某商业广场桩基础及深基坑支护毕业设计

'本科毕业设计论文题目：西安万达商业广场Ⅲ区桩基础及深基坑支护结构设计（B方案）院、系：建筑工程学科专业：土木工程学生：xxx学号：xxx指导教师：xxx2008年6月 前言前言大学四年的时间是短暂的，学习的东西也是有限的。我们在校期间主要学习的是关于建筑基础和有关地质的一些最基本的知识。只有打好扎实的专业知识，才能为我们日后进行设计工作提供必要的准备。而毕业设计就给了我们一个将大学四年所基本知识应用于实践的机会。本次，我所设计的是西安万达商业广场III区的桩基础及深基坑支护结构设计。通过此次设计，不仅让我学会了如何查阅相关资料和建筑规范，更为可贵的是让我培养了一种做事认真负责，做事有理有据的态度。毕业设计与我们之前所做的学期课程设计不同，它是在老师的指导下，能独立系统的完成一项具体工程设计的全部过程。毕业设计具有实践性，综合性强的的显著特点。因而对培养我们的综合素质，创新能力和自学能力都具有其他环节无法替代的重要重用。在这一过程中，我们能够对以前所学的知识进行回顾，归纳与总结。同时，通过毕业设计还让我掌握了关于基础和支护设计的一些方法和思路。同时，在毕业设计过程中，我还学会了使用本专业的绘图软件，如CAD、天正等，使自己的制图能力有了一个质的飞跃。毕业设计是我们专业培养计划的最后，也是最重要的一个环节。它可以让我更好的了解本专业的基本知识，能较快的适应工作环境，解决具体的土木过程设计问题所需的综合能力和创新能力。因此，搞好本次设计，能够提高自身的各种能力和综合素质，为我今后的工作打下一个坚实的基础，也为以后的发展提供必要的前提。-I- 中文摘要西安万达商业广场III区桩基础及深基坑支护结构设计（B方案）中文摘要在本设计中，我们主要根据地层条件和相应的设计任务进行桩基础和深基坑的支护结构设计。桩基础已越来越多的应用于高层建筑中。设计过程中，考虑到地层的土层条件和施工的方便，以及对周围环境的影响，该工程拟采用灌注桩，选用两类桩径和桩长不同的桩，并选择良好的持力层，如3.9m和8.9m厚的密实中砂层分别作为持力层，桩尖深入持力层深度分别为2.7m和3.6m,可以使桩基础能够充分发挥作用。同时进行合理的承台设计，承台采用块体，计算简便，易于施工，之后对桩基础进行合理配筋并进行承载力验算。考虑到基坑支护的重要性等级和基坑的深度、土层的性状、地下水情况、基坑开挖深度、开挖后边坡留置时间的长短，采用排桩进行基坑支护，用等值梁法计算排桩的嵌固深度，之后采用条分法进行排桩的整体稳定性验算，并用Kranz的简易算法进行锚杆破裂面的计算。由于地下水位在基坑底面以上，考虑各种因素条件采用管井降水。通过这些计算使工程达到安全效果，此设计也可为同类工程提供相关参考。关键字:桩基础灌注桩支护结构排桩整体稳定性降水-II- 英文摘要PilefoundationanddeepexcavationsupportstructuredesigntoTheWandaCommercialPlazaofXi"an(Bprogramme)AbstractInthisdesign,wewilldesignthepilefoundationanddeepexcavationofthesupportstructureprimarilybasingontheformationconditionsandthecorrespondingdesigntasks.Pilefoundationhavealreadybeenapplicatedinhigh-riseconstructionmoreandmore.Intheprocessofthedesign,wewilladoptdrivencast-in-placepiletakingintoaccounttheformationofsoilconditionsandfacilitatyoftheconstruction,atthesametimetheimpactonthesurroundingenvironment.Thenweshouldchooseagoodbearingstratum,suchasthe3.9mand8.9mthickdenseinthesand,withapileofsharpdepthofthedepthof2.7m,respectively,and3.6m,sothatthepilefoundationcanfullyplayitsrole.Intheend,wewillgiveareasonablecapdesign.ByusingblockTaiwan,thecalculationissimpleandeasytoconstruction.Afterthatwewillgiveareasonablebasisforreinforcementandcheckthecapacity.Takingintoaccounttheimportanceofsupportingexcavationandgradingofthedepthofexcavation,thecharacterofsoil,groundwater,thedepthofexcavation,theslopeaftertheexcavationofthelengthofdetention,wewillusethepilesrowtosupporttheexcavation.Wewillcalculatetheembeddedpile-rowdepthwiththeBeammethod.ThenextstepistochecktheoverallstabilityofpileswithSwedishmethodandandbrokenboltsofthecalculationwithKranzsimplealgorithm.Asthewatertableinthepitbottomisabovetheexcavation,wedecidetousetubewellsprecipitationconsideringthevariousfactors.Throughthesecalculationswewillmaketheprojectsafety.Thiscanalsobedesignedtoproviderelevantinformationandsimilarprojects.Keyword:pilefoundation，drivencast-in-placepile，supportingstructure，pilerow，overallstability,precipitation-III- 目录目录前言I中文摘要IIAbstractIII主要符号表11.设计说明11.1工程概况11.2场地工程地质条件11.2.2地层结构11.2.3地下水11.3岩土工程特性指标21.3.1地基土的一般物理力学性质指标21.3.2黄土湿陷性21.3.3地基土压缩性32.桩基础设计42.1桩类型、形式的选择42.2持力层的选择和桩长的确定42.3根据工程地质资料确定单桩的承载力62.4初步确定桩数72.4.1I类桩72.4.2II类桩72.5桩的平面布置72.6桩顶荷载效应的计算82.7复合基桩承载力验算92.7.1I类桩92.7.2II类桩102.8承台计算122.8.1I类桩122.8.2II类桩142.9群桩竖向承载力的确定342.9.1I类桩392.9.2II类桩392.10桩基础的沉降计算342.10.1I类桩基362.10.2II类桩基382.11桩身验算422.11.1桩的配筋计算42-1- 目录2.11.2桩身承载力的验算433.支护结构设计453.1.支护结构的选型453.2支护结构的荷载计算473.2.1.主动土压力的计算473.2.2.被动土压力的计算493.3支护结构的设计473.3.1.弯矩零点的计算503.3.2.计算支点力503.3.3.嵌固深度的确定503.3.4.结构内力和支点力设计值的计算523.3.5截面承载力的验算533.3.6锚杆计算543.4支护结构的稳定计算553.4.1支护结构的整体稳定计算553.4.2锚杆深部破裂面计算634.基坑降水664.1降水方案的选择664.2降水计算674.2.1降水系统的布置674.2.2确定基坑降水的计算图形面积及等效半径674.2.3确定管井的抽水影响半径674.2.4根据水位设计降深要求计算涌水量684.2.5求算每根管井的极限涌水量q684.2.6确定管井的数量、间距，并验算出水能力和降深值685.施工和说明705.1总体施工方案和顺序705.2管井降水施工方案和措施705.3支护结构施工715.3.1排桩及冠梁施工715.3.2锚杆施工715.3.3腰梁安装715.4桩基础施工方案715.4.1灌注桩施工715.4.2承台施工73致谢...........................................................74参考文献.75-2- 主要符号表主要符号表——极限承载力——极限侧阻力——极限端阻力——桩侧阻群桩效应系数——桩端阻群桩效应系数—压缩模量—平均附加应力系数s—沉降量—修正后地基承载力特征值—地基的极限承载力—基底平均附加应力—土的自重应力—土中竖向附加应力E—变形模量——自由段长度——锚固段长度——锚杆与水平面夹角——主动土压力系数——被动土压力系数、—各土层的内摩擦角和粘聚力——锚孔直径——第i分条土重——第i分条宽度K—渗透系数——第i分条滑动面处固结不排水剪黏聚力标准值——第i分条滑动面处固结不排水剪内摩擦角标准值——第i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角——第i分条滑列面处弧长S——计算土体单元厚度-1- 第一章设计说明1.设计说明1.1工程概况桩基础在很早以前已广泛的应用到桥梁、水利、房屋等各类土木建筑中。特别是20世纪中后期，我国在工程建设中已普遍采用了各种类型的桩基础。进入21世纪以来，随着高层超高层建筑的兴建，桩基础的应用更为普及。本工程是西安是万达商业广场III区的桩基础和深基坑支护结构的设计，该建筑物上部29层,高100.6m，地下2层，深-10.9m，属高层建筑。各层地基土的特征、厚度、埋深和层底标高已在相应的地质勘察报告中。该设计的工程等级，桩基础设计为甲级，支护结构设计为一级。1.2场地工程地质条件场地地形平坦，略向东南倾斜，勘探点地面高程介于386.66～387.57m之间，相对高差最大为0.91m。1.2.2地层结构拟建场地地基土的组成自上而下为：第四纪全新世耕植土，冲、洪积黄土状土，冲击粉质粘土，第四纪晚更新世冲击砂类土和粉质粘土、粉土，第四纪中更新世冲击砂类土和粉质粘土等。根据岩土地质勘察报告的地层结构及岩性描述来确定各层土的厚度,层底标高及层底埋深，见表1.1。1.2.3地下水场地地下水属潜水类型。勘察期间地下水稳定水位埋深为-9m。场地地下水主要为砂类土及黏性土中的孔隙水。其补给方式为大气降水及地下水迳流补给，并通过自然蒸发、人工开采以及迳流排泄。勘察期间为平水期，地下水年变化幅度约为2m。-1- 西安工业大学学士学位论文表1.1各土层厚度及埋深厚度（m）层底埋深（m）层底标高（m）地表面0.00.0387.35①-耕植土Q4pd0.5-0.5386.85②-黄土状土Q4al+pl3.4-3.9383.45③-黄土状土Q4al+pl3.8-7.7379.65④-粉质粘土Q4al3.2-10.9376.45⑤-细砂Q3al1.3-12.2375.15⑥-中砂Q3al4.1-16.3371.05⑦-粗砾砂Q3al6.4-22.7364.65⑦-1中砂Q3al3.9-26.6360.75⑧-中砂Q3al8.9-35.5351.85⑨-粉质粘土Q3al7.2-42.7344.15⑩-中砂Q2al6.7-49.4337.451.3岩土工程特性指标1.3.1地基土的一般物理力学性质指标各个土层的物理力学指标如下表所示：表1.2各土层的物理力学指标()EsfA/Kpa②-黄土状土Q4al+pl231916.57.41150③-黄土状土Q4al+pl242017.98.40160④-粉质粘土Q4al262218.27.07180⑤-细砂Q3al03218.930200⑥-中砂Q3al03219.235240⑦-粗砾砂Q3al03320.155350⑦-1中砂Q3al03319.745350⑧-中砂Q3al03319.850320⑨-粉质粘土Q3al242218.710.08230-2- 西安工业大学学士学位论文1.3.2黄土湿陷性根据土工试验成果报告，场地内分布的②-黄土状土具湿陷性，部分土样据自重湿陷性。-2- 西安工业大学学士学位论文③-黄土状土部分土样具湿陷性，个别土样具自重湿陷性。自重湿陷性的分布深度3.60～5.5m。拟建场地属非自重湿陷性黄土场地。各拟建物的黄土地基湿陷等级按I（轻微）级设计。1.3.3地基土压缩性根据土工试验结果、原位测试结果和工程经验等综合分析判定：场地内分布的②-黄土状土属中～高压缩性土，其余各层粘性土均属中压缩性土；⑤-细砂层为中密状态，其余各层砂类土的密实度均为密实。各地基土的压缩模量见表1.3。表1.3地基土的压缩模量统计表地层名称粘性土砂土地基土承载力ESESfak(kPa)②-黄土状土Q4al+pl7.41150③-黄土状土Q4al+pl8.40160④-粉质粘土Q4al7.07180⑤-细砂Q3al30200⑥-中砂Q3al35240⑦-粗砾砂Q3al55350⑦-1中砂Q3al45300⑧-中砂Q3al50320⑨-粉质粘土Q3al10.08230⑩-中砂Q2al50300-3- 第二章桩基础设计2.桩基础设计2.1桩类型、形式的选择按施工方法来分，桩基础可分为预制桩和灌注桩。预制桩属于挤土桩，一般采用锤击法沉桩。当预制桩被打入松散的粉土、砂砾土层中时，由于桩周围及桩端的土体被挤密，桩侧摩阻力也因土体加密及桩侧法向应力的增大而提高，桩端阻力也相应增大。地基土越松散，采用预制桩成桩后，地基土承载力提高幅度愈大。若建筑场地存在较厚的中密以上的砂砾土层时，为了提高桩基的承载力，一般宜将该砂砾土层作为持力层，且桩应进入砂砾土层一定深度。当然，预制桩的适用范围也有其局限性，例如，当需穿过较厚的硬夹层(硬塑粘性土层,中密以上砂土层)时,除非采用植桩、射水等辅助沉桩措施,否则难以穿过。由于预制桩需承受运输、起吊及锤击过程中的应力,混凝土的强度等级较高,含钢量也较大,所以其造价往往高于灌注桩。由于绝大多数预制桩是采用锤击法沉桩，施工过程中所产生的振动及噪声会影响周围环境，所以，预制桩在城市建设中的使用往往受到限制。灌注桩可以适用于不同的土层，桩长可因地改变，没有接头。成桩方法是采用钻、挖、冲击或沉管等方法就地成孔，并在孔内放置钢筋笼，然后灌注混凝土而成桩。由于桩身含钢量较低，又不需要预制，造价相对较低。施工时可根据不同的工程地质及水文地质条件选用不同的成桩工艺，在钻孔过程中能了解土层情况，使桩端较准确地支承在持力层上，并可根据持力层的起伏情况调整桩长。考虑到该工程施工对周围环境的影响以及勘察报告中各个土层的物理性质，桩所进入的土层多为中密密实以上的砂层，因此选择混凝土灌注桩，按照受力来说为端承摩擦桩，施工方便，桩的承载力易于得到保证。对受到较小竖向荷载的柱子，A、B、C、J柱下（I类桩）的桩径采用800mm,其他柱下（II类桩）的桩径采用1000mm。2.2持力层的选择和桩长的确定根据勘察报告，因桩基受到的荷载较大，持力层的选择I类桩在第7层7-①中砂Q3al，II类桩在第8层⑧-中砂Q3al较为理想。初步确定承台厚度为1.6m，承台埋深为-13.4m。按桩端需进入持力层的最小深度不小于2d的要求，确定I类桩的桩端进入持力层2.7m，II类桩的桩端进入持力层3.6m，桩顶钢筋嵌入承台为0.6m，则I类桩的有效桩长为12.0m，II类桩的有效桩长为16.8m。各柱子的分布及受力如图2.1所示。-4- 西安工业大学学士学位论文图2.1柱子分布及受力图工程地质剖面及桩埋深简图如图2.2所示。图2.2工程地质剖面及桩埋深简图-5- 西安工业大学学士学位论文2.3根据工程地质资料确定单桩的承载力因无试桩资料，按经验参数法确定单桩极限承载力。、由表查得：⑥-中砂Q3alqsk=79kpa，⑦-粗砾砂Q3alqsk=126kpa，⑦-1中砂Q3alqsk=82kpa，qpk=1500kpa，⑧-中砂Q3alqsk=83kpa，qpk=1800kpa，⑨-粉质粘土Q3alqsk=65kpa，⑩-中砂Q2alqsk=85kpa。I类桩的单桩承载力：（式2.1）其中砂土：,则单桩极限承载力为：因为承台几何尺寸及桩间距未确定，确定基桩竖向承载力R是暂不考虑群桩效应，竖向承载力抗力分项系数γ查表的γsp=1.65,则基桩竖向承载力设计值R为：II类桩的单桩承载力：其中砂土：,则单桩极限承载力为：同I类桩，因为承台几何尺寸及桩间距未确定，确定基桩竖向承载力R是暂不考虑群桩效应，竖向承载力抗力分项系数γ查表的γsp=1.65,则基桩竖向承载力设计值R为：-6- 西安工业大学学士学位论文-6- 西安工业大学学士学位论文2.4初步确定桩数由于桩基承受竖向荷载作用，在未考虑承台底的土反力和群桩效应的情况下，采用竖向荷载设计值按公式来初步估算桩数。2.4.1I类桩A：B：C：J：为统一和计算简便，以上四根柱子均采用四根桩。2.4.2II类桩D：E：F：G：H：I：K：因此，可确定K柱采用两根桩，D、E、G、H、I柱均采用四根桩，F柱用五根桩。2.5桩的平面布置根据规范规定，所采用的桩为非挤土灌注桩，其最小桩距应不小于2.5d，因此对于I类桩的桩距均采用3d即取2.4m，桩中心至承台边缘的距离为0.8m（图2.3a）；对于II类-7- 西安工业大学学士学位论文桩的桩距均采用3d即3.0m，桩中心至承台边缘的距离为1.0m（图2.3b、c、d）。图2.3桩平面布置图2.6桩顶荷载效应的计算先将承台顶面荷载换算成作用于承台底面的荷载，承台高为1.6m。按轴心竖向力作用下的公式计算，此时需考虑承台及承台上填土重，承台及填土平均重度取浮重度10kN/m3，荷载分项系数取1.2。I类桩：II类桩：-8- 西安工业大学学士学位论文2.7复合基桩承载力验算当所用的桩数大于3时，则需要考虑承台效应。2.7.1I类桩承台宽=4m，L=11.7m,=4/11.7=0.342规则布桩，则Sa/d=3，查表得：＝1.2,＝1.303,＝0.138(承台内区),=0.63（承台外区）,承台底内区有效面积=，承台底外区有效面积=，承台底地基土净面积=。-9- 西安工业大学学士学位论文则查表可得γs=γp=γc=1.65因此：（式2.2）验算复合基桩的承载力:以上四根桩均满足复合基桩承载力的要求。2.7.2II类桩有三种情况，D、E、G、H、I柱、F柱和K柱a:D、E、G、H、I柱承台宽=5m，L=16.8m,=5/16.8=0.298由Sa/d=3，查表得：＝1.2,＝1.289＝0.130(承台内区),=0.63（承台外区）,承台底内区有效面积=,承台底外区有效面积=B承台底地基土净面积Ac=12.86+9=21.86mm2。则查表可得γs=γp=γc=1.65-10- 西安工业大学学士学位论文因此：b:F柱承台宽=6.3m，L=16.8m,=6.3/16.8=0.375规则布桩，则Sa/d=3，查表得：＝1.2,＝1.313,＝0.145(承台内区),=0.63（承台外区）,承台底内区有效面积=，承台底外区有效面积=，承台底地基土净面积=。则查表可得γs=γp=γc=1.65因此：验算复合基桩的承载力:c:K柱-11- 西安工业大学学士学位论文当所用的桩数小于3时，可不考虑承台效应。因此对于K柱不必考虑承台和土的相互作用。满足要求。2.8承台计算2.8.1I类桩因为A、B、C、J四根柱子所采用的承台尺寸是一样的，因此只需要验算四根柱子中承受竖向荷载最大的柱，即J柱即可。计算简图如图2.4。(1)求复合基桩平均净反力：=(2)柱对承台的冲切计算：(因所采用的桩为圆形截面，因此换算成周长相等的方桩，相应的方桩的边长为0.8d,即0.64m)冲切力：则：求算冲切系数：,,图2.4I类桩承台计算计算简图其中,-12- 西安工业大学学士学位论文,因此,因承台高度h>800mm，则截面高度影响系数βhp按线性内插法求得为0.933.采用混凝土强度等级为C30，查表为1.43N/mm2（式2.3）==承台受柱冲切的承载力满足要求.(3)角桩对承台的冲切计算按复合基桩最大净反力:,求算角桩冲切系数：，角桩冲跨比：，，，，（式2.4）因此，承台边缘厚度满足要求。(4)承台抗剪计算-13- 西安工业大学学士学位论文因,截面高度影响系数.求算斜截面最大剪力设计值V:由图可知,各桩均按平均净反力,且承台两边所受到的剪力相等。,求剪切系数,:剪跨比:,求算剪切系数:（式2.5）因此,承台的边长满足抗剪要求。（5）受弯计算及配筋计算由图可知:,净反力：X和Y两个方向的弯矩值相等，只需计算一个方向计算截面出弯矩设计值为：采用II级钢筋，,则采用22钢筋，钢筋根数：，取25根均匀布置，间距满足构造要求。2.8.2II类桩根据各个柱不同的尺寸，不同的桩数和不同的受力特点，分以下几种情况进行承台计算：a：D柱（柱子尺寸，承台尺寸）。计算简图如图2.5。(1)求复合基桩平均净反力-14- 西安工业大学学士学位论文(2)柱对承台的冲切计算分别自两柱底与承台交接处向下作45度延伸线形成两个锥体，该锥体相交，因此计算两根柱子共同对承台的冲切作用。(因所采用的桩为圆形截面，因此换算成周长相等的方桩，相应的方桩的边长为0.8d,即0.8m)1)D1柱对承台的冲切计算冲切力：图2.5D柱下承台计算简图则：1桩:求算冲切系数：,,其中,,因此,因承台高度h>800mm，则截面高度影响系数βhp按线性内插法求得为0.933.-15- 西安工业大学学士学位论文采用混凝土强度等级为C40，查表为1.71N/mm2==，满足要求。2桩：求算冲切系数：,,其中,,取；因此,因承台高度h>800mm，则截面高度影响系数βhp按线性内插法求得为0.933.采用混凝土强度等级为C40，查表为1.71N/mm2==，满足要求。3桩：求算冲切系数：,,其中,,因此,因承台高度h>800mm，则截面高度影响系数βhp按线性内插法求得为0.933.-16- 西安工业大学学士学位论文采用混凝土强度等级为C40，查表为1.71N/mm2==，满足要求。4桩：求算冲切系数：,,其中,,取；,因此,因承台高度h>800mm，则截面高度影响系数βhp按线性内插法求得为0.933.采用混凝土强度等级为C40，查表为1.71N/mm2==，满足要求。2)D2柱对承台的冲切计算冲切力：则：求算冲切系数：,,其中,-17- 西安工业大学学士学位论文,因此,==承台受D2柱冲切的承载力满足要求.(3)角桩对承台的冲切计算按复合基桩最大净反力:,由桩顶向上引45度线，可得D1和D2的最危险冲切面。1)D1柱1桩：求算角桩冲切系数：，角桩冲跨比：，，，满足要求。2桩：求算角桩冲切系数：，角桩冲跨比：,取；-18- 西安工业大学学士学位论文，，满足要求。3桩：求算角桩冲切系数：，角桩冲跨比：，，4桩：求算角桩冲切系数：，角桩冲跨比：，取，-19- 西安工业大学学士学位论文2)D2柱求算角桩冲切系数：，角桩冲跨比：，，因此，承台边缘厚度满足要求。(4)承台抗剪计算因,截面高度影响系数.：求算斜截面最大剪力设计值V:由图可知，平行于Y轴方向净反力取最大值，平行于X轴方向净反力取平均值。即：平行于Y轴：，平行于X轴D1柱：因D1柱不是位于承台中心，因此四个边上的剪力都要计算；边：求剪切系数,:剪跨比:，因此取求算剪切系数:-20- 西安工业大学学士学位论文因此,承台此边长满足抗剪要求。边：剪跨比:，求算剪切系数:边：剪跨比:，求算剪切系数:边：剪跨比:，求算剪切系数:D2柱：剪跨比:，求算剪切系数:，(5)受弯计算及配筋计算由简图计算可知:,按最大净反力-21- 西安工业大学学士学位论文X轴方向计算截面处弯矩设计值为：采用II级26钢筋，,则钢筋根数：,取36根，均匀布置，间距满足构造要求。采用II级28钢筋，,则钢筋根数：,取37根，均匀布置，间距满足构造要求。b：E、G、H柱（柱子尺寸，承台尺寸）计算简图如图2.6。因为E、G、H三根柱子所采用的承台尺寸是一样的，因此只需要验算三根根柱子中承受竖向荷载最大的柱，即E柱。(1)求复合基桩平均净反力=(2)柱对承台的冲切计算(因所采用的桩为圆形截面，因此换算成周长相等的方桩，相应的方桩的边长为0.8d,即0.8m)冲切力：-22- 西安工业大学学士学位论文图2.6E、G、H柱下承台计算简图则：求算冲切系数：,,其中,,因此,因承台高度h>800mm，则截面高度影响系数βhp按线性内插法求得为0.933.采用混凝土强度等级为C30，查表为1.43N/mm2==承台受柱冲切的承载力满足要求.(3)角桩对承台的冲切计算-23- 西安工业大学学士学位论文按复合基桩最大净反力:,求算角桩冲切系数：，角桩冲跨比：，，，，因此，承台边缘厚度满足要求。(4)承台抗剪计算因,截面高度影响系数.求算斜截面最大剪力设计值V：各桩均按平均净反力,且承台两边所受到的剪力相等。,求剪切系数,:剪跨比:,求算剪切系数:因此,承台的边长满足抗剪要求。(5)受弯计算及配筋计算-24- 西安工业大学学士学位论文由计算简图可知:,净反力：X和Y两个方向的弯矩值相等，只需计算一个方向计算截面出弯矩设计值为：采用II级钢筋，,则E柱:采用28钢筋，钢筋根数：,取30根均匀布置，间距满足构造要求。G、H柱下承台钢筋同E相同。c：I柱（柱子尺寸，承台尺寸）计算简图如图2.7。(1)求复合基桩平均净反力=(2)柱对承台的冲切计算(因所采用的桩为圆形截面，因此换算成周长相等的方桩，相应的方桩的边长为0.8d,即0.8m)图2.7I柱下承台计算简图冲切力：则：-25- 西安工业大学学士学位论文求算冲切系数：,,其中,,因此,因承台高度h>800mm，则截面高度影响系数βhp按线性内插法求得为0.933.采用混凝土强度等级为C30，查表为1.43N/mm2==承台受柱冲切的承载力满足要求.(3)角桩对承台的冲切计算按复合基桩最大净反力:,求算角桩冲切系数：，角桩冲跨比：，，，，-26- 西安工业大学学士学位论文因此，承台边缘厚度满足要求。(4)承台抗剪计算因,截面高度影响系数.求算斜截面最大剪力设计值V:由图可知，各桩均按平均净反力,且承台两边所受到的剪力相等。,求剪切系数,:剪跨比:,求算剪切系数:因此,承台的边长满足抗剪要求。(5)受弯计算及配筋计算由简图计算可知:,净反力：X和Y两个方向的弯矩值相等，只需计算一个方向计算截面出弯矩设计值为：采用II级22钢筋，,则钢筋根数：,取35根均匀布置，间距满足构造要求。d：F柱（柱子尺寸，承台尺寸）(1)求复合基桩平均净反力=-29- 西安工业大学学士学位论文图2.8F柱下承台计算简图(2)柱对承台的冲切计算(因所采用的桩为圆形截面，因此换算成周长相等的方桩，相应的方桩的边长为0.8d,即0.8m)冲切力：则：求算冲切系数：,,其中,,因此,因承台高度h>800mm，则截面高度影响系数βhp按线性内插法求得为0.933.采用混凝土强度等级为C40，查表为1.71N/mm2=-29- 西安工业大学学士学位论文=承台受柱冲切的承载力满足要求.(3)角桩对承台的冲切计算按复合基桩最大净反力:,求算角桩冲切系数：，角桩冲跨比：，，，，因此，承台边缘厚度满足要求。(4)承台抗剪计算因,截面高度影响系数.求算斜截面最大剪力设计值V:由图可知，各桩均按平均净反力,且承台两边所受到的剪力相等。,求剪切系数,:剪跨比:,求算剪切系数:-30- 西安工业大学学士学位论文因此,承台的边长满足抗剪要求。(5)受弯计算及配筋计算由简图计算可知:,净反力：X和Y两个方向的弯矩值相等，只需计算一个方向计算截面出弯矩设计值为：采用II级32钢筋，,则钢筋根数：,取36根均匀布置，间距满足构造要求。e：K柱（柱子尺寸，承台尺寸）计算简图如图2.9。(1)求复合基桩平均净反力=(2)柱对承台的冲切计算(因所采用的桩为圆形截面，因此换算成周长相等的方桩，相应的方桩的边长为0.8d,即0.8m)冲切力：则：图2.9K柱下承台计算简图-31- 西安工业大学学士学位论文求算冲切系数：,,其中,,取为0.2因此,因承台高度h>800mm，则截面高度影响系数βhp按线性内插法求得为0.933.采用混凝土强度等级为C30，查表为1.43N/mm2==承台受柱冲切的承载力满足要求.(3)角桩对承台的冲切计算按复合基桩最大净反力:,求算角桩冲切系数：，角桩冲跨比：，取0.2，，，-32- 西安工业大学学士学位论文因此，承台边缘厚度满足要求。(4)承台抗剪计算因,截面高度影响系数.求算斜截面最大剪力设计值V:由图可知，各桩均按平均净反力。，求剪切系数,:剪跨比:,求算剪切系数:因此,承台的边长满足抗剪要求。(5)受弯计算及配筋计算由简图计算可知:,净反力：只有Y轴受到弯矩，计算截面弯矩设计值为：采用II级18钢筋，,则钢筋根数：,取27根均匀布置，间距满足构造要求，短边方向按构造配筋，采用1418，通常配置。-33- 西安工业大学学士学位论文2.9群桩竖向承载力的确定群桩竖向承载力的确定采用等代墩基法，各个土层的重度如表1.2所示2.9.1I类桩，（式2.7）其中，（式2.8）＝896.828,(满足)2.9.2II类桩有三种情况a：D、E、G、H、I柱（承台尺寸）＝1142.4-34- 西安工业大学学士学位论文，(满足)b：K柱（承台尺寸）＝1142.4,(满足)c：F柱（承台尺寸）＝1179.5，(满足)2.10桩基础的沉降计算按《建筑桩基技术规范》来计算地基最终沉降量。其计算公式为：-35- 西安工业大学学士学位论文（式2.9）其中——桩基沉降计算经验系数，非软土地区桩端有良好持力层时，取——桩基等效沉降系数，，其中为矩形布桩时的短边布桩数，其中、、分别为矩形承台长、宽及总桩数，、、是根据群桩的、、值确定的参数值计算简图如下：图2.10桩基沉降量计算简图2.10.1I类桩基A柱：求基础底面附加压力：计算地基的变形时取荷载效应的准永久组合，为使计算简单并偏于安全，基底附加压力采用对应荷载标准值的数值，取分项系数为1.2，即。基础底面压力：基础的自重应力：=140.12kN-36- 西安工业大学学士学位论文基底附加压力：确定沉降计算深度：压缩模量和平均附加应力系数如下表：表2.1土层压缩模量和平均附加应力系数0011.01.20.31450.9677.81.951500.4545计算桩基等效沉降系数：由，，，查表得，，，则因此中心点的最终沉降量为：同理，B柱基础底面压力：基底附加压力：因此中心点的最终沉降量为-37- 西安工业大学学士学位论文同理，C柱基础底面压力：基底附加压力：因此中心点的最终沉降量为同理，J柱基础底面压力：基底附加压力：因此中心点的最终沉降量为2.10.2II类桩基有三种情况a：D、E、G、H、I柱D柱：D柱承受偏心荷载，可将其化为等效的轴心受力的均布荷载。基础底面压力：基础的自重应力：=185.96基底附加压力：-38- 西安工业大学学士学位论文确定沉降计算深度：压缩模量和平均附加应力系数如下表：表2.2土层压缩模量和平均附加应力系数表0011.05.31.061500.6679.281.856110.080.47计算桩基等效沉降系数：由，，，查表得，，，则因此中心点的最终沉降量为同理，E柱：基础底面压力：基底附加压力：因此中心点的最终沉降量为同理，G柱：-40- 西安工业大学学士学位论文基础底面压力：基底附加压力：因此中心点的最终沉降量为同理，H柱：基础底面压力：基底附加压力：因此中心点的最终沉降量为-40- 西安工业大学学士学位论文同理，I柱：基础底面压力：基底附加压力：因此中心点的最终沉降量为b：F柱求基础底面附加压力：计算地基的变形时取荷载效应的准永久组合，为使计算简单并偏于安全，基底附加压力采用对应荷载标准值的数值，取分项系数为1.2，则，基础底面压力：基础的自重应力：=185.96kN基底附加压力：确定沉降计算深度：压缩模量和平均附加应力系数如下表：表2.3土层压缩模量和平均附加应力系数0011.05.30.841500.75911.11.76110.080.49计算桩基等效沉降系数：由，，，-40- 西安工业大学学士学位论文查表得，，，则因此中心点的最终沉降量为c：K柱求基础底面附加压力：计算地基的变形时取荷载效应的准永久组合，为使计算简单并偏于安全，基底附加压力采用对应荷载标准值的数值，取分项系数为1.2，则，基础底面压力：基础的自重应力：=185.96kN基底附加压力：确定沉降计算深度：压缩模量和平均附加应力系数如下表：表2.5土层压缩模量和平均附加应力系数002.51.04.452.2252.5500.5295计算桩基等效沉降系数：由，，，查表得，，，-41- 西安工业大学学士学位论文则因此中心点的最终沉降量为查规范规定建筑物的地基变形允许值可知地基允许沉降量为200mm，因此以上各个基础的沉降量均满足要求。由于各个承台之间沉降量的不同，应考虑承台之间的连接即联系梁，增强整个建筑物桩基的协同工作能力。按照构造要求，取联系梁的截面尺寸为300mm×500mm，纵向受力筋采用4的HRB335钢筋,箍筋采用@250。其中D和E柱下承台之间的联系梁取300mm×1000mm，纵向受力钢筋采用4的HRB335钢筋,箍筋采用@250。2.11桩身验算2.11.1桩的配筋计算桩的混凝土强度等级采用C30，则。a:I类桩：(A、B、C、J柱)取灌注桩受到轴向压力最大的柱J柱：，因所用的桩为灌注桩，则工作条件系数取为0.6，则满足（式2.10）因此I类柱所用的灌注桩可不配抗压钢筋而按构造要求配筋，采用16的HRB335钢筋。配筋率为：-42- 西安工业大学学士学位论文，满足最小配筋率的要求。混凝土保护层厚度取50mm，箍筋采用@200的螺旋箍。b:II类桩：(D、E、F、G、H、I、K柱)取灌注桩受到轴向压力最大的柱F柱：，因所用的桩为灌注桩，则工作条件系数取为0.6，则因此I类柱所用的灌注桩可不配抗压钢筋而按构造要求配筋，采用18的HRB335钢筋。配筋率为：，满足最小配筋率的要求。混凝土保护层厚度取50mm，箍筋采用@200的螺旋箍。2.11.2桩身承载力的验算桩身轴心受压承载力可由下式表达：（式2.11）其中N为桩的轴向压力设计值。a:I类桩桩的稳定系数的计算：地基土水平抗力系数的比例系数m=100，桩身计算宽度，，-43- 西安工业大学学士学位论文则,，则取由查表得＝1.0，取灌注桩受到轴向压力最大的柱J柱,,因此桩的承载力满足要求。b:II类桩：（D、E、F、G、H、I、K柱）由于D柱受到偏心荷载，因此D柱承台下的桩也同样受到偏心荷载，但计算其偏心距为0.0028m，较小，因此可视为轴心受压，按照轴心受压来验算桩身承载力。桩的稳定系数的计算：地基土水平抗力系数的比例系数m=100，桩身计算宽度，则,，则取由查表得＝1.0，取灌注桩受到轴向压力最大的F柱,,因此桩的承载力满足要求。-44- 西安工业大学学士学位论文3.支护结构设计3.1.支护结构的选型常见的深基坑支护结构主要由以下几种：1.钢板桩支护挡土钢板桩有槽钢钢板桩及热轧锁口钢板桩两类。槽钢钢板桩是一种简易的支护结构，将长度为6～8m的槽钢正反扣打入土体中，即形成支护挡墙，可根据施工条件及挡墙的受荷情况经计算选定槽钢的型号。由于其抗弯能力较弱，一般用于深度不超过4m的基坑，且需在基坑上部设一道支撑或拉锚。热轧锁口钢板桩则是专用的支护挡土结构钢板桩，建筑施工中常用的有U型和Z型，当基坑深度很大时还可采用组合型。由于钢板桩属于柔性结构，当支护深度较大时需使用数量较多的支撑或拉锚，工程量较大，而且用后拔出时由于带土，若处理不当则会引起边坡土体位移，严重时还会给施工及周围设施造成危害，采用该支护结构形式时应充分注意这一点。2.深层搅拌支护它是用特制的深层搅拌机将喷出的水泥浆或水泥粉固化剂在地基土内进行原位强制拌和，形成水泥土桩，硬化后即成为具有一定强度的壁状挡墙，既挡土又可作为止水帷幕。以前它是作为一种地基加固工艺在使用，近年来，国内将其作为支护结构的工程很多。由于它适应基坑周边的任何形状，对开挖深度不太大的基坑作为支护结构是较经济的，国内已将其应用于8m深的基坑支护工程中。3.排桩支护排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻（冲）孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间的联系差必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠联接。为了防止地下水并夹带土体颗粒从桩间孔隙流入（渗入）坑内，应同时在桩间或桩背采用高压注浆，设置深层搅拌桩、旋喷桩等措施，或在桩后专门构筑防水帷幕。灌注桩施工简便，可用机械钻（冲）孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低。同时，灌注桩围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力（承受侧压），这时在桩与主体之间通常不设拉结筋，并用防水层隔开。排桩支护可分为悬臂式和支锚式，而支锚式又分单点支锚和多点支锚。大多数情况下，悬臂式柱列桩适用于三级基坑，支锚式柱列桩适合于一、二级基坑工程。一般来说，当基坑深h=8m～14m。周围环境要求不十分严格时，多考虑采用排桩支护。当要求灌注桩围护结-45- 西安工业大学学士学位论文构起到抗水防渗作用时，必须做好桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷桩（一般的钻孔压密注浆法不易保证止水，曾引发多起重大事故）。4.地下连续墙地下连续墙施工时采用特制的挖槽机械沿基坑外围按设计宽度分单元钻挖出基槽，并采用泥桨护壁，成槽至设计标高后将钢筋骨架吊放入槽内，进行水下混凝土灌注，各单元间有特制的接头连接以形成地下连续墙。地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果，适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，可较好地控制软土地层的变形。在基坑深（一般h>10m）、周围环境保护要求高的工程中，经技术经济比较后多采用此技术。但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽会有较大困难，尤其是遇到岩层需要特殊的成槽机具，施工费用较高。在施工中泥浆污染施工现场，造成场地泥泞不堪。目前采用的逆作法施工使得两墙合一，即施工时用作围护结构，同时又是地下结构的外墙。逆作法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏，为此在基坑施工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力，减少支护结构变形，降低造价并缩短工期，是推广应用的新技术之一。除现场浇筑的地下连续墙外，我国还进行了预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙的研究和试用。预制装配式地下连续墙墙面光滑，由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工速度。而预应力地下连续墙则可提高围护墙的刚度达30%以上，可减薄墙厚，减少内支撑数量，由于曲线布筋张拉后产生反拱作用，可减少围护结构变形，消除裂缝，从而提高抗渗性。这两种方法已经在工程中试用，并取得较好的社会效益和经济效益。5.土钉支护土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用。土钉支护的使用要求土体具有临时自稳能力，以便给出一定时间施工土钉墙，因此对土钉墙适用的地质条件应加以限制。《建筑基坑支护技术规程（JGJ12021999）》规定了土钉墙适用于二、三级基坑、非软土场地、基坑深度不宜大于12m。土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低，与其他桩墙支护相比，工期可缩短50%以上，节约造价60%左右；而且土钉支护可以紧贴已有建筑物施工，从而省出桩体或墙体所占用的地面。但从许多工程经验看，土钉墙的破坏几乎均是由于水的作用，水使土钉墙产生软化，引起整体或局部破坏，因此规定采用土钉墙工程必须做好降水，且其不宜作为挡水结构。土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件。通常采用钻孔，放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成、它依靠与土体之间的粘结力或摩擦力，在土体发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。由于随挖随支，能有效地保持土体强度，减少土体的扰动。加筋水泥土墙是在水泥土桩中插入H形钢（拉森板桩、钢管等）组成的。由H形钢承受侧向荷载，而水泥土则具有良好的抗-46- 西安工业大学学士学位论文渗性能，因此加筋水泥土墙具有良好的挡土和止水抗渗效应。另外还有锚杆或喷锚支护、拱圈支护和逆作法支护等。在本设计中基坑的开挖深度为13.4m，且支护结构设计为一级，因此可选用排桩或者地下连续墙。但同时又考虑到地下连续墙的成本大，造价高，且施工速度慢，用时长，因此最后选用排桩支护，同时，排桩也可作为支护结构的一部分，设一层锚杆。3.2支护结构的荷载计算荷载计算中所用各个土层的物理力学指标如表1.2所示：（由于①-耕植土Q4pd厚度为0.5m，可将其归入到②-黄土状土Q4al+pl土层中）3.2.1.主动土压力的计算根据各个土层不同的土压力，将土层分为如图3.1所示的几层：图3.1土压力分布图-47- 西安工业大学学士学位论文第一层土：计算土压力0点处因此第一层土没有受到主动土压力。第二层土：当土压力为0时，，得＝0.24m第三层土：第四层土：第五层土：-48- 西安工业大学学士学位论文基坑以下的主动土压力均为。3.2.2.被动土压力的计算地下水位在基坑以下1m处。第六层土：第七层土：第八层土：-49- 西安工业大学学士学位论文3.3支护结构的设计3.3.1.弯矩零点的计算设弯矩零点处在基坑底以下x处，由（式3.1）列方程:解方程得x＝2.0m,即为2.0m。3.3.2.计算支点力基坑上部3m由于没有受到主动土压力，可设为放坡，坡度为1：1，并用砂浆铺面。锚杆设在距桩顶3m处。支点力可按下式计算：（式3.2）因此-50- 西安工业大学学士学位论文3.3.3.嵌固深度的确定嵌固深度的确定可按式来计算。（式3.3）假设排桩嵌入到第八层土中，深度为y。则因此，取时，上式大于0.满足要求。-51- 西安工业大学学士学位论文因此确定嵌固深度3.3.4.结构内力和支点力设计值的计算a:截面弯矩设计值M：（式3.4）当截面剪力为0时，弯矩达到最大值。当剪力为0处在基坑底以上时：第二、三层土主动土压力和为：第二、三、四层土主动土压力和为：因此可知剪力为0处在第四层土，设距第三层土底面为x解方程得当剪力为0处在基坑底以下时，设在第六层土底面以下x处则整理得方程解方程得此时-52- 西安工业大学学士学位论文取二者中得较大值，则截面弯矩设计值为b:截面剪力设计值V:（式3.5）当截面剪力最大时，弯矩为0，因此，剪力最大得截面在弯矩零点处截面弯矩设计值c:支点结构得支点力设计值：（式3.6）3.3.5截面承载力的验算桩混凝土强度等级取为C25，采用II级钢筋，桩径为1000mm。则桩身截面,全部纵向筋截面积，查表，。则，按式（式3.7）进行试算，（式3.7）得将代入式（3.8）中，（式3.8）其中，钢筋保护层厚取50mm，则，计算得，-53- 西安工业大学学士学位论文因此截面配筋满足要求。3.3.6锚杆计算锚头位于桩顶以下3.0m，锚杆倾角为150，水平间距取1.5m，采用普通钢筋，锚孔直径为180mm。(1)锚杆需提供的水平拉力则锚杆需提供的水平拉力设计值为锚杆轴向拉力设计值(2)求算非锚固段长度锚杆穿过的各土层厚度加权内摩擦角标准值：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:；因此锚杆自由段长度：（式3.9）取(3)估算锚固段长度采用二次灌浆工艺方法，土体与锚固体的极限摩阻力标准值可提高，取其系数为1.3,锚孔直径为180mm.（式3.10）-54- 西安工业大学学士学位论文取因此锚杆轴向受拉承载力设计值因此，锚固段设计长度满足要求。(4)求算锚杆钢筋直径锚杆钢筋采用III级（HRB400）钢筋，抗拉强度设计值则钢筋截面积选用2根30mm的III级筋，，满足要求。(5)锚杆支撑槽钢计算锚杆端头布置如图3.2，锚杆轴力,锚杆间距1.5m。则支撑选用2个槽钢25b,间距28cm,因此，所选槽钢满足要求。图3.2锚杆端头布置图3.4支护结构的稳定计算3.4.1支护结构的整体稳定计算采用条分法进行支护结构的整体稳定计算。圆弧分析法计算步骤：按比例尺绘制基坑边壁剖面图。(1)任选一以r为半径的可能滑动面,将滑动面上的土体分成N个垂直土条。(2)计算每个土条的自重＝和地面荷载（为该土条的平均高度），沿圆弧分解成法向力和切向力，其中；-55- 西安工业大学学士学位论文（式3.11）式中——法向分力与铅垂线之间的夹角(3)计算滑动力矩：(4)计算抗滑力矩:式中-----第i条圆弧的长(5)计算稳定安全系数:（式3.12）(6)求最小安全系数,找出最危险圆弧.重复步骤2—6,选取不同圆弧,得到相应的安全系数,其中最小值即为所求.计算技巧:(1)当地基土的抗剪强度不小于土坡土层的抗剪强度,且则最危险的滑动圆弧通过坡脚A点,因此,不必在A以外试算圆弧.(2)土条分条编号技巧:如由坡脚开始编号1,2,…….则计算工作量很大,如以圆心O的铅垂线左右各宽b为0条，向上顺序为1.2.3……条；向下顺序为-1.-2.-3……条，这样编号的优点：=0，0条滑动力矩为0，可以不计算。0条以上各条的滑动力矩为正值，0条以上的各条滑动力矩为负值，无理概念十分清楚。(3)如前所述，半径R取整数。(4)分条宽度b：取b=R，则三角函数值在任何圆心位置、任何半径与圆弧情况下都是固定不变的数值，即：=0.1，=0.2，=0.3…….==0.995，==0.980……..因此，避免了每个圆弧都要计算的大量三角函数值，快速而方便。(5)从坡顶B处画一与水平面成的线，在该线上分别取间距为0.65H、0.3H、0.3H、0.3H、0.3H。确定1、2、3、4、5诸点：分别以这些点为圆心，边坡角做圆弧，求出相应K值，从中求出K值最小点作为最危险圆弧的圆心。a:最危险滑动面计算(1)取半径r=25m，分9条，每条2.5m。-56- 西安工业大学学士学位论文图3.3最危险圆弧面计算示意图表3.1最危险圆弧面计算表编号土条重量切向力法向力摩擦力总黏聚力1988.050.198.810.995983.110.649638.0421142.820.2228.560.9801119.960.649726.8531103.960.3331.190.9541053.180.649683.5141046.280.4418.510.917959.440.649622.6751261.750.5630.880.8661092.680.649709.156879.830.6527.90.800703.860.649456.817760.410.7532.290.714542.930.649352.368585.760.8468.610.600351.460.625219.669296.820.9267.140.436129.410.36447.11272.813503.894456.16272.81(2)取半径r=30m，分9条，每条3m。-57- 西安工业大学学士学位论文图3.4最危险圆弧面计算示意图表3.2最危险圆弧面计算表编号土条重量切向力法向力摩擦力总黏聚力11294.990.1129.50.9951288.520.649836.2521333.190.2266.640.9801306.530.649847.9431278.030.3383.410.9541219.240.649791.2941200.520.4480.210.9171100.880.649714.4751097.410.5548.710.866950.360.649616.786963.140.6577.880.800770.510.649500.067792.70.7554.890.714565.990.625353.748569.550.8455.640.600341.730.625213.589261.390.9235.250.436113.960.36441.48284.543632.134915.59284.54(3)取半径r=35m，分9条，每条3.5m。-58- 西安工业大学学士学位论文图3.5最危险圆弧面计算示意图表3.3最危险圆弧面计算表编号土条重量切向力法向力摩擦力总黏聚力11564.60.1156.460.9951556.780.6491010.3521601.620.2320.320.9801569.590.6491018.6631537.990.3461.40.9541467.240.649952.2441444.120.4577.650.9171324.260.649859.4451317.890.5658.950.8661141.290.649740.761150.460.6690.280.800920.370.649597.327935.720.7655.00.714668.10.625417.568663.20.8530.560.600397.920.625248.79255.390.9229.850.436111.350.40445.0295.244280.475889.97295.24(4)取半径r=32m，分9条，每条3.2m。-59- 西安工业大学学士学位论文图3.6最危险圆弧面计算示意图表3.4最危险圆弧面计算表编号土条重量切向力法向力摩擦力总黏聚力11445.510.1144.550.9951438.280.649933.4421487.850.2297.570.9801458.090.649946.3031433.470.3430.040.9541367.530.649887.5341397.780.4559.110.9171281.760.649831.8651244.970.5622.490.8661078.140.649699.7161100.850.6660.510.800880.680.649571.567928.320.7649.820.714662.820.649430.178689.040.8551.230.600413.420.625258.399280.10.9252.090.436122.120.40449.34286.184167.415608.3286.18(5)取半径r=38m，分9条，每条3.8m。-60- 西安工业大学学士学位论文图3.7最危险圆弧面计算示意图表3.5最危险圆弧面计算表编号土条重量切向力法向力摩擦力总黏聚力11704.370.1170.440.9951695.850.6491100.6121735.870.2347.170.9801701.150.6491104.0531662.780.3498.840.9541586.290.6491029.541556.410.4622.560.9171427.230.649926.2751410.890.5705.450.8661221.830.649792.9761221.140.6732.680.800976.910.649634.017965.720.7676.00.714689.670.625431.048678.00.8542.40.600406.80.625254.259261.980.9235.780.436114.220.36441.58305.364531.326314.28305.36(6)取半径r=40m，分9条，每条4m。-61- 西安工业大学学士学位论文图3.8最危险圆弧面计算示意图表3.6最危险圆弧面计算表编号土条重量切向力法向力摩擦力总黏聚力11797.540.1179.750.9951788.550.6491100.6121825.110.2265.020.9801788.610.6491789.2631741.970.3522.590.9541661.840.6491078.5341626.240.4650.500.9171491.260.649967.8351472.880.5736.440.8661275.510.649827.8161258.460.6755.080.8001006.770.649653.397996.360.7697.450.714711.400.625444.638689.680.8551.740.600413.810.625258.639261.660.9235.490.436114.080.40446.09312.634594.067166.78312.63取最小的安全系数1.35，确定此对应的圆弧面为最危险圆弧面。排桩的整体稳定计算：整体稳定性按照下式计算：-62- 西安工业大学学士学位论文由前述计算可得因此：同时，规范也相应指出，采用等值梁法计算出的嵌固深度值大于整体稳定和抗隆起的要求，上述结果同时显示出该支护结构的整体稳定性满足要求。3.4.2锚杆深部破裂面计算锚杆破裂面计算简图如图10所示,设深部破裂面通过支挡结构的弯矩零点处，则：锚固段中点O距支挡结构底端的高度为：O点距支挡结构的水平距离为:破裂面与水平面夹角：因，可不计算地面荷载。-63- 西安工业大学学士学位论文图3.9锚杆破裂面计算简图挡土桩上主动土压力的反力为：求算出假想墙高为：假想墙上主动土压力为：-64- 西安工业大学学士学位论文因此安全系数为：故锚杆深部破裂面的稳定性满足要求。-65- 第四章基坑降水4.基坑降水4.1降水方案的选择进行基坑降水主要有以下几种方法：1.轻型井点轻型井点是沿基坑周围按一定间距（0.8m～1.6m）将许多直径较细的井点管埋入地下水蓄水层内，井点管的上端通过弯联管相连接，利用抽水设备将地下水从井管内不断抽出，使原有地下水位降至开挖基坑底一下。，滤管长1.0～1.2m井管是用长6m左右，直径38～55mm的钢管，根据施工现场降水要求而定，井点管下端装有滤管，长1.0～1.2m。2.喷射井点当降水深度较大时，势必要设置多级轻型井点，使设备投入量增加，工期也延长。此时可以考虑采用喷射井点。采用该方法降水使，一级井点即可建地下水水位降低8～20m。施工时先将管下端装有扬水装置的井点管沉入土层中，井管间距2～3m,井管与孔壁间用粗砂填实，其上部0.5～1.0m深度内用粘性土封填严实。各井管与总管连通，利用抽水系统将地下水抽走。喷射井点工作时能量消耗较大，能量转换次数多，工作效率一般只要30%左右，且对喷射器的加工质量及精度要求高，设计也较复杂，当井管外围填料不合适时常有细砂带入管内，若工作用水也含泥沙及杂物，更容易造成喷嘴等部位磨损，所以需经常及时更换。3.管井井点在含水层厚度不大，但渗透系数较大，地下水丰富的土层中进行降水，若采用轻型井点不易满足要求时，可采用管井井点。施工时，先将在基坑周边以10～50m的间距用泥浆护壁钻孔，滤管部位包有直径1～2mm孔眼的滤网，滤管每节2～3m，外围用3～15mm的砾石填充作为过滤层。根据抽水泵排水量及单孔滤水井管的用水量，可选择一泵一孔，也可以一泵多孔，以达到设计降深要求。4.深井井点当渗透系数较大的含水层厚度较大，且要求的降水也较大时采用深井井点法降水较为合适。可根据需穿越的土层条件及孔神选择不同的成孔方法，成孔实际深度应根据抽水期间井管内可能沉积的沉淀物厚度适当加深。井管及滤管外径大于300mm,滤管按含水层的分布情况设置，由于需采用深井泵抽水，水泵需下至井管内，故经管内径一般不宜大于水泵外径50mm。孔径宜大于井点管外径200～300mm，待清孔后在下沉井管，并在滤管外围填入粒径大于滤网孔径的填充料。-66- 西安工业大学学士学位论文深井井点降水具有排水量大，将水深，井距大，对平面布置干扰小，不受土层限制，井点制作，降水设备及操作工艺维护均较简单，施工速度快，井点管可以整根拔出重复使用。在场地可以使用大机械操作。根据降水深度，可以考虑选用轻型井点和管井降水的方法。当采用轻型井点时，考虑到井管需埋设到接近地下水位的位置即-9m，此时地下水位以上的部分就需要采取放坡或支护处理，给工程带来不必要的施工，因此最终基坑采用管井降水的方法。4.2降水计算4.2.1降水系统的布置管井成孔直径取600mm，滤管的内径取为400mm，井管的过水长度为3m。4.2.2确定基坑降水的计算图形面积及等效半径根据建筑物的面积和承台尺寸，最终确定基坑的开挖面积为，因基坑上部有3m的放坡，设管井距离基坑边的距离为1m，因此管井所围成的面积为。则基坑系统的等效半径为：4.2.3确定管井的抽水影响半径基坑水位降深：有效抽水影响深度：降水影响半径：4.2.4根据水位设计降深要求计算涌水量坑内地下水面与隔水层顶面距离：管井系统影响半径：-67- 西安工业大学学士学位论文涌水量：（式4.1）4.2.5求算每根管井的极限涌水量q（式4.2）4.2.6确定管井的数量、间距，并验算出水能力和降深值考虑到抽水期间管井内可能产生沉淀物增厚或管井堵塞等情况，将预计管井数量乘以备用系数1.1，则实际管井数量：，取为12。间距，因此可设管井的间距为检验水井的出水能力：（式4.3）大于管井进水段的长度，因此满足要求。验算降深：（式4.4）-68- 西安工业大学学士学位论文因此满足降深的要求。-69- 第五章施工和说明5.施工和说明本次基坑施工涉及的施工工艺措施有灌注桩、土层锚索与喷射混凝土、管井降水等。5.1总体施工方案和顺序根据现场情况及设计要求，本次施工的总体布置为：首先进行管井降水并设立观测井，以观测降水的效果，确定基坑开挖的时间；当管井降水达到开挖要求后，即可进行基坑的开挖，当开挖至设计标高时，再进行锚杆的施工，最后进行灌注桩基础的施工。5.2管井降水施工方案和措施本次降水采用管井降水，设12口井，其中一口为观测井。井深18m，井孔直径600mm，滤管直径400mm。工艺流程如下：(1).成孔　　管井的造孔施工方法同灌注桩施工造孔。造孔要求孔位准确，成孔垂直度要求高，并要防止孔壁坍塌。成孔后，清孔泥浆浓度低。　　要确保成孔的垂直度，成孔钻机底座必须牢固、基础强度高，开钻时，精确检查钻杆的垂直度，这样成孔垂直度好，安装的井管和成孔同心。　　造孔采用泥浆固壁法。泥浆固壁法影响成井后的出水量，施工时可采取加快钻进速度，控制护壁泥浆比重，成孔后加强洗孔，洗孔后泥浆比重小于1.05g/cm3，砂土地基造浆时掺用澎润土及烧碱以防止坍孔。(2).井管安装及滤料回填　　洗孔完成后，拆除钻杆，及时进行井管安装，回填滤料。地下水位线以下井管宜采用透水管。下井管时应将分节井管牢固连接，并保证井管竖直、居中。井管下完后应及时填滤料，滤料均匀分布在井管四周。滤料填筑高程应同地层相对应，一般高出含水层进入不透水层0.5～1.0m。(3).洗井　　洗井的目的是破碎泥皮，洗出反滤料中的粘土颗粒及粉细砂碎屑，使出水清澈流畅。洗井应在孔完成后立即进行。洗井应选择适应地层及井的结构的洗井方式。(4).管井的运行管理　　施工期内，必须保持管井连续抽水，施工用电须达到100%的保证率，配备足够数量备用水泵。-70- 西安工业大学学士学位论文5.3支护结构施工在开挖基坑过程中，-3m以上采用1：1放坡，并用砂浆铺面，之后进行支护结构的施工。5.3.1排桩及冠梁施工a.灌注桩采用正循环成孔工艺，成孔是应间隔进行，混凝土灌注48小时后可进行相邻的排桩的施工。b.钢筋街头采用焊接，并按照规范错开接头位置，主筋保护层厚度50mm。c.桩身混凝土强度等级C25。d.冠梁混凝土强度等级C25，主筋保护层厚度50mm。5.3.2锚杆施工a.土方开挖必须在桩体混凝土凝固15天后进行，桩体部位土方可以直立开挖，施工中严防机械撞击混凝土桩体，开挖后的坡面挂钢筋网进行喷混凝土加固，喷厚50mm，混凝土强度等级C20。b.土方开挖至待施工锚杆的锚头标高以下0.5m处停止开挖，进行锚杆施工。c.螺杆、锚杆主筋采用E50焊条焊接，保护层厚度15mm，每2m设一组定位卡。d.锚杆自由段长度为5.5m，用隔离布包裹。e.锚杆采用PO32.5RM15砂浆灌注，水灰比0.45-0.55，注浆压力0.5MPa。5.3.3腰梁安装a.每根腰梁采用2根25b槽钢平行安置，并用螺栓紧固。b.安装时应保证工字钢与护坡桩桩体紧密结合。5.4桩基础施工方案5.4.1灌注桩施工灌注桩位于地下水位以下，切穿越土层为中密密实以上的砂土，采用钻孔灌注桩。1.工艺流程：-71- 西安工业大学学士学位论文钻孔机就位→钻孔→注泥浆→下套管→继续钻孔→排渣→清孔→吊放钢筋笼→射水清底→插入混凝土导管→浇筑混凝土→拔出导管→插桩顶钢筋  2.钻孔机就位：钻孔机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，为准确控制钻孔深度，应在机架上或机管上作出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。3.钻孔及注泥浆：调直机架挺杆，对好桩位（用对位圈），开动机器钻进，出土，达到一定深度（视土质和地下水情况）停钻，孔内注入事先调制好的泥浆，然后继续进钻。4.下套管（护筒）：钻孔深度到5m左右时，提钻下套管。1）套管内径应大于钻头100mm。2）套管位置应埋设正确和稳定，套管与孔壁之间应用粘土填实，套管中心与桩孔中心线偏差不大于50mm。3）套管埋设深度：在粘性土中不宜小于lm，在砂土中不宜小于1.5m，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上。5．继续钻孔：防止表层土受振动坍塌，钻孔时不要让泥浆水位下降，当钻至持力层后，设计无特殊要求时，可继续钻深1m左右，作为插入深度。施工中应经常测定泥浆相对密度。6.孔底清理及排渣1）在粘土和粉质粘土中成孔时，可注入清水，以原土造浆护壁。排渣泥浆的相对密度应控制在1.1～1.2。2）在砂土和较厚的夹砂层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.1～1.3；在穿过砂夹卵石层或容易坍孔的土层中成孔时，泥浆的相对密度应控制在1.3～1.5。3）吊放钢筋笼：钢筋笼放前应绑好砂浆垫块；吊放时要对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，钢筋笼放到设计位置时，应立即固定，防止上浮。7．谢水清底；在钢筋笼内插入混凝土导管（管内有射水装置），通过软管与高压泵连接，开动泵水即射出。射水后孔底的沉渣即悬浮于泥浆之中。8. 浇筑混凝土：停止射水后，应立即浇筑混凝土，随着混凝土不断增高，孔内沉渣将浮在混凝土上面，并同泥浆一同排回贮浆槽内。水下浇筑混凝土应连接施工；导管底端应始终埋入混凝土中0.8～1.3m；导管的第一节底管长度应≥4m。9.拔出导管：混凝土浇筑到桩顶时，应及时拔出导管。但混凝土的上顶标高一定要符合设计要求。10.插桩顶钢筋：桩顶上的插筋一定要保持垂直插入，有足够锚固长度和保护层，防止插偏和插斜。钻孔灌注桩在整个工程中属于基础部分，在施工中应特别注意其质量，整个施工过程都必须严格按规范要求施工。1.钻孔前必须检查钻机设备、泥浆的处理设备及与施工效率和质量有关的机具、仪器等；2.认真研究制订出先进而有效的施工方法，保证工程的质量；3.提高和完善管理水平，在施工过程中建立系统化的动态管理制度和方法。-73- 西安工业大学学士学位论文5.4.2承台施工及其要求1.施工前准备工作：对独立桩基承台，施工前应对设计好施工顺序，一般遵循先深后浅原则，根据打桩测量设置的标准桩标定的标高和水准点，引出轴线控制桩标高控制桩。根据设计标高和基坑开挖尺寸，复核测量桩基的轴线和标高，经测量验收合格后，应办理预检手续，作出记录。2.施工材料要求：水泥宜采用32.5～42.5等级的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，其品质应有确切保证，不超过使用期限，应具有出厂合格证和试验报告。砂宜选用洁净的粗(中)砂，含泥量不大于3%，粗骨料可选用砾石或卵石，粒径宜在5～32mm含泥量不大于2%。钢筋：品种和规格均应符合设计要求，并有出厂合格证和试验报告，施工中为确保主筋有良好的保护层，应预先用1：3水泥砂浆埋入22号钢丝制成砂浆垫块，使用时达到要求强度。3.施工要求：a.基坑回填前应排除积水，清除含水量较高的浮土和建筑垃圾，填土应分层压实，对称施工，填土厚度应根据土体含水量，压实机械的种类确定。b.绑扎钢筋前必须将灌注桩桩头处的浮渣部分去除，并应确保桩体埋入承台长度符合设计要求。c.对进场的钢筋应对照设计图样核对其规格、形状、尺寸，并经核验后分类挂牌堆放，当现场缺乏某种规格而用量较小时，可考虑进行钢筋代换，代换后的钢筋强度不低于原先强度，并且满足构造要求。d.在钢筋绑扎中，应注意顺序进行：先长轴后短轴，由一端向另一端依次进行，操作时按图样要求画线，铺筋、穿筋、安装预埋件、绑扎成形。e.受力钢筋搭接接头位置应正确，接头长度必须符合规范要求，接头应相互错开，所有受力钢筋交接处应每点绑扎，不得跳扣。f．混凝土振捣应按浇筑顺序方向采用斜向振捣法进行，振动棒与水平夹角为30左右，棒头应朝前进方向，插点间距以50mm为宜，防漏振，振捣时以混凝土表面翻浆溢出气泡为止。g.浇筑完毕后，在常温条件下12h内加覆盖浇水养护，浇水次数以混凝土保持湿润为宜，养护时间不得少于7d。-73- 致谢致谢本设计是对作者大学四年来学习的复习与总结。在西安工业大学建筑工程系各位老师的悉心指导与热诚帮助下，作者较为顺利的完成了此次设计。在此，作者特别感谢自己的指导教师xxx老师。赵老师认真严谨，在设计的过程中严格要求，以一种负责的态度对待学术，使作者受益非浅。此外，感谢xxxx老师在开题和中期答辩时给予的宝贵建议与指导！感谢各位同学在设计中提供的宝贵意见和帮助！作者：xxx时间：2008-6-14-74- 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