华中科技大学地下工程课程设计

1、目 录1.设计背景22.设计说明22.1基坑开挖断面设计：22.1.1设计依据：22.2支护方案：22.2.1基坑支护方案设计的指导思想22.2.2支护方案的选择23.桩锚体系计算过程3 3.1土压力计算33.2计算原理43.2.1计算工况43.2.2计算土反力43.2.3锚杆反力计算43.3设计验算63.3.1工况一63.3.2工况二63.3.3工况三83.3.4工况四103.4配筋计算：133.4.1桩配筋：133.4.2锚杆配筋计算：144.钻孔灌注桩施工方案144.1施工工艺流程144.2测量定位154.3护筒埋设164.4钻孔及泥浆护壁164.5清孔164.6成孔检验174.7钢筋笼

2、的制作174.8直螺纹连接要求184.9钢筋笼的吊装181.设计背景本工程最大基坑开挖深度为12米，基坑安全等级为二级。上层土层为粘性土，土层厚度为30米，。试设计基坑支护方式。2.设计说明2.1基坑开挖断面设计：2.1.1设计依据：建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012（正式稿）基坑拟采用分布开挖，第一次先开挖至4米处，第二次开挖至7米处，第三次开挖至10米处，最后一次开挖至基坑开挖设计深度。2.2支护方案：2.2.1基坑支护方案设计的指导思想（1）考虑到地下结构施工可能需要较长的施工周期，基坑支护要经过雨季施工的考验，要求支护设计时需适当加大安全系数。（2）护坡工程必须与土方工程一体化

3、安排，要为土方工程的顺利施工创造快捷和良好的前提条件。（3）护坡工程在确保为后续施工创造出良好的施工作业面的同时，还要尽可能地减少不必要的土方回填。（4）护坡工程要尽量减少与土方施工的工序穿插的次数，以缩短工期。2.2.2支护方案的选择（1）目前比较成熟的支护形式主要有以下几种：护坡桩+锚杆支护、悬臂桩支护、上部土钉墙(挡土墙)下部桩锚支护、土钉墙支护、微型桩复合土钉墙支护和地下连续墙支护等，适合本工程的支护方式为桩锚支护和上部土钉墙+桩锚支护这两种方式。（2）几种支护方式的优缺点比较支护形式安全性工期成本护坡桩加预应力锚杆的支护上部(土钉墙)挡土墙支护、下部桩锚支护土钉墙支护根据建筑基坑支护

4、技术规程JGJ120-2012（正式稿），本着经济安全原则，设计结果如下：本工程拟采用钻孔灌注桩作为基坑支护结构的护坡桩，经计算设计桩长20m，其中嵌固端深度为8米。桩顶设置冠梁，冠梁高度为，宽度为。桩身的设计说明如下，具体配筋情况见结构设计大样图。1、桩身混凝土强度等级为C30；2、支护桩的纵向受力钢筋选用HRB335 级钢筋，单桩的纵向受力钢筋为12 根，在截面均匀分布，桩顶设置冠梁，冠梁高度为，宽度为 3、箍筋采用螺旋式箍筋，箍筋直径6mm；箍筋间距取250mm；4、沿桩身配置的加强箍筋为HRB335 级钢筋，直径12mm，其间距为2000mm；5、纵向受力钢筋的保护层厚度为50mm；6

5、、桩间土防护措施采用内置钢筋网的喷射混凝土面层。喷射混凝土面层的厚度为 50mm，混凝土强度等级为 C25，混凝土面层内配置的钢筋网的纵横向间距200mm。钢筋网采用横向拉筋与两侧桩体连接，拉筋直径12mm，拉筋锚固在桩内的长度100mm。钢筋网采用桩间土内打入直径12mm 的钢筋钉固定，钢筋钉打入桩间土中的长度为排桩净间距的 1.5 倍即750mm。锚杆参数见下表：锚杆技术参数表序号位置(m)孔径(mm)锚杆总长自由段长度锚固段长度倾角(度)间距(m)锚杆配筋反力梁设计荷载抗拔荷载1-4.015015m12m10m151.51钢混冠梁90KN180KN2-7.015015m8m10m151.

6、51钢混冠梁90KN180KN3-1015015m5m10m151.51钢混冠梁90KN180KN锚杆设计说明如下：1、 采用普通钢筋锚杆，套管护壁成孔、二次压力注浆工艺；2、 锚杆的水平间距不宜小于 1.5m；多层锚杆，其竖向间距不宜小于 2.0m；3、 普通钢筋锚杆的杆体选用 HRB335级螺纹钢筋；在自由段应设置隔离套管；4、 采用千斤顶张拉后对螺栓进行紧固的锁定方法；5、 锚杆腰梁采用混凝土梁，锚杆注浆采用水泥砂浆，水灰比宜取 0.4045,灰砂比取 1.0，拌和用砂选用中粗砂；3.桩锚体系计算过程3.1土压力计算土压力采用朗肯理论计算主动土压力系数：被动土压力系数 ：主动土压力强度：

7、被动土压力强度：装外侧为主动土压力，自稳高度为：3.2计算原理3.2.1计算工况计算需要考虑4种工况，即：1 工况一：开挖至4米处；2 工况二：开挖至7米处，其中4米处设置第一根锚杆；3 工况三：开挖至10米处，其中4、7米处设置两根锚杆；4 工况四：开挖至12米处，其中4、7、10米处设置三根锚杆。3.2.2计算土反力土的水平反力系数的比例系数m：挡土构件内侧嵌固段上土的水平反力系数ks： 式中：z计算点距地面的深度； h基坑开挖深度作用在挡土构件上的分布土反力： 式中：v初始土反力强度；排桩土反力计算宽度：故计算宽度取1.5m。3.2.3锚杆反力计算锚杆混凝土强度等级为C30，锚杆钢筋取H

8、RB335级钢筋： 锚拉式支挡结构的弹性支点刚度系数：锚杆对挡土结构的作用力：锚杆轴向拉力标准值：锚杆的极限抗拔承载力：锚杆自由段长度：3.3设计验算3.3.1工况一结构力学求解器建模，及其弯矩、剪力图依次如图：工况一下，基坑开挖深度有限，仅仅只有4米，故此工况下可以不进行的整体稳定、抗倾覆、抗隆起的验算。又由于此时还没有设置锚杆，故不用验算锚杆的抗拔。3.3.2工况二结构力学求解器建模，及其弯矩、剪力图依次如图：（1）整体稳定验算：略。（2）抗倾覆验算： Fa = 436.6kN.m Fa作用线距墙顶部的距离：12.8m Fp = 4958.4kN.m Fp作用线距墙顶部的距离：15.1m

9、倾覆力矩： 3831.14kN.m 抗倾覆力矩： 54912.96kN.m 计算安全系数值：14.333 给定安全系数值：1.10 满足要求。（3）锚杆抗拔验算 从求解器中读出锚杆水平支反力： 锚杆抗拔满足。锚杆长度计算：锚固段长度 l锚固=10m a1=3m,a2由解得a2=4.71m则自由段长度当lf=7.36m时，此时，将其带入求解器，从反力输出文件中读出锚杆水平支反力： 锚杆抗拔满足，所以锚杆总长至少为10+7.36=17.36m。3.3.3工况三结构力学求解器建模，及其弯矩、剪力图依次如图：（1）整体稳定验算：略。（2） 抗倾覆验算： 倾覆力矩： 5247.66kN.m 抗倾覆力矩：

10、 28949.66kN.m 计算安全系数值：5.517 给定安全系数值：1.10 满足要求。 Fa = 766.3kN.m Fa作用线距墙顶部的距离：13.8m Fp = 3174.5kN.m Fp作用线距墙顶部的距离：16.1m（3）锚杆抗拔验算从求解器中读出锚杆水平支反力： ， 锚杆抗拔满足。 A锚杆长度计算：锚固段长度 l锚固=10m a1=6m,a2由解得a2=4.71m则自由段长度；B锚杆长度计算：锚固段长度 l锚固=10m a1=3m,a2由解得a2=4.71m则自由段长度。 当lfA=9.31m，lfB=7.36m， 此时，将其带入求解器，从反力输出文件中读出锚杆水平支反力： 则

11、锚杆自由端长度增大后，锚杆拉力值减小，锚杆抗拔满足。所以A锚杆总长至少为10+9.31=19.31m，B锚杆总长至少为10+7.36=17.36m。3.3.4工况四结构力学求解器建模，及其弯矩、剪力图依次如图： （1）整体稳定验算：略。（2） 抗倾覆验算： 倾覆力矩： 4198.37kN.m 抗倾覆力矩： 15010.00kN.m 计算安全系数值：3.575 给定安全系数值：1.10 满足要求。 Fa = 821.0kN.m Fa作用线距墙顶部的距离：15.1m Fp = 2198.4kN.m Fp作用线距墙顶部的距离：16.8m（3） 抗隆起验算： (A)桩底抗隆起验算： (1) Prand

12、tl法： 地基承载力系数Nq：4.34 地基承载力系数Nc：11.63 计算安全系数Kwz： 2.65 给定安全系数Kwz： 1.80 满足。 (2) Terzaghi法： 地基承载力系数Nq：4.92 地基承载力系数Nc：13.68 计算安全系数Kwz： 3.05 给定安全系数Kwz： 1.80 满足。（3）锚杆抗拔验算 从求解器中读出锚杆水平支反力： ，锚杆抗拔满足。A锚杆长度计算：锚固段长度 l锚固=10m a1=8m,a2由解得a2=4.71m则自由段长度；B锚杆长度计算：锚固段长度 l锚固=10m a1=5m,a2由解得a2=4.71m则自由段长度；C锚杆长度计算：锚固段长度 l锚固

13、=10m a1=2m,a2由解得a2=4.71m则自由段长度。当lfA=10.61m，lfB=8.66m，lfC=6.72m，此时，将其带入求解器，从反力输出文件中读出锚杆水平支反力： 则A锚杆和B锚杆满足抗拔，此时验算C锚杆抗拔承载力： ,C锚杆抗拔满足。所以A锚杆总长至少为10+10.61=20.61，B锚杆总长至少为10+8.66=18.66m，C锚杆总长至少为10+6.72=16.72m。3.4配筋计算：3.4.1桩配筋：桩径 桩中心距 桩长 嵌固深度，混凝土强度等级C30 ，主筋，12根，箍筋级圆条盘（HRB335）螺旋箍筋 间距250mm，加强筋间距 ，保护层厚度。计算参数：将参数

14、代入公式其中： 式中：钻孔灌注桩截面积； 全部纵向钢筋的截面积； 圆形桩截面半径； 纵向钢筋所在圆周的半径； 对应于受压区混凝土截面面积的圆心角与的比值； 纵向受拉钢筋截面积与全部纵向钢筋截面积的比值，当时，取 ； 混凝土弯曲抗压强度设计值，； 普通钢筋的抗拉强度设计值，；求得：代入求，解得：故桩配筋符合要求。3.4.2锚杆配筋计算：水平间距 ，入射角 ，自由段，锚杆钢筋的截面面积应按下式设计式中： 锚杆轴向拉力设计值； 安全系数； 钢筋的抗拉强度标准值； 钢筋的截面积。代入参数 选取1根 的普通钢筋。4.钻孔灌注桩施工方案4.1施工工艺流程基础桩施工工艺施工工艺流程：测量放线 挖泥浆坑埋设护

15、筒 正循环钻机钻头对正桩中心 成孔钻进至设计桩底第一次清孔成孔质量检测合格钻机移位吊装钢筋笼下导管（如沉渣超标二次清孔）灌注混凝土拔护筒正循环钻机开始钻孔前需要挖好泥浆池，尺寸为15mX5mX3m，并在泥浆坑内提前储备清水。泥浆坑周围作围护栏杆，安装好泥浆循环泵。挖好泥浆排放沟；在钻进过程中根据成孔情况，如成孔困难可适当加入一些粘性土或膨润土调节泥浆粘度，并保证孔内泥浆液面保持稳定，孔内泥浆液面比地下水面高2m左右。废浆及时用抽浆车运走，泥浆池内的沉淀物（稠泥）及时用小型挖土机清理，清除的废弃物及时运走。正循环泥浆性能技术指标如下表，同时试验设备要配置齐全，包括泥浆比重仪、粘度测试仪、PH试纸

16、等：表一： 注入孔口泥浆性能技术指标项 次项 目技术指标1泥浆比重1.11.152粘 度1025s3含砂率6%表二： 排出孔口泥浆性能技术指标项 次项 目技术指标1泥浆比重 1.252粘 度 28s3含砂率8%表三： 清孔后泥浆性能技术指标项 次项 目技术指标1泥浆比重 1.252粘 度 28s3含砂率8%4.2测量定位首先，从与甲方进行交接桩，复核甲方提供的控制点坐标，并对甲方提供的测量方向图纸进行复核。上述工作完成后内业计算出桩的中心坐标，并经检核合格。现场用首级或二级控制网点用极坐标法放出桩的平面位置，复核到另一控制点上进行检查。用水准仪测出护筒顶标高，以控制孔深和钢筋笼标高及混凝土面标

17、高。项目部设一名测量主管，负责测量统筹管理和一级复核，报监理复核合格后，方可开钻。基点用1.0x1.0mx0.5m的混凝土墩台专门保护，墩台上设置1.2m高钢管防护，不得损坏。共设置3个测量控制点。测量班配备如下测量仪器和设备：J2级全站仪1套（测角中误差2，测距精度3mm2ppm）包括主机、脚架、棱镜和觇牌；DS32水准仪1套（每千米水准测量高差中数偶然中误差小于32mm）包括主机、脚架、水准尺和尺垫、计算机一台、塔尺1把。桩点坐标复核完成后，每天根据施工情况施放桩点510个，避免一次放点过多在施工中遭到破坏。同时在桩点附近插小红旗标识。对于放好的桩位点需设明显标识并加以保护，发现桩点被破坏

18、后应及时找测量人员重新测量复核方可护筒埋设。4.3护筒埋设钻孔前应在测定的桩位，对桩直径范围内的障碍物进行破除，准确埋设护筒，护筒长度为1.52m，保证护筒底端坐在原状土层或稳定土层。准确固定钻孔位置，隔离地面水，稳定孔口土壤和保护孔壁不塌，以利钻孔工作进行。采用钢护筒，护筒直径大于桩径10cm，护筒顶标高宜高于施工面10-20cm，并确保筒壁与水平面垂直。护筒周围用粘土分层夯实。护筒定位时应先对桩位进行复核，然后以桩位为中心，定出相互垂直的十字控制桩线，并作十字栓点控制，挖护筒孔位，吊放入护筒，护筒周围孔隙填入土并夯实，同时用十字线效正护筒中心及桩位中心，使之重合一致，并保证其护筒中心位置与

19、桩中心偏差小于2cm。4.4钻孔及泥浆护壁钻机就位，将钻头对准桩位，经监理复核无误后调整钻机垂直度，用水平尺检查钻机操作台的水平度，并设线锤检测钻杆的垂直度，调整合格后方可开钻。开钻前，用水准仪测量孔口护筒顶标高，以便控制钻进深度。钻进开始时，注意钻进速度，调整不同地层的钻速。钻进过程中，随时观测检查，调整和控制钻杆垂直度，通过控制操作平台的水平度和钻杆的垂直度随时控制成孔垂直度，出现偏差后先停钻，待调整好后将支腿控制牢固后继续钻进。各类桩柱桩成孔深度严格按照设计桩底标高控制，保证桩长不小于设计桩长。4.5清孔钻机钻进孔深达到图纸规定深度后提钻，确保孔深符合设计要求。清孔时，孔内水位应保持在护

20、筒下口以上0.5m并高于地下水位1m，防止塌孔。由于本工程地质情况较差，且桩成孔较深，钢筋笼和导管安装完成之后，可能存在沉渣超过规定要求的情况，在浇筑混凝土前需要进行二次清孔。清孔采用在导管上端加一个封口帽，用大功率泥浆泵将底部沉淀物冲出；或采用气举法将沉淀物吹出，沉淀物随泥浆流出孔外，保证沉渣厚度满足规范和设计要求。4.6成孔检验钻孔清孔完毕后，在安装钢筋笼之前，先由质量检查人员检查成孔质量，泥浆指标测试，孔底沉渣厚度等，对于设计要求进行超声波成孔质量检验的基础桩，及时通知检测单位进行桩成孔质量检测。泥浆采用取浆器在孔底取浆或经试验对比后在孔口取浆，并用具有合格证的比重秤检测泥浆比重，比重秤

21、使用前进行标定。作好钻进施工记录和泥浆质量检查记录，成孔深度及沉渣厚度验收合格后由质量人员报请监理工程师验收。 4.7钢筋笼的制作 进场钢筋有出厂合格证等质量证明文件并报监理审批，试验人员现场取样进行复试，并按照国家及江苏省有关规定约请监理工程师进行有见证取样复试。平整钢筋笼加工场地。钢筋进场后保留标牌，按规格分别堆放整齐，下部砌砖垛（或用方木设置垫层）高度100cm。堆放场地长12m，宽不小于4m，防止污染和锈蚀。钢筋笼加工场地长30m（暂按此考虑），宽不小于15m。钢筋笼加工时，钢筋主筋直径小于等于22mm的采用搭接焊连接；主筋直径大于22mm的采用直螺纹连接，对于不同直径的主筋钢筋连接采

22、用搭接焊接，接头错开35d(d为钢筋直径)。同一断面接头数量不大于钢筋截面面积的50。螺旋筋与主筋采用绑扎（采用单丝满绑或双丝梅花绑），加劲筋与主筋采用点焊，加劲筋接头单面焊，焊缝长10d；双面焊，焊缝长度5d。根据基础桩设计情况，钢筋笼长度均在50m左右（其中试锚桩钢筋笼长69m），不能一次成型，需分三节或多节制作加工。两节钢筋笼之间连接采用单面搭接焊连接，焊缝长度10d。钢筋笼后声测管在钢筋笼制作过程中需顺同一主筋进行绑扎，声测管采用套管焊接连接，除锚桩外的工程桩后压浆管采用边下钢筋笼边连接的方法连接，后压浆管采用直螺纹套筒进行连接。根据规范要求进行自检、隐检和交接检，内容包括钢筋外观、品

23、种、型号、规格，焊缝的长度、宽度、厚度、有无咬肉、表面平整等，钢筋笼的主筋间距(10mm)、螺旋箍筋间距(20mm)、钢筋笼直径(10mm)和长度(100mm)等，并作好记录。结合钢筋焊接连接取样试验和钢筋原材复试结果，有关内容经项目质量部验收后，报请监理工程师检验，合格后方可吊装。基础桩钢筋笼主筋保护层厚度50mm，采用焊接导向钢筋或绑扎混凝土垫块作钢筋保护层，沿钢筋笼周围水平均布3个，纵向间距4m。检验合格后的钢筋笼应按不同规格分层码放，每个钢筋笼单独编号挂标识牌，以便于合理控制钢筋笼与孔位一一对应关系。考虑成孔深度的允许偏差，为确保钢筋笼顶标高与设计标高相符，每根桩需测定护筒顶标高，根据

24、护筒标高确定吊筋长度。钢筋笼顶设置圆8钢筋笼吊筋，确保钢筋笼顶标高符合设计要求；4.8直螺纹连接要求主筋直径为25、32mm的基础桩钢筋连接采用直螺纹连接方式。为保证工程质量，特制定以下要求：对于钢筋直螺纹连接，接头的性能应符合钢筋机械连接通用技术规程(JGJ107-2003)中I类接头的要求。连接套材料使用性能不低于45号优质碳素结构钢或低合金结构钢，供货单位应提供质量保证书，并符合现行相应国家标准、规程的规定。连接套筒屈服承载力和抗拉承载力应不小于被连接钢筋屈服承载力和抗拉承载力标准值的1.1倍。连接套筒要求：钢筋连接套筒尺寸应满足产品设计要求，钢筋连接筒表面不得有裂纹，表面及螺纹不得有锈

25、蚀。连接套筒进场时应有产品合格证；连接套筒不能带有油脂等影响混凝土质量的污物。连接套筒螺纹精度为6H级，并符合GB/T197-81普通螺纹公差与配合的规定；尺寸允许误差：长度：0.1mm；外径：0.4mm。丝头加工要求：钢筋丝头尺寸应满足设计要求，中径、牙形角、螺距必须符合设计规定，并与连接套筒的牙形、螺距相一致，有效丝扣数量不得少于设计规定，并用相应的环规和丝头卡板检测合格；钢筋丝头螺纹中径公差应满足GB/T197-81普通螺纹公差与配合标准中6f级精度要求；钢筋丝头表面不得有锈蚀及损坏。出现不合格丝头时应切去重作。滚轧钢筋螺纹时，应采用水溶性切削润滑液。不得用机油作切削润滑液，或不加润滑液

26、滚轧丝头。施工要求：在进行钢筋连接时，钢筋规格应与连接套筒规格一致，并保证钢筋和连接套筒丝扣干净、完好无损。标准型钢筋丝头螺纹有效丝扣长度应为套筒长度的一半，公差为+1P；钢筋连接时必须用管钳扳手拧紧，使两钢筋丝头在套筒中央位置顶紧；套筒钢筋连接完毕后，套筒两端外露完整有效丝扣不得超过1扣。4.9钢筋笼的吊装钢筋笼吊装采用钻机分截起吊连接。对吊点部位加劲箍采用加强焊接措施，同时应设置A8拉筋与主筋焊接，确保吊装稳固。吊放时，先吊直、扶稳，保证不弯曲、扭转。对准孔位后，下放过程中应及时绑扎混凝土保护层垫块避免碰撞孔壁。用水平仪测量护筒顶高程，因大部分基础桩施工有空孔深度，根据钢筋笼顶与护筒高差设

27、置吊筋，确保钢筋笼顶端到达设计标高。设计要求沿全桩长设置的钢筋笼须下到孔底，对于设计要求不到孔底的钢筋笼在笼顶设置压笼杠，确保钢筋笼在混凝土浇注期间不上浮。因本工程后期试锚桩钢筋笼长达68米，钢筋笼自重较大，同时为加快施工进度，锚桩施工过程中配备1台25t（或50t）汽车吊，确保钢筋笼的吊装焊接工作不影响施工进度。4.10混凝土浇筑(1)对混凝土的技术要求基础桩混凝土强度等级均为C30，每立方米水泥用量根据配合比确定，其用量必须满足现行规范要求；水灰比不大于0.65，粗骨料(碎石)最大粒径25mm，坍落度180220mm，最大氯粒子含量0.3，最大碱含量3Kg/m3。采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。(2)混凝土浇注前由质检人员检查混凝土坍落度并记录，对于坍落度不