基坑支护设计土木工程毕业论文

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1、基坑支护设计_土木工程毕业论文 基坑支护设计土木工程毕业论文目 录前 言1第一章 工程概况2第一节 工程概述2第二节 工程地质条件3一、气象概况3二、地形地貌3三、工程地质3第三节 水文地质条件4一、地下水类型4二、地下水的腐蚀性评价5第四节 抗震设计5第五节 护坡设计参数5第二章 基坑支护结构设计7第一节 施工方法的论证7第二节 围护结构型式的选择7一、基坑等级及变形控制标准7二、基坑围护结构方案比选7三、钢支撑和锚索施工比较8第三节 基坑支护中荷载的计算9一、荷载与组合9二、水平荷载标准值9三 水平抗力标准值10第四节 护坡桩设计11一、嵌固深度计算11二、钢筋混凝土桩设计17三、施工方案

2、设计20第五节 锚杆设计20一、计算锚杆承载力21二、锚杆自由长度计算22三、锚杆锚固段长度计算22四、锚杆参数最终确定22第三章 钻孔灌注桩施工24一、泥浆护壁施工法24 二、钻孔灌注桩常见施工问题25第四章 基坑稳定性验算27第一节 整稳定性验算27第二节 抗倾覆稳定性验算27第三节 抗滑移稳定性28第四节 坑底土隆起稳定性验算28结 论30致 谢31参考文献32附图一 拟建场地平面及桩的布置图附图二 围护桩配筋图附图三 基坑坑壁剖面图前 言基坑工程是指建筑物和构筑物的地下结构部分施工时,所进行的基坑开挖、工程降水和基坑支护,同时,对周围的建筑物、构筑物、道路和地下管线进行监测和维护,以确

3、保正常、安全施工的综合性工程。一般情况下,基坑支护是临时措施,地下室主体施工完成时支护体系即完成任务,与永久性结构相比临时结构的安全储备要求可小一些,由于其安全储备较小,因此具有较大的风险性。岩土工程区域性很强,岩土工程中的基坑工程区域性更强,如软粘土地基、软土地基、砂土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很大,同一城市不同区域也有差异。基坑工程的支护体系设计施工和土方开挖都要因地制宜,根据本地情况进行。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质和水文地质条件有关,还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件等有关

4、,这就决定了基坑工程具有很强的个性。正是由于基坑工程具有很强的区域性和个性,因此根据不同的区域和个性特征,研究相应的基坑稳定性、支护结构的内力及变形以及周围地层的位移对周围建筑物和地下管线等的影响及保护的计算分析,以便采取经济、实用的基坑支护方案,就具有重要的理论意义和实际效益。与分析、计算方法的进步相对应的是基坑开挖技术,特别是支护技术的日臻完善,并出现了许多新的支护结构形式与稳定边坡的方法。 本文结合北京市地铁八号线01标段西三旗车站地下结构挖方工程,根据基坑地质条件和周围环境的特殊性,选择钢筋混凝土灌注桩加锚杆的基坑开挖围护方案,并对组合围护结构体系进行了设计计算。依据建筑基坑支护技术规

5、程(JGJ120-99)等规范,采用整体等值梁法的计算方法计算桩长、支点内力、最大弯矩;对混凝土灌注桩进行结构设计与验算,确定桩径、桩身配筋;对冠梁与腰梁进行结构设计。最终编制了基坑开挖围护设计方案。第一章 工程概况第一节 工程概述 工程概况:西三旗站是北京地铁8号线二期工程第三座车站,位于西三旗路和西三旗东路十字路口处。在西三旗东路下南北向布置,为8号线首批开工车站。 车站所处十字路口东北角有北新家园、新康园小区、建材城西里小区和新材医院;东南角为北新建材集团,规划为商业用地;西北角为中国石油天然气集团直属机关党校、新龙批发市场;西南角有育新花园小区、首师大附属育新学校。 西三旗路交通繁忙,

6、路下管线复杂,道路规划红线宽45m,主路宽16m,双向4车道,路口西侧局部段双向6车道,目前已经实现规划;西三旗东路规划红线宽40m,路口北段现状道路宽10m,路口南段现状道路宽4m,未实现规划。第二节 工程地质条件一、气象概况 北京地区属于温暖带大陆性半湿润?半干旱季风气候,受季风影响形成春季干旱多风、夏季炎热多雨、秋季秋高气爽、冬季寒冷干燥、四季分明的气候特点。近几年平均气温为12.513.7,极端最高气温42.2,极端最低气温-15。全市多年平均降水量为626mm,降水量的年变化大,年内分配也不均,汛期(68月)降水量约占全年降水量的80%以上。旱涝的周期性变化较明显。二、地形地貌 本合

7、同段线路位于永定河冲积扇的中下部,土层以新沉积层、第四纪冲洪积沉积土层为主。拟建工程所处地势基本平缓,地面以市政道路为主,路面平坦,地面标高为 3740m。三、工程地质 施工场地范围内的土层主要有人工填土层、新近沉积层、一般第四纪冲洪积沉积层。车站主要位于粉土和粘土层,底板位于粉质粘土层。 钻孔孔口地面高程介于3.40m5.05m,平均3.71m。场地照片如下图1-2:图1-2场地照片 根据野外钻探资料,拟建场地从上至下分布的地土层为: 1、人工填土层: 粉质粘土素填土层:黄褐色,稍湿,稍密,以粉质粘土为主,含少量碎砖屑、植物根等,结构松散,无层理。 粉土素填土2层:黄褐色,稍湿,稍密,以粉土

8、为主,含少量碎砖屑、植物根等,结构松散,无层理。 建筑垃圾杂填土6层:杂色,稍湿,稍密中密,以碎石块、水泥块为主,砂、石及粘性土充填。 新近沉积层: 粉质粘土层:黄褐色,软塑可塑,含氧化铁、氧化锰,土质结构差,无层理。 粉土2层:黄褐色,稍湿湿,稍密,含氧化铁、氧化锰,土质结构差,无层理。 2、一般第四纪冲洪积沉积层: 粉质粘土层:黄褐褐黄色,可塑,含氧化铁、云母。 粉土2层:黄褐褐黄色,稍湿湿,稍密中密,含氧化铁、氧化锰等、云母、钙质结核等。 粉质粘土层:灰黄褐灰色,可塑,含氧化铁、云母,少量有机质等。 粉土2层:灰黄褐灰色,稍湿饱和,含氧化铁、云母,少量有机质等。 细砂4层:灰黄褐灰色,湿

9、饱和,主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层:褐黄色,可塑,含氧化铁、云母等。 粉土2层:褐黄色,湿饱和,中密密实,含氧化铁、云母等。 粉砂3层:褐黄色,湿饱和,中密,主要矿物成分是石英、长石、云母。 细砂4层:褐黄色,湿饱和,密实,主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层:黄灰褐灰色,可塑,含氧化铁、氧化锰等。 粉砂3层:灰褐黄褐色,饱和,密实,主要矿物成分是石英、长石、云母。 粉质粘土层:灰黄褐黄色,可塑,含氧化铁、云母等。 粘土1层:灰黄褐黄色,可塑,含氧化铁、云母等。 粉土2层:灰黄褐黄色,湿饱和,密实,含氧化铁、云母等。 细砂4层:灰黄褐黄色,密实,主要矿物成分是石英、长石

10、、云母。 粉质粘土层:褐灰色,可塑,含氧化铁、云母,少量有机质等。 粘土1层:灰褐褐灰色,可塑,含氧化铁、云母,少量有机质等。 粉土2层:褐黄色,饱和,密实,含氧化铁、云母。 粉砂3层:褐黄色,饱和,密实,主要矿物成分为石英、长石、云母。 中砂5层:褐黄色,饱和,密实,主要矿物成分为石英、长石、云母,含少量圆砾。 粗砂6层:褐黄色,饱和,密实,主要矿物成分为石英、长石、云母。 圆砾8层:杂色,饱和,密实,一般粒径23mm,最大粒径2cm,圆砾含量约60%,含少量卵石,主要母岩成分为岩砂、砾岩,中粗砂充填。 卵石9层:杂色,饱和,密实,一般粒径23cm,最大粒径5cm,卵石含量约60%,主要母岩

11、成分为砂岩、砾岩,中粗砂充填。 粉质粘土层:褐黄色,可塑,含氧化铁、云母、钙质结核。 粘土1层:褐黄色,可塑硬塑,含氧化铁、云母、钙质结核。 粉土2层:褐黄色,湿饱和,密实,含氧化铁、云母等。 细砂4层:褐黄色,湿饱和,密实,主要矿物成分为石英、长石、云母。 粉砂3层:褐黄色,饱和,密实,主要矿物成分为石英、长石、云母。 粉质粘土层:褐灰褐黄色,可塑,含氧化铁、钙质结核。 粘土1层:褐灰褐黄色,可塑硬塑,含氧化铁、钙质结核。 粉土2层:褐灰褐黄色,饱和,密实,含氧化铁、云母、钙质结核。 中砂5层:褐黄色,饱和,密实,主要矿物成分为石英、长石、云母。 粉质粘土层:褐灰褐黄色,可塑,含氧化铁、云母

12、、钙质结核,见少量螺壳。 粘土1层:褐灰褐黄色,可塑硬塑,含氧化铁、云母、钙质结核,少量有机质。 粉土2层:黄褐褐灰色,饱和,密实,含氧化铁、云母、少量有机质。 细砂4层:褐黄色,饱和,密实,主要矿物成分为石英、长石、云母。 中砂5层:褐黄色,饱和,密实,主要矿物成分为石英、长石、云母。 卵石9层:杂色,饱和,密实,亚圆形,最大粒径5cm,一般粒径23cm,主要母岩成分为岩砂、砾岩,中粗砂充填。 粘土1层:褐黄色,可塑硬塑,含氧化铁、云母。 车站主要位于粉土和粘土层,底板处于粘土层。第三节 水文地质条件一、地下水类型 拟建场地下38m深度范围内主要揭露了3层地下水,第一层为台地潜水,第二层为层

13、间水,第三层为潜水承压水。 第一层:台地潜水,初见水位埋深2.67.9m,绝对标高36.7741.47m;静止水位埋深2.67.7m,绝对标高36.9741.47m。地下水的主要补给来源是大气降水入渗、地下管道渗水及居民生活用水,主要排泄方式为侧向迳流及向下越流补给。该层水在场地北侧较连续分布,在场地南侧仅部分地段有分布。 第二层水:层间水,主要含水层为粉土2、粉砂3、细砂4,初见水位埋深9.211.6m,绝对标高32.6034.86m;静止水位埋深8.211.2m,绝对标高32.9034.81m。地下水主要接受侧向径流及越流补给,以侧向径流的方式排泄。该层水在整个场地范围内连续分布。 第三层

14、水:潜水承压水,主要含水层为中砂5,初见水位埋深24.826.5m,绝对标高17.6319.30m;静止水位埋深23.525.2m,绝对标高18.7120.60m。该层水具有微承压性,在整个场地范围内连续分布,由于位于基坑开挖深度以下,对基础施工影响不大。二、地下水的腐蚀性评价 本次勘察在XSQC02#、Z3-XSQ-011#、Z3-XSQ-019#钻孔中共采取地下水试样6组,在室内对其做了腐蚀性测试,根据其测试结果,依据岩土工程勘察规范(GB 50021-2001)第12.2条及铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定(铁建设【2005】157号)3.3条有关条款,判定地下水对基础材料的腐蚀性见下表

15、: 表1-1 地下水的腐蚀性评价孔号取水深度(m)取水日期 对建筑材料的腐蚀性 砼钢筋砼中钢筋(干湿交替)钢筋砼中钢筋(长期浸水)钢结构XSQC026.307.5.19 弱腐蚀性 弱腐蚀性XSQC029.107.5.19 弱腐蚀性 弱腐蚀性XSQC0225.007.5.20 弱腐蚀性 弱腐蚀性 经综合分析判定,拟建场地地下水对砼结构不具腐蚀性,在长期浸水情况下对钢筋砼结构中的钢筋不具腐蚀性,在干湿交替的情况下对钢筋砼结构中的钢筋具弱腐蚀性,对钢结构具有弱腐蚀性。 本次勘察并在Z3-XSQ-003#、Z3-XSQ-009#、Z3-XSQ-020#取代表性土试样4组,做了土的腐蚀性测试,结果详见附

16、件“土的浸出液分析报告”,根据岩土工程勘察规范(GB 50021-2001)第12.2条判定,场地土对砼及钢筋砼结构中的钢筋均不具腐蚀性。 3、历年最高水位: 拟建场地历年最高地下水位曾接近自然地面,绝对标高44.00m左右,近35年最高地下水位绝对标高为40.00m左右。抗浮水位可按历年最高水位绝对标高42.50m进行设计。第四节 抗震设计 1、抗震设防烈度 根据中国地震动参数区划图(GB16306-2001)和建筑抗震设计规范(GB50011-2001)附录D及铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)综合考虑,拟建场区的抗震设防烈度为8度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度值

17、为0.20g。 2、建筑场地分类 本次勘察在XSQC02#、Z3-XSQ-003#、Z3-XSQ-009#和Z3-XSQ-015#钻孔中分别进行了全孔波速测试,经实测其25m深度范围内土层等效剪切波速值分别为236 m/s、231.86m/s、233.27m/s和228.26m/s,根据铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)第4.0.1条判定,场地土类型为中软土,场地类别为类。 3、液化判别 根据铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)附录B进行判别,拟建场地地面下20m深度范围内的饱和粉土及砂土不液化。第五节 护坡设计参数 地面超载按q30kPa考虑。 基坑支护后剖面变形按

18、1级控制。 车站深度范围内土层主要参数如下表: 表1-2 土层参数表层号土类名称重度粘聚力内摩擦角厚度kN/m3kPa度(m)素填土20.18.0018.001.82粉土19.38.0024.002.62粉土20.010.0025.003粉质粘土19.917.0022.002.32粉土20.26.0026.000.74细砂19.50.0035.002.4粉质粘土20.521.0022.002.5粉质粘土19.821.0023.009.3 注:基坑周边按强夯后考虑参数取值。第二章 基坑支护结构设计第一节 施工方法的论证 目前国内地铁车站施工主要方法有明挖法、盖挖法、暗挖法,每种方法都有其适用条件

19、及优缺点,结合本车站现场选定站位实际情况,对以下三种方法进行多方面比较,具体优缺点详见下表。 表2-1 车站常用施工方法比较表项 目明挖法盖挖法暗挖法对地面交通影响大,需中断交通较大,需短期占部分道路对交通无影响对地下管线影响大,管线改移多部分管线需要改移不需改移管线施工技术成熟成熟成熟施工难度小较小大工程质量好较好一般防水质量好较好一般地面沉降小小稍大扰民程度大较大小施工工期短较短长土建造价低较高高 西三旗站所处站位,地下管线及道路有导改条件,通过地上、地下情况分析比较,车站主体及附属皆采用明挖法施工。 第二节 围护结构型式的选择一、基坑等级及变形控制标准 本车站标准段基坑宽度22.3米,基

20、坑深度约18.3米,基坑附近无特殊建构筑物需要防护,根据基坑规模与周边环境条件及北京地铁8号线二期工程技术要求,本明挖基坑变形控制等级为一级,基坑变形控制标准为:地面最大沉降量0.15%H;围护结构最大水平位移0.2%H,且30mm。二、基坑围护结构方案比选 基坑围护结构形式和地下水的治理措施不仅是地下结构施工的需要,也是保证地面建筑物和地下管线安全的关键环节,必须综合治理,统筹考虑方可达到预期目的。 明挖法施工中围护结构的主要型式见下表 表2-2 围护结构方案比较表 围护结构型式优 点缺点经济性放坡开挖1、施工简单,不需要大型设备。2、施工进度快。风险小。3、材料用量和工程量小,造价低。4、

21、土体位移小,采用信息化施工可确保工程和施工安全。1、对地层土质条件要求较高。2、需要场地加大,基坑深度不能过大。3、地下水位高时施工难度大。造价最低钻孔咬合桩1、可根据基坑深度,调整桩径等参数,2、对地层地质条件、基坑深浅等条件适应性好;3、结构刚度好,对地面沉降控制好。1、成孔需专门设备;2、施工工艺较复杂。造价适中地下连续墙1、整体性好,稳定性强;可作为永久性结构;2、漏水点少,渗漏易处理;3、刚度大,地面沉降小。1、需要专门的成槽设备;2、需要足够的施工场地;3、对城市环境污染大。造价相对较高钻孔桩+基坑外降水1、适用多种地层,施工进度可控制;2、可根据基坑深度调整设计参数,满足强度和刚

22、度要求;3、基坑外降水,地下水位低时优势明显;1、对城市环境有一定影响;2、施工工艺较复杂。造价相对较低土钉墙1、设备简单,操作方便,施工所需场地小,施工干扰少。2、材料用量和工程量小,造价低。3、土体位移小,采用信息化施工可确保工程和施工安全。1、应具有较好的工程及水文地质条件。2、适用于深度小于15m的基坑。造价低经比对及施工经验结合此工程环境得知采用钻孔灌注桩具有以下技术优点: (1) 施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移,因此对环境和周边建筑物危害小; (2)大直径钻孔灌注桩直径大、入土深; (3) 对于桩穿透的图层可以在空中作原位测试,以检测土层的性质; (4)扩底钻孔灌注桩能

23、更好地发挥桩端承载力; (5) 经常设计成一柱一桩,无需桩顶承台,简化了基础结构形式; (6)钻孔灌注桩通常布桩间距大,群桩效应小; (7)施工设备简单轻便,能在较低的净空条件下设桩; (8)钻孔灌注桩在施工中,影响成桩质量的因素较多,质量不够稳定,有时候会发生缩径、桩身局部夹泥等现象,桩侧阻力和桩端阻力的发挥会随着工艺而变化,且又在较大程度上受施工操作影响;三、钢支撑和锚索施工比较(一)施工工艺支撑和锚索的施工工艺都比较成熟,在深基坑支护中,挖掘机操作需避让支撑,而锚索不需要。但锚索需要一定的地下空间,这对于市政工程是一的非常的局限条件,并不在任何地方都可以用锚索支护。待基坑施工至基底开始施

24、工结构时,需要向基坑内运输工程材料,在调装的过程中,支撑有着很大的限制与不便。支撑安装工人需要经过专业的培训才可以上岗,危险系数较大。(二)施工工期 支撑施工时土方将不能同时进行开挖,而锚索在到达设计标高以后,可以多台同时作业,这期间土方还可以继续施工,不影响工程进度。但浆液龄期需要大概4天的时间,土方开挖需要给张拉留出工作面。(三)体系效果 从监控量测的数值反映和对比,两种支护体系效果均比较理想,桩体的侧向位移都在3cm以内。 经过比较并根据已对该工程地质条件、基坑开挖深度及周边环境的特点的分析,选择基坑支护方案时充分考虑影响边坡稳定性安全的不利因素,同时兼顾经济、高效的原则,该工程基坑支护

25、方案拟采用钻孔灌注桩加锚杆结合支护。第三节 基坑支护中荷载的计算一、荷载与组合 结构自重:钢筋混凝土自重按25kN/m3计。 水土侧压力:砂、卵石层水土分算,粘性土层水土合算,施工期间按朗肯公式计算其主动土压力。 施工荷载:按计。二、水平荷载标准值(一)砂土的水平荷载标准值 对砂土计算点位于地下水位以上时按式下式计算: 2-1 2-2 式中-第i层的主动土压力系数; -作用于深度处的竖向应力标准值kPa; -计算点深度m; -第i层土的内摩擦角(0)。(二) 粉土水平荷载标准值 对于粉土及粘性土 ,水平荷载标准值按下式计算: 2-3 -第i层的主动土压力系数; -计算点深度m;-三轴试验当有可

26、靠经验时可采用直接剪切试验确定的第层土固结不排水不(快)剪粘聚力标准值kPa; 式中按式2-2计算。(三) 工程中土层水平荷载标准值 求土层加权的值按下式计算: 由式2-2计算得主动土压力系数得: 。 三轴试验聚力标准值如下表2-3: 表2-3 Cik三轴试验聚力标准值土层素填土2粉土2粉土粉质粘土2粉土4细砂粉质粘土粉质粘土881017602121加权c 综上按式2-3计算得出水平荷载标准值计算结果下表2-4:表2-4 水平荷载标准值土层素填土2粉土2粉土粉质粘土2粉土4细砂粉质粘土粉质粘土(m)1.84.47.49.710.412.815.318.30.4114.5kPa-3.917.34

27、1.760.566.285.7106.1130.5三 水平抗力标准值 根据建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99),基坑内侧水平抗力标准值按下列方法计算。 粉土及粘性土基坑内侧水平抗力标准值宜按下式计算: 2-4 式中-作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值kPa; -第i层土的被动土压力系数。 第i层土的被动土压力系数应按下式计算 2-5 式中-为第i层土的内摩擦角(0)。 由于降水效果良好,地下水位位于支护结构以下,基本为无水施工,对于砂土、碎石及粉土、粘性土基坑内侧抗力标准值可统一按下式计算: 2-6 式中参数意义同式2-4。 计算结果见下表2-9: 表2-9基坑内侧抗力标准值土层m

28、kPakPa粉质粘土6.32.2821125.2第四节 护坡桩设计一、嵌固深度计算 多层锚杆整体等值梁的计算方法是,把基坑下桩的弯矩零点与桩顶之间的桩当作多跨连续梁,锚杆位置当作连续梁的支点,采用力矩分配法计算支点反力。用整体等值梁法计算嵌固深度,计算过程如下。 1、主动土压力系数 。 2、被动土压力系数 被动土压力系数按下式计算: 2-7 基坑下土的内磨擦角的加权平均值。 桩土间的摩擦角之间,由于是砂土为主,所以取。 所以:。3、土压力为零(近似零弯点)距坑底的距离 土压力为零(近似零弯点)距坑底的距离按下式计算: 2-8 式中-均布附加荷载为产生的水平荷载,均布附加荷载为30kPa。 土的

29、天然重度的加权平均值: 将参数代入式(3-19)得出土压力零点,如下: 。 4、用弯矩分配法计算支点反力 现将基坑支护图画作一连续梁,其荷载为土压力及地面荷载,土压力为零点经计算离坑底为2.3m,近似看作为弯距为零处,F点看作为一地下支点无弯距,如下图2-1所示: 图2-1基坑支护简图 将基坑支护图画成为一连续梁,契合在为土压力及地面荷载,见图2-2所示: 图2-2整体等值梁计算简图 A点超荷压力为 。由得, 由上得B、C、D、E、F土压力为; 。5、分段计算固端弯距(1)、AB段弯矩计算 AB段弯距,简化为悬臂梁。如下图2-3所示: 图2-3桩AB段计算简图 A端弯距为零:。 B端弯距计算公

30、式: ; (2)、BC段弯矩计算 梁BC段按一端固定一端简支计算,B支点荷载26.3kN,C支点荷载71.1kN。如下图2-4所示: 图2-4桩BC段计算简图由公式得;(3)、CD段弯矩计算梁CD段如图2-5所示,图2-5桩CD段计算简图两端均为固端,其计算公式为:(4)、DEF段弯矩计算梁DEF段如图2-6所示,图2-6桩DF段计算简图 F点为弯矩零点,107.8kN,142.8-107.835kN, 142.8kN。按一端固定一端简支计算公式:(5)、弯距分配 计算固端弯距不平衡,需用弯距分配法来平衡支点C、D的弯距。 分配系数C点: 校核: 。 D点 通过弯距分配,得出支点的弯矩如下表2

31、-10。表2-10弯距分配杆件 B C D F分配系数 0.380.620.660.34弯矩+45.7-45.7166.94-144.75 157.14-639.05分配力矩传递力矩 -8.43 -60.43-13.76318.06159.03 -6.88 -98.64.54 -49.3 32.54163.85 2.3416.76杆端+45.7-45.7 98.08-98.08 456.1-456.1 通过弯矩分配,得出各支点的弯矩为: 。 (6)、求各支点反力 图2-7支点反力计算简图如图2-7(a)AB段,先求 如图2-7(b)BC段如图2-7(c)CD段如图2-7(d)DF段各支点反力为

32、:7、反力核算 土压力及地面荷载共计为: 支点反力 土压力及地面荷载的合力与支点反力的合力之间的差值在允许范围内,满足要求。(8、插入深度计算插入深度按下式计算: 2-9 x+y=ho=7.29m。对于均质粘性土及地下水位以上的粉土或砂类土有效嵌固深度可按下式确定: 2-10代入参数计算得: 满足规范建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)要求。二、钢筋混凝土桩设计 桩身最大弯矩计算图2-8 力学计算简图剪力为零处弯矩最大,故先求剪力为零点:桩所受土体均布荷载斜率(1、剪力零点在BC段设剪力零点距A点h: 此处弯矩(2、剪力零点在CD段设剪力零点距A点h:此处弯矩 (3、剪力零点在DE段设剪

33、力零点距A点h:此处弯矩所以取下面进行钢筋混凝土桩的设计。 截面弯矩设计值为(2-11)式中为基坑侧壁安全等级重要性系数,查表取1.0。代入数据,有依据地下建筑结构设计P155周边均匀配置纵向钢筋挡土灌注桩一般按钢筋混凝土正截面受弯构件计算配筋。对于沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土受弯构件,当截面内纵向钢筋数量不少于6根时,截面抗弯承载力可按下式计算: 为简化计算取 (2-12) (2-13)式中 ?单桩抗弯承载力; ?混凝土轴心抗压强度设计值; ?土灌注桩横截面积; ?圆形截面半径; ?钢筋抗拉强度设计值; ?全部纵向钢筋的截面积; ?纵向钢筋所在圆周的半径; ?对应于受压区混凝土

34、截面面积的圆心角与的比值; ?纵向受拉钢筋截面积与全部纵向钢筋截面积的比值;挡根据钻孔机械,桩身直径为,采用C30混凝土,HRB335级钢筋,则混凝土轴心抗压强度钢筋抗拉强度设计值,代入公式得,;再将值代入式(2-21)求出单桩抗弯承载力: 故配筋成功。最终配筋参数见表2-11: 表2-11 围护桩身配筋参数表桩主筋加强筋箍 筋桩身材料C30砼冠梁参数冠梁截面主筋箍筋 围护桩身配筋断面见图(2-9)所示。 图2-9 围护桩身配筋断面图注:?桩主筋,?箍筋,?加强筋根据基坑开挖尺寸,护坡桩应该为: 根。取为347根。考虑四周边角以及中段拐角处加密,增加14根。故总共护坡桩为361根。支护桩平面布

35、置见附图一。三、施工方案设计 本工程基坑开挖深度为18.3m,整体采用护坡桩加三道锚杆护坡。护坡桩桩长26.3m,其中嵌固段8m,桩间距1600mm,桩径800mm,成孔后下入钢筋笼,桩身钢筋深入连梁400mm,桩身强度C30。 冠梁作法为:桩顶之上做冠梁,冠梁尺寸800mm800mm,强度C25,配筋两侧各配525HRB335级热轧螺纹钢筋,中间上下各加配322HRB335级热轧螺纹钢筋,箍筋12200。桩、冠梁的结构配筋图见附图三。第五节 锚杆设计 根据经验,初步选择水泥砂浆锚杆。根据锚杆所承受的水平力,以及锚杆的倾斜角即可确定锚杆所受轴向力。而由锚杆的所承受的轴向力即可确定锚杆所采用的钢

36、材。一、计算锚杆承载力 由第二章第三节的计算,以及假设,确定了护结构锚拉点的层数及置,以及每个锚拉点的设计锚拉力。对于锚杆支护结构而言,这种设计支支撑力,当选定锚杆的安装角(锚杆轴向与水平面的夹角,一般为俯角)后,即可以确定锚杆的轴向设计拉力值,锚杆承载力应该符合下式要求: 2-15 (2-16 式中-锚杆水平拉力值,按下式计算: -基坑安全等级系数,取1: -支点结构第j层支点设计值(kPa);由护坡桩部分可知: ; -锚杆轴向受拉承载力设计值(kN); -锚杆与水平面的倾斜角;取150; -扩孔锚固体直径mm; -非扩孔锚杆或扩孔锚杆的直径段锚固体直径mm; -第i层土中直孔部分的锚固段长

37、m; -第i层土中扩孔部分锚固段长度m; 、-土体与锚固段的极限摩阻力标准值,取:63kPa -扩孔部分土体粘聚力标准值(kPa); -锚杆轴向受拉抗力分项系数。取:1.3。 参数带入3-25、3-26计算得: 。 。 。 以上述计算为依据进行锚杆截面设计。 锚杆截面按下式计算: 2-17 将计算求得的参数代入式(2-20)求出截面积。 对于长度大、要求高承载力的锚杆,宜选用钢绞线作拉杆。选用,截面积为A=1.76cm2。 第一道锚杆:,用1束。 第二道锚杆:,用2束。 第二道锚杆:,用4束。二、锚杆自由长度计算 锚杆自由长度按下式计算: (-锚头中点至反弯点的距离) 2-18式中 -土层各土

38、体厚度加权内摩擦角标准值; -锚杆倾角。带入参数计算得:;取5m。三、锚杆锚固段长度计算 锚杆锚固段长度按下式确定: 2-19 式中-锚体直径; -土与锚固体的粘结值,查表; -安全系数,查表取; 。 。 。 将参数带入式(2-19)计算得:;。四、锚杆参数最终确定 根据下述规定及计算结果确定最终参数。 1、锚杆自由段长度不宜小于5m。 2、土层锚固段长度不宜小于4m。 3、锚杆水平间距不宜小于1.5m。 4、锚杆倾角宜为150250,且不宜大于450 锚杆参数见下表2-12:表2-12锚杆设计参数锚杆水平间距(m)纵向每延米水平方向计算锚固力(KN)锚杆与水平线的夹角(O)锚杆钢筋面积(cm

39、2)锚杆自由段长(m)锚杆锚固段长(m)1.6114.4151.59.44.61.6212.4151.56.38.61.6591.4151.5523.8锚杆钢筋安全系数锚杆抗拉强度(MPa)锚杆钻孔直径(m)锚固长度安全系数锚撑道数锚杆选用1.418600.21.311束1.418600.21.312束1.418600.21.314束 锚杆施工方案: 锚杆位置位于-4m、-9.5m、-14m,锚杆孔径150mm,锚杆水平间距1600mm,下倾角15度。锚固力分别为114.4KN/根、212.4KN/根、591.4KN/根(详见设计图),锚杆成孔后分别下入1d15(7 5)、2d15(7 5)、

40、4d15(7 5)低松弛型钢绞线,强度1860N/mm2,每2m设一对中支架,常压灌注P.O32.5MPa普通硅酸盐纯水泥浆,水灰比0.50,初凝后4-8小时补浆1-2次,强度20Mpa,注浆7天后张拉锁定,锁定力为设计值的60?,在钢绞线加工过程中,放入一根塑料注浆管,距孔底300500mm,锚杆注浆过程中,沿着该管注浆和补浆,不能取出,锚杆锁在两根25B工字钢上,锚杆外加一块200mm300mm20mm钢垫板。 在桩间挂20-22#铁丝网片,根据需要在网片中部加一根 6.5加强筋,间距1m,网片与桩间土之间采用U型钢筋连接,在桩体上采用射钉或膨胀螺栓连接,喷射细石砼,面墙厚度约80mm。

41、桩锚支护布置图见附图三。第三章 钻孔灌注桩施工 钻孔灌注桩的施工,因其所选护壁形成的不同,有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种,本基坑选用泥浆护壁的方法。一、泥浆护壁施工法 冲击钻孔,冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法。该施工法的过程是:平整场地泥浆制备埋设护筒铺设工作平台安装钻机并定位钻进成孔清孔并检查成孔质量下放钢筋笼灌注水下混凝土拔出护筒检查质量。施工顺序: 1施工准备 施工准备包括:选择钻机、钻具、场地布置等。 钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备,可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。 2钻孔机的安装与定位 安装钻孔机的基础如果不稳定,施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心

42、等不良影响,因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基,可用推土机推平,在垫上钢板或枕木加固。 为防止桩位不准,施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机,对有钻塔的钻孔机,先利用钻机的动力与附近的地笼配合,将钻杆移动大致定位,再用千斤顶将机架顶起,准确定位,使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上,以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2cm。对准桩位后,用枕木垫平钻机横梁,并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。 3埋设护筒 钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时,在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持壁地下水位高的水头,增加

43、孔内静水压力,能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外,同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。 制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用,不漏水,其内径应比钻孔直径大(旋转钻约大20cm,潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm),每节长度约23m。一般常用钢护筒。 4泥浆制备 钻孔泥浆由水、粘土膨润土和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具,增大静水压力,并在孔壁形成泥皮,隔断孔内外渗流,防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆,应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度,泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握,泥浆太稀,排渣能力小、护壁效果差;

44、泥浆太稠会削弱钻头冲击功能,降低钻进速度。 5钻孔 钻孔是一道关键工序,在施工中必须严格按照操作要求进行,才能保证成孔质量,首先要注意开孔质量,为此必须对好中线及垂直度,并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣冲击式用,还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时,附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔,下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应实事先规划好,既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔,又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。 6清孔 钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成装置量与桩身曲直。为此,除了钻孔过程中密切观测监督外,在钻孔达到设

45、计要求深度后,应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时,应立即进行孔底清理,避免隔时过长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时,要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm;当孔壁不易坍塌时,不大于20cm。对于柱桩,要求在射水或射风前,沉渣厚度不大于5cm。清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔,所需设备不多,操作方便,清孔也较彻底,但在不稳定土层中应慎重使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。 7灌注水下混凝土 清完孔之后,就可将预制的钢筋笼垂

46、直吊放到孔内,定位后要加以固定,然后用导管灌注混凝土,灌注时混凝土不要中断,否则易出现断桩现象。 二、 钻孔灌注桩常见施工问题 1、缩径 产生的原因: 1清孔不彻底,泥浆中含泥块较多,再加上终灌拔管过快,引起桩顶周边夹泥,导致保护层厚度不足。2孔中水头下降,对孔壁的静水压力减小,导致局部孔壁土层失稳坍落,造成砼桩身夹泥或缩颈。孔壁坍落部分留下的窟窿,成桩后形成护颈。 防治措施 :预防缩径的关键是控制泥浆比重,确保泥浆能保持孔壁平衡。 1使用直径合适的钻头成孔,根据地层变化配以不同的泥浆。 2成孔施工时应重视清孔,在清孔时要做到清渣而不清泥,预防清孔后的在浇砼的过程中局部坍塌,导致缩径的产生。2

47、、 断桩 产生的原因: 1砼拌和物发生离析使桩身中断。 2灌注中,发生堵塞导管又未能处理好;或灌注中发生导管卡挂钢筋笼,埋导管,严重坍孔,而处理不良时,都会演变为桩身严重夹泥,砼桩身中断的严重事故。 3灌注时间过长,首批砼已初凝,而后灌注的砼冲破顶层与泥浆相混;或导管进水,未及时作良好处理,均会在两层砼中产生部分夹有泥浆渣土的截面。 防治措施 : 1导管要有足够的抗拉强度,能承受其自重和盛满砼的重量;内径应一致,其误差应小于2毫米,内壁须光滑无阻,组拼后须用球塞、检查锤作通过试验;导管最下端一节导管长度要长一些,一般为4米,其底端不得带法兰盘。2导管在浇灌前要进行试拼,并做好水密性试验。3严格

48、控制导管埋深与拔管速度,导管不宜埋入砼过深,也不可过浅。及时测量砼浇灌深度,严防导管拔空。4经常检测砼拌和物,确保其符合要求。 3、 桩顶局部冒水、桩身孔洞 产生的原因 : 1水下砼灌注过程中,导管埋深过大,导管内外砼新鲜程度不同,再加上灌注过程中上下活动导管过于频繁,致使导管活动部位的砼离析,保水性能差而泌出大量的水,这些水沿着导管部位最后灌入的、最为新鲜的砼往上冒,形成通道即桩身孔洞 。2水下砼灌注过程中,砼倾倒入导管速度过快过猛,把空气闷在导管中,在桩内形成高压气包。高压气包在其自身浮力或导管起拔等外力的作用下,在砼内不断上升,当上升到桩顶附近时,气包浮力与上升阻力接近,在没有外力的作用

49、下,气包便滞留在桩身内,最终形成桩身孔洞。另外,有一些桩在余桩截后,桩身内残余的高压气体,因通道打开而顺桩身的细小缝隙释放出来。这时,常会携带部分遗留在气包内的水往上冒,出现“桩顶冒气泡”的怪现象。3水下砼灌注时间过长,最早灌入孔内的砼坍落度损失过大,流动性变差,终灌导管起拔后会留下难以愈合的孔洞。防治措施:1 控制导管的埋深,灌注过程中做到导管勤提勤拔。2 砼倾入导管的速度应根据砼在管内的深度控制,管内深度越深,砼倾入速度越应放慢。在可能的情况下,应始终保持导管内满管砼,以防止桩身形成高压气包。实际施工中,往往因为导管每次起拔后管内都会形成空管,再次灌注时,桩身形成高压气包就很难避免。因此,

50、应在灌注过程中适当上下活动导管,把已形成的高压气包引出桩身。3加适当缓凝剂,确保砼在初凝前完成水下灌注。4、钢筋笼上浮产生的原因: 砼由漏斗顺导管向下灌注时,产生一种顶托力,使钢筋笼上浮防治措施 : 1钢筋骨架上端在孔口处与护筒相接固定。2灌注中,当砼表面接近钢筋笼底时,应放慢砼灌注速度,并应使导管保持较大埋深,使导管底口与钢筋笼底端间保持较大距离,以便减小对钢筋笼的冲击。3砼液面进入钢筋笼一定深度后,应适当提导管,使钢筋笼在导管下口有一定埋深。但注意导管埋入砼表面应不小于2 m,不大于10m。如果钢筋笼因为导管埋深过大而上浮时,现场操作人员应及时补救,补救的办法是马上起拔拆除部分导管;导管拆

51、除一部分后, 可适当上下活动导管;这时可以看到,每上提一次导管,钢筋笼在导管的抽吸作用下,会自然回落一点;坚持多上下活动几次导管,直到上浮的钢筋笼全部回落为止。当然,如果钢筋笼严重上浮,那么这一补救措施也不一定会十分奏效。5 、“烂桩头”产生的原因 : 1清孔不彻底,桩顶浮浆过浓过厚,影响水下砼灌注时测量桩顶位置的精度。2导管起拔速度过快,尤其是桩头直径过大时,如未经插捣,直接起拔导管,桩头很容易出现砼中间高、四周低的“烂桩头”。3浇筑速度过快,导致孔壁局部坍塌,影响测量结果。 防治措施 : 1认真做好清孔工作,确保清孔完成后孔口没有泥块返出;在空孔较长的桩内测量砼上升面时,应控制好测量重锤的

52、质量。通常认为使用540mm碎石砼时,重锤的质量可以控制在1.5kg 左右;使用525mm 碎石砼时,重锤的质量可以控制在1kg 左右。在设计桩顶与地面距离4 m时,通常认为使用竹竿通过手感测量砼面更直观,精度更高。2砼终灌拔管前,应使用导管适当地插捣砼,把桩身可能存在的气包尽量排出桩外后,以便精确测量砼面。也可通过导管插捣使桩顶砼摊平。6 、灌注砼时桩孔坍孔灌注水下砼过程中, 发现护筒内泥浆水位忽然上升溢出护筒, 随即骤降并冒出气泡,为坍孔征兆。如用测深锤探测砼面与原深度相差很多时,可确定为坍孔。第四章 基坑稳定性验算第一节 整稳定性验算体圆弧滑动 应用理正软件验算土体整体稳定性,瑞典条分法

53、计算简图如下图3-1: 图3-1整体稳定性验算简图 基坑稳定性验算计算方法:瑞典条分法 应力状态:总应力法 条分法中的土条宽度: 0.40m 滑裂面数据 整体稳定安全系数 Ks 1.355 圆弧半径m R 20.727 圆心坐标Xm X 4.222 圆心坐标Ym Y -7.578 满足设计要求。 第二节 抗倾覆稳定性验算 抗倾覆稳定性按下式验算: 3-1 式中-抗倾覆安全系数1.3; -基坑侧壁重要性系数; -基坑内侧各土层水平抗力标准值合力kN; -基坑内侧各土层水平荷载标准值合力kN; -合力作用点至支护底面的距离 m; -合力作用点至支护底面的距离m; -第i支点的水平力kN; -第i点至支护底面的距离m。 主动土压力按加权平均公式计算 参数代入: 被动土压力计算计算 作用点距支护底面距离 参数代入: 从前面计算将各数据代入3-30: 满足设计要求。第三节 抗滑移稳定性 按下式计算: 3-2 式中-抗滑移抗力分项系数1.3; -被动侧土压力的合力kN; -主动侧土压力的合力kN; 参数带入: 1.3 满足设计要求第四节 坑底土隆起稳定性验算 以支护桩底的平面作为地基极限承载力验算的基准面,参照太沙基(Terrzaghi)求地基极限承载力