基坑支护课程设计.docx

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1、深基坑课程设计XX大厦基坑支护工程班级：土木1001班姓名：尹普才学号：201008141030指导教师：杨泰华日期:2013年12月31日工程概况及周边环境状况说明1设计项目如：XX大厦基坑支护工程2建设地点东南某市3设计基本资料3.1地层划分根据岩土工程勘察报告按成因类型及地质特征将场地地层情况划分如下：表1.1层号及名称地层 年代 及成因分布范围层面埋深(m)地层一般 厚度 (m)颜色状态及 密度压缩 性包含物及其它特征杂填土Qml全场地0.93.6杂松散由碎石、砖块及粘性土组成粉质粘土 夹粉土Q4al全场地0.93.61.05.3褐黄可塑中含氧化铁，夹稍密状粉土夹 层，干强度一般，韧性

2、差。(3-1)粉质粘 土全场地2.77.61.8-6.3褐灰灰 色软塑中 高含有机质、腐植物、有臭味， 局部少量螺壳(3-2)粘土全场地7.810.81.0-5.6褐黄褐 灰可塑中含氧化铁、铁锰质，局部少 量螺壳(3-3)强风化 砂岩全场地9.215.102.27.5淡褐可塑中 低含硅、钙、粘土和氧化铁。(3-4)粉质粘 土全场地13.3-20.82.08.0褐灰可塑中含少量腐值物，偶夹薄层粉 砂。(4-1)粉砂夹 粉质粘土局部分 布17.5-24.00.97.7灰色松散中 低含云母片，夹少量薄层可塑 粘性土3.2 土层物理力学性质指标与基坑支护有关的各层物理力学指标如表1.2所示。表1.2层

3、号土层名重度Y (kN/m3)粘聚力C (kPa)内摩擦角(度)“m”值 (kPa)极限摩阻力 (kPa)承载力fak (kPa)(1)杂填土18.5420200020(2)粉质粘土 夹粉土18.82111.2350040180(3-1)粉质粘土17.0157200040130(3-2)粘土17.52211.6400035240(3-3)强风化砂I_LJ 石203227800070(3-4)粉质粘土18.811.8400035一层土层厚:2m，基坑开挖深度6m；二层土层厚：依次为3m ； 其余土层各组均取：粉质粘土 6米；粘土 5m ；强分化砂岩5m ；3.3地下水本场地地下水可分为二类型：上

4、层为赋存于(1-1)杂填土层中的上层滞水， 其水位、水量随季节变化，主要受大气降水、生活排放水渗透补给，下层为赋存 于砂土层中的承压水，水量较丰富；本次勘察期间，在40#孔测得其承压水头埋 深为2.4米，其标高为18.32米；上下层地下水之间因粘性土阻隔而无水力联系， 勘察期间测得混合稳定水位埋深为0.42.6米。场地地下水对混凝土不具腐蚀性，对混凝土中的钢筋不具腐蚀性，对钢结构 具弱腐蚀性。4周边环境条件依据总平面图及现场踏勘：基坑东北侧临近前进路，基坑边线距红线6.5-9米，距前进路边线11.514 米；前进路上分布有给水、排水、电信管道，其中排水管为带压排水管，正在使 用，最近的一根靠近

5、路边，且为80年代建造，该管线为重点要保护的对象。基坑东南角为市同昌房地产开发公司住宅楼，砖混结构7层，基础形式为天 然地基，距基坑边约9米。基坑安全等级按二级考虑，基坑周围地表均布荷载按15kPa考虑。5.3参考文献(1)XXX大厦岩土工程勘察报告(2)xxx大厦施工图设计(3) xx地区建筑深基坑支护技术规范(4) 建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)(5) 混凝土结构设计规范(GB50010-2012)(6) 建筑结构荷载规范(GB50009-2012)(7) 建筑地基基础设计规范(GB50007-2012)(8) 建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008)支护结构设计计算_、

6、土压力计算及土钉布置由设计任务书得基坑开挖深度为6m,穿越三个土层，具体如图1所示， 地面均布荷载为15kPa，地下水位埋深2.4m，故需考虑降水，采用井点降水, 将地下水面降至基坑开挖深度下1m。1. 主动土压力计算图1土层分布图b =（q +yh）K - 2!Kq地面荷载（kN）；y 土的重度（kNm3）；c一土层粘聚力（kPa）Ka 主动土压力系数，K = tan2（450 -：）,中为土层内摩擦角。中=200,C = 4, K1alr - q)=tam 452V J=tam 45。V=0.49,k = 0.7 alq = 11.20, C = 21, Kr - q) =tan2 450

7、2V J.r 11.20)i 丫=tan2 450 = 0.67= 0.82V 2 Ja2一一 一 r_ q) q = 7o,c = 15,K = tan2 450一3心 V 匕Jtan 4572 VJ= 0.78,K = 0.88a 3各层土压力计算：杂填土表面处的土压力。=qKa1 = 15 x 0.49 = 735kpaa 0杂填土底面土压力 = + r h)Ka1 2C y：rK1 =(15 +18.5x2)x0.49 2x4x0.7 = 19.88kpa粉质粘土夹粉土顶面土压力 =( + rhKa2 2C /瓦=G5 +18.5x2)x0.67 2x21x0.82 = 0.4kpa粉

8、质粘土夹粉土底面土压力 =( + r h + r h Ka22c .瓦2 a 21 12 22 a=(15 +18.5 x 2 +18.8 x 37x 0.67 2 x 21x 0.82=38.2kpa粉质粘土顶层土压力 =( + r h + r h K -2c ,K / 21 12 2 a 33a 3(15 +18.5 x 2 +18.8 x3)x 0.78 2 x15 x 0.88=58.15kpa粉质粘土底层土压力+ r h + r h + r h K - 2 c 4Ka 3112233 a3 a(15 +18.5 X 2 +18.8 x3 +17.0 x 1)x 0.78 - 2 x

9、15 x 0.88=71.4 饥2. 土钉参数及布置土钉墙水平倾角为73.30，即按1:0.3放坡，土钉与水平面的倾角a取15 0，土钉 竖直间距取s y = 1.5m，水平间距取=1.5m，机械成孔，取孔径120 mm。具体 见图2。图2右侧土钉墙土钉布置土钉处主动土压力计算： 第1点最大主动土压力e = a11 11=0 +18.5 x 0.8)x 0.49 - 2 x 4 x 0.7+r h2 - 2个瓦 0.8)=9.0 纽第2点最大主动土压力e = q+rh + r h K -2c *,1 12 2 勺 2 a(15 +18.5 x 2 +18.8 x 0.3x 0.67 - 2 x

10、 21x 0.82=4.2 纽第3点最大主动土压力e =( + r h + r h)K 2-2 c 匚瓦 a3112 2&2 a= V15 +18.5 x 2 +18.8 x1.8)x 0.67 - 2 x 21x 0.82 = 23.1饥第4点最大主动土压力e =+rh + r h + r h K - 2 c yka3112233&3&=0 +18.5 x 2 +18.8 x 3 +17.0 x 0.3；x 0.78 - 2 x 15 x 0.88=62.1kpa二、土钉设计1.折减系数计算。中 11 r电）&= tank -/tan2 450 一廿 I2 tan M tan P2 JL 2

11、P -土钉墙坡面与水平面夹角，为73.30 （坡度1:0.3）；Z主动土压力折减系数；,基坑底面以上各土层按土层厚度加权的内摩擦角平均值（）。=tan P-12=tan1tanP-% tan2/tan2 45。-麦 k 2 J73.30 - 20073.30 + 200tantan 73.30r/tan2 450 一k=0.6591tan 顼221tan P,J/tan2 45。一k= tan73.30 -11.2073.30 +11.20tantan 73.30/ J 11.20) /tan2 450 -k=0.715& =& = 0.7153 一73.30 - 70=tan2=0.7391

12、p -tan 321tan P/tan2 45。r 7073.30 +70tan 73.30tanr 70/tan 2 450-2k 匕J2.土钉轴向拉力调整系数句）可按下列公式计算： C 门 z e b j a门=J7Xa支z爪j ai=1式中：nj土钉轴向拉力调整系数；zj第j层土钉至基坑顶面的垂直距离(m)；h基坑深度(m)；Eaj作用在以sxj、szj为边长的面积内的主动土压力标准值(kN)；na计算系数； nb经验系数，可取0.6 -1.0 ；n土钉层数。 G n z Xe取 = 1.0，则n =一一二j = 1.0，所以气=七=n =七=1.b a V z 人 E1234ji=13

13、. 受拉荷载标准值计算N =&n essk盘 cos aj a盘 xj zzj式中：Nk, j翁层土钉的轴向拉力标准值(kN)；aj第j层土钉的倾角()；Z墙面倾斜时的主动土压力折减系数；nj第j层土钉轴向拉力调整系数；ea, j第j层土钉处的主动土压力强度标准值(kPa)；土钉的水平间距(m) ； szj土钉的垂直间距(m)。1 -1N =函 e s s = 0 966 x 0.659 x 1 .0x 9.0x1.5 x 1.5 = 13.8kN1 , 1 N 6叩 e s s x 0.715 x 1.0x 4.2x 1.5 x 1.5 = 7.0kNk,2 cos a 2 a,2 x2 z

14、20.9662N 6n e s s x0.715x1.0x 23.1x1.5x1.5 38.5kNk,3 cos a 3 a，3 x3 z30.96611N 6叩 e s s x 0.739 x 1.0 x 62.1x1.5 x 1.5 106.9kNk，4 cos a 4 a,4 x4 z40.96644. 土钉的极限抗拔承载力标准值Rk ZK、式中：Kt土钉抗拔安全系数；安全等级为二级、三级的土钉墙，Kt分别不 应小于1.6、1.4 ；Nk,j第j层土钉的轴向拉力标准值(kN)；Rk, j第层土钉的极限抗拔承载力标准值(kN)。Rk= KN 1 1.6 x 13.8 22.1kNR KN

15、1.6 x 7.0 11.2kN k,2 t k,2R KN 1.6 x 38.5 61.6kN k, 3t k,3R KN 1.6 x 106.9 1710kN k ,4t k ,45. 土钉长度设计土钉长度按以下公式计算：式中：Rk, j翁层土钉的极限抗拔承载力标准值(kN)；dj 翁层土钉的锚固体直径(m)；对成孔注浆土钉，按成孔直径计算,对打入钢管土钉，按钢管直径计算;qsik第j层土钉在第i层土的极限粘结强度标准值(kPa)；应由土钉抗拔试验确定，无试验数据时，可根据工程经验并结合规范上表5.2.5取值；li第j层土钉在滑动面外第i土层中的长度(m)；计算单根土钉极限抗拔承载力时，取

16、规范上图5.2.5所示的直线滑动面直线滑动面与水平面的夹角取查表得q = 20kpaslkq - 40kpaq = 40kpas 3k=2.94m_22.1： nx 0.12 x 20 s1k, R11.21 = 0.74m2 nd 乙q nx0.12x402s2k7 R61.6l =平=4.08m3nd 乙q nx0.12x403s 2 k7 J 171.0l =,4= 11.34m4 nd 乙 q 兀 x 0.12 x 404s 3k6、自由段长度的计算:自由段长度按以下公式计算：L =sinp35/cosf900 a 一虹fi sin &2 )2 )其中：Lfi-第i排土钉自由段长度(m

17、)；h -基坑深度(m)；& -土钉墙坡面与水平面的夹角73.30 ；a -土钉与水平面的倾角a取150 ;z-第i排土钉到地面的距离（m）。第1排土钉自由段长度计算，彳=0.珈/cos 9Oo a _。+以2 )6 0.8sin73.3osin 73.3o I73.3o + 15o)2)/ fee 1 c73.3。+15。)/cos 9oo 15o 一I2)52X o.487/o.859 o.958=3.o8m第1排土钉长度:% = + ) 1 = 2.94 + 3.o8 = 6.o2m第2排土钉自由段长度计算，Z2 = 2.3m七2张sin/cos 9o a 。+以2 )6 - 2.3si

18、n73.3osin73.3o 一I73.3o + 15o)2)/ fm 1 c73.3o + 15o)/cos 9oo 15o 一I2)37X o.487/o.859 o.958=2.19m第2排土钉长度:L2 = 12 +12 2 = o.74 + 2.19 = 2.93m第3排土钉自由段长度计算，Z3 = 3.8mJc73.30 +150)/cosr73.30 +150)73.3。900 -1502k26 - 3.8 . sin sin 73.30、-辰、I 2/cos 900 一以一。+以2 )2.2x 0.487/0.859 0.958=1.30m第3排土钉长度:L =匕+ 七 3 =

19、 4.08 +1.30 = 5.38mJ 仔 sin第4排土钉自由段长度计算，Z4 = 5.3m73.30 +150)/cosr73.30 +150)73.30900 -1502k26-5.3 sin sin 73.30、-蛙、k 2 )/cos 900 一以一。+以k 2 )07x 0.487/0.859 0.958=0.41m第4排土钉长度:L =匕 + 七 4 = 11.34 + 0.41 = 11.75m综合上述计算结果及施工因素，取第13排土钉取6m。第4排土钉长度为12m。土钉排号土钉长度L(m)自由段长 度if(m)锚固段长 度 l(m)极限抗拔承载力标准值Rk (kN)受拉荷

20、载标准 值七 (kN)土钉抗拔安全系数K t(1.6)安全性163.082.9222.013.81.60满足262.193.8157.57.08.2满足361.304.7070.938.51.8满足4120.4111.59174.8106.91.64满足7. 土钉受拉承载力设计值计算土钉受拉承载力设计值按以下公式计算：N . = 1.25y N .其中：Nk-第i根土钉受拉荷载标准值，（kN）； 七-第i根土钉受拉承载力设计值，（kN）； Y 0-基坑侧壁重要性系数，取1.0。N 1 = 1.25y 0 Nk 1 = 1.25 x 1.0 x 13.8 = 17.25kNN 2 = 1.25y

21、0Nk 2 = 1.25 x 1.0x 7.0 = 8.75kNN 3 = 1.25y 0Nk 3 = 1.25 x 1.0x 38.5 = 48.13kNN 4 = 1.25y0Nk 4 = 1.25 x 1.0x 106.9 = 133.63kN8、杆体直径计算：土钉杆体的钢筋直径按以下公式计算：AS其中：ASkNu.maxf-钢筋截面面积mm 2）；知普通钢筋抗拉强度标准值侦/ g）；Ng-土钉受拉承载力设计值最大值（N ）；K-土钉抗拔力安全系数，取1.3。A = J = 1.3 心应 x103 = 434mm 2s f 火400选取三级钢筋业26,气=531mm2三、土钉的整体稳定性

22、验算：土钉墙应按下列规定对基坑开挖的各工况进行整体滑动稳定性验算：1整体滑动稳定性可采用圆弧滑动条分法进行验算；2采用圆弧滑动条分法时，其整体稳定性应符合下列规定：mink ,k ，,k ,.ks ,1 s ,2s, isj _ycl + (qb +AG)cos0 tan中+yR cos(0 +a) +w/sk j j j jjjjk *k k rs, ks，i (ql +AG)sin0jjjj式中：Ks圆弧滑动整体稳定安全系数；安全等级为二级、三级的土钉墙，Ks分别 不应小于1.3、1.25 ；Ks, i第i个滑动圆弧的抗滑力矩与滑动力矩的比值；抗滑力矩与滑动力矩之 比的最小值宜通过搜索不同

23、圆心及半径的所有潜在滑动圆弧确定；cj、j第j 土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()，按本规程第3.1.14 条的规定取值；bj第j 土条的宽度(m)；qj作用在第j 土条上的附加分布荷载标准值(kPa)；Gj第j 土条的自重(kN)，按天然重度计算；6j第j 土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角()；Rk,k第k层土钉或锚杆对圆弧滑动体的极限拉力值(kN)；应取土钉或锚杆在滑动面以外的锚固体极限抗拔承载力标准值与杆体受拉承载力标准值(fykAs 或fptkAp)的较小值；锚固体的极限抗拔承载力应按本规程第5.2.5条和第4.7.4 条的规定计算，但锚固段应取圆弧滑动面以外的长度；a

24、k第k层土钉或锚杆的倾角()；Bk滑弧面在第k层土钉或锚杆处的法线与垂直面的夹角()；sx, k第k层土钉或锚杆的水平间距(m)；为第k层土钉或锚杆半径R(m)6.0ipv计算系数；可取v = 0.5sin (Bk + ak) tan，此处与滑弧交点处土的内摩擦角。圆心X(m)圆心Y(m)-2.44.8计算步数经过深度(m)第1步0.8意图如下：采用圆弧滑动条分法进行整体稳定性验算时，将滑弧1分为宽度为r 6 010 甘=0.6m的两条，则测量计算各参数代入下列公式得:7 _ * c l + (q b +AG) cos0 tancp +* R1 cos(0 +a) +w / s k =乙 11

25、11111 乙 k, kk k r s, k* (必+AG1)sin。5x0.6+9.6入 cos 250 tan 200+22x tos240 +150 ) 0.115-/1.55x0.85+96)sin25=2.3947 _ * c l + (q b +AG) cos0 tan p +* R1 cos(0 +a) +w / s k =乙 2 22 2222 乙 k, kk k rs, k* (ql +AG )sin乙 2 222 22x0.85+(15x0.6+2.7jkcos330 tan 20022xLos40 +150 0.115-/1.5圆心X(m)圆心Y(m)半径R(m)第3步3

26、.8-4.24.69.0(15x0.85+2.7)sin33=2.385mink ,k = min2.394,2.385 = 2.385 k = 13s ,1 s ,2s计算步数经过深度(m)圆心X(m)圆心Y(m)半径R(m)第2步2.3-2.33.25.8示意图如下：计算步数经过深度(m)示意图如下：Al;-：r= F. -r. !计算步数经过深度(m)圆心X(m)圆心Y(m)半径R(m)第4步5.3-1.23.99.2示意图如下:i：习： “ ：./ =加：r.r：.tf如占侦：i也七t ：FL. JJ计算步数经过深度(m)圆心X(m)圆心Y(m)半径R(m)第1步6.0-2.33.59

27、.5示意图如下：第2,3,4,5滑弧面的计算按第1滑弧面计算方法计算，在此就不列出计算过程,计算结果如下表：四、土钉墙抗滑移抗倾覆稳定性验算（土钉墙简化成重力式挡土墙，挡土计算步数深度（m）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）整体滑 动安全 系数 Ks安全性评价10.8-2.44.86.02.385满足22.3-2.33.25.82.411满足33.8-4.24.69.01.835满足45.3-1.23.99.21.596满足56.0-2.33.59.51.326满足墙的计算厚度一般按照土钉墙水平长度的2/3-11/12，这取11/12）计算等效挡土墙的宽度6 + 6 + 6 +12 r u

28、=7.5m4B = / cos ax 7.5 x cos15。= 6.64m12121.挡土墙的抗滑移稳定性应符合下式siE k + (G-uB + qB)tan中 + cB 仁 kEkak式中：ks1抗滑移稳定安全系数，其值不应小于1.3 ；Eak、E pk作用在水泥土墙上的主动土压力、被动土压力标准值(kN/m)；G水泥土墙的自重(kN/m)；u m水泥土墙底面上的水压力(kPa)；水泥土墙底面在地下水位以下时，可取um =w(hwa + h2，在地下水位以上时，取Um = 0,此处，ha为基坑外侧水泥土墙底处的水头高度(m), hwp为基坑内侧水泥土墙底处的水头高度(m)；c、e水泥土墙

29、底面下土层的粘聚力(kPa)、内摩擦角();B水泥土墙的底面宽度(m)。滑移力为E =1/2x(7.35+19.882+1/2().4+38.23+1/2x(5815+714) k式中：k ov抗倾覆稳定安全系数，其值不应小于1.3 ；q地面超载；aa水泥土墙外侧主动土压力合力作用点至墙趾的竖向距离(m)；a p水泥土墙内侧被动土压力合力作用点至墙趾的竖向距离(m)；aG水泥土墙自重与墙底水压力合力作用点至墙趾的水平距离(m)。E = o .pk ；(G+qB)aG = (6x 6.64x20+15x 6.64) x 3.32 = 2976kN mE a = E a =1/2x.35+19.8

30、82x5+1/2xG.4+38.2)X1x 0.5=313.3kN m(G+qB)a _ 2976 _ 9 5 13 口 八KovKG =5 Q= 9.5 1.3 满足要求。E a 313.3ak a五、土钉墙的抗隆起验算由于无软弱下卧层，所以无需进行抗隆起验算。六、面层的设计喷射混凝土面层中应配置钢筋网和通长的加强钢筋，钢筋网宜采用HPB335级钢筋，面层混泥土采用C30。1.进行抗弯验算及面层配筋(简化计算):取受力最大的一排土钉，即七 4=K ,2一2Ka ,2=(15 + 2 x 18.5 + 3 x 18.8 + 0.3 x 17) x 0.78 - 2 x 15 x 0.88=62

31、.1Kpa所以，以均布荷载沿1.5m方向分布，大小如下：1.1x 62.1kPa = 68.3kPa跨中和支座的弯矩为，ql268.3 x1.52Mk = =8= 19.2k - m查表得，fc = 14.3 N / mm 2, ft = 1.43N / mm 2fy = 300N / mm 2, 4 = 0.518.h0 = 100 - 25 = 75mm=0.15919.2 x1061.0 x14.3 x 1500 x 752& =1f 1-2以 s = 0.174 0.518 ys = 0.5 x (1+ J1 2as) = 0.9134 M19.2 x106=935mm 2A =s f

32、 y h300 x 0.913 x 75s 0采用钢筋白14150(As=1026mm)钢筋网间的搭接长度应大于300mm ；加强钢筋的直径宜取22mm ；当充分利用土钉杆体的抗拉强度时，加强钢筋的截面面积不应小于土钉杆体截面面积的二分之一。土钉与加强钢筋宜采用焊接连接, 其连接应满足承受土钉拉力的要求。2.抗冲切验算：(土钉的固定加强钢筋取22，长为500mm)f Fl = 133 .6 kN满足要求。七. 土钉墙地基承载力的验算：1. 地基承载力特征值修正计算：当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m是，按下述方法修正：f = f k +勺y (b - 3)+勺y (d - 0.5)式中：

33、fa为修正后的地基承载力特征值；fak为地基承载力特征值；勺,n d为宽度和埋深的地基承载力修正系数，查规范；y为基底以下土的重度，地下水位下取有效重度；y为基底面以上土的加权平均重度，地下水位下去有效重度； mb为基础底面宽度，小于3m时取3m,大于6m时取6m,其余插值法取值；d为基础埋置深度。查表得：勺二0.4,七=1.6f = f +门 y(b 3)+n y G 0.5) =130 + 0.6 x17 x (6 - 3) + f.6 x18.4 x (6 - 0.5)=322.5kpa2. 地基压力：P=孕 F +Fqb式中：Fn为土的对地基的压力；Fg为地面超载；Fq 土体自重。Fn=（Nu1+Nu2+Nu3+Nu4）sin15=207.8sin15=53.8kNFg=G=662.4kNFq = 15 xlx 6.64 = 99.6kNF + F + F _ 53.8 + 662.4 + 99.6=1 b *664=122.9kpa 17I JT SI =应a猾喘好前o80