structure; retaining structure; anchor rod bracing ; steel pipe bracing; nondisplacement pile 目 录 绪 论 .1 1 基坑基本概况 .2 1.1 基坑工程概况 .2 1.1.1 工程概况 .2 1.1.2 周边环境 .2 1.2 地质条件 .2 1.2.1 工程地质条件 .2 1.2.2

9、水文地质条件 .4 2 基坑支护方案选择 .5 2.1 基坑支护设计基本要求 .5 2.2 基坑支护方案选择 .5 2.2 计算方案 .6 3 基坑降止水设计 .13 3.1 基坑止水计算 .13 3.1.1 西侧挖深 7.5 米抗管涌计算 .13 3.1.2 北侧挖深 7.0 米抗管涌计算 .14 3.1.3 南侧挖深 9.0 米抗管涌计算 .14 3.2 基坑降水计算 .14 3.2.1 降水井型 .14 3.2.2 井点埋深 .14 3.2.3 环形井点引用半径 .15 3.2.4 井点抽水影响半径 .15 3.2.6 基坑单井出水量计算 .17 3.2.7 基坑单井数量和井间距确定 .

10、17 3.2.8 基坑单井数量复核验算 .17 3.2.9 基坑井降水深度验算 .18 4 基坑支护设计 .19 4.1 基坑支护方案设计参数说明 .19 4.1.1 地质力学指标参数 .19 4.1.2 基坑实际挖深 .19 4.1.3 地面堆载 q 取值 .20 4.1.4 计算方法 .20 4.1.5 土压力 .20 4.1.6 计算模式 .20 4.1.7 标高规定 .20 4.1.8 有关设计参数确定 .20 4.1.9 设计水位确定 .20 4.2 西侧 ab 段和东侧 de 段基坑支护结构计算 .20 4.2.1 土层厚度 .20 4.2.2 土压力强度 .21 4.2.3 桩锚

11、支撑布置 .23 4.2.4 支撑反力计算和桩的配筋计算： .24 4.2.5 锚杆计算 .28 4.2.6 桩顶圈梁和锚座腰梁设计 .30 4.2.7 变形控制验算 .30 4.3 南侧 bcd 段支护结构计算 .40 4.3.1 设计参数说明.40 4.3.2 土压力强度计算 .40 4.3.3 桩锚支撑布置 .42 4.3.4 支撑反力计算和桩的配筋计算 .43 4.3.5 锚杆计算 .49 4.3.6 构件变形计算.52 4.3.7 圈梁和锚座腰梁的构造计算 .52 4.4 北侧 ef 段和 fga 段基坑支护结构计算 .53 4.4.1 设计参数说明 .53 4.4.2.土压力强度计

12、算 .54 4.4.3 ef 段，fga 段桩圈梁和竖向斜支撑的布置 .58 4.4.4 ef 段支撑反力计算和桩的内力计算.58 4.4.5 fga 段支撑反力计算和桩的内力计算.60 4.4.6 各区段圈梁和竖向斜撑的计算 .61 5 基坑稳定性验算 .61 5.1 ef 段稳定性验算.61 5.1.1 ef 段工程概况.61 5.1.2 条分法计算 ef 段竖向斜撑预留土坡的稳定性 .61 5.1.3 确定滑弧圆心范围 .61 5.1.4 确定滑弧半径范围 .61 5.1.5 将土坡条分 .61 5.1.6 计算条分法中的各种计算参数 .61 5.2 ab,de 段稳定性验算.63 5.

13、2.1 ab,de 段工程概况.63 5.2.2 地质条件 .64 5.2.3 工况 .64 5.2.4 计算 .65 5.3 bcd 段稳定性验算.67 5.3.1 工程概况 .67 5.3.2 地质条件 .68 5.3.3 工况 .68 5.3.4 计算 .69 5.4 fga 段稳定性验算.71 5.4.1 fga 段工程概况.71 5.4.2 地质条件 .72 5.4.3 工况 .73 5.4.4 计算 .73 6 基坑施工及监测要求 .76 6.1 基坑监测方案 .76 6.2 监测内容 .76 6.3 监测的控制要求 .76 6.4 基坑土方开挖技术要求 .76 6.5 基坑开挖过

14、程中的施工措施与应急措施 .77 7 工程设计结束语及建议 .78 7.1 支挡结构背侧,坑底土体的加固,坡面保护措施 .78 7.2 基坑转角的保护措施 .78 结 束 语 .79 致 谢 .80 参考文献 .81 绪 论 深基坑的支护体系由两部分组成，一是围护壁，二是基坑内的支撑系统。为施 工需要而构筑的深基坑各类支撑系统，既要轻巧又需有足够的强度、刚度和稳定性， 以保证施工的安全、经济和方便，因此支撑结构的设计是目前施工方案设计的一项 十分重要的内容。 在深基坑的支护结构中，常用的支撑系统按其材料分可以有钢管支撑、型钢支 撑，钢筋混凝土支撑，钢和钢筋混凝土组合支撑等种类；按其受力形式分可

15、以有单 跨压杆式支撑，多跨压杆式支撑，双向多跨压杆支撑，水平桁架相结合的支撑，斜 撑等类型。 这些支撑系统在实践中有各自的特点和不足之处，以其材料种类分析，钢支撑 便于安装和拆除，材料消耗量小，可以施加预紧力以合理控制基坑变形，钢支撑架 设速度较快，有利于缩短工期。但是钢支撑系统的整体刚度较弱，由于要在两个方 向上施加预紧力，所以纵横杆之间的联结始终处于铰接状态。 钢筋混凝土支撑结构的整体刚度好，变形小，安全可靠，施工制作时间长于钢 支撑，但拆除工作比较繁重，材料回收利用率低，钢筋混凝土支撑因其现场浇筑的 可行性和高可靠度而在目前国内被广泛的使用。 深度，取决于土层的透水性，要防止出现管涌、流

16、砂等问题。 综合各种支撑方案，本案例参考勘察资料首先排除了悬臂支撑的可能性，因为 该方案保证不了这么大基坑的水平向变形的稳定性，再者浪费资源，增加工程量； 对于用内支撑水平式的支撑也不太现实，基坑的纵横向跨度大，将致使水平支撑在 竖向产生过大的挠曲，不利于支撑的稳定和支护功能的完成，故排除在外；用土钉 墙支护将使工程量烦琐和增加，且整个场地的地下水位较高，土钉本身利用不了土 体的抗剪强度，故也不适合本工程。综合舍取采用基坑四周采用钻孔灌注桩加预应 力拉锚杆支撑支护方案，局部地段增设竖向斜撑和深搅桩墩来加固支撑；经设计验 算和电算之后，能满足几坑土方开挖，地下室结构施工和对周围环境保护的要求。

17、拟垂直开挖、钻孔灌注桩支护、锚杆支撑、局部地段采用竖向钢管斜撑，采用 双轴深搅桩止水结构防渗。双轴深搅桩止水结构，抗渗验算计算插入深度，单支点 支撑，其支撑点的具体位置，需经计算后确定；可用分段等值梁法计算钢管单支点 支撑；在笔算后，可用同济启明星软件复核。 1 基坑基本概况 1.1 基坑工程概况 1.1.1 工程概况 拟建中的苏州高新技术创业楼位于苏州新区，西邻珠江路，北邻竹园路，场地 以北为已建一期工程。由苏州高新技术创业中心投资建设，由 4 幢高层及裙房，附 带下沉式广场及餐饮娱乐设施组成，场地下均设有两层地下室相连通，为框剪和框 架结构。建筑场地地表绝对标高在+2.48m+3.85m，

18、以 1985 国家高程基准为准。 基坑实际开挖深度分布：北侧约 7.5m，西侧及南侧、东侧均为 10m。基坑周围有道 路和管线分布，且部分地段有暗塘，整个基坑规模较大，长宽约为 250m100m，该工程由中国建筑西南勘察设计研究院对场地进行勘察。 1.1.2 周边环境 基坑北侧：距离创业大厦用地红线 6.0 米左右，且本场地拟建下沉中庭北侧分 布一条宽约 20 米左右，深约 3.5 的河塘(其位置详见勘探点平面位置图)，对基坑开 挖边坡稳定将带来不利影响，是本次支护重点和难点； 基坑南侧：距离南侧已建邻厂厂房约 25 米； 基坑东侧：距离公寓宾馆 25.0 米，周围无复杂地下公用设施管线分布；

19、 基坑西侧：距离珠江路道路红线围墙（市区交通要道，路下埋有水、电、气等 管线）约 20 米，距离建筑用地红线不到 8m，周围沿道路线均有地下管线和市政工 程构筑物分布，另外该处是以后施工车辆、材料进出通道，是本次支护重点和难点。 1.2 地质条件 1.2.1 工程地质条件 据拟建场地岩土工程勘察报告揭示：场地地形较平坦，地面标高在 +2.48m+3.85m m 之间，属长江三角洲冲、湖积平原单元，场区原为农宅，现大部 已拆除。据钻探揭露，在地面下 75.5m 深度范围内除素填土外，其余均为第四纪滨 海、河湖相沉积物，由粘性土、粉土和粉砂组成，按其工程特性，从上到下可分为 9 个层次，其中(4)

20、、层各分为 2 个亚层，层分为 3 个亚层。支护深度影响范围 内土层依次分布如下页表格 1.1 所示： 1.1 地基土构成、特征一览表 土层 编号 土层 名称 土层厚度 （m） 平均厚 度 (m) 土 层 描 述 杂填土0.63.8 1.00 杂色，表层含碎砖等建筑垃圾，下部夹淤泥质 土，均匀性、密实性差，全场地分布。 粘土0.63.6 1.70 灰黄色褐黄色，可塑，含铁锰氧化物及结核， 无摇振反应，切面光滑，干强度和韧性高，全 场地分布。 粉质 粘土 1.88.1 4.03 灰黄兰灰色，可塑，含铁锰氧化物，无摇振 反应，切面光滑，干强度和韧性中等，全场地 分布。 1 粉土夹 粉质粘 土 0.

21、83.4 2.97 灰色，松散，饱和，含云母，摇振反应迅速， 切面粗糙，干强度低，韧性低，分布不连续， 局部缺失。 2 粉土2.49.0 5.73 灰色，中密，饱和，含云母，摇振反应迅速， 切面粗糙，干强度低，韧性低，分布不连续， 在本场地东侧缺失。 粉质 粘土 5.822.9 9.89 灰色，软塑可塑，无摇振反应，切面稍光滑， 干强度和韧性中等，全场地分布。 1 粉质 粘土 1.34.4 3.36 暗绿色，可塑，含铁锰氧化物，无摇振反应， 切面稍光滑，干强度和韧性中等，分布不连续， 局部缺失。 2 粉质 粘土 3.58.7 5.95 灰黄色，可塑，无摇振反应，切面稍光滑，干 强度和韧性中等，

22、局部缺失。 1 粉土13.220.6 16.75 灰色，中密密实，湿，含云母片，摇振反应 迅速，切面粗糙，干强度低，韧性低，全场地 分布。 2 粉质 粘土 5.412.0 8.38 灰色，可塑，湿，含云母片，无摇振反应，切 面稍光滑，干强度和韧性中等，全场地分布。 3 粉砂2.010.5 6.94 灰色，密实，湿，含云母片，摇振反应迅速， 切面粗糙，韧性低，全场地分布。 粉质 粘土 5.79.8 8.0 灰色，可塑，无摇振反应，切面稍光滑，干强 度和韧性中等，全场地分布。 1.2.2 水文地质条件： 根据地下水的赋存条件，将本场地浅层地下水分划为两类： 一类为孔隙潜水，赋存于第(1)层素填土中

23、，勘察期间测得该场地初见水位埋 深为 2.50m2.60m，初见水位的标高为 0.10m0.77m；稳定水位埋深为 0.65m1.15m，稳定水位的标高为 1.80m2.52m。 另一类为孔隙微承压水，主要赋存于砂性土中，对本程有影响的主要为浅部 1、2 层粉性土中，通过对钻孔 j1、j4 下套管止水测得钻孔浅部微承压水的稳 定水位埋深为 3.202.70 米，微承压水的稳定水位标高为 0.11m0.40m。 据苏州市区域水文地质勘察资料，苏州市孔隙潜水历史最高水位为 2.63 米 （黄海高程，下同） ，近 35 年最高水位约为 2.50 米，历史最低潜水位约为-0.21 米，地下水年变幅为

24、1.02.0 米；近 35 年最高水位约为 1.60 米，历史最低水 位约为 0.62 米；地下水年变幅约为 0.80 米左右。 有关基坑支护的详细设计参数如下表所示： 表 1.2 基坑支护设计参数一览表 渗透试验 固结快剪 （cq） 三轴剪切 (uu) 土层 编号 土层 名称 kv （cm/s） kh （cm/s） c kpa () c kpa () 重度 (kn/m3) 静止土压 力系数 k0 粘土 5.82e-075.40e-0736.812.1391.619.20.60 粉质粘 土 7.77e-066.22e-0323.312.2212.018.80.50 1 粉土夹 粉粘 3.25e

25、-043.64e-0410.314.318.60.40 2 粉土 8.14e-036.36e-031114.518.60.42 粉质 粘土 6.54e-065.32e-032512.718.50.58 2 基坑支护方案选择 2.1 基坑支护设计基本要求 (1)基坑设计以“安全、合理、经济、便于施工”为原则，同时保证施工周期 较短，结合本工程地质、环境、挖深等诸多因素； (2)替基坑土方开挖和地下室施工创造一个安全干燥的施工条件；支护结构稳 定、牢固、安全，确保地下室施工安全以及周边建筑物和道路的安全；有效止水， 确保周边建筑物和道路不产生沉降；。 (3)支护结构基坑内壁与地下室基础承台边缘应留

26、有足够的施工工作面；基坑 周边有良好的围护，确保坑边行人安全； (4)基坑支护范围不超过建设用地红线、不影响现有临时办公用房的正常使用； 基坑周边排水畅通，地面雨水、污水不流入基坑； (5)参照苏州地区以往深基坑工程成功实践经验； (6)考虑到邻近坑边有重点保护道路及房子，为确保安全，以“位移变形”控 制设计算 (7)考虑到支撑中心标高尽可能下落，以减少支护桩配筋、桩径及桩长，从而 大大降低支护结构造价成本； (8)考虑到本场地地质条件由于该场地地下水位埋深较浅，地下水较丰富，透 水性大，为杜绝“侧壁流砂，坑底管涌”等不良现象出现，关键做好基坑止水，降 水设计和施工； (9)考虑到本基坑面积规

27、模大，跨度大，不适合布置内支撑，但考虑到基坑 “长边效应” ，长边最大达 250m,中部变形较大,所以在基坑每边中部设置竖向斜支 撑，并在局部基坑地段底部设置深搅桩墩，以防止支护结构倾覆失稳。以利于基坑 土方开挖和地下室结构施工。 2.2 基坑支护方案选择 依照基坑勘探点平面布置图，长宽约 250m100m，对基坑支护进行区段划分： ab 以及 de 段,bcd 段，ef 段，fga 段。各区段应根据岩土工程勘察报告的地质剖面 图来进行计算和分析 综合各种支撑方案，首先排除了悬臂支撑的可能性，因为该方案保证不了这么 大基坑的水平向变形的稳定性，再者浪费资源，增加工程量； 对于用内支撑水平式的支

28、撑也不太现实，基坑的纵横向跨度大，将致使水平支 撑在竖向产生过大的挠曲，不利于支撑的稳定和支护功能的完成，故排除在外； 用土钉墙支护将使工程量烦琐和增加，且整个场地的地下水位较高，土钉本身 利用不了土体的抗剪强度，故也不适合本工程。 综合舍取采用基坑四周采用钻孔灌注桩加预应力拉锚杆支撑支护方案，局部地 段增设竖向斜撑和深搅桩墩来加固支撑；经设计验算和电算之后，能满足几坑土方 开挖，地下室结构施工和对周围环境保护的要求。 2.2 计算方案 严格按照建筑基坑技术规范 （jgj12099）中的有关章节进行。土压力：采 用“朗肯”土压力公式“分层”计算，基坑面下主动土压力采用“三角形”分布模 式。填土

29、和粘性土采用“水土合算” ；粉砂性土采用“水土分算” ，水压力计算采用 “三角形”分布模式。 (1) 计算模式：采用单支点支护结构“等值梁”法计算，桩顶圈梁兼作围檩； 分“各种工况”计算。因该场地土层变化较大，计算断面较多，部分区段采用同济 启明星软件对支护结构的稳定性进行验算； (2)计算断面:根据地质条件分布、周边环境及挖深不同等情况进行对应的设计； (3)计算复核:最后采用同济启明星基坑支护分析软件进行电算复核，结果基本 一致； (4)计算结果:具体参见设计图纸。 3 基坑降止水设计 3.1 基坑止水计算 整个基坑四周采用外围“双排双轴”深搅桩形成一个三面止水帷幕。东侧可不 做止水帷幕，

30、降水和止水结合。水泥掺入比，水灰比为 0.5，700500，%15 aw 相邻的桩搭接 200mm，其抗管涌验算为： h w t hkg 0 /2 其计算简图如图 4.1 所示： hd 0.5-1.0m h 土层参数c, -1.000m q 图 3.1 抗管涌计算简图 式中： t h 0 降水水头差； 桩端到坑底水头的垂直距离 基坑侧壁重要性系数 3.1.1 西侧挖深 7.5 米抗管涌计算 考虑局部地段水位差别，取该地段的平均地下水位-1.000m，则水头差： ，设止水桩长为 l，则 t=（l-7.5-1）m， 7.5 1 1.07.5m h 33 10/9.0/ w knkn mm 取，则可

31、得： 29.07.57.51 2.0 10.07.5 l kg 13.113.5lmm解得出，取该段的止水桩长为。 3.1.2 北侧挖深 7.0 米抗管涌计算 考虑局部地段水位差别，取该地段的平均地下水位-1.000m，则水头差： ，设止水桩长为 l，则 t=（l-7.0-1）m， 7.0 1 1.07.0m h 33 2 10/9.0/ 9.07.07.0 1 2.0 10.07.0 10.911 w knkn mm l lmm g 取，则可得： k 解得出，取该段的止水桩长为。 3.1.3 南侧挖深 9.0 米抗管涌计算 考虑局部地段水位差别，取该地段的平均地下水位仍为-1.000m，则水

32、头差： ，设止水桩长为 l，则 t=（l-9.0-1）m， 9.0 1 1.09.0m h 33 2 10/9.0/ 9.09.09.0 1 2.0 10.09.0 15.516 w knkn mm l lmm g 取，则可得： k 解得出，取该段的止水桩长为。 3.2 基坑降水计算 止水设计在于防止管涌，但实际的水力渗透系数可能会随着开挖的进行而影响 到水位基准面的变化，进而使实际水力剃度跟工勘报告有所变化，可能会大于临界 管涌水力剃度，再加上一面流渗地下水，故需考虑降水。本次综合考虑基坑水位降 深较大，约为 9m；以及基坑所处土体的渗透性在 0.1m/d-3m/d 之间，可采用喷射井 点降

33、水方案。 3.2.1 降水井型 选 6 型喷射井点：外管直径为 150mm，采用环形布置方案。 3.2.2 井点埋深 埋置深度须保证使地下水降到基坑底面以下，本工程案例取降到基坑面以下 1.0m 处。埋置深度可由下式确定： 01x lhhhl ihr 式中：l井点管的埋置深度,m; h基坑开挖深度,m; h井点管露出地面高度,m;一般可取 0.2m; 降水后地下水位至基坑底面的安全距离，本次可取 1.0m;h i降水漏斗曲线水力坡度，本次为环状，取 0.1 井点管至基坑边线距离，本次取 1.0m; h1 基坑中心至基坑边线的距离，本次工程案例去最近值宽边的一半， r0 即 50m; l滤管长度

34、，本次取 1.0m； 故，l=9+0.2+1+0.1(1+50)+1=16.3m. 3.2.3 环形井点引用半径 采用“大井法” ，参考规范，将矩形（本案例长宽比为 2.5，小于 10）基坑折算 成半径为的理想大圆井，按“大井法”计算涌水量，故本次基坑的引用半径： x0 m ba x 875.98 4 100250 13 . 1 4 0 式中：a,b基坑的长度和宽度,m; 系数，可参照下表格选取： 表 3.1 系数 表 b/a00.050.100.200.300.400.500.60-1.00 1.001.051.081.121.141.161.171.18 3.2.4 井点抽水影响半径 由公

35、式可求得抽水影响半径。 m kt r h x w 2 2 0 式中：t时间，自抽水时间算起(2-5 昼夜),d；本案例取 5d； m土的给水度，按表 3.2 确定，本次取粉质粘土 0.1; k土的渗透系数,(m/d); 含水层厚度(m),本次取承压含水层厚 wh 度1，2 土层厚度的总和，即为 8.7m。 表 3.2 土的给水度 m 表 土的种 类 砾石、 卵石 粗砂中砂细砂粉砂粉质粘土粘土泥炭 m 0.30- 0.35 0.25- 0.30 0.20- 0.25 0.15- 0.20 0.10- 0.15 0.10- 0.15 0.04- 0.07 0.02- 0.05 故 2 2 2.8

36、5 8.7 110 . 98.875 0.1 rm 3.2.5 基坑涌水量计算 (1)判断井型 由于井点管埋深为 16.3m，处于层粉质粘土不透水层之中，则井型可定位承 压完整井，滤管处于1，2 层含水层之间，不考虑多层承压水的情况，按单一层 均化处理，则依前面所述,渗透系数 k 可取平均值 2.8m/d。 (2)基坑稳定渗流涌水量 用公式来进行计算： 1 00 2.73 lg()lg ms k r q xx 式中：k土的渗透系数,(m/d); m总含水层厚度,m; s地下水水位降深,m;本次取 9.0m r抽水影响半径,m; 环形井点系数的引用半径, m; x0 可参考图 3.2 来进行涌水

37、量计算： 隔水层 基坑 承压含水层 ms x0 r 图 3.2 承压含水层井点降水示意图 故 3 1 8.79 2.732.81842.7/ lg(11098.875)lg98.875 d q m (3)基坑静储水量计算 取基坑土体给水度 m=0.10，故基坑总静储水量 v(m3)可由下式计算： mabv hw 式中：hw 最大水位降深,m; a,b基坑的长度和宽度,m; m土的给水度，按表 3.2 确定，本次取粉质粘土 0.1 故 m v 3 225001 . 02501009 按预降水 10d 算，则平均日出水量为： 3 2 2250/ 10 v d q m (4)基坑总涌水量计算 3 1

38、2 1842.722504092.7/qd qq m 3.2.6 基坑单井出水量计算 可采用完整承压井来计算单井出水量，公式如下： 2.73 lglg w w km h q r r 式中：水井半径，m，可取外管半径 150mm rw 故 3 2.732.8 8.79 208.9/ lg110lg0.15 qd m 3.2.7 基坑单井数量和井间距确定 (1)基坑井点数量计算 管井数量为 n=1.2qq=1.24092.7208.9=23.5（个） 实取 30 个井，其中靠近基坑北侧的暗塘宽 20m 处加井 6 口，环状布置在暗塘区 域。 (1)基坑井点间距计算 井点间距： ms lz 5 .

39、29 9 . 208 25010028 24 3.2.8 基坑单井数量复核验算 用下式计算： 式中 n 取外围井的数量，其他所有参数均同前述，不再重复。 0 1.1q y n q l 对于承压完整井，可按下式计算： 0 y 1 0 0 0.3661 lglg() n ww q rny xhrr kmn 式中：承压水头至该含水层底板的距离，本次案例的综合承压稳定水头 h 相对标高为-1.00m，故参照工勘报告中的土层特性参数表，取其值为 14.43m，则： 23 0 0.3664092.71 14.43lg 1100.15lg(240.15)3.1 98.875 2.88.724 my 故=1.

40、14092.724208.9 =0.9m1.251.01.2mmax(=143.75) 满足要求！ 配筋率=as/a=2036/(3502)=5.3min=4，满足设计要求！ 所以本区段采用主筋 700 的钻孔灌注桩，主筋为 818 钢筋。 4.2.5 锚杆计算 如前面所述：首层锚杆距离地表面 4m，两层锚杆，间距 2.5 米，水平间距为 1.5 米，锚杆倾角取值 =15： 4.2.5.1 锚杆抗拔力的设计值计算： 如下图 4.2.6 所示： 图 4.2.6 锚杆计算简图 取 为2 层内摩擦角 15，则由下述公式可得出锚杆的抗拔力设计值： 45-/2 le lf 潜在滑动面 hd h 0 1

41、2 1.2cos , 1.2 1.0 149.95 1.5/cos15279.5 48.68 1.0 1.2 1.5/cos1590.7 axy a a ta sst kn t kn t 则 4.2.5.2 锚杆长度计算： 锚杆长度分自由段长度和锚固段长度，取锚杆钻孔直径为 150mm，自由段长度 要根据潜在的滑动面位置确定其限长且不能小于 5m，则可按如下步骤进行计算： (1) 锚固段长度计算： 根据公式确定: a e t l d 在各个土层的取值应查阅建筑基坑支护技术规程(jgj12099)，根据本 次工程概况，1处于层和 2处于层，各取 70kpa 和 60kpa，则： 1 1 1 2

42、2 2 279.5 8.5 ,9 3.140.1570 90.7 3.21 ,3.5 3.140.1560 a e a e t mm l d t mm l d 取； 取 (2) 自由段长度计算： 根据公式，由前面的计算结果，再根据上面的锚杆计算简图，得： 1 1 2 tan 45/2 sin 45/2 , sin 135/2 173.5tan 4515/2 sin 4515/2 8.9 sin 13515/215 173.52.5tan 4515/2 sin 4515/2 7.25 sin 13515/215 d f f f h hh l m l m l 则 故第一层锚杆的长度为 l1 =8.

43、9+9=17.8m，取 18m，第二层锚杆的长度为 l2 3.57.2510.75m，取 11m。 (3) 锚杆截面计算： 先验算锚杆的极限承载能力： 111 1 0 222 2 0 93.140.1570315.275 3.53.140.156098.91 uea uea dkn tlt dkn tlt 故所选钢筋的截面面积为： 1 21 2 22 279.5/3001000931.67 90.7 /3001000302.3 a s y a s y t mma f t mma f 由于其极限承载能力小于 500kn，故本截面所设置的锚杆可取级钢筋或者 级钢筋，本次选用级螺纹钢筋。故取第一排锚

44、杆钢筋为三级钢筋 36l16m,第二 排锚杆钢筋为三级钢筋 22l10m. 4.2.6 桩顶圈梁和锚座腰梁设计 所有这些当根据下一步北侧基坑腰梁的设计配筋进行相同的配筋，锚座腰梁的 做法详见施工图纸，但腰梁的高度要大于桩径的 0.8 倍，宽度不可小于桩径。 4.2.7 变形控制验算 变形计算的具体过程如下框表格 4.3 所示，该表选自课本基坑工程 ，编者蒋 国盛，李红民，管典志，李汉旭，北京：中国地质大学出版社。 控制目标 岩土勘察 确定工程设计条件 拟定支护方案 该地区基坑工程经 验收集、分析 变形预测分析稳定性分析 是否满足要求 支护体系功能完成 类似岩土条件下基坑工 程经验收集，分析 变

45、形控制方案 基坑开挖变形等监测 预测是否满足要求 是否继续开挖 顺利完成基坑开挖 地下室结构施工变形等监测 预测是否满足要求 是否继续施工 停止 施工 采取 补救 措施 停止 开挖 更改 方案 否 是 是 否 是 是 否 否 否 表 4.3 变形控制计算基本流程示意图表 主要类比了基础工程中计算单桩桩顶变形的方法即以 m 法计算坑底以下（包 括界面）构件变形，其产生来源于“土的弹性抗力及分布”：在水平荷载和弯矩作 用下，桩身挠曲变形，产生水平位移和转动，并挤压桩侧土体，土体则必然对桩产 生水平抗力，即土的弹性抗力，它起抵抗外力和稳定桩(土体下支护亦可)基础的作 用，其大小和分布与桩的形状、间距

46、、变形、入土深度及土质条件等因素有关。假 设土的水平抗力与桩的水平位移 x 成正比，且不计桩土之间的摩阻力以及邻桩对 z 水平抗力的影响，则： hz x k 式中：，为地基水平抗力系数。根据对 n 假定的不同，常用的几种方 n h k kz 法分别是：常数法， “k”法， “m”法，和“c”法， “m”法假定地基水平抗力系数随 深度呈线性增加，即 n=1。 “m”法在我国目前应用最广泛。 所有计算引用的表格请参阅本论文所引用的下述文献，在此不再累赘： 基坑工程 ，蒋国盛，李红民，管典志，李汉旭，北京：中国地质大学出版社， 2000.11。 4.2.7.1 计算有关参数如下： 主动土压力系数见前

47、面介绍，在变形验算时具体的土层主动土压力系数应对应 取，桩截面惯性矩 i =d464=0.01m4；桩截面刚度：ei =251060.01=250,000knm2。计算宽度：b0 =0.9（1.5d0.5）=1.3951m， 取 b0 =1m ： 4.2.7.2 悬臂开挖状态下变形验算： 如下图所示： 28.71 1.76 18.75 1.36m 单位：kpa 7.1 13.5m 3.5m 图 4.2.7 悬臂开挖状态下变形计算简图 (1).内力计算： 如上图 3.7 所示：用经验法确定土的水平抗力比例系数 m，第二层土的刚度系 数 m2 2 24 22 22 11 0.20.212.1203

48、.72/ 12.1 10 k kk mn mcm 再计算变形系数： 3 0 5 5 3.72 10 0.431 250,000 m b ei 第一次开挖基坑面处桩顶水平力和弯矩为： 0 0 1.362.16 7.1 18.751.7628.7150.49/ 22 98.5/ a kn m he kn m m 计算水平变形系数： 0 0.431 98.5 0.841 50.49 y m c h 由于 ahd =0.43113.5 =5.82 4.0，取 ahd =4.0，查最大剪力作用位置系 数 cy 表(采选自本论文参考文献基坑工程蒋国盛编)，得:az =2.16,故最大剪 力位置由 zhma

49、x =az/a=2.16/0.431 =5.01，可查最大剪力系数 cyh表：得出 cyh = -0.784 ； 最大剪力： max0 50.490.78439.58/ yh kn m chh 显然此为反弯点的最大剪力，正方向的最大剪力位于基坑开挖面处。根据 ch = -ah/bh =0.43198.5/50.49 =0.841 az=1.0，故 zmax =1.0/0.431 =2.32,查相 关表格，得 chm =1.728，故由式子 mmax =m0chm =170.21(knm)/m. 由此验证出的最大弯矩 mmax构件（桩）配筋理论极限值m=327.81(knm)/m ,说 明此前所

50、配在支护桩的钢筋量满足功能要求。 (2) 变形计算： 第一次开挖基坑底面桩顶位移和转角计算： 由柔度相关性系数表查得：ahh =2.441;bhh =1.621;chh =1.751 =2.441/(0.4313250,000)=1.21910-4 3 hh hh a ei =1.621/(0.4312250,000)=3.49110-5 2 mh hmmh b ei =1.751/(0.431250,000)=1.62510-5 hh mm c ei 故： 4 00 4 00 95.9330, 10 33.631/300, 10 hhhm mhmm mm hm hm 顶 顶 满足要求 满足要

51、求 第一次开挖面以上即地面处桩顶位移和转角计算： 根据柔性变形计算系数 dij、dij、dic 表格，查得：d0t =33.33；doc =125.00， 4 045 0 4 045 0 33.33/(1000250,000)2.0 3.510 1000 125/(1000250,000)7.5 3.510 1000 t t c c dh ei dh ei 则顶点处的位移：(其中 et为均布荷载引起的土压力，e0为自重引起的土压力) 0000 4455 95.933.5 33.632.00.6528.757.5 10101010 0.6519.22.1617.5 1.3622022.430 t

52、tc h ee kmmmm 满足要求，但由于该数接近临界状态，需在局部地段进行加固。 4.2.7.3 设置第一层锚杆状态下变形验算 (1) 基本参数计算 锚杆刚度参照经验取值：k1=k2 = 20,000kn/m2 如下图 4.2.8： 4.0m13m eoet 3.5m -4.500m r1 -0.500m 图4.2.8 第一层 锚杆变形计算简 图 其中的计算结果如下： 0tee和 2 0 2 0.6528.7518.69/, 0.65(17.5 1.3619.22.1618.80.48)2 150.8123.99/ t kn em kn em 由于 ，故同理取=4.0 ，由柔度相关性系数表

53、，0.431 135.64.0, dh dh 查得 ，再查柔性变形计算系数表格，查得2.441,1.621,1.751 hhmhmmcab ， 1111 1.13,1.18,5.08 tcddd 则设置参数如下： 1212 32 4 11 3 1 11 4 11 14 32 1 4 11 1 32 1 1 /2.11 10 1000 3 /3.9533 10 21000 2 22 hhmhmm hhmhmm t tt hhmhmm c c cab hhh h ei a kdh cab hh hhh dh ei be cab hh hh dh h b 0/ 0.0169 1000 ei e 则：

54、 111 1 11 82.22/150/, 1.5 tcbbr kn mkn m t a 满足要求 故我们对第一层锚杆进行内力和变形验算，步骤如下： (2) 锚杆内力验算： 开挖面出基坑地面处桩顶水平力和弯矩分别为： 0 0 0.48 7.1 18.751.36/21.7628.712.16/236.8142.6882.22 2 12.66/ 7.1 1.36(41.36/2)1.762.16(41.362.16/2) 22 (18.757.1) 1.36/2(41.36)(28.71 1.76)2.16/2(41.362.16) 33 36.81 0. ahe kn m m 480.48/2

55、(42.6836.81)0.48/20.48/382.220.5 61.02()/knmmm 可行并满足世纪配筋要求。 故由公式 ，查最大剪力作用位置系数 cy 表得： 00y /2.077 cmh az=3.57，最大剪力位置由式 zhmax =az/a =8.284 ，再查最大剪力系数 cyh表得 ，故最大剪力 ，显然这是极小值。因0.064 yhc max0 0.81 yh kn chh ，查相关弯矩作用位置系数表，得：az=3.10 ，则 zmax =az/z =7.19 2.077 hc ，查最大弯矩系数表格，得：，故最大弯矩 mmax =m0chm = 0.019 hmc -1.1

56、6(knm)/m1.24m，y1的距离已经超过 了层土底板，需重新矫正计算。其矫正的计算简图 4.3.5： 2.8 25.41 1.31 29.76 37.86 单位：kpa 0.000 -1.820m -4.100m y1 3.2m abb1 r1 2.8m 0.5m r2 2.4m c -7.740m ea 1.24m d 图 4.3.5 bcd 段第二层锚杆矫正计算简图 其中 d 点为土层分隔线上的某一点，则需计算该处的上下主动土压力和被动土 压力： 层内： c 点处： 17.5 1.82 18.8 3.6420 19.2 2.28 ccacpeee 下下下 （） 0. 65-2 15

57、0. 81-2 15 1. 24=9. 24kpa d 点处： 2.28 0.652 15 0.81 18.8 1.24 1.542 15 1.249.24 d kpa e 上 （17. 5 1. 82+18. 8 3. 64+20+19. 2） 2 层内： d 点处： 1.82 18.8 3.6420 19.2 2.280.59 2 10 0.77 18.8 1.24 1.702 10 1.3015.76 d kpa e 上 （17. 5） 令 y1在(4)2 某点界面处，则：同理上一个条件，可令 y1处的静土压力和等于 0，有下式： （17.51.82+18.83.64+20+19.22.

58、28+18.6y1）0.59-2100.77- （18.81.24+18.6y1）1.70-2101.30= 0 推倒出 y1 =0.76m 2 层土层厚的总和，满足假定。 (2) 求 r2的值： 将 ab1作为简支粱，对 b1取矩，并令,则：利用几何关系求得开 1 0 bm 挖面处的支挡结构所承受的主动土压力值,则 r1(3.3y1+1.24)r2(1.24+0.5y1) 2.81.82(1.82/22.283.64y1)1.312.28(2.28/23.64y1) 37.862.4(2.4/21.24y1)9.241.24(1.24/2y1)(25.412.8) 0.51.82(1.82/

59、32.283.64y1)+（29.76-1.31） 0.52.28(2.28/33.64y1)+（61.07-37.86） 0.52.4(2.4/31.24+y1)(29.989.24)1.24/2（1.24/3+ y1） y1/215.762y1/3 故求得 r2 =112.77kn/m 4.3.4.3 求第三层锚杆的支反力 第三次开挖到第三层锚杆 r3下面 500mm 处，则可由如下步骤求出支反力： (1) 计算土压力为 0 点处距离第一次开挖面的垂直距离为 y1： 设定其距离在竖向长度上不超过2 层土的底板范围，如 4.3.6 所示：则 r3 2.5m 0.5m 69.22 106.2

60、82.34 81.4 d 2 -7.740m c r2 2.8m r1 b1 ba 3.2my1 -4.100m -1.820m 0.000 单位：kpa 37.86 29.76 1.31 25.41 2.8 图 4.3.6 bcd 段第三层锚杆计算简图 由于在 0 土压力处，可知： apee 1 22 ppaa chqcy kkkk 故：18.6y11.702101.3 17.51.8219.22.2818.83.64+2018.61.26+18.6y1 0.592100.77 求得 y1 m2 . 2 59 . 0 70 . 1 8 . 18 2642.71 不超过2 层土的底板范围，假定