丝绸大厦深基坑设计计算书

经一纬九片区棚改工程 基坑支护、降水及监测方案设计

摘 要

本设计是丝绸大厦的基坑支护设计。地基土层主要由素填土、淤泥质粘土、粉质粉土、粉质粘土构成。地形为坡地，局部为水塘。由人工推填平整，场地较平整。原始地貌为侵蚀性堆积岗地。

主体基坑支护采用分两侧采用不同的支护体系支护：一种是钻孔灌注桩加锚杆的支护体系，采用钻孔灌注桩的基坑开挖深度为9m，总桩长13m；一种是土钉墙支护，基坑开挖深度10m。基坑采用深层搅拌桩止水，排水沟排水。土层锚杆作为一种新兴科学，将会更广泛地运用到工程实践中，其具有较高的科学性、使用性，且施工方便，不占场地。

设计的主要内容有支护方案的选择、钻孔灌注桩的设计与计算、土钉及锚杆的计算、基坑的止水和施工组织设计和概预算。

关键词：深基坑支护；土钉墙；钻孔灌注桩；深层搅拌桩；锚杆支撑；施工组织设计；概预算。

Silk Building’s Pit Support Design

Abstract

The design is the hole excavated for building foundation supports and protections design of the silk building. The foundation soil is primarily made of foundation-filling soil,mud clay, silty silt, silty clay.This terrain is covered with slopes,and some parts are reservoirs. It is pushed to be smooth Artificially, and the venue is a formation. Primitive landform of it is a corrosive stack hillock place.

The main body of the hole excavated for building foundation supports and protections use different supports and protections systems to support and protect from two sides. One kind is the supports and protections system by useing the drill hole filling pile added with the anchor rod.The excavation depth of the structure is 9m, and the total length of the pile is 13m . Another way is the use of earth nail wall supports and protections,and the excavation depth of the structure is 10m. The hole excavated for building foundation uses the in-depth agitation pile to stop water and the drain to drain water . The soil layer anchor rod will be used in the project practice more widely as one emerging science, and it will be of higher scientific nature, use nature, and it will be constructed conveniently and it will not occupy the location.

Primary coverage of the design contains the choice of the supports and protections plan, the design and the computation of the drill hole filling pile, the computation of the earth nail and the anchor rod, the water stopping of the hole excavated for building foundation,the construction organization plan and budgets generally.

Keywords: Deep hole excavated for building foundation supports and protections; Earth nail wall; Drills a hole the filling pile; In-depth agitation pile; Anchor rod support; Construction organization plan; Generally budget.

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目 录

第1章 设计方案综合说明 ........................................................................................................................... 1 1.1 设计任务 ............................................................................................................................................... 1 1.1.1 本设计为基坑工程 ...................................................................................................................... 1 1.1.2 基坑工程设计图纸要求 ............................................................................................................... 1 1.1.3 针对性设计专题在论文的相应章节详细论述 ........................................................................... 1 1.2 原始资料 ............................................................................................................................................... 1 1.2.1 工程概况 ....................................................................................................................................... 1 1.2.2 基坑周边环境条件 ....................................................................................................................... 2 1.2.3 岩土层分布特征 ........................................................................................................................... 2 1.2.4 基坑侧壁安全等级及重要性系数 ............................................................................................... 3 1.3 设计依据 ............................................................................................................................................... 4 第2章 支护体系方案的选择 ....................................................................................................................... 5 2.1 支护体系的组成 .................................................................................................................................. 5 2.2 基坑支护结构的选择 .......................................................................................................................... 7 2.3 支护方案的比较和确定 ...................................................................................................................... 9 2.4 总结.................................................................................................................................................... 10 2.4.1 各土层的计算参数 ................................................................................................................... 10 2.4.2 计算区段的划分 ....................................................................................................................... 10 2.4.3 计算方法 ................................................................................................................................... 11 2.4.4 方案确定 ................................................................................................................................... 11 第3章 BC断面的围护结构设计与计算 .................................................................................................... 12 3.1 土压力系数计算 .............................................................................................................................. 12 3.2 支护结构设计计算 ............................................................................................................................ 12 3.2.1 侧向土压力计算 ....................................................................................................................... 12 3.3 锚杆设计的内容和步骤 .................................................................................................................... 17 3.3.1 锚杆承载力的计算 ................................................................................................................... 18 3.4 桩的配筋 ................................................................................................................................................. 21 3.4.1 桩体的配筋计算方法 ............................................................................................................... 21 3.4.2 构造配筋 ................................................................................................................................... 22 3.5 冠梁设计 ............................................................................................................................................. 23 3.6 腰梁设计 ............................................................................................................................................. 23 第4章 基坑的稳定性验算 ......................................................................................................................... 25 4.1 概述.................................................................................................................................................... 25 4.2 验算内容 ............................................................................................................................................. 25

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4.3 验算方法及计算过程 ......................................................................................................................... 25 4.3.1 基坑的整体抗滑稳定性验算 ..................................................................................................... 25 4.3.2 基坑抗倾覆稳定性验算 ............................................................................................................. 25 4.3.3基坑抗隆起稳定性验算 .............................................................................................................. 27 4.3.4抗渗流（或管涌）稳定性验算 .................................................................................................. 29 第5章 (AB.AD.DC)断面的围护结构设计与计算 .................................................................................... 32 5.1 土钉概述 ............................................................................................................................................. 32 5.2 土钉墙设计内容 包括 ........................................................................................................................ 32 5.2.1 方案确定 ................................................................................................................................... 32 5.2.2 土钉计算 ..................................................................................................................................... 33 5.2.3 结构计算 ................................................................................................................................... 37 第6章 基坑止水设计 ................................................................................................................................. 39 6.1 方案选择 ............................................................................................................................................ 39 6.2 基坑止水方案设计 ............................................................................................................................ 39 6.2.1 止水桩长确定 ........................................................................................................................... 39 6.3 排水设计 ............................................................................................................................................ 39 6.3.1 排水方案设计 ........................................................................................................................... 39 第7章 监测方案 ......................................................................................................................................... 40 7.1 基坑监测 ............................................................................................................................................ 40 7.1.1 位移观测 ................................................................................................................................... 40 7.1.2沉降监测 ...................................................................................................................................... 40 7.2 观测精度及技术要求 ......................................................................................................................... 40 第8章 施工组织设计 ................................................................................................................................. 43 8.1 主要施工顺序 ..................................................................................................................................... 43 8.2 主要配备 ............................................................................................................................................. 43 8.3 施工工期与进度计划 ........................................................................................................................ 45 8.3.1 组织管理机构 ........................................................................................................................... 45 8.3.2 施工准备 ..................................................................................................................................... 46 8.4 施工方法、施工工艺及技术措施 .................................................................................................... 47 8.4.1 主要分项工程施工方法 ........................................................................................................... 47 8.4.2 施工工艺 ..................................................................................................................................... 48 8.4.3 主要技术措施 ........................................................................................................................... 50 8.5 质量保证措施 .................................................................................................................................... 51 8.5.1 工程质量目标 ........................................................................................................................... 51 8.5.2 土方工程质量要求 ..................................................................................................................... 52 8.5.3 土钉墙施工注意事项及质量要求 ........................................................................................... 52 8.6 环保管理及措施 ................................................................................................................................ 54

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8.6.1 环境目标 ................................................................................................................................... 54 8.6.2 环境指标 ................................................................................................................................... 54 8.6.4 环境控制措施 ........................................................................................................................... 55 8.7 安全防火管理 .................................................................................................................................... 56 8.8 工程监测与信息施工 ......................................................................................................................... 57 8.9 技术资料管理 ..................................................................................................................................... 58 8.9.1 工程归档资料 ........................................................................................................................... 58 8.9.2 资料收集整理要求 ................................................................................................................... 59 8.9.3 资料保证措施 ........................................................................................................................... 59 第9章 概预算 ........................................................................................................................................... 60 9.1 工程量的计算 .................................................................................................................................... 60 9.2 工程预算书 ......................................................................................................................................... 61 9.3 工程总造价 ........................................................................................................................................ 65 结束语 ............................................................................................................................................................. 66 参考文献 ......................................................................................................................................................... 67 致 谢 ......................................................................................................................... 错误！未定义书签。

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第1章 设计方案综合说明

1.1 设计任务

1.1.1 本设计为基坑工程

设计者应根据原始资料，在规定的期限内完成以下毕业设计任务书： 根据给定的原始资料进行深基坑结构设计和施工设计；

就指导老师针对性提出的相关设计专题进行加强论述。在完成设计以后交出深基坑设计说明书一份。

设计说明书的内容必须包含如下内容： （1）工程概括： （2）支护结构类型选择：

（3）B—C断面围护结构设计计算： （4）支护体系的稳定性验算：

（5）(AB.AD.DC)端面的围护结构设计计算以及稳定性验算： （6）基坑止排水设计： （7）基坑监测 （8）施工组织设计： （9）工程概预算；

1.1.2 基坑工程设计图纸要求

图纸包括（基坑维护平面布置图，维护结构剖面图，地质剖面图，支撑结构大样图，配筋大样图，以及开挖施工图表等，2号及以上图纸应在6张以上）

1.1.3 针对性设计专题在论文的相应章节详细论述。

1.2 原始资料

1.2.1 工程概况

湖南弘丰房地产开发有限公司丝绸大厦位于湘潭市河东高新开发区，丝绸中路东侧，工商局宿舍西侧，原有地形为坡地，局部为水塘。由人工推填平整，场地较平整。地面标高为67.9m。

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图1.1 基坑平面图

1.2.2 基坑周边环境条件

基坑西侧为马路，最近距离为8.5m 。东侧为工商局宿舍，楼高六层，其最近距离为4.6 m。

1.2.3 岩土层分布特征

根据地质勘察资料，在A-B-C-D段主要分布的土层如下：

（1）杂填土（Qm1）：褐灰至褐红色，以粘性土为主，含大量砖块及碎石生活垃圾，人工填积，结构松散，不含地下水，湿。埋深1.00~1.11m，层厚1.20~4.00m，层底标高66.70~66.80m。

2（Qm1）（2）素填土○：褐红色，以粘性土为主，含少量砖块及碎石。人工新近填积，未完成自重固结，结构松散，不含地下水，湿。埋深0.00~1.10m，层厚1.20~4.00m，层底标高63.10~66.70m。

3（Qa1）（3）淤泥质杂填土○：褐灰至灰黑色，含大量碎石及生活垃圾腐烂物，具臭味，含地下水，软塑状，易变形，很湿。埋深1.80~4.00m，层厚0.70~2.90m，层底标高63.10~64.10m。

4（Qa1）（4）粉质粘土○：褐黄至褐红色，含少量灰白色团状高岭土及铁锰氧化物，裂隙发育，摇震无反应。土状光泽，干强度一般，顶部受水浸泡严重。硬塑，中密，稍湿。埋深0.00~4.70m，层厚2.10~6.70m，层底标高60.30~62.00m。

5（Qa1）（5）圆砾○：黄至黄褐色，以石英硅质岩碎屑为主。含少量砂粒及粘性土，胶结一般。

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粗颗粒呈圆状，中风化。粒径?>20mm占35%，5~20mm占25%，粘性土占5%，富含地下水，中密饱和。埋深5.00~7.60m，层厚4.50~5.30m，层底标高55.80~56.70m。

6（Qa1）（6）粘土○：紫红色，由下伏基岩风化残积而成，含少量斑状灰白色高岭土及石英粉砂、云母碎屑，裂隙发育，土状光泽，摇震无反应。干强度一般，可塑，中密，湿。

7（K）（7）强风化粉砂质泥岩○：紫红色，粉砂泥质结构，层状构造，以泥质成分为主，石英粉砂为次，岩石风化强烈，裂隙发育，裂面见铁锰氧化膜，浸水易软化，干燥易散碎，顶部风化呈土状。坚硬，致密，稍湿。埋深12.50~13.20m，层厚2.00~3.70m，层底标高51.50~53.10m。

8（K）（8）中风化粉砂质泥岩○：紫红色，粉砂泥质结构，以泥质成分为主，石英粉砂为次，见云母小片，岩芯表面见绿泥石斑块，偶见石膏细脉充填于裂隙中，岩石较完整，裂隙较发育，局部夹泥岩透镜体，分布无规律。浸水易软化，干燥易碎裂。坚硬，致密，稍湿。埋深14.80~16.40m，层厚2.40~9.80m，层底标高43.10~49.70m。

2和淤泥质杂填土○3地下水位简况：场地主要见上层滞水及潜水。上层滞水主要赋存于素填土○

5中，受同层地下水补给。中，受大气降水及地表水的补给，季节性变化明显；潜水主要赋存于圆砾○

测得初见水位0.30~7.00m，相应标高60.90~67.60m，测得静止水位0.40~2.50m，相应标高65.40~67.40m。场地地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性

图1.2 岩土层分布图

1.2.4 基坑侧壁安全等级及重要性系数

丝绸大厦基坑安全等级为一级，基坑重要性系数γ0 = 1.0。

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1.3 设计依据

（1）地质勘察报告及相关资料;

（2）《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-99）； （3）《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）； （4）《岩土工程预决算指南》； （5）《深基坑工程》；

（6）《深基坑工程设计施工手册》； （7）《深基坑支护设计与施工》； （8）《工程概预算》； （9）《基坑工程手册》等。

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第2章 支护体系方案的选择

2.1 支护体系的组成

建筑基坑支护结构通常分为桩(墙)式支护体系和重力式支护体系两大类，根据不同的工程类型和具体情况，这两大类可分成多种支护结构形式，如表2-1所示：

表2.1 基坑工程支护结构类型及其特点

类型 形式 1． 性高； 2． 3． 4． 钢板桩 5． 施工中需注意接头防水，以防止接缝水土流失所引起的地层塌陷及失稳问题； 6． 板桩式 7． 陷 1． 2． 预制 3． 混凝 市区使用； 土板桩 4． 5． 1． 柱桩 板桩式 横列式 2． 3． 止水性较差，软弱地基施工容易产生坑底隆起和覆土后的沉降； 容易引起周围地基沉降 程； 接头防水性差； 不适合在硬土层中施工 施工方便、造价低，适合开挖宽度较窄深度较浅的市政排管工打桩振动及挤土对周围环境影响较大，不适合在建筑密集城市施工方便、快捷、造价低、工期短； 可与主体结构结合； 打拔桩振动噪声大、容易引起土体移动，导致周围地基较大沉钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小，开挖后挠度变形较大； 具有耐久性，可回拔修正再使用； 与多道刚支撑结合，适合软土地区的较深基坑； 施工方便、工期短； 特 点 钢板桩系工厂成品、强度、品质、接缝精度等质量保证，可靠

类型 形式 1． 特 点 施工噪声底，振动小，就地浇制，墙接头止水效果较好，整体刚度6

大，对周围环境影响小； 2． 3． 地下连 续墙 4． 施工的基坑范围可达基地红线，可提高基地建筑物的使用面积，若建筑物工期紧、施工场地小，可将地下连续墙作主体结构并可采用逆作法、半逆作法施工； 5． 6． 1． 水泥土2． 搅拌桩 3． 自立式 水泥土 高压 挡墙 旋喷 桩挡墙 1． 2． 3． 4． 5． 1． 2． SMW 组合式 工法 3． 展前景 1. 土钉墙 2. 放坡 3. 自然 放坡 1. 2. 土体位移小，采用信息化施工。 适用土质条件好，具有放坡空间的情况； 经济效果很好。 设备简单，操作方便，施工所需场地小。材料用量小，经济效果好； 土钉墙是一种原位土中的加筋技术，可以边开挖边支护，流水作业，此施工方法在一定条件下可取代作为维护的地下连续墙，具有较大发可适合于深基坑； 适合软土地区，环境保护要求不高，深度不大于7米的基坑工程； 施工低噪声，低振动，对周围环境影响小，止水性好； 如作自立式水泥土挡墙，墙体较厚需占用基坑红先内一部分面积； 施工需作排污处理，工艺复杂，造价高； 作为维护结构的止水加固措施，旋喷桩深度可达30m 施工低噪声、对周围环境影响小； 结构止水性好，结构强度可靠，适合于各种土层，配以多道支撑，维护挡墙较宽，一般需占用3-4m，需占用基地红线内一部分面积 施工低噪声，低振动，结构止水性较好，造价经济； 泥浆处理、水下钢筋混凝土浇制的施工工艺较复杂，造价较高； 为保证地下连续墙质量，要求较高的施工技术和管理水平 适合软土地区，环境保护要求不高，深度不大于7米的基坑工程； 度作自立式结构； 适合于软弱地层和建筑设施密集城市市区的深基坑； 墙接头构造有刚性和柔性两种类型，并有多种形式，高质量的刚性接头的地下连续墙可作永久性结构；还可施工成T型、∏型等，以增加抗弯刚不占独立工期，施工快捷；

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续表2.1

类型 形式 特 点 1． 2． 钻孔 灌注桩 噪声和振动小，就地浇制施工，对周围环境影响小； 适合软弱地层使用，接头防水性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩、旋喷桩等方法中选用适当方法解决防水问题； 3． 4． 在砂层和卵石中施工慎用； 整体刚度较差，不适合兼作主体结构； 桩质量取决于施工工艺及施工技术水平，施工时需作排污处理 柱列式 5． 1． 挖孔灌注2． 桩 3． 土层施工方便、造价较低廉、成桩质量容易保证； 施工、劳动保护条件较差； 不能用于地下水以下不稳定地 1. 土钉墙 2. 放坡 3. 自然 放坡 1. 2. 土钉墙是一种原位土中的加筋技术，可以边开挖边支护，流水作业，不占独立工期，施工快捷； 设备简单，操作方便，施工所需场地小。材料用量小，经济效果好； 土体位移小，采用信息化施工。 适用土质条件好，具有放坡空间的情况； 经济效果很好。 2.2 基坑支护结构的选择

本工程地下水位较高，基坑开挖深度为10.0米，且BC侧由于距离建筑物较近（4.6m），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：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设二至三道内支撑；

方案2：对于要求维护结构作永久结构的，则可采用设支撑的地下连续墙； 方案3：环境条件允许时，可打设钢板桩，设三至四道支撑； 方案4：可应用SMW工法；

方案5：对于较长的排管工程，可采用打设钢板桩，设3-4道支撑，或灌注桩后加必要的降水

帷幕，设3-4道支撑；

方案6：灌注桩加锚杆； 方案7：桩墙合一地下室逆作法。

由于本工程BC侧离建筑物较近，故围护结构可考虑的方案有：方案1、方案2、方案6及方案7。

表2是这四种方案的比较：

表2.2 基坑支护方案比较

方案 名称 整体 性能 抗渗 较好 性 对环境 小 的影响 施工 一般 工期 造价 其他 受力性能好 特点 工，工效高 施工方便 费用 一般 高 可以贴近施 一般 地下结构 一般 节约支撑 较短 一般 短 小 较小 较小 好 较好 差 较好 好 一般 较好 灌注桩加止水幕 （或降排水）和内支撑 地下连续墙 加内支撑 灌注桩加止水帷幕 （或降排水）锚杆 桩墙合一地 下室逆作法 8

由于地下连续墙施工的造价较高，从经济的角度考虑，方案2是不可取的；由于此工程地下水位较高，用方案7不能达到止水的效果，因此方案7也不可取。方案1，BC侧由于距离建筑物较近（4.6m），因此可以采用灌注桩作为受力结构，旋喷桩止水，加二至三道内支撑，但是由于BC段有2m高的挡土墙，因此BC段和AD段同一水平上的支撑受力大小不一致，且在AD段也需要设置钻孔灌注桩，这会增加造价。因此采用灌注桩加止水帷幕（或降水）和内支撑也不是很好的方法。

方案6，灌注桩加止水帷幕（或降排水）和锚杆，其有特点如下：

1. 灌注桩作受力结构，旋喷桩止水；

2. 施工噪声低，施工方便，造价经济，止水效果好； 3. 地下结构施工方便。

灌注桩作受力结构，深层搅拌桩止水，沿灌注桩竖向设数道适量的锚杆作为支撑，这种组合式结构如因地制宜，可取得较好的技术经济效果。

其它侧可以采用土钉墙支护。

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2.3 支护方案的比较和确定

本工程地下水位较高，基坑开挖深度为9米，且BC侧由于距离建筑物较近（4.6m），，严格按照《建筑基坑支护设计规程》（JGJ120—99）、《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）；、《深基坑支护设计与施工》中的有关要求进行。经过详细的分析后，我们认为：

图2.1 基坑平面图

本设计基坑支护方案，在满足基坑土方开挖、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。 基坑分为（AB、CD、AD）和BC两个计算区段，如图2所示，由于BC区段距离建筑物较近，为减少施工对其东侧建筑物造成较大影响，减小施工噪声，降低造价费用则采用钻孔灌注桩与锚杆支撑。由于基坑距周围建筑物太近，如采用降水井降水，会对已有周围建筑物造成较大影响则不使用降水井降水，则本工程中使用排水沟排水，采用深层搅拌桩作为止水帷幕。

（AB、CD、AD）区段可以采用土钉墙支护，采用土钉墙支护的优点有： （1）适用多种地层

土钉支护不仅适用于杂填土、粘土、砂土、粉土等，而且在流沙地段，淤泥质土中已有先例。 （2）节省工期

土钉支护是边开挖边支护，土方开挖完，支护也告结束。 （3）土钉支护的面层可直接作为结构外模板墙使用

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现在土钉支护的表面，亦可做成垂直九十度，利用其直接作为结构外模板使用，将防水层直接做在上面，既节约了工序，用节约了时间，还提高了经济效益。

（4）造价低廉

2.4 总结

2.4.1 各土层的计算参数

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2.3：

表2.3 土层设计计算参数

基坑各向平均厚度(m) 层号 土类名称 AB CD DA 1 2 3 4 4 粉质粘土○5 圆砾○6 粘土○强风化粉砂 7 质泥岩○中风化 5 8 粉砂质泥岩○>5.0 >5.0 25.4 23.5* 27* 2.6 2.8 22.5 18* 23* 6.3 5.1 1.3 6.7 4.7 1.5 20.2 20.0 20.2 12 / 20 22.6 35* 13.6 BC 重度 (kN/m) 3粘聚力 内摩擦角(度) (kPa) 注：带*的值为估计值。

2.4.2 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2.4：

表2.4 计算区段的划分

段位号 地面荷载（kPa） 开挖深度（m） AB CD DA 10 9 BC 10 9

上9m处以上: Ea9??10?20.2?6.7?20.0?2.3??0.39?2?90.39?63.38KN/m2

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下9m处以下: Ea9??10?20.2?6.7?20.0?2.3??0.271?2?0?0.271?51.9KN/m2土压

力为0的距开挖面的d点深度：

d?51.9?0.82m

20.0??3.69?0.271?d以上对桩的土压力的合力：

?1??1??1?Ea????7.34?0.85????63.38?8.15????51.9?0.82??276.43Kpad以上作用在

?2??2??2?桩上土压力对d点的力矩：

2?0.82?2?0.85??8.15?Md??3.14???8.15?0.82??258.27???0.82??21.28??895KN.m/m

3?3??3?

图3.2 开挖第二阶段土压力分布简图

（b）计算支撑反力：

第一层支撑到d点距离：a1?9.82?3?6.82m 第二层支撑到d点距离：a2?9.82?6?3.82m

第一层支撑反力取第一层挖土时的值：Ra?40.93KN/m 第二层支撑反力值

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Rb?Md?Raa1895?40.93?6.82??161.22KN/m

a23.82假设支座d处的反力：

Ed?Ea?Ra?Rb?276.43?40.93?161.22?74.28KN/m

（f）桩在d下嵌故深度t

t?6?Edr?Kp?Ka??6?74.28?2.65m

20.0?3.69?0.271?需要桩长度L1?9?0.82?1.2?2.65?13m （g）桩强度验算

桩上剪力为0的位置距地面以下y处

1qkay?ry2ka?Ra?Rb?02110?0.39y??20.2?y2?0.38?40.93?161.22?0

2y?4.3m11yqkay2?ry2ka??Ra?y?3??Rb?y?3?223114.3??10?0.39?4.32??20.2?4.32?0.39??40.93?4.3?3??161.22?4.3?6? 223?361.31?KN?m/m???M?Mmax?3.3 锚杆设计的内容和步骤

土层锚杆是一种辅助结构，以外拉方式来锚固支护结构的围护墙，土层锚杆支护的计算内容包括：锚杆承载力，拉杆截面面积，锚杆自由端长度，锚杆的水平力和土层锚杆的整体稳定性验算。

步骤：

（1）确定基坑支护方案，根据基坑开挖深度和土的参数，确定锚杆的层数，间距和倾角等。 （2）计算挡墙单位长度所受各层锚杆的水平力 （3）根据锚杆的倾角，间距，计算锚杆的轴力 （4）计算锚杆的锚固端长度； （5）计算锚杆的自由端长度； （6）土层锚杆总长度的计算；

（7）计算锚杆的端面尺寸； （8）计算桩，墙与锚杆的整体稳定； （9）计算锚杆腰梁断面尺寸。

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3.3.1 锚杆承载力的计算

（1）本工程采用两层锚杆，水平间距一般取（1.5~4.5）m，此处为1.8m；倾角???15? （2）由前面的计算可以知道，锚杆的水平力是Ra1?40.93KN,Ra2?161.22KN （3）由三角形关系可以求出锚杆的轴力

Ra40.93??42.2KNcos??0.97

Rb161.22Nb???166KNcos??0.97Na?（4）锚杆自由段长度的计算：

如下图3.3所示：

图3.3 锚杆自由段长度计算简图

O为土压力零点，OE为假想滑裂面，锚杆AD与水平线AC夹角?，AB为非锚固段，可由几何关系得：

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AB?AO?tan?sin??

???sin?135?????2?? ???45??其中??45???2?2

在此处，????25.80 所以 AB?AO?tan?sin??6.82?0.63?0.85??3.8m

?0.96??sin?135?????2??因为小于5m，而规范规定锚杆自由端长度不得小于5m，为了结构的稳定，这里我们取两道锚杆的自由段都为6m

（5）锚杆的锚固段长度的计算：

圆柱形水泥压浆锚杆的锚固段长度La按下式计算：

La?Km?Nt

??dm??其中 ：dm —— 锚固段直径，可取钻头直径的1.2倍；

Km —— 锚固安全系数，取Km=1.5，当使用年限超过两年或周围环境要求较高时取

Km=2.0；

Nt —— 土层锚杆设计轴向拉力，即按挡墙计算得到的锚拉力；

? —— 锚固体与土层之间的剪切强度，可按各地积累的经验取用，也可以按照公式

??C??tan?

其中 C —— 土体的粘聚力；

? —— 锚固段中点的上覆压力；

? —— 锚固段与土体之间的摩擦角，通常取?=?取???，其中?为土体的固结块剪的内摩擦角峰值。

在本工程中，取Km=1.5 ， Nt=42.2KN ； Nt =161.22KN

1?11?当采用二次压注浆时，~??。

?32?dm?120?1.2?224mm，因为在工程中采用的是直径120mm的钻孔机械，

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暂设第一层锚杆锚固段长6.0m ，第二层锚杆锚固段长10m 则两层锚杆锚固段中点埋深各为：6?? ha=?11-?sin150?3?5.0m2???10? ha=?15-?sin150?6?8.6m 2??

剪切强度??1?? τa=c+σtanδ=?9+20.2?5.0tan??25.80??kpa=24kpa?3?????1?? τa=c+σtanδ=?9+20.2?8.6tan??25.80??kpa=35kpa ?3???所以得：

Km?Nt1.5?42.2??3.7m ??dm??3.14?0.224?24 1Km?Nt1.5?166Lb???10.1m??dm??3.14?0.224?35La?（6）土层锚杆总长度的计算： 土层锚杆总长度可按下式计算：

Lm?La?Lf

公式中 Lm —— 锚杆的总长度；

La —— 锚固段长度，由计算确定； Lf

—— 自由变形段长度，应取超过滑裂面0.5 ~ 1.0m的长度，即按

上式确定的长度再加0.5 ~ 1.0m 。

所以，第一层锚杆的总长度为 Lm=11m。第二层锚杆的总长度为Lm=17m （7）土层锚杆截面积的计算： 土层锚杆截面积可以按照下式计算：

A?KmjNt fptk其中 A —— 锚杆的截面积； Nt—— 土层锚杆设计轴向拉力；

Kmj—— 安全系数，取1.3；

ic—— 坑底土体的临界水力坡度。 Gs—— 土的颗粒密度 e —— 土的空隙比

Ks —— 抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取1.5~2.0

Ks?0.91?2.38?2.0符合要求 0.38331

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第5章 (AB.AD.DC)断面的围护结构设计与计算

5.1 土钉概述

土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件置为原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体。

5.2 土钉墙设计内容 包括：

（1）方案确定； （2）土钉计算；

（3）结构计算；（包括抗倾覆，抗滑移稳定验算；）； （4）水泥掺量及外加剂配合比； （5）构造处理；

5.2.1 方案确定

该段为基坑采用土钉墙支护进行施工，基坑实际挖深10m，结构外侧地面附加荷载q取10kPa。

钻孔直径D?100mm，开挖斜面坡取800，土钉长度一般取0.5~1.2倍开挖深度，在这里视情况

0而定，暂取10m左右的值，然后再验算。土钉间距为1.5m。土钉垂直倾角为15。

表5.1 (AB.AD.DC)侧基坑土层分布表

厚度(m) 层号 土类名称 AB.CD AD 1 2 3 4 5 4 粉质粘土○5 圆砾○6 粘土○7 强风化粉砂质泥岩○8 中风化粉砂质泥岩○6.3 5.1 1.3 2.6 >5.0

表5.2 (AB.AD.DC)侧基坑土层系数表

序号 图 层 名 称 粉质 粘土 圆砾 粘聚力 层厚（m） C（kPa） 12 0 内摩擦角 φ（?） 22.6 35 重度 （kN/m） 20.2 20.0 333

Ka Kp 1 2 6.3 5.1 0.445 0.271 2.248 3.690 5.2.2 土钉计算

①土钉所受土压力公式：

? Ti??ii)Kai?2cKai?SxSy （1） ?(q?rh Ti是第i个土钉所受的土压力?KN?

q 坡上超载 r 土的重度

Sx及Sy——土钉水平及垂直间距

②土钉抗拔力（滑裂面外）

?DLbτ （2）

T第i个土钉滑裂面外的抗拔力?KN/m?

ui L——i层土钉伸入破裂面外稳定区长度 bi求 L

bi

共设6层土钉

图5.1 土钉分布简图

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β =450?υ 2

图5.2 图5.1蓝色部分详图

υ?1000?La6?LABtan?450???tan27.50?529?mm? 02?cos10?而由于土钉垂直倾角很小所以将Lm近似取为La 同理可求：

La5?2500?0υ?25000tan45??tan27.5?1321?mm? ??00cos102?cos10?L?6.3m3700υ?3700?tan?450???tan27.50?1956?mm?

2?cos100?cos100300300?0υ??tan45??1956?tan33.70?2159?mm? ??00cos102?cos10?La4?1956?La3?1956?La2?1956?18001800?0υ??0tan45??1956?tan33.7?3157?mm? ??00cos102?cos10?33003300?0υ??tan45??1956?tan33.70?4157?mm? ??00cos102?cos10?La1?1956?而L?L48004800?0υ??tan45??1956?tan33.70?5157?mm? ??00cos102?cos10?iai?L所以L?L?L bibiiai

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L?11000?5157?5843?mm?b1L?11000?4157?6843?mm?b2L?11000?3157?7843?mm? b3L?9000?2159?6843?mm?b4L?9000?1321?7679?mm?b5L?8000?529?7471?mm?b6（CECS22：2005）取值如下： τ值粘结强度参照《岩土锚杆（索）设计规程》粉质粘土 60kpa 圆 砾 200kpa a.第一道土钉T， Tiui

由公式

T??(q?rh)K?2cK?SS以及 T??DTui得： uii?iiaiai???xy?T???(10?20.2?1.5)0.445?2?120.445??1.5?1.5?4.3?KN?1

T??DLbτ?3.14?0.1?5.8?60?109.2?KN?u1b.第二道土钉T， Tiui及K值

T??(10?20.2?3)0.445?2?120.445???1.5?1.5?34.7?KN?2? T??DLbτ?3.14?0.1?6.8?60?128.1?KN? u2T128.1K?u2??3.69T34.72c.第三道土钉T， T及K值

iui?T3???(10?20.2?4.5)0.445?2?120.445??1.5?1.5?65?KN? T??DLbτ?3.14?0.1?6.8?60?128.1?KN? u3T128.1K?u3??1.9T653d.第四道土钉T， T及K值

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