中国地质大学北京毕业设计

分类号密级

中国地质大学（北京）

本科毕业设计

题目某音乐厅基坑地下连续墙设计

英文题目A Foundation Wall Design Of ConcertEngineering

学生姓名院（系）工程技术学院 专业土木工程学号 指导教师徐能雄职称教授

二〇一五年五月

摘要

本文较为完整得设计了一个基坑工程的支护设计。包括设计方案的选择、连续墙设计、配筋设计、锚杆设计以及基坑稳定性四大方面的内容，并根据设计计算提供基坑设计相关数据表格和图纸供审阅和参考。

首先介绍了某音乐厅工程概况，包括水文地质和工程地质条件，然后根据实际情况以及施工方法，选择出了适合本工程的开挖支护方案。

参照《土力学》对场地土压力进行计算，采用等值梁法进行结构内力的计算，对基坑的开挖支护作了理论上的数据分析，然后参照相关规范对连续墙结构尺寸和配筋进行设计。

锚杆支撑是本工程重要的一部分，本设计包括锚杆形式设计、杆体配筋设计、自由段长度设计、锚固段长度设计等。

所有设计完成后进行基坑稳定性校核，如果不满足相关规范要求，则需要重新设计地下连续墙数据。

关键词：地下连续墙；等值梁法；锚杆支撑；稳定性验算

ABSTRACT

This article is designed to give a more complete supporting design of an excavation project. Including four major areas, the selection of design options, continuous wall design, content reinforcement design, and foundation stability anchor design.And providing relevant data tables and pit design drawings for review and reference according to the design calculations.

First introduced in a concert hall project overview, including hydrogeology and engineering geology, then according to the actual situation and the construction method for selecting a program of excavation and support for this project.

Refer to \mechanics\of the site earth pressure is calculated using the equivalent beam structure forces the calculation method of the excavation pit were theoretically support data analysis, and reference to the relevant specifications of the continuous wall structure size and distribution rib design.

Bolt support is an important part of this project, the design includes a bolt in the form of design, rod reinforcement design, free length design anchorage length design. Foundation pit stability check all the design is complete, the relevant regulatory requirements. If not, we need to re-design the underground continuous wall data.

Keywords:Diaphragm wall;The equivalent beam method; Boltingsupporting；Stability checking

目 录

1 工程概况 .................................................................. 2

1.1 工程概述 ............................................................ 2 1.2 工程地质条件 ........................................................ 2 1.3 水文地质条件 ........................................................ 2 2 基坑支护结构设计 .......................................................... 4

2.1 结构设计方法 ........................................................ 4 2.2 基坑支护结构内力计算 ................................................ 4

2.2.1 荷载及相关参数 ................................................ 4 2.2.2 结构内力计算 .................................................. 4 2.2.3 嵌固深度计算 ................................................. 13 2.2.4 弯矩和剪力图 ................................................. 14 2.3 结构配筋计算 ....................................................... 14

2.3.1 结构截面设计 ................................................. 14 2.3.2 结构纵筋设计 ................................................. 14 2.3.3 箍筋设计 ..................................................... 16 2.4 导墙和接头设计 ..................................................... 17

2.4.1 导槽设计 ..................................................... 17 2.4.2 连续墙接头设计 ............................................... 17 2.5 锚杆设计 ........................................................... 18

2.5.1 锚杆承载力计算 ............................................... 18 2.5.2 锚杆拉筋设计 ................................................. 19 2.5.3 锚杆自由段长度设计 ........................................... 19 2.5.4 锚杆锚固段长度设计 ........................................... 21 2.5.5 锚杆参数终设计 ............................................... 24

3 基坑支护结构稳定性验算 ................................................... 26

3.1 整体稳定性验算 ..................................................... 26 3.2 抗倾覆稳定性验算 ................................................... 26 3.3 坑底土隆起稳定性验算 ............................................... 30 3.4 抗渗流稳定性验算 ................................................... 31 结 论...................................................................... 33 致谢........................................................................ 34 参考文献 .................................................................... 35 附图：

附图Ⅰ 平面布置图 附图Ⅱ连续墙支撑布置图 附图Ⅲ 连续墙细部构造图 附图Ⅳ 连续墙配筋图 附图Ⅴ 锚杆安装图

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绪论

随着社会的不断发展，基坑工程已经成为建筑领域中不可缺少的一部分，无论是楼房，亦或是其他用途的建筑，都离不开基坑支护，而基坑支护的重要性也绝对不是空口无凭的。不管是在施工过程中，还是在使用阶段，基坑支护对于一个建筑来说都起着非常重要的作用。近年来，我国建设事业不断发展，各种奇特的建筑相继出现，对于某些建筑，基坑支护也是一项挑战。

基坑工程是一项工程的起点，对一项工程是否能顺利开展以及工程施工过程中的安全性、稳定性。甚至工程交付使用之后的安全以及相关方面都有极大的影响。所以，基坑支护的重要性可想而知。

基坑工程是在地表以下开挖一个地下空间并与其配套的支护体系。而基坑支护就是为保证基坑开挖，基础施工的顺利进行及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁以及周边环境采用的支挡，加固与保护措施。

基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大风险，基坑工程具有很强的区域性。不同水文，工程地质环境条件下基坑工程的差异很大。

基坑工程环境效应复杂，基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全稳定，而且要有效的控制基坑周边地层移动以及保护周围环境。

基坑支护是一项复杂的工程，因为要考虑到很多因素，它所涉及的范围也是很广的，必须有结构力学、土力学、地基处理及原为测试等多种学科知识的结合，才能对边坡支护有一个完善的处理方案。它的前期勘察、支护结构设计、岩土性质、施工开挖、降水、监测、施工工序都对边坡支护有一定的影响。如何保证建筑在施工过程中、正常使用以及后期保养修复都处于安全状态，而且要在经济合理的前提下进行，这必然成为一个重要项目，对每一项的任务都提出了挑战。

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AOhAO14.6kN2mh0标高±0mTa1h140002000h-2mEaVc1Ep140kN2mh0X1Cla-4.6m-6mVc1D

图2-2 打入第一道支撑计算简图图2-3打入第一道支撑时弯矩简图

CVc1la

2.在标高-6m处打入第二道锚杆后，开挖至标高-10m，取墙体一延米计算（图

D2-4）。

（1）土压力计算

取开挖面以下计算深度为10m，考虑地下水影响。在墙后主动水土压力侧，将标高0~-20m土体加权平均。

18?1.5?28?0.5?29?15?30?3?ma??28.3kN/m3

209?15cma??6.75kPa

2022?24?20?ma??22?

3主动土压力系数：

22?Ka?tan(45?)?0.45

222??Ka?tan(45?)?0.67

2墙前被动土压力侧，将标高-10m~-20m土体加权平均：

7?29?3?30?mp??29.3kN/m3

109?7cmp??6.3kPa

102??ma?22?

被动土压力系数：

22?Kp?tan(45?)?2.2

222??Kp?tan(45?)?1.48

2当主动水土压力为零时，即：

2?7

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ea?Ka(?mah?q)?2cmaKa?0.45?(28.3h?20)?2?6.75?0.67?0

h?0.0035m

故标高-0.0035m为主动水土压力零点处，往下无需考虑超载与土体粘聚力。在开挖面即标高-10m处，

ea?Ka?mah0?0.45?28.3?(10?0.0035)?127.35kN/m

ep?2cmpkp?2?6.3?1.48?18.6kN/m

（2）求反弯点c位置

Kp?mpx2?2cmpKp?Ka?ma(h0?x2)

x2??Ka?mah0?2cmpKpKp?mp?Ka?ma 127.35?18.6

2.2?29.3?0.45?28.3?2.1m

（3）第二道支撑力

土压力合力到土压力零点c的静力距：

Eaaa?__11122Ka?maho?(h0?x2)?(Ka?maho?2cmpKp)x2?x2 232311012??0.45?28.3?102?(?2.1)?(0.45?28.3?10?2?6.3?1.48)?2.1??2.12323?3620kN?m

根据力矩平衡条件可以得到：

__Ta1(h1?x2)?Ta2(h2?x2)?Eaaa

Ta2??Eaaa?Ta1(h1?x2)

h2?x2__3620?127.5(8?2.1)

4?2.1?382kN （4）求最大弯矩

0?y?2时，y=2弯矩最小

My?2?1Ka?ma(y?h)3 61??0.45?28.3?(2?0.0035)3 6?17kN?m

2?y?6时，

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1Ka?ma(y?h)3?Ta1(y?2) 61??0.45?28.3?(y?0.0035)3?127.5(y?2) 6对y求导，得

1'My?Ka?ma(y?h)2?Ta1

2My?'令My?0，得

y?4.5m，此时弯矩最小

My?4.5?1Ka?ma(y?h)3?Ta1(y?2) 61??0.45?28.3?(4.5?0.0035)3?127.5?(4.5?2) 6??125kN?m

6?y?10时，

1Ka?ma(y?h)3?Ta1(y?2)?Ta2(y?6) 61??0.45?28.3?(y?0.0035)3?127.5(y?2)?382.3(y?6) 6对y求导，得

1'My?Ka?ma(y?h)2?Ta1?Ta2

2My?'令My?0，得

y?8.9m，此时弯矩最小

My?8.9?1Ka?ma(y?h)3?Ta1(y?2)?Ta2(y?6) 61??0.45?28.3?(8.9?0.0035)3?127.5(8.9?2)?382.3(8.9?6) 6??492kN?m

此时弯矩图如图2-5。

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AO20002000Ta117kN2mAOy标高±0mmm25k2712kNN1标高±0mhh-2mTa1h14000yh0-2m-4.5m-6mh0h24000Ea125kN2m4000Ta2492kN2m-4.5m-8.9mTa2X2h1-6m-10mh24000Vc2492kN2mVc2EaC-8.9m-10mEplaDX2

图2-4 打入第二道支撑计算简图 图2-5 打入第二道支撑时弯矩简图

CVc2

Ep3.在标高-10m处打入第三道锚杆后，开挖至坑底，即标高-14m处，取墙体D一延米计算（图2-6）。 （1）土压力计算

laATa1Oy133kN2mTa2400040002000hTa3h1h2Eah34000Vc3EpX3CVc3D图3-6 打入第三道支撑计算简图la

图2-6 打入第三道锚杆支撑计算简图

取开挖面以下计算深度为14m，考虑地下水影响。在墙后主动水土压力侧，将标高0~-28m土体加权平均。

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1114kN2m532kN2mh0中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计

18?1.5?28?0.5?29?15?30?6?29?5?28.6kN/m3

289?15?12?5cma??7kPa

2822?24?20?24?ma??22.5?

4主动土压力系数：

?ma?22.5?Ka?tan(45?)?0.44

222??Ka?tan(45?)?0.67

2墙前被动土压力侧，将标高-14m~-28m土体加权平均：

3?29?6?30?29?5?mp??29.4kN/m3

149?3?12?5cmp??5.6kPa

1424?20?24?ma??22.7?

3被动土压力系数：

2?22.7?Kp?tan(45?)?2.26

222.7??Kp?tan(45?)?1.5

2当主动水土压力为零时，即：

2?ea?Ka(?mah?q)?2cmaKa?0.44?(28.6h?20)?2?7?0.67?0

h?0.046m

故标高-0.046m为主动水土压力零点处，往下无需考虑超载与土体粘聚力。在开挖面即标高-10m处，

ea?Ka?mah0?0.44?28.6?(14?0.046)?175.6kN/m

ep?2cmpkp?2?5.6?1.5?16.8kN/m

（2）求反弯点c位置

Kp?mpx3?2cmpKp?Ka?ma(h0?x3)

x3??Ka?mah0?2cmpKpKp?mp?Ka?ma

175.6?16.8

2.26?29.4?0.44?28.6?2.95m

（3）第三道支撑力

土压力合力到土压力零点C的静力距：

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__Eaaa?11122Ka?maho?(h0?x3)?(Ka?maho?2cmpKp)x3?x3 2323114?0.04612??0.44?28.6?(14?0.046)2?(?2.95)?(175.6?16.8)?2.95??2.952323?9773kN?m

根据力矩平衡条件可以得到：

Ta1(h1?x2)?Ta2(h2?x2)?Ta3(h3?x3)?Eaaa

__Ta3??Eaaa?Ta1(h1?x3)?Ta2(h2?x3)

h3?x3__9773?127.5?(12?2.95)?382?(8?2.95)

4?2.95?532kN （4）求最大弯矩

0?y?2时，y=2弯矩最小

My?2?1Ka?ma(y?h)3 61??0.44?28.6?(2?0.046)3 6?15.6kN?m

2?y?6时，

1Ka?ma(y?h)3?Ta1(y?2) 61??0.44?28.6?(y?0.0035)3?127.5(y?2) 6对y求导，得

1'My?Ka?ma(y?h)2?Ta1

2My?'令My?0，得

y?4.5m，此时弯矩最小

My?4.5?1Ka?ma(y?h)3?Ta1(y?2) 61??0.44?28.6?(4.5?0.046)3?127.5?(4.5?2) 6??133kN?m

6?y?10时，

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1Ka?ma(y?h)3?Ta1(y?2)?Ta2(y?6) 61??0.44?28.6?(y?0.046)3?127.5(y?2)?382.3(y?6) 6对y求导，得

1'My?Ka?ma(y?h)2?Ta1?Ta2

2My?'令My?0，得

y?9.0m，此时弯矩最小

My?9?1Ka?ma(y?h)3?Ta1(y?2)?Ta2(y?6) 61??0.44?28.6?(9?0.046)3?127.5(9?2)?382.3(9?6) 6??532kN?m

10?y?14时，

1Ka?ma(y?h)3?Ta1(y?2)?Ta2(y?6)?Ta3(y?10) 61??0.44?28.6?(y?0.046)3?127.5(y?2)?382.3(y?6)?532(y?10) 6对y求导，得

1'My?Ka?ma(y?h)2?Ta1?Ta2?Ta3

2My?'令My?0，得

y?12.9m，此时弯矩最小

My?12.9?1Ka?ma(y?h)3?Ta1(y?2)?Ta2(y?6)?Ta3(y?10) 61??0.44?28.6?(9?0.046)3?127.5(9?2)?382.3(9?6)?532(12.9?10) 6??1114kN?m

此时弯矩图如图2-7。 2.2.3嵌固深度计算

反弯点处剪力：

0.44?28.6?(14?0.046)22.95?(175.6?16.8)Vc3???127.5?382?53222?432.1kN

则根据潜入深度计算公式得，

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t3?6Vc3（2-1）

Kp?mp?Ka?ma?6?432.1 2.26?29.4?0.44?28.6?6.9m

安全系数取1.2，则嵌固深度为，

d3?1.2?(6.9?2.95)?11.8m，取整12m。 2.2.4弯矩和剪力图

±0m15.6kN2m标高±0m15.6kN2m单位：kN标高±0m10324.6-2m127.5-2m-2m133kN2m133kN2m-4.5m-6m-4.5m382-6m28497.3-6m532kN2m-9m-10m-9m-10m532117415-10m-12.9m-14m-12.9m-14m1114kN2m187-14m

图2-7 弯矩简图 图2-8 剪力图

2.3结构配筋计算

2.3.1结构截面设计

按照相关规范和工程实际情况，地下连续墙初设厚度取1000mm，混凝土采用C30级，钢筋采用Ⅱ级钢筋，查规范得到相关技术参数：

C30级混凝土：fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2 Ⅱ级钢筋：fy?fy'=300N/mm2，?s?max?0.399 有效高度：h?1000?80?920mm 2.3.2结构纵筋设计

取各段最大弯矩进行截面配筋计算：

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1.在0~2m，Mmax?15.6kN?m

根据截面尺寸设计及弯矩，可知截面的弹塑性抵抗距系数为：

M15.6?106?s???0.00129??s?max?0.399（2-2） 2fcbh014.3?1000?9202即配置单筋即可以满足配筋要求，则可知截面内力臂系数为：

?s?0.5?(1?1?2?s)?0.5?(1?1?2?0.00129)?1.0（2-3）

由公式可求出受拉钢筋截面积：

As?Mfy?sh0?15.6kN?m2?56.5mm（2-4） 2300N/mm?1?920mm根据规范要求，截面最小配筋率为：

?minft?max(0.45,0.2%)?0.21%（2-5）

fy由于As??minbh?0.21%?1000?1000?2100mm2，所以在迎土侧按照最小配筋率配筋，即配置一排Ⅱ级钢筋，直径25mm，间距200mm。

2.在2~6m，Mmax?133kN?m，使用公式2-1~2-5计算： 根据截面尺寸设计及弯矩，可知截面的弹塑性抵抗距系数为：

M133?106?s???0.011??s?max?0.399 22fcbh014.3?1000?920即配置单筋即可以满足配筋要求，则可知截面内力臂系数为：

?s?0.5?(1?1?2?s)?0.5?(1?1?2?0.011)?0.994

由公式可求出受拉钢筋截面积：

As?Mfy?sh0?133kN?m2?484mm 2300N/mm?0.994?920mm根据规范要求，截面最小配筋率为：

?min?max(0.45ft,0.2%)?0.21% fy由于As??minbh?0.21%?1000?1000?2100mm2，所以在迎土侧按照最小配筋率配筋，即配置一排Ⅱ级钢筋，直径25mm，间距200mm。

3.在6~10m，Mmax?532kN?m，使用公式2-1~2-5计算： 根据截面尺寸设计及弯矩，可知截面的弹塑性抵抗距系数为：

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M532?106?s???0.044??s?max?0.399 22fcbh014.3?1000?920即配置单筋即可以满足配筋要求，则可知截面内力臂系数为：

?s?0.5?(1?1?2?s)?0.5?(1?1?2?0.044)?0.977

由公式可求出受拉钢筋截面积：

As?Mfy?sh0?532kN?m?1973mm2 2300N/mm?0.974?920mm根据规范要求，截面最小配筋率为：

?min?max(0.45ft,0.2%)?0.21% fy由于As??minbh?0.21%?1000?1000?2100mm2，所以在迎土侧按照最小配筋率配筋，即配置一排Ⅱ级钢筋，直径25mm，间距200mm。

4.在10~14m，Mmax?1114kN?m，使用公式2-1~2-5计算： 根据截面尺寸设计及弯矩，可知截面的弹塑性抵抗距系数为：

M1114?106?s???0.092??s?max?0.399 2fcbh014.3?1000?9202即配置单筋即可以满足配筋要求，则可知截面内力臂系数为：

?s?0.5?(1?1?2?s)?0.5?(1?1?2?0.092)?0.95

由公式可求出受拉钢筋截面积：

As?Mfy?sh0?1114kN?m?4248mm2 2300N/mm?0.95?920mm根据规范要求，截面最小配筋率为：

?min?max(0.45ft,0.2%)?0.21% fy由于As??minbh?0.21%?1000?1000?2100mm2，查相关规范，配置一排Ⅱ级钢筋，直径25mm，间距100mm。 2.3.3箍筋设计

截面高度影响系数：

8001?h?()4?0.97（2-6）

920根据最大剪应力Vmax，可得：

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Vmax?0.7?hftbh0?0.7?0.97?1.43?1000?920?889.3kN （2-7）

故不需配置箍筋

2.4导墙和接头设计

2.4.1导槽设计

在进行挖槽施工以前，需要沿着地下连续墙的轴线方向设置导槽，导墙为导槽的支护结构。导槽宽度一般比底线连续墙的厚度大30~50mm，导槽深度应保证以导墙墙角进入原状土大于300mm，导墙的顶面应高出地面100~200mm。导墙用钢筋混凝土现浇而成，一般采用C20，墙厚200~300mm，单侧配置钢筋网(图2-9)。

?16@200B ??16@200B ?地面内侧混凝土挡墙外侧混凝土挡墙?16@200B ?钢筋网?16@200B ?钢筋网10501100200横撑200100

图2-9 导槽构造

2.4.2连续墙接头设计

142堵头钢板5

1-成槽后吊放锁口管与敞口接头箱；2-吊放带堵头钢板的钢筋笼；3-浇灌混凝土； 4-相邻槽段成槽拔出接头箱和锁口管；5-吊入相邻槽段钢筋笼与原槽段钢筋笼相连 接并浇灌混凝土，如此循环直至全部完成墙的施工

图2-10 接头箱连接

在单元槽段完成后，在一端吊放接头管与敞口接头箱，再吊放在接头箱一端

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带堵头板的钢筋笼，在堵头板外伸出的钢筋就进入了敞口箱的接头箱中，在浇筑槽段时，堵头板阻止混凝土进入箱内，拔出接头箱和锁口管后，形成外伸的钢筋接头和空孔，再浇筑下一槽段时，就成为连续的刚性止水接头。（图2-10）

2.5锚杆设计

2.5.1锚杆承载力计算

根据地下连续墙计算内力计算，可得三道支撑力为：

Ta1?127.5kN；Ta2?383kN；Ta3?532kN

初设锚杆间距1.0m，按照《岩土锚杆(索)技术规程CECS22-2005》要求，锚杆采用错开布置，即打入不同倾角，按照规范，可以选用15?和30?按列错开布置锚杆。按照表2-1，锚杆安全系数取1.8.

表2-1锚杆安全系数

安全系数 锚杆破坏后危险程度 临时锚杆 危害轻微 危害较大 危害大 1.4 1.6 1.8 永久锚杆 1.8 2.0 2.2 （1）15?锚杆轴向荷载 由公式Nt?T，得 cos?T127.5Nt1?a1??132kN

cos?cos15?T382Nt2?a2??395kN

cos?cos15?T532Nt1?a3??550kN ?cos?cos15（2）30?锚杆轴向荷载 由公式

Nt?T，（2-8） cos?得，

Ta1127.5??147kN cos?cos30?T382Nt5?a2??441kN

cos?cos30?Nt4?18

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Ta3532??614kN cos?cos30?2.5.2锚杆拉筋设计

根据工程地质条件和内力计算，初步设计采用1╳7Φs11.1、fptk=1860kPa钢

Nt6?绞线。查《钢筋混凝土》资料知，单根钢绞线公称截面积As=74mm2。锚杆安全系数取1.8。

由杆体截面积计算公式

As?得

（1）15°各层锚杆截面积：

KtNt， （2-9） fptkAs1?KtNt11.8?132kN??127mm2 fptk1860kPaKtNt21.8?395kN??382mm2 fptk1860kPaKtNt31.8?550kN??532mm2 fptk1860kPaAs2?As3?(2)30°各层锚杆截面积：

As4?KtNt41.8?147kN??142mm2 fptk1860kPaKtNt51.8?441kN??427mm2 fptk1860kPaKtNt61.8?614kN??594mm2, fptk1860kPaAs5?As6?综上，第一排锚杆使用2根，第二排使用6根，第三排使用8根钢绞线。

2.5.3锚杆自由段长度设计

根据《岩土锚杆(索)技术规程CECS22-2005》要求，自由段长度需超越潜在活动面1.5m,且同时大于5m。根据公式：

lf?(a1?a2?dtan?)sin(45??sin(45???m?m22?)??)d?1.5 （2-10） cos?式中，lf：锚杆自由段长度（m）

?：锚杆倾角（°）

a1：锚杆锚头中点至基坑底面的距离（m）

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a2：基坑底面至挡土构件嵌固端上基坑外侧主动土压力强度与基坑内侧被动土压力强度等值点O的距离（m），对于多层土地层，当存在多个等值点时按照其中最深处的等值点计算。

d：挡土构件水平尺寸（m）

φm：o点以上各土层按厚度加权的内摩擦角平均值（°）

Ta1Ta2hh1αX2h240004000C2EpDa23145a2ATa2Oh1Ta3h2

图2-11理论直线滑动面

1-挡土构件 2-锚杆 3-理论直线滑动面

?1?15?；?2?30?；a1?12m；a2?2.95；d?1m；?m?22.5?

22.5?(12?2.95?tan15)sin(45?)2?1?1.5 l1?22.5?cos15???sin(45??15)28.2??1?1.5 0.997?10.7m

22.5???(12?2.95?tan30)sin(45?)2?1?1.5 l2?22.5?cos30???sin(45??30)28.0??1?1.5 0.998?10.5m

故锚杆自由段长度取11.0m。

??20

4000h340004000°+φTa1m/22000la中国地质大学（北京）2015届本科毕业设计

2.5.4锚杆锚固段长度设计

(1)按照锚固体与土层锚固长度计算

①15°锚杆：采用端部扩大型锚杆，初设扩大孔直径1.5m，长度2m。 第一层锚杆：按照相关规范假设，扩大体埋深至少为：

h?(11?4)tan15??2?6m，则此时土层抗剪强度为：

??c??tan??9?6?19?tan24??60kPa

查表2-2得相关计算参数：

表2-2土体与锚固体粘结强度特征值

土层种类 土的状态 软塑 可塑 粘性土 硬塑 坚塑 粉土 中密 松散 稍密 砂土 中密 密实 泥岩 风化岩 软质岩 软质岩 硬制岩 1000～1500 1500～2500 220～250 270～400 600～1200 600～1000 50～60 60～100 100～150 80～140 160～200 qs（kPa） 30～40 40～50

qs?60kPa,D1?0.15m,D2?1.5m,?c?0.9,Nt?132kN 则：

1la??D1qs??(D22?D12)??kNt??c??（2-11）

4???13.14(1.52?0.152)??2.2?132?0.9?60? 3.14?0.15?60?4???6.9m

取7.0m，则锚固段长度为9m。

第二层锚杆：按照相关规范假设，扩大体埋深至少为：

h?(11?4)tan15??6?10m，则此时土层抗剪强度为：

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??c??tan??9?10?19?tan24??94kPa 扩大孔直径1.5m，长度取2m。查表2-2：

qs?60kPa,D1?0.15m,D2?1.5m,?c?0.9,Nt?395kN 则,根据端部扩大型锚杆极限锚固力计算公式：

P???c2?(D2?D12)4??D2l2qs??D1l1qs， （2-12）

可得,

P???c?(D22?D12)4?D1qsl1???D2l2qs

2.2?395?94?0.9??5.5m,

?(1.52?0.152)40.15??60?1.5??2?60

取6m，则锚固段长度为8m。

第三层锚杆：按照相关规范假设，扩大体埋深至少为：

h?(11?4)tan15??10?14m，则此时扩大体几乎处在沙性土中，初设扩大孔直径1.5m，长度取2m。查表2-2：

qs?250kPa,D1?0.15m,D2?1.5m,?c?0.9,Nt?550kN 则,根据端部扩大型锚杆在沙土中锚固力计算公式：

1la??D1qs??(D22?D12)??kNt??c?h?（2-13）

4???13.14(1.52?0.152)? ?2.2?550?0.9?14?19???3.14?0.15?250?4??6.7m

取7m，则锚固段长度取9m。

②30°锚杆：采用端部扩大型锚杆，初设扩大孔直径1.5m，长度2m。

第一层锚杆：按照相关规范假设，扩大体埋深至少为：

h?(11?4)tan30??2?11m，则此时土层抗剪强度为：

??c??tan??9?11?19?tan24??102kPa

查表2-2：

qs?60kPa,D1?0.15m,D2?1.5m,?c?0.9,Nt?147kN 22

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则：

1la??D1qs??(D22?D12)??kNt??c??（2-14）

4???13.14(1.52?0.152)??2.2?147?0.9?102?? 3.14?0.15?60?4???5.8m

取6.0m，则锚固段长度取8m。

第二层锚杆：按照相关规范假设，扩大体埋深至少为：

h?(11?4)tan30??6?15m，则此时土层处于沙性土，扩大孔直径1.5m，长度取2m。查表2-2：

qs?250kPa,D1?0.15m,D2?1.5m,?c?0.9,Nt?441kN 根据端部扩大型锚杆在沙土中锚固力计算公式：

1la??D1qs??(D22?D12)??kNt??c?h?（2-15）

4???13.14(1.52?0.152)? ?2.2?441?0.9?15?19???3.14?0.15?250?4??4.5m，

取5m，则锚固段长度7m。

第三层锚杆：按照相关规范假设，扩大体埋深至少为：

h?(11?4)tan30??10?19m，则此时土层处于沙性土，扩大孔直径1.5m，长度取2m。查表2-2：

qs?250kPa,D1?0.15m,D2?1.5m,?c?0.9,Nt?614kN 则根据端部扩大型锚杆在沙土中锚固力计算公式：

1la??D1qs??(D22?D12)??kNt??c?h?

4???13.14(1.52?0.152)? ?2.2?614?0.9?19?19???3.14?0.15?250?4??6.6m

取7m，则锚固段长度9m。

（2）按照钢绞线与混凝土粘接强度设计 由计算公式：

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la?KNt（2-16） n?d?s式中，K——锚杆安全系数，按表2-1选取。 Nt——锚杆设计锚固力（kN） la——锚固段长度 d——拉杆直径（m）

τs——钢筋与锚固体砂浆的粘结强度（kPa），一般由实验确定，当无试验时取砂浆标准抗压强度的10%。

锚孔注浆采用C30级混凝土，轴心抗压强度为14.3MPa，则τs=1.43MPa。根据计算，第一排锚杆使用2根，第二排使用6根，第三排使用8根钢绞线。将各数据代入公式可得：

第一排锚杆锚固段长度： 15°倾角锚杆：la?KNt1.8?132??2.4m n?d?s2?3.14?0.0111?1.43?103KNt1.8?147??2.7m 3n?d?s2?3.14?0.0111?1.43?1030°倾角锚杆：la?第二排锚杆锚固段长度： 15°倾角锚杆：la?KNt2.2?395??2.4m n?d?s6?3.14?0.0111?1.43?103KNt2.2?441??2.7m 3n?d?s6?3.14?0.0111?1.43?1030°倾角锚杆：la?第三排锚杆锚固段长度： 15°倾角锚杆：la?KNt1.8?550??2.5m 3n?d?s8?3.14?0.0111?1.43?10KNt1.8?614??2.7m 3n?d?s8?3.14?0.0111?1.43?1030°倾角锚杆：la?2.5.5锚杆参数终设计

综合锚杆各设计计算，最终结合制作和施工确定锚杆参数设计为：锚杆横向间距1.0m，纵向间距4.0m，采用倾角相错的方法降低群锚效应，倾角分别为15°和30°。采用端部扩大型锚杆，锚固体直径0.15m，扩大段长度为2m，直径1.5m。自由段长度11.0m，锁固段长度1.0m，第一层锚杆锚固段长度采用9m，第二层锚杆锚固段长度采用8m，第三层锚杆锚固段长度采用9m。配筋采用1╳7Φs11.1、fptk=1860kPa的钢绞线。具体数据参见表2-3。

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表2-3锚杆参数表

类别 参数（m） 类别 参数（m） 横向间距 1.0 自由段长度 第一排 11.0 9.0 第二排 8.0 第三排 9.0 1.0 20/21 纵向间距 4.0 锚固段长度 锁固段长度 锚杆长度 锚固体直径 0.15 扩大段长度 2 扩大体直径 1.5

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3基坑支护结构稳定性验算

3.1整体稳定性验算

板式支护结构和地基的整体滑动稳定性验算，通长采用通过墙底土层的圆弧滑动面计算。当墙底以下地基土有软弱层时，尚应考虑可能发生的非圆弧滑动面情况。有渗流时应计及渗流力的作用。

采用圆弧滑动面验算板式支护结构和地基的整体抗滑稳定性时，应注意板式支护结构一般有内力支撑或外拉锚结构及墙面垂直的特点，不同于边坡稳定性验算的圆弧滑动，滑动面的圆心一般在坑壁墙面上方，靠坑内侧附近。宜通过试验确定最危险的滑动面和最小安全系数，当不计支撑或锚拉力作用，且考虑渗流力的作用时，整体抗滑稳定性安全系数不应小于1.25；考虑支撑或锚拉作用时，整体稳定性可不验算，除非支撑或锚碇失效或锚杆长度在土体滑动面以内。

3.2抗倾覆稳定性验算

抗倾覆验算是验算最下道支撑以下为主动和被动土压力绕最下道支撑点转动力矩是否平衡如图3-1。按照规范提供公式：

KQ?MRC（3-1） MOC式中，

KQ——抗倾覆稳定性系数，一级基坑取1.2，二级基坑取1.1，三级基坑取1.05。

MRC——抗倾覆力矩 MOC——倾覆力矩

q支撑坑底EaEp

图3-1抗倾覆验算图

坑内极限主动土压力按照《土力学》相关要求进行计算，具体采用库伦土压

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力计算方法。坑内极限被动土压力强度：

Ep???shi?Kp?2cKph（3-2）

式中，

γs——计算点以上各土层天然重度，地下水一下取水下重度。 Kp，Kph——计算点处的被动土压力

Kp?cos2??sin(???)sin???1??cos???cos2?cos2?2

Kph??1?sin(???)?2

c，φ——计算点处的粘聚力（kPa）

δ——地基土与墙面摩擦角，取（2/3~3/4）φ。地基土较差取大值，无基坑内降水措施δ=0。

（1）主动土压力

在-10m标高处土压力：

?h?10??hKa?2cKa 24?24???(20?28?2?29?8)tan(45?)?2?9?tan(45?)

222??308tan233??18?tan33?

?118kPa

在-17m标高处土压力：

上表面：

?h?17??hKa?2cKa 24?24? ??(20?28?2?29?15)tan(45?)?2?9?tan(45?)22?511tan233??18?tan33? ?203kPa

2?下表面：

?h?17??hKa?2cKa 20?

?(20?28?2?29?15)tan(45?)2?511tan235 ?250kPa

2?在-23m标高处土压力：

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上表面：

?h?23??hKa?2cKa 20?

?(20?28?2?29?15?30?6)tan(45?)2?691tan235? ?338kPa

2?下表面：

?h?23??hKa?2cKa 24?24? ??(20?28?2?29?15?30?6)tan(45?)?2?12tan(45?)22?691tan233??24tan33? ?291?15 ?276kPa

2?在-26m处土压力为：

?h?26??hKa?2cKa 24?24? ??(20?28?2?29?15?30?6?29?3)tan(45?)?2?12tan(45?)22??2?778tan33?24tan33 ?312kPa

2?根据计算绘制土压力示意图3-2 则对第三道锚杆支撑点力矩为：

1212M1?118?7?3.5?85?7???7?250?6?10?88?10??(?6?7)2323 12?276?3?14.5?36?3??(?3?13)23?2891?1388?15000?4840?12006?810

?36935kN?m

（2）坑内被动土压力

将标高-14~-26m的土层参数按厚度加权平均：

29?3?30?6?29?3???29.5kNm3

129?12c??7kPa

324??20??24????23?

3??0；

代入Kp和Kph计算公式：

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Kp?cos2??sin(???)sin??1???cos???2

?cos223??sin(23??0)sin23???1???cos0????cos223???1?sin23???22

?

?2.3 Kph?cos2?cos2??1?sin(???)??2

?cos223?cos20???1?sin(23?0)??cos223???1?sin23???2?2

?

?2.3

由此，ep1?2cKph?2?7?2.3?21kPa

ep2??hKp?2cKph?29.5?12?2.3?2?7?2.3?835kPa

12M2?21?12?(4?6)?(835?21)?12??(12??4)

23?2520?58608 ?61128kN?m

根据计算绘制土压力示意图3-2 代入公式3-1,

KQ?MRC61128??1.66?1.2，满足设计要求。 MOC3693529

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标高/m-10-10土压力/kN土压力/kN118118土压力/kN土压力/kN标高/m-10标高/m-10-1421-17-17203-1421250203250-23-26-23-26276318276318312312835835-26

-26（a）主动土压力 （b）被动土压力

图3-3 土压力图

3.3坑底土隆起稳定性验算

锚拉式支挡结构，其嵌固深度应该满足基坑底隆起稳定性要求（图3-4），

抗隆起稳定性按普朗特尔公式（3-3）计算

q坑底土体墙体图3-4坑底稳定性验算计算简图

DH

?2DNq?cNc（3-3） Kwz??1?H?D??qNq?tan2(45??)e?tan?（3-4）

2?Nc?(Nq?1)1（3-5） tan?式中，Kwz－抗隆起稳定安全系数，安全等级为一级、二级、三级的支护结构，分别不应小于1.8、1.6、1.4。

?1－坑外地表至支护墙底，各土层天然重度的加权平均值，kN/m3；

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?2－坑内开挖面至支护墙底，各土层天然重度的加权平均值，kN/m3；

H－基坑开挖深度，（m）；

q－墙外地面超载，kPa；

D－支护墙在基坑开挖面以下的插入深度，（m）；

Nq，Nc－地基土的承载力系数；

c,?-墙体底端的土体参数值。

计算相关参数值： D=12m；H=14m；q=20kN/m；

?1?18?2?19?15?20?6?19?326?19kNm3

?19?3?20?6?19?32?12?19.5kNm3

Nq?tan2(45??24?)e?tan24??9.6

N(N121c?q?1)tan??(9.6?1)tan24??19.32

代入得，

K19.5?12?9.6?12?19.32wz?19??14?12??20?7.6?1.8；

满足设计要求。

3.4抗渗流稳定性验算

验算公式：

Kica?i (3-6) 式中，i—坑底土体临界水力坡度，i??1cc?1?e；

?—坑底土体相对密度；

e—坑底土体天然空袭比；

i—坑底土体渗流水力坡度；

hw—渗流水头；

L—最短渗流总长度，L??Lh?Lv；

?Lh—渗流水平段总长度；

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?L—渗流垂直段总长度；

vm—换算系数，单排挡小帷幕墙时取1.5，多排帷幕取2.0。

Ks—安全系数，取值1.5~2.0。

查《天津市地基土层序划分技术规程》得e=0.9，代入公式，得：

2.72?1ic??0.91

1?0.914?1.5i??0.3378 1?1.5?240.91Ka??2.68?2.0，基坑符合渗流或管涌稳定性要求。

0.3378水位HH水位Dhw

图3-5基坑土体渗透计算简图

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结论

本次毕业设计主体内容是一个大型基坑的地下连续墙设计，经过反复试算、校核，直到最终确定连续墙设计方案以及锚杆设计方案，期间对过去四年大学所学的专业知识回顾了一遍，对基坑设计过程有了更为清晰的认识和感悟。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这个过程中，由最初的茫然无措，到后来经过指导老师徐能雄老师详细解剖指导，有了比较清晰的认识和规划，到最终定稿，完全围绕毕设的要求和期望进行。

本次设计围绕深基坑地下连续墙支护计算方法进行，设计计算了包括连续墙墙体尺寸，内力，嵌固深度，配筋等；以及锚杆的轴力、配筋、长度、间距和倾角等；最终又进行了基坑支护结构的稳定性验算。本次设计每一步骤每一阶段的设计任务都有详细的划分，而我都是按照学校毕设要求以及徐老师的规划进行，一步一步，稳扎稳打进行。

本次设计也让我认识到自身在专业知识上的匮乏，土木工程是一个庞大的学科，有太多未知的知识需要我去学习和掌握，这样才有可能在未来的职业上有所建树。未来的职业路还很长，在工作中学习，好好学习知识更好得为工作服务。

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致谢

毕业设计是本科阶段的学习是十分重要的,是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。

本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校——中国地质大学（北京），是她为我们提供了学习知识的土壤，使我们在这里茁壮成长；其次我要感谢土木工程专业的老师们，他们不仅教会我们专业方面的知识，而且教会我们做人做事的道理；尤其要感谢在本次设计中给与我大力支持和帮助的指导老师徐能雄老师，每有问题，老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去；还要感谢我的同学们，他们热心的帮助，使我感到了来自兄弟姐妹的情谊，使毕设顺利进行；最后还要感谢相关资料的编著者和给予我们支持的社会各界人士，感谢您们为我们提供一个良好的环境，使本次设计圆满完成。

最后，再次对关心、帮助我的徐能雄老师以及同组同学表示衷心地感谢！

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参考文献

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社.2012

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sj2r.html