基坑主体部分定稿计算书

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毕 业 设 计（论文）

题 目:苏州高新技术创业楼基坑支护结构设计 英文题目:The Design of Deep Foundation Pit Bracing

for The Start-up Building Located in Suzhou Hi-tech Industrial Zones

学生姓名: 朱小云 学 号: 04114322 指导教师: 侯龙清 专 业: 土木工程

二 零 零 八 年 六 月

东华理工大学毕业设计(论文) 摘要

摘 要

拟建中的苏州高新技术创业楼位于苏州新区，西邻珠江路，北邻竹园路，场地以北为已建一期工程。由苏州高新技术创业中心投资建设，由4幢高层及裙房，附带下沉式广场及餐饮娱乐设施组成，场地下均设有两层地下室相连通，为框剪和框架结构。建筑场地地表绝对标高在+2.48m和+3.85m之间，以1985国家高程基准为准。基坑实际开挖深度分布：北侧约7.5m，西侧及南侧、东侧均为10m。基坑开挖深度在7.00m-9.00m之间。

结合本工程地质、环境、挖深等诸多因素确定安全可靠的支护方案；为基坑土方

开挖和地下室施工创造一个安全干燥的施工环境；考虑到邻近坑边有建筑和道路（下设有水、电、气等管线），为确保安全，以“变形”控制设计。

本着“安全可靠、经济合理、技术可行、施工方便”原则，整个基坑采用一排钻孔灌注桩作挡土结构, 锚杆支撑(局部地段采用钢管竖向斜撑)作为支撑结构体系。基坑四周采用深层搅拌桩作止水帷幕。基坑内采用轻型井点降水+集水坑排水。

关键词：深基坑; 支护结构; 挡土结构; 锚杆支撑; 钢管支撑; 钻孔灌注桩

东华理工大学毕业设计(论文) Abstract

Abstract

The Hightechnical building in New district is located in SuZhou city,in the western of ZhuJiang Road and north behind ZhuYuan Road,closed with Previous Project One.The contractor,Hightechnical Development Center of Suzhou,do the construction ,consisted by 4 tall buildings and annexs,sinked plaza and catering entertainment facilities,including 2 basements,classified as frame and shearing wall construction. The average level of the construction for ?0.00, absolute level is +2.48m–+3.85 meters,according to the National 1985 regulations. The depth of excavation is between 7-9 meters.

Considering of the geologic environment, excavation depth of the foundation pit, to create an safe and dry surroundings for the earth work and basement, we carry out the design in control of displacement deformation, in order to keep main traffic roads and buildings safe and to protect pipelines of water, electricity and coal gas below the surface well.

According with fundamental technical standard, approaching safe reliability, the economical-reasonable and convenient construction and guaranteeing project time limit，we use nondisplacement piles as retaining structure, anchor rod bracing and inclined steel pipe bracing concrete bracing as bracing structures.Around the foundation pit, we use deep churning piles as detaining water pile construct enclosed cut off trench. With the purpose of dewatering, we use sump and well point .

Key words: Foundation pit; Bracing structure; Retaining structure; Anchor Rod bracing ; Steel Pipe bracing; Nondisplacement pile

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目 录

绪 论 .................................................................... 1 1 基坑基本概况 ........................................................... 2 1.1 基坑工程概况 ......................................................... 2 1.1.1 工程概况 ........................................................... 2 1.1.2 周边环境 ........................................................... 2 1.2 地质条件 ............................................................. 2 1.2.1 工程地质条件 ....................................................... 2 1.2.2 水文地质条件 ....................................................... 4 2 基坑支护方案选择 ....................................................... 5 2.1 基坑支护设计基本要求 ................................................. 5 2.2 基坑支护方案选择 ..................................................... 5 2.2 计算方案 ............................................................. 6 3 基坑降止水设计 ........................................................ 13 3.1 基坑止水计算 ........................................................ 13 3.1.1 西侧挖深7.5米抗管涌计算 .......................................... 13 3.1.2 北侧挖深7.0米抗管涌计算 .......................................... 14 3.1.3 南侧挖深9.0米抗管涌计算 .......................................... 14 3.2 基坑降水计算 ........................................................ 14 3.2.1 降水井型 .......................................................... 14 3.2.2 井点埋深 .......................................................... 14 3.2.3 环形井点引用半径 .................................................. 15 3.2.4 井点抽水影响半径 .................................................. 15 3.2.6 基坑单井出水量计算 ................................................ 17 3.2.7 基坑单井数量和井间距确定 .......................................... 17 3.2.8 基坑单井数量复核验算 .............................................. 17 3.2.9 基坑井降水深度验算 ................................................ 18 4 基坑支护设计 ......................................................... 19 4.1 基坑支护方案设计参数说明 ............................................ 19 4.1.1 地质力学指标参数 .................................................. 19

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4.1.2 基坑实际挖深 ...................................................... 19 4.1.3 地面堆载Q取值 .................................................... 20 4.1.4 计算方法 .......................................................... 20 4.1.5 土压力 ............................................................ 20 4.1.6 计算模式 .......................................................... 20 4.1.7 标高规定 .......................................................... 20 4.1.8 有关设计参数确定 .................................................. 20 4.1.9 设计水位确定 ...................................................... 20 4.2 西侧AB段和东侧DE段基坑支护结构计算 ................................ 20 4.2.1 土层厚度 .......................................................... 20 4.2.2 土压力强度 ........................................................ 21 4.2.3 桩锚支撑布置 ...................................................... 23 4.2.4 支撑反力计算和桩的配筋计算： ...................................... 24 4.2.5 锚杆计算 .......................................................... 28 4.2.6 桩顶圈梁和锚座腰梁设计 ............................................ 30 4.2.7 变形控制验算 ...................................................... 30 4.3 南侧BCD段支护结构计算 .............................................. 40 4.3.1设计参数说明 ....................................................... 40 4.3.2 土压力强度计算 .................................................... 40 4.3.3 桩锚支撑布置 ...................................................... 42 4.3.4 支撑反力计算和桩的配筋计算 ........................................ 43 4.3.5 锚杆计算 .......................................................... 49 4.3.6构件变形计算 ....................................................... 52 4.3.7 圈梁和锚座腰梁的构造计算 .......................................... 52 4.4 北侧EF段和FGA段基坑支护结构计算 ................................... 53 4.4.1 设计参数说明 ...................................................... 53 4.4.2.土压力强度计算 .................................................... 54 4.4.3 EF段，FGA段桩圈梁和竖向斜支撑的布置 .............................. 58 4.4.4 EF段支撑反力计算和桩的内力计算 .................................... 58 4.4.5 FGA段支撑反力计算和桩的内力计算 ................................... 60 4.4.6 各区段圈梁和竖向斜撑的计算 ........................................ 61 5 基坑稳定性验算 ........................................................ 66

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5.1 EF段稳定性验算 ...................................................... 61 5.1.1 EF段工程概况 ...................................................... 61 5.1.2 条分法计算EF段竖向斜撑预留土坡的稳定性 ........................... 61 5.1.3 确定滑弧圆心范围 .................................................. 61 5.1.4 确定滑弧半径范围 .................................................. 61 5.1.5 将土坡条分 ........................................................ 61 5.1.6 计算条分法中的各种计算参数 ........................................ 61 5.2 AB,DE段稳定性验算 ................................................... 62 5.2.1 AB,DE段工程概况 ................................................... 63 5.2.2 地质条件 .......................................................... 63 5.2.3 工况 .............................................................. 64 5.2.4 计算 .............................................................. 65 5.3 BCD段稳定性验算 ..................................................... 67 5.3.1 工程概况 .......................................................... 67 5.3.2 地质条件 .......................................................... 68 5.3.3 工况 .............................................................. 68 5.3.4 计算 .............................................................. 69 5.4 FGA段稳定性验算 ..................................................... 71 5.4.1 FGA段工程概况 ..................................................... 71 5.4.2 地质条件 .......................................................... 72 5.4.3 工况 .............................................................. 73 5.4.4 计算 .............................................................. 73 6 基坑施工及监测要求 .................................................... 76 6.1 基坑监测方案 ........................................................ 76 6.2 监测内容 ............................................................ 76 6.3 监测的控制要求 ...................................................... 76 6.4 基坑土方开挖技术要求 ................................................ 76 6.5 基坑开挖过程中的施工措施与应急措施 .................................. 77 7 工程设计结束语及建议 .................................................. 78 7.1 支挡结构背侧,坑底土体的加固,坡面保护措施 ............................ 78 7.2 基坑转角的保护措施 .................................................. 78 结 束 语 ................................................................ 79

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致 谢 ................................................................ 80 参考文献 ................................................................ 81

东华理工大学毕业设计(论文) 绪论

绪 论

深基坑的支护体系由两部分组成，一是围护壁，二是基坑内的支撑系统。为施工需要而构筑的深基坑各类支撑系统，既要轻巧又需有足够的强度、刚度和稳定性，以保证施工的安全、经济和方便，因此支撑结构的设计是目前施工方案设计的一项十分重要的内容。

在深基坑的支护结构中，常用的支撑系统按其材料分可以有钢管支撑、型钢支撑，钢筋混凝土支撑，钢和钢筋混凝土组合支撑等种类；按其受力形式分可以有单跨压杆式支撑，多跨压杆式支撑，双向多跨压杆支撑，水平桁架相结合的支撑，斜撑等类型。

这些支撑系统在实践中有各自的特点和不足之处，以其材料种类分析，钢支撑便于安装和拆除，材料消耗量小，可以施加预紧力以合理控制基坑变形，钢支撑架设速度较快，有利于缩短工期。但是钢支撑系统的整体刚度较弱，由于要在两个方向上施加预紧力，所以纵横杆之间的联结始终处于铰接状态。

钢筋混凝土支撑结构的整体刚度好，变形小，安全可靠，施工制作时间长于钢支撑，但拆除工作比较繁重，材料回收利用率低，钢筋混凝土支撑因其现场浇筑的可行性和高可靠度而在目前国内被广泛的使用。

深度，取决于土层的透水性，要防止出现管涌、流砂等问题。

综合各种支撑方案，本案例参考勘察资料首先排除了悬臂支撑的可能性，因为该方案保证不了这么大基坑的水平向变形的稳定性，再者浪费资源，增加工程量；对于用内支撑水平式的支撑也不太现实，基坑的纵横向跨度大，将致使水平支撑在竖向产生过大的挠曲，不利于支撑的稳定和支护功能的完成，故排除在外；用土钉墙支护将使工程量烦琐和增加，且整个场地的地下水位较高，土钉本身利用不了土体的抗剪强度，故也不适合本工程。综合舍取采用基坑四周采用钻孔灌注桩加预应力拉锚杆支撑支护方案，局部地段增设竖向斜撑和深搅桩墩来加固支撑；经设计验算和电算之后，能满足几坑土方开挖，地下室结构施工和对周围环境保护的要求。

拟垂直开挖、钻孔灌注桩支护、锚杆支撑、局部地段采用竖向钢管斜撑，采用双轴深搅桩止水结构防渗。双轴深搅桩止水结构，抗渗验算计算插入深度，单支点支撑，其支撑点的具体位置，需经计算后确定；可用分段等值梁法计算钢管单支点支撑；在笔算后，可用同济启明星软件复核。

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东华理工大学毕业设计(论文) 基坑基本概况

1 基坑基本概况

1.1 基坑工程概况

1.1.1 工程概况

拟建中的苏州高新技术创业楼位于苏州新区，西邻珠江路，北邻竹园路，场地以北为已建一期工程。由苏州高新技术创业中心投资建设，由4幢高层及裙房，附带下沉式广场及餐饮娱乐设施组成，场地下均设有两层地下室相连通，为框剪和框架结构。建筑场地地表绝对标高在+2.48m–+3.85m，以1985国家高程基准为准。基坑实际开挖深度分布：北侧约7.5m，西侧及南侧、东侧均为10m。基坑周围有道路和管线分布，且部分地段有暗塘，整个基坑规模较大，长3宽约为250m3100m，该工程由中国建筑西南勘察设计研究院对场地进行勘察。 1.1.2 周边环境

基坑北侧：距离创业大厦用地红线6.0米左右，且本场地拟建下沉中庭北侧分布一条宽约20米左右，深约3.5的河塘(其位置详见勘探点平面位置图)，对基坑开挖边坡稳定将带来不利影响，是本次支护重点和难点；

基坑南侧：距离南侧已建邻厂厂房约25米；

基坑东侧：距离公寓宾馆25.0米，周围无复杂地下公用设施管线分布； 基坑西侧：距离珠江路道路红线围墙（市区交通要道，路下埋有水、电、气等管线）约20米，距离建筑用地红线不到8m，周围沿道路线均有地下管线和市政工程构筑物分布，另外该处是以后施工车辆、材料进出通道，是本次支护重点和难点。

1.2 地质条件

1.2.1 工程地质条件

据拟建场地《岩土工程勘察报告》揭示：场地地形较平坦，地面标高在+2.48m~+3.85m m之间，属长江三角洲冲、湖积平原单元，场区原为农宅，现大部已拆除。据钻探揭露，在地面下75.5m深度范围内除素填土外，其余均为第四纪滨海、河湖相沉积物，由粘性土、粉土和粉砂组成，按其工程特性，从上到下可分为9个层次，其中(4)、⑥层各分为2个亚层，⑦层分为3个亚层。支护深度影响范围内土层依次分布如下页表格1.1所示：

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1.1 地基土构成、特征一览表

土层 编号 ① 土层 名称 杂填土 土层厚度 （m） 0.6～3.8 平均厚度 (m) 1.00 土 层 描 述 杂色，表层含碎砖等建筑垃圾，下部夹淤泥质土，均匀性、密实性差，全场地分布。 灰黄色～褐黄色，可塑，含铁锰氧化物及结核，② 粘土 0.6～3.6 1.70 无摇振反应，切面光滑，干强度和韧性高，全场地分布。 ③ 粉质 粘土 粉土夹④1 粉质粘土 ④2 粉土 粉质 粘土 粉质 粘土 粉质 粘土 粉土 2.4～9.0 5.73 0.8～3.4 2.97 1.8～8.1 4.03 灰黄～兰灰色，可塑，含铁锰氧化物，无摇振反应，切面光滑，干强度和韧性中等，全场地分布。 灰色，松散，饱和，含云母，摇振反应迅速，切面粗糙，干强度低，韧性低，分布不连续，局部缺失。 灰色，中密，饱和，含云母，摇振反应迅速，切面粗糙，干强度低，韧性低，分布不连续，在本场地东侧缺失。 ⑤ 5.8～22.9 9.89 灰色，软塑～可塑，无摇振反应，切面稍光滑，干强度和韧性中等，全场地分布。 暗绿色，可塑，含铁锰氧化物，无摇振反应，切1.3～4.4 3.36 面稍光滑，干强度和韧性中等，分布不连续，局部缺失。 3.5～8.7 5.95 灰黄色，可塑，无摇振反应，切面稍光滑，干强度和韧性中等，局部缺失。 灰色，中密～密实，湿，含云母片，摇振反应迅速，切面粗糙，干强度低，韧性低，全场地分布。 灰色，可塑，湿，含云母片，无摇振反应，切面稍光滑，干强度和韧性中等，全场地分布。 灰色，密实，湿，含云母片，摇振反应迅速，切面粗糙，韧性低，全场地分布。 灰色，可塑，无摇振反应，切面稍光滑，干强度和韧性中等，全场地分布。 ⑥1 ⑥2 ⑦1 13.2～20.6 16.75 ⑦2 粉质 粘土 粉砂 粉质 粘土 5.4～12.0 8.38 ⑦3 ⑧ 2.0～10.5 5.7～9.8 6.94 8.0

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东华理工大学毕业设计(论文) 基坑基本概况

1.2.2 水文地质条件：

根据地下水的赋存条件，将本场地浅层地下水分划为两类：

一类为孔隙潜水，赋存于第(1)层素填土中，勘察期间测得该场地初见水位埋深为2.50m～2.60m，初见水位的标高为0.10m~0.77m；稳定水位埋深为0.65m~1.15m，稳定水位的标高为1.80m~2.52m。

另一类为孔隙微承压水，主要赋存于砂性土中，对本程有影响的主要为浅部④1、④2层粉性土中，通过对钻孔J1、J4下套管止水测得钻孔浅部微承压水的稳定水位埋深为3.20～2.70米，微承压水的稳定水位标高为0.11m～0.40m。

据苏州市区域水文地质勘察资料，苏州市孔隙潜水历史最高水位为2.63米（黄海高程，下同），近3～5年最高水位约为2.50米，历史最低潜水位约为-0.21米，地下水年变幅为1.0～2.0米；近3～5年最高水位约为1.60米，历史最低水位约为0.62米；地下水年变幅约为0.80米左右。

有关基坑支护的详细设计参数如下表所示：

表1.2 基坑支护设计参数一览表

土层 编号 ② ③ ④1 ④2 ⑤ 土层 名称 粘土 粉质粘土 粉土夹粉粘 粉土 粉质 粘土 Kv （cm/s） 5.82E-07 7.77E-06 3.25E-04 8.14E-03 6.54E-06 渗透试验 KH （cm/s） 5.40E-07 6.22E-03 3.64E-04 6.36E-03 5.32E-03 固结快剪（cq） C KPa Ф (゜) 三轴剪切(uu) C KPa 39 21 Ф (゜) 1.6 2.0 19.2 18.8 18.6 18.6 18.5 0.60 0.50 0.40 0.42 0.58 重度γ 静止土压(KN/m) 力系数K0 336.8 12.1 23.3 12.2 10.3 14.3 11 25 14.5 12.7

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东华理工大学毕业设计(论文) 基坑支护方案选择

2 基坑支护方案选择

2.1 基坑支护设计基本要求

(1)基坑设计以“安全、合理、经济、便于施工”为原则，同时保证施工周期较短，结合本工程地质、环境、挖深等诸多因素；

(2)替基坑土方开挖和地下室施工创造一个安全干燥的施工条件；支护结构稳定、牢固、安全，确保地下室施工安全以及周边建筑物和道路的安全；有效止水，确保周边建筑物和道路不产生沉降；。

(3)支护结构基坑内壁与地下室基础承台边缘应留有足够的施工工作面；基坑周边有良好的围护，确保坑边行人安全；

(4)基坑支护范围不超过建设用地红线、不影响现有临时办公用房的正常使用；基坑周边排水畅通，地面雨水、污水不流入基坑；

(5)参照苏州地区以往深基坑工程成功实践经验；

(6)考虑到邻近坑边有重点保护道路及房子，为确保安全，以“位移变形”控制设计算

(7)考虑到支撑中心标高尽可能下落，以减少支护桩配筋、桩径及桩长，从而大大降低支护结构造价成本；

(8)考虑到本场地地质条件由于该场地地下水位埋深较浅，地下水较丰富，透水性大，为杜绝“侧壁流砂，坑底管涌”等不良现象出现，关键做好基坑止水，降水设计和施工；

(9)考虑到本基坑面积规模大，跨度大，不适合布置内支撑，但考虑到基坑“长边效应”，长边最大达250m,中部变形较大,所以在基坑每边中部设置竖向斜支撑，并在局部基坑地段底部设置深搅桩墩，以防止支护结构倾覆失稳。以利于基坑土方开挖和地下室结构施工。

2.2 基坑支护方案选择

依照基坑勘探点平面布置图，长宽约250m3100m，对基坑支护进行区段划分：AB以及DE段,BCD段，EF段，FGA段。各区段应根据岩土工程勘察报告的地质剖面图来进行计算和分析

综合各种支撑方案，首先排除了悬臂支撑的可能性，因为该方案保证不了这么大基坑的水平向变形的稳定性，再者浪费资源，增加工程量；

对于用内支撑水平式的支撑也不太现实，基坑的纵横向跨度大，将致使水平支撑在竖向产生过大的挠曲，不利于支撑的稳定和支护功能的完成，故排除在外；

用土钉墙支护将使工程量烦琐和增加，且整个场地的地下水位较高，土钉本身利用不了土体的抗剪强度，故也不适合本工程。

综合舍取采用基坑四周采用钻孔灌注桩加预应力拉锚杆支撑支护方案，局部地

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东华理工大学毕业设计(论文) 基坑支护方案选择

段增设竖向斜撑和深搅桩墩来加固支撑；经设计验算和电算之后，能满足几坑土方开挖，地下室结构施工和对周围环境保护的要求。

2.2 计算方案

严格按照《建筑基坑技术规范》（JGJ120－99）中的有关章节进行。土压力：采用“朗肯”土压力公式“分层”计算，基坑面下主动土压力采用“三角形”分布模式。填土和粘性土采用“水土合算”；粉砂性土采用“水土分算”，水压力计算采用“三角形”分布模式。

(1) 计算模式：采用单支点支护结构“等值梁”法计算，桩顶圈梁兼作围檩；分“各种工况”计算。因该场地土层变化较大，计算断面较多，部分区段采用同济启明星软件对支护结构的稳定性进行验算；

(2)计算断面:根据地质条件分布、周边环境及挖深不同等情况进行对应的设计； (3)计算复核:最后采用同济启明星基坑支护分析软件进行电算复核，结果基本一致；

(4)计算结果:具体参见设计图纸。

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3 基坑降止水设计

3.1 基坑止水计算

整个基坑四周采用外围“双排双轴”深搅桩形成一个三面止水帷幕。东侧可不做止水帷幕，降水和止水结合。水泥掺入比aw?15%，水灰比为0.5，Φ700@500，相邻的桩搭接200mm，其抗管涌验算为：

'kg???h'?2t/?0??w??h' 其计算简图如图4.1所示：

q-1.000m??????土层参数c,γ,ФH0.5-1.0mhd

图3.1 抗管涌计算简图

式中：

?h??降水水头差；t??桩端到坑底水头的垂直距离'?0??基坑侧壁重要性系数

3.1.1 西侧挖深7.5米抗管涌计算

考虑局部地段水位差别，取该地段的平均地下水位-1.000m，则水头差：

?h'?7.5?1?1.0?7.5m，设止水桩长为L，则t’=（L-7.5-1）m，

取?w?10KN/m3，，则可得：?'?9.0KN/m39.0??7.5??L?7.5?1?2??????2.0 kg?10.0?7.5解得出L?13.1m，取该段的止水桩长为13.5m。

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东华理工大学毕业设计(论文) 基坑支护设计

3.1.2 北侧挖深7.0米抗管涌计算

考虑局部地段水位差别，取该地段的平均地下水位-1.000m，则水头差：

?h?7.0?1?1.0?7.0m，设止水桩长为

'L，则t’=（L-7.0-1）m，

2取?w?10KN/m3，，则可得：?'?9.0KN/m39.0??7.0??L?7.0?1?????2.0 kg?10.0?7.0解得出L?10.9m，取该段的止水桩长为11m。3.1.3 南侧挖深9.0米抗管涌计算

考虑局部地段水位差别，取该地段的平均地下水位仍为-1.000m，则水头差：

?h?9.0?1?1.0?9.0m，设止水桩长为

'L，则t’=（L-9.0-1）m，

2取?w?10KN/m3，，则可得：?'?9.0KN/m39.0??9.0??L?9.0?1?????2.0 kg?10.0?9.0解得出L?15.5m，取该段的止水桩长为16m。3.2 基坑降水计算

止水设计在于防止管涌，但实际的水力渗透系数可能会随着开挖的进行而影响到水位基准面的变化，进而使实际水力剃度跟工勘报告有所变化，可能会大于临界管涌水力剃度，再加上一面流渗地下水，故需考虑降水。本次综合考虑基坑水位降深较大，约为9m；以及基坑所处土体的渗透性在0.1m/d-3m/d之间，可采用喷射井点降水方案。

3.2.1 降水井型

选6型喷射井点：外管直径为150mm，采用环形布置方案。 3.2.2 井点埋深

埋置深度须保证使地下水降到基坑底面以下，本工程案例取降到基坑面以下1.0m处。埋置深度可由下式确定：

L?H?h??h?ix??h1?r0??l

式中：L——井点管的埋置深度,m; H——基坑开挖深度,m;

h——井点管露出地面高度,m;一般可取0.2m;

?h——降水后地下水位至基坑底面的安全距离，本次可取1.0m; i——降水漏斗曲线水力坡度，本次为环状，取0.1 h1——井点管至基坑边线距离，本次取1.0m;

r0——基坑中心至基坑边线的距离，本次工程案例去最近值宽边的一半，即50m;

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东华理工大学毕业设计(论文) 基坑支护设计

l——滤管长度，本次取1.0m； 故，L=9+0.2+1+0.13(1+50)+1=16.3m.

3.2.3 环形井点引用半径

采用“大井法”，参考规范，将矩形（本案例长宽比为2.5，小于10）基坑折算成半径为x0的理想大圆井，按“大井法”计算涌水量，故本次基坑的引用半径：

x0???a?b250?100?1.13??98.875m 44式中：a,b——基坑的长度和宽度,m; η——系数，可参照下表格选取：

表3.1 系数η表

b/a η 0 1.00 0.05 1.05 0.10 1.08 0.20 1.12 0.30 1.14 0.40 1.16 0.50 1.17 0.60-1.00 1.18 3.2.4 井点抽水影响半径 由公式R?x20?2ktHwm可求得抽水影响半径。

式中：t——时间，自抽水时间算起(2-5昼夜),d；本案例取5d； m——土的给水度，按表3.2确定，本次取粉质粘土0.1;

k——土的渗透系数,(m/d); H——含水层厚度(m),本次取承压含水层

w厚度④1，④2土层厚度的总和，即为8.7m。

表3.2 土的给水度m表

土的种类 m 砾石、 卵石 0.30- 0.35 粗砂 0.25- 0.30 中砂 0.20- 0.25 细砂 0.15- 0.20 粉砂 0.10- 0.15 粉质粘土 0.10- 0.15 粘土 0.04- 0.07 泥炭 0.02- 0.05 故R?98.8752?2?2.8?5?8.7?110m.

0.13.2.5 基坑涌水量计算

(1)判断井型

由于井点管埋深为16.3m，处于⑤层粉质粘土不透水层之中，则井型可定位承压完整井，滤管处于④1，④2层含水层之间，不考虑多层承压水的情况，按单一层均化处理，则依前面所述,渗透系数k可取平均值2.8m/d。

(2)基坑稳定渗流涌水量 用公式Q1?2.73kMS来进行计算：

lg(R?x0)?lgx0式中：k——土的渗透系数,(m/d);

15

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M——总含水层厚度,m;

S——地下水水位降深,m;本次取9.0m R——抽水影响半径,m; x0——环形井点系数的引用半径, m; 可参考图3.2来进行涌水量计算：

X0RS基坑隔水层承压含水层M

图3.2 承压含水层井点降水示意图

故Q1?2.73?2.8?8.7?93?1842.7m/dlg(110?98.875)?lg98.875

(3)基坑静储水量计算

取基坑土体给水度m=0.10，故基坑总静储水量V(m3)可由下式计算：

V?Hwab?m

式中：HW ——最大水位降深,m; a,b——基坑的长度和宽度,m;

m——土的给水度，按表3.2确定，本次取粉质粘土0.1 故V?9?100?250?0.1?22500m 按预降水10d算，则平均日出水量为： Q2?V3?2250m/d 103(4)基坑总涌水量计算

Q?Q?Q?1842.7?2250?4092.7m/d

312

16

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3.2.6 基坑单井出水量计算

可采用完整承压井来计算单井出水量，公式如下：

2.73KM?Hwq?lgR?lgrw

式中：rw——水井半径，m，可取外管半径150mm 故q?2.73?2.8?8.7?9?208.9m3/d

lg110?lg0.153.2.7 基坑单井数量和井间距确定

(1)基坑井点数量计算

管井数量为n=1.23Q÷q=1.234092.7÷208.9=23.5（个）

实取30个井，其中靠近基坑北侧的暗塘宽20m处加井6口，环状布置在暗塘区域。

(1)基坑井点间距计算 井点间距： S?Lz24?8?2?100?250??29.5m

208.93.2.8 基坑单井数量复核验算

用下式计算：

1.1Qn?q??ly0? 式中n取外围井的数量，其他所有参数均同前述，不再重复。

y0对于承压完整井，可按下式计算：

y0?H'?0.366Q?1?n?1lgR??lg(n??)??xrrWw0? KM?n??式中：H'——承压水头至该含水层底板的距离，本次案例的综合承压稳定水头相对标高为-1.00m，故参照工勘报告中的土层特性参数表，取其值为14.43m，则：

y0?14.43?0.366?4092.7?1?23lg110?0.15?lg(24??0.15)??98.875???3.1m 2.8?8.724??故

1.1Q=1.134092.7÷24÷208.9 =0.9m

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3.2.9 基坑井降水深度验算

对于承压含水层：

0.366Q0?1? lgR??lg(????)??xxxxrw123n??KM?n?3

S?式中：S——基坑中心处地下水位降深值,m;

Q0——由n、y0、ψ的乘积得出的基坑抽水总流量，m/d; x1,x2,x3?,xn ——基坑中心距各井点中心的距离

由上小节可分配井点分布方案：在基坑角点想外扩展1m，形成井点轮廓，在轮廓的角点处设置四口井，其余在宽边各设置3口井：中点处一口，两边对称设置两口；长边设置7口：中点处设置一口，其余在两旁各设置3口，对称布置，则基坑井点轮廓短边处的井点距离为25.5m，宽边为31.5m。各井点中心距离基坑中心的距离可参照此方案按几何勾股定理方法确定，如下图3.3所示，在此不再累赘。

故可得出如下结论：

0.366?14129?2.8?8.71?2244444?lg(110?0.15)?lg(??????)? 12651128.55140107.48160?24??S??13.3?1.0m,可行。井21井13126m128.55m井24140m107.4m81m60m51m井1井9

图3.3 各井点中心到基坑中心的距离理想示意图

18

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4 基坑支护设计

4.1 基坑支护方案设计参数说明

4.1.1 地质力学指标参数

见如下表格：

表4.1 地基地质力学指标参数表

土 层 r KN/m3 17.5 19.2 C/Kpa υ/度 Ka Ka Kp Kp 备注 ①杂填土 ②粘土 5.0 20.0 15 10.3 10 25 20.0 12.1 12.2 14.3 15 12.7 0.49 0.65 0.65 0.60 0.59 0.64 0.70 0.81 0.81 0.78 0.77 0.80 2.04 1.53 1.54 1.66 1.70 1.55 1.43 1.24 1.24 1.29 1.30 1.25 合算 合算 合算 合算 合算 合算 ③粉质粘土 18.8 ④1粉土 夹粉质粘土 ④2粉土 18.6 18.6 ⑤粉质粘土 18.5 备注：表中C、υ值均为固结快剪标准值取用。⑤层土受地质分带的影响，在北侧有亚层，但差别不大，区别在粘聚力处：可取18Kpa。式中有关主（被）动土压力系数：Ka?tan245???;Kp?tan245???

224.1.2 基坑实际挖深：

建筑结构设计±0.00对应绝对标高取平均为+3.80m，自然地面标高西侧、东侧（地面标高平均为+3.2m），南侧地面标高（地面标高平均为+2.7m），北侧地面变高（地面标高平均为+3.3m）。故圈梁下落的基准面选在南面，即南面圈梁下落0.0m，东西侧下落0.5m，北侧下落0.6m。挖深分为以下几种情况：

(1)西侧、东侧现自然地面标高平均为+3.2m，室内外高差为4.8-3.2=1.6m,则基坑实际挖深为：H东?H西? = -8.10(底板顶)-1.0（地梁、承台、垫层厚）+1.6 =-7.50m

(2)南侧自然地面标高平均为+2.7m，室内外高差为4.8-2.7=2.1m,则基坑实际挖深为：H南 = -10.0(底板顶)-1.0（地梁、承台、垫层厚）+2.10 = -8.90m，取实际挖深为9m。

(3)北侧自然地面标高平均为+3.3m，室内外高差为4.8-3.3=1.5m,则基坑实际挖深为：H东= -7.50（底板顶)-1.0（地梁、承台、垫层厚）+1.50 = -7.00m

19

????

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4.1.3 地面堆载q取值

根据周围环境条件q综合取值q=20.0kpa。 4.1.4 计算方法

严格按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）中的有关章节进行, 坑底以下主动土压力采用“矩形”分布模式。水压力仍采用“三角形” 分布模式。 4.1.5 土压力

采用“朗肯”土压力公式“分层”计算。 4.1.6 计算模式

按单支点支护结构“等值梁法深埋式”进行，分“各种工况”计算。 4.1.7 标高规定

(1) 本支护设计方案以自然地面标高为+0.00（其对应绝对标高为+3.80m），以下所涉及的标高均相对于此标高。

(2) 支撑标高确定：详细标高的确定请参阅主体计算部分，要注意的地方是斜撑标高和圈梁标高的差额关系：两标高线之间应宜为圈梁高的一半。

4.1.8 有关设计参数确定

本基坑安全等级按照“二级”基坑设计考虑，基坑侧壁重要性系数取γ0=1.0。 钢筋取HRB335级的钢筋，其变形模量取206000Mpa，抗压和抗拉强度取300N/mm2；混凝土强度取C30，其抗压强度取14.3N/mm2，抗拉强度取1.43N/mm2，其变形模量取300000Mpa；砂浆的变形模量按普通水泥砂浆的取值来算取0.05Mpa，水泥掺入比为aw = 15%，水灰比取0.5。 4.1.9 设计水位确定

本工程的地下水位验算取孔隙微承压水的稳定水位，由于局部地段的地下水位差异大，本次取其平均值1m，即地下水埋深于地面下1m处。

4.2 西侧AB段和东侧DE段基坑支护结构计算：

基坑实际挖深-7.50m采用钻孔桩加两层锚杆支撑支护方案，地下水位埋深地面下-0.7m。圈梁顶下落地面下-0.5m，支撑中心线位于自然地面下-0.8m。地面堆载q=20.0kpa 4.2.1 土层厚度：

参照工程地质剖面图20’-20,25’-25;24’-24图，该段支护范围内各土层厚度：

20

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表4.2 AB，DE段地基土层参数表

土层 ① ② ③ ④1 ④2 ⑤ 层厚（米） 1.86 2.16 2.44 2.60 6.63 8.15 4.2.2 土压力强度： 桩顶下落-0.5m，则q=20.0+17.5×0.5=28.75Kpa。

有关代号的说明：其中e代表土压力，a代表主动土压力，p代表被动土压力，a或者p字母后面的数字代表的是土层号――若附带斜杠后面的数字则为其土层的亚层，e字母右上角的数字1代表土层的顶面，2代表土层的底面，e字母右上角的汉字“界”代表基坑底的界面处的主动土压力和被动土压力。 4.2.2.1 主动土压力强度计算 其朗肯主动土压力计算公式为：

??????2??ea??ztan?45???2c?tan?45????zKa?2cKa 2?2???①层杂填土：

在深度h =0.50m处：ea1= 28.7530.490-235.030.700=7.1Kpa

在深度h =1.86m处：ea1=(28.75+17.531.36)30.490-235.030.700=18.75Kpa ②层粘土：

在深度h =1.86m处：ea2=(28.75+17.531.36)30.650-232030.810=1.76Kpa 在深度h =4.02m处：ea2=(28.75+17.531.36+19.232.16)30.650

-232030.810 =28.71Kpa

③层粉质粘土

在深度h =4.02m处：ea3=(28.75+17.531.36+19.232.16)30.650

-231530.810=36.81Kpa

在深度h =6.46m处: ea3=(94.022+18.832.44)30.650-231530.810=66.63Kpa ④1层粉土夹粉质粘土

在深度h =6.46m处：ea4?1 =(94.022+18.832.44)30.600

-2310.330.780=67.87Kpa

在深度h =7.50m处：ea4?1 =(94.022+18.832.44+18.631.04)30.600

-2310.330.780=79.47Kpa

以此步为限，该界面处以下部分，主动土压力采用“矩形分布”模式计算：

21

界2121211东华理工大学毕业设计(论文) 基坑支护设计

在深度h =9.06m处：ea4?1 =(94.022+18.832.44+18.631.04)30.600

-2310.330.780=79.47Kpa

④2层粉土

在深度h =9.06m处：ea4?2 =159.23830.59-231030.770=78.55Kpa 在深度h =15.69m处：ea4?2 =159.23830.59-231030.770=78.55Kpa ⑤层粉质粘土

在深度h =15.69m处：ea5 =159.23830.64-232530.80=61.91Kpa 在深度h =23.84m处：ea5 =159.23830.64-232530.80=61.91Kpa 4.2.2.2 被动土压力强度计算 其朗肯被动土压力计算公式为：

??????2??ea??ztan?45???2c?tan?45????zKp?2cKp 2?2???21212④1层粉土夹粉质粘土

在深度h =7.50m处：ep4?1=2310.331.29 =26.57Kpa

在深度h =9.06m处：ep4?1 =18.631.5631.66＋2310.331.29=74.74Kpa ④2层粉土

在深度h=9.06m处：ep4?2=18.631.5631.7＋231031.300=75.33Kpa 在深度h =15.69m处：ep4?2=(18.631.56＋18.636.63)31.7

＋231031.300=284.97Kpa

⑤层粉质粘土

在深度h =15.69m处：ep5=(18.631.56＋18.636.63)31.55

＋232531.25=298.62Kpa

在深度h =23.84m处：ep5=(18.631.56＋18.636.63＋18.538.15)31.55

＋232531.25=532.32Kpa

4.2.2.3 净土压力强度计算

其中e字母下面的数字代表是土层――包括斜杠后面的是他的亚层，e字母右上角的表示方法仍等同于前面的土压力参数描述，土压力正值表示为静被动土压力，土压力为负值表示为静主动土压力。

21212界 22

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?e4-1 =26.57-79.49 =-52.92Kpa ?e4-1 =74.74-79.49 =－4.75Kpa ?e4-2 =75.33-78.55 =-3.22Kpa ?e4-2 =284.97-78.55 =206.42Kpa

12界2?e5 =298.62-61.91 =236.71Kpa ?e5 =532.32-61.91 =470.41Kpa

12净土压力分布图如图4.2.1所示：

图4.2.1 AB/DE段净土压力分布图

4.2.3 桩锚支撑布置：

每锚杆做两排：第一层锚杆距离地面4m，第二层距离第一层锚杆的竖向距离是2.5m，水平间距为1.5m。如下页图4.2.2所示：

⑤粉质粘土④2粉土④1粉土夹粉质粘土②粘土③粉质粘土①杂填土 23

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100025004000

图4.2.2 支撑布置简图

4.2.4 支撑反力计算和桩的配筋计算：

本次锚杆的内力采用分段等值粱法来进行计算：

简要介绍下分段等值梁法的计算思路：假设各道支撑是随着开挖逐级分段施加的，每施加一道支撑后，向下开挖一段，要求挖土深度满足下一道支撑安装的需要，将位于上部支撑点的插入段弯矩零点之间的桩身作为简支梁进行计算，弯矩零点位置按单支撑方法进行确定，根据对弯矩零点的力矩平衡条件即可确定出支撑点反力，然后假定计算出来的支撑点反力不变，在计算下一道支撑的反力，最后根据所有力对桩底端的力矩平衡条件确定出桩的入土深度。对于桩身最大弯矩及其位置仍按该截面剪力为零的特点确定，详细有关方法请参阅《基坑工程》，蒋国盛，李红民等主编，中国地质大学出版社，2000.11 4.2.4.1 求第一层锚杆的支反力

第一次开挖到第一层锚杆R1下面500mm处，则可由如下步骤求出支反力： (1) 计算土压力为0点处距离第一次开挖面的垂直距离为y1： 设定其距离在竖向长度上不超过(3)层土的底板范围，如4.2.3所示：则

①杂填土ABB1②粘土

图4.2.3，第一层锚杆计算简图

24

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由于在零点土压力处，ea?ep可知：

??y1?Kp?2C?Kp??????H??q??Ka?2C?Ka 故：18.83y131.54＋231531.24 ＝〔17.531.36＋19.232.16＋28.75＋18.83（0.48＋y1）〕3Ka－231530.81

求得y1?42.68?37.2?0.33m

18.8??1.54?0.65?不超过③层土的底板范围，假定合理，可继续进行计算。 (2) 求R1的值：

将AB1作为简支粱，对B1取矩，并令?MB1?0,则：利用几何关系求得开挖面处的支挡结构所承受的主动土压力值e'a ＝42.68Kpa,则

R13(0.5＋y1)＝7.131.363(1.36/2＋2.16＋0.48＋y1)＋1.7632.163

(2.16/2＋0.48＋y1)＋36.8130.483(0.48/2＋y1)＋(18.75－7.1)30.531.363(1.36/3＋2.16＋0.48＋y1)+（28.71-1.76）30.532.163(2.16/3＋0.48＋y1)+（42.68-36.81）30.530.483(0.48/3＋y1)＋y1/2342.6832y1/3

故求得R1 =149.95KN/m

4.2.4.2 求第二层锚的支反力

第二次开挖到第一层锚杆R2下面1000mm处，则可由如下步骤求出支反力： (1) 计算土压力为0点处距离第二次开挖面的垂直距离为y1：

设定其距离在竖向长度上不超过(4)1层土的底板范围，如4.2.4所示：则

①杂填土②粘土③粉质粘土④1粉土夹粉质粘土④2粉土⑤粉质粘土

图4.2.4，第二层锚杆计算简图

25

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由于在零点土压力处，ea?ep可知：

??y1?Kp?2C?Kp??????H??q??Ka?2C?Ka 故：18.63y131.66＋2310.331.29 ＝〔17.531.36＋19.232.16＋28.75＋18.832.44＋18.631.04〕30.6－2310.330.78

求得y1 ＝(79.47-26.57)/18.631.66 = 1.71m,由于1.71＋1.04＝2.05m，与第四层的坑底层高2.06m相差不大，故可设土压力0点在(4)1层层底界面处，其为B2点。A点为第一层锚杆的支点处。

(2) 求R2的值：

将AB2作为简支粱，对B2取矩，并令?MB2?0,则：利用几何关系求得开挖面处的支挡结构所承受的主动土压力值ea＝79.47Kpa,则

R13(3.5＋y1)＋R23(1＋y1)＝7.131.363(1.36/2＋2.16＋2.44＋1.04＋y1)＋1.7632.163(2.16/2＋2.44＋1.04＋y1)＋36.8132.443(2.44/2＋1.04＋y1)＋67.8731.043(1.04/2＋y1)＋(18.75－7.1)30.531.363(1.36/3＋2.16＋2.44＋1.04＋y1)+（28.71-1.76）30.532.163(2.16/3＋2.44＋1.04+y1)+（66.63-36.81）30.532.443(2.44/3＋1.04+y1)＋(79.47－67.87)31.04/23（1.04/3+ y1）＋y1/2352.932y1/3

故求得R2 =48.68KN/m 4.2.4.3 桩的配筋计算：

(1) 求B1点的支反力值Pb1： Pb1?Eak??RI

i?12= ((7.1+18.75)/231.36+(28.71+1.76)32.16/2+(31.86+66.63)3

2.44/2+52.931.71/2) 31.5 - 149.95 -48.68=249.61KN/m，

(2) 求被动区净土压力分布长度X：

X?6Pb16?250??8.52m

?(KP?Ka)18.6(1.7?0.59)故因此桩的嵌入深度为t0= 1.2(x+y1)= 12.28m,故该桩的桩长为

12.28+7.5-0.5 =19.28m，实际取它的长度为20m。

(3) 求桩的最大弯矩

由于M?X??f?V?X??,可求导，当V(X)=0时，该处取得最大弯矩，则可把

AB2作为简支梁，分两种工况进行计算，如下：

工况1:求悬臂端上截面的弯矩：

'（18.75-7.1）31.36/23(1.36/3+2.16)+1.76MA=7.131.363(1.36/2+2.16)+

32.1632.16/2+(28.71-1.76) 32.16/232.16/3 =65.71(KN2M)/M

26

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工况2.求简支梁AB1某一截面的最大弯矩：

以AB1为简支梁，单独拎出，来进行计算，如下图4.2.5所示：

先将B支撑拆换成力，作用于AB1简支梁，解得出剪力为零点，支护排桩取分布单元宽度为1m，则（桩的自重不予考虑）经过计算，得出剪力值为零点的地方在BC

之间，

④1粉土夹粉质粘土①杂填土②粘土③粉质粘土④2粉土ABCB1D

图4.2.5 工况2的计算简图

令其距离B出为X，则应用理论力学的方法，将各个不同应力段标示，解得出X值为0.68m，不超过BC段，符合逻辑要求，令此点为D点,求得D点处弯矩

Mmax=95.45(KN2M)/M

取两种工况的最大值，M)/M，按其1.2倍来算,取115(KN2M)/M，Mmax=95.45(KN2来算，按照《混凝土结构设计规范》（GB50021-2002）来进行计算圆截面灌注桩配筋:

(4) 支护桩配筋计算

按照《混凝土结构设计规范》（GB50021-2002）第4.1.11条来进行计算圆截面灌注桩配筋:

2Sin??t?Sin??M??fcm?r3?sin3???fy?As?rs?3?2??1?0.75b?(1?0.75b)?0.5?0.625b

b?fy?As/fcm?A?t?1.25?2?本工程此段采用的钻孔灌注桩的桩径为υ700，桩心距1000, Mmax=115（kN?M）/M，取砼强度C30，fc=14.3N/mm2，主筋8Φ18钢筋，均匀布置，fy=300N/mm2，保护层厚度50mm，Φ8@200螺旋筋，Φ20@2000加强筋。

所算出的参数如下： As=8?254.5=2036mm2

27

⑤粉质粘土东华理工大学毕业设计(论文) 基坑支护设计

b=fy?Asfc?A=300?2036/(14.3?3.14?3502)=0.118

?=1+0.75?0.118-[(1+0.75?0.118)2-0.5-0.625?0.118]1/2=0.307 ?t=1.25-2?=0.636

[M]=2/3?14.3?(350?sin??)3+300?300?2036?(sin?

?t+sin??)/?

=327.8kN?m>1.25?1.0?1.2Mmax(=143.75) 满足要求！ 配筋率?=As/A=2036/(3502?)=5.3‰>?min=4‰，满足设计要求！ 所以本区段采用主筋υ700的钻孔灌注桩，主筋为8Φ18钢筋。 4.2.5 锚杆计算

如前面所述：首层锚杆距离地表面4m，两层锚杆，间距2.5米，水平间距为1.5米，锚杆倾角取值θ=15°：

4.2.5.1 锚杆抗拔力的设计值计算： 如下图4.2.6所示：

45°-Φ/2LfHLehd潜在滑动面

图4.2.6 锚杆计算简图

取Ф为④2层内摩擦角15°，则由下述公式可得出锚杆的抗拔力设计值：

Ta?1.2??0?T?SX?SY?cosa,则1Ta?1.2?1.0?149.95?1.5/cos15??279.5KN Ta?48.68?1.0?1.2?1.5/cos15??90.7KN24.2.5.2 锚杆长度计算：

锚杆长度分自由段长度和锚固段长度，取锚杆钻孔直径为150mm，自由段长度要根据潜在的滑动面位置确定其限长且不能小于5m，则可按如下步骤进行计算：

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(1) 锚固段长度计算： 根据公式确定: Le?Ta

??D??τ在各个土层的取值应查阅《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120－99)，根据本次工程概况，τ1处于③层和τ2处于④层，各取70Kpa和60Kpa，则：

279.5Ta??8.5m,取9m；L???D??13.14?0.15?701e2Le?190.7T??3.21m,取3.5m??D??23.14?0.15?602a

(2) 自由段长度计算：

根据公式，由前面的计算结果，再根据上面的锚杆计算简图，得：

Lf?LfLf21?H?hd?h1??tan?45???/2?sin?45???/2?,则sin?135???/2????17?3.5??tan?45??15/2?sin?45??15/2???8.9m

sin?135??15/2?15??17?3.5?2.5??tan?45??15/2?sin?45??15/2???7.25msin?135??15/2?15?故第一层锚杆的长度为L1 =8.9+9=17.8m，取18m，第二层锚杆的长度为L2 ＝3.5＋7.25＝10.75m，取11m。

(3) 锚杆截面计算： 先验算锚杆的极限承载能力：

111Tu?Le???D??1?9?3.14?0.15?70?315.275KN???0?Ta?T?L???D??2?3.5?3.14?0.15?60?98.91KN???0?T2u2e2a?

故所选钢筋的截面面积为：

AA1s?TfTf1ay2ay?279.5/300?1000?931.67mm?90.7/300?1000?302.3mm22

2s?由于其极限承载能力小于500KN，故本截面所设置的锚杆可取Ⅱ级钢筋或者Ⅲ级钢筋，本次选用Ⅲ级螺纹钢筋。故取第一排锚杆钢筋为三级钢筋 Φ36L16m,第二排锚杆钢筋为三级钢筋 Φ22L10m.

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4.2.6 桩顶圈梁和锚座腰梁设计

所有这些当根据下一步北侧基坑腰梁的设计配筋进行相同的配筋，锚座腰梁的做法详见施工图纸，但腰梁的高度要大于桩径的0.8倍，宽度不可小于桩径。 4.2.7 变形控制验算

变形计算的具体过程如下框表格4.3所示，该表选自课本《基坑工程》，编者蒋国盛，李红民，管典志，李汉旭，北京：中国地质大学出版社。

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控制目标 岩土勘察 该地区基坑工程经验收集、分析 类似岩土条件下基坑工程经验收集，分析 确定工程设计条件 拟定支护方案 变形预测分析 是否满足要求 是 稳定性分析 否 变形控制方案 停止开挖变形等监测 更改方案 基坑开挖 是 是 预测是否满足要求 否 是否继续开挖 顺利完成基坑开挖 否 地下室结构施工 预测是否满足要求 是

变形等监测 否 否 停止施工采取补救措施 是否继续施工 支护体系功能完成

表4.3 变形控制计算基本流程示意图表

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主要类比了基础工程中计算单桩桩顶变形的方法—即以m法计算坑底以下（包括界面）构件变形，其产生来源于“土的弹性抗力及分布”：在水平荷载和弯矩作用下，桩身挠曲变形，产生水平位移和转动，并挤压桩侧土体，土体则必然对桩产生水平抗力，即土的弹性抗力，它起抵抗外力和稳定桩(土体下支护亦可)基础的作用，其大小和分布与桩的形状、间距、变形、入土深度及土质条件等因素有关。假设土的水平抗力?z与桩的水平位移x成正比，且不计桩土之间的摩阻力以及邻桩对水平抗力的影响，则：

?z?Kh?x

式中：kh?kzn，为地基水平抗力系数。根据对n假定的不同，常用的几种方法分别是：常数法，“k”法，“m”法，和“c”法，“m”法假定地基水平抗力系数随深度呈线性增加，即n=1。“m”法在我国目前应用最广泛。

所有计算引用的表格请参阅本论文所引用的下述文献，在此不再累赘： 《基坑工程》，蒋国盛，李红民，管典志，李汉旭，北京：中国地质大学出版社，2000.11。

4.2.7.1 计算有关参数如下：

主动土压力系数见前面介绍，在变形验算时具体的土层主动土压力系数应对应取，桩截面惯性矩I =?d4÷64=0.01m4；桩截面刚度：EI =25310630.01=250,000KN2m2。计算宽度：b0 =0.93（1.5d＋0.5）=1.395>1m，取b0 =1m ： 4.2.7.2 悬臂开挖状态下变形验算： 如下图所示：

7.1单位：KPa①18.75②28.711.76 图4.2.7 悬臂开挖状态下变形计算简图

13.5m3.5m32

1.36m东华理工大学毕业设计(论文) 基坑支护设计

(1).内力计算：

如上图3.7所示：用经验法确定土的水平抗力比例系数m，第二层土的刚度系数m2

m2?110.2?2?????0.2?12.12?12.1?20??3.72MN/m4 ?C2k2k2k?10??再计算变形系数：??5m?b0?EI53.72?103?0.431

250,000第一次开挖基坑面处桩顶水平力和弯矩为：

H0?Ea??7.1?18.75??M0?98.5kN/m1.362.16??1.76?28.71???50.49kN/m 22计算水平变形系数： Cy??M0H?0.431?98.5?0.841

50.49由于ahd =0.431313.5 =5.82 > 4.0，取ahd =4.0，查《最大剪力作用位置系数Cy表》(采选自本论文参考文献《基坑工程》蒋国盛编)，得:az =2.16,故最大剪力位置由ZHmax =az/a=2.16/0.431 =5.01，可查《最大剪力系数CyH表》：得出CyH = -0.784 ；

最大剪力：Hmax?H0?CyH??50.49?0.784?39.58KN/m

显然此为反弯点的最大剪力，正方向的最大剪力位于基坑开挖面处。根据CH = -AH/BH =0.431398.5/50.49 =0.841 →az=1.0，故Zmax =1.0/0.431 =2.32,查相关表格，得CHM =1.728，故由式子Mmax =M02CHM =170.21(KN2m)/m.

由此验证出的最大弯矩Mmax<构件（桩）配筋理论极限值[M]=327.81(KN2m)/m ,说明此前所配在支护桩的钢筋量满足功能要求。

(2) 变形计算：

① 第一次开挖基坑底面桩顶位移和转角计算：

由柔度相关性系数表查得：AHH =2.441;BHH =1.621;CHH =1.751

3-4AHH?HH?3 =2.441/(0.4313250,000)=1.219310

?EI-5BMH?HM??MH?2=1.621/(0.43123250,000)=3.491310

?EICHH =1.751/(0.4313250,000)=1.625310-5 ?MM??EI?4?顶??HH?H0??HM?M0?95.93?10?30mm,满足要求故： ?4?顶??MH?H0??MM?M0?33.63?10?1/300,满足要求

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② 第一次开挖面以上即地面处桩顶位移和转角计算：

根据柔性变形计算系数Dij、Dij、Dic 表格，查得：D0t =33.33；Doc =125.00，

D0t?H?33.33?3.54/(1000?250,000)?2.0?10?5?0t?1000EI 4D0C?H??125?3.54/(1000?250,000)?7.5?10?5?0C1000EI4则顶点处的位移：(其中et为均布荷载引起的土压力，e0为自重引起的土压力)

?0???H???0t?et??0c?e0?95.93?10?4?3.5?33.63?10?4?2.0?10?5?0.65?28.75?7.5?10?5? ?0.65??19.2?2.16?17.5?1.36??2?20?K??22.4mm?30mm??满足要求，但由于该数接近临界状态，需在局部地段进行加固。 4.2.7.3 设置第一层锚杆状态下变形验算 (1) 基本参数计算

锚杆刚度参照经验取值：k1=k2 = 20,000KN/m2 如下图4.2.8：

-0.500m3.5mR1-4.500meoet图4.2.8 第一层锚杆变形计算简图13m4.0m

其中e0和et的计算结果如下：

e0?0.65?28.75?18.69KN/m, 2?0.65?(17.5?1.36?19.2?2.16?18.8?0.48)?2?15?0.81?23.99KN/etm2由于?hd?0.431?13?5.6?4.0, ，故同理取?hd=4.0 ，由柔度相关性系数表，查得AHH?2.441,B

34

MH?1.621,CMM? ，再查柔性变形计算系数表格，查得1.75D11?1.13,D1Dc1?t?1.18, ， 5.08

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则设置参数如下：

?AHHCMM?BMH????????hhhh12122?31????/EI??2.11?10?4a11??k1?D11?H3????1000???AHH?BMH?H?CMM?4??H?3h1?2h1HD?H???433?3????1tb1t???e?t/EI?3.95?10 ??21000???????????AHH?CMM?BMH4??H?H???2h1h1D?H?/EI?0.0169?32?22???H?1cb1C???e0???1000?????????则：T1?b1t?b1c?82.22KN/m?R1?150KN/m,满足要求

1.5a11故我们对第一层锚杆进行内力和变形验算，步骤如下： (2) 锚杆内力验算：

开挖面出基坑地面处桩顶水平力和弯矩分别为：

H0?Ea??7.1?18.75??1.36/2??1.76?28.71??2.16/2??36.81?42.68????12.66KN/MM0?7.1?1.36?(4?1.36/2)?1.76?2.16?(4?1.36?2.16/2)?22(18.75?7.1)?1.36/2?(4??1.36)?(28.71?1.76)?2.16/2?(4?1.36??2.16)33?36.81?0.48?0.48/2?(42.68?36.81)?0.48/2?0.48/3?82.22?0.5?61.02(KN?m)/m??M?0.48?82.222 可行并满足世纪配筋要求。

故由公式Cy??M0/H0??2.077 ，查《最大剪力作用位置系数Cy表》得：az=3.57，最大剪力位置由式ZHmax =az/a =8.284 ，再查《最大剪力系数CyH表》得

1 ，显然这是极小值。因CyH??0.064，故最大剪力Hmax?HC0yH?0.8KN=az/z =7.19 ，CH??2.077 ，查相关弯矩作用位置系数表，得：az=3.10 ，则Zmax 查最大弯矩系数表格，得CHM??0.019：，故最大弯矩Mmax =M02CHM =

-1.16(KN2M)/M<[M]，满足配筋要求。 (3)锚杆变形计算：

①: 基坑开挖面处桩顶位移和转角： 参照前节的参数不变，可知：

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3-4AHH?HH?3 =2.441/(0.4313250,000)=1.219310

?EI-5BMH?HM??MH?2=1.621/(0.43123250,000)=3.491310

?EICHH =1.751/(0.4313250,000)=1.625310-5

?MM??EI可知基坑开挖面处桩顶位移和转角：

???HH???12.667???HM?M0??5.8?10?4???MH?H0??mm?M0?5.496?10

?4

两者均小于现行规范规定的警戒线值，满足使用功能要求。 ②: 基坑开挖面以上，地表处的桩顶位移计算： 据柔度变形计算系数表查得D01?7.81

37.81?104D01?H则：?01???1.99?10?6，故顶端位移：

1000EI1000?250000?0???H???0t?et??0c?e0??01?T1?3.336mm?30mm,满足变形要求。

4.2.7.4 设置第二层锚杆状态下变形验算 (1) 基本参数计算：

如图4.2.9：e0=0.6328.75=17.25KN/M2,et=79.47-17.25=62.22KN/M2

qR1R2e0et

图4.2.9 第二层锚杆变形计算简图

11?0由于?hd?0.43?4.?31取4.?h0d,?，同上层锚杆叙述一致，AHH

=2.441;BHH =1.621;CHH =1.751,再查相关性表格，得出：

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1.0m2.5m3.5m东华理工大学毕业设计(论文) 基坑支护设计

D11?41.67;D12?4.68;D21?4.68;D22?1.608

?12.76;?44.27;?1.66;?4.69D1tD1cD2tD2c以此来求得矩阵系数：

?AHHCMM?BMH????????hhhh12122?31????/EI??6.27?10?4a11??k1?D11?H3????1000??AHHCMM?BMH????????hhhh12122?3????/EI?3.42?10?4a12???D12?H3????1000?

?AHHCMM?BMH????????hhhh12122?3????/EI?3.42?10?4a21???D21?H3????1000??AHHCMM?BMH????????hhhh12122?31????4?/EI??2.15?a22??10k2?D22?H3????1000???AHH?CMM?BMH4??H?H???3hhH?11DH??33?23????1tb1t???et/EI?0.1074????21000??????????AHH?CMM?BMH4??H?H???2hh?11DH?/EI?0.0756?32?22???H?1cb1C???e0???1000?????????

??AHH?CMM?BMH4??H?H???3hhH?11DH??33?23????2tb2t???et/EI?0.0611????21000??????????AHH?CMM?BMH4??H?H???2hh?11DH??32?22???H?2cb1C???e0/EI?0.0413???1000?????????

?a11a12??T1??b1t?b1c?代入矩阵方程：????????，得：T1?211.75KN;T2?146.87KN

?a21a22??T2??b2tb2c?2由于实际T1?T1a?225KN ，满足功能要求；而T2?Ta， 故要重新分配第二层锚杆

筋，（以上修正见后续章节，在此不再进行计算）

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(2) 锚杆内力验算：

基坑底面处桩顶的水平力和弯矩计算：

??7.1?18.75??1.36/2??1.76?28.71??2.16/2??36.81?66.63??2.44?2H0?Ea?67.87?79.47?1.04?T1?T2??105.32KN/M2M0?882.997?211.75?3.5?146.87?1??4.998(KN?M)/M??M?

故由Cy??M0/H0?0.02，查相关表格，得：az =2.41

最大剪应力位置由式ZHmax =az/a =5.58 ，查相关表格查得：CyH??0.45 由Hmax?H0?CyH??105.32?CyH?47.39KN/M，这小于规范的要求，满足功能可行。

由CH?0.02，查相关表格得：az =1.35，则Zmax =az/z=1.35/0.431=3.13,由相关表格查得

CHM?9.38,故Mmax?CHM?M0?9.38???4.998??46.88?KN?m?/m??M?满足

要求

(3) 锚杆变形验算：

①: 基坑底面以上桩顶的位移和转角：

AHH,MMH,CMM的值以及?HH,?HM??MH,?MM的值均同于第一层锚杆计算

值。故：

???HH?H0??HM?M0?1.219?10?4?(?105.32)?3.491?10?6?(?4.998)??13mm???MH?H0??mm?M0?3.76?10?3 均不超过基坑监测警戒线的要求，局部地段的加固见结束语部分。

②: 基坑开挖以上地表桩顶的位移：

由相关表格查得的D11?41.67;D12?4.68;D21?4.68;D22?1.608，算出变形

33DD11?H12?H?5?5.72?10;?12??0.64?10?5?ij:?11?1000EI1000EI参数：

33DD12?H22?H?5?0.64?10;?22??0.22?10?5?12?1000EI1000EI故可得：

?0???H???0t?et??oc?e0??T1??11?T1??21?T2??12?T2??22???1.3?10?2?7???3.76?10?3???2.0??62.22?7.5??17.25??10?5??211.75?(5.72?0.64)?146.87?(0.64?0.22)??10?5??前?29mm?30mm， 所得值位于临界线处，要需进行局部处理。

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4.2.7.5 变形验算结论： ① 局部地段需进行加固。 ② 重新计算第二层锚杆：

故由T2?146.87KN，得Ta2?1.2?1.0?146.87?cos15??182.3KN,T2?182.3/(3.14?0.15?60)?6.5m,取7.0m，L???D??22e2则L2?Le?L2f?14.25m，取实际锚杆长度为15m。2a则Tu2?Le??D?2?7?3.14?0.15?60?197.82KN?T2可行，则所选配钢筋为：a

T2?182.3/300?607.7mm2,则该地质段第二排A?fy2sa可取螺纹钢筋?28L15m。详细变形控制措施及构造措施部分参见结束语及建议部分。

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