毕业设计基坑

本科学生毕业设计

???公寓基坑支护结构设计

院部名称： 土木与建筑工程学院 专业班级： 土木工程（岩土）??? 学生姓名： ?? 指导教师： ??? ??? 职 称： 高工 教授

黑 龙 江 工 程 学 院

二○一四年六月

The Graduation Design for Bachelor's Degree

Design of ??? Flats Foundation Ditch

Supporting Structure

Candidate：???

Specialty：Civil Engineering Class：???

Supervisor：Profseeor.??????? Lecturer Engineer. ?????

Heilongjiang Institute of Technology

2014-06·Harbin

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摘 要

本设计拟建???公寓工程位于哈尔滨市，其南临南环路，东临美食商城，北侧为运动商城，西侧为居民区。拟建建筑物地面以上7层，地下2层，总建筑面积41798m2。经地质勘查，地基土层主要由杂填土、粉土、粉质黏土、黏土构成。建筑±0.00相当于绝对标高33.96m，整平后地面标高为33.50m，基坑开挖深度为9.0m，地下室采用框架结构。主体基坑采用三种不同的支护体系：第一种是钢板桩锚杆支体系，第二种是土钉墙支护体系，第三种是混凝土桩锚杆支护体系。基坑采用喷射井点+止水帷幕降止水。本次设计的主要内容包括：支护方案的选择、钢板桩锚杆设计计算、混凝土桩锚杆设计计算、土钉墙设计计算、基坑的稳定性验算、基坑降止水等。经验算，该基坑设计合理，方案可行，可满足基坑土方开挖，地下室结构施工和对周围环境保护的要求。

关键词：深基坑支护；钢板桩；混凝土桩；土钉墙；基坑降水；基坑监测

I

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ABSTRACT

This design for ????i foundation pit supporting structure design of the foundation pit is located in Harbin city, Hei long jiang province, in the foundation pit size is 4050. The field area terrain rules rectangle on the whole, excavation depth of 9 m, for the light market, on the west side of foundation pit in recent distance is 4 m, the north side, for real estate company from foundation pit recent distance of 18 m, bridge road, on the south the storehouse of foundation pit in recent distance of 16 m, through scheme comparison, finally determine the west adopts steel sheet pile support structure and soil nailing wall supporting structure is used in the south the north by concrete pile plus anchor supporting structure. This design main content includes: design scheme comparison; Earth pressure calculation; Calculation of retaining structure; Calculating stability of foundation pit; Foundation pit precipitation of water stop design; Foundation pit monitoring scheme design.

Key words: Deep foundation pit；Steel sheet pile；Pile；Soil nailing wall；Foundation pit dewatering of foundation pit monitoring

II

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目 录

摘要 ......................................................................................................................................... I ABSTRACT ........................................................................................................II 第1章 绪论 ....................................................................................................... 1

1.1选题目的和意义 ....................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ...................................................................................................... 2 1.3 基坑工程概况 .......................................................................................................... 2

1.3.1 工程概况 ....................................................................................................... 2 1.3.2 周边环境 ....................................................................................................... 3 1.4 地质条件 .................................................................................................................. 4

1.4.1 工程地质条件 ............................................................................................... 4 1.4.2 水文地质条件 ............................................................................................... 4 1.5 拟解决的主要问题 .................................................................................................. 4

第2章 基坑方案选择及确定 .......................................................................... 5

2.1 基坑支护设计基本要求 .......................................................................................... 5 2.2 基坑支护方案选择及确定 ...................................................................................... 5

2.2.1 支护方案的选择 ........................................................................................... 5

2.2.2 支护结构体系的比较 ................................................................................... 7

2.2.3 支护结构体系的确定 ................................................................................... 7 2.3 本章小结 .................................................................................................................. 7

第3章 土压力计算 .......................................................................................... 8

3.1 基坑南侧土压力计算 .............................................................................................. 8 3.2 基坑东侧土压力计算 .............................................................................................. 9 3.3 基坑北侧土压力计算 ............................................................................................ 10 3.4 基坑西侧土压力计算 ............................................................................................ 11 3.5 本章小结 ................................................................................................................ 12

1

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经地质勘查，地基土层主要由杂填土、粉土、黏土、粉质黏土、砂土构成。建筑±0.00相当于绝对标高33.96m，整平后地面标高为33.50m,地面标高为33.50m，其它标高均以此为准，地下室负二层底板顶标高为25.50m，基坑开挖深度为9.0m，地下室采用框架结构，如图1.1 所示

运动商城 18 居民楼20 云海公寓 16 4 美食商城 南环路

图1.1 基坑平面图

1.3.2 周边环境

基坑周边环境条件：基坑南面为马路，最近距离 16m，无下设的通讯电缆、煤气管线等设施。北侧为运动商城，楼高七层，其最近距离为18m。东侧为美食商城，最近距离为4.0m，楼高7层。西侧为居民楼，其最近距离为20m。

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1.4 地质条件

1.4.1 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，原始地貌为冲积型堆积土层。根据土层的地质时代、成因类型、岩性及分布埋藏特征，从上到下可分为5个层次，支护深度影响范围内土层依次分布如表格1.1 所示：

表1.1 拟建场地土体情况一览表

类别 厚度 重度 γ(kN/m3) 土粒重度 3序号 含水率 液限 ωL 塑限 渗透系数 ωP k(m3/d) 内摩擦角 φk(°) 16.0 22.0 24.0 18.0 21.0 黏聚力 ck(kPa) 压缩模量 Es(MPa) 9.33 11.24 14.32 15.87 9.0 序号 （名称） h(m) γs(kN/mω(%) ) 19.93 21.16 19.59 19.34 20.00 1 2 3 4 5 杂填土 粉土 2.5 19.0 3.0 21.0 26.0 26.8 27.0 27.2 27.2 25.6 24.3 30.5 - 48.5 18.5 17.5 17.8 - - 4×10-6 4×10-7 4×10-8 4×10-4 - 10 14 16 20 22 粉质黏土 4.0 18.0 黏土 砂土 5.0 17.5 5.5 19.7 1.4.2 水文地质条件

根据地下水的赋存条件，场区有一层地下水，赋存于第一层杂填土与第二层粉土土层中间，属孔隙潜水类型，主要接受降雨、地表水、地下径流的补给。

1.5 拟解决的主要问题

（1）基坑支护方案的比选。

（2）混凝土桩锚杆支护结构设计计算。 （3）钢板桩锚杆设计计算。 （3）土钉墙设计计算。 （4）基坑的稳定性验算。 （5）基坑降水。

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第2章 基坑方案选择及确定

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)为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)参照本地区以往深基坑工程成功实践经验。

(6)考虑到邻近基坑边有重点保护道路及楼房，为确保安全，以“位移变形”控制设计计算。

(7)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。

2.2 基坑支护方案选择及确定

2.2.1 支护方案的选择

根据调查了解和收集的区域资料，目前常采用的基坑支护方式主要有：放坡开挖、地下连续墙、水泥土墙、桩锚支护结构、土钉墙支护结构等。 1、放坡开挖

适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制无严格要求，价钱最便宜，回填土方较大。

在基坑周围的环境允许放坡的情况下，可以将基坑边壁开挖成具有一定坡度、能够在基坑回填之前的施工阶段维持边坡稳定的斜坡。这样，既可以省去专门的边坡支护结构，又可以较好地满足施工要求。虽然土方挖放量有所增加，但总的技术、经济效果是很明显的。

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2、钻孔灌注桩

钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。其多用于坑深7～15m的基坑工程，在我国北方土质较好地区已有8～9m的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害，无挤土现象，对周围环境影响小;墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小;当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失，特别时在高水位软粘土质地区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区，但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体，因而相对整体性较差，当在重要地区，特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。 3、地下连续墙

通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的，但较少使用。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备。 4、土钉墙

土钉墙是一种边坡稳定式的支护，其作用与被动的具备挡土作用的上述围护墙不同，它是起主动嵌固作用，增加边坡的稳定性，使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区，我国华北和华东北部一带应用较多，目前我国南方地区亦有应用，有的已用于坑深10m以上的基坑，稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。

土钉墙中含有一类复合土钉墙，其支护效果更优，适用范围更广。

复合土钉墙，是将土钉墙与其他的一种或几种支护技术（如：有限放坡、止水帷幕、微型桩、水泥土墙、锚杆等）有机组合成的复合支护体系，它是一种改进或加强型土钉墙。经过十几年的研究和实践，工程界对复合土钉墙的认识越来越深化，它能克服单纯土钉墙的技术弱点和缺陷，扩大土钉墙的适用范围，在很多情况下，它可以取代排桩或地下连续墙支护方式，支护工期大大缩短，费用大大降低，取得显著经济和社会效益。因此越来越多的工程使用复合土钉墙进行基坑支护。

根据理论研究和工程实践，目前复合土钉墙的种类有：土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆、土钉墙+预应力锚杆、土钉墙+微型桩+预应力锚杆、土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆。

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5、钢筋混凝土板桩

钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点，曾在基坑中广泛应用，但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法，振动与噪音大，同时沉桩过程中挤土也较为严重，在城市工程中受到一定限制。此外，其制作一般在工厂预制，再运至工地，成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计，目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm以上)的板桩，并有液压静力沉桩设备，故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。 2.2.2 支护结构体系的比较

本工程地下水位较高，基坑开挖深度为9米，且东侧由于距离建筑物较近，根据我国目前基坑工程中所取得的经验，其围护结构可选择以下几种方案：

方按1：钻孔灌注桩加搅拌桩或旋喷桩止水，设1-2道内支撑； 方案2：土钉墙支护；

方案3：可应用混凝土桩加锚杆支护，设1-2道支撑； 方案4：可采用钢板桩加锚杆支护，设1-2道支撑；

由于本工程东侧离建筑物较近，故围护结构可考虑的方案有：方案2、方案3、方案4。

2.2.3 支护结构体系的确定

根据以上支护方案的比较，结合该场地实际的地质条件，综合分析：在靠近南侧道路，用土钉墙支护结构。北侧居民楼和西侧购物广场，采用混凝土桩锚杆支护结构。东侧电子商业大厦，采用钢板桩锚杆支护结构。经设计验算之后，能满足基坑土方开挖，地下室结构施工和对周围环境保护的要求。

2.3 本章小结

本章通过对常用基坑支护方案比选，结合工程地质条件、水文地质条件及周边环境确立了两种支护方案。基坑东侧采用钢板桩锚杆支护结构；马路一侧采用土钉墙支护结构；居民楼和购物广场两侧采用混凝土桩锚杆支护结构。

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第3章 土压力计算

3.1 基坑南侧土压力计算

基坑靠近马路受到人和行车荷载q=20kpa 对基坑的作用，如图3.1 所示。

图3.1 基坑受到人和行车的荷载

???s??w???w?21.16?s?1?w????s??w? 粉质黏土的饱和重度?sat3???w?19.59 ?s?1?w????s??w?黏土的饱和重度?sat4???w?19.34?s?1?w?粉土的饱和重度?sat2? 第一层填土的土压力强度

?????2c1tan?45??1???3.7kPa2?2??

?????a2??q??1h1?tan245??1??2c1tan45??1??33.19kPa2?2??a1?qtan2?45???1??? 第二层：

?????2c2tan45?2??19.78kPa2?2?

?????a2??q??1h1??sat2h2?tan245??2??2c2tan45??2??48.66kPa2?2??a1??q??1h1?tan2?45???2???? 第三层：

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?a1???1h1??sat2h2?q?tan2?45??

?3??????2c3tan45?3??41.84kPa2?2???a2???1h1??sat2h2??sat3h3?q?tan2?45???3??????2c3tan45?3??74.89kPa2?2??

被动土压力：

?pa1?2c3tan?45??

?2???49.28kPa2??pa2??sat3htan2?45???3??????2c3tan45?3??94.83kPa2?2??

3.2 基坑东侧土压力计算

基坑东侧靠近一个7层美食商城，地基受到应力扩散的影响，如图3.2所示

图3.2 应力扩散

基底附加压力为：

p?7?17?119kPap0?p??mh?43.4kPa

??k?p0b?34.3kPa?b?2a?

作用范围地下7~23m h?9m所以对基坑有影响 第一层：不考虑材料堆载和其他荷载

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?a1??q??1h1?tan2?45???2??????2c2tan45?2??19.78kPa2?2???a2??q??1h1??sat2h2?tan2?45??

第二层：

?2??????2c2tan45?2??48.66kPa2?2??

?a11???1h1??sat2h2?q???k?tan2?45???a1?(q??1h1)tan2?45??

?2??????2c2tan45?2??64.27kPa2?2???2??????2c2tan45?2??15.612kPa2?2???a2??q??1h1??2h2?tan2?45???2??????2c2tan45?2??48kPa2?2??

第三层：

?a1???1h1??sat2h2?q??σk?tan2?45???3??????2c3tan45?3??56.3kPa 2?2??

?a2???1h1??sat2h2??sat3h3?q??σk?tan2?45???3??3???2ctan45????85.22kPa32?2?

? 被动土压力：

?pa1?2c3tan?45??

?2???49.28kPa2??pa2??sat3htan2?45???3??????2c3tan45?3??94.83kPa2?2??

3.3 基坑北侧土压力计算

基坑北面靠近7层的运动商城，土压力计算 基底附加压力：

p?7?17?119kPa p0?p??md?67kPa作用范围地下20~76m

h=9m＜20m 所以无影响 第一层：

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?a1?qtan2?45??

???1??????2c1tan45?1???3.70kPa2?2???a2?(?1h1?q)tan2?45???1??????2c1tan45?1??33.19kPa2?2??

第二层：

?a1??q??1h1?tan2?45??

?2??????2c2tan45?2??19.78kPa2?2???a2??q??1h1??sat2h2?tan2?45???2??????2c2tan45?2??48.66kPa2?2??

第三层：

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?3??????2c3tan45?3??41.84kPa2?2???a2???1h1??sat2h2??sat3h3?q?tan2?45???3??????2c3tan45?3??74.89kPa2?2??

被动土压力：

?pa1?2c3tan?45??

?2???49.28kPa2??pa2??sat3htan2?45???3????2c3tan45???94.83kPa2?2???3?

3.4 基坑西侧土压力计算

基坑西面靠近一个7层的居民喽，土压力计算 基地附加压力：

p?7?17?119kPa p0?p??md?67kPa作用范围地下21.5~80.5m

h=9m＜21.5m 所以无影响 第一层：

?a1?qtan2?45??

???1??????2c1tan45?1???3.70kPa2?2???a2?(?1h1?q)tan2?45???1??????2c1tan45?1??33.19kPa 2?2?? 第二层：

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?a1??q??1h1?tan2?45??

?2??????2c2tan45?2??19.78kPa2?2???a2??q??1h1??sat2h2?tan2?45???2??????2c2tan45?2??48.66kPa2?2??

第三层：

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?3??????2c3tan45?3??41.84kPa2?2???a2???1h1??sat2h2??sat3h3?q?tan2?45???3??????2c3tan45?3??74.89kPa2?2??

被动土压力：

?pa1?2c3tan?45??

?2???49.28kPa2??pa2??sat3htan2?45???3??????2c3tan45?3??94.83kPa2?2??

3.5 本章小结

本章计算了各土层土压力计算即主动土压力和被动土压力，确定了钢板桩的长度和入土深度和锚杆的长度，并对锚杆的稳定性进行了验算，锚杆稳定性满足要求，最后对锚杆进行了配筋设计。

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第4章 混凝土桩锚杆支护设计

4.1 基本信息

本设计基坑北侧采用混凝土桩锚杆支护结构形式，计算过程如下如图4.1 所示：

图4.1 混凝土桩锚杆支护

表4.1 基本信息

规范与规程 内力计算方法 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) 桩材料类型 混凝土强度等级 桩截面类型 └桩直径(m) 桩间距(m) 有无冠梁 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012 增量法 二级 1.00 9.000 3.000 0.000 钢筋混凝土 C30 圆形 0.600 1.500 有 13

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├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 支护结构上的水平集中力 1.000 1.000 112.000 0 1 0 表4.2 超载信息

超载 序号 1 类型 超载值 (kPa,kN/m) 20.000 作用深度 (m) --- 作用宽度 (m) --- 距坑边距 (m) --- 形式 --- 长度 (m) --- 表4.3 附加水平力信息

水平力 序号 (kN) (m) 倾覆稳定 整体稳定 作用类型 水平力值 作用深度 是否参与 是否参与 表4.4 土层信息

土层数 内侧降水最终深度(m) 内侧水位是否随开挖过程变化 弹性计算方法按土层指定 基坑外侧土压力计算方法 5 10.000 否 ㄨ 主动 坑内加固土 外侧水位深度(m) 内侧水位距开挖面距离(m) 弹性法计算方法 是 2.000 --- m法 表4.5 土层参数

层号 1 2 3 4 5 土类名称 杂填土 粉土 粉质黏土 黏性土 砂土 层厚 (m) 2.50 3.00 4.00 5.00 5.50 重度 (kN/m3) 19.0 21.0 18.0 17.5 19.7 浮重度 (kN/m3) 9.0 11.0 8.0 7.5 9.7 粘聚力 (kPa) 10.00 14.00 16.00 20.00 --- 内摩擦角 (度) 16.00 22.00 24.00 18.00 ---

层号 与锚固体摩 擦阻力(kPa) 粘聚力 水下(kPa) 内摩擦角 水下(度) 14

水土 计算方法 m,c,K值 抗剪强度 (kPa) 黑龙江工程学院本科生毕业设计

1 2 3 4 5 60.0 60.0 65.0 65.0 80.0 11.00 13.60 15.10 19.40 21.60 15.40 21.60 22.90 17.60 20.60 合算 分算 合算 合算 合算 m法 m法 m法 m法 m法 4.68 18.48 7.50 10.00 10.00 --- --- --- --- --- 表4.6 加固土参数

土类名称 人工加固土

土类名称 人工加固土 粘聚力 水下(kPa) 15.000 内摩擦角 水下(度) 15.000 计算方法 m法 m,C,K值 10.000 抗剪强度 (kPa) 50.00 宽度 (m) 1.7 层厚 (m) 2.000 重度 (kN/m3) 18.000 浮重度 (kN/m3) 8.000 粘聚力 (kPa) 20.000 内摩擦角 (度) 30.000 表4.7 支锚信息

支锚道数 1

支锚 道号 1 支锚类型 锚杆 水平间距 (m) 1.500 竖向间距 (m) 4.000 入射角 (°) 15.00 总长 (m) 19.50 锚固段 长度(m) 25.50

支锚 预加力 道号 (kN) 1 300.00 支锚刚度 (MN/m) 15.00 锚固体 直径(mm) 150 工况 号 2～ 锚固力 调整系数 1.00 材料抗力 (kN) 785.40 材料抗力 调整系数 1.00 土压力模型如图4.2 所示

弹性法土压力模型:

经典法土压力模型:

图4.2 土压力模型

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表4.8 土压力模型及系数调整

层号 土类 1 2 3 4 5 名称 杂填土 粉土 粉质黏土 黏性土 砂土 水土 合算 分算 合算 合算 合算 水压力 调整系数 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 外侧土压力 外侧土压力 内侧土压力 内侧土压力 调整系数1 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 调整系数2 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000 调整系数 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 最大值(kPa) 10000.000 10000.000 10000.000 10000.000 10000.000 表4.9 工况信息

工况 号 1 2 3 工况 类型 开挖 加撑 开挖 深度 (m) 4.500 --- 9.000 支锚 道号 --- 1.锚杆 --- 4.2 结构计算

工况1如图4.3 所示：

如图4.3 工况1

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工况2如图4.4 所示：

图4.4 工况2

工况3如图4.5 所示：

图4.5 工况3

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内力位移包络图如图4.6 所示：

图4.6 包络图

地表沉降图如图4.7 所示：

图4.7 地表沉降图

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冠梁配筋图如图4.8 所示

图4.8 冠梁配筋图

表4.10 冠梁选筋结果

As1 As2 As3 钢筋级别 HRB335 HRB335 HRB335 选筋 2D16 2D16 D16@2 环粱配筋图如图4.9 所示

图4.9 环粱配筋图

表4.11 环梁选筋结果

As1 As2 As3 钢筋级别 HRB335 HRB335 HRB335 选筋 1D12 1D12 D12@1 4.3 截面计算

钢筋类型对应关系：

d-HPB300,D-HRB335,E-HRB400,F-RRB400,G-HRB500,P-HRBF335,Q-HRBF400,R-HRBF500

表4.12 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 是 20 HRB400 19

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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) HRB400 150 0.85 1.00 1.25 一段 13.11 表4.13 内力取值

段 内力类型 号 1

段 选筋类型 号 1 纵筋 箍筋 级别 HRB400 HRB400 HRB335 钢筋 实配值 16E18 E12@150 D14@2000 实配[计算]面积 (mm2或mm2/m) 4072[3860] 1508[553] 154 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) 弹性法 计算值 306.60 69.86 266.91 经典法 计算值 174.51 407.88 176.50 内力 设计值 325.76 74.22 333.63 内力 实用值 325.76 74.22 333.63 加强箍筋 4.4 锚杆计算

表4.14 锚杆参数

锚杆钢筋级别 锚索材料强度设计值(MPa) 锚索材料强度标准值(MPa) 锚索采用钢绞线种类 锚杆材料弹性模量(×10 MPa) 锚索材料弹性模量(×10 MPa) 注浆体弹性模量(×10MPa) 锚杆抗拔安全系数 锚杆荷载分项系数 20

455HRB400 1220.000 1220.000 1 × 7 2.000 1.950 3.000 1.600 1.250 黑龙江工程学院本科生毕业设计

表4.15 锚杆水平方向内力

支锚道号 1 最大内力 弹性法(kN) 463.65 最大内力 经典法(kN) 247.00 内力实用 标准值(kN) 463.65 内力实用 设计值(kN) 579.56 表4.16 锚杆轴向内力

支锚道号 1 最大内力 弹性法(kN) 480.00 最大内力 经典法(kN) 255.71 内力实用 标准值(kN) 480.00 内力实用 设计值(kN) 600.00 锚杆自由段长度计算简图如图4.10 所示

图4.10 所示

表4.17 锚杆自由段长度计算

支锚道号 支锚类型 钢筋或 自由段长度 锚固段长度 实配[计算]面积 锚杆刚度 1 锚杆 钢绞线配筋 2Φ25 实用值(m) 实用值(m) (mm2) 6.0 25.5 1963[1667] (MN/m) 37.15 4.5 整体稳定验算

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 = 1.466

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圆弧半径(m) R = 11.089 圆心坐标X(m) X = -2.229 圆心坐标Y(m) Y = 6.613 整体稳定性验算如图4.11 所示

图4.11 整体稳定性验算

4.6 抗倾覆稳定性验算

抗倾覆安全系数:

Ks?MpMa （4.1）

式中;Mp————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：

注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号

支锚类型 材料抗力(kN/m)

锚固力(kN/m)

1 锚杆 0.000 0.000 2

Ks? 锚杆 0.000 0.000

6440.446 ?0.0002645.628 Ks = 2.434 >= 1.200, 满足规范要求。

工况2：

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注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号

支锚类型 材料抗力(kN/m)

锚固力(kN/m)

1 锚杆 523.599 520.719 2

锚杆 0.000 0.000

Ks?6440.446 ?4581.2932645.628 Ks = 4.166 >= 1.200, 满足规范要求。

工况3：

注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号 支锚类型 材料抗力(kN/m)

锚固力(kN/m)

1 锚杆 523.599 520.719 2

Ks? 锚杆 523.599 520.719

880.200 ?4581.2932645.628 Ks = 2.064 >= 1.200, 满足规范要求。

安全系数最小的工况号：工况3。

最小安全Ks = 2.064 >= 1.200, 满足规范要求。

4.7 嵌固深度计算

嵌固深度计算参数： 嵌固深度计算过程：

按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012单支点结构计算嵌固深度ld： ld按公式：

K?EpkZp2EakZa2?Kem K? （4.2）

629.583?7.636712.524?5.356 得到ld = 3.800m，ld采用值为：4.108m

?1.260?Kem?1.204.8 嵌固段基坑内侧土反力验算

工况1：

Ps = 427.858 ≤ Ep = 2858.053，土反力满足要求。

工况2：

Ps = 347.387 ≤ Ep = 2858.053，土反力满足要求。

工况3：

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Ps = 560.892 ≤ Ep = 760.976，土反力满足要求。

式中：

Ps为作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力（kN）； Ep为作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力（kN）。

4.9 本章小结

本章计算了各土层土压力计算即主动土压力和被动土压力，确定了混凝土桩加锚杆的长度和入土深度和锚杆的长度，并对锚杆的稳定性进行了验算，锚杆稳定性满足要求，最后对锚杆进行了配筋设计。

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第5章 钢板桩锚杆支护设计

5.1 基本信息

本设计基坑东侧采用钢板桩支护结构形式，计算过程如下如图5.1 所示：

图5.1 钢板桩支护

表5.1 基本信息

规范与规程 内力计算方法 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) 桩材料类型 ├每延米截面面积A(cm2) ├每延米惯性矩I(cm4) └每延米抗弯模量W(cm3) └抗弯f(N/mm2) 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012 增量法 二级 1.00 9.000 4.108 0.000 钢板桩 60 520 130 215 25

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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 支护结构上的水平集中力 有 1.000 1.000 112.000 0 1 0 表5.2 超载信息

超载 类型 序号 1 超载值 43.400 作用深度 作用宽度 距坑边距 形式 (m) 20.000

表5.3 附加水平力信息

水平力 序号 (kN) (m) 倾覆稳定 整体稳定 作用类型 水平力值 作用深度 是否参与 是否参与 长度 (m) --- (kPa,kN/m) (m) 7.000 (m) 4.000 --- 表5.4 土层信息

土层数 内侧降水最终深度(m) 内侧水位是否随开挖过程变化 弹性计算方法按土层指定 基坑外侧土压力计算方法 5 10.000 否 ㄨ 主动 坑内加固土 外侧水位深度(m) 内侧水位距开挖面距离(m) 弹性法计算方法 是 2.000 --- m法 表5.5 土层参数

层号 1 2 3 4 5 土类名称 杂填土 粉土 粉质黏土 黏性土 砂土 层厚 (m) 2.50 3.00 4.00 5.00 5.50 重度 (kN/m3) 19.0 21.0 18.0 17.5 19.7 浮重度 (kN/m3) 9.0 11.0 8.0 7.5 9.7 粘聚力 (kPa) 10.00 14.00 16.00 20.00 --- 内摩擦角 (度) 16.00 22.00 24.00 18.00 ---

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层号 与锚固体摩 1 2 3 4 5 擦阻力(kPa) 60.0 60.0 65.0 65.0 80.0 粘聚力 水下(kPa) 11.00 13.60 15.10 19.40 21.60 内摩擦角 水下(度) 15.40 21.60 22.90 17.60 20.60 水土 合算 分算 合算 合算 合算 计算方法 m,c,K值 m法 m法 m法 m法 m法 4.68 18.48 7.50 10.00 10.00 抗剪强度 (kPa) --- --- --- --- --- 表5.6 加固土参数

土类名称 人工加固土 宽度 (m) 1.7 层厚 (m) 2.000 重度 (kN/m3) 18.000 浮重度 (kN/m3) 8.000 粘聚力 (kPa) 20.000 内摩擦角 (度) 30.000

土类名称 人工加固土 粘聚力 水下(kPa) 15.000 内摩擦角 水下(度) 15.000 计算方法 m法 m,C,K值 10.000 抗剪强度 (kPa) 50.00 表5.7 支锚信息

支锚道数

支锚 道号 1 2 支锚类型 锚杆 锚杆 水平间距 (m) 1.500 1.500 竖向间距 (m) 3.000 3.000 入射角 (°) 15.00 15.00 总长 (m) 14.00 14.00 锚固段 长度(m) 7.00 7.00 2

支锚 预加力 道号 (kN) 1 2 300.00 300.00 支锚刚度 (MN/m) 15.00 30.00 锚固体 直径(mm) 150 150 工况 号 2～ 4～ 锚固力 调整系数 1.00 1.00 材料抗力 (kN) 785.40 785.40 材料抗力 调整系数 1.00 1.00 表5.8 土压力模型及系数调整

层号 土类 1 名称 杂填土 水土 合算 水压力 调整系数 1.000 外侧土压力 外侧土压力 内侧土压力 内侧土压力 调整系数1 1.000 27

调整系数2 0.000 调整系数 1.000 最大值(kPa) 10000.000

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2 3 4 5 粉土 黏性土 黏性土 细砂 分算 合算 合算 合算 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 0.000 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 10000.000 10000.000 10000.000 10000.000 土压力模型及系数调整如图5.2 所示

弹性法土压力模型:

经典法土压力模型:

图5.2 土压力模型

表5.9 工况信息

工况 号 1 2 3 4 5 工况 类型 开挖 加撑 开挖 加撑 开挖 深度 (m) 4.500 --- 7.500 --- 9.000 支锚 道号 --- 1.锚杆 --- 2.锚杆 --- 5.2 结构计算

工况1 如图5.3 所示:

图5.3 工况1

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工况2 如图5.4 所示：

图5.4 工况2

工况3 如图5.5 所示：

图5.5 工况3

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工况4 如图5.6 所示

图5.6 工况4

工况5 如图5.7 所示：

图5.7 工况5

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内力位移包络图如图5.8 所示：

图5.8 包络图

冠梁选筋结果如图5.9 所示：

图5.9 冠梁选筋图

表5.10 冠梁选筋

As1 As2 As3 钢筋级别 HRB335 HRB335 HRB335 选筋 2D16 2D16 D16@2 5.3 截面计算

表5.11 截面参数

弯矩折减系数 剪力折减系数 荷载分项系数 0.85 1.00 1.25 31

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表5.12 内力取值 0

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) 弹性法 计算值 0.00 0.48 10.92 经典法 计算值 44.49 92.42 73.03 内力 设计值 0.00 0.51 13.65 内力 实用值 0.00 0.51 13.65 5.4 截面验算

基坑内侧抗弯验算(不考虑轴力)

σnei = M / W （5.1） = 0.000/(0.000*10-6) = 0.000kPa)

= 0.000(MPa) < f = 215.000(MPa) 满足

基坑外侧抗弯验算(不考虑轴力)

σwai = M / W （5.2） = 0.506/(0.000*10-6) = 0.000(kPa)

= 0.000(MPa) < f = 215.000(MPa) 满足

5.5 锚杆计算

表5.13 锚杆参数

锚杆钢筋级别 锚索材料强度设计值(MPa) 锚索材料强度标准值(MPa) 锚索采用钢绞线种类 锚杆材料弹性模量(×105 MPa) 锚索材料弹性模量(×105 MPa) 注浆体弹性模量(×104MPa) 锚杆抗拔安全系数 锚杆荷载分项系数 HRB400 1220.000 1220.000 1 × 7 2.000 1.950 3.000 1.600 1.250 32

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