天山大厦基坑支护结构设计.doc

本科学生毕业设计

天山大厦基坑支护设计

The Graduation Design for Bachelor's Degree

Design of Foundation to Ditch Supporting Structure of TianShan Building Foundation

摘 要

本设计是天山大厦的基坑支护设计。地基土层主要由杂填土、粉土、层淤泥质粘土、粉土构成。基坑周边两侧临马路，一侧临公园，一侧临建筑，基坑离建筑物较近。拟建项目所在场地较平整，原始地貌为侵蚀性堆积岗地。
主体基坑支护采用两种不同的支护方式：一种是钻孔灌注桩加锚杆的支护，采用钻孔灌注桩的基坑开挖深度为9m，总桩长12m；一种是土钉墙支护，基坑开挖深度9m。基坑采用深层搅拌桩止水，排水沟排水。
经过设计中的计算，以及支护结构的验算，确定设计满足各项验算要求，可以用于本基坑的支护。

关键词：深基坑支护；钻孔灌注桩；土钉墙；深层搅拌桩；锚杆支撑

ABSTRACT

This design is the building of TianShan foundation pit design. Foundation soil layer is mainly composed of layers of miscellaneous fill, silty soil, silty clay and silt layer, layer powder silt. Both sides of the the foundation pit is road side, one side near park, building is close to foundation pit . The project site is flat, the original landscape as the erosion of the stacked hillock.
The main foundation pit using two different supporting way: one is bored pile and anchor supporting, using bored piles of foundation pit excavation depth is 9m, the total length of pile12m; one is the soil nailing wall, foundation pit excavation depth 9m. Foundation pit with deep mixing pile water stop, a drainage ditch drainage.
Through design calculation, as well as the retaining structure calculation, to determine the design meet the calculation requirement, can be used in the foundation pit supporting.

Key words : deep foundation pit; bored pile; soil nailing wall; deep mixing pile; anchor bolt
support

IV

目 录

摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.1.1 选题的目的 1
1.1.2 选题的意义 1
1.2 课题研究现状 1
1.2.1 国外基坑工程的研究现状 1
1.2.2 我国基坑工程的研究现状 1
1.3 工程概况 1
1.4 基坑周边环境条件 1
1.5 工程水文地质条件 1
第2章 基坑支护方案选择及确定 1
2.1 支护体系的组成 1
2.2 支护方案的比较 1
2.3 支护方案的确定 1
2.4 本章小结 1
第3章 基坑靠近马路侧支护结构的设计与计算 1
3.1土钉参数及布置 1
3.2 土钉墙结构计算 1
3.2.1土钉处主动土压力计算 1
3.2.2土钉设计 1
3.2.3受拉荷载标准值计算 1
3.2.4土钉受拉承载力设计值计算 1
3.2.5土钉锚固段长度计算 1
3.2.6土钉自由段长度计算 1
3.2.7土钉配筋计算 1
3.3 本章小结 1
第4章 基坑靠建筑物侧支护结构的设计与计算 1
4.1 荷载及变量计算 1
4.2基坑支护结构计算 1
4.2.1第一阶段开挖3m 1
4.2.2第二阶段挖土深度为6m 1
4.2.3 基坑底降水计算 1
4.2.4 第三阶段挖土深度为9m 1
4.3锚杆设计 1
4.3.1水平锚固力 1
4.3.2锚杆长度计算 1
4.3.3 锚固段配筋计算 1
4.4桩的配筋计算 1
4.4.1 参考规范 1
4.4.2 基本参数 1
4.4.3 设计计算过程 1
4.5 冠梁与腰梁设计 1
4.5.1 冠梁设计 1
4.5.2 腰梁设计 1
4.6 本章小结 1
第5章 支护结构稳定性验算 1
5.1内部稳定性验算 1
5.1.1基本参数 1
5.1.2第一次取圆心 1
5.1.3第二次取圆心 1
5.1.4第三次取圆心 1
5.1.5第四次取圆心 1
5.1.6第五次取圆心 1
5.2外部稳定性验算 1
5.2.1抗滑动稳定性验算 1
5.2.2抗倾覆稳定性验算 1
5.3坑底隆起验算 1
5.4桩锚结构深部破裂面稳定性验算 1
5.4.1第一层锚杆验算 1
5.4.2第二层锚杆验算 1
5.5本章小结 1
第6章 基坑降水设计 1
6.1井点设计计算 1
6.1.1确定渗透系数 1
6.1.2井点管埋设深度计算 1
6.1.3确定引用半径 1
6.1.4确定影响半径 1
6.1.5 基坑涌水量计算 1
6.1.6 根井点出水量 1
6.1.7 井点数量及间距计算 1
6.1.8 基坑降水验算 1
6.2 止水帷幕的设置 1
6.3 回灌系统的布置 1
6.4 本章小结 1
第7章 基坑监测方案设计 1
7.1 土锚和土钉的验收与监测 1
7.2 桩顶水平位移监测 1
7.3 邻近建筑物、管线沉降变形监测 1
7.4 应急方案 1
7.5 本章小节 1
结论 1
参考文献 1
致谢 1

第1章 绪 论

1.1 选题的目的和意义
1.1.1 选题的目的
基坑为房屋建筑、市政工程或地下建筑物在施工时需开挖的地坑。为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填，包括勘察、设计、施工和监测等，称为基坑工程。保证基坑四周的土体的稳定性，同时满足地下室施工有足够空间的要求，这是土方开挖和地下室施工的必要条件，保证基坑四周相邻建筑物和地下管线等设施在基坑支护和地下室施工期间不受损害。即坑壁土体的变形，包括地面和地下土体的垂直和水平位移要控制在允许范围内，通过截水、降水、排水等措施，保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。基坑支护工程包含挡土、支护、降水、挖土等许多紧密联系的环节，如其中某一环节失效，将会导致整个工程的失败。
1.1.2 选题的意义
由于城市高层建筑的迅速发展，地下停车场、高层建筑埋深、人防等各种需要，高层建筑需要建设一定的地下室。近几年，由于城市地铁工程的迅速发展地铁车站、局部区间明挖等也涉及大量的基坑工程，在双线交叉的地铁车站，基坑深达20-30m。水利、电力也存在着地下厂房、地下泵房的基坑开挖问题。无论是高层建筑还是地铁的深基坑工程，由于都是在城市中进行开挖，基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容，要保护其周边构筑物的安全使用。而一般的基坑支护大多又是临时结构、投资太大也易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此，如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。
随着基坑规模向大面积、大深度方向发展，大量的工程建设和复杂多变的工 程环境以及市场竞争机制的引入，给深基坑工程开挖与支护新技术的应用提供看广阔的舞台，富于创新精神的广大工程建设者在工程实践中不断探索和应用新的深基坑开挖与支护技术。
1.2 课题研究现状

1.2.1 国外基坑工程的研究现状
随着大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现,对基坑工程的要求越来越高,出现的问题也越来越多,所以促使工程技术人员以新的眼光去审视这一古老课题,在结合新兴科技手段和理论辅助的情况下,许多新的经验和理论的研究方法得以出现、发展和成熟。基坑工程的主要特点随着城市建设中高层、超高层建筑的大量出现,深基坑工程越来越多,特别是步入二十一世纪以来,基坑工程问题已经成为我国建筑工程界的热点问题之一。基坑工程数量、规模、分布急剧增加,主要特点如下,基坑工程是与众多因素相关的综合技术,如场地勘察,基坑设计、施工、监测,现场管理,相邻场地施工的相互影响等。建筑趋向高层化,基坑工程正向大深度、大面积方向发展,有的长度和宽度多达百余米,给支撑系统带来较大的难度。基坑工程经常在已建或在建的、密集的或紧靠重要市政设施的建筑群中施工,场地狭窄,邻近常有必须保护的永久性建筑和市政公用设施,不能放坡开挖,对基坑稳定和位移控制的要求很严。相邻场地的基坑施工,其打桩、降水、挖土等各施工环节都会产生相互影响与制约,增加协调工作的难度。工程地质条深基坑工程在国外称为“深开挖工程”，这比称之为“深基坑”更合适。因为为了设置建筑物的地下室需开挖深基坑，这只是深基坑开挖的一种类型。深开挖还包括为了埋设各种地下设施而必须进行的深层开挖。
基坑工程是一项古老的工程技术，又是一门新兴的应用学科。纵观古今，博览中外，作为基坑工程主要内容的工程地质以及岩土力学与基础工程，虽说作为—门单项学科是近六七十年间的事，但它作为一项工程技术早已不自今日始。20世纪20年代，K．Terzaghi的《土力学》和《工程地质学》的先后问世，标志着本学科走向系统和成型，带动了各国学者和工程技术人员对本门学科和技术的各个方面的探索、深入与提高。20世纪40年代 Terzaghi 和 Peck 等人就提出了预估挖土方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法。这一理论原理一直沿用至今，只不过有了许多改进和修正。50年代 Bjerrum 和 Eide 给出了分析深基坑底板隆起的方法。60年代开始在奥斯陆和墨西哥城软黏土深基坑中使用了仪器进行监测，此后的大量实测资料提高了预测的准确性，并从70年代起产生了相应的指导开挖的法规。
随着城市建设的发展，愈益要求开发三维城市空间。目前各类用途的地下空间已
在世界各大城市中得到开发利用，诸如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下停车库、地下街道、地下商场、地下医院、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等。国外著名的地下工程有法国巴黎中央商场、美国明尼苏达大学土木工程系的办公大楼和实验室、日本东京八重洲地下街等。
目前，随着科技的发展，特别是电子计算机的广泛应用，极大地推动了岩土工程
界的发展(其中深基坑工程也不例外)，各种新的设计计算理论和先进的测试技术不断地被用到建筑基坑工程中，室内外的调查和测试正在实现着半自动化和自动化，有效地减轻了劳动，提高了效率；岩土工程中非线性计算和数值分析方法得以具体操作和实现，促进了岩土工程关系和计算从线性向非线性这一质变的过渡；而岩土工程监测技术(包括测试手段、方法与工具)的进步，加速了基坑工程中信息化施工的推行，反过来又迅速提高了人们对基坑工程设计方法和理论的认识，建筑基坑工程的设计原则正从强度破坏极限状态向着变形极限状态控制发展。目前有一部分内容正试行向着概率极限状态(可靠性设计方法)控制的新的方向发展，以便尽早与已经按照可靠性原则进行设计的上部结构设计方法相匹配。近年来，大、重型机械制造技术，特别是美国、日本及欧洲发达国家的大功率、强动力施工机械和大型静动态测试仪器的问世，更加推动了基坑工程理论与技术的迅速发展；而在法国、意大利、日本等国率先使用的新的基础施工法(如SMW工法等)的相继问世，又极大地发展了软土开挖与围护的技术。
1.2.2 我国基坑工程的研究现状
基坑工程的发展是一种新的支护型式的出现带动新的分析方法的产生，并遵循实践，认识，再实践，再认识的规律而逐渐趋向成熟。我国70年代以前的基坑都比较浅，上海的高层建筑的地下室大多埋深在4m左右。北京在70年代初建成了深20m的地下铁道区间车站。80年代后，北京、上海、广东、天津以及其他城市施工的深基坑陆续增加，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。进入90年代，我国的高层建筑迅猛发展，同时各地还兴建了许多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m的比比皆是。为总结各地积累的深基坑设计和施工的经验，中国土木工程学会和中国建筑学会的土力学和基础工程学会，相继召开过多次全国和地方的深基坑学术会议，并出版有关论文集。为了总结我国深基坑支护设计和施工经验，90年代后相继在武汉市、广东省及上海市等编制了深基坑支护设计与施工的有关法规，并已编制了国家行业标准的有关法规。但我国贯彻执行改革开放政策以来所形成的开放大市场和与国际接轨的外向型运作，使我国的基坑工程领域的发展形成了东西方模式并存的独特格局，而在技术进步和发展上，又存在着地域上的不平衡。
随着改革开放和经济建设高潮的兴起，许多城市新建和进行改建、扩建，特别是近年在沿海开放城市中高层建筑的大量兴建或地下空间的逐渐开发和利用，基坑工程的设计和施工技术的开发和实践，形成了近年国内岩土工程建设项目的热点。多种形式的围护结构，如排桩挡土、排桩与水泥土复合围护、水泥土搅拌桩支挡、引进的SMW
工法以及地下连续墙等，已经逐步打破了以前单一的板桩(钢板桩、混凝土板桩等)
围护的模式而形成了多样化格局，呈现出前所未有的技术发展与更新的势头。
1.3 工程概况
拟建天山大厦工程位于上海市中心世纪大道与中山路交叉口。西临诚挚公园，北侧为住宅楼。拟建建筑物地面以上13层，地下2层，总建筑面积56563m2，建筑±0.00相当于绝对标高27.45m，整平后地面标高为28m，其它标高均以此为准，地下室负二层底板顶标高为-8.45m，基坑开挖深度为9m，框架结构。
1.4 基坑周边环境条件
基坑的东、南两侧分别紧邻宏光路和尚远路，道路下面埋设了大量密集的市政、店里、电信和煤气等管道。基坑的西侧为诚挚公园，公园内有大量珍惜植被，每天有大量游人在园内游玩，北侧有一幢八层桩基础住宅楼距离基坑7m。
表1.1 场地土体情况一览表

序号
类别
（名称）
厚度
h(m)
重度
γ(kN/m3)
含水率
ω(%)
土粒重度γs
饱和重度γsat
渗透系数
k(m/d)
内摩擦角
φk(°)
黏聚力
C (kPa)
压缩模量
Es(MPa)
1
杂填土
2
16

19.8
31.0
3.02
9
10
5.15
2
粉土
3
17.5
29
26.5
17.6
2.98
12
7
6.27
3
淤泥质土～淤泥
7
17.5
50.2
27.5
18
2.85
25
14
5.41
4
粉质粘土
5
18.1
41
27.4
17.5
2.03
29
16
5.47

1.5 工程水文地质条件
在基坑支护影响范围内，自上而下有下列土层：
第1层土为杂填土：灰色，稍密，主要由碎石、碎砖、建筑垃圾组成，硬质含量30-60%,填龄大于5年。
第2层土为粉土：黄褐色，可塑～硬塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，含铁锰结核及灰色高岭土团块。
第3层土为淤泥质粘土～淤泥：灰色，流塑，含腐植物，稍有光泽，无摇震反应，干
强度低，韧性低。
第4层土为粉质粘土：黄褐色，可塑，局部软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。
其中，地下水埋深为2.0m。

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第2章 基坑支护方案选择及确定

2.1 支护体系的组成
建筑基坑支护结构通常分为桩(墙)式支护体系和重力式支护体系两大类，根据不同的工程类型和具体情况，这两大类可分成多种支护结构形式，如表2.1所示。
表2.1 基坑工程支护结构类型及其特点
类型
形式
特 点
板桩式
钢板桩
钢板桩系工厂成品、强度、品质、接缝精度等质量保证，可靠性高；
具有耐久性，可回拔修正再使用；
与多道刚支撑结合，适合软土地区的较深基坑；
施工方便、工期短；
施工中需注意接头防水，以防止接缝水土流失所引起的地层塌陷及失稳问题；
钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小，开挖后挠度变形较大；
打拔桩振动噪声大、容易引起土体移动，导致周围地基较大沉陷
预制
混凝
土板桩
施工方便、快捷、造价低、工期短；
可与主体结构结合；
打桩振动及挤土对周围环境影响较大，不适合在建筑密集城市市区使用；
接头防水性差；
不适合在硬土层中施工
自立式
水泥土
挡墙
水泥土搅拌桩
适合软土地区，环境保护要求不高，深度不大于7米的基坑工程；
施工低噪声，低振动，结构止水性较好，造价经济；
维护挡墙较宽，一般需占用3-4m，需占用基地红线内一部分面积
高压
旋喷
桩挡墙
适合软土地区，环境保护要求不高，深度不大于7米的基坑工程；
施工低噪声，低振动，对周围环境影响小，止水性好；
如作自立式水泥土挡墙，墙体较厚需占用基坑红先内一部分面积；
施工需作排污处理，工艺复杂，造价高；
作为维护结构的止水加固措施，旋喷桩深度可达30m
续上表
组合式
SMW
工法
施工低噪声、对周围环境影响小；
结构止水性好，结构强度可靠，适合于各种土层，配以多道支撑，可适合于深基坑；
此施工方法在一定条件下可取代作为维护的地下连续墙，具有较大发展前景
柱列式
钻孔
灌注桩
噪声和振动小，就地浇制施工，对周围环境影响小；
适合软弱地层使用，接头防水性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩、旋喷桩等方法中选用适当方法解决防水问题；
在砂层和卵石中施工慎用；
整体刚度较差，不适合兼作主体结构；
桩质量取决于施工工艺及施工技术水平，施工时需作排污处理
挖孔灌注桩
土层施工方便、造价较低廉、成桩质量容易保证；
施工、劳动保护条件较差；
不能用于地下水以下不稳定地
放坡
土钉墙
土钉墙是一种原位土中的加筋技术，可以边开挖边支护，流水作业，不占独立工期，施工快捷；
设备简单，操作方便，施工所需场地小。材料用量小，经济效果好；
土体位移小，采用信息化施工。
地下连
续墙

施工噪声底，振动小，就地浇制，墙接头止水效果较好，整体刚度大，对周围环境影响小；
适合于软弱地层和建筑设施密集城市市区的深基坑；
墙接头构造有刚性和柔性两种类型，并有多种形式，高质量的刚性接头的地下连续墙可作永久性结构；还可施工成T型、∏型等，以增加抗弯刚度作自立式结构；
施工的基坑范围可达基地红线，可提高基地建筑物的使用面积，若建筑物工期紧、施工场地小，可将地下连续墙作主体结构并可采用逆作法、半逆作法施工；

2.2 支护方案的比较
本工程地下水位较高，基坑开挖深度为9.0米，且北侧由于距离建筑物较近，根

据我国目前基坑工程中所取得的经验，其围护结构可选择以下几种方案：
方按1：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设二至三道内支撑；
方案2：对于要求维护结构作永久结构的，则可采用设支撑的地下连续墙；
方案3：环境条件允许时，可打设钢板桩，设三至四道支撑；
方案4：可应用SMW工法；
方案5：对于较长的排管工程，可采用打设钢板桩，设3-4道支撑，或灌注桩后加必要的降水帷幕，设3-4道支撑；
方案6：灌注桩加锚杆；
方案7：桩墙合一地下室逆作法。
由于本工程北侧离建筑物较近，故围护结构可考虑的方案有：方案1、方案2、方案6、方案7。
表2.2是这四种方案的比较：
表2.2 基坑支护方案比较
方案名称
灌注桩加止水幕
（或降排水）和内支撑
地下连续墙
加内支撑
灌注桩加止水帷幕
（或降排水）锚杆
桩墙合一地
下室逆作法
整体性能
较好
好
一般
较好
抗渗性
较好
好
较好
差
对环境的影响
小
小
较小
较小
施工工期
一般
较短
一般
短
造价
一般
高
一般
一般
其他特点
受力性能好
可以贴近施
工，工效高
地下结构
施工方便
节约支撑
费用
由于地下连续墙施工的造价较高，从经济的角度考虑，方案2是不可取的；由于此工程地下水位较高，用方案7不能达到止水的效果，因此方案7也不可取。方案1，北侧由于距离建筑物较近，因此可以采用灌注桩作为受力结构，旋喷桩止水，加二至三道内支撑，但是由于公园里有大量的珍惜植被和游人，因此也要用灌注桩，公园侧和建筑物侧同一水平上的支撑受力大小不一致，这会增加造价。因此采用灌注桩加止水帷幕（或降水）和内支撑也不是很好的方法。
方案6为灌注桩加止水帷幕（或降排水）和锚杆，其有特点如下：
1﹑灌注桩作受力结构，旋喷桩止水；
2﹑施工噪声低，施工方便，造价经济，止水效果好；
3﹑地下结构施工方便。
灌注桩做受力结构，深层搅拌桩止水，沿灌注桩竖向设数道适量的锚杆作为支撑，这种组合式结构如因地制宜，可取得较好的技术经济效果。
2.3 支护方案的确定
根据以上支护方案的比较，结合该场地实际的地质条件，综合分析：在靠近建筑物和公园的基坑两侧采用灌注桩加桩锚支护结构；在靠近马路的基坑两侧采用土钉墙支护结构。
2.4 本章小结
本章的主要内容是基坑支护方案的比选，通过比较各种基坑支护方案的各自的优缺点，最终确定哪一种基坑支护方案应用于本设计。并且在本章中对各种基坑支护方案进行了一定的总结概述，能使基坑的各种支护形式更加清晰明了。

第3章 基坑靠近马路侧支护结构的设计与计算

此侧为靠近马路与公园一侧，地面荷载相对很小，并且距离马路还有一段距离，几乎对马路不产生影响，从经济性考虑，土钉墙的的特点有为突出，故靠近马路一侧采用土钉墙支护结构，设计计算如图3.1。
3.1土钉参数及布置
土钉水平倾角73.3°，即按1∶0.3放坡。土钉与水平面的倾角α取15°，土钉竖直间距Sy=1.5m，水平间距取Sx=1.5m，机械成孔，取孔径130mm。具体见图3.1。

3.1土钉计算简图
3.2 土钉墙结构计算
3.2.1土钉处主动土压力计算：
第一点最大主动土压力

=（10+16×1.5）×0.729—2×10×0.854
=7.706kpa
第二点最大主动土压力

=（10+16×2+17.6×1）×0.655－2×7×0.809
=27.712kpa
表3.1 主被动土压力系数表

1
0.729
0.854

2
0.655
0.809
1.525
1.235
3
0.406
0.637
2.464
1.570
4
0.347
0.589
2.882
1.698

第三点最大主动土压力

=（10＋16×2＋17.6×2.5）×0.655－2×7×0.809
=45.0kpa
第四点最大主动土压力

=（10＋16×2＋17.6×3＋18）×0.406－2×14×0.637
=27.96kpa
第五点最大主动土压力

=（10＋16×2＋17.6×3＋18×4）×0.406－2×14×0.637
=49.88kpa
3.2.2土钉设计
ζ=／ （3.1）
β是土钉墙坡面与水平面夹角为73.3°（坡度1:0.3）。
本设计中取土钉所在土层加权平均值
=+3=10.8°
=12°
=+7=21.1°
=25°
ζ1= ／
=
=0.719
ζ2=／
=∕
=0.71
ζ3=／

=∕
=0.652
ζ4=／
=∕
=0.624
ζ5=／
=∕
=0.624
3.2.3受拉荷载标准值计算
T= （3.2）
式中：ζ—荷载折减系数；
eai—第i个土钉位置处的基坑水平荷载标准值（kpa）；
sxsy—土钉与相邻土钉的平均水平垂直间距（m）；
α—土钉与水平面的夹角。
T1=
=0.719×7.706×1.5×1.5∕cos15°=12.91kN
T2=
=0.71×27.712×1.5×1.5∕cos15°=45.84kN
T3=
=0.652×45.004×1.5×1.5∕cos15°=68.37kN
T4=
=0.624×27.96×1.5×1.5∕cos15°=40.65kN
T5=
=0.624×49.88×1.5×1.5∕cos15°=72.496kN
3.2.4土钉受拉承载力设计值计算
土钉受拉承载力设计值计算按以下公式计算
Tuj≥1.25γ0Ti
取临介 Tuj=1.25γ0Ti （3.3）
式中： Ti—第i根土钉受拉荷载标准值（kN）；
Tuj—第i根土钉受拉承载力设计值（kN）；
γ0—基坑侧壁重要性系数取1.0。
Tu1=1.25γ0T1=1.25×1.0×12.91=16.14kN
Tu2=1.25γ0T2=1.25×1.0×45.84=57.3kN
Tu3=1.25γ0T3=1.25×1.0×68.37=85.46kN
Tu4=1.25γ0T4=1.25×1.0×40.65=50.81kN
Tu5=1.25γ0T5=1.25×1.0×72.496=90.62kN
3.2.5土钉锚固段长度计算
土钉长度按以下公式计算
（3.4）
式中： γs—土钉受拉抗力分项系数取1.3；
duj—第j根土钉锚固体直径（m）；
qsi—土钉穿越第i层土体与锚固体极限摩阻力标准取值。
查表得 qsik=70kpa qsik=30kpa
qsik=30kpa qsik=30kpa
li—第i根土钉在直线破裂面处穿越第i稳定土体内的长度（m）。

3.2.6土钉自由段长度计算
自由段长度按以下公式计算
（3.5）
式中：Lfi—第i排土钉自由段长度；
H—基坑深度（m）；
Β —土钉墙坡面与水平面的夹角取73.3°；
Α —土钉与水平面的倾角α取15°；
Zi —第i排土钉到地面的距离（m）。
1、第一排土钉自由段长度计算 zi=1.5m

=4.5m
第一排土钉长度：
L1=l1+lf1=0.73+4.5=5.23m
2、第2排土钉自由段长度计算 Z2=3m

=3.6m
第2排土钉长度
L2=l2+lf2=6.08+3.6=9.68m
3、第3排土钉自由段长度计算 Z3=4.5m

=2.7m
第3排土钉长度
L3=l3+lf3=9.07+2.7=11.77m
4、第4排土钉自由段长度计算 Z4=6m

=1.8m
第4排土钉长度
L4=l4+lf4=5.39+1.8=7.19m
5、第5排土钉自由段长度计算 Z5=7.5

=0.89m
第5排土钉长度
L5=l5+lf5=0.89+9.62=10.51m
3.2.7土钉配筋计算
土钉杆体的钢筋直径计算按以下公式计算
（3.6）
式中：As —钢筋截面面积（mm2）；
fyk —普通钢筋抗拉强度标准值（N／mm2）；
Tmax—土钉受拉承载力设计值最大值（N）；
K—土钉抗拔力安全系数 取1.3。
=1.3×90.62×103／400=294.515mm2
选取Ⅱ级钢筋HRB400，直径为25mm ， As=294.515mm2；
面层混凝土厚度取100mm，加强筋取 HRB335级钢筋φ14，钢筋网采用φ8@150。
3.3 本章小结
本章中主要对采用的土钉墙支护结构进行了计算，并且确定了土钉的长度﹑半径﹑形式，以及最终的配筋。本设计中土钉墙的支护方式采用在了靠公园与靠马路的两侧，公园与马路两侧均都有较大的流动荷载，相比较之下土钉墙更适用于在这种环境下。

第4章 基坑靠建筑物侧支护结构的设计与计算

设计中考虑到靠近建筑物一侧地面荷载较大，并且基坑和建筑物之间的距离很近，为了尽量减小基坑开挖过程中对建筑物的影响，故建筑物侧采用桩锚支护结构，这种支护结构不尽能够应对地面的较大荷载而且对空竹变形效果良好。设计计算如下。
4.1 荷载计算
该侧楼房为8层建筑物，上部结构高度H=8×3=24m，基础埋置深度为h=24×1/15=1.6，本设计中取埋深为1.8m，上部荷载为P=14×8=112kpa，取120kPa，取一延米为研究对象，则建筑为尺寸b×l=1m×10m。
4.2基坑支护结构计算
图4.1第一阶段开挖简图。
Pa=Kai×σa﹣2Ci× (4.3)
Pp=Kpi×σp﹢2Ci× (4.4)
4.2.1第一阶段开挖3m
计算简图如图4.1。
由公式4.3和4.4可得：
1、 主动土压力计算

Pa1上=γ1H1ka1-2C1=23.328-17.08=6.248kpa
Pa1下=γ1H1ka2-2C2=20.96-11.326=9.634kpa
Pa2上=（γ1H1+γsat2)ka2-2C2=32.488-11.326=21.162kpa
Pa3上=Pa2上=21.162kpa
Pa3下=（γ1H1+γsat2）ka3-2C3=20.14-17.836=2.304kpa
Pa4上=Pa3下=2.304kpa
2﹑被动土压力计算
Pp2=2C2=17.29kpa
Pp3上=2γ2kp2+2C2=53.375+17.29=70.665kpa
Pp3下=2γ2kp3+2C3=86.24+43.96=130.2kpa
Pp4上=（2γ2+3.8γ3）kp3+2C3=250.096+43.96=206.136kpa

图4.1 第一阶段开挖简图
3﹑静土压力计算
P2 =Pa2下-Pp2=21.162-17.29=3.872kpa
P3上=Pa3上-Pp3上=21.162-70.665=-49.503kpa
P3下=Pa3下-Pp3下=2.304-130.2=-127.896kpa
P4上=Pa4上-Pp4上=2.304-206.136=-203.832kpa
根据图4.2中几何关系可得

图4.2 主动土压力简图
17.08／6.248=x／2-x x=1.464
2-x=0.536
基坑第一次开挖面一下土压力零点位置如图4.3。

图4.3 静土压力简图

3.872／49.503=d／2-d
d=0.139
2-d=1.861
4、第一次开挖阶段最大弯矩值Mmax1为：
Mmax1=E1·（·0.536+1+0.139+1.116）+E2·（0.5·1+0.139+1.116）+E3·（·1+0.139+1.116）+0.5·3.872·0.139·（×0.139+1.116）-0.5Pt·t·1／3t
=1.674×2.43+9.634×1.894+5.764×1.588+0.269×1.209-17.347×0.372
=4.068+18.247+9.153+0.325-6.453
=25.34kN·m
假设弯矩最大值作用位置在第二土层中。距反弯点以下t处开挖面以上主动土压力合力。
E=E1+E2+E3
=0.5×6.248×0.536+0.5×9.634×1+0.5×(21.162-9.634)×1
=1.674+9.634+5.746=17.072KN
根据几何关系
Pt／3.872=t／d Pt=3.872·t／d=27.856t
故E+0.5·3.872·d=0.5Pt·t
17.072+0.269=0.5Pt·t
17.341=0.5·27.856t2
t2=1.245 t=1.116
Pt=27.85t=31.087kN
由于本工程开挖深度为9m，因此对于第一阶段开挖3m深度时，嵌固深度必然满足要求。可以不验算。
4.2.2第二阶段挖土深度为6m。
并在开挖的第一阶段深度3m处设立锚杆。计算简图如图4.4。
楼房的附加应力扩散计算
(4.5)
由公式4.5可得：
p＇=p0b／（b+2z）=120×10／（10+14）=50kpa
根据扩散原理，根据几何关系可知，在地面以下8.8m至22m处收到楼房附加应力作用影响。
由公式4.3和4.4可得：
1﹑主动土压力计算
Pa0=-2C1=-17.08kpa
Pa1上=γ1H1ka1-2C1=23.328-17.08=6.248kpa
Pa1下=γ1H1ka2-2C2=20.96-11.326=9.634kpa
Pa2上=（γ1H1+3γsat2）ka2-2C2=44.016-11.326=32.69kpa
Pa2下=（γ1H1+3γsat2）ka3-2C3=34.43-17.836=16.594kpa
Pa3上=（γ1H1+3γsat2+γsat3）ka3-2C3=41.7368-17.836=23.9kpa
Pa3下=Pa3上=23.9kpa
Pa4上=Pa3下=23.9kpa
Pa