对采用放坡和土钉墙相结合的深基坑支护设计的简单计算

1、基坑支护方案的设计1.1考虑局部基坑断面为素填土为最不利基坑开挖工况，进行土钉墙支护方案设计，支护深度7m。依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）第3.1.3条，基坑四周空旷、无建筑物。支护结构失效，对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响不严重，确定该支护结构的安全等级为三级。1.2本工程为临时性工程，设计使用期限为3个月，自支护结构施工结束起算，为保证基坑四壁的安全稳定性，考虑基坑较深，局部为素填土、性质不均匀，四周具备放坡条件，基坑四周采用放坡和土钉墙结合的处理方案，按1：1.4进行放坡，配合设置土钉墙进行基坑四壁的加强处理。沿坑壁均匀设置三排土钉，土钉的垂直间距2m，自自然地坪算起每2m设置一排土钉，水平间距2m，均匀放置，采用自钻式锚杆（土钉）(型号为HRB300，2Ø16)，错杆成孔直径130mm，与水平向夹角为15°，锚杆钻进过程中可以使用水泥作为眼进浆液一起钻进，严格控制塌孔、流土现象。采用压力注浆注纯水泥浆，注浆压力为0.2～3MPa，水灰比为0.4～0.5，必要时可加入一定量的外加剂。1.3单根土钉的轴向拉力标准值计算Nkj=(5.2.2)式中：Nkj——第j层土钉的轴向拉力标准值（KN）aj——第j层钉倾角（15°）——墙面倾斜时的主动土压力折减系数，可按本规程第5.2.3条确定——第j层土钉轴向拉力调整系数，可按本规程公式5.2.4-1计算——第j层土钉处的主动土压力强度标准值（KPa），应按本规程第3.4.2条确定Sx,j——土钉的水平间距（m）Sx,j=2mSz,j——土钉的垂直间距（m）Sz,j=2m1.3.1坡面倾斜时的土压力折减系数式（5.2.3）式中：β-土钉墙坡面与水平面的夹角β=35°—基坑底面以上各土层按厚度加权的等效内摩擦角平均值（10°）=10°计算得：=0.311.3.2±钉轴向拉力调整系数（5.2.4-1）(5.2.4-2)式中Zj——第j层土钉至基坑顶面的垂直距离（m）h—基坑深度（m）h=7m△Eaj—作用在以sx,j、sz,j为边长的面积内的主动土压力标准值（KN）计算系数经验系数，取0.6n—土钉层数计算得：1.3.3单根土钉各层的轴向拉力标准值计算得：1.4单根土钉的极限抗拔承载力计算(5.2.1)式中Kt一一土钉抗拔安全系数;安全等级为三级的土钉墙，Kt不应小于1.4;Nk,j---第j层土钉的轴向拉力标准值(kN)，应按本规程第5.2.2条的规定计算;Rk,j——第j层土钉的极限抗拔承载力标准值(kN)，应按本规程第5.2.5条的规定确定。计算得：RK1=41.5KNRK2=65.5KNRK3=88.9KN1.5土钉取HRB300，2Ø16，fyk=300Mpa,土钉杆体的受拉承受力符合NJ≤fyKAs(5.2.6)式中:Nj—第j层土钉的轴向拉力设计值，按本规程第3.1.7的规定计算，N3=r0rFNK=71.KN＜fyKAs=120.5KN1.6对安全等级为三级的土钉墙，按公式（5.2.5）确定土钉的粘结段长度RKJ=πdj∑qskjli(5.2.5)式中：dj——土钉的锚固体直径d1=d2=d3=0.13mqsk,i——第j层土钉与第i土层中的极限粘结强度标准值（KPa）,根据经验并结合表5.2.5取值,素填土，成孔注浆钉取qsk,i=25KPali——第j层土钉滑滑动面以外的部分在i土层中的长度（m），直线滑面与水平向的夹角取土钉2-喷射混凝土面层3-滑动面1.6.1土钉的粘结段长度计算得：L1=4.0mL2=6.4mL3=8.7m1.6.2土钉在滑动面以内部分的非锚固段长度计算得：Lf1=3.1mLf2=1.8mLf3=0.6m1.6.3土钉的计算段长度分别为：L1+LF1=7.1mL2+LF2=8.2mL3+LF3=9.3m统一取土钉总长度10m1.7验算基坑压挖的各工况的整体滑动稳定性，因基坑安全等级为三级，采用简易的平面滑动法计算(5.1.1-2)式中：Ks——圆弧滑动稳定安全系数;安全等级为三级的土钉墙，Ks不应小于1.25;Cj、Ҩj——分别为第j土条滑弧面处土的黏聚力(kPa)、内摩擦角(°)，按本规程第3.1.14条的规定取值;Cj=5KPa、Ҩj=10。Bj——第j土条的宽度(m)θj——第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(°)θj=35。lj——第j条的K滑弧长度(m)，取lj=bj/cosθjqj——第j土条上的附加分布荷载标准值(kPa)qj=0△Gj——第j条的自重(kN)，按天然重度计算R’k,k——第k层土钉或锚杆在滑动面以外的锚固段的极限抗拔承载力标准值与杆体受拉承载力标准值(fAs或fptkAp)的较小值(kN);锚固段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。计算得：RK1=41.5KNRK2=65.5KNRK3=88.9KNak——第k层土钉或锚杆的倾角(°)aK=15°θk——滑弧面在第k层土钉或锚杆处的法线与垂直面的夹角(°)θK=35。Sx,k一第k层土钉或锚杆的水平间距(m);Sx,k=2mV——计算系数;可取Ψv＝0.5sin(θk+ak)tanΨ计算得：Øv=0.55Ҩ——第k层土钉或備杆与滑弧交点处土的内摩擦角(°)Ks——滑动三级土钉墙ks＞1.25计算得：Ks=1.54＞1.25基坑四壁的稳定性符合要求1.8基坑为保证基坑的安全稳定性，经过技术经济效益与技术方案比较拟采用坑内集水坑与明沟排水相结合的排水方案。1.8.1坡底排水沟与集水井:沿基坑周围设置排水沟，其尺寸为400mX300m距槽边50cm，内填碎石，沿基坑四周每30米设置一集水井并与排水沟相连，北侧设基水坑3个，南侧设基水坑2个，水流向为由北向南，南侧安装水泵3.5kw一台。1.8.2坡体排水:基坑侧壁按照水平和竖向间距3m设置泄水孔，泄水孔主体采用直径75m的PWC管。地面防排水措施:基坑坡顶设置挡水墙，挡水墙高为300mm，宽为240m，砖砌，外抹1:2.5水泥砂米，并沿挡水墙外侧设置防护栏杆。坡顶场地应全面进行混凝土硬化封闭，防止地表水滲透、流入基坑。1.9喷射混凝土面层设计要求1.9.1面层挂单层钢筋网Ø6.5@250×250，面层厚80mm:面层钢筋网固定时，将Ø14(L＝400m)短钢筋击入土层，外部与面层钢筋网连接，短钢筋间距为2000m×2000m1.9.2细骨料宜选用中粗砂，含泥量应小于3％:粗骨料宜选用粒径不大于20mm的级配砾石;1.9.3水泥与砂石的重量比宜取1:4～1:4.5，砂率宜取45％～55％，水灰比宜取0.4～0.451.9.4使用速凝剂等外掺剂时，应做外加剂与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结试验，并应通过试验确定外掺剂量及入方法;1.9.5钢筋网可采用绑扎固定;钢筋连接宜采用搭接焊，焊缝长度不应小于钢筋直径的10倍。1.9.6基坑坡项面平整应结合士建工要求进行硬化，并设置挡水墙・截水沟和防护栏1.20m，以防止基坑外地表水流入基坑，同时防止施工人员与杂物误落入基坑内。2、施工注事项2.1基坑开挖与支护的施工必须符合规行有关规范、规程的规定，并满足本设计说明及施工图的要求，本工程分三-四层开挖，基坑土方与支护持施正式施工前必须编制详细的施工组织设计与设计方案相结合，并经有关部门确认后方可施工。本设计方案对场地附加荷载要求严格，建设单位、总承包単位应监督、协调各施工单位，根据场地况做好材料堆放区的布局，预先严拉堵塞设置好地表水的排放通道，在北侧设置检测点两处，南侧塔机处设置检测点1处，以观察支护水平位移及垂直变形数据，安排专人做好书面记录。2.2应急人员配备,坑周边有专人巡视，责任到人，发现沉陷断裂异常及时汇报;做好变形监測工作，对监测资料及时分所，并向施工项目经理及时汇报，到信息化施工。2.3应急材料、设备准备,开挖前准备钢管，以备护坡脚或行临时内支撑:50m范围内存放30m3袋:施工现场24小时配备相关机械设备，做到随叫随到:准备必要的抽水泵，随时应急突发事件。2.4应急预案与措施,当基坑软岩士边坡变形过大、过快，周边构筑物出现沉降等险情时应暂停工根据验情因和现场允许条件近用如下应急措施：2.4.1基坑开挖过程中若位移出现异常，应及时坡斟被动区进行临时土体回填或临时钢支撑加固，待位移稳定加固方可续施工。2.4.2坡