衡水市时代广场二期深基坑支护设计

衡水市时代广场二期深基坑支护设计摘要衡水市时代广场二期位于衡水市桃城区人民西路。基坑开挖深度为8.0m，局部开挖深度达到了10.3m。本文主要是对其深基坑的支护设计。深基坑支护结构在工程建设中起着挡土、稳固坑底以及截水的作用，保证施工周边环境的安全以及工程施工的安全。本设计根据该工程的基坑深度以及周边环境的情况，通过对比法来分析支护结构的特点及适用条件，同时本着“安全可靠、经济合理、技术可行、施工方便”的原则[2]，最终选择了土钉墙支护结构，分成了2个支护单元，根据设计规范对设计参数进行了初步的选取，然后对土钉抗拔承载力等主要数据计算与验算，验算结果符合设计要求。关键词：深基坑；支护结构；土钉墙；抗拔承载力；稳定性验算

目录第1章工程概况 11.1工程概况 11.2岩土工程条件及水文地质条件 11.2.1岩土工程条件 11.2.2水文地质条件 2第2章设计依据及设计原则 32.1设计依据 32.1.1设计所采用的相关技术规范 32.1.2相关资料 32.2设计原则和设计思路 32.2.1设计原则 32.2.2设计思路 3第3章基坑支护方案选择 43.1安全等级 43.2支护结构 43.3支护开挖岩土参数 53.4支护段划分 6第4章支护单元Ⅰ设计 74.1参数信息 74.1.1基本参数 74.1.2荷载参数 74.1.3土钉布置参数 74.1.4计算系数 94.2土钉抗拔承载力验算 94.2.1计算Rk,j 104.2.2计算Nk,j 114.3杆体直径计算 144.4稳定性验算 15第5章支护单元Ⅱ设计 165.1参数信息 165.1.1基本参数 165.1.2荷载参数 165.1.3土钉布置参数 165.1.4计算系数 185.2土钉抗拔承载力验算 195.2.1计算Rk,j 195.2.2计算Nk,j 205.3杆体直径计算 225.4稳定性验算 23结论 24参考文献 25致谢 26附录 27保定理工学院本科毕业设计第1章工程概况1.1工程概况衡水市时代广场二期为大型商业综合体，位于衡水市桃城区人民西路，地理位置处于临近居民区，地上10层，地下2层，总建筑面积87658㎡。建筑合理使用年限五十年；耐火等级地上二级，地下一级；抗震设防烈度为7度；建筑±0.00相当于绝对标高15.35m，整平后地面标高为15.00m，其它标高均以此为准，地下室负二层底板顶标高为-7.52m，基坑开挖深度为8.0m，局部开挖深度达到了10.3m。1.2岩土工程条件及水文地质条件1.2.1岩土工程条件岩土工程勘测是设计和施工的前提，透过勘测能为工程的实施提供必要的信息和数据，以确保工程项目的建设达到预期目标。[1]根据勘察资料，地质特征情况如下：表1.1土层工程地质特征土层序号土层名称工程地质特征1素填土灰褐色，可塑，稍密，以粉土为主。2粉土灰褐色，可塑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，土质不均匀，中压缩性。3粉质粘土灰褐色-黄褐色，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，土质不均匀，中压缩性。4粉质粘土灰褐色-黄褐色，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，土质均匀，中压缩性。5粉土灰黄色，无光泽反应，韧性中等，干强度中等，土质均匀，中压缩性。6粉质粘土灰黄色，可塑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，土质均匀，中压缩性。7粉砂灰黄色，饱和，密实，主要矿物成分以石英为主，磨圆度好，低压缩性。1.2.2水文地质条件勘察期间，实测到的较为稳定的地下水位埋深15.3~16.2m，勘察报告中指出，共对3个孔号中的水质进行了分析，具体如下：表1.2地下水水化学类型分类孔号水化学类型17号孔中性水25号孔中性水44号孔中性水腐蚀性分析对混凝土结构有弱腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性第2章设计依据及设计原则2.1设计依据2.1.1设计所采用的相关技术规范本次衡水市时代广场二期深基坑支护设计遵循以下技术标准：《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)《岩土工程勘察标准》(GB50021-2001)《地下工程防水技术规范》(GB50108-2008)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)等规范规程。2.1.2相关资料由衡水市时代广场二期建设主要负责方提供相关施工图纸以及勘测资料。2.2设计原则和设计思路2.2.1设计原则深基坑支护设计是根据建筑所处的方位、与临近建筑的关系、基坑的规模大小以及开挖的深度、工程水文地质条件、施工期间对地面交通和周边环境的影响、施工技术、工期等多重因素，通过多种方案比选，来确定“安全可靠、技术可行、施工方便、经济合理”[2]的支护方案。2.2.2设计思路影响一个深基坑支护工程成功的因素众多，并且各个因素之间又相互影响和约束。选择一个合理的支护方式之前，首先要充分了解并分析建设场地的地质情况、环境情况以及各方面的要求，初步选取选方案后，再根据各类条件对方案进行细化，最后再进行计算。从经济的角度出发，首先考虑放坡开挖的方式。如果周围场地允许，并且附近没有重要的建筑物或者地下管线，放坡开挖就是首选。但是如果开挖深度超过四到五米时，就适合采用局部或者分级放坡的方式。当基坑周围不具备放坡条件并且地层主要为粉土、砂土等时，可以采用土钉墙的支护方式。第3章基坑支护方案选择3.1安全等级本工程周边有小型建筑物，但无地下管线的影响，安全等级参照表3.1进行选取：表3.1支护结构的安全等级安全等级破坏后果基坑深度一级支护结构失效破坏后果很严重H＞12m二级支护结构失效破坏后果很严重6m＜H≤12m三级支护结构失效破坏后果严重H≤6m因此安全等级为二级。3.2支护结构常见的支护结构及其特点如下表：表3.2不同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因为放坡开挖的土方开挖量很大，并且要求建设场地周围宽阔，可以有较大的变形的存在，所以需要综合各方面考虑它的适用性。对于双排桩来说，与其他支护结构相比，需要更大的截面和插入深度，在相同的开挖深度下，它产生的内力更大，位移也会更大。土钉墙支护是通过土钉和土体接触，土体一旦发生变形，就会通过土钉与土体接触面上的摩擦力，使土钉受到拉力，同时给土体约束加固力，提高整体稳定性和承载能力，增强土体变形的延性，而且它施工简单，材料用量较少。结合本工程概况，综上所述，选择土钉墙进行支护。3.3支护开挖岩土参数根据勘察报告，并考虑《建筑基坑支护技术规程》的相关要求，支护结构所选用的参数见下表：表3.3开挖岩土参数层号岩土名称计算厚度m容重γ（粘聚力标准值c(内摩擦角φ(°)土体与锚固体极限摩阻力标准值q1素填土1.517.91210.7152粉土2.418.7722.5503粉质粘土3.619.12112.1604粉质粘土5.619.320.512.7655粉土3.219.0723.3756粉质粘土4.819.520.213.2657粉砂2.519.8827.9803.4支护段划分本基坑开挖深度为8.0m，局部开挖深度达到了10.3m。施工场地较为平坦，同时根据勘察报告，各个土层的分布较为均匀，因此将整个基坑根据开挖深度划分为了两个支护单元，其划分结果见下表。表3.4基坑支护单元划分支护单元基坑开挖深度地面荷载支护单元Ⅰ8.0m20kpa支护单元Ⅱ10.3m20kpa第4章支护单元Ⅰ设计4.1参数信息4.1.1基本参数根据工程的概况，其基坑支护基本参数见下表：表4.1基坑基本参数参数名称安全等级基坑开挖深度基坑外侧水位到基坑顶的距离基坑内侧水位到基坑顶的距离基坑地面至抗隆起计算之间的距离参数值二级8.0m15.4m7.4m/备注地下水位埋深较深，本次基坑开挖不需考虑地下水位的影响基坑基底以下无软弱土层，不需要进行抗隆起验算4.1.2荷载参数不考虑周边其他荷载的影响，仅考虑地面荷载q04.1.3土钉布置参数根据周边情况，拟取1：0.4放坡，参数如下：表4.2放坡参数序号放坡高度放坡宽度18.0m3.2m根据《建筑基坑支护技术规程》中5.3的规定，拟采用洛阳铲成孔，土钉参数选取如下：

表4.3基坑基本参数序号孔径长度入射角竖向间距水平间距土钉杆体材料抗拉强度标准值抗拉强度设计值119111HRB400钢筋4360N/219111HRB400钢筋4360N/319111HRB400钢筋4360N/419111HRB400钢筋4360N/519.0111HRB400钢筋4360N/图4.1基坑剖面布置图图4.2土钉墙立面结构图4.1.4计算系数根据《建筑基坑支护技术规程》，计算参数选择如下：表4.4计算参数系数名称系数取值结构重要性系数γ综合分项系数γ土钉抗拔安全系数K圆弧滑动稳定安全系数K抗隆起安全系数Kℎ经验系数η4.2土钉抗拔承载力验算根据《建筑基坑支护技术规程》中土钉墙的要求，计算公式如下：Rk,jNk,j≥Rk,j=πdjqNk,j=1cos式中：Kt──土钉抗拔安全系数[3]Rk,j──第j层土钉的极限抗拔承载力标准值(kN)[Nk,j──第j层土钉的轴向拉力标准值(kN)[3]dj——第j层土钉的锚固体直径(m)[3]qsik──第j层土钉在第i层土的极限粘结强度标准值(kPa)[3]li──第j层土钉在滑动面外第i土层中的长度(m)[3]；计算单根土钉极限抗拔承载力时，直线滑动面与水平面的夹角取β+ϕmαj──第j层土钉的倾角(°)[3]ζ──墙面倾斜时的主动土压力折减系数[3]；ηj──第j层土钉轴向拉力调整系数[3]pak,j──第j层土钉处的主动土压力强度标准值(kPa)[3]sxj──土钉的水平间距(m)[3]szj──土钉的垂直间距(m)[3]4.2.1计算Rk,j需要先确定在滑动面以外的土钉在每层土中的长度。直线水平面与滑动面的夹角：ββφm为8.0m范围内的φφβ那么计算简图如下：图4.3土钉极限抗拔承载力验算计算简图那么，计算如下：RRRRR4.2.2计算Nk,j计算ζ根据规范可知：ζ=tanβ−φm21ζ===0.617计算ηηj=ηa−(ηa−ηa=i=1n(ℎ−ηbzΔEaj=pak,jspak=Ka,i=式中：zj──第j层土钉至基坑顶面的垂直距离(m)[3]ℎ──基坑深度(m)[3]；ΔEaj──主动土压力标准值(kN)[ηa──计算系数[3]ηb──经验系数，可取0.6～1.0[3]；在本工程中，取ηn──土钉层数[3]。Ka,i—第ici、φi、γi—第i层土的粘聚力(kPa)、内摩擦角(°)、容重q—地面超载(kPa)[3]。那么第一排土钉埋深为-1.2m，在第一土层中，那么：cφγ所以：KK所以：p==同理可计算得到2~5排土钉的pak计算结果列于下表：表4.5第j层土钉处的主动土压力强度标准值计算表位置埋设深度m所在土层容重γ（粘聚力标准值c(内摩擦角φ(°)KKpk1排1.2第1层17.91210.70.68680.82878.602排2.7第2层18.7722.50.44650.668221.583排4.2第3层19.12112.10.65340.808329.654排5.7第3层19.12112.10.65340.808348.455排7.2第3层19.12112.10.65340.808367.13ηb=0.7，表4.6ηa位置ssp（kΔkz（(ℎ−(ℎ−1排015.486.80110.83105.252排1.51.521.5848.565.30296.68257.353排1.51.529.6566.723.80337.60253.534排1.51.548.45109.022.30437.16250.745排1.51.567.13151.050.80447.10120.84综上：η==根据式（4-5）可知：表4.7第j层土钉轴向拉力调整系数计算表位置zη1排6.801.50752排5.301.32943排3.801.15134排2.300.97315排0.800.7950计算NNi=γ0γF已知：α那么根据式（4-3）、（4-10），计算过程列在下表中：表4.8第j层土钉的轴向拉力标准值、设计值计算表位置1ζηpNN1排1.0352761.64961.507515.4814.9218.662排1.329448.5641.2951.613排1.151366.7249.1361.414排0.9731109.0267.8584.825排0.7950151.0576.8096.01抗拔承载力验算根据式（4-3），计算过程如下：表4.9抗拔承载力验算计算表位置NRR1排14.9295.566.402排41.29128.333.113排49.13153.853.134排67.85177.282.615排76.80204.332.66R因此抗拔承载力符合设计要求。4.3杆体直径计算Ni≤fyAS式中：Ni──第j层土钉的轴向拉力设计值(kN)[4]fy──土钉杆体的抗拉强度设计值(kPa)[4]AS──土钉杆体的截面面积(m2)[4]取土钉为HRB400级钢筋，fy表4.10杆体直径计算参数Ni(AS(mmd(mm)第1排土钉18.6651.828.12第2排土钉51.61143.3513.51第3排土钉61.41170.5814.74第4排土钉84.82235.6017.32第5排土钉96.01266.6818.43实取：d即支护单元Ⅰ土钉墙参数如下：表4.11支护单元Ⅰ土钉墙参数序号孔径长度入射角竖向间距水平间距土钉杆体材料土钉直径R119111HRB400钢筋20mm6.40219111HRB400钢筋20mm3.11319111HRB400钢筋20mm3.13419111HRB400钢筋20mm2.61519.0111HRB400钢筋20mm2.664.4稳定性验算采用理正软件进行验算：min符合设计要求。第5章支护单元Ⅱ设计5.1参数信息5.1.1基本参数根据工程的概况，其基坑支护基本参数见下表：表5.1基坑基本参数参数名称安全等级基坑开挖深度基坑外侧水位到基坑顶的距离基坑内侧水位到基坑顶的距离基坑地面至抗隆起计算之间的距离参数值二级10.3m13.1m5.1m/备注地下水位埋深较深，本次基坑开挖不需考虑地下水位的影响基坑基底以下无软弱土层，不需要进行抗隆起验算5.1.2荷载参数不考虑周边其他荷载的影响，仅考虑地面荷载q05.1.3土钉布置参数根据周边情况，拟取1：0.4放坡，参数如下：表5.2放坡参数序号放坡高度放坡宽度110.3m4.12m根据《建筑基坑支护技术规程》中5.3的规定，拟采用洛阳铲成孔，土钉参数选取如下：

表5.3基坑基本参数序号孔径长度入射角竖向间距水平间距土钉杆体材料抗拉强度标准值抗拉强度设计值1112.0111HRB400钢筋4360N/2112.0111HRB400钢筋4360N/3112.0111HRB400钢筋4360N/419111HRB400钢筋4360N/519111HRB400钢筋4360N/619111HRB400钢筋4360N/719.0111HRB400钢筋4360N/816.0111HRB400钢筋4360N/图5.1基坑剖面布置图图5.2土钉墙立面结构图5.1.4计算系数根据《建筑基坑支护技术规程》，计算参数选择如下：表5.4计算参数系数名称系数取值结构重要性系数γ综合分项系数γ土钉抗拔安全系数K圆弧滑动稳定安全系数K抗隆起安全系数Kℎ经验系数η5.2土钉抗拔承载力验算5.2.1计算Rk,jβφm为10.3m范围内的φφβ那么计算简图如下：图5.3土钉极限抗拔承载力验算计算简图那么，计算如下：RRRRRRRR5.2.2计算Nk,j计算ζ根据规范可知：ζ===0.62计算η计算结果列于下表：表5.5第j层土钉处的主动土压力强度标准值计算表位置埋设深度m所在土层容重γ（粘聚力标准值c(内摩擦角φ(°)KKpk1排1.20第1层17.91210.70.68680.82878.602排2.40第2层18.7722.50.44650.668219.083排3.60第2层18.7722.50.44650.668229.094排4.80第3层19.12112.10.65340.808337.225排6.00第3层19.12112.10.65340.808352.206排7.20第3层19.12112.10.65340.808367.177排8.40第4层19.320.512.70.63960.799780.968排9.60第4层19.320.512.70.63960.799795.77ηb=0.7，表5.6ηa位置ssp（kΔkz（(ℎ−(ℎ−1排015.489.10146.43140.862排834.347.90295.99271.263排952.376.70407.44350.884排267.005.50464.95368.475排093.954.30573.11404.006排1.51.267.17120.913.10635.98374.827排1.51.280.96145.731.90644.13276.898排1.51.295.77172.390.70617.17120.68综上：η==根据式（4-5）可知：表5.7第j层土钉轴向拉力调整系数计算表位置zη1排9.101.53052排7.901.42103排6.701.31154排5.501.20195排4.301.09246排3.100.98297排1.900.87348排0.700.7639计算N那么根据式（4-3）、（4-10），计算过程列在下表中：表5.8第j层土钉的轴向拉力标准值、设计值计算表位置1ζηpNN1排1.0352761.6401.530515.4815.2519.072排1.421034.3431.4139.273排1.311552.3744.2255.284排1.201967.0051.8464.815排1.092493.9566.0882.606排0.9829120.9176.5295.657排0.8734145.7381.95102.448排0.7639172.3984.79105.98抗拔承载力验算根据式（4-3），计算过程如下：表5.9抗拔承载力验算计算表位置NRR1排15.25161.3010.582排31.41162.435.173排44.22182.744.134排51.84130.792.525排66.08152.672.316排76.52176.052.307排81.95193.222.368排84.79136.931.62R因此抗拔承载力符合设计要求。5.3杆体直径计算取土钉为HRB400级钢筋，fy表5.10杆体直径计算参数Ni(AS(mmd(mm)第1排土钉19.0752.968.21第2排土钉39.27109.0811.79第3排土钉55.28153.5413.99第4排土钉64.81180.0215.14第5排土钉82.60229.4517.10第6排土钉95.65265.6818.40第7排土钉102.44284.5419.04第8排土钉105.98294.4019.37实取：d即支护单元Ⅱ土钉墙参数如下：表5.11支护单元Ⅱ土钉墙参数序号孔径长度入射角竖向间距水平间距土钉杆体材料土钉直径R1112.0111HRB400钢筋22mm10.582112.0111HRB400钢筋22mm5.173112.0111HRB400钢筋22mm4.13419111HRB400钢筋22mm2.52519111HRB400钢筋22mm2.31619111HRB400钢筋22mm2.30719.0111HRB400钢筋22mm2.36816.0111HRB400钢筋22mm1.625.4稳定性验算采用理正软件进行验算：min符合设计要求。结论本设计根据工程概况分析各类条件之后，通过比选的方式选择了土钉墙支护，根据部分规范确定数据，最终的验算结果符合设计的要求。本次设计的不足就是没有使用3D建模技术来展示，通过该技术能更直观的展示设计的细节，不足之处也会一目了然。深基坑支护工程的内容是丰富的，从最初的整理资料，方案的选择和确定，再到设计计算，每一个环节都是相扣的，任何一个步骤的错误都会带来很多的不便。在本次深基坑支护设计中，体现出各种因素都会影响工程的成功与失败，对工作的细致设计，多方面的考虑，才能为之后建筑工程的安全打下良好的基础，所以对于设计人员的技术综合要求很高。参考文献[1]建设部综合勘察研究设计院.岩土工程勘察标准:GB50021-2001[S].北京:中国标准出版社，2001.[2]林向前.建筑工程基坑支护中存在的问题及安全技术措施探析[J].居业,2020(10):