毕业论文-深基坑开挖与支护设计

毕 业 论 文

（本科生）

中文标题 福州某大厦深基坑开挖与支护设计

英文标题 A building in Fuzhou city，excavation and supporting

design

学生姓名 岳亦勋

指导教师 焦贵德

学 院 土木工程与力学学院

专 业 土木工程

年 级 2008

2012年四月

诚信责任书

本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下进行研究所取得的成果。毕业论文（设计）中凡引用他人

已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处.

除文中已经注明引用的内容外,不包含任何其他个人或集体已经发表或在网上发表的论文.

特此声明。

论文作者签名： 日 期：

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

目录

摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................. II 第一章 设计综合说明 ................................................................................................................. 1

1。1 原始资料 ....................................................................................................................... 1

1。1。1工程概况 ............................................................................................................ 1 1.1.2基坑周边的环境 ...................................................................................................... 1 1.1.3基坑的岩土层分布特征 .......................................................................................... 2 1。1。4基坑侧壁安全等级及安全性系数 .................................................................... 2 1。2 设计依据 ..................................................................................................................... 2 第二章 支护体系方案选择 ........................................................................................................... 3

2.1 支护体系 .......................................................................................................................... 3 2。2 支护结构选择 ............................................................................................................... 6 2.3 支护方案的最终确定 ...................................................................................................... 7 2。4 本章总结 ....................................................................................................................... 7

2。4。1 各土层的参数 ................................................................................................... 7 2.4.2 划分计算区段 ....................................................................................................... 8 2。4。3计算方法 ............................................................................................................ 8 2。4.4 最终方案的确定 .................................................................................................. 8

第三章 BC断面的支护设计 .......................................................................................................... 9

3。1土压力系数的计算 .......................................................................................................... 9 3。2支护结构设计计算 .......................................................................................................... 9

3.2。1 侧向土压力计算 ................................................................................................. 9 3。3锚杆的设计 .................................................................................................................... 13

3。3。1 计算锚杆承载力 ............................................................................................. 14 3。4 支护桩的配筋的计算 ................................................................................................... 17

3。4。1 桩体配筋的计算 ........................................................................................... 17 3.4.2 构造配筋 ............................................................................................................. 18

第四章 基坑稳定性计算 ............................................................................................................. 19

4.1概述 .................................................................................................................................. 19 4。2验算过程 ........................................................................................................................ 19

4。2.1整体抗滑移稳定性验算 .................................................................................... 19 4。2。2 抗倾覆稳定验算 ............................................................................................. 19 4。2.3 坑底抗隆起稳定性验算 .................................................................................. 21 4.2.4 抗渗流稳定性验算 ............................................................................................. 23

第五章 AB。AD.DC断面的土钉墙围护设计 .............................................................................. 25

5.1 概述 ............................................................................................................................... 25 5。2 土钉墙设计 ................................................................................................................... 25

5。2。1 方案确定 ....................................................................................................... 26 5.2.2 土钉计算 ............................................................................................................... 26 5.2.3 结构计算 ............................................................................................................. 31

参考文献......................................................................................................................................... 32

I

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

结束语 ............................................................................................................................................ 33 致谢 ................................................................................................................................................ 33

II

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

摘要

基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖,是一项综合性很强的系统工程。深基坑工程涉及的内容广泛，包括深基坑工程的土力学问题，深基坑工程在围护结构施工、降水过程中产生的坑底隆起、基坑稳定问题以及土方开挖各阶段的变形预测与控制问题分析与讨论,深基坑工程监测与信息化施工等内容.

福州 某大厦系一座31层商住楼，高度115 m，占地面积4614 m2,总建筑面积37355 m2.设地下室3层，基坑平面尺寸56.6 m×36。5 m，自然地面标高-1。65 m,坑底标高-11。65 m，开挖深度10。0 m，土方开挖工作量约21000 m3。 土压力计算用郎肯土压力理论,水土合算,被动土压力折减系数取为1.0，支护桩的长度和入土深度采用极限土压力平衡理论和等值梁法计算确定,支护桩桩长14m，此段基坑支护桩配筋为30Φ28，在通过配筋验算后还要对此段基坑的稳定性进行验算。

关键词：深基坑 开挖 支护设计

I

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

Abstract

Excavation engineering mainly includes the design and construction of excavation support system and earth excavation, is a comprehensive system engineering。 Deep excavation engineering involves a wide range of subjects， including deep excavation engineering problems in soil mechanics， deep excavation engineering in construction, precipitation process resulting in heave， foundation pit stability issues and the excavation of the various stages of deformation prediction and control problem analysis and discussion, deep excavation monitoring and information construction and other content。

A building in Fuzhou is a31 floor residential building， the height of 115m, covers an area of 4614 m2， a total construction area of 37355 m2。 Basement3, pit plane size of56。6 m x 36。5m, natural ground level -1。65 m, bottom elevation - 11.65m，10.0 m depth of excavation, excavation work of about 21000m3.

Calculation of earth pressure Rankine earth pressure theory for soil and water

conservation， economical， the coefficient of passive earth pressure to 1， retaining pile length and depth by using limit earth pressure balance theory and equivalent beam method to determine， retaining pile length14m, the retaining pile of foundation pit reinforcement for30than28， on the through the reinforcement computation to this period after the foundation of the stability checking。

Key word:Deep excavation Excavation Supporting design

II

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

第一章 设计综合说明

1。1 原始资料 1.1.1工程概况

福州某大厦系一座31层商住楼，高度115 m，占地面积4614 m2,总建筑面积37355 m2.设地下室3层，基坑平面尺寸56。6 m×36。5 m，自然地面标高—1。65 m，坑底标高—11。65m,开挖深度10 m，土方开挖工作量约21000 m3。 1。1.2基坑周边的环境

基坑西侧为马路，最近距离为9。0米.东侧为审计局宿舍，楼高六层，最近距离为5。0米。

图1.1 拟建基坑简图

1

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

1.1.3 基坑的岩土层分布特征

根据地质勘查的资料，在基坑处主要的土层如下:

（1） 杂填土（Qm1）：灰黑色，松散，夹碎石块，厚度1.5～3。6 m； （2） 粘土（Qa1)：黄绿色，可塑，厚度2～3 m,容重γ=18。30 kN/m3，内聚力

C=50。66 kPa，内摩擦角φ=14。19°；

（3） 淤泥： 深灰色,流塑（天然含水量55。8％～74.2%），厚度5.7～10.1 m,γ=18。

10 kN/m3，C=7。92 kPa，φ=4.95°；

（4） 粉质粘土（Qa1)：褐黄色,可塑，厚度1。4～5。7 m，γ=17。50 kN/m3，

C=19。90 kPa，φ=9。51°;

（5） 含泥中细砂: 灰白色，中密,粒径0.10~0.25 mm,含泥量15%～20%,厚度

2.7～10。4 m

以上土层为自上而下垂直分布,由于拟开挖基坑位于福州盆地中部,上部的覆盖层为海陆相冲积成的砂性土，基底为燕山期中粗粒花岗岩。

水文地质情况：地下水位位于自然地面下0。6~1。7m,场地除了淤泥、粘土层顶上贮存有上层滞水外，还有藏于粘土层下的中细砂至碎卵石的多层承压水。对本工程而言，关键是要阻断来自于含泥中细砂的承压水（第一含水层）。经过现场抽水试验,此含水层渗透系数k=1.62m/d；单孔涌水量q=11.48m3/d；影响半径R=96.2m

1。1.4基坑侧壁安全等级及安全性系数

该大厦基坑安全等级为一级,基坑的重要性系数γ0 = 1.0 1。2 设计依据

（1)该大厦的地质勘查报告以及其他的一些技术资料 （2）《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）； （3）《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120—99)；

（4) 《深基坑工程》；

（5)《深基坑工程设计施工手册》;

2

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

第二章 支护体系方案选择

2。1 支护体系

在基坑支护施工中有各种方法,例如各种类型的桩、地下连续墙、锚杆、土钉墙、

水泥土墙等。这些方法可以单独使用，也可以根据需要结合在一起使用。

支护类支护形式 特 点 型 板桩式 预制混凝土板桩 钢板桩 优点： 工厂成品，有质量保证,可靠性较高； 耐久性好,可重复利用； 可加多道横向刚支撑,利于软土地区的深基坑； 施工方便,可大大缩短工期； 缺点： 在施工中要注意接头处防水处理，目的是为了防止接缝处水土流失引起地层下陷以及失稳; 刚度较小，开挖前后挠度变形较大； 打桩拔桩时振动噪声大,容易引起周围土体松动； 优点： 施工方便，造价低; 能与主体结构很好的结合； 缺点： 打桩时挤土和振动强烈，故对周围环境影响较大，周围建筑密集时不考虑使用； 接头处防水性能差； 在硬土层中较难施工

优点： 3

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

柱桩横列式 施工方便，造价低，但不适合深基坑，只适合宽深都比较小的市政排管工程； 缺点: 止水性差，软弱地基施工时易引起坑底隆起和覆土后的沉降； 易引起周围地基沉降； 地下连续墙 优点： 施工时噪声比较低，振动小，接头止水较好，对周围环境影响小； 适宜于软弱地层与建筑密集的市区的深基坑; 接头刚性较高，应用了高质量刚性接头的地下连续墙可作永久性结构； 施工的基坑范围较大，可达基地红线，可有效的提高基地建筑物的使用面积，如建筑工期紧，施工场地小，地下连续墙主体结构可采用逆作法、半逆作法施工； 缺点： 施工工艺尤其是泥浆处理、水下钢筋混凝土浇筑的施工工艺复杂,造价高; 为保证质量,要求较高的施工技术和管理水准; 自立式水泥土挡墙 水泥土搅拌桩 优点： 适合软土地区,对环境保护的要求不高； 施工噪声低，振动小,止水性较好，经济; 缺点： 围护挡墙较宽，一般需占用基地红线内的一部分面积； 高压旋喷桩挡墙 优点： 适合软土地区，对环境保护的要求不高； 施工噪声低，振动小，止水性好，对周围的环境影响较小； 缺点： 墙体较厚需占用基地红线内的一部分面积; 施工时需做排污工作,工艺复杂，造价较高； 为维护结构需做止水加固措施，旋喷桩较深，深度可达30m; 4

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

组合式 SMW 工法 优点： 施工时噪声小，对周围的环境影响较小； 止水性好，结构可靠，可适应于各种土层，如配以多道横向支撑，比较适合于深基坑; 发展前景大； 放坡 土钉墙 优点: 可边开挖边支护，由于不占工期而大大节省工期，且施工快捷； 设备简单，操作方便，施工所需场地小； 材料用量小，经济效益好； 引起的土体位移小,可采用信息化施工； 自然放坡 优点： 施工简单，经济效果好； 缺点： 施工时对土质的要求较高，必须周围比较开阔且具有放坡空间时才可用； 柱列式 钻孔灌注 优点： 桩 噪声和振动都较小，可现场浇注施工,对周围环境影响较小; 缺点： 接头防水性差，需根据地质条件从搅拌桩、旋喷桩、注浆等方法中选取适当方法解决防水问题; 尽量不要再沙层和卵石层中使用； 整体刚度差,不适宜做主体结构; 施工时必须做排污处理; 挖孔灌注 优点： 桩 施工方便，造价低廉，质量容易保证; 缺点: 施工和劳动保护条件较差； 不能用在地下水以下不稳定地层； 5

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

2.2 支护结构选择

由于本工程位于福州市区，地下水位较高，基坑开挖为10.05米，且BC侧距离已建成的建筑物较近,根据以上表格和我国在基坑工程中所取得的经验，其支护结构可从以下几种方案中选择：

方案1:先设灌注桩后加旋喷桩或搅拌桩止水,再设二至三道横向内支撑； 方案2:当外界环境条件允许时，可先打设钢板桩，再设三至四道横向内支撑; 方案3：应用SMW工法；

方案4：如要做永久结构，可使用地下连续墙，设三至四道内支撑； 方案5：灌注桩加锚杆组合； 方案6:桩墙合一地下室逆作法；

在本工程中，由于基坑东侧（即BC侧）离已建成的建筑物较近，故可考虑以上的1、4、5、6方案 以下是几种方案的比较 方案 整体性能 抗渗性 施工工期 对环境的经济 影响 方案1 方案4 方案5 方案6 较好 好 中 较好 较好 好 较好 差 中 短 中 短 小 小 较小 较小 中 较差 中 中 受力性好 工效高 施工方便 节约支撑费用 表2。2 几种方案的比较

从经济利益的角度考虑,方案4是不可取的;由于此工程位于福州盆地，地下水位较高，用方案6达不到好的止水效果，故方案6也是不可取的；至于方案1，由于东侧距离建筑物较近，采用旋喷桩作为受力结构,旋喷桩止水是合理的，外加三至四道内支撑,但由于基坑东侧有两米高的挡土墙，故BC段与AD段同一水平线上的支撑受力不一致，因此需要在AD段有和BC段有同样的设置,这会增加造价,减少经济效益，故也不可取。

综合以上分析，因此方案5是比较合理的，其有如下特点：

6

其他 岳亦勋 基坑开挖与支护设计

1. 灌注桩作为受力结构,旋喷桩止水； 2. 方便地下结构施工； 3. 施工时噪声低，经济； 2。3 支护方案的最终确定

由于在本工程中地下水位较高，基坑开挖深度达到了10米，且BC侧由于距离已建成的建筑物较近，根据《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97)、《深基坑支护设计与施工》《建筑基坑支护设计规程》（JGJ120-99）中的有关规定,本设计基坑支护方案能够满足基坑土方开挖,地下室结构施工及周围环境保护对基坑支护结构的要求。在本工程中，由于基坑距离已建成的周围建筑物较近，不宜采用降水井降水，这样会对周围建筑物造成不利影响，故使用排水沟，采用深层搅拌桩做止水帷幕;其他区段采用土钉墙支护，这是因为土钉墙可以适应于多种地层,同时节省工期且造价低廉，比较经济. 2.4 本章总结 2。4。1 各土层的参数

表2.3 土层设计计算参数

基坑各向平均厚度(m) 层号 土类名称 AB CD DA 1 2 3 4 5

重度 粘聚力 内摩擦角BC （kN/m3) （kPa) (度） 杂填土 粘土 淤泥 强风化粉砂 质泥岩错误! 含泥中细砂 6。. 5。2 1.5 2.5 〉5。0 7

6。6 4。8 1。5 2.9 >5.0 20。.0 20。0 20。1 22。3 25。6 12 / 20 18＊ 23.4 22。5 36 13。5 23＊ 27* 岳亦勋 基坑开挖与支护设计

注：带*的值为估计值。 2.4.2 划分计算区段

表2。4 标号 AB BC 10 CD 10 DA 10 地面荷载10 （kPa） 开挖深度 10 10 10 10 2。4.3计算方法

根据有关规范的要求,土压力的计算按照矩形分布模式，采用郎肯土压力理论,所有的土层均采用水土合算，因为地下水位较高，故采用天然重度；用等值梁法求支撑轴力；用力矩平衡法求净土压力零点；用柱端力矩求桩长，但必须满足抗隆起及整体稳定性要求。

由于施工时工况会随时变化，故设计时应按最不利情况考虑. 2。4。4 最终方案的确定

通过以上分析可以得出结论，本着安全经济的原则，基坑的AB ,CD，AD侧应该采用土钉墙支护形式,而基坑BC侧应该采用钻孔灌注桩加锚杆作为支护.不妨让BC 侧的灌注桩直径为1000mm，桩距2.0米。

8

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

第三章 BC断面的支护设计

3.1土压力系数的计算

根据郎肯土压力理论，主动土压力系数:Kai=tg2（45°-i/2) 被动土压力系数：Kpi=tg2（45°+i/2)

计算时，为安全起见，可不考虑支护桩体与土体的摩擦，同时不对主被动压力系数进行调整。 3.2支护结构设计计算

该段是基坑的BC侧，采用钻孔灌注桩和锚杆施工，基坑开挖深度10m，桩径1m,桩距

2。0m，结构外侧附加荷载定为10kpa。

3.1各土层系数表

序号 图 层 名 称 粉质 粘土 圆砾 粘土

3。2.1 侧向土压力计算

锚杆支护体系采用等值梁法进行详细计算， 计算步骤：

（1） 根据被动土压力与主动土压力相等的关系，求出零点的位置u.（u为该

9

层厚(m） 6.6 4.8 1.5 粘聚力 内摩擦 重度 Ka Kp C（kPa） 角φ（） （kN/m3) 12 0 20 22.5 36 13。5 20。2 20。0 20。2 1 2 3 0.445 0。271 0。619 2。248 3.690 1.615 岳亦勋 基坑开挖与支护设计

点到基坑底部的距离）

（2） 根据公式t=u+1。2x求出桩的入土深度.

（3） 设最大弯矩距土压力零点的距离为 xm，根据等值梁法求最大弯矩. 土压力计算：

第一阶段挖土至0.25m深，此阶段结构较稳定，可不需计算。第二阶段挖土至7.0m深，在-4m处设立锚杆，按照以下公式计算：

Pa 为主动土压力强度 q 地面均匀荷载 郎肯主动土压力系数 第i层土厚度 第i层土的重度 其中：

c、为计算处的土的抗剪强度指标（kPa）

P0qKa12cKa1100.4452120.44511.56kpa

Pa(qrh)Ka2cKa=（20.2

-212=51。

36kpa

Pa下=1hqKa22C2Ka2 =（20。2×7.0+10）×0。2712×0×0。521=41。03KPa (b）求开挖面下土压力为0点a2 a2Pa41.030.600m

rKpKa203.6900.271（c）求O点开挖面以上土压力Ea2

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岳亦勋 基坑开挖与支护设计

Ea211.56248.674.741.030.600115.12kpa 222（d）求y2 桩上土压力对o点的力

矩:

20.600224.7 Mo11.5634.70.600115.1230.60011.34174.05KN.m/m

y2MoEa174.051.5m2115.12

（e）支撑反力R1的计算

支撑到d点的距离a17.00.60034.600m 支撑反力R1M0a174.0537.86KN/m 14.600假设支座d处的反力EdEa2R1115.0237.8677.16KN/m （f）桩在d下嵌故深度t

t6E77.16drKpKa620.03.690.2712.60m

需要桩长度L17.00.6001.22.6010.72m （g)桩强度验算

桩上剪力为0的位置距地面以下y处

11

3岳亦勋 基坑开挖与支护设计

qk1ay2ry2kaRa0100.445y1220.0y237.860y2.0m

M11ymax2qkay22ry2ka3Ray312100.4452.021220.02.020.4452.0337.862.0358.63KNm/mM

③第三阶段挖土至—10m，并在-7m 标高处设立锚杆

土压力系数采用加权平均计算，开挖范围内土体力学加权平均值为:

φ22.67.0352.39026.50C127.002.39Kpa9.3Kpa

Katan2φ45020.38（a）土压力计算

0m处:Ea0100.38290.387.3KN/m2 10m处以上：

Ea上91020.07.020.02.30.38290.3863.38KN/m2

10m处以下Ea下91020.07.020.02.30.271200.27153.1KN/m2土压力为0的距开挖面的距离d：

d53.120.03.690.2710.776m

d以上对桩的土压力的合力:

Ea11127.30.85263.388.15253.10.776276.43Kpad以上土压力对d点的力矩：

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:

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

20.8220.858.15Md3.148.150.82258.270.8221.285KN.m/m333

（b）计算支撑反力：

第一层支撑到d点距离：a19.8236.82m 第二层支撑到d点距离：a29.8263.82m

第一层支撑反力取第一层挖土时的值：Ra40.93KN/m 第二层支撑反力值

Rb

MdRaa1537.866.82161.22KN/m a23.82假设支座d处的反力：

EdEaRaRb276.4340.93161.2274.28KN/m (f)桩在d下嵌故深度t

t6EdrKpKa674.282.65m

20.03.690.271需要桩长度L190.821.22.6513m （g）桩强度验算

桩上剪力为0的位置距地面以下y处

1qkayry2kaRaRb021100.39y20.2y20.3840.93161.220

2y4.3m11yqkay2ry2kaRay3Rby3223114.3100.394.3220.24.320.3940.934.33161.224.36 223361.31KNm/mMMmax 3。3锚杆的设计

锚杆支护具有成本低,操作简单,支护效果好,占用使用空间少，使用灵活等

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岳亦勋 基坑开挖与支护设计

优点.主要力学作用有悬吊作用、挤压作用、组合作用. 设计步骤：

（1） 确定支护方案，根据开挖深度和土的性质，确定锚杆的数量,间距、

倾角等。

（2） 确定挡土墙单位长度受到的锚杆水平力 （3） 计算锚杆轴力 （4） 计算固定端长度 （5） 计算自由端长度 （6） 计算总长度 （7） 确定端面尺寸 （8） 稳定性验算 （9） 确定腰梁断面尺寸 3.3.1 计算锚杆承载力

（1）根据要求可以采用两层锚杆，水平间距(1。5~4。5）m，本设计中取为2。0m，倾角15

（2）根据前面的计算,锚杆水平力Ra137.86KN,Ra2161.22KN （3） 根据三角关系得锚杆轴力

Ra37.8639.0KNcos0.97

Rb161.22Nb166KNcos0.97Na（4） 自由段长度的计算

如图所示

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岳亦勋 基坑开挖与支护设计

图中0为土压力 零点,虚线0E为假设的滑坡面，设置的锚杆AD与水平线的夹角为，AB的长度可由几何关系得：

ABAOtansin 45 45 22sin1352这里，25.80

AOtansin6.820.630.85则AB3.8m

0.96sin1352由于3。8m<5m，不合乎规范，为了结构的合理，取为5m （5） 锚固段长度的计算：

圆柱形锚杆的锚固端长度La计算公式如下:

LaKmNt

dm付好解释如下：

dm -—锚固段直径，可取1。2倍的钻头直径；

Km——锚固安全系数，可取为Km=1。5，要求较高时可取Km=2.0； Nt —-锚杆轴向设计拉力；

—- 根据经验值取的锚固体和土层之间的剪切强度，也可按以下公式计算

Ctan（其中C为土体粘聚力；为锚固段中点的上覆压力；

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岳亦勋 基坑开挖与支护设计

为锚固段与土体之间的摩擦角）

在本工程中，取Km=1.5 , Nt=39。0KN ； Nt1 =161.22KN

dm1201.2224mm，在本工程中可采用直径120mm的机械钻孔，

不妨设第一层锚杆锚固段长6.0m ，第二层长10m 则两层锚杆锚固段中点埋深各为：5 ha=11-sin15035.0m210 ha=15-sin15068.6m 2剪切强度10 τ=c+σtanδ=9+20.25.0tan25.8akpa=24kpa310 τ=c+σtanδ=9+20.28.6tan25.8akpa=35kpa 3

得

KmNt1.539.03.47m dm3.140.22424 1KmNt1.5166Lb10.1mdm3.140.22435La(6）计算总长度： 总长度LmLaLf

公式中 Lm —- 锚杆的总长度； La -— 锚固段长度；

Lf —— 自由变形段长度，应取超过滑裂面0。5 ～ 1。0m的长度；

所以,第一层锚杆总长度 Lm=12m,第二层锚杆总长度Lm=18m （7）计算截面积： 截面积：AKmjNt fptk其中 A —- 锚杆的截面积; Nt-—轴向设计拉力；

Kmj—— 安全系数，取1。3；

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fptk—- 锚杆材料的设计标准强度值。

则根据实际情况，Nt=39。0KN ；Nt =166KN 。用HRB335的钢筋，

1fptk=300N/mm2

带入数据得：

KmjNt1.339.0103 Aa169mm2

fptk300φ16 Ag=201.1mm2 选用1KmjNt11.3166103Ab719.3mm2

fptk300选用2φ25 Ag=982mm2

3.4 支护桩的配筋的计算 3。4.1 桩体配筋的计算

用双面对称配筋方法配筋，同时将圆柱形桩体简化成长方形的墙体，厚度为h。灌注桩的直径1000mm，保护层60mm，水泥C30，受力筋和分布筋都采用II级钢筋，综合安全系数取为K=1。4,则

h41πD4 12解得h=875.9mm 取墙厚h=880mmC30水泥: fc14.3MPa,ft1.43MPa，Ⅱ级钢筋设计强度

fy300MPa

/墙的最大弯矩M=361。31kPa.m，采用双面配筋ASAS

保护层不小于35mm，不妨取35mm，则 h088035845mm b1m

由X0，得fAfAαfbx...................1ysys1cxαfbxh......2M0,得MfAhαys0s1c02

M—— 弯矩（Nmm)

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—— 纵向钢筋横截面积 (mm2） As

r-- 桩的半径 （mm） as保护层厚度 （mm）， fc-— 混凝土强度设计值 （MPa）

fy -- 钢筋强度设计值（MPa）

AsAs 由1式知x0由2式可得AsAsM361.311061425mm2h0asfy845300

总面积 Ag2As2850mm2

钻孔灌注桩的配筋率不得小于0.42％(《简明深基坑工程设计施工手册》 ［13］），则可实配1220 As3768mm2/m

配筋率 As37.680.00428=0。428％满足要求。 bh10088钢筋按排均匀布置。 3。4.2 构造配筋

钢箍一般间距为200~300mm，采用6~8螺旋筋，并要每隔

1500~2000mm布置一根直径大于12mm的加强箍筋，焊接，以增加整体刚

度。

在本设计中采用 8@300螺旋筋为箍筋，每隔1500mm布置一根12的焊接定位筋（加强筋)。

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第四章 基坑稳定性计算

4。1概述

基坑的稳定性验算是指分析土体与围护结构一起保持稳定性的能力，包括整体稳定性、坑底抗隆起稳定和抗渗流稳定、挡墙的抗滑移及抗倾覆稳定等. 4.2验算过程

4.2。1整体抗滑移稳定性验算

假设滑移面为圆弧面，用条分法进行计算，同时不考虑土条间的作用力,最小安全系数为最危险的滑移面。但当支护结构设置外拉锚杆时可不做整体抗滑移稳定验算。

4。2。2 抗倾覆稳定验算 a.概述

确定支护结构的转点位置是验算其抗倾覆稳定性的前提，为计算简便，假设围护结构绕前趾转动，便可得到相应的计算式。在水平荷载作用下，对于锚杆或者内支撑体系,踢脚破坏很可能导致基坑土体的不稳定。本工程中采用多层支点结构，最可能的情况是土体绕最下层趾点转动产生失稳。 b 验算过程

根据《建筑基坑支护技术规程应用手册》［11]抗倾覆安全系数如下：

2n2dndnt2ndnd2nt/Kp3 12ndnt12/Ka3 Ktndnt2其中有 hdndh htnth

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qh ch

式中 -- 被动土压力系数KP与主动土压力系数Ka的比值 h-— 开挖深度

ht-— 最下面一道支撑点到坑底的距离

Kt—— 踢脚安全系数。其范围为1.0~1.5

hd—- 桩入土深度

q—- 地面荷载

—— 桩长范围内土重度的加强平均值

—— 桩长范围内土内摩擦角的加强平均值 c—— 桩长范围内土粘聚力的加强平均值 桩长范围内所有土层的参数加权平均值如下：

20.07.020.04.720.02.00.122.521.25KN/m3

1322.67.0354.713.61.50.12326.57 13127.004.7202.00.1189.68KPa C13  Wq100.06 h20.19 C8.60.04 h20.19 Kp2.56 Kp1.6 Ka0.38 Ka0.62

H=10m hd4m ht3.0m 则nt

ndhd40.4h1020

ht3Kp2.560.3 6.56 h10Ka0.38岳亦勋 基坑开挖与支护设计

220.040.30.420.30.420.40.36.561.63Kt2 120.040.330.420.40.30.06130.621.1971.0（满足要求）4。2.3 坑底抗隆起稳定性验算 验算时同时考虑c、φ

Ks2DNqcNc

1HDq其中

D—-墙体入土深度 H—- 基坑开挖深度； q—- 地面荷载；

1-— 坑外地表至墙底的各土层天然重度的加强平均值； c 、-— 为墙体底端的土体参数值；

2—— 坑内开挖面以下至墙底的各土层天然重度的加强平均值； Nq、Nc—— 地基极限承载力的计算系数； c 、—- 为墙体底端的土体参数值; q—— 地面荷载；

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4.1坑底抗隆起计算简图 用普朗特尔公式

图4.2普朗特尔地基滑动面形态

其中：

Nqtan245etan

2NcNq11 tan22

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其中 D=4m、q=10kpa、H=10m、φ=150 20.07.020.02.3 r1==19.6KN/m31020.02.420.01.6 r2==20.0KN/m340φ N=tan2450etanφtan252.502.723.14tan15q2 =3.9

12.91 N=N1ctan150qtanφ =10.82rDNcN2qc19.643.92010.82则 KLrHDq20.0104101 =1.801.2 符合要求 4.2。4 抗渗流稳定性验算 （1)概述

本工程中的地下水位较高,地下水丰富,渗流系数较高(106cm/s）。根据《建筑基坑工程设计计算与施工》［6]的有关规定，要在基坑内降水.降水的原则是使基坑内土的有效压力大于地下水的渗流力。 （2）抗渗流稳定性验算过程

JwhB （J为作用在管涌范围内B上的全部渗透压力）

公式中:h —— B范围内从墙底到基坑底面的水头损失，取hw—- 水的重度；

hw； 2 B—— 流砂发生的范围,根据实验结果，取BD 223

岳亦勋 基坑开挖与支护设计

图4.3 抗管涌验算示意图

抵抗渗透压力的土体水中重量为：

WDB 式中: —- 土浮重度； D-—桩的入土深度。 带入数据分别计算得:

hhw8D44m B2m 2222J104280 W10.14280.8

W >J ，符合要求

iciG1ics其中Gs2.72g/m3、e按勘察报告可知e0.88

1e2.721ic0.9110.88Kshw 坑外水位取地表下1.0m，坑内水位取坑底下1.0m。则 Lh10mwLLhmLv1.01.51414125m

hw10i0.4L25i24

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式中：

i—— 坑底土的渗流水力坡度

hw-— 坑底内外的水头差 e —— 土的空隙比 L -— 最短渗径流线长度

LLh-- 渗流水平段总长度 —— 渗流垂直段总长度

h m —- 渗径垂直段换算成水平段的换算系数，单排帷幕墙时,取 m1.50:多排帷幕墙时。取m2.0 Gs—— 土的颗粒密度

ic—— 坑底土体的临界水力坡度。

Ks —— 抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取1.5~2.0

Ks0.912.2752.0符合要求 0.4

第五章 AB。AD。DC断面的土钉墙围护设计

5。1 概述

土钉墙支护是指将将排列较密的钢筋或钢管置于周围土体中，在坡面上再喷射钢筋网混凝土层，这样土体、土钉和喷射的钢筋混凝土面层形成一体，共同工作，形成复合土体。 5。2 土钉墙设计：

（1）确定方案；

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（2）计算土钉；

（3)结构计算；（包括抗倾覆,抗滑移稳定验算；）； 5.2.1 方案确定

该段为基坑采用土钉墙支护，基坑深度10m，外侧地面附加荷载q为10kPa。

钻孔直径D100mm，开挖斜面坡度取800,土钉长度一般取0.5～1。2倍开挖深

度，在这里暂取10m左右的值。土钉间距为1。5m。土钉垂直倾角为150。

表5。1 （AB.AD.DC)侧基坑土层分布表

层号 1 2 3 4 5 土类名称 粉质粘土错误! 圆砾错误! 粘土错误! 强风化粉砂质泥岩错误! 中风化粉砂质泥岩错误! 厚度（m) AB。CD AD 6。3 5。1 1。3 2。6 >5。0 表5。2 (AB。AD.DC)侧基坑土层系数表

序号 图 层 名 称 粉质 粘土 圆砾 层厚粘聚力 内摩擦角 φ(） 22。6 35 重度 （kN/m） 20.2 20。0 3 （m） C（kPa）6.3 5.1 12 0 Ka Kp 1 2 0。445 0.271 2.248 3。690 5。2。2 土钉计算 ①土钉所受土压力公式：

 Tiii)Kai2cKaiSxSy （1) (qrh Ti是第i个土钉所受的土压力KN q 坡上超载

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r 土的重度

Sx及Sy——土钉水平及垂直间距

②土钉抗拔力(滑裂面外)

（2） DLbτ T第i个土钉滑裂面外的抗拔力KN/m ui L——i层土钉伸入破裂面外稳定区长度 bi求 L

bi共设6层土钉

图5。1 土钉分布简图

β =450φ 2

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图5。2 图5.1蓝色部分详图

φ1000La6LABtan450tan27.50529mm 02cos10而由于土钉垂直倾角很小所以将Lm近似取为La 同理可求:

La525000φ25000tan45tan27.51321mm 00cos102cos10L6.3m3700φ3700tan450tan27.501956mm

2cos100cos1003003000φtan451956tan33.702159mm 00cos102cos10La41956La31956La21956180018000φ0tan451956tan33.73157mm 0cos1002cos10330033000φtan451956tan33.704157mm 00cos102cos10La11956480048000φtan451956tan33.705157mm 00cos102cos10而LLL所以LLL

iabibiiaiiL1100051575843mmb1L1100041576843mmb2L1100031577843mm b3L900021596843mmb4L900013217679mmb5L80005297471mmb6（CECS22：2005）取值如下： τ值粘结强度参照《岩土锚杆（索）设计规程》粉质粘土 60kpa 圆 砾 200kpa a。第一道土钉T， T

iui由公式

T(qrh)K2cKSS以及 TDTui得：

iiiaiaiuixy28

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T(1020.21.5)0.4452120.4451.51.54.3KN1

TDLbτ3.140.15.860109.2KNu1b.第二道土钉T, T及K值 iuiT(1020.23)0.4452120.4451.51.534.7KN2 TDLbτ3.140.16.860128.1KNu2T128.1Ku23.69T34.72c.第三道土钉T， T及K值

iuiT3(1020.24.5)0.4452120.4451.51.565KN TDLbτ3.140.16.860128.1KNu3T128.1Ku31.9T653d。第四道土钉T， T及K值

iuiT(1020.26)0.4452120.4451.51.595.3KN4

TDLτ3.140.17.860147KNu4bT147Ku41.T95.34e.第五道土钉T, T及K值

iuiT(1020.26.31.220)0.27101.51.598.3KN5 TDLτ3.140.17.7200483.5KNu5b T483.5Ku55T98.35f。第六道土钉T， T及K值

iuiT(1020.26.32.720)0.27101.51.5116.6KN6 TDLτ3.140.17.5200471KNu6bT471Ku64T116.6629

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深度在10m的各层土钉，其计算结果如下：

表5.3 各层土钉计算结果表

土钉 Ka Ka 0.667 0.667 0。667 0。667 0。521 0。521 ckpa 12 φ Him 1。5 TiKNLmLbmTuiKN 4.3 11 5.8 109.2 K T10。 445 22。6 22.6 22。6 22。6 35 — 3.69 1.9 1. 5 T20。 445 T30.4 45 12 3 34.7 11 6.8 128。1 12 4.5 65 11 6。8 128。1 T40.4 45 T50。 271 12 6 95.3 9 7。8 147 0 7.5 98。3 116.6 9 7。7 483.5 T60.2 71 0 35 9 8 7.5 471 4 T414.2KN T土钉计算：

ui1467KN

AKTfptk1.595500428mm2335φ25 A=490.9mm2T1~T4:A可采用φ251.5116600522mm2335φ28 A=615.8mm2T5及T6:A可采用φ28钢筋按构造要求取Ⅱ级螺纹钢筋.每根土钉周围布置Φ14 横纵双向加强筋. 根据构造要求喷射混凝土面厚度取100mm，水泥净浆取M25的水灰比取0.45

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—0。5，喷射混凝土等级为C20,混凝土面层配Ⅰ级钢筋φ8@200200

5。2.3 结构计算 a 抗滑安全验算

按公式KHFT，墙宽可取0.4-0.8H,设墙宽B=6m,Tφ按底部为350.FTWqBSxtanφ10620.21061.5tan3501336KNT414.2KN13363.21.2414.2满足抗滑稳定要求.KHb 抗倾覆稳定性验算

按公式KMWM0B6tanφ=10620.21061.55724KNm22

土的自重平衡弯矩MWMWWqB土压力弯矩H10M0T414.21381KNm335724K4.11.31381满足抗倾覆稳定要求.

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岳亦勋 基坑开挖与支护设计

参考文献

[1] 高大钊主编.深基坑工程［Ｍ］.机械工业出版社 1999

［2］ 中国建筑科学研究院主编.中华人民共和国行业标准。建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）［Ｍ］.中国建筑工业出版社 1999

[3］ 中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范GBJ10—［Ｍ］.中国

建筑工业出版社

［4] 黄强 惠永宁主编。深基坑支护工程实例集［Ｍ］.中国建筑工业出版社 1997

［5］ 黄强编著.深基坑工程技术规程应用手册[Ｍ］。中国建材工业出版社 1999

［6] 赵志缙 应惠清主编.简明深基坑工程设计施工手册［Ｍ]。中国建筑工

业出版社 1997

［7］ 黄强编著.深基坑支护结构实用内力计算手册［Ｍ］. 中国建筑工业出版社 1995

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岳亦勋 基坑开挖与支护设计

结束语

时光飞逝,转眼间毕业在即，四年的时光使我成长了很多，毕业设计更是对我四年所学的一个考验.

本设计为福州市某大厦的基坑设计，通过分析基坑BC侧采用了钻孔灌注桩加锚杆的支护结构,其余三侧则由土钉墙作为支护结构，坑内采用排水沟排水,同时注重坑内的降水。

本次设计使我基本上清楚了基坑开挖与支护的方法与过程,但限于个人能力，其中难免有不足之处，而我也深知理论知识与现实实践的差距。“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”,每一个工程设计的目的都是工程实践，但由于每一个工程都有不同的地质地貌条件以及各种各样的要求，影响因素很多，因此我们作为设计者一定要思维灵活，不能死脑筋，要随着实际情况做出必要的改变，以确保设计能够更好的服务于工程的实践。

“建筑史凝固的历史”，作为土木工程专业的一名学生，终生的梦想便是能够将自己的作品永远的留在大地上,但是要实现这个目标任重而道远，作为年轻的一代，要在理论探索与实践中不断努力，更好的做出更多优质的工程服务于人民。

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岳亦勋 基坑开挖与支护设计

致谢

毕业设计完成在即，衷心的感谢焦贵德老师对我的指导。同时，本次设计和杨顺同学通力合作,也得到了杨顺同学的无私帮助,在这里也表示衷心的感谢，希望以后在工作和生活中能有再次合作的机会。由于有了焦老师和队友的帮助,我充满了干劲，从焦老师第一次向我讲解论文精髓到现在，我细心计算,精心排版,终于凝成了这篇论文。除了要感谢焦老师和队友之外,还要衷心的感谢陪伴我走过这四年的同学朋友和授业恩师,是你们让我的生活不再单调，充满生机。

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