#[河南]武警办公楼基坑支护和降水设计

1、绪论80年代以来，随着我国经济建设的不断发展，高层建筑不断的增加随着建筑高度的增加，根据构造要求和使用要求，基础的埋深也随之不断的增加。为确保基础工程的安全施工，及其周边建筑物的安全，须对因基础施工的要求而开挖的基坑进行有效的支护。建筑物的基坑支护设计是一门从实践中发展起来的技术。随着我国建设的发展，基坑支护技术有了较大的提高，出现了很多基坑支护型式。目前常用的基坑支护结构型式主要有以下几种：（1）放坡开挖及简易围护结构；（2）悬臂式围护结构；（3）重力式围护结构；（4）内撑式围护结构；（5）拉锚式维护结构；（6）土钉墙围护结构；（7）其他围护结构。同时，随着基坑支护工程的发展，基坑支护设计理

2、论也有很大的提高。初期的设计理论主要基于挡土墙设计理论。对于悬臂式支护结构，根据朗肯土压力计算方法确定墙土之间的土压力，也就是支护结构上的作用荷载及反作用力按主动土压力和被动土压力分布考虑，以此按静力方法计算出挡土结构内力。对于支点结构，则采用等值梁法计算支点力及结构内力。由于基坑支护结构和一般的挡土墙受力机理的不同，按经典方法（极限平衡法或等值梁）计算结果和支护结构内力实测结果相比，在大部分情况下偏大，且难以支护结构的变形。随着电子计算机运用的普及，弹性地基梁法（“c”法、“k”法、“m”法）及将围护结构和土体一并离散的有限元法，在挡土结构分析中日渐受到工程界的重视。他们能够考虑支挡结构的平

3、衡条件和结构和土的变形协调，并可有效地计入开挖过程中的多种因素的影响。同时从支挡结构的水平位移可以初步的估计开挖对邻近建筑物的影响程度。但是这两种方法仍然存在一定的缺陷：（1）未能考虑地下水的存在和渗透效应，和水土合算法一样，不能反应水位高低的区别；（2）采用有限元法时，究竟选用何种本构关系或计算模型，土的参数如何确定，以及塑性区范围和稳定性之间定量关系缺乏经验；（3）采用弹性地基梁法时，计算参数难以确定，现有的文献提供的范围，大小差别很大，其准确度还缺乏实测资料验证。另外，弹性地基梁法只能计算变形，基本上没有考虑土的强度问题。因此，无法直接确定围护墙的必要入土深度。尽管弹性地基梁法和有限元法

4、的理论不是很完善，但是和经典方法相比，还是有很大的优越性，在显示的基坑支护的设计中仍然广泛的使用。工程实践表明，大大小小的基坑工程事故大多和地下水有关。在其基坑开挖期间，一些最坏的情况都是出现在地下水以下，它不仅使工作条件变得恶劣，且易造成管涌、基底隆起，甚至造成周边建筑物的沉降、倾斜、裂缝、倒塌等严重的工程事故。因此，基坑工程必须对地下水进行有效控制。其目的是：获得基坑开挖的干作业空间；保证基坑边坡和底板的稳定性；保证邻近的建筑物的正常的使用。目前，防渗隔离和降、排是地下水处理的主要方法。因此，地下水处理的好坏，是决定基坑工程成败的重要因素。拟建武警xx边防总队办公楼位于郑州市金水路东部武警

5、边防总队院内。拟建办公楼地上9层，地下1层，裙楼地上2层，地下1层，地下车库均为停车场。该基坑深约5.7m，地下水位埋深1.5m。该基坑由于其特殊的场地和周边的环境条件，基坑的南、北两侧必须竖直开挖，而东、西两侧的上部可以适当的放坡，下部须采用竖直开挖。同时结合该场地的工程地质条件，确定该基坑的东西两侧和北侧食堂段采用土钉墙支护，在基坑的南侧和基坑北侧办公楼段采用桩锚支护。由于该场地地下水位埋藏较浅，对基坑支护和开挖影响较大，故须进行基坑降水。结合该场地的水文地质条件，本基坑采用喷射井点降水的方法。同时考虑到基坑的降水会给基坑周边的建筑物和地下管线的正常使用带来不利的影响，故在基坑的周边设置了

6、闭合竖向止水帷幕以及采取了相应的回灌措施。本设计主要设计依据：（1）黄河勘测规划有限公司的2004.3（2）建筑基坑工程技术规程（3）建筑地基基础设计规范（4）土层锚杆设计和施工规范（5）锚杆喷射混凝土技术规范（6）建筑和市政降水工程技术规范xx省公安边防总队办公楼岩土工程勘察报告JGJ12099）GBJ50072001）（CESC22：90）（GBJ8685）JGJ/T11198）第一章工程概况及场地地质条件第一节工程概况拟建武警xx省边防总队办公楼位于郑州市金水路东部武警边防总队院内，金水路和107国道交叉口南西部。拟建办公楼地上9层，地下2层；裙楼地上2层，地下1层，地下车库均为停车场。

7、该基坑深度为自然地坪向下5.7m（室内外高差为21.60m）。基坑大致呈长方形，开挖面积约为3000m2。第二节场地工程地质条件1.2.1 场地地形、地貌拟建工程场地位于郑州市金水路东部武警边防总队院内金水路和107国道交叉口南西部。东邻107国道。地貌单元属于黄河泛滥冲积平原。在构造上属华北凹陷西南部边缘地带。场地多为混凝土地面，局部为花坛或喷水池，喷水池为平底，深度较浅，地面标高92.492.5m,地形平坦。1.2.2 土层分布根据场地野外钻探和原位测试结果，35m深度内所揭露土层均由第四系堆积物组成。在垂直方向35m范围内分布有2套地层，地表02.2m为杂填土（Qml）,2.235m左右

8、为第四系全新统冲积物（Qal）,按地层的成因类型、岩性及工程地质特性将其划分为12个工程地质单元层。场区地层空间野外特征情况见表1-1:表1-1场区地层空间野外特征表地层编号时代成因岩土名称层厚m层底埋深m湿度压缩性空间分布岩性描述Q4ml填土1.802.201.8（2.20场区普遍分布地表为混凝土表面，以下为建筑垃圾，底部为灰褐色有机质黏土。Q4al粉土16.02.203.7（4.20湿中在场区分布连续暗黄褐黄色，稍密，干强度，韧性低，质纯含铁质氧化物。Q4al粉土夹粉质粘土1.602.40湿高场区普遍分布暗黄褐黄色，稍密，干强度，韧性低，局部稍具粘性并夹可塑状粉质粘土薄层。Q4al粉土1.

9、502.20湿中分布连续暗黄灰黄色，中密，干强度，韧性低，含白色田螺碎片，局部夹杂灰色粉质粘土薄层。Q4al粉土2.603.3010.5（10.90湿中场区普遍分布，场地北部较厚灰色，中密，干强度，韧性低，含钙质结合及白色蜗牛壳碎片，夹灰色可塑状粉质粘土薄层。Q4al粉质粘土1.301.6012.0（12.20高场区普遍分布灰色，可塑状，干强度，韧性中等，含白色田螺碎片，含少量的有机质、植物残骸。Q4al粉土0.801.8013.0014.00湿中场区普遍分布灰色，密实，干强度，韧性低，偶含小钙质结核及白色蜗牛壳碎片，夹灰色可塑状粉质粘土根据黄河勘测规划有限公司所提供的xx省公安边防总队办公楼

10、岩土工程勘察薄层。Qal粉质粘土2.102.7015.7016.20湿高场区普遍分布灰深灰色，可塑状，干强度，韧性中等，含白色田螺碎片，含少量的有机质、植物残骸。Q4al粉土1.201.6017.0017.50湿中场区普遍分布灰深灰色，可塑状，偶含小钙质结核及白色蜗牛壳碎片。Qal粉质粘土湿中场区普遍分布灰色，可塑状，干强度，韧性高等，含白色田螺碎片，含少量的有机质、植物残骸。11Qal粉土1.602.3020.3021.00湿低场区普遍分布灰色，密实，干强度，韧性低，含钙质结核及白色蜗牛壳碎片，多为砂质粉土，局部为粉砂。)2Q4al粉细砂一一饱和低场区普遍分布浅灰色，底部为灰黄色，密实状，矿

11、物成分为石英、长石、云母，颗粒较均匀，级配良好。报告提供的数据，结合实际的工程实例，各土层的（基坑设计参数）力学参数的取值如表12所示：表12各土层的基坑设计参数不良地质现象层号InI厚度（m2.041.921.911.822.941.461.532.341.381.311.92一重度3(kN/m)1920.120.020.120.020.120.219.520.019.220.220.6fak(kPa)一11090120140100160140180150180250C(kPa)8.0101515151815151520100乱°)151520202015201820152430根

12、据黄河勘测规划有限公司所提供的xx省公安边防总队办公楼岩土工程勘察报告，本场地无不良地质现象。第三节水文地质条件地下水类型及特征根据黄河勘测规划设计有限公司的XX省公安边防总队办公楼岩土工程勘察报告（详勘阶段），拟建场地地下水含水层主要为粉土、粉砂、粉土为弱透水层，粉细砂为中等透水层，地下水类型上部为上层滞水，下部为孔隙潜水，其补给来源主要为大气降水及地下径流补给。勘察期间拟建场地潜水地下水位埋深1.201.30m,杂填土中的地下水主要为上层滞水，其隔水层为杂填土底部的粘性土（鱼塘底部），层中为孔隙潜水，平均水位埋深3.504.00m。历史资料表明，历史最高水位，地下水埋深约1.50m,场地内

13、潜水主要受季节和人为活动影响，年变化幅度为1.50m左右。根据室内水质分析结果综合判定：地下水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性。1.3.2 土层的渗透性由于该场地的地下水位较高，对基坑的开挖有着重要的影响，需要考虑基坑的排、降水问题。黄河勘测规划设计有限公司室内对、层粉土作了相应的渗透试验，实验结果见（表13）:表13各土层渗透试验数据统计表考虑到取样、运输以及人为试验误差等因素，粉土的综合系数取综合值层号岩土名称取样编号取样深度垂直渗透系数K20（mcm/s粉土T02-23.53.82.70E-05T08-23.53.87.32E-05粉土T02-35.05.34.86E-05

14、T08-34.54.82.98E-05粉土T02-46.06.36.49E-05T03-56.06.34.52E-05粉土T02-69.29.53.45E-05T03-78.08.38.97E-05K=0.4m/d。第四节场地地震效应场地土类型和建筑场地类别根据勘察单位所提供的剪切波速实验结果，据剪切波速试验结果地表一下20米范围内等效剪切波速值为167m/s,满足140m/svVsv250m/s,且场地覆盖层厚度大于50m按建筑抗震设计规范（GB50011-2001）规定，工程场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为川类。场地土的液化判别本场地20m范围内为第四系全新统冲积物，根据勘察单位提供

15、的各土层的标准贯入试验所取得的数据，综合判定第层液化，纵向液化指数为1.812.52，液化等级轻微。其它土层有个别液化。综合评价本场地为轻微液化场地。143抗震设防据建筑抗震设计规范(GB50011-2001)及国家地震局2001年出版的中国地震动参数(GB18306-2001),郑州市设计地震分组为第一组，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s。根据场地具体的工程地质情况，对照建筑抗震设计规范(GB50011-2001)相应的条例(第条)，本场地为建设抗震不利地段。第二章基坑支护设计第一节支护方案的选择基坑工程周围环境分析拟建工程基坑周边环境非

16、常复杂，北侧已建5层办公楼距基坑开挖线为3.20m,食堂距基坑开挖线为3.20m,南侧2层建筑物距基坑开挖线为1.80m,其他侧场地相对宽阔。根据基坑工程重要性分析，5层办公楼、2层车库、食堂地段为一级基坑，其他均为二级基坑。基坑边坡稳定性分析基础施工时，需要根据设计要求进行基坑开挖施工。为了使施工顺利的进行并维护基坑及周边建筑物的安全，必须对将要形成的边坡的稳定性进行分析判定，以决定采取相应的维护措施。由于场地条件的限制，没有放坡的空间条件，其基坑只能竖直开挖。对该基坑开挖形成的边坡采用稳定系数法对其进行稳定性分析。公式如下：(21)其中：K安全稳定性系数；C土的内粘聚力(kpa);H基坑边

17、坡竖直高度(m);土的天然重度，可以采用加权值；s稳定系数；由上式计算得：K=0.508。所求边坡安全稳定性系数远小于1.11.5，该边坡是不稳定的，必须对该基坑的边坡进行相应的围护。支护方案的选择根据调查了解和收集的区域资料，目前常采用的基坑支护方式主要有：悬臂桩支护结构、桩锚支护结构、重力式挡土墙支护结构、土钉墙支护结构等。几种支护方法的比较如下表2-1:表2-1基坑支护方案比较根据以上支护方案的比较，结合该场地实际的地质条件，综合分析：5层办公支护名称适用范围工程中优缺点工程施工建议悬臂桩支护结构适用于土质较好，开挖深度不大的基坑。工期较短，造价较低，但入土深度较大，且基坑上部变形不易控

18、制。可以在基坑东侧和西侧布置。桩锚支护结构除软土地基外，在砂土、粘性土地基中均可以运用。对基坑壁变形的限制严格有效，但工期较长，造价较高，锚杆占用坑内空间。可以在基坑的南侧和北侧布置。重力式挡土墙支护结构适用于基坑壁等级为二、三级，开挖深度不大的基坑。施工较为简单。但水泥土桩抗拉强度低，受何载后变形较大，且要单独的占用工期。建议在基坑东侧和西侧布置。土钉墙支护结构适用于基坑壁等级为二、三级，开挖较浅的基坑。不适用于含水丰富的粉细砂、砂砾石层、淤泥质土及其他饱和软土层，不适合用于对变形有严格要求的基坑。施工速度快，用料省，工程造价低，对周边环境影响较小。且变形相对较小。建议在基坑的东侧、西侧和基

19、坑北侧食堂段地下连续墙对各种地质条件的适应性都较强。采用逆作法可以缩减基础施工工期，但是其施工的工序较为复杂，且造价很高。本工程不宜采用楼、2层车库地段为一级基坑，对基坑壁变形控制要求较高，故采用桩锚支护；食堂和其他二级基坑地段可以采用土钉墙支护方式。其基坑支护平面图见附图2。本设计重点对基坑北侧办公楼段支护方式和基坑西侧支护方式分别进行分析、设计、计算。支护设计思路一、基坑北侧办公楼段支护（桩锚支护）设计思路：1. 由勘察报告和设计要求确定设计参数及地下水位；2. 计算支护桩的最小插入深度Dnin及各支点的反力R；3. 选择桩长；4. 稳定性计算（单独进行验算）5. 确定桩长；6. 计算最大

20、的弯矩Ma；7. 支护桩的配筋计算；8. 锚杆的相关计算；9. 锚杆的布置平面图。二、基坑西侧支护（土钉墙）设计思路：1. 根据坡体的剖面尺寸、土的物理力学性能和和坡顶的超载情况，计算潜在滑动面的的位置和形状；2. 初步确定土钉的直径、长度、倾角以及布置方式和间距；3. 验算土钉支护结构的内外部稳定性。第二节基坑支护设计计算本节分别介绍基坑北侧办公楼段桩锚支护和基坑西侧土钉墙支护这两种支护方案的设计、计算。基坑支护结构的稳定性分析将在第三节详细的介绍。桩锚支护设计计算基坑的北侧办公楼段采用桩锚支护。支护桩采用桩径500mm的钻孔灌注桩，桩间距为1.5m，桩顶设置锁口梁，以加强支护结构的整体性。

21、桩间土可以开挖掉，或者采用短土钉加喷射混凝土进行加固。设单层锚杆，离基坑顶2.5m处。具体的设计过程如下：一、土压力计算1. 设计参数的确定根据勘察所提供的土层资料分析，按各土层性质的异同可以将该场区土层大致划分为三层：杂填土层、粉土层及粉细砂层。各土层的加权参数可以由下式求得：nnn送tHiZCiHi送WH二弋（22a）C=号（22b）二弋（22c）'Hi'Hi'Hii母i珀i=1式中：i第i层土的重度（KN/m3）；Ci第i层土的粘聚力（Kpa）；i第i层土的内摩擦角（）；Hi第i层土的厚度（m）；n土的层数;表2-2各土层物理力学参数2.计算模型土层名称厚度（m）

22、重度丫(KN/m3)内粘聚力C（Kpa）内摩擦角（°）杂填土2.0419.08.015粉土18.520.014.519粉细砂未见底20.6030根据场地工程地质资料结合选定的支护方案从而确定计算模型（见图2-1）。该侧段基坑为竖直开挖。同时，取基坑顶面超载为15KN/m2，附近建筑物荷载按每层15KN/m2计算。图2-1基坑壁土压力计算模型3土压力计算本设计中采用朗肯土压力计算公式计算土压力。根据基础工程学，第i层土主动土压力计算公式为：n4Pa=q©i+严YiHi+Yjzki-2G产（23a）其中：i第i层土的重度（KN/m3）；Ci第i层土的粘聚力（Kpa）；2（-半）

23、Kai第i层土的主动土压力系数，Ka二tan45-一；（23b）2Hi第i层土的厚度（m）；n土的层数;Z第i层土中计算点距该层顶部的距离;q外荷载(KN/mf);被动土压力强度计算公式：PJ.>7；'iHi-izKpi2CiK_（23c）被动土压力系数：k=tan245”+里i（23d）PI2丿该弯矩零点c可以由下列公式求得：Pa=Pp该弯矩零点c可以由下列公式求得：Pa=Pp(24)被动土压力系数修正公式：K；二Ktan245二，当：=19时，K=1.56；PI2丿式中各符号的意义同上。由上面的土压力系数计算公式可得：第一层土：Ka1=0.589；第二层土：Ka2=0.509

24、Kp2=1.965Kp2=3.065；第三层土：Ka3=0.333Kp3=3.0Kp3=4.68；根据土压力公式求得所需点土压力强度见表2-3:表2-3基坑北侧主、被动土压力强度计算结果表根据上表的计算结果可以画出土压力的分布图（见图2-2）计算点埋深（m）Y(kN/m3)C(Kpa)Kann2q(kN/m)Pa(Kpa)Pp(Kpa)00.311980.589一15002.041980.589一1519.4020.014.50.509一156.704.220.014.50.509一1528.707559.205.720.014.50.5093.0657574.550.7724.220.014

25、.50.5093.06575225.5958.7二、桩锚内力计算本设计桩锚内力计算采用等值梁法。根据等值梁法的假定，取基坑底面以下土压力强度叠加为零（即主动土压力强度等于被动土压力强度）的点位弯矩零点c。qKa21已2(3.66y)ka2CKa2=2yKp22CKp2解得：y=0.5m截取c点以上桩身为计算对象，由于基坑土体性质较好，且基坑开挖较浅，设置单层锚杆，其离基坑顶2.5m处。则可得等值梁简图2-3:杂览土层tTP1图2-2基坑北侧土压力分布图2-3等值梁简图桩身弯矩采用弯矩分配法计算，固端弯矩剪力采用位移法进行计算。并采用清华大学结构力学软件进行复算，得:NB=84.59kNNc=F

26、0=76.57kNMma>=72.02kN*m图2-5桩身剪力图三、支护桩相关计算1. 桩长计算由等值梁法的假定可理解为c点以下的桩的两侧产生的弯矩经过图2-5桩身剪力图三、支护桩相关计算2. 桩长计算由等值梁法的假定可理解为c点以下的桩的两侧产生的弯矩经过x区段后被相互抵消。由桩端D点处aMD=0，可以求得x：Yx2KP0x=PX2Ka2一2(25)解得：x6P0=2.998mKp-Ka所以：t0=xy=2.998+0.5=3.498m;取t=1.2t0=1.2X3.498=4.20m;故取桩的入土深度为t=5.0m;支护桩长为：L二Ht=5.7+5.0=10.7m。2. 桩身配筋计算

27、本支护桩采用钻孔灌注桩，桩径500mm桩间距为1.5m，混凝土强度为C30(fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mn?)，纵向钢筋采用二级钢筋(HRB335,fy=300N/mm),桩箍筋采用HPB235由前面计算知，桩身最大的弯矩值为：Mmax=72.02Kkm则弯矩设计值为：M二0Mmax=1.25X1.1X72.02=99.03kN*m(其中：E为分项系数，取1.25;y0为基坑重要系数，取1.1)可以采用以下的方法进行桩的纵向配筋计算。方法一：等效矩形截面法(不均匀布筋)将支护桩圆形截面等效为矩形截面，使其刚度相等,即此1264二D4(26)令b=d,贝Ub=0.876D=0.

28、876X500=438mm取bXh=440mmX440mm设as=40mmh0=400mmM=99.03X106/1.0X14.3X440X400=0.098：1fcbh。-=1_、1-2：s=1-.1-20.098=0.103=0.51J-2：s=0.511-20.098=0.948As=yh=99.03X106/300X0.948X400=871mrn取4<20（As=1256mn）米取不均匀布置，所求纵向钢筋布置在桩的受拉一侧，在无配筋侧布置构造钢筋。验算箍筋。由公式0.7ftbho=O.7X1.43X440X400=176.2kN>1.25X1.1X76.57。所以支护桩只

29、需按构造要求配置箍筋。箍筋采用6200,加强筋采用14200Q方法二：可以用下列方法均匀布置钢筋。其所用公式如下：fcAr(27a)(27b)式中：A支护桩横截面积（mm2）；计算系数，可查钢筋混凝土圆形截面受弯构件正截面积受弯承载力计算系数表；M弯矩设计值（kN*m）；r灌注桩半径（m）;As全部纵向钢筋的截面积（m2）；fc混凝土抗压设计值（kN/m2）；fy受力钢筋抗拉设计值（kN/m2）；根据上式，将相关的数据代入求得：m=0.141E=0.171As=1600mm2。由于2比工0.86r。所以As=1600X0.86Xr/rs=1600X0.86X250/200=1720mm考虑钢筋

30、分布的间距及最小配筋率，取10门20（A3=3140mrm）箍筋按构造配筋。其配筋图见附图3。3. 锁口梁在钻孔灌注桩的顶部设置一道锁口梁，以加强排桩的整体性。设置锁口梁截面bXh=700mriX500mm按构造配筋。4. 围檩采用12#曹钢梁。四、锚杆的计算设置锚杆的水平间距为b=1.5m,锚杆的倾斜角15°，锚固体直径d=150mm锚固体砂浆取M25（fb=2.1Mpa），锚杆钢筋采用三级钢筋（HRB400。1. 锚杆受力计算按建筑基坑支护技术规程单根锚杆的水平力为：Tb=1.5X84.59=126.9kN锚杆的水平拉力设计值：Td=1.250Tb=1.25X1.1X126.9=

31、174.5kN锚杆轴向拉力设计值（一=15）：Nu二丄174.5=180.7kNcos：cos152. 锚杆自由段长度锚杆自由段长度计算示意图如下（图2-6）图2-6锚杆自由段长度计算示意图Hd2sinI45-根据公式：Lf（28）sin'45+aI2丿其中：Lf锚杆自由段长度（m）；h基坑开挖的深度（m；d2支护桩的埋深（m；d1锚杆设置点至基坑顶距离（m）；:-锚杆的倾角，=15；;：土的内摩擦角，取=19；将相关参数代入上式得：Lf=5.1m。3. 锚固段长度计算按建筑基坑支护技术规程结合场地的工程地质条件，土体和锚固体极限摩阻力标准值取qsk=60kpa，锚杆轴力受拉荷载分项系

32、数s=1.3。锚固段长度可由下式计算：(29)(210)L=18°.7103二8.3m兀dqsk兀汇0.15汇60汉10根据建筑基坑支护技术规程的相关规定，结合现场实际计算所得的结果,最终取锚杆自由段Lf=5.5m;锚固段长Le=9.0m;锚杆总长为L=14.5m。4. 锚杆钢筋面积由于桩锚支护要控制基坑壁的变形，最好采用受力后变形较小的钢筋。故采用2HRB400(fy=360N/mm)。由公式：人3d=174.5X103/360Xcos15°=502mmfyCOSa结合实际从安全角度考虑，取128(As=615mro锚杆钢筋和锚固砂浆间的锚固长度0心二dfb锚杆钢筋和锚固

33、砂浆间有足够长的锚固长度时，锚杆才能安全正常的工作。从而达到预期的效果。锚杆钢筋和锚固砂浆间的锚固长度可以由下式计算求得：(211)式中：0边坡工程重要性系数(0=1.1)；Na锚杆轴向拉力设计值；Na二QNak(q=1.3)(212)Nak仏(213)cos。Htk锚杆水平拉力计算值；钢筋和砂浆粘结强度工作系数，对永久性锚杆取0.60，对临时性锚杆取0.72;n钢筋根数；d钢筋直径(mm；fb钢筋和砂浆之间的粘结强度设计值，取砂浆M25(fb=2.1Mpa)。将有关的数据代入公式可得：Htk=126.9kNNak=131.4kNNa=170.82kNla=1.41m因为laVLe故锚固段的长

34、度满足要求。222土钉墙支护设计基坑的西侧基坑壁属于二级基坑，其周边的环境相对的宽阔。结合该场地的工程地质条件和附近区域的其它支护工程的实例，可采用土钉墙支护结构。其设计过程如下.一、基坑西侧受力分析由于该侧基坑附近无建筑物。考虑相关的因素，从安全的角度考虑，取基坑顶面超载15kN/m2。该侧基坑壁所受的土压力同样可以同过朗肯土压力公式求得。其土压力的计算结果如下表2-2:表2-4基坑西侧主、被动土压力计算结果表计算点埋深(m)丫(KN/m3)C(Kpa)KaKp2q(KN/m)Pp(Kpa)Pa(Kpa)00.311980.589一15一02.041980.589一15一19.420.014

35、.50.509一15一6.75.720.014.50.5093.065一50.7743.9根据计算结果可以的出该侧土压力分布见图2-7:图2-7基坑西侧土压力分布图2-8土层潜在滑动面示意图二、土钉墙初步设计1. 滑动面的确定根据经验，对于均质粘性土边坡，其最危险的滑动面通常情况下通过坡脚。根据根据坡体的剖面尺寸、土的物理力学性能和坡顶的超载情况初步推测其潜在的滑动面的位置及其形状如图2-8所示。2. 土钉墙相关参数确定土钉长度确定根据施工经验，初步确定土钉长度时可以按下式确定：(214)式中：经验系数，取0.71.2;h土坡垂直高度(m；Lo止浆器长，一般0.81.5。同时，顶部土钉的长度不

36、宜小于0.8H。(1) 土钉钻孔直径及间距王步云教授建议按68dn选定S、S。且要满足SS=kdnL。式中ki注浆工艺系数，对一次注浆工艺取1.52.5;dn孔径；L土钉长。(2) 土钉墙分层开挖的计算高度由于土钉墙的施工过程中要求土层具有临时的自立能力，同时基坑开挖的深度也不宜过大，以防土层的坍塌，故需将土钉墙分层开挖的高度控制在允许的范围内。土钉墙分层开挖的计算高度可以有下式求得：Hr=2.67C/丫tan(45。+$/2)=1.38m故土钉竖向间距不应大于1.4m。(3) 土钉具体布置综上根据建筑基坑支护技术规程的相关要求，结合场地的德实际情况以及以往的相关经验初步确定：该土钉墙设置四层

37、土钉，其具体内容见表2-5:表2-5土钉墙设置参数(5)网筋及喷射砼面层竖向间距Sy(m)水平间距Sx(m)锚固体直径dn(mm)土钉长度L(m)土钉倾角a土钉钢筋第一层土钉1.41.2120710122第二层土钉1.41.2120810122第三层土钉1.21.2120710122第四层土钉1.21.2120710122网筋采用$6.5250mm向边坡顶部外延伸1.0m，加强筋采用$12沿钉头斜拉布置和土钉可靠焊接；喷射混凝土为C20,喷射厚度为8090mm(6)排水布置如有上层滞水或污水渗入，可在支护面层背部设置水平间距2m,长为50cm的水平塑料排水管，管壁带孔，内填滤水材料，将其插入边

38、壁土体。基坑地表水的防渗应在做基坑周边近边坡处地表作1.0m泛水层，和土钉面网参数相同。第三节稳定性分析由于支护结构的形式不同，支护结构的稳定性破坏形式也有差异。非重力式支护结构的稳定性破坏包括墙后土体整体滑动失稳、基坑底部隆起和管涌；重力式结构的稳定性破坏包括倾覆、滑移、土体整体滑动失稳、基坑底部隆起和管涌等。在进行支护结构设计的时候，对以上可能出现的情况进行相应的验算，确保支护结构的安全稳定。本基坑支护采用了桩锚支护和土钉墙支护结构，因此对不同的支护形式进行相应的稳定性验算。土钉墙稳定性分析土钉墙的稳定性分析内容包括内部稳定性分析和外部稳定性分析。以下是土钉墙稳定性分析的具体内容。一、内部

39、稳定性分析土钉结构的内部稳定性分析方法有很多种。本设计的稳定性分析采用建筑基坑支护技术规程中的方法。其计算简图见图2-9:对于单根土钉，其抗拉承载力应符合以下要求：1.25°Tk乞人(215)式中：Tk单根土钉受拉荷载标准值；Tk=eakSX-Sy/cos(216)图2-9土钉墙内部稳定性验算图2-9土钉墙内部稳定性验算=tan2tan145(217)'荷载折减系数；eak土钉位置处的水平荷载标准值；:-土钉和水平面的夹角；1人二一二dqsik(218)ss土钉抗拉抗力分项系数；dn土钉锚固体直径；qsik土钉穿越第i层土体和锚固体极限承载力标准值；li土钉在直线破裂面外穿过

40、第i层稳定土体内的长度，破裂面和水平面的夹角为(1+)/2。其验算的结果下表2-3所列：表2-3土钉内部稳定性验算结果统计表层号埋深dn(mm)qsik(kpa)Li(m)(kN)3(0)0(0)Eeak(kpa)S(m)S(m)a(0)Tk(kN)1.25y°Tk(m)1.4120603.052.29015112.21.21.41020.826.02.8120604.2874.49019114.41.21.41024.630.84.0120554.2567.79019126.61.21.21038.948.65.2120485.7179.49019138.81.21.21056.7

41、70.9由表格统计比较可知：1.25°Tk乞叽，所以土钉结构内部是稳定的。对土钉所用钢筋进行强度验算。由于Asfy>1.25丫oTk,所以钢筋的选取符合要求。二、外部稳定性分析在原位土钉支护结构的自身稳定和粘结整体性作用的到保证的条件下，其外部稳定性分析可以按重力式挡土墙考虑。包括土钉结构的抗倾覆稳定性，抗滑稳定性,以及地基强度验算。1.土钉抗滑稳定性分析抗滑稳定性分析的模型如图2-10:图2-10土钉墙抗滑稳定性分析的模型抗滑动稳定性安全系数：Kh=旦(219)Eax式中：Eax墙后主动土压力(kN),取墙背摩擦角6=0；W计算墙体重量kN/m,W=bHb；(220)b计算墙

42、体厚度；b=11X土钉均长/12;(221)b计算墙体重度；(222)(222)Ft计算墙体端面上的摩阻力kN/m；Ft=IWqbtan;：2土钉墙抗倾覆稳定性验算土钉墙的抗稳定性验算可以通过下式进行验算:(223)(224)Kq式中：Mw抗倾覆力矩，MwhWqb*b/2；Mo倾覆力矩；根据该侧基坑壁的主动土压力分布，可以求得Mw=2852.4kNm,Mo=240.6kN-m由K二匹=2852.4/240.6=11.86。其远远的大于所需的安全系数。所以，qMo该土钉结构抗倾覆稳定。锚杆的稳定性分析当土层锚杆失稳时，可能是整体失稳，也可能是深部破裂面破坏而失稳。应该分别对土层锚杆的整体稳定性和

43、深部破裂面稳定性进行验算。一、锚杆的整体稳定性分析根据建筑基坑支护技术规程，对于单锚支护结构，当拉锚的强度满足要求而且锚杆的锚固段长度处于滑动面之外时，可以认为整体滑动失稳不会发生。故本设计中可以不进行锚杆的整体稳定性分析。二、深部破裂面的稳定性分析当锚固段的长度不够时，所承受的荷载超过锚杆极限抗拔力，则会在土体深部产生破裂滑动面，破裂面穿过锚固段的中点附近并延伸至支护结构的下端，致使破裂面以上的土体及支护结构失稳破坏。本设计主要采用kranz的简易计算方法对深部破裂面的稳定性进行验算。结合该工程的实际情况，其稳定性验算的计算简图见图2-11如下：根据kranz图2-11锚杆深部稳定性验算的计

44、算简图法的计算理论锚杆最大拉力的水平分力为：入max-EahEihGEihtan、Eahtan、tan:一二1tan二tan-(225a)稳定系数要求为:式中：Thmax锚杆最大拉力的水平分力;Ea作用于支护结构上的主动土压力的反作用力,其水平分力为Eah（KN）Ei作用于假象墙上的主动土压力，其水平分力为Eih(KNG深部滑动线及假想墙面范围内土体重量（支护结构和土体之间的摩擦角（一一土的内摩擦角（）；V深部滑动面和水平面的夹角（锚杆实际水平分力（KN）;取-=0时：Eah二EaEih二Ei，hmax1tantan(225b)计算数据如下表2-4:表2-4稳定性验算统计表G(KINE1(KN

45、Ea(KN甲(U)日（U）z°、G()Thmax(KN)K163676.39130197.115398.72.16由计算结果可知：K=hmax=2.16亠1.5。故锚杆内部是稳定的。Tb基坑抗隆起验算由于基坑开挖于粘性土层中，对于粘性土，抗剪强度的指标包括、C两项指标，所以可以参照太沙基和普朗德地基承载力公式进行验算。计算的示意图如下：图2-12基坑抗隆起验算示意图计算公式为：YDNq+cNc古“Kq，要求K_1.151.25。(226)Y(D+H)+q采用太沙基承载力系数：Nc=（Nq一阳申Nqcos145代入参数：Nq=6.7、Nc=16、D=5mH=5.7mC=13.3Kpa（

46、加权值）、=20kN/mq=75kN/m2（荷载取大值，偏安全）。由上式计算得：K=，故抗隆起稳定性满足要求。管涌及冲溃坑底验算一、管涌验算该基坑工程设有闭合竖向止水帷幕，竖向止水帷幕埋深12.5m（按最小埋深算）。本场地的地下水位按1.5m算。其抗隆起计算示意图如下：/开谶共屈图2-13抗管涌计算示意图基坑墙后侧高水头产生的最大渗流力为:图2-14冲溃坑底验算示意图h'h'2t(227)式中：w水的重度，取10kN/m3；h'墙后水位相对于基坑底的高度取h'=4.2m；t竖向止水帷幕在基坑底的深度，取t=6.8m；计算结果为：j=2.36安全系数为:Y'

47、;K=一=10/2.36=4.2j2.0故：基坑不会发生管涌。二、冲溃坑底验算由于基坑底部处于粉土中，该层为弱透水层，相对于粉砂层为隔水层。基坑底下14m处的粉砂层为中透水层，其中的水可看作承压水。考虑到该承压水对基坑底可能产生冲溃，故对基坑底进行抗冲溃验算。其计算简图见图2-14:由公式2014.3(228)由计算结果可知：坑底不会出现冲溃现象，基坑底是安全的。第二章基坑降水设计第一节概述工程实践表明，基坑的工程事故大多数和地下水有关。在基坑开挖期间，一些最坏的情况都是出现在地下水位以下，它不仅使工作条件变得恶劣，而且易造成管涌、基坑底的隆起、流沙和坑壁的剥落、坍塌甚至引起周边建筑物沉降、倾

48、斜。裂缝和倒塌等。因此，基坑工程必须对地下水进行有效的控制。地下水控制的设计和施工应满足支护结构设计要求，应根据场地周边工程地质条件，水文地质条件和环境条件并结合基坑支护方案综合分析确定。地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水和回灌等型式单独或组合使用。其具体的适用条件见表3-1:表3-1地下水控制方法适用条件方法名称土的类型渗透系数（m/d）降水深度（m）水文地质特征集水明排填土、粉土、粘性土、砂土720v5上层滞水、或水量不大的潜水降水真空井占八、0.120单v6多v20喷射井占八、0.120v20管井粉土、砂土、碎石土、可溶岩、破碎带1200>5含水丰富的潜水、裂隙水截水粘性土、

49、粉土、砂土、碎石土、可溶岩不限不限回灌填土、粉土砂土、碎石土0.1200不限同时基坑地下水控制应满足下列基本要求：（1）基坑开挖及地下结构施工期间，地下水保持在基底以下；（2）深部承压水不引起坑底隆起；（3）降水期间临近建筑物和地下管线正常工作；（4）基坑的稳定性。第二节基坑降水方案的选择场地水文地质条件该场地地下水含水层主要为粉土、粉砂。粉土属于弱透水层，粉细砂属于中透水层。地下水类型上部为上层滞水，下部为空隙潜水。其补给来源主要为大气降水和地下水径流补给。平均埋深3.54.0m。历史最高水位地下水埋深为1.5m。根据勘察报告本工程地下水位最浅水位埋深为1.5m,基坑开挖深度为5.7m,降水

50、水位应在自然地坪下6.7m,水位降深为5.2m。根据现场水文地质条件分析，结合该工程降水的要求，参照当地其他降水工程的成功经验，可以取第层粉质粘土（Q4al）为隔水层。其层顶平均埋深为17.4m。其上粉土层视为潜水含水层。其渗透系数综合取值K=0.4m/d。降水方案的选择根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）结合现场的水文地质条件，根据场地土体的渗透系数，初步分析可以采用轻型井点降水或喷射井点降水。综合比较两种降水方法：这两种井点降水方法其井点间距较小，能有效地拦截地下水流入基坑，尽可能的减少残留滞水层的厚度对保持边坡和桩间土的稳定较有利，因此降水效果较好。但是，轻型井点降水是采用真空

51、原理抽吸地下水，故其降水的效果取决于抽吸系统中真空度的大小。因一般单极轻型井点的抽吸高度达78m对基坑中央部分相当于45m的降深。而本基坑场地空间的限制，只能采用单极井点降水；同时，该基坑的跨度较大，降水的面积较大，在井点处水位要求降深8.2m以上，所需的井管较长，如果采用单极轻型井点降水，受抽吸高度的限制，降水很可能达不到工程的要求。为了确保降水在预定的时间达到要求，同时减少降水所占的工期，减少工程的成本。综合考虑，选择喷射井点降水，采用2.5型。在必要的情况下可以在基坑的中部设置相应的管井，用于降水。同时，基坑的降水的过程中，基坑周遍的地下水位将相应的下降。其将引起地面的不均匀沉降，影响基

52、坑周遍建筑物和地下管线的正常使用。因此，本工程需在基坑的周遍设置闭合的竖向止水帷幕。必要时在相应的位置采用回灌措施来减少基坑降水对周遍环境造成的负面影响。综上所述，本基坑的降水方案为：采用喷射井点基坑内降水及在基坑的周遍设置闭合的竖向止水帷幕（水泥土搅拌桩）。第三节基坑降水设计计算井点设计计算一、降水工程的平面布置由于该基坑呈矩形（50m*60n）状跨度和面积都比较大，故可以采用环形封闭式平面布置。同时，为了减少基坑降水对周边建筑物产生不利影响，基坑边部设置有竖向止水帷幕，所以采用坑内降水方案，这样缩小降水的影响范围，减少降水的总出水量。二、井点管埋设深度计算井点系统的埋深H应按下式确定，其计算示意图见图3-1:(31)H>Hi+h'+h+iL+l式中：H基坑开挖深度m；h'井点外露高度m;h基坑中轴线处降低后地下水位至基坑地面的距离m,般不小于0.5m;i地下水降落坡度，环形井点为1/10,单排线状井点为1/6;L基坑中轴线至井