深基坑支护课程设计计算书.doc

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1、一、设计方案综合说明1.1 概述1.1.1 工程概况 广州市东濠涌污水处理工程拟设地下水质净化泵房滤池，滤池呈长方形，由西北向东南布置。长约90m，宽约25m，基坑深约6m。建设场地的地貌单元属珠江三角洲平原，地形起伏小，原为闲置地，经人工平整后地势平坦，钻孔孔口高程为8.30m。1.1.2 基坑周边环境条件 北侧为约5m宽的过道，东侧距离坑边为4m有一排旧老民居，基础和结构差；南侧7m为6层的小学教学楼，西侧为河涌（涌堤距离坑边15m）。1.1.3 工程水文地质条件 根据场地勘察揭示的地质资料，经综合整理，可将场地内岩土自上而下划分为第四系人工填土层、海陆交互相沉积土层、残积土层及白垩系沉积

2、岩等四大类。现分述如下：人工填土层（Q4ml，层号1） 顶面高程8.309.55m，厚度3.004.50m；土性为杂填土，灰褐、灰黄、褐红等杂色，由粉质粘土、中粗砂、砾砂、碎石、砼块、块石等建筑垃圾组成，硬质物含量约占2070%，稍湿，稍压实。标贯试验2次，实测击数范围值 N=67击。第四系海陆交互相沉积土层（Q4mc，层号2） 普遍分布，按土性不同可划分为4个亚层。（1）、淤泥、淤泥质土（层号2-1） 各钻孔均有分布，顶面高程6.324.40m，顶面埋深3.004.50m，厚度0.503.70m。呈灰黑色，饱和，流塑，粘性好，含有机质、粉砂，局部夹薄层粉质粘土。标贯试验7次， N=24击。建

3、议该层地基承载力特征值fak=60kPa。（2）、粉土（层号2-2） 共10个钻孔有分布，顶面高程4.582.30m，顶面埋深4.906.70m，厚度0.502.90m。呈灰黄、褐黄、灰白色，饱和，稍密状，局部夹较多砾砂。标贯试验9次， N=610击。建议该层地基承载力特征值fak=160kPa。（3）、粉质粘土（层号2-3） 共7个钻孔有分布，顶面高程4.531.75m，顶面埋深4.507.20m，厚度0.503.30m。呈灰黄、褐红色，湿，可塑状，粘性好，局部含较多粉砂。标贯试验4次， N=714击， Nm=10.5击。建议该层地基承载力特征值fak=180kPa。（4）、中砂、粗砂（层号

4、2-4） 共7个钻孔有分布，顶面高程4.001.23m，顶面埋深5.507.80m，厚度0.503.00m。呈灰黄、褐黄、灰褐色，饱和，稍密状，含粘粒。标贯试验6次， N=1114击， Nm=13.2击。建议该层地基承载力特征值fak=180kPa。残积层（Qel，层号3）粉质粘土 共8个钻孔有揭露，顶面高程3.600.73m；顶面埋深4.808.30m；层厚0.504.80m。褐红色，为泥质粉砂岩风化残积土，湿，硬塑状，稍具粘性。标贯试验7次， N=1628击， Nm=21.7击。建议承载力特征值fak=300kPa。白垩系沉积岩（K，层号4） 场地内基岩属白垩系褐红色泥质粉砂岩。受岩性、构

5、造等因素影响，基岩风化不均，局部存在软硬夹层现象，根据钻孔揭露深度，按风化程度划分为全风化岩带、强风化岩带、中风化岩带、微风化岩带。（1）、4-1全风化岩带 ZK1、3、8、15共4个钻孔有揭露。顶面高程2.32-0.5m；顶面埋深7.009.50m；层厚2.303.40m。原岩结构可辨，已风化成坚硬状土，遇水易软化。标贯试验4次， N=3235击， Nm=33.5击，最小平均值32.8击； N=26.427.6击，Nm=27.0击，最小平均值26.7击。建议承载力特征值fak=500kPa。（2） 、4-2强风化岩带除ZK19钻孔缺失外其余20个钻孔均有揭露。顶面高程2.98-2.80m；顶

6、面埋深6.5011.80m；层厚0.707.10m。岩芯呈半岩半土状，手折可断，属极软岩，遇水易软化，局部岩芯呈短柱状，岩质稍硬，局部夹短柱状中风化岩及中风化岩块较多； ZK10夹微风化岩。取得2组岩样做天然抗压强度试验， fr=0.40.9MPa，平均0.7 MPa。标贯试验8次， N=5367击， Nm=61.5击，Nk=57.1击； N=42.056.6击，Nm=51.1击，Nk=46.9击。建议承载力特征值fak=700kPa。（3） 、4-3中风化岩带各钻孔均有揭露。顶面高程1.00-4.97m；顶面埋深8.5014.10m，层厚1.308.80m。岩石局部裂隙发育，岩芯短柱状、块状

7、，属极软软岩，锤击声哑。ZK1、2、5、10、13、18、20夹厚0.45.70m的微风化岩，取岩样8组岩样做天然抗压强度试验，其中3组为微风化岩， fr=12.213.1MPa；中风化岩5组，fr=2.78.3MPa；平均5.0MPa，最小平均值3.9MPa。建议fr=4MPa，承载力特征值fak=1000kPa。（4） 、4-4微风化岩带顶面高程-0.30-11.50m；顶面埋深9.8020.50m，揭露层厚2.5013.20m。岩芯多呈长短柱状，属软较软岩。取得9组岩样做天然抗压强度试验， fr=11.221.9MPa，平均14.9MPa，标准值12.8MPa。地下水特征 场地含水砂层局

8、部发育，含孔隙水，2-2层粉土具弱透水性，2-4层中砂、粗砂属强透水性，含水量丰富；人工填土层下部存在一定量的上层滞水，基岩含少量裂隙水，属弱透水层。地下水的补给主要来源于大气降水及含水层侧向补给，地下水位随季节性变化，雨季水位上升，旱季水位下降。在钻探期间测得钻孔内水位埋深1.503.10m。抗浮设防水位可取室外地坪标高。ZK7、14各取1件水样分析结果：pH=7.207.30，SO42-=15.8517.77mg/L，HCO3-=7.808.75mmol/L，侵蚀性CO2=5.906.80，Cl-=104.58109.90mg/L，矿化度=584.12645.32 mg/L。按岩土工程勘察

9、规范（GB50021- 2001，2009年修订）有关腐蚀性评价方法及标准判定，以场地环境类别为类，地层渗透性为A，长期浸水为条件，判定场地地下水对混凝土具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。1.1.4 基坑侧壁安全等级及重要性系数 基坑安全等级为二级，基坑重要性系数0 = 1.0。 1.2 设计总说明1.2.1 设计依据1、国标(GB50010-2002)2、广东省(DBJ 15-31-2003)3、广东省(DBJ 15-38-2005)4、广东省(DBJ/T15-20-97)5、地标(GJB02-98)6、省标(JGJ120-99)7、国标(GB50021-20

10、03)8、行业标准9、广州市东濠涌水质净化工程岩土工程详细勘察报告（广东省地质建设工程勘察院，2009年12月）10、广州市东濠涌水质净化工程规划图1.2.2 支护方案 本工程基坑支护设计方案的设计计算，严格按照建筑基坑支护设计规程（JGJ12099）、混凝土结构设计规范（GBJ500102002）、钢结构设计规范（GB50017-2003）中的有关要求进行。同时采用了理正软件进行了辅助计算和验算；经过详细的计算分析后，我们认为：采用本设计的基坑支护方案，能满足基坑土方开挖、地下室结构施工及周围环境保护对基坑支护结构的要求，符合“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则。 基坑分为东侧、

11、南侧、西侧和北侧四个计算区段，均采用钻孔灌注桩与钢筋混凝土支撑，并采用单排双轴深搅桩止水结构。本基坑工程的特点是基坑西侧为河涌，地下水位较高。周围环境较复杂，必须确保周围建筑物、道路、管线的正常安全使用，要求围护结构的稳定性好、沉降位移小，并能有效地止水。因此，围护结构的设计应满足上述要求。 综合考察现场的周边环境、道路及岩土组合等条件，为尽可能避免基坑开挖对周围建筑物、道路的影响，经过细致分析、计算和方案比较，本工程支护方案选用下列形式： 整个基坑采用钻孔灌注桩加一层钢筋混凝土支撑作为支护结构。 基坑周边采用单排双轴深搅桩作止水结构。 基坑内采用集水坑排除地下水。1.2.3 各土层的计算参数

12、 根据本工程岩土工程勘察资料，取各土层的设计计算参数，按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据，即： 主动土压力系数：Ka=tan2(45-i/2) 被动土压力系数：Kp=tan2(45+i/2) 计算时，不考虑支护桩体与土体的摩擦作用，且不对主、被动土压力系数进行调整，仅作为安全储备处理。计算所得土压力系数表如表2-1所示：表1-1层号土 层重度(kN/m3)粘聚力C(kPa)内摩擦角()KaKp1杂填土18.010100.704 1.420 2-1淤泥、淤泥质土16.5530.901 1.110 2-2粉土17.815120.656 1.525 2-3粉质粘土18.034160.

13、568 1.761 2-4中砂、粗砂18.30300.333 3.000 3粉质粘土18.938170.548 1.826 4-1全风化岩19.768220.455 2.198 4-2强风化岩20.886260.390 2.561 4-3中风化岩21.4163310.320 3.124 4-4微风化岩22.0412340.283 3.537 1.2.4 计算区段的划分 根据具体环境条件、地下结构及土层分布厚度，将该基坑划分为四个计算区段，由于南侧的小学教科楼距基坑7m，对基坑影响不大，因此地面荷载取20kPa，各区段附加荷载及计算开挖深度如表2-2：表1-2区 段东侧南侧西侧北侧地面荷载（kP

14、a）20202020开挖深度（m）66661.2.5 计算方法 土压力计算采用朗肯土压力理论，矩形分布模式，所有土层采用水土合算，因为地下水位充裕，就用天然重度代替。求支撑轴力是用等值梁法，对净土压力零点求力矩平衡而得。桩长是根据桩端力矩求出，并应满足抗隆起及整体稳定性要求。由于支护结构内力是随工况变化的，设计时按最不利情况考虑。二、 北侧断面排桩设计计算 以最不利孔ZK17进行计算，结构0.00相当于绝对标高为8.30m，基坑实际挖深6m，地下水位深度1.29m。该段采用钻孔灌注桩加一道钢筋混泥土内支撑进行施工，桩顶标高为0.00m，支撑设置在标高0.4m。结构外侧地面附加荷载q取20kPa

15、。2.1 土层侧向土压力计算表2-1层号土层名称厚度(m)计算方法1杂填土3.8水土分算2-1淤泥、淤泥质土3.7水土合算4-2强风化岩1.5水土分算4-3中风化岩5水土分算2.1.1 主动土压力计算2.1.2 被动土压力计算图2-1 土压力分布图（kPa）2.2 确定桩长2.2.1 确定弯矩零点位置至基坑底面距离hc基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至坑底面的距离hc按确定，则hc=0.99m2.2.2 设定弯矩零点位置以上各土层土压力合力及作用点距离的计算 主动土压力合力 作用点距离 被动土压力合力作用点距离2.2.3 支撑轴力Tc计算支撑至坑底面的距离hT=5.6m2.2.4 桩长H计

16、算 设桩端在设定弯矩零点位置以下x米处，则hd=hc+x 整理得： 解得：x=1.890(m) H=6+0.99+1.890=8.88(m)，取H=8.9m 故嵌固深度hd=8.96=2.9(m)0.3h=0.36=1.8(m)，满足要求2.3 排桩结构设计2.3.1 支撑点与反弯点间最大弯矩Mmax1计算 设剪力V=0点位于土层层顶面以下x米处 整理得： 解得：x=1.00(m) 2.3.2 反弯点以下最大弯矩Mmax2计算 设剪力V=0点位于土层层顶面以下x米处 反弯点反力 整理得： 解得：x=0.518(m)2.3.3 配筋计算取桩径800，两桩之间的距离取1000mm，取混泥土强度C3

17、0，fc=14.3N/mm2，主筋1820，均匀布置，fy=210N/mm2，保护层厚度50mm，12200螺旋箍筋，142000加强箍筋。 配筋率，满足要求2.3.4 抗隆起验算 ，满足要求2.3.5 抗管涌验算 K=3.1351.5，满足要求三、 其他断面排桩设计计算 东侧断面选取孔ZK8进行计算，南侧断面选取孔ZK15进行计算，西侧断面选取孔ZK20进行计算。采用“理正深基坑6.0”对上述三个断面进行电算，电算结果如附录所示。四、 支撑结构设计计算 内支撑结构采用钢筋混凝土支撑，四个断面的作用力分别为96.24kN/m，102.59kN/m，99.02kN/m，133.54kN/m，取支

18、撑力Tc=133.54kN/m，对撑间距取13m，角撑间距取为6m，立柱桩间距取10m。支撑梁截面为400600，混凝土等级为C30。4.1 支撑轴力N 取N=2170.0kN4.2 支撑弯矩M计算4.2.1 支撑梁自重产生的弯矩 4.2.2 支撑梁上施工荷载产生的弯矩 取q=10kN/m 4.2.3 支撑安装偏心产生的弯矩 则支撑弯矩4.3 初始偏心距ei计算 则4.4 是否考虑偏心距增大系数 ，故要考虑增大系数 ，取 4.5 配筋计算 取， 属于小偏心受压，采用对称配筋。 实配：上下均为422(1520mm2)配筋率，满足要求箍筋配置8200四肢箍。4.6 整体稳定性验算 稳定性系数：l0

19、/b=10/0.4=25 ，故=0.625 整体稳定性验算符合要求4.7 联系梁 截面尺寸400500，混凝土强度C30，上下均配416，8200四肢箍。五、 冠梁设计计算 本设计共分为四个区段，混凝土支撑直接作用于冠梁上，四个区段的作用分别为96.24kN/m，102.59kN/m，99.02kN/m，133.54kN/m，设计冠梁尺寸为800900，混凝土强度C30，ft=1.43N/mm，c=1.0，取最不利地段计算，即Tc=133.54kN/m5.1.1 正截面强度计算 (可以) 实配：上下均为820(2513mm2) 满足最小配筋率要求5.1.2 斜截面强度计算 截面尺寸满足要求 按

20、构造配筋：取8150四肢箍5.3 立柱强度计算5.3.1 立柱上所承受的竖向压力P 5.3.2 使支撑纵向稳定所需要的水平压力产生的竖向荷载 5.3.3 立柱设计试选Q235钢，232a，验算：查得（b类） ，满足要求假设1=25，则 ，取b=340mm所选b比bs大得多，估不必验算两肢距离单肢长细比1=25=0.5max=25，满足要求，不必验算单肢稳定缀板间距缀板宽度，取230mm缀板厚度，取6mm缀板尺寸为缀板刚度柱肢对1-1轴的惯性距因，故满足要求缀板和柱肢相连处的弯矩最大弯应力，满足要求最大剪应力，满足要求六、 基坑止降水设计6.1 止水桩长确定6.1.1 东侧区段 选取最不利的因素

21、进行计算，坑外水位取地面下0.77m，坑内水位取地面下7m，土层有效重度取8.0kN/m3 止水桩长为：h=6+4.67=10.67m，取h=10.7m6.1.2 南侧区段 选取最不利的因素进行计算，坑外水位取地面下1.8m，坑内水位取地面下7m，土层有效重度取8.9kN/m3 止水桩长为：h=6+3.24=9.24m，取h=9.3m6.1.3 西侧区段 选取最不利的因素进行计算，坑外水位取地面下0.88m，坑内水位取地面下7m，土层有效重度取7.8kN/m3 止水桩长为：h=6+4.79=10.79m，取h=10.8m6.1.4 北侧区段 选取最不利的因素进行计算，坑外水位取地面下1.25m，坑内水位取地面下7m，土层有效重度取9.7kN/m3 止水桩长为：h=6+3.05=9.05m，取h=9.1m6.2 基坑止水帷幕设计 基坑开挖范围内西侧有河涌，结合本基坑的开挖深度等情况，考虑目前普通深搅桩机的施工能力，基坑止水帷幕采用一排700500的双轴深搅桩，桩体搭接300mm，基坑内设集水坑排水。