某商务大楼基坑支护设计说明

1、. . . . 1 / 63毕毕 业业 设设 计计题题 目目 市某商务大楼基坑支护设计市某商务大楼基坑支护设计 英文题目英文题目 ShanghaiShanghai commercialcommercial buildingbuilding foundationfoundation pitpit designdesign学生：学生：学学 号：号：专专 业：业：系系 别：别：指导教师：职称：指导教师：职称：二零一二年六月二零一二年六月 三三 日日. . . . 2 / 63摘 要本设计是市某商务大楼的基坑支护设计。地基土层主要由素填土、淤泥质粘土、粉质粉土、粉质粘土构成。地形为坡地，局部为水塘。由

2、人工推填平整，场地较平整。原始地貌为侵蚀性堆积岗地。主体基坑支护采用分两侧采用不同的支护体系支护：一种是钻孔灌注桩加锚杆的支护体系，采用钻孔灌注桩的基坑开挖深度为 9m，总桩长 13m；一种是土钉墙支护，基坑开挖深度 9m。基坑采用深层搅拌桩止水，排水沟排水。土层锚杆作为一种新兴科学，将会更广泛地运用到工程实践中，其具有较高的科学性、使用性，且施工方便，不占场地。设计的主要容有支护方案的选择、钻孔灌注桩的设计与计算、土钉与锚杆的计算、基坑的止水和施工组织设计。关键词关键词：深基坑支护；土钉墙；钻孔灌注桩；深层搅拌桩；锚杆支撑；施工组织设计 . . . . 3 / 63ABSTRACTThe d

3、esign of Shanghai commercial building foundation pit design. Foundation soil layer is mainly composed of plain fill, silty clay, silty soil, silty clay. Terrain slope, for the local pond. By the artificial filling site leveling, smooth. The original landscape as the erosion of the stacked hillock.Th

4、e main pit adoption on two sides by different supporting system support: a bored pile plus anchor supporting system, using bored piles of foundation pit excavation depth is 9m, the total length of pile13m; one is the soil nailing wall, foundation pit excavation depth 10m. Foundation pit with deep mi

5、xing pile water stop, a drainage ditch drainage. Soil anchor as a new science, will be more widely applied to engineering practice, its higher science, use, and convenient construction, no space occupation.The main content of the design has a selection of supporting scheme of bored pile, design and

6、calculation of soil nailing and anchor, computation, foundation pit water and construction organization design.KeyKey wordswords : deep foundation pit; soil nailing wall; bored pile; deep mixing pile;anchor support; construction organization design. . . . 4 / 63. . . . 5 / 63目 录绪论 11. 工程概况 11.1 工程简介

7、 11.2 基坑周边环境条件 11.3 岩土层分布特征 11.4 基坑侧壁安全等级与重要性系数 21.5 设计依据 32. 支护体系方案的选择 42.1 支护体系的组成 42.1.1 放坡开挖 42.1.2 深层搅拌水泥土围护墙 42.1.3 高压旋喷桩 42.1.4 槽钢钢板桩 42.1.5 钢筋混凝土板桩 52.1.6 钻孔灌注桩 52.1.7 地下连续墙 52.1.8 土钉墙 52.1.9 SMW 工法 62.1.10 基坑支护选型小结 62.2 基坑支护结构的选择 62.3 支护方案的比较和确定 72.4 总结 92.4.1 各土层的计算参数 92.4.2 计算区段的划分 92.4.3

8、 计算方法 102.4.4 方案确定 103. BC 断面的围护结构设计与计算 113.1 土压力系数计算 113.2 支护结构设计计算 113.2.1 侧向土压力计算 123.3 锚杆设计的容和步骤 173.3.1 锚杆承载力的计算 173.4 桩的配筋 213.4.1 桩体的配筋计算方法 213.4.2 构造配筋 223.5 冠梁设计 223.6 腰梁设计 234. 基坑的稳定性验算 254.1 概述 25. . . . 6 / 634.2 验算容 254.3 验算方法与计算过程 254.3.1 基坑的整体抗滑稳定性验算 254.3.2 基坑抗倾覆稳定性验算 254.3.3 基坑抗隆起稳定

9、性验算 274.3.4 抗渗流（或管涌）稳定性验算 295.(AB.AD.DC)断面的围护结构设计与计算 325.1 土钉概述 325.2 土钉墙设计容 325.2.1 方案确定 325.2.2 土钉计算 335.2.3 结构计算 376. 基坑止水设计 386.1 方案选择 386.2 基坑止水方案设计 386.2.1 止水桩长确定 386.3 排水设计 386.3.1 排水方案设计 387. 监测方案 397.1 基坑监测 397.1.1 位移观测 397.1.2 沉降监测 397.2 观测精度与技术要求 398. 施工组织设计 428.1 主要施工顺序 428.1.1 主要分项工程施工方

10、法：428.1.2 施工工艺 448.2 质量保证措施 468.2.1 工程质量目标 468.2.2 土方工程质量要求 468.2.3 土钉墙施工注意事项与质量要求 478.3 环保管理与措施 498.3.1 环境目标 498.3.2 环境指标 498.3.3 环境控制措施 508.4 安全防火管理 518.5 工程监测与信息施工 53结论 54致 55参考文献 56. . . . 1 / 63绪 论随着我国城市的迅速发展，城市用地越来越紧，地下空间的开发利用以与高层建筑深基础施工都在地面以下一定深度进行，这种趋势推动了我国深基础支护设计与施工技术的日益进步，发展了多种适合我国的深基础支护方法

11、本次就基坑支护设计初期的设计理论主要基于挡土墙设计理论。对于悬臂桩支护结构，根据朗肯土压力计算方法确定墙土之间的土压力，也就是支护结构上作用荷载与反作用力按主动土压力与被动土压力分布考虑，以此按静力方法计算出挡土结构的力。对于支点结构，则按等值梁法计算支点力与结构力。由于基坑支护结构与一般挡土墙受力机理的不同，按经典方法（极限平衡法或等值梁法）计算结果与支护结构力实测结果相比，在大部分情况下偏大。这是由于经典方法计算支护结构与实测不尽相符的事实，二则由于基坑周边环境（建筑物，地下管线，道路等）基坑基础线对支护结构更为严格要求，需要对支护结构变形进行一定精度的预估，而经典方法则难以计算出支护结构

12、的变形。古典理论已不适宜指导深基坑支护的发展。在总结实践的基础上，将会逐步完善理论以指导设计计算目的是详细学习和了解与岩土工程相关的知识，巩固以前学习过的（深基坑支护、基础工程、地基处理、土力学、工程地质学等）知识，并按照现行规，通过对实际情况的分析把它运用到生产实践中去，同时也培养了调查研究、查阅文献、收集资料和整理资料的能力。通过本次设计使自己能够理论联系实际，并为以后的工作和学习打下坚实的基础. . . . 1 / 631. 工程概况1.1 工程简介市虹桥商务大楼位于市闵行区中国边检大楼旁，中国边检大楼北侧，建虹路南侧，原有地形为坡地，局部为水塘。由人工推填平整，场地较平整。图 1.1

13、基坑平面图1.2 基坑周边环境条件基坑北侧为马路，最近距离为 8m 。南侧为中国边检大楼，楼高六层，其最近距离为 6 m。1.3 岩土层分布特征根据地质勘察资料，在 A-B-C-D 段主要分布的土层如下：（1）杂填土（Qm1）：褐灰至褐红色，以粘性土为主，含大量砖块与碎石生活垃圾，人工填积，结构松散，不含地下水，湿。埋深 1.001.11m，层厚. . . . 2 / 631.204.00m，层底标高 66.7066.80m。（2）素填土（Qm1）：褐红色，以粘性土为主，含少量砖块与碎石。人工新 2近填积，未完成自重固结，结构松散，不含地下水，湿。埋深 0.001.10m，层厚1.204.00

14、m，层底标高 63.1066.70m。（3）淤泥质杂填土（Qa1）：褐灰至灰黑色，含大量碎石与生活垃圾腐烂物， 3具臭味，含地下水，软塑状，易变形，很湿。埋深 1.804.00m，层厚 0.702.90m，层底标高 63.1064.10m。（4）粉质粘土（Qa1）：褐黄至褐红色，含少量灰白色团状高岭土与铁锰氧 4化物，裂隙发育，摇震无反应。土状光泽，干强度一般，顶部受水浸泡严重。硬塑，中密，稍湿。埋深 0.004.70m，层厚 2.106.70m，层底标高 60.3062.00m。（5）圆砾（Qa1）：黄至黄褐色，以石英硅质岩碎屑为主。含少量砂粒与粘 5性土，胶结一般。粗颗粒呈圆状，中风化。粒

15、径 20mm 占 35%，520mm 占 25%，粘性土占 5%，富含地下水，中密饱和。埋深 5.007.60m，层厚 4.505.30m，层底标高 55.8056.70m。（6）粘土（Qa1）：紫红色，由下伏基岩风化残积而成，含少量斑状灰白色 6高岭土与石英粉砂、云母碎屑，裂隙发育，土状光泽，摇震无反应。干强度一般，可塑，中密，湿。（7）强风化粉砂质泥岩（K）：紫红色，粉砂泥质结构，层状构造，以泥质 7成分为主，石英粉砂为次，岩石风化强烈，裂隙发育，裂面见铁锰氧化膜，浸水易软化，干燥易散碎，顶部风化呈土状。坚硬，致密，稍湿。埋深 12.5013.20m，层厚 2.003.70m，层底标高 5

16、1.5053.10m。（8）中风化粉砂质泥岩（K）：紫红色，粉砂泥质结构，以泥质成分为主， 8石英粉砂为次，见云母小片，岩芯表面见绿泥石斑块，偶见石膏细脉充填于裂隙中，岩石较完整，裂隙较发育，局部夹泥岩透镜体，分布无规律。浸水易软化，干燥易碎裂。坚硬，致密，稍湿。埋深 14.8016.40m，层厚 2.409.80m，层底标高43.1049.70m。地下水位简况：场地主要见上层滞水与潜水。1.4 基坑侧壁安全等级与重要性系数虹桥商务大楼基坑安全等级为一级，基坑重要性系数 0 = 1.0。1.5 设计依据（1）地质勘察报告与相关资料;. . . . 3 / 63（2）建筑基坑支护技术规（JGJ1

17、20-99）；（3）建筑基坑工程技术规（YB9258-97）；（4）岩土工程预决算指南；（5）深基坑工程；（6）深基坑工程设计施工手册；（7）深基坑支护设计与施工；（8）基坑工程手册. . . . 4 / 632. 支护体系方案的选择2.1 支护体系的组成建筑基坑支护结构通常分为桩(墙)式支护体系和重力式支护体系两大类，根据不同的工程类型和具体情况，这两大类可分成多种支护结构形式：2.1.1 放坡开挖适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制五严格要求，价钱最便宜，回填土方较大。 2.1.2 深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌

18、，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点：由于一般坑无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济；施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微，因此在闹市区施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点：首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时，为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。 2.1.3 高压旋喷桩高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆，它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来挡土和止水。高压旋喷桩的施工费用

19、要高于深层搅拌水泥土桩，但其施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动很小，噪音也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害，它可用于空间较小处，但施工中有大量泥浆排出，容易引起污染。对于地下水流速过大的地层，无填充物的岩溶地段永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质，由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固，均不宜采用该法。 2.1.4 槽钢钢板桩这是一种简易的钢板桩围护墙，由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长 68m ，型号由计算确定。其特点为：槽钢具有良好的耐久性，基坑施工完毕回填土后可. . . . 5 / 63将槽钢拔出回收再次使用；施工方便，工期短；不能挡水和土中的细小

20、颗粒，在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施；抗弯能力较弱，多用于深度4m 的较浅基坑或沟槽，顶部宜设置一道支撑或拉锚；支护刚度小，开挖后变形较大。 2.1.5 钢筋混凝土板桩钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点，曾在基坑中广泛应用，但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法，振动与噪音大，同时沉桩过程中挤土也较为严重，在城市工程中受到一定限制。此外，其制作一般在工厂预制，再运至工地，成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状与配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计，目前已可制作厚度较大（如厚度达 500mm 以上） 的板桩，并有液压静力沉桩设备，故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形

21、式。 2.1.6 钻孔灌注桩钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。其多用于坑深 715m 的基坑工程，在我国北方土质较好地区已有 89m 的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有：施工时无振动、无噪音等环境公害，无挤土现象，对周围环境影响小；墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小；当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短；桩间缝隙易造成水土流失，特别时在高水位软粘土质地区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题；适用于软粘土质和砂土地区，但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用；桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成

22、整体，因而相对整体性较差，当在重要地区，特殊工程与开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。 2.1.7 地下连续墙通常连续墙的厚度为 600mm、800mm、1000mm，也有厚达 1200mm 的，但较少使用。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备。 2.1.8 土钉墙土钉墙是一种边坡稳定式的支护，其作用与被动的具备挡土作用的上述围护墙. . . . 6 / 63不同，它是起主动嵌固作用，增加边坡的稳定性，使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区，我北和华东北部一带应用较

23、多，目前我国南方地区亦有应用，有的已用于坑深 10m 以上的基坑，稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。 2.1.9 SMW 工法SMW 工法亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩插入 H 型钢等（多数为 H 型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等） ，将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW 支护结构的支护特点主要为：施工时基本无噪音，对周围环境影响小；结构强度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用，特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层；挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕；可以配合多道支撑应用于较深的基坑；

24、此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙，在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收 H 型钢等受拉材料；则大大低于地下连续墙，因而具有较大发展前景。 2.1.10 基坑支护选型小结基坑支护型式的合理选择，是基坑支护设计的的首要工作，应根据地质条件，周边环境的要求与不同支护型式的特点、造价等综合确定。一般当地质条件较好，周边环境要求较宽松时，可以采用柔性支护，如土钉墙等；当周边环境要求高时，应采用较刚性的支护型式，以控制水平位移，如排桩或地下连续墙等。同样，对于支撑的型式，当周边环境要求较高地质条件较差时，采用锚杆容易造成周边土体的扰动并影响周边环境的安全，应采用支撑型式较好；当地质条件

25、特别差，基坑深度较深，周边环境要求较高时，可采用地下连续墙加逆作法这种最强的支护型式。基坑支护最重要的是要保证周边环境的安全。 2.2 基坑支护结构的选择本工程地下水位较高，基坑开挖深度为 9.0 米，且 BC 侧由于距离建筑物较近（6m） ，根据我国目前基坑工程中所取得的经验，其围护结构可选择以下几种方案：方按 1：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设二至三道支撑；方案 2：对于要求维护结构作永久结构的，则可采用设支撑的地下连续墙；方案 3：环境条件允许时，可打设钢板桩，设三至四道支撑；方案 4：可应用 SMW 工法；. . . . 7 / 63方案 5：对于较长的排管工程，可采用打设钢板桩，设

26、 3-4 道支撑，或灌注桩后加必要的降水帷幕，设 3-4 道支撑；方案 6：灌注桩加锚杆；方案 7：桩墙合一地下室逆作法。由于本工程 BC 侧离建筑物较近，故围护结构可考虑的方案有：方案 1、方案2、方案 6 与方案 7。由于地下连续墙施工的造价较高，从经济的角度考虑，方案 2 是不可取的；由于此工程地下水位较高，用方案 7 不能达到止水的效果，因此方案 7 也不可取。方案 1，BC 侧由于距离建筑物较近（6m） ，因此可以采用灌注桩作为受力结构，旋喷桩止水，加二至三道支撑，但是由于 BC 段有 2m 高的挡土墙，因此 BC 段和 AD 段同一水平上的支撑受力大小不一致，且在 AD 段也需要设

27、置钻孔灌注桩，这会增加造价。因此采用灌注桩加止水帷幕（或降水）和支撑也不是很好的方法。方案 6，灌注桩加止水帷幕（或降排水）和锚杆，其有特点如下：1.灌注桩作受力结构，旋喷桩止水；2.施工噪声低，施工方便，造价经济，止水效果好；3.地下结构施工方便。灌注桩作受力结构，深层搅拌桩止水，沿灌注桩竖向设数道适量的锚杆作为支撑，这种组合式结构如因地制宜，可取得较好的技术经济效果，其它侧可以采用土钉墙支护。2.3 支护方案的比较和确定本工程地下水位较高，基坑开挖深度为 9 米，且 BC 侧由于距离建筑物较近（6m） ， ，严格按照建筑基坑支护设计规程 （JGJ12099） 、 建筑基坑工程技术规（YB9

28、258-97）；、 深基坑支护设计与施工中的有关要求进行。经过详细的分析后，我们认为：. . . . 8 / 63图 2.1 基坑平面图本设计基坑支护方案，在满足基坑土方开挖、地下室结构施工与周围环境保护对基坑支护结构的要求，符合“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则。 基坑分为（AB、CD、AD）和BC两个计算区段，如图2所示，由于BC区段距离建筑物较近，为减少施工对其东侧建筑物造成较大影响，减小施工噪声，降低造价费用则采用钻孔灌注桩与锚杆支撑。由于基坑距周围建筑物太近，如采用降水井降水，会对已有周围建筑物造成较大影响则不使用降水井降水，则本工程中使用排水沟排水，采用深层搅拌桩作为

29、止水帷幕。（AB、CD、AD）区段可以采用土钉墙支护，采用土钉墙支护的优点有：（1）适用多种地层土钉支护不仅适用于杂填土、粘土、砂土、粉土等，而且在流沙地段，淤泥质土中已有先例。（2）节省工期土钉支护是边开挖边支护，土方开挖完，支护也告结束。（3）土钉支护的面层可直接作为结构外模板墙使用现在土钉支护的表面，亦可做成垂直九十度，利用其直接作为结构外模板使用，将防水层直接做在上面，既节约了工序，用节约了时间，还提高了经济效益。. . . . 9 / 63（4）造价低廉2.4 总结2.4.1 各土层的计算参数根据本工程岩土工程勘察资料，各土层的设计计算参数如表 2.3：表 2.1 土层设计计算参数基

30、坑各向平均厚度(m)层号土类名称ABCDDABC重度(kN/m3)粘聚力(kPa)摩擦角(度)1粉质粘土 46.36.720.21222.62圆砾 55.14.720.0/35*3粘土 61.31.520.22013.64强风化粉砂质泥岩 72.62.822.518*23*5中风化粉砂质泥岩 85.05.025.423.5*27*注：带*的值为估计值。2.4.2 计算区段的划分根据具体环境条件、地下结构与土层分布厚度，将该基坑划分为三个计算区段，其附加荷载与计算开挖深度如表 2.4：表 2.2 计算区段的划分段位号AB CD DABC地面荷载（kPa）2020开挖深度（m）992.4.3 计算

31、方法按照建筑基坑支护技术规（JGJ 120-99）的要求，土压力计算采用朗肯土. . . . 10 / 63压力理论，矩形分布模式，所有土层采用水土合算，因为地下水位充裕，就用天然重度代替。 。求支撑轴力是用等值梁法，对净土压力零点求力矩平衡而得。桩长是根据桩端力矩求出，并应满足抗隆起与整体稳定性要求。由于支护结构力是随工况变化的，设计时按最不利情况考虑。2.4.4 方案确定通过支护形式的对比，从安全经济施工的基础上，本基坑 BC 侧采用钻孔灌注桩和锚杆做为支护。而（AB,AD,CD）侧则采用土钉支护形式。BC 侧的围护结构采用灌注桩，其直径为；两桩之间的距离取 1.8mmm1000. . .

32、 . 11 / 633. BC 断面的围护结构设计与计算3.1 土压力系数计算按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据，即： 主动土压力系数：Kai=tg2(45-i/2)被动土压力系数：Kpi=tg2(45+i/2)计算时，不考虑支护桩体与土体的摩擦作用，且不对主、被动土压力系数进行调整，仅作为安全储备处理。3.2 支护结构设计计算该段为基坑东侧，建筑0.00 相当于绝对标高 67.9，采用钻孔灌注桩加两道锚杆进行施工，基坑实际挖深 9m，取桩径为 1m，两桩之间的距离取 1.5m。结构外侧地面附加荷载 q 取 20kPa。表 3.1 土层分布表厚度(m)层号土类名称BC1粉质粘土

33、 46.72圆砾 54.73粘土 61.54强风化粉砂质泥岩 72.85中风化粉砂质泥岩 85.0各土层的系数分布如下表 3.2：表 3.2 各土层系数表序号图 层名 称层厚（m）粘聚力C（akP）摩擦角（ ）重度（）3/mkNKaKp1粉质粘土6.71222.620.20.4452.2482圆砾4.703520.00.2713.6903粘土1.52013.620.20.6191.615. . . . 12 / 633.2.1 侧向土压力计算锚拉支护体系的力计算方法较多，手算时常采用的方法为等值梁和连续梁法，这里我们用等值梁法进行详细计算：（1）计算步骤：据净土压力零点处墙前被动土压力强度和墙

34、后主动土压力强度相等的关系，根先求出零点的位置 u（该点至基坑底的距离） 。公式 t=u+1.2x 求出桩墙的入土深度。前提是用等直梁法，求出支撑力 Ra和作为力的剪力 Qo。取零点下的土压力部分对最低点求弯距，运用方程求出 x，得出u。设最大弯距距离土压力零点为 xm，根据等值梁法看桩为简直梁，求弯距矢量和，得出最大弯距。（2）土压力计算：第一阶段挖土深至 0.25m，此阶段结构稳定，不用计算 。 第二阶段挖土深至 6.7m，并在-3m 标高处设立锚杆（a）计算方法：按朗肯理论计算主动与被动土压力强度，其公式如下：0 2aaPqKc K()2aaaiiPqrh Kc K其中： 朗肯主动土压力

35、强度 （）aPakP 地面均匀荷载 （）qakP 第 层土的重度 （）ii3/mkN 第 层土的厚度 （）ihim 朗肯主动土压力系数；aK245tan2aK245tan2pK其中：、 计算点土的抗剪强度指标，、cakP. . . . 13 / 63110 220 0.4452 120.4457.11aaPqKc Kkpa = ()2aaaPqrh Kc K20.2 6.7200.4452 12 0.44552.52kpa 12222aaaPhq KCK下= =（20.2x6.7+20）x0.271-2x0 x0.521=42.1（b）求开挖面下土压力为 0 点2am242.10.616203

36、.6900.271Paar KpKa（c）求 O 点开挖面以上土压力2Ea27.11 252.52 4.742.1 0.616129.28222Eakpa（d）求2yd 以上作用在桩上土压力对 o 点的力矩：2 24.72 0.616 7.114.70.616129.280.61611.34333239.56.oMKN m 22239.561.85129.28oMymEa图 3.1 开挖第二阶段土压力分布简图（e）计算支撑反力1R. . . . 14 / 63支撑到 d 点距离16.70.61634.316am支撑反力011239.5655.51/4.316MRKN ma假设支座 d 处的反力

37、21129.2855.5173.77/dEEaRKN m（f）桩在 d 下嵌故深度 t66 73.772.5420.0 3.690.271dEtmr KpKa需要桩长度16.70.616 1.2 2.5410.36Lm（g）桩强度验算桩上剪力为 0 的位置距地面以下 y 处 2222max22102120 0.44520.255.51021.94113223111.9420 0.445 1.9420.2 1.940.44555.51 1.94322386.52aaaaqk yry kRayyymyMqk yry kRa yKN mM第三阶段挖土深 9m，并在-6m 标高处设立锚杆在这一阶段，土

38、压力系数采用加权平均计算，开挖面围土体力学指标加权平均值为： 002022.6 6.735 2.325.8912 6.70 2.399tan450.392CKpaKpaKa （a）土压力计算0m 处：2020 0.392 9 0.393.44/EaKN m 9m 处以上:292020.2 6.720.0 2.30.392 9 0.3967.28/EaKN m 上. . . . 15 / 639m 处以下:土压力为292020.2 6.720.0 2.30.271 2 00.27154.56/EaKN m 下0 的距开挖面的 d 点深度：54.56d0.820.03.690.271md 以上对桩

39、的土压力的合力：d 以上作1113.44 0.8567.28 8.1554.56 0.8294.53222EaKpa 用在桩上土压力对 d 点的力矩：2 0.858.152 0.83.448.150.82264.590.826.5896.2.333dMKN m 图 3.2 开挖第三阶段土压力分布简图（b）计算支撑反力：第一层支撑到 d 点距离：19.836.8am第二层支撑到 d 点距离：29.863.8am第一层支撑反力取第一层挖土时的值：55.51/RaKN m. . . . 16 / 63第二层支撑反力值12896.255.51 6.8136.51/3.8dabMR aRKN ma假设支

40、座 d 处的反力：294.5355.51 136.51102.51/daabEERRKN m（f）桩在 d 下嵌故深度 t66 102.51320.0 3.690.271dEtmr KpKa需要桩长度190.8 1.2 313.4Lm （g）桩强度验算桩上剪力为 0 的位置距地面以下 y 处22102120 0.3920.20.3855.51 136.51026.13aabqk yry kRaRyyym 22max221136223116.1320 0.39 6.1320.2 6.130.3955.51 6.133136.51 6.136223257.5aabyMqk yry kRa yRyK

41、N mM3.3 锚杆设计的容和步骤土层锚杆是一种辅助结构，以外拉方式来锚固支护结构的围护墙，土层锚杆支护的计算容包括：锚杆承载力，拉杆截面面积，锚杆自由端长度，锚杆的水平力和土层锚杆的整体稳定性验算。步骤：（1）确定基坑支护方案，根据基坑开挖深度和土的参数，确定锚杆的层数，间距和倾角等。（2）计算挡墙单位长度所受各层锚杆的水平力（3）根据锚杆的倾角，间距，计算锚杆的轴力（4）计算锚杆的锚固端长度；. . . . 17 / 63（5）计算锚杆的自由端长度；（6）土层锚杆总长度的计算；（7）计算锚杆的端面尺寸；（8）计算桩，墙与锚杆的整体稳定；（9）计算锚杆腰梁断面尺寸。3.3.1 锚杆承载力的计

42、算（1）本工程采用两层锚杆，水平间距一般取（1.54.5）m，此处为 1.8m；倾角15 （2）由前面的计算可以知道，锚杆的水平力是1255.51,136.51aaRKN RKN（3）由三角形关系可以求出锚杆的轴力55.5157.23cos0.97136.51140.73cos0.97baabRNKNRNKN（4）锚杆自由段长度的计算：如下图 3.3 所示：图 3.3 锚杆自由段长度计算简图O 为土压力零点，OE 为假想滑裂面，锚杆 AD 与水平线 AC 夹角，AB 为非锚固. . . . 18 / 63段，可由几何关系得：tansinsin 1352AOAB其中452452 在此处，025.

43、8所以 tansin6.82 0.63 0.853.80.96sin 1352AOABm因为小于 5m，而规规定锚杆自由端长度不得小于 5m，为了结构的稳定，这里我们取两道锚杆的自由段都为 6m（5）锚杆的锚固段长度的计算：圆柱形水泥压浆锚杆的锚固段长度按下式计算：aLmtamKNLd其中 ： 锚固段直径，可取钻头直径的 1.2 倍；md 锚固安全系数，取=1.5，当使用年限超过两年或周围环境要求较高mKmK时取=2.0；mK 土层锚杆设计轴向拉力，即按挡墙计算得到的锚拉力；tN 锚固体与土层之间的剪切强度，可按各地积累的经验取用，也可以按照公式 tanC其中 C 土体的粘聚力； 锚固段中点的

44、上覆压力； 锚固段与土体之间的摩擦角，通常取=。当采用二次压注浆1132时，取，其中为土体的固结块剪的摩擦角峰值。在本工程中，取=1.5 ， =57.23KN ；mKtN1 =140.73KNtN ，因为在工程中采用的是直径 120mm 的钻孔机械，120 1.2224mdmm. . . . 19 / 630a0a6.0m 6 h = 11-sin1535.0210 h = 15-sin1568.621ctana=24kpa3 mmkp0a暂设第一层锚杆锚固段长，第二层锚杆锚固段长10m则两层锚杆锚固段中点埋深各为： 剪切强度 = += 9+20. 2 5. 0t an25. 81 ctana

45、=35kpa 3kp0a= += 9+20. 2 8. 6t an25. 8所以得：11.5 57.235.085 3.14 0.224 241.5 140.738.5753.14 0.224 35bmtammtmKNLmdKNLmd（6）土层锚杆总长度的计算：土层锚杆总长度可按下式计算：mafLLL 公式中 锚杆的总长度；mL 锚固段长度，由计算确定；aL 自由变形段长度，应取超过滑裂面 0.5 1.0m 的长度，即按上式确定fL的长度再加 0.5 1.0m 。所以，第一层锚杆的总长度为 =11m。第二层锚杆的总长度为=17mmLmL（7）土层锚杆截面积的计算：土层锚杆截面积可以按照下式计算

46、：mjtptkK NAf其中 A 锚杆的截面积； 土层锚杆设计轴向拉力；tN 安全系数，取 1.3；mjK 锚杆材料的设计标准强度值。ptkf. . . . 20 / 63则根据实际情况，=57.23KN ； 。钢筋在此用 HRB335 的钢tN1 =140.73KNtN筋，则=300ptkf2/N mm所以带入数据得：321.3 57.23 10248300mjtaptkK NAmmf选用1 182g=254.5mmA1321.3 140.73 10609.83300mjtbptkK NAmmf选用2 252g=982mmA3.4 桩的配筋3 3.4.1 桩体的配筋计算方法将圆形桩体化为长方

47、形的墙体，然后采用双面对称配筋方法配筋。灌注桩直径为 1000mm，保护层为 60mm，混凝土为 C30，受力钢筋，分布钢筋均采用级钢筋。综合安全系数 K=1.4，将直径为 1000mm 的圆形桩体化为宽 1000mm。墙厚 h 的墙体4411264hD解得h=875. 9m m 取墙厚h=880m mC30 混凝土的，级钢筋的设计强度。MPafMPaftc43. 1,3 .14MPafy300墙最大弯矩墙厚 880mm，保护层为 35mm，混凝土为 C30，受力钢筋，分布钢筋均采用级钢筋。C30 混凝土的，级钢筋的设计强度。MPafMPaftc43. 1,3 .14MPafy300墙最大弯矩

48、。采用双面对称配筋275.5.MKN m/SSAA08803584.5hcmmb1 0ff. 1yy0,f. 2y00XAAf bxsscxMMAhf bx hsc由，得1得s12. . . . 21 / 63 桩的最大弯矩（）MmmN 纵向钢筋横截面积（）sA2mm桩的半径（）rmm（） ， sa保护层厚度保护层厚度mm混凝土强度设计值（） cfaMP钢筋强度设计值（）yfaMP62257.5 101015.7h845 300SSSSAAMAAmm0sy由（1）式知=0由（2）式可得（-a）f总面积222850gsAAmm实配钢筋21220 3768/sAmmm最小配筋率=0.42837.6

49、8 0.00428100 88sAbh根据简明深基坑工程设计施工手册 13钻孔灌注桩的最小配筋率为42. 0，故按 1220 配筋可以满足要求。钢筋按一排均匀布置。3.4.2 构造配筋根据简明深基坑工程设计施工手册13 有：钢箍宜采用螺旋筋，86间距一般为，每隔应布置一跟直径不小于的焊接mm300200mm20001500mm12加强箍筋，以增加钢筋笼的整体刚度，有利于钢筋笼吊放和浇灌水下混凝土时整体性.钢筋笼的配筋量由计算确定，钢筋笼一般离孔底 200500mm。因此在本基坑设计中:采用的螺旋筋为箍筋，另外每隔布置一根的2008mm200014焊接加强箍筋（即定位筋）. . . . 22 /

50、 633.5 冠梁设计由于本工程采用钻孔灌注桩作为支护结构,为了提高支护体系的稳定性形成闭合的结构,根据要求在钻孔灌注桩顶部设置冠梁,增加整体的稳定性.根据 深基坑工程优化设计11 一般冠梁高度为,宽度为d5 . 15 . 0（ 为钻孔灌注桩的直径）.冠梁刚度越大,则冠梁的作用相当于支点的作d2 . 11d用,对桩的受力和变形将起显著的作用,因此设计时可以适当的将其断面加大,配以适量的钢筋,增加刚度。本工程设计冠梁高度为,宽为。混凝土标号为.按以下公式计mm1000mm120030C算冠梁的筋:sqAA8 . 05 . 0式中冠梁的配筋面积qA 桩按最大弯矩配筋时的钢筋面积sA本基坑取系数为

51、所以8 . 020.80.8 14991199qsAAmm取 则最小配筋率 20621884mmAq518840.23%8.2 10qAAmin故配筋满足要求。箍筋采用。为安全起见冠梁的配筋，在满足稳定且2008较经济的情况下可适当调整。钢筋的具体布置见冠梁配筋图。3.6 腰梁设计锚喷支护腰粱计算按多跨连续梁计算（见计算简图）图3.4 锚喷支护腰粱计算简图20.125Mql. . . . 23 / 631122257.2314.31/22 2140.7335.18/22 2ttttNqLNNqKN mLNqKN mL 锚杆轴力计算结果得： 21220.125 14.31 428.620.125

52、 35.18 470.36MKN mMKN m 表3.3经计算选用腰粱型号见基坑支护腰梁型钢选用表 锚杆跨度(m)23槽钢型号W()3cmM(KN.m)34.122.821079.417.153.435.6212.6124.226.7锚杆轴向力(KN)69.246.2214a16134.6187125222a435.293.674.950214b174.237.593.162216a216.646.610067216233.650.2121.681218a282.860.8130.987.3218304.465.5153.1102220a35676.5锚杆轴向力(KN)164.41102203

53、82.882.3此表摘自岩土工程师则腰梁配筋结果为：第一层锚杆处腰梁的配筋可选用 214a，第二层锚杆处腰梁的配筋可选用 222a。此工程中为了安全起见，两层锚杆的腰梁都采用 222a 的槽钢。箍筋选用2008. . . . 24 / 634. 基坑的稳定性验算4.1 概述在基坑开挖时，由于坑土体挖出后，使地基的应力场和变形场发生变化，可能导致地基的失稳，例如地基的滑坡、坑底隆起与涌砂等。所以在进行支护设计时，需要验算基坑稳定性，必要时应采取适当的加强防措施，使地基的稳定性具有一定的安全度。4.2 验算容对有支护的基坑全面地进行基坑稳定性分析和验算，是基坑工程设计的重要环节之一。目前，对基坑稳

54、定性验算主要有如下容：基坑整体稳定性验算基坑的抗隆起稳定验算基坑底抗渗流稳定性验算基坑支护结构踢脚稳定性验算4.3 验算方法与计算过程4.3.1 基坑的整体抗滑稳定性验算根据简明深基坑工程设计施工手册6 采用圆弧滑动面验算板式支护结构和地基的整体稳定抗滑动稳定性时，应注意支护结构一般有支撑或外拉锚杆结构、墙面垂直的特点。不同于边坡稳定验算的圆弧滑动，滑动面的圆心一般在挡墙上方，基坑侧附近。通过试算确定最危险的滑动面和最小安全系数。考虑支撑或者锚拉力的作用时，通常不会发生整体稳定破坏，因此，对支护结构，当设置外拉锚杆时可不做基坑的整体抗滑移稳定性验算。4.3.2 基坑抗倾覆稳定性验算a.概述：根

55、据建筑基坑支护技术规程应用手册11 支护结构在水平荷匝作用下，对于支撑或锚杆支点体系，基坑土体有可能在支护结构产生踢脚破坏时出现不稳定现象。对于单支点结构，踢脚破坏产生于以支点处为转动点的失稳，对于多层支点结构，则可能绕最下层指点转动而产生踢脚失稳。. . . . 25 / 63b.稳定性验算根据建筑基坑支护技术规程应用手册11抗倾覆安全系数如下：atdptddtddtdtKnnKnnnnnnnnK/21231/223222其中有 hnhddhnhtthqhc式中 被动土压力系数与主动土压力系数的比值PKaK 基坑的开挖深度h 最下道支撑点到基坑底的距离th 桩的入土深度dh 地面荷载，q22

56、0/qKN m 桩长围土层的重度的加强平均值 桩长围土层的摩擦角的加强平均值 桩长围土层的粘聚力的加强平均值c 踢脚安全系数。其 围为tK5 . 10 . 1其中有：桩长围的所有土层参数的加权平均值如下：320.2 6.720.0 4.720.2 1.50.1 22.520.1/13KN m22.6 6.735 4.7 13.6 1.50.1 23261312 6.70 4.720 1.50.1 188.613aCKP 又有上式得200.1120.1 9qWh. . . . 26 / 638.60.0420.1 9Ch2.56pK 1.6pK 0.39aK 0.62aK H=9m 3dhmt3

57、.0hm则得出30.339tthnh2.566.560.39KpKa30.339ddhnh222 0.04 0.33 0.332 0.3320.330.330.336.5631.612 0.040.330.332 0.330.330.11 130.621.05231.0tK （满足要求）4.3.3 基坑抗隆起稳定性验算图 4.1 基坑抗隆起稳定性验算计算简图采用同时考虑 c、 的计算方法验算抗隆起稳定性。. . . . 27 / 63qDHcNDNKcqs12式中 墙体插入深度；D基坑开挖深度；H 地面超载；q 坑外地表至墙底，各土层天然重度的加强平均值；1 坑开挖面以下至墙底，各土层天然重度

58、的加强平均值；2、 地基极限承载力的计算系数；qNcN 、 为墙体底端的土体参数值；c用普郎特尔公式，、分别为：qNcNtan2245taneNqtan11qcNN003.1420.2 6.720.0 2.3920.0 2.420.2 1.644552.52.7221112.9tantNeqNNcq0031322t an2t an15其中 D =4m 、q=20kpa、H =9m 、=15 r =20. 1KN / m r =20. 1KN / m =t ant an =3. 9 =an20.1 4 3.920 10.82220.1 94201r DNcNqcKLrHDq 015 =10. 8

59、2则 =1. 8841. 2 符合要求. . . . 28 / 634.3.4 抗渗流（或管涌）稳定性验算（1）概述根据建筑基坑工程设计计算与施工6 在地下水丰富、渗流系数较大（渗透系数）的地区进行支护开挖时，通常需要在基坑降水。如果围护短墙scm/106自身不透水，由于基坑外水位差，导致基坑外的地下水绕过围护墙下端向基坑外渗流，这种渗流产生的动水压力在墙背后向下作用，而在墙前则向上作用，当动水压力大于土的水下重度时，土颗粒就会随水流向上喷涌。在软粘土地基中渗流力往往使地基产生突发性的泥流涌出，从而出现管涌现象。以上现象发生后，使基坑土体向上推移，基坑外地面产生下沉，墙前被动土压力减少甚至丧失

60、，危与支护结构的稳定。验算抗渗流稳定的基本原则是使基坑土体的有效压力大于地下水的渗透力（2）抗渗稳定性验算如下图 9 所示，作用在管涌围 B 上的全部渗透压力 J 为wJhB公式中：h 在 B 围从墙底到基坑底面的水头损失，一般可取；2whh 水的重度；w B 流砂发生的围，根据实验结果，首先发生在离坑壁大约等于挡墙插入深度的 一半围，即2DB 图 4.2 抗管涌验算示意图抵抗渗透压力的土体水中重量为：. . . . 29 / 63WDB式中： 土的浮重度； D桩的插入深度。带入数据分别计算得：8422whhm4222DBm10 4 280J 10.1 4 280.8W 因为满足 W J ，所