基于多支点等值梁法的建筑基坑设计书

岩土工程课程设计基坑支护设计计算说明书姓名：学号：班级：指导老师：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(m)标高(m)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3.0-3.016.010152素填土2.0-5.017.010103粉质粘土1.0-6.019.53018604粉土1.0-7.019.02020405细砂2.0-9.019.524306卵石层中的细砂2.0-11.019.524307稍密卵石-18.018.0351108中密卵石7.021.0381309密实卵石22.04015010强风化泥岩25.0-43.023.02.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：232976m2)整体稳定性：1.3sK=3)抗隆起稳定性：1.6bK=4)突涌稳定性：1.2hK=5)流土稳定性：1.5fK=6)基坑深度：13H=m2.3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：3116317219.5119119.5420.3372325104331.343m+++++++==kN/m创创创创g主动侧土层的加权平均内摩擦角：115310218120124437.67723.0418m+++++==创创创°j被动侧土层的加权平均重度：330.335332532.55530m2+==kN/mg创被动侧土层的加权平均内摩擦角：237.67m=°j主动土压力系数：2(4523.04/2)0.437aK=tan??ABCDE被动土压力系数：2(4537.67/2)4.143pK=tan+鞍=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xm1m12aampqγHKγxK=γxK?（+）解得x=1.54m3.3土压力计算桩顶（即基坑顶面）处主动土压力：11()200.4378.74Amaeq+γhK==kPa=创?基坑顶面以下1m（第一道锚杆）处主动土压力：12()Bmaeq+γhK=+=kPa=创创（2031.31）0.43722.42基坑顶面以下5m（第二道锚杆）处主动土压力：13()5Cmaeq+γhK=+=kPa=创创（2031.3）0.43777.13基坑顶面以下9m（第三道锚杆）处主动土压力：14()9Dmaeq+γhK=+=kPa=创创（2031.3）0.437131.84基坑底面处主动土压力：15()13Emaeq+γhK=+=kPa=创创（2031.3）0.437186.56基坑侧壁净土压力分布图ABCDEF3.4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：1018.7410.50.56.6530.5ABBABM=M=+-=kNmR=+kN创创醋创（22.428.74）1（8.7422.42)1=15.58B-C端看做两端固定，其中：2B2221278)1202722.4286.651675.96120211122311122.4216422366.9312BCBACBBCBBBCCBBCCBBABCCBBCe+e-eMM=h-+-=-=kNmR=eh+e-eh-M+Mh=+--+=kNR=eh+´创醋轾犏创犏臌轾犏创创?犏臌（（77.1322.42）（）（77.1322.24）1675.966.652122311222.42164223BCBCCBBABCe-eh+M-Mh=+-+-=135.11kN轾犏创犏臌轾犏创创?犏臌（）（77.1322.24）1675.966.65C-D段看做两端固定，其中：ABCDEF2222222CD123077.13131.8477.131230122077.13131.8477.13122011122311177.1316223CDCCDCDCDCDCDCCDCDCCCDDCCDDCCDee-eM=h-h-=16-16=73.66kNmee-eM=h+h-=16-16=146.61kNmR=eh+e-eh-M+Mh=+´创?´创?轾犏创犏臌创创（）（13122CD411222311277.13164223DCCDDCCDDCCD--+=172.50kNR=eh+e-eh+M-Mh=+-+-=245.44kN轾犏´犏臌轾犏创犏臌轾犏创创?犏臌1.8477.13）16146.6173.66（）（131.8477.13）16146.6173.66D-F段看做一端固定一端铰接，其中：222222222123891824565131.844186.56131.844124186.5616168985.54245.5455.54631.1.545DDEEDDEDEEEFDFDEDEEFDFDFDFDFehe-ehhehM=-h--h-+-h-hhhh-=----+--轾轾犏犏创创创创?犏犏臌臌轾犏创创创?犏臌创（2）（）（）（2）（）（1（22222545.54212223234186.56131.8421131.8444186.