基于多支点等值梁法的建筑基坑设计书.docx
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岩土工程课程设计
基坑支护
设计计算说明书
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1.工程概述及总体设计思路
1.1工程概况
某大厦进行深基坑支护设计,该工程规划净用地面积18156.9m2,总建筑面积105476m2,其中地下建筑面积32976m2;主要规划为1、2、3#办公楼(主楼),地上19层,高69.95m;次为商业用房,地上2~5层,高为13.95~22.95m;均设3层地下室。
采用框架结构,筏板基础,基础底板埋深13m。
1.2工程及水文地质条件
(1)场地工程地址条件
拟建场地地貌单元为岷江水系二级阶地。
场地因旧房拆迁堆积建渣使得场地地势略显起伏。
地面标高503.96~505.66m,相对高差为1.7m。
根据总平面图,±0.00=504.75m,接近于场地自然地坪高度。
场地地基岩土构成按岩土组成、结构构造特征及形成条件划分为三大层:
第四系人工填土堆积层、第四系上更新统冲洪积堆积层和中生界白垩系上统灌口组泥岩。
按地基岩土的构成自上而下分述如下:
a.第四系人工填土堆积层(Q4ml)
杂填土:
杂色,褐灰、黄灰色,结构松散。
成份以碎砖、瓦块、混凝上碎块、砾卵石为主混10~20%的建筑废弃土组成。
该层遍布于场地表部,厚度1.20~5.20m。
素填土:
褐灰、黄灰色,结构较松散,湿。
以粘性土、粉土为主,混10~15%的砖瓦碎块。
该层分布不连续,厚度0.40~3.30m。
b.第四系上更新统冲洪积层(Q3al+pl)
本层主要特点是:
从地形地貌条件上属河间地块。
据成都平原水文地质工程地质综合勘察评价报告,根据绝对年龄的测定本层属第四系上更新世晚期(Q23),相当于广汉冲积层。
由于堆积时间较久,经上覆土层长期压密作用,以密实卵石层构成地基岩土主体层位;卵石层自上而下由微风化向弱至中等风化过渡,泥质含量逐渐增高构成本层又一特点。
粉质粘土:
黄褐、黄灰色,可塑为主,湿。
土体裂隙较发育,土体合少量铁锰质结核及浸染斑块。
本层受人类工程活动影响,分布不稳定,残存厚度0.40~1.60m。
粉土:
灰黄、黄灰色,湿,松散~稍密。
土体夹粉砂薄层及铁锰质浸染斑块。
其粉粒含量约为86.2%,粘粒含量约为9.0%。
受人类工程活动影响,该层分布不稳定,残存厚度0.40~1.80m。
细砂:
灰黄、黄灰色,湿,松散。
矿物成份以长石、石英为主,云母片及暗色矿物次之。
粒径大于0.075mm的砂粒含量为87.5-90%。
该层分布较连续,厚度0.43~3.10m。
卵石层中的细砂:
灰、青灰色,湿~饱和,结构松散。
矿物成份以长石、石英为主,云母片及暗色矿物次之。
粒径大于0.075mm的砂粒含量为88.8~89.8%,局部段含少量砾卵石。
该层呈透镜体分布于卵石层中,厚度0.20~4.20m。
卵石层:
黄褐、黄灰色,湿~饱和。
卵石成分以花岗岩、辉长岩、石英岩为主,次为变质岩、砂岩、灰岩等。
卵石呈圆形、亚圆形,磨圆度较好,坚硬,部份卵石呈弱风化状,少量呈强风化状。
以细砂充填为主,局部由泥砂或泥质充填。
卵石层顶面埋深5.0~7.6m,标高496.99~499.57m,构成地基岩土主体层位。
卵石层划分为三个亚层:
稍密卵石:
黄褐、黄灰色,湿~饱和,稍密。
卵石排列混乱,大部分不接触。
该层呈透镜体分布于卵石层上部及中部。
中密卵石:
黄褐、黄灰色,湿~饱和,中密。
卵石交错排列,大部分接触。
该层呈透镜体分布于卵石层上部及中部。
密实卵石:
黄褐、黄灰、青灰色,湿~饱和,密实。
卵石交错排列,连续接触。
本层厚度大,分布较稳定,构成卵石层主体层位,
c.中生界白垩系上统灌口组泥岩(K2g)
紫红、棕红色,强风化,泥质胶结,裂隙较发育;质软,岩芯呈碎块状、短柱状,手折易断。
泥岩层顶埋深30.6~30.8m,标高473.41~473.93m,
(2)场地水文地质条件
场地地下水主要赋存于卵石层中,为松散岩类孔隙潜水,主要接受大气降水、地下侧向径流补给,于地势较低处排泄或从井中人工排泄。
勘察期间实测地下水位埋深为7.0~7.7m,标高496.87~496.97m,该水位埋深偏大,是受场地附近长期降水工程的影响所致。
在无人工降低地下水位的条件下,丰水期地下水位正常埋深约为4.5m,标高为500.135m;历史最高水位埋深约为2.5m,标高为501.635m;地下水位年变幅约为2m,地下水自北西流向南东,水力坡度约为0.002。
另场地局部地段人工填土层中赋存上层滞水,水位埋深约1.5~3.9m,由沟水、雨水、自来水渗透补给,但水量甚微。
水文地质参数:
场地泥岩埋深30.6~30.8m,标高473.41~473.93m。
含水层厚度约为24m。
卵石含水层渗透系数k=12.02~19.7m/d,平均15.12m/d。
场地含水层渗透系数建议取值17m/d。
场地地下水无色、无味、透明,PH值7.4~7.5,对砼结构无腐蚀性;对钢筋砼结构中的钢筋无腐蚀性;对钢结构具弱腐蚀性。
该基坑所处地层(按地基岩土的构成自上而下的土层)的主要物理力学参数如下表所示:
表1
序号
土层名称
土层厚度()
标高
()
重度γ(kN/m3)
粘聚力ck(kPa)
内摩
擦角
φk(°)
极限摩
阻力
qsk(kPa)
1
杂填土
3.0
-3.0
16.0
10
15
2
素填土
2.0
-5.0
17.0
10
10
3
粉质粘土
1.0
-6.0
19.5
30
18
60
4
粉土
1.0
-7.0
19.0
20
20
40
5
细砂
2.0
-9.0
19.5
24
30
6
卵石层中的细砂
2.0
-11.0
19.5
24
30
7
稍密卵石
-18.0
18.0
35
110
8
中密卵石
7.0
21.0
38
130
9
密实卵石
22.0
40
150
10
强风化泥岩
25.0
-43.0
23.0
2.结构设计任务及要求
2.1设计任务
本工程采用筏板基础,基础底板埋深超过10m,对于该工程的基坑围护,综合考虑场地土质条件以及施工安全要求,采用排桩结合锚杆的锚拉式支挡结构进行支护。
根据本工程的开挖深度、地质情况及周边环境情况,基坑安全等级为二级,基坑重要性系数。
2.2设计参数
1)基坑开挖面积:
2)整体稳定性:
3)抗隆起稳定性:
4)突涌稳定性:
5)流土稳定性:
6)基坑深度:
2.3基坑支护设计的计算方法
计算板桩墙的内力常用方法,主要有静力平衡法、等值梁法、弹性支点法等。
由于弹性支点法手算复杂,且边界条件未知,故在手算时不采用,在电算时采用。
本次设计手算过程采用多支点等值梁法计算结构内力。
在设计时选用1—1横剖面地层进行设计计算,具体地层条件见表1。
2.4设计依据资料及规范
1)《岩土工程设计任务指导书》
2)《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)
3)《混凝土结构设计规范》(GB500010-2002)
2.5支护结构方案
本工程的基坑支护方案定为锚拉式支护结构,拟采用三排锚杆,分别位于地面以下1m、5m、9m处,通过对锚杆施加预应力来控制变形。
支挡构件为排桩,排桩采用钻孔灌注桩,嵌固深度及桩长由此后设计计算而定,桩径拟定为1.0m,桩中心距1.0m,桩身混凝土强度等级采用C30,纵向受力钢筋采用HRB400,箍筋采用HPB300,锚杆位于桩中间,水平间距1.0m,倾角15度,钻孔直径从上到下依次为150mm、150mm、200mm。
采用二次压力灌浆法施工,锚杆杆体采用1×7钢绞线,考虑到地面有堆载及施工器具车辆等外加荷载的影响,设定地面超载q=20kPa。
基坑支护示意图
3基于等值梁法的基坑支护结构设计计算
3.1土压力系数计算
勘察期间实测地下水位埋深为7.0~7.5m,但考虑到由于受场地附近近期降水工程的影响,该水位埋深偏大,在无人工降低地下水位的条件下,丰水期地下水位埋深为4.5m,历史最高水位为2.5m,另外场地局部地段人工填土层有少量上层滞水,这里排桩两侧土体的计算重度均采用其饱和重度(偏安全)。
为满足等值梁法的计算条件,对排桩两侧土体的强度参数按土层厚度进行加权平均,在计算土压力时采用土水合算计算方法,不考虑粘性土的粘聚力。
主动侧土层的加权平均重度:
主动侧土层的加权平均内摩擦角:
被动侧土层的加权平均重度:
被动侧土层的加权平均内摩擦角:
主动土压力系数:
被动土压力系数:
3.2土压力零点处计算
记主动土压力与被动土压力相等的点距基坑底部的距离为
解得
3.3土压力计算
桩顶(即基坑顶面)处主动土压力:
基坑顶面以下1m(第一道锚杆)处主动土压力:
基坑顶面以下5m(第二道锚杆)处主动土压力:
基坑顶面以下9m(第三道锚杆)处主动土压力:
基坑底面处主动土压力:
基坑侧壁净土压力分布图
3.4利用等值梁法计算桩身弯矩及锚拉点支反力
将支护桩简化成连续梁,其荷载为土压力,根据假定,连续梁第一段看成悬臂,中间支锚各段为两端固定,最后一段土压力零点处视为铰支,运用结构力学的方法计算固端弯矩。
A-B端看做悬臂段,其中:
B-C端看做两端固定,其中:
C-D段看做两端固定,其中:
D-F段看做一端固定一端铰接,其中:
桩身B、C、D处的支反力:
对桩身弯矩进行分配,首先计算分配系数:
C点处固端弯矩:
分配系数:
D点处固端弯矩:
分配系数:
弯矩分配表单位:
kN*m
B
C
D
F
分配系数
0.429
0.571
0.649
0.351
固端弯矩
6.65
-6.65
75.96
-73.66
146.61
-509.86
0
117.86
235.75
127.50
-51.6
-68.62
-34.31
11.14
22.27
12.04
-4.78
-6.36
杆端弯矩
6.65
-6.65
19.63
-19.63
370.32
-370.32
0
各支点反力及弯矩表
支撑点
支点反力(kN)
弯矩(kN*m)
B
79.57
-6.65
C
307.61
-19.63
D
602.01
-370.32
F
268.06
0
3.5排桩长度计算
设土压力零点以下排桩的嵌固深度为,由计算得出的F点支点反力可得:
解得
所以排桩最小入土深度为:
综合考虑各种不利因素,这里取排桩入土深度为
排桩总长度为:
3.6桩身最大弯矩计算
经估算,基坑底面以上两米处为桩身弯矩近似最大值:
3.7锚杆设计计算
锚索选用(7股)钢绞线,单束锚索直径为15.2mm,其抗拉强度设计值为。
锚杆施工时采用套管护壁成孔工艺,二次压力注浆施工方法。
基坑顶面以下第一道锚杆:
锚固体直径(填土)
轴向拉力标准值:
基坑为二级基坑,,由,
锚固段长度:
自由段长度:
锚杆总长度:
,故此处锚杆总长度取。
锚杆杆体直径计算:
,
所以此处选择1根直径为15.2mm的钢绞线。
基坑顶面以下第二道锚杆:
锚固体直径(粉土)
轴向拉力标准值:
基坑为二级基坑,,由,
锚固段长度:
自由段长度:
锚杆总长度:
,故此处锚杆总长度取。
锚杆杆体直径计算:
,
所以此处选择2根直径为15.2mm的钢绞线。
基坑顶面以下第三道锚杆:
锚固体直径(卵石层中的细沙)
轴向拉力标准值:
基坑为二级基坑,,由,
锚固段长度:
自由段长度:
锚杆总长度:
,故此处锚杆总长度取。
锚杆杆体直径计算:
,
所以此处选择4根直径为15.2mm的钢绞线。
3.8桩身配筋计算
基坑等级为2级,取
纵向受力钢筋选用HRB400,箍筋选用HPB300,
排桩直径设为1m,混凝土保护层厚度选用35mm,沿桩身周围均匀配筋,由《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)附录A.0.1公式:
利用迭代法计算可得:
选用16根直径为22mm的钢筋,实际配筋面积为6081.6平方毫米,实际配筋率
满足最小配筋要求。
4.稳定性验算
4.1整体稳定性验算
采用理正岩土6.0边坡稳定性分析软件验算基坑的整体稳定性。
计算数据:
滑动安全系数:
2.495
********************滑面信息*******************
土条总数:
29
圆心半径(m):
(5.000,12.000)R=15.000
[土条详细表]
表中符号意义:
i——土条编号
i
x
l
α
c
φ
W
N
T
Er
Xr
Px
Py
Sx
Sy
U
Q
J
ti
Qv
1
-4.00
1.21
-34.55
10.0
25.0
6.89
5.67
5.93
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
2
-3.00
1.16
-30.02
10.0
25.0
19.55
16.93
7.80
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
3
-2.00
1.11
-25.70
10.0
25.0
30.14
27.16
9.53
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
4
-1.00
1.08
-21.52
10.0
25.0
38.90
36.19
11.07
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
5
0.00
1.05
-17.47
10.0
25.0
285.74
272.56
55.15
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
6
1.00
1.03
-13.50
10.0
25.0
291.54
302.93
60.75
0.00
0.00
0.00
20.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
7
2.00
1.01
-9.60
10.0
25.0
295.63
311.21
62.24
0.00
0.00
0.00
20.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
8
3.00
1.01
-5.74
10.0
25.0
298.33
316.73
63.24
0.00
0.00
0.00
20.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
9
4.00
1.00
-1.91
10.0
25.0
299.67
319.49
63.73
0.00
0.00
0.00
20.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
10
5.00
1.00
1.91
10.0
25.0
299.67
319.49
63.73
0.00
0.00
0.00
20.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
11
6.00
1.01
5.74
10.0
25.0
298.33
316.73
63.24
0.00
0.00
0.00
20.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
12
7.00
1.01
9.60
10.0
25.0
295.63
311.21
62.24
0.00
0.00
0.00
20.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
13
8.00
1.03
13.50
10.0
25.0
291.54
302.93
60.75
0.00
0.00
0.00
20.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
14
9.00
1.05
17.47
10.0
25.0
285.99
291.88
58.76
0.00
0.00
0.00
20.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
15
10.00
1.08
21.52
10.0
25.0
278.90
278.05
56.29
0.00
0.00
0.00
20.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
16
11.00
1.11
25.70
10.0
25.0
270.14
243.42
49.95
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
17
12.00
1.16
30.02
10.0
25.0
259.55
224.72
46.64
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
18
13.00
1.21
34.55
10.0
25.0
246.89
203.34
42.88
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
19
14.00
0.93
38.65
10.0
25.0
170.20
132.93
28.58
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
20
14.73
0.98
42.30
10.0
25.0
161.17
119.20
26.22
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
21
15.45
1.05
46.18
10.0
25.0
150.86
104.45
23.73
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
22
16.18
1.29
50.66
10.0
25.0
155.74
98.72
23.64
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
23
17.00
1.21
55.45
10.0
25.0
117.06
66.39
17.28
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
24
17.69
1.72
61.04
10.0
25.0
120.34
58.26
17.77
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
25
18.52
0.55
65.37
0.0
24.0
28.71
11.96
2.14
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
26
18.75
1.08
68.48
20.0
20.0
43.78
16.06
10.96
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
27
19.14
1.05
72.53
30.0
18.0
28.87
8.67
13.74
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
28
19.46
2.04
78.44
10.0
10.0
26.60
5.33
8.57
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
29
19.87
2.01
86.04
10.0
15.0
4.29
0.30
8.07
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
x——起始x(m)
l——土条底长(m)
α——土条底部倾角(度)
c——土条底部粘聚力(kPa)
φ——土条底部内摩擦角(度)
W——土条重(kN)
N——土条底部法向力(kN)
T——土条底部切向力(kN)
Er——土条右侧法向力(kN)
Xr——土条右侧切向力(kN)
Px——水平超载(kN)
Py——竖向超载(kN)
Sx——水平静水压力(kN)
Sy——竖向静水压力(kN)
U——孔隙水压力(kN)
Q——自重产生的水平地震力(kN)
J——筋带力(kN)
ti——超载在滑弧切线方向上产生的水平地震力(kN)
Qv——自重产生的竖向地震力(kN)
计算得到整体稳定性系数为2.495>1.3,满足整体稳定性要求。
4.2抗隆起稳定性验算
抗隆起稳定性满足要求。
4.3抗管涌稳定性验算
,抗管涌稳定性满足要求。
5施工工艺及施工流程
5.1钻孔灌注桩施工流程
(一) 放样定位
工程开工前,根据轴线及桩位布置情况,在场地内建立测量控制网,然后依据控制网测放各桩位中心点。
(二) 埋设护筒
护筒直径应比桩孔直径大100mm,长度应满足护筒底进入黏土层不少于0.5m 的要求,护筒顶端高出地面0.3m,护筒埋设的倾斜度控制在1%以内,护筒埋设偏差不超过30mm,护筒四周用黏土回填,分层夯实。
(三) 钻机就位
钻机就位必须稳固、周正、水平,确保“天车、转盘中心、桩位中心”三