排桩基坑支护结构设计(南京工业大学学士学位毕业设计)

南京工业大学学士学位毕业设计

第一章 设计方案综合说明

1.1 概述

1.1.1 工程概况

拟建南大微结构国家实验室工程位于南京市金银街以西，其南临南大生命科学院大楼，西侧为住宅楼。拟建建筑物地面以上6层，地下2层，总建筑面积69533m2，建筑±0.00相当于绝对标高17.25m，整平后地面标高为17.00m，其它标高均以此为准，地下室负二层底板顶标高为-7.75m，基坑开挖深度为8.50m,框架结构。 1.1.2 基坑周边环境条件

基坑北面和东面均为马路，最近距离为15 m,下设通讯电缆、煤气管线等设施。西侧为居民住宅楼，楼高五层，其最近距离为10.5 m，南侧为南大生命科学院大楼，最近距离为12.5 m。 1.1.3 工程水文地质条件

拟建场区地貌单元为阶地，地形较平坦，场地西侧有坳沟分布，东侧有暗塘分布。在基坑支护影响范围内，自上而下有下列土层：

①层杂填土：灰色，稍密，主要由碎石、碎砖、建筑垃圾组成，硬质含量30-60%,填龄大于5年。

①-2层素填土：灰黄～灰色，粉质粘土为主，可塑～软塑，混少量碎砖粒，炉渣，填龄大于10年。

①-3层淤泥质填土：灰黑色，流塑，稍具臭味，含腐植物。

②-1层粉质粘土：灰黄～灰色，可塑～软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。

②-2层淤泥质粉质粘土～淤泥：灰色，流塑，含腐植物，稍有光泽，无摇震反应，干强度低，韧性低。

②-3层粉质粘土：灰色，软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。

③-1层粉质粘土：黄褐色，可塑～硬塑，含少量铁锰结核，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。

1

第一章 设计方案综合说明

③-2层粉质粘土：黄褐色，可塑，局部软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。

③-3层粉质粘土：黄褐色，可塑～硬塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，含铁锰结核及灰色高岭土团块。

④-1层粉质粘土混卵砾石：黄褐色，由硬塑粉质粘土，稍密卵砾石及中粗砂组成，卵砾石为浑圆～次圆状，主要成分为石英岩，粒径4～50mm，含量约30%。

④-2层残积土：棕褐及紫红色，呈硬塑粘性土状。

⑤-1层强风化泥岩～泥质粉砂岩：砖红色，上部呈硬塑粘性土状，下部碎块状，节理发育。

⑤-2层中风化泥岩～泥质粉砂岩：砖红色，层状结构，块状构造，泥质胶结，属极软岩。

场区有一层地下水，属孔隙潜水类型，地下水位深度在0.70m～1.65m之间。主要接受降雨、地表水、地下径流的补给。 1.1.4 基坑侧壁安全等级及重要性系数

南大微结构国家实验室基坑安全等级为二级，基坑重要性系数γ0 = 1.0。

1.2 设计总说明

1.2.1 设计依据

（1）南大微结构国家实验室场地地形图、管网图、建筑基础图、地下室

平面布置图、桩位图；

（2）《南大微结构国家实验室岩土工程勘察报告》(K2005-59)； （3）《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)； （4）《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)； （5）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）； （6）《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)； （7）《岩土工程勘察规范》(GB50021-2002)。 1.2.2 支护结构方案

本工程基坑支护设计方案的设计计算，严格按照《建筑基坑支护设计规

2

南京工业大学学士学位毕业设计

程》（JGJ120—99）、《混凝土结构设计规范》（GBJ50010—2002）、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中的有关要求进行。同时采用了理正软件进行了辅助计算和验算；经过详细的计算分析后，我们认为：采用本设计的基坑支护方案，能满足基坑土方开挖、地下室结构施工及周围环境保护对基坑支护结构的要求，符合“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则。

图1 基坑平面图

基坑分为ABC、CDEF、FGHA三个计算区段，如图1所示，均采用钻孔灌注桩与钢筋混凝土支撑，坳沟、暗塘分布区采用单排双轴深搅桩止水结构。

本基坑工程的特点是基坑开挖面积大，地基土层以粉质粘土为主，基坑西侧和北侧有坳沟、暗塘。周围环境较复杂，必须确保周围建筑物、道路、管线的正常安全使用，要求围护结构的稳定性好、沉降位移小，并能有效地止水。因此，围护结构的设计应满足上述要求。

综合考察现场的周边环境、道路及岩土组合等条件，为尽可能避免基坑开挖对周围建筑物、道路的影响，经过细致分析、计算和方案比较，本工程支护方案选用下列形式：

① 整个基坑采用钻孔灌注桩加一层钢筋混凝土支撑作为支护结构。 ② 基坑西侧和北侧坳沟、暗塘分布区采用单排双轴深搅桩作止水结构。 ③ 基坑内采用集水坑排除地下水。

1.3 基坑监测

基坑监测是指导正确施工、避免事故发生的必要措施，本设计制定了详细的沉降、位移监测方案，施工过程中将严格按照设计要求做好监测、监控工作。

3

第二章 基坑支护结构设计计算书

第二章 基坑支护结构设计计算书

2.1 设计计算

2.1.1地质计算参数

根据本工程岩土工程勘察资料，各土层的设计计算参数如表1：

表1 土层设计计算参数 重度γ （KN/m） ①杂填土 ②-1粉质粘土 ②-2淤泥质粘土～淤泥 ②-3粉质粘土 ③-1粉质粘土 ③-2粉质粘土 ③-3粉质粘土 19.5 19.3 15.1 19.1 19.9 19.6 20.1 3土 层 粘聚力C (kPa) 10～15 23.4 11.0 13.4 47.8 30.6 50.9 内摩擦角? (°) 15～18.6 16.9 8.7 18.1 18.8 18.5 17.9 渗透系数 水平Kh 2.52E-6 1.36E-6 5.72E-7 3.89E-6 1.00E-7 3.85E-7 1.00E-7 垂直Kv 2.37E-6 6.30E-7 3.70E-7 2.64E-6 1.00E-7 2.62E-7 1.00E-7 （cm/s） （cm/s） 2.1.2计算区段的划分

根据具体环境条件、地下结构及土层分布厚度，将该基坑划分为三个计算区段，其附加荷载及计算开挖深度如表2：

表2 计算区段的划分

区 段 段位号 地面荷载（kPa） 开挖深度（m） 西、北 ABC 20 8.5 东、北 CDEF 20 8.5 西、南 FGHA 20 8.5 2.1.3计算方法

按照《建筑基坑支护技术规范》（JGJ 120-99）的要求，土压力计算采用朗肯土压力理论，矩形分布模式，所有土层采用水土合算。求支撑轴力是用等值梁法，对净土压力零点求力矩平衡而得。桩长是根据桩端力矩求出，并应满足抗隆起及整体稳定性要求，各段的抗隆起、整体稳定性验算、位移计算详见点电算结果。

为了对比分析，除用解析法计算外，还用理正软件电算。由于支护结构内力是随工况变化的，设计时按最不利情况考虑。 2.1.4土压力系数计算

4

南京工业大学学士学位毕业设计

按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据，即： 主动土压力系数：Kai=tg2(45°-?i/2) 被动土压力系数：Kpi=tg2(45°+?i/2)

计算时，不考虑支护桩体与土体的摩擦作用，且不对主、被动土压力系数进行调整，仅作为安全储备处理。计算所得土压力系数表如表3所示：

表3 土压力系数表

土 层 ①杂填土 ②-1粉质粘土 ②-2淤泥质粘土~淤泥 ②-3粉质粘土 ③-1粉质粘土 ③-2粉质粘土 ③-3粉质粘土 Kai 0.516~0.589 0.550 0.737 0.526 0.513 0.518 0.530 0.719~0.767 0.741 0.859 0.725 0.716 0.720 0.728 KaiKpi 1.820 1.356 1.901 1.951 1.930 1.887 Kpi 1.349 1.165 1.379 1.397 1.389 1.374

2.2 ABC段支护结构设计计算

该段为基坑西～北侧，建筑±0.00相当于绝对标高17.25m，整平后地面标高为17.00m，支撑设在-1.75m处，桩顶标高为-1.35m。实际挖深8.50m，结构外侧地面附加荷载q取20kPa，计算时以J1孔为例。 2.2.1土层分布（如表4所示）

表4 ABC段土层分布

层号 ① ②-1 ②-2 ②-3 ③-2 岩土名称 杂填土 粉质粘土 淤泥质粘土～淤泥 粉质粘土 粉质粘土 厚度（m） 3.60 0.90 5.10 7.90 2.20 2.2.2土层侧向土压力计算 2.2.2.1主动土压力计算

Ea(1 1)=(20+19.5×1.1)×0.516-2×15×0.719=-0.18(kPa) Ea(1 2)=(20+19.5×3.6)×0.516-2×15×0.719=24.97(kPa) Ea(2 1)=(20+19.5×3.6)×0.550-2×23.4×0.741=14.93(kPa)

Ea(2 2)=(20+19.5×3.6+19.3×0.9)×0.550-2×23.4×0.741=24.48(kPa) Ea(3 1)=(20+19.5×3.6+19.3×0.9)×0.737-2×11×0.859=60.37(kPa)

5

南京工业大学学士学位毕业设计

Ha(3)=1.5/3×(37.24×2+52.47)/(37.24+52.47)=0.71 (m) Ep(4)=(32.53+74.05)×1.5/2=79.94(KN/m)

Hp(4)=1.5/3×(32.53×2+74.05)/(32.53+74.05)=0.65(m) Ep(5)=(169.96+560.63)×10.30/2=3762.54(KN/m)

Hp(5)=10.30/3×(169.96×2+560.63)/(169.96+560.63)=4.23(m) Ea=8.26+7.24+67.28=82.78(KN/m)

Ma=8.26×6.53+7.24×1.9+67.28×0.71=115.46(KN?m/m) 2.3.4支撑轴力计算：

经计算：∑MaD=115.46(KN?m/m) ∑Ea=82.78(KN/m) 由∑MD=0 得：

R=115.46/(8.5-2.0)=17.76(kN/m) 反弯点反力P0计算：

P0=82.78-17.76=65.02(kN/m) 2.3.5桩长计算：

设桩端进入③-3层顶面以下x米处，由∑M=0 得：

1.2 [115.46+82.78×(1.5+x)]=17.76(10+x-2)+79.94(0.65+x)

+169.96x2/2+1/2[(560.63-169.96)×x/10.3]×x×(x/3)

整理得：

6.49x+84.98x-1.64x-95.52=0 解之得： x=1.06m

桩长H=10+1.06-1.1=9.96m，经电算不满足整体稳定性要求，实取14m， 经验算后，满足要求。 2.3.6最大弯矩计算：

2.3.6.1 R-P0间最大弯矩，Mmax1计算： 设剪力Q=0点位于第③-2层顶面以下x米处：

17.76=8.26+7.24+37.24x+1/2(52.47-37.24)/1.5×x2 整理得： 5.08x2+37.24x-2.26=0 解得： x=0.06m

Mmax1=17.76×(2.4+4.6+0.06-2)-8.26×(0.43+4.6+0.06)

-7.24×(0.40+0.06)-37.24×0.062/2-0.5×(52.47-37.24)

3

2

11

第二章 基坑支护结构设计计算书

×0.06/1.5×0.062/3=44.32(KN?m/m) 2.3.6.2 P0以下最大弯矩，Mmax2计算： 设剪力Q=0点位于基坑面以下x米处：

65.02=1/2×[(89.28-32.53)x/1.5+32.53×2]x 整理得： 18.92x2+32.53x-65.02=0 解得： x=1.18m

Mmax2=65.02×1.18-17.94×1.18×1.18/2-1/2×1.18×32.53

×1.18/1.5×1.18/3 =59.30(KN?m/m)

2.3.7拆撑计算

本工程拟建两层地下室，混凝土垫层200mm，地下室负2层底板厚800mm，负1层底板中心线位于地面下3.75m处，厚400mm，负1层顶板中心线位于建筑±0.00处，厚500mm。负1层底板换撑时，支护桩悬臂位于位于地面下3.55m处。

M=8.26×1.58=13.05KN?m/m 2.3.8配筋计算

因Mmax仅为59.3 KN?m/m，故取桩径Φ900，桩心距1100，取砼强度C30，fc=14.3N/mm，主筋8Φ20钢筋，均匀布置，fy=210N/mm，保护层厚度50mm，Φ8@200螺旋筋，Φ20@2000加强筋。

2

2

2.4 FGHA段支护结构设计计算

该段为基坑西～南侧，建筑±0.00相当于绝对标高17.25m，整平后地面标高为17.00m，支撑设在-1.75m处，桩顶标高为-1.35m。实际挖深8.50m，结构外侧地面附加荷载q取20kpa，计算时以J29孔为例。 2.4.1土层分布（如表6所示）

表6 FGHA段土层分布

层号 ① ②-1 ②-2 ③-2 ③-3 岩土名称 杂填土 粉质粘土 淤泥质粘土～淤泥 粉质粘土 粉质粘土 厚度（m） 2.50 4.00 2.40 2.00 7.30 2.4.2土层侧向土压力计算 2.4.2.1主动土压力计算

Ea(1 1)=(20+17.5×1.1)×0.589-2×10×0.767=7.78(kPa) Ea(1 2)=(20+17.5×2.5)×0.589-2×10×0.767=22.21(kPa)

12

南京工业大学学士学位毕业设计

Ea(2 1)=(20+17.5×2.5)×0.550-2×23.4×0.741=0.38(kPa)

Ea(2 2)=(20+17.5×2.5+19.3×4)×0.550-2×23.4×0.741=42.84(kPa) Ea(3 1)=(20+17.5×2.5+19.3×4)×0.737-2×11×0.859=84.98(kPa)

Ea(3 2)=(20+17.5×2.5+19.3×4+15.1×2)×0.737-2×11×0.859=107.24(kPa) Ea(4 1)= Ea(3 2)=107.24(kPa) Ea(4 2)=Ea(4 1)=107.24(kPa)

Ea(5 1)=(20+17.5×2.5+19.3×4+15.1×2.0)×0.518-2×50.9×0.720=15.36(kPa) Ea(5 2)=Ea(5 1)=15.36(kPa)

Ea(6 1)=(20+17.5×2.5+19.3×4+15.1×2.0)×0.530-2×50.9×0.728=16.60(kPa) Ea(6 2)=Ea(5 1)=16.60(kPa) 2.4.2.2被动土压力计算

Ep(4 1)=0+2×11×1.165=25.63(kPa)

Ep(4 2)=(0+15.1×0.4)×1.356+2×11×1.165=33.82(kPa) Ep(5 1)=(0+15.1×0.4)×1.930+2×30.6×1.389=96.66(kPa)

Ep(5 2)=(0+15.1×0.4+19.6×2)×1.930+2×30.6×1.389=172.32(kPa) Ep(6 1)=(0+15.1×0.4+19.6×2)×1.887+2×50.9×1.374=225.24(kPa)

Ep(6 2)=(0+15.1×0.4+19.6×2+20.1×7.3)×1.887+2×50.9×1.374=502.12(kPa) 2.4.2.3净土压力计算（坑地面以下） Ep(4 1)=25.63-107.24=-81.61(kPa) Ep(4 2)=33.82-107.24=-73.42(kPa) Ep(5 1)=96.66-15.36=81.30(kPa) Ep(5 2)=172.32-15.36=156.96(kPa) Ep(6 1)=225.24-16.60=208.64(kPa) Ep(6 2)=502.12-16.60=485.52(kPa)

13

第二章 基坑支护结构设计计算书

图4 FGHA段土压力分布图

2.4.3土压力合力及作用点的计算： Ea(1)=1.4×(7.78+22.21)/2=20.99(KN/m)

Ha(1)=1.4/3×(7.78×2+22.21)/(7.78+22.21)=0.59(m) Ea(2)=(0.38+42.84)×4/2=86.44(KN/m)

Ha(2)=4/3×(0.38×2+42.84)/(0.38+42.84)=1.35(m) Ea(3)=(84.98+107.24)×2/2=192.22(KN/m)

Ha(3)=2/3×(84.98×2+107.24)/(84.98+107.24)=0.96(m) Ea(4)=(73.42+81.61)×0.4/2=31.01(KN/m)

Ha(4)=0.4-0.4/3×(73.42×2+81.61)/(73.42+81.61)=0.20(m) Ep(5)=(81.30+156.96)×2/2=238.26(KN/m)

Hp(5)=2/3×(81.30×2+156.96)/(81.30+156.96)=0.89(m) Ep(6)=(208.64+485.52)×7.3/2=2533.68(KN/m)

Hp(6)=7.3/3×(208.64×2+485.52)/(208.64+485.52)=3.16(m) Ea=20.99+86.44+192.22+31.01=330.66(KN/m)

Ma=20.99×6.99+86.44×3.75+192.22×1.36+31.01×0.2=738.49(KN?m/m) 2.4.4支撑轴力计算： 经计算：∑MaD=738.49(KN?m/m) ∑Ea=330.66(KN/m) 由∑MD=0 得：

R=738.49/(8.9-1.5)=99.80(kN/m)

14

南京工业大学学士学位毕业设计

反弯点反力P0计算：

P0=330.66-99.80=230.86(kN/m)

2.4.5桩长计算：

设桩端进入第③-3层顶面以下x米处，由∑M=0 得：

1.2 [738.49+330.66×(2+x)]=99.80(10.9+x-1.5)+238.26(0.89+x)

+208.64x2/2+1/2[(485.52-208.64)×x/7.30]×x×(x/3)

整理得：

6.32x3+104.32x2-58.73x-529.6=0 解之得： x=2.37m

桩长H=10.9+2.37-1.1=12.17m，实取12.2m，经电算验算，满足要求。 2.4.6最大弯矩计算：

2.4.6.1 R-P0间最大弯矩，Mmax1计算： 设剪力Q=0点位于第②-1层顶面以下x米处： 99.80=20.99+0.38x+1/2(42.84-0.38)/4×x整理得： 5.31x2+0.38x-78.81=0 解得：x=3.82米

Mmax1=99.8×(1.4+3.82)-20.99×(0.59+3.82)-0.38×3.822/2

-0.5×(42.84-0.38)×3.82/4×3.822/3

=327.05(KN?m/m)

2.4.6.2 P0以下最大弯矩，Mmax2计算： 设剪力Q=0点位于第③-2层顶面以下x米处：

230.86=1/2×[(156.96-81.30)x/2+81.30×2]x 整理得： 18.915x2+81.30x-230.86=0 解得：x=1.953m

Mmax2=230.86×1.953-81.3×1.9532/2-1/2×1.953×

(156.96-81.30)×1.953/2×1.953/3=324.51(KN?m/m)

2.4.7拆撑计算

本工程拟建两层地下室，混凝土垫层200mm，地下室负2层底板厚800mm，负1层底板中心线位于地面下3.75m处，厚400mm，负1层顶板中心线位于建筑±0.00处，厚500mm。负1层底板换撑时，支护桩悬臂位于位于地面下3.55m

2

15

第二章 基坑支护结构设计计算书

处。

M=20.99?1.64+0.38?1.052/2+1/2?(42.84-0.38)?1.053/12 =36.68(KN?m/m) 2.4.8配筋计算

按《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第4.1.11：

M?23?fcm?r?sin???fy?As?rs?233Sin??t?Sin???

??1?0.75b?(1?0.75b)?0.5?0.625b

b?fy?As/fcm?A?t?1.25?2?

取桩径φ900，桩心距1100, Mmax=327.05（kN?M），取砼强度C30，fc=14.3N/mm2，主筋12Φ20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。

As=12?314.2=3769mm2 b=

fy?Asfc?A=300?3769/(14.3?3.14?4502)=0.084

?=1+0.75?0.084-[(1+0.75?0.084)2-0.5-0.625?0.084]1/2=0.303 ?t=1.25-2?=0.644

[M]=2/3?14.3?(450?sin??)3+210?400?3769?(sin??t+sin??)/? =655kN?m>1.25?1.0?1.1Mmax(=446) 满足要求！

配筋率?=As/A=3620/(450?)=5.69‰>?min=4‰，满足设计要求！

2

2.5支撑结构设计计算：

内支撑结构采用钢筋混凝土支撑， 取支撑力R=163KN/m，支撑对撑间距取为8m，角撑间距取为9m，立柱桩间距取10m。支撑梁截面为500×700，混凝土等级为C30

2.5.1支撑轴力：

N角=1.25??0×163×9/cos45o =2449.6KN

N对=1.25??0×163×8=1630.0KN 取N=2449.6KN 2.5.2支撑弯矩计算：

2.5.2.1支撑梁自重产生的弯矩：

q=1.25??0×0.5×0.7×25=10.94KN/m M1=1/10×10.94×102=109.4KN?m 2.5.2.2支撑梁上施工荷载产生的弯矩：

16

南京工业大学学士学位毕业设计

取q=10.0 KN/m

M2=1/10×10×102=100 KN.m 2.5.2.3支撑安装偏心产生的弯矩： M3=N×e=2449.6×10×3‰=73.49 KN?m

则支撑弯矩为：M=109.4+100+73.49=282.89 KN?m 2.5.3初始偏心距ei

e0 =M/N=282.89×103/2449.6=115.5mm

根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中7.3.3可知： ea=h/30=23.3>20mm

则ei= e0+ea=115.5+23.3=138.8 mm 2.5.4是否考虑偏心矩增大系数η ∵l0/h=10/0.7=14.3>8.0 ∴要考虑 由η?1?11400?eih0(l0h)?1?2

2ξ1=

0.5fcAN=0.5×14.3×0.5×0.7×103/2449.6=1.02>1.0

l0h100.7取ξ1=1

?2?1.15?0.01?1.15?0.01?=1.007>1.0

取ξ2=1

η?1?11400?142.20.7665(10)?1?1?1.682

2?ei =1.682×138.8=233.5mm

2.5.5配筋计算：

Nb??1?bbh0fc?1.0?0.55?0.5?0.665?14.3?10?2615.1KN3

∵?ei =233.5mm>0.3ho=199.5mm

且N=2449.6KN

h2-a=233.5+350-35=548.5mm

X=N/(αfc×b)=2449.6×103/(1×14.3×500)=342.60mm=>2a=2×35=70mm

2449.6?10As?As'?3?548.5?14.3?500?342.6?（665?342.6/2）300?（665?35）?710.28mm2

17

第二章 基坑支护结构设计计算书

实配：上下均为4Φ20，As=As’=1256mm2 2.5.6整体稳定性验算：

稳定性系数：l0/b=10/0.5=20 查表：?=0.75

可按构造配筋 2.5.7联系梁：

截面尺寸400×500，砼C30，上下均配4Φ16, Φ8@200四肢箍。

2.6圈梁设计计算：

本设计共分为三个段面，混凝土支撑直接作用于圈梁上，由于三个段面的作用力相差较大，分别为163KN，18KN，100KN，故圈梁设计分三段进行，设计圈梁均为800×1100，C30砼： 2.6.1 ABC段圈梁设计计算： 2.6.1.1 正截面强度计算

Mmax=

110?163×92×1.25?0=1650 KN?m

αs =2000?106/(14.3?800?10652)=0.15 γs=0.5(1+1?2?s)=0.92

As=1650?10/(0.92?210?1065)=8006mm2 实取2×9Φ25有 As=8839mm2 As=8839mm2 >ρ

min

6

?A=0.003?800?1100=2640 mm2

满足最小配筋率要求。 2.6.1.2 斜截面强度计算

V=1/2?163?9?1.25=917KN

0.7ftbh0=0.7?1.43?800?1065=852.9KN

2.6.2 CDEF段圈梁设计计算： 2.6.2.1 正截面强度计算

Mmax=

Asvsh0=1134.1KN>V=917N

110?18×92×1.25?0=183 KN?m

18

南京工业大学学士学位毕业设计

αs =2000?106/(14.3?800?10652)=0.15 γs=0.5(1+1?2?s)=0.92

As=183?10/(0.92?210?1065)=889mm2<ρ故只需取2?5Φ20 有 As=3142mm2。 2.6.2.2 斜截面强度计算

V=1/2?18?9?1.25=101.25KN

0.7ftbh0=0.7?1.43?800?1065=852.9KN>V 故只需取Φ8@200，四肢箍即可满足要求。 2.6.3 FGHA段圈梁设计计算： 2.6.3.1 正截面强度计算

M1106

min

?A=0.003?800?1100=2640 mm

2

=max?100×92×1.25?0=1012 KN?m

αs =2000?106/(14.3?800?10652)=0.15 γs=0.5(1+1?2?s)=0.92

As=1012?106/(0.92?210?1065)=4918mm2 实取2?9Φ20 有 As=5652mm2 As=5652mm2 >ρ

min

?A=0.003?800?1100=2640 mm2

满足最小配筋率要求。 2.6.3.2 斜截面强度计算

V=1/2?100?9?1.25=563KN

0.7ftbh0=0.7?1.43?800?1065=852.9KN>V 故只需取Φ8@200，四肢箍即可满足要求。

2.7立柱强度计算：

2.7.1上段钢立柱采用Φ325?10钢管 a、立柱上所承受的竖向压力P 支撑、联系梁、活载、自重

P1=1.25?10?(4+11.3+10)+0.5?0.7?10?25/2+0.4? 0.5?8?25/2+0.4?0.5?11.3?25

=436KN

b、使支撑纵向稳定所需的水平压力产生的竖向荷载 P2=0.1?163?1.25?8=163KN

c、Φ325?10钢管特征系数及强度验算：

A=6010mm2 W=1.48?106 mm3

19

第二章 基坑支护结构设计计算书

i=112.8

L0=8m, λ=L0/i=70.9 查表得 Φ=0.745

?=N/(ΦA)=(436+163)?103/(0.745?6010)

=134<[f]

2.7.2下段钢筋砼立柱强度验算：

取立柱桩径900，基坑面下桩长L米,取qs=26KPa P=436+163+3.14?0.452?L?25×1.2=599+19.1L KN

F=?DfL=3.14?0.9?26?L=73.48L 由F=1.2P 得L=14.22 实取L=14.5M

配筋：主筋为14Φ20，螺旋筋Φ8@200,上部加密，加强筋Φ20@2000。

2.8 基坑止降水设计

2.8.1止水桩长确定

坑外水位取地面下1.0m，坑内水位取地面下8.50m。

由 D?(Ksrw

r')hw 得：2r'

?D?(2?10?5.1)?(8.5?1)2?5.1

D=10.96m

止水桩长为：h=8.5+10.96-1.1=18.4m 2.8.2基坑止水帷幕设计

基坑开挖范围内西侧和北侧有坳沟和暗塘分布,结合本基坑的开挖深度等情况，考虑目前普通深搅桩机的施工能力，确定深搅桩有效桩长为18.4m。

基坑止水帷幕采用一排Φ700@900的双轴深搅桩，桩体搭接300mm。 2.8.3降水设计

本基坑基坑在坳沟、暗塘分布区采用单排深搅桩做止水帷幕，基坑内设集水坑排水。

20

南京工业大学学士学位毕业设计

第三章 施工要求及监测方案

3.1 基坑施工要求

（1）严格按《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)进行施工。

（2）支护桩应进行间隔施工，确保桩的垂直度，注意施工安全。

（3）深搅桩施工前应开挖沟槽，将上部地表障碍物清除，用粘土填实。施工中确保桩身垂直度与桩身搭接。施工中如遇障碍造成断桩，必须明确标明位置，并及时采取措施进行补强。

（4）立柱桩、降水井位置应避开工程桩、柱、地梁及小型承台等，如相互矛盾立柱桩、降水井位置可作适当调整(立柱桩只能沿支撑轴线方向移动)。 （5）基坑内土方应分层分区对称开挖；坑底留30cm土由人工清除，不得超挖；在开挖至底板设计标高(包括垫层)之后，先尽快满堂作好垫层至支护桩边，然后再进行桩基承台的开挖，承台应采用逐个直立开挖、砖砌外模护壁，不得大面积开挖。

（6）挖土到位后及时浇筑承台和地下室底板，严禁暴露时间过长，作为拆撑的必要条件，要求底板砼必须浇筑至支护桩边。

（7）土方开挖期间，应注意挖土机械不得损伤支护结构等，基坑四周严禁堆土或堆载，不得在桩墙顶部压顶板上碾压。

（8）施工期间应加强基坑监测工作，重点对周围民房与道路进行监测

21

第三章 施工要求及监测方案

3.2 基坑监测方案

该工程为大面积深基坑工程，为了及时掌握基坑围护结构的安全性，了解基坑开挖对周围环境的影响，必须进行施工监测。 3.2.1基坑及周围环境的监测、测试

(1)压顶梁的水平位移监测：沿压顶梁每隔15m布置一个水平位移观测点。 (2)深层水平位移监测：要求在支护桩外侧布设10个深层位移观测孔。测斜孔深不小于支护桩长，使用测斜仪逐段量测在基坑开挖过程中和地下室主体结构施工过程中整个支护桩深度范围内支护结构及外侧土体向基坑内的水平位移情况。

(3)基坑周边道路沉降观测：沿周边道路每15m设一沉降观测点。 (4)基坑周边建筑物沉降观测：每幢建筑物上设一组沉降观测点。 (5)砼支撑轴力量测:布设9组应力量测点。 3.2.2监测与测试的控制要求：

(1)桩顶水平位移速率不超过2mm/d或累计水平位移不超过25mm； (2)深层水平位移速率不超过2mm/d或累计水平位移不超过25mm； (3)任何不正常的路面沉陷或路面沉陷不超过25mm或不超过2mm/d； (4)建筑物沉降速率不超过2mm/d或累计水平位移不超过15mm，差异沉 不超过建筑物高度的2‰； (5)支撑轴力不超过设计值的80%。 3.2.3观测频率

基坑开挖施工前进行第一次观测，观测值作为初始值，基坑开挖前期每三天观测一次，中期每两天观测一次，开挖至坑底后每天观测一次，基坑或周围环境位移变形较大时，每天观测两次。基坑出现险情时，加密观测。

观测成果应及时反馈给业主、监理、设计和施工单位。

22

南京工业大学学士学位毕业设计

第四章 电算结果

4.1 ABC段深基坑支护设计

排桩支护

[ 基本信息 ] 内力计算方法 规范与规程 基坑等级 基坑侧壁重要性系数γ0 基坑深度H(m) 嵌固深度(m) 桩顶标高(m) 桩直径(m) 桩间距(m) 混凝土强度等级 有无冠梁 ├冠梁宽度(m) ├冠梁高度(m) └水平侧向刚度(MN/m) 放坡级数 超载个数 增量法 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99 二级 1.00 8.500 9.400 -1.100 0.900 1.100 C30 有 1.100 0.800 0.000 0 1

23

第四章 电算结果

[ 超载信息 ] 超载 类型 序号 1 [ 土层信息 ] 土层数 内侧水位深度(m) 弹性法计算方法 [ 土层参数 ] 层号 1 2 3 4 5

层号 与锚固体摩 1 2 3 4 5 [ 支锚信息 ]

支锚道数 支锚 道号 1 支锚 道号 1

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) --- 20.000 5 8.500 m法 坑内加固土 外侧水位深度(m) 否 1.000 土类名称 杂填土 粘性土 淤泥质土 粘性土 粘性土 层厚 (m) 3.60 0.90 5.10 7.90 2.20 粘聚力 水下(kPa) 13.40 23.40 11.00 13.40 30.60 重度 (kN/m3) 19.5 19.3 15.1 19.1 19.6 内摩擦角 水下(度) 18.60 16.90 8.70 18.10 18.50 浮重度 (kN/m3) 9.5 9.3 5.1 9.1 9.6 水土 合算 合算 合算 合算 合算 粘聚力 (kPa) 13.40 23.40 11.00 --- --- 计算m值 (MN/m4) 6.40 6.36 1.74 4.00 4.00 内摩擦角 (度) 18.60 16.90 8.70 --- --- 抗剪强度 (kPa) --- --- --- --- --- 擦阻力(kPa) 60.0 60.0 60.0 120.0 120.0 1 水平间距 (m) 1.000 竖向间距 (m) 1.500 入射角 (°) --- 锚固体 直径(mm) --- 总长 (m) --- 工况 号 2～ 锚固段 长度(m) --- 抗拉力 (kN) --- 支锚类型 内撑 预加力 (kN) 0.00 支锚刚度 (MN/m) 15.00 24

南京工业大学学士学位毕业设计

[ 土压力模型及系数调整 ]

弹性法土压力模型:

经典法土压力模型:

层号 土类名称 水土 1 2 3 4 5

[ 设计结果 ]

[ 结构计算 ] 各工况：

杂填土 粘性土 合算 合算 水压力 调整系数 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 主动土压力 调整系数 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 被动土压力 调整系数 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 被动土压力 最大值(kPa) 10000.000 10000.000 10000.000 10000.000 10000.000 淤泥质土 合算 粘性土 合算 粘性土 合算

25

第四章 电算结果

26

南京工业大学学士学位毕业设计

内力位移包络图：

地表沉降图：

[ 冠梁选筋结果 ]

钢筋级别 HRB335 HRB335 HPB235

选筋 2D16 9D14 d8@200 27

As1 As2 As3

第四章 电算结果

[ 截面计算 ] [ 截面参数 ] 桩是否均匀配筋 混凝土保护层厚度(mm) 桩的纵筋级别 桩的螺旋箍筋级别 桩的螺旋箍筋间距(mm) 弯矩折减系数 剪力折减系数 荷载分项系数 配筋分段数 各分段长度(m) [ 内力取值 ] 段 内力类型 号 1 基坑内侧最大弯矩(kN.m) 基坑外侧最大弯矩(kN.m) 最大剪力(kN) 级别 HRB335 HRB335 HRB335 弹性法 计算值 788.16 317.14 310.93 经典法 计算值 581.82 856.99 320.91 钢筋 实配值 25D20 D8@200 D20@2000 内力 设计值 618.19 910.55 401.13 内力 实用值 837.43 336.96 388.67 是 20 HRB335 HRB335 150 0.85 1.00 1.25 一段 16.80 段 选筋类型 号 1 实配[计算]面积 (mm2或mm2/m) 7854[7736] 1508[-906] 154 纵筋 箍筋 加强箍筋 [ 整体稳定验算 ]

28

南京工业大学学士学位毕业设计

计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法

条分法中的土条宽度: 0.40m

滑裂面数据

整体稳定安全系数 Ks = 1.871 圆弧半径(m) R = 19.426 圆心坐标X(m) X = -1.477 圆心坐标Y(m) Y = 9.880

[ 抗倾覆稳定性验算 ] 抗倾覆安全系数:

Ks?MpMa

Mp———被动土压力及锚杆力对桩底的弯矩, 其中锚杆力由等值梁法求得; Ma———主动土压力对桩底的弯矩; Ks = 1.311 〉1.200, 满足规范要求!

[ 抗隆起验算 ]

29

第四章 电算结果

Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

?DNq?cNc Ks???H?D??q

??Nq?tan 45o??2??? 2e?tan??? N??N?1qc ?1tan??

??Nq?tan 45?18.50021??2e3.142tan?18.500??5.520 N??5.520?1?c Ks? 8.653?9.400?5.520?30.600?13.51018.062??8.500?9.400tan?18.500??13.510??20.000 Ks = 2.512 >= 1.1, 满足规范要求。

Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

Ks??DNq?cNc??H?D??q

? ? Nq?12e?34???2o?tan???cos?45??2???22 N??N?1qc ?1tan??? 18.5002tan?18.500? Nq?12e?34?3.142?cos?45?118.500?? 2?6.362

N??6.362?1?c K?S 8.653?9.400?6.362?30.600?16.02718.062??8.500?9.400tan?18.500??16.027??20.000Ks = 2.935 >= 1.15, 满足规范要求。

30

南京工业大学学士学位毕业设计

[ 隆起量的计算 ]

注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!

式中δ———基坑底面向上位移(mm); n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;

???8753?16?n??ihii?1?q??125??DH?0.5?6.37?c?0.04?tan?????0.54 ri———第i层土的重度(kN/m)；

33

地下水位以上取土的天然重度(kN/m)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m); hi———第i层土的厚度(m); q———基坑顶面的地面超载(kPa); D———桩(墙)的嵌入长度(m);

H———基坑的开挖深度(m);

c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);

φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);

r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3);

?8753?16??148.0?20.03

????125???9.48.5?0.5?6.37?18.1?30.6?0.04??tan?0.32???0.54

δ = 0(mm)

[ 抗管涌验算 ]

31

第四章 电算结果

抗管涌稳定安全系数(K >= 1.5):

式中γ0———侧壁重要性系数; γ'———土的有效重度(kN/m3);

γw———地下水重度(kN/m3);

h'———地下水位至基坑底的距离(m); D———桩(墙)入土深度(m);

K = 2.882 >= 1.5, 满足规范要求。

1.5?0h?w?'?h'?2D??'----------------------------------------------------------------------

4.2 CDEF段深基坑支护设计

[ 支护方案 ] 排桩支护

[ 基本信息 ] 内力计算方法 规范与规程 基坑等级 基坑侧壁重要性系数γ0 基坑深度H(m) 嵌固深度(m) 桩顶标高(m)

增量法 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99 二级 1.00 8.500 6.600 -1.100 32

南京工业大学学士学位毕业设计

桩直径(m) 桩间距(m) 混凝土强度等级 有无冠梁 ├冠梁宽度(m) ├冠梁高度(m) └水平侧向刚度(MN/m) 放坡级数 超载个数 [ 超载信息 ] 超载 类型 序号 1 [ 土层信息 ] 土层数 内侧水位深度(m) 弹性法计算方法 [ 土层参数 ] 层号 1 2 3 4 层号 与锚固体摩 擦阻力(kPa) 1 2 3 4 [ 支锚信息 ] 支锚道数 支锚 道号 1 支锚 道号 1

0.900 1.100 C30 有 1.100 0.800 13.251 0 1 超载值 (kPa,kN/m) 作用深度 (m) --- 4 8.500 m法 层厚 (m) 2.40 4.60 3.00 10.30 粘聚力 水下(kPa) 15.00 47.80 30.60 50.90 重度 (kN/m3) 19.5 19.9 19.6 20.1 内摩擦角 水下(度) 18.60 18.80 18.50 17.90 作用宽度 (m) --- 距坑边距 (m) --- 形式 --- 否 1.000 长度 (m) --- 20.000 坑内加固土 外侧水位深度(m) 浮重度 (kN/m3) 9.5 9.9 9.6 10.1 水土 合算 合算 合算 合算 粘聚力 (kPa) 15.00 47.80 30.60 --- 计算m值 (MN/m4) 6.56 9.97 8.06 4.00 内摩擦角 (度) 18.60 18.80 18.50 --- 抗剪强度 (kPa) --- --- --- --- 土类名称 杂填土 粘性土 粘性土 粘性土 60.0 60.0 120.0 120.0 1 水平间距 (m) 1.000 竖向间距 (m) 1.500 入射角 (°) --- 锚固体 直径(mm) --- 33

总长 (m) --- 工况 号 2～ 锚固段 长度(m) --- 抗拉力 (kN) --- 支锚类型 内撑 预加力 (kN) 0.00 支锚刚度 (MN/m) 15.00 第四章 电算结果

[ 土压力模型及系数调整 ]

弹性法土压力模型:

经典法土压力模型:

层号 土类名称 水土 1 2 3 4

[ 设计结果 ]

[ 结构计算 ] 各工况：

杂填土 粘性土 粘性土 粘性土 合算 合算 合算 合算 水压力 调整系数 1.000 1.000 1.000 1.000 主动土压力 调整系数 1.000 1.000 1.000 1.000 被动土压力 调整系数 1.000 1.000 1.000 1.000 被动土压力 最大值(kPa) 10000.000 10000.000 10000.000 10000.000

34

南京工业大学学士学位毕业设计

35

第四章 电算结果

内力位移包络图：

地表沉降图：

[ 冠梁选筋结果 ]

钢筋级别 HRB335 HRB335 HPB235

选筋 2D20 9D14 d8@200 36

As1 As2 As3

南京工业大学学士学位毕业设计

[ 截面计算 ] [ 截面参数 ] 桩是否均匀配筋 混凝土保护层厚度(mm) 桩的纵筋级别 桩的螺旋箍筋级别 桩的螺旋箍筋间距(mm) 弯矩折减系数 剪力折减系数 荷载分项系数 配筋分段数 各分段长度(m) [ 内力取值 ] 段 内力类型 号 1 基坑内侧最大弯矩(kN.m) 基坑外侧最大弯矩(kN.m) 最大剪力(kN) 级别 HRB335 HRB335 HRB335 弹性法 计算值 251.53 6.11 78.43 经典法 计算值 52.44 51.93 74.69 钢筋 实配值 25D14 D12@150 D14@2000 内力 设计值 55.72 55.17 93.37 内力 实用值 267.25 6.49 98.04 是 20 HRB335 HRB335 150 0.85 1.00 1.25 一段 14.00 段 选筋类型 号 1 实配[计算]面积 (mm2或mm2/m) 3848[3817] 1508[-906] 154 纵筋 箍筋 加强箍筋 [ 整体稳定验算 ]

37

第四章 电算结果

计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法

条分法中的土条宽度: 0.40m 滑裂面数据

整体稳定安全系数 Ks = 2.415 圆弧半径(m) R = 16.583 圆心坐标X(m) X = -1.633 圆心坐标Y(m) Y = 9.789

[ 抗倾覆稳定性验算 ] 抗倾覆安全系数:

Ks?MpMa

Mp———被动土压力及锚杆力对桩底的弯矩, 其中锚杆力由等值梁法求得; Ma———主动土压力对桩底的弯矩;

Ks = 3.113 >= 1.200, 满足规范要求。

[ 抗隆起验算 ]

Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

38

南京工业大学学士学位毕业设计

Ks??DNq?cNc??H?D??q o

??Nq?tan 45??2??? 2e?tan??? N??N?1qc ?1tan??

??Nq?tan 45?17.90021??2e3.142tan?17.900??5.207 N??5.207?1?c K?s?13.024tan?17.900? 9.986?6.600?5.207?50.900?13.02419.844??8.500?6.600??20.000 Ks = 3.147 >= 1.1, 满足规范要求。

Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

Ks??DNq?cNc??H?D??q

? ? Nq?12e?34???2o?tan???cos?45??2???22 N??N?1qc ?1tan??? 17.9002tan?17.900? Nq?12e?34?3.142?cos?45?117.900?? 2?5.980

Nc??5.980?1 KS??15.418tan?17.900? 9.986?6.600?5.980?50.900?15.418?19.844??8.500?6.600??20.000Ks = 3.688 >= 1.15, 满足规范要求。

39

第四章 电算结果

[ 隆起量的计算 ]

注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!

式中δ———基坑底面向上位移(mm); n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;

???8753?16?n??ihii?1?q??125??DH?0.5?6.37?c?0.04?tan?????0.54 ri———第i层土的重度(kN/m)；

33

地下水位以上取土的天然重度(kN/m)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m); hi———第i层土的厚度(m); q———基坑顶面的地面超载(kPa); D———桩(墙)的嵌入长度(m);

H———基坑的开挖深度(m);

c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);

φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);

r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3);

?8753?16??167.7?20.03

????125???6.68.5?0.5?6.37?19.8?50.9?0.04??tan?0.31???0.54

δ = 18(mm)

[ 抗管涌验算 ]

40

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4ndg.html