吴宇-基坑支护的设计算书.docx

目录1 设计资料11.1地质条件11.2 场地条件11.3 设计对象21.4 设计内容21.5 参考文献22 深基坑内支撑梁施工工艺32.1地下连续墙32.2支撑施工总体原则33 设计计算53.1 确定尺寸53.2土压力计算63.2.1 主动土压力计算63.2.2 被动土压力计算83. 3 考虑渗流的土压力计算83.3.1主动土压力93.3.2被动土压力93.4 嵌固深度的计算104电算124.1 建模124.3成果分析165 稳定性验算175.1 抗隆起稳定性验算175.2 抗倾覆稳定性验算185.3 整体稳定性验算205.4 基坑渗流稳定性验算（流砂或管涌验算）205.5 流土稳定性验算216 地下连续墙计算236.1配筋236.1.1内侧配筋236.1.2外侧配筋236.1.3冠梁配筋246.2 截面承载力验算26附录271 设计资料1.1地质条件 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0.68米。 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3.5米。 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5.2米。 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6.8米。 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9.0米。 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。土层编号土 名天然重度(kN/m3)c(kPa)（）素填土17.5138粉质黏土19.02012粉质粘土夹粉土19.22113细砂20.0026圆砾18.0038卵石18.00381.2 场地条件场地平坦，在安全距离内无已有建筑和地下无管线。1.3 设计对象基坑深度为10+学号最后两位/10（m），地面有堆载，大小为15+学号后两位/10（kPa），作用距离基坑0.6+学号后两位/100（m），作用宽度为10+学号后两位/5（m）。试选择合适的基坑支护类型并进行设计。1.4 设计内容采用手算和电算相结合的方法，对支挡结构进行设计和验算。主要内容包括：（1）计算作用在支挡结构上的荷载，并绘制计算简图；（2）确定支挡结构类型、各几何尺寸；（3）对支挡结构验算分析，包括各种稳定验算、内力和变形验算等；（4）支挡结构截面设计，包括构造设计；（5）考虑施工工况的影响；（6）绘制支挡结构相关施工图。1.5 参考文献（1）地下工程教材； （2）混凝土设计原理教材；（3）土力学教材； （4）建筑基坑支护技术规范；（5）基坑工程技术规程； （6）混凝土结构设计规范；（7）建筑结构荷载规范； （8）相关图集；（9）理正软件包说明书。2 深基坑内支撑梁施工工艺2.1地下连续墙地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果，适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，可较好地控制软土地层的变形。在基坑深（一般h10m）、周围环境保护要求高的工程中，经技术经济比较后多采用此技术。但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽会有较大困难，尤其是遇到岩层需要特殊的成槽机具，施工费用较高。在施工中泥浆污染施工现场，造成场地泥泞不堪。目前采用的逆作法施工使得两墙合一，即施工时用作围护结构，同时又是地下结构的外墙。逆作法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏，为此在基坑施工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力（即利用地下结构自身的桩、柱、梁、板作为支撑，同时可省去内部支撑体系），减少支护结构变形，降低造价并缩短工期，是推广应用的新技术之一。除现场浇筑的地下连续墙外，我国还进行了预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙的研究和试用。预制装配式地下连续墙墙面光滑，由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工速度。而预应力地下连续墙则可提高围护墙的刚度达30%以上，可减薄墙厚，减少内支撑数量，由于曲线布筋张拉后产生反拱作用，可减少围护结构变形，消除裂缝，从而提高抗渗性。这两种方法已经在工程中试用，并取得较好的社会效益和经济效益。2.2支撑施工总体原则本工程采用钢筋混凝土结构作为水平支撑，土方开挖的顺序、方法必须与设计工况一致，并遵循“先撑后挖、限时支撑、分层开挖、严禁超挖”的原则进行施工，尽量减小基坑无支撑暴露时间和空间。同时应根据基坑工程等级、支撑形式、场内条件等因素，确定基坑开挖的分区及其顺序。宜先开挖周边环境要求较低的一侧土方，并及时设置支撑。环境要求较高一侧的土方开挖，宜采用抽条对称开挖、限时完成支撑或垫层的方式。基坑开挖应按支护结构设计，降排水要求等确定开挖方案，开挖过程中应分段、分层、随挖随撑、按规定时限完成支撑的施工，作好基坑排水，减少基坑暴露时间。基坑开挖过程中，应采取措施防止碰撞支护结构、工程桩或扰动原状土。支撑的拆除过程时，必须遵循“先换撑、后拆除”的原则进行施工。支撑结构平面的布置原则如下:1）、水平支撑可采用对撑，角撑，圆环撑，边桁架及联系杆件等结构形式所组成的平面结构。2）、支撑杆件宜避开主体地下结构的墙，柱等竖向构件。3）、水平支撑应在同一平面内形成整体，上下各道支撑杆件的中心线宜布置在同一竖向平面内。4）、支撑的平面布置宜有利于利用工程桩作为支撑立柱桩。3 设计计算基坑开挖深度较大，地下水位距离地表面0.58m处，维护方案对防水要求高，且地表有大荷载，考虑主体维护结构，结合基坑特点、工期、施工技术等要求，选用刚度大、强度高、抗渗性好的地下连续墙作为支护结构。地下连续墙的厚度选为800mm进行试算。3.1 确定尺寸基坑深度为：10+48/10=14.8m，地面有堆载：大小为15+48/10=19.8kPa，作用距离基坑：0.6+0.48=1.08m，作用宽度为：10+48/5=19.6m，地下水位起始点：0.58（m） 根据JGJ120-2012建筑基坑支护设计规程，,在1.08m22.84m范围内考虑表面堆载的影响，在这个范围内的附加竖向应力：图3.1 各土层分布图3.2土压力计算3.2.1 主动土压力计算（1）第一层：素填土（00.58）0（2）第二层：粉质黏土（0.584.18）0设土压力为0的点距离第一层图表面为x （3）第三层：粉质粘土夹粉土（4.189.38）水土合算（4）第四层：细砂（9.3816.18）水土分算（5）第五层：圆砾（16.1825.18）水土分算3.2.2 被动土压力计算（1）第四层：细砂（2）第五层：圆砾图3.2不考虑渗流力的土压力图（kPa）3. 3 考虑渗流的土压力计算根据李广信土的渗透破坏及其工程问题，假设墙的入土深度，取。3.3.1主动土压力（1）第四层：细砂 2） 第五层：圆砾主动土压力：3.3.2被动土压力（1）、第四层：细砂（2）、第五层：圆砾 图3.3 考虑渗流力的土压力计算图（kPa）3.4 嵌固深度的计算计算土压力为0的点，设土压力为0点距离e点为x米，即主动土压力等于被动土压力。满足设计要求。采用多支撑点，支撑点距离地表分别为，处（计算简图如下），经过结构力学求解器可得。 图3.4 多支点的地下连续墙等值梁法（）求得墙底最小插入深度总的入土深度地下连续墙总长,取31m。4电算为了确定对基坑支护设计计算的正确性，采用理正深基坑支护软件对所做的基坑支护进行电算，同时建立模型并分析成果。4.1 建模图4.1 基本信息图4.2 土层信息 图4.3 支锚信息图4.4冠梁配筋图 图4.5墙侧配筋图图4.6 配筋信息由建筑基坑支护结构构造规范得：1、 钢筋混凝土连续墙混凝土强度等级应在C30C40之间，本次设计采用C40混凝土强度等级，满足规范要求；2、 纵向主筋宜采用HRB335级、HRB400级钢筋直接不宜小于16mm，桩顶主筋锚固长度应不小于350mm。3、 桁架主筋宜采用HRB335级或HRB400级钢筋。4、 构造筋直径应不小于8mm，宜采用HPB300级钢筋。5、 各道水平支撑之间的竖向净距以及支撑与基底底部的净距不宜小于3m。6、 地下连续墙嵌入冠梁深度不得小于50mm 。主筋保护层厚度根据部位要求不同，顶部不宜小于80mm，底部不宜小于50mm，侧面不宜小于30，本次设计采用顶部100mm，底部100mm,侧面70mm。根据上图显示的各种信息，理正软件导出的模型如图4.7所示。图4.7 模型图4.3成果分析根据理正深基坑软件计算出来的结果，与个人手算的结果差距不大，说明手算基本上是正确的，在上面的五种稳定性验算用到了电算中的结果，但我认为这个影响不大。理正内力计算有如下两种方法： 经典方法：其中比较有代表性的是等值梁法，将内撑和锚杆处假定为不动的连杆支座（即不动的铰支座）。计算出桩（墙）两侧的土压力（主动土压力及被动土压力）、水压力及其分布后，按静力平衡法计算支护构件各点的内力。弹性方法：将作用桩墙上的支锚点简化为弹簧，将基坑开挖面以下被动侧土体简化成水平向的弹簧，将主动侧（全桩、全墙）的土压力施加到桩墙之上。利用有限元或其他的数值解，即可得到其内力及位移。两种方法的对比如下表支锚点 被动区的土 桩身刚度 内力计算方法经典法 简化为支点 被动土压力 不考虑等值梁法弹性法 弹簧考虑 有限元方程 （Kz+ Kt）W=F两种方法不存在绝对对错和优劣问题。由于经典法的诸多假定，如锚杆处假设成支座，被动土压力定值，不考虑变形等，使得弹性法看起来更接近真实的受力，但如果没有经验，支锚刚度，土的m值（决定土弹簧的刚度）等取得不合适，计算出的内力就会有差异。所以计算内力弯矩时采用弹性法计算，更接近真实的受力。在计算支撑内的轴力时，我注意到第一道支撑开始支撑轴力为正，第一道支撑轴力较小，所以我用了混凝土支撑；第二、三道支撑轴力较大，所以采用钢管支撑。由结构力学求解器求得的最大弯矩和理正求得的最大弯矩误差较小。基坑中工况的分析是很重要的，不能考虑全有可能使基坑坍塌，我在设计的时候考虑了这些，可以使基坑施工安全性更高一些。5 稳定性验算工况如下表4.1：表4.1工况图工况号工况类型深度(m)支锚道号1开挖0.900-2加撑-1.内撑3开挖5.500-4加撑-2.内撑5开挖10.000-6加撑-3.内撑7开挖14.800-5.1 抗隆起稳定性验算对于支挡式结构的嵌固深度应满足： （式2） （式2） （式3）根据规范要求可查得基坑深度，地面的均布荷载。满足规范要求。5.2 抗倾覆稳定性验算 （式4）式中，被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定：对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值；主动土压力对桩底的倾覆弯矩。注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。工况1：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑0.000-2内撑0.000-3内撑0.000- Kov = 4.629 = 1.200, 满足规范要求。工况2：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑500.000-2内撑0.000-3内撑0.000- Kov = 4.894 = 1.200, 满足规范要求。工况3：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑500.000-2内撑0.000-3内撑0.000- Kov = 3.227 = 1.200, 满足规范要求。工况4：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑500.000-2内撑500.000-3内撑0.000- Kov = 3.451 = 1.200, 满足规范要求。工况5：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑500.000-2内撑500.000-3内撑0.000-Kov = 2.105 = 1.200, 满足规范要求。工况6：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑500.000-2内撑500.000-3内撑500.000-Kov = 2.289 = 1.200, 满足规范要求。 工况7：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑500.000-2内撑500.000-3内撑500.000- Kov = 1.251 = 1.200, 满足规范要求。-安全系数最小的工况号：工况7。最小安全Kov = 3.285 = 1.200, 满足规范要求。5.3 整体稳定性验算计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法条分法中的土条宽度: 0.50m滑裂面数据圆弧半径(m) R = 27.328圆心坐标X(m) X = -5.218圆心坐标Y(m) Y = 10.697整体稳定安全系数 Ks = 3.258 1.30, 满足规范要求。5.4 基坑渗流稳定性验算（流砂或管涌验算）为安全系数，视挡水结构的性质而定在1.52.0，考虑基坑挡水结构取2.0。，满足渗流稳定性要求。5.5 流土稳定性验算图4.1流土稳定性验算图 （式5）式中， 流土稳定性计算安全系数；流土稳定性安全系数；安全等级为一、二、三级的基坑支护，流土稳定性安全系数分别不应小于1.6、1.5、1.4； 截水帷幕在基坑底面以下的长度潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的垂直距离；土的浮重度；基坑内外的水头差；地下水重度； 满足规范要求。6 地下连续墙计算取单位长度进行计算墙厚，混凝土设计强度，主筋采用，构造筋采用，取，受弯构件强度安全系数，。由内力计算墙体内侧最大弯矩，外侧最大弯矩。6.1配筋6.1.1内侧配筋取6C36的钢筋， 验算配筋率 ： 满足最小配筋率。6.1.2外侧配筋取6C25的钢筋，大于且大于，满足最小配筋率。6.1.3冠梁配筋本次设计第一道撑为混凝土内支撑，第二、三道为钢支撑，因此只有第一道撑需要冠梁配筋。根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012，一般冠梁的高度为，但不小于，宽度为，冠梁混凝土强度不小于C20，混凝土采用，构造筋采用，取，受弯构件强度安全系数，本段基坑取冠梁宽度b=1000mm，高度h=800mm，跨度为8m，。表6.1 开挖工况内力值表工况第一道第二道第三道开挖（0.9m）加撑（0.9m）开挖（5.5m）632.10KN加撑（5.5m）632.10KN开挖（10m）-120.89KN1593.03KN加撑（10m）-120.89KN1593.05KN开挖（14.8m）-220.27KN1128.33KN2840.88KN计算简图如下： 图6.1冠梁计算简图力学求解器建模如下，根据力学求解器求得最大弯矩图6.2冠梁模型图取4 C 28的钢筋， 验算配筋率 ：满足最小配筋率。箍筋采用B8200的双肢封闭箍筋。6.2 截面承载力验算所以截面承载力符合要求。水平拉筋采用B12200。附录深基坑支护设计 1设计单位：X X X 设 计 院设 计 人：X X X设计时间：2017-06-15 23:49:15- 支护方案 -连续墙支护- 基本信息 -规范与规程建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012内力计算方法增量法支护结构安全等级二级支护结构重要性系数01.00基坑深度h(m)14.800嵌固深度(m)15.960墙顶标高(m)-0.500连续墙类型钢筋混凝土墙 墙厚(m)0.800 混凝土强度等级C40有无冠梁有 冠梁宽度(m) 0.800 冠梁高度(m) 0.800 水平侧向刚度(MN/m) 0.000防水帷幕无放坡级数1超载个数1支护结构上的水平集中力0- 放坡信息 -坡号台宽(m)坡高(m)坡度系数10.0000.5000.860- 超载信息 -超载类型超载值作用深度作用宽度距坑边距形式长度序号 (kPa,kN/m)(m)(m)(m) (m)117.8000.00019.6001.080条形- 附加水平力信息 -水平力作用类型水平力值作用深度是否参与是否参与序号 (kN)(m)倾覆稳定整体稳定- 土层信息 -土层数 6坑内加固土 否内侧降水最终深度(m)15.300外侧水位深度(m)0.580内侧水位是否随开挖过程变化否内侧水位距开挖面距离(m)-弹性计算方法按土层指定弹性法计算方法m法内力计算时坑外土压力计算方法主动- 土层参数 -层号土类名称层厚重度浮重度黏聚力内摩擦角与锚固体摩 (m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)(度)擦阻力(kPa)1素填土0.6817.57.513.008.00120.02粘性土3.5019.09.020.0012.00120.03粉土5.2019.29.221.0013.00120.04细砂6.8020.010.00.0026.00120.05圆砾9.0018.08.0-120.06卵石50.0018.08.0-120.0层号黏聚力内摩擦角水土计算方法m,c,K值不排水抗剪 水下(kPa)水下(度) 强度(kPa)113.008.00合算m法1.78-220.0012.00合算m法3.68-321.0013.00合算m法4.18-40.0026.00分算m法10.92-50.0038.00分算m法25.08-60.0038.00分算m法25.08- 支锚信息 -支锚道数3支锚支锚类型水平间距竖向间距入射角总长锚固段道号 (m)(m)()(m)长度(m)1内撑8.0000.900-2内撑4.0004.600-3内撑4.0004.500-支锚预加力支锚刚度锚固体工况锚固力材料抗力材料抗力道号(kN)(MN/m)直径(mm)号调整系数(kN)调整系数10.004000.00-2-4000.001.0020.001500.00-4-2000.001.0030.001500.00-6-2000.001.00- 土压力模型及系数调整 -弹性法土压力模型: 经典法土压力模型: 层号土类水土水压力外侧土压力外侧土压力内侧土压力内侧土压力 名称 调整系数调整系数1调整系数2调整系数最大值(kPa)1素填土合算-1.0001.0001.00010000.0002粘性土合算-1.0001.0001.00010000.0003粉土合算-1.0001.0001.00010000.0004细砂分算1.0001.0001.0001.00010000.0005圆砾分算1.0001.0001.0001.00010000.0006卵石分算1.0001.0001.0001.00010000.000- 工况信息 -工况号工况类型深度(m)支锚道号1开挖0.900-2加撑-1.内撑3开挖5.500-4加撑-2.内撑5开挖10.000-6加撑-3.内撑7开挖14.800- 设计参数 -整体稳定计算方法瑞典条分法稳定计算采用应力状态总应力法稳定计算是否考虑内支撑条分法中的土条宽度(m)0.50刚度折减系数K0.850考虑圆弧滑动模式的抗隆起稳定对支护底取矩倾覆稳定以最下道支锚为轴心的倾覆稳定- 设计结果 - 结构计算 -各工况：内力位移包络图：地表沉降图：- 冠梁选筋结果 - 钢筋级别选筋As1HRB3352D16As2HRB3352D16As3HPB300d8200- 截面计算 -钢筋类型对应关系：d-HPB300,D-HRB335,E-HRB400,F-RRB400,G-HRB500,P-HRBF335,Q-HRBF400,R-HRBF500 截面参数 墙是否均匀配筋 是 混凝土保护层厚度(mm)50墙的纵筋级别HRB400弯矩折减系数0.85剪力折减系数1.00荷载分项系数1.25配筋分段数一段各分段长度(m)30.26 内力取值 段内力类型弹性法经典法内力内力号 计算值计算值设计值实用值1基坑内侧最大弯矩(kN.m)897.492219.49953.58953.58基坑外侧最大弯矩(kN.m)517.492341.89549.83549.83最大剪力(kN)545.58681.40681.98681.98段选筋类型级别钢筋实配计算面积号 实配值(mm2/m)基坑内侧纵筋HRB400E25120409137691基坑外侧纵筋HRB400E2512040913769水平筋HRB335D12200565拉结筋HPB300d6100283- 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: 0.50m滑裂面数据圆弧半径(m) R = 27.328圆心坐标X(m) X = -5.218圆心坐标Y(m) Y = 10.697整体稳定安全系数 Ks = 3.258 1.30, 满足规范要求。- 抗倾覆稳定性验算 -抗倾覆(对支护底取矩)稳定性验算:Mp被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。Ma主动土压力对桩底的倾覆弯矩。 工况1：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑0.000-2内撑0.000-3内撑0.000- Kov = 4.629 = 1.200, 满足规范要求。 工况2：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑500.000-2内撑0.000-3内撑0.000- Kov = 4.894 = 1.200, 满足规范要求。 工况3：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑500.000-2内撑0.000-3内撑0.000- Kov = 3.227 = 1.200, 满足规范要求。 工况4：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑500.000-2内撑500.000-3内撑0.000- Kov = 3.451 = 1.200, 满足规范要求。 工况5：序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m)1内撑500.000-