土木工程基坑设计

1、 某工程基坑支护方案设计1.工程概况某综合楼工程占地面积194.5×85.5m2。上部结构由18层的高楼组成。高楼群房采用框架剪力墙结构，钻孔灌注桩箱形基础，设3层地下室，挖深为9.6m。该建筑物西侧距街道仅5m，且在路面下埋有电缆线、煤气管道、自来水管道及污水管道等市政公用设施。南边是一施工现场，其围墙距离开挖最小距离为3m。东侧的靠南端分空地，靠北有一四层厂房(长20m)，间距约8.9m，北侧距街道约8m。2.工程地质条件该场地为原住宅拆除后整平，场地基本平坦。根据地质勘测勘料，地下水位埋藏较浅，平均深度为0.455m，其中上部土层透水性较好，水力坡度i取1/10。该场地40m深

2、范围内土层的主要物理力学指标如下：表2-1 基坑各土层物理力学性质指标层序土层名称层厚m天然含水量w()重度（KN/m3）内摩擦角(º)内聚力C(KPa)渗透系数K(cm/s)1杂填土层0.9530.51810.055.4×10-42粉土层2.4531.718.935.0105.52×10-43粉土夹密实细砂层2.9530.618.735.575.25×10-44软粘土层2.0534.118.911.215.62.3×10-55粘土层6.131.219.219.3307.5×10-56粉质粘土层4037.118.417.1358.5&

3、#215;10-53.基坑周边环境情况8900图3-1 基坑周边环境布置图4.基坑支护方案优选基坑围护结构型式有很多种，其适用范围也各不相同，根据上述设计原则，结合本基坑工程实际情况有以下几种可以采取的支护型式14： (1) 土钉墙围护结构 土钉墙围护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉，形成加筋土重力式挡墙，起到挡土作用。土钉墙围护适用于地下水位以上或者人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土、卵石土等；不适用于淤泥质及未经降水处理地下水以下的土层地基中基坑围护。土钉墙围护基坑深度一般不超过18m，使用期限不超过18月。对于本工程基坑的西侧、东侧和北侧均采用土钉墙支护。 (2) 排

4、桩支护围护结构 对于南侧采用排桩支护与止水方案，排桩支护技术条件成熟、简单，采用钻孔灌注桩加内撑支护结构，配合旋喷桩做止水帷幕，也可考虑咬合加内撑施工工艺，止水效果较为优越。 经过多个方案的比较分析，本基坑充分考虑到周边地层条件，选择技术上可行,经济上合理,并且具有整体性好、水平位移小,同时便于基坑开挖及后续施工的可靠支护措施。经分析采用单排钻孔灌注桩作为围护体系，关于支撑体系，如果采用内支撑的话，则工程量太大，极不经济，同时，如果支撑拆除考虑在内的话，工期过长，且拆除过程中难以保持原力系的平衡。根据场地的工程地质和水文地质条件，支护结构采用土钉墙等。5.土层压力计算因墙背竖直、光滑，填土面基

5、本水平，符合郎肯土压力计算条件，计算时假定附加荷载q=10KNm 。主动土压力计算土层的主动土压力系数分别为：(5.1)填土表面主动土压力强度： (5.2)第一层底部主动土压力强度： 第二层顶部主动土压力强度： 第二层底部主动土压力强度： 第三层顶部主动土压力强度： 第三层底顶部主动土压力强度： 第四层顶部主动土压力强度： 第四层底部主动土压力强度： 第五层顶部主动土压力强度： 第五层底部主动土压力强度: 第六层顶部主动土压力强度： 第六层h处主动土压力强度： 临界深度z0 ，由(5.3) 动土压力计算土层的被动土压力系数分别为： (5.4) 基坑深度为9.6m，挖深至粘土层处，则基坑底处的被

6、动土压力强度： (5.5) 第五层底部被动土压力强度： (5.6 )第六层顶部被动土压力强度：第六层h处被动土压力强度： 计算土压力时不考虑渗流的影响，则土压力分布情况如下图所示。图5-1土层压力分布图6.基坑围护及支护方案设计方案选定(1) 南侧采用排桩支护方案；(2) 东侧和北侧采用放坡另加适当的土钉墙；基坑开挖深度为9.6m，采用坡角60°放坡开挖，中间设1.5m平台；(3) 西侧采用土钉墙支护。方案设计及计算 （4）南侧排桩支护方案设计各层土压力对墙的集中力为： (6.1) 其作用点距所在土层分界面的距离为： (6.2) 各层土压力对桩底弯矩由： (6.3)得 桩长，取。 (

7、6.4)计算最大弯矩点 说明弯矩最大点不在第六层，而在第五层需要重新计算（5）排桩结构验算 整体稳定性验算由于围护桩插入深度比较大，且布置较密，在施工中为增强整体稳定性，在桩与桩之间设圈梁，提高边坡抗滑移能力。根据经验，可不验算整体稳定性。 桩墙底地基承载力验算采用地基承载力公式验算法： (6.6) (6.7) (6.8)，满足要求。 基坑底部土体抗隆起稳定性验算(6.9) (6.10)其中：， 经计算可得，抗隆起安全系数：(6.11)，满足要求。桩身配筋计算将护坡桩圆形面积等效为矩形截面，使它们刚度相等。(6.12)令b=d，又D=1000mm，则b=0.876D=876mm。取混凝土强度等

8、级为C30，钢筋为HRB335级，则c=14.3N/mm2，y=300N/mm2，混凝土保护层厚度c=50mm，有效高度h0=87650=826mm。(6.13)(6.14)(6.15)配置1225的钢筋，As=5890.8mm2。(6) 西侧土钉墙支护方案设计 土钉布置板面：C20喷射混凝土，厚度100mm，注浆材料为水泥砂浆，水泥为32.5普通硅酸盐水泥，水灰比为10.5钢筋网：8200mm×200mm土钉长度：L=(0.60.8)H=(0.60.8)×9.7=5.827.76m，取L=8m。 土钉：共设9排土钉，钻孔直径取100mm，水平与垂直间距一般可按612倍土钉

9、孔径选取，且一般宜满足：，此处为方便计算取1m。 (6.16)土钉加筋直径： ，取22mm (6.17) 内部稳定性分析为方便计算土层力学性质采用加权平均值。附加荷载为q=10Kpa，临界破坏面为楔性破坏面，破坏面倾角为：45+2坡面与水平面夹角为90，破坏倾角为45°+2 = 57.51°楔形滑移面长度： (6.18)土层自重 (6.19)地面附加荷载 (6.20)土钉与水平面夹角=10°，取土钉锚固力 (6.21) 土钉墙内部稳定性安全系数K因为K=1.411.3 ，满足要求。 外部稳定性验算a抗滑移稳定性验算基坑底处的主动土压力 基坑至第五层顶面 墙底断面上

10、产生的抗滑力 (6.22) (6.23)故安全系数 ，满足要求。b抗倾覆稳定验算 (6.24) (6.25)安全系数：，满足要求。 (7) 东侧和北侧采用放坡加土钉墙支护方案设计 土钉布置板面：C20喷射混凝土，厚度100mm，注浆材料为水泥砂浆，水泥为32.5普通硅酸盐水泥，水灰比为10.5钢筋网：8200mm×200mm土钉长度：L=0.60.8H=(0.60.8)×9.6=5.767.68m，且一般放坡的土钉长度小于不放坡的，故此处取L=6m。土钉：共设6排土钉，钻孔直径取100mm，水平与垂直间距一般可按612倍土钉孔径选取，且一般宜满足：,此处取，。土钉加筋直径：，取25mm 内部稳定性分析为方便计算土层力学性质采用加权平均值。附加荷载为q=10kp，临界破坏面为楔性破坏面，破坏面倾角为：45+2，、数据同西侧。坡面与水平面夹角为60°，破坏倾角为45°+2 = 55.64°楔形滑移面长度