某基坑属二级基坑.doc

某基坑属二级基坑,开挖深度为5.5m,地面荷载q0=20kN/m2,土的内摩擦角φ=15°,粘聚力c=8 kN/m2,土的重度γ=18 kN/m3,拟采用水泥土墙支护结构,试计算水泥土墙的嵌固深度及墙体厚度。
解：按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ129-99）计算。
1、 嵌固深度计算
本工程为均质粘性土且无地下水，（高层建筑施工P21），按h0=n0h计算。
土层固结快剪粘聚力系数（P21）
δ=ck/γh=8/（18×5.5）=0.08
根据φ、δ查表1-3（P21）得n0=0.69
则,嵌固深度为
h0=n0h=0.69×5.5=3.8m
二级基坑重要性参数γ0取1, 则嵌固深度设计值hd为
hd=1.10h0=1.10×3.8=4.18 m
取4.5 m。
2、 水平荷载及抗力计算
（1） 水平荷载
Kai=tg2（45°-φ/2）= tg2（45°-15°/2）=0.59
顶面处:
σaik=σγk+σ0k=q0=20 kN/m2
τaik=σaik Kai-2ci√Kai
=20×0.59-2×8√0.59=-0.49 kN/m2
坑底处：
σaik=σγk+σ0k=γmizi+q0=18×5.5+20=119 kN/m2
τaik=σaik Kai-2ci√Kai
=119×0.59-2×8√0.59=57.9 kN/m2
z0=0.49/(57.9+0.49) ×5.5=0.046m
z0很小,近似取z0=0
Ea1=τaikh/2=57.9×5.5/2=159.2 kN/m
ha1=h/3+ ha1==5.5/3+4.5=6.33m
Ea2=τaikhd=57.9×4.5=260.6 Ea2
ha2= ha1/2=4.5/2=2.25 m
∑Eai= Ea1+ Ea2=159.2+260.6=419.8 kN/m
ha=( Ea1 ha1+ Ea2 ha2)/ ∑Eai=(159.2×6.33+260.6
×2.25)/419.8=3.8 m
(2) 水平抗力
Kpi=tg2（45°+φ/2）= tg2（45°+15°/2）=1.7
τpik=2ci√Kpi=2×8√1.7=20.9 kN/m2
Ep1=τpikhd=20.9×4.5=94.1 kN/m
hp1= hd/2=2.25
σpik=γmizi=18×4.5=81 kN/m2
τpik=σpik Kpi=81×1.7=137.7 kN/m2
Ep2=τpikhd/2=137.7×4.5/2=309.8 kN/m
hp2= hd/3=1.5 m
∑Epi= Ep1+ Ep2=94.1+309.8=403.9 kN/m
hp=( Ep1 hp1+ Ep2 hp2)/ ∑Epi=(94.1×2.25+309.8
×1.5)/403.9=1.67 m
3、 墙体厚度（P34）
b=√2×（1.2γ0 ha∑Eai- hp∑Epi）/γcs(h+ hd)
=√2×（1.2 ×1.0×3.8×419.8- 1.67×403.9）/
(5.5+ 4.5)
=3.6 m
γcs水泥土墙平均重度

某大厦高24层,地下室2-3层,基础挖土深度13m,土质为砂土和卵石,桩基采用直径800mm的人工挖孔的灌注桩,桩矩1.5m。工程施工场地狭窄，两面临街，一面紧靠民房，基础挖土不可能放坡大开挖，需用支护结构挡土，垂直开挖，但挡土板桩不能在地面进行拉结，如作为悬臂桩则截面不满足要求，且变形太大，因此决定采用一道土锚拉结板桩。
1、 土锚受力计算
根据地质资料和施工条件，确定如下参数：
（1） 土锚设置在地面下4.5m处,水平间距1.5m,钻孔的孔径为φ140mm,土层锚杆的倾角13°；
（2） 地面均布荷载按10 kN/m2计算；
（3） 计算主动土压力时，按照土层种类，土的平均重力密度
γa=19 kN/m3，计算被动土压力时，根据土层种类，土的平均重力密度γp=19.5 kN/m3。主动土压力处的内摩擦角φa=45°,被动土压力处的内摩擦角φp=45°,土的内聚力c=0。
主动土的压力系数
Ka=tg2（45°-φa/2）= tg2（45°-40°/2）=0.217
被动土的压力系数
Kp=tg2（45°+φp/2）= tg2（45°+40°/2）=5.83
1) 挡土板桩的入土深度计算
按挡土板桩纵向单位长度计算，得
主动土压力：
EA1=(1/2)γa（h+t）2 Ka =(1/2)19（13+t）2×0.217
由地面荷载引起的附加压力：
EA2=q(h+t) Ka=10×(13+t) ×0.217
被动土压力：
Ep=(1/2)γpt2 Kp =(1/2)19.5×t2×5.83
∑MB=0得
(1/2) ×19×（13+t）2×0.217((2/3)（13+t）-4.5)+
10×(13+t) ×0.217((1/2) （13+t）-4.5)-
(1/2)19.5×t2×5.83((2/3)t+13-4.5)=0
解之，得t=2.26m,取板桩入土深度为2.30m。
2）计算土锚的水平拉力
根据板桩入土深度t=2.30m，则
EA1=(1/2)γa（h+t）2 Ka =(1/2)19（13+2.3）2×0.217=482.5 kN
EA2=q(h+t) Ka=10×(13+2.3) ×0.217=33.2 kN
Ep=(1/2)γpt2 Kp =(1/2)19.5×2.32×5.83=301 kN
由∑MD=0可求出土层锚杆所承受拉力T的水平分力TA:
TA(13+2.3-4.5)= EA1(13+2.3)/3+ EA2(13+2.3)/2- Ep2.3/3
将上述EA1 、EA2 、Ep的数值代入，则求得：TA=229.9 kN
由于土锚的间距1.5m,所以每根土锚所承受拉力的水平分力:
TA1.5=1.5×229.9=344.8 kN
2、 土锚抗拔计算
土锚锚固段所在的砂土层:
γ=19 kN/m3, φ=37°, K0=1
(1) 求土锚的非锚固段长度(BF)
BE=(13+2.3-4.5)tg(45°-φ/2)=10.8tg26.5°=5.38m
根据正弦定理:
BE/sin∠BFE=BF/ sin∠BEF
BF= BE sin∠BEF /sin∠BFE
∠BEF=90°-(45°-φ/2)= 90°-(45°-37°/2)=63.5°
∠BFE=180°-α-63.5°=180°-13°-63.5°=103.5°
因此 BF= 5.38 sin63.5° /sin103.5°=4.95 m
所以 非锚固段长度为4.95 m
(2) 求土锚的锚固段长度
土锚拉力的水平分力TA1.5=344.8 kN, 而土锚的倾角13°, 则该土锚的轴向拉力T=344.8/cos13°=353.8 kN
由于该土锚非高压灌浆,土体抗剪强度按下式计算:
τz=c+k0γhtgφ
假定锚固段长度为10 m,图中的O点为锚固段的中点,则
BO=BF+FO=4.95+5=9.95 m
锚固段中点O至地面的距离
h=4.5+BOsin13°=4.5+9.95 sin13°=6.74m
τz=c+k0γhtgφ=0+1×19×6.74×tg37°=96.5 kN/m2
如果取安全系数K=1.50,则锚固段长度:
L=T.K/3.14dτz=353.8×1.5/(3.14×0.14×96.5)=12.50m
因此,原假定锚固段长度为10 m应予修正。所以
h=4.5+(4.95+12.5/2) sin13°=7.02m
τz=c+k0γhtgφ=0+1×19×7.02×tg37°=100.5 kN/m2
锚固段长度
L=T.K/3.14dτz=353.8×1.5/(3.14×0.14×100.5)=12m
因此,最后确定取锚固段长度为12 m。