长沙市第一社会福利院深基坑支护设计

1、目录摘要3abstract4key words: deep excavations pile anchor supporting soldier pile wall4第一章 工程概况51.1 工程简介51.2 工程地质与水文地质条件51.2.1 基坑开挖影响范围内主要土层和设计计算参数见附图51.2.2 地下水7第二章 支护方案的选择与比较82.1 基坑支护方案82.1.1支护结构的安全等级82.1.2方案比选82.1.3 采用的方案82.1.4 设计原则与主要依据9第三章 桩锚结构设计计算103.1 水平荷载标准值计算103.1.1 在基坑水平情况下土压力计算103.1.2 放坡下主动土压力

2、计算133.2 锚杆设计拉力与嵌固深度计算163.2.1 计算单层支护结构支点力tc(kn/m):163.2.2 嵌固深度hd与桩长l计算183.3 支护桩弯矩和剪力计算203.3.1 mabc,de段弯矩与剪力计算203.3.1 cd段弯矩与剪力计算243.4 支护桩体设计与配筋计算273.4.1 支护桩体设计273.4.2 mabc,de段配筋计算283.4.3 cd段配筋计算293.5 锚杆设计计算303.5.1 mabc、de段锚杆设计计算303.5.2 cd段锚杆设计计算323.6 桩锚结构稳定性验算333.6.1 mabc,de段桩锚结构稳定性验算333.6.2 cd段桩锚结构稳定

3、性验算363.7 施工与监测要求393.7.1 排桩的施工和监测要求393.7.2 锚杆的施工和监测要求42第四章 土钉墙设计454.1 设计断面与地质剖面454.2 土钉设计计算454.2.1 各土钉位置处的基坑水平荷载标准值（主动土压力）eaj计算454.2.2 土钉抗拉承载力设计值（tuj）计算464.2.3 土钉钢筋的选择484.2.4土钉长度计算494.3 土钉墙整体稳定性验算50第五章 工程量计算535.1 桩锚支护结构钢筋及混凝土用量535.2 土钉墙支护结构工程量计算53结论54致谢55参考文献56附录一：读书报告57附录二：英文翻译及原文64附录三：专题75 84摘要随着我国

4、经济的不断发展，城市建设也相应地正在快速进行，高层建筑也越来越多的出现在我们视野当中，随之而来的是大量深基坑工程的涌现。深基坑支护是为了保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护的一种措施。深基坑支护结构是临时性建设的，所以其安全储备较小，具有很多不确定因素，因而深基坑工程也面临许多工程问题。此次设计为长沙福利院深基坑支护设计，设计根据为本设计原始资料，建筑基坑支护技术规程jgj120-2012以及其他相关书籍。本文根据福利院周边环境及相应土层信息将基坑分为桩锚和土钉墙两个部分进行设计，其中进行了许多相应的计算，包括土压力计算，锚杆拉力计算，桩长计算，结构

5、内力计算等，从而进行相应的桩身设计，锚杆设计，土钉设计等。关键词：深基坑 桩锚支护 土钉墙 稳定性abstractwith the continuous development of our economy, city construction is also fast, high-rise buildings are more and more appearing in our field of vision, then a large number of deep foundation excavations appears.to ensure the safety of the unde

6、rground structure construction and the surrounding environment of foundation pit, foundation pit supporting use the measures of retaining, reinforcement and protective for the pit wall and surrounding environment.supporting structure of deep foundation pit is a temporary construction, so its safety

7、margin is small. and it has many uncertain factors, so the deep foundation pit engineering is facing many problems in engineering. the design for the changsha institute of deep foundation pit that is according to the original design data, the technical specification for retaining and protection of b

8、uilding foundation excavations ( jgj120-2012) and other related books. in this paper, according to the welfare surrounding environment and corresponding soil information,the pit is divided into two parts:the pile anchor and soil nailing wall design, which makes many corresponding calculation, includ

9、ing the calculation of soil pressure, bolt tension calculation, the pile length calculation, internal force calculation, thus we can make the pile design, the corresponding anchor design, soil nail design etc.key words: deep excavations pile anchor supporting soldier pile wall stability第一章 工程概况1.1 工

10、程简介 拟建工程长沙市第一社会福利院芙蓉寿星公寓位于长沙市天心区长沙市第一社会福利院内，西临芙蓉中路，四周有27层建筑物，距拟建工程基坑底边线距离不等。如图所示。拟建工程为1栋22层主楼及配套设施，地面标高东侧和北侧为7073m，西侧和南侧6668m，地下室底板（基坑底）标高57.75m。基坑开挖深度8.615.09m。图1-1 基坑平面图1.2 工程地质与水文地质条件1.2.1 基坑开挖影响范围内主要土层和设计计算参数见附图1.地面超载按20kpa。2.基坑开挖影响范围内主要土层如下，不同断面地层情况见图1113。(1)杂填土=18kn/m3，c=10kpa，=8；(2)可塑、硬塑粉质粘土=

11、18.5kn/m3，c=40kpa，=13；(3)硬塑粉质粘土=19.0kn/m3，c=45kpa，=15；(4)可塑粉质粘土=18kn/m3，c=35kpa，=13,(5)圆砾=21kn/m3，c=0kpa，=35；(6)可塑粉质粘土=19kn/m3，c=68kpa，=10.5,(7)强、中风化泥质粉砂岩 =22kn/m3，c=105kpa，=24。图12 mabc,de段地层柱状图图13 cd段地层柱状图图14 ehm段地层柱状图1.2.2 地下水(1)第1层见上层滞水，1,2,3,4,6,7层为弱透水层,第5层透水性较强；(2)第5层地下水位标高在53m以下。第二章 支护方案的选择与比较

12、2.1 基坑支护方案2.1.1支护结构的安全等级基坑支护设计时, 应综合考虑基坑周边环境和地质条件的复杂程度、基坑深度等因素，采用支护结构的不同安全等级。 对同一基坑的不同部位，可采用不同的安全等级。根据建筑基坑支护技术规程（jgj 120-2012）规定，本基坑设计时，mabcdef安全等级按一级基坑考虑，其余部分按二级基坑考虑。2.1.2方案比选支护结构选型时，应综合考虑下列因素： 1 基坑深度； 2 土的性状及地下水条件； 3 基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构一旦失效可能产生的后果； 4 主体地下结构及其基础形式、基坑平面尺寸及形状； 5 支护结构施工工艺的可行性； 6 施工场

13、地条件及施工季节； 7 经济指标、环保性能和施工工期。 根据建筑基坑支护技术规程（jgj 120-2012）和本工程条件选择合适的支挡方案。 可考虑在不同部位，采用不同支护方案。2.1.3 采用的方案根据场地与周边条件、水文地质工程地质特征、基坑深度等，采用如下支护方案。表21 基坑支护设计所需参数分段地面标高(m)基坑底标高(m)基坑深度(m)基坑支护方案mabc、de70.4457.7512.69桩锚支护cd72.6457.7514.89上部2m按1:1放坡，下部采用桩锚支护ehm67.2557.759.5土钉墙2.1.4 设计原则与主要依据1.建设单位提供的本工程总平面图及其他相关设计图

14、纸和岩土工程资料；2.相关规范、规程；建筑基坑支护技术规程jgj120-2012；混凝土结构设计规范gb50010-2010；建筑桩基技术规范jgj94-2008；建筑地基基础设计规范gb50007-2011。第三章 桩锚结构设计计算3.1 水平荷载标准值计算3.1.1 在基坑水平情况下土压力计算 按建筑基坑支护技术规程（jgj 120-2012）3.4条计算。 作用在支护结构外侧、内侧的主动土压力强度标准值、被动土压力强度标准值宜按下列公式计算： 图3-1 土压力计算图 1）对于地下水位以上或水土合算的土层 式中： pak支护结构外侧，第 i层土中计算点的主动土压力强度标准值(kpa)；当

15、pak m=674.3kn.m满足要求。配筋率计算如下: 因此,=1.1%min=0.15%.满足要求。2.箍筋配置 由表3-3得到：剪力计算最大值为202.94kn /m因此，设计剪力q=1.251.11.5202.94=418.56kn由公式v1=0.7ftbho确定是否需要计算配筋。v1=0.7ftbho=0.71.431.761.65002=704.7kn q=418.56kn.式中b=1.76r，ho=1.6r因此,不需计算箍筋。箍筋采用hrb400直径为10mm螺旋筋，间距为200mm。每隔2000mm布置一根直径为16mm的hrb400焊接加强箍筋，以增强钢筋笼的整体刚度，有利于

16、吊放及浇灌混泥土时的整体性。3.4.3 cd段配筋计算1.纵向配筋每根桩承受的设计弯矩值m和剪力q按建筑基坑支护技术规程jgj 120-20123.1.7条规定，由公式（15）计算。由表32得到：弯矩计算最大值为680.73kn.m/m因此，设计弯矩m=1.251.11.5680.73=1404kn.m均匀配筋18根直径为28mm的hrb400级钢筋, fy=360mpa, r=500mm, as=50mm， rs=450mm。把上述参数代入公式（16）得实际配筋提供弯矩mc值计算得：mc=1529kn.mm=1404kn.m满足要求。配筋率计算如下: 因此,=1.4%min=0.15%.满足

17、要求。2.箍筋配置 由表22得到：剪力计算最大值为291.98kn /m因此，设计剪力q=1.251.11.5291.98=602.21kn由公式v1=0.7ftbho确定是否需要计算配筋。v1=0.7ftbho=0.71.431.761.65002=704.7kn q=602.21kn.式中b=1.76r，ho=1.6r因此,不需计算箍筋。箍筋采用hrb400直径为10mm螺旋筋，间距为200mm。每隔2000mm布置一根直径为16mm的hrb400焊接加强箍筋，以增强钢筋笼的整体刚度，有利于吊放及浇灌混泥土时的整体性。3.5 锚杆设计计算3.5.1 mabc、de段锚杆设计计算 1.锚杆的

18、设计拉力与选择由以上计算得出锚杆水平拉力:tc=176.612kn/m。则每根锚杆设计水平拉力nt:nt=1.251.11.5176.612=364.262kn 锚杆轴向设计拉力ptnt/cos。在桩顶下6m 处布置一道锚杆，由于锚杆设计拉力较大，锚杆采用钢绞线构成的注浆拉力型锚索，单根钢铰线直径d=0.0152m，公称抗拉强度1860mpa、截面积139mm2钢绞线，每根钢铰线极限张拉荷载pu为259kn，注浆材料采用m35水泥砂浆，锚索锚固段设计为枣核状。锚索倾角（锚固角）为锚索与水平面夹角，以下倾为宜，一般取值为15-300。本次设计取200。 每孔锚索钢绞线根数n按下式计算： （17）

19、式中：fsl安全系数，取1.72.0，本次取fsl=1.7；代入相应参数 取n=3根。2.锚杆长度设计1）锚杆锚固段(la)的长度设计锚固体直径选d=150mm，一次性注浆，浆液材料选32.5r普通硅酸盐水泥沙浆。 按下列公式计算: 式中：d-锚固体直径，qs土体与锚固体间粘结强度，通过改善施工工艺试验，如采用跟管钻进方法或二次注浆等，使qs=100kpa。k安全系数，取k1.8.2）自由段长度lf的设计建筑基坑支护技术规程jgj 120-2012第4.7.5条规定：自由段长度按下式计算： （18）式中参数如314所示。 式中：lf 锚杆自由段长度（m） ； 锚杆的倾角()； a1锚杆的锚头中

20、点至基坑底面的距离（m）； a2基坑底面至挡土构件嵌固段上基坑外侧主动土压力强度与基坑内侧被动土压力强度等值点o 的距离（m）；对多层土地层，当存在多个等值点时应按其中最深处的等值点计算； d 挡土构件的水平尺寸（m）； o点以上各土层按厚度加权的内摩擦角平均值 ()。图3-14 锚杆自由长度计算简图 如上图，其中，d=1.0m,自由段长度：,解得=6.81m 3）锚杆的总长度设计 lla+lf +1.5 =14.807+6.81+1.5=23.117m，取l=24m。3.5.2 cd段锚杆设计计算 1.锚杆的设计拉力与选择由以上计算得出锚杆水平拉力:tc=278.511kn/m。则每根锚杆设

21、计水平拉力nt:nt=1.251.11.5278.511=522.21kn 锚杆轴向设计拉力ptnt/cos。在桩顶下5m 处布置一道锚杆，由于锚杆设计拉力较大，锚杆采用钢绞线构成的注浆拉力型锚索，单根钢铰线直径d=0.0152m，公称抗拉强度1860mpa、截面积139mm2钢绞线，每根钢铰线极限张拉荷载pu为259kn，注浆材料采用m35水泥砂浆，锚索锚固段设计为枣核状。锚索倾角（锚固角）为锚索与水平面夹角，以下倾为宜，一般取值为15-300。本次设计取200。 每孔锚索钢绞线根数n按公式（17）计算：式中：fsl安全系数，取1.72.0，本次取fsl=1.7；代入相应参数 取n=4根。2

22、.锚杆长度设计1）锚杆锚固段(la)的长度设计锚固体直径选d=150mm，一次性注浆，浆液材料选32.5r普通硅酸盐水泥沙浆。 按下列公式计算: 式中：d-锚固体直径，qs土体与锚固体间粘结强度，通过改善施工工艺试验，如采用跟管钻进方法或二次注浆等，使qs=100kpa。k安全系数，取k1.8.2）自由段长度lf的设计建筑基坑支护技术规程jgj 120-2012第4.7.5条规定：自由段长度按公式（18）计算式中参数如314所示。 如图3-14，其中， ，d=1.0m,自由段长度：,解得=7.60m 3）锚杆的总长度设计 lla+lf +1.5 =19.947+7.60+1.5=29.047m，取l=30m。3.6 桩锚结构稳定性验算 本次桩锚结构稳定性验算是运用理正软件进行稳定性验算的。通过输入前面设计成果，然后运用软件内置系统进行稳定性验算，得到输出结果。3.6.1 mabc,de段桩锚结构稳定性验算1.整体稳定性验算 图3-15 整体稳定性验算简图计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法条分法中的土条宽度: 0.40m滑裂面数据整体稳定安全系数 ks