地铁综合楼深基坑支护结构计算书

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1、一、基坑支护计算书SMW工法1.1项目概况xx地铁xx路综合楼工程位于中山路吉兆营路路口东南角，占地面积南北长约 70m,东西宽约50m。综合楼主楼26层，高约100m，采用钢结构体系；裙楼高6 层，采用框架结构体系。综合楼设三层地下室，基坑开挖深度分为17.86m。1.1.1基坑工程设计依据a. 建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)b. 混凝土结构设计规范(GB50010-2002)c. 地基与基础工程施工及验收规范(GBJ202-83)d. 建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)e. 地基处理技术规范(DBJ08-40-94)f. 地铁基础工程施工规程(SZ-08-2000)g

2、. 基坑工程设计规程(DBJ08-61-97)h. 简明深基坑工程设计施工手册i. 基坑工程手册1.2岩土工程勘察报告本工程地面实测标高在10.46m左右。建址范围内自上向下土层构成分别为：(1) 杂填土：褐黄色，松散稍密，由碎砖、碎石及粉质粘土混填；(2) -2b2-3素填土：褐黄褐灰色，软可塑；(3) -1b3粉质粘土：灰黄褐灰色，软塑，局部夹粉土；(4) -2b3-4粉质粘土：灰色，软流塑，夹淤泥质粘土；(5) -1-1b1-2粉质粘土：灰黄绿灰色，可硬塑；(6) -1-1b2粉质粘土：灰黄褐黄色，可塑；(7) -1-2b3-4粉质粘土：褐黄褐灰，软流塑；(8) -2-1b2-3粉质粘土

3、：褐黄褐灰，可软塑；(9) -2-2b3-4粉质粘土：褐灰灰色，软流塑，夹薄层粉砂；(10) -3-1b2粉质粘土：褐灰灰色，可塑；(11) -3-2b2粉质粘土：灰黄绿灰色，可塑，夹少量粉细砂及卵砾石；(12) -3-3d2中粗砂：灰灰黄色，中密，局部分布；(13) -4e粉质粘土混粗砂卵砾石：灰黄色紫红色，可塑，卵砾石含量一 般为530%，粒径18cm，局部含量达60%，粒径大于10cm。地下水位：1米；高程：9.46米；地面超载：20 KN / m2。1.3基坑维护方案设计1.3.1地下连续墙地下连续墙是于基坑开挖之前，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖深槽， 然后下钢筋笼浇筑混凝土形成

4、的地下土中的混凝土墙。1.3.2、!巧工法(劲性水泥土搅拌桩法)SMW工法为日本的叫法，国内亦称劲性水泥土搅拌校法，即在水泥土搅拌桩 内插入H型钢等(多数为H型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等)，将承受荷载 与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护 培。坑深大时亦可加设支撑。从我国目前的设计施工水平看，SMW工法围护墙在软土地区用于两层地下室 的基坑工程(深度810m)完全是可以的，上海东方明珠二期工程用于10.7m基坑。 如果用后能将H型钢拔出回收，则经济效益显著。采用SMW工法较为合理。具体参数如下：1.3.3型钢选择SMW 工法中，由于内插型钢，不需要配筋。

5、选用h x x tw x t取HW394*398*18*11 H型钢，型钢截面见图1.1。图1.1型钢示意图1.3.4水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩桩机钻孔直径为800mm，孔轴间距为600mm，且水泥搅拌桩选 择 w=394mm，t=600mm，见图 1.2。图1.2桩示意图1.3.5支撑结构类型采用钢支撑施工，采用*580钢管作为支撑，设置四道钢支撑。立柱采用和钢支撑同样的材料，为*580钢管。1.4 土压力计算1.4.1标准段地下连续墙深度的确定按照基坑工程手册，搅拌桩的加固深度，亦即桩的长度，取开挖深度的 1.82.2倍进行试算。即 H=1.8h =1.8*17.86=32.12(m)。1.

6、4.2 土的参数计算对成层构造的土体，墙底以上各层土的物理力学性质指标按各层土的厚度加权 平均计算，即：r = y . * h / h(1.1)i = 1循=Z 。* h / h(1.2)_=1c = Z c * h / h(1.3)i=i式中y :第i层土天然重度(kN/m3)；h :第i层土的厚度(m)；七：第i层土的内摩擦角();C :第i层土的粘聚力(KPa)；H：墙深(m)，取 H=1.8h=32.12m.由墙底至坑底间各土层参数计算得：；二(1.3*18+0.9*18+0.8*18.93+3.3*18.83+4.5*19.9+3.1*19.49+3.6*18.54 +1.8*18.

7、73+3.5*17.96+6.1*19.62+3.12*20 ) 19.07 (kN/m3)=19.07 (kN/m3)C =(1.3*10+0.9*10+0.8*11.4+3.3*10+4.5*6.66+3.1*9.2+3.6*15.0+1.8*12 .2+3.5*9.3+6.1*11.410.5+3.12*)/32.12 (kPa)=10.4 (kPa)r = (1.3*20+0.9*20+0.8*28.3+3.3*26.9+4.5*18.8+3.1*26.9+3.6*21+1.8* 20+3.5*20+6.1*22+3.12*25.5)/32.12 ( )=22.4 (。)1.4.3水土

8、压力计算由于年平均地下水位在地表以下1.0-1.4m，取地下水位在地表以下1.0m处。 地面超载取20 kN/m2。1.4.4开挖面以下主动土压力计算压力简图1.3如下：图1.3计算压力简图由公式：Pa = (y *h + q + r (z h ) 2c、* + r(z h )(1.4)000V a0Ka二tan 2 (45- /2)=0.45式中p坑内土的被动土压力；y 计算厚度内土的平均天然重度(kN/m3)；4 一计算厚度内土的平均内摩擦角();c一计算厚度内土的平均粘聚力(kPa)；r水的重度；取为10 kN/m3；r 土的浮重度；代入：h0水土压力的临界值点。p = -4.42 kP

9、ap 2 = 248.45 kPap 3 = 454.62 kPa1.4.5开挖面以下被动土压力Pp =y o* x* K + 2cK(1.5)式中 K 二tan2 (45o+ /2)=2.19代入p = 31.64 kPap 3 = 628.01 kPa1.4.6支撑及墙体内力计算在本设计中，采用日本的山肩邦男为简化计算其基本假定如下：a. 在粘土地层中，挡土结构作为底端自由的有限长弹性依；b. 挡土结构背侧土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以厂取为矩形，已 抵消开挖面一侧的静止上压力；c. 开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力；d. 横撑没置后即作为不动支点；e. 下道横撑设置后，

10、认为上道横撑的轴力保持不变且下道横撑点以上的挡土结 构仍保持原来的位置；f. 开挖面以下挡土结构弯矩M=0的那点假设为一个铰，而且忽略此铰以下的 挡土结构对此铰以上挡土结构的剪力传递。1.4.7各参数的计算按水土分算公式计算水土压力等于零的点：令式(1.5)等于零得：h =0.96m由式(1.4)计算得基坑底水土压力：q =248.45kPa由上面计算的水土压力等于零的点力地面以下0.96m，考虑地下水位的作用取水土压力等于零的点力地面以下1.0m处，近似取水土压力为三角形分布，三角形的 顶点在地表以下1.0m处，可得三角形荷载的斜率不：_ 203.07门 =15.457= 14.73248.

11、45 - (17.86 -1)*1016.86=4.73a =P 二门-a =14.73-4.73=10因为Pp二x+v，由式(1-5)可得：p=41.76x+31.64代入：=41.76，v =31.64，P =10，a = 4.73，门=14.73 ；1.4.8支撑内力的计算因为我们所考虑的墙后水、土荷重图式与山肩邦南法所采用的不一样，故虽 然照山肩邦南的基本假定，但是另行使用近似解的计算公式。基本假定与山肩邦南法相同。开挖面以下的水平力认为衰减到零。被动侧的 土抗力认为达到被动主动力，为区别于山肩邦南已减去静止土压力部分，以 (g + v)代替(&x + G)。由E r = 0和E M

12、= 0推导得出以下式子：3(一a)/3 -(2门h - 2v - 2h + 2ah - 3ph )%2(mv 1ph)h %+(E NhhEN+1 ph2 (h-虹)| = 0和0k2 0 k kk mi ik kk i 2 0k kk 31111=nx h % +nh2 -2 -vh -Z N - 2 p% +-a%计算参数如下:i=0h0 广6.5+20/r=7.55=h =4.51k第一道支撑的参数：K=1N = N ；k 1第一道支撑的参数：K=2i=0,1h0 广12.01h =9 h =4.5N =Nk2N = N ；i1第三道支撑的参数：K=3i=1,2h =16.51h =13

13、.5 h =9h =4.50 k1k2 k3k第四道支撑的参数:K=4 i=1,2,3h =18.85h =15.84h =11.340k1k2k气广6.84 h4广2.34 %=N ；4计算得:%1 =3.65； X2 =5.86； X3 =7.93； X4 =8.63N1 =325.33； N2 =599.38； N3 =940.73； N4 =675.45M1 =8.28； M2 =-407.43； M3 =-1372.36； M 4=-2971.53吃=-3522.32注：M5为坑底的弯矩值。1.4.9求最大弯距及剪力值(1)最大弯矩值由经验可知最大弯矩处位于基坑底面和最后一道支撑之间

14、。设该点距最后一 道支撑的距离为x m。则对此点取距得：M= 325.3 xG +13.5)+ 599.38 xG + 9)+ 940.73 xG + 4.5)+ 675.45 x x(x +15.5x 14.736两边求导M max=325.33+599.38+940.73+675.45-14.73(x+15.5) 2/2令M= 0可得：maxX = 2.077m代入可得最大弯矩M max= 3546.45kN.m围护结构及支撑内力见下图1.4：(2)最大剪力值坑底处剪力最大，最大值vma为：Vmax=【(325.33+599.38+940.73+675.45 - 0.5*16.84*14.

15、73*16.84)=452.29KN图1.4围护及支撑结构内力图1.5内力检算1.5.1 SMW的内力验算内力计算按厚度为h的混凝上壁式地下墙，计算出每延米墙之内力M Q然后换算 得每根型钢承受的内力：其中w=394mm，t=600mm。如图1.5所示图1.5型钢布置图Qp= (w + f )Qw(1.6)t为型钢间的净距。Mp = (w +1) M注:w为型钢的宽度；由于我们只要验算出内力最大处的强度若满足要求，那么结构就会安全。在 支撑和墙体的内力计算中我们已经得最弯矩和剪力为：M = 3546.45(KN.m)Q =452.29(N)故：M p = 3546.45*(0.394+0.60

16、0)=3525.17(KN.m)Q 二452.29*(0.394+0.600)=449.57(KN)1.5.2强度验算1.5.3抗弯验算考虑弯矩全部由型钢承担，则型钢应力需满足下式:(1.7)式中W型钢抵抗矩(mm3) ； W=2860cm3Mx一绕X轴的最大计算弯矩；Y * 一塑性截面发展系数，为Y * = 1.05 ；f 一钢材抗弯强度设计值，为f = 215N/mm2。代入：3525.17*1051.05*2860*103=117.38 N/mm2 215 N/mm2故满足抗弯要求。1.5.4型钢抗剪验算(1.8)V5=厂 fIt vw式中T 计算剪力(N)：1 毛截面惯性矩，为I =

17、56400cm4；t所验算点处的钢板厚度；&二11mmfv 一钢材的抗剪强度设计值，为fv = 125 N/mm2。S 型钢面积矩(mm3)S = 398*18*(197 -18/2) + (197 18)2*11/2 = 1523057.5mm3代入得：=110.36 N/mm2 1.2故抗倾覆稳定性满足要求。1.6.5整体圆弧滑动稳定性验算全面地对有支护基坑进行稳定性分析，是基坑工程设计的最重要环节之一。 考虑内支撑作用时，通常不会发生整体稳定破坏，因此，对支护结构，只设一道 支撑时，需验算整体滑动、对设置多道支撑时可不作验算。1.6.6抗渗流验算在地下水位较高地区基坑开挖以后，地下水形成

18、水头差七，使地下水由高处 向低处渗流。当渗流力较大时，就有可能造成基坑底部的潘流或管涌稳定性破坏。 为防止此类破坏，便可通过提高挡水帐幕入土深度，增长地下水渗流路线，从而 减小渗流水力坡度，达到防止渗流或管涌失稳破坏的目的。由于该工程地下水位埋深约32m左右，而搅拌桩的入土深度为32.12m，故取坑 底渗流路径刚好通过基坑底部。如图1.8所示，可通过下式验算基坑底部稳定性：(1.14)式中i 一坑底土体临界水力坡度，根据坑底土的特性计算：ic = |+三P 一坑底土体的相对密度；依规范取2.65；e 一坑底土体天然孔隙比；依照地质资料，按平均加权计算得：0.828； hi坑底土体渗流水力坡度；

19、i = w ；h 一基坑内外土体的渗流水头(m)，取坑内外地下水位差；取为17.84m；L一最短渗径流线总长度(m), L = ZL + mZL ； hVZ Lh 一渗径水平段总长度(m)； Z Lh = 0.8m；ZLv 一渗径垂直段总长度(m)； ZLh=hw + 2* DD 一基坑底部下地下水位距离桩底部距离(m)； D = D-1；D一基坑底部距离桩底部距离(m)； D=14.26m；m一路径垂直段换算成水平段的换算系数，单排挡小帷幕墙取时，m=1.50 ；多排帷幕墙取m=2.0；气一抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取1.52.0。基坑底土为砂性土、 砂质粉土或粘性土与粉性土中有明显薄层

20、粉砂夹层时取大值。图1.8坑底土体渗透计算简图由 h =17.84m D = D-1=14.26-1=13.26(m)得：ZLh = h + 2* D=17.84+2*13.26=44.32(m)由于按单排桩计算，故m取为1.5，由公式得:L = 七 + m Z Lv =44.32+1.5*0.8 =45.52(m)由于p =2.65、e =0.828，由公式得：.p -1 2.65 -1i =c 1 + e 1 + 0.828=0.9026由于h =17.84m、L =45.52，由公式得: w.h 17.84l =-w =L 45.52=0.3919l _ 0.9026 -c =l 0.3

21、919=2.302.0,满足要求。参考文献1 深基坑支护工程实例集，黄强等主编，北京：中国建筑工业出版社，20012 基坑工程手册，侯学渊，刘建航，北京：中国建筑工业出版社，19973 高层建筑地下结构与基坑支护，黄熙龄主编，北京：宇航出版社，20024 基础工程赵明华，北京：高等教育出版社；5 土力学东南大学，湖南大学，浙江大学苏州科技学院，20056 土层地下建筑结构，中国矿业大学建工学院，20057 高层建筑基础工程施工，赵志缙，北京：中国建筑工业出版社，19948 深基坑支护工程设计技术，黄强编著，北京：中国建筑工业出版社，19959 高层建筑深基坑围护工程实践与分析，赵锡宏等，上海：同济大学出版社；10 深基坑支护设计与施工，余志成等编著，北京：中国建筑工业出版社，199211 深基坑工程，陈忠汉，黄书秩，程丽萍编著，北京：机械工业出版社，2002