基坑支護設(shè)計說明及計算

1、基坑支護設(shè)計方案工程名稱：華陽市陽光佳苑設(shè)計單位： XXX建筑規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司施工單位：XXX有限公司編制日期：二O 一三年七月十五第一章基坑支護設(shè)計的計算方法 4第一節(jié)概述4第二節(jié)靜力平衡法4第三節(jié)等值梁法6第二章設(shè)計任務(wù)及要求9第一節(jié)設(shè)計原始資料9一、工程概況9二、設(shè)計條件9第二節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)及要求10一、任務(wù)12二、要求12第三章結(jié)構(gòu)方案設(shè)計說明14第一節(jié)設(shè)計依據(jù)及規(guī)范141、 本項目相關(guān)資料142、 設(shè)計采用的規(guī)范 143、 基坑設(shè)計環(huán)境控制標準 144、 節(jié)支護結(jié)構(gòu)方案15一、方案設(shè)計指導(dǎo)思想15二、方案簡介15第四章 基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書 17第一節(jié)土壓力計算17一、土壓力

2、系數(shù)計算17二、土壓力計算18第二節(jié)嵌固長度及水平錨固力計算 24一、土壓力系數(shù)計算26二、錨桿長度計26三、 錨桿桿體材料計算 26四、樁長計算26第三節(jié)配筋計算28一、 排樁配筋計算28第四節(jié)驗算30一、抗傾覆穩(wěn)定驗算 30二、抗隆起驗算30三、抗管涌驗算31第一章基坑支護設(shè)計的計算方法1. 1概述計算板樁墻的常用方法，主要有自由端支撐法（靜力平衡法）、彈 性線法、等值梁法，后來又提出1/2分割法，矩形荷載經(jīng)驗法，太沙 基法，均適用于基坑圍護結(jié)構(gòu)計算。由于本工程擬采用排樁式圍護， 故主要介紹下面介紹板樁墻設(shè)計方法：靜力平衡法和等值梁法。1. 2靜力平衡法它假定支護結(jié)構(gòu)是剛性的，隨著板（樁）

3、入土深度的不同，作用在 不同深度上各點的凈土壓力的分布不同。當單位寬度板 （樁）墻處于穩(wěn) 定，相應(yīng)的板（樁）入土深度即為板樁保證其穩(wěn)定性所需要的最小入土 深度，可根據(jù)靜力平衡條件即水平力平衡方程 （匯+0）和對樁底截面 的力矩平衡方程（匯時0）聯(lián)解求得。圖2-1為單撐（錨）支護結(jié)構(gòu)的內(nèi) 力計算簡圖。整個支護結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，故作用在擋土結(jié)構(gòu)上的Ra Ea Ep三力必須平衡。圖中Ra為支撐（錨）力；Ea為主動土壓力；Ep為被 動土壓力；q。為地面均布荷載。圖2-1底部自由支承單撐（錨）支護結(jié)構(gòu)計算根據(jù)力的平衡條件可以得到：Ra Ep Ea Eq（2-10）根據(jù)對支撐（錨）位置的力矩平衡條件可以得到：

4、EpHp EaHa EqHq（2-11）由以上兩個方程可以得到關(guān)于入土深度t的三次方程，當主、被動土壓力都確定后，入土深度只隨撐（錨）位置ho而改變，調(diào)整ho可 以調(diào)整入土深度，關(guān)系是：ho增大，t減??；反之增大。從而可以達 到調(diào)整樁長的目的。同時樁中的最大彎矩也是 ho的函數(shù)，當ho從小 到大增大時，樁中的最大彎矩是先小后增大，它有一個最小值，取此 值進行樁徑設(shè)計可以使樁徑最小。1. 3等值梁法樁入坑底土內(nèi)有彈性嵌固（鍍結(jié)）與固定兩種，當作一端彈性嵌固另一端簡支 的梁來研究。擋墻兩側(cè)作用著分布荷載， 即主動土壓力與被動土壓力，如圖2-1所示。在計算過程中所要求得出的仍是樁的入土深度、支撐反力

5、及跨中最大彎 矩。單支撐擋墻下端為彈性嵌固時，其彎矩如圖 2-2所示，若在得出 此彎矩圖前己知彎矩零點位置，并于彎矩零點處將梁 （即樁）斷開以簡 支計算，則不難看出所得該段的彎矩圖將同整體梁計算時一樣，此段 梁段即稱為整梁該段的等值梁。對于下端為彈性支撐的單支撐擋墻具 凈土壓力零點位置與彎矩零點位置很接近，因此可在壓力零點處將板 樁劃開作為兩個相聯(lián)的簡支梁來計算。這種簡化計算就稱為等值梁 法，其計算步驟如下：1）根據(jù)基坑深度、勘察資料等，計算主動土壓力與被動壓力， 求出土壓力零點B的位置，按式（2-12）計算B點至坑底的距離u值；圖2-2等值梁法計算簡圖2)由等值梁AB根據(jù)平衡方程計算支撐反力

6、 Ra及B點剪力QbRaEa(h u a)(h u h0)(2-12)QbBEa(a ho)h u ho(2-13)3)由等值梁BG求算板樁的入土深度，取藝 Mc=0,則-13QbX -r(Kp Ka)x6(2-14)由上式求得x I 6QbX ： (Kp Ka)(2-15)由上式求得x后，樁的最小入土深度可由下式求得t0 u x(2-16)如土質(zhì)差時，應(yīng)乘系數(shù)1.11.2,即t (1.11.2)to(2-17)4)由等值梁求算最大彎矩M max®o第二章設(shè)計任務(wù)及要求2. 1設(shè)計原始資料一、 工程概況（一）一般概況1 .項目名稱：華陽市陽光佳苑2 .項目地點：東關(guān)路農(nóng)信花園東側(cè)3

7、.業(yè)主：4 .主體設(shè)計：5 .巖土勘察：（二）結(jié)構(gòu)概況1 .本項目位于東關(guān)路農(nóng)信花園東側(cè)，基地面積95555.24平方米, 由陸家嘴環(huán)路和東園路圍合而成。本項目為住宅樓，由主樓（地面 28層）及二層地下室組成，總建筑面積為 105152.431m202 .基坑面積及開挖深度本工程建筑土 0.00相當于絕對標高+4.25,室外自然地面平均標 高取+4.00;基坑開挖面積約2459m2,基坑圍護周長約210m,根據(jù) 結(jié)構(gòu)圖紙，底板面標高為-7.55,底板厚為700mm,局部厚為1100mm, 墊層厚為100mm。因此基坑開挖深度為8.10米，局部電梯井、集水 坑等落深尚未確定。二、設(shè)計條件（一）周

8、邊條件本工程位于東關(guān)路農(nóng)信花園東側(cè)1地塊，周邊環(huán)境情況較為復(fù) 雜：東側(cè)：基坑開挖面與紅線間距離為 5.4955.528米，紅線外為 匯亞大廈。該建筑物地上33層、地下4層，采用樁基礎(chǔ)，與基坑開 挖面最小距離為19.125米。南側(cè)：基坑開挖面與紅線間距離為10.99716.636米，紅線外 為上海銀行大廈。該建筑物主樓46層，裙房5層，地下3層，采用樁 基礎(chǔ)，與基坑開挖面最小距離為17.47鄧。西側(cè)：基坑開挖面與紅線間距離為4.2594.357米，紅線外為 東園路。北側(cè)：基坑開挖面與紅線間距離為8.69612.05瞇，紅線外為 陸家嘴環(huán)路。（二）工程水文地質(zhì)條件根據(jù)陸家嘴中心區(qū)B2-1地塊項目巖

9、土工程勘察報告，本工 程基坑開挖影響范圍內(nèi)巖土工程地質(zhì)有以下特點：1、擬建場地現(xiàn)為停車場，場地地形基本平坦，實測各勘探點 的孔口地面標高在3.844.36米之間，一般地面標高在4.00左右。2、場地內(nèi)層填土較厚，在1.803.10m之間，上部1.0米為 碎石、磚塊、建筑垃圾等，下部為灰黃灰色粘性土、粉性土，土 質(zhì)不均。3、基坑開挖深度范圍內(nèi)分布有第3層粉土，富水性好，透 水性強，在水頭差的作用下易產(chǎn)生流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象。4、擬建場地淺部地下水屬潛水類型，其水位動態(tài)變化主要受 控于大氣降水和地面蒸發(fā)，勘察期間實測取土孔內(nèi)地下水位靜止水 位埋深在0.901.20m,設(shè)計計算時地下水位取0.5m。5

10、、場區(qū)內(nèi)第層為承壓含水層，承壓水頭在311m,其中1 層頂最淺埋深約為32米。經(jīng)計算，按承壓水頭為自然地面以下 3米 考慮，當基坑開挖深度小于15.0米時，可不考慮承壓水對基坑突涌 的影響。由于本工程底板處開挖深度為8.1米，預(yù)計局部電梯井、集 水坑處開挖深度不會大于15米，因此可不考慮承壓水對基坑的影 響。6、場地內(nèi)土層分布情況及基坑圍護設(shè)計參數(shù)如下表（一）所 示。表3-1 土層分布情況及設(shè)計參數(shù)表土層名層厚(M)丫(kN/ m3)(度)C(kPa)含水量(%)壓縮模量(MPa)滲透系數(shù)建議值(cm/s)填土1.80172503.103粘7.7018.328732.08.292.0E-04質(zhì)

11、粉土夾粉質(zhì)9.50粘土淤泥4.2016.79.51351.42.054.0E-06質(zhì)粘土5.101-15.6017.5131641.13.404.0E-06粘土6.501-28.5018.1191434.05.168.0E-06粉質(zhì)粘土夾粘15.00質(zhì)粉土注：C、小均為勘察報告所提供的基坑支護設(shè)計參數(shù)(直剪固 結(jié)峰值)；(三)基坑側(cè)壁安全等級及重要性系數(shù)根據(jù)本工程的開挖深度、地質(zhì)情況及周邊環(huán)境情況，基坑安全等級為二級，基坑重要性系數(shù)丫 0 = 1.0 02. 2結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)及要求一、任務(wù)該工程是對基坑圍護做排樁結(jié)合錨桿的設(shè)計。運用了所學(xué)的土力學(xué)及基坑圍護設(shè)計等專業(yè)知識結(jié)合畢業(yè)實習(xí)的現(xiàn)場實習(xí)經(jīng)驗

12、，通過對勘察資料的分析，結(jié)合場地環(huán)境及工程實際并運用計算機應(yīng)用 軟件，設(shè)計計算。主要內(nèi)容：圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工方案的選擇、整體穩(wěn)定驗算、坑底隆起驗算、主被動土壓力計算等。二、要求目的：根據(jù)勘探報告資料和相關(guān)規(guī)范結(jié)合專業(yè)知識設(shè)計合理的設(shè)計 方案以達到實際工程設(shè)計要求標準。主要指標：(1)保證開挖面積達2459m2;(2)保證基坑深度達8.1m；(3)抗傾覆穩(wěn)定性驗算Ks > 1.200;(4)抗隆起驗算Ks>1.1;(5)抗管涌驗算K > 1.50第三章結(jié)構(gòu)方案設(shè)計說明3. 1設(shè)計依據(jù)及規(guī)范一、本項目相關(guān)資料1、華陽市陽光佳苑地塊項目建筑總平面圖、擴初方案資料；2、地下綜合管線

13、圖；3、華陽市陽光佳苑地塊項目巖土工程勘察報告；二、設(shè)計采用的規(guī)范1、國家標準混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2002);2、國家標準地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 (GB 50007-2002);3、國家標準建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 50009-2001)；4、國家標準建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50202-2002)5、中華人民共和國行業(yè)標準建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ120-99)三、基坑設(shè)計環(huán)境控制標準本工程基坑施工對周邊環(huán)境影響的控制指標如下：1、鄰近建筑物沉降不大于20mm,附加傾斜不大于1.0%;2、管線相鄰兩監(jiān)測點(不大于20米)沉降差10mm,水平位 移差10mm,并滿足相關(guān)管

14、線單位的要求；3. 2支護結(jié)構(gòu)方案一、方案設(shè)計指導(dǎo)思想基坑圍護方案的選定必須綜合考慮工程本身的特點及周圍環(huán) 境的要求，在滿足地下室結(jié)構(gòu)土建施工及確保周圍環(huán)境安全可靠的 前提下，盡量達到既經(jīng)濟合理，又方便施工及提高工效的標準。本工程基坑開挖深度較深，達8.10米，基坑開挖面積約2459平 方米；項目位于陸家嘴中心區(qū)，開挖面與紅線距離僅約 4.2612.05 米，與相鄰建筑物距離約17.4819.13米，西、北兩側(cè)緊鄰道路， 環(huán)境保護要求比較高，必須采取可靠圍護措施。根據(jù)本工程的開挖深度、地質(zhì)情況及周邊環(huán)境情況，基坑圍護 可按二級基坑工程進行設(shè)計。二、方案簡介基坑工程具有較強的環(huán)境效應(yīng)，基坑工程的

15、開挖，必將引起周 圍地基中地下水位變化和應(yīng)力場的改變，導(dǎo)致周圍地基土體的變 形，對相鄰建筑物、構(gòu)筑物及市政地下管網(wǎng)產(chǎn)生影響。影響嚴重的 將危及相鄰建筑物、構(gòu)筑物及市政地下管網(wǎng)的安全與正常使用。本 工程周圍的環(huán)境復(fù)雜，對環(huán)境的要求比較苛刻，既要保證整個維護 結(jié)構(gòu)的施工過程的安全，又要控制圍護結(jié)構(gòu)及其周圍土體的變形， 以保證周圍建筑和地下管線的安全。在安全前提下設(shè)計合理，節(jié)約 造價，方便施工，縮短工期。故采用排樁與錨桿組合的基坑護壁體 系。利用排樁與錨桿組合的基坑護壁體系是深基坑施工支護結(jié)構(gòu) 的一種方法，即采用鉆孔壓漿樁和錨桿配合體系進行護壁。開挖基 坑周圍鉆孔，澆筑鋼筋混凝土灌注樁，每隔一定距離

16、向樁背面斜下 方用錨桿鉆機打孔，在孔內(nèi)放鋼筋錨桿，用水泥壓力灌漿，達到強度后，拉緊固定，在樁中間進行挖土直至設(shè)計深度。該方法既防止 側(cè)壁土體產(chǎn)生坍塌下滑，保護相鄰建筑物安全，又有施工方便，節(jié) 省施工場地，施工進度快，護壁效果好，安全可靠，便于機械開挖 的特點，適用于鄰近有高層建筑，不允許支護有較大變形。第四章基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書4. 1 土壓力計算一、土壓力系數(shù)計算土壓力系數(shù)如表5-1所示。土壓力系數(shù)表表5-1土 層Kai/KaT%產(chǎn)填土0.40590.63713粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土0.35400.59502.82521.6808淤泥質(zhì)粘土0.71670.84661.39531.18121-1

17、粘土0.63270.79541.58051.25721-2粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土0.50880.71331.96551.4019二、土壓力計算（一）土層分布土壓如表5-2所示土層分布表5-2層號巖土名稱厚度（m）填土2.503粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土8.00淤泥質(zhì)粘土4.501-1粘土6.00(二)土層側(cè)向土壓力計算(1)主動土壓力計算(raA=(20+17X 0) X 0.4059-2 x 0X 0.6371=8.118(kPa)(raB ±=(20+17X2.5) X 0.4059-2 X 0X 0.6371=25.369(kPa)(raB 下=(20+17X2.5) X 0.3540-2

18、 X 7X 0.5950=13.795(kPa)(raC=(20+17X 2.5+18.3 X 5.6) X 0.3540-2 X 7X0.5950=50.073(kPa)2 aD±=Ea(2 3)=50.073(kPa)2 aD下=(20+17X2.5+18.3 X 5.6) X 0.717-2 X 13X0.847=96.269(kPa)2aE±=Ea(3 1)=96.269(kPa)2 aE 下=(20+17X2.5+18.3 X 5.6) X 0.6327-2 X 16X0.7954 =78.93(kPa)(T aF=78.93(kPa)(2)被動土壓力計算(T p

19、C=0X 2.8252+2 X 7X 1.6808=23.531(kPa)(rpD上=(0+18.3 X2.4) X 2.8252+2 X7Xl.6808=147.614(kPa) (rpD下=(0+18.3 X2.4) X 1.3953+2 xl3Xl.1812=91.993(kPa) (rpE上=(0+18.3 X 2.4+16.7 X4.5) X 1.3953+2 X 13X 1.1812=196.850(kPa)2 pE下=(0+18.3 X 2.4+16.7 X4.5) X 1.5805+2 X 16X 1.2572 =228.420(kPa)pF=(0+18.3 2.4+16.74

20、.5+17.56)1.5805+2 161.2572=394.373(kPa)圖5-1土壓力分布圖(3)凈土壓力計算(坑地面以下)(T pC=23.5312-50.073=-26.542(kPa)ji j- r nI 7工.口 q -.<0。“叫A"M加出 $'鵬 %/seas wZMhV3您 城:蚪、如30(T pD 上=147.614-50.073=97.541(kPa)(T pD 下=91.993-96.269=-4.276(kPa)(T pE 上=196.850-96.269=100.581(kPa)(rpE 下=228.421-78.93=149.491(kP

21、a)(T pF=394.373-78.93=315.443(kPa)得開挖面以下圖土壓力零點X/2.4-X=26.542/97.541X=0.513(m)土壓力零點在基坑底面以下 0.513m處(如圖5-2所示)二圖5-2凈土壓力分布圖(三)土壓力合力及作用點的計算：EaAB=2.5X (8.118+25.369)/2=41.858(KN/m)HaAB=2.5/3X (8.118 X 2+25.369)/(8.118+25.369)=1.035(m)EaBC=(13.795+50.073) 乂 5.6/2=178.83(KN/m)HaBC=5.6/3X (13.795 X 2+50.073)/

22、( 13.795+50.073)=2.27(m)EaCD=50,073< 2.4=120.175(KN/m)HaCD=2.4/2=1.2(m)EaDE=96.269< 4.5=433.209(KN/m)HaDE=4.5/2=2.25(m)EpCD=(23.531+147.614) X2.4/2=205.374(KN/m)HpCD=2.4/3X (23.531 X 2+147.6)/(23.531+147.6)=0.91(m)EpDE=(91.993+196.850) 乂 4.5/2=649.895(KN/m)HpDE=4.5/3X (91.993 乂 2+196.850)/( 91

23、.993+196.850)=1.978(m)4. 2嵌固長度及水平錨固力計算1 .水平錨固力的計算：(以土壓力零點位置計算)以o點取矩：(6.6+0.513)T=41.858 乂 (1.035+5.6+0.513)+178.83 乂(2.27+0.513)+0.5 X 26.542 X 0.513 X 2/3 X 0.513T=(299.2+497.68+2.328)/7.113T=112.36(kN/m)2 .錨桿長度計算：qsk取60kpa s取1.3 鉆孔直徑取120mm錨桿位于地下4m處傾角取 =15° HPB235鋼筋抗拉強度設(shè)計值 fy=0.21 kpa/mmf 一一si

24、n(45 - k )得 1f =2.834m 可取自由段長度計算：2.834+1.5=4.3m1.自由段長度計算：k =2.5 X 25+8X 28.5+4.5 X 9.5+6 X 13=19.58°lt=0.513+4.1=4.613mc 1 ltCSin(45° - k)圖5-3錨桿自由段計算簡圖2,錨固段長度計算:根據(jù) Nu = dg qsikli dg qQ 20k d； d2, NuscosTd1.25 o Tc, o 取 1.0，有1.25 1.0 2 112.36cos15o0.12 60 li1.3li =16.7m取錨固長度為17m,錨桿總長為17+4.3

25、=21.3m三.錨桿桿體材料計算：Td112.36 22Asd- o 1108.09mmfygcos0.21 cos15桿體鋼筋半徑為r ，/心09 18.8mm 取20mm四.樁長計算：設(shè)樁端進入1-1層頂面以下x米處E M=41.858 義(1.035+12.5+x)+178.83 義(2.27+2.4+4.5+x)+120.175 義(1.2+4.5+x)+433.209 義(2.25+x)+78.93 X x2/2=39.465x2+774.072x+3866.132E M=205.374 義(0.91+4.5+x)+649.895 義(1.978+x)+228.42 義 x2/2+1

26、/2(394.373-228.42)乂 x/6 乂 x2/3=4.6098x3+114.210x2+855.269x+2396.496M=112.36 X (13.5+x)=1516.86+112.36x由 12 M=0得：E MP+ Mt-1.2 T0EM>0整理得：4.61x3+66.85x2+38.74x-726 >0解之得：x2.786m嵌固長度 hd=2.4+4.5+2.786=9.686m 取 10m樁長 H=8.1+10=18.1m4. 3配筋計算一、排樁配筋計算(一)最大彎矩計算：(1)被動土壓力彎矩分段函數(shù)：1.5 <x<8,1 M=112.36 義(

27、x-1.5)=112.36x-168.548.1 <x<10.5 M=112.36 X (x-1.5)+23.53(x-8.1)2/2+1/2 X(147.6-23.53)(x-8.1)3 /(2.4 X 3)=112.36x-168.54+11.765(x-8.1)2+8.62(x-8.1)10.5 <x<15 M=112.36(x-1.5)+205.4(0.9+x-10.5)+91.99( x-10.5) 2/2+1/2 X(196.9-91.99)(x-10.5)3/(4.5X3)=317.741x-2138.087+46.0(x-10.5)2+3.884(x-1

28、0.5) 3 15<x<18.1 M=112.36(x-1.5)+205.4(0.9+x-10.5)+649.895(1.5+x-15)+ 228.421(x-15)2/2+1/2 X (394.373-228.421)(x-15) 3/(6 X 3) =967.64x-10911.67+114.21(x-15) 2+4.61(x-15)(2)主動土壓力彎矩分段函數(shù)：0<x<2.5 M=8.12x 2/2+1/2 X (25.37-8.12)x 3/9 =4.06x2+1.15x32.5 <x<8.1 M=41.86(1.04+x-2.5)+13.795(x

29、-2.5)2/2+1/2 義(50.073-13.795)(x-2.5)3 /(5.6 X 3)=41.858x-61.322+6.898(x-2.5)2+1.089(x-2.5)8.1 <x<10.5 M=41.86(1.035+5.6+x-8.1)+178.8(2.27+x-8.1)+50.07(x-8.1)2/2=220.69x-1103.9+25.037(x-8.1)10.5 <x<15 M=41.86(1.035+8+x-10.5)+178.83(2.27+2.4+x-10.5)+120.175(1.2+x-10.5)+1/2 X96.27(x-10.5) 2=340.813x-2221.53+48.1(x-10.5)15 1 x0 18.1 M=41.86(1.035+12.5+x-15)+178.83(2.27+6.9+x-15)+120.175(1.2+4.5+x-15) +433.209 (2.25+x-15 ) +1/2 X 78.93(x-15) 2=774.074x-7744.94