基坑支护毕业设计8

1、北京市朝阳广场基坑设计学生 王文波 指导老师 张岳文河北工程大学土木学院土木工程专业岩土方向0 绪论作为大学四年学习的最后一个阶段毕业设计，其设计的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，并按照现行规范，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，因此要达到以下要求：学会对资料的收集、整理、分析、评价等基本方法，学会阅读并编写勘察报告。通过对基坑支护、基坑降水和设计，施工图的绘制，对岩土

2、工程有更深刻的理解，具备独立分析问题、解决问题的能力。通过本次设计,应学会熟练掌握和使用在岩土工程方面的应用广泛的电算技术，以提高设计的效率。此次设计的朝阳广场基坑支护工程位于北京东二环朝阳门立交桥东北角，西邻东二环路，南邻朝外大街，与外交部办公大楼隔街相望。拟建最高26层左右的建筑，檐口高度约100m，总建筑面积38万，基底面积约32073，相应绝对标高为42.50m，自然地面标高为41.14m，采用钢筋混凝土筏型基础，结构形式为钢筋混凝土框架剪力墙结构。由于该工程基坑开挖较深，边坡不能自然稳定，必须对其进行支护。经过对几种支护方案的分析计算比较后得出最佳方案。采用土钉墙+多支点排桩支护体系

3、。在西南角处用土钉墙+锚杆支护体系。降水采取了特别处理，及在基坑内设置了排水井。1 工程概况及方案的选择1.1工程概况工程地质勘察资料 拟建场区的工程地质条件本工程拟建场地在地貌单元上位于永定河冲洪积扇中部。 拟建场区地形基本平坦，勘探时钻孔孔口处地面标高为40.4943.53m。 场区地层岩性及分布特征按地层沉积年代、成因类型，将本次勘察深度范围的土层划分为人工堆积层和第四纪沉积层两大类，详见下表。拟建场区的水文地质条件本工程拟建工程深度范围内共分布3层地下水，类型分别为：第1层地下水为上层滞水，赋存于第1、2层的杂填土与粉质粘土中，受管道渗漏影响该层地下水水位分布不连续，埋深变化较大，水量

4、的分布也不均衡；第2层地下水为层间潜水，含水层为第6层卵石层，该层地下水水位连续分布；第3层地下水为承压水，赋存于具强透水性的第13层中砂层中，具体各层地下水的类型及埋深情况详见下表：表1-1序号地下水类型地下水稳定水位量测时间水位埋深（m）水位标高（m）1上层滞水1.405.0037.4440.852004年3月中旬下旬2层间潜水15.0018.4024.8425.753承压水（测压水头）21.5024.5018.9620.13 地层岩性特征一览表 表12 地层序号岩性颜色湿度稠度密度压缩性 杂填土杂稍湿饱和稍密/粉质粘土褐黄湿饱和可塑软塑低中低中压缩性粉砂、细砂褐黄湿密实低压缩性细砂褐黄湿

5、中密低压缩性粉质粘土褐黄褐黄（暗）（局部灰黄）饱和可塑硬塑低中低压缩性圆砾、卵石杂湿饱和中密低压缩性粉质粘土褐黄褐黄（暗）（局部灰黄）饱和可塑硬塑低中低压缩性粉土褐黄饱和中密密实低压缩性粘土褐黄饱和可塑硬塑低压缩性粉土褐黄饱和密实低压缩性中砂褐黄饱和密实低压缩性粉质粘土褐黄湿饱和可塑中低压缩性中砂褐黄湿饱和中密低压缩性表1-3土层层底相对标高(m)层厚(m)重度(kN/m3)孔隙比液性指数j(°)c(kPa)m(kN/m4)(kPa)杂填土-1.51.519/8020粉质粘土-7.2005.718.40.8030.76108500040粉砂-细砂-7.7000.5200.605/25

6、0250070细砂-13.5005.8200.788/320250060粉质粘土-14.2000.719.40.7630.3029.825320060圆砾、卵石-19.0004.8190.653/38.007800240粉质粘土-23.6004.620.20.7320.2619.735380065粉土-24.5000.920.50.703/25.015220070粘土-25.7001.220.20.8720.2619.735330065粉土-26.2000.520.50.532/25.015330090中砂-29.53.3190.558/28.002500115粉质粘土-34.04.518.6

7、0.7060.5521.015300045中砂-41.77.719.50.650/23.00320080有关主体结构的设计资料拟建最高26层左右的建筑，建筑基底面积约32073m2，,相应绝对标高为42.50m，自然地面标高为41.14m，采用钢筋混凝土筏型基础，结构形式为钢筋混凝土框架剪力墙结构。周围环境资料朝阳广场位于北京东二环朝阳门立交桥东北角，西邻东二环路，南邻朝外大街，与外交部办公大楼隔街相望。本项目地块分南、北两区，南北两区地下连为一体，南区为中石化集团科研办公楼，由中国石化集团公司投资建设；北区为集办公、酒店式公寓和商业为一体的综合性建筑，由联合置地房地产开发有限公司投资开发。本

8、拟建工程场地西南角，有一地铁出入口站房，其外墙与中国石化科研办公楼地下室外墙之距离仅有0.56m，其基础埋深约为2.7m.。1.2 方案选择 整个深基坑为一级的安全等级，由于基坑下部有三层地下水，而且水位比较高，因此不能用一般的土钉墙，本基坑深20米 坑中又有水 因此在除了西南角有地下工事的选用土钉墙加锚杆其余的部分用排桩加锚杆再进行基坑内降水。 排桩加锚杆采用密排桩加高压喷射水泥桩，由支护桩的构造要求得：排桩桩直径不宜小于600毫米 ，桩间距应根据排桩的受力及桩间土的稳定条件来确定。 土钉墙加锚杆 由于在基坑的西南角有地铁站的出口，而且与基坑红线仅有0.56米，所以没有机器的工作面，经分析采

9、用土钉墙加锚杆里面用截水帷幕。2 桩锚设计2.1 排桩的初步设计与内力设计计算 土相关参数与土压力的计算由于各土层的平均重度相差不大，也为了计算的方便，因此采用了加权平均重度值；=19.34N/M ，土的内摩擦角=27度 ，粘聚力C=10 计算如下：地面的荷载值按规范 q=10 主动土压力的计算：系数Ka=tan2(45°-/2)=0.376被动土压力系数：考虑桩在基坑下，现取p=30°=2/3=20.土压力为零点土压力为零点就是零弯矩点，距离坑底面的公式为：则：y=149.2/129.1=1.156 m 取 y=1.16 m.基坑支护简图 图表 1 ：土压力的分层计算一层

10、：二层：三层：四层：五层：六层：七层：.分段计算固端弯矩：连续梁AB段悬臂部分弯矩：: 梁BC段：B支点的荷载 C支点的荷载 由建筑结构静力计算手册的公式得：图表 2：梁CD段：在CD中，如图为两固定端，由建筑结构静力计算手册的公式：图表 3得:：梁DEF段: =112.9kN; =149.2-112.9=36.3kN ; =149.2kN由 建筑结构静力计算手册得：图表4得：弯矩分配：由于计算的固端弯矩不平衡，所以需用弯矩分配法来平衡支点C,D的弯矩:分配系数的确定： 通过弯矩分配，得出的各支点的弯矩为：BCD0.420.58+86.72-253.4+70+96.7-15+6.3+8.7+1

11、98.49-198.490.620.38300.5299.2+48.3-30-18.4+198.5-198.5+163-163+318.8317.6弯矩分配 求各支点得反力：如上图所示，先求对A点取矩 ：求，对C点取矩：则：:如图CD段，对D点求矩：:如图DF段，F点 Mf=0则：的计算，对D点取矩:经计算各支点的反力为： 反力的核算：土压力及地面荷载共计：支点的反力：误差为： 得出土压力为零点 用公式的出为零点：y=1.16m则最小入土深度为：则取嵌固深度为：7.5米2.2按工况进行验算 说明 本基坑深20米，本工程的验算采用“逐层开挖锚杆力不变法”来验算的,其图如下： 求B点所受的水平力：

12、先求出10.5米以下的弯矩为零点处y的距离，查表得出砂性土的=32°则：:Ea的计算：:对O1点的力矩：:对O点的合力矩为零则：推出：:最大弯矩的计算： 求C点的所受水平力： 图表 5图表 6：挖土按工况进行再D点以下0.5米处深度，看为无粘性砂土所以： m处为土压力为零点:Ea的计算：:对O2的力矩为：:对O2点弯矩相等:的计算图表 7 求D点的所受水平力Rd的值：Rd是在挖土完成时的力，即-20米处的；按照经验=19.7°为粘土标准的锤击数相当为：:Ea的计算：:Mo3的值得：（主动土压力下的弯矩）:对o3点取矩，总的力矩为零：得:则： : 的值：是与相等。2.3 内力

13、与配筋图表8 桩的抗弯矩配筋：桩的相关数据如下：d=800mm,砼取C25,试取12根直径是28mm的其:计算：按混凝土结构设计GB10-89第条中的公 式计算：令N=0得：令,将上式整理得：代入式，: 的计算：用试算法得出几组数据作图k-b如下表2-40.280.290.300.31b0.290.350.410.48经作图查出：=0.291则：配筋率2：桩的箍筋的配筋：所以可以直接按最小配筋来定箍筋:图表9则取: 验算:满足要求。2.4 锚杆计算与腰梁设计 锚杆的设计1：锚杆的布置： S-锚杆的水平间距，即取 1.5米 X-锚杆的倾角x=15°假设锚杆垂直于潜在划裂面，则经计算：图

14、表 10各杆的自由段的长度分别为：7.1米；4.7米；2.35米所以2:由以前计算出的各支点的力分别为：来作为各锚杆的设计轴力。第一道锚杆需承受的拉力：第二道锚杆需承受的拉力：第三道锚杆需承受的拉力：3:锚固段长度的确定:设自由段长度均为5米取钻头直径的1.2倍：由P1=400.95kn 锚杆的端头深5米 ，先假设锚杆长12米，则中心高：其中5-10.4米内分别经过了：粉质粘土2.2米，T=68.6；：粉沙0.5米，T=180.4则：取14mL1=8+14=22m: 由P1=661.6kn/根，锚杆的端头深10米 ，在11.6-15.1米内分别有以下几层土：细砂1.9米，T=180.4；：粉质

15、粘土0.7米，T=68.6；：圆砾，卵石0.9米，T=430.7则：取15米则：L2=7+15=22m：由P1=1508.9kn/根，锚杆的端头深15米 ，设锚杆长20米则：从16.1-20.8米以内T的计算：圆砾，卵石2.9米，T=430.7；：粉，粘土1.8米，T=68.6则：米 取18米 则:L3=5+18=23m 钢绞线的计算用75的钢绞线，极限抗拉力为180千牛每束束1:设计腰梁时可以把腰梁看作是一个连续梁,所以 可以用钢结构的公式来计算公式如下:设需要的钢材为：第一道中：,按固定支座来计算：由式得：,因此选择槽钢16a,其满足设计要求。: 第二道中：,按固定支座来计算：由式得：,因

16、此选择槽钢20a,其满足要求。：第三道中：,按固定支座来计算：由式得：则,因此选择槽钢22b,其满足设计要求。图表 112.5 排桩验算 管涌验算按 法计算hcC点的水头压力hbB点的水头压力由于实际的深度为7米大于3.7米所以满足要求。 锚杆的整体稳定性验算基坑深20米，分三层锚杆，锚杆的端部的深度依次为：-5，-10，-15米在锚杆的整体稳定性验算中用“克兰茨法”来计算：相关数据如下：取平均值：,1：求整体稳定安全系数f的值：锚杆锚固中点深为-8.5米则：因为：，则Ka=0.37要计算地面荷载值:代替墙的主动土压力为：: 所以满足要求。2：Ta,求整体安全系数：经计算则：图表 12：: ：

17、因为，则Ka=0.37则要对地面的土压力进行计算：:代替墙的主动土压力为：:求则：所以满足要求。3: ：:：因为：=13°<=27°,则可以不计算地面的荷载： :代替墙的主动土压力为：:求：则：所以满足要求。2.6 基坑位移计算 坑底以下桩的位移查表得m值：由 当混凝土选择为：C25时，则桩的变形系数为：其中时位移的计算公式为:系数的计算：由于嵌固深度为7.5米，则 由以上的数据可以做表来计算基坑以下的桩的位移:其中需要的公式如下: 表- 5 则:坑底以下的位移最大的是坑顶部,其位移为0.0018m。 坑底以上桩的位移 1：分三部分计算：分别在R1，R2，R3个自作用

18、下在A到H各点产生的位移，再加上土压力产生的位移，在土压力的计算中简化看作是三角形的土压力，其中用的公式为：简明建筑结构设计手册 。1.1：在P3作用下各点的挠度： P3=815.1kN则：任意一点N的水平位移亦由以下三部分组成：1.2：O的水平位移：1.3：转角在N点引起的位移：图表 131.4:挡墙悬臂部分作用在P以下N处的位移：N以上： N以下：相关系数： 图表 14 表- 62:在P2作用下各点的挠度，其为：P2=357.4kN则：水平位移由下面三部分组成：2.1：O点的水平位移：2.2：转角在N点引起的位移：图表 152.3:挡墙悬臂部分作用在P以下N处的水平位移：P以上： P以下：

19、 图表 16 表- 73:在P1作用下各点的挠度，其为：P1=216.6kN则：水平位移由下面三部分组成：3.1：O点的水平位移：3.2：挡墙悬臂部分作用在P以下N处的水平位移：P以上： P以下： 表-84: 在梯形荷载作用下,水平位移的大小为:梯形荷载的合力为: 合力离基底面的力臂为:4.1:挡墙作为弹性 地基杆件,在基坑底面处O点的受力Q及弯矩Qb, O点的水平变位:4.2:挡墙作为弹性地基杆件,在基坑底面O受Q及弯矩 Qb 后产生的转角在N点产生的水平位移为：4.3：挡土墙作为悬臂梁，在梯形荷载土压力下在N点产生的水平位移：4.4：综合以上的位移 作表如下：其中有位移为0.735m 图表

20、 17 表-95：总的位移合算如下表格： 表-10由上面的表格得知，基坑以上的地基变形选中的8个点各点的位移分别为： 其中最大的变形发生在A点，也就是在基坑的上边缘，其最大2.7基坑稳定性验算 排桩基坑稳定性验算结果-105.713968.8659787015.923627.437059023.960645.86355029.927363.7369893516.350581.7082893518.265798.3208722523.8875126.16143522.2182139.722633522.4871153.552367020.6088168.060943026.0709179.894

21、441524.7284189.4091422.521.6661197.566257.521.1718205.840731519.4548217.533321517.0948224.212171514.4342228.214821511.8195234.4596300240.4676400246.2193600251.6955800256.8774370355.7843585.8205其验算结果如下:6026.7373240.63045094.4408677.743630108.7544113.751216145.9652147.14950154.423181.87337.5161.144221

22、2.030337.5164.7499219.38350226.73230.61690225.8502250.34610222.2225301.20130215.981323.8313597.75545352.78033595.71079365.303225104.6284393.07223591.46542421.45763587.5063433.64137076.93956463.6373093.6379476.01511586.41782489.172422.574.40055501.87277.570.88786520.15511563.08969542.64371554.5953355

23、0.81841545.75471556.47351536.92187563.3893031.83519569.6562021.38849575.2573010.77254580.176401.9E-14584.3985712890.70610428.48 因为：370+355.784+3585.8205+2890.706+517+2710.7-10428.48=-0.08约等于零 因此 基坑稳定性满足要求。 H151587.67.58147100.9660.260.18216181130206.9250.9340.360.4726524132.50249.5250.8990.440.47304

24、281528284.329.80.8660.50.573443216225315.229.80.8290.560.5737336181.525342.329.80.7990.60.5740339191.525365.529.80.7660.640.5743342201.50386.8380.7310.680.7846345211.50406.1380.6950.720.7849348221.50423.5380.6560.750.7852351231.50439380.6160.790.785425324135454.519.70.5880.810.36562552413546819.70.5

25、590.830.365825725125491.221.50.530.850.396025926135500.919.70.50.870.366226126135510.619.70.4690.880.366646427235518.319.70.4070.910.366846827215526250.3750.930.477026928115531.9250.3420.940.4773372281.515535.7250.2920.960.4774174280.515541.5250.2760.960.477627528115549.3250.2420.970.477827729115553

26、.1250.2080.980.478027929115555.1250.1740.980.478228129115558.9250.1390.990.47842832910562.8280.1050.990.53862852910566.7280.0710.53882873010570.5280.03510.53902893010574.4286E-1710.534419.8716028619.8716028630.8105.043005556.075723480140.253592990.6847641322147.6988727124.77270280216.1373207129.7202

27、29.5860537130.83280360237.3599766150.728644757.75111.4892925197.148542457.75112.2721713240.334306357.75111.7241661295.033494638.5112.479639300.877604716.5145.6492233324.312702938.5110.7642337365.018531738.5108.8403023391.393990716.5138.7175892402.84665460153.5537863444.7017140148.3859487464.45610190

28、142.1696385482.37026090135.4662325500.02395130127.8434273515.6220640119.8046596521.61512130110.9871282543.776989516.573.51789946556.216430416.566.6728352568.110053816.559.59787813579.429925416.552264234216.544.5039258596.442566416.536.71874769603.945740416.528.69599785608.835749816.520.

29、58685432613.000437916.512.40100777616.430044716.54.148305229619.1156913583.553385.07446512038.00915排桩基坑稳定性验算结果-2 H101055.45.58104100.9850.174059.43.85818229.80.9560.2920.57270552219.5122.750232320.9270.3750.62486942624142.210275300.8990.4380.5773543028162.20309380.8660.50.78128633331.51

30、81.650340380.8390.5450.78128633634.5191.650366380.8090.5880.78128633937.5201.653539119.70.7770.6290.35805234240.5211.653541219.70.7430.6690.35805234543.5221.653543119.70.7070.7070.35805224746231.13545119.70.6820.7310.35805224948241.115466250.6560.7550.46630825150251.13548219.70.6290.7770.35805225352

31、261.13549519.70.6020.7990.35805225554261.115509250.5740.8190.46630825756271.10520280.5450.8390.53170925958281.10532280.5150.8570.53170926160281.10542280.4850.8750.53170926362291.10551280.4540.8910.53170926564291.10559280.4230.9060.53170926766291.10567280.3910.9210.53170926968301.10572280.3580.9340.5

32、3170927170301.115578210.3260.9460.38386427372301.115584210.2920.9560.38386427574311.115590210.2590.9660.38386427776311.115594210.2250.9740.38386427978311.115598210.1910.9820.38386428180311.115601210.1560.9880.38386428382311.115603210.1220.9930.38386428584311.115605210.0870.9960.38386428786311.115607

33、210.0520.9990.38386428988321.115609210.01710.383864 H34240.521.31.653525.14219.70.76040.6490.3580534543.522.31.653544.48219.70.72540.6880.358052474623.31.13563.82219.70.69470.7190.358052494824.11.11579.294250.66910.7430.466312515024.91.13594.76619.70.64280.7660.358052535225.61.135108.319.70.61570.78

34、80.358052555426.31.115121.84250.58780.8090.466312575626.91.10133.45280.55920.8290.531712595827.51.10145.05280.52990.8480.5317126160281.10154.72280.50.8660.531712636228.51.10164.39280.46950.8830.531712656428.91.10172.13280.43840.8990.531712676629.31.10179.86280.40670.9140.531712696829.61.10185.66280.

35、37460.9270.531712717029.91.115191.47210.3420.940.383862737230.21.115197.27210.3090.9510.383862757430.51.115203.07210.27560.9610.383862777630.71.115206.94210.24190.970.383862797830.91.115210.81210.20790.9780.383862818031.11.115214.67210.17360.9850.383862838231.21.115216.61210.13920.990.383862858431.3

36、1.115218.54210.10450.9950.383862878631.41.115220.48210.06980.9980.383862898831.51.115222.41210.03490.9990.3838657.759.56792795529.6697743157.7514.1501536548.7538141938.518.3612814269.0340335616.527.8615787186.2658862638.524.11202949104.332035838.526.07878262121.192271516.5366611441042.6

37、505325154.5987607043.68736413170.9368145043.79158879185.4472159043.53166042200.1703999042.45103419212.8018938041.0606401225.481838038.97271924235.841452216.526.45031647246.110947616.524.58623594256.260656616.522.54435451266.260838416.520642218516.517.62248724280.775116916.514.9761600128

38、7.638906216.512.10620339291.723466516.59.170183229295.477029916.56.171456193298.888943716.53.113518128301.9489487429609.30059154781.914408 排桩基坑稳定性验算如下 429+609.3005915+4781.914408+583.55+3385.074465+2710.7-12038.00915=460.90 所以基坑的稳定性满足要求。3 土钉墙3.1 土钉墙的设计 相关系数的确定 确定 土钉墙的平面和剖面尺寸,及分段施工高度基坑总深度为20米加固的高度为20

39、-2.7=17.3m，设初道土钉从-3米开始，在初步的设计中定：图表 18 确定土钉的角度，长度，倾角及在空间的方向 如上图所示：用两道锚杆，其位置分别在基坑以下-6.2米，9.4米，其他的都为土钉其之间的间隔为1.6米，与水平的夹角为15度。：土钉长度的确定： 1:系数Ka的确定：2:土压力Po的确定： 3:N的计算：4:La的确定： 以的加权平均值来计算：则： 假设： L处的土钉是水平的（近似水平） 则： 设土钉的直径为150mm，由下式 得：由上面的结果可以确定各土钉的长度为：5:整体分析：其中抗力的确定是由下两个公式取小值： 与式 其中取小值，下面对锚杆进行分析验算：其中R远远大于R

40、所以在计算抗力的时候选择后面的值。6：土钉的钢筋的确定： 由公式得 设钢筋的抗拉强度的标准值为：分别取1根直径为36mm的面积为1017.9 1根直径为25mm的面积为490.9 1根直径为25mm的面积为490.9 1根直径为25mm的面积为490.9 分别取相应的钢筋为：1根直径为28mm的面积为615.31根直径为20mm的面积为314.21根直径为20mm的面积为314.21根直径为20mm的面积为314.2 相应锚杆的确定用土钉墙的水平压力来设计计算L的值：1：相应力的计算，由于所以选用的公式为：则可以和土钉墙的一样取：2：求锚固段的长度：（同上求出），安全系数为1.5则：则锚杆全长

41、为：3：钢绞线的设计计算：用的钢绞线，其极限抗拉强度为：180千牛每束:分别取3根，2根。3.15:混凝土面层设计:由P=31.4根据基坑土钉墙支护技术规程，取面层厚度为140mm;砼的取C30;钢筋网取两层直径为6mm，网格为200mm乘200mm的钢筋3.2 土钉墙的稳定性验算土钉墙的稳定性验算结果1土钉墙的稳定性验算 结果1 114.0578.3274.0728.513.510876.44124.54962.5937.522.530068.23159.16822.22442932059.65186.6311.8549.534.5320410.81209.06541.485439320411.99231.88661.4858433025412.92249.87281.486247380413.75265.9251.486651380314.42278.88281.1169.554.5380315.11292.22741.1172.557.5380315.68303.25121.1175.560.5380316.18312.92121.1178.563.519.735316.61321.23741.1181.566.519.735316.98328.39321.1184.569.519.7350.4771590.2334450.8788170.972370.