基坑支护毕业设计.docx

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1、基坑支护毕业设计基坑支护毕业设计 基坑支护毕业设计 目 录 前 言. 1 第一章 工程概况. 2 第一节 工程概述 . 2 第二节 工程地质条件 . 2 一、气象概况 . 2 二、地形地貌 . 2 三、工程地质 . 2 第三节 水文地质条件 . 4 一、地下水类型 . 4 二、地下水的腐蚀性评价 . 4 第四节 抗震设计 . 5 第五节 护坡设计参数 . 5 第二章 基坑支护结构设计 . 6 第一节 施工方法的论证 . 6 第二节 围护结构型式的选择 . 6 一、基坑等级及变形控制标准 . 6 二、基坑围护结构方案比选 . 6 三、钢支撑和锚索施工比较 . 7 第三节 基坑支护中荷载的计算 .

2、 8 一、荷载与组合 . 8 二、水平荷载标准值 . 8 三 水平抗力标准值 . 9 第四节 护坡桩设计 . 10 一、嵌固深度计算 . 10 二、钢筋混凝土桩设计 . 16 三、施工方案设计 . 19 第五节 锚杆设计 . 19 基坑支护毕业设计 一、计算锚杆承载力 . 20 二、锚杆自由长度计算 . 21 三、锚杆锚固段长度计算 . 21 四、锚杆参数最终确定 . 21 第三章 钻孔灌注桩施工 . 23 一、泥浆护壁施工法 . 23 二、钻孔灌注桩常见施工问题 . 24 第四章 基坑稳定性验算 . 26 第一节 整稳定性验算 . 26 第二节 抗倾覆稳定性验算 . 26 第三节 抗滑移稳定

3、性 . 27 第四节 坑底土隆起稳定性验算 . 27 结 论. 29 致 谢. 30 参考文献. 31 附图一 拟建场地平面及桩的布置图 附图二 围护桩配筋图 附图三 基坑坑壁剖面图 毕业设计 前 言 基坑工程是指建筑物和构筑物的地下结构部分施工时，所进行的基坑开挖、工程降水和基坑支护，同时，对周围的建筑物、构筑物、道路和地下管线进行监测和维护，以确保正常、安全施工的综合性工程。 一般情况下，基坑支护是临时措施，地下室主体施工完成时支护体系即完成任务，与永久性结构相比临时结构的安全储备要求可小一些，由于其安全储备较小，因此具有较大的风险性。岩土工程区域性很强，岩土工程中的基坑工程区域性更强，如

4、软粘土地基、软土地基、砂土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很大，同一城市不同区域也有差异。基坑工程的支护体系设计施工和土方开挖都要因地制宜，根据本地情况进行。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质和水文地质条件有关，还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件等有关，这就决定了基坑工程具有很强的个性。 正是由于基坑工程具有很强的区域性和个性，因此根据不同的区域和个性特征，研究相应的基坑稳定性、支护结构的内力及变形以及周围地层的位移对周围建筑物和地下管线等的影响及保护的计算分析，以便采取经济、实用的基坑支护方

5、案，就具有重要的理论意义和实际效益。与分析、计算方法的进步相对应的是基坑开挖技术，特别是支护技术的日臻完善，并出现了许多新的支护结构形式与稳定边坡的方法。 本文结合北京市地铁八号线01标段(西三旗车站)地下结构挖方工程，根据基坑地质条件和周围环境的特殊性，选择钢筋混凝土灌注桩加锚杆的基坑开挖围护方案，并对组合围护结构体系进行了设计计算。依据建筑基坑支护技术规程等规范，采用整体等值梁法的计算方法计算桩长、支点内力、最大弯矩；对混凝土灌注桩进行结构设计与验算，确定桩径、桩身配筋；对冠梁与腰梁进行结构设计。最终编制了基坑开挖围护设计方案。1 本科毕业设计 第一章 工程概况 第一节 工程概述 工程名称

6、：北京市地铁八号线01标段(西三旗车站)基坑开挖支护工程。工程照片见下图： 图1-1工程实际照片 工程概况：西三旗站是北京地铁8号线二期工程第三座车站，位于西三旗路和西三旗东路十字路口处。在西三旗东路下南北向布置，为8号线首批开工车站。 车站所处十字路口东北角有北新家园、新康园小区、建材城西里小区和新材医院；东南角为北新建材集团，规划为商业用地；西北角为中国石油天然气集团直属机关党校、新龙批发市场；西南角有育新花园小区、首师大附属育新学校。 西三旗路交通繁忙，路下管线复杂，道路规划红线宽45m，主路宽16m，双向4车道，路口西侧局部段双向6车道，目前已经实现规划；西三旗东路规划红线宽40m，路

7、口北段现状道路宽10m，路口南段现状道路宽4m，未实现规划。 第二节 工程地质条件 一、气象概况 北京地区属于温暖带大陆性半湿润半干旱季风气候，受季风影响形成春季干旱多风、夏季炎热多雨、秋季秋高气爽、冬季寒冷干燥、四季分明的气候特点。近几年平均气温为12.513.7，极端最高气温42.2，极端最低气温-15。全市多年平均降水量为626mm，降水量的年变化大，年内分配也不均，汛期降水量约占全年降水量的80%以上。旱涝的周期性变化较明显。 二、地形地貌 本合同段线路位于永定河冲积扇的中下部，土层以新沉积层、第四纪冲洪积沉积土层为主。拟建工程所处地势基本平缓，地面以市政道路为主，路面平坦，地面标高为

8、 3740m。 三、工程地质 施工场地范围内的土层主要有人工填土层、新近沉积层、一般第四纪冲洪积沉积层。车站主要位于粉土和粘土层，底板位于粉质粘土层。 钻孔孔口地面高程介于3.40m5.05m，平均3.71m。场地照片如下图1-2： 2 毕业设计 图1-2场地照片 根据野外钻探资料，拟建场地从上至下分布的地土层为： 1、人工填土层： 粉质粘土素填土层：黄褐色，稍湿，稍密，以粉质粘土为主，含少量碎砖屑、植物根等，结构松散，无层理。 粉土素填土2层：黄褐色，稍湿，稍密，以粉土为主，含少量碎砖屑、植物根等，结构松散，无层理。 建筑垃圾杂填土6层：杂色，稍湿，稍密中密，以碎石块、水泥块为主，砂、石及粘

9、性土充填。 新近沉积层： 粉质粘土层：黄褐色，软塑可塑，含氧化铁、氧化锰，土质结构差，无层理。 粉土2层：黄褐色，稍湿湿，稍密，含氧化铁、氧化锰，土质结构差，无层理。 2、一般第四纪冲洪积沉积层： 粉质粘土层：黄褐褐黄色，可塑，含氧化铁、云母。 粉土2层：黄褐褐黄色，稍湿湿，稍密中密，含氧化铁、氧化锰等、云母、钙质结核等。 粉质粘土层：灰黄褐灰色，可塑，含氧化铁、云母，少量有机质等。 粉土2层：灰黄褐灰色，稍湿饱和，含氧化铁、云母，少量有机质等。 细砂4层：灰黄褐灰色，湿饱和，主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层：褐黄色，可塑，含氧化铁、云母等。 粉土2层：褐黄色，湿饱和，中密密实，含

10、氧化铁、云母等。 粉砂3层：褐黄色，湿饱和，中密，主要矿物成分是石英、长石、云母。 细砂4层：褐黄色，湿饱和，密实，主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层：黄灰褐灰色，可塑，含氧化铁、氧化锰等。 粉砂3层：灰褐黄褐色，饱和，密实，主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层：灰黄褐黄色，可塑，含氧化铁、云母等。 粘土1层：灰黄褐黄色，可塑，含氧化铁、云母等。 粉土2层：灰黄褐黄色，湿饱和，密实，含氧化铁、云母等。 细砂4层：灰黄褐黄色，密实，主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层：褐灰色，可塑，含氧化铁、云母，少量有机质等。 粘土1层：灰褐褐灰色，可塑，含氧化铁、云母，少量有机质等

11、。 粉土2层：褐黄色，饱和，密实，含氧化铁、云母。 粉砂3层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 中砂5层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母，含少量圆砾。 粗砂6层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 圆砾8层：杂色，饱和，密实，一般粒径23mm，最大粒径2cm，圆砾含量约60，含少量卵石，主要母岩成分为岩砂、砾岩，中粗砂充填。 卵石9层：杂色，饱和，密实，一般粒径23cm，最大粒径5cm，卵石含量约60，主要母岩成分为砂岩、砾岩，中粗砂充填。 粉质粘土层：褐黄色，可塑，含氧化铁、云母、钙质结核。 粘土1层：褐黄色，可塑硬塑，含氧化铁、云母

12、、钙质结核。 粉土2层：褐黄色，湿饱和，密实，含氧化铁、云母等。 细砂4层：褐黄色，湿饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 粉砂3层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 粉质粘土层：褐灰褐黄色，可塑，含氧化铁、钙质结核。 粘土1层：褐灰褐黄色，可塑硬塑，含氧化铁、钙质结核。 粉土2层：褐灰褐黄色，饱和，密实，含氧化铁、云母、钙质结核。 中砂5层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 粉质粘土层：褐灰褐黄色，可塑，含氧化铁、云母、钙质结核，见少量螺壳。 3 毕业设计 粘土1层：褐灰褐黄色，可塑硬塑，含氧化铁、云母、钙质结核，少量有机质。 粉土2层：黄褐褐

13、灰色，饱和，密实，含氧化铁、云母、少量有机质。 细砂4层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 中砂5层：褐黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。 卵石9层：杂色，饱和，密实，亚圆形，最大粒径5cm，一般粒径23cm，主要母岩成分为岩砂、砾岩，中粗砂充填。 粘土1层：褐黄色，可塑硬塑，含氧化铁、云母。 车站主要位于粉土和粘土层，底板处于粘土层。 第三节 水文地质条件 一、地下水类型 拟建场地下38m深度范围内主要揭露了3层地下水，第一层为台地潜水，第二层为层间水，第三层为潜水承压水。 第一层：台地潜水，初见水位埋深2.67.9m，绝对标高36.7741.47m；静止

14、水位埋深2.67.7m，绝对标高36.9741.47m。地下水的主要补给来源是大气降水入渗、地下管道渗水及居民生活用水，主要排泄方式为侧向迳流及向下越流补给。该层水在场地北侧较连续分布，在场地南侧仅部分地段有分布。 第二层水：层间水，主要含水层为粉土2、粉砂3、细砂4，初见水位埋深9.2 11.6m，绝对标高32.6034.86m；静止水位埋深8.211.2m，绝对标高32.9034.81m。地下水主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流的方式排泄。该层水在整个场地范围内连续分布。 第三层水：潜水承压水，主要含水层为中砂5，初见水位埋深24.826.5m，绝对标高17.6319.30m；静止水位

15、埋深23.525.2m，绝对标高18.7120.60m。该层水具有微承压性，在整个场地范围内连续分布，由于位于基坑开挖深度以下，对基础施工影响不大。 二、地下水的腐蚀性评价 本次勘察在XSQC02、Z3-XSQ-011、Z3-XSQ-019钻孔中共采取地下水试样6组，在室内对其做了腐蚀性测试，根据其测试结果，依据岩土工程勘察规范第12.2条及铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定3.3条有关条款，判定地下水对基础材料的腐蚀性见下表： 表1-1 地下水的腐蚀性评价 孔号 钢筋砼中钢筋 钢筋砼中钢筋钢结构 XSQC02 6.3 07.5.19 弱腐蚀性 弱腐蚀性 XSQC02 9.1 07.5.19 弱

16、腐蚀性 弱腐蚀性 XSQC02 25.0 07.5.20 弱腐蚀性 弱腐蚀性 经综合分析判定，拟建场地地下水对砼结构不具腐蚀性，在长期浸水情况下对钢筋砼结构中的钢筋不具腐蚀性，在干湿交替的情况下对钢筋砼结构中的钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。 本次勘察并在Z3-XSQ-003、Z3-XSQ-009、Z3-XSQ-020取代表性土试样4组，做了土的腐蚀性测试，结果详见附件“土的浸出液分析报告”，根据岩土工程勘察规范第12.2条判定，场地土对砼及钢筋砼结构中的钢筋均不具腐蚀性。 3、历年最高水位: 拟建场地历年最高地下水位曾接近自然地面，绝对标高44.00m左右，近35年最高地下水位绝对标高

17、为40.00m左右。抗浮水位可按历年最高水位绝对标高42.50m进行设计。 4 取水 深度 取水 日期 对建筑材料的腐蚀性 砼 毕业设计 第四节 抗震设计 1、抗震设防烈度 根据中国地震动参数区划图和建筑抗震设计规范附录D及铁路工程抗震设计规范综合考虑，拟建场区的抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.20g。 2、建筑场地分类 本次勘察在XSQC02、Z3-XSQ-003、Z3-XSQ-009和Z3-XSQ-015钻孔中分别进行了全孔波速测试，经实测其25m深度范围内土层等效剪切波速值分别为236 m/s、231.86m/s、233.27m/s和228.26m/s

18、，根据铁路工程抗震设计规范第4.0.1条判定，场地土类型为中软土，场地类别为类。 3、液化判别 根据铁路工程抗震设计规范附录B进行判别，拟建场地地面下20m深度范围内的饱和粉土及砂土不液化。 第五节 护坡设计参数 地面超载按q=30kPa考虑。 基坑支护后剖面变形按1级控制。 车站深度范围内土层主要参数如下表： 表1-2 土层参数表 层号 2 2 2 4 土类名称 素填土 粉土 粉土 粉质粘土 粉土 细砂 粉质粘土 粉质粘土 重度 (kN/m3) 20.1 19.3 20.0 19.9 20.2 19.5 20.5 19.8 粘聚力 (kPa) 8.00 8.00 10.00 17.00 6.

19、00 0.00 21.00 21.00 内摩擦角 (度) 18.00 24.00 25.00 22.00 26.00 35.00 22.00 23.00 厚度 1.8 2.6 3 2.3 0.7 2.4 2.5 9.3 注：基坑周边按强夯后考虑参数取值。 5 毕业设计 第二章 基坑支护结构设计 第一节 施工方法的论证 目前国内地铁车站施工主要方法有明挖法、盖挖法、暗挖法，每种方法都有其适用条件及优缺点，结合本车站现场选定站位实际情况，对以下三种方法进行多方面比较，具体优缺点详见下表。 表2-1 车站常用施工方法比较表 项 目 明挖法 盖挖法 暗挖法 对地面交通影响 大，需中断交通 较大，需短期

20、占部分道路 对交通无影响 对地下管线影响 施工技术 施工难度 工程质量 防水质量 地面沉降 扰民程度 施工工期 大，管线改移多 成熟 小 好 好 小 大 短 部分管线需要改移 成熟 较小 较好 较好 小 较大 较短 不需改移管线 成熟 大 一般 一般 稍大 小 长 土建造价 低 较高 高 西三旗站所处站位，地下管线及道路有导改条件，通过地上、地下情况分析比较，车站主体及附属皆采用明挖法施工。 第二节 围护结构型式的选择 一、基坑等级及变形控制标准 本车站标准段基坑宽度22.3米，基坑深度约18.3米，基坑附近无特殊建构筑物需要防护，根据基坑规模与周边环境条件及北京地铁8号线二期工程技术要求，本

21、明挖基坑变形控制等级为一级，基坑变形控制标准为:地面最大沉降量0.15%H；围护结构最大水平位移0.2%H，且30mm。 二、基坑围护结构方案比选 基坑围护结构形式和地下水的治理措施不仅是地下结构施工的需要，也是保证地面建筑物和地下管线安全的关键环节，必须综合治理，统筹考虑方可达到预期目的。 明挖法施工中围护结构的主要型式见下表 6 毕业设计 表2-2 围护结构方案比较表 围护结构型式 优 点 缺 点 经济性 1、施工简单，不需要大型设备。 1、对地层土质条件要求较高。 2、施工进度快。风险小。 2、需要场地加大，基坑深度不能放坡开挖 3、材料用量和工程量小，造价低。 造价最低 过大。 4、土

22、体位移小，采用信息化施工可确3、地下水位高时施工难度大。 保工程和施工安全。 1、可根据基坑深度，调整桩径等参数，钻孔咬合 2、对地层地质条件、基坑深浅等条件1、成孔需专门设备； 造价适中 桩 适应性好； 2、施工工艺较复杂。 3、结构刚度好，对地面沉降控制好。 1、整体性好，稳定性强；可作为永久1、需要专门的成槽设备； 造价相对地下连续性结构； 2、需要足够的施工场地； 较高 墙 2、漏水点少，渗漏易处理； 3、对城市环境污染大。 3、刚度大，地面沉降小。 1、适用多种地层，施工进度可控制； 钻孔桩2、可根据基坑深度调整设计参数，满1、对城市环境有一定影响； 造价相对基坑外降足强度和刚度要求

23、； 2、施工工艺较复杂。 较低 水 3、基坑外降水，地下水位低时优势明显； 1、设备简单，操作方便，施工所需场1、应具有较好的工程及水文地质地小，施工干扰少。 条件。 土钉墙 2、材料用量和工程量小，造价低。 造价低 2、适用于深度小于15m的基坑。 3、土体位移小，采用信息化施工可确保工程和施工安全。 经比对及施工经验结合此工程环境得知采用钻孔灌注桩具有以下技术优点： 施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移，因此对环境和周边建筑物危害小； 大直径钻孔灌注桩直径大、入土深； 对于桩穿透的图层可以在空中作原位测试，以检测土层的性质； 扩底钻孔灌注桩能更好地发挥桩端承载力； 经常设计成一柱一桩

24、，无需桩顶承台，简化了基础结构形式； 钻孔灌注桩通常布桩间距大，群桩效应小； 施工设备简单轻便，能在较低的净空条件下设桩； 钻孔灌注桩在施工中，影响成桩质量的因素较多，质量不够稳定，有时候会发生缩径、桩身局部夹泥等现象，桩侧阻力和桩端阻力的发挥会随着工艺而变化，且又在较大程度上受施工操作影响； 三、钢支撑和锚索施工比较 施工工艺 支撑和锚索的施工工艺都比较成熟，在深基坑支护中，挖掘机操作需避让支撑，而锚索不需要。但锚索需要一定的地下空间，这对于市政工程是一的非常的局限条件，并不在任何地方都可以用锚索支护。待基坑施工至基底开始施工结构时，需要向基坑内运输工程材料，在调装的过程中，支撑有着很大的限

25、制与不便。支撑安装工人需要经过专业的培训才可以上岗，危险系数较大。 施工工期 支撑施工时土方将不能同时进行开挖，而锚索在到达设计标高以后，可以多台同时作业，这期间土方还可以继续施工，不影响工程进度。但浆液龄期需要大概4天的时间，土方开挖需要给张拉留出工作面。 7 毕业设计 体系效果 从监控量测的数值反映和对比，两种支护体系效果均比较理想，桩体的侧向位移都在3cm以内。 经过比较并根据已对该工程地质条件、基坑开挖深度及周边环境的特点的分析，选择基坑支护方案时充分考虑影响边坡稳定性安全的不利因素，同时兼顾经济、高效的原则，该工程基坑支护方案拟采用钻孔灌注桩加锚杆结合支护。 第三节 基坑支护中荷载的

26、计算 一、荷载与组合 结构自重：钢筋混凝土自重按25kN/m3计。 水土侧压力：砂、卵石层水土分算，粘性土层水土合算，施工期间按朗肯公式计算其主动土压力。 施工荷载：按s0=30kPa计。 二、水平荷载标准值 砂土的水平荷载标准值 对砂土计算点位于地下水位以上时按式下式计算： pa=svKai=gziKai (2-1) Kai=tan2(450-ji2) (2-2) 式中Kai第i层的主动土压力系数； sv作用于zi深度处的竖向应力标准值(kPa)； zi计算点深度(m)； ji第i层土的内摩擦角。 粉土水平荷载标准值 对于粉土及粘性土 ，水平荷载标准值按下式计算： pai=rziKai-2c

27、iKai (2-3) Kai第i层的主动土压力系数； zi计算点深度(m)； ci三轴试验当有可靠经验时可采用直接剪切试验确定的第层土固结不排水不剪粘聚力标准值(kPa)； 式中Kai按式(2-2)计算。 工程中土层水平荷载标准值 求土层加权的j值按下式计算： 8 毕业设计 tgja=(tg181.8+tg242.6+tg253+tg222.3+tg260.7+tg352.4+tg222.5+tg233)18.3=0.457得ja=24.5由式2-2计算得主动土压力系数得： ojaKa=tan45-2224.502o=tan45-=0.41。 2cik三轴试验聚力标准值如下表2-3： 表2-3

28、 Cik三轴试验聚力标准值 土层 素填土 8 2 粉土 8 2 粉土 10 粉质粘土 17 2 4 粉土 细砂 6 0 粉质粘土 21 粉质粘土 21 cik加权c (81.8+82.6+103+172.3+60.7+2111.8)/24.6=14.5 综上按式(2-3)计算得出水平荷载标准值计算结果下表2-4： 表2-4 水平荷载标准值 土层 素填土 1.8 2 粉土 4.4 2 粉土 7.4 粉质粘土 9.7 2 4 粉土 细砂 10.4 0.41 14.5 12.8 粉质粘土 15.3 粉质粘土 18.3 zj Kai sajk(kPa) cik-3.9 17.3 41.7 60.5 6

29、6.2 85.7 106.1 130.5 三 水平抗力标准值 根据建筑基坑支护技术规程，基坑内侧水平抗力标准值epjk按下列方法计算。 粉土及粘性土基坑内侧水平抗力标准值宜按下式计算： epjk=spjkKpi+2cikKpi (2-4) 式中spjk作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值(kPa)； Kpi第i层土的被动土压力系数。 第i层土的被动土压力系数应按下式计算 jKpi=tan245o+ik2 (2-5) 式中jik为第i层土的内摩擦角。 由于降水效果良好，地下水位位于支护结构以下，基本为无水施工，对于砂土、碎石及粉土、粘性土基坑内侧抗力标准值可统一按下式计算： 9 毕业设计 epjk=spjkKpi+2cikKpi (2-6) 式中参数意义同式(2-4)。 计算结果见下表2-9： 表2-9基坑内侧抗力标准值 土层 zj(m) 6.3 Kpi 2.28 cik(kPa) 21 spjk(kPa) 125.2 粉质粘土 第四节 护坡桩设计 一、嵌固深度计算 多层锚杆整体等值梁的计算方法是，把基坑下桩的弯矩零点与桩顶之间的桩当作多跨连续梁，锚杆位置当作连续梁的支点，采用力矩分配法计算支点反力。用整体等值梁法计算嵌固深度h0，计算过程如下。 1、主动土压力系数 jKa=tan245o-a22、被动土压力系数 =0.41。 被动土压力系数按下式计算：