某基坑支护设计方案研究.doc

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1、某基坑支护设计方案研究某基坑支护设计目 录摘要:- -3 ABSTRACT- -4绪论-6第一章 基坑支护概述-12第一节 基坑支护的设计要求计算理论-12第二节 支护设计及施工要点-15第三节 基坑支护设计原则-15第四节 侧壁安全等级及重要性系数-15第五节 支护结构选型-15第六节 基坑支护结构内支撑体系-15第二章 基坑支护设计的计算方法-12第一节 概述-15第二节 静力平衡法-15第三节 等值梁法-15第四节 M法-15第三章 设计任务及要求-17第一节 设计原始资料-17一、 工程概况-17二、 设计条件-17第二节 结构设计任务及要求-18一、 任务-18二、 要求-18 第四

2、章 结构方案设计说明-21第一节 设计依据及规范-21一、 本项目相关资料-21二、 设计采用的-22三、 基坑设计环境控制标准-22第二节 支护结构方案-25一、 方案设计指导思想-25二、 方案简介-25第五章 基坑支护结构设计计算书-21第一节 土压力计算-21一、 土压力系数计算-21二、 土压力计算-22第二节 嵌固长度及水平锚固力计算-25一、 土压力系数计算-21二、 锚杆长度计-22三、 锚杆杆体材料计算-21四、 桩长计算-22第三节 配筋计算-21一、 排桩配筋计算-21第四节 验算-26一、 整体稳定验算-26二、 抗倾覆稳定验算-28三、 抗隆起验算-29第六章 电算结

3、果-42参考文献-59致谢-61第二章 基坑支护设计的计算方法21概述计算板桩墙的常用方法，主要有自由端支撑法(静力平衡法)、弹性线法、等值梁法，后来又提出1/2分割法，矩形荷载经验法，太沙基法，均适用于基坑围护结构计算。由于本工程拟采用排桩式围护，故主要介绍下面介绍板桩墙设计方法：静力平衡法和等值梁法。22静力平衡法它假定支护结构是刚性的，随着板(桩)入土深度的不同，作用在不同深度上各点的净土压力的分布不同。当单位宽度板(桩)墙处于稳定，相应的板(桩)入土深度即为板桩保证其稳定性所需要的最小入土深度，可根据静力平衡条件即水平力平衡方程(H=0)和对桩底截面的力矩平衡方程(M=0)联解求得。图

4、2-1为单撑(锚)支护结构的内力计算简图。整个支护结构是稳定的，故作用在挡土结构上的Ra、Ea、Ep三力必须平衡。图中Ra为支撑(锚)力；Ea为主动土压力；Ep为被动土压力；q。为地面均布荷载。图 2-1 底部自由支承单撑(锚)支护结构计算根据力的平衡条件可以得到: (2-10)根据对支撑(锚)位置的力矩平衡条件可以得到:(2-11)由以上两个方程可以得到关于入土深度t的三次方程，当主、被动土压力都确定后，入土深度只随撑(锚)位置ho而改变，调整ho可以调整入土深度，关系是：ho增大，t减小；反之增大。从而可以达到调整桩长的目的。同时桩中的最大弯矩也是ho的函数，当ho从小到大增大时，桩中的最

5、大弯矩是先小后增大，它有一个最小值，取此值进行桩径设计可以使桩径最小。23等值梁法桩入坑底土内有弹性嵌固(铰结)与固定两种，当作一端弹性嵌固另一端简支的梁来研究。挡墙两侧作用着分布荷载，即主动土压力与被动土压力，如图2-1所示。在计算过程中所要求得出的仍是桩的入土深度、支撑反力及跨中最大弯矩。单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩如图2-2所示，若在得出此弯矩图前己知弯矩零点位置，并于弯矩零点处将梁(即桩)断开以简支计算，则不难看出所得该段的弯矩图将同整体梁计算时一样，此段梁段即称为整梁该段的等值梁。对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙其净土压力零点位置与弯矩零点位置很接近，因此可在压力零点处将板桩划开

6、作为两个相联的简支梁来计算。这种简化计算就称为等值梁法，其计算步骤如下：1）根据基坑深度、勘察资料等，计算主动土压力与被动压力，求出土压力零点B的位置，按式(2-12)计算B点至坑底的距离u值；图2-2等值梁法计算简图2）由等值梁AB根据平衡方程计算支撑反力Ra及B点剪力Q (2-12) (2-13)3)由等值梁BG求算板桩的入土深度，取艺Mc=0，则 (2-14)由上式求得 (2-15)由上式求得x后，桩的最小入土深度可由下式求得 (2-16)如土质差时，应乘系数，即 (2-17)4)由等值梁求算最大弯矩值。第三章 设计任务及要求31设计原始资料一、 工程概况（一）一般概况1项目名称 陆家嘴

7、中心区B2-1地块项目2项目地点 浦东新区陆家嘴中心区B2-1地块3业主 上海陆家嘴金融贸易区开发股份有限公司4主体设计 上海中福建筑设计院有限公司5岩土勘察 上海市岩土地质研究院有限公司（二）结构概况1本项目位于陆家嘴中心区B2-1地块，由陆家嘴环路和东园路围合而成。本项目为服务性办公楼，由主楼（地面三层）及二层地下室组成，。未来将由电信及其它服务性办公进驻本大厦。2基坑面积及开挖深度本工程建筑+，室外自然地面平均标高取+；基坑开挖面积约2459m2，基坑围护周长约210m，根据结构图纸，底板厚为700mm，局部厚为1100mm，垫层厚为100mm。，局部电梯井、集水坑等落深尚未确定。二、设

8、计条件（一）周边条件本工程位于陆家嘴中心区B2-1地块，周边环境情况较为复杂：东侧：，红线外为汇亚大厦。该建筑物地上33层、地下4层，采用桩基础，。南侧：，红线外为上海银行大厦。该建筑物主楼46层，裙房5层，地下3层，采用桩基础，。西侧：，红线外为东园路。北侧：，红线外为陆家嘴环路。（二）工程水文地质条件根据陆家嘴中心区B2-1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：1、 拟建场地现为停车场，场地地形基本平坦，。2、 场地内层填土较厚，、砖块、建筑垃圾等，下部为灰黄灰色粘性土、粉性土，土质不均。3、 基坑开挖深度范围内分布有第3层粉土，富水性好，透水性强，在水

9、头差的作用下易产生流砂等不良地质现象。4、 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，。5、 场区内第层为承压含水层，承压水头在311m，其中1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，可不考虑承压水对基坑突涌的影响。，预计局部电梯井、集水坑处开挖深度不会大于15米，因此可不考虑承压水对基坑的影响。6、 场地内土层分布情况及基坑围护设计参数如下表（一）所示。 表3-1 土层分布情况及设计参数表土层名层厚(M)(kN/m3)(度)C(kPa)含水量(%)压缩模量(MPa)渗透系数建议值（cm/s）填土1.803.10172503粘质粉土夹粉

10、质粘土7.709.5018.328732.08.292.0E-04淤泥质粘土4.205.1016.79.51351.42.054.0E-061-1粘土5.606.5017.5131641.13.404.0E-061-2粉质粘土夹粘质粉土8.5015.0018.1191434.05.168.0E-06注：C、均为勘察报告所提供的基坑支护设计参数（直剪固结峰值）；（三） 基坑侧壁安全等级及重要性系数根据本工程的开挖深度、地质情况及周边环境情况，基坑安全等级为二级，基坑重要性系数0 = 。 32 结构设计任务及要求一、任务该工程是对基坑围护做排桩结合锚杆的设计。运用了所学的土力学及基坑围护设计等专业

11、知识结合毕业实习的现场实习经验，通过对勘察资料的分析，结合场地环境及工程实际并运用计算机应用软件，设计计算。主要内容：围护结构的设计、施工方案的选择、整体稳定验算、坑底隆起验算、主被动土压力计算等。二、要求目的：根据勘探报告资料和相关规范结合专业知识设计合理的设计方案以达到实际工程设计要求标准。主要指标：(1)保证开挖面积达2459m2； (2)； (3)抗倾覆稳定性验算Ks； (4)抗隆起验算Ks； (5)抗管涌验算K。第四章 结构方案设计说明41设计依据及规范一、本项目相关资料1、陆家嘴中心区B2-1地块项目建筑总平面图、扩初方案资料；2、地下综合管线图；3、陆家嘴中心区B2-1地块项目岩

12、土工程勘察报告；二、设计采用的规范1、国家标准混凝土结构设计规范(GB50010-2002)；2、国家标准地基基础设计规范（GB 50007-2002）；3、国家标准建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）；4、国家标准建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB 50202-2002）5、中华人民共和国行业标准建筑基坑支护技术规程（ JGJ120-99）三、基坑设计环境控制标准本工程基坑施工对周边环境影响的控制指标如下：1、 邻近建筑物沉降不大于20mm，；2、 管线相邻两监测点（不大于20米）沉降差10mm，水平位移差10mm，并满足相关管线单位的要求；42 支护结构方案一、方案设计指导思

13、想基坑围护方案的选定必须综合考虑工程本身的特点及周围环境的要求，在满足地下室结构土建施工及确保周围环境安全可靠的前提下，尽量达到既经济合理，又方便施工及提高工效的标准。本工程基坑开挖深度较深，基坑开挖面积约2459平方米；项目位于陆家嘴中心区，西、北两侧紧邻道路，环境保护要求比较高，必须采取可靠围护措施。根据本工程的开挖深度、地质情况及周边环境情况，基坑围护可按二级基坑工程进行设计。二、方案简介基坑工程具有较强的环境效应，基坑工程的开挖，必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响。影响严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下

14、管网的安全与正常使用。本工程周围的环境复杂，对环境的要求比较苛刻，既要保证整个维护结构的施工过程的安全，又要控制围护结构及其周围土体的变形，以保证周围建筑和地下管线的安全。在安全前提下设计合理，节约造价，方便施工，缩短工期。故采用排桩与锚杆组合的基坑护壁体系。利用排桩与锚杆组合的基坑护壁体系是深基坑施工支护结构的一种方法，即采用钻孔压浆桩和锚杆配合体系进行护壁。开挖基坑周围钻孔，浇筑钢筋混凝土灌注桩，每隔一定距离向桩背面斜下方用锚杆钻机打孔，在孔内放钢筋锚杆，用水泥压力灌浆，达到强度后，拉紧固定，在桩中间进行挖土直至设计深度。该方法既防止侧壁土体产生坍塌下滑，保护相邻建筑物安全，又有施工方便，

15、节省施工场地，施工进度快，护壁效果好，安全可靠，便于机械开挖的特点，适用于邻近有高层建筑，不允许支护有较大变形。第五章 基坑支护结构设计计算书51 土压力计算一、土压力系数计算土压力系数如表5-1所示。土压力系数表 表5-1土 层KaiKpi填土0.40590.63713粘质粉土夹粉质粘土0.35400.59502.82521.6808淤泥质粘土0.71670.84661.39531.18121-1粘土0.63270.79541.58051.25721-2粉质粘土夹粘质粉土0.50880.71331.96551.4019二、土压力计算（一）土层分布土压如表5-2所示。 土层分布 表5-2层号岩

16、土名称厚度（m）填土2.503粘质粉土夹粉质粘土8.00淤泥质粘土4.501-1粘土6.00（二）土层侧向土压力计算（1）主动土压力计算aA=(20+170)0=(kPa)aB上=(20+17)0=(kPa)aB下=(20+17)7=(kPa)aC=(20+17+)7=(kPa)aD上=Ea(2 3)=(kPa)aD下=(20+17+)13=(kPa)aE上=Ea(3 1)=(kPa)aE下=(20+17+)16=(kPa)aF=(kPa)（2）被动土压力计算pC=0+27=(kPa)pD上=(0+)+27=(kPa)pD下=(0+)+213=(kPa)pE上=(0+)+213=(kPa)pE

17、下=(0+)+216=(kPa)pF=(0+6)+216=(kPa) 图5-1 土压力分布图（3）净土压力计算（坑地面以下）pC=(kPa)pD上=(kPa)pD下=(kPa)pE上=(kPa)pE下=(kPa)pF=(kPa)得开挖面以下图土压力零点 X/=X=(m)（如图5-2所示）。图5-2 净土压力分布图（三）土压力合力及作用点的计算：EaAB=(+)/2=(KN/m)HaAB=(2+)/(+)=(m)EaBC=(+)(KN/m)HaBC=(2+)/( +)=(m) EaCD=(KN/m)HaCD=(m)EaDE=(KN/m)HaDE=(m)EpCD=(+)(KN/m)HpCD=(2+

18、)/(+)=(m)EpDE=(+)(KN/m)HpDE=(2+)/( +)=(m)52 嵌固长度及水平锚固力计算一水平锚固力的计算：（以土压力零点位置计算）以o点取矩：(+)T=(+)+(+)+2/3T=(+)/ T=(kN/m)二锚杆长度计算：取60kpa 钻孔直径取120mm 锚杆位于地下4m处 倾角取= HPB235钢筋抗拉强度设计值= kpa/mm21自由段长度计算：=25+8+613=+=得=可取自由段长度计算：+=图5-3 锚杆自由段计算简图2锚固段长度计算：根据 ，,有=取锚固长度为17m, 锚杆总长为17+=三锚杆杆体材料计算：杆体钢筋半径为 取20mm四桩长计算：设桩端进入1

19、-1层顶面以下x米处Ma=(+x)+(+x)+(+x)+(+x)+x2/2=+Mp=(+x)+(+x)+x2/2+1/2()x/6x2/3=+MT=(+x)=+由M=0 得：Mp+ Ma0整理得：+0解之得： x嵌固长度hd=+= 取10m桩长H=+10= 53 配筋计算一、排桩配筋计算（一）最大弯矩计算：（1）被动土压力弯矩分段函数：x M=()=x M=()+()2/2+1/2()()3 /(3)=+()2+()3x15 M=()+(+)+()2/2+1/2()()3/(3) =+()2+()315x M=()+ (+)+(+x-15)+ (x-15)2/2+1/2()(x-15)3/(6

20、3) =+(x-15)2+(x-15)3（2）主动土压力弯矩分段函数：0x M=+1/2()x3/9=+x M=(+)+()2/2+1/2()()3 /(3) =+()2+()3x M=(+)+(+x-)+()2/2 =+()2x15 M=(+8+)+(+)+(+)+1/2()2 =+()215x M=(+x-15)+(+x-15)+(+x-15)+（+x-15）+1/2(x-15)2 =+(x-15)2（3）弯矩图：根据主动土压力与被动土压力的分段函数画出弯矩图 如图5-4所示图5-4 弯矩图（二）配筋计算53 验算二、 抗倾覆稳定验算：抗倾覆安全系数:Mp被动土压力及锚杆力对桩底的弯矩,

21、其中锚杆力由等值梁法求得;Ma主动土压力对桩底的弯矩;Mp=+（+）+1/2+1/2() =(KNm/m)Ma=(+)+（+）+(+)+1/2+(+)=(KNm/m)Ks = , 满足规范要求!三、 抗隆起验算：Prandtl(普朗德尔)公式(Ks = )，注：安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部): =（）1/tan13 = = = Ks = , 满足规范要求。四、 抗管涌验算：抗管涌稳定安全系数(K = ):式中0 侧壁重要性系数; 土的有效重度(kN/m3); w 地下水重度(kN/m3); h地下水位至基坑底的距离(m); D 桩(墙)入土深度(m);K = = , 满足规范要求。