悬臂支护结构设计计算书

1、悬臂支护结构设计计算书 计算依据： 1、建筑基坑支护技术规程jgj120-2012 2、建筑施工计算手册江正荣编著 3、实用土木工程手册第三版杨文渊编著 4、施工现场设施安全设计计算手册谢建民编著 5、土力学与地基基础 一、参数信息 1、基本参数支护桩材料钢筋混凝土桩支护桩间距ba(m)0.1支护桩嵌入土深度ld(m)15基坑开挖深度h(m)5基坑外侧水位深度ha(m)0.5基坑内侧水位深度hp(m)6支护桩在坑底处的水平位移量(mm)12地下水位面至坑底的土层厚度d1(m)3基坑内外的水头差h(m)6 2、土层参数土层类型土厚度h(m)土重度(kn/m3)粘聚力c(kpa)内摩擦角(

2、6;)饱和土重度sat(kn/m3)水土分算填土2.151910820否淤泥3.916.110.17.922否淤泥质二6.417.611.89.222否粘性土1.851930.414.422否粘性土5.0518.825.113.722否粘性土101930.314.622否 3、荷载参数类型荷载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度l(m)作用深度d(m)满布荷载3/条形局部荷载3.544/0矩形局部荷载45562 4、计算系数结构重要性系数01综合分项系数f1.25嵌固稳定安全系数ke1.2圆弧滑动稳定安全系数ks1.3流土稳定性安全系数kf1

3、.1 二、土压力计算土压力分布示意图附加荷载布置图 1、主动土压力计算 1）主动土压力系数 ka1=tan2(45°- 1/2）= tan2(45-8/2)=0.756； ka2=tan2(45°- 2/2）= tan2(45-8/2)=0.756； ka3=tan2(45°- 3/2）= tan2(45-7.9/2)=0.758； ka4=tan2(45°- 4/2）= tan2(45-7.9/2)=0.758； ka5=tan2(45°- 5/2）= tan2(45-9.2/2)=0.724； ka6=tan2(45°- 6/2）

4、= tan2(45-9.2/2)=0.724； ka7=tan2(45°- 7/2）= tan2(45-14.4/2)=0.602； ka8=tan2(45°- 8/2）= tan2(45-13.7/2)=0.617； ka9=tan2(45°- 9/2）= tan2(45-13.7/2)=0.617； ka10=tan2(45°- 10/2）= tan2(45-14.6/2)=0.597； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：0-0.5m h1'=0h0+q1/i=0+3/19=0.158m pak1上 =1h1'ka1-2c1

5、ka10.5=19×0.158×0.756-2×10×0.7560.5=-15.12kn/m2 pak1下 =1(h1+h1')ka1-2c1ka10.5=19×(0.5+0.158)×0.756-2×10×0.7560.5=-7.938kn/m2 第2层土：0.5-2.15m h2'=1h1+q1/sati=9.5+3/20=0.625m pak2上 =sat2h2'ka2-2c2ka20.5=20×0.625×0.756-2×10×0.7560.5

6、=-7.94kn/m2 pak2下 =sat2(h2+h2')ka2-2c2ka20.5=20×(1.65+0.625)×0.756-2×10×0.7560.5=17.008kn/m2 第3层土：2.15-4m h3'=2h2+q1/sati=42.5+3/22=2.068m pak3上 =sat3h3'ka3-2c3ka30.5=22×2.068×0.758-2×10.1×0.7580.5=16.899kn/m2 pak3下 =sat3(h3+h3')ka3-2c3ka30.5=2

7、2×(1.85+2.068)×0.758-2×10.1×0.7580.5=47.75kn/m2 第4层土：4-6.05m h4'=3h3+q1+q1b1/(b1+2a1)/sati=83.2+3+1.167/22=3.971m pak4上 =sat4h4'ka4-2c4ka40.5=22×3.971×0.758-2×10.1×0.7580.5=48.634kn/m2 pak4下 =sat4(h4+h4')ka4-2c4ka40.5=22×(2.05+3.971)×0.75

8、8-2×10.1×0.7580.5=82.819kn/m2 第5层土：6.05-7m h5'=4h4+q1+q1b1/(b1+2a1)/sati=128.3+3+1.167/22=6.021m pak5上 =sat5h5'ka5-2c5ka50.5=22×6.021×0.724-2×11.8×0.7240.5=75.822kn/m2 pak5下 =sat5(h5+h5')ka5-2c5ka50.5=22×(0.950000000000001+6.021)×0.724-2×11.8&

9、#215;0.7240.5=90.953kn/m2 第6层土：7-12.45m h6'=5h5+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=149.2+3+1.167+0.5/22=6.994m pak6上 =sat6h6'ka6-2c6ka60.5=22×6.994×0.724-2×11.8×0.7240.5=91.32kn/m2 pak6下 =sat6(h6+h6')ka6-2c6ka60.5=22×(5.45+6.994)×0.724-2×11.8

10、×0.7240.5=178.127kn/m2 第7层土：12.45-14.3m h7'=6h6+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=269.1+3+1.167+0.5/22=12.444m pak7上 =sat7h7'ka7-2c7ka70.5=22×12.444×0.602-2×30.4×0.6020.5=117.634kn/m2 pak7下 =sat7(h7+h7')ka7-2c7ka70.5=22×(1.85+12.444)×0.602-2

11、×30.4×0.6020.5=142.136kn/m2 第8层土：14.3-16m h8'=7h7+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=309.8+3+1.167+0.5/22=14.294m pak8上 =sat8h8'ka8-2c8ka80.5=22×14.294×0.617-2×25.1×0.6170.5=154.595kn/m2 pak8下 =sat8(h8+h8')ka8-2c8ka80.5=22×(1.7+14.294)×0

12、.617-2×25.1×0.6170.5=177.671kn/m2 第9层土：16-19.35m h9'=8h8+q1+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=347.2+3+0.5/22=15.941m pak9上 =sat9h9'ka9-2c9ka90.5=22×15.941×0.617-2×25.1×0.6170.5=176.951kn/m2 pak9下 =sat9(h9+h9')ka9-2c9ka90.5=22×(3.35+15.941)×0.617-2×

13、25.1×0.6170.5=222.424kn/m2 第10层土：19.35-20m h10'=9h9+q1+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=420.9+3+0.5/22=19.291m pak10上 =sat10h10'ka10-2c10ka100.5=22×19.291×0.597-2×30.3×0.5970.5=206.545kn/m2 pak10下 =sat10(h10+h10')ka10-2c10ka100.5=22×(0.650000000000002+19.291)

14、15;0.597-2×30.3×0.5970.5=215.082kn/m2 3）水平荷载 临界深度：z0=pak2下h2/(pak2上+ pak2下)=17.008×1.65/(7.94+17.008)=1.125m； 第1层土 eak1=0kn； 第2层土 eak2=0.5pak2下z0ba=0.5×17.008×1.125×0.1=0.957kn； aa2=z0/3+h3=1.125/3+17.85=18.225m； 第3层土 eak3=h3(pa3上+pa3下)ba/2=1.85×(16.899+47.75)×

15、;0.1/2=5.98kn； aa3=h3(2pa3上+pa3下)/(3pa3上+3pa3下)+h4=1.85×(2×16.899+47.75)/(3×16.899+3×47.75)+16=16.778m； 第4层土 eak4=h4(pa4上+pa4下)ba/2=2.05×(48.634+82.819)×0.1/2=13.474kn； aa4=h4(2pa4上+pa4下)/(3pa4上+3pa4下)+h5=2.05×(2×48.634+82.819)/(3×48.634+3×82.819)+13

16、.95=14.886m； 第5层土 eak5=h5(pa5上+pa5下)ba/2=0.950000000000001×(75.822+90.953)×0.1/2=7.922kn； aa5=h5(2pa5上+pa5下)/(3pa5上+3pa5下)+h6=0.950000000000001×(2×75.822+90.953)/(3×75.822+3×90.953)+13=13.461m； 第6层土 eak6=h6(pa6上+pa6下)ba/2=5.45×(91.32+178.127)×0.1/2=73.424kn； a

17、a6=h6(2pa6上+pa6下)/(3pa6上+3pa6下)+h7=5.45×(2×91.32+178.127)/(3×91.32+3×178.127)+7.55=9.982m； 第7层土 eak7=h7(pa7上+pa7下)ba/2=1.85×(117.634+142.136)×0.1/2=24.029kn； aa7=h7(2pa7上+pa7下)/(3pa7上+3pa7下)+h8=1.85×(2×117.634+142.136)/(3×117.634+3×142.136)+5.7=6.596

18、m； 第8层土 eak8=h8(pa8上+pa8下)ba/2=1.7×(154.595+177.671)×0.1/2=28.243kn； aa8=h8(2pa8上+pa8下)/(3pa8上+3pa8下)+h9=1.7×(2×154.595+177.671)/(3×154.595+3×177.671)+4=4.83m； 第9层土 eak9=h9(pa9上+pa9下)ba/2=3.35×(176.951+222.424)×0.1/2=66.895kn； aa9=h9(2pa9上+pa9下)/(3pa9上+3pa9下)+

19、h10=3.35×(2×176.951+222.424)/(3×176.951+3×222.424)+0.650000000000002=2.261m； 第10层土 eak10=h10(pa10上+pa10下)ba/2=0.650000000000002×(206.545+215.082)×0.1/2=13.703kn； aa10=h10(2pa10上+pa10下)/(3pa10上+3pa10下)=0.650000000000002×(2×206.545+215.082)/(3×206.545+3

20、5;215.082)=0.323m； 土压力合力： eak=eaki=0+0.957+5.98+13.474+7.922+73.424+24.029+28.243+66.895+13.703=234.627kn； 合力作用点： aa= (aaieaki)/eak=(0×0+18.225×0.957+16.778×5.98+14.886×13.474+13.461×7.922+9.982×73.424+6.596×24.029+4.83×28.243+2.261×66.895+0.323×13.7

21、03)/234.627=6.856m； 2、被动土压力计算 1）被动土压力系数 kp1=tan2(45°+ 1/2）= tan2(45+7.9/2)=1.319； kp2=tan2(45°+ 2/2）= tan2(45+9.2/2)=1.381； kp3=tan2(45°+ 3/2）= tan2(45+9.2/2)=1.381； kp4=tan2(45°+ 4/2）= tan2(45+14.4/2)=1.662； kp5=tan2(45°+ 5/2）= tan2(45+13.7/2)=1.621； kp6=tan2(45°+ 6/2）

22、= tan2(45+14.6/2)=1.674； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：5-6.05m h1'=0h0/i=0/16.1=0m ppk1上 =1h1'kp1+2c1kp10.5=16.1×0×1.319+2×10.1×1.3190.5=23.199kn/m2 ppk1下 =1(h1+h1')kp1+2c1kp10.5=16.1×(1.05+0)×1.319+2×10.1×1.3190.5=45.497kn/m2 第2层土：6.05-11m h2'=1h1/i=1

23、6.905/17.6=0.961m ppk2上 =2h2'kp2+2c2kp20.5=17.6×0.961×1.381+2×11.8×1.3810.5=51.091kn/m2 ppk2下 =2(h2+h2')kp2+2c2kp20.5=17.6×(4.95+0.961)×1.381+2×11.8×1.3810.5=171.404kn/m2 第3层土：11-12.45m h3'=2h2/sati=104.025/22=4.728m ppk3上 =sat3h3'kp3+2c3kp30.5

24、=22×4.728×1.381+2×11.8×1.3810.5=171.38kn/m2 ppk3下 =sat3(h3+h3')kp3+2c3kp30.5=22×(1.45+4.728)×1.381+2×11.8×1.3810.5=215.434kn/m2 第4层土：12.45-14.3m h4'=3h3/sati=135.925/22=6.178m ppk4上 =sat4h4'kp4+2c4kp40.5=22×6.178×1.662+2×30.4×1.

25、6620.5=304.275kn/m2 ppk4下 =sat4(h4+h4')kp4+2c4kp40.5=22×(1.85+6.178)×1.662+2×30.4×1.6620.5=371.918kn/m2 第5层土：14.3-19.35m h5'=4h4/sati=176.625/22=8.028m ppk5上 =sat5h5'kp5+2c5kp50.5=22×8.028×1.621+2×25.1×1.6210.5=350.208kn/m2 ppk5下 =sat5(h5+h5')k

26、p5+2c5kp50.5=22×(5.05+8.028)×1.621+2×25.1×1.6210.5=530.302kn/m2 第6层土：19.35-20m h6'=5h5/sati=287.725/22=13.078m ppk6上 =sat6h6'kp6+2c6kp60.5=22×13.078×1.674+2×30.3×1.6740.5=560.043kn/m2 ppk6下 =sat6(h6+h6')kp6+2c6kp60.5=22×(0.650000000000002+13.0

27、78)×1.674+2×30.3×1.6740.5=583.981kn/m2 3）水平荷载 第1层土 epk1=bah1(pp1上+pp1下)/2=0.1×1.05×(23.199+45.497)/2=3.607kn； ap1=h1(2pp1上+pp1下)/(3pp1上+3pp1下)+h2=1.05×(2×23.199+45.497)/(3×23.199+3×45.497)+13.95=14.418m； 第2层土 epk2=bah2(pp2上+pp2下)/2=0.1×4.95×(51.

28、091+171.404)/2=55.068kn； ap2=h2(2pp2上+pp2下)/(3pp2上+3pp2下)+h3=4.95×(2×51.091+171.404)/(3×51.091+3×171.404)+9=11.029m； 第3层土 epk3=bah3(pp3上+pp3下)/2=0.1×1.45×(171.38+215.434)/2=28.044kn； ap3=h3(2pp3上+pp3下)/(3pp3上+3pp3下)+h4=1.45×(2×171.38+215.434)/(3×171.38+3&

29、#215;215.434)+7.55=8.247m； 第4层土 epk4=bah4(pp4上+pp4下)/2=0.1×1.85×(304.275+371.918)/2=62.548kn； ap4=h4(2pp4上+pp4下)/(3pp4上+3pp4下)+h5=1.85×(2×304.275+371.918)/(3×304.275+3×371.918)+5.7=6.594m； 第5层土 epk5=bah5(pp5上+pp5下)/2=0.1×5.05×(350.208+530.302)/2=222.329kn； ap5

30、=h5(2pp5上+pp5下)/(3pp5上+3pp5下)+h6=5.05×(2×350.208+530.302)/(3×350.208+3×530.302)+0.650000000000002=3.003m； 第6层土 epk6=bah6(pp6上+pp6下)/2=0.1×0.650000000000002×(560.043+583.981)/2=37.181kn； ap6=h6(2pp6上+pp6下)/(3pp6上+3pp6下)=0.650000000000002×(2×560.043+583.981)/(3&

31、#215;560.043+3×583.981)=0.323m； 土压力合力： epk=epki=3.607+55.068+28.044+62.548+222.329+37.181=408.777kn； 合力作用点： ap= (apiepki)/epk=(14.418×3.607+11.029×55.068+8.247×28.044+6.594×62.548+3.003×222.329+0.323×37.181)/408.777=4.85m； 3、基坑内侧土反力计算 1）主动土压力系数 ka1=tan2(45°-1/

32、2）= tan2(45-7.9/2)=0.758； ka2=tan2(45°-2/2）= tan2(45-9.2/2)=0.724； ka3=tan2(45°-3/2）= tan2(45-9.2/2)=0.724； ka4=tan2(45°-4/2）= tan2(45-14.4/2)=0.602； ka5=tan2(45°-5/2）= tan2(45-13.7/2)=0.617； ka6=tan2(45°-6/2）= tan2(45-14.6/2)=0.597； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：5-6.05m h1'=0h0

33、/i=0/16.1=0m psk1上 =(0.212-1+c1)h0(1-h0/ld)/b+1h1'ka1=(0.2×7.92-7.9+10.1)×0×(1-0/15)×0.012/0.012+16.1×0×0.758=0kn/m2 psk1下 =(0.212-1+c1)h1(1-h1/ld)/b+1(h1+h1')ka1=(0.2×7.92-7.9+10.1)×1.05×(1-1.05/15)×0.012/0.012+16.1×(0+1.05)×0.758=

34、27.151kn/m2 第2层土：6.05-11m h2'=1h1/i=16.905/17.6=0.961m psk2上 =(0.222-2+c2)h1(1-h1/ld)/b+2h2'ka2=(0.2×9.22-9.2+11.8)×1.05×(1-1.05/15)×0.012/0.012+17.6×0.961×0.724=31.315kn/m2 psk2下 =(0.222-2+c2)h2(1-h2/ld)/b+2(h2+h2')ka2=(0.2×9.22-9.2+11.8)×6×(

35、1-6/15)×0.012/0.012+17.6×(0.961+4.95)×0.724=145.621kn/m2 第3层土：11-12.45m h3'=2h2/sati=104.025/22=4.728m psk3上 =(0.232-3+c3)h2(1-h2/ld)/b+sat3h3'ka3=(0.2×9.22-9.2+11.8)×6×(1-6/15)×0.012/0.012+22×4.728×0.724=145.608kn/m2 psk3下 =(0.232-3+c3)h3(1-h3/ld

36、)/b+sat3(h3+h3')ka3=(0.2×9.22-9.2+11.8)×7.45×(1-7.45/15)×0.012/0.012+22×(4.728+1.45)×0.724=171.63kn/m2 第4层土：12.45-14.3m h4'=3h3/sati=135.925/22=6.178m psk4上 =(0.242-4+c4)h3(1-h3/ld)/b+sat4h4'ka4=(0.2×14.42-14.4+30.4)×7.45×(1-7.45/15)×0.01

37、2/0.012+22×6.178×0.602=297.332kn/m2 psk4下 =(0.242-4+c4)h4(1-h4/ld)/b+sat4(h4+h4')ka4=(0.2×14.42-14.4+30.4)×9.3×(1-9.3/15)×0.012/0.012+22×(6.178+1.85)×0.602=309.429kn/m2 第5层土：14.3-19.35m h5'=4h4/sati=176.625/22=8.028m psk5上 =(0.252-5+c5)h4(1-h4/ld)/b+sa

38、t5h5'ka5=(0.2×13.72-13.7+25.1)×9.3×(1-9.3/15)×0.012/0.012+22×8.028×0.617=281.919kn/m2 psk5下 =(0.252-5+c5)h5(1-h5/ld)/b+sat5(h5+h5')ka5=(0.2×13.72-13.7+25.1)×14.35×(1-14.35/15)×0.012/0.012+22×(8.028+5.05)×0.617=207.952kn/m2 第6层土：19.3

39、5-20m h6'=5h5/sati=287.725/22=13.078m psk6上 =(0.262-6+c6)h5(1-h5/ld)/b+sat6h6'ka6=(0.2×14.62-14.6+30.3)×14.35×(1-14.35/15)×0.012/0.012+22×13.078×0.597=208.039kn/m2 psk6下 =(0.262-6+c6)h6(1-h6/ld)/b+sat6(h6+h6')ka6=(0.2×14.62-14.6+30.3)×15×(1-15

40、/15)×0.012/0.012+22×(13.078+0.650000000000002)×0.597=180.304kn/m2 3）水平荷载 第1层土 psk1=b0h1(ps1上+ps1下)/2=0.1×1.05×(0+27.151)/2=1.425kn； as1=h1(2ps1上+ps1下)/(3ps1上+3ps1下)+h2=1.05×(2×0+27.151)/(3×0+3×27.151)+13.95=14.3m； 第2层土 psk2=b0h2(ps2上+ps2下)/2=0.1×4.95

41、×(31.315+145.621)/2=43.792kn； as2=h2(2ps2上+ps2下)/(3ps2上+3ps2下)+h3=4.95×(2×31.315+145.621)/(3×31.315+3×145.621)+9=10.942m； 第3层土 psk3=b0h3(ps3上+ps3下)/2=0.1×1.45×(145.608+171.63)/2=23kn； as3=h3(2ps3上+ps3下)/(3ps3上+3ps3下)+h4=1.45×(2×145.608+171.63)/(3×145

42、.608+3×171.63)+7.55=8.255m； 第4层土 psk4=b0h4(ps4上+ps4下)/2=0.1×1.85×(297.332+309.429)/2=56.125kn； as4=h4(2ps4上+ps4下)/(3ps4上+3ps4下)+h5=1.85×(2×297.332+309.429)/(3×297.332+3×309.429)+5.7=6.619m； 第5层土 psk5=b0h5(ps5上+ps5下)/2=0.1×5.05×(281.919+207.952)/2=123.692k

43、n； as5=h5(2ps5上+ps5下)/(3ps5上+3ps5下)+h6=5.05×(2×281.919+207.952)/(3×281.919+3×207.952)+0.650000000000002=3.302m； 第6层土 psk6=b0h6(ps6上+ps6下)/2=0.1×0.650000000000002×(208.039+180.304)/2=12.621kn； as6=h6(2ps6上+ps6下)/(3ps6上+3ps6下)=0.650000000000002×(2×208.039+180.30

44、4)/(3×208.039+3×180.304)=0.333m； 土压力合力： ppk=ppki=1.425+43.792+23+56.125+123.692+12.621=260.655kn； 合力作用点： as= (asipski)/ppk=(14.3×1.425+10.942×43.792+8.255×23+6.619×56.125+3.302×123.692+0.333×12.621)/260.655=5.653m； psk=260.655knep=408.777kn 满足要求！ 三、稳定性验算 1、嵌固稳

45、定性验算 epkapl/(eakaal)=408.777×4.85/(234.627×6.856)=1.232ke=1.2 满足要求！ 2、整体滑动稳定性验算圆弧滑动条分法示意图 ksi =cjlj+(qjbj+gj)cosj-jljtanj/(qjbj+gj)sin cj、j 第j土条滑弧面处土的粘聚力(kpa)、内摩擦角(°)； bj第j土条的宽度(m)； j第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(°)； lj第j土条的滑弧段长度(m)，取ljbj/cosj； qj作用在第j土条上的附加分布荷载标准值(kpa) ； gj第j土条的自重(kn)，按天然重度计算； uj第j土条在滑弧面上的孔隙水压力(kpa)，采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取ujwhw