深基坑支护毕业设计.doc

本科毕业设计秦皇岛金舍汤河东岸基坑支护设计郑晓冬燕 山 大 学 2012年6月 本科毕业设计秦皇岛金舍汤河东岸基坑支护设计学院（系）：建筑工程与力学学院 专 业： 土木工程(岩土) 学生 姓名： 郑晓冬 学 号： 080107010104 指导 教师： 董建军 答辩 日期： 2012年6月25日 燕山大学毕业设计任务书学院：建筑工程与力学学院 系级教学单位：土木工程系 学号080107010104学生姓名郑晓冬专业班级土木工程(岩土)题目题目名称秦皇岛金舍汤河东岸基坑支护设计题目性质1. 理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）； 理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2. 文管类（ ）；3. 外语类（ ）；4. 艺术类（ ）。 题目类型1. 毕业设计（ ） 2. 论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要 内容1. 支护方案的选择与结构布置；2. 土压力计算；3. 支护桩、锚杆及土钉的设计；4. 内部及外部稳定性验算；5. 降水工程的设计与布置及验算；6. 工程概预算。基本要求1. 对基坑支护结构进行设计计算，提交设计计算书（配有计算简图）；2. 对基坑降水进行设计计算，提交详细的设计计算书；3. 综合设计成果，提交详细的设计说明书；4. 一套完整的设计图纸，包括：平面图，纵、横剖面，必要的大样图，结构与配筋图， 各观测项目的观测点布置图，及相关说明。参考资料建筑基坑支护技术规程(JGJ 120-99)建筑基坑工程技术规范(YB 9258-97)混凝土结构设计规范(GB50010-2010)土力学与基础工程，赵明华等编周 次第1-2周第3-5周第6-8周第9-11周第12-14周第15-18周应完成的内容准备毕业设计相关资料，初步方案设计。论证并阐述设计计算方法选择的依据，倡导学生提出新观点和新的设计计算方法。完成基坑开挖支护设计的全套图纸草图和各项设计计算书。编制设计说明书，计算机程序计算校核，编制详细的设计计算书，编制施工组织设计。计算机绘制设计图纸。毕业设计工程概预算。计算书与施工图修改、打印、装订，准备答辩。指导教师：职称： 年 月 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要基坑支护是指为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。基坑支护设计应根据场地的工程地质条件，结合周边环境情况，综合考虑施工条件，按照适用性、安全性及经济性原则进行。本次基坑支护设计共分为三段，即桩锚联合支护设计、喷锚网支护设计和土钉支护设计。各段基坑支护设计，必须严格按照相关规范的要求进行。首先，根据给定的工程地质勘察报告初步选定支护方案；其次，计算确定各个设计参数，并进行初步验算；再次，对设计结构进行内部稳定性分析验算；然后，对设计结构作外部稳定性验算；最后，优化并确定设计方案。关键词基坑支护；桩锚；喷锚网；土钉 燕山大学本科生毕业设计（论文）Abstract The Foundation Pit is a method of retaining, reinforcing and protecting for the pit wall and the surrounding environment, in order to ensure the safety of the underground structure construction and the pit surrounding environment. The Foundation pit support design should be based on engineering geological condition of the venue, combined with the surrounding environment, integrated construction conditions, in accordance with the principles of suitability, safety and economic behavior.The Foundation pit support design is divided into three sections, pile-anchor joint supporting design, design of injection-anchor support and design of soil nailing. Every section of the Foundation pit support must be conducted strictly in accordance with the requirements of the relevant specification. First of all, initially select supporting programs according to a given engineering geological investigation report; Secondly , calculate and determine the design parameters, and check initially; Thirdly, check and analysis the internal stability of the design structure; Then, check the external stability of the design structure; Finally, optimize and determine the design.Keywordsthe Foundation Pit；Pile-anchor；Injection-anchor；Soil NailingV 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 基坑工程概况11.2 基坑支护设计原则21.3 基坑支护设计的一般规定2第2章 支护方案选择42.1 工程概况42.1.1 场地土层参数42.1.2 基坑周边环境情况42.1.3 水文地质条件52.1.4 支护方案选择52.2 工程监测5第3章 基坑地面超载63.1 汽车荷载63.1.1 车道荷载63.1.2 行车荷载63.2 人群荷载73.3 既有建筑引起的超载83.4 各段超载值8第4章 侧向土压力计算94.1 ABC段土压力94.2 CDEF段土压力124.3 FG段土压力154.4 GHIJA段土压力19第5章 各段支护设计235.1 ABC段排桩支护设计235.1.1 支护桩嵌固深度235.1.2 支护桩布置255.1.3 锚杆计算265.1.4 稳定性验算285.2 CDEFG段喷锚网支护325.2.1 锚杆布置335.2.2 锚杆计算335.2.3 混凝土面层计算355.2.4 锚杆内部稳定性验算355.2.5 锚杆外部稳定性验算375.3 GHIJA段土钉支护385.3.1 土钉设计参数395.3.2 土钉设计计算405.3.3 混凝土面层计算415.3.4 土钉内部验算425.3.5 土钉外部稳定性验算43第6章 降水计算456.1 降水方案456.2 降水井深度456.3 涌水量456.3.1 单井涌水量456.3.2 基坑总涌水量466.4 降水井布设466.5 降水井效果验算476.5.1 各井点单井过滤器进水长度验算476.5.2 基坑中心点水位降深验算476.6 排水系统布置486.6.1 基坑内集水池的布置486.6.2 坡顶排水系统布置486.7 基坑监测48第7章 基坑支护施工组织设计507.1 施工工艺流程507.2 施工的技术要求507.2.1 排桩支护技术要求507.2.2 喷锚网与土钉支护施工技术要求517.2.3 降水施工的技术要求527.2.4 排水施工的技术要求537.2.5 监测工程的技术要求53第8章 工程概预算558.1 工程量计算558.2 工程取费表57结论60参考文献62致谢64III第1章 绪论 第1章 绪论1.1 基坑工程概况基坑工程是岩土工程的主要内容，是目前基础工程中日益普遍的重要环节，尤其是大型土木工程，无一例外地涉及到这一领域。因此，熟练掌握这一专业设计技能，对于从事相关专业设计的人员来说是非常重要的。根据支护结构的设置目的，一般要求基坑支护结构同时具备三个方面的作用： (1) 挡土作用，保证基坑周围未开挖土体的稳定，使基坑内有一个开阔、安全的空间。 (2) 控制土体变形，保证基坑相邻的周围建筑物和地下管线在基坑内结构施工期间不因土体向坑内的位移而收到损害。 (3) 截水作用，保证基坑内场地达到无水施工作业条件，不影响周围水位变动。80年代以来，随着我国经济发展，基础埋深逐步增大，基坑深度也随之增加，基坑支护问题也变得更加复杂。基坑支护是一项综合性的岩土工程，涉及面广，不但包括土力学中的强度、变形、稳定问题，同时还涉及土与支护结构的共同作用问题，并与施工密不可分，所以要求设计人员具备结构力学、土力学、地基处理、原位测试等多学科知识。深基坑支护工程已成为目前工程建设引人注目的热点，当今深基坑支护工程具有以下特点： (1) 建筑趋向高层化，基坑向更深层发展。 (2) 基坑开挖面积增大，宽度超过百米，长度达到上千米，整体稳定性要求更高。 (3) 在软弱地层中的深基坑开挖易产生较大的位移和沉降，对周围环境可造成较大的影响。 (4) 深基坑施工运行周期长，对临时性基坑支护有更高的牢固性要求。 (5) 深基坑支护系统不再只是临时性支护结构，而是参与到加固与改善建筑物的基础和地基作用当中。目前，主要采用的基坑支护类型有：土钉墙支护、水泥深层搅拌桩支护、桩锚联合支护、喷锚网支护、地下连续墙支护和内支撑支护等。1.2 基坑支护设计原则基坑支护工程设计的总体原则为：贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。除了应满足工程设计要求外，尚应做到因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源。基坑支护设计要求安全性、经济性、适用性三方面统筹兼顾、同时满足。安全性包含两个方面，一是支护结构自身强度满足，结果内力必须在材料强度容许范围内。二是支护结构与被支护体之间的作用是稳定的，要求支护结构具有足够的承载力，不产生过量的变形。经济性要求在设计中通过运用先进技术和手段，充分把握支护结构特征，通过多方案比较，寻求最佳设计方案，使支护结构造价最低。适用性是指方案在施工中采用适当的工艺、工序，可以使设计更经济合理，既满足规范要求，又不过量配置材料，也不影响支护结构的使用功能。支护结构设计应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周围环境的水平与竖向变形的影响，对于安全等级为级和周边环境变形有限定要求的级建筑基坑，应根据周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值。1.3 基坑支护设计的一般规定在选择基坑支护方案前，应完成下列工作：(1) 搜集详细的工程地质、水文地质及地基基础等资料。 (2) 根据工程的设计要求，确定基坑支护的目的、范围和达到的各项技术经济指标。 (3) 结合工程情况，了解本地区基坑支护经验和施工条件以及其他地区相似场地上同类工程的基坑支护经验和使用情况等。设计前应认真分析地质地层条件、周边环境及基坑特征，综合考虑以确定支护结构的平面布置与高度位置。根据地层、荷载、环境、技术和经济条件确定支护结构类型与截面尺寸，支护结构应与周围环境相协调，保证支护结构设计符合相应规范、条例的要求。基坑支护方法的确定按下列步骤进行： (1) 根据荷载大小结合地形地貌、地层结构、地质条件、地下水特征、环境情况和对临近建筑的影响等因素，初步选定几种可供考虑的基坑支护方案。 (2) 对初步选定的基坑支护方案，分别从原理、适用范围、效果、材料来源及耗材、机具条件、施工进度和对环境的影响等方面进行技术经济分析和对比，选择最佳的基坑支护方法，必要时也可选择两种或多种基坑支护措施组成的综合方法。 (3) 对已选定的基坑支护方法，宜按建筑物安全等级和场地复杂程度，在有代表性场地上进行相应的现场试验或试验性施工，并进行必要的测试，以检验设计参数和处理效果，如达不到设计要求时，应查找原因并采取补救措施或修改设计。 基坑支护结构整体是一个各部分有着内在联系的共同作用系统，设计时要综合考虑地层的物理力学性质、上部荷载位置、支护结构的选型、材质、施工方法、环境影响、造价及工期等多种因素。这些因素各有特点，并密切联系，构成了一个复杂的系统，因而基坑支护结构设计应有系统分析的理念，以安全性、经济性和适用性为目标，以规范为指导，将施工、环境要求综合考虑，对方案优化改进，使系统各方作用协调，保证基坑支护结构设计的目标得以实现。63第2章 支护方案选择 第2章 支护方案选择2.1 工程概况金舍汤河东岸项目工程位于秦皇岛市海港区河北大街与西港路交叉口的东北侧。该工程为8栋33层的住宅楼，1栋27层的住宅楼，1栋20层住宅楼，场地内建筑物中间的空地全部为地下停车场，基坑最大开挖深度为10米左右，根据本场地地层条件和周边既有建筑物的实际状况综合评定，确定本基坑工程安全等级为级，侧壁安全等级为级，基坑工程安全等级的重要性系数为1.0。2.1.1 场地土层参数 本场地的地质条件根据地质勘察报告确定，具体参数的取值见表2-1：表2-1 土层参数选择序号土层类型层厚 / m重度 / kNm-3粘聚力 / kPa内摩擦角 / ()1杂填土1.50018.03.010.02细砂1.00018.52.020.03粘性土0.60018.312.03.04中砂1.80018.52.025.05淤泥质土2.00018.53.020.06中砂3.00019.35.028.07粘性土0.80019.520.010.08粗砂2.00019.85.032.09圆砾8.00020.55.036.010强风化岩4.00022.040.030.02.1.2 基坑周边环境情况该工程南侧为河北大街，基坑底边线距河北大街人行道4.0m ，在河北大街人行道上有通信管道，埋深约2.0m；东侧为玉龙湾住宅小区(正在建设中)；基坑底边线距东侧玉龙湾住宅小区最近距离为16m；北侧距秦皇岛耀华玻璃有限公司最近距离为10m；西侧为西港路，与基坑边线最近距离为11m。2.1.3 水文地质条件该场地主要地下水类型为潜水，地下水标高为2.80m，含水层渗透性系数为15m/d，秦皇岛水位年变化幅度为1.0m左右。2.1.4 支护方案选择 本工程基坑支护设计需要考虑以下几点：(1) 基坑开挖深度大，开挖深度10m左右。(2) 开挖深度范围内主要为砂土，土质情况较好。(3) 场地地下水位高，场地距周边既有建筑较近，因此切实做好降水工作是基坑工程成败与否的关键。(4) 南侧河北大街有地下通信管线。综合本工程的特点和工程经验，根据“安全、经济、施工方便”的基坑设计原则，按照建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)的规定，南侧、东南侧(ABC段)空间较小，选用刚性垂直支护方式，采用锚拉支护桩方案；场地西侧(CDEFG段)基坑边较长，根据经济性原则，采用喷锚网支护方式；场地东侧(GHIJA段)距离既有建筑物较远，可以采用放坡的土钉支护方式。2.2 工程监测 本工程检测内容有：(1) 监测周围建筑物和道路路面的沉降、倾斜、裂缝的产生与开展情况，以及地下管线设施沉降、变形等。(2) 监测基坑开挖过程中围桩支护部分及其后土体随深度的水平位移，特别是坑底以下的位移大小和随时间的变化。(3) 监测基坑开挖过程中地下水位是否降到设计要求(深区要求降到最下面一层锚杆以下0.5m，浅区要求降到开挖面以下1.0m)。 第3章基坑地面超载 第3章 基坑地面超载基坑周边地面超载包括汽车荷载(车道荷载和行车荷载)、行人荷载以及周边既有建筑物引起的超载。3.1 汽车荷载根据公路桥涵设计通用规范(2004)的规定，汽车荷载分为公路-级和公路-级两个等级。汽车荷载包括车道荷载和行车荷载。3.1.1 车道荷载 根据新规范的规定，车道荷载由集中荷载及均布荷载组成，计算图示为图3.1：图3.1 车道荷载计算简图对公路-级车道荷载，均布荷载标准值=10.5kN/m。 集中荷载标准值按以下规定选取： 计算跨径5m时，180 kN/m； 50m时，=360 kN/m； 5m50m时，值采用直线内插法选取。 对于公路-级车道荷载，其均布荷载标准值与集中荷载标准值均按公路-级车道荷载的0.75倍取值。 本工程基坑南侧河北大街为公路-级，西侧西港路为公路-级。3.1.2 行车荷载根据路基路面工程(邓学均著，人民交通出版社)，行车荷载计算时将车载换算成相当于路基岩土层厚度，计入滑重力中。换算时可按荷载的最不利布置条件，取单位长度路段，计算式如下：(3-1)式中 行车荷载换算高度，m； 前后轮最大轴距，根据公路工程技术规范 (JTG-B01-2003)的规定标准车辆荷载取值为12.8m； 一辆重车的重力，标准车辆荷载为550kN； 并列车辆数，双车道N=2，单车道N=1；设n为车道数 ； 路基填料的重度，； 荷载横向分布宽度， (3-2)式中 后轮轴距，取1.8m； 相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m； 轮胎着地宽度，取0.6m。换算均布土层厚度h0亦可按挡土墙高度确定的附加荷载强度进行换算 计算式如下：(3-3)式中 墙后填土重度，； 附加荷载强度，kPa 由(3-1)、(3-2)两式可得：(3-4)3.2 人群荷载根据公路桥涵设计通用规范(2004)的规定，人群荷载取值为33.5，综合考虑场地周边人群集中情况，本工程人群荷载标准值取3。3.3 既有建筑引起的超载 楼房等建筑物局部超载取值为1520kPa每层，具体取值可根据建筑物的密集程度和建筑物功能具体分析。由于本基坑周边建筑密集程度偏低，建筑主要为住宅楼，因此本工程超载标准值可按15kPa每层计算。3.4 各段超载值 经计算加合，基坑各段地面超载值如下：基坑ABC段超载值；基坑CDEF段超载值 ；基坑FG段超载值 ；基坑GH段超载值 ；基坑HIJA段超载值 。第4章侧向土压力计算 第4章 侧向土压力计算 本工程侧向土压力计算按朗金主动土压力计算方法分段进行，分段情况为：ABC段、CDEF段、FG段、GHIJA段 。4.1 ABC段土压力 (1) 第一层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， kPa kPa第一层土压力， (2) 第二层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =24kPa =33kPa第二层土压力， (3) 第三层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =42.8kPa =52.7kPa第三层土压力， kN/m (4) 第四层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =31kPa =44.3kPa第四层土压力， (5) 第五层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =53.2kPa =71.4kPa第五层土压力， (6) 第六层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =50.0kPa =70.4kPa第六层土压力， ABC段土压力分布图如图4.1：图4.1 ABC段土压力分布图 (单位: kPa)4.2 CDEF段土压力 (1) 第一层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， kPa kPa第一层土压力， 。 (2) 第二层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =23kPa =32kPa第二层土压力， 。 (3) 第三层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =41.2kPa =51.1kPa第三层土压力， 。 (4) 第四层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =30.3kPa =43.6kPa第四层土压力， 。 (5) 第五层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =52.3kPa =56.8kPa第五层土压力， 。 (6) 第六层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =48.9kPa =70kPa第六层土压力，。 CDEF段土压力分布图如图4.2：图4.2 CDEF段土压力分布 (单位: kPa)4.3 FG段土压力 (1) 第一层土：主动土压力系数 ， 主动土压力强度， kPa kPa第一层土压力， 。 (2) 第二层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =32.5kPa =41.5kPa第二层土压力， 。 (3) 第三层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =58.7kPa =68.6kPa第三层土压力， 。 (4) 第四层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =38kPa =51.4kPa第四层土压力， 。 (5) 第五层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =61.9kPa =80kPa第五层土压力， 。 (6) 第六层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =56kPa =76.7kPa第六层土压力，。 FG段土压力分布图如图4.3：图4.3 FG段土压力分布 (单位: kPa)4.4 GHIA段土压力 (1) 第一层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， kPa kPa第一层土压力， 。 (2) 第二层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =55kPa =63.6kPa第二层土压力， 。 (3) 第三层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =99kPa =109kPa第三层土压力， 。 (4) 第四层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =56kPa =69.4kPa第四层土压力， 。 (5) 第五层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =84kPa =102kPa第五层土压力， 。 (6) 第六层土：主动土压力系数， 主动土压力强度， =72kPa =93kPa第六层土压力，。GHIA段土压力分布图如图4.4：图4.4 GHIA段土压力分布 (单位: kPa)第5章各段支护设计 第5章 各段支护设计 本工程段支护方式具体设计根据场地工程地质条件、土压力分布、周边建筑物及道路情况，并综合考虑经济性因素，分别选择适用于每段的支护方式。5.1 ABC段排桩支护设计 由于场地狭窄，场地ABC段必须采用刚性垂直支护，本段设计采用钻孔灌注桩锚拉支护方式。桩径800mm，桩间距1.5m，桩间采用C25混凝土喷射。本工程排桩支护采用多点支撑体系，预设三道锚杆，第一道距地面3.5m，第二道与第一道、第三道与第二道间距均为2m，锚杆水平间距1.5m。5.1.1 支护桩嵌固深度嵌固深度计算采用分段等值梁法(如图5.1所示)：图5.1 锚撑式排桩等值梁法计算简图 根据土压力分布图计算： (1) 第一层支撑阶段，挖土深度要满足第二层支撑安装的需要，土压力零点为。 把段当作简支梁，各力对点取矩。 由得： (2) 第二层支撑阶段，挖土深度要满足第三层支撑安装的需要，土压力零点为。把段当作简支梁，各力对点取矩。由得：(3) 第三层支撑阶段，挖土深度至基坑底部，同理可得：。 (4) 计算支护结构所承受的剪应力为：支护桩嵌固深度：取嵌固深度为6m。支护桩结构设计长度：。 因此，支护桩设计桩长为16m。5.1.2 支护桩布置 本段支护桩的桩径取800mm，进一步明确支护桩的布置情况，还需要进行桩间距以及桩体配筋计算。5.1.2.1 桩间距计算桩间距的计算应按下式进行： 经计算：。 本段排桩支护设计取桩间距。5.1.2.2 支护桩配筋验算 本工程支护桩主筋为12B20，箍筋A8150mm，混凝土强度等级为C25。 截面抗弯承载力计算公式为： 式中 桩截面积，m2； 纵向钢筋截面积，m2； 圆形桩截面半径，m； 纵筋在圆周的半径，m； 对应于受压去混凝土的截面面积的圆心角与2的比值； 纵筋截面面积与全部纵筋截面积比值，当0.625时：t=0； 混凝土弯曲抗压强度设计值，； 钢筋抗拉强度设计值，。 桩体的最大弯矩：。 经比较，1.1。所以，基坑底抗渗流稳定性满足要求。图5.3 基坑底抗渗流稳定性验算5.1.4.3 基坑整体稳定性验算基坑整体稳定性验算采用条分法，当基坑内外有地下水位差时，验算公式如下：(5-7)式中 每一土条浸润线以上的高度，m； 与对应的土的天然重度，； 浸润线以下坑内水位以上的土条高度，m； 与相对应的土的天然重度，； 与相对应的土的饱和重度，； 坑内水位以下土条高度，m； 与相对应的土的天然重度，； 与相对应的土的饱和重度，； 每延米中的桩产生的抗滑力矩，； 基坑整体稳定性抗力分项系数，1.2； 滑动圆弧的半径，m。 桩与滑弧切点至圆心连线与垂线的夹角，()。 式中各参数参见图5.4a。桩抗滑力矩计算公式如下：(5-8)式中 桩身抗弯弯矩，； 切桩圆弧面至坡面的深度，m；