基坑支护工程毕业设计

1、 1 工程概况1.1 建筑工程概况政 花园(以下简称”本工程”)由北京 置业有限公司(以下简称建设单位)投资建设，北京 建筑设计有限公司(以下简称设计单位)负责本工程的建筑与结构设计工作，受建设单位委托，北京市勘察设计研究院承担了本工程的岩土工程勘察工作。本工程拟建场地位于北京市朝 。根据北京市建筑设计研究院提供的D区刨槽图（2007年01月05日）中D区基槽开挖剖面示意，拟建的政泉花园商业D基础埋深为±0.00标高以下15.0m，目前本工程室内地坪标高（±0.00标高）为43.00m。政泉花园商业D按位置、走向划分为四段，由北向南依次为D1、D2、D3及D4（见附图）。D

2、2东侧为后续酒店及写字楼基坑， D1东侧为后续商业A，D3东侧为后续商业B。D1北侧紧靠市政马路，D4南侧为商业C，商业C外为本地段交通主干道大屯路。1.2 工程地质概况 （1）区域地质情况北京市区位于华北大平原的西北缘， 西、北及东北面三环山，东、南及东南面为广阔的平原区，称为北京平原。第四纪以来由于受新构造运动的影响，山区不断抬升，平原强烈下降，接受了巨大的河流沉积物。第四纪沉积厚度由西向东逐渐增大，市区中西区范围内厚度一般为40-120。第四纪地层的岩相分布，自西部山麓向东部平原逐渐变化。在西部的各大河流冲击洪积扇顶部以厚层砂土和卵、砾石地层为主；由东于城区大部分范围内，地层过渡为粘性土

3、、粉土砂土、卵砾石土互层；再向东北。在东郊及北郊地区，则是以厚层粘性土、粉土为主。本工程拟建场区在地貌单元上位于永定河冲洪积山中下部。（2）场地地质情况根据本工程岩土工程勘察报告，工程地层各参数自上而下综述如下（见表1-1）：（3）地下水位情况1）根据钻探揭露，地下水分为4层，地下水类型及静止水位标高如下： .台地潜水水位埋深约5.008.00m，水位标高约33.0037.00m ；.层间滞水水位埋深约10.0013.00m，水位标高约29.0032.00m ； .层间滞水水位埋深约22.0025.00m，水位标高约16.0019.00m ；.承压水水位埋深约28.00m，水位标高约13.00

4、m。表1-1 土层参数层号土类名称层厚（m）重度（KN/m3）粘聚力（KPa）内摩擦角（º）1杂填土1.7019.015.0010.002素填土0.4019.320.0010.003粉土0.4020.940.0027.304粉土2.8020.223.0033.705粘性土4.7020.833.0016.006中砂3.1020.00.0035.007粘性土5.6020.839.0021.508粘性土7.3020.239.0021.509中砂1.120.039.0021.5010粉土6.920.139.0021.5011粘性土5.219.939.0021.502）历年最高水位记录本工程拟

5、建厂区1959年最高地下水位标高为42.00m左右，近35年最高地下水位标高为41.70m左右（在场区地面低洼处接近自然地面）。具体地质条件见附图1、附图2：工程地质剖面图2 基坑支护工程的国内外现状2.1 降水工程的国内外现状1基坑开挖施工与降水： 基坑的开挖施工，无论是采用支护体系的垂直开挖还是方坡开挖，如果施工地区的地下水位较高，都将涉及到地下水对基坑施工的影响这一问题，当开挖施工的开挖面低于地下水位时，土体的含水层被切断，地下水就会从坑外或坑底不断的渗入基坑内，另外在基坑开挖期间由于下雨或其他原因，可能会在基坑内造成滞留水，这样会使坑底地基土强度降低，压缩性增大。这样一来，从基坑开挖施

6、工的安全角度出发，对于采用支护体系的垂直开挖。坑内被动区土体由于含水量增加导致强度、刚度降低，对控制支护体系的稳定性、强度和变形都是十分不利的；对于放坡开挖来讲，亦增加了边坡失稳和产生流砂的可能性。从施工角度出发，在地下水位以下进行开挖，坑内滞留水一方面增加了土方开挖的施工难度，另一方面亦使地下主题结构的施工难以顺利进行。而且在水的浸泡下，地基土的强度大为降低亦影响到了其承载力。因此为保证深基坑工程开挖施工的顺利进行，同时保证地下主体结构施工的正常进行及地基土的强度不遭受损失，一方面在地下水位较高的地区当开挖面低于地下水位时需采取降低地下水位的措施；另一方面基坑开挖期间坑内须采取排水措施以排除

7、坑内滞留水，使基坑处于干燥的状态，以利施工。2.2 基坑支护工程的国内外现状1 现代大城市的高层建筑基坑具有深、大的特点,挖深一般在15 m20 m 之间,宽度与长度达100 m。基坑邻近多有建筑物、道路和管线,施工场地拥挤,在环境安全上又有很高要求,所以过去对基坑支护结构的选型比较单一,基本上均采用柱列式灌注桩挡墙或连续墙作为围护结构,当用明挖法施工时照例采用多道支承(多道内支撑或多道背拉锚杆) 。其他的支护型式如国内外广为应用的钢板桩挡墙或桩板(分离式工字钢加衬板)挡墙由于刚度较弱、易透水以及打桩振动和挤土效应对城市环境的危害,已很少用于建筑深基坑这类很深的基坑中。但是近年来兴起的土钉支护

8、尤其是复合土钉支护,在合适的地质条件下有望成为建筑深基坑的选型,而逆作法施工在国内已日趋成熟。常用的基坑支护方案主要有以下几种：2.2.1 土钉墙支护12土钉支护是各种支护方案中比较经济、可靠的方案。土钉支护是用于基坑开挖时加固边坡的一种新的挡土护坡技术，由于其良好的经济性和安全可靠性并且施工快捷简便，在我国已经得到推广应用。如北京庄胜广场基坑，南北长270m，东西宽130m，基坑挖深13.2-16.5m，整个基坑边坡，包括有房屋和有复杂地下管线地段的直立边坡，均采用土钉支护。广州华晖广场，基坑呈多边形，挖深11.0-13.3m，距周边房屋、道路及地下管线较近，除局部采用土钉与预应力复合结构支

9、护外，其余均彩土钉支护。在我国，尤其西部地区工程地质条件较好的部分城市，土钉支护已成为优先考虑的基坑支护方案，如成都、昆明目前相当数量的基坑都采用了土钉支护方案，虽然也出现了一些失败的例子，但总的工程应用效果还是很好的。虽然土钉支护在我国应用发展时间较短，但已经在全国各地得到广泛推广。从各地基坑土钉支护的工程效果看，土钉支护具有稳定可靠、施工简便且工期短造价低等特点。土钉墙是以较密间距排列的土钉体作为主要受力构件来加固原位土体，并较大限度地发挥一种复合挡土护坡结构。土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件，通常采用钻孔,放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成。它依靠与土体之间的粘结力或摩擦力,在土体

10、发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。由于随挖随支,能有效地保持土体强度,减少土体的扰动。同时，土钉体又反作用于土体，约束土体的继续变形的趋势。这种土钉体与土体的相互作用，将土体边坡加固成具有一定整体性和稳定性的结构。适用于地下水位以上或经人工降雨后的人工土、粘性土和弱胶结砂土层的的基坑支护。土钉墙不适用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层、饱和软弱土层。不适用于对变形有严格要求的基坑支护。2.2.2 锚杆或喷锚支护锚杆与土钉墙支护相似,将锚杆锚入稳定土杆与土钉墙支护相似,将锚杆锚入稳定土体中,外端与支护结构连结用以维护基坑稳定的受拉杆件,并施加预

11、应力。支护体喷射混凝土称喷锚支护。锚杆可与排桩、地下连续墙、土钉墙或其他支护结构联合使用。不宜用于有机质土,液限大于50 %的粘土层及相对密度小于0. 3 的砂土。2.2.3 排桩支护排桩支护是指队列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲) 孔灌注桩,作为主要的挡土结构,其结构形式可分为悬臂支护或单锚杆、多锚杆结构,布桩形式可分为单排或双排布置。悬臂式支护适用于开挖深度不超过10 m、粘土层不超过8m 的砂性土层,以及不超过5m 的淤泥质土层。2.2.4 地下连续墙支护地下连续墙支护是用特制的挖槽机械,在泥浆护壁的情况下开挖一定深度的沟槽,然后吊放钢筋笼,浇筑混凝土。地下连续墙的形状多种多样,一般集

12、挡土、承重、截水和防渗于一体,并兼作地下室外墙。其不足之处是要用专用设备施工,单体施工造价高。对各种地质条件及复杂的施工环境适应能力较强。施工不必放坡,不用支撑,国内地下连续墙的深度已达36 m ,壁厚1 m。2.3 基坑支护工程的发展趋势深基坑支护结构的设计与施工不同于上部结构,除地基土类别的不同外,地下水位的高低、土的物理力学性质指标以及周围环境条件等,都直接与支护结构的选型有关。支护结构型式选择的合理,就能做到安全可靠、施工顺利、缩短工期,带来可观的经济与社会效益,可见支护结构形式的优化选择是深基坑支护技术发展的必然趋势。一般而言,深基坑支护设计方案的优选宜遵从流程进行。此外,为达到方案

13、的最优化,有时根据地层土质的变化、基坑周围环境,也可采用更为灵活的组合支护方案,如内支撑+ 锚杆、单排桩+ 双排桩。在施工工艺上的发展趋势：（1）土钉墙方案的大量实施,使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要,湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。（2）基坑向着深、大、周围环境复杂的方向发展,使得深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。受地下空间所属权的限制,内支撑或新型锚杆(如可拆式锚杆、抗拔力较大的全程应力复合型锚杆) 将逐渐得以推广运用。（3）为减小基坑工程带来的环境效应(如因降水引起的地面附加沉降) ,或出于保护地下水资源的需要,有时基坑采用帷幕型式进

14、行支护。除地下连续墙外,一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。目前,有将水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中的趋势。（4）基坑降水时,为减小因降水引起的地面附加沉降或对邻近建(构) 筑物造成的影响,可采取井点回灌技术。（5）在软土地区,为避免基坑底部隆起,造成支护结构水平位移加大和邻近建(构) 筑物下沉,可采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固,即提高支护结构被动区土体的强度的方法。（6）为减小坑壁土体的侧向变形,可以通过基坑内外双液快速注浆加固土体;也可以对支撑(或拉结) 施加预应力;还可以调整挖土进度以及支撑的施工程序等措施来限制基坑的侧向变形。基坑工程还是实用性、经验

15、性极强的学科,是随着土力学理论、计算技术、测试仪器及施工机械、施工工艺的进步与工程实践增加而逐步完善的学科。随着我国经济建设的持续高速发展,依靠工程界、学术界的共同努力,我国的深基坑工程设计和施工水平必将日益提高,“深基坑工程学”必将日益完善。3 基坑支护方案的论证及选择3.1 基坑降水方案设计3.1.1 降水目的及原则3在基坑和基础施工时，往往要在地下水位以下开挖，尤其是高层建筑，基础埋深大，地下室层数多。施工时若地下水渗入造成基坑浸水，使地基土的强度降低，压缩性大，建筑物能产生过大沉降，或是增加土的自重应力，造成基础附加沉降，就直接影响到建筑物的安全。因此，在基槽施工时，必须采取有效的降水

16、和排水措施，使基坑处在干燥状态下施工。采用降水排水措施时，应考虑以下的因素：（1）土的种类及其渗透系数；（2）要求降低水位的标高和地下水位的标高，一般地下水位应降低到基坑底以下0.5-1.0m；（3）采用何种形式的基坑护壁支护方式，尤其是深基坑；（4）基坑的面积大小。3.1.2 降水方法3目前采用的降低水位的方法分为两类：一是表面排水，一是井点降水。降水方法的名称及适应条件如表3-1。表3-1 降水方法名称及适应条件表名称适 应 条 件表面排水碎石土、粗砾砂、渗水量不大的土轻型井点粉砂、粘质粉土，渗透系数为0.15m/d，地下水位较高，一级井点降水深度36m，二级井点降水深度为69m，多级至1

17、2m喷射井点渗透系数为0.150m/d的砂土，基坑开挖深度大于6m，喷射井点降水深度可达20m以上管井井点含水层颗粒较粗的粗砂卵石层，渗透系数较大，水量较大，降水深度在35m深井井点渗透系数较大，地下水丰富的土层渗水井点地层上部有上层滞水或潜水含水层，其下部有不含水的透水层，或比较稳定的潜水或承压含水层电渗井点饱和粘性土，特别是淤泥和淤泥质土，渗透系数很小，小于0.1m/d综合考虑本工程的地质条件和地下水情况，决定采用深井井点降水。3.1.3 深井井点降水方案设计由于本工程的基坑开挖深度为15m,所以降水至少需降至地面以下16m，即井点管长度，且埋置深度务必保证使地下水位降到基坑底面以下。（1

18、）设计水位降深4式中，基坑中心处水位降，；基坑开挖深度，；地下静水位埋深，；基坑中心处水位与基坑设计开挖面的距离，；取降水后，水位中心离开挖面1.，即设计降深为（2）井点管长度确定（确定井点管的埋置深度）4式中，井点管长度，即井点管的埋设深度（不包括滤管）,； 井点管埋设面至基坑底的距离,； 降低后的地下水位至基坑中心底的距离，一般不应小于0.5； 地下水降落坡度，环状井点为，单排井点为； 井点管距群井中心的水平距离,；，由于考虑到实际情况，井点管需露出地面以上0.25，所以井点管长度确定为20。拟采用长的预制砼管8根。（3）计算井点系统的引用半径3 本工程的基坑为不规则形状基坑，且B：C&l

19、t;23, 式中， B基坑长度，m ; C基坑宽度，m ; F不规则形基坑面积，m2;（F由基坑支护、基坑降水平面布置图中得到）（4）确定抽水影响半径R3式中，S地下水位下降值（m）; H含水层厚度 （m）; K渗透系数， 综合考虑施工深度范围内各土层的含水性，取;由于地下水位埋深为-3.3m8.5m，所以 代入上式得 （5）计算基坑总涌水量2基坑涌水量计算公式： 式中，基坑涌水量 ，；渗透系数，；水位降深值，；含水层厚度，；影响半径，；基坑引用半径，；代入数据得(6) 计算每根井点管的最大进水量(极限水量) 3 式中,滤管半径，；(外径,内径) 滤管长度，；渗透系数 ，；代入数据得 (7)

20、确定井点数 （考虑到实际情况，如滤水管堵塞死井等突发情况，扩大1.1）共需要布19口井式中，井点管数；总涌水量；单根井点管最大水量，；(8) 求井点管间距 式中 -基坑周长(9) 降水引起的地面沉降2 式中，降水深度,为降水面和原地下水位面的深度差;降水产生的自重附加应力, ，可取进行计算.降水尝试范围内土层的压缩模量，可根据钻探试验资料，或查有关地基规范，根据本工程土质资料可知，沉降量较小，满足设计要求。（10）降水井点的布置由前边计算得知，拟建场地共布置19口井，在基坑周边距开挖线边沿1.52.0m布置降水井。降水井点平面距离39.11m，具体见附图3：“降水井点平面布置图”。 （11）降

21、水井井身结构51）井深H=20m。2）降水井井孔径D=600mm：护壁管采用内径300mm、外径360mm的钢筋砼管；滤水管采用同规格的钢筋砼尼龙缠丝管（缠丝管丝径3mm，丝间距3mm）；护壁管、滤水管外充填厚度120mm的滤料。3）井管设置：顶部为长度2.5m的护壁管，其下为长度7.5m的护壁管，再下为长度7.5m的滤水管,底部为长度2.5m的护壁沉砂管。4）护壁管总长度H1=12.5m。5）滤料选取：滤料选用粒径610mm的干净、滚圆、光滑的硅质河砾。（12）抽排水系统设置在降水井布置范围内的基坑外部，每60m设一集水箱（砖砌或预制），潜水泵抽出的地下水，集中到集水箱中汇集沉淀。每个集水箱

22、中，安放大排量水泵，将地下水集中排放到指定市政管道。抽出的地下水在进入排水口之前，应设置沉淀池，防止泥砂进入市政管道。在降水井布置范围基坑下部开挖排水沟，排水沟深0.3m，内填粗砂或碎石，每隔50m设一集水井，集水井深0.8m，内置无砂砼滤水管，放置潜水泵抽排水，及时将积水排出坑外。（13）残留滞水的处理基坑侧壁在上层滞水和潜水层的底板位置会出现残留滞水，其渗水量较大时，必须采取以下处理措施。 在基坑四周边坡的含水层底部插入引流管，将隔水层所托的残留滞水引入集水井之中抽走。 当基坑开挖具备引水条件时，在含水层底部设置水平引流暗管。 在开挖时，注意土体状况，在含水率较大的土体中，增加引流管，局部

23、加密。3.2 基坑支护方案的初步设计根据本工程的岩土工程勘察报告，综合考虑土层的工程地质条件和场地的实际情况，由于基坑的1-1剖面临近北苑路，所以初步选取土钉墙加桩锚联合支护（1-1剖面桩锚、其它剖面土钉墙）、桩锚支护、土钉墙加桩锚联合支护（上部土钉墙、下部桩锚）三种支护方案。3.2.1 土钉墙加桩锚联合支护（1-1剖面桩锚、其它剖面土钉墙）3.2.1.1 1-1剖面桩锚支护 采用钻孔灌注桩挡土结构，钻孔灌注桩直径800mm，桩中心距1500mm，以两层锚杆支撑围护结构，单层锚杆间距1500mm，倾角，锚杆锁定于冠梁上。（1）土压力计算开挖深度范围内土体力学指标加权平均值： （2）内力计算4用

24、相当梁法进行计算。考虑桩墙与土体间摩擦力对被动土压力系数进行修正：墙前：墙后： 基坑底面土体到土压力为0点的距离：相当梁法计算图示如下图3-1所示，计算支撑反力设了两道锚杆，把值、集中在一点进行计算。为了满足其稳定性要求，需要求一个最大值，应选距离最小的一点进行计算，然后把算出的力平均分布。由得 代入数值得由，即图3-1 相当梁法计算图示 单位（m）设最大弯距所在截面距地表为，则代入数值得 令即解得：, （在对灌注桩配筋计算时用以比较）（3）求插入深度4 取 灌注桩总长度为：（4）钻孔灌注桩的构造配筋桩径,桩中心距为1500mm,经计算挡土墙最大弯矩为 单桩承受最大弯矩： 按均匀周边配筋计算：

25、取灌注桩采用砼，II级钢筋，保护层厚度，则设钢筋配置为，, 而有查表得 代入式6.5-13得 故按配筋可以满足要求。 箍筋采用螺旋筋，间距，桩长为，需围70圈。每隔布置一根长直径为的焊接加强箍筋。（5）土层锚杆设计设计简图如图3-2所示。1）自由段长度的确定3由于是三层锚杆，要采取分层计算方法。土锚自由段长度，按超出滑裂面确定：图3-2 锚杆设计简图 单位（m）3 取3 取2）锚固段长度的确定4暂设三层锚杆的锚固段长度分别为,，锚杆钻孔孔径为150mm，锚固段直径 则锚固段中点埋深分别为： 剪切强度 ，取 剪切强度 ，取则两层锚杆总长度分别为： 3) 锚杆截面选用，（）（6）稳定性验算1）整体

26、稳定性验算4由于围护桩插入深度比较大，且锚杆比较长、比较密，这些对提高边坡抗滑移能力是有利的。根据经验，可不验算该边坡的整体稳定性。2）深层滑移稳定性3采用多层锚杆的支护结构整体稳定性分析，对于多层锚杆护壁，应自上而下对每一层锚杆滑面的稳定性逐层进行分析检算。当检算任何一层滑面时，其所需的锚杆拉力应为该滑面以上各层锚杆拉力的总和。2锚杆抗滑移稳定性设计简图见图3-3。 图3-3 锚杆抗滑移稳定性计算简图 单位(m)A 第一层锚杆由克兰茨方法，,od为代替墙，锚杆倾角, ，锚杆间距 ， 要计算地面荷载。，挡土桩的主动土压力 代替墙的主动土压力 求最大可能承受的水平力按公式4 (可能承受最大水平力

27、) ，满足稳定性要求。式中，为锚杆设计水平力，即B 第二层锚杆由克兰茨方法， ， ， 为代替墙，锚杆倾角, ， 锚杆间距 ， 不需计算地面荷载。，挡土桩的主动土压力 代替墙的主动土压力 求最大可能承受的水平力按公式 (可能承受最大水平力) 需加大锚杆长度，锚杆自由段长度为，锚固段长度设为 .再次计算为：, ，锚杆间距 ， 要计算地面荷载。，挡土桩的主动土压力 代替墙的主动土压力 求最大可能承受的水平力按公式 (可能承受最大水平力) 满足稳定性要求。3) 基坑底部土体抗隆起稳定性验算2考虑C、的抗隆起示意图如图3-4所示。可采用下式验算抗隆起安全系数：2图3-4 考虑C、的抗隆起示意图式中，坑外

28、地表到支护墙底各土层天然重度加权平均值，; 坑内开挖面以下到支护墙底各土层天然重度加权平均值，； C支护墙底处的地基土粘聚力，； q坑外地表荷载； H基坑开挖深度，； D墙体入土深度，； ,地基土承载力系数； 式中，-支护墙底处的地基土粘聚力，； -支护墙底地基承载力安全系数。根据基坑重要性等级，一级基坑取2.5；二级基坑取2.0；三级基坑取1.7。 抗隆起安全系数：抗隆起稳定性满足要求。3.2.1.2 其它剖面土钉墙支护（1）土钉结构构件尺寸及有关参数的初步选定26土钉墙面按放坡。土钉各参数如下：1) 土钉向下倾角：2) 土钉钢筋直径采用HPB335级钢筋,直径为3) 土钉孔径:804) 土

29、钉长度土钉长度L与基坑开挖H之比对非饱和土宜在0.5-1.2的范围内，且基坑开挖深度，所以土钉长度宜在：之间，长度确定为：18m 、16m 、16m 、15m 、15m 、13m 、12m 、10m 、9m、 9m 5) 土钉间距土钉水平和竖向间距和宜在1-2的范围内，确定为：，6) 面层钢筋网的直径为6.5,网格尺寸,搭接长度为5007) 土钉钢筋与喷射混凝土面层的连接:可在土钉端部两侧沿土钉长度方向焊上短钢筋,并与面层内连接相邻土钉端部的通长加强钢筋相互焊接.8) 钢筋网喷射混凝土面层的厚度为100,喷射混凝土的强度为.9) 土钉支护的喷射混凝土面层宜插入基坑底部以下,插入深度应不小于0.

30、2.在基坑底部周边地面上宜设置宽度为1-2的喷射混凝土护顶.(可不配筋)610) 注浆材料采用1:2的水泥砂浆。（2）土钉墙支护内部稳定分析21）基本假定: 土钉体的设置不影响原位土体滑裂面的形状与尺寸，滑裂面仍为圆弧面，这里称之为“临界滑裂面”，破坏是由该圆弧滑裂面确定的准则性区整体滑动产生的； 破坏时,土钉的最大拉应力和剪应力出现在土钉穿过临界面的位置上； 只考虑土钉的抗拉作用； 土体抗剪强度沿着滑裂面全部发挥； 土体强度参数取土层厚度加权平均值；2）临界滑裂面的确定采用费伦纽斯经验方法确定：采用条分法，找出边坡不考虑土钉作用的稳定安全系数最小的圆弧滑裂面，即为临界滑裂面。条分法分析边坡的

31、稳定性的步骤： 按比例绘出边坡的剖面图，见图3-5。 图3-5 条分法边坡剖面图 单位（m） 根据经验得到最危险坡脚圆弧滑裂面的圆心在o点，滑动圆弧所对应的圆心角为 将滑动土体划分成10条竖直土条，第1、2两条的宽度b为1.5，第39条的宽度为1.7m,第10条的宽度为1.56m. 从图上分别量取各土条的竖向中心线高度，计算各土条的重量及切向分力和法向分力，相应结果列于表3-2.表3-2 边坡稳定性分析计算表土条编 号土条宽度土条中心高度土条重量11.51.6949.432319.3145.5021.54.54132.802658.22119.3631.76.88228.0730114.041

32、97.5141.78.78291.0634162.76241.3051.710.49347.7438214.09274.0261.711.78390.5142261.30290.2171.713.12434.9346312.86302.1381.714.16469.4051364.79295.4091.710.83359.0157301.09195.53101.564.06123.5163110.0556.07合计1918.242017.0323.76 从图上分别量取各土条的竖向中心线至滑动圆弧圆心的距离，按下式计算各土条滑裂面中点与滑动圆弧圆心边线同竖直线间的夹角，（亦即各土条滑动圆弧面中点

33、切线与水平线之间的夹角） 计算滑动圆弧ACl的长度； 按公式 计算安全系数2 由以上计算可知，按1：0.2放坡，即放坡3m时，土钉墙的稳定性不满足要求。所以需加大放坡，按1：0.4放坡，坡角，放坡。边坡的剖面图见图3-6，相应的计算结果列于下表3-3。所以安全系数：稳定性满足要求。表33 边坡稳定性分析计算表土条编 号土条宽度土条中心高度土条重量12.02.3290.481218.8188.5022.06.81265.591777.65253.9832.011.11433.2922162.31401.7441.812.75447.5327203.17398.7551.811.73411.723

34、2218.18349.1661.810.48367.8537221.38293.7871.88.96314.5043214.49230.0181.87.07248.1649187.29162.8191.84.67163.9257137.4789.28101.51.7551.196546.3921.63合计18.32794.231487.142289.6424.59图3-6 条分法边坡剖面图 单位（m）3）土钉支护结构内部稳定性安全系数7式中，作用于土条i的土体自重和地面、地下荷载，KN/m ； 土条i圆弧滑裂面切线与水平面之间夹角，°；土条i的宽度，m ；（同前边的hi）土条i圆弧滑

35、裂面所处第j层土的内摩擦角标准值，° 土条圆弧滑裂面所处第j层土的粘聚力标准值， ; 第k排土钉轴线与该处滑裂面切线之间的夹角，°；第k排土钉的水平间距，m ；滑裂面上第排土钉的最大抗力(KN)，取下列三式之较小值： 按滑裂面外侧土钉抗拔条件 按滑裂面内侧土钉抗拔条件 按土钉材料抗拉屈服条件 式中，土钉孔径，m ; d土钉钢筋直径，m ; 土钉总长度，m ; 土钉在滑裂面外侧伸入稳定土体中的长度，m ; 钢筋抗拉强度标准值，按混凝土结构设计规范（GBJ89）取用，;土钉端部与混凝土面层连接处的极限抗拔力，KN；土钉与周围土体之间的界面粘结强度标准值，宜由现场拉拔试验确定，取

36、现场实测平均值的0.8倍；如无试验资料，可用该处土体的抗剪强度计算推定；也可参土层锚杆设计与施工规范（CECS22：90）。求 按滑裂面外侧土钉抗拔条件 值在50100之间，取值为 按滑裂面土钉抗拔条件 按土钉材料抗拉屈服条件 土钉钢筋直径 由混凝土结构设计规范查得，取以上三式之较小值，即按式计算，得把等各参数值代入下式中，计算得：支护结构内部稳定性安全系数列入表3-4：表3-4 支护内部整体稳定性安全系数基坑深度612最小安全系数1.21.31.4土钉墙的内部整体稳定性满足要求。4）土钉强度与抗拔力验算2 使用状态下由土体自重和超载引起的每一根土钉内力可按图3-7所示的侧向压力分布图形由下式

37、计算出：图3-7 侧向压力分布图 单位（m） 式中，土钉的倾角，º； 土钉长度中点所处位置上的侧压力，； 土钉长度中点所处位置上由支护土体自重引起的侧压力，； 地表均布荷载引起的侧压力，；图中和的取值如下：对于的砂土和粉土：对于的一般粘性土：式中，主动土压力系数，； 土的重度，； 基坑深度，； 各层土钉在设计内力作用下应满足下列强度条件： 式中，土钉的局部稳定性安全系数，取，基坑深度较大时取较大值； 土钉设计拉力，； 土钉钢筋直径，； 钢筋抗拉强度标准值，按混凝土结构设计规范（GBJ10-89）取用。取 5带入上式得： 各排土钉的长度宜满足下列条件： 式中，土钉轴线与倾角等于斜线的交

38、点至土钉外端点的距离，； 值根据各层土的值按其层厚加权的平均值计算；土钉孔径，；土钉与土体之间的界面粘结强度，；由边坡的剖面图，可得各值，将其列入表3-5，其中，由下表得知，各排土钉的长度均满足条件：，满足设计要求。（3）外部整体稳定性分析31）抗滑动稳定分析 抗滑安全系数为： 式中，抗滑动稳定安全系数； 墙后主动土压力，； 假设墙底断面上产生的抗滑合力，；表35 土钉长度验算表序号123456789103.242.922.602.281.961.641.320.100.370.3511.7211.411.0810.7610.4410.129.88.588.858.83181616151513

39、121099其中， 其中，宽度抗滑动稳定性满足要求。整体稳定性无需验算。82）抗倾覆稳定性验算 设为抗倾覆力矩，则 式中，每延米墙土的重量，； 土钉水平距，；设为倾覆力矩，则式中，即为（1）中的安全系数土钉墙的抗倾覆稳定性满足要求。综合上述计算，土钉墙的稳定性均满足要求，可以选取土钉墙支护方案。3) 喷射混凝土面层强度验算在土体自重及地表超载作用下，喷射混凝土面层所承受的侧向压力可按下式估算：式中，土钉水平间距与竖向间距中的最大值，； 和同上式计算中的值；即 ，；这个数值远小于钢筋焊接强度，安全。3.2.2 桩锚支护3.2.2.1 参数的选择该基坑形状为不规则基坑，平面形状比较复杂，所以决定采

40、用钻孔灌注桩挡土结构，钻孔桩直径800，桩中心距1500，共设三层锚杆做支撑围护结构，倾角15，锚杆锁定于连梁上。3.2.2.2 土压力计算由3.2.1.1中计算得知： ， ，3.2.2.3 内力计算用相当梁法进行计算。考虑桩墙与土体间摩擦力对被动土压力系数进行修正：墙前：墙后： 基坑底面土体到土压力为0点的距离：4相当梁法计算图示如图3-8所示，计算支撑反力图3-8 相当梁法计算图示 单位（m）把值、当作一个值集中在C点进行计算，然后把算出的三个力平均分布。由 得由，即减小，使在处进行计算。，即由得 设最大弯距所在截面距地表为，则代入数值得 令即解得：, 3.2.2.4 求插入深度4 取 灌

41、注桩总长度为：3.2.2.5 钻孔灌注桩的构造配筋2桩径，桩中心距为1500mm，经计算挡土墙最大弯矩为： 单桩承受最大弯矩： 按均匀周边配筋计算：取灌注桩采用砼，II级钢筋，保护层厚度，则设钢筋配置为，, 而有查表得 代入下式得 故按配筋可以满足要求。 箍筋采用螺旋筋，间距，桩长为，需围84圈。每隔布置一根长的焊接加强箍筋。23.2.2.6 土层锚杆设计（1）自由段长度的确定由于是三层锚杆，所以仍要采取分层计算方法。锚杆设计简图如下图3-9所示土锚自由段长度，按超出滑裂面确定： 取图3-9 锚杆设计简图 单位（m） 取 取（2）锚固段长度的确定4暂设三层锚杆的锚固段长度分别为,锚固段直径 则

42、锚固段中点埋深分别为： 剪切强度 ，取 剪切强度 ，取 剪切强度， 取则三层锚杆总长度分别为：(3)锚杆截面选用，（）3.2.2.7 稳定性验算（1）整体稳定性验算由于围护桩插入深度比较大，且锚杆比较长、比较密，这些对提高边坡抗滑移能力是有利的。根据经验，可不验算该边坡的整体稳定性。（2）深层滑移稳定性3三层锚杆的稳定性验算方法和理论均和3.2.1.1中相同，经过稳定性验算，每层锚杆的稳定性安全系数均大于1.5，即当三层锚杆的长度分别为，时，满足稳定性要求。（3）基坑底部土体抗隆起稳定性验算 具体验算方法和步骤同3.2.1.1中的抗隆起稳定性验算。经验算，稳定性满足要求。3.2.3 土钉墙加桩

43、锚联合支护（上部土钉墙、下部桩锚）根据工程的实际情况和地层条件，采用：-6.0m以上土钉墙支护，-6.0m以下桩锚支护方式。设计简图如图3-10所示。3.2.3.1 -6.0m以上土钉墙支护（1）土钉结构构件尺寸及有关参数的初步选定 土钉墙面按放坡，放坡，坡角。 土钉向下倾角： 土钉钢筋直径采用HPB335级钢筋,直径为 土钉孔径: 土钉长度土钉长度L与基坑开挖H之比对非饱和土宜在0.5-1.2的范围内，长度确定为:8m 、7m 、6.5m 、6.5m 、5.5m 土钉间距土钉水平和竖向间距和宜在1-2的范围内确定为：， 面层钢筋网的直径为6.5,网格尺寸,搭接长度为500；钢筋网喷射混凝土面

44、层的厚度为100,喷射混凝土的强度为。 图3-10 土钉墙加桩锚联合支护设计简图 单位（m） 土钉钢筋与喷射混凝土面层的连接:可在土钉端部两侧沿土钉长度方向焊上短钢筋,并与面层内连接相邻土钉端部的通长加强钢筋相互焊接. 土钉支护的喷射混凝土面层宜插入基坑底部以下,插入深度应不小于0.2.在基坑底部周边地面上宜设置宽度为1的喷射混凝土护顶(可不配筋)；注浆材料采用1：2的水泥砂浆。（2）土钉墙支护内部稳定分析1）临界滑裂面的确定采用费伦纽斯经验方法确定：采用条分法，找出边坡不考虑土钉作用的稳定安全系数最小的圆弧滑裂面，即为临界滑裂面。条分法分析边坡的稳定性的步骤： 按比例绘出边坡的剖面图，见图3

45、-11。 根据经验得到最危险坡脚圆弧滑裂面的圆心在o点，滑动圆弧所对应的圆心角为 将滑动土体划分成6条竖直土条，第15两条的宽度b为1.0，第6条的宽度为1.2m. 从图上分别量取各土条的竖向中心线高度，计算各土条的重量及切向分力和法向分力，相应结果列于表3-6（见下表）。图3-11 条分法边坡剖面图 从图上分别量取各土条的竖向中心线至滑动圆弧圆心的距离，按下式计算各土条滑裂面中点与滑动圆弧圆心边线同竖直线间的夹角，（亦即各土条滑动圆弧面中点切线与水平线之间的夹角） 计算滑动圆弧AC的长度； 按公式 计算安全系数由以上计算可知，按1：0.2放坡，即放坡1.2m时，土钉墙的稳定性满足要求。表3-

46、6 边坡稳定性计算表土条编 号土条宽度土条中心高度土条重量11.01.0219.896117.409.6421.02.548.755238.4230.0131.03.670.24448.7750.5041.04.587.753752.8170.0851.05.2101.43152.2286.9261.22.763.182526.7057.26合计19.52236.32304.418.922）土钉支护结构内部稳定性安全系数8公式中各字母的含义详见3.2.1.2中的土钉墙支护。求 按滑裂面外侧土钉抗拔条件 值在50100之间，取值为5 按滑裂面土钉抗拔条件 按土钉材料抗拉屈服条件 土钉钢筋直径 由

47、混凝土结构设计规范查得，取以上三式之较小值，即按式计算，得 把Rk、Wi、Qi、等各参数值代入下式中，计算得：土钉墙的内部整体稳定性满足要求。3) 土钉强度与抗拔力验算 使用状态下由土体自重和超载引起的每一根土钉内力可按下图所示的侧向压力分布图形由下式计算出： 式中，土钉的倾角，º； 土钉长度中点所处位置上的侧压力，； 土钉长度中点所处位置上由支护土体自重引起的侧压力，； 地表均布荷载引起的侧压力，；图中和的取值如下： 各层土钉在设计内力作用下应满足下列强度条件： 式中，土钉的局部稳定性安全系数，取，基坑深度较大时取较大值； 土钉设计拉力，； 土钉钢筋直径，； 钢筋抗拉强度标准值，按

48、混凝土结构设计规范（GBJ10-89）取用。取 9带入上式得满足稳定性要求。 各排土钉的长度宜满足下列条件： 式中，土钉轴线与倾角等于斜线的交点至土钉外端点的距离，；对于分层土体，值根据各层土的值按其层厚加权的平均值计算；土钉孔径，；土钉与土体之间的界面粘结强度，；由边坡的剖面图，可得各值，将其列入表3-7，其中，表37 各排土钉长度验算表序号123452.01.51.00.530.057.016.516.015.545.06876.56.55.5由上表得知，各排土钉的长度均满足设计要求。（3）外部整体稳定性分析1）抗滑动稳定分析 抗滑安全系数为：3 式中，抗滑动稳定安全系数； 墙后主动土压力，； 假设墙底断面上产生的抗滑合力，； 其中，宽度抗滑动稳定性满足要求。2）抗倾覆稳定性验算3 设为抗倾覆力矩，则 式中，每延米墙土的重量，； 土钉水平距，；设为倾覆力矩，则式中，即为（1）中的安全系数土钉墙的抗倾覆稳定性满足要求。综合上述计算，-6.0m以上土钉墙的稳定性满足要求。3）喷射混凝土面层强度验算在土体自重及地表超载作用下，喷射混凝土面层所承受的侧