试议地基处理及基坑支护毕业设计

'　　试议地基处理及基坑支护毕业设计试议地基处理及基坑支护毕业设计导读：设计，进行了锚杆的内力计算、结构计算,验算包括桩锚系统的抗隆起验算、抗倾覆验算、深层剪切滑移验算、整体稳定性验算。结构设计合理，节省造价，施工方便，工期合理。关键词：深基坑工程；地基处理；灰土桩；CFG桩；基坑支护；土钉墙，钻孔灌注桩；锚杆；稳定性验算；I 洛阳理工学院毕业设计（论文）FoundTreatmentandExcavation洛阳理工学院毕业设计（论文）六冶佳苑G3楼地基处理及基坑支护设计摘要本设计为洛阳市六冶佳苑住宅小区，根据地质情况、周围环境，考虑到社会经济效益综合众多支护技术的特点，同时参考当地的建筑经验和施工现场的具体情况，完成了该住宅基坑围护的方案论证和设计。其中地基处理采用刚柔性桩复合地基，基坑支护分别采用桩锚支护和土钉墙支护两种方案，运用了理论计算、土力学、结构力学、钢筋混凝土、基坑支护等专业技术，对钻孔灌注桩的结构内力、结构构造、支撑锚杆进行计算设计。本论文主要通过土钉墙以及钻孔灌注桩与锚杆支护结构在某基坑的应用，介绍了基坑围护结构——桩墙的设计，并进行了围护桩墙的内力计算、结构计算；支撑结构——锚杆的设计，进行了锚杆的内力计算、结构计算,验算包括桩锚系统的抗隆起验算、抗倾覆验算、深层剪切滑移验算、整体稳定性验算。结构设计合理，节省造价，施工方便，工期合理。关键词：深基坑工程；地基处理；灰土桩；CFG桩；基坑支护；土钉墙，钻孔灌注桩；锚杆；稳定性验算；I 洛阳理工学院毕业设计（论文）FoundTreatmentandExcavationDesignProcessofSixmetallurgicalJiayuanG3buildingABSTRACTThedesignisfortheruleofLuoyangsixJiayuanresidentialarea.Accordingtothegeologicalconditionsandthesurroundingenvironment,icbenefitsofsupportingtechnologyintegratedmanyfeatures,andrefertolocalbuildingexperienceandthespecificcircumstancesoftheconstructionsite,andfinallypletetheresidentialbasepitenvelopedemonstrationprogramanddesign.Foundtreatmentisusingrigidflexiblepilespositefoundation,andexcavationechanics,structuralmechanics,reinforc345678910试议地基处理及基坑支护毕业设计导读：ainlyaboutapplicationsofsoilnailingandboltingboredchecking,checkingagainstoverturning,deepshearslidingchecking,checkingoverallstability.Structuredesignisreasonable,costissaving,constructionisconvenient,periodisreasonable.KEYent;limepile;CFGpile;excavation;soilnailwall;bored;bolt;StabilityChecking;II 洛阳理工学院毕业设计（论文）目录前言.....................................................1第一章地基处理............................................21.1工程概况............................................21.2场地地质条件........................................21.2.1地345678910试议地基处理及基坑支护毕业设计导读：.....15III 洛阳理工学院毕业设计（论文）2.2.2确定土钉布置图...............................162.2.3土钉长度计算..................12345678910质资料：....................................21.2.2水位：........................................21.2.3桩的极限侧阻力标准值..........................31.3地基处理方案选定....................................31.3.1地基处理的对象与分类..........................31.3.2地质条件与处理方案的选择.......................31.3.3复合地基处理..................................41.4应力分担计算........................................81.4.1CFG桩数要求...................................81.4.2应力分担比....................................91.4.3应力分担系数..................................91.4.4应力分担.....................................101.5沉降...............................................101.5.1刚性桩、柔性桩与土构成的复合土层压缩量........101.5.2柔性桩桩端一下刚性桩与土构成的复合土层压缩量..121.5.3沉降量.......................................131.6小结...............................................13第二章土钉墙设计.........................................142.1土钉墙支护的基本原理及构造要求....................142.1.1土钉墙支护的基本原理.........................142.1.2土钉墙的构造要求.............................152.2土钉墙的设计与计算................................152.2.1土钉墙土层参数计算...........................15III 洛阳理工学院毕业设计（论文）2.2.2确定土钉布置图...............................162.2.3土钉长度计算..................345678910试议地基处理及基坑支护毕业设计导读：......333.3.2嵌固深度的计算...............................333.4支护结构的设计长度................................353.5结构计算..........................................353.5.1截面弯矩设计值的计算.........................353.5.2截面剪力设计值的计算.........................383.5.3支点...............172.2.4锚固段的长度计算.............................172.3整体稳定性验算....................................202.4.第i条土体提供的抗滑力与致滑力计算................2.5土钉锚固力计算....................................222.6小结...............................................23第三章桩锚的设计与计算...................................243.1作用在支护结构上的荷载计算........................243.1.1土压力计算理论...............................243.1.2地面荷载引起的侧压力.........................253.1.3土压力计算...................................273.2锚撑式支护结构设计................................293.2.1计算规定.....................................293.2.2反弯点的确定.................................293.2.3水平支撑力计算...............................303.3桩墙嵌固深度的确定................................333.3.1桩墙嵌固深度的计算理论.......................333.3.2嵌固深度的计算...............................333.4支护结构的设计长度................................353.5结构计算..........................................353.5.1截面弯矩设计值的计算.........................353.5.2截面剪力设计值的计算.........................383.5.3支点结构支点力设计值.........................383.6支护桩的配筋计算..................................383.6.1钻孔灌注桩结构及计算特点.....................383.6.2拟用条件..............345678910试议地基处理及基坑支护毕业设计导读：.................................61外文资料翻译..............................................62V 洛阳理工学院毕业设计（论文）前言基坑工程是一个划时代的岩土工程课题，基坑工程的大12345678910.......................393.6.3支护桩配筋计算...............................403.7锚杆计算..........................................423.7.1锚杆的构造及类型.............................423.7.2土层锚杆的作用机理及布置要求..................43IV 洛阳理工学院毕业设计（论文）3.7.3锚杆的设计计算理论...........................443.7.4锚杆设计计算.................................453.8基坑的稳定性验算..................................483.8.1基坑的抗倾覆稳定性验算.......................483.8.2基坑的抗隆起稳定性验算.......................523.8.3基坑整体稳定性验算...........................543.9小结...............................................54第四章基坑工程监测......................................564.1工程概况..........................................564.2基坑工程监测的目的与内容...........................564.3监测点的布置原则...................................564.3.1一般规定....................................574.3.2基坑及支护结构..............................574.4小结...............................................58结论....................................................59谢辞.....................................................60试议地基处理及基坑支护毕业设计导读：质量以及社会的影响具有重要意义。由于深基坑施工环境的复杂性，对施工过程的管理工作将有更加严格的要求。对深基坑工程的正确设计和施工，将预防与防护相结合，能带来巨大的经济和社会效益，对加快工程进度和保护工程周围环境能发挥重要作用。基坑工程的设计与施工，既要保证整个支护结构在施工过程中的安全，又要控制结量实践为我国基础工程建设积累了大量的成功经验，取得了不少实效的教训。事实上，人类土木工程的频繁活动促进了基坑工程的发展，特别是在20世纪，随着经济的发展，大量高层超高层建筑以及地下工程的不断涌现，对基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多，迫使工程技术人员须从新的角度去审视基坑工程这一古老的课题，导致许多新的理论新的经验或研究方法得以出现与成熟。通过科学分析研究，从深基坑工程的成功与失败中总结实践经验，对深基坑工程存在的问题进行探讨以进一步提高认识，促进技术发展。施工环境越复杂，施工难度就越大，因而基坑事故频频发生，如何选择更安全更经济的施工方案对工程完成质量以及社会的影响具有重要意义。由于深基坑施工环境的复杂性，对施工过程的管理工作将有更加严格的要求。对深基坑工程的正确设计和施工，将预防与防护相结合，能带来巨大的经济和社会效益，对加快工程进度和保护工程周围环境能发挥重要作用。 基坑工程的设计与施工，既要保证整个支护结构在施工过程中的安全，又要控制结构和其周围土体的变形，以保证周围环境(相邻建筑及地厂公共设施等)的安全。在安全前提下，设计要合理，又能节约造价、方便施上、缩短工期。要提高基坑工程的设计与施工水平，必须正确选择土压力、计算方法和计算参数，选择合理的支护结构体系，同时还要响应丰富的设计和施工经验教训。由于基坑土有一定的湿陷性，所以本工程采用灰土桩消除湿陷性，用CFG桩增加地基的承载能力，而基坑支护由于西边距道路较近，所以选择采用钻孔灌注桩和锚杆支护，其余侧开阔无建筑，因此采用土钉墙支护。最后进行了围护桩墙的内力计算、结构计算；支撑结构——锚杆的设计，进行了锚杆的内力计算、结构计算；桩锚系统的抗隆起验算、抗倾覆验算、深层剪切滑移验算、整体稳定性验算。结构设计合理，节省造价，施工方便，工期合理。1 洛阳理工学院毕业设计（论文）第一章地基处理1.1工程概况拟建住共35层，地上34层，地下一层，结构类型为剪力墙，基础类型为筏板基础，基础面积为31.2×19.6㎡，荷载大小为550kPa,基础埋深为8.1m,地下水位在地表下20m处，无需降水。工程场地西侧距已有道路较近，其余方向周边环境开阔无建筑，但要考虑施工期间的堆土、重车运输等荷载。1.2场地地质条件1.2.1地质资料：根据工程地质报告，地面以下各土层的主要物理力学性能指标参见表1—1，承载力指标参见表1—1。表1—1土层物理力学指标土层土壤名称层厚（m）②③③-1④⑤⑥黄土状粉质粘土黄土状粉质粘土黄土状粉质粘土黄土状粉质粘土粉质粘土粉质粘土3.222.892.172.983.222.99含水量(%)2230345678910试议地基处理及基坑支护毕业设计导读：水位：地下水初见水位埋深20.4—21.3m之间，地下水位变化幅度3.0m左右，可以不考虑降水。2 洛阳理工学院毕业设计（论文）1.2.3桩的极限侧阻力标准值表1—2桩的极限侧阻力标准值qsik层号液性指数Il状态干作业钻孔桩qsik②③③—1④⑤⑥0.250.670.450.600.320.45硬可塑可塑硬可塑可塑硬可塑25242522.5重度（kN/m）17.618.418.218.1518.518.51301501401603承载特征值（kPa）1.2.2水位：地下水初见水位埋深20.4—21.3m之间，地下水位变化幅度3.0m左右，可以不考虑降水。2 洛阳理工学院毕业设计（论文）1.2.3桩的极限侧阻力标准值表1—2桩的极限侧阻力标准值qsik层号液性指数Il状态干作业钻孔桩qsik②③③—1④⑤⑥0.250.670.450.600.320.45硬可塑可塑硬可塑可塑硬可塑硬可塑66kPa58kPa54kPa57kPa60kPa61kPa1.3地基处理方案选定1.3.1地基处理的对象与分类根据GB50025—2004《建筑地基设计规范》中规定，场地为非自重湿陷性场地，地基湿陷等级为I级，湿陷性中等。1.3.2地质条件与处理方案的选择地质条件：根据钻孔和探井揭露，拟建区表层为人工堆填的填土，上部为第四系全新统坡洪积的黄土状粉质粘土，下部为第四系上更新统坡洪积及冲洪积的粉质粘土、粉土、粉砂、中砂、砾砂、卵石，具有明显的二元结构。环境条件：工程场地原为旧房拆除区，周围无高大建筑，对周围环境影响不大，西侧距已有道路较近，其余方向周边环境情况开阔无建筑，但要考虑施工期间的堆土、重车运输等荷载。综合考虑地基土的湿陷性中等，所以选择采用灰土桩消除地基土的湿陷性，3 洛阳理工学院毕业设计（论文）采用CFG桩来提高地基土的承载力。1.3.3复合地基处理1．柔性桩桩径和桩距安装孔布置原则和要求，桩孔间距应保证桩间土挤密后达到要求的密实度和消除湿陷性为原则，桩孔宜按正方形布桩，桩孔间的中心距离可为妆直径的2.0—2.5倍。初步选定灰土桩为柔性桩，桩孔直径选为400mm。桩间距也可按下式估算：L0.887dcdmaxcdmaxd（1-1）式中：L–桩孔之间的中心距离（m）；d-桩孔直径（m）；3；dmax桩间土的最大干密度（kN/m）度（kN/md处理前土的平均干密3）；c桩间土经成孔挤密后的平均挤密系数，c---d1dmax，d1为桩-间土挤密后的平均干密度。对重要工程c不宜小于0.93，对于一般工程c不宜小于0.90。13.83.2213.52.9914.63.44d14.62.98(2.983.222.993.44)d=14.1kN/m34 洛阳理工学院毕业设计（论文）cd1-dmax1.410345678910试议地基处理及基坑支护毕业设计导读：s540.182.98573.22602.99613.44610.182.983.222.993.44)59.7即qs59.7kPa。Ra1.5759.7156000.196251523.69即Ra152312345678910.871.61c取0.93L0.8870.41.470.931.610.931.611.41为方便计算，桩间距定位2m。2.灰土桩（柔性桩）桩长根据地层情况，选用第③—1层粉质粘土作为基础持力层，桩顶位于持力层中，初定有效桩长l7m。3.一根柔性桩桩分担的处理面积正方形布桩，按正方形计算等效圆直径：de11.13L1.1322.26m面积置换率：（1-2）d120.42m120.031de.262承担处理地基面积：Ae1（1-3）de2144.01m2（1-4）；de1-1根灰土桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m）d1-灰土桩的直径（m）；Ae1-1根灰土挤密桩所承担的处理地基面积（m2）；地基土的天然承载力为持力层的承载力即fsk211.56kPa。根据经验，对于灰土挤密桩地基，不应大于处理前的2倍，并不应大于250kPa。5 洛阳理工学院毕业设计（论文）4.刚性桩（CFG桩）设计CFG桩采用长螺旋钻孔压灌桩法施工，一般为350—600mm,桩径取4d，初步设计桩距L=2m。第⑨层卵石层承载力为600kPa,初定有效桩长为12m。5.CFG桩分担的处理面积正方形布桩，按正方形计算等效圆直径de21.13L1.1322.26m面积置换率：（1-5）m12d20.520.049de222.262（1-6）承担处理地基面积：Ae2de2243.142.2624.01m24（1-7）式中：de2-1根CFG--分担的处理地基面积的等效圆直径（m）；d2-CFG桩的直径（m）；6.刚性桩单桩承载力计算初步设计时可按下列公式估算单桩竖向承载力特征值：Rap2qsiliqpAp2i1n（1-8）为方便计算，上式宜可改写为：Rap2qsl2qpAP2式中：Ra-单桩竖向承载力计算值（kN）；（1-9）P2-桩周土的平均侧阻力特征值（kPa）；l2-桩长，15m；6 洛阳理工学院毕业设计（论文）qP-天然土层桩的端阻力特征值，600kPa；AP2-单桩截面积，0.19625㎡；其中qs540.182.98573.22602.99613.44610.182.983.222.993.44)59.7即qs59.7kPa。Ra1.5759.7156000.196251523.69即Ra1523345678910试议地基处理及基坑支护毕业设计导读：.69kN。7.刚—柔性桩复合地基承载力特征值刚—柔性桩复合地基承载力特征值可以通过现场复合地基承载力试验确定。初步设计时也可以按下式计算：fspk1m1Ra1/Aa22m2Ra2/Ap33(1m1m2)fsk（1-10）式中：1-刚性桩承载力发挥系数，无经验时可取0.8—1.0,褥垫层较厚时取小值，取0.8；m1-刚性桩面积置换率，m1=0.049；m2-柔性桩面积置换率，m2=0.056；2-柔性桩承载力发挥系数，无经验时可取0.75—0.95,褥垫层较厚时取小值，取0.75；fsk-基底土的承载力特征值，130kPa；（kN）；Ra1-刚性桩的单桩竖向承载力特征值，（kN）；Ra2-柔性桩的单桩竖向承载力特征值，AP2-刚性桩的截面积，0.19625㎡；AP3-柔性桩的截面积，0.125㎡；3-桩间土的承载力发挥系数，按当地经验或实验结果取值，无经验时取0.5—0.9；代入数据：7 洛阳理工学院毕业设计（论文）fspk0.80.0311523.690.196250.750.0565500.1250.6(10.1250.049)149.40304.35184.874.04=563.19kPa>550kPa满足要求。8.CFG桩桩体的强度计算已知：单桩的实际竖向承载力Ra1523.69kN,桩的截面积AP0.19625m2则桩体的实际承载强度为：qcRa1523.697764.03kPaAP0.19625（1-11）要求的桩体材料试验强度：qc2Ra21523.6915528.05kPaAP0.19625（1-12）式中：Ra-单桩竖向承载力计算值，1523.69kPa；AP-CFG单桩截面积，0.19625㎡；2–单桩承载力安全系数；因此，必须使桩体混合料的无侧限抗压强度值达到15528.69kPa,以qc15528.69kPa作为设计值。C35混凝土的轴心抗压强度为16.7MPa=16700kPa,故采用C35混凝土的桩体材料符合要求。1.4应力分担计算1.4.1CFG桩数要求根据前面计算参数，CFG桩总数量nmAAP2（1-13）式中：AP2-CFG桩截面积，0.19625㎡；8 洛阳理工学院毕业设计（论文）A-建筑物基底实有面积，437.1㎡；m-CFG桩面积置换率，取0.049；代入数据n0.049437.1109.14345678910试议地基处理及基坑支护毕业设计导读：宜按当地经验取值，无经验时可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》10 洛阳理工学院毕业设计（论文）GB50007的有关规定执行；n1-柔性桩桩长范围内所划分的土层数；；p0-对应于荷载效应准永久组合下的基础底面处的附加应力（kPa）；Espli-刚性桩、柔性桩与土构成的第i层复合土层的复合压缩模量（MPa）；zi-基础底面至0.19625实际布CFG桩110根，符合要求。1.4.2应力分担比采用公式：n0qc2fs式中：qc2-CFG桩单桩竖向承载力实际抗压强度，qc2=7764.03kPa;（1-14）fs-桩间土天然承载力平均值，fs=211.56kPa;n0qc2fs7764.03211.5636.70:11.4.3应力分担系数应力集中系数：n01(n01)m36.701(36.701)0.049（1-15）13.351符合要求。应力减少系数：9 洛阳理工学院毕业设计（论文）11(n01)m11(36.701)0.049（1-16）0.361符合要求。1.4.4应力分担桩体承担的应力为：PCP式中：PC-桩体自身分担的应力；（1-17）-应力集中系数，13.35；P–建筑物基底计算压力563.19kPa；所以PCP13.35563.19202.03211.56kPa满足要求。1.5沉降刚—柔性桩复合地基沉降量可按下式计算：SS1S2S3式中：S1-刚性桩、柔性桩与土构成的复合土层压缩量（mm）；（1-18）；S2-柔性桩端以下，刚性桩与土构成的复合土地层压缩量（mm）S3-刚性桩端以下天然土层压缩量（mm）,按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定进行计算；1.5.1刚性桩、柔性桩与土构成的复合土层压缩量刚性桩、柔性桩与土构成的复合土层压缩量S1可按下式计算：S1s1i1n11p0(ziizi1i1)Espli（1-19）式中：s1-刚性桩、柔性桩与土构成的复合土层压缩量计算经验系数，宜按当地经验取值，无经验时可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》10 洛阳理工学院毕业设计（论文）GB50007的有关规定执行；n1-柔性桩桩长范围内所划分的土层数；；p0-对应于荷载效应准永久组合下的基础底面处的附加应力（kPa）；Espli-刚性桩、柔性桩与土构成的第i层复合土层的复合压缩模量（MPa）；zi-基础底面至第i层土地面的距离（m）i-基础底面计算点至第i层土底面范围内平均应力系数；i1-基础底面计算点至第i-1层土底面范围内的平均应力系数；其中各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍；即fspkfak（1-20）式中：fspk-复合地基承载力特征值，563.19kPa；fak-基础底面下天然地基承载力特征值，149.40kPa；fspkfak563.19234567891011'