基坑课程设计.docx

1、1. 设计资料11.1 地质条件11.2 场地条件11.3 设计对象11.4 设计内容21.5 参考文献22. 常见的支护形式比对22.1 钢板支护22.2 深层搅拌支护22.3 排桩支护22.4 地下连续墙32.5 土钉支护32.6 选用排桩支护原因43. 设计计算53.1 确定尺寸53.2 土压力计算63.2.1 不考虑渗流土压力计算63.2.2 考虑渗流土压力计算83.2.3 被动土压力（考虑渗流，水土分算）93.3 嵌固深度的计算103.4 土压力修正103.4.1 主动土压力修正103.4.2 被动土压力修正114. 抗隆起稳定性验算124.1 主动土压力合力124.2 主动土压力作

2、用点位置124.3 被动土压力作用点125. 理正建模135.1 基本信息135.2 土层信息145.3 支锚信息145.4 工况信息146. 抗倾覆稳定性验算157. 整体稳定验算168. 排桩计算168.1 计算配筋178.1.1 开挖面配筋178.1.2 桩背面配筋178.2 截面承载力验算188.3 构造配筋189. 内支撑设计18附录191. 设计资料1.1 地质条件素填土：黄灰色、可塑、松、稍湿，不均匀，以素土为主，夹碎石，据调查堆积时间十年以上。全场分布。厚度 0.55 米。4粉质粘土: 黄色、软-可塑、湿，无摇振反应，刀切面光滑，干强度中等，韧性中等。见铁锰质氧化物。成因年代

3、Q al 。全场分布。厚度 3.0 米。4粉质粘土夹粉土：灰色、可塑，湿，刀切面稍光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。夹粉土，薄层状，厚度 20-30cm。成因年代Q al。全场分布。厚度 5.0 米。4细砂：灰色，稍密，饱和，颗粒圆形，质地较纯，级配良好，主由长石、云母、石英等组成,粒组含量0.075mm 为 87.9-91.8%。成因年代 Q al。平面上尖灭。厚度 6.0 米。3圆砾：杂色、稍密、饱和，圆形为主，母岩成份主要为石英岩、石英砂岩、硅质岩、火成岩等， 粒组含量2mm 为 52.6-90.1%。充填物为细砂，充填充分。成因年代 Q al。全场分布。厚度 8.0 米。3土层编

4、号土名天然重度r(kN/m3)C(kPa)度1素填土17.51382粉质黏土19.020123粉质粘土夹粉土19.221134细砂20.00265圆砾18.0038卵石：杂色、中密、饱和，园形为主，母岩成份主要为石英岩、石英砂岩、硅质岩、火成岩等， 粒组含量20mm 为 52.2-80.7%。充填物为细砂，充填充分。成因年代 Q al。全场分布。未揭穿。1.2 场地条件场地平坦，在安全距离内无已有建筑和地下无管线。1.3 设计对象基坑深度为 9+学号后两位/100 （m），地面有堆载，大小为 25+学号后两位（kPa），作用距离基坑 0.5+学号后两位/100（m），作用宽度为 10+学号后两

5、位/5（m）。试选择合适的基坑支护类型并进行设计。91.4 设计内容采用手算和电算相结合的方法，对支挡结构进行设计和验算。（1）作用在支挡结构上的荷载；（2）确定支挡结构尺寸及各种稳定性验算；（3）分析内力和变形验算；（4）支挡结构截面设计，包括构造设计；（5）估算分析施工影响，如支挡结构位移，地面沉降等。（6）绘图。1.5 参考文献（1）地下工程教材；（2）混凝土设计原理教材；（3）土力学教材；（4）建筑基坑支护技术规范；（5）基坑工程技术规程；（6）混凝土结构设计规范；（7）建筑结构荷载规范；（8）相关图集；（9）理正软件包说明书。2. 常见的支护形式比对2.1 钢板支护钢板桩由带锁口或钳

6、口的热轧型钢制成，把这种钢板桩互相连接就形成钢板桩墙，被广泛应用于挡土和挡水。目前钢板桩常用的截面形式有U 形、Z 形和直腹板型。钢板桩由于施工简单而应用较广。但是钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制。而且钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当， 其变形会很大，所以当基坑支护深度大于 7m 时，不宜采用。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出时对周围地基土和地表土的影响。2.2 深层搅拌支护深层搅拌支护是利用水泥作为固化剂，采用机械搅拌，将固化剂和软土剂强制拌和，使固化剂和软土剂

7、之间产生一系列物理化学反应而逐步硬化，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩墙， 作为支护结构。适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、素填土等土层，基坑开挖深度不宜大于 6m。对有机质土、泥炭质土，宜通过试验确定。2.3 排桩支护排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻（冲）孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间的联系差必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠联接。为了防止地下水并夹带土体颗粒从桩间孔隙流入（渗入）坑内，应同时在桩间或桩背采

8、用高压注浆，设置深层搅拌桩、旋喷桩等措施，或在桩后专门构筑防水帷幕。灌注桩施工简便，可用机械钻（冲）孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低。同时，灌注桩围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力（承受侧压），这时在桩与主体之间通常不设拉结筋，并用防水层隔开。排桩支护可分为悬臂式和支锚式，而支锚式又分单点支锚和多点支锚。大多数情况下，悬臂式柱列桩适用于三级基坑，支锚式柱列桩适合于一、二级基坑工程。一般来说，当基坑深 h=8m14m，周围环境要求不十分严格时， 多考虑采用排桩支护。柱列式灌注桩的工作比较可靠，但要重

9、视帽梁的整体拉结作用，在基坑边角处， 帽梁应连续交圈。当要求灌注桩围护结构起到抗水防渗作用时，必须做好桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷桩（一般的钻孔压密注浆法不易保证止水，曾引发多起重大事故）。当周围环境保护要求严格时， 为减少排桩的变形，在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域，用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少支护结构的变形。2.4 地下连续墙地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果，适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。并且随着技术的

10、发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，可较好地控制软土地层的变形。在基坑深（一般h10m）、周围环境保护要求高的工程中，经技术经济比较后多采用此技术。但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽会有较大困难，尤其是遇到岩层需要特殊的成槽机具，施工费用较高。在施工中泥浆污染施工现场，造成场地泥泞不堪。目前采用的逆作法施工使得两墙合一，即施工时用作围护结构，同时又是地下结构的外墙。逆作法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏，为此在基坑

11、施工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力（即利用地下结构自身的桩、柱、梁、板作为支撑，同时可省去内部支撑体系），减少支护结构变形，降低造价并缩短工期，是推广应用的新技术之一。除现场浇筑的地下连续墙外，我国还进行了预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙的研究和试用。预制装配式地下连续墙墙面光滑，由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工速度。而预应力地下连续墙则可提高围护墙的刚度达 30%以上，可减薄墙厚，减少内支撑数量，由于曲线布筋张拉后产生反拱作用，可减少围护结构变形，消除裂缝，从而提高抗渗性。这两种方法已经在工程中试用， 并取得较好的社会效益和经济效益。2.5 土钉支护土钉支护是用于土

12、体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用。土钉支护的使用要求土体具有临时自稳能力，以便给出一定时间施工土钉墙，因此对土钉墙适用的地质条件应加以限制。建筑基坑支护技术规程（JGJ12021999）规定了土钉墙适用于二、三级基坑、非软土场地、基坑深度不宜大于 12m。土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低， 与其他桩墙支护相比，工期可缩短 50%以上，节约造价 60%左右；而且土钉支护可以紧贴已有建筑物施工，从而省出桩体或墙体所占用的地面。但从许多工程经验看，土钉墙的破坏几乎均是由于水的作用， 水使土钉墙产生软化，引起整体或局部破坏，因此规定采用土

13、钉墙工程必须做好降水，且其不宜作为挡水结构。土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件。通常采用钻孔，放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成、它依靠与土体之间的粘结力或摩擦力，在土体发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。由于随挖随支，能有效地保持土体强度，减少土体的扰动。20 世纪 90 年代以后，土钉墙技术开始应用于东南沿海一带，但该地区地质条件属于以淤泥及淤泥质土为主的软土带，为适应这一特性，发展了复合土钉支护技术。加筋水泥土墙是在水泥土桩中插入 H 形钢（拉森板桩、钢管等）组成的。由 H 形钢承受侧向荷载，而水泥土则具有良好的抗渗性能， 因此加筋

14、水泥土墙具有良好的挡土和止水抗渗效应。水泥土桩和 H 形钢的组成形式一般有 2 种，而且水泥土桩中插入 H 形钢，设置支撑也十分方便。施工时为使H 形钢可凭借自重顺利下沉至指定标高，水泥土桩施工一般采用三轴型全深搅拌的深层搅拌机，且需提高水泥掺入比。2.6 选用排桩支护原因1. 灌注桩施工简便，可用机械钻（冲）孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低。2. 灌注桩围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力（承受侧压），这时在桩与主体之间通常不设拉结筋，并用防水层隔开。3. 支锚式柱列桩适合于一、二级基坑工程。一般

15、来说，当基坑深h=8m14m，周围环境要求不十分严格时，多考虑采用排桩支护。4. 当周围环境保护要求严格时，为减少排桩的变形，在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域，用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少支护结构的变形。3. 设计计算3.1 确定尺寸地质条件表 2-1土层编号土名天然重度r(kN/m3)C(kPa)度深度6素填土17.51380.557粉质黏土19.0201238粉质粘土夹粉土19.2211359细砂20.0026610圆砾18.00388基坑深度为：9+33/100=9.33 m，地面有堆载：大小为 25+33=58kPa， 作用距离基坑：0.5+0

16、.33=0.83m， 作用宽度为：10+33/5=16.6m，地下水位起始点：0.55（m）图 3-1 地面堆载图地面堆载s=q1b0b0 + 2b1=5816.6 16.6 + 2 0.83= 52.7kpa3.2 土压力计算3.2.1 不考虑渗流土压力计算ka = tan2(45 - j)2kp = tan（245 + j）2ka= tan(45 - j)2ka1ka1 = 0.76ka 2ka2 = 0.66ka 3ka3 = 0.63ka 4ka4 = 0.39ka 5ka5 = 0.24kp 4kp 4 = 2.56kp5kp5 = 4.2kp= 0.87= 0.81= 0.79=

17、0.62= 0.49= 1.6= 2.05= tan（45 + j）2（1）第一层：素填土（00.55）上sa1 = -213 0.87 = -22.67kpa 0下sa1 = 17.5 0.55 0.76 - 213 0.87 = -15.4kpa 0（2）第二层：粉质粘土（0.553.55）sa 2上 = 17.5 0.55 0.66 - 2 20 0.81 = -26.14kpa 5m297.6 -193.88h +193.8利用结构力学求解器的sp = 561.08kpa2 561.0818（4.2 - 0.24）t = 3.97mh = 7.86 + 3.97 = 11.831m方便

18、施工，安全考虑取 12.5m。i =9.339.33 + 2 12.5= 0.273.4 土压力修正3.4.1 主动土压力修正（1）第四层：细砂sa 4上 =（17.5 0.55 + 9 3 + 5 9.2 + 52.7） 0.39 + 80 = 132.78kpar4 + irw = 10 + 0.27 10 = 12.7sa 4下 =（17.5 0.55 + 9 3 + 5 9.2 +12.7 6 + 52.7） 0.39+10 14 = 222.5kpa（2）第五层：圆砾sa 5下 =（17.5 0.55 + 9 3 + 5 9.2 +12.7 6 + 52.7） 0.24+10 14

19、= 190.77kpasa 5下 =（17.5 0.55 + 9 3 + 5 9.2 +12.7 6 + 7.2810.7 + 52.7 0.24 +10 21.28 = 282.26kpa3.4.2 被动土压力修正4 第四层：细砂sp 4 上 = 0sp 4上 =（10 - 0.27 10） 5.22 2.56 +10 5.22 = 149.75kpa5 第五层：圆砾sp5上 =（10 - 0.27 10） 5.22 4.2 + 5.22 10 = 212.25kpasp5下 =（ 10 - 0.27 10） 5.22 +（8 - 0.27 10） 7.28 4.2+12.510 = 447

20、.1kpa图 2-土压力修正图4. 抗隆起稳定性验算4.1 主动土压力合力Ea1 = 10.3 2.72 + 0.5 35.96 2.72 = 28.02 + 48.91 = 76.93KN / mEa2 = 41.8 5 + 0.5 60.52 5 = 209 +151.3 = 360.3KN / mEa 3 = 132.78 6 + 0.5 89.72 6 = 796.68 + 269.16 = 1065.84KN / mEa 4 = 190.77 7.28 + 0.5 91.49 7.28= 1388.81+ 333.02 = 1721.83KN / mEa = 76.93 + 360.

21、3 +1065.84 +1721.83 = 3224.9KN / m4.2 主动土压力作用点位置ha1 = 28.02（2.72 / 2 +18.28）+ 48.91（2.72 / 3 +18.28）/ 3224.9=（550.31+ 938.42）/ 3224.9 = 0.462mha2 = 209（5 / 2 +13.28）+151.3（5 / 3 +13.28）=（4576.2 + 2261.43）/ 3224.9 = 2.121mha3 = 796.68（6 / 2 + 7.28）+ 269.16（6 / 3 + 7.28）/ 3224.9= (8189.87 + 2501.89) /

22、 3224.9 = 3.325mha4 = 1388.81 3.64）+ 333.02 7.28 / 3/ 3224.9=（5055.27 + 808.13）/ 3224.9 = 1.82mha = 0.462 + 2.121+ 3.325 +1.82 = 7.728m Ep1 = 149.75 5.22 0.5 = 390.85KN / m Ep2 = 212.25 7.28 + 234.85 7.28 0.5= 1545.18 + 854.85 = 2400.03KN / mEp = Ep1+ Ep2 = 390.85 + 2400.03 = 2790.88KN/m4.3 被动土压力作用点

23、hp1 = 390.85（5.22 / 3 + 7.28）/ 2790.88 = 1.26mhp 2 = (1545.18 7.28 / 2 + 854.85 7.28 / 3) / 2790.88= (5624.46 + 2074.44) / 2790.88 = 2.76mhp = 1.26 + 2.76 = 4.02m支撑位于地下标高-5m 处hp2 = 21.83 - 4.5 - 4.02 = 13.31mha2 = 21.83 - 4.5 - 7.73 = 9.6mEpkhp2 Eakha2= 2790.8813.31 = 1.22 1.2 3224.9 9.65. 理正建模5.1 基

24、本信息5.2 土层信息5.3 支锚信息5.4 工况信息6. 抗倾覆稳定性验算抗倾覆安全系数:M pK s = MaMp被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。Ma主动土压力对桩底的倾覆弯矩。注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。工况1：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑0.000-42326.457 + 0.000K s =23293.028工况2：Ks = 1.817 = 1.200, 满足规范要求。序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m) 1内撑2000.00

25、0-42326.457 + 34660.000K s =23293.028工况3：Ks = 3.305 = 1.200, 满足规范要求。序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m) 1内撑2000.000-14379.949 + 34660.000K s =23293.028Ks = 2.105 = 1.200, 满足规范要求。安全系数最小的工况号：工况1。最小安全Ks = 1.817 = 1.200, 满足规范要求。工况号工况类型深度(m)Ks1开挖0.0001.817 = 1.200, 满足规范要求2加撑5.000Ks = 3.305 = 1.200, 满足规范要求3开挖9.330K

26、s = 2.105 = 1.200, 满足规范要求7. 整体稳定验算1) 从支护底部开始，逐层验算抗隆起稳定性，结果如下：g m2 l d N q + c N cK s = gNq=(m1 ( h + l dtan45 o() + q 0+2j ) K hee ptan j)2N c = ( N q - 1)1tan j支护底部，验算抗隆起：Ks = 24.570 1.600，抗隆起稳定性满足。深度22.550处，验算抗隆起：Ks = 25.225 1.600，抗隆起稳定性满足。2) 坑底抗隆起按以最下层支点为转动轴心的圆弧条分法计算，结果如下：( c i l i + ( q i b i +

27、D G i( q i b i + D G i)cos q i tan j i)sin q i) K RLKs = 3.274 1.900，坑底抗隆起稳定性满足8. 排桩计算灌 注 排 桩 的 直 径 设 计 为 0.8m ， 混 凝 土 采 用 C30 ， 主 筋 采 用 HRB400 ，ctf = 23.1N / mm2f = 1.89N / mm2f = 360N / mm2，f = 360N / mm2构造筋采用 HRB400，混凝土保护层yy= ass厚度 c=50mm，取a= c + 20 = 70mm ，z = 0.518 ，受弯构件强度安全系数 K=1.4，h0 = 800 -

28、70 = 730mm ，由内力计算桩内侧最大弯矩为 M Max =1223.1kN m ， 外侧最大弯矩 M Max =482.18kN m ， 最大剪力VMax =468.18kN 。8.1 计算配筋8.1.1 开挖面配筋aKM1.4 1223.10 106s = af bh2 = 1.0 23.1800 7302 = 0.1741 c01- 2asz = 1-= 1-1- 2 0.174= 0.193sA = a1fczbh0 = 1.0 23.1 0.193800 730 = 7232.4mm2fy360s配 1922， A = 7235mm2验算配筋率：r= As =7235= 1.2

29、4% r= 0.24% ，满足配筋要求。bh0800 7308.1.2 桩背面配筋minaKM1.4 468.18106s = af bh2 = 1.0 23.1800 7302 = 0.0671 c01- 2asz = 1-= 1-1- 2 0.067= 0.069sA = a1fczbh0 = 1.0 23.1 0.069 800 730 = 2585.66mm2fy360，s配 625A = 2644.8mm2验算配筋率:r= As =2644= 0.45% r= 0.24%bh0800 730min满足要求。8.2 截面承载力验算f A - f A360 (7235 - 2644)C=

30、 ysys = 89.44mma1fc b1.0 23.1800z = C = 89.44 = 0.12 1223.1kN m截面承载力满足设计要求。8.3 构造配筋ss。采用 HRB335 钢筋进行构造配筋，配置水平拉筋F12200 ，A = 565mm2 ；拉结筋采用 HPB300 钢筋， 配置F6100 ， A = 283mm29. 内支撑设计支撑采用钢圆管支撑。撑轴力为 N2 = 1075.03kN ，为压力。采用F609 16 的钢管作为内支撑，且在内部设立中柱，防止发生过大的挠曲变形，实际的跨度变为 9m，由GB50017-2013钢结构设计规范已知，钢管长度计算系数设计值为 0.

31、8，所以计算跨度l0 = 0.8，l = 0.8 9 = 7.2m 。 （F609 16 钢管相关设计参数：截面积：A = p 6092 4- 5772）= 29807.43mm2惯性矩： I =p（D3 - d4 ) 64= p 6094 - (609 - 2 16)4 64= 1311.17 106mm4截面模量：W =p（D3 - d3）= 32p（6093 - 5773）=3315.07 10332mm3IA1311.17 10629807.43转动半径： i = 209.73mm查表的F609 16 钢管支撑每米自重为：m = 0.02466 16 （609 -16）= 236kg

32、/ m，q = mg = 234 10 1000 = 2.34kN / m自重引起的端部弯矩： M= 1 ql2 = 1 2.34 7.22 = 10.11kN m1508偏心距： e = 2 l0 = 2 7.2 = 0.0144m 10001000M 2 = N2 e = 1075.03 0.0144 = 15.48kN m，M = M1 + M 2 = 25.58kN mx= M A =N W25.58106 29807.43 =1075.03103 3315.020.214l= l0 =7200= 34.33 l = 150 ，满足刚度要求；i209.73根据细长比l= 34.33 ，

33、截面种类为 b 类，查表得j= 0.906N =1075.13 103=fA0.906 29807.4343.58kNf215kN ，满足整体稳定性要求。附录 支护方案 - 排桩支护- 基本信息 -规范与规程建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012内力计算方法增量法支护结构安全等级二级支护结构重要性系数01.00基坑深度H(m)9.330嵌固深度(m)12.500桩顶标高(m)0.000桩材料类型钢筋混凝土混凝土强度等级C30桩截面类型圆形桩直径(m)0.800桩间距(m)1.000有无冠梁有冠梁宽度(m)0.800冠梁高度(m)1.00029水平侧向刚度(MN/m)50.000放坡级数0超载个数1支护结构上的水平集中力0- 超载信息 -超载序号类型超载值(kPa,kN/m)作用深度(m)作用宽度(m)距坑边距(m)形式长度(m)158.0000.00016.6000.830条形- 附加水平力信息 -水平力序号作用类型水平力值(kN)作用深度(m)是否参与倾覆稳定是否参与整体稳定-