某综合楼工程基坑支护方案设计

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 1/1

2、0。该场地 40m深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天然含水重度 内摩擦内聚力渗透系数m量 w( )（ KN/m3 ）角 (o)C(KPa)K(cm/s)1杂填土层0.9530.51810.055.410-42粉土层2.4531.718.935.0105.52 10-43粉土夹密实2.9530.618.735.575.25 10-4细砂层4软粘土层2.0534.118.911.215.62.310-55粘土层6.131.219.219.3307.510-56粉质粘土层4037.118.417.1358.510-53.基坑周边环境情况890

3、0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- 1 -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) 排桩支护围护结构对于南侧采用排

4、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，填土面基本水平，符合郎

5、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：K a1tan2451tan245100.704(5.1)22K a 2tan2452tan245350.27122K a3tan2453tan24535.50.26522K a 4tan2454tan24511.20.67522K a5tan2455tan24519.30.50322K a 6tan2456tan24517.10.54622填土表面主动土压力强度：Pa上1 qK a1 - 2c1 K a1(5.2)100.704250.7041.35 KPa- 2 -第一层底部主动土压力强度：下

6、q1 h1 K a 1 - 2 c1K a 1Pa 110 18 0 .950.704250 .70410 . 69 KPa第二层顶部主动土压力强度：Pa上2q1h1 K a2 - 2c2 K a 210180.950.2712100.2713.07 KPa第二层底部主动土压力强度：Pa下2q1h12h2 K a2 - 2c2 K a210180.9518.92.450.2712100.2719.48KPa第三层顶部主动土压力强度：Pa上3q1h12h2 K a3 - 2c3 K a 310180.9518.92.450.265270.26512.25KPa第三层底顶部主动土压力强度：Pa下3

7、q1h12 h23h3 K a3 - 2c3 K a 310180.9518.92.4518.72.950.265270.26526.86KPa第四层顶部主动土压力强度：Pa上4 q1h12 h23h3 K a4 - 2c4 Ka 410180.9518.92.4518.72.950.675215.60.67561.15KPa第四层底部主动土压力强度：Pa下4q1h12 h23 h34h4 K a4 - 2c4 K a 4128.5718.92.050.675215.60.67587.3KPa第五层顶部主动土压力强度：Pa上5q1h12h23 h34 h4 K a5 - 2c5 K a 512

8、8.5718.92.050.5032300.50341.61KPa第五层底部主动土压力强度 :Pa下5q1h12 h23 h34h45 h5 K a5 - 2c5 Ka 5167.31519.26.10.5032300.503100.52KPa第六层顶部主动土压力强度：上q1h12h23 h34h45 h5 K a6 - 2c6 K a6Pa 6167.31519.26.10.5462350.546103.58KPa第六层 h 处主动土压力强度：Pah6q1h12h23 h34h45h56 h K a6 - 2c6 K a 6284.43518.4h0.5462350.546103.5810.

9、05h KPa- 3 -临界深度 z0 ，由Pa上1q1z0 K a12c1 Ka 1 01018z00.704250.7040(5.3)z00.11m动土压力计算土层的被动土压力系数分别为：K p5tan2455tan24519.31.99(5.4)22K p 6tan2456tan24517.11.8322基坑深度为 9.6m，挖深至粘土层 9.60.952.45 2.952.05 1.2m 处，则基坑底处的被动土压力强度：PP上52c5 K P 5(5.5)2301.9984.64 KP a第五层底部被动土压力强度：PP下55h5 K P 52c5K P5(5.6 )4.919.21.9

10、92301.99271.86KP a第六层顶部被动土压力强度：PP下65 h5 K P 62c6 K P64.919.21.832351.83 266.86 KPa第六层 h 处被动土压力强度：PPh65 h56 h K P 62c6K P 694.086 h1.832351.83266.8633.67h KPa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。- 4 -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)

11、 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：Ea11 10.960.950.114.60KN / m(6.1)2Ea 212.450.608.77 KN / m9.482Ea 3112.2526.8657.69KN / m2.952Ea 4161.1587.30152.16KN / m2.052Ea 5141.61100.52433.50KN / m6.12Ep 5184.64271.86873.43KN / m4.92其作用点距所在土层分界面的距离为：- 5 -x1110.110.280m(6.2)3x21(2.450.60)0.617m3x312

12、.95212.2526.861.29m312.2526.86x412.05261.1587.300.965m361.1587.30x516.1241.61100.522.629m341.61100.52x51(6.11.2)284.64271.862.02m384.64271.86各层土压力对桩底弯矩M 14.600.2802.452.952.056.1h63.6184.60hM 28.77 0.617 2.952.056.1h102.768.77 hM 357.691.292.056.1h544.5957.69hM 4152.160.9656.1h1075.01152.16hM 5433.5

13、2.629h1139.67433.5hM 6h103.5810.05xhx dx51.79h21.675h30M 5873.432.02h1764.33873.43hM 6h266.8633.67 xhx dx133.43h25.61h30由： M1M 2M 3M 4M 5M 6M 5M 6(6.3)得3.935h381.64h2216.711161.32hh2.57m桩长 LHK d Dmin9.61.24.92.5718.60m ，取 L19m 。(6.4)计算最大弯矩点Ea1Ea 2 Ea 3Ea 4Ea 5103.58h0110.05h02E p 5266.86h0133.67h021

14、1.81h0222163.28h0216.710h01.42m说明弯矩最大点不在第六层，而在第五层需要重新计算- 6 -Ea1 Ea 2 Ea 3 Ea 4 41.61h01 9.66h021 84.64 84.64 38.21(h0 1.2) (h0 1.2)2214. 275h02 2.822h0 288.507 0 h0 4.595mM M 主M 被4.6 （0.28 2.45 2.952.05 4.595） 8.77 （0.6172.95 2.05 4.595）57.69 （1.292.054.595） 152.16 （0.9654.595） 308.64 2.02 534.63 1.

15、5 1271.56KN m（ 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：N qe tanK Pe3 .14 tan17. 11.83 4.83KN(6.6)N q14.831(6.7)N ctan12.45KNtan17.1m1180.9518.92.4518.72.9518.92.0519.26.118.4 2.5718.85 KNm319.24.918.42.5717.07m 218.92 KNm37.47K Dm2 D

16、NqcNC18.92 18.604.833512.454.40(6.8)m1 h0Dq18.854.6018.6010K D4.401.6 ，满足要求。 基坑底部土体抗隆起稳定性验算M S1hq D 2118.42.57 10 18.60 29909 .68 KNm(6.9)22M rKa tanh2qh D1 q fD 22 D 2223(6.10)4 D3tanq f D 2c hDD 2M h43其中： qfh0q 18.4 2.571057.29 KNm2 ， M h1271.56KNm经计算可得， M r100107.49KN m抗隆起安全系数：- 7 -M r100107.49(6

17、.11)K L10.10M s9909.68K L10.102.0，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。bd 3D 4(6.12)12 64令 b=d，又 D=1000mm，则 b=0.876D=876mm。取混凝土强度等级为 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。sM1271.561060.15(6.13)1 fcbh02114.38768262112s11 20.150.16(6.14)AS1 f cb h0114.38760.168

18、265518.47mm2(6.15)f y300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： 8200mm200mm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 倍土钉孔径选取，且一般宜满足：Sx Sy k dh L(1.5 2.5)0.18 1.2 2，此处为方便计算取 1m。(6.16)土钉加筋直

19、径： db(20 25)10 3Sx Sy20 25mm ，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+(0.95102.45352.9533.52.0511.21.219.3 )9.625.02( 0.9552.45102.9572.0515.61.230)c9.612.28 KPa- 8 -( 0.95182.4518.9 2.95 18.72.05 18.91.2 19.2)18.79KN / m39.6坡面与水平面夹角为 90，破坏倾角为 45+ 27=.51 楔形滑移面长度：

20、LH9.611.38m(6.18)25 .02cos 45cos 4522土层自重W1 H 2 tan 452118.99.62 tan4525.02554.62KN(6.19)222地面附加荷载QqH tan(45/ 2)109.6 tan(45 25.02/ 2) 61.14KN(6.20)土钉与水平面夹角=10取， qsi20KN / m土钉锚固力 TDrqsili3.14 0.1 20 (100.5cos10 )9 537.4KN(6.21)土钉墙内部稳定性安全系数KcL WQ sin 45tanT sin 45tan T cos 45sK222WQ cos 452W Q cos 45

21、212.28 11.38554.62 61.14 sin 4525.02tan 25.02225.02554.62 61.14 cos 452537.4sin 4525.02537.4 cos 4525.02110 tan 25.02102225.02554.6261.14 cos 4521.41因为 K=1.41 1.3 ，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5 164.89 1.2 19.2 0.503 2 30 0.503 51.98KPa 基坑至第五层顶面- 9 -Ea51(41.6151.98)1.256.15KN / m2EaxEa1Ea2Ea3Ea 4

22、Ea54.68.7757.69 152.1656.15279.37KN / m墙底断面上产生的抗滑力FTWqB Sx tanCBSx(554.62 10 7.22) 1tan 25.0212.28 7.22 1(6.22)381.22KNB11 L cos118 cos107.22m(6.23)1212故安全系数 K HFT381.221.361.2 ，满足要求。Eax 279.37b抗倾覆稳定验算M WWqB0.5B0.5H / tan554.62207.220.57.220.59.6/ tan 25.02(6.24)9712.37KNmM 01 HE ax19.6 279.37893.98

23、KNm(6.25)33安全系数： KQM W9712.37M 0893.9810.86 1.3，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：Sx Sy k dh L (1.5 2.5) 0.1 60.9 1.5m , 此处取 Sy 1.5m ，SxSy0.87m。tan 60土钉加筋直径： db (20 25)10 3Sx Sy 23 28.5mm，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 -10-楔形滑移面长度 LH9.711.38m25.02cos 45cos 4522土层自重W1H 2 tan 451H 2 cot 60222118.9 9.62 tan4525.02118.99.62 co