地下连续墙深基坑支护课程设计.doc

1.1 工程地质条件
①素填土：黄灰色、可塑、松、稍湿，不均匀，以素土为主，夹碎石，据调查堆积时间十年以上。全场分布。厚度0.5米。
②粉质粘土: 黄色、软-可塑、湿，无摇振反应，刀切面光滑，干强度中等，韧性中等。见铁锰质氧化物。成因年代Q4al 。全场分布。厚度3.0米。
③粉质粘土夹粉土：灰色、可塑，湿，刀切面稍光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。夹粉土，薄层状，厚度20-30cm。成因年代Q4al。全场分布。厚度5.0米。
④细砂：灰色，稍密，饱和，颗粒圆形，质地较纯，级配良好，主由长石、云母、石英等组成,粒组含量>0.075mm为87.9-91.8%。成因年代Q4al。平面上尖灭。厚度6.0米。
⑤圆砾：杂色、稍密、饱和，圆形为主，母岩成份主要为石英岩、石英砂岩、硅质岩、火成岩等，粒组含量＞2mm为52.6-90.1%。充填物为细砂，充填充分。成因年代Q3al。全场分布。厚度8.0米。
⑥卵石：杂色、中密、饱和，园形为主，母岩成份主要为石英岩、石英砂岩、硅质岩、火成岩等，粒组含量＞20mm为52.2-80.7%。充填物为细砂，充填充分。成因年代Q3al。全场分布。未揭穿。

1.2 水文地质条件
第①层为弱透水层，第②、③层为相对隔水层，第④、⑤、⑥层为透水层。
场地地下水按含水介质划分属第四纪冲积物中的孔隙水，地下水按埋藏条件有两种类型：上部为上层滞水无统一地下水位，勘察时通过各钻孔的观测上层滞水埋深0.3-1.1米，赋存于素填土中，受大气降水补给，以蒸发排泄为主；下部承压水勘察时稳定水位埋深约3.0-4.0米，承压水赋存于砂、卵石层中，具有弱承压性，受区域同层侧向补给径流排泄。
地下水年变化幅度根据湖北省水文地质工程地质大队编制的《环境水文地质工程地质综合勘察报告》资料为1.0-3.0米，在丰水期由长江侧向补给，在枯水期地下水侧向补给长江。

1.3 环境条件
场地平坦,无地下管线,距围护结构一定距离之外有已建房屋。
2.1基坑支护设计主要参数

土层编号
土 名
天然重度r(kN/m3)
C(kPa)
Φ度
备注
①
素填土
17.0
10
8
各指标为复核值。
②
粉质黏土
19.0
17
10
③
粉质粘土夹粉土
19.1
19
11
④
细砂
20.0
0
25
⑤
圆砾
18.0
0
36

2.2开挖深度及地面荷载
基坑开挖深度为自然地面下6.0米，地面荷载与坑边距离为1.0米，荷载大小为30Kpa，作用宽度为10.0米。

2.3 基坑工程重要性等级
由于本工程基坑开挖深度为6.0米，开挖深度一般；又由于场地平坦，无地下管线；工程地质及水文地质条件较复杂。综合各方面因素，确定该基坑工程重要性等级为二级。

3.1设计依据
（1）《地下结构》课程设计指导书
（2） 郑刚主编。《地下工程》，机械工业出版社，2011
（3）东南大学等合编。《土力学》（第二版），中国建筑工业出版社，2005
（4）《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-99)，中国建筑工业出版社，1999
（5） 湖北省地方标准《基坑工程技术规程》(DB42／159-2004)
（6）《混凝土结构设计规范》(GB 50010一2010)，中国建筑工业出版社2010
（7）《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)，中国建筑工业出版社，2002

4.1地下连续墙支护断面结构设计主要内容与要求
（1）确定在施工过程中作用于连续墙上的土压力、水压力以及上部传来的荷载；
（2）确定地下连续墙所需要的入土深度，以满足抗管涌、抗隆起、防止基坑整体失稳破坏以及满足地基承载力的需要；
（3）地下连续墙结构的内力计算与变形验算；
（4）地下连续墙结构的截面设计，包括墙体和支撑的配筋设计或者截面强度验算，节点、接头的连接强度和构造处理；
（5）估算基坑施工对周围环境的影响，包括连续墙的墙顶位移和墙后地面沉降值的大小和范围；
（6）绘制结构配筋图。

4.2设计计算
4.2.1地面附加荷载传至n层土底面的竖向荷载qn计算
1.0m-11.0m的荷载应加上q.
由规范公式计算q=×q0=×30=25KPa
4.2.2各层土压力计算
各土层的土压力系数：
Ka1=0.756 =0.869 Ka2=0.705 =0.839
Ka3=0.679 =0.824 Ka4=0.406 =0.637
地下水位埋深取0.3m-1.1m 承压水取水位埋深为3.0m

主动土压力计算：
0—0.5m
①上= 0-2c1=0-2×10×0.869＜0
①下= γ1h1Ka1-2c1=17×0.5×0.756-2×10×0.869＜0
(2)粉质粘土
（0.5m-1.0m）
γ2=19KN/M3 C2=17Kpa φ2=10°
σ②上=h1Ka2-2c2=17.0×0.5×0.704-2×17×0.839＜0
又由于从1.0m开始受地面附加荷载的影响，此处存在地下水，而此土层为粘性土，故水土合算。
‚（1.0m-3.5m）
σ②1.0 = (q+γ1h1+γ2h′)Ka2-2c2=(25+17.0×0.5+19×0.5)×0.704-2×17×0.839=1.746Kpa
σ②下= (q+γ1h1+γ2h2)Ka2-2c2=（25+17×0.5+19×0.5+19×2.5）×0.704-2×17×0.839=35.186Kpa
(3)粉质粘土夹粉土
粉质粘土夹粉土层分为两层计算（存在开挖面的影响）
σ③上= (q+γ1h1+γ2h2)Ka3-2c3=(25+17.0×0.5+19×3.0)×0.680-2×19×0.824=30.228Kpa
σ③6.0 = (q+γ1h1+γ2h2+γ3h′3）Ka3-2c3=(25+17.0×0.5+19×3.0+19.1×2.5)×0.680-2×19×0.824=62.698Kpa
根据规范，基坑开挖面以下的土压力可按以下方法计算：
（6.0m-8.5m）
σa3=62.698Kpa
（4）细砂 （8.5m-14.5m）
γm==18.875KN/m3
σa4=(q+γmh)Ka4=(25+18.875×6.0)×0.406=56.13Kpa
被动土压力计算
（3）粉质粘土夹粉土
被动土压力在基坑开挖面以下正位，故地下水的计算就按照开挖面以下0.5m算起,但是由于是粘性土，做合算，故
σ③6.0=γ3H0Kp1+2c3=0+2×19×1.213=46.09Kpa
σ③下=γ3H1Kp1+2c3
=19.1×2.5×1.472+2×19×1.213=117.656Kpa
第四层土层为砂性土，故水土分算
σ④上=+2c4=19.1×2.5×2.464+2×0=117.656Kpa
σ④下=（γ3H1+γ4H2）Kp2+2c4
=（19.1×2.5+10×6）× 2.464+10×6=325.496Kpa
土压力计算图

4.2.3嵌固深度hd的计算
假设支撑点设在距离地面2.0m处，水平荷载与抗力相等的点即弯矩为零的地方，设此点距离坑底hc,hc=0.591m
支点力 Tc=
hai=+
=380.486 kN/m
hpi=46.096×0.591××0.591 +×16.616×0.591××0.591=9.07kN/m
把数据代入上式中得Tc=80.912kN.
假设嵌固点在距离基坑开挖面底部x m处，
代入公式 hp+Tc(hT1+hd)-1.2γ0 ha≥0 中得方程：
5.773x3-18.147x2+74.332x-183.694≥0
得， x=3.5 m,即嵌固深度hd=3.5m
4.2.4地下连续墙配筋计算
（1）最大弯矩的计算，弯矩最大有两个点，一个在坑底上方，一个在坑底下方
假设在上方的点在距离第二层土底y m处，弯矩最大在剪力为零的地方，故：
80.912=1.746×2.5+×2.5×33.44+30.228y+× y2
解得，y取正值，y=0.955m
故Mmax=1.746×2.5×（0.955+）+×2.5×33.44×（×2.5+0.955）+30.228×0.955××0.955+×12.4×0.955××0.955-80.912×2.455=-98.59kN/m
‚假设第二个点在坑底处，首先当在第三层土里时，不满足，主动方向上土的剪力大于被动主方向上土的剪力，大约位置在第四层土层里，设离第四层土顶y′m

故计算式如下：
80.912+×（46.094+116.382）×2.5+117.656y′+×34.64y′2
=×（1.746+35.186）×2.5+×（30.228+62.698）×2.5+62.698×2.5+56.130 y′
解得，y′=0.2m
M2==148.656
最大弯矩Mmax=M2=148.27kN/m
取连续墙单位宽度b=1.0m为计算模型，h取500mm，混凝土的强度等级取C25 ，按照所取截面尺寸配筋，采取双筋布置：
先计算A′s
M≤Mu=αsα1fcbh20+f′yA′s(h0-α′s)
f′y=fy ,fc=11.9N/mm2,ft=1.27N/mm2,h0=500-70=470mm
取ξ===0.530.518
故取ξ=ξb=0.518，由(ξ-1)2=1-2αs
αs=0.384
A′s=(Mu-αsα1fcbh20)/[f′y(h0-α′s)]＜0
混凝土的抗压过大，按构造配筋
按规范规定，应选择Ⅰ级钢，直径不宜小于φ16，保护层厚度不宜小于70mm,间距在200-300mm之间，故选择双筋截面，受拉面采用φ22@200，保护层厚度取70mm,受压面取φ16@300
配筋图如下：

（2）锚杆计算
锚杆配筋： Tc=80.912kN
锚杆的倾斜度θ规范规定在15°-25°，所以取θ=15°
Tc≤Nu cosθ=Nu cos15° Nu≥Tc/cos15°=83.76kN
锚杆采用HRB335级钢筋，fy=300N/mm2
As==×103=279.2mm2 查表取1φ22，As=379.94mm2
‚计算锚杆的长度
自由段长度由公式 lf=lt
lt=4.591,= =10.77°（加权平均),=15°（锚 杆的倾斜角度）。
把上述的数据代入公式lf= lt =2.15m
③锚杆混凝土浇注长度（即锚固长度）计算
规范公式为Nu=
为安全系数，取1.3， li锚杆的锚固长度，d取0.15m，粉质粘土取64，粉质粘土夹粉土取60， 锚杆取9m长。
承载力验算Nu=kN﹥83.76kN
满足要求。

5. 连续墙验算
5.1地基承载力验算
P1=γa（H+D）+q=17×0.5+19×3+19.1×5+20×1+30=211Kap
P2=γbD=19.1×2.5+20×1=67.75Kap
R=γbDNq+cNc=67.75×6.4+10.41×15.44=594.33Kap
承载力安全系数K=＞1.25 满足要求。
P1—墙背在维护强的平面上的垂直荷载
P2—墙前在维护强的平面上的垂直荷载
R—墙前极限承载力
Nq Nc—地基承载力系数

5.2抗隆起验算
普朗德尔公式(K ≥1.1～1.2)

γ=
φ=° Ka=tan2（）=0.558

C=Kpa

满足抗隆起要求。
5.3抗管涌稳定安全系数(Ks ≥ 1.5):

式中γ0———侧壁重要性系数;
γ'———土的有效重度(kN/m3);
γw———地下水重度(kN/m3);
h'———地下水位至基坑底的距离(m);
D———桩(墙)入土深度(m);

K = 2.852 >= 1.5, 满足规范要求。
5.4整体稳定验算
计算方法：瑞典条分法
应力状态：总应力法
条分法中的土条宽度: 1.00m
滑裂面数据
整体稳定安全系数 Ks = 1.689
圆弧半径(m) R = 12.230
圆心坐标X(m) X = -3.080
圆心坐标Y(m) Y = 3.098
5.5理正深基坑软件计算位移图：

开挖2.5m时 加支撑时 开挖9.5m时

5.6地表沉降图：