地下连续墙基坑支护毕业设计

'地下连续墙基坑支护毕业设计清华大学本科生毕业设计（论文）目录前言......................................................................................................................................1第一章工程概况..............................................................................................................21.2水文地质工程地质条件...........................................................................................21.2.1车站工程地质层分布与特征描述...............................................................21.2.2水文地质条件...............................................................................................41.2.3不良地质现象...............................................................................................4第二章支护方案的选择及比较..................................................................................52.1基坑支护的类型及其特点和适用范围....................................................................52.1.1深层搅拌水泥土围护 墙.................................................................................52.1.2土钉墙.............................................................................................................52.1.3排桩支护.........................................................................................................52.1.4槽钢钢板桩.....................................................................................................52.1.5钻孔灌注桩.....................................................................................................62.1.6钢板桩.............................................................................................................62.1.7SMW工法......................................................................................................62.1.8地下连续墙.....................................................................................................72.2方案的比较及确定....................................................................................................72.2.1基坑的特点.....................................................................................................72.2.2支护方案的选择.............................................................................................7第三章土压力计 算..........................................................................................................93.1荷载的确定................................................................................................................93.2地下水对土压力的影响............................................................................................93.3按分层土计算土压力..............................................................................................103.4参数加权平均计算..................................................................................................11第四章结构内力计算...................................................................................................144.1计算理论的确定......................................................................................................144.2结构内力计算及配筋..............................................................................................144.2.1土压力计算...................................................................................................144.2.2用等值梁法计算弯矩...................................................................................164.3地下连续墙的配筋计算..........................................................................................23第五章基坑稳定性分 析..............................................................................................26i清华大学本科生毕业设计（论文）5.1基坑的整体稳定性验算..........................................................................................265.2基坑的抗隆起稳定验算..........................................................................................265.3基坑的抗渗流稳定性验算......................................................................................285.4基坑支护结构踢脚稳定性验算..............................................................................29第六章支撑设计..................................................................................................................................316.1方案比较..................................................................................................................316.2围檩设计..................................................................................................................316.3支撑设计..................................................................................................................336.4立柱设计..................................................................................................................34 第七章基坑变形估算及控制.....................................................................................357.1概述..........................................................................................................................357.2基坑的变形估算......................................................................................................357.2.1水平位移估算...............................................................................................357.2.2基坑隆起估算...............................................................................................357.2.3地表沉降估算...............................................................................................36第八章降水设计............................................................................................................378.1概述..........................................................................................................................378.2降水的作用..............................................................................................................378.3降水方案选择..........................................................................................................37 8.3.1降水施工方案...............................................................................................378.3.2降水的设计...................................................................................................38第九章施工组织设计...................................................................................................399.1地下连续墙施工主要技术措施..............................................................................399.2地下连续墙的施工..................................................................................................399.3保证工程质量的主要技术措施..............................................................................459.4技术管理措施..........................................................................................................489.5安全生产措施..........................................................................................................499.6文明施工措施..........................................................................................................529.7环境保护措施..........................................................................................................54第十章地下连续墙施工的常见问题及处理.........................................................63 10.1连续墙施工的问题及处理....................................................................................6310.2土方开挖的应急措施............................................................................................66结论....................................................................................................................................68ii清华大学本科生毕业设计（论文）参考文献...............................................................................................................................69致谢....................................................................................................错误！未定义书签。iii清华大学本科生毕业设计（论文）前言基坑工程是我国当前地基基础领域一个重要的研究方向。基坑工程在二十世纪八十年代末才开始全面、深入地研究与工程实践，但随着我国建设事业的发展,城市的高层建筑大量涌现，极大的推动了深基坑工程设计理论和施工技术的不断发展,同时也产生了大量的深基坑支护设计与施工问题。 国内外大量工程实践表明，许多工程的最危险阶段不一定是在正常使用阶段，而是在建造阶段和老化阶段。对许多工程事故常常发生在施工阶段而言，其原因除了施工质量没有保证、施工方法发生了不合理的改变、人为错误等原因以外，重要原因之一是由于对环境、地质、荷载等因素认识不足而导致设计和施工中的某种失误和疏忽所致。深基坑工程是与众多因素相关的综合技术，是一个系统的工程问题，必须具有结构力学、土力学、地基基础、地基处理、原位测试等多种学科知识，同时具有丰富的施工经验，并结合拟建场地的土质和周围环境情况，才能制定出因地制宜的支护结构方案和实施办法。它与场地工程勘察、支护结构设计、施工开挖、基坑稳定、降水、施工管理、现场监测、相邻场地施工相互影响等密切相关。基坑设计与施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工程序和方法等许多相关的复杂问题，是理论上尚待完善、成熟和发展的综合技术学科。如何根据场地工程性质、水文地质、环境条件制定合理的设计方案；如何在保证稳定性的前提条件下，设计最经济的方案，也是基坑比较重要的问题。因此在基坑工程设计与施工中，需要严谨、周密的分析与计算。本设计是关于苏州宝带西路站基坑的设计。主要包括了四个大的方面：支护方案的选择、围护结构设计与计算、基坑的降排水和施工组织设计。根据基坑的工程概况及其特点，在考虑基坑的安全性和经济性的前提下选择了组合拱结构作为挡土结构、深层水泥搅拌桩作为止水帷幕。采用郎肯理论计算水土压力，墙体内力、弯矩和嵌固深度。在基坑的降排水设计中，采用了真空井点降水。在施工组织设计中详细的叙述了地下连续墙的施工工艺流程和施工要点。1清华大学本科生毕业设计（论文） 第一章工程概况1.1工程概况宝带西路车站宝带西路站位于宝带西路与盘蠡路交叉路口，沿盘蠡路南北向布置。车站东北侧为苏州市供电局吴城分局，东南侧为盘蠡南苑、薛家塔别墅、薛家塔，西北侧为盘蠡村，西南侧为美之国住宅小区。路口南北方向为盘蠡路，现状为城市主干路。东西方向为宝带西路，现状为城市主干路。沿盘蠡路东侧有一条小河，宽10－12m，规划河底标高为－0.9m。1.2水文地质工程地质条件1.2.1车站工程地质层分布与特征描述根据地质资料，地层层序自上而下依次为：①1杂填土层：褐黄～灰～杂色，松散，以水泥、沥青路面为主，局部含较多碎石、混凝土块等建筑垃圾，局部有架空现象。属第四系全新统（Q4）近代人工堆积物，层厚0.40～10.70m，平均层厚1.50m，层底标高-7.76～3.08m，该层压缩性不均，土质不均。①3素填土层：褐黄～灰黄色，松软，以粘性土为主，含少量碎石，含植物根茎。2清华大学本科生毕业设计（论文）属第四系全新统（Q4）近代人工堆积物，层厚0.50～3.90m，平均层厚1.66m，层底标高-2.27～1.48m，层顶标高-0.38～3.42m ，该层压缩性不均，土质不均。③1粘土：褐黄～灰黄色，可塑为主，局部硬塑，干强度高。为第四系晚更新统（Q32-3）冲湖积相沉积物，层厚0.70～4.60m，层底标高-4.30～-1.98m，层顶-2.21～1.48m，压缩性中等。③2粉质粘土：灰黄～青灰色，可塑为主，局部软塑，局部夹薄层粉土，稍有光泽，干强度、韧性中等，无摇振反应。为第四系晚更新统（Q32-3）冲湖积相沉积物，层厚0.50～5.40m，层底标高-8.70～-2.99m，层顶标高-4.30～-1.98m，该层压缩性中等。④2粉质粘土：灰色，流塑，夹薄层粉土，稍有光泽，干强度中等。为第四系晚更新统（Q32-2）海陆交互相沉积物，层厚3.60～9.50m，层底标高-15.90～-9.79m，层顶标高-9.95～-5.20m，该层压缩性中等偏高。④3粉砂层：灰色，偶呈灰黄、灰绿色,欠均匀，局部夹薄层状粘性土，层中有时为粉土、局部呈细砂。层底埋深11.4～27.0m、层底标高-8.18～-25.20m,饱和，中密，振动后易液化，压缩性中等。④5粉质粘土：灰色，流塑，夹薄层粉土，局部夹淤泥质粉质粘土薄层，干强度、韧性中等，无摇振反应。为第四系晚更新统（Q32-2）海陆交互相沉积物，层厚1.30～22.10m，平均层厚9.24m，层底标高-35.99～-17.14m，层顶标高-20.48～-10.66m，该层压缩性中等偏高。④6粉土夹粉砂：灰色，中密～密实，很湿，夹薄层粉质粘土层，无光泽，干强度低，摇振反应迅速。为第四系晚更新统（Q32-2）海陆交互相沉积物，层厚8.60～33.50m，层底标高-57.48～-31.15m，层顶标高 -26.92～-22.40m，该层压缩性中等偏低，为承压含水层，透水性较好。⑧1粉砂：灰色，密实，饱和，矿物成份以石英长石为主，夹少量砾石，含云母碎屑，夹粉土薄层，局部夹较多薄层粉质粘土，为第四系中更新统（Q21）冲湖相沉积物，层厚2.50～10.40m，层底标高-66.96～-58.59m，层顶标高-57.49～-57.79m，该土层压缩性中等偏低。⑧2粉质粘土：灰色，软塑为主，局部青灰色，可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，为第四系中更新统（Q21）冲湖相沉积物，层厚1.80～6.60m，平均层厚4.83m，层底标高-65.59～-64.59m，层顶标高-62.79～-58.59m，该土层压缩性3清华大学本科生毕业设计（论文）中等。⑨1粉质粘土夹粘土：灰绿~灰色，硬塑为主，局部可塑，夹少量粘土层，干强度中等，为第四系下更新统（Q13）冲湖积相沉积物，本次勘察未揭穿，最大控制厚度2.7米，土层压缩性中等。物理力学性质指标综合建议值表基床系数K(MPa/m)水平12.032.024.013.040.0地基承载力特征值fak(kPa)210160110200钻孔桩参数静止侧压力系qsikqpk数K0(kPa)(kPa)0.600.480.500.540.40654832601000 直剪(固快)土层代号及名称重度γ(kN/m3)19.020.019.618.819.6垂直C(kPa)20.057.523.621.18.6φ(度)15.014.716.116.631.1①3素填土③1粘土③2粉质粘土④2粉质粘土④6粉砂夹粉土10.026.020.012.035.01.2.2水文地质条件（1）潜水潜水主要赋存于浅部粘性土层中，受区域地质、地形及地貌等条件的控制。其下的③1粉质粘土层，③2粉质粘土层，均属于不透水层。勘察期间，稳定水位标高2.00m，据区域水文资料，苏州市历年最高潜水位标高2.63m，最低潜水位标高为0.21m，年水位变幅为1~2m。（2）微承压水微承压水赋存于第一隔水层下的砂性土层中（B层砂），埋深5~6m，厚度8~15m，赋水性中等。（3）承压水区内承压水主要赋存于深部的砂性土层中，埋深大于25m，赋水性中等。1.2.3不良地质现象本场地在勘探深度范围内未发现地裂隙、岩溶、土洞、河岸滑坡及浅层活动断裂等不良地质作用存在。场地内20m以浅的④1粉土、④3粉砂夹粉土、④4粉土夹粉砂层为不液化土层，地基土不存在液化趋势。4 清华大学本科生毕业设计（论文）第二章支护方案的选择及比较2.1基坑支护的类型及其特点和适用范围2.1.1深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点:由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点:首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时,为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;其次是厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。2.1.2土钉墙土钉墙是一种边坡稳定式的支护，其作用与被动的具备挡土作用的围护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深10m以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。采用土钉墙的一般要求，①土钉墙可适用于塑，不塑或坚硬的粘性土；②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；③土钉墙容易引起土体位移，采用土钉墙支护应慎重考虑，墙体变形对周围环境的影响，本工程地质条件：主要为粘性土。另本工程地下水位为2.1m ，且地处海边区，若要采用土钉墙支护势必做好降水排水措施。且工程地处人口稠密的旧城区，毗邻交通主干道,排水必将引起地地面沉降，给周围建筑以极大威胁。2.1.3排桩支护基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩支护，开挖深度在6~10m左右时，即可采用排桩围护。排桩可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩等。当基坑开挖深度较大时，可设置多道支撑，以减少内力,采用冲钻孔桩能够穿越条石、旧基础。在护壁桩间做旋喷帷幕达到止水的效果，但由于基坑开挖深度大护壁不可能采用锚拉或内支撑，锚杆无法施工，也无法采用锚拉，南北两侧亦无法对称采用排桩，在设立支护时没有合适的支护方式。2.1.4槽钢钢板桩这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6~10m,型号5清华大学本科生毕业设计（论文）由计算确定。其特点为:槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施;抗弯能力较弱,多用于深度小于4m的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度小,开挖后变形较大。2.1.5钻孔灌注桩 钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。其多用于坑深7~10m的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有8~9m的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。2.1.6钢板桩采用钢板桩支护针对本基坑为临时支护的特点，施工方便，工期短，在基坑施工完毕回填土后将槽钢拔出，重新利用，可以将支护费用降到最低。但采用钢板桩支护有一致命的弱点，即不能挡水和土中的细小颗粒，且在地下水位高时还要求降水或隔水，这与本工程地下水位高，地水丰富的地质条件极不相称。另钢板桩支护抗弯能力较弱，开挖挠曲变形较大，一般适用深度不超过4m。很显然本基坑软弱含水的地质条件10m的开挖深度，以及地处城市建筑密集区对挠曲位移的严格要求等均不适宜采用钢板桩支护，一经采用必将造成严重后果。2.1.7SMW工法SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入H型钢等(多数为H型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等), 将承受荷载与防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW支护结构的支护特点主要为:施工时基本无噪音,对周围环境影响小;结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层;挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H型钢等受拉材料;则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。6清华大学本科生毕业设计（论文）2.1.8地下连续墙通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备优点：①施工时振动小，噪音低，非常适合本基坑的开挖支护设计；②墙体刚度大，特别适合本基坑复杂的地质条件，尤其是对松散填土及软塑淤泥质粉质粘土的支挡效果明显，基坑安全性能够得到保证；③防渗性能好，地下连续墙现今工艺已成熟，在墙体结头和施工方法上都得到改进，墙体几乎不透水，因此对于本基坑高达1m 的地下水位相当适合采用连续墙可以不降排水，在施工时只要及时的进行排水即可；④占地少，本工程地处城市建筑密集区，空间狭小，采用地下连续墙可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，能够充分发挥其经济效益，在施工过程中，不会引起地面沉降，因此对周围建筑没有丝毫影响；⑤工效高，工期短，质量可靠，经济效益高。采用地下连续墙是真正的优质高效，符合现代都市的竞争理念，业主容易接受。缺点：①对废泥浆处理，不但会增加工程费用，如泥水分离不完善或处理不当，造成新的环境污染；②槽壁坍塌问题。如地下水位急剧上升，护壁泥浆液面急剧下降，土层中有软弱的砂性砂层，泥浆的性质不当或已变质，施工管理不当等均可能引起壁槽壁坍塌，引起地面沉降，危害邻近工程结构和地下管理的安全。同时也可能使墙体混凝土体积超方，墙面粗躁结构尺寸超出允许界限；③本基坑支护均为临时支护，采用地下连续墙费用要相对较高，但为保证安全稳定及效率，费用仿高5-10%的预算之内，同时采用连续墙施工，工序简单，变更较少，费用易于控制。2.2方案的比较及确定2.2.1基坑的特点综合分析本工程的地理位置、土质条件、基坑开挖深度及周围环境的影响，有以下的特点：（1）基坑开挖的面积较大，下方管线较多。（2）基坑开挖深度范围内的土层的工程性较差。软土厚度大。（3）基坑周围的环境条件复杂。（4）开挖深度较深，约16.5m，属于一级基坑。（5）地下水位较高，施工期间需要降水和止水。2.2.2支护方案的选择 根据本工程的特点，设计时此基坑有可能采用的几种支护形式从技术上和经济上进行了分析比较。7清华大学本科生毕业设计（论文）①采用钻孔灌注桩作为挡土结构、深层水泥搅拌桩为止水帷幕及结合三道钢管内支撑的支护体式。优点：钻孔灌注桩施工容易、造价较低，目前此种技术比较成熟。另深层水泥搅拌桩为止水帷幕时有好的效果防水。钢管内支撑具有拼装方便、施工速度快并可以多次重复使用等优点，并可施加预应力。此时支护结构有一定的安全性和经济性。缺点：主体结构深度太大，地下水位较高，施工难度较大。②主体采用地下连续墙及刚支撑优点：施工振动小，噪音低，非常适于城市施工；墙体刚度大，防渗性能好，可以贴近施工；适用于多种地基条件，可以作为刚性基础；占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间；工效高，工期短，质量可靠，经济效益高。本方案充分考虑了基坑地下水位高，面积大，高度大等特点。主体采用地下连续墙强度高又可以止水，并成为基础的结构部分，与后浇的内衬共同组成永久性结构的侧墙。机械化程度高，能保证工期，是比较安全可靠的施工方法。交通层高度不大，采用人工挖孔桩是安全有效的，并在一定程度上降低了工程造价。缺点：地下连续墙作为挡土结构时造价比较高；在一些特殊地质条件下施工难度大；还须有泥浆处理条件，对废泥浆的处理会造成环境污染。施工中如出现槽壁坍塌问题会引起邻近地面沉降，墙体混凝土超方。 通过对比本基坑采用第二种围护方案。8清华大学本科生毕业设计（论文）第三章土压力计算3.1荷载的确定车站东北侧为苏州市供电局吴城分局，东南侧为盘蠡南苑、薛家塔别墅、薛家塔，西北侧为盘蠡村，西南侧为美之国住宅小区。路口南北方向为盘蠡路，现状为城市主干路。东西方向为宝带西路，现状为城市主干路,因此取上部荷载为30kPa。3.2地下水对土压力的影响根据《基坑工程手册》有在基坑开挖深度范围内存在地下水时，作用与围护结构上的侧压力一般按照如下规定计算：（1）对砂土和粉土等无粘性土按照水土分算的原则计算，即作用于围护结构上的侧压力等于土压力和静水压力之和。地下水位以下的土压力采用浮重度?'和有效应力抗剪强度指标C'和?计算；（2）对粘性土宜根据工程经验按水土分算或者水土合算原则进行计算。水土合算时，地下水位以下的土压力采用饱和重度?sat和总应力抗剪强度指标C和?计算。由于苏州的地下水较丰富，而场地土质主要为粘性土，且无稳态渗流，故采用水土合算法。9' 清华大学本科生毕业设计（论文）3.3按分层土计算土压力表3.1土体物理力学参数层号及土层名称①1杂填土①3素填土③粘土④1粉质粘土④2粉质粘土④3粉砂夹粉土注：地下水位1.0m厚度（m）1.01.53.33.816.7重度kN/m319.020.019.618.819.6直剪（固块）粘聚力Ck（kPa）20.057.523.621.08.6内摩擦角Фk（o）15.014.716.116.031.1静止侧压力系数Ko0.600.480.500.400.38本工程场地平坦，土体上部底面超载30kPa，在影响范围内无建筑物产生的侧向荷载，且不考虑施工荷载及邻近基础工程施工的影响，假定支护墙面垂直光滑，故采用郎肯土压力理论计算。1）计算方法：按朗肯理论计算主动与被动土压力强度，其公式如下：Pa??q???ihi?Ka?2cKa(3.1)Pp??q???ihi?KP?2cKP式中(3.2) Pa、Pp——朗肯主动与被动土压力强度，kPa；q——地面均匀荷载，kPa；?i——第i层土的重度，kN/m3；hi——第i层土的厚度，m；Ka、Kp——朗肯主动与被动土压力系数；10清华大学本科生毕业设计（论文）???Ka?tan?45???(3.3)2?????Kp?tan?45???(3.4)2??式中22c、?——计算点土的抗剪强度指标2）各层土压力计算过程ABCDr=19.0kN/m3c=20kPaФ=15r=20.0kN/m3c=57.5kPaФ=14.7Ф=16.1EФ=32.03图3.1开挖土层参数指标基坑开挖深度16.5m，OA为杂填土层，1m厚AB为素填土层，1.5m厚BC为粘土层，3.3m厚，为不透水层CD为粉质粘土层，3.8m厚，为不透水层 DE为粉质粘土层，16.7m厚EF粉砂夹粉土.3.4参数加权平均计算1）参数加权平均计算由于各土层物理力学参数相差不大，故采用加权平均法计算土压力，各加权平均参数计算为：11清华大学本科生毕业设计（论文）平均容重：????ihi/?hi?19?2.5?20?3.3?19.6?3.8?18.8?16.7?19.6?7.734?19.2kPa迎土区：????ihi/?hi?15?2.5?14.7?3.3?16.1?3.8?16?16.7?31.1?7.70?19.2334C??Cihi/?hi?20?2.5?21?3.3?23.6?3.8?21?16.7?8.6?7.7?18.k4Pa34背土区：???ihi/?hi?16?9.8?31.1?7.717.5?23.310C??Cihi/?hi 21?9.8?8.6?7.717.5?13.2kPa?2）土压力计算土压力系数：?主动土压力系数：Ka?tg2(450?)?0.504Ka?0.712?被动土压力系数：Kp?tg2(450?)?2.0Kp?1.4072主动土压力（迎土侧）：地面均布超载q?30kPa墙顶：h?0mea0?(q??h)Ka?2CKa?30?0.504?2?18.4?0.71??11.01?012清华大学本科生毕业设计（论文）取ea0?0kPa临界深度h?1.14m坑底：h?16.5meaj?(q??h)Ka?2CKa?(30?19.2?16.5)?0.504?2?18.4?0.71?148.65kPa被动土压力（背土区）：ep0?2CKp?2?18.4?1.407?51.78kPa墙低：h?18m epj?(q??h)Kp?2CKp?(30?19.2?18)?2.0?2?18.4?1.407?755.7kPa13清华大学本科生毕业设计（论文）第四章结构内力计算4.1计算理论的确定本工程地质条件较为均匀，但开挖深度较深，为了减少支护桩的弯矩可以设置多层支撑。在进行结构内力计算时，按照分段等值梁法来计算挡土结构的弯矩和支撑力，并计算出桩墙的入土深度。分段等值梁法即对每一段开挖，将该段桩的上部支点和插入段土压力零点之间的桩作为简支梁进行计算，上一次算出的支点假定不变，作为外力计算下一段梁中的支点反力。这种方法考虑了施工时的实际情况。4.2结构内力计算及配筋4.2.1土压力计算1）确定临界深度z0：由e?(q?rz0)ka?2cka?0得:z0?2cka?qKarKa?1.14m(4.1)2）各支点及坑底处的土压力A点：eaA?(q?rh)Ka?2CKa?30?0.504?2?18.4?0.71??11.01kPa B点：eaB?(q?rh)Ka?2CKa（30?19.2?2.5）?0.504?2?18.4?0.71??13.18kPaC点：eaC?(q?rh)Ka?2CKa?(30?19.2?6.7)?0.504?2?18.4?0.71?53.4kPaD点：eaD?(q?rh)Ka?2CKa?(30?19.2?10.2)?0.504?2?18.4?0.7114清华大学本科生毕业设计（论文）?87.69kPaE点：eaE?(q?rh)Ka?2CKa（30?19.2?13.4）?0.504?2?18.4?0.71??118.65kPaF点：eaF?(q?rh)Ka?2CKa（30?19.2?16.5）?0.504?2?18.4?0.71??148.65kPa3）土压力零点土压力零点距离基坑底的距离，可根据净土压力零点处墙前被动土压力强度与墙后主动土压力强度相等的关系求得。rmuKp?eaD?rmuKa(4.2)u? 4）基坑支护简图基坑支护结构简图如图4-1所示，将点O近似看作为弯矩0点，看做地下支点无弯矩。30kN/meaD148.65??5.17m(4.3)r(KP?Ka)18?(2.0?0.504)图4.1基坑支护结构计算简图先将基坑支护图画成为一连续梁，其荷载为水土压力及地面荷载，如图4.2所示。15清华大学本科生毕业设计（论文）148.654.2.2用等值梁法计算弯矩1）分段计算固端弯矩图4.2连续梁结构计算简图①连续梁AB段悬臂部分弯矩，计算简图如4.3所示。11MBA?13.18?1.36???1.3623?4.06kN?m13.18AB图4.3AB段计算简图②连续墙BC段弯矩，计算简图如4.4所示MCBql2q'l2MBA???8152 ?13.18?4.22(53.4?13.18)?4.244.6??????8152??16清华大学本科生毕业设计（论文）?74.33kN?m4.06图4.4BC段计算简图③连续墙CD段弯矩，计算简图如4.5所示MCDql2q?l2???123053.4?4.22(87.69?53.4)?4.22???1230??68.5kN?ml为3.5MDCql2q?l2??122053.4?4.22(87.69?53.4)?4.22??1220?75.5kN?m图4.5CD段计算简图连续墙DE段弯矩，计算简图如4.6所示MDEql2q?l2???123017清华大学本科生毕业设计（论文）87.69?3.22(118.65?87.69)?3.22???1230 ??85.4kN?mMEDql2q?l2??122087.69?3.22(118.65?87.69)?3.22??1220?90.67kN?m图4.6DE段计算简图连续墙EFO段弯矩，计算简图如4.7所示，其中O点为零弯矩点MEOq1a2a2q2a2?a12a2?q3b?3b2???(2?)?8?9??()??1?()??8l24?l5l6???5l?3.1123.12??8?9???()??8.2758.27??118.65?3.123.1230?3.12??(2?)?88.2724?148.65?5.17?35.172?1??()??6?58.27???310.43kN?m??231.6?60.06?18.8318清华大学本科生毕业设计（论文）148.65q2118.65q3q1E O3.1m5.17m8.27m图4.7EO段计算简图2）弯矩分配计算固端弯矩不平衡，需用弯矩分配法平衡支点C、D、E弯矩。分配系数C点：转动刚度（远端固定时为4i，远端铰支为3i）SCB?3iCBSCD?4iCDiCB?EIl?EI4.2iEIEICD?l?3.5∴分配系数uSCBCB?S?S?0.38CBCDuSCDCD?SS?0.62CB?CD分配系数D点：转动刚度（远端固定时为4i，远端铰支为3i）SDC?4iDCSDE?4iDE iDC?EIl?EI3.5iEIDE?l?EI3.219(4.4)(4.5)(4.6)(4.7)(4.8)(4.9)清华大学本科生毕业设计（论文）∴分配系数uDC?SDC?0.48SDC?SDEuDE?分配系数E点：SDE?0.52(4.10)SDC?SDE转动刚度（远端固定时为4i，远端铰支为3i）SED?4iED?4EI/3.2SEG?3iEG?3EI/3.1∴分配系数uED?SED ?0.56SED?SEGuEG?SEG?0.44SED?SEG表4.1弯矩分配表分配系数固端弯矩4.064.060.38-4.0674.330←-2.20←-1.060←5.450←0.8-4.0677.430.620.48-68.575.5-3.6→-1.82.8←5.6-1.74→-0.86-14.35←-28.78.9→4.45-2.1←-4.21.3→0.65-0.31←-0.62-77.43500.520.56-85.490.676.1→3.0560.67←121.35-31.1→-15.554.35←8.7-4.6→-2.30.65←1.3-0.68→-0.340.1←0.2-50207.050.44-310.43 95.35→06.85→01.0→00.14→0-207.050弯矩分配杆端弯矩通过力矩分配，得到各支点的弯矩为：MB?4.06kN?mMC?74.38kN?mMD?50kN?m20清华大学本科生毕业设计（论文）ME?207.05kN?mMG?0207.0577.434.0630.850.4329.48125.49132.1图4.8弯矩、剪力图（3）支座反力和轴力计算参考《基坑工程》（哈尔滨工业大学出版社）AB段梁：12?1.36?13.18??1.36?4.06??RB?9.0kN1.36BC段梁：13.18?4.2????RB?36.4kN4.24.24.2?(53.4?13.18)???4.06?77.43(4.28)4.2??RB???45.4kNRB?RB 21清华大学本科生毕业设计（论文）13.18?4.2???RC?103.37kNCD段梁：4.24.22?(53.4?13.18)???4.2?4.06?77.43(4.30)4.253.4?3.5????RC?77.04kN3.53.53.5?(87.69?53.4)???77.43?502233.5??RC???180.41kNRC?RC53.4?3.5???RD?170kNDE段梁：3.53.52?(87.69?53.4)???3.5?77.43?502233.587.69?3.2????RD?76.5kN3.23.23.2?(118.65?87.69)???50?207.053.2??RD???246.5kNRD?RD87.69?3.2????RE?253.6kNEO段梁(O点弯矩为零）：3.23.22?(118.65?87.69)???3.2?50?207.052233.2 ?3.1?1?3.1???[118.65?3.1??RE?5.17???3.1?30???5.17???2?2?3?12207.05?5.17?148.65??5.17]/8.27?238.27?520kN??RD???773.6kNRE?RE3.113.1?2??3.1?30??5.17?22315.17)]/8.27?148.65?(3.1?23?304.45kNRO?[118.65?3.1?22清华大学本科生毕业设计（论文）反力核算土压力及地面荷载总计：1ea?148.65?(16.5?5.17?1.14)?2?1525.8kN支点反力：R?RB?RC?RD?RE?RO?1545.91kN误差分别为31，2.6%。3）嵌固深度计算x?6RO(4.11)?(Kp?Ka)?6?304.65m19.2?(2.0?0.505) ?8.0mt0?u?x(4.12)?8.0?5.17?13.17m应该基坑的土质不是很好，应乘系数1.1~1.2，即t?(1.1~1.2)t0?14.5~15.8m取t?14.5m所以，地下连续墙的入土深度为14.5m4.3地下连续墙的配筋计算根据《简明深基坑设计施工手册》及《地下连续墙设计与施工》，用于基坑支护连续墙厚度一般为600~800mm，故初拟连续墙厚度b?800mm；同时本基坑支护墙体作为永久性支护结构，所以保护层厚度as?80mm，采用C35混凝土（大于C20），基坑安全等级为一级，主筋采用HRB335（II级），其安全等级系数?0?1.1。背土侧：M设计?1.25?0Mmax23清华大学本科生毕业设计（论文）?1.25?1.1?207.05?284.625kN?m查表得： fc?16.7N/mm2，?1?1.0，l?1000mm，b?800mmHRB335，fy?300N/mm2，?b?0.558，?min?0.24%有效高度：h0?b??s?800?80?720mm???0M设计2?1fclh01.1?284.625?106?21.0?16.7?1000?720?0.036查表17《混凝土结构》上册P201，??0.025??b?0.558所以，As???1fclh0?fy1.0?16.7?1000?720?0.036300.88mm2?1442???Aslh01442.81000?720?0.2%??min?0.24%所以As?1000?720?0.24%24清华大学本科生毕业设计（论文） 82?172mm选配筋：7?18@125（As?1781mm2)迎土侧：M设计?1.25?0Mmax?1.25?1.1?132.1?181.6kN?m???0M设计2?1fclh01.1?181.6?106?21.0?16.7?1000?720?0.023查表17《混凝土结构》上册P201，得??0.023??b?0.558As???1fclh0?fy1.0?16.7?1000?720?0.023300?921.84???Aslh0921.841000?720?0.13%??min?0.24%所以As?1000?720?0.24%'