北京市朗琴园1#楼基坑支护设计

北京市朗琴园1#楼基坑支护设计摘要本设计采用了桩锚支护的形式对基坑进行了支护设计。本基坑深度为11.3m，周边环境较为复杂，根据工程概况，对基坑进行深入分析，初步选定灌注桩加双排锚杆进行支护设计，第一排锚杆在-4.0m，第二排在-7.0m.。首先需要绘制土压力分布图，采用等值梁法对锚杆的支撑力进行计算，并对桩的内力进行计算，依据设计规范完成对锚杆的设计及桩的配筋。关键词：排桩支护；锚杆设计；灌注桩；深基坑

目录第1章设计方案说明 11.1概述 11.1.1工程概况 11.1.2基坑周边环境 11.1.3水文地质条件 11.1.4支护结构安全等级 21.2设计说明 21.2.1设计依据 21.2.2支护方案 21.3基坑监测 3第2章桩锚支护原理 52.1设计内容 52.2等值梁法 52.3支护参数 62.4设计工况 6第3章工况一计算 83.1土压力 83.2.1土压力系数 83.2.2主动土压力强度计算 83.2.3被动土压力强度计算 93.2反弯点 103.3支点力的计算 10第4章工况二计算 124.1土压力 124.1.1主动土压力强度计算 124.1.2被动土压力强度计算 124.2反弯点 134.3支点力的计算 134.4桩长计算 154.5最大弯矩 164.5.1反弯点以上 164.5.2反弯点以下 17第5章锚杆设计 195.1第一排锚杆设计计算 195.1.1轴向拉力标准值 195.1.2锚杆极限抗拔承载力 195.1.3锚杆长度计算 205.1.4锚杆配筋 215.2第二排锚杆设计计算 225.2.1轴向拉力标准值 225.2.2锚杆极限抗拔承载力 225.2.3锚杆长度计算 225.2.4锚杆配筋 23第6章桩及冠梁设计 246.1桩设计计算 246.1.1承载力验算 246.1.2构造配筋 256.2冠梁设计 25结论 26参考文献 27致谢 28

保定理工学院学士学位设计第1章设计方案说明1.1概述1.1.1工程概况朗琴园位于北京市，小区内1#楼东侧为商业区，北侧为住宅楼，拟建1#~2#楼地上27层，地下3层，基坑开挖深度为11.3m，为剪力墙结构。住宅楼拟开挖一个大型基坑。1.1.2基坑周边环境拟开挖的基坑周边环境见表1.1。表1.1基坑周边环境位置东侧南侧西侧北侧周边环境商业区道路道路住宅楼离基坑边缘距离11.2m18m18m12.3m备注均无地下管线1.1.3水文地质条件自上而下，根据勘察资料，各个土层的物理参数如下：表1.2土层物理性能指标层号岩土名称计算厚度m容重（内聚力(kPa)内摩擦角(°)锚杆固体极限摩阻力极限值(kPa)1杂填土1.516.7520202粘性土14.819.02818.5503粉质粘土10.222.123.518.7554粘性土27.219.340.524.2655砂砾3.918.7032.1200经勘查，本地区地下水位埋深较大，约23.7m，无压水。对基坑工程无影响。1.1.4支护结构安全等级支护结构的安全等级需要根据下表进行确定：表1.3支护结构的安全等级安全等级破坏后果一级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响很严重二级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重三级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响不严重由于基坑周边的建筑物较多，同时本基坑开挖深度也比较大，因此安全等级为一级，故取基坑重要性系数γ01.2设计说明1.2.1设计依据本工程基坑支护的设计依据主要有：表1.4设计依据序号设计依据1朗琴园小区场地地形图、管网图、建筑基础图、地下室平面布置图等2《朗琴园居住区岩土工程勘查报告》3《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-20124《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（2015年版）5《建筑桩基技术规范》JGJ94-20086《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009年版）1.2.2支护方案

表1.5各类支护结构的适用条件结构类型适用条件备注支挡式结构锚拉式结构适用于较深的基坑适用于一级、二级、三级基坑，其注意事项如下：1、排桩适用于可采用降水或截水帷幕的基坑2、地下连续墙宜同时用作主体地下结构外墙，可同时用于截水3、锚杆不宜用在软土层和高水位的碎石土、砂土层中4、当邻近基坑有建筑物地下室、地下构筑物等，锚杆的有效锚固长度不足时，不应采用锚杆5、当锚杆施工会造成基坑周边建（构）筑物的损害或违反城市地下空间规划等规定时，不应采用锚杆支撑式结构适用于较深的基坑悬臂式结构适用于较浅的基坑双排桩当锚拉式、支撑式和悬臂式结构不适用时，可考虑采用双排桩支护结构与主体结构结合的逆作法适用于基坑周边环境条件很复杂的深基坑土钉墙单一土钉墙适用于地下水位以上或经降水的非软土基坑，且基坑深度不宜大于12m适用于二级、三级基坑，其注意事项如下：当基坑潜在滑动面内有建筑物、重要地下管线时，不宜采用土钉墙预应力锚杆复合土钉墙适用于地下水位以上或经降水的非软土基坑，且基坑深度不宜大于15m；水泥土桩垂直复合土钉墙用于非软土基坑时，基坑深度不宜大于12m；用于淤泥质土基坑时，基坑深度不宜大于6m；不宜用在高水位的碎石土、砂土、粉土层中微型桩垂直复合土钉墙适用于地下水位以上或经降水的基坑，用于非软土基坑时，基坑深度不宜大于12m；用于淤泥质土基坑时，基坑深度不宜大于6m重力式水泥土墙适用于二级、三级基坑适用于淤泥质土、淤泥基坑，且基坑深度不宜大于7m放坡1、适用于三级基坑2、施工场地应满足放坡条件3、可与上述支护结构形式结合根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，适用于安全等级为一级的支护结构为支挡式结构，因此初步选择单排桩+锚杆的支护形式。1.3基坑监测基坑工程过程中需要进行基坑监测，要求比选严格按照设计要求进行监测工作。主要检测内容有：

表1.6基坑监测项目选择监测项目支护结构的安全等级一级二级三级支护结构顶部水平位移应测应测应测基坑周边建（构）筑物、地下管线、道路沉降应测应测应测坑边地面沉降应测应测宜测支护结构深部水平位移应测应测选测锚杆拉力应测应测选测支撑轴力应测宜测选测挡土构件内力应测宜测选测支撑立柱沉降应测宜测选测支护结构沉降应测宜测选测地下水位应测应测选测土压力宜测选测选测孔隙水压力宜测选测选测第2章桩锚支护原理2.1设计内容本基坑支护拟采用桩锚支护，主要设计内容及方法有：表2.1设计内容及方法主要计算内容计算方法土压力根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，采用郎肯土压力理论，所有土层采用水土合算。支撑轴力采用等值梁法，对净土压力零点求力矩平衡而得。锚杆计算通过对锚杆的拉力标准值、极限抗拔承载力和长度计算并满足要求桩长根据桩端力矩求出，并应满足稳定性要求2.2等值梁法等值梁法是用来计算支护结构内力的方法，其基本计算原理为：当支护结构桩的埋深比较大时，也就是当桩嵌固深度较大的时候，不考虑土体和结构的变形，进行近似计算的时候，考虑桩的底端支承条件为固定端，那么在基坑坑底以上部分，结构弯向坑内侧，结构内侧受拉；而在较深的基坑结构弯向坑外侧，结构的外侧受拉。结构从内侧受拉转向外侧受拉之间必然存在弯矩为零的反弯点。等值梁法的最重要的假定即为，认为反弯点的弯矩为零，将此位置假象为铰，绘制计算简图，求解结构的内力。图2.1反弯点示意图综上可知，等值梁法最为核心的问题，就是需要求解出反弯点的位置，常用的方法有以下三种：表2.2反弯点位置求解方法序号求解方法1假定为桩入土面的那一点。2认为反弯点为净土压力为零的点，即以主动土压力和被动土压力相等的点作为反弯点。3假定反弯点位置为离开入土面距离为的一点，且的大小由地质条件和结构的特性决定，通常取（0.1~0.2）倍的基坑开挖深度。其中第2种方法中，简化造成的误差很小，对计算结果影响不大，因此在本设计中采用此方法进行计算。确定反弯点位置后，将桩看作为连续梁，进行内力计算。2.3支护参数本基坑深度为11.3m，拟定参数如下：灌注桩参数：φ650mm@1000锚杆：取HRB400级钢筋，共计两排锚杆，距离基坑顶部的垂直距离分别为4.0m、7.0m。锚杆的入射角取15°地面荷载：q=20kPa2.4设计工况在锚杆施工时，需要有一定的施工高度，也就是说，在打锚杆时，需要预先向下开挖一定的高度来保证本层的锚杆能够正常施工。桩锚支护的工况如下：表2.3设计工况工况说明工况一开挖至-7.5m还未施工第二排锚杆。工况二开挖至基坑基底-11.3m。因此本工程施工过程为：图2.2桩锚支护流程第3章工况一计算3.1土压力本设计采用朗肯土压力计算原理进行计算。pak=ppkKa,i=Kp,i=式中：Ka,i、Kp,pak、ppk—支护结构外侧，第i层土中计算点的主动、被动土压力强度标准值(kPa)[1]；当pak<0时，应取pci、φi、γi—第i层土的粘聚力(kPa)、内摩擦角(°)、容重（q—地面超载(kPa)[1]。3.2.1土压力系数根据式（3-3）、（3-4）可知：层号岩土名称KKKK1杂填土0.49030.70022.03961.42812粘性土10.51830.71991.92961.38913粉质粘土0.51440.71731.94381.39424粘性土20.41850.64692.38941.54585砂砾0.30600.55323.26801.80783.2.2主动土压力强度计算此时基坑开挖至-7.5m，基坑顶面位置定为0位置，在土层分界位置土压力计算分上下，具体编号见图3.1。自上而下，主动土压力计算如下：ppp此时，计算出临界深度，为：3ppp在-7.5m位置处：p3.2.3被动土压力强度计算基坑内部有被动土压力，在-7.5m位置处：p主被动土压力强度合力为：6p主被动土压力强度合力为：166.84−土压力分布如下：图3.1土压力分布图

3.2反弯点假定反弯点为C点，基坑基底在-7.5m的位置。其计算简图见3.2，那么根据CAD图以及对应的比例关系可知，C在基底以下1.805m3.3支点力的计算由等值梁法的原理可知：M支点力用Ta1表示，位于基坑下灌注桩的受力图为：图3.2支点力计算简图那么：dEdEdEdEdEdEd那么，由：MT所以：TT第4章工况二计算4.1土压力4.1.1主动土压力强度计算此时基坑开挖至-11.3m，基坑顶面位置定为0位置，在土层分界位置土压力计算分上下，具体编号见图4.1。自上而下，主动土压力计算如下：ppp此时，计算出临界深度，为：3ppppp在-11.3m位置处：p4.1.2被动土压力强度计算基坑内部有被动土压力，在-11.3m位置处：p主被动土压力强度合力为：107.72−37.36p主被动土压力强度合力为：166.84−260.75土压力分布如下：图4.1土压力分布图4.2反弯点假定反弯点为C点，基坑基底在-11.3m的位置。其计算简图见4.2，那么根据CAD图以及对应的比例关系可知，C在基底以下2.227m。4.3支点力的计算由等值梁法的原理可知：M第一排锚杆支点力用Ta1=97.53kN表示，位于基坑下4.0m灌注桩的受力图见4.2。那么：dEdEdEdEdEdEdd取Ta1M97.5312.78所以：TT图4.2支点力计算简图4.4桩长计算假设桩端进入4黏性土2的长度为x米，那么，根据等值梁法的原理，取桩端位置的极限状态，即桩端处：M计算简图为：图4.3桩长计算简图那么：E=0.42=210.12kNMEdMEdM桩端位置处的净土压力为：EdM根据等值梁法，可计算如下：167.12+210.124.23x嵌固深度取：1取7.5m.。则有效桩长为：1那么桩的长度组成为：表4.1桩长组成桩组成保护桩头有效桩长嵌固桩长总桩长长度0.6m18.8m7.5m19.4.4.5最大弯矩4.5.1反弯点以上E=0.42TEE因此剪力为0的点在第3土层。假定在第3土层的厚度为x1x1107.72−50.87E因此：57.95kN+解得：x107.72−50.87那么此点处的弯矩为：9225.110.4211.1150.871M4.5.2反弯点以下剪力为0的点在第4土层。假定在第4土层的厚度为x2x2E因此：139.60kN+300.83解得：x那么此点处的弯矩为：120.12139.60300.831M综上可知，灌注桩的最大弯矩值，取：M第5章锚杆设计5.1第一排锚杆设计计算5.1.1轴向拉力标准值锚杆的轴向拉力标准值应按下式计算：Nk=Fℎs式中：Nk──锚杆的轴向拉力标准值(kN)；Fh──挡土构件计算宽度内的弹性支点水平反力(kN)；s──锚杆水平间距(m)；ba──结构计算宽度(m)；α──锚杆倾角(°)。已知：F取ba=1m，s=N5.1.2锚杆极限抗拔承载力锚杆的极限抗拔承载力应符合下式要求：R式中：Kt──锚杆抗拔安全系数；安全等级为一级、二级、三级的支护结构，Kt分别不应小于1.8、1.6、1.4；Nk──锚杆轴向拉力标准值(kN)；Rk──锚杆极限抗拔承载力标准值(kN)。二级基坑则取：K那么：Rk≥R式中：d──锚杆的锚固体直径(m)；li──锚杆的锚固段在第i土层中的长度(m)；锚固段长度（la）为锚杆在理论直线滑动面以外的长度；qsik──锚固体与第i土层之间的极限粘结强度标准值(kPa)。取qsik=75321.6=3.14l5.1.3锚杆长度计算锚杆的自由段长度：lf≥(a1式中：lf──锚杆自由段长度（m）；α──锚杆的倾角(°)；a1──锚杆的锚头中点至基坑底面的距离（m）；a2──基坑底面至挡土构件嵌固段上基坑外侧主动土压力强度与基坑内侧被动土压力强度等值点O的距离（m）；对多层土地层，当存在多个等值点时应按其中最深处的等值点计算；d──挡土构件的水平尺寸（m）；φm──O点以上各土层按厚度加权的内摩擦角平均值(°)。图5.1理论直线滑动面1－挡土构件；2－锚杆；3－理论直线滑动面由设计资料可知：d=0.45°−带入公式，则有：l因此锚杆总长度为：6.83m+取l=20.0m5.1.4锚杆配筋计算公式为：N≤fpyAp式中：N──锚杆轴向拉力设计值(kN)；fpy──预应力钢筋抗拉强度设计值(kPa)；当锚杆杆体采用普通钢筋时，取普通钢筋强度设计值（fy）；Ap──预应力钢筋的截面面积(m2)。由：N=γN取HRB400级钢筋，那么AA取

d=50则有As=1963.5m5.2第二排锚杆设计计算5.2.1轴向拉力标准值已知：F取ba=1m，s=N5.2.2锚杆极限抗拔承载力Rk取qsik=135746=3.14l5.2.3锚杆长度计算由设计资料可知：d=0.带入公式，则有：l因此锚杆总长度为：8.8m+取l=20.0m5.2.4锚杆配筋N取HRB400级钢筋，那么AA取

d=50则有As=1963.5m

第6章桩及冠梁设计6.1桩设计计算6.1.1承载力验算已知：钻孔灌注桩：φ650mm@800。取C25混凝土。将圆桩转化成b=1000mmℎ412取ℎ=600mm，那么：配筋由给φ650mm的圆形桩配筋而转化为给b×ℎ=1000mm×600mm的矩形截面配筋。配筋时选用HRB335，所以，取：c那么：ℎ则此时：那么：αζ=1−1−2αsγs=1+则有：A所以选用814，As6.1.2构造配筋构造钢筋要求如下：表6.1构造配筋序号要求设计取值1箍筋可采用螺旋式箍筋，箍筋直径不应小于纵向受力钢筋最大直径的1/4，且不应小于6mm；箍筋间距宜取100mm～200mm,且不应大于400mm及桩的直径；箍筋选用螺旋式箍筋，直径取8mm，在坑底、两道锚杆处上下各500mm范围内加密，箍筋间距150mm。2沿桩身配置的加强箍筋应满足钢筋笼起吊安装要求，宜选用HPB235、HRB335级钢筋，其间距宜取1000mm～2000mm；加强箍筋选用HRB335级钢筋，间距取1500mm6.2冠梁设计根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，按照构造要求进行冠梁设计。取冠梁高度为1000mm，宽度为1500mm，混凝土强度取C30，钢筋采用HRB400，保护层厚度取50mm，按照构造进行配筋，取1425，箍筋取φ8@200。结论北京市郎琴园1#楼需要进行基坑支护设计，首先需要对支护结构进行初步的选型，根据《建筑基坑设计规范规程》，适用于安全等级为一级的支护结构为支挡式结构，因此初步选择单排桩+锚杆的支护形式。主要依据《建