某地下车库基坑支护工程毕业设计

毕业设计 （论文） 国家安全部行政管理局地下车库

基坑支护工程设计

毕业设计（论文）成绩评定表

学 生 姓 名 设 计 题 目 所 学 专 业 勘查技术与工程 国家安全部行政管理局地下车库基坑支护工程设计 指 导 教 师 评 阅 成 绩 及 评 语 开题报告（10分） 评语： 总成绩： 指导教师签字： 平时成绩（10分） 成果质量（20分） 创新性与实用性（4分） 评 阅 教 师 评 阅 成 绩 及 评 语 工作量（4分） 评语： 总成绩： 评阅教师签字： 难易程度（4分） 设计内容（10分） 文献及译文（2分） 创新与实用（4分） 答 辩 成 绩 及 评 语 工作量（4分） 评语： 总成绩： 答辩委员会主任签字： 指导教师成绩： ；评阅人成绩： ；答辩成绩： 总成绩 总成绩得分： 总成绩等级： 上分教师签字： 难易程度（4分） 成果质量（8分） 口头陈述（12分） 回答问题（12分）

国家安全部行政管理局地下车库

基坑支护工程设计

长春工程学院

摘 要

拟建国家安全部行政管理局地下车库基坑支护工程位于北京市朝阳区酒仙桥南十里居亮马河南侧60 m处。设计为两层地下车库，采用钢筋混凝土框架结构、基础形式为筏板基础，无上部结构。车库开挖深度11.4m，基坑长约108m、宽约88m，建筑面积约14551m2，属民用建筑。

初步选择两种方案，即方案一：东侧、南侧、北侧钻孔灌注桩加锚杆支护，西侧土钉墙支护方案；方案二：深层搅拌桩止水(挡土)，(东、南、北)桩锚支护，西侧土钉墙支护方案。再经过第二步详细论证中对这两个方案的参数选定、被选参数的合理性验算及整体方案的稳定性验算进行了详细计算论证，通过工程概预算对两个方案在工程量、施工周期、工程造价等方面进行了统计计算，其中第二个方案在施工周期及工程造价两项指标上据占优势，最终选定四周用深层搅拌桩止水(挡土)，东、南、北三侧混凝土灌注桩加单锚支护，西侧土钉墙支护方案。止水挡土帷幕的深层搅拌桩设计桩长14m、桩径800mm、共1020根；混凝土灌注桩设计桩长为17m、桩径600mm、共196根；锚杆非锚固段长13m、全长20m、共196根；土钉共布置七层、共280根；总工期为62天，总造价为2602641.30元。

本设计所选方案不仅在止水方面效果突出，而且大大降低了工程造价及缩短了施工工期；对邻近建筑物的沉降控制相对降水施工容易控制。技术上可行、经济上合理且安全可靠的基坑支护方案。

关键词

降水 钻孔灌注桩 深层搅拌桩 锚杆 土钉墙 止水挡土帷幕

目

录

1. 工程概况 ........................................................... 1

1.1 建筑工程概况 ................................................... 1 1.2 工程地质条件 ................................................... 1 1.3 水文地质概况 ................................................... 1 2. 方案论证 ........................................................... 2

2.1 初选方案 ....................................................... 2

2.1.1 基坑平面尺寸与深度 ....................................... 2

2.1.2 地质条件与地下水状况 ..................................... 2 2.1.3 邻近建筑物的限制 .......................................... 2 2.1.4 工程造价与经济效益 ....................................... 2 2.2 详细论证初选方案 ............................................... 3

2.2.1 方案一 ................................................... 3 2.2.2 方案二 .................................................. 12 2.3 工程量计算 .................................................... 23

2.3.1 方案一 .................................................. 23 2.3.2 方案二 .................................................. 24 2.4 工程概预算 .................................................... 25 2.5 结论 .......................................................... 25 3. 设计计算 .......................................................... 25

3.1 技术设计计算 .................................................. 25

3.1.1 深层搅拌支护设计 ........................................ 25 3.1.2 桩锚支护设计 ............................................ 27 3.1.3 土钉支护设计 ............................................ 33 3.1.4 明沟排水设计 ............................................ 37 3.2 工程量计算 .................................................... 37

3.2.1 深层搅拌 ................................................ 37 3.2.1 深层搅拌 ................................................ 37 3.2.3 锚杆 .................................................... 37 3.2.4 土钉墙 .................................................. 38 3.3 程序设计 ...................................................... 38 4. 质量监测与检测 .................................................... 38

4.1 桩支护检测 .................................................... 38

4.1.1 施工期质量检验 .......................................... 38

4.1.2 工程竣工后的质量检验 .................................... 39 4.2 土钉墙支护监测 ................................................ 39

4.2.1 土钉抗拔力检验 .......................................... 39 4.2.2 面层强度及厚度检验 ...................................... 40 4.2.3 监测 .................................................... 40

5. 结论 .............................................................. 40 参考文献 .............................................................. 41 毕业论文 .............................................................. 42 外文翻译 .............................................. 错误！未定义书签。

前 言

近十多年来，我国高层建筑发展很快，地下空间的充分利用，促进了深基础的发展，随之而来产生了深基坑支护设计与施工问题，而基坑的深度值为关键，目前已经深达近三十米。深基坑支护的设计与施工已经是当前高层建筑基础工程的热点与难点。已经发现有不少深基坑支护工程的失误，导致经济上的重大损失、建设工期的重大延误。因此保证深基坑支护工程的安全可靠和经济合理是当前迫切的课题。

本设计以毕业实习期间所收集到的《国家安全部行政管理局地下车库支护工程地质勘查报告》为基础，对此基坑支护工程进行方案论证及设计计算，最终优选出一个方案。其目的是培养学生本人综合运用所学的专业理论知识，理论联系实际，真题真做，独立完成基坑工程的设计工作，实现专业能力的进一步综合提高，为即将走向工作岗位奠定良好的专业基础。

本设计主要针对降水技术及深层搅拌桩止水(挡土)技术与桩墙支护技术相结合进行基坑支护方案论证。论证中考虑到工程造价的因素，增选土钉墙支护方案。近年来、桩墙支护技术在北京得到了大力的发展，其施工技术也逐渐趋于成熟。该工法最早是由美国于1911年首先用岩石锚杆支护矿山巷道。经过近一个世纪的发展，桩墙支护技术成桩设备、工艺得到了完善和提高，并得到了广泛应用。深层搅拌法最早是由美国在第二次世界大战后研制成功，称之为就地搅拌桩。经过近50多年的发展，深层搅拌技术在施工工艺等方面得到了完善和提高，并得到了广泛应用。主要用于止水工程及重力式挡土墙基坑支护工程。

目前，深基坑围护的方法已有多种，如地下连续墙、SMW工法等，但是与这些工艺方法相比较，本设计所选用方案的特点是：设计与施工密切结合，解决实习期间发现的实际工程存在的突出问题，将设计方案进一步合理化。

此基坑支护工程具有工程量大、技术难度高、不可预见因素多等特点，其安全可靠性不仅影响基坑工程本身，而且往往会影响周边环境。因此它要求我们对基坑工程有一个统一认识，运用基本理论，结合工程经验处理好各个环节。由于本人水平有限、经验局限、时间较紧，设计中难免有许多不妥之处，敬请各位老师、同仁批评指正。

国家安全部行政管理局地下车库基坑支护工程设计

1. 工程概况

1.1 建筑工程概况

拟建国家安全部行政管理局地下车库基坑支护工程位于北京市朝阳区酒仙桥南十里居亮马河南侧60 m处。设计为两层地下车库，采用钢筋混凝土框架结构、基础形式为筏板基础，无上部结构。车库开挖深度11.4m，基坑长约108m、宽约88m，建筑面积约14551m，属民用建筑。

拟建车库所属院内，一条宽约5 m的马路环形于距基坑开挖线四周7～10m处。开挖轴线西侧无邻近建筑物，东侧距轴线17 m处分布有11层办公楼、南侧、北侧距轴线16 m处分布有3层办公楼(详见图集A3-1)。

1.2 工程地质条件

根据北京城乡建设勘察院提供的《国家安全部行政管理据地下车库工程地质勘察报告》，拟建场地地形较平坦，地面标高为34.98m～35.27m之间。地下管线分布较多。地基土按沉积年代、成因类型分为人工堆积层和第四纪沉积层。

表层为人工堆积土层，层中分布有杂填土①1层，0.7～2.4m有粘质粉土填土层①2层；②层以粘质粉土、砂质粉土为主，层中有粉砂②1层、重粉质粘土、粉质粘土②2层，层厚约1.6～2.8m；③层为粉质粘土，土质较软，结构较敏感，层中夹有粘质粉土、砂质粉土③1层，细、粉砂③2层，层厚约2.1～3.6m；④层为细砂，厚度约为1.0～2.2m；⑤层为粉质粘土，层厚约5.1～7.5m；⑥层为粉质粘土，层中分布有粘质粉土、砂质粉土⑥1层、重粉质粘土⑥2层、砂质粉土⑥3层等夹层，厚度约为6.8～8.0m。(详见图集A3-5)

表1.1 各岩层物理力学指标统计表 平均厚度 土层代号 岩土层名称 H m 1 2 3 4 5 6 杂填土 砂质粉质 粉质粘土 细砂 粉质粘土 粉质粘土 1.8 2.2 2.9 1.6 6.3 7.4 内聚力 C kPa 7.2 9.4 29.3 0 31.4 31.7 内摩擦角 ? ° 8.7 19.3 19.4 34.3 19.7 19.8 重度 γ kN/m 17.5 16.8 18.9 18.3 18.7 18.9 32

备注 1.3 水文地质概况

根据工程勘察报告，本场区测得第一层地下水静止水位32.68～34.47m，平均水位埋深3.50m，

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含水土层为粘质粉土②层；第二层地下水静止水位28.04～30.13m，水位埋深5.28～5.40m，含水土层为细砂④层和细、粉砂③2层，本层水为承压水。根据岩土工程勘察报告提供的资料表明，拟建地实测到三层地下水，其类型及埋深、标高如下表：

表1.2各岩层水文地质概况统计表

地下水层 第一层 第二层 第三层 地下水类型 上层滞水 承压水 承压水 静止水位层厚 1.00～3.00 5.40 ～5. 58 6.00～8.00 静止水位标高 32.68～34.47 28.04～30.13 22.46～24.72 地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋以及钢结构具有弱腐蚀性。

2. 方案论证

2.1 初选方案

2.1.1 基坑平面尺寸与深度

拟建车库基坑开挖深11.4m、长约108m、宽约88m，面积为9504m2。基坑面积较大、开挖较

深，故初步选用抗弯性、整体性较好的钻孔排桩支护方法。

2.1.2 地质条件与地下水状况

根据工程地质报告，场区地下以粉质粘土为主，土质较松软；地下水状况因受场区北侧60m处亮马河所影响，地下水量大。潜水层位于-4.7m和-9.3m处，均为粉质粘土层。

故根据地质条件及地下水状况在第一步选用的钻孔排桩支护方法上细分出两种方案：①降水采用井点降水将水位降至-12.5m，支护采用钻孔灌注桩加锚杆支护方法；②距开挖线1～2m布置一圈深层搅拌桩、形成挡土挡水帷幕（无须降水），钻孔灌注桩加锚杆支护方法（桩及锚杆布置少于方案①）。

2.1.3 邻近建筑物的限制

基坑西侧无邻近建筑物，东侧、南侧、北侧距轴线17m处分布有办公楼。轴线至邻建物的

水平距离H与基坑开挖深度L比较为L>1.5H，故楼重对基坑构成的影响可不计，但这三侧基坑变形量不应对邻近建筑物构成影响，故布桩及锚杆须谨慎。

2.1.4 工程造价与经济效益

因基坑西侧无邻近建筑物，故方案①中西侧可选用土钉墙支护方式，从而减少工程造价。方案②中因深层搅拌桩的挡土效应，在后续论证中可减少桩及锚杆数量，从而减少工程造价。

综上所述，考虑到选用方案的抗弯及整体性、防渗性、工程造价等方面，初步选用为：方

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案①东侧、南侧、北侧钻孔灌注桩加锚杆支护及西侧土钉墙支护方案；方案②深层搅拌桩加桩锚支护方案。

2.2 详细论证初选方案 2.2.1 方案一 一. 降水设计

根据地质勘察报告，地下水平均静止水位为3.50m，含水土层的渗透系数大于3m／d。拟开挖基坑为矩形，基坑长108m、宽88,基坑深11.4m，地下水位埋深-3.5m，含水层深度为14.7m。

综合各类井点降水条件，考虑到工期限制故排除电渗井点降水方法，确定预先方案为喷射井点和管井井点，由于渗透系数较大，而管井占用场地较小，故选用井点降水法降水，设计管井为完整井。取滤水管直径D=400mm，填砾厚度取100mm，则井径为D1=600mmm（400+100×2=600），井点距坑壁1.5m。降水后地下水位距坑底h=1m。

⑴ 计算S、R、r：水位降低值：S=11.4-3.5+1=8.9 m

抽水影响半径：R=10S×?=10×8.9×3=154.2 m 井半径：r=⑵ 涌水量计算 大井引用半径：x0=

D1=300 mm ； 2F?=

(108?1.5)?(88?1.5)=55.9 m ；

3.14抽水计算影响半径：R0=R+X0=154.2+55.9=210.1 m ； 涌水量：Q=1.366K

(2??S)?S1.366?3(2?14.7-8.9)?8.9=

lg210.1-lg55.9lgR0?lg?03

=1246.2 m/d ；

⑶ 井管埋设深度计算

取沉砂管长L1=1 m，地下水降落坡度i=1：10,取降深水位以下过滤管长度为L=1.2 m，LS＝45m。则Hg=H1+h+i×Ls+L+L1=11.6+1+

⑷ 单井抽水量q

1×45+1+1.2=19.3 m；取Hg=20 m。 10D?H=2.5×1×3×0.3×14.7=33.1 m2/d 。 21246.2⑸ 井点数量计算：n≥8+1.15×=51.3；取n=54 。

33.1q=2.5?i?k?第 3 页 共 51 页

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⑹ 井点间距： b＝

(108?1.5)?2?(88?1.5)?2＝7.4 m

54⑺ 降水井立面图请见附录一。

二.桩锚支护设计 ⑴ 深埋单锚式板桩

① 绘土压力分布与相当梁弯矩图

3

根据勘察报告对18m以内各土层力学指标进行加权平均计算得：γ0=18.4 KN/m ，φ0=21°，C0=23.7 kpa。由深埋单锚式板桩相当梁计算 方法对粘性土略去粘聚力而增加的内摩擦角

3

φ,查表取φ＝32°,γ0=17 KN/m,取q=20

Ra3

OKN/m。根据设计要求取锚头距地表Z＝3.5m。 计算主、被动土压力系数得：

?a?tg2(45??)?0.31；

2?p?tg2(45??)?3.25

2则b点主被动土压力强度:

??H1bdcPoeb?????a?60.1KPa ??a② 求t0：t0＝＝1.2 m

?p??a③求Ra 、P0

取d点为相当梁支点，由∑Md=0有

Ra（H-Z+t0）－

fe图2.1 相当梁法板桩计算简图xt0 eb(??Z)??Zet2t(+t0)－b0·0=0,代入已知数据可得： 2323Ra=184.3 KN/m; 由∑Ma=0求P0：

P0（H-Z+t0）－P0=187.2 KN/m ④ 求Mmax作用点h1： h1?eb(??Z)2(??Z)ebt0t·－·（0+H-Z）=0，代入已知数据可得： 23232Ra=8.4 m ?Ka⑤ 求最大弯矩Mmax：Mmax?Ra?(h1??)???h13?a2?3=387.4 KN·m/m

⑥求受被动土压力段x：x=

6?0=4.7 m

?(Kp-?a)第 4 页 共 51 页

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则入土深度t1=t0+x=1.2+4.7=5.9 m，

实际入土深度t=（1.1～1.2）t1=6.5～7.1 m，取t=6.6 m；需桩全长18 m。 对弯矩加以修正 ：M=0.74 Mmax=226.7 KN·m/m。

⑦对钻孔灌注桩其抗弯计算的假定条件为圆形截面，则钢筋混凝土钻孔灌注桩的弯矩设计值M由下式表达：

2sin???sin??tfcmr3sin3???fyAsrs 3?sin2???fcmA(1?)?(???t)fyAs?0

sin??M?αt =1.25－2α （当α＞0.625时αt=0）

为简化计算，取1－2（α－1）=α（1－sin2πα/2πα），则得

2

??1?0.75fyAsfyAs2fyAs ?(1?0.75)?0.5?0.625fcmAfcmAfcmA针对本设计方案设钻孔灌注桩φ600mm，C25混凝土，配16φ20的钢筋，下面求该桩能承受的弯矩设计值。

计算配筋率：ρ= ρ

min

As计算得： ?max

=0.4%＜ρ=

As=1.8%＜ρ?2

故满足配筋要求

2

ⅰ.查表得fcm=13.5 N/mm, fy=210 N/mm。钢筋分布半径应由桩半径减去灌注桩混凝土保护层厚度（不小于5cm）和钢筋半径，即rs=250 mm。

ⅱ.求桩与钢筋截面积

A =π×300= 2.83×10 mm

2

2

5

2

As = 16×π×10 =5.03×10 mm

32

210?5.03?103则： ??0.28 5fcmA13.5?2.83?10ⅲ.按公式：

fyAs??1?0.75fyAsfyAs2fyAs＝0.32 ?(1?0.75)?0.5?0.625fcmAfcmAfcmA及αt =1.25－2α= 0.61

sinπα=0.84 ；sinπαt=0.94 ⅳ.M?sin???sin??t2fcmr3sin3???fyAsrs 3?第 5 页 共 51 页

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≤

21.7833

×13.5×300×0.84＋210×5030×250× 3?6

=487.7×10 N·mm=487.7 KN·m

取安全系数为2，则每根桩可承受248.6 KN·m的弯矩，由每延米上所承受最大弯矩为226.7KN·m。故灌注桩的桩间距S=

⑧土层锚杆布置：

支锚力最大值为Ra=184.3 KN/m，应乘以安全系数1.35得锚杆所承受的水平力

Th=1.35×184.3 = 227.4 KN/m（每延米）。

土层锚杆头部距地面3.5m，锚孔孔径φ150mm，锚杆向下倾斜15°，已知护桩入土深度t=6.6m。设计采用两桩一锚即锚杆的水平间距为b＝2.0m，则每根锚杆实际承受的水平力为：Th=bTh

／

／

0.5??248.6＝=1.1m，取桩间距S=1.0 m。 226.7?max=2.0×227.4 KN/m=454.8 KN ⅰ.锚杆的承载能力Tu 锚杆的轴向拉力设计值为 Nt =取锚杆抗拔安全系数K＝2，

则锚杆的极限抗拔力Tu =KNt=942.6 KN。 ⅱ.锚杆非锚固段长度L0

如下图所示：锚固地层φ=32°, γ0=17

φ/2?h=471.3 KN， 0cos15 =20KN/m2BEFKN/m ,设q=20KN/m 。

BE=(18-3.5)×tg(45-0

32

?)= 8.0m 2Cφ/2在△BEF中，根据正弦定理有:

D???F =

sin?BFEsin?B?F图2.2 锚杆长度计算图 sin610则：BF=7.5× =6.8 m

sin1040由此非锚固段长度L0=7.0 m ⅲ.锚杆锚固段长度Le

初选锚固段长度Le=15m，则上图中o点为锚固段的中点有： BO=BF+FO=7+7.5=14.5 m h=3.5+ BO sin15°=7.4 m

／

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τ= K0γhtgφ=1×17×7.4×tg32°=78.6 KN/m2

Le=

??t942.6 ==26.3 m ?D?3.14?0.15?78.6／

再对原假定锚固段Le=15m予以修正：

h=3.5+(7+

26.3)sin15°＝8.7 m， 2τ=1×17×8.7×tg32°=92.4 KN/m2<100～150 KN/m2，取τ=135 KN/m2，

Le=

942.6=14.8 m 取Le=15m。 锚杆全长为22m。

3.14?0.15?1352

ⅳ.拉杆材料选择

锚杆轴向设计拉力值Nt=471.3 KN,采用7φ5钢绞线（其横截面面积为176m，抗拉强度标准值fk≥1860N/mm），锁定值为360KN。

2

?t471.3?1032

则所需钢筋截面积： A===253.3 mm

1860fk由此选用2根7φ5钢绞线做拉杆（2×176＝352 mm>253.3 mm）。 ⅴ.锚杆支撑腰梁的设计

按简支梁锚杆腰梁的最大弯矩为拉杆作用点处。其值为：

M=

2

2

?t?b471.3?2==235.7 KN·m 442

取36a槽钢的允许弯曲变形值[?w]=19 KN/cm ，则有

Wx =

?[?w]=1240.5 cm

3

3

经查表，采用2根36a的槽钢背靠背布置，间距25cm，其中[Wx]=660×2=1320 cm >Wx =1240.5 cm，强度满足要求。

ⅵ.深部破裂面稳定性验算

如图所示将Eah与E1h皆看作是水平方向上的力，则有

3

??arctg18?7.6?36.7?

15(7?)cos15?22

G=(7.6+18)×1×14×17÷2=3046.4KN

Eah =［0.5×17×18×0.31＋20×18×0.31］×1 = 965.3 KN， E1h=［0.5×17×7.6×0.31+20×7.6×0.31］×1 = 179.3 KN，

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2

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||¨ q=20KN/m2BEFCQ

由式：Thmax=

D图2.3 锚杆长度计算图 ?ah??1h?G?tg(???)

1?tg??tg(???)965.3?179.3?3046.4?tg(32?36.7)= 744.6 KN

1?tg15?tg(32?36.7) =

Ks=

?hmax744.6 ==1.64＞1.5 说明深部破裂面稳定无问题 454.8?h q=20KN/m2O⑨ 基坑的稳定性验算 滑动力矩： Ms =

1212

(rH+q)D=×(17×11.4+20)×6.622HE1基坑底面B=4656.6 KN·m/m

对抗滑动力矩Mr积分得：

DMhds图2.4 桩体抗隆起示意图 ??H2?124???Mr?katg??(?qH)D?qfD2?rD2??tg?qf?D2??D3??C(HD??D2)?Mh

233?4??2?基坑地面处墙体的极限抵弯矩Mh 为：

Mh=

1×146.9=49.0 KN·m/m 32

qf =rH+q=17×11.4+20=219.8 KN/m Ka=tg（45－

2

0

?）=0.31 2第 8 页 共 51 页

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??H2?124????r??a?tg??(?qH)D?qf?D2?rD2??tg??qf?D2??D3??C(HD??D2)?Mh233?4??2? =0.31×0.62［( +0.62×［

112222×17×11.4+20×11.4)×6.6+×219.8×6.6＋×17×6.6］ 223?23

×219.8×6.6+4×17×6.6÷3］+5024.8+49.0 4=12572.7 KN·m/m

因此抗隆起的安全系数公式为：Ks=三.土钉支护设计

取坡上超载q＝20KN／m；由地质勘查报告计算各层土的参数值如下表：

表2.1 各层土参数值 埋置深度 m 1 2 3 4 5 6 7 杂填土 粉质粘土 粉质粘土 粉质粘土 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0 10.5 内聚力 kPa 7.2 9.4 29.3 29.3 0 内摩擦角 ° 8.7 19.3 19.4 19.4 34.3 19.7 19.7 重度 kN/m 17.5 17.2 17.3 17.7 17.9 18.0 18.1 3Mr=2.7＞1.2；故基坑底土体稳定。 Ms2

主动土压力系数 - 0.74 0.50 0.50 0.50 0.28 0.50 0.50 锚杆层数 岩土层名称 细砂 粉质粘土 粉质粘土 31.4 31.4 ⑴ 土钉基本参数的选取

00

放坡角度为73.3，即基坑边坡放坡系数1：0.3；取D＝100 mm，倾角为??10，土钉为7层呈

梅花型布置；间距为Sx＝Sy=1.5 m，则每层布置55根土钉；土钉锚固体直径l00mm。

⑵ 计算每层土钉所受的土压力?：

由公式 ?i?[(q????i)?ai?2c?ai]?Sx?Sy计算出各层锚杆所受土压力如下表：(此处详细计算过程经运行计算机程序得出)

表2.2 每层土钉所受的土压力?

锚杆层数 第①层 41.9 第②层 50.5 第③层 22.3 第④层 48.4 第⑤层 84.5 第⑥层 105.8 第⑦层 117.4 ?i（KN） ⑶ 土钉抗拔力试验值Tfi：

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由试验抗拔力公式 ?ti??D?f(式中?f＝?tg??C)计算锚体抗剪强度及试验抗拔

ii力如下表：

表2.3 各层锚体抗剪强度及试验抗拔力Tfi

锚杆层数 第①层 21.3 6.7 第②层 22.6 7.1 第③层 40.1 12.6 第④层 53.8 16.9 第⑤层 40.3 12.7 第⑥层 100.9 31.7 第⑦层 105.8 33.2 ?fi(KN/m) 2Tfi (KN/m) ⑷ 锚体稳定区长度Lbi及土钉总长LNi 危险滑动面内土钉长度La: La＝0.3H=0.3×11.4=3.3m 由锚体稳定区长度公式 Lbi＝0.3H?0??i（式中K0取1.5） ?ti0.25H0.75HLb锚杆总长 LNi＝La + Lbi 计算锚体稳定区长度及土钉总长如下表： 图2.5 简化后的滑裂面图

表2.4 各层土钉长度统计表

锚杆层数 Lbi ( m ) Lai ( m ) LNi ( m ) 取整LNi 第①层 第②层 第③层 第④层 第⑤层 第⑥层 第⑦层 9.3 3.3 12.6 13 10.6 3.3 13.9 14 2.9 3.3 6.2 7 4.5 3.3 7.8 8 5.6 3.3 9.9 10 4.9 1.7 6.6 7 5.3 1.3 6.6 7 ⑸ 土钉抗拔力??i

由土钉抗拔力公式??i=?DLbi?f(式中粘结强度?f－粉土取80、砂土取100KN/m、杂

2

ii填土取40 KN/m)

表2.5 各层土钉抗拔力??i

锚杆层数 第①层 116.8 第②层 266.3 第③层 72.8 第④层 141.3 第⑤层 282.6 第⑥层 175.8 第⑦层 150.7 2

??i（KN） 第 10 页 共 51 页

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⑹ 计算土钉钢筋直径

选取1φ20的一级钢筋，其抗拉强度为fy＝210 N/mm，

2

??max1.5?117.4?10322

则由公式??＝＝938.6mm

210fy故满足要求，选取土钉拉筋为1φ20。 ⑺ 喷锚面层

喷锚面层为φ6.5@200mm的钢筋网和1φ14横向压筋。喷射混凝土面层厚度为100mm，喷射 混凝土等级为C20。

⑻ 土钉内部稳定性分析 ① 土钉抗拔力安全系数?oi 由土钉抗拔力安全系数公式 ?oi???i?cos?i?i计算出每层拔力安全系数如下表：

表2.6 各层土钉抗拔力安全系数?oi

锚杆层数 第①层 2.7 第②层 5.1 第③层 3.2 第④层 3.5 第⑤层 1.6 第⑥层 1.54 第⑦层 1.51 ?oi 计算结果?oi>1.5 ，既满足要求。 ⑼ 土钉外部稳定性验算 ① 抗滑动稳定计算 土钉抗滑安全系数为???Ft式中： ?ax墙后主动土压力和?ax???i?483.5 KN

抗滑合力Ft＝(W?q?)?tg??Sx＝(17.4×11.4×5.7+20×5.7)×0.62×1.5＝1157.5 KN 代入数据得：???1157.5＝2.4

483.5② 抗倾覆稳定计算 安全系数 ?Q??w，式中：483.5 ??第 11 页 共 51 页

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抗倾覆力矩?w＝(W?q?)???Sx 2＝(17.4×11.4×5.7+20×5.7)×2.85×1.5＝5320.9 KN

倾覆力矩??＝四. 小结

经过参数的选取及计算得出：降水工程共54口井点、井径为600mm、井深20m；桩锚支护工程中混凝土灌注桩共392根、桩径为600mm、桩长18m、桩间距1.0m，锚杆长22m、孔径为150mm、间距为2.0m、共196根、腰梁选用36a槽钢；土钉支护工程共布置七层土钉、水平及垂直间距均为1.5m、孔径为100mm、锚喷面厚100mm、锚喷放坡比为1：0.3。

本方案的降水工程、桩锚支护工程及土钉墙支护工程经过反复的计算、比较后均通过相应 安全验算。故方案一在技术上是可行的。

2.2.2 方案二 一. 深层搅拌支护设计

主要设计参数：选用425号硅酸盐水泥；按要求水泥掺入比应大于7％，这里选14％；水灰比取0.5。

⑴ 确定挡土墙宽度、挡土墙入土深度及桩长

① 假设按平面问题计算,则水泥土挡墙的墙宽取:B =1.40 m ② 水泥土挡墙的桩入土深度为: h =2.6 m

③ 则初步选定深层搅拌桩桩长为: H = h+h1 = 2.6+11.4 =14m ④ 对设计任务书给定参数取墙底以上各层土加权平均值如下表：

表2.7 各层土加权平均值（γ、?、c）

参数 墙底以上 墙底至坑底 γ0 γ1 天然重度γ 18.2kg/m 18.7kg/m 33??i??＝1837.3，代入数据得：安全系数 ?Q?2.9 3内摩擦角? 粘聚力c C0 C1 29.1 KPa 31.4 KPa ??0 19.8° 19.7° 1⑵ 计算土压力 ① 墙后主动土压力：

??122

γ0H+qH)·tg(45-0)-2C0H·tg(45-0)

22212

=(×18.2×14+20×14) ×0.49-2×29.1×14×0.7

2 Ea =(

= 440.8 KN/m

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② 墙后被动土压力为：

??122

γ1h·tg(45+1)+2 C1h·tg(45+1)

22212

= ×18.7×2.6 ×2.01+2×31.4×2.6×1.42

2 Ep =

=127.1+231.9＝359.0 KN/m

③ 抗倾覆计算

计算桩体自重: W=γBH=372.4 kN/m 计算Zo: Zo =

3

2?29.12C＝= 4.7 m 18.2?0.7???a111h??1?h??2??W?22计算抗倾覆系数:Ko =?=3

1??(????)?0.3?a3111?2.6?127.1??2.6?231.9??1.4?372.522=3 1?(14?4.7)?440.8?0.33=1.64＞1.5 故满足抗倾覆要求。

④ 抗滑移计算

重力式挡墙计算墙体沿底面滑动的安全系数,抗滑移系数:

KC =

W?tg?0?C0?372.4?0.36?29.1?1.4=

440.8?359.0?a??? = 2.1 ＞ 1.3 故满足抗滑移要求。

⑤ 抗渗计算

当地下水从基底以下土层向基坑内渗流时，若其动水坡度大于渗流出口处土颗粒的临界动水坡度，将产生基底渗流失稳现象。则需计算看深系数： K渗＝

m[(??0.5)?2h]??3?[(14?0.5)?2?2.6]?1.4＝

5?7.3ci??? ＝1.61 ∈［1.5，3.0］ 故满足抗渗要求。

⑦ 抗隆起计算

基坑隆起可使墙后土体及基底土体向基坑内移动，促使地面向上鼓起，出现塑性流动和涌土现象。故需计算抗隆起系数：

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承载力系数:Nq = tg(45+

2

?1X? tgφ1?

)e=2.73 2 Nc = (Nq-1)C1tgφ=19.5

??h??q?C1??c8.7?2.6?2.73?31.4?19.5 Ks ==

10.7?(14?2.6)?20??(??h)?? =3.4 ＞ 1.2 故满足抗渗要求。

二. 桩锚支护设计

由于采用深层搅拌法联合支护,形成一道挡土挡水帷幕，深层搅拌桩与灌注桩间距为1.2m。本设计采用明沟排水降低深层搅拌桩帷幕内侧水位。因深层搅拌桩起到挡土作用，可分担30％的主动土压力，故以下计算土压力应取70％。

⑴ 深埋单锚式板桩

① 绘土压力分布与相当梁弯矩图

3

根据勘察报告对18m以内各土层力学指标进行加权平均计算得：γ0=10.3 KN/m (浮容重)，φ0=22°，C0=23.7 kpa。由深埋单锚式板桩相当梁计算方法对粘性土略去粘聚力而增加的内摩擦

33

角φ，查表取φ＝32°，γ0=17 KN/m ，查表取q=20 KN/m。根据设计要求取锚头距地表Z＝3.5m。计算主、被动土压力系数得：

?a?tg2(45??)?0.31；?p?tg2(45??)?3.25。

22则b点主被动土压力强度eb?70%?eb?0.7?????a?0.7?60.1?42.0KPa

/??RaOH1h'bdcfe图2.6 相当梁法板桩计算简图xt1Pot0

② 求t0：t0＝

??a＝1.2 m

?p??a③取d点为相当梁支点，则∑Md=0 Ra（H-Z+t0）－

eb(??Z)??Zet2t(+t0)－b0·0=0, 2323代入已知数据可得：Ra=123.7 KN/m

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由∑Ma=0求P0： P0（H-Z+t0）－

eb(??Z)2(??Z)ebt0t·－·（0+H-Z）=0， 2323代入已知数据可得：P0=122.5 KN/m ④ 求Mmax作用点： h1?2Ra=7.0 m ?Ka⑤ 求最大弯矩Mmax：Mmax?Ra?(h1??)???h13?a2?3=156.6 KN·m/m

⑥求受被动土压力段x：x=

6?0=3.9 m

?(Kp-?a)入土深度t1=t0+x=1.2+3.9=5.0 m

实际入土深度t=（1.1～1.2）t1=5.5～6.0 m，取t=5.6 m；需桩全长17 m。 对弯矩加以修正 ： M=0.74 Mmax=115.4 KN·m/m。

⑦对钻孔灌注桩其抗弯计算的假定条件为圆形截面，则钢筋混凝土钻孔灌注桩的弯矩设计值M由下式表达：

M?2sin???sin??tfcmr3sin3???fyAsrs 3?针对本设计方案设钻孔灌注桩φ600mm，C25混凝土，配16φ20的Ⅰ级热轧钢筋，下面求该桩能承受的弯矩设计值。 计算配筋率：ρ= ρ

min

As计算得： ?max

=0.4%＜ρ=

As=1.8%＜ρ?2

故满足配筋要求

2

ⅰ.查表得fcm=13.5 N/mm, fy=210 N/mm。钢筋分布半径应由桩半径减去灌注桩混凝土保护层厚度（不小于5cm）和钢筋半径，即rs=250 mm。

ⅱ.求桩与钢筋截面积： A=π×300= 2.83×10 mm

2

2

5

2

As= 16×π×10 =5.03×10 mm

32

210?5.03?103则：??0.28

fcmA13.5?2.83?105ⅲ.按公式：??1?0.75fyAsfyAsfyAs2fyAs＝0.32 ?(1?0.75)?0.5?0.625fcmAfcmAfcmA及αt =1.25－2α= 0.61

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sinπα=0.84 ；sinπαt=0.94 ⅳ.M?sin???sin??t2fcmr3sin3???fyAsrs 3?3

3

≤2×13.5×300×0.84/3＋210×5030×250×1.78/π =487.7 KN·m

取安全系数为2，则每根桩可承受248.6 KN·m的弯矩，由每延米上所承受最大弯矩为115.4KN·m。故灌注桩的桩间距S=

⑧土层锚杆布置：

支锚力最大值为Ra=123.7 KN/m，应乘以安全系数1.35得锚杆所承受的水平力：

Th=1.35×123.7=159.9 KN/m（每延米）。

土层锚杆头部距地面3.5m，锚孔孔径φ150mm，锚杆向下倾斜15°,已知护桩入土深度t=5.6m。设计采用一桩一锚即锚杆的水平间距为b=2.0m，则每根锚杆实际承受的水平力为：

Th=bTh=2×156.9KN/m=319.8 KN

ⅰ.锚杆的承载能力Tu 锚杆的轴向拉力设计值为 Nt =

／

／

0.5??248.6＝=2.160m,取桩间距S=2.0 m。 115.4?max?h=331.0 KN

cos150取锚杆抗拔安全系数K＝2,则锚杆的极限抗拔力Tu =KNt=662.0 KN ⅱ.锚杆非锚固段长度L0

如下图所示：锚固地层φ=32°, γ0=17 KN/m ,设q=20KN/m BE=(17-3.5)×tg(45-0

3

2

?)= 7.4m 2在△BEF中，根据正弦定理有:

q=20KN/m2???F=

sin?BFEsin?B?FBEFsin610BF=7.4× =6.8 m

sin1040由此非锚固段长度L0=7.0 m ⅲ.锚杆锚固段长度Le

初选锚固段长度Le=14m，则上图中 o点为锚固段的中点有：

BO=BF+FO=7.0+7.0=14.0 m

／

φ/2Cφ/2D图2.7 锚杆长度计算图第 16 页 共 51 页

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h=3.5+BOsin15°=7.1 m

τ= K0γhtgφ=1×17×7.1×tg32°=75.4 KN/m Le=

2

??t662.0 ==18.6 m ?D?3.14?0.15?75.4／

再对原假定锚固段Le=16m予以修正：

h=3.5+(7+

18.6)sin15°＝7.7 m 22

2

2

τ=1×17×7.7×tg32°=81.8 KN/m<100～150 KN/m 取τ=130 KN/m Le =

662.0=12.7 m 取Le=13m

3.14?0.15?1102

ⅳ.拉杆材料选择

锚杆轴向设计拉力值Nt=331.0 KN,采用7φ5钢绞线（其横截面面积为176m，抗拉强度标准值fk≥1860N/mm）。

2

?t331.0?1032则所需钢筋截面积： A===179.7 mm

1860fk由此选用2根7φ5钢绞线做拉杆（2×176＝352 mm>179.7 mm） ⅴ.锚杆支撑腰梁的设计

按简支梁锚杆腰梁的最大弯矩为拉杆作用点处其值为：

M=

2

2

?t?b331.0?2=＝165.5 KN·m 442

取32b槽钢的允许弯曲变形值[?w]=17 KN/cm ，则有

Wx =

?[?w]=973.5cm

3

3

3

经查表[Wx]=509×2=1018 cm > Wx=973.5 cm，强度满足要求。 ⅵ.深部破裂面稳定性验算

如图所示 设δ=0，则Eah与E1h皆看作是水平方向上的力

??arctg17?7.0?37.5?

13(7?)cos15?2G=(7.0+17)×2.0×13.0×17÷2=5320.3 KN

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||¨ q=20KN/m2BEFCQ

D图2.8 锚杆长度计算图2

Eah =［0.5×17×17×0.31＋20×17×0.31］×2.0 =1733.8 KN

E1h=［0.5×17×7.0×0.31+20×7.0×0.31］×2.0 =345.0 KN

由式：Thmax=

2

?ah??1h?G?tg(???)

1?tg??tg(???)1733.8?345.0?5320.3?tg(32?37.5)= 899.7 KN

1?tg15?tg(32?37.5) q=20KN/m2O =

Ks=

?hmax899.7 ==2.8＞1.5 319.8?hH说明深部破裂面稳定无问题 ⑨ 基坑的稳定性验算

为了保证基坑底的稳定性，本方案将以抗滑动 的力矩平衡条件保证基坑底的稳定性。 对抗滑动力矩Mr积分得：

图2.9 桩体抗隆起示意图DE1基坑底面BMhds ??H2?124???Mr?katg??(?qH)D?qfD2?rD2??tg?qf?D2??D3??C(HD??D2)?Mh

233?4??2?滑动力矩： Ms =

1212

(rH+q)D=×(17×11.4+20)×5.6=3352.4 KN·m/m 22第 18 页 共 51 页

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基坑地面处墙体的极限抵弯矩Mh=

1×146.9=49.0 KN·m/m 32

qf =rH+q=17×11.4+20=219.8 KN/m Ka=tg（45－

2

0

?）=0.31 2??H2?124????r??a?tg??(?qH)D?qf?D2?rD2??tg??qf?D2??D3??C(HD??D2)?Mh

233?4??2?=0.31×0.62［(

112222

×17×11.4+20×11.4)×5.6+×219.8×5.6＋×17×5.6］ 223?5.632

+0.62×［×219.8×5.6+4×17×］+5024.8+49.0

43=7040.3 KN·m/m

因此抗隆起的安全系数公式为：Ks=

Mr=1.9＞1.2 故基坑底土体稳定 Ms三.土钉支护设计

取坡上超载q＝20KN／m；由地质勘查报告计算各层土的参数值如下表：

表2.8 各层土参数值 埋置深度 m 1 2 3 4 5 6 7 杂填土 砂质粉质 粉质粘土 粉质粘土 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0 10.5 内聚力 kPa 7.2 9.4 29.3 29.3 0 内摩擦角 ° 8.7 19.3 19.4 19.4 34.3 19.7 19.7 重度 kN/m 17.5 17.2 15.1 12.7 11.9 11.3 11.0 32

主动土压力系数 - 0.74 0.50 0.50 0.50 0.28 0.50 0.50 锚杆层数 岩土层名称 细砂 粉质粘土 粉质粘土 31.4 31.4 ⑴ 土钉基本参数的选取

00

放坡角度为73.3，即基坑边坡放坡系数1：0.3；取D＝100 mm，倾角为??10，土钉为7层呈

梅花型布置；间距为Sx＝2.0 m、 Sy=1.5 m，则每层布置40根土钉；土钉锚固体直径l00mm。

⑵ 计算每层土钉所受的土压力?：

由公式 ?i?[(q????i)?ai?2c?ai]?Sx?Sy计算出各层锚杆所受土压力如下表：(此处详细计算过程经运行计算机程序得出)

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国家安全部行政管理局地下车库基坑支护工程设计

表2.9 每层土钉所受的土压力?

锚杆层数 第①层 65.5 45.8 第②层 67.4 45.9 第③层 7.1 23.0 第④层 75.3 52.7 第⑤层 132.0 92.4 第⑥层 150.5 105.4 第⑦层 170.0 119.0 ?i（KN） 70％?i ⑶ 土钉抗拔力试验值Tfi：

由试验抗拔力公式 ?ti??D?f(式中?f＝?tg??C)计算锚体抗剪强度及试验抗拔

ii力如下表：

表2.10 各层锚体抗剪强度及试验抗拔力Tfi

锚杆层数 第①层 29.6 9.2 第②层 23.6 7.4 第③层 42.3 13.2 第④层 68.0 21.4 第⑤层 77.4 24.3 第⑥层 86.8 27.3 第⑦层 86.1 27.0 ?fi(KN/m) 2Tfi (KN/m) ⑷ 锚体稳定区长度Lbi及土钉总长LNi 危险滑动面内土钉长度La: La＝0.3H=0.3×11.4=3.3m

0.3H Lbi＝

70%??0??i（式中K0取1.5）

?ti0.75H由锚体稳定区长度公式

Lb锚杆总长

LNi＝La + Lbi

计算锚体稳定区长度及土钉总长如下表： 图2.10 简化后的滑裂面图

表2.11 各层土钉长度统计表

锚杆层数 Lbi ( m ) Lai ( m ) LNi ( m ) 取整LNi 第①层 7.4 3.3 10.7 11 第②层 9.3 3.3 12.6 12 第③层 2.6 3.3 5.9 6 第④层 3.7 3.3 7.0 7 第⑤层 5.7 3.3 9.0 9 第⑥层 5.8 1.7 7.5 8 第⑦层 6.6 1.3 7.9 8 ⑸ 土钉抗拔力??i

由土钉抗拔力公式??i=?DLbi?f(式中粘结强度?f－粉土取80、砂土取100KN/m，杂

2

i第 20 页 共 51 页

0.25Hi国家安全部行政管理局地下车库基坑支护工程设计

填土取40 KN/m)

表2.12 各层土钉抗拔力??i

锚杆层数 第①层 92.9 第②层 233.6 第③层 65.3 第④层 92.9 第⑤层 178.9 第⑥层 145.7 第⑦层 165.8 2

??i（KN） ⑹ 计算土钉钢筋直径

选取1φ20的一级钢筋，其抗拉强度为fy＝210 N/mm，

2

??max1.5?119.0?10322

则由公式??＝＝850mm

210fy故满足要求，选取土钉拉筋为1φ20。 ⑺ 喷锚面层

喷锚面层为φ6.5@200mm的钢筋网和1φ14横向压筋。喷射混凝土面层厚度为100mm，喷射 混凝土等级为C20。

⑻ 土钉内部稳定性分析 ① 土钉抗拔力安全系数?oi 由土钉抗拔力安全系数公式 ?oi???i?cos?i70%??i计算出每层拔力安全系数如下表：

表2.13 各层土钉抗拔力安全系数?oi

锚杆层数 第①层 2.0 第②层 5.0 第③层 2.8 第④层 1.7 第⑤层 1.9 第⑥层 1.57 第⑦层 1.51 ?oi 计算结果?oi>1.5 ，既满足要求。 ⑼ 土钉外部稳定性验算 ① 抗滑动稳定计算 土钉抗滑安全系数为???Ft式中： ?ax墙后主动土压力和?ax???i?484.2 KN

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抗滑合力 Ft＝(W?q?)?tg??Sx

＝(10.2×11.4×5.7+20×5.7)×0.62×2＝963.2 KN,

代入数据得：???② 抗倾覆稳定计算 安全系数 ?Q?963.2＝1.9 484.2?w，式中： ????Sx＝(10.2×11.4×5.7+20×5.7)×2.85×2＝4427.7 KN 2抗倾覆力矩?w＝(W?q?)?倾覆力矩??＝

??i??＝1839.9 3代入数据得：安全系数 ?Q?2.4 四. 明沟排水设计

本方案因深层搅拌桩墙形成了一道止水帷幕，深层搅拌桩墙在验算中抗渗透验算满足要求，因此在方案二种采用明沟排水的方法是坑内水位降低。

明沟排水采用分层开挖土方，在基础轮廓线以外开挖排水沟和集水井。 ⑴ 计算假设大井半径r0

r0??C??108?88＝1×＝49 m 44⑵ 计算涌水量Q

1.36?11?7.921.36k?2Q＝＝＝9814.1 m

lg(R?r0)?lgr0lg(110?49)?lg49⑶ 计算水泵功率N N＝

2?9814.1?20aQ?＝＝16356.8 W＝16.4 kw

75?0.4?0.875?1?2四. 小结

经过参数的选取及计算得出：深层搅拌止水挡土工程共1024根、桩径为800mm、桩长14m、搭接长度为200mm；桩锚支护工程中混凝土灌注桩共196根、桩径为600mm、桩长17m、桩间距2.0m，锚杆长20m、孔径为150mm、间距为2.0m、共196根、腰梁选用32b槽钢；土钉支护工程共布置七层土钉、水平间距为2.0m、垂直间距为1.5m、孔径为100mm、锚喷面厚100mm、锚喷放坡比为1：0.3。

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本方案的深层搅拌止水挡土工程、桩锚支护工程及土钉墙支护工程经过反复的计算、比较后均通过相应安全验算。故方案二在技术上是可行的。

2.3 工程量计算 2.3.1 方案一 一.降水井

钻进成孔： 54×18×3.14×0.3＝274.7 m 二.护坡桩

⑴ 成孔工程量：392×18×3.14×0.3＝1994.0 m ⑵ 钢筋用量

① 主筋Φ20： 16×17.8×2.47×392×1.1＝303330.2kg＝303.3 t ② 加强筋Φ14：2×3.14×0.25×9×1.21×392×1.1＝7.4 t ③ 箍筋Φ6.5： 2×3.14×0.25×90×0.26×392×1.1＝15.8 t ⑶ 连梁

① 混凝土：0.6×0.5×304＝91.2 m

② 钢 筋：主筋Φ20： 304×6×2.47×1.1＝4955.8 kg＝5.0 t

箍筋Φ6.5：(0.5+0.6)×2×0.26×1678×1.1=1.1t

三.锚杆

⑴ 成 孔：196×22×3.14×0.075＝83.1 m ⑵ 钢绞线：196×22×2.18 ×1.1＝11.3 t ⑶ 腰梁（槽钢36a）：108×2+88＝304 m 四.土钉墙

⑴ 成 孔： (13+14+7+8+10+7+7)×55×3.14×0.05＝27.5 m ⑵ 锚喷面工作量：88×12＝1056 m ⑶ 钢筋用量

① 主筋：Φ20 ： (13+14+7+8+10+7+7)×55×2.47＝8.64 ② 水平压筋Φ20 ：80×7×2.47×1.1＝1.5 t

③ 钢网Ф6.5： 88×12÷0.25×0.26×1.1×2＝2.2 t

2

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3

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3

32

3

2

3

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2.3.2 方案二 一.深层搅拌

主要设计参数：选用425号硅酸盐水泥；按要求水泥掺入比应大于7％，这里选14％；水灰比取0.5。

⑴ 水泥用： 510×2×二.护坡桩

⑴ 成孔工程量：196×17×3.14×0.3＝941.6 m ⑵ 钢筋用量

① 主筋Φ20： 16×16.8×2.47×196×1.1＝143.2 t ② 加强筋Φ14：2×3.14×0.25×8×1.21×196×1.1＝3.3 t ③ 箍筋Φ6.5： 2×3.14×0.25×85×0.26×196×1.1＝7.5 t

⑶ 连梁

① 混凝土：0.6×0.5×304＝91.5m

② 钢 筋：

主筋Φ20： 304×6×2.47×1.1＝4919.4kg＝4.92t 箍筋Φ6.5：(0.5+0.6)×2×0.26×1678×1.1=1.1t

三.锚杆

⑴ 成 孔：196×20×3.14×0.075＝69.2 m ⑵ 钢绞线：196×20×2.18 ×1.1＝9.4 t ⑶ 腰梁（槽钢32b）：108×2+88＝305 m 四.土钉墙

⑴ 成 孔： (11+12+6+7+9+8+8)×40×3.14×0.05＝19.1 m ⑵ 锚喷面工作量：82×12＝1056 m ⑶ 钢筋用量

① 主筋：Φ20 ： (11+12+6+7+9+8+8)×40×2.47＝6.1 t ② 水平压筋Φ20 ：80×7×2.47×1.1＝1.5 t

③ 钢网Ф6.5： 80×12÷0.25×0.26×1.1×2＝2.2 t

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2

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3

2

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?2

×0.8×14×14％×2000＝2009 t 4国家安全部行政管理局地下车库基坑支护工程设计

2.4 工程概预算

表2.14 查《吉林省建筑工程预算定额》并经计算得工程概预算如下表：

A K 灌注桩 锚 杆 土 钉 降水井 深搅桩 总造价 方案一 人工费 元 112984.9 45645.6 339862.2 22236.1 材料费 元 1101178.1 229669.64 849655.3 143737.4 ￥ 3232229.10 机械费 元 116632.5 33421.76 198252.9 10630.9 120386.16 人工费 元 53233.6 42566.1 23034.7 方案二 材料费 元 483330.7 203618.77 826883.2 723060.4 ￥ 2602641.3 280772.4 机械费 元 54896.5 31693.7 14175.3 2.5 结论

经过第一步的初选方案中对基坑平面尺寸、深度、工程造价、经济效益、邻近建筑物的限制、地质条件及地下水状况等影响因素的综合考虑，初步选定了两种方案；再经过第二步详细论证中对这两个方案的参数选定、被选参数的合理性验算及整体方案的稳定性验算进行了详细计算论证，计算中两个方案的参数选定相对合理、各项安全性指标均通过验算；最后经过工程概预算对两个方案在工程量、施工周期、工程造价等方面进行了统计计算，其中第二个方案在施工周期及工程造价两项指标上据占优势。

表2.15 两种方案技术、经济指标统计表：

A K 灌注桩 锚 杆 土 钉 降水井 深搅桩 总工期 总造价 方案一 长度 m 18 22 9.4 20 直径mm 600 150 100 600 73天 3232229.10 数量 个／根 392 196 371 54 工日 工日 4967 2408 211 978 14 800 长度 m 17 20 8.7 方案二 直径mm 600 150 100 1020 2783 数量个／根 196 196 280 工日工日 2338 2395 162 备注 62天 2602641.3 综上所述，最终选定方案二――即四周用深层搅拌桩止水挡土及东、南、北三侧混凝土灌注桩加单锚支护及西侧土钉墙支护体系。

3. 设计计算

3.1 技术设计计算 3.1.1 深层搅拌支护设计

一.确定挡土墙宽度、挡土墙入土深度及桩长

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⑴ 假设按平面问题计算,则水泥土挡墙的墙宽取:B =1.40 m ⑵ 水泥土挡墙的桩入土深度为: h =2.6 m

⑶ 则初步选定深层搅拌桩桩长为: H = h+h1 = 2.6+11.4 =14m ⑷ 对设计任务书给定参数取墙底以上各层土加权平均值如下表：

表3.1 各层土加权平均值（γ、?、c）

参数 墙底以上 墙底至坑底 γ0 γ1 天然重度γ 18.2kg/m 18.7kg/m 33内摩擦角? 粘聚力c C0 C1 29.1 KPa 31.4 KPa ?0 19.8° 19.7° ?1二.计算土压力 ⑴ 墙后主动土压力：

??122

γ0H+qH)·tg(45-0)-2C0H·tg(45-0)

22212

=(×18.2×14+20×14) ×0.49-2×29.1×14×0.7

2 Ea =(

= 440.8 KN/m

⑵ 墙后被动土压力为：

??122

γ1h·tg(45+1)+2 C1h·tg(45+1)

22212

= ×18.7×2.6 ×2.01+2×31.4×2.6×1.42

2 Ep =

=127.1+231.9＝359.0 KN/m

⑶ 抗倾覆计算

计算桩体自重: W=γBH=372.4 kN/m 计算Zo: Zo =

3

2?29.12C＝= 4.7 m

???a18.2?0.7111h??1?h??2??W?22计算抗倾覆系数:Ko =?=3

1??(????)?0.3?a3111?2.6?127.1??2.6?231.9??1.4?372.522=3 1?(14?4.7)?440.8?0.33=1.64＞1.5 故满足抗倾覆要求。

⑷ 抗滑移计算

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重力式挡墙计算墙体沿底面滑动的安全系数,抗滑移系数:

KC =

W?tg?0?C0?372.4?0.36?29.1?1.4=

440.8?359.0?a??? = 2.1 ＞ 1.3 故满足抗滑移要求。

⑸ 整体稳定性计算

由于墙前、墙后有显著的地下水位差，墙后又有地表面超载，故需计算整体稳定性，整体稳定性安全系数：

?cl??(qiinni?bi?wi)cos?i?tg?i

K =

i?1?(qi?1i?1ni?bi?wi)sin?i =1.31 ＞ 1.2 故整体稳定性满足要求。

⑹ 抗渗计算

当地下水从基底以下土层向基坑内渗流时，若其动水坡度大于渗流出口处土颗粒的临界动水坡度，将产生基底渗流失稳现象。则需计算看深系数： K渗＝

m[(??0.5)?2h]??3?[(14?0.5)?2?2.6]?1.4＝

5?7.3ci??? ＝1.61 ∈［1.5，3.0］ 故满足抗渗要求。

⑺ 抗隆起计算

基坑隆起可使墙后土体及基底土体向基坑内移动，促使地面向上鼓起，出现塑性流动和涌土现象。故需计算抗隆起系数： 承载力系数:Nq = tg(45+

2

?1X? tgφ1?

)e=2.73 2 Nc = (Nq-1)C1tgφ=19.5 Ks =

??h??q?C1??c8.7?2.6?2.73?31.4?19.5=

10.7?(14?2.6)?20??(??h)?? =3.4 ＞ 1.2 故满足抗渗要求。

3.1.2 桩锚支护设计

由于采用深层搅拌法联合支护,形成一道挡土挡水帷幕，深层搅拌桩与灌注桩间距为1.2m。

本设计采用明沟排水降低深层搅拌桩帷幕内侧水位。因深层搅拌桩起到挡土作用，可分担30％的主动土压力，故以下计算土压力应取70％。

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⑴ 深埋单锚式板桩

① 绘土压力分布与相当梁弯矩图

3

根据勘察报告对18m以内各土层力学指标进行加权平均计算得：γ0=10.3 KN/m (浮容重)，φ0=22°，C0=23.7 kpa。由深埋单锚式板桩相当梁计算方法对粘性土略去粘聚力而增加的内摩擦

33

角φ，查表取φ＝32°，γ0=17 KN/m ，查表取q=20 KN/m。根据设计要求取锚头距地表Z＝3.5m。计算主、被动土压力系数得：

?a?tg2(45??)?0.31；?p?tg2(45??)?3.25。

22则b点主被动土压力强度eb?70%?eb?0.7?????a?0.7?60.1?42.0KPa

/??RaOH1h'bdcfe图3.1 相当梁法板桩计算简图xt1Pot0

② 求t0：t0＝

??a＝1.2 m

?p??a③取d点为相当梁支点，则∑Md=0 Ra（H-Z+t0）－

eb(??Z)??Zet2t(+t0)－b0·0=0, 2323代入已知数据可得：Ra=123.7 KN/m 由∑Ma=0求P0： P0（H-Z+t0）－

eb(??Z)2(??Z)ebt0t·－·（0+H-Z）=0， 2323代入已知数据可得：P0=122.5 KN/m ④ 求Mmax作用点： h1?2Ra=7.0 m ?Ka⑤ 求最大弯矩Mmax：Mmax?Ra?(h1??)???h13?a2?3=156.6 KN·m/m

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⑥求受被动土压力段x：x=

6?0=3.9 m

?(Kp-?a)入土深度t1=t0+x=1.2+3.9=5.0 m

实际入土深度t=（1.1～1.2）t1=5.5～6.0 m，取t=5.6 m；需桩全长17 m。 对弯矩加以修正 ： M=0.74 Mmax=115.4 KN·m/m。

⑦对钻孔灌注桩其抗弯计算的假定条件为圆形截面，则钢筋混凝土钻孔灌注桩的弯矩设计值M由下式表达：

2sin???sin??tfcmr3sin3???fyAsrs 3?sin2???fcmA(1?)?(???t)fyAs?0

sin??αt =1.25－2α （当α＞0.625时αt=0） M?式中 M —— 弯矩设计值，N ·mm； A —— 桩截面积，mm2； As —— 纵向钢筋全截面积，mm； r —— 桩截面圆半径，mm； rs—— 钢筋分布半径，mm；

α—— 反映受压混凝土面积的角，即弓形面积对应圆心角除以

2π的值；

αt —— 受拉钢筋面积与纵钢筋全面积的比值； fcm —— 混凝土弯曲抗压强度设计值，当桩的直径或边长

＜300mm时，应乘以0.8予以折减；

fy —— 钢筋抗拉强度设计值，可参见有关表格， N/mm2。

针对本设计方案设钻孔灌注桩φ600mm，C25混凝土，配16φ20的Ⅰ级热轧钢筋，下面求该桩能承受的弯矩设计值。 计算配筋率：ρ= ρ

min=0.4%＜ρ=

As计算得： ?max

As=1.8%＜ρ?2

故满足配筋要求

2

ⅰ.查表得fcm=13.5 N/mm, fy=210 N/mm。钢筋分布半径应由桩半径减去灌注桩混凝土保护层厚度（不小于5cm）和钢筋半径，即rs=250 mm。

ⅱ.求桩与钢筋截面积： A=π×300= 2.83×10 mm

2

2

5

2

As= 16×π×10 =5.03×10 mm

32

210?5.03?103则：??0.28

fcmA13.5?2.83?105第 29 页 共 51 页

fyAs国家安全部行政管理局地下车库基坑支护工程设计

ⅲ.按公式：??1?0.75fyAsfyAs2fyAs＝0.32 ?(1?0.75)?0.5?0.625fcmAfcmAfcmA及αt =1.25－2α= 0.61 sinπα=0.84 ；sinπαt=0.94 ⅳ.M?sin???sin??t2fcmr3sin3???fyAsrs 3?3

3

≤2×13.5×300×0.84/3＋210×5030×250×1.78/π =487.7 KN·m

取安全系数为2，则每根桩可承受248.6 KN·m的弯矩，由每延米上所承受最大弯矩为115.4KN·m。故灌注桩的桩间距S=

⑧土层锚杆布置：

支锚力最大值为Ra=123.7 KN/m，应乘以安全系数1.35得锚杆所承受的水平力：

Th=1.35×123.7=159.9 KN/m（每延米）。

土层锚杆头部距地面3.5m，锚孔孔径φ150mm，锚杆向下倾斜15°，已知护桩入土深度t=5.6m。设计采用一桩一锚即锚杆的水平间距为b＝2.0m，则每根锚杆实际承受的水平力为：Th=bTh

／

／

0.5??248.6＝=2.160m,取桩间距S=2.0 m。 115.4?max=2×156.9KN/m=319.8 KN ⅰ.锚杆的承载能力Tu 锚杆的轴向拉力设计值为 Nt =取锚杆抗拔安全系数K＝2

则锚杆的极限抗拔力Tu =KNt=662.0 KN ⅱ.锚杆非锚固段长度L0

如下图所示：锚固地层φ=32°, γ0=17 KN/m , φ/23

?h=331.0 KN 0cos15 q=20KN/m2BEF设q=20KN/m

0?则BE=(17-3.5)×tg(45-)= 7.4m 22

Cφ/2在△BEF中，根据正弦定理有:

D???F=

sin?BFEsin?B?F图3.2 锚杆长度计算图sin610BF=7.4× =6.8 m 0sin104第 30 页 共 51 页

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由此非锚固段长度L0=7.0 m ⅲ.锚杆锚固段长度Le

初选锚固段长度Le=14m，则上图中o点为锚固段的中点有： BO=BF+FO=7.0+7.0=14.0 m h=3.5+BOsin15°=7.1 m

τ= K0γhtgφ=1×17×7.1×tg32°

=75.4 KN/m

Le=

2

／

??t662.0 ==18.6 m ?D?3.14?0.15?75.4／

再对原假定锚固段Le=16m予以修正：

h=3.5+(7+

18.6)sin15°＝7.7 m 22

2

2

τ=1×17×7.7×tg32°=81.8 KN/m<100～150 KN/m 取τ=130 KN/m Le =

662.0=12.7 m 取Le=13m

3.14?0.15?1102

ⅳ.拉杆材料选择

锚杆轴向设计拉力值Nt=331.0 KN,采用7φ5钢绞线（其横截面面积为176m，抗拉强度标准值fk≥1860N/mm）。

2

?t331.0?1032则所需钢筋截面积： A===179.7 mm

1860fk由此选用2根7φ5钢绞线做拉杆（2×176＝352 mm>179.7 mm） ⅴ.锚杆支撑腰梁的设计

按简支梁锚杆腰梁的最大弯矩为拉杆作用点处其值为：

M=

2

2

?t?b331.0?2=＝165.5 KN·m 442

取32b槽钢的允许弯曲变形值[?w]=17 KN/cm ，则有

Wx =

?[?w]=973.5cm

3

3

3

经查表[Wx]=509×2=1018 cm > Wx=973.5 cm，强度满足要求。 ⅵ.深部破裂面稳定性验算

如图所示 设δ=0，则Eah与E1h皆看作是水平方向上的力

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=20KN/m2

||¨BEFCQD图3.3 锚杆长度计算图 ??arctg17?7.0?37.5?

13(7?)cos15?22

G=(7.0+17)×2.0×13.0×17÷2=5320.3 KN Eah =［0.5×17×17×0.31＋20×17×0.31］×2.0 =1733.8 KN

E1h=［0.5×17×7.0×0.31+20×7.0×0.31］×2.0 =345.0 KN

由式：Thmax=

2

?ah??1h?G?tg(???)

1?tg??tg(???)1733.8?345.0?5320.3?tg(32?37.5)

1?tg15?tg(32?37.5) =

= 899.7 KN Ks=

?hmax899.7 ==2.8＞1.5 说明深部破裂面稳定无问题 433.0?h⑨ 基坑的稳定性验算

为了保证基坑底的稳定性，本方案将以抗滑动的力矩平衡条件保证基坑底的稳定性。

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q=20KN/m2OHE1基坑底面BMhDds图3.4 桩体坑隆起示意图

对抗滑动力矩Mr积分得：

??H2?124???Mr?katg??(?qH)D?qfD2?rD2??tg?qf?D2??D3??C(HD??D2)?Mh233?4??2? 滑动力矩： Ms =

1212

(rH+q)D=×(17×11.4+20)×5.6=3352.4 KN·m/m 221基坑地面处墙体的极限抵弯矩Mh=×146.9=49.0 KN·m/m

3qf =rH+q=17×11.4+20=219.8 KN/m Ka=tg（45－

2

0

2

?）=0.31 2??H2?124????r??a?tg??(?qH)D?qf?D2?rD2??tg??qf?D2??D3??C(HD??D2)?Mh233?4??2? =0.31×0.62［(

11222

×17×11.4+20×11.4)×5.6+×219.8×5.6＋×17× 223?5.632

5.6］+0.62×［×219.8×5.6+4×17×］+5024.8+49.0

432

=7040.3 KN·m/m

因此抗隆起的安全系数公式为：Ks=

Mr=1.9＞1.2 故基坑底土体稳定 Ms3.1.3 土钉支护设计

取坡上超载q＝20KN／m；由地质勘查报告计算各层土的参数值如下表：

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2

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表3.2 各层土参数值 埋置深度 m 1 2 3 4 5 6 7 杂填土 砂质粉质 粉质粘土 粉质粘土 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0 10.5 内聚力 kPa 7.2 9.4 29.3 29.3 0 内摩擦角 ° 8.7 19.3 19.4 19.4 34.3 19.7 19.7 重度 kN/m 17.5 17.2 15.1 12.7 11.9 11.3 11.0 3主动土压力系数 - 0.74 0.50 0.50 0.50 0.28 0.50 0.50 锚杆层数 岩土层名称 细砂 粉质粘土 粉质粘土 31.4 31.4 ⑴ 土钉基本参数的选取

00

放坡角度为73.3，即基坑边坡放坡系数1：0.3；取D＝100 mm，倾角为??10，土钉为7层呈

梅花型布置；间距为Sx＝2.0 m、 Sy=1.5 m，则每层布置40根土钉；土钉锚固体直径l00mm。

⑵ 计算每层土钉所受的土压力?：

由公式 ?i?[(q????i)?ai?2c?ai]?Sx?Sy计算出各层锚杆所受土压力如下表：(此处详细计算过程经运行计算机程序得出)

表3.3 每层土钉所受的土压力?

锚杆层数 第①层 65.5 45.8 第②层 67.4 45.9 第③层 7.1 23.0 第④层 75.3 52.7 第⑤层 132.0 92.4 第⑥层 150.5 105.4 第⑦层 170.0 119.0 ?i（KN） 70％?i ⑶ 土钉抗拔力试验值Tfi：

由试验抗拔力公式 ?ti??D?f(式中?f＝?tg??C)计算锚体抗剪强度及试验抗拔

ii力如下表：

表3.4 各层锚体抗剪强度及试验抗拔力Tfi

锚杆层数 第①层 29.6 9.2 第②层 23.6 7.4 第③层 42.3 13.2 第④层 68.0 21.4 第⑤层 77.4 24.3 第⑥层 86.8 27.3 第⑦层 86.1 27.0 ?fi(KN/m) 2Tfi (KN/m) ⑷ 锚体稳定区长度Lbi及土钉总长LNi 危险滑动面内土钉长度La: La＝0.3H=0.3×11.4=3.3m 由锚体稳定区长度公式

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Lbi＝

70%??0??i（式中K0取1.5）

?ti0.3H

0.75H

Lb

图3.5 简化后的滑裂面图 锚杆总长LNi＝La + Lbi

计算锚体稳定区长度及土钉总长如下表：

表3.5 各层土钉长度统计表

锚杆层数 Lbi ( m ) Lai ( m ) LNi ( m ) 取整LNi 第①层 7.4 3.3 10.7 11 第②层 9.3 3.3 12.6 12 第③层 2.6 3.3 5.9 6 第④层 3.7 3.3 7.0 7 第⑤层 5.7 3.3 9.0 9 第⑥层 5.8 1.7 7.5 8 第⑦层 6.6 1.3 7.9 8 ⑸ 土钉抗拔力??i

由土钉抗拔力公式??i=?DLbi?f(式中粘结强度?f－粉土取80、砂土取100KN/m，杂

2

0.25Hi

i填土取40 KN/m)

表3.6 各层土钉抗拔力??i

锚杆层数 第①层 92.9 第②层 233.6 第③层 65.3 第④层 92.9 第⑤层 178.9 第⑥层 145.7 第⑦层 165.8 2

??i（KN） ⑹ 计算土钉钢筋直径

选取1φ20的一级钢筋，其抗拉强度为fy＝210 N/mm，

2

??max1.5?119.0?10322

则由公式??＝＝850mm

210fy第 35 页 共 51 页

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故满足要求，选取土钉拉筋为1φ20。 ⑺ 喷锚面层

喷锚面层为φ6.5@200mm的钢筋网和1φ14横向压筋。喷射混凝土面层厚度为100mm，喷射 混凝土等级为C20。⑼

⑻ 土钉内部稳定性分析 ① 土钉抗拔力安全系数?oi 由土钉抗拔力安全系数公式 ?oi???i?cos?i70%??i计算出每层拔力安全系数如下表：

表3.7 各层土钉抗拔力安全系数?oi

锚杆层数 第①层 2.0 第②层 5.0 第③层 2.8 第④层 1.7 第⑤层 1.9 第⑥层 1.57 第⑦层 1.51 ?oi 计算结果?oi>1.5 ，既满足要求。 ⑼ 土钉外部稳定性验算 ① 抗滑动稳定计算 土钉抗滑安全系数为???Ft式中： ?ax墙后主动土压力和?ax???i?484.2 KN 抗滑合力Ft＝(W?q?)?tg??Sx

＝(10.2×11.4×5.7+20×5.7)×0.62×2＝963.2 KN,

代入数据得：???② 抗倾覆稳定计算 安全系数 ?Q?963.2＝1.9 484.2?w，式中： ????Sx＝(10.2×11.4×5.7+20×5.7)×2.85×2＝4427.7 KN 2抗倾覆力矩?w＝(W?q?)?倾覆力矩??＝

??i??＝1839.9 3代入数据得：安全系数 ?Q?2.4

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3.1.4 明沟排水设计

本方案因深层搅拌桩墙形成了一道止水帷幕，深层搅拌桩墙在验算中抗渗透验算满足要求，因此在方案二种采用明沟排水的方法是坑内水位降低。

明沟排水采用分层开挖土方，在基础轮廓线以外开挖排水沟和集水井。 ⑴ 计算假设大井半径r0

r0??C??108?88＝1×＝49 m 44⑵ 计算涌水量Q

1.36?11?7.921.36k?2Q＝＝＝9814.1 m

lg(R?r0)?lgr0lg(110?49)?lg49⑶ 计算水泵功率N N＝

2?9814.1?20aQ?＝＝16356.8 W＝16.4 kw 75?0.4?0.875?1?23.2 工程量计算 3.2.1 深层搅拌 ⑴ 水泥用： 510×2×3.2.1 深层搅拌

⑴ 成孔工程量：196×17×3.14×0.3＝941.6 m ⑵ 钢筋用量

① 主筋Φ20： 16×16.8×2.47×196×1.1＝143.2 t ② 加强筋Φ14：2×3.14×0.25×8×1.21×196×1.1＝3.3 t ③ 箍筋Φ6.5： 2×3.14×0.25×85×0.26×196×1.1＝7.5 t

⑶ 连梁

① 混凝土：0.6×0.5×304＝91.5m

② 钢 筋：

主筋Φ20： 304×6×2.47×1.1＝4919.4kg＝4.92t 箍筋Φ6.5：(0.5+0.6)×2×0.26×1678×1.1=1.1t

3.2.3 锚杆

⑴ 成 孔：196×20×3.14×0.075＝69.2 m

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2

3

32

3

?2

×0.8×14×14％×2000＝2009 t 4国家安全部行政管理局地下车库基坑支护工程设计

⑵ 钢绞线：196×20×2.18 ×1.1＝9.4 t ⑶ 腰梁（槽钢32b）：108×2+88＝305 m 3.2.4 土钉墙

⑴ 成 孔： (11+12+6+7+9+8+8)×40×3.14×0.05＝19.1 m ⑵ 锚喷面工作量：82×12＝1056 m ⑶ 钢筋用量

① 主筋：Φ20 ： (11+12+6+7+9+8+8)×40×2.47＝6.1 t ② 水平压筋Φ20 ：80×7×2.47×1.1＝1.5 t

③ 钢网Ф6.5： 80×12÷0.25×0.26×1.1×2＝2.2 t 3.3 程序设计 INPUT “enter x1:”,x1 PRINT “n”,”x1”,”x2”

PRINT “——————————————————————” n=1 fiag=6 DO

2

2

3

d=a*x1^3+b*x1^2+c d=3a*x1^2+2b*x1 x2=x1-f/d PRINT n,x1,x2 n=n+1

IF ABS(x2-x1)>=.000001 THEN x1=x2 ELES flag=1 LOOP UNTIL fiag=1

PRINT “——————————————————————” PRINT “the root is”x2

END 4. 质量监测与检测

4.1 桩支护检测 4.1.1 施工期质量检验

在施工期，每根桩均应有一份完整的质量检验单，施工人员和监理人员签名后作为施工档案。

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质量检验主要如下：

一. 桩位

施工前进在桩中心插桩位标，施工后将桩位复原，以便验收。

二. 桩顶、桩底高程

均不应低于设计值。桩底一般应超深100～200mm，桩顶应超过0.5m。 三. 村身垂直度

每根桩施工时均采用水准尺和其他方法检查导向架和搅拌轴的垂直度。通常垂直度误差不超过1%。当设计对垂直度有严格要求时，应按设计标准验收。

4.1.2 工程竣工后的质量检验 一.取芯检验

用钻孔方法连续取水泥土搅拌桩桩芯，可直观地检验桩体强度和搅拌的均匀性。取芯通常用Φ106岩芯管，取出后可当场检查桩芯的连续性、均匀性和硬度，并用钻锯、刀切割成试块做无侧恨抗压强度试验。使用本方法取桩芯时应有良好的取芯设备和技术，确保桩芯的完整性和原状强度。进行无侧限强度试验时，可视取芯时对桩芯的损坏程度，将设计强度指标乖以0.7～0.9的折减系数。

二.沉降观测

工程竣工后，尚应进行沉降、侧向位移等观测。这是最为直观检验加固效果的理想方法。对作为侧向围护的桩，开挖时主要检验以下项目：

⑴ 墙面渗漏水情况； ⑵ 桩墙的垂直和整齐度情况； ⑶ 桩体的裂缝、缺损和漏桩情况； ⑷ 桩体和路面的顶板的连接情况； ⑸ 桩体强度和均匀性； ⑹ 桩体水平位移量； ⑺ 坑底的渗漏情况； ⑻ 坑底的隆起情况。 4.2 土钉墙支护监测 4.2.1 土钉抗拔力检验

本工程土钉基本抗拔力试验可采用循环加荷的方法，第一级取土钉钢筋屈服强度的10％为基本荷载，进而以土钉钢筋屈服强度的0.15倍为增量来增加荷载，同时用退荷循环来测量残余变形，每一级荷载持续到变形稳定为止；土钉破坏标准为：在同级荷在下，变形不能趋于稳定，即认为土

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钉达到极限荷载。

试验数量应为土钉数量的1％，且不少于3根；土钉检验的合格标准可定为：土钉抗拔力平均值应大于设计极限抗拔力，抗拔力最小值应大于设计极限抗拔力的0.9倍。

4.2.2 面层强度及厚度检验

喷射混凝土应进行抗压强度试验，是块数量可为每500m取一组，每组是块不少于3个。喷射混凝土厚度检验可采用凿孔法，检验数量可为每100 m取一组，每组不少于3个点，其合格条件定为：全部检查孔处厚度平均值应大于设计厚度，最小厚度应不小于设计厚度的80％。

4.2.3 监测

对于土钉墙基坑支护工程，最为直观的监测是土钉墙顶面的水平位移和垂直位移。

2

2

5. 结论

经过一个月多月的查阅资料、反复计算、仔细验算及论证后完成了国家安全部行政管理局地下车库基坑支护工程设计。

本设计经过方案初选、方案的详细论证、选定方案的设计计算及质量监测与检测等多个步骤，对此基坑支护工程进行总体设计。设计所论证的两个方案中，方案一为实际工程在理论上的体现、方案二为将实际工程中存在的问题及不足之处的修正。因受60ｍ处亮马河所影响，实际工程中的降水施工没有达到预期目的，降水效果不佳，桩间土掉土量大及漏水现象多。设计中深层搅拌技术取代降水工程，即起到了止水的效果，还起到了挡土效果（可承担30％的土压力，进而使桩墙支护技术中的钻孔灌注桩的桩数减少一半，所对应的工程造价也大大减少）。

通过本设计培养了我的综合运用所学专业的理论知识，理论联系实际、真题真做的能力，还实现了综合专业技能的进一步提高，为即将走向工作岗位奠定良好的专业基础。

设计中因涉及技术方面杂、技术难点多、计算过程相对复杂等技术困难，还因本人学识有限和所查资料的局限性，设计中难免有疏漏与不妥之处敬请各位老师、同仁批评指正。

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毕业论文

芳纶纤维布在混凝土梁中的应用技术探讨

摘要：本文简明扼要的介绍了芳纶纤维布在混凝土梁制作上的应用技术。芳纶纤维布除了具有所有FRP复合材料的共性即轻质高强、高弹模、耐腐蚀等性能外，还有抗冲击能力、抗剪、抗疲劳性能及延性都非常好的特点。因此是一种非常理想的用于混凝土梁的制作、加固、防撞及抗震的材料。

关键词：芳纶纤维、混凝土梁、轻质高强、高弹模、耐腐蚀、抗疲劳，抗冲击

1. 引言

在我国，由于腐蚀、超负荷加上地理环境、自然灾害、年久失修以及人为因素的影响，许多混凝土工程在还没有达到使用寿命时，均出现了承载力不够、露筋、锈蚀，松剥落、老化、磨损、裂缝等问题，严重影响了结构物的正常使用和安全性，因此对这些结构物进行技术更新显得尤为重要和迫切。

本文将讨论利用芳纶布取代混凝土结构梁中的钢筋并减少混凝土结构梁断面积的技术。芳纶纤维布早期主要用于军工产品如防弹衣、航天设备等。由于其有着优越的抗冲击能力、抗震能力、优异的韧性及抗疲劳性，显示了其在混凝土梁结构物制造上潜在的优势，利用芳纶布对制造混凝土梁，可以显著提高梁的抗弯能力，并且可以减少梁的断面积进而提高建筑物的使用面积。另外，由于芳纶布质轻柔软，施工工艺简单易行所以在混凝土梁制造上有着广阔的使用前景。

2. 芳纶纤维的材料性能

芳纶纤维最先由美国1974年开始商业化生产的一种全芳香族聚酰胺纤维，其主要成分是对苯二甲酰对苯二胺聚合物（PPTA），其中既含脂肪族主链又含芳香族主链，分子结构牢固。

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芳纶纤维布是芳纶纤维由单向或双向间排列形成的一种片材，强力高达20CN／dtex，为钢材料的5-6倍,模量为350-400CN／dtex，热处理后的模量600-700CN／dtex， 为钢材料或玻璃纤维的2-3倍,而重量仅为钢材料的1／5左右；纤维伸长2.5-5％；比重1.44-1.45，比重约为钢材料的五分之一，拉伸强度是钢材料的5倍以上，质地非常柔软。芳纶布具有轻质高强、高弹模、耐腐蚀、不导电性能等特点，特别是它的抗疲劳性能，抗冲击能力以及抗局部荷载是所有FRP复合材料中最好的，另外它的破坏形式为塑性破坏，因而是取代钢筋梁的最佳材料之一。

表1 芳纶纤维布的性能参数如下表：

单位重量 规格 （g/㎡） AFS-40 AFS-60 AFS-90 AFS-120 280 415 623 830 幅宽 （mm） 100,300,500 100,300,500 100,300,(500) 100,300,(500) 设计强度 （MPa） 2060 2060 2060 2060 弹性模量 （GPa） 118 118 118 118 保证强度 （KN/m） 400 600 900 1200 设计厚度 （mm） 0.193 0.286 0.430 0.572 ※ 、以上原材料原丝抗拉强度均为3200MPa。

3. 作用机理及施工流程

3.1 作用机理

主要基于梁的破坏基理，根据标准梁体抗弯实验，梁体的受力和变形过程分为三个阶段。第一阶段当刚刚开始加荷时，由于弯距很小，混凝土基本上处于弹性工作阶段，应力与应变成正比，随着弯矩增大受拉区应力中性面将不断向受压区发展；第二阶段在抗拉能力最薄弱的截面处将出现第一条裂缝，受压区混凝土压应变不断增长，梁的挠度也逐渐加大裂缝开展越来越

宽；第三阶段为随着弯矩进一步加大，破坏区段受压区混凝土被压碎而告完全破坏。 所以要保证梁体的抗弯强度的前提下，用芳纶布取代梁中钢筋承受拉应力并减少梁的断面积，则要求芳纶布要有卓越的抗拉性能。当我们将芳纶纤维布沿着混凝土梁粘贴在受压区底面，使其产生抗拉效应，这样利用芳纶纤维拉伸强度是钢板的5倍以上的良好的性能来取代钢筋受力。

3.2 施工流程

用芳纶布制造混凝土梁的施工很方便，主要流程如下： （1） 浇混凝土梁

支好模板后将芳纶纤维布固定在底面模板上，在芳纶纤维布上涂刷一层防水底胶，当底胶达到指触干后，再涂底层树脂和外层树脂，底层树脂与外层树脂的量一般为1：2，其目的就是

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