2 排桩加双层锚杆支护结构设计

排桩加双层锚杆支护结构设计

2.1工程概况

某工程，主楼为14层，高度为46m;裙楼为6层，均采用框架结构，建筑面积36000m。主楼地下2层，裙楼地下1层，筏板基础。基坑最大开挖深度为8m。该工程南侧距道路12m，西侧紧邻某5层住宅楼，基坑距建筑物外墙最远处为19m，最近处为14m;距建筑物外侧围墙最远处为12m，且该住宅楼北侧有一平房距基坑仅为8m(图1)。基坑开挖深度为8m。基坑安全等级按二级考虑，基坑周围地表均布荷载按25kPa考虑。距支护桩外侧距离为

2a?1m,b1?1m。

2.2 设计依据

（1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012） （2）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2012） （3）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2012） （4）《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）

2.3 工程地质及水文地质条件分析

2.3.1工程地质

该场地地层自上而下依次为:①杂填土:成分为粉质粘土、灰渣及碎砖、瓦片等，结构松散;②粉质粘土:灰黑色，软塑~流塑，饱和;③粘土:棕红~褐色，可塑~硬塑;④残积土:灰绿色，可塑~硬塑，中密，很湿，为闪长岩风化。

2.3.2 土层物理性质指标

表1 土层主要物理力学指标

土层 ① ② ② ① 土层名称 填土 粉质粘土 粘土 残积土 h?m? 2 2+0.1*8= 2.8 2+0.1*10=3 10 ?(kN/m3) 18.0 17.4 18.8 17.3 Es(MPa) c?kPa? ??o? 12 8.0 9.5 7.4 9.2 1.3 9.7 5.7 7 30 21.4 2.3.3 地下水

地下水位高:地下水位距天然地坪仅为1. 4m，且基坑要经过整个雨季后才能回填。

2.4 方案选择

根据场地的工程地质和水文地质条件，最后决定采用深层搅拌桩作为帷幕隔水．基坑支护结构的类型应根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质条件与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件综合考虑。桩锚支护课用于不同深度的基坑边坡，支护体系不占用基坑边坡范围内的空间。考虑到本工程周边场地较为广阔，土质也较好，土层锚杆抗拔力较大，具有应有土层锚杆的条件，采用桩锚支护。支护桩桩顶在自然地面以下1m，第一排锚杆设在地面下3m，第二排锚杆设在地面下6m，水平距离为1.5m，两排锚杆上下错开。

2.5 支护结构设计计算过程

（1）支护结构受力计算（采用等值梁法逐层计算，包括锚固力、桩的嵌固深度、桩长、最大弯矩值及其作用点位置）；

（2）锚杆设计计算（包括：确定锚杆的层数、间距、倾角、计算锚杆的轴力、以及锚杆长度和端面尺寸等）。 （3）桩身配筋计算；

按照超载作用下水土压力计算的方法，根据朗肯土压力计算理论计算土的侧向

压力，计算时不考虑支护桩与土体的摩擦作用。地下水以上的土体不考虑水的作用， 地下水以下的土层根据土层的性质差异需考虑地下水的作用。 土层水平荷载计算依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-2012 主动土压力计算

1）对于地下水位以上或水土合算的土层

pak??akKa,i?2ciKa,i （3.4.2-1）

Ka,i?tan2(45???i2) (3.4.2-2)

ppk??pkKp,i?2ciKp,i （3.4.2-3）

(3.4.2-4) 式中： pak──支护结构外侧，第i层土中计算点的主动土压力强度标准值

(kPa)；当 pak<0时，应取pak＝0；

σak、σpk──Kp,i?tan2(45???i2)分别为支护结构外侧、内侧计算点的

土中竖向应力标准值(kPa)，按本规程第3.4.5条的规定计算；

Ka，i、Kp，i──分别为第i层土的主动土压力系数、被动土压力系数；

ci、?i──第i层土的粘聚力(kPa)、内摩擦角(°)；按本规程第3.1.14

条的规定取值；

ppk──支护结构内侧，第i层土中计算点的被动土压力强度标准值

(kPa)。

主动及被动土压力系数表

土厚度层 （m） 1 2 3 4 2 2.8 3 10 ?iKai?tan(45?)2 2?Kai 0.87 0.85 0.88 0.85 Kpi?tan(45?1.32 1.40 1.30 1.38 2??i2 1.15 1.18 1.14 1.17 )Kpi ??o? 0.76 0.72 0.77 0.72 8.0 9.5 7.4 9.2 注：此设计的土层厚度由工程地质剖面图得到

（1） 人工填土层（2m）

?1?18KN/m2,C1?12KPa,?1?80,Ka1?0.76,Ka1?0.87

基坑外侧竖向应力标准值：

?1k??rk??ok?q0?25KN/m2 ?a?1k??1h1?25?18?2?61KN/m2水平荷载?a1k??rk??ok?q0??1h1??a标准值：

?1k??a0kKa1?2C1Ka1?25?0.76?2?12?0.87??1.88KN/m2 ea?1k计算结果小于0，取ea?1k=0 eaea1k??a1kKa1?2C1Ka1?133?0.76?2?12?0.87?80.2KN/m2

水平合力：

Ea1?11?1k?ea1k)?h1?(0?80.2)?2?80.2KN/m (ea22水平荷载作用点离该土层底端的距离：

Z1?h1?0.7m 3（2） 淤泥质粉质粘土土层（2.8m）

?2?17.4KN/m2,C2?7KPa,?2?9.50,Ka2?0.72,Ka2?0.85

基坑外侧竖向应力标准值：

?2k??a1k?133KN/m2?a?a2k??rk??0k??a1k?q0?133?17.4?2.8?181.72KN/m2

水平荷载标准值：

?2k??a?2kKa2?2C2Ka2?133?0.72?2?7?0.85?83.86KN/m2ea

ea2k??a2kKa2?2C2Ka2?181.72?0.72?2?7?0.85?118.94KN/m2 水平荷载：

Ea2?11?1k?ea2k)?h2?(83.86?118.94)?1?110.4KN/m (ea22水平荷载作用点离该土层底端的距离：

Z2???eh22ea2.82?83.86?118.94.2ka2k?.?114.20m ?3ea2k?ea2k383.86?118.94(3)粘土层(3m)

粘土层(3m)分成两部分（开挖面以上2m和开挖面下1m）

1)按照规范：基坑开挖位于地下水位

对于粉土及粘土：eajk??ajkKai?2CikKai

?ajk??rk??q ?rk??mjZj

?mj深度Zj以上土的加权平均天然重度；

求得?mj?18.1KN/m2?ajk?187.9KN/M 开挖面以下（１ｍ）

Ea3?11?3k?ea3k)?h3?(91.96?91.96)?1?91.96KN/m (ea22开挖面以上（２ｍ）

?3?18.8KN/m2,C3?30KPa,?3?7.40,Ka3?0.77,Ka3?0.88

基坑外侧竖向应力标准值：

?3k??a2k?150.4KN/m2?a?a3k??rk??0k??a2k??3h3?150.4?18.8?2?188KN/m2

水平荷载标准值：

?3k??a?3kKa3?2C3Ka3?150.4?0.77?2?30?0.88?63.008KN/m2eaea3k??a3kKa3?2C3Ka3?188?0.77?2?30?0.88?91.96KN/m2

水平荷载：

Ea3?11?3k?ea3k)?h3?(63.01?91.96)?2?154.97KN/m (ea22水平荷载作用点离该土层底端的距离：

Z3?

h33.?3k?ea3k2ea22?63.01?91.96?.?0.94m

?3k?ea3kea363.01?91.96（4）残积土层（１０ｍ）

?4?17.3KN/m2,C4?21.4KPa,?4?9.20,Ka4?0.72,Ka4?0.85

基坑外侧竖向应力标准值：

?4k??a3k?188KN/m2 ?a?a4k?188KN/m2

水平荷载标准值：

?4k??a?4kKa4?2C4Ka4?188?0.72?2?21.4?0.85?98.98KN/m2eaea4k??a4kKa4?2C4Ka4?188?0.72?2?21.4?0.85?98.98KN/m2 水平荷载：

Ea4?11?4k?ea4k)?h4?(98.98?98.98)?10?989.8KN/m (ea22水平荷载作用点离该土层底端的距离：

Z4?5m

水平抗力计算

基坑底面以下水平抗力计算的土层为：第３层土（粘土层１m）、第４层土（残

积土层１０m）。

计算依据和计算公式：

土层水平抗力计算依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 （1）基坑内侧水平抗力标准值epjk按下列规定计算：

1）对于碎石土及砂土,基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：

eajk??ajkKai?2CikKai?(zj?hwp)(1?Kpi)?w

式中 ?pjk——作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值；

Kpi——第i层土的被动土压力系数。

2）对于粉土及粘性土，基坑内侧水平抗力标准值按下列规定计算：

ePjk??PjkKPi?2CikKPi

（2）作用与基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值?ajk按下式计算：

?pjk??mjzj

式中?mj——深度zj以上土的加权平均天然重度。 （3）第i层土的被动土压力系数Kpi应按下式计算

Kpi?tan2(450??ik2)

（4）第i层土的水平抗力Ep为：

Epi?1(e?pik?epik)hish 2式中 e?pik——第i层土土层顶部的水平抗力标准值；

epik——第i层土土层底部的水平抗力标准值；

hi ——第i层土的厚度；

sh ——预应力锚索的水平间距。

各层土水平抗力计算

（1）粘土层（１ｍ）

h3k?1m,?3K?18.8KN/m2,C3K?30KPa,?3K?7.40,Kp3?1.30,KP3?1.14

作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值：

?3K?0KN/m2?P?p3k??3kh3k?18.8?1?18.8KN/m2水平抗力标准值：

?3k??p?3kKp3?2C3kKp3?2?30?1.14?68.4KN/m2 epep3k??p3kKp3?2C3kKP3?18.8?1.30?2?30?1.14?92.84KN/m2

水平抗力：

Ep3?11?3?ep3)h3k?(68.4?92.84)?1?80.62KN/m (ep22水平抗力离该土层底端的距离：

Z3K?h3K3.?3k?eP3k2eP12?68.4?92.84?.?0.47m

?3k?eP3keP368.4?92.84（2）残积土层（１０ｍ）

h4k?10m,?4K?17.3KN/m2,C4K?21.4KPa,?5K?9.20,Kp4?1.38,KP4?1.17作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值：

?4K?18.8KN/m2,?p4k??p3k??4kh4k?18.8?17.3?10?191.8KN/m2 ?P

水平抗力标准值：

?4k??p?4kKp4?2C4kKp4?18.8?1.38?2?21.4?1.17?76.02KN/m2 epep4k??p4kKp4?2C4kKP4?191.8?1.38?2?21.4?1.17?314.76KN/m2

水平抗力：

Ep5?11?4?ep4)h4k?(76.02?314.76)?10?1953.9KN/m (ep22水平抗力离该土层底端的距离：

Z5K?h4K?4K?eP4k2eP102?76.02?314.76.?.?3.98m ?4k?eP4k3eP376.02?314.76由以上计算步骤可得K12的水平荷载、水平抗力如下图所示

支点力计算

（1）计算基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离hc1： 基坑底面水平荷载标准值：ea=９１．９６KN/m 由

ea1k?ep1k 可得：

９１．９６=６８．４+（９２．８４-６８．４）/１?hc1 求得：hc1?0.964m

（2）计算支点力Tc1：

计算设定弯矩零点以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和?Eac： 其中，设定弯矩零点位置以上第4层土的水平荷载

??e)?hEa4c?1(ea24ca

1?(48.79?71.01)?2.3?137.77KN/m2

其作用点离设定弯矩零点的距离：

ha4c?2.3?0.1932?48.79?71.01.?1.168m

348.79?71.01Ea4=71.01?0.193=13.71KN

嵌固深度验算

验算准则为：

hp?Ep?Tc1(ht1?hd)?1.2?0ha?Ea?0，则嵌固深度设计符合基坑的

受力要求。

①基坑外侧水平荷载标准值合力之和?Eai：

?Ea?Eaq?Ea2?Ea3?Ea4?Ea5?Ea6

?104.27?69.75?87.05?137.77?35.51?203.78?36?674.13KN/m

各土层水平荷载距离桩底面的距离为：

ha1?16.8?h1?z1?16.6?3.6?1.212?14.412mha2?12.735m,ha3?11.086m,ha4?8.879mha4'?7.55mha5?5.15m,ha6?1.5m

?Ea的作用点距离桩底的距离ha：

Ea1ha1?Ea2ha2?...?Ea6ha6?Eaha??104.27?14.412?69.75?12.735?87.05?11.086?.....?203.78?5.15?36?1.5

674.13?8.83m

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