基坑支护毕业设计计算书

'摘要该工程位于中部平原地区，地势相对较为平坦，除上层杂填土外，下层为成层粉土、淤泥质土及粘性土，周边有城市道路和已建居民楼和综合性办公楼。地下水较为丰富，其中粉土层和淤泥质土层透水性较好，所以必须采取竖向止水。结合周边环境并参考以往施工案例，本设计采用了两种支护结构形式，首先是基坑南北两侧距离用地红线较远，故采用桩锚支护，即单排桩+单层锚钉支护；东西两侧由于场地的局限性，采用双排桩支护。止水帷幕采用深层搅拌水泥土法，深层搅拌水泥土桩在相邻两支护桩的中间，与支护桩相互衔接200mm形成密封止水桩墙，既起到止水的作用，又增强支护桩的支护能力。本设计基坑重要性等级根据基坑开挖深度和重要性定为二级，各段基坑支护设计都本着安全、经济、合理的原则严格按照相关规范的要求进行。本设计对基坑支护做了详细的计算和说明，主要内容包括：工程概况的描述、基坑支护方案的对比与确定、基坑降水方式的确定、基坑涌水量计算、基坑降水平面图设计、止水帷幕的设计与计算、基坑支护结构设计与计算（包括支护桩长的计算、桩身最大弯矩的计算、锚钉支锚力的计算、锚钉长度的计算以及支护桩配筋计算）、基坑稳定性验算、基坑施工监测等。其中大部分计算过程通过手算完成，基坑稳定性验算部分借助理正深基坑软件完成。关键词：深基坑；桩锚支护；基坑稳定性；止水帷幕；基坑降水68 AbstractTheprojectislocatedinthemiddleofplainsareas.Theterrainisrelativelyflat.Exceptfortheuppermiscellaneousfill,thelowermostlylayeredsilt,siltysoilandclaysoil.Thefoundationpitsurroundedbyurbanroadsandbuildingsthathavebeenbuilt.Theareaisrichingroundwaterandthewaterpermeabilityofsiltandmuckysoilisbetter.Soitisnecessarytousetheverticalwaterproofcurtain.Thedesignusestwoformsofsupportstructurecombinedwiththesurroundingenvironmentandwithreferencetootherconstructioncases.Thenorthandsouthsidesofthefoundationpitisfarawayfromtheredline.SothePile-anchorSupportisusedthatissinglerowpilesingletaganchorsupport;Duetothelimitationsofspace,doublerowpilessupportisusedoneastandwestsides.Eementdeepmixingmethodisusedtodevelopwaterproofcurtain.Itplaysaroleinwaterstop,butalsoenhancethesupportcapabilityofsupportpileswhenthedeepmixingcementpileslinkinthemiddleoftwoadjacentsoldierpiles200mmwhichformingasealedsealwaterstop.Accordingtoexcavationpitdepthandimportancethelevelofimportanceofthedesignisasecondary.Eachsegmentoftheexcavationdesignarestrictaccordancewiththerequirementsoftherelevantnormsdevelopinasafe,economicalandreasonableprinciple.Thedesignmadeadetailedcalculationandexplanationaboutthe foundationpit,themaincontentsinclude:adescriptionoftheprojectoverview,schemecomparisonandselectionoftheFoundationPitSupport,determiningofFoundationPitDewateringMethods,calculationoffoundationinflow,thedesignofFoundationPitprecipitationplanview,designandcalculationofwaterproofcurtain,thedesignandcalculationsofFoundationPitsupportstructure(includingthelongthcalculationofsupportingpiles,thecalculationofmaximumbendingmoment,thecalculationtaganchortensionandcalculationofthelengthoftaganchorandthereinforcementcalculationForsupportingpiles),thecheckingforfoundationstability,FoundationPitconstructionmonitoring.Keyword：DeepFoundation；Pile-anchorSupport；stabilityofFoundationPit；WaterstopCurtain；foundationpitdewatering68 目录摘要IAbstractII第1章绪论1第2章基坑支护方案设计22.1工程概况及设计条件22.1.1工程概况22.1.2设计条件22.2基坑支护方案的确定42.2.1支护结构的常见形式42.2.2支护方案的确定6第3章基坑降水计算83.1降水的作用、方法和适用范围83.1.1基坑降水的作用83.1.2基坑降水的方法和适用范围83.2基坑涌水量计算93.3单井出水量计算113.4管井数量计算123.5管井的平面布置123.6井管长度计算13第4章止水帷幕设计154.1止水帷幕的设置原则154.2止水帷幕的做法154.2.1止水帷幕的一般做法及适用条件154.2.2止水帷幕施工方法的确定154.3止水帷幕桩长的计算16第5章基坑支护结构设计175.1基坑北侧支护结构设计175.1.1土层信息175.1.2土压力系数计算175.1.3道路荷载对基坑北侧土层的附加应力1868 5.1.4主动土压力强度计算185.1.5坑底被动土压力强度计算205.1.6考虑道路荷载影响的主动土压力强度计算215.1.7坑底以下净土压力强度计算225.1.8支护桩的嵌入深度、水平支锚力和最大弯矩的计算225.1.9锚杆长度计算265.1.10围护桩的配筋计算285.1.11基坑稳定性验算295.2基坑南侧支护结构设计385.2.1土层信息385.2.2土压力系数计算385.2.3已有建筑物荷载对基坑南侧桩后土体的附加应力395.2.4主动土压力强度计算395.2.5坑底被动土压力强度计算415.2.6考虑建筑物荷载影响的主动土压力强度计算425.2.7坑底以下净土压力强度计算425.2.8支护桩的嵌入深度、水平支锚力和最大弯矩的计算435.2.9锚杆长度计算455.2.10围护桩的配筋计算465.2.11基坑稳定性验算465.3基坑东侧支护结构设计515.3.1双排桩支护的简化计算模型515.3.2土层信息535.3.3主动土压力强度计算535.3.4桩身最大弯矩计算535.3.5前后排桩配筋计算545.3.6基坑稳定性验算565.4基坑西侧支护结构设计605.4.1土层信息605.4.2主动土压力强度计算605.4.3桩身最大弯矩计算6168 5.4.4前后排桩配筋计算625.4.5基坑稳定性验算63第6章基坑监测686.1概述686.2基坑监测的目的686.3基坑监测的原则696.4基坑监测项目696.4.1一般规定696.4.2监测方法706.4.3主要监测项目70第7章结论74参考文献75致谢7668 沈阳工业大学本科生毕业设计第1章绪论自20世纪中叶以来，随着我国经济的不断发展和城市化进程的不断加快，高层建筑的发展和地下空间的利用也得到了前所未有的提升，相应的基坑工程也从原来的浅而小向深而广演变。此外，各类用途的地下空间和设施也得到了空前发展，例如深层地下室、地下停车场、地下商业街、以及地铁、隧道等用于生活和交通的各种形式。建造这些地下建筑，必须进行大规模的深基坑开挖，这样，对于基坑工程的要求越来越高，而出现的问题也越来越多，这就为基坑工程的合理设计与施工提出了许多迫切而重要的研究课题。基坑工程既是一个综合性的岩土工程问题，又是涉及土层与支护结构共同作用的复杂性问题。它具有较强的实践性、地域性、综合性和风险性。由于深基坑工程设计理论的欠缺以及施工过程中各因素的不确定性，直接导致目前深基坑支护设计与施工处于“半理论半经验”状态。据有关资料统计，深基坑工程的事故率约占基坑工程总数的20%，由于地域及其他原因，一些城市甚至占到30%。事故发生的原因一般是由于支护结构受到破坏，甚至是失效。而这样的工程有很多都处于城市的中心或边缘，事故一旦发生，轻则造成基坑的大面积坍塌从而导致财力物力的大量损失，另外对城市生活也造成严重影响；重则造成惨重的人员伤亡和经济损失。这就要求我们更深入的了解各种形式的基坑支护结构的受力特性以及变行特征，进一步改进和完善深基坑支护设计理论，提高基坑工程的设计和施工水平，开拓新的研究领域以确保基坑工程的安全、经济与合理。目前的基坑工程设计，主要采取理论计算、数据监测以及工程经验相结合的方法。68 沈阳工业大学本科生毕业设计第2章基坑支护方案设计2.1工程概况及设计条件2.1.1工程概况1）工程简介本工程位于郑州市东二环某繁华步行街，郑开大道与中原路交汇东南角处，占地面积为3500平方米。本项目为服务性综合办公楼，框架结构，钻孔灌注桩基础，主楼由地面9层及二层地下室组成，总建筑面积约为18654.5㎡。开挖范围内无地下管线铺设。2）基坑面积及开挖深度该工程建筑标高±0.00相当于绝对标高+4.25，室外自然地面平均标高取+4.00；基坑开挖面积约2098㎡，基坑围护周长约210m，呈矩形分布，东西长55m，南北宽45m，根据结构图纸，底板面标高为-7.55，底板厚为700mm，局部厚为1100mm，垫层厚为100mm。因此基坑开挖深度为8.10米，局部电梯井、集水坑等落深1m，故局部开挖达9.1m。2.1.2设计条件1）周边条件本工程位于郑州市东二环某地块，周边环境情况较为复杂：东侧：基坑开挖面与红线间距离为6.495～6.508米，红线外为中原大厦。该建筑物地上38层、地下2层，采用桩基础，与基坑开挖面最小距离为19.125米。南侧：基坑开挖面与红线间距离为18.997～18.636米，红线外为一栋居民楼。该建筑物主楼50层，裙房5层，地下3层，采用桩基础，与基坑开挖面最小距离为17.989米。西侧：基坑开挖面与红线间距离为6.559～6.857米，红线外为中原路，与基坑开挖面最小距离为5.4m。北侧：基坑开挖面与红线间距离为17.696～18.053米，红线外为郑开大道，与基坑开挖面最小距离为18.5m。基坑平面详细布置图如图2-1所示68 沈阳工业大学本科生毕业设计图2-1基坑平面布置图2）工程水文地质条件根据《郑州市地块项目岩土工程勘察报告》，本工程基坑开挖影响范围内岩土工程地质有以下特点：拟建场地现为停车场，场地地形基本平坦，实测各勘探点的孔口地面标高在3.84～4.36米之间，一般地面标高在4.00左右。场地内①层杂填土较厚，在2.2～2.5m之间，上部0.3米为碎石、砖块、建筑垃圾等，下部为灰黄～灰色粘性土、粉性土，土质不均。基坑开挖深度范围内分布有第②层粉土，富水性好，透水性强，在水头差的作用下易产生流砂等不良地质现象。拟建场地浅部地下水属潜水类型，其水位动态变化主要受控于大气降水和地面蒸发，勘察期间实测取土孔内地下水位静止水位埋深在0.90～1.20m，设计计算时地下水位取0.5m。承压水头在3～11m，其中⑦层顶最浅埋深约为32米。经计算，按承压水头为自然地面以下3米考虑，当基坑开挖深度小于15.0米时，可不考虑承压水对基坑突涌的影响。场地内土层分布情况及基坑围护设计参数如下表2-1所示：68 沈阳工业大学本科生毕业设计表2-1土层分布情况及基坑围护设计参数土层名厚度（m）γ(kN/m3)φ(度)C(kPa)渗透系数（cm/s）①杂填土2.2～2.517.6～18.020～267.9～8.4②粉土2.6～3.018.1～18.626～308.5～101.1E-03③淤泥质土5.5～6.117.2～18.421～2515～171.1E-03④粘土①6.1～7.217.6～17.913～1716～194.0E-06⑤粘土②7.8～8.018.0～18.29.5～1218～208.0E-063）基坑侧壁安全等级及重要性系数支护结构等级按下表取用表2-2基坑侧壁安全等级及重要性系数安全等级破坏后果重要性系数一级支护结构破坏、土体失稳对基坑周边环境及地下结构影响很严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳对基坑周边环境及地下结构影响很一般1.00三级支护结构破坏、土体失稳对基坑周边环境及地下结构影响很不重0.90根据本工程的开挖深度、地质情况及周边环境情况，勘察报告显示基坑安全等级为二级，基坑重要性系数。2.2基坑支护方案的确定2.2.1支护结构的常见形式68 沈阳工业大学本科生毕业设计表2-3常见支护结构形式结构形式适用条件优缺点方坡开挖1.侧壁安全等级为三级2.施工场地满足放坡条件3.可独立与其他形式结合使用4.地下水位高于坡脚时，采取降水措施优点：施工简便，工期短，造价低缺点：对土质要求较高、适用基坑深度较小，占用较大的场地土钉墙1.侧壁安全等级为二、三级非软土场地2.基坑深度不大于12m3.地下水位高于基坑底面时应采取降水措施优点：工期短，设备简单，操作方便，工程量小造价低缺点：稳定性和变形依赖于锚的效果钢板桩1.侧壁安全等级为二、三级的软土场地，主要用于淤泥质土及粘性土地区2.地下水位高于基坑底面时应采取降水措施优点：取材方便，施工便捷，可重复利用缺点：对环境影响大，刚度小，截面抗弯能力弱排桩1.适用于基坑侧壁安全等级为一、二、三级2.悬臂式结构在软土场地不宜大于5m3.地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加止水帷幕或地下连续墙优点：易于扩孔，多桩同时施工，加快进度缺点：人工成孔劳动强度高，施工条件，如遇流沙有危险地下连续墙1.侧壁安全等级为一、二、三级2.适用各种地层，可用于市区，开挖深度大优点：整体性好，相对变形小；振动少，噪声低，对临近工程结构影响小造价低缺点：单独作围护墙成本高，对泥浆处理不当会污染环境或槽壁坍塌SMW工法桩1.侧壁安全等级宜为二、三级2.不用设置止水帷幕3.适用于以粘土和粉细砂为主的松软地层优点：施工无噪音，对环境影响小，结构强度可靠，防渗性好造价低缺点：单独使用时基坑挖深不宜太大68 沈阳工业大学本科生毕业设计工程中常用的基坑支护结构有方坡开挖、土钉墙、水泥土墙、地下连续墙、排桩、逆作拱墙、以及采用以上多种形式相结合。各支护形式的适用条件及优缺点如上表，设计时应根据每种支护形式的特点进行选用。2.2.2支护方案的确定结合本设计工程的场地要求、环境特点及安全等级，拟采用以下两种支护形式：1）双排桩悬臂式支护结构由于基坑东西两侧场地较小，用其他支护形式难以满足场地要求，故采用双排桩悬臂式支护结构。结构特点：双排桩相当于一个插入土体的刚架，能够靠基坑一下桩前土的被动土压力和刚架插入土中部分的前桩抗压、后桩抗拔所形成的力偶来共同抵抗倾覆力矩。双排桩支护具有较大的侧向刚度，可有效地限制基坑的变形。双排桩支护结构作为空间超静定结构，整体性能优越，使围护结构纵向和横向的整体性都大大提高，从而使基坑的侧向变形和位明显减小。双排桩悬臂支护结构剖面图如下所示图2-2双排桩支护结构图68 沈阳工业大学本科生毕业设计2）桩锚支护结构基坑南北两侧有充裕的场地，从经济和施工难以程度上考虑可以采用单排桩加单层锚钉支护。支护特点：采用锚杆取代基坑支护内支撑，增强了支护结构的整体性，给支护排桩提供锚拉力，以减小支护排桩的位移与内力，并将基坑的变形控制在允许的范围内。此外还为基坑内部施工提供足够的空间，便于施工。桩锚支护结构的剖面图如下图2-3锚钉支护结构图68 沈阳工业大学本科生毕业设计第3章基坑降水计算3.1降水的作用、方法和适用范围3.1.1基坑降水的作用基坑开挖过程中，如果地下水位过高，如不及时降低水位，不但会使施工条件恶化，造成土壁塌方，亦会影响地基承载力。为避免流砂、管涌、坑底突涌等危害现象的产生，防止坑底土体的坍塌，保证施工安全以及减少基坑开挖对周围环境的影响，当基坑开挖深度内存在饱和软土层和含水层及坑底以下存在承压水时，需要选择合适的方法进行基坑降水和排水。降排水的主要作用有以下几点：1）防止基坑底面与坡面渗水，保证坑底干燥，便于施工。2）增加边坡和坑底稳定性，防止边坡或坑底土层颗粒流失，杜绝流砂现象的发生。3）消除或减少作用在边坡或坑壁围护结构上的静水压力与渗透压力，提高边坡和支护结构的稳定性4）减少开挖土体的含水量，便于机械挖土、土方外运，从而缩短工期，降低成本。5）有效提高土体的抗剪强度和基坑稳定性。对于放坡开挖，可以提高边坡稳定性，而对于支护开挖，可增加被动区土压力，减少主动区土体侧压力，从而提高支护体系的整体稳定性和强度保证，减少支护体系的变形和位移。6）减少承压水头对基坑底板的顶托力，防止坑底突涌危害的产生。但在降水前，应考虑在降水影响范围内的已有建筑物和构筑物可能产生的附加沉降和位移，从而可能引起的建筑物和构筑物开裂、倾斜和倒塌，或引起地面塌陷，道路坍塌，必要时应事先采取有效的防护措施，以避免不必要的生命财产安全损失。3.1.2基坑降水的方法和适用范围根据《深基坑维护设计与实例解析》（徐长节尹振宇编著）常用降水方法及适用条件见表3-168 沈阳工业大学本科生毕业设计表3-1常用降水方法及适用条件方法土类渗透系数（m/d）降水深度（m）水文地质特征集水明排填土、粉土、粘性土、砂土7.0～20.0＜5上层滞水或水量不大的潜水降水真空井点0.1～20.0单级＜6多级＜20喷射井点0.1～20.0＜20管井粉土、砂土、碎石土、可溶岩、破碎带1.0～200.0＞5含水丰富的潜水、承压水截水粘性土、粉土、砂土、岩溶岩不限不限回灌填土、粉土、砂土、碎石土0.1～200.0不限3.2基坑涌水量计算本设计按潜水完整井进行降水计算，降水深度达到基坑下一米，平均降深，基坑平均潜水含水层厚度，粉土层和淤泥质土层的渗透系数k=1.0m/d。由《建筑基坑支护技术规范》，日涌水量计算公式（3-1）如下：（3-1）Q—基坑降水日涌水量（m/d）；k—坑底土层的渗透系数（m/d）；H0—潜水含水层厚度（m）；；s0—基坑水位降深（m）；=8.6m；R—基坑降水影响半径（m）；按经验公式（3-2）68 沈阳工业大学本科生毕业设计计算；—沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面积的等效圆半径（m）；可按公式（3-3）计算（3-3）式中a，b为矩形基坑的长和宽，为系数，按表3-1确定。表3-1值b/a0.050.10.20.30.40.50.6-1.01.051.081.121.141.161.171.18将以上数据代入公式求得=319.9m/d由《深基坑工程设计施工手册》，日涌水量计算公式（3-4）如下：（3-4）—井点抽水影响半径（m）；由公式（3-5）计算确定；t—时间，自抽水时间算起（2～5昼夜），d；本设计取5d；同式（3-1）；m—土的给水度，按表3-2确定；68 沈阳工业大学本科生毕业设计表3-2土的给水度土类砾卵石粗砂中砂粉砂粉质粘土粘土泥炭m0.30-0.350.25-0.300.20-0.250.10-0.150.10-0.150.04-0.070.02-0.05将以上参数代入式（3-4）得：3.3单井出水量计算根据基坑底土层的渗透系数及参考本地区基坑降水处理方式，本设计采用管井降水方式，机械成孔，成孔直径300mm。由《土木工程施工》（宁宝宽主编）基坑工程和基坑排水工程章节，单井日出水量计算公式（3-6）如下：（3-6）q—单井日出水能力（m/d）；d—虑管直径（m）；此次取d=0.30m；k—坑底土层的渗透系数（m/d）；l—过滤器进水部分长度（m）；此次取；将以上参数代入公式（3-6）得：m/d由《深基坑围护设计与实例解析》，单井日出水量计算公式（3-7）如下：（3-7）q，l，k同式（3-6）；68 沈阳工业大学本科生毕业设计r—虑管半径（m）；此次取r=0.15m；代入公式（3-7）求得：m/d3.4管井数量计算管井的数量由系统的日涌水量和单根管的日出水量确定，基坑的日涌水量和单管的日出水量已由3.1、3.2小节计算得出，从安全的角度考虑，管井数量的计算采用较保守的数据，即日涌水量取较大值（855.91m/d），单井出水量采用较小值（97.67m/d）。这样，可根据式（3-8）来进行计算。（3-8）1.1—安全扩大系数；将Q，q代入式（3-8）得：根取n=10根3.5管井的平面布置本次基坑围护设计平面图为45×55的矩形形式，管井的间距为10～50米。井管间距的计算公式（3-9）如下（3-9）D—井管间距（m）；L—总管长度（m）；L=2×（55+65）m；n—管井数量（根）；n=10根；经计算m68 沈阳工业大学本科生毕业设计管井的平面布置如图3-1所示图3-1井管平面布置图3.6井管长度计算井管的长度计算按公式（3-10）进行计算（3-10）式中H—基坑的开挖深度，H=8.1；h—井管露出地面高度，一般取0.2～0.3m，此次；—降水后地下水位至基坑地面的安全距离，一半为0.5-1.0m，此次取=1m；i—降水漏斗曲线水力坡度；环形布置i=1/10；h1—井点管至基坑顶面边缘距离，一般取0.7～1.2m，；r0—基坑中心至基坑顶面边缘距离，矩形基坑一般取基坑宽度的一半，则r0=22.5m；68 沈阳工业大学本科生毕业设计l—滤管长度,一般取1.0～1.7m，此次l=1.2m则L=8.1+0.2+1+1/10（1+22.5）+1.2=12.85m。68 沈阳工业大学本科生毕业设计第4章止水帷幕设计4.1止水帷幕的设置原则1.设置竖向止水帷幕的目的是为了防止地下水从基坑侧面渗入基坑内从而降低基坑土体的稳定性，进而影响工程工期并伴随严重的生命财产安全；2.在满足基坑施工作业的前提下，止水帷幕可以允许少量地下水渗流进入基坑，或在止水帷幕内侧预留泄露管道减少基坑侧向水压，用明排疏干渗入地下水，这样设置止水帷幕符合经济节约的原则，在加强监控和合理的施工控制下，能达到安全经济的目的；3.对于桩锚支护，在支护桩间布置竖向帷幕桩以填补支护桩间的空间，既可以阻止地下水的渗流，又可以抵挡部分土压力。4.2止水帷幕的做法4.2.1止水帷幕的一般做法及适用条件1）深层搅拌法水泥土止水帷幕深层搅拌法水泥土止水帷幕视土层条件可采用一排、两排、或数排水泥搅拌桩相互叠合形成。相邻水泥搅拌桩可搭接100mm左右。深层搅拌法水泥土止水帷幕适用于粘土、淤泥质土和粉土等地基，当采用单排桩时，搭接宽度不应小于桩长的1.2%～1.5%。2）高压喷射注浆法水泥土止水帷幕一般有两种形式：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；与排桩共同形成止水帷幕。高压喷射注浆法水泥土止水帷幕适用于粘土、淤泥质土、粉土、砂土及碎石土等地基。3）素混凝土地下连续墙止水帷幕常采用冲水成槽，素混凝土地下连续墙壁厚常为200～300mm，素混凝土地下连续墙止水帷幕适用于粘土、粉土以及淤泥质土等。4.2.2止水帷幕施工方法的确定68 沈阳工业大学本科生毕业设计止水帷幕的施工方法有很多，但是每一种方法都具有它的适用性和局限性，根据中部平原地区的地层信息情况以及施工经验，并结合本工程基坑特点，本工程采用高压旋喷桩作为防渗止水的形式，布置方式一般为在支护桩施工后，在每两个支护桩之间设置一根搅喷桩即高压旋喷桩，高压旋喷桩与支护桩互相咬合（咬合部分长度为200mm），形成组合防渗围护墙。4.3止水帷幕桩长的计算本工程要求基坑的抗管涌验算设计值大于等于1.5，所以可以根据抗管涌验算公式（4-1）来计算止水桩长。（4-1）—抗管涌验算设计值；本工程≥1.5；γ：—土的有效重度（KN/m³）；此处=9.0KN/m³；—降水水头差（m）；=8.1-0.5+1.0=8.6m；—桩端到坑底水头的垂直距离（m）；=L-8.1-1.0；γ0—基坑壁重要性系数；本工程=1.0；γw—水的重度（KN/m³）；=10KN/m³;代入上式求得≥1.5L≥12.47m取L=12.5m止水帷幕桩进入下卧不透水层1.5m，满足落底式帷幕进入下卧不透水层的最小深度要求，即（4-2）式：（4-2）l—帷幕进入隔水层的深度（m）；—基坑内外水头差（m）；b—帷幕厚度（m）；代入上式l=1.5m≥0.2×8.6-0.5×0.8=1.32m68 沈阳工业大学本科生毕业设计第5章基坑支护结构设计5.1基坑北侧支护结构设计5.1.1土层信息表5-1基坑北侧土层信息表土名厚度（m）天然重度γ（KN/m³）粘聚力（kPa）内摩擦角（度）杂填土2.517.6825粉土3.018.21030淤泥质土5.518.015.622粘土①6.117.51615.6粘土②8.018.116.212注：c、φ均为勘察报告所提供的基坑支护设计参数（直剪固结峰值）；5.1.2土压力系数计算朗金土压力理论是通过研究弹性半空间体的应力状态，根据土的极限平衡条件而得出的土压力计算方法。主、被动土压力系数计算公式如下（5-1）（5-2）各土层主、被动土压力强度系数计算如下：①杂填土层68 沈阳工业大学本科生毕业设计②粉土层③淤泥质土层④黏土层①5.1.3道路荷载对基坑北侧土层的附加应力道路按一级公路均布荷载取值，即，道路宽度14m，距离基坑边沿13～15m，根据《土力学与基础工程》第三版（赵明华主编），用角点法通过查表查得均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，然后代入公式（5-3）计算出对各层土体的附加应力。（5-3）5.1.4主动土压力强度计算68 沈阳工业大学本科生毕业设计根据朗金主动土压力强度计算公式（5-4）计算各层土控制深度处的主动土压力强度。其中第①，②层土采用水土分算，用有效重度代替相应的天然重度。；（5-4）—第i层土的天然重度KN/m³—第i层土的厚度（m）①杂填土层z=0mz=2.5m第①层土下的水压力强度为②粉土层z=2.5mz=5.5m第②层土下的水压力强度为③淤泥质土层68 沈阳工业大学本科生毕业设计z=5.5mz=8.1mz=11m④粘土层①z=11mz=14.9m5.1.5坑底被动土压力强度计算③淤泥质土层z=8.1mz=11m④粘土层①z=11m68 沈阳工业大学本科生毕业设计z=14.9m5.1.6考虑道路荷载影响的主动土压力强度计算道路荷载对各层土的主动土压力强度按公式（5-5）进行计算（5-5）—考虑道路荷载和水压力强度后的主动土压力强度（kPa）；—第i层土下的水压力强度（kPa）；—不考虑道路荷载时的第i层土的主动土压力强度（kPa）；—道路荷载对第i层土的附加应力（kPa）；z=0mz=2.5mz=5.5mz=8.1mz=11mz=14.9m68 沈阳工业大学本科生毕业设计5.1.7坑底以下净土压力强度计算净土压力强度即为被动土压力强度和主动土压力强度的差值。z=8.1mz=11mz=14.9m净土压力强度分布图如下图5-1基坑北侧净土压力强度分布图5.1.8支护桩的嵌入深度、水平支锚力和最大弯矩的计算68 沈阳工业大学本科生毕业设计工程上一般采用等值梁法来计算单支点桩支护结构，等值梁法的基本原理如图4-2所示。一根一端固定另一端简支的梁［图5-2（a）］，弯矩的反弯点在b点，该点弯矩为零［图5-2（b）］。如果在b点切开，并规定b点位左端梁的简支点，这样在ab段内的弯矩保持不变，由此，简支梁ab段称之为图a中ac梁ab段的等值梁。图5-2等值梁法基本原理图等值梁法应用于单支点桩计算，计算简图如图5-3所示，计算步骤如下：①确定正负弯矩反弯点的位置。实测结果表明净土压力为零点的位置与弯矩零点位置很接近，因此，可假定反弯点就在净土压力为零点处，即为图5-3中的O点。它距基坑底面的距离u根据作用于墙前后侧土压力为零点的条件求出。②由等值梁AO根据平衡方程计算支点反力和O点剪力：（5-6）（5-7）68 沈阳工业大学本科生毕业设计③取桩下段OC为隔离体，取，可求出有效嵌固深度t（5-8）而桩在基坑底以下的最小插入深度按式（5-9）确定。（5-9）图5-3等值梁法简化计算［4］④由等值梁法求算最大弯矩。由于作用在桩上的力均已求得，所以很方便求出。计算支护深度范围内土层的加权平均重度，粘聚力及内摩擦角68 沈阳工业大学本科生毕业设计主动土压力系数：被动土压力系数：从净土压力强度分布图可以看出，桩后基坑底面处主动土压力强度净土压力零点离基坑底距离桩后净土压力净土压力作用点离地面的距离=5.94m支点水平锚固拉力68 沈阳工业大学本科生毕业设计式中为锚固点离地面距离（m）；土压力零点（即弯矩为零点）剪力桩的有效嵌固深度式中为支点水平间距（m）；支护桩的最小长度求剪力为零点离地面距离，由得最大弯矩5.1.9锚杆长度计算根据《建筑基坑支护技术规程JGJ120－1999》，支点水平锚固拉力计算值按以下公式转化成设计值（5-10）68 沈阳工业大学本科生毕业设计Ta—支点水平锚固力的设计值；γ0—建筑基坑侧壁重要性系数，本基坑按二级取值为1.0；Ra—支点水平锚固力计算值，见上节；计算求得锚杆轴向受拉承载力设计值由上述规程可知，锚固段的长度可由公式（5-11）计算出：（5-11）式中Nu—锚杆轴向受拉承载力设计值；—锚杆（索）轴向受拉抗力分项系数，可取1.3；—第i层土中直孔部分锚固段长度；d—锚固体直径，本设计d为200mm；—土体与锚固体的摩阻力标准值，应根据当地经验取值；当无经验时可按表中查得。本设计锚索的锚固段应在粉土和淤泥质土中，所以查表得在40kPa～60kPa之间，本设计取45kPa；经计算，锚固段长度为11.0m。自由段的长度可由下面公式算出：（5-12）式中lf—自由段长度；lt—锚杆锚头中点至基坑底面以下基坑外侧荷载标准值与基坑内侧抗力标准值相等处的距离，本设计取8.0m；68 沈阳工业大学本科生毕业设计φk—土体各土层厚度加权内摩擦角标准值，经计算为15.2°；θk—锚杆倾角，本设计为15°经计算，自由段长度为5.26m，由规范规定，取自由端长度为5.5m。由此可知，锚杆长度为5.5+11.0=16.5m5.1.10围护桩的配筋计算按照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2011)进行圆截面灌注桩配筋计算。支护桩所能承受的最大弯矩按公式（5-13）计算。（5-13）M—支护桩能承受的最大弯矩（KN/m）；—混凝土抗压强度设计值（KN）；r—支护桩圆截面半径（m）；—钢筋强度设计值（）；As—全部纵向钢筋截面面积（mm²）；rs—纵向钢筋重心所在圆周半径（m）；α—对应于受压区混凝土截面面积圆心角与2π的比值；其计算公式为；；αt—纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值；其中，当α＞0.625时，=0；否则；（注：本公式不适用于截面内纵向钢筋小于6根的情况）；本工段支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1200mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值=14.3N/mm²），保护层厚度50mm，纵筋采用12φ20HRB335级钢筋（强度设计值=300N/mm²），螺旋箍筋采用φ12@200HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。68 沈阳工业大学本科生毕业设计1.25—荷载分项系数；1.0—基坑重要性系数；0.85—弯矩折减系数；故满足承载力要求。截面配筋率故满足最小配筋率要求《地基基础规范》（2012）规定灌注桩的最小配筋率不小于0.2%～0.65%。5.1.11基坑稳定性验算在基坑开挖过程中，地基的应力场和形变场发生变化，这可能导致基坑的失稳。为避免工程事故的发生，在进行基坑支护设计时，需要验算基坑稳定性，目的是对于给定的支护结构形式设计出合理的嵌固深度，或判断已拟定支护结构的设计是否稳定和合理。在施工过程中，必要时及时采取适当的加强防范措施，使基坑的安全度具有一定的保证。对有支护的基坑全面地进行基坑稳定性分析和验算，是基坑工程设计的重要环节之一。目前，对基坑稳定性验算的内容主要包括验算支护结构整体稳定性、抗倾覆稳定性、踢脚稳定性、坑底抗隆起稳定性和基坑抗渗流稳定性。1）整体稳定性验算68 沈阳工业大学本科生毕业设计基坑支护体系整体稳定性验算的目的就是要防止支护结构与周围土体整体滑动失稳破坏，其计算方法是采用圆弧滑动面简单条分发，按总应力法计算。取单位宽度分析，支护结构整体稳定性安全系数应满足式（5-14）；（5-14）式中Ks—圆弧滑动整体稳定性安全系数，安全等级为一级、二级、三级的锚拉式支挡结构，Ks分别不应小于1.35、1.30、1.25；本基坑等级为二级，故Ks不应小于1.30；ci—第i土条底面上的粘聚力（kPa）；φi—第i土条底面上的内摩擦角（°）；Li—第i土条底面面积（）；bi—第i土条的宽度（m）；Wi—第i土条重力，按上覆土层的饱和容积密度计算；θi—第i土条底面倾角（°）；上式中安全系数应通过若干滑动面试算后取最小值。用理正深基坑软件模拟计算，计算简图如5-4，,条分法中的土条宽度为0.40m。当有软弱土夹层、倾斜基岩面等情况时，宜用非圆弧滑动面进行计算。滑裂面数据如下：圆弧半径(m)R=16.756圆心坐标X(m)X=-0.862圆心坐标Y(m)Y=9.873计算出整体稳定安全系数Ks=1.763＞1.30故本段设计的支护结构满足整体稳定性要求。68 沈阳工业大学本科生毕业设计图5-4整体稳定性验算简图2）抗倾覆稳定性验算根据《简明深基坑工程设计施工手册》，对于内支撑或锚拉支护体系，在水平荷载作用下，基坑土体有可能在支护结构底部因产生踢脚破坏而出现不稳定现象。对于单支点结构，踢脚破坏产生于以支点处为转动点的失稳，多层支点结构则可能绕最下支点转动而产生踢脚失稳。计算模型如图5-5所示。抗倾覆稳定性可按式（5-15）进行验算（5-15）式中：—抗倾覆稳定性安全系数，根据基坑重要性等级，一级基坑取1.5，二级基坑取1.2，三级基坑取1.0；本基坑等级为二级，故应不小于1.2；Mp—基坑内侧被动土压力对最下层支点处的力矩（KN·m）；Ma—最下层支点以下外侧压力对最下层支点点的力矩（KN·m）；68 沈阳工业大学本科生毕业设计图5-5踢脚计算简图施工过程中，各工况验算结果如下工况1：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆0.0000.000Ks=7.541>1.2,满足规范要求。工况2：注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆254.469236.160Ks=9.117>1.2，满足规范要求。68 沈阳工业大学本科生毕业设计工况3：注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆254.469236.160Ks=1.498>1.2,满足规范要求。安全系数最小的工况号：工况3；最小安全Ks=1.498>1.2,满足规范要求。由以上验算过程，本段支护结构满足抗倾覆稳定性要求。图5-6普朗特尔和太沙基隆起滑动线形图3）抗隆起验算将墙底面的平面作为求极限平衡的基准面，参照普朗特尔和太沙基的地基承载力公式，其滑动线形状如图5-6所示。68 沈阳工业大学本科生毕业设计《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97(冶金部)采用下式进行抗隆起安全系数验算（5-16）式中γ—土的重度（）；c—土的粘聚力（kPa）；q—地面荷载（KN/m）；Nq、Nc—地基承载力系数；采用普朗特尔（Prandtl）公式时，Nq、Nc按下式计算，此时要求～1.2.（5-17a）（5-17b）计算结果为满足规范要求。采用太沙基（Terzaghi）公式时，安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97(冶金部)，此时要求～1.25。安全系数计算公式如式（5-16）；计算公式如下68 沈阳工业大学本科生毕业设计（5-18a）（5-18b）计算结果如下满足规范要求。4）隆起量的计算基坑的隆起量按下式进行计算，如果结果为负值，按0处理。（5-19）式中δ—基坑底面向上位移(mm)；N—从基坑顶面到基坑底面处的土层层数；γi—第i层土的重度，地下水位以上取土的天然重度，地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3)；—第i层土的厚度(m)；q—基坑顶面的地面超载(kPa)；D—桩(墙)的嵌入长度(m)；H—基坑的开挖深度(m)；68 沈阳工业大学本科生毕业设计c—桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa)；φ—桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度)；r—桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3)；计算得图5-7基坑抗管涌验算简图5）抗管涌验算68 沈阳工业大学本科生毕业设计由于基坑内外存在水位差，容易导致基坑外的地下水绕过止水帷幕下端向基坑内渗流，这种渗流产生的动水压力在墙背后向下作用，而在墙前则向上作用，当动水压力大于土的水下重度时，土颗粒就会随水流向上喷涌。在软粘土地基中渗流力往往使地基产生突发性的泥流涌出，从而出现管涌现象。根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），抗管涌验算公式为（5-20）式中KG—抗管涌安全性系数；规范要求不小于1.5；—基坑外侧地下水位至基坑底的距离（m）；D—支护结构嵌入深度（m）；γ：—如图5-7所示，基坑内侧D范围内土的加权平均重度（kN/m3），水位以上取自然重度，水位以下取有效重度；γ0—工程重要性系数，本基坑取1.0；γw—地下水的重度（kN/m3）；计算结果为故满足规范要求。6）嵌固稳定性验算表5-2嵌固深度计算参数嵌固深度系数抗渗嵌固系数1.21.2按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99，单支点结构计算支点力和嵌固深度设计值hd（1）按ea1k=ep1k，确定出支护结构弯矩零点hc1=0.318（2）支点力Tc1可按下式计算：（5-21）68 沈阳工业大学本科生毕业设计hT1=5.600m计算得Tc1=139.491kN按公式（5-22）计算hd（5-22）其中β=1.200，γ0=1.000hp=2.570m，∑Epj=1080.901kPaha=6.245m，∑Eai=599.823kPa得到，采用值为6.800m，满足稳定性要求。5.2基坑南侧支护结构设计5.2.1土层信息表5-3基坑南侧土层信息表土名厚度（m）天然重度γ（KN/m³）粘聚力（kPa）内摩擦角（度）杂填土2.417.87.626粉土2.818.18.530淤泥质土5.817.21521粘土①5.617.61715.4粘土②7.818.01816注：c、φ均为勘察报告所提供的基坑支护设计参数（直剪固结峰值）；5.2.2土压力系数计算各土层主、被动土压力系数计算如下68 沈阳工业大学本科生毕业设计①杂填土层②粉土层③淤泥质土层④黏土层①5.2.3已有建筑物荷载对基坑南侧桩后土体的附加应力楼房等建筑物局部超载取值为1520kPa每层，具体取值可根据建筑物的密集程度和建筑物功能具体分析。由于本基坑周边建筑密集程度偏低，建筑为住宅楼，因此本工程超载标准值可按15kPa每层计算。则，距离基坑边沿18m，根据《土力学与基础工程》第三版（赵明华主编），用角点法通过查表查得均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，然后根据公式（5-3）计算出对各层土体的附加应力。5.2.4主动土压力强度计算根据公式（5-4）进行计算68 沈阳工业大学本科生毕业设计①杂填土层z=0mz=2.4m第①层土下的水压力强度为②粉土层z=2.4mz=5.2m第②层土下的水压力强度为③淤泥质土层z=5.2mz=8.1m68 沈阳工业大学本科生毕业设计z=11m④粘土层①z=11mz=15.1m5.2.5坑底被动土压力强度计算③淤泥质土层z=8.1mz=11m④粘土层①z=11mz=15.1m68 沈阳工业大学本科生毕业设计5.2.6考虑建筑物荷载影响的主动土压力强度计算建筑物荷载对各层土的主动土压力强度仍按公式（5-5）进行计算，仅把道路和在改为建筑物荷载。z=0mz=2.4mz=5.2mz=8.1mz=11mz=15.1m5.2.7坑底以下净土压力强度计算净土压力强度即为被动土压力强度和主动土压力强度的差值。z=8.1mz=11mz=15.1m净土压力强度分布图如下68 沈阳工业大学本科生毕业设计图5-8基坑南侧净土压力强度分布图5.2.8支护桩的嵌入深度、水平支锚力和最大弯矩的计算同样用等值梁法进行计算，计算公式见（5-6）～（5-9）。计算支护深度范围内土层的加权平均重度，粘聚力及内摩擦角主动土压力系数：被动土压力系数：68 沈阳工业大学本科生毕业设计从净土压力强度分布图可以看出，桩后基坑底面处主动土压力强度净土压力零点离基坑底距离桩后净土压力净土压力作用点离地面的距离=5.97m支点水平锚固拉力式中为锚固点离地面距离（m）；土压力零点（即弯矩为零点）剪力桩的有效嵌固深度式中为支点水平间距（m）；68 沈阳工业大学本科生毕业设计支护桩的最小长度求剪力为零点离地面距离，由得最大弯矩5.2.9锚杆长度计算根据《建筑基坑支护技术规程JGJ120－1999》，支点水平锚固拉力计算值按以下公式转化成设计值锚杆轴向受拉承载力设计值由上述规程可知，锚固段的长度可由公式5-11计算出：自由段的长度按公式5-12计算得：68 沈阳工业大学本科生毕业设计经计算，自由段长度为4.91m，由规范规定，取自由端长度为5.0m。由此可知，锚杆长度为5.0+11.3=16.3m5.2.10围护桩的配筋计算按照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2011) 进行圆截面灌注桩配筋计算。支护桩所能承受的最大弯矩按公式5-13计算。本工段支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1200mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值=14.3N/mm²）保护层厚度50mm，纵筋采用12φ20HRB335级钢筋（强度设计值=300N/mm²），螺旋箍筋采用φ12@200HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150.，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。故满足承载力要求。截面配筋率故满足最小配筋率要求5.2.11基坑稳定性验算68 沈阳工业大学本科生毕业设计1）整体稳定性验算基坑支护体系整体稳定性验算按式（5-14）滑裂面数据圆弧半径(m)R=20.887圆心坐标X(m)X=9.296圆心坐标Y(m)Y=12.081计算出整体稳定安全系数Ks=1.611＞1.30故本段设计的支护结构满足整体稳定性要求。图5-9整体稳定性验算简图2）抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性可按式（5-15）进行验算施工过程中，各工况验算结果如下工况1：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆0.0000.00068 沈阳工业大学本科生毕业设计Ks=7.150>1.2,满足规范要求。工况2：注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆254.469235.714Ks=8.687>1.2,满足规范要求。工况3：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1锚杆254.469235.714Ks=1.465>1.2,满足规范要求。安全系数最小的工况号：工况3；最小安全Ks=1.465>1.2,满足规范要求。由以上验算过程，本段支护结构满足抗倾覆稳定性要求。3）抗隆起验算将墙底面的平面作为求极限平衡的基准面，参照普朗特尔和太沙基的地基承载力公式，其滑动线形状如图5-10所示。普朗特尔公式计算满足规范要求。太沙基公式计算满足规范要求。68 沈阳工业大学本科生毕业设计图5-10普朗特尔和太沙基隆起滑动线形图4）隆起量的计算基坑的隆起量按式（5-19）进行计算，如果结果为负值，按0处理。计算得5）抗管涌验算根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），按公式（5-20）进行抗管涌验算。计算结果为故满足规范要求。计算简图如5-1168 沈阳工业大学本科生毕业设计图5-11基坑抗管涌验算简图6）嵌固稳定性验算表5-5嵌固深度计算参数嵌固深度系数抗渗嵌固系数1.21.2按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99，单支点结构计算支点力和嵌固深度设计值hd（1）按ea1k=ep1k确定出支护结构弯矩零点hc1=0.468（2）支点力Tc1可按式（5-21）计算：hT1=5.600m68 沈阳工业大学本科生毕业设计计算得Tc1=145.024kN按公式（5-22）计算hd其中β=1.200，γ0=1.000hp=2.625m，∑Epj=1116.258kPaha=6.460m，∑Eai=612.422kPa得到，采用值为7.000m，满足稳定性要求。5.3基坑东侧支护结构设计5.3.1双排桩支护的简化计算模型1）滑动土体重量比例系数的计算其基本原理是将破裂面内的土体面积按处于双排桩内外分成两部分、，将这两部分土体分别分配到前后桩上。设分配系数为，则（5-23）图5-12土体重量分配原理图68 沈阳工业大学本科生毕业设计原理图如5-12所示。由上图可知2）假设桩长为Z，则对应的坑底土压力强度为（5-24）—坑底处主动土压力强度(kPa)；h—基坑挖深（m）；Z—桩嵌固点所在深度（m）；φ—挖深范围内土的加权平均内摩擦角（°）；然后根据桩心距将坑底土压力强度转化为线荷载，按之前计算出的分配比例系数将线荷载分配给前后桩，这样，基本结构就变成两个悬臂梁，考虑横梁的刚度很大，只有横向的水平位移，根据前后桩位移相等的条件可得出桩顶部的多余未知力Q、M（5-25a）（5-25b）（5-26a）（5-26b）68 沈阳工业大学本科生毕业设计5.3.2土层信息表5-6基坑东侧土层信息表土名厚度（m）天然重度γ（KN/m³）粘聚力（kPa）内摩擦角（度）杂填土2.318.08.420粉土2.618.61028淤泥质土6.118.016.524粘土①6.917.91816粘土②7.818.01917.85.3.3主动土压力强度计算基坑挖深8.1m，支护桩桩径800mm，桩排距4m，桩心距1.5m。开挖深度范围内土体的加权平均重度γ、粘聚力c、内摩擦角φ主动土压力强度系数已建建筑物对东侧支护桩后土体附加应力的计算，利用角点法参照公式5-3坑底8.1m处主动土压力强度计算5.3.4桩身最大弯矩计算68 沈阳工业大学本科生毕业设计计算土压力分配系数α假设Z=14.5m，则坑底土压力强度为桩排距为4m，对应的线荷载分配给前后排桩将以上参数分别代入公式（5-25a）、（5-25b）、（5-26a）、（5-26b），求得其余未知力如下5.3.5前后排桩配筋计算1）前桩前桩支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1500mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值=14.3N/mm²），保护层厚度50mm，纵筋采用16φ68 沈阳工业大学本科生毕业设计20HRB335级钢筋（强度设计值=300N/mm²），螺旋箍筋采用φ12@200HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。故满足承载力要求。截面配筋率故满足最小配筋率要求2）后桩后桩支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1500mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值=14.3N/mm²），保护层厚度50mm，纵筋采用12φ20HRB335级钢筋（强度设计值=300N/mm²），螺旋箍筋采用φ12@200HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。68 沈阳工业大学本科生毕业设计故满足承载力要求。截面配筋率故满足最小配筋率要求5.3.6基坑稳定性验算图5-13整体稳定性验算简图1）整体稳定性验算计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法68 沈阳工业大学本科生毕业设计条分法中的土条宽度:1.00m基坑支护体系整体稳定性验算按式（5-14），滑裂面数据圆弧半径(m)R=14.885圆心坐标X(m)X=-0.079圆心坐标Y(m)Y=7.663计算出整体稳定安全系数Ks=1.822＞1.30故本段设计的支护结构满足整体稳定性要求。2）抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性可按式（5-27）进行验算（5-27）Mp—被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定，对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。MG—双排桩自重对桩底的抗倾覆弯矩。Ma—主动土压力对桩底的倾覆弯矩。施工过程中，验算结果如下：满足规范要求，本段支护结构满足抗倾覆稳定性要求。3）抗隆起验算将墙底面的平面作为求极限平衡的基准面，参照普朗特尔和太沙基的地基承载力公式，其滑动线形状如图5-14所示。普朗特尔公式计算满足规范要求。太沙基公式计算68 沈阳工业大学本科生毕业设计满足规范要求。图5-14普朗特尔和太沙基隆起滑动线形图4）隆起量的计算基坑的隆起量按式（5-19）进行计算，如果结果为负值，按0处理。计算得5）抗管涌验算根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），按公式（5-20）进行抗管涌验算。计算结果为68 沈阳工业大学本科生毕业设计故满足规范要求。计算简图如5-15图5-15基坑抗管涌验算简图6）嵌固稳定性验算表5-7嵌固深度计算参数抗渗嵌固系数整体稳定分项系数圆弧滑动简单条分法嵌固系数1.21.31.1双排桩参考《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度：圆心(-6.226，7.626)，半径=10.237m，对应的安全系数Kq=1.322≥1.300嵌固深度计算值h0=0.500m68 沈阳工业大学本科生毕业设计嵌固深度设计值hd=αγ0h0=1.100×1.000×0.500=0.550m嵌固深度采用值hd=6.400m，满足稳定性要求。（参考《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99,当双排桩嵌固深度设计值小于0.2h时，宜取hd=0.2h=1.620m。）5.4基坑西侧支护结构设计5.4.1土层信息表5-8基坑西侧土层信息表土名厚度（m）天然重度γ（KN/m³）粘聚力（kPa）内摩擦角（度）杂填土2.217.97.918粉土2.818.68.626淤泥质土6.018.415.823粘土①7.217.917.816粘土②8.018.218.617.85.4.2主动土压力强度计算基坑挖深8.1m，支护桩桩径800mm，桩排距4m，桩心距1.5m。开挖深度范围内土体的加权平均重度γ、粘聚力c、内摩擦角φ主动土压力强度系数68 沈阳工业大学本科生毕业设计将道路荷载取城市一级公路荷载10.5KN/m，出于安全考虑，将道路荷载作为超载处理，则坑底8.1m处主动土压力强度计算5.4.3桩身最大弯矩计算计算土压力分配系数α假设Z=15.5m，则坑底土压力强度为桩排距为4m，对应的线荷载分配给前后排桩将以上参数分别代入公式（5-16a）、（5-16b）、（5-17a）、（5-17b）68 沈阳工业大学本科生毕业设计5.4.4前后排桩配筋计算1）前桩前桩支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1500mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值=14.3N/mm²），保护层厚度50mm，纵筋采用φ20HRB335级钢筋（强度设计值=300N/mm²），螺旋箍筋采用φ12@200HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。故满足承载力要求。截面配筋率故满足最小配筋率要求2）后桩后桩支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1500mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值=14.3N/mm²），保护层厚度50mm，纵筋采用14φ20HRB335级钢筋（强度设计值=300N/mm²），螺旋箍筋采用φ12@200HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。68 沈阳工业大学本科生毕业设计故满足承载力要求。截面配筋率故满足最小配筋率要求5.4.5基坑稳定性验算1）整体稳定性验算计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法条分法中的土条宽度：1.00m基坑支护体系整体稳定性验算按式（5-14），滑裂面数据圆弧半径(m)R=17.090圆心坐标X(m)X=-0.270圆心坐标Y(m)Y=8.920计算出整体稳定安全系数Ks=1.767＞1.30故本段设计的支护结构满足整体稳定性要求。68 沈阳工业大学本科生毕业设计图5-16整体稳定性验算简图2）抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性可按式（5-27）进行验算施工过程中，验算结果如下满足规范要求，本段支护结构满足抗倾覆稳定性要求。3）抗隆起验算将墙底面的平面作为求极限平衡的基准面，参照普朗特尔和太沙基的地基承载力公式，其滑动线形状如图5-17所示。普朗特尔公式计算满足规范要求。太沙基公式计算68 沈阳工业大学本科生毕业设计满足规范要求。图5-17普朗特尔和太沙基隆起滑动线形图4）隆起量的计算基坑的隆起量按式（5-19）进行计算，如果结果为负值，按0处理。计算得5）抗管涌验算根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），按公式（5-20）进行抗管涌验算。计算结果为68 沈阳工业大学本科生毕业设计故满足规范要求。计算简图如5-18图5-18基坑抗管涌验算简图6）嵌固稳定性验算表5-9嵌固深度计算参数抗渗嵌固系数整体稳定分项系数圆弧滑动简单条分法嵌固系数1.21.31.168 沈阳工业大学本科生毕业设计双排桩参考《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度：圆心(-6.226，7.626)，半径=10.237m，对应的安全系数Kq=1.317≥1.300嵌固深度计算值h0=1.500m嵌固深度设计值hd=αγ0h0=1.100×1.000×1.500=1.650m嵌固深度采用值hd=7.400m，满足稳定性要求。68 沈阳工业大学本科生毕业设计第6章基坑监测6.1概述基坑工程是一门实践性很强的学科，由于由于岩土体性质的复杂多变性及各种计算模型的局限性，很多基坑的理论计算与实测数据往往有较大差异。鉴于上述情况，在工程设计阶段就准确无误地预测基坑支护和周围土体在施工过程中的变化是不现实的，施工过程中如果出现异常情况，且这种情况又没有被及时的发现并采取补救措施而任其发展，后果是不堪设想的。据统计，近年来多起国内外重大基坑事故在发生前监测数据都有不同程度的异常反映，但均未得到充分重视而导致了严重的后果。在深基坑开挖的施工过程中，基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变引起土体的变形，即使采取一定的支护措施，一定数量的变形总是难以避免的。因此，在深基坑施工过程中，只有对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻建（构）筑物进行综合、系统的监测，才能读工程情况有全面的的了解，确保工程的顺利进行。近年来，基坑工程信息化施工受到了越来越广泛的关注。为保证工程安全顺利进行，在基坑开挖及结构构筑起见开展严密的施工监测是很有必要的，施工监测也可以说是一次岩土工程原型试验，所得数据是基坑支护结构和周围地层在施工过程中的真实反映。基坑现场监测的目的是及时掌握基坑支护结构和相邻环境的变形和受力特征，并预测下一步发展趋势。同时，除了作为确保实际施工安全可靠的有效手段外，对于验证原设计方案或局部调整施工参数、积累数据、总结经验、改进和提高原设计水平具有相当的实际指导意义。6.2基坑监测的目的对于开挖深度超过5m、或开挖深度虽未超过5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程均应实施基坑工程监测。对深基坑施工过程进行综合检测的目的主要有：（1）使参建各方能够完全客观真实地把握工程质量，掌握工程各部分的关键性指标，以确保工程质量安全。68 沈阳工业大学本科生毕业设计（2）在施工过程中通过实测数据检验工程设计所采取的各种假设和参数的正确性，及时改进施工技术或调整设计参数以取得良好的工程效果。（3）对可能发生危及基坑工程本体和周围环境安全的隐患进行及时、准确的预报，确保基坑结构和相邻建（构）筑物的安全。（4）积累工程经验，为提高基坑工程的设计和施工整体水平提供基础数据支持。（5）利用监测结果指导现场施工，进行信息化反馈优化设计，使设计到达优质安全、经济合理、施工简捷。（6）将监测结果与理论预测值对比，用反分析法求得更准确的设计计算参数，修正理论公式，以指导下阶段的施工或其他工程的设计和施工。6.3基坑监测的原则基坑现场监测是一项涉及多门学科的非常严谨的工作，技术性要求较高，应满足下列基本原则：（1）监测数据必须真实可靠，数据的可靠性由测试元件安装或埋设的可靠性、监测仪器的精度以及监测人员的严谨态度来保证。监测数据真实性要求所有数据必须以原始记录为依据，任何人不得篡改、删除原始数据。（2）监测数据必须及时，监测数据需在现场及时处理，发现有问题可及时复测，做到当天测、当天反馈。（3）埋设于土层或结构中的监测元件应尽量减少对结构正常受力的影响，埋设监测元件时应注意与岩土介质的匹配。（4）对所有监测项目，应按照工程具体情况预先设定预警值和报警制度，预警体系包括变形或内力累积值及其变化速率。（5）监测应整理完整监测记录表、数据报表、形象的图表和曲线，监测结束后整理出检测报告。6.4基坑监测项目6.4.1一般规定1）基坑工程的现场监测应采用仪器监测与巡视相结合的方法。2）基坑工程现场监测的对象包括：68 沈阳工业大学本科生毕业设计（1）支护结构；（2）相关的自然环境；（3）施工工况；（4）地下水状况；（5）基坑底部及周围土体；（6）周围建（构）筑物；（7）周围地下管线及地下设施；（8）周围重要道路：（9）其他应监测的对象；3）基坑工程的监测项目应抓住关键部位，做到重点观测、项目配套，形成有效的、完整的的监测系统。监测项目尚应与基坑工程设计方案、施工工况相配套。6.4.2监测方法（1）基坑工程监测点的布置应最大程度的反映监测对象的实际状态及其变化趋势，并应满足监控要求。（2）基坑工程监测点的布置应不妨碍监测对象的正常工作，并尽量减少对施工作业的不利影响.（3)监测标志应稳固、明显、结构合理，监测点的位置应避开障碍物，便于观测。（4）在监测对象内力和变形变化大的代表性部位及周围重点监护部位，监测点应适当加密。（5）应加强对监测点的保护，必要时应设置监测点的保护装置或保护设施。6.4.3主要监测项目1）围护桩顶水平位移及竖向位移监测围护桩顶的水平位移和竖向位移监测点应沿维护桩的周边布置，基坑周边中部、阳角处应布置监测点。监测点间距不应大于20m，每边不应少于3个监测点。监测点宜布置在冠梁上。监测精度见表6-2。2）周边建筑物的沉降监测68 沈阳工业大学本科生毕业设计对基坑周边已有建筑物的沉降监测能反映地基的实际变形对建筑物的影响程度，是分析地基事故及判别施工质量的重要依据，也是检验勘察资料的可靠性、验证理论计算正确性的重要资料。《岩土工程勘察规范》（GB50021—20010）规定，下列工程应进行沉降监测：①地基基础设计等级为甲级的建筑物；②不均匀地基或软弱地基上的乙级建筑物；③加层、接建，邻近开挖、堆载等，使地基应力发生显著变化的过程；④因抽水等原因，地下水位发生急剧变化的工程；⑤其他有关规范规定需要做沉降观测的工程；沉降观测应按现行标准《建筑物变形测量规范》（JGJ8）的规定执行。监测点宜布置在建筑物四角、沿外墙每10～15m或每隔2～3根柱基处，且每边不少于3个监测点。此外不同地基或基础的分界处、建筑物不同结构的分界处、变形缝、抗震缝或严重开裂处的两侧以及新旧或高低建筑物的交接处也应布置一定数量的监测点。监测精度见表6-2。3）坑底土体水平位移监测基坑底部土体的水平位移监测孔宜布置在基坑边坡、围护桩周边的中心处及具有代表性的部位，数量和间距视具体情况而定，但每边至少应设一个监测孔。当用测斜仪观测深层水平位移时，设置在围护桩内的测斜管深度不宜小于围护桩的入土深度；设置在图体内的测斜管应保证有足够的入土深度，保证管端嵌入到稳定的土体中。测斜仪精度见表6-1。表6-1测斜仪精度表基坑类型系统精度（mm/m）分辨率（mm/500mm）一级0.100.02二、三级0.250.024）围护桩内力监测围护桩内力监测点应布置在受力、变形较大且具有代表性的部位，监测点数量和横向间距视具体情况而定，但每边不少于1个监测点。竖直方向监测点应布置在弯矩较大处，监测点间距宜为3～5m。应力计或应变计的量程宜为最大设计值的1.2倍，分辨率不宜小于0.2%F·S，精度不宜低于0.5%F·S。68 沈阳工业大学本科生毕业设计图6-2监控量测允许值序号工程项目监控值(mm)设计值（mm）位移速率控制(mm/d)1桩顶位移30且≤0.2％H402mm/天2地面沉降30502mm/天3建筑物沉降桩基础建筑物10102mm/天4天然地基建筑物306mm/天5普通砖石基础局部倾斜0.0020.0026相邻柱基差异沉降0.005L7地下管线沉降煤气管道沉降1020（并根据管线长度、接头情况确定）2mm/天8自来水管道沉降3050（并根据管线长度、接头情况确定）2mm/天9插入式混凝土水管101mm/天10非刚性管道沉降305mm/天11按管线制作材料确定铸铁管：每m≤1.5mm，全长（大于25m）≯40mm碳素钢管：φ≤100mm，每m≤0.5mm；φ〉100mm，每m≤1mm；全长25米以上：φ≤100mm，≯13mm；φ〉100mm，≯25mm钢筋混凝土管、水泥石棉管：每m≤2mm；全长25米以上：≯50mm；12钢管支撑轴力≤80％设计值13测斜管曲线上出现明显的折点应报警14掌子面变位当隧道掌子面施工通过一倍洞径,变位速率超过5mm/d,仍持续增加时，应停工注：（1）L为柱基间距；H为基坑深度；（2）管线变形比较复杂，7-10与11若不一致，需要单独研究。5）锚杆拉力监测68 沈阳工业大学本科生毕业设计锚杆的拉力监测点应选择在受力较大切具有代表性的位置，基坑每边跨中部位和地质条件复杂的区域宜布置监测点。每层锚杆的拉力监测点数量应为该层锚杆总数的1%～3%，并不应少于3个。每层监测点在竖直方向上的位置宜保持一致。每根杆体上的测试点应设置在锚头附近位置，监测精度同围护桩。6）地下水的监测地下水动态监测包括水位、水温、孔隙水压力、水化学成分等内容。其中尤其是地下水位和孔隙水压力的动态监测，对于评价基坑稳定性具有十分重大的意义。①孔隙水压力的监测点宜布置在基坑受力、变性较大或具有代表性的部位。监测点竖向布置宜在水压力变化影响范围内按土层分布情况布设，监测点竖向间距一般为2～5m，并不宜少于3个。②基坑内地下水位监测点的布置应符合下列要求：（1）当采用深井降水时，水位监测点宜布置在基坑中央和相邻降水井的中间部位；当采用轻型井点、喷射井点降水时，水位监测点宜布置在基坑中央和周边拐角处，监测点数量具体情况确定。（2）水位监测管的埋置深度（管底标高）应在最低设置水位之下3-5m。对于需要降低承压水位的基坑工程，水位监测管埋置深度应满足降水设置要求。③基坑外地下水位监测点的布置应符合下列要求：（1）水位测试点应沿基坑周边、被保护对象（如建筑物、地下管线等）周边或在两者之间布置，监测点间距宜为20-50m。相邻建（构）筑物、重要的地下管线或管线密集处应布置水位监测点；如有止水帷幕，宜布置在止水帷幕外侧约2m处。（2）水位监测点的埋置深度（管底标高）应在控制地下水位之下3-5m。对于需要降低承压水水位的基坑工程，水位监测管埋置深度应满足设计要求。（3）回灌井点观测井应设置在回灌井点与被保护对象之间。68 沈阳工业大学本科生毕业设计第7章结论此次毕业设计使大家认识到基坑支护结构设计是工程体系中重要的组成部分，其涉及的内容也是岩土工程的主要技术问题，即支护结构物与岩土相互作用共同承担上部、周围荷载及自身重量的变形与稳定问题。本设计基坑等级为二级，周围环境复杂，土层主要为粉土、淤泥质土和粘性土。基坑开挖深度为8.1米，框架结构。本设计主要内容包括支护结构方案的比选、基坑降排水设计、基坑支护结构设计。基坑施工监测方案设计、桩锚支护设计与计算、基坑稳定性验算等。以上内容的具体设计结果如下：（1）结合场地条件与经济性要求，在基坑南北两侧采用桩锚支护结构，桩锚支护为刚性垂直支护方式，设置的内支护可有效减少支护桩体的内力和变形，喷锚网支护属于土体原位加筋技术，具有施工快捷、设备轻便、造价较低、位移较小、施工安全等优点。东西两侧由于场地条件的限制，采用双排桩悬臂式支护结构。双排桩相当于一个插入土体的刚架，能够靠基坑一下桩前土的被动土压力和刚架插入土中部分的前桩抗压、后桩抗拔所形成的力偶来共同抵抗倾覆力矩。双排桩支护具有较大的侧向刚度，可有效地限制基坑的变形（2）根据土层信息及围护桩和止水帷幕的入土深度可以判断出降水井的类型，本设计为潜水完整井，采用管井降水方式。由于基坑工程多种因素的不确定性和突变性，本设计采用了两种经验公式分别计算基坑总涌水量和单井涌水量，然后经比较采用最安全的一组数据来计算管井的数量从而保证基坑降水的顺利进行，同时也增加了施工过程中的安全性。（3）基坑支护结构设计的计算也均采用了较保守的数据，同时对计算出的围护桩的最大弯矩进行了一定的扩大处理，从而保证足够的配筋。土压力的计算采用朗金土压力理论，其中杂填土和粉土采用水土分算，淤泥质土和粘性土采用水土合算。（4）最后采用软件理正深基坑对支护结构进行支护验算，包括基坑的整体稳定性验算、基坑抗倾覆稳定性验算、抗隆起和抗管涌稳定性验算。同时也计算了隆起量和支护桩的嵌固深度，与设计计算结果都大致相同。当然，本设计依然存在诸多设计与计算上的不足之处，包括支护方案的进一步优化，计算方法的改进等。特别是新型支护形式双排桩支护的设计计算，目前尚没有定论，所以这方面的研究有待进一步加强。68 沈阳工业大学本科生毕业设计参考文献[1]JGJ120-99.建筑基坑支护技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社出版，1999.[2]龚晓南.深基坑工程设计施工手册［M］.北京：人民交通出版社，1998.[3]宁宝宽.土木工程施工［M］.北京：化学工业出版社，2011.3.[4]赵明华.土力学与基坑工程［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2012.7.[5]GB50010-2011.混凝土结构设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社出版，2010.8.[6]GB50007-2011.建筑地基基础设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社出版，2011.7.[7]赵志缙．简明深基坑工程设计施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社,200.1.[8]徐长节尹振宇等.深基坑维护设计与实例解析［M］.北京：机械工业出版社,2013.12.[9]姜德进．门架式（双排桩）围护的简化计算［J］.特种结构2006.12.23卷（第4期）：45-50.[10]CECS22-90.土层锚杆设计与施工规范［S］.北京:中国建筑工业出版社.1990.11[11]AllenHGandBulsonPS.BackgroundtoBucking［A］,London,Mcraw-Hill(UK)，1980[12]Foerster.w.Predietionotdeformationsarounddeepexeavations.DeformationsofsoilsandDisplacementsofstructureXecsmfe［J］.1991.4：801-804[13]Vesic,A.S..BeringCapacityofShallowFoudations［M］.HandBookofFoundationEngineering.NewYork.1974.[14]JackPappin,RaymondP.C.Chan,AlbertHoetal.Soilnailsinloosefill,GeotechnicalDivision[M].HongKongInstitutionofEngineers,HongKong.1998.[15]SunilS.Kishnani,RonaldoI.SeepageandSoi1-structureInterfaceEffectsinBracedExcavations[J].JournalofGeotechnicalEngineering,1993,912-929.[16]AndrewJ.W,YoussefM.A.AnalysisofDeepExcavationinBoston[J].JournalofGeotechnicalEngineering.1993：69-89.68 沈阳工业大学本科生毕业设计致谢经过近三个月的努力，本设计在某某某老师耐心的评阅和指导下，终于接近尾声。通过此次毕业设计，终于可以将大学四年所学的专业理论知识和实际操作有机结合到一起，同时在回顾和总结之前所学课程的过程中，进一步加深了自己对专业知识的融会贯通，学习到许多常规的设计方法和理念，也增强了自己查阅和利用资料的能力。在此，由衷的感谢毕业设计导师某某某老师，没有她的耐心指导，就不不会如此顺利的完成此次设计。虽然某老师平日里工作繁忙，但在毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计方案的修改和最终确定、每周任务的布置与检查、详细设计与计算等整个过程中都给予了莫大的帮助。她严谨细致、一丝不苟的作风一直贯彻始终，她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予了无尽的启迪，她对整个设计计算过程要求严格，每个设计步骤都要求遵循规范，再小的细节都不能掉以轻心，是她教给大家理论与实践相结合，设计也要与施工相结合，考虑各种可能存在的问题并提出解决方案。除了敬佩孙老师的专业水平外，她的严谨治学精神也同样激励着大家，并将积极影响大家今后的学习和工作。其次要感谢同学给的大力支持，在遇到不清楚的问题时是他们给予帮助，帮忙查阅资料，讨论设计方案并解决问题。68'