[河南]武警辦公樓基坑支護(hù)及降水研發(fā)設(shè)計

1、緒 論80年代以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷的增加隨著建筑高 度的增加，根據(jù)構(gòu)造要求與使用要求，基礎(chǔ)的埋深也隨之不斷的增加。為確?；A(chǔ) 工程的安全施工，及其周邊建筑物的安全，須對因基礎(chǔ)施工的要求而開挖的基坑進(jìn) 行有效的支護(hù)。建筑物的基坑支護(hù)設(shè)計是一門從實踐中發(fā)展起來的技術(shù)。隨著我國建設(shè)的發(fā)展，基坑支護(hù)技術(shù)有了較大的提高，出現(xiàn)了很多基坑支護(hù)型式。目前常用的基坑支護(hù)結(jié) 構(gòu)型式主要有以下幾種：（1）放坡開挖及簡易圍護(hù)結(jié)構(gòu)；（2）懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)；（3）重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)；（4）內(nèi)撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)；（5）拉錨式維護(hù)結(jié)構(gòu)；（6）土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)；（7）其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)。同時，隨著基坑支護(hù)工程的發(fā)展，基坑

2、支護(hù)設(shè)計理論也有很大的提高。初期的 設(shè)計理論主要基于擋土墻設(shè)計理論。對于懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)朗肯土壓力計算方 法確定墻土之間的土壓力，也就是支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用荷載及反作用力按主動土壓力 與被動土壓力分布考慮，以此按靜力方法計算出擋土結(jié)構(gòu)內(nèi)力。對于支點結(jié)構(gòu)，則 采用等值梁法計算支點力及結(jié)構(gòu)內(nèi)力。由于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與一般的擋土墻受力機(jī)理 的不同，按經(jīng)典方法（極限平衡法或等值梁）計算結(jié)果與支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力實測結(jié)果相 比，在大部分情況下偏大，且難以支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。隨著電子計算機(jī)運用的普及，彈性地基梁法（“c”法、“ k”法、“ m”法）及將圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體一并離散的有限元法，在擋土結(jié)構(gòu)分析中日漸受到工程界的重視

3、。 他們能夠考慮支擋結(jié)構(gòu)的平衡條件和結(jié)構(gòu)與土的變形協(xié)調(diào)，并可有效地計入開挖過 程中的多種因素的影響。同時從支擋結(jié)構(gòu)的水平位移可以初步的估計開挖對鄰近建 筑物的影響程度。但是這兩種方法仍然存在一定的缺陷：（1）未能考慮地下水的存在與滲透效應(yīng)，和水土合算法一樣，不能反應(yīng)水位高低的區(qū)別；（2）采用有限元法時，究竟選用何種本構(gòu)關(guān)系或計算模型，土的參數(shù)如何確定，以及塑性區(qū)范圍和穩(wěn) 定性之間定量關(guān)系缺乏經(jīng)驗；（3）采用彈性地基梁法時，計算參數(shù)難以確定，現(xiàn)有的文獻(xiàn)提供的范圍，大小差別很大，其準(zhǔn)確度還缺乏實測資料驗證。另外，彈性地 基梁法只能計算變形，基本上沒有考慮土的強(qiáng)度問題。因此，無法直接確定圍護(hù)墻 的必

4、要入土深度。盡管彈性地基梁法與有限元法的理論不是很完善，但是和經(jīng)典方法相比，還是 有很大的優(yōu)越性，在顯示的基坑支護(hù)的設(shè)計中仍然廣泛的使用。工程實踐表明，大大小小的基坑工程事故大多與地下水有關(guān)。在其基坑開挖期間，一些最壞的情況都是出現(xiàn)在地下水以下，它不僅使工作條件變得惡劣，且易造 成管涌、基底隆起，甚至造成周邊建筑物的沉降、傾斜、裂縫、倒塌等嚴(yán)重的工程 事故。因此，基坑工程必須對地下水進(jìn)行有效控制。其目的是：獲得基坑開挖的 干作業(yè)空間；保證基坑邊坡和底板的穩(wěn)定性；保證鄰近的建筑物的正常的使用。目前，防滲隔離和降、排是地下水處理的主要方法。因此，地下水處理的好壞，是 決定基坑工程成敗的重要因素。擬

5、建武警XX邊防總隊辦公樓位于鄭州市金水路東部武警邊防總隊院內(nèi)。擬建辦公樓地上9層，地下1層，裙樓地上2層，地下1層，地下車庫均為停車場。該基 坑深約5.7m，地下水位埋深 1.5m。該基坑由于其特殊的場地和周邊的環(huán)境條件，基坑的南、北兩側(cè)必須豎直開挖，而東、西兩側(cè)的上部可以適當(dāng)?shù)姆牌?，下部須采用豎直開挖。同時結(jié)合該場地的工 程地質(zhì)條件，確定該基坑的東西兩側(cè)和北側(cè)食堂段采用土釘墻支護(hù)，在基坑的南側(cè) 和基坑北側(cè)辦公樓段采用樁錨支護(hù)。由于該場地地下水位埋藏較淺，對基坑支護(hù)和 開挖影響較大，故須進(jìn)行基坑降水。結(jié)合該場地的水文地質(zhì)條件，本基坑采用噴射 井點降水的方法。同時考慮到基坑的降水會給基坑周邊的建

6、筑物和地下管線的正常 使用帶來不利的影響，故在基坑的周邊設(shè)置了閉合豎向止水帷幕以及采取了相應(yīng)的 回灌措施。本設(shè)計主要設(shè)計依據(jù)：(1)黃河勘測規(guī)劃有限公司的xx省公安邊防總隊辦公樓巖土工程勘察報告2004.3(2) 建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程(JGJ120- 99)(3) 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GBJ5007 - 2001)(4) 土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范(CESC22: 90)(5) 錨桿噴射混凝土技術(shù)規(guī)范(GBJ86- 85)(6) 建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范(JGJ/T111 98)第一章工程概況及場地地質(zhì)條件第一節(jié)工程概況擬建武警XX省邊防總隊辦公樓位于鄭州市金水路東部武警邊防總隊院內(nèi)，金水路與

7、107國道交叉口南西部。擬建辦公樓地上 9層，地下2層；裙樓地上2層，地 下1層，地下車庫均為停車場。該基坑深度為自然地坪向下5.7m （室內(nèi)外高差為21.60m）?；哟笾鲁书L方形，開挖面積約為 3000m。第二節(jié)場地工程地質(zhì)條件1.2.1 場地地形、地貌擬建工程場地位于鄭州市金水路東部武警邊防總隊院內(nèi)金水路與107國道交叉口南西部。東鄰107國道。地貌單元屬于黃河泛濫沖積平原。在構(gòu)造上屬華北凹陷 西南部邊緣地帶。場地多為混凝土地面，局部為花壇或噴水池，噴水池為平底，深 度較淺，地面標(biāo)高 92.492.5m,地形平坦。1.2.2 土層分布根據(jù)場地野外鉆探和原位測試結(jié)果，35m深度內(nèi)所揭露土層

8、均由第四系堆積物組成。在垂直方向35m范圍內(nèi)分布有2套地層，地表02.2m為雜填土 （Qm） ,2.2 35m左右為第四系全新統(tǒng)沖積物（Qal）,按地層的成因類型、巖性及工程地質(zhì)特性將其劃分為12個工程地質(zhì)單元層。場區(qū)地層空間野外特征情況見表1- 1:表1-1場區(qū)地層空間野外特征表地層編號時代成因巖土名稱層厚m層底埋深m濕度壓縮性空間分布巖性描述Qml填土1.80 2.20場區(qū)普遍分布地表為混凝土表面，以 下為建筑垃圾，底部為 灰褐色有機(jī)質(zhì)黏土。Qal粉土16.0 2.20濕中在場區(qū)分布連續(xù)暗黃褐黃色，稍密， 干強(qiáng)度，韌性低，質(zhì)純 含鐵質(zhì)氧化物。Qal粉土 夾粉 質(zhì)粘 土1.60 2.405.

9、8（6.10濕高場區(qū)普遍分布暗黃褐黃色，稍密， 干強(qiáng)度，韌性低，局部 稍具粘性并夾可塑狀粉 質(zhì)粘土薄層。Q4al粉土1.50 2.20濕中分布連續(xù)暗黃灰黃色，中密， 干強(qiáng)度，韌性低，含白 色田螺碎片，局部夾雜 灰色粉質(zhì)粘土薄層。Qal粉土2.60 3.3010.5010.90濕中場區(qū)普遍 分布，場 地北部較 厚灰色，中密，干強(qiáng)度， 韌性低，含鈣質(zhì)結(jié)合及 白色蝸牛殼碎片，夾灰 色可塑狀粉質(zhì)粘土薄 層。Q4al粉質(zhì)粘土1.30 1.60高場區(qū)普遍分布灰色，可塑狀，干強(qiáng)度， 韌性中等，含白色田螺 碎片，含少量的有機(jī)質(zhì)、 植物殘骸。Qal粉土0.80 1.80濕中場區(qū)普遍分布灰色，密實，干強(qiáng)度， 韌性

10、低，偶含小鈣質(zhì)結(jié) 核及白色蝸牛殼碎片， 夾灰色可塑狀粉質(zhì)粘土 薄層。alQ粉質(zhì)粘土2.10 2.7015.7(16.20濕高場區(qū)普遍分布灰深灰色，可塑狀， 干強(qiáng)度，韌性中等，含 白色田螺碎片，含少量 的有機(jī)質(zhì)、植物殘骸。Qal粉土1.20 1.6017.0(17.50濕中場區(qū)普遍分布灰深灰色，可塑狀， 偶含小鈣質(zhì)結(jié)核及白色 蝸牛殼碎片。Qal粉質(zhì)粘土1.20 1.6018.6(18.80濕中場區(qū)普遍分布灰色，可塑狀，干強(qiáng)度， 韌性高等，含白色田螺 碎片，含少量的有機(jī)質(zhì)、 植物殘骸。11Qal粉土1.60 2.3020.3(21.00濕低場區(qū)普遍分布灰色，密實，干強(qiáng)度， 韌性低，含鈣質(zhì)結(jié)核及 白

11、色蝸牛殼碎片，多為 砂質(zhì)粉土，局部為粉砂。Qal粉細(xì)砂飽和低場區(qū)普遍分布淺灰色，底部為灰黃色， 密實狀，礦物成分為石 英、長石、云母，顆粒 較均勻，級配良好。根據(jù)黃河勘測規(guī)劃有限公司所提供的XX省公安邊防總隊辦公樓巖土工程勘察報告提供的數(shù)據(jù)，結(jié)合實際的工程實例，各土層的（基坑設(shè)計參數(shù)）力學(xué)參數(shù)的 取值如表1 2所示：表1 2各土層的基坑設(shè)計參數(shù)層號1厚度（m2.041.921.911.822.941.461.532.341.381.311.92一重度(kN/m3)1920.120.020.120.020.120.219.520.019.220.220.6f ak(kPa)一1109012014

12、0100160140180150180250C(kPa)8.0101515151815151520100亂° )151520202015201820152430不良地質(zhì)現(xiàn)象根據(jù)黃河勘測規(guī)劃有限公司所提供的xx省公安邊防總隊辦公樓巖土工程勘察報告，本場地?zé)o不良地質(zhì)現(xiàn)象。第三節(jié)水文地質(zhì)條件地下水類型及特征根據(jù)黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司的xx省公安邊防總隊辦公樓巖土工程勘察報告（詳勘階段），擬建場地地下水含水層主要為粉土、粉砂、粉土為弱透水層，粉 細(xì)砂為中等透水層，地下水類型上部為上層滯水，下部為孔隙潛水，其補給來源主 要為大氣降水及地下徑流補給?？辈炱陂g擬建場地潛水地下水位埋深1.201.

13、30m ,雜填土中的地下水主要為上層滯水，其隔水層為雜填土底部的粘性土（魚塘底部），層中為孔隙潛水，平均水位埋深3.504.00m。歷史資料表明，歷史最高水位，地下水埋深約1.50 m,場地內(nèi)潛水主要受季節(jié)和人為活動影響，年變化幅度為1.50m左右。根據(jù)室內(nèi)水質(zhì)分析結(jié)果綜合判定：地下水對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均無腐蝕性。1.3.2 土層的滲透性由于該場地的地下水位較高，對基坑的開挖有著重要的影響，需要考慮基坑的 排、降水問題。黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司室內(nèi)對、層粉土作了相應(yīng) 的滲透試驗，實驗結(jié)果見（表 1 3）:表1 3各土層滲透試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表層號巖土名稱取樣編號取樣深度垂直滲透系數(shù)

14、K20（mcm/s粉土T02-23.5 3.82.70E-05T08-23.5 3.87.32E-05粉土T02-35.0 5.34.86E-05T08-34.5 4.82.98E-05粉土T02-46.0 6.36.49E-05T03-56.0 6.34.52E-05粉土T02-69.2 9.53.45E-05T03-78.0 8.38.97E-05考慮到取樣、運輸以及人為試驗誤差等因素，粉土的綜合系數(shù)取綜合值K=0.4m/d。第四節(jié) 場地地震效應(yīng)1.4.1 場地土類型和建筑場地類別根據(jù)勘察單位所提供的剪切波速實驗結(jié)果，據(jù)剪切波速試驗結(jié)果地表一下20米范圍內(nèi)等效剪切波速值為167m/s ,滿

15、足140m/s v Vsv 250m/s ,且場地覆蓋層厚度大于50m按建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2001)規(guī)定，工程場地土類型為中軟場地土，建筑場地類別為川類。場地土的液化判別本場地20m范圍內(nèi)為第四系全新統(tǒng)沖積物，根據(jù)勘察單位提供的各土層的標(biāo)準(zhǔn) 貫入試驗所取得的數(shù)據(jù)，綜合判定第層液化，縱向液化指數(shù)為1.812.52，液化等級輕微。其它土層有個別液化。綜合評價本場地為輕微液化場地?？拐鹪O(shè)防據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2001)及國家地震局 2001年出版的中國地震動參數(shù)(GB18306-2001),鄭州市設(shè)計地震分組為第一組，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15

16、g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45s。根據(jù)場地具體的工程地質(zhì)情況，對照建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2001 )相應(yīng)的條例(第條)，本場地為建設(shè)抗震不利地段。第章基坑支護(hù)設(shè)計第一節(jié)支護(hù)方案的選擇基坑工程周圍環(huán)境分析擬建工程基坑周邊環(huán)境非常復(fù)雜，北側(cè)已建5層辦公樓距基坑開挖線為 3.20m,食堂距基坑開挖線為 3.20m，南側(cè)2層建筑物距基坑開挖線為1.80m，其他側(cè)場地相對寬闊。根據(jù)基坑工程重要性分析，5層辦公樓、2層車庫、食堂地段為一級基坑，其他均為二級基坑?；舆吰路€(wěn)定性分析基礎(chǔ)施工時，需要根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行基坑開挖施工。為了使施工順利的進(jìn)行并 維護(hù)基坑及周邊建筑物的安全，必須對將要形成

17、的邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析判定，以 決定采取相應(yīng)的維護(hù)措施。由于場地條件的限制，沒有放坡的空間條件，其基坑只能豎直開挖。對該基坑 開挖形成的邊坡采用穩(wěn)定系數(shù)法對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析。公式如下：K晉（2 1）其中：K安全穩(wěn)定性系數(shù)；C土的內(nèi)粘聚力（kpa）；H基坑邊坡豎直高度（m ；土的天然重度，可以采用加權(quán)值；S 穩(wěn)定系數(shù)；由上式計算得：K=0.508。所求邊坡安全穩(wěn)定性系數(shù)遠(yuǎn)小于1.11.5，該邊坡是不穩(wěn)定的，必須對該基坑的邊坡進(jìn)行相應(yīng)的圍護(hù)。支護(hù)方案的選擇根據(jù)調(diào)查了解和收集的區(qū)域資料，目前常采用的基坑支護(hù)方式主要有：懸臂樁 支護(hù)結(jié)構(gòu)、樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)、重力式擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)等。幾種支護(hù)

18、方法的比較如下表 2-1 :表2-1基坑支護(hù)方案比較支護(hù)名稱適用范圍工程中優(yōu)缺點工程施工建議懸臂樁支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于土質(zhì)較好，開 挖深度不大的基坑。工期較短，造價較低， 但入土深度較大，且 基坑上部變形不易控 制?？梢栽诨?xùn)| 側(cè)與西側(cè)布置。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)除軟土地基外，在砂 土、粘性土地基中均 可以運用。對基坑壁變形的限制 嚴(yán)格有效，但工期較 長，造價較高，錨桿 占用坑內(nèi)空間?？梢栽诨拥?南側(cè)和北側(cè)布 置。重力式擋土墻 支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于基坑壁等級 為二、三級，開挖深 度不大的基坑。施工較為簡單。但水 泥土樁抗拉強(qiáng)度低， 受何載后變形較大， 且要單獨的占用工 期。建議在基坑?xùn)| 側(cè)和西側(cè)布置。土釘墻支護(hù)

19、結(jié)構(gòu)適用于基坑壁等級 為二、三級，開挖較 淺的基坑。不適用于 含水豐富的粉細(xì)砂、 砂礫石層、淤泥質(zhì)土 及其他飽和軟土層， 不適合用于對變形 有嚴(yán)格要求的基坑。施工速度快，用料省， 工程造價低，對周邊 環(huán)境影響較小。且變 形相對較小。建議在基坑的 東側(cè)、西側(cè)和基 坑北側(cè)食堂段地下連續(xù)墻對各種地質(zhì)條件的 適應(yīng)性都較強(qiáng)。采用逆作法可以縮減 基礎(chǔ)施工工期，但是 其施工的工序較為復(fù) 雜，且造價很高。本工程不宜采 用根據(jù)以上支護(hù)方案的比較，結(jié)合該場地實際的地質(zhì)條件，綜合分析：5層辦公樓、2層車庫地段為一級基坑，對基坑壁變形控制要求較高，故采用樁錨支護(hù)；食 堂和其他二級基坑地段可以采用土釘墻支護(hù)方式。其基坑

20、支護(hù)平面圖見附圖2。本設(shè)計重點對基坑北側(cè)辦公樓段支護(hù)方式和基坑西側(cè)支護(hù)方式分別進(jìn)行分析、 設(shè)計、計算。2.1.4 支護(hù)設(shè)計思路一、基坑北側(cè)辦公樓段支護(hù)（樁錨支護(hù)）設(shè)計思路：1. 由勘察報告和設(shè)計要求確定設(shè)計參數(shù)及地下水位；2. 計算支護(hù)樁的最小插入深度Dnin及各支點的反力 R ；3. 選擇樁長；4. 穩(wěn)定性計算（單獨進(jìn)行驗算）；5. 確定樁長；6. 計算最大的彎矩 Max；7. 支護(hù)樁的配筋計算；8. 錨桿的相關(guān)計算；9. 錨桿的布置平面圖。二、基坑西側(cè)支護(hù)（土釘墻）設(shè)計思路：1. 根據(jù)坡體的剖面尺寸、土的物理力學(xué)性能和和坡頂?shù)某d情況，計算潛在滑 動面的的位置和形狀；2. 初步確定土釘?shù)闹?/p>

21、徑、長度、傾角以及布置方式和間距；3. 驗算土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)外部穩(wěn)定性。第二節(jié)基坑支護(hù)設(shè)計計算本節(jié)分別介紹基坑北側(cè)辦公樓段樁錨支護(hù)和基坑西側(cè)土釘墻支護(hù)這兩種支護(hù)方 案的設(shè)計、計算。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析將在第三節(jié)詳細(xì)的介紹。樁錨支護(hù)設(shè)計計算基坑的北側(cè)辦公樓段采用樁錨支護(hù)。支護(hù)樁采用樁徑500mm的鉆孔灌注樁，樁間距為1.5m，樁頂設(shè)置鎖口梁，以加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。樁間土可以開挖掉，或 者采用短土釘加噴射混凝土進(jìn)行加固。設(shè)單層錨桿，離基坑頂2.5m處。具體的設(shè)計過程如下：一、土壓力計算1. 設(shè)計參數(shù)的確定根據(jù)勘察所提供的土層資料分析，按各土層性質(zhì)的異同可以將該場區(qū)土層大致 劃分為三層：雜填土

22、層、粉土層及粉細(xì)砂層。各土層的加權(quán)參數(shù)可以由下式求得：iHi、CiHi二（22a）C 二（2 2b）二 （2 2c）HiHii=1式中：i第i層土的重度（KN/m 3）；Ci第i層土的粘聚力（Kpa）；i 第i層土的內(nèi)摩擦角（）；Hi 第i層土的厚度（m）；n 土的層數(shù)；由上式算得各土層的參數(shù)見表2-2：表2-2各土層物理力學(xué)參數(shù)土層名稱厚度（m）重度 丫 ( KN/m 3)內(nèi)粘聚力C（ Kpa）內(nèi)摩擦角（°）雜填土2.0419.08.015粉土18.520.014.519粉細(xì)砂未見底20.60302.計算模型根據(jù)場地工程地質(zhì)資料結(jié)合選定的支護(hù)方案從而確定計算模型（見圖2-1 ）。該

23、側(cè)段基坑為豎直開挖。同時，取基坑頂面超載為15 KN/m2，附近建筑物荷載按每層15 KN/m 2計算。f T* W I . h.1L| / K 14/圖2-1基坑壁土壓力計算模型3土壓力計算本設(shè)計中采用朗肯土壓力計算公式計算土壓力。根據(jù)基礎(chǔ)工程學(xué)，第i層土主動土壓力計算公式為：R = qKai(2 3a)其中：j 第i層土的重度（KN/m 3）；Ci第i層土的粘聚力（Kpa）；Kai第i層土的主動土壓力系數(shù)，Ka 二 tan2(2 3b)Hi 第i層土的厚度（m）；n 土的層數(shù);Z第i層土中計算點距該層頂部的距離；q 外荷載（KN/mf）；被動土壓力強(qiáng)度計算公式：p J.>7；'

24、;iHi - iz Kpi 2Ci K7i（23c）" 被動土壓力系數(shù)：Kp =ta n2l45（2 3d）P I 2丿被動土壓力系數(shù)修正公式：莊二Ktan2 45 上，當(dāng)：=19時，K=1.56 ；I 2丿式中各符號的意義同上。由上面的土壓力系數(shù)計算公式可得：第一層土：©1=0.589 ；第二層土：Ka2 =0.509Kp2=1.965Kp2 =3.065 ；第三層土：Ka3=0.333K p3 =3.0Kp3 =4.68 ；根據(jù)土壓力公式求得所需點土壓力強(qiáng)度見表2- 3:表2-3基坑北側(cè)主、被動土壓力強(qiáng)度計算結(jié)果表計算點埋深（m）Y (kN/m3)C( Kpa)Ka應(yīng)|

25、2q (kN/m )Pa(Kpa)Pp (Kpa)00.311980.589一15002.041980.589一1519.4020.014.50.509一156.704.220.014.50.509一1528.707559.205.720.014.50.5093.0657574.550.7724.220.014.50.5093.06575225.5958.7根據(jù)上表的計算結(jié)果可以畫出土壓力的分布圖（見圖2-2）二、樁錨內(nèi)力計算本設(shè)計樁錨內(nèi)力計算采用等值梁法。根據(jù)等值梁法的假定，取基坑底面以下土壓力強(qiáng)度疊加為零（即主動土壓力強(qiáng)度等于被動土壓力強(qiáng)度）的點位彎矩零點c。該彎矩零點c可以由下列公式求得

26、:(2 4)qKa22(3.66 y)l©2Pa= Pp2yK P22C2解得：y=0.5m截取c點以上樁身為計算對象，由于基坑土體性質(zhì)較好，且基坑開挖較淺，設(shè) 置單層錨桿，其離基坑頂2.5m處。則可得等值梁簡圖2-3 :雜填土層P1圖2-2基坑北側(cè)土壓力分布圖2-3等值梁簡圖樁身彎矩采用彎矩分配法計算，固端彎矩剪力采用位移法進(jìn)行計算。并采用清華大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)軟件進(jìn)行復(fù)算，得:NB=84.59 kN N c=F0=76.57kN Mma)= 72.02kN*m圖2-4樁身彎矩圖圖2-5樁身剪力圖三、支護(hù)樁相關(guān)計算1. 樁長計算由等值梁法的假定可理解為c點以下的樁的兩側(cè)產(chǎn)生的彎矩經(jīng)過x區(qū)

27、段后被相互抵消。由樁端D點處a Md =0，可以求得X：第12頁共32頁Yx2KP0x =PX2Ka2 一 2K - Ka X3(2 5)解得：X6P0=2.998mKp -Ka所以：t0 = X y =2.998+0.5=3.498m ;取 t =1.2t0 =1.2 X 3.498=4.20m ;故取樁的入土深度為 t =5.0m;支護(hù)樁長為： L 二 H t =5.7+5.0=10.7m。2. 樁身配筋計算本支護(hù)樁采用鉆孔灌注樁，樁徑500mm樁間距為1.5m，混凝土強(qiáng)度為C30(f c=14.3N/mm2,f t=1.43N/mn?)，縱向鋼筋采用二級鋼筋(HRB335,fy=300N

28、/mm),樁箍筋采用HPB235由前面計算知，樁身最大的彎矩值為：Mmax= 72.02Kk m則彎矩設(shè)計值為：M 二0Mmax=1.25 X 1.1 X 72.02=99.03 kN*m (其中：E 為分項系數(shù)，取1.25; 丫 0為基坑重要系數(shù)，取1.1)可以采用以下的方法進(jìn)行樁的縱向配筋計算。方法一：等效矩形截面法(不均勻布筋)將支護(hù)樁圓形截面等效為矩形截面，使其剛度相等，即燈12二 D4(26)64令 b=d,貝9 b = 0. 876 D0F876 X 500=438mm 取 b X h=440mnX 440mm 設(shè)as =40mm h0 =400mm則： a = M 2 =99.0

29、3 X 106/1.0 X 14.3 X 440 X 400=0.098 sa1fcbh0=1 -、1 -2： s =1 - 1 -2 0.098 =0.103s =0.5 1 J -2 s =0.5 1 d - 2 0.098 =0.9486 2= 99.03 X 10/300 X 0.948 X 400=871mm取4 <20（As=1256mrr）采取不均勻布置，所求縱向鋼筋布置在樁的受拉一側(cè), 在無配筋側(cè)布置構(gòu)造鋼筋。驗算箍筋。由公式0.7f tbh°=0.7 X 1.43 X 440 X 400=176.2kN > 1.25 X 1.1 X76.57。所以支護(hù)樁

30、只需按構(gòu)造要求配置箍筋。箍筋采用6200,加強(qiáng)筋采用 142000方法二：可以用下列方法均勻布置鋼筋。其所用公式如下：(2 7a)(2 7b)Mm fcAr式中：A 支護(hù)樁橫截面積（mm2）;計算系數(shù)，可查鋼筋混凝土圓形截面受彎構(gòu)件正截面積受彎承載力計 算系數(shù)表；M彎矩設(shè)計值（kN*m ）;r 灌注樁半徑（m）; As 全部縱向鋼筋的截面積（m2）;混凝土抗壓設(shè)計值（2kN/m );fy 受力鋼筋抗拉設(shè)計值（kN/m 2）;根據(jù)上式，將相關(guān)的數(shù)據(jù)代入求得：m=0.141 E =0.171 As=1600mm2。由于張工 0.86r。所以 As=1600 X 0.86 X r/r s=1600

31、X 0.86 X 250/200=1720mm考慮鋼筋分布的間距及最小配筋率，取10G 20 （A=3140m血箍筋按構(gòu)造配筋。其配筋圖見附圖3。3. 鎖口梁在鉆孔灌注樁的頂部設(shè)置一道鎖口梁，以加強(qiáng)排樁的整體性。設(shè)置鎖口梁截面bX h=700mnX 500mm按構(gòu)造配筋。4. 圍檁采用12#曹鋼梁。四、錨桿的計算設(shè)置錨桿的水平間距為b=1.5m,錨桿的傾斜角150，錨固體直徑d=150mm錨固體砂漿取M25（fb=2.1Mpa），錨桿鋼筋采用三級鋼筋（HRB400。Tb=1.5 X 84.59=126.9kN1. 錨桿受力計算按建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程單根錨桿的水平力為：錨桿的水平拉力設(shè)計值：Td

32、 =1.25 oTb=1.25 X 1.1 X 126.9=174.5 kN錨桿軸向拉力設(shè)計值（一 =15 ）:肌=Td= 174.5 =180.7kNcost cos152. 錨桿自由段長度錨桿自由段長度計算示意圖如下（圖 2-6 ）圖2-6 錨桿自由段長度計算示意圖（H +d2 B ）sin . 45 -一 ：根據(jù)公式：Lf（2 8）f 屮Isin 45I 2丿其中：Lf 錨桿自由段長度（m）;H基坑開挖的深度（m）;d2支護(hù)樁的埋深（m）;4錨桿設(shè)置點至基坑頂距離（m）;錨桿的傾角，=15 ;：土的內(nèi)摩擦角，取=19 ;將相關(guān)參數(shù)代入上式得：Lf=5.1m。3. 錨固段長度計算按建筑基坑

33、支護(hù)技術(shù)規(guī)程結(jié)合場地的工程地質(zhì)條件，土體與錨固體極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值取qsk=60kpa，錨桿軸力受拉荷載分項系數(shù)s=1.3。錨固段長度可由下第15頁共32頁式計算：sNu二 d qsk1.3180.710=8.3m(29)60 10根據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場實際計算所得的結(jié)果, 最終取錨桿自由段 Lf =5.5m;錨固段長Le=9.0m;錨桿總長為L =14.5m。4. 錨桿鋼筋面積由于樁錨支護(hù)要控制基坑壁的變形，最好采用受力后變形較小的鋼筋。故采用2HRB400( fy=360N/mm)。(210)由公式： A >d=174.5 X 103/360 X cos15

34、76;=502mm fyCQSa結(jié)合實際從安全角度考慮，取1 28 (As=615mro5. 錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度錨桿鋼筋與錨固砂漿間有足夠長的錨固長度時，錨桿才能安全正常的工作。從 而達(dá)到預(yù)期的效果。錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度可以由下式計算求得：0N3n 二 dfb(2 11)式中：0 邊坡工程重要性系數(shù)(0=1.1 );Na錨桿軸向拉力設(shè)計值；Na二 QNak ( Q=1.3)(2 12)NHtkN akCOS。(2 13)Htk錨桿水平拉力計算值；鋼筋與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度工作系數(shù)，對永久性錨桿取0.60，對臨時性錨桿取 0.72 ;n 鋼筋根數(shù)；d鋼筋直徑(mr)fb 鋼筋與砂漿

35、之間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計值，取砂漿M25(fb=2.1Mpa)。將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入公式可得：Htk=126.9kN Nak=131.4kN Na=170.82kN la=1.41m因為la v Le故錨固段的長度滿足要求。222 土釘墻支護(hù)設(shè)計基坑的西側(cè)基坑壁屬于二級基坑，其周邊的環(huán)境相對的寬闊。結(jié)合該場地的工 程地質(zhì)條件和附近區(qū)域的其它支護(hù)工程的實例，可采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。其設(shè)計過 程如下.一、基坑西側(cè)受力分析由于該側(cè)基坑附近無建筑物?？紤]相關(guān)的因素，從安全的角度考慮，取基坑頂面超載15kN/m2。該側(cè)基坑壁所受的土壓力同樣可以同過朗肯土壓力公式求得。其土壓力的計算結(jié)果如下表 2-2 :表2-4基坑

36、西側(cè)主、被動土壓力計算結(jié)果表計算點埋深（m）丫 (KN/m 3)C( Kpa)KaiM2q (KN/m )Pp(Kpa)Pa(Kpa)00.311980.589一15一02.041980.589一15一19.420.014.50.509一15一6.75.720.014.50.5093.065一50.7743.9根據(jù)計算結(jié)果可以的出該側(cè)土壓力分布見圖2-7 :T 1 1 1 J J 1 1 1 J 1 1 J 1.I1 1 1 1 1 1 1 1 1 1s 電雜填七層粉1：層' 上土f3.9kpd'潛在滑動而圖2-7基坑西側(cè)土壓力分布圖2-8土層潛在滑動面示意圖二、土釘墻初步設(shè)計

37、1.滑動面的確定根據(jù)經(jīng)驗，對于均質(zhì)粘性土邊坡，其最危險的滑動面通常情況下通過坡腳。根 據(jù)根據(jù)坡體的剖面尺寸、土的物理力學(xué)性能和坡頂?shù)某d情況初步推測其潛在的滑 動面的位置及其形狀如圖 2-8所示。2. 土釘墻相關(guān)參數(shù)確定(1) 土釘長度確定根據(jù)施工經(jīng)驗，初步確定土釘長度時可以按下式確定：L 二 H L0( 214)式中：一一經(jīng)驗系數(shù)，取 0.71.2 ;h土坡垂直高度(m；Lo止?jié){器長，一般 0.81.5。同時，頂部土釘?shù)拈L度不宜小于0.8 H。(2) 土釘鉆孔直徑及間距王步云教授建議按 68dn選定S、S。且要滿足 S Sy=ki dn L。式中ki注 漿工藝系數(shù)，對一次注漿工藝取1.52.

38、5 ; dn孔徑；L土釘長。(3) 土釘墻分層開挖的計算高度由于土釘墻的施工過程中要求土層具有臨時的自立能力，同時基坑開挖的深度 也不宜過大，以防土層的坍塌，故需將土釘墻分層開挖的高度控制在允許的范圍內(nèi)。 土釘墻分層開挖的計算高度可以有下式求得：Hr=2.67C/ 丫 tan(45。+$ /2)=1.38m故土釘豎向間距不應(yīng)大于1.4m。(4) 土釘具體布置綜上根據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程的相關(guān)要求，結(jié)合場地的德實際情況以及 以往的相關(guān)經(jīng)驗初步確定：該土釘墻設(shè)置四層土釘，其具體內(nèi)容見表2-5 :表2-5 土釘墻設(shè)置參數(shù)豎向間距 Sy(m)水平間距 Sx(m)錨固體直徑dn(mm)土釘長度L (m)

39、土釘傾 角a土釘 鋼筋第一層土釘1.41.2120710122第二層土釘1.41.2120810122第三層土釘1.21.2120710122第四層土釘1.21.2120710122(5)網(wǎng)筋及噴射砼面層網(wǎng)筋采用$ 6.5250mm向邊坡頂部外延伸 1.0m，加強(qiáng)筋采用$ 12沿釘頭斜拉布置與土釘可靠焊接；噴射混凝土為C20,噴射厚度為8090mm(6)排水布置如有上層滯水或污水滲入，可在支護(hù)面層背部設(shè)置水平間距2m長為50cm的水平塑料排水管，管壁帶孔，內(nèi)填濾水材料，將其插入邊壁土體?；拥乇硭姆罎B 應(yīng)在做基坑周邊近邊坡處地表作1.0m泛水層，與土釘面網(wǎng)參數(shù)相同。第三節(jié)穩(wěn)定性分析由于支護(hù)結(jié)

40、構(gòu)的形式不同，支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性破壞形式也有差異。非重力式支 護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性破壞包括墻后土體整體滑動失穩(wěn)、基坑底部隆起和管涌；重力式結(jié) 構(gòu)的穩(wěn)定性破壞包括傾覆、滑移、土體整體滑動失穩(wěn)、基坑底部隆起和管涌等。在 進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，對以上可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行相應(yīng)的驗算，確保支護(hù)結(jié)構(gòu) 的安全穩(wěn)定。本基坑支護(hù)采用了樁錨支護(hù)和土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，因此對不同的支護(hù)形式進(jìn)行相 應(yīng)的穩(wěn)定性驗算。2.3.1 土釘墻穩(wěn)定性分析土釘墻的穩(wěn)定性分析內(nèi)容包括內(nèi)部穩(wěn)定性分析和外部穩(wěn)定性分析。以下是土釘 墻穩(wěn)定性分析的具體內(nèi)容。一、內(nèi)部穩(wěn)定性分析土釘結(jié)構(gòu)的內(nèi)部穩(wěn)定性分析方法有很多種。 本設(shè)計的穩(wěn)定性分析采用建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)

41、 程中的方法。其計算簡圖見圖 2-9 :對于單根土釘，其抗拉承載力應(yīng)符合以下要 求：1.25 °Tk 5(2 15)式中：Tk單根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Tk 二 eakSX -Sy/cos (2 佝圖2-9 土釘墻內(nèi)部穩(wěn)定性驗算'荷載折減系數(shù);(2 17)eak 土釘位置處的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值;：-土釘與水平面的夾角；1Tudqsik *lis(2 18)s 土釘抗拉抗力分項系數(shù)；dn 土釘錨固體直徑；qsik 土釘穿越第1層土體與錨固體極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；li 土釘在直線破裂面外穿過第1層穩(wěn)定土體內(nèi)的長度，破裂面與水平面的夾角為（1 +）/2。其驗算的結(jié)果下表 2-3所列：表2-3

42、土釘內(nèi)部穩(wěn)定性驗算結(jié)果統(tǒng)計表層號埋深(m)dn(mm)qsik(kpa)Li(m)(kN)3(0)0(0)Eeak(kpa)S(m)S(m)a(0)Tk(kN)1.25 y°Tk1.4120603.052.29015112.21.21.41020.826.02.8120604.2874.49019114.41.21.41024.630.84.0120554.2567.79019126.61.21.21038.948.65.2120485.7179.49019138.81.21.21056.770.9由表格統(tǒng)計比較可知：1.25 °Tk _人，所以土釘結(jié)構(gòu)內(nèi)部是穩(wěn)定的。對土釘

43、所用鋼筋進(jìn)行強(qiáng)度驗算。由于A.fy> 1.25丫oTk,所以鋼筋的選取符合要求。二、外部穩(wěn)定性分析在原位土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定與粘結(jié)整體性作用的到保證的條件下，其外部穩(wěn)定性分析可以按重力式擋土墻考慮。包括土釘結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性，抗滑穩(wěn)定性,以及地基強(qiáng)度驗算。1. 土釘抗滑穩(wěn)定性分析抗滑穩(wěn)定性分析的模型如圖2-10 :111T I1 巾 T T t| * It it * *,- J-.A圖2-10 土釘墻抗滑穩(wěn)定性分析的模型 抗滑動穩(wěn)定性安全系數(shù)：(2 19)Ft式中：Eax 墻后主動土壓力（kN）,取墻背摩擦角3=0；hEaxW 計算墻體重量 kN/m, WrHb ；(2 20)b 計算

44、墻體厚度； b = 11X 土釘均長/12;(2 21)b 計算墻體重度；Ft計算墻體端面上的摩阻力kN/m； Ft hW qb tan(2 22)將相關(guān)的數(shù)據(jù)代入上式可得：Kh = 2.7 > 1.3。故土釘墻抗滑穩(wěn)定。2 土釘墻抗傾覆穩(wěn)定性驗算土釘墻的抗穩(wěn)定性驗算可以通過下式進(jìn)行驗算：Kq(2 23)(2 24)式中：Mw 抗傾覆力矩，Mw hW qb *b/2 ；Mo 傾覆力矩;根據(jù)該側(cè)基坑壁的主動土壓力分布，可以求得Mw=2852.4kN m, M o =240.6二匹=2852.4/240.6=11.86。其遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于所需的安全系數(shù)。所以,該土釘結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定。錨桿的穩(wěn)定性分析

45、當(dāng)土層錨桿失穩(wěn)時，可能是整體失穩(wěn)，也可能是深部破裂面破壞而失穩(wěn)。應(yīng)該 分別對土層錨桿的整體穩(wěn)定性和深部破裂面穩(wěn)定性進(jìn)行驗算。一、錨桿的整體穩(wěn)定性分析根據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程，對于單錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)拉錨的強(qiáng)度滿足要求而 且錨桿的錨固段長度處于滑動面之外時，可以認(rèn)為整體滑動失穩(wěn)不會發(fā)生。故本設(shè) 計中可以不進(jìn)行錨桿的整體穩(wěn)定性分析。二、深部破裂面的穩(wěn)定性分析當(dāng)錨固段的長度不夠時，所承受的荷載超過錨桿極限抗拔力，則會在土體深部 產(chǎn)生破裂滑動面，破裂面穿過錨固段的中點附近并延伸至支護(hù)結(jié)構(gòu)的下端，致使破 裂面以上的土體及支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。本設(shè)計主要采用kranz的簡易計算方法對深部破裂面的穩(wěn)定性進(jìn)行驗算。結(jié)

46、合該工程的實際情況，其穩(wěn)定性驗算的計算簡圖見 圖2-11如下：*6RU5'T匸a0L圖2-11錨桿深部穩(wěn)定性驗算的計算簡圖根據(jù)kranz法的計算理論錨桿最大拉力的水平分力為:(2 25a)Eah -Eih G Eih tan Eahtan、 tan :1 tan ： tan -穩(wěn)定系數(shù)要求為：K=Thmax .I®Tb式中：Thmax 錨桿最大拉力的水平分力;Ea 作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動土壓力的反作用力，其水平分力為Eah（ KNE 作用于假象墻上的主動土壓力，其水平分力為Eh（ knG 深部滑動線及假想墻面范圍內(nèi)土體重量（ KN ；-支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體之間的摩擦角（）；:土的內(nèi)

47、摩擦角（）；V深部滑動面與水平面的夾角（）；Tb 錨桿實際水平分力（KN ；取 = 0 時：Eah =EaEh 二巳，則axEa - E Ga n»1 tan t an(2 25b)計算數(shù)據(jù)如下表2-4 :表2-4穩(wěn)定性驗算統(tǒng)計表G ( KINE ( KNE a ( KN申(U )日(U )a (U )T hmax ( KN)K163676.39130197.115398.72.16由計算結(jié)果可知。故錨桿內(nèi)部是穩(wěn)定的。2.3.3 基坑抗隆起驗算由于基坑開挖于粘性土層中，對于粘性土，抗剪強(qiáng)度的指標(biāo)包括、C兩項指標(biāo)，所以可以參照太沙基和普朗德地基承載力公式進(jìn)行驗算。計算的示意圖如下：采用

48、太沙基承載力系數(shù):Nq圖2-12基坑抗隆起驗算示意圖VDN+cNc計算公式為：Kq，要求K -1.15 1.25。(2 26)Y(D+H)+q代入?yún)?shù)： Nq = 6.7、Nc=16、D=5m H=5.7m C=13.3Kpa（加權(quán)值）、=20kN/mq =75 kN/m2 （荷載取大值，偏安全）。由上式計算得：K=3.05 -1.25，故抗隆起穩(wěn)定性滿足要求。管涌及沖潰坑底驗算一、管涌驗算該基坑工程設(shè)有閉合豎向止水帷幕，豎向止水帷幕埋深12.5m （按最小埋深算）本場地的地下水位按 1.5m算。其抗隆起計算示意圖如下：圖2-13抗管涌計算示意圖空蟲血''C1 _|一-二圖2-

49、14沖潰坑底驗算示意圖基坑墻后側(cè)咼水頭產(chǎn)生的最大滲流力為:h'h' 2t(2 27)式中： w水的重度，取 10kN/m3；h'墻后水位相對于基坑底的高度 ，取h' = 4.2m； t 豎向止水帷幕在基坑底的深度 ， 取t = 6.8m;計算結(jié)果為：j = 2.361'安全系數(shù)為：K 二 一 =10/2.36=4.2 -2.0j故：基坑不會發(fā)生管涌。二、沖潰坑底驗算由于基坑底部處于粉土中，該層為弱透水層，相對于粉砂層為隔水層?；拥?下14m處的粉砂層為中透水層，其中的水可看作承壓水?？紤]到該承壓水對基坑底 可能產(chǎn)生沖潰，故對基坑底進(jìn)行抗沖潰驗算。其計算

50、簡圖見圖2-14 :由公式20 14.3104.2 14.3= (2 28)由計算結(jié)果可知：坑底不會出現(xiàn)沖潰現(xiàn)象，基坑底是安全的。第二章基坑降水設(shè)計第一節(jié)概述工程實踐表明，基坑的工程事故大多數(shù)與地下水有關(guān)。在基坑開挖期間，一些 最壞的情況都是出現(xiàn)在地下水位以下，它不僅使工作條件變得惡劣，而且易造成管 涌、基坑底的隆起、流沙和坑壁的剝落、坍塌甚至引起周邊建筑物沉降、傾斜。裂 縫和倒塌等。因此，基坑工程必須對地下水進(jìn)行有效的控制。地下水控制的設(shè)計和施工應(yīng)滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，應(yīng)根據(jù)場地周邊工程地質(zhì) 條件，水文地質(zhì)條件和環(huán)境條件并結(jié)合基坑支護(hù)方案綜合分析確定。地下水控制方法可分為集水明排、降水、截水和回灌等型式單獨或組合使用。 其具體的適用條件見表 3-1 :表3-1地下水控制方法適用條件方法名稱土的類型滲透系數(shù)（m/d）降水深度（m）水文地質(zhì)特 征集水明排填土、粉土、粘性土、 砂土720v 5上層滯水、或 水量不大的 潛水降 水真空井占八、0.1 20單v 6多v 20噴射井占八、0.1 20v 20管井粉土、砂土、碎石土、 可溶巖、破碎帶1 200> 5含水豐富的 潛水、裂