基坑支护课程设计

1、深基坑课程设计XX 大厦基坑支护工程班级：土木 1001 班姓名：尹普才学号：201008141030指导教师：杨泰华日期： 2013 年 12 月 31 日工程概况及周边环境状况说明1 设计项目如： xx 大厦基坑支护工程2 建设地点东南某市3 设计基本资料3.1地层划分根据岩土工程勘察报告按成因类型及地质特征将场地地层情况划分如下：表 1.1地层分布 层面埋深 地层一般年代层号及名称及范围成因(1) 杂填土Qml 全场地(2) 粉质粘土全场地夹粉土(3-1) 粉质粘土全场地(3-2) 粘土全场地状态及压缩厚度颜色包含物及其它特征密度性(m) (m)0.93.6杂松散由碎石、砖块及粘性土组成

2、0.93.61.05.3含氧化铁，夹稍密状粉土夹褐黄可塑中层，干强度一般，韧性差。2.77.61.86.3褐灰 灰软塑中 含有机质、腐植物、有臭味，色高 局部少量螺壳褐黄 褐含氧化铁、铁锰质，局部少7.810.81.05.6可塑中灰量螺壳Q4(3-3) 强风化砂岩al全场地9.215.10 2.27.5 淡褐中 可塑含硅、钙、粘土和氧化铁。低含少量腐值物，偶夹薄层粉(3-4) 粉质粘土全场地(4-1) 粉砂夹粉局部分质粘土布13.320.82.08.0褐灰可塑中砂。17.524.00.97.7灰色松散中 含云母片，夹少量薄层可塑低 粘性土3.2 土层物理力学性质指标与基坑支护有关的各层物理力学

3、指标如表1.2所示。表 1.2层号土层名重度 粘聚力 C内摩擦“ m”值极限摩阻力（ kN/m 3）（ kPa）角（度）（ kPa）（ kPa）（ 1）杂填土18.5420200020（ 2）粉质粘土18.82111.2350040夹粉土（3 1）粉质粘土17.0157200040（3 2）粘土17.52211.6400035（3 3）强风化砂203227800070岩（3-4）粉质粘土18.811.8400035一层土层厚： 2m，基坑开挖深度6m；二层土层厚：依次为3m；其余土层各组均取：粉质粘土6 米；粘土 5m；强分化砂岩5m；承载力fak（ kpa）1801302403.3地下水本场

4、地地下水可分为二类型：上层为赋存于 (1-1) 杂填土层中的上层滞水，其水位、水量随季节变化，主要受大气降水、生活排放水渗透补给，下层为赋存于砂土层中的承压水，水量较丰富；本次勘察期间，在 40#孔测得其承压水头埋深为 2.4 米，其标高为 18.32 米；上下层地下水之间因粘性土阻隔而无水力联系，勘察期间测得混合稳定水位埋深为 0.42.6 米。场地地下水对混凝土不具腐蚀性， 对混凝土中的钢筋不具腐蚀性， 对钢结构具弱腐蚀性。4 周边环境条件依据总平面图及现场踏勘：基坑东北侧临近前进路，基坑边线距红线 6.5 9米，距前进路边线 11.514 米；前进路上分布有给水、排水、电信管道，其中排水

5、管为带压排水管，正在使用，最近的一根靠近路边，且为80年代建造，该管线为重点要保护的对象。基坑东南角为市同昌房地产开发公司住宅楼， 砖混结构 7 层，基础形式为天然地基，距基坑边约 9 米。基坑安全等级按二级考虑，基坑周围地表均布荷载按15kPa 考虑。5.3 参考文献（ 1） xxx 大厦岩土工程勘察报告（ 2） xxx 大厦施工图设计（ 3） xx 地区建筑深基坑支护技术规范（ 4） 建筑基坑支护技术规程 （ JGJ120-2012）（ 5） 混凝土结构设计规范 （GB50010-2012）（ 6） 建筑结构荷载规范（GB50009-2012）（ 7） 建筑地基基础设计规范 （ GB500

6、07-2012）（ 8） 建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008 ）支护结构设计计算一土压力计算及土钉布置由设计任务书得基坑开挖深度为 6m，穿越三个土层，具体如图 1 所示，地面均布荷载为 15kPa，地下水位埋深 2.4m，故需考虑降水，采用井点降水，将地下水面降至基坑开挖深度下 1m。1.主动土压力计算图 1 土层分布图aqh K a2c K aq地面荷载（ kN ）；3土的重度（ kN m ）；Ka 主 动 土 压 力 系 数 ， K atan2 (4502) ，为土层内摩擦角。2000,C4,201200.49,0.720Ka1tan452 tan45Ka1120202011.20

7、211.2, C21,Ktan45 2tan450.67,K0.82a 2a 222002032077, C15,Ktan45 2tan450.78,K0.88a3a332各层土压力计算：杂填土表面处的土压力a 0qKa1150.497.35kpa杂填土底面土压力a1q r 1 h1 Ka12c1 Ka11518.520.4924 0.7 19.88kpa粉质粘土夹粉土顶面土压力a1q r1 h1 Ka22c2K a21518.520.67221 0.82 0.4kpa粉质粘土夹粉土底面土压力a 2q r 1 h1r 2 h2 Ka 22 c2 Ka21518.5218.830.672210.

8、8238.2kpa粉质粘土顶层土压力a 2q r 1 h1 r 2 h2 K a32c3 Ka315 18.5 2 18.8 3 0.78 2 15 0.88 58.15kpa粉质粘土底层土压力a3q r 1 h1r 2 h2r 3 h3 Ka32c3Ka31518.5218.8317.010.782150.8871.4kpa2.土钉参数及布置土钉墙水平倾角为 73.30，即按 1:0.3 放坡，土钉与水平面的倾角取 150 ，土钉竖直间距取 sy1.5m，水平间距取 sx1.5m ，机械成孔，取孔径120 。具体见图 2。图 2 右侧土钉墙土钉布置土钉处主动土压力计算：第 1 点最大主动土压

9、力'eqr h Ka1 2 cKa1a11111518.50.80.49240.79.0kpa第 2 点最大主动土压力ea 2'2c2q r1 h1 r 2 h2 Ka2Ka21518.5218.80.30.672210.824. 2kpa第 3 点最大主动土压力ea 3''2c2 Ka 2q r1 h1 r 2 h2 Ka21518.5218.81.80.67 2210.8223.1kpa第 4 点最大主动土压力ea 3'2c3q r1 h1 r 2 h2 r 3 h3 Ka3Ka31518.5218.8317.00.30.782150.8862.1k

10、pa二土钉设计1. 折减系数计算tank11/ tan 2 45 0k2tanktan22土钉墙坡面与水平面夹角，为73.30 （坡度 1:0.3 ）；主动土压力折减系数；m基坑底面以上各土层按土层厚度加权的内摩擦角平均值(°) 。1tan111/ tan 2 45o12tan1tan2273.3020 011/ tan2450200tan0200tan 73.3022tan73.320.6592tan2211/ tan 2 45o2tan2tan2273.3011.2011/ tan245011.20tan2011.20tan 73.30273.3tan20.715320.7154

11、 tan311/ tan 245o32tan23tan273.307011/ tan2070tan73.307004522tantan 73.320. 7392. 土钉轴向拉力调整系数（ j）可按下列公式计算：zjjaabhnhb zjEaji 1anhzjEaji1式中：j土钉轴向拉力调整系数；zj 第 j 层土钉至基坑顶面的垂直距离(m)；h基坑深度 (m)；Eaj作用在以 sxj 、szj 为边长的面积内的主动土压力标准值(kN) ；a计算系数；b经验系数，可取0.61.0；n土钉层数。n1.0 ，则hb z jEaj取 bi 11.0，所以 1 2341.0anhzjEaji 13.

12、受拉荷载标准值计算1Nk, jcosj ea , j sxj szjj式中：Nk，j 第 j 层土钉的轴向拉力标准值(kN) ；j第 j 层土钉的倾角 (°)；墙面倾斜时的主动土压力折减系数；j第 j 层土钉轴向拉力调整系数；ea，j第 j 层土钉处的主动土压力强度标准值(kPa)；sxj 土钉的水平间距 (m)； szj土钉的垂直间距 (m)。11ea,1sx1sz111.5 13.8kNN k,10.659 1.0 9.0 1.5cos 10.9661N k , 2cos1N k ,3cos2ea, 2 sx2 sz 211.04.21.51.57.0kN0.71520.9663

13、ea, 3sx3sz311.023.11.51.538.5kN0.71530.966N k , 4114ea,4 sx4 sz40.7391.062.1 1.5 1.5106.9kNcos40.9664. 土钉的极限抗拔承载力标准值Rk , jK t Nk, j式中： Kt土钉抗拔安全系数；安全等级为二级、三级的土钉墙，Kt 分别不应小于 1.6、 1.4；Nk，j第 j 层土钉的轴向拉力标准值 (kN) ；Rk， j第 j 层土钉的极限抗拔承载力标准值 (kN) 。Rk,1K t N k ,11.613.822.1kNRk,2K t N k , 21.67.011.2kNRk,3K t N

14、k ,31.638.561.6kNRk,4K t N k ,41.6106.9 171.0kN5. 土钉长度设计土钉长度按以下公式计算：liRk, jd jqs i k式中： Rk，j第 j 层土钉的极限抗拔承载力标准值(kN) ；dj第 j 层土钉的锚固体直径 (m)；对成孔注浆土钉，按成孔直径计算，对打入钢管土钉，按钢管直径计算；qsik第 j 层土钉在第 i 层土的极限粘结强度标准值 (kPa)；应由土钉抗拔试验确定，无试验数据时，可根据工程经验并结合规范上表 5.2.5取值；li 第 j层土钉在滑动面外第 i土层中的长度 (m)；计算单根土钉极限抗拔承载力时 , 取规范上图 5.2.5

15、所示的直线滑动面，直线滑动面与水平面的夹角取m 。2查表得 qs1k20kpaqs2k40kpaqs3k40kpal1Rk,122.12.94md1qs1k0.12 20l2Rk, 211.20.74md2qs2k0.1240l3Rk , 36 1.64.0 8md3qs2 k0.12 40l4Rk,4171.011.34md4qs3 k0.12406、自由段长度的计算自由段长度按以下公式计算：L fiHZi sin/ cos 90 0sin22其中： L fi - 第 i 排土钉自由段长度（ m）；H - 基坑深度（ m）；- 土钉墙坡面与水平面的夹角73.30 ；- 土钉与水平面的倾角取1

16、50 ；Zi - 第 i 排土钉到地面的距离（ m）。第 1 排土钉自由段长度计算，Z10.8ml f 1HZ1 sin/ cos 900sin2260.80 sin 73.3073.30150/ cos 90 0 15073.30 15 0sin 73.3225.20.487 / 0.8590.9583.08m第 1 排土钉长度：L1l1l f 12.943.086.02m第 2 排土钉自由段长度计算，Z22.3ml f 2HZ2 sin2/ cos 9002sin62.3073.30150015073.3015 0sin 73.30 sin 73.32/ cos 9023.70.487 /

17、 0.8590.9582. 19m第 2 排土钉长度：L2l 2l f 20.742.192.93m第 3 排土钉自由段长度计算，Z33.8ml f 3HZ3 sin2/ cos 9002sin63.8073.30150015073.3015 0sin 73.30 sin 73.32/ cos 9022.20.487 / 0.8590.9581. 30m第 3 排土钉长度：L3l3l f 34.081.305.38m第 4 排土钉自由段长度计算，Z45.3ml f 4HZ4 sin2/ cos 9002sin65.3073.30150015073.3015 0sin 73.30 sin 73.

18、32/ cos 9020.70.487 / 0.8590.9580. 41m第 4 排土钉长度：L4l 4l f 411.340.4111.75m综合上述计算结果及施工因素，取第1 3 排土钉取 6m。第 4 排土钉长度为 12m。极 限 抗受 拉 荷土 钉 抗土钉土钉长度自 由 段锚 固 段拔 承 载载 标 准拔 安 全排号L(m)长度长度力 标 准值 N k系 数 K t安全性l f (m)l(m)值（ kN)（ >1.6 ）Rk (kN)163.082.9222.013.81.60满足262.193.8157.57.08.2满足361.304.7070.938.51.8满足4120

19、.4111.59174.8106.91.64满足7.土钉受拉承载力设计值计算土钉受拉承载力设计值按以下公式计算：N u, j1.25 0 Nk , j其中： Nk , j - 第 i 根土钉受拉荷载标准值， （kN）；Nuj - 第 i 根土钉受拉承载力设计值， （ kN）；0 - 基坑侧壁重要性系数，取1.0 。NNNNu ,11.250 N k,11.251.013.817.25kNu , 21.250 N k, 21.251.07.08.75kNu ,31.250 N k, 31.251.038.548.13kNu , 41.250 N k, 41.251.0106.9133.63kN8

20、、杆体直径计算：土钉杆体的钢筋直径按以下公式计算：kNu.maxASf yk其中： As -钢筋截面面积 mm2 ；f yk -普通钢筋抗拉强度标准值 N / mm2 ；N u .max- 土钉受拉承载力设计值最大值N ；K -土钉抗拔力安全系数，取 1.3 。ASkNu .max 1.3133.63 103434mm2f yk400选取三级钢筋26， A531mm2S三土钉的整体稳定性验算：土钉墙应按下列规定对基坑开挖的各工况进行整体滑动稳定性验算：1 整体滑动稳定性可采用圆弧滑动条分法进行验算；2 采用圆弧滑动条分法时，其整体稳定性应符合下列规定：min ks,1,ks, 2,.,ks,

21、i ,. kscjlj (qjbj Gj ) cos j tanj R' k, kcos( k k ) r / ss, kks, iGj ) sin j(qj lj式中：Ks圆弧滑动整体稳定安全系数；安全等级为二级、三级的土钉墙，Ks 分别不应小于 1.3、1.25；Ks，i 第 i 个滑动圆弧的抗滑力矩与滑动力矩的比值；抗滑力矩与滑动力矩之比的最小值宜通过搜索不同圆心及半径的所有潜在滑动圆弧确定；cj、 ?j第 j 土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角 (°)，按本规程第 3.1.14条的规定取值；bj第 j 土条的宽度 (m)；qj作用在第 j 土条上的附加分布荷载

22、标准值(kPa)；Gj 第 j 土条的自重 (kN) ，按天然重度计算；j第 j 土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(°)；Rk,k 第 k 层土钉或锚杆对圆弧滑动体的极限拉力值(kN)；应取土钉或锚杆在滑动面以外的锚固体极限抗拔承载力标准值与杆体受拉承载力标准值（fykAs或 fptkAp）的较小值；锚固体的极限抗拔承载力应按本规程第5.2.5 条和第 4.7.4条的规定计算，但锚固段应取圆弧滑动面以外的长度；k第 k 层土钉或锚杆的倾角 (°)；k滑弧面在第 k 层土钉或锚杆处的法线与垂直面的夹角 (° )；sx，k第 k 层土钉或锚杆的水平间距 (m)；v

23、计算系数；可取v0.5sin（kk）tan?,此处， ? 为第 k 层土钉或锚杆与滑弧交点处土的内摩擦角。计算步数经过深度（m）圆心 X(m)圆心 Y(m)半径 R(m)第 1步0.8-2.44.86.0意图如下：采用圆弧滑动条分法进行整体稳定性验算时，将滑弧1 分为宽度为r6.010100.6m 的两条，则测量计算各参数代入下列公式得：ks,1 c1l1(q1b1 G1) cos 1 tan1R'k , kcos(kk)r / ss, k(q1l 1G1) sin140.8515 0.69.6cos250 tan 20022cos 2401500.115 /1.515 0.859.6

24、 sin 2502.394R' k, kcos( kks,2 c2l 2(q2b2G 2) cos 2 tan 2k)r / ss, k(q2l 2G2 )sin240.8515 0.62.7cos330 tan 20022cos 2401500.115 /1.515 0.852.7 sin 3302.385min ks,1,ks,2 min 2.394,2.3852.385ks 1.3计算步数经过深度（ m）圆心 X(m)圆心 Y(m)半径 R(m)第 2步2.3-2.33.25.8示意图如下：计算步数经过深度（ m）第 3步3.8-4.2示意图如下：圆心 X(m)4.69.0圆心

25、Y(m)半径 R(m)计算步数经过深度（ m）第 4步5.3-1.2示意图如下：圆心 X(m)3.99.2圆心 Y(m)半径 R(m)计算步数经过深度（ m）第 1步6.0-2.3示意图如下：圆心 X(m)3.59.5圆心 Y(m)半径 R(m)第 2,3,4,5 滑弧面的计算按第 1 滑弧面计算方法计算，在此就不列出计算过程，计算结果如下表：计算步深度圆心 X圆心 Y半径 R整体滑安全性数（ m）（m)（m)（m)动安全评价系 数Ks10.8-2.44.86.02.385满足22.3-2.33.25.82.411满足33.8-4.24.69.01.835满足45.3-1.23.99.21.5

26、96满足56.0-2.33.59.51.326满足四土钉墙抗滑移抗倾覆稳定性验算（土钉墙简化成重力式挡土墙，挡土墙的计算厚度一般按照土钉墙水平长度的2/3-11/12，这取 11/12 ）计算等效挡土墙的宽度ll 1 l 2 l 3 l 46661247.5m4B11 l cos117.5 cos15 6.64m12121. 挡土墙的抗滑移稳定性 应符合下式E(G u B qB ) tancBsipkmkEak式中：ks1 抗滑移稳定安全系数，其值不应小于1.3；Eak 、 Epk 作用在水泥土墙上的主动土压力、被动土压力标准值(kN/m) ；G水泥土墙的自重 (kN/m) ；um 水泥土墙底

27、面上的水压力 (kPa)；水泥土墙底面在地下水位以下时， 可取umw(hwahwp ) / 2 ，在地下水位以上时，取um 0，此处， hwa 为基坑外侧水泥土墙底处的水头高度 (m)， hwp 为基坑内侧水泥土墙底处的水头高度(m)；c、 水泥土墙底面下土层的粘聚力 (kPa)、内摩擦角 (°)；B水泥土墙的底面宽度 (m)。滑移力为Eak 1/ 2 7.35 19.88 2 1/ 2 0.4 38.2 3 1/ 2 58.15 71.4 1 149.9kN抗滑移力为Ft(GqB) tan(6 6.64 20 15209.7kN / mcB 6.64)tan715 6.64所以，

28、ks1Ft209.7 1.4 1.3 满足要求Eak149.92. 挡土墙的抗倾覆稳定性 应符合下式EPkap(GumBqB)aGk0vEakaa式中：kov 抗倾覆稳定安全系数，其值不应小于1.3；q 地面超载；aa 水泥土墙外侧主动土压力合力作用点至墙趾的竖向距离(m)；ap 水泥土墙内侧被动土压力合力作用点至墙趾的竖向距离(m)；aG 水泥土墙自重与墙底水压力合力作用点至墙趾的水平距离(m)。Epko；(GqB)aG (6 6.6420 15 6.64)3.322976kN mEakaaEaki aai1/ 27.35 19.88251/20.4 38.2 3 2.51/258.1571

29、.410.5313.3kNmKov(GqB)aG29769.5 1.3 满足要求。Eakaa313.3五土钉墙的抗隆起验算由于无软弱下卧层，所以无需进行抗隆起验算。六面层的设计喷射混凝土面层中应配置钢筋网和通长的加强钢筋，钢筋网宜采用 HPB335 级钢筋 , 面层混泥土采用 C30。1. 进行抗弯验算及面层配筋 （简化计算）：取受力最大的一排土钉，即pa 4ak K a ,22c2K a,2(15218.5318.80.317)0.782150.8862.1Kp a所以，以均布荷载沿1.5m 方向分布，大小如下：1.1 62.1kPa68.3kPa跨中和支座的弯矩为，Mkql 268.3 1

30、.52819.2kN m8查表得，fc14.3N / mm2 , ft 1.43N / mm2fy300N / mm2 ,b 0.518.h0 1002575mmM019.2 1067520.1591 f cbh 21.0 14.31500s1 12 s0.1740.518s 0.5 (1 1 2 s ) 0.913sM19.2 106935mm2Ah300 0.913f075y s采用钢筋14150（ As1026mm ）钢筋网间的搭接长度应大于300mm；加强钢筋的直径宜取 22mm；当充分利用土钉杆体的抗拉强度时，加强钢筋的截面面积不应小于土钉杆体截面面积的二分之一。 土钉与加强钢筋宜采

31、用焊接连接，其连接应满足承受土钉拉力的要求。2. 抗冲切验算：（土钉的固定加强钢筋取 22，长为 500mm)Fl0 . 7hpf t am h0冲切力这里取土钉最大受拉力处设计值进行抗冲切验算，Fl=133.6kN。am2(0.50.5)2m0 .7hpf t a m h00 . 71 . 0143020 .075150 kNFl133 . 6 kN满足要求。七土钉墙地基承载力的验算:1. 地基承载力特征值修正计算：当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m 是，按下述方法修正：fafakbb3dmd0.5式中： fa 为修正后的地基承载力特征值；fak 为地基承载力特征值；b , d 为宽度

32、和埋深的地基承载力修正系数，查规范；为基底以下土的重度，地下水位下取有效重度；m 为基底面以上土的加权平均重度，地下水位下去有效重度；b 为基础底面宽度，小于 3m时取 3m,大于 6m时取 6m,其余插值法取值； d 为基础埋置深度。查表得： b0.4, d1.6fafakb b 3d m d 0.51300.617(63)1.618.4(60.5)322.5kpa2. 地基压力：PFnFgFqb式中： Fn 为土的对地基的压力；Fg为地面超载；Fq土体自重。Fn=(Nu1+Nu2+Nu3+Nu4)sin15=207.8sin15=53.8kNFg=G=662.4kNFq 15 16.649

33、9.6kNFnFgFq53.8 662.4 99.6Pb6.64122.9kpafa322.5kpa满足要求。八. 施工与检测 :1 土钉墙应按每层土钉及混凝土面层分层设置、分层开挖基坑的步序施工。2 当有地下水时，对易产生流砂或塌孔的砂土、粉土、碎石土等土层，应通过试验确定土钉施工工艺和措施。3 钢筋土钉成孔时应符合下列要求：1 ） 土钉成孔范围内存在地下管线等设施时， 应在查明其位置并避开后， 再进行成孔作业；2 ） 应根据土层的性状选择洛阳铲、螺旋钻、冲击钻、地质钻等成孔方法，采用的成孔方法应能保证孔壁的稳定性、减小对孔壁的扰动；3 ）当成孔遇不明障碍物时， 应停止成孔作业， 在查明障碍物的情况并采取针对性措施后方可继续成孔；4 ） 对易塌孔的松散土层宜采用机械成孔工艺； 成孔困难时， 可采用注入水泥浆等方法进行护壁。4 钢筋土钉杆体的制作安装时应符合下列要求： 1 ） 钢筋使用前，应调直并清除污锈；2