《某高层办公楼附带商业裙楼项目的基坑支护设计》26000字（论文）

某高层办公楼附带商业裙楼项目的基坑支护设计摘要基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。随着城市空间的不断开发和使用要求，地下室成为城市高层建筑必不可少的一部分，地下室的建设必然需要对土体开挖，土体开挖过程中由于深度及土质情况，可能会出现坍塌、滑坡等现象，如何解决土体边坡失稳及周边使用的要求，基坑支护工程由此产生。深基坑工程是一项复杂而又细致的工程，存在着个体差异大、地域性强和安全隐患较多等特征。不同的地区、不同的工程有着千差万别的支护方案，作为一幢建筑的基础工程，基坑支护工作至关重要，因此，选择合理的、有效的、具有较高经济性的支护方式是首要工作，目前常用的主要有复合土钉墙、钻孔灌注桩和天然放坡等支护形式。本工程拟建场地位于青岛市李沧区深圳路以西、枣山路以南、金液泉路以东，规划总用地面积11329.5平方米，此次深基坑设计首先要依据场地的地质条件、水文条件以及基坑周边建筑物和道路，查明建筑物范围内岩土层类型、深度、分布、工程特性，分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力，通过现有的支护方法确定支护单元同时要确定单元的支护形式。通过计算各层土体的主动土压力和结构内力进而求得支护结构的配筋，之后进行强度和稳定性验算。最后通过监测设计及施工组织设计，明确施工工序，划定安全红线，对深基坑安全、高效施工提供理论指导，并介绍了工程在具体施工时需要考虑的问题。关键词：深基坑；钻孔灌注桩；土钉墙；施工组织设计目录TOC\o"1-3"\h\u1深基坑工程概述 深基坑工程概述1.1工程概况拟建场地位于青岛市李沧区深圳路以西、枣山路以南、金液泉路以东，拟建工程规划总用地面积11329.5m2，规划总建筑面积约75028.8m2。拟建物包括2座15~19层高层办公楼、1座6层地下车库及1座2~3层商业裙楼。勘察期间，拟建场地地势整体南高北低，地形相对平坦，孔口地面标高32.71~37.13m，最大高差为4.42m，后期整平标高约为34m，基坑最大开挖深度为20.65m，拟建地下车库基底标高13.35m。依据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2018)和《高层建筑岩土工程勘察标准》(JCJ/T72--2017)表3.0.2，拟建工程含有基坑支护结构安全等级为一级的高层建筑，拟建建筑物的工程重要性等级(一级)、场地复杂程度等级(二级)和地基复杂程度等级(二级)，综合确定此次岩土工程勘察等级为甲级。表1-1拟建建筑物建筑特征建筑物名称层数(地上/地下)长*宽()结构类型基础形式室内坪(m)最大荷重基底标高(m)备注1号楼15/633.427.5框剪结构筏板基础48.0420kPa13.35带6层地下车库2号楼19/642.619.0框剪结构筏板基础48.0500kPa13.35带6层地下车库3号楼2~3/6——框架结构筏板基础47.510000kN/柱13.35带6层地下车库4号楼-/6——框架结构筏板基础46.510000kN/柱13.35带6层地下车库图1.1场地总平面示意图1.2自然条件(1)气温：年平均气温11.7℃，极端最高气温39.8℃(2005年6月24日)，极端最低气温-21.1℃(1981年1月27日)。全年7月份最热，平均气温25.3℃；1月份最冷，平均气温-3.3℃。(2)风向：风向主要为东南风和西北风，东南风出现在4月到8月，西北风出现在9月到翌年3月，年平均风速为3.6米/秒。(3)降雨量：年平均降水量635.8mm，最大降雨量1420.4mm(1964年)；最少降雨量仅377mm(1981年)，一日最大降水量172.7mm(1997年8月20日)。1.3工程、水文地质条件和环境条件1.3.1地形地貌地形：拟建场地地势整体南高北低，地形相对平坦，孔口地面标高32.71~37.13m，最大高差4.42m。地貌：计划场地地貌的类型为剥蚀堆积缓坡，后经人工改造成现状。1.3.2地质条件根据钻探资料和区域地质资料，勘察深度范围内的第四系地层主要为素填土，下伏基岩为燕山晚期花岗岩、细粒花岗岩岩脉及煌斑岩脉。现按青岩土层各层相关的设计参数见表1.2。表1.2岩土层相关的设计参数层号岩土层名称fak/fa(kPa)E(MPa)γ(kN/m3)c(kPa)φ(°)frb(kPa)(1)素填土//18.551515(12)花岗岩强风化带800/45/E022/45300(13)花岗岩中风化带2000/fak2/ES1-223/55760(14)花岗岩中风化带4000/fa20/E024/651200(15)细粒花岗岩中风化带2000/fak2/E023/55760(16)煌斑岩中风化带400/fa30/E21/40200(17)煌斑岩中风化带1000/fa1/E22/454001.3.3水文地质条件勘察期间，在勘察深度范围内未揭露稳定分布的地下水。依据区域水文地质资料和本次勘察资料，拟建场地地下水类型主要为基岩裂隙水。勘察期间处于枯水期，据我公司多年区域动态观测资料，拟建场地地下水类型主要为基岩裂隙水，以层状、带状赋存于基岩风化带裂隙密集发育带中，富水性差，水位不连续、不均匀，接受大气降水和侧向迳流补给，以迳流排泄为主。根据钻探资料并结合区域水文地质资料，降水较多年份，水位上升，主要表现为上层滞水，近3~5年最高地下水位约31.00m，历史最高水位约31.00m。根据区域水文地质资料，拟建场地地下水受季节性影响较大，地下水位年变化幅度约2.0m。1.3.4地震设防烈度拟建场地位于青岛市李沧区，依据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(2016年版)中表5.1.4-2和A.0.15条规定，场地基本地震动峰值加速度为0.10g，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组。1.3.5深基坑场区的稳定性依据区域地质资料分析，拟建场地所处大地构造背景稳定，第四纪以来未发现新构造运动迹象，场地内未见活动断裂，抗震设防类别为丙类，滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害不发育，勘察深度范围内未发现埋藏的河道、沟浜、墓穴、防空洞、孤石等对工程：不利的埋藏物和其它影响场地稳定性的不良地质作用，综合评价场地稳定性良好。拟建场地地形相对平坦，坡度较小，第1层素填士均匀性较差，工程性质较差，地下水埋深较深，拟建场地为对建筑抗震一般地段，综合评价拟建场地建筑适宜性良好。1.4技术经济条件1.4.1.运输：工程场地位于市区，交通条件便利。1.4.2.定额：民用建筑工程按统一劳动定额，青岛地区建筑工程单位估价表。1.4.3.材料工程需求(1)砂浆标号：M2.5-M10混合或水泥砂浆(2)砼强度等级：C50以内(3)钢筋采用HPB300、HRB335和HRB400级钢筋1.4.4.劳动力供应情况：满足施工的要求。1.4.5.技术装备情况：施工单位设备齐全，满足施工需求。1.5本设计依据规程规范1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)2.《岩土工程勘察规范》(GB50021-2018)3.《高层建筑岩土工程勘察规范》(JGJ72-2017)4.《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2019)5.《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2016)6.《基坑土钉支护技术规范》(CECS96：97)7.《土工试验方法标准》(GB/T50123-2019)8.《建筑工程地质勘探与取样技术规程》(JGJ/T87-2012)

9.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)10.《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(2015年版)11.《建筑施工手册(上、中、下)》12.《工程测量规范》(GB50026-2016)13.《工程岩体分级标准》(GB50218-2014)14.《工程岩体试验方法标准》(GBT50266-2013)15.《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)16.《建筑变形测量规程》(JGJ8-2016)17.《土层锚杆设计与施工规范》(CECS22-90)2基坑支护方案比对2.1不同支护方式的比对与选择2.1.1土钉墙土钉墙是一种维持边坡稳定的支护形式，它的作用和被动的挡土墙不一样，它的作用是主动嵌固，増大边坡的稳定性，使基坑开挖后坡面可以保持稳定。土钉墙主要用于土质较好的地区，在我国华北和华东北部一带应用较多。目前我国南方地区也有一定范围的应用，有的用于坑深10m以上的基坑，稳定可靠、施工简便并且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应当积极推广。采用土钉墙支护的基本要求，土钉墙可适用于塑性、不塑性或坚硬的粘性土，在有地下水的土层中，土钉支护应该在充分降排水的前提下采用土钉墙容易引起土体位移，采用土钉墙支护应当慎重考虑，主要是墙体变形对周围环境的影响。2.1.2桩锚支护钻孔灌注桩属于排桩支护，在我国有着很多的应用而且大多都用于深基坑工程，在我国北方土层性质比较好的地方也有8-9m的围护墙。钻孔灌注桩的特点为：施工时没有振动、噪音等污染，无挤土现象，对周边环境影响较小；适用于软粘土质和砂土地区，桩与桩之间主要通过柱顶冠梁和围檩连成整体，所以整体性比较差，重要地区的特殊工程或者开挖深度较大的基坑中应用时需要谨慎。2.1.3双排桩锚支护双排桩(Double-row-pileswall)是近些年来出现的一种新的支护形式。从布桩形式上可理解为将原有密集的单排桩中的部分桩向后移动一定距离，形成两排平行的钢筋混凝土桩，并在桩顶用刚性连梁和冠梁将各排桩连接成为一个整体，沿基坑长度方向形成超静定空间门式刚架结构。双排桩支护结构的侧向刚度相对较大，可以对基坑的变形进行有效的控制，桩间土经过加固后还可以起到止水作用。双排桩支护结构的组合形式有效地利用了各组合构件的良好力学性能，使得双排桩结构具有较单排桩更大的侧向刚度，可以有效地约束支护结构桩体变形，同时又有良好的受力性能。在双排桩支护结构中，前后排桩均分担主动土压力，但前排桩主要起分担土压力的作用，后排桩除分担部分土压力外还起到拉锚和支挡双重作用；且由于充分利用了桩土的共同作用效应，改变了土体侧压力的分布，增强了支护效果；同时由于连梁的存在，增加了支护结构自身稳定性和整体刚度。2.2支护方案选择2.2.1支护单元划分根据深基坑工程资料所提供的土层情况、各支护单元的建地下室外轮廓线、建筑红线以及建筑红线与周边建筑物和道路之间的距离，各支护单元旁的建筑物分布情况，将场区内整个基坑分成4个支护段，AB段、BC段、CD段、AD段，如图2.1所示。AB段东面为华银大厦，在设计及施工时要注意到华银大厦的基础埋深和基础距离建筑红线的距离；BC段和CD段临近东海路，放坡空间比较大；DE段靠近青岛世纪名人广场，在施工时应注意监测AB段和DE段周围建筑物的沉降、偏移及倾斜量；EA段紧邻香港西路，有较大的放坡空间。图1.2基坑支护单元划分2.2.2基坑周围各支护段的支护类型初选方案(1)AB段：AB段东侧紧邻崂啤家属院，东北角距青岛地铁2号线区间31.00m，处于《青岛市轨道交通保护区施工作业管理办法》控制保护区内，本单元素填土的厚度范围是0.5m~5.6m，下部花岗岩强风化带的厚度范围是0.5m~7.7m据地质勘查报告，基坑周边紧邻用地红线，无放坡空间，故采取直立开挖的方式，最大开挖深度为20.65m。AB单元采用锚杆与钻孔灌注桩相结合的桩锚支护结构形式。根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2016)，选择直径为0.8m，间距为1.6m的钻孔灌注桩。在钻孔灌注桩的中部设置腰梁，从而保证桩的整体稳定性。(2)BC段：BC段位于东海路一侧，周围没有主要建筑物，根据基础外线钻孔原始记录简表可知：BC段最大开挖深度18.3m，上部杂填土厚度0.5m~5.6m，中部强风化岩厚度1.6~7.7m。地下水位深度范围为17m，CD段内拟建地下室外轮廓线距离建筑红线为10.225m，放坡空间较大，且根据《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-2016)，土钉墙、预应力锚杆复合土钉墙的坡比不宜大于1:0.2，但为预留办公场所，及必要的施工空间，放坡不宜太大。综合考虑后取放坡坡度取70°，采用复合土钉墙支护结构，加5道土钉，6道锚杆。(3)CD段：CD段东侧紧邻中海国际社区御城一栋15层高建筑物，本单元素填土的厚度范围是0.5m~5.6m，下部花岗岩强风化带的厚度范围是0.5m~7.7m据地质勘查报告，基坑周边紧邻用地红线，无放坡空间，故采取直立开挖的方式，本段最大开挖深度为18.90m。距基坑7.1米有10米马路紧邻中海国际御城社区15层公寓楼，CD单元采用锚杆与双排钻孔灌注桩相结合的双排桩锚支护结构形式。根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2016)，选择直径为0.8，间距为2m，排距2.4m的双排钻孔灌注桩，嵌固深度5.5m。(4)AD段：AD段位于拟建建筑物北侧，北段无主要建筑物，经由基础外边线钻孔原始记录简表可知：BC段中有编号为6~7的两个钻孔测点，在此单元中，素填土的厚度范围是0.5-5.6m，下部花岗岩强风化带厚度范围是3.3~7.7m，AD段地下水位为17m，均位于强风化岩内。本段内拟建地下室外轮廓线距离建筑红线较远，为31.68m，有较大的放坡空间，最大开挖深度为17.6m，可采用一级放坡加土钉墙支护结构，将土钉打入深基坑侧壁内。且根据《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-2016)，土钉墙、预应力锚杆复合土钉墙坡不宜太大，采用60°放坡加土钉墙支护结构。场地东北角存在3-6m土堆，超载取14kpa。3深基坑地下水处理地下水的处理在岩土工程中是一个不能避免的部分。在支护结构的施工中，对地下水的处理是不可或缺的项目。降低地下水位，排走地下水才能够满足基坑工程的安全及稳定性要求，才能保证顺利施工。而隔水则不只是为了施工的顺利进行，也是为了满足保护环境的需求。地下水最终处理结果与支护结构的最终质量和施工时场地的安全性能息息相关，因此在支护设计中，对于地下水的处理问题必须要进行充分的研究。目前对于地下水的处理方法中应用最为通用、实践经验最充足的主要有明排水、井点降水、隔水帷幕。对于一般的基坑支护，通常使用明沟的构造形式达到排水的目的。明沟排水一是能够排走抽到地表的地下水，二是可以排走地表原有的水分以及在施工过程中的天然降水，从而保证施工能够有序、高效的进行。对于地下水处理要求一般的工程，井点降水的设计方法也被普遍使用。井点降水方法通过使用降水措施将地下水的水位下降，和压缩待开挖土体中的含水量，从而减小开挖过程中存在的施工难度，使得边坡的稳定性系数得到了提升，提高了施工的安全性。利用降水措施从土体中抽出的地下水则需要通过排水方法将水排走。对于难以通过排水和降水的方式处理地下水的区域，以及为了保证基坑周围的建筑不受降水带来的地表沉降的影响，通常需要在基坑周边设置隔水帷幕。隔水帷幕能够阻断基坑内部与外部的地下水之间的联系，防止基坑外部的地下水因为水压力的作用涌入基坑内部。设置隔水帷幕也能够起到保护周边范围的地下管线如电缆线、煤气管线等不致因为施工原因被破坏的作用，避免安全事故的发生。对于上述3种地下水处理方式，机理相互区别、反馈的效应也存在差异，在实际的施工过程中通常做法为搭配使用，以确保地下水的控制工作能够行之有效、符合常规、保证效率的实施。在青岛地区，一般的深基坑主要是素填土层或者粉土层与岩石层相结合的类型，因此常采用隔水帷幕与井点降水的止排水措施。3.1隔水帷幕设计3.1.1常见隔水帷幕类型常见的止水帷幕有高压旋喷桩、深层搅拌桩止水帷幕，旋喷桩止水帷幕，近来出现了螺旋钻机素砼或压浆止水帷幕；像地下连续墙、钻孔咬合桩等形式的地下围护结构形式，因为自防水效果较好，有的都不需要再施作止水帷幕。高压旋喷桩，是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。高压喷射注浆法水泥土止水帷幕一般有两种形式：(1)单独形成止水帷幕，采用单排旋喷桩相互搭接形成，或采用摆喷法形成；(2)与排桩共同形成止水帷幕。水泥土搅拌桩止水帷幕是由一定比例的水泥浆液和地基土用特制的机械在地基深处就地强制搅拌而成，从而改善基坑边坡的稳定性、抗渗性能，达到止水、挡土的效果。水泥搅拌桩止水帷幕是基坑止水的常用手段之一，基坑(特别是深基坑)开挖及地下结构施工至关重要,多与柱列式钻孔灌注桩构成基坑支护结构。地下连续墙是利用一定的设备和机具，在泥浆护壁的条件下向地下钻挖一段狭长的深槽，在槽内吊放入钢筋笼，然后灌注混凝土筑成一段钢筋混凝土墙段，再把每一墙段逐个连接起来形成一道连续的地下墙壁。地下连续墙是近年来在地下工程和基础工程施工中应用较为广泛的一项技术。如北京王府井宾馆，广州白天鹅宾馆，上海电信大楼，上海国际贸易中心大厦，上海金茂大厦等。目前，我国建筑工程中应用最多的是现浇的钢筋混凝土板式地下连续墙。分两墙合一和纯为临时挡土墙两种情况。其特点是刚度大，挡土又挡水，可用于任何土质，施工无振动、噪音低；可用于逆做法施工。成本高，施工技术复杂，专用设备。3.1.2隔水帷幕设计方案高压旋喷桩，是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、(空气)成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体(即旋喷桩)，以达到加固地基或止水防渗的目的。经过与前两者的比对，在工程中采用此种隔水方法。结合实际地质资料考虑，在高压旋喷桩隔水帷幕的施工工艺类型中，三重管法的有效处理长度最长，因此选用三重管法进行隔隔水帷幕的施工。三重管法是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m。(1)喷射直径的设计根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2016)规定：采用高压旋喷注浆帷幕进行隔水工作时，注浆后形成的水泥浆与土的固结体的有效半径宜按照试验方法确定给出。缺少试验时，可根据土体的种类以及土体的密实程度选择高压旋喷桩的施工工艺，按照工程经验采用固结体的有效半径。摆喷注浆的喷射方向与摆喷点连线的夹角宜取10°~25°，摆动角度宜取20°~30°。当注浆孔深度不同时，水泥土固结体的搭接宽度也不同。对于地下水位比较高、渗透性比较强的地层，应当采用双排的高压旋喷桩作为隔水帷幕从而达到隔水效果。在本工程中，选取喷射的有效直径为1.4米。(2)布孔设计在地质条件复杂且断面处单位重量的水的能量比较高的工况下，设计常采用多排高压旋喷桩作为隔水帷幕进行隔水。若采用单排高压旋喷桩作为隔水帷幕时，旋喷桩之间的距离最好为0.866R。若采用双排高压旋喷桩作为隔水帷幕，宜采用梅花型布置旋喷桩，旋喷桩之间的距离在0.75R~0.866R范围内效果最佳(定义R是高压旋喷桩的设计直径)。在本工程中，选取孔径为1.0m。(3)孔深设计如果要实现有效的防渗性能，则需要将防渗体嵌入到基岩或粘性土中，根据一般的施工经验并参考地区特点，对于青岛沿海地区透水性比较高的地层而言，承担隔水作用的高压旋喷桩一般要嵌入到风化岩层内500mm左右，因此确定止水帷幕的深度为9.2m。3.2集水明排根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2016)规定：对基坑底部表面汇集的原有水分、天然降水、基坑四周的地表汇集的原有水分、天然降水以及通过井点降水措施从地层中抽出的水，都可采用明沟进行排水。排水沟的截面应按照设计的排水流量确定，设计的排水流量应符合以下规定：Q≤V/1.5(3.1)式中：Q—排水沟的设计流量(m³/d)V—排水沟的排水能力(m³/d)因此在该深基坑支护设计中，排水方法采用集水明排的明沟排水，其中明沟的具体尺寸见图3.1。图3.1排水明沟的截面及构造(图中1-机制砖；2-素混凝土垫层；3-水泥砂浆面层)为了有效、及时收集沟内的流水，每隔30m~50m则应当设置一口集水井，在本工程中，集水井间的距离选取为30m。同时，集水井有必要采取防渗措施，防止由明沟排走的水再次渗入土体中。此次深基坑支护工程排水所用的集水井采用矩形截面，净截面尺寸为500mm×500mm，深度一般不小于800mm。4.基坑支护计算4.1基坑支护设计参数4.1.1土层参数根据地质勘察报告，岩土层主要为素填土、花岗岩强风化岩、花岗岩中风化岩、细粒花岗岩中风化岩和煌斑岩中风化岩。场地内各勘探孔中均揭露填土层，以粘性土为主，局部混建筑垃圾和碎石，回填年限在10年以内。受人工活动影响，该填土层土质松疏松，局部稍密，工程力学性质较差，压缩性高，无湿陷性，均匀性一般，整体厚度不均匀，在基础施工中进行挖除。场地地貌类型为剥蚀堆积缓坡，整体地势相对较为平坦，未发现岩溶、滑坡等不良地质作用，各岩土质设计参数如下：表4.1各岩土层设计参数层号岩土层名称fak/fa(kPa)E(MPa)γ(kN/m3)c(kPa)φ(°)frb(kPa)(1)素填土//18.551515(12)花岗岩强风化带800/45/E022/45300(13)花岗岩中风化带2000/fak2/ES1-223/55760(14)花岗岩中风化带4000/fa20/E024/651200(15)细粒花岗岩中风化带2000/fak2/E023/55760(16)煌斑岩中风化带400/fa30/E21/40200(17)煌斑岩中风化带1000/fa1/E22/454004.1.2各土层朗肯主动土压力系数根据各土层内摩擦角计算各土层朗肯主动土压力系数，结果见表4.2：表4.2各土层朗肯主动土压力系数(1)(5)(11)(12)(16)(17)(18)Kai0.5890.1710.0990.0480.0990.2170.1710.7670.4140.3150.2210.3150.4660.414注：4.1.3地面堆载根据设计资料，地面超载：30kPa。4.1.4设计原则本次设计采用以概率论为基础的极限状态设计法，利用承载能力极限状态对支护结构进行承载能力设计并利用正常使用极限状态对支护结构进行变形验算。4.1.5基坑安全等级基坑安全等级的划分在规范《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)中没有明确说明，该规范只是提出按照支护结构破坏对基坑周边环境和施工安全的影响程度来综合考虑。不同划分单元的支护结构可以按不同的安全等级设计，在工程中一般可以按照基坑开挖深度来确定安全等级。表4.3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本工程属于深基坑工程，各单元的开挖深度都较深，其建设过程的安全性不容忽视，工程条件比较复杂。综合考虑，本基坑中各单元安全等级定为一级，基坑侧壁重要性系数为1.0。4.1.6标高规定查看建筑总平面图，可知设计室内地坪±0.00对应绝对标高为48m。4.1.7计算截面在相同基底标高下，各支护单元最危险截面为土压力最大的截面。本设计中土压力计算采用“朗肯土压力计算理论”，各单元采用水土合算。根据朗肯主动土压力计算公式：(4.1)可知粘聚力和内摩擦角较小的土层较厚时土压力较大。经过比较，选取AB段最危险截面为孔3截面，故该段基坑开挖深度为9.9m+7.7m=17.6m。BC段最危险截面为孔6截面，故该段基坑开挖深度为12.4+6.5=18.9m。CD段最危险截面为孔11截面，故该段基坑开挖深度为6.59+14.06=20.65m。DA段最危险截面为孔15截面，故该段基坑开挖深度为11.8+6.5=18.3m。4.2.AB段桩锚支护设计4.2.1支护设计概述AB段东侧紧邻崂啤家属院，东北角距青岛地铁2号线区间31.00m，处于《青岛市轨道交通保护区施工作业管理办法》控制保护区内，本单元素填土的厚度范围是0.5m~5.6m，下部花岗岩强风化带的厚度范围是0.5m~7.7m据地质勘查报告，基坑周边紧邻用地红线，无放坡空间，故采取直立开挖的方式，最大开挖深度为20.65m。AB单元采用锚杆与钻孔灌注桩相结合的桩锚支护结构形式。根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2016)，选择直径为0.8m，间距为1.6m的钻孔灌注桩。在钻孔灌注桩的中部设置腰梁，从而保证桩的整体稳定性。图4.1AB段支护情况剖面简图4.2.2地质条件根据钻探资料和区域地质资料，勘察深度范围内的第四系地层主要为素填土，下伏基岩为燕山晚期花岗岩、细粒花岗岩岩脉及煌斑岩脉。现按青岩土层各层相关的设计参数见表1.2。表4.4AB段地质条件层号土类名称层厚(m)重度(kN/m²)浮重度(kN/m²)粘聚力(kN)内摩擦角(°)层号土类名称1素填土5.6018.55.0015.001素填土2强风化岩7.7022.045.002强风化岩3中风化岩20.5023.055.003强风化岩注：地下水深度为7.5m。4.2.3工况AB段取0.5m超挖深度，共分13个工况，详细施工工况见表4.5：表4.5AB段施工工况工况号工况类型深度(m)支锚道号1开挖3.5002加锚杆4.001.锚杆3开挖6.5004加锚杆7.002.锚杆5开挖9.5006加锚杆10.003.锚杆7开挖12.5008加锚杆13.004.锚杆9开挖15.50010加撑16.005.锚杆11开挖18.50012加撑19.006.锚杆13开挖20.6504.2.4土压力计算采用朗肯土压力计算主动土压力和被动土压力土中任意一点竖向主动应力按土中任意一点竖向被动应力按4.2.5各层土的水平荷载计算(1)素填土(5.6m)=18.5，5，，0.589，0.767基坑外侧竖向应力标准值：=q=45kN/m2=45+18.5×5.6=148.6kN/m2水平方向荷载标准值：水平方向合力：水平作用点离该土层底端的距离：(2)花岗岩弱风化带(7.7m)kN/m2，80kPa，，0.171，0.414基坑外侧竖向应力标准值：kN/m2水平荷载标准值:=61.9×0.171-2×200×0.414=155.53kN/m2==231.3×0.171-2×200×0.414=132.37kN/m2水平荷载：0.5×（155.53+132.37）×7.7=1108.41kN/m2水平荷载作用点离该土层底端的距离：=2.987m(3)花岗岩中风化带(20.5m)3=23KN/m2，c3=300KPa,,Ka3=0.099,0.315基坑外侧竖向应力标准值：=kN/m2=+=231.3+23*20.5=702.8kN/m2水平荷载标准值：=231.3×0.099-2×300×0.315=166.1kN/m2==702.8×0.099-2×300×0.315=181.79kN/m2水平荷载：0.5×（166.1+181.79）×20.5=3565.87kN/m2水平荷载作用点离该土层底端的距离：=6.69m4.2.6水平抗力计算基坑底面以下水平抗力计算的土层为：第3层土花岗岩中风化带(6m)计算依据和计算公式：

土层水平抗力计算依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ20-99)

(1)基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：

对于碎石土及砂土,基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：(4.2.1)式中作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值：

第层土的被动土压力系数

对于粉土及粘性土，基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：(4.2.2)(2)作用与基坑底面以下深度处的竖向应力标准值。按下式计算：(4.2.3)式中深度以上土的加权平均天然重度

(3)第层土的被动土压力系数应按下式计算：(4.2.4)(4)第i层土的水平抗力Ep为：(4.2.5)式中第i层土土层顶部的水平抗力标准值

第i层土土层底部的水平抗力标准值第i层土的厚度0

预应力错索的水平间距4.2.7各层土水平抗力计算(1)花岗岩中风化带h3k=20.5m，，，Kp3=0.099，0.315作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值：p3k=0kN/m2，==23×20.5=471.5kN/m2水平抗力标准值：=0×0.099-2×300×0.315=189kN/m2=231.3×0.099-2×300×0.315=166.10kN/m2水平抗力：0.5×（189+166.10）×6=177.55kN/m2水平抗力离该土层底端的距离：=7.43m4.2.8支点力计算

(1)计算基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离hc1

基坑底面水平荷载标准值：=84.74kN/m

由可得：

84.74=74.0+(84.7-74.2)/0.5×主动等于被动，土压力0点，(等质量法的规定)

求得：=0.511m

(2)计算支点力：反弯点位于1.2h=1.2×20.65=24.78(h为基坑挖深)。主动土合力计算如下：0.5×（155.35+132.4）×5.6=520.70kN==2.874m=m被动土合力计算如下：=2.04m支反力计算通过如下公式：(4.2.6)式中：—被动合力至桩底的距离—各层土的被动合力—轴向支反力—支点至基坑底面的距离—基坑底面至反弯点的距离—主动合力至桩底的距离—各层土的主动合力结合土压力合力带入公式可得：Tc1=295.32kN4.2.8嵌固深度计算嵌固深度的计算采用如下公式：(4.2.7)可知只要安全系数大于1.2即可。式中：—被动合力至桩底的距离—各层土的被动合力—轴向支反力—支点至基坑底面的距离—桩体的嵌固深度—主动合力至桩底的距离—各层土的主动合力经计算可得嵌固深度=5.87m，取实际嵌固深度6m。4.2.8锚杆设计先初步假设预应力值，在计算出锚杆内力之后，验算是否满足规范规定，如果不满足，再修改预应力大小，继续计算锚杆内力，直到锚杆内力和预应力满足规范要求。表4.6锚杆的布置及参数支锚道号支锚类型水平间距(m)竖向间距(m)入射角(°)总长(m)锚固段长度(m)1锚杆1.0003.00015.0016.006.002锚杆1.0003.00015.0016.006.003锚杆1.0003.00015.0013.006.004锚杆1.0003.00015.009.006.005锚杆1.0003.00015.009.006.006锚杆1.0003.00015.009.006.00根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)规定：(4.2.8)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，系数值分别不应小于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)。锚杆的轴向拉力标准值：(4.2.9)式中：Nk—锚杆轴向拉力标准值(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—挡土构件计算宽度(m)；α—锚杆倾角(°)锚杆极限抗拔承载力标准值：(4.2.10)式中：d—锚杆的锚固段直径(m)；li—锚杆的锚固段在第i土层中的长度(m)；锚固段长度为锚杆在理论直线滑移面以外的长度；qsk,i—锚固体与第i土层的极限粘结强度标准值(kPa)。表4.7锚杆水平方向内力支锚道号最大内力弹性法(kN)最大内力经典法(kN)内力实用标准值(kN)内力实用设计值(kN)194.9197.0894.91118.63286.9363.0786.93108.66393.0473.9993.04116.304179.6491.36179.64224.555389.24232.28389.24486.556381.41502.13381.41476.77表4.8锚杆轴向内力支锚道号最大内力弹性法(kN)最大内力经典法(kN)内力实用标准值(kN)内力实用设计值(kN)198.25100.5098.25122.82289.9965.2989.99112.49396.3276.6096.32120.404185.9894.58185.98232.485402.97240.47402.97503.726394.87519.84394.87493.59经验算，所有锚杆均符合规范要求。4.2.9灌注桩的配筋计算灌注桩设计参数：灌注桩桩径为800mm，混凝土采用C30，fc=14.3MPa，ft=1.43MPa，纵向受力钢筋采用HRB335，fy=360MPa，箍筋选择HRB335，fyv=300MPa，相邻灌注桩的圆心间距s取1600mm，灌注桩桩体的混凝土保护层厚度取20mm。计算可得，21根D32钢筋，实配面积为21375mm²。实配配筋率0.675%，满足最小配筋率ρmin=max{0.2,0.24×ft/fyv}%=0.20%矩形截面斜截面受剪承载力应满足以下公式：V≤0.7ftbh0+fyvAsvh0/s(4.2.11)根据上述公式得出：Asv=(V-0.7ftbh0)s/fyvh0=(129270-0.7×1.43×800×560)×150/(300×560)=3016mm2由《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)联立得：(4.2.12)(4.2.13)详见4.9：表4.9灌注桩配筋段号选筋类型级别钢筋实配值实配[计算]面积(mm2或mm2/m)1纵筋HRB33521D3221375[20755]2箍筋HRB335D18@1503393[3016]加强箍筋HRB335D18@2000154满足最小配筋率ρsv=0.24×ft/fyv=0.24×1.43/300=0.13%，即需按最小配筋率配筋。4.2.10AB段基坑稳定性系数计算与嵌固深度验算计算使用的条分法为计算某一个确定的滑裂面整体稳定安全系数的途径。通过计算众多不同的圆弧滑裂面的稳定安全系数，找出计算结果中稳定安全系数最小的滑裂面为最危险圆弧滑裂面。再进行稳定性分析中最复杂的工作也就是确定最危险圆弧滑裂面的圆心位置和半径，本次设计通过运用理正深基坑软件来计算每一工况的稳定性。图4.2整体稳定验算简图计算得出，AB段土条计算宽度为1m，圆弧半径R=17.384m，圆心坐标X=-3.868m，圆心坐标Y=8.754m，整体稳定性安全系数=1.632>1.35，满足规范要求。嵌固深度的构造要求：依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2016)，多个支点支护结构的应大于0.3h，嵌固深度构造长度：5.87m。嵌固深度应满足整体滑动稳定性要求：按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度：圆心(-5.686，15.167)，半径=60.933m，对应的安全系数=1.358≥1.350嵌固深度计算值=6.000m。嵌固深度满足以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性要求：符合以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定的嵌固深度=0.400m。满足以上要求的嵌固深度计算值=5.87m，采用值=6.00m。工况1： =3648.253≤=77237.000，土反力满足要求。工况2： =3648.253≤=77237.000，土反力满足要求。工况3： =3879.279≤=61620.496，土反力满足要求。工况4： =3879.279≤=61620.496，土反力满足要求。工况5： =4105.164≤=45451.094，土反力满足要求。工况6： =4105.164≤=45451.094，土反力满足要求。工况7： =4273.866≤=31128.135，土反力满足要求。工况8： =4273.866≤=31128.135，土反力满足要求。工况9： =4324.137≤=18575.111，土反力满足要求。工况10： =4324.137≤=18575.111，土反力满足要求。工况11： =4041.152≤=9127.797，土反力满足要求。工况12： Ps=4041.152≤=9127.797，土反力满足要求。工况13： =3466.651≤=4406.587，土反力满足要求。 式中： 为作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力(kN)； 为作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力(kN)。AB段土条计算宽度为1m，圆弧半径R=17.384m，圆心坐标X=-3.868m，圆心坐标Y=8.745m，整体稳定性安全系数=2.358>1.35，满足规范要求。4.2.11AB段锚杆腰梁设计在本工程中，将锚杆腰梁按照连续梁进行配筋计算。计算腰梁的内力时，腰梁的荷载为均布荷载，大小为锚杆受拉荷载设计值与锚杆间距的比值。作用在腰梁上的集中力为Fh=282.89kN，设计值：N=1.1×1.25×282.89=388.97kN。按三跨连续梁计算，每段跨度l0=1.6m，计算模型和内力图见图3.3，其最大正弯矩M=81.76kN•m，最大负弯矩M=-65.64kN•m，最大剪力V=274.36kN。11234(1)(2)(3)(1)81.7681.7681.6465.64-65.64-65.64(2)162.8162.82106256.36-274.6-210.4158.64(3)图4.3腰梁计算图：(1)混凝土腰梁计算模型(2)弯矩包络图(3)剪力包络图矩形截面受弯承载力应符合下列规定：(4.2.16)混凝土受压区高度应按下列公式规定：(4.2.17)当仅配置箍筋时，矩形、T型和I型截面受弯构件斜截面受剪承载力应符合下列规定：(4.2.18)(4.2.19)当仅配置箍筋时，矩形、T型和I型截面受弯构件斜截面受剪承载力应符合下列规定：(4.2.20)(4.2.21)(4.2.22)混凝土腰梁的设计参数：高度为400mm，宽度为300mm，混凝土强度等级为C30，钢筋级别为HRB400，腰梁保护层厚度取20mm。最大正弯矩，计算得：As=588.87mm2，选配2根D20钢筋，实配面积为628.32mm2。对于支座处最大负弯矩，计算得：=492.80mm2，选配2根D18钢筋，实配面积为508.94mm2。且最小配筋率ρmin=max{0.20,45ft/fy}%=0.19%满足要求。由于支座间的距离小，上述钢筋均沿腰梁的全长布置。箍筋计算：αcv=0.81，V=331.36kN≥αcvftbh0=0.7×1.43×300×380=114.114kN。按计算配置箍筋，由公式Vcs=αcvftbh0+fyvAsvh0/s可得Asv/s=(Vcs-αcvftbh0)/(fyvh0)=(396001-114114)/(270×380)=1.7，选配D12@120钢筋，则Asv/s=1.875，满足要求。4.3BC段复合土钉墙支护设计4.3.1复合土钉墙支护设计概述BC段位于东海路一侧，周围没有主要建筑物，根据基础外线钻孔原始记录简表可知：BC段最大开挖深度18.3m，上部杂填土厚度0.5m~5.6m，中部强风化岩厚度1.6~7.7m，整体地势较平坦，地势南高北低，地下水位深度范围为17m，CD段内拟建地下室外轮廓线距离建筑红线为10.225m，放坡空间较大，且根据《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-2012)，土钉墙、预应力锚杆复合土钉墙的坡比不宜大于1：0.2，但为预留办公场所，及必要的施工空间，放坡不宜太大，综合考虑后取放坡坡度取70°，采用复合土钉墙支护结构，加5道土钉，6道锚杆，各土钉与锚杆竖向间距为1.5m。图4.5BC段支护单元剖面图在该复合土钉墙中，最危险界面开挖深度为18.3m，一共布置五道土钉。其各个竖向间距分别为：3.5m，3m，3m，3m，3m，水平间距为2m。布置六道锚杆，其各个竖向间距分别为：2m，3m，3m，3m，3m，3m。各个锚杆和土钉的入射角均为15°。4.3.2地质条件根据钻探资料和区域地质资料，勘察深度范围内的第四系地层主要为素填土，下伏基岩为燕山晚期花岗岩、细粒花岗岩岩脉及煌斑岩脉，地质条件详见表4.10。表4.10CD单元场地的地质条件层号土类名称层厚(m)重度(kN/)浮重度(kN/)粘聚力(kN)内摩擦角(°)1素填土5.6018.55.0015.002强风化岩7.7022.045.003中风化岩20.5023.055.00注：地下水深度为17m。4.3.3工况BC段取0.5m超挖深度，共分23个工况，该段施工工况见表4.11。表4.11BC段施工工况工况编号工况类型深度(m)水平间距入射角(°)长度(m)1开挖22加锚杆2.5215203开挖3.54加钉4215245开挖56加锚杆5.5215157开挖6.68加钉7215149开挖810加锚杆8.52151511开挖9.512加钉102151413开挖1114加锚杆11.52151015开挖12.516加钉132151017开挖1418加锚杆14.52151019开挖15.520加钉16215621开挖1722加锚杆17.5215823开挖18.34.3.4锚杆外侧主动土压力的计算根据规范，主动土压力的计算和AD段相同。土钉的长度中点所处深度位置的主动土压力：根据规范，计算第i层土钉长度中点所处位置的主动土压力：朗肯土压力计算公式：(4.16)第1层土钉的长度中点所处深度位置的主动土压力：=(30+18.5×5.6)×tan²(45°-15°/2)-2×17×tan(45°-15°/2)=29.62kPa第2层：=(30+22×4.14+18.5×5.9)×tan²(45°-45°/2)-2×17×tan(45°-45°/2)=52.11kPa第3层：=(30+22×5.9+23×3.56)×tan²(45°-45°/2)-2×33.5×tan(45°-45°/2)=91.55kPa第4层：=(30+23×4.8+20.5×3.31)×tan²(45°-45°/2)-2×33.5×tan(45°-55°/2)=130.63kPa第5层：=(30+23×4.7+20.5×1.8+23×0.9)×tan²(45°-55°/2)=173.85kPa表4.11BC单元土钉中点深度与该处主动土压力层数中点所在处深度(m)土钉的长度中点所处深度位置主动土压力(kPa)13.1529.6225.7452.1138.6391.55412.74130.63518.30173.854.3.5各层锚杆受拉荷载标准值计算根据规范，单根锚杆轴向荷载标准值及荷载折减系数ζ：(4.3.3)(4.3.4)经计算得各土钉受拉荷载标准值：第1根：=1/cos15°×0.5×22.87×2×1=32.42kN第2根：=1/cos15°×0.5×26.71×1.5×3.5=45.90KN 第3根：=1/cos15°×0.5×28.45×2.5×1=47.62kN第4根：=1/cos15°×0.5×29.19×1.5×2.5=48.31kN第5根：=1/cos15°×0.5×35.11×1.5×1.5=59.83kN4.3.6各层土钉抗拉承载力验算根据《基坑土钉支护技术规范》(CECS96：97)规定：(4.3.5)锚杆的轴向拉力标准值：(4.3.6)锚杆极限抗拔承载力标准值：(4.3.7)(4.3.8)CD段的计算结果如下：第1层土钉抗拉承载力验算：=3.14×150×(30×6.18+0.82×150)=320.3kN≥=32.42kN第2层土钉抗拉承载力验算：3.14×150×(1.16×30+50×6.4)=253.06kN≥=35.90kN第3层土钉抗拉承载力验算：=3.14×150×(1.16×30+50×6.4))=253.72kN≥=37.62kN第4层土钉抗拉承载力验算：=3.14×130×(2.3×50+150×1.7))=296.84kN≥=38.31kN第5层土钉抗拉承载力验算：=3.14×130×(150×4)=437.67KN≥=43.83kN4.3.7各层预应力锚杆及土钉配筋计算根据《基坑土钉支护技术规范》(CECS96：97)规范：轴向力设计值：(4.3.9)锚杆杆体的受拉荷载力：(4.4.0)土钉杆体截面面积：(4.4.1)(4.4.2)土钉钢筋采用HRB400带肋钢筋第1根土钉的配筋：=1×3.14×150×(30×6.18+0.82×150)=743.8kN=1.15×743.8×1000/360=2066.1mm²采用2E40，Ap=2513.3mm²第2根土钉的配筋：=1×3.14×150×(1.16×30+50×6.4)=422.8kN=1.15×146.95×1000/360=1174.4mm²采用1E40，Ap=1256.6mm²第3根土钉的配筋：=1×3.14×150×(1.16×30+50×6.4))=417.7kN=1.15×143.61×1000/360=1160.3mm²采用1E25，Ap=1256.6mm²第4根土钉的配筋：=1×3.14×130×(2.3×50+150×1.7))=320kN=1.15×185.73×1000/360=1017.9mm²采用1E40，Ap=1256.6mm²第5根土钉的配筋：=1×3.14×130×(150×4)=172.9KN=1.15×326.56×1000/360=805.1m²采用1E40，Ap=1256.6mm²表4.12土钉配筋土钉号土钉拉力(抗拉)土钉拉力(稳定)计算钢筋面积配筋配筋面积1726.6743.82066.12E402513.32405.0422.81174.41E401256.63398.7417.71160.31E401256.64293.2320.0889.01E401256.65172.9181.8505.11E401256.64.3.8锚杆设计先初步假设预应力值，在计算出锚杆内力之后，验算是否满足规范规定，如果不满足，再修改预应力大小，继续计算锚杆内力，直到锚杆内力和预应力满足规范要求。表4.13锚杆的布置及参数序号水平间距(m)竖向间距(m)入射角度(°)锚固体直径(mm)锚杆长度(m)锚杆锚固长(m)11.0002.00015.015020.0007.00021.0003.00015.015015.0006.00031.0003.00015.015015.0005.00041.0003.00015.015010.0005.00051.0003.00015.015010.0005.00061.0003.00015.01508.0005.000根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2016)规定：(4.3.8)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，系数值分别不应小于1.8、1.6、1.4；—锚杆轴向拉力标准值(kN)；—锚杆极限抗拔承载力标准值(kN)。锚杆的轴向拉力标准值：(4.3.9)式中：—锚杆轴向拉力标准值(kN)；—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);—挡土构件计算宽度(m)；α—锚杆倾角(°)锚杆极限抗拔承载力标准值：(4.3.10)式中：d—锚杆的锚固段直径(m)；—锚杆的锚固段在第i土层中的长度(m)；锚固段长度为锚杆在理论直线滑移面以外的长度；—锚固体与第i土层的极限粘结强度标准值(kPa)。4.3.9基坑整体稳定性验算在采用土钉墙作为基坑支护方式的时候，根据施工过程中不同开挖深度以及坑底地面以下所有的可能滑动面，进行稳定性验算时要简化圆弧滑移面再进行瑞典条分法。在进行验算时，采用分项系数极限状态表达法。(4.3.3)(4.3.4)(4.3.5)(4.3.6)(4.3.7)(4.3.8)(1)最危险圆弧滑裂面的确定在计算一个滑裂面的稳定安全系数的时候我们采用的是瑞典条分法，也就是通过计算各个滑裂面来确定最危险截面，安全系数最小的那一个是最危险截面。图4.14稳定性验算工况号安全系数圆心坐标x(m)圆心坐标y(m)半径(m)11.3253.62719.5494.30821.4141.90519.9006.50032.701-0.62020.8449.62143.204-0.70120.7319.63552.592-17.94231.35030.44862.456-18.84628.22029.58072.695-18.46325.03927.76882.359-23.62727.44533.81692.569-20.34325.15729.958102.185-24.67925.05834.191112.169-25.38623.85134.311122.071-28.70225.47938.379满足规范要求。4.3.10喷射混凝土面层、土钉和面层的连接及土钉之间的连接设计放坡时的面层所受不是特别大的压力，但是比较难以测量，在施工过程中常用的做法就是按照构造设计来配置钢筋，设计厚度及其强度，设计结果如表4.15。表4.15面层、坡顶及构造配筋面层面层喷射混凝土强度等级为C20厚度为100mm钢筋规格为HRB400直径为8mm网格为正方形间距120mm钢筋保护层厚度为30mm坡顶喷射混凝土护肩长度为2m或延长至于坡顶排水沟相接并打入长度为1.5m，间距为2m的冲击式土钉泄水管(直径为50mm、长度为400mm的PVC管)透水直径为10mm，开孔率20%尾端向上倾斜外包两层土工布泄水管纵横间距3m，砂层等水量较大的区域局部加密喷射混凝土时应将泄水管孔口临时封堵，防止喷射混凝土进入土钉与面层的连接件采用钉头筋连接钉头筋采用C18的HRB400级带肋钢筋在土钉端部焊接上两根较短的“L”型钢筋，L筋的一翼与加强筋压紧后焊接，焊缝长度一般不小于100mm钉头筋可使用4根钢筋呈“井”字形压紧钢筋网片4.4CD段双排柱支护设计4.4.1支护设计概述CD段：CD段东侧紧邻中海国际社区御城一栋15层高建筑物，根据钻探资料和区域地质资料，勘察深度范围内的第四系地层主要为素填土,下伏基岩为燕山晚期花岗岩、细粒花岗岩岩脉及煌斑岩脉。依据区域水文地质资料和本次勘察资料，拟建场地地下水类型主要为基岩裂隙水。勘察期间处于枯水期，据我公司多年区域动态观测资料，拟建场地地下水类型主要为基岩裂隙水，以层状、带状赋存于基岩风化带裂隙密集发育带中，富水性差，水位不连续、不均匀，接受大气降水和侧向迳流补给，以迳流排泄为主。本单元素填土的厚度范围是0.5m~5.6m，下部花岗岩强风化带的厚度范围是0.5m~7.7m据地质勘查报告，基坑周边紧邻用地红线，无放坡空间，故采取直立开挖的方式，本段最大开挖深度为18.90m。距基坑7.1米有10米马路紧邻中海国际御城社区15层公寓楼，CD单元采用锚杆与双排钻孔灌注桩相结合的双排桩锚支护结构形式。根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)，选择直径为0.8，间距为2m，排距2.4m的双排钻孔灌注桩，嵌固深度5.5m。图4.6CD段双排桩支护简图4.4.2地质条件根据钻探资料和区域地质资料，勘察深度范围内的第四系地层主要为素填土，下伏基岩为燕山晚期花岗岩、细粒花岗岩岩脉及煌斑岩脉，地质条件详见表4.16。表4.16地质条件层号土类名称层厚(m)重度(kN/)浮重度(kN/)粘聚力(kN)内摩擦角(°)1素填土5.6018.55.0015.002强风化岩7.7022.045.003中风化岩20.5023.055.00注：地下水深度为17m。4.4.3施工工况CD段取0.5m超挖深度，共分11个工况，详细施工工况见表4.17：表4.17施工工况工况号工况类型深度(m)支锚道号1开挖3.5002加锚杆4.001.锚杆3开挖6.5004加锚杆7.002.锚杆5开挖9.5006加锚杆10.003.锚杆7开挖12.5008加锚杆13.004.锚杆9开挖15.50010加锚杆16.005.锚杆11开挖18.9004.4.4土压力计算采用朗肯土压力计算主动土压力和被动土压力土中任意一点竖向主动应力按土中任意一点竖向被动应力按各层土的水平荷载计算：(1)素填土(5.6m)=18.5kN/，5kPa，，0.589，0.767基坑外侧竖向应力标准值：=q=45kN/m2=45+18.5×5.6=148.6kN/m2水平方向荷载标准值:kN/m2kN/m2水平方向合力：kN/m2水平作用点离该土层底端的距离：(2)花岗岩弱风化带(7.7m)kN/m2，80kPa，，0.171，0.414基坑外侧竖向应力标准值：kNkN/m2水平荷载标准值:kN/m2kN/m2水平荷载：0.5×（155.53+132.37）×7.7=1108.41kN/m2水平荷载作用点离该土层底端的距离：(3)花岗岩中风化带(20.5m)3=23KN/m2，c3=300KPa，，Ka3=0.099，0.315基坑外侧竖向应力标准值：kN/m2kN/m2水平荷载标准值：=231.3×0.099-2×300×0.315=166.1kN/m2=702.8×0.099-2×300×0.315=181.79kN/m2水平荷载：0.5×（166.1+181.79）×20.5=3565.87kN/m2水平荷载作用点离该土层底端的距离：4.4.5水平抗力计算基坑底面以下水平抗力计算的土层为：第3层土花岗岩中风化带(6m)计算依据和计算公式：

土层水平抗力计算依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ20-99)

(1)基坑内侧水平抗力标准值epjk按下列规定计算：

对于碎石土及砂土,基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：

(4.4.1)式中作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值：

第i层土的被动土压力系数

对于粉土及粘性土,基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：

(4.4.2)(2)作用与基坑底面以下深度Zj处的竖向应力标准值。按下式计算：

(4.4.3)式中深度zj以上土的加权平均天然重度。

(3)第i层土的被动土压力系数应按下式计算：

(4.4.4)(4)第i层土的水平抗力Ep为：(4.4.5)式中第i层土土层顶部的水平抗力标准值

第i层土土层底部的水平抗力标准值第i层土的厚度0

sh预应力错索的水平间距4.4.6各层土水平抗力计算(1)花岗岩中风化带=20.5m，3=23KN/m2，，Kp3=0.099，0.315作用于基坑底面以下深度Zj处的竖向应力标准值：=0kN/m2，=23×20.5=471.5kN/m2水平抗力标准值：=0×0.099-2×300×0.315=189kN/m2=231.3×0.099-2×300×0.315=166.10kN/m2水平抗力：0.5×（189+166.10）×6=177.55kN/m2水平抗力离该土层底端的距离：1、双排桩结构可采用平面刚架结构模型进行计算前、后排桩的桩间土体对桩侧的压力可按下式计算：式中：──前、后排桩间土体对桩侧的压力(kPa)；可按作用在前、后排桩上的压力相等考虑；──桩间土的水平刚度系数(kN/m3)；──前、后排桩水平位移的差值(m)：当其相对位移减小时为正值；当其相对位移增加时，取Δv＝0；──前、后排桩间土体对桩侧的初始压力(kPa)其中桩间土的水平刚度系数(kc)可按下式计算：前、后排桩间土体对桩侧的初始压力可按下式计算：4.4.7嵌固深度计算双排桩按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)抗倾覆稳定计算嵌固深度值，公式如下：得到=4.139m，采用值为：5.500m4.4.8双排桩选筋计算灌注桩设计参数：灌注桩桩径为800mm，混凝土采用C30，fc=14.3MPa，ft=1.43MPa，纵向受力钢筋采用HRB335，fy=360MPa，箍筋选择HRB335，fyv=300MPa，相邻灌注桩的圆心间距s取1600mm，灌注桩桩体的混凝土保护层厚度取50mm。计算可得，前排桩钢筋实配面积为16889mm²，后排桩实配面积为7983mm²，实配配筋率0.564%，满足最小配筋率ρmin=max{0.2,0.24×ft/fyv}%=0.20%矩形截面斜截面受剪承载力应满足以下公式：V≤0.7ftbh0+fyvAsvh0/s(4.4.11)根据上述公式得出：前排Asv=(V-0.7ftbh0)s/fyvh0=(129270-0.7×1.43×800×560)×150/(300×560)=2067mm2后排Asv=(V-0.7ftbh0)s/fyvh0=(129270-0.7×1.43×800×560)×150/(300×560)=1508mm2由《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)联立得：(4.4.12)(4.4.13)前排桩冠梁选筋：=1×3.14×127×(43.9×2)=575.27kN=1.15×575.27×1000/300=14141mm²采用18D32，Ap=14476mm²表4-15前排桩选筋段号选筋类型级别钢筋实配值实配[计算]面积(mm2)1纵筋HRB33518D3214476[14141]2箍筋HRB335D12@1501508[1396]加强箍筋HRB335D12@2000154后排桩冠梁选筋计算：=1×3.14×96×(54.1×2)=445.23kN=1.15×445.23×1000/300=7314mm²采用20D22，Ap=7603mm²表4-16后排桩选筋段号选筋类型级别钢筋实配值实配[计算]面积(mm2)1纵筋HRB33520D227603[7314]2箍筋HRB335D12@1501508[805]加强箍筋HRB335D12@20001544.4.9锚杆设计先初步假设预应力值，在计算出锚杆内力之后，验算是否满足规范规定，如果不满足，再修改预应力大小，继续计算锚杆内力，直到锚杆内力和预应力满足规范要求。表4-17锚杆的布置及参数支锚道号支锚类型水平间距(m)竖向间距(m)入射角(°)总长(m)锚固段(m)1锚杆1.0003.00015.0015.006.002锚杆1.0003.00015.0014.006.003锚杆1.0003.00015.0012.506.004锚杆1.0003.00015.009.006.005锚杆1.0003.00015.009.006.00根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)规定：

(4.4.8)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，系数值分别不应小于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)。锚杆的轴向拉力标准值：(4.4.9)式中：Nk—锚杆轴向拉力标准值(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—挡土构件计算宽度(m)；α—锚杆倾角(°)锚杆极限抗拔承载力标准值：(4.4.10)式中：d—锚杆的锚固段直径(m)；li—锚杆的锚固段在第i土层中的长度(m)，锚固段长度为锚杆在理论直线滑移面以外的长度；—锚固体与第i土层的极限粘结强度标准值(kPa)。表4-18锚杆水平方向内力支锚道号最大内力弹性法(kN)内力实用标准值(kN)内力实用设计值(kN)134.2634.2642.82250.0150.0162.51394.7194.71118.394220.97220.97276.215348.79348.79435.99表4-19锚杆轴向内力支锚道号最大内力弹性法(kN)内力实用标准值(kN)内力实用设计值(kN)135.4735.4744.33251.7751.7764.71398.0598.05122.564228.76228.76285.955361.10361.10451.374.4.10抗倾覆稳定性验算表4-20工况1锚杆内力序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆0.0000.0002锚杆0.0000.0003锚杆0.0000.0004锚杆0.0000.0005锚杆0.0000.000双排对前趾的抗倾覆安全系数(一、二、三级的结构，分别不小于1.25、1.2、1.15。)： 抗倾覆稳定性系数KQ=19.306>=1.25,满足规范要求。注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。表4-21工况2锚杆内力序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆61.575339.2922锚杆0.0000.0003锚杆0.0000.0004锚杆0.0000.0005锚杆0.0000.000双排对前趾的抗倾覆安全系数(一、二、三级的结构，分别不小于1.25、1.2、1.15。):抗倾覆稳定性系数KQ=19.396>=1.25,满足规范要求。表4-22工况3锚杆内力序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆61.575339.2922锚杆0.0000.0003锚杆0.0000.0004锚杆0.0000.0005锚杆0.0000.000注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。双排对前趾的抗倾覆安全系数(一、二、三级的结构，分别不小于1.25、1.2、1.15。)：抗倾覆稳定性系数KQ=13.931>=1.25,满足规范要求。表4-23工况4锚杆内力序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆61.575339.2922锚杆80.425339.2923锚杆0.0000.0004锚杆0.0000.0005锚杆0.0000.000双排对前趾的抗倾覆安全系数(一、二、三级的结构，分别不小于1.25、1.2、1.15。)：抗倾覆稳定性系数KQ=14.032>=1.25,满足规范要求。表4-24工况5锚杆内力序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆61.575339.2922锚杆80.425339.2923锚杆0.0000.0004锚杆0.0000.0005锚杆0.0000.000双排对前趾的抗倾覆安全系数(一、二、三级的结构，分别不小于1.25、1.2、1.15。)：抗倾覆稳定性系数KQ=8.988>=1.25,满足规范要求。表4-25工况6锚杆内力序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆61.575339.2922锚杆80.425339.2923锚杆152.053339.2924锚杆0.0000.0005锚杆0.0000.000双排对前趾的抗倾覆安全系数(一、二、三级的结构，分别不小于1.25、1.2、1.15。)：抗倾覆稳定性系数KQ=9.148>=1.25,满足规范要求。表4-26工况7锚杆内力序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆61.575339.2922锚杆80.425339.2923锚杆152.053339.2924锚杆0.0000.0005锚杆0.0000.000双排对前趾的抗倾覆安全系数(一、二、三级的结构，分别不小于1.25、1.2、1.15。)：抗倾覆稳定性系数KQ=5.349>=1.25,满足规范要求。表4-27工况8锚杆内力序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆61.575339.2922锚杆80.425339.2923锚杆152.053