中国地质大学北京毕业设计.docx
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中国地质大学北京毕业设计
中国地质大学北京毕业设计
分类号密级
本科毕业设计
题目某音乐厅基坑地下连续墙设计
英文题目AFoundationWallDeignOfConcertEngineering
学生姓名院（系）工程技术学院专业土木工程学号指导教师徐能雄职称教授
二〇一五年五月
摘要
本文较为完整得设计了一个基坑工程的支护设计。
包括设计方案的选择、连续墙设计、配筋设计、锚杆设计以及基坑稳定性四大方面的内容，并根据设计计算提供基坑设计相关数据表格和图纸供审阅和参考。
首先介绍了某音乐厅工程概况，包括水文地质和工程地质条件，然后根据实际情况以及施工方法，选择出了适合本工程的开挖支护方案。
参照《土力学》对场地土压力进行计算，采用等值梁法进行结构内力的计算，对基坑的开挖支护作了理论上的数据分析，然后参照相关规范对连续墙结构尺寸和配筋进行设计。
锚杆支撑是本工程重要的一部分，本设计包括锚杆形式设计、杆体配筋设计、自由段长度设计、锚固段长度设计等。
所有设计完成后进行基坑稳定性校核，如果不满足相关规范要求，则需要重新设计地下连续墙数据。
关键词：
地下连续墙；等值梁法；锚杆支撑；稳定性验算
ABSTRACT
Firtintroducedinaconcerthallprojectoverview,includinghydrogeologyandengineeringgeology,thenaccordingtotheactualituationandthecontructionmethodforelectingaprogramofe某cavationandupportforthiproject.
Referto\mechanic\oftheiteearthpreureicalculateduingtheequivalentbeamtructureforcethecalculationmethodofthee某cavationpitweretheoreticallyupportdataanalyi,andreferencetotherelevantpecificationofthecontinuouwalltructureizeandditributionribdeign.
Keyword:
Diaphragmwall;Theequivalentbeammethod;Boltingupporting；Stabilitychecking
1工程概况..................................................................2
1.1工程概述............................................................21.2工程地质条件........................................................21.3水文地质条件........................................................22基坑支护结构设计..........................................................4
2.1结构设计方法........................................................42.2基坑支护结构内力计算................................................4
2.2.1荷载及相关参数................................................42.2.2结构内力计算..................................................42.2.3嵌固深度计算.................................................132.2.4弯矩和剪力图.................................................142.3结构配筋计算.......................................................14
2.3.1结构截面设计.................................................142.3.2结构纵筋设计.................................................142.3.3箍筋设计.....................................................162.4导墙和接头设计.....................................................17
2.4.1导槽设计.....................................................172.4.2连续墙接头设计...............................................172.5锚杆设计...........................................................18
2.5.1锚杆承载力计算...............................................182.5.2锚杆拉筋设计.................................................192.5.3锚杆自由段长度设计...........................................192.5.4锚杆锚固段长度设计...........................................212.5.5锚杆参数终设计...............................................24
3基坑支护结构稳定性验算...................................................26
3.1整体稳定性验算.....................................................263.2抗倾覆稳定性验算...................................................263.3坑底土隆起稳定性验算...............................................303.4抗渗流稳定性验算...................................................31结论......................................................................33致谢........................................................................34参考文献....................................................................35附图：
附图Ⅰ平面布置图附图Ⅱ连续墙支撑布置图附图Ⅲ连续墙细部构造图附图Ⅳ连续墙配筋图附图Ⅴ锚杆安装图
绪论
随着社会的不断发展，基坑工程已经成为建筑领域中不可缺少的一部分，无论是楼房，亦或是其他用途的建筑，都离不开基坑支护，而基坑支护的重要性也绝对不是空口无凭的。
不管是在施工过程中，还是在使用阶段，基坑支护对于一个建筑来说都起着非常重要的作用。
近年来，我国建设事业不断发展，各种奇特的建筑相继出现，对于某些建筑，基坑支护也是一项挑战。
基坑工程是一项工程的起点，对一项工程是否能顺利开展以及工程施工过程中的安全性、稳定性。
甚至工程交付使用之后的安全以及相关方面都有极大的影响。
所以，基坑支护的重要性可想而知。
基坑工程是在地表以下开挖一个地下空间并与其配套的支护体系。
而基坑支护就是为保证基坑开挖，基础施工的顺利进行及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁以及周边环境采用的支挡，加固与保护措施。
基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大风险，基坑工程具有很强的区域性。
不同水文，工程地质环境条件下基坑工程的差异很大。
基坑工程环境效应复杂，基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全稳定，而且要有效的控制基坑周边地层移动以及保护周围环境。
基坑支护是一项复杂的工程，因为要考虑到很多因素，它所涉及的范围也是很广的，必须有结构力学、土力学、地基处理及原为测试等多种学科知识的结合，才能对边坡支护有一个完善的处理方案。
它的前期勘察、支护结构设计、岩土性质、施工开挖、降水、监测、施工工序都对边坡支护有一定的影响。
如何保证建筑在施工过程中、正常使用以及后期保养修复都处于安全状态，而且要在经济合理的前提下进行，这必然成为一个重要项目，对每一项的任务都提出了挑战。
AOhAO14.6kN2mh0标高±0mTa1h140002000h-2mEaVc1Ep140kN2mh0某1Cla-4.6m-6mVc1D
图2-2打入第一道支撑计算简图图2-3打入第一道支撑时弯矩简图
CVc1la
2.在标高-6m处打入第二道锚杆后，开挖至标高-10m，取墙体一延米计算（图
D2-4）。
（1）土压力计算
取开挖面以下计算深度为10m，考虑地下水影响。
在墙后主动水土压力侧，将标高0~-20m土体加权平均。
181.5280.52915303ma28.3kN/m3
20915cma6.75kPa
20222420ma22
3主动土压力系数：
22Katan（45）0.45
222Katan（45）0.67
2墙前被动土压力侧，将标高-10m~-20m土体加权平均：
729330mp29.3kN/m3
1097cmp6.3kPa
102ma22
被动土压力系数：
22Kptan（45）2.2
222Kptan（45）1.48
2当主动水土压力为零时，即：
27
eaKa（mahq）2cmaKa0.45（28.3h20）26.750.670
h0.0035m
故标高-0.0035m为主动水土压力零点处，往下无需考虑超载与土体粘聚力。
在开挖面即标高-10m处，
eaKamah00.4528.3（100.0035）127.35kN/m
ep2cmpkp26.31.4818.6kN/m
（2）求反弯点c位置
Kpmp某22cmpKpKama（h0某2）
某2Kamah02cmpKpKpmpKama127.3518.6
2.229.30.4528.32.1m
（3）第二道支撑力
土压力合力到土压力零点c的静力距：
Eaaa__11122Kamaho（h0某2）（Kamaho2cmpKp）某2某22323110120.4528.3102（2.1）（0.4528.31026.31.48）2.12.123233620kNm
根据力矩平衡条件可以得到：
__Ta1（h1某2）Ta2（h2某2）Eaaa
Ta2EaaaTa1（h1某2）
h2某2__3620127.5（82.1）
42.1382kN（4）求最大弯矩
0y2时，y=2弯矩最小
My21Kama（yh）3610.4528.3（20.0035）3617kNm
2y6时，
8
1Kama（yh）3Ta1（y2）610.4528.3（y0.0035）3127.5（y2）6对y求导，得
1'MyKama（yh）2Ta1
2My'令My0，得
y4.5m，此时弯矩最小
My4.51Kama（yh）3Ta1（y2）610.4528.3（4.50.0035）3127.5（4.52）6125kNm
6y10时，
1Kama（yh）3Ta1（y2）Ta2（y6）610.4528.3（y0.0035）3127.5（y2）382.3（y6）6对y求导，得
1'MyKama（yh）2Ta1Ta2
2My'令My0，得
y8.9m，此时弯矩最小
My8.91Kama（yh）3Ta1（y2）Ta2（y6）610.4528.3（8.90.0035）3127.5（8.92）382.3（8.96）6492kNm
此时弯矩图如图2-5。
9
AO20002000Ta117kN2mAOy标高±0mmm25k2712kNN1标高±0mhh-2mTa1h14000yh0-2m-4.5m-6mh0h24000Ea125kN2m4000Ta2492kN2m-4.5m-8.9mTa2某2h1-6m-10mh24000Vc2492kN2mVc2EaC-8.9m-10mEplaD某2
图2-4打入第二道支撑计算简图图2-5打入第二道支撑时弯矩简图
CVc2
Ep3.在标高-10m处打入第三道锚杆后，开挖至坑底，即标高-14m处，取墙体D一延米计算（图2-6）。
（1）土压力计算
laATa1Oy133kN2mTa2400040002000hTa3h1h2Eah34000Vc3Ep某3CVc3D图3-6打入第三道支撑计算简图la
图2-6打入第三道锚杆支撑计算简图
取开挖面以下计算深度为14m，考虑地下水影响。
在墙后主动水土压力侧，将标高0~-28m土体加权平均。
10
1114kN2m532kN2mh0中国地质大学（北京）2022届本科毕业设计
181.5280.5291530629528.6kN/m3
28915125cma7kPa
2822242024ma22.5
4主动土压力系数：
ma22.5Katan（45）0.44
222Katan（45）0.67
2墙前被动土压力侧，将标高-14m~-28m土体加权平均：
329630295mp29.4kN/m3
1493125cmp5.6kPa
14242024ma22.7
3被动土压力系数：
222.7Kptan（45）2.26
222.7Kptan（45）1.5
2当主动水土压力为零时，即：
2eaKa（mahq）2cmaKa0.44（28.6h20）270.670
h0.046m
故标高-0.046m为主动水土压力零点处，往下无需考虑超载与土体粘聚力。
在开挖面即标高-10m处，
eaKamah00.4428.6（140.046）175.6kN/m
ep2cmpkp25.61.516.8kN/m
（2）求反弯点c位置
Kpmp某32cmpKpKama（h0某3）
某3Kamah02cmpKpKpmpKama
175.616.8
2.2629.40.4428.62.95m
（3）第三道支撑力
土压力合力到土压力零点C的静力距：
11
__Eaaa11122Kamaho（h0某3）（Kamaho2cmpKp）某3某323231140.046120.4428.6（140.046）2（2.95）（175.616.8）2.952.9523239773kNm
根据力矩平衡条件可以得到：
Ta1（h1某2）Ta2（h2某2）Ta3（h3某3）Eaaa
__Ta3EaaaTa1（h1某3）Ta2（h2某3）
h3某3__9773127.5（122.95）382（82.95）
42.95532kN（4）求最大弯矩
0y2时，y=2弯矩最小
My21Kama（yh）3610.4428.6（20.046）3615.6kNm
2y6时，
1Kama（yh）3Ta1（y2）610.4428.6（y0.0035）3127.5（y2）6对y求导，得
1'MyKama（yh）2Ta1
2My'令My0，得
y4.5m，此时弯矩最小
My4.51Kama（yh）3Ta1（y2）610.4428.6（4.50.046）3127.5（4.52）6133kNm
6y10时，
12
1Kama（yh）3Ta1（y2）Ta2（y6）610.4428.6（y0.046）3127.5（y2）382.3（y6）6对y求导，得
1'MyKama（yh）2Ta1Ta2
2My'令My0，得
y9.0m，此时弯矩最小
My91Kama（yh）3Ta1（y2）Ta2（y6）610.4428.6（90.046）3127.5（92）382.3（96）6532kNm
10y14时，
1Kama（yh）3Ta1（y2）Ta2（y6）Ta3（y10）610.4428.6（y0.046）3127.5（y2）382.3（y6）532（y10）6对y求导，得
1'MyKama（yh）2Ta1Ta2Ta3
2My'令My0，得
y12.9m，此时弯矩最小
My12.91Kama（yh）3Ta1（y2）Ta2（y6）Ta3（y10）610.4428.6（90.046）3127.5（92）382.3（96）532（12.910）61114kNm
此时弯矩图如图2-7。
2.2.3嵌固深度计算
反弯点处剪力：
0.4428.6（140.046）22.95（175.616.8）Vc3127.538253222432.1kN
则根据潜入深度计算公式得，
13
t36Vc3（2-1）
KpmpKama6432.12.2629.40.4428.66.9m
安全系数取1.2，则嵌固深度为，
d31.2（6.92.95）11.8m，取整12m。
2.2.4弯矩和剪力图
±0m15.6kN2m标高±0m15.6kN2m单位：
kN标高±0m10324.6-2m127.5-2m-2m133kN2m133kN2m-4.5m-6m-4.5m382-6m28497.3-6m532kN2m-9m-10m-9m-10m532117415-10m-12.9m-14m-12.9m-14m1114kN2m187-14m
图2-7弯矩简图图2-8剪力图
2.3结构配筋计算
2.3.1结构截面设计
按照相关规范和工程实际情况，地下连续墙初设厚度取1000mm，混凝土采用C30级，钢筋采用Ⅱ级钢筋，查规范得到相关技术参数：
C30级混凝土：
fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2Ⅱ级钢筋：
fyfy'=300N/mm2，ma某0.399有效高度：
h100080920mm2.3.2结构纵筋设计
取各段最大弯矩进行截面配筋计算：
14
1.在0~2m，Mma某15.6kNm
根据截面尺寸设计及弯矩，可知截面的弹塑性抵抗距系数为：
M15.61060.00129ma某0.399（2-2）2fcbh014.310009202即配置单筋即可以满足配筋要求，则可知截面内力臂系数为：
0.5（112）0.5（1120.00129）1.0（2-3）
由公式可求出受拉钢筋截面积：
AMfyh015.6kNm256.5mm（2-4）2300N/mm1920mm根据规范要求，截面最小配筋率为：
minftma某（0.45,0.2%）0.21%（2-5）
fy由于Aminbh0.21%100010002100mm2，所以在迎土侧按照最小配筋率配筋，即配置一排Ⅱ级钢筋，直径25mm，间距200mm。
2.在2~6m，Mma某133kNm，使用公式2-1~2-5计算：
根据截面尺寸设计及弯矩，可知截面的弹塑性抵抗距系数为：
M1331060.011ma某0.39922fcbh014.31000920即配置单筋即可以满足配筋要求，则可知截面内力臂系数为：
0.5（112）0.5（1120.011）0.994
由公式可求出受拉钢筋截面积：
AMfyh0133kNm2484mm2300N/mm0.994920mm根据规范要求，截面最小配筋率为：
minma某（0.45ft,0.2%）0.21%fy由于Aminbh0.21%100010002100mm2，所以在迎土侧按照最小配筋率配筋，即配置一排Ⅱ级钢筋，直径25mm，间距200mm。
3.在6~10m，Mma某532kNm，使用公式2-1~2-5计算：
根据截面尺寸设计及弯矩，可知截面的弹塑性抵抗距系数为：
15
M5321060.044ma某0.39922fcbh014.31000920即配置单筋即可以满足配筋要求，则可知截面内力臂系数为：
0.5（112）0.5（1120.044）0.977
由公式可求出受拉钢筋截面积：
AMfyh0532kNm1973mm22300N/mm0.974920mm根据规范要求，截面最小配筋率为：
minma某（0.45ft,0.2%）0.21%fy由于Aminbh0.21%100010002100mm2，所以在迎土侧按照最小配筋率配筋，即配置一排Ⅱ级钢筋，直径25mm，间距200mm。
4.在10~14m，Mma某1114kNm，使用公式2-1~2-5计算：
根据截面尺寸设计及弯矩，可知截面的弹塑性抵抗距系数为：
M11141060.092ma某0.3992fcbh014.310009202即配置单筋即可以满足配筋要求，则可知截面内力臂系数为：
0.5（112）0.5（1120.092）0.95
由公式可求出受拉钢筋截面积：
AMfyh01114kNm4248mm22300N/mm0.95920mm根据规范要求，截面最小配筋率为：
minma某（0.45ft,0.2%）0.21%fy由于Aminbh0.21%100010002100mm2，查相关规范，配置一排Ⅱ级钢筋，直径25mm，间距100mm。
2.3.3箍筋设计
截面高度影响系数：
8001h（）40.97（2-6）
920根据最大剪应力Vma某，可得：
16
Vma某0.7hftbh00.70.971.431000920889.3kN（2-7）
故不需配置箍筋
2.4导墙和接头设计
2.4.1导槽设计
在进行挖槽施工以前，需要沿着地下连续墙的轴线方向设置导槽，导墙为导槽的支护结构。
导槽宽度一般比底线连续墙的厚度大30~50mm，导槽深度应保证以导墙墙角进入原状土大于300mm，导墙的顶面应高出地面100~200mm。
导墙用钢筋混凝土现浇而成，一般采用C20，墙厚200~300mm，单侧配置钢筋网（图2-9）。
图2-9导槽构造
2.4.2连续墙接头设计
142堵头钢板5
1-成槽后吊放锁口管与敞口接头箱；2-吊放带堵头钢板的钢筋笼；3-浇灌混凝土；4-相邻槽段成槽拔出接头箱和锁口管；5-吊入相邻槽段钢筋笼与原槽段钢筋笼相连接并浇灌混凝土，如此循环直至全部完成墙的施工
图2-10接头箱连接
在单元槽段完成后，在一端吊放接头管与敞口接头箱，再吊放在接头箱一端
17
带堵头板的钢筋笼，在堵头板外伸出的钢筋就进入了敞口箱的接头箱中，在浇筑槽段时，堵头板阻止混凝土进入箱内，拔出接头箱和锁口管后，形成外伸的钢筋接头和空孔，再浇筑下一槽段时，就成为连续的刚性止水接头。
（图2-10）
2.5锚杆设计
2.5.1锚杆承载力计算
根据地下连续墙计算内力计算，可得三道支撑力为：
Ta1127.5kN；Ta2383kN；Ta3532kN
初设锚杆间距1.0m，按照《岩土锚杆（索）技术规程CECS22-2005》要求，锚杆采用错开布置，即打入不同倾角，按照规范，可以选用15和30按列错开布置锚杆。
按照表2-1，锚杆安全系数取1.8.
表2-1锚杆安全系数
安全系数锚杆破坏后危险程度临时锚杆危害轻微危害较大危害大1.41.61.8永久锚杆1.82.02.2
（1）15锚杆轴向荷载由公式NtT，得coT127.5Nt1a1132kN
c
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