某工程基坑支护设计(钻孔灌注桩+土钉)资料

西宁市春兰广场基坑支护设计1工程概况1.1工程简介拟建广场位于西宁市,总建筑面积45032m2,其中地上41307.5m2,地下3724.5m2,拟建建筑物地上29层,地下1层,地下夹层1层,建筑高度92.10m,结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构,裙房为框架-剪力墙结构.设计±0.00为绝对标高14.76m.室内外高差300mm左右.基坑深度12m,基坑面积50×60m2。拟建场地南侧11m处为葫芦岛市百货大厦，北侧7m处是现状路，西侧距6层博乐大酒店8.35m，东侧距3～4层砖混结构4.5m。见图1-1所示。1.2工程地质条件表1-1各层岩土体物理力学参数层号土类名称层厚（m）重度（KN／m3）粘聚力（kpa）内摩擦角（度）1杂填土1.5019.08.0010.002粘性土1.9019.840.0020.003砾砂6.6020.00.0035.004角砾5.4021.00.0035.005强风化岩20.0020.00.0037.001.3水文地质条件图1-1场地周边环境布置图地下水类型为潜水，主要赋存于第三层砾砂层中，稳定水位埋深3.70-3.85m。对混凝土无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。2方案的初步选择2.1单支撑（锚杆）排桩支护方案论证：该方案是在对场地降水处理后，根据基坑面积、土层性质、开挖深度、周边环境综合考虑后选取的方案。由工程地质条件和水文地质条件得知，第一层土是杂填土，土体性质较差，深度不深，所以采取放破开挖的方法将该层土体挖掉，然后从第二层开始进行垂直开挖。但是基坑东边4.35m处有一建筑物，要防止基坑开挖时发生不均匀沉降，所以该面不进行放坡开挖，直接用灌注桩支护即可。第二层土是粘性土，以下分别是砾砂层、角砾和强风化岩，砾砂层和角砾层自身的粘聚力都很小，需选用挡土效果特别好的结构物来进行挡土，所以采用钻孔灌注桩和单层锚拉结构进行挡土。该种结构是靠锚固于稳定土层中的锚杆多提供的内力，以承受结构物的挡土墙的土压力、水压力来保证钻孔灌注桩挡土墙的稳定。钻孔灌注桩支护结构是排桩支护结构中应用最多的一种，用钻机钻到设计深度成孔进行灌注。钻孔灌注桩作为挡土结构物的主要优点：1）刚度大，抗弯能力强，变形相对较小；2）施工无噪声，无振动，无挤土；3）适用于各种粘土、砂土、软土等多种地层条件；4）多用于深7~15m的基坑。当基坑开挖深度较大时，为支护结构安全和减小变形，在支护结构顶部附近设置一道支撑（锚杆）。2.2土钉墙支护方案方案论证：该方案也是在用井点降水后，根据基坑面积、土层性质、开挖深度、周边环境综合考虑后选取的方案。由于东边离基坑4.35m处有一4层建筑物，所以考虑到基坑周边发生不均匀沉降，所以采用桩锚结构来进行支护，该面不进行放坡开挖。其它各面均先进行放坡开挖1.5m，然后在垂直开挖，采用边开挖边支护的施工方法。土钉墙是由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层及必要的防水系统组成。土钉则是采用土中钻孔，置入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力，使土钉沿全长与周围土体紧密连接成为一个整体，形成一个类似于重力式挡土墙结构，抵抗墙后传来的土压力和其它荷载，从而保证开挖面的安全。该方案主要有以下优点：（1）土钉墙是一个复合体，土钉弥补了强度的不足，不仅有效的提高了土体的整体刚度，有弥补了抗拉、抗剪的不足，通过相互作用，提高土体自身结构的强度，改变了边坡变形及破坏状态，显著地提高了边坡的稳定性和承受超载的能力。变形减小，对邻近的建筑物影响不大。（2）由于随基坑开挖主次分段施工作业，能与土方开挖较好的配合，不占或少占单独作业时间，可缩短工期，施工效率高。施工设备简单，施工时不许单独占用场地，噪声小，扰动小。（3）土钉墙适合于地下水位以上或经排水后的填土、N值在3以上的粘土、粉土、黄土及N值在5以上的若胶结的砂土。（4）土钉墙支护时基坑深度不宜超过18m。2.3地下连续墙支护方案方案论证：采用该方案的原因主要是因为地下连续墙挡土和挡水性能都比较好。地下连续墙是在地下挖一段狭长的深槽内充满泥浆以保护槽壁的稳定，在槽内吊入钢筋笼，水下浇灌泥浆，筑成一段钢筋混凝土槽段，最后这些槽段连接起来形成一段连续的地下墙壁。低廉强的主要优点主要是：（1）施工时振动小，噪音低，工期短，经济效果好，可昼夜施工。适合于环境要求严格的地区施工。（2）墙体刚度大，地连墙了构筑厚度40~120cm的钢筋混凝土墙，墙体刚度大于一般的挡土墙，能承受较大的土压力，在开挖基坑时，不会产生地记得沉降和塌方。适合于相邻建筑物邻近的工程。（3）防渗性能好。（4）对周边地基无扰动。（5）适合于多种地基，从软弱的冲击层到中硬的地层，密实的卵砾石、软质岩石、硬质岩石等所有的地基施工。3方案的设计计算3.1钻孔灌注桩支护结构设计3.1.1设计内容排桩支护结构应根据其自身结构物和周围影响范围内建筑物的安全等级，安城在拉力极限状态与正常使用极限状态的要求，分别进行下列计算：一、按承载力极限状态设计①水平承载力计算；②地基竖向承载力计算；③桩墙及其承载力的圈梁、支撑、土锚及其底板等均应进行强度承载力计算；④整体稳定性及其基底稳定计算；⑤如有软弱下卧层，其承载力应进行验算。二、按正常使用极限状态设计①桩墙及其构筑物在施工各阶段的横向及竖向变形不能超过规定的允许值；②抗裂度与裂缝宽度验算。3.1.2结构内力计算排桩可以根据受力条件分段按平面问题计算。排桩水平荷载计算宽度可取排桩的中心距。结构的内力与变形的计算值、支点力的计算值应根据基坑开挖、地下结构物施工过程的不同工况计算。（1）对于悬臂及单层支点结构的支点力Tc1、截面弯矩设计值Mc，计算剪力值Vc也可以按静力平衡条件确定。（2）结构内力及支点力的设计值应按下列规定计算：截面弯矩设计值MM=1.250Mc截面剪力设计值VV=1.250Vc支点结构第j层支点力的设计值Tdj=1.250Tcj3.1.3钻孔灌注桩设计计算由于基坑先是放坡开挖1.5m，然后进行钻孔灌注桩施工，所以可以将挖开的那部分填土视为超载。取地面荷载q=20KN／m。其结构示意图如3-1所示：一、钻孔灌注桩内力计算由于有1.5m放坡开挖土层，所以在计算时可将该部分土层视为超载计算，所以其均布荷载m5.485.1192020KNhq。土层中各部分主被动土压力分布如图3-2所示。由于角砾层和强风化岩层土层性质相近，所以可以按角砾层来计算4。⑴设主、被动土压力相等的点在距基坑0t处，则由paee得：图3-1桩锚结构示意图图3-2土层土压力计算简图mKKHKtKtKtHapapa98.021)27.069.3(3.70)(000⑵根据朗肯土压力理论计算单层支锚结构的支反力aR和0p：由力矩方程00pM得048.6298.03.70398.02)98.032(22)9.583.70(129.58)98.236.6(26.6)3.239.58(26.63.232RamKNRa3.285再由0F得mKNp2.2180⑶根据等值梁法计算0t至嵌入根部的距离：mKKpap3.4)27.069.3(212.2186)(60⑷所以桩的入土深度由01tt得mt28.53.498.01工程中一般取mtt)3.6~8.5()2.1~1.1(1，取mt6⑸计算弯矩最大点设弯矩最大点距粘性土底层为h，由aaRE得：3.2854.2719.58)6.6(2)6.6(2hhKamh84.6⑹求最大弯矩maxM)24.036.6(26.664.35224.09.58)24.03.3(6.63.2374.33.2852maxMmKNM234max二、钻孔灌注桩配筋根据《基坑工程手册》均匀配筋截面允许值得2：钻孔灌注桩选取2210钢筋，mKNM268，桩径为mmD600。根据桩体配筋与构造要求：钻孔灌注桩作为挡土结构受力时，可按照钢筋混凝土圆形截面受弯构件进行配筋计算。钻孔灌注桩的纵向受力钢筋一般要求沿圆形截面周边均匀布置，且不小于6根。此时圆形截面的受弯承载力公式为：tssycmcAffMsinsinsin3233式中cM——桩抗弯承载力（)mmN；A——桩横截面积；r——桩体半径（mm）;sr——纵向钢筋所在圆周半径（mm）；rs=r-a；a为保护层厚度；——对应于受压区混凝土截面积的圆心角（rad）与2的比值；t——对应于受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋界面的比值；yf——钢筋强度设计值；fcm可查表。2224.37991042214.34mmndAs34.0460014.39.114.37993002AfAfKcmsy查表得674.0,288.0t14.3674.0180sin288.0180sin2504.3799300288.0180sin3009.113233McmKNMc8.253因此cMM，则sA满足要求。根据《基坑工程手册》附表均匀配筋截面允许值得，该钻孔灌注桩选取10根直径为22mm的钢筋，弯矩为268mKN，桩径为600mm。3.1.4锚杆设计计算一、土层锚杆设置锚杆头部中点距离地表5m，水平间距为1.5m，320mKN，35，倾角15，地面均布荷载为25.48mKNq，内聚力0c。二、锚杆内力计算由桩的内力计算可知，锚固点的支反力mKNRa3.285，所以锚杆的轴力N由公式cosaRN得：KNN34.29515cos3.285三、拉杆截面面积锚拉杆按轴心受拉构件设计，所需钢筋的截面面积为As，由公式ysfNA得：239841030034.295mmAs式中yf——钢筋强度设计值，取2300mmNfy。而42dAs，所以所需钢筋直径为：mmAds4.3514.398444根据钢筋计算面积和理论质量规格表选取mmd36的钢筋作为锚杆材料3，截面积为29.1017mm，满足要求。四、锚杆长度计算⑴自由段长度fl，如图3-8所示。由公式245sin245sinllf得：mlf2.75.42sin5.55.62sin式中l——锚杆头部到基坑底部的距离。⑵锚固段长度计算由公式iaDqKNl得：mla5.81002.014.334.2958.1式中K——锚杆安全系数，取K=1.8；D——锚固体直径，取D=200mm；iq——土体与锚固体的粘结强度，取aikpq100所以锚杆长度mlflal7.157.82.7五、锚杆支撑腰梁设计图3-8锚杆自由段长度计算按简支梁，锚杆腰梁的最大弯矩为拉杆作用点处，其值为：mKNbNM75.11045.134.2954去钢材217wKNcm，则325.651171075.110cmMWwx，采用2根28c的槽钢背靠背布置，间距25cm，32.7856.3922cmWx，满足要求5。3.1.5桩锚支护稳定性验算一、深部破裂面稳定性验算，如图3-9所示。设0，15，ahE、hE1皆看作是水平方向作用力。7.3706.1154.8arctgKNG9.4057205.106.1125.1696.7因为，要计算地面荷载，挡土墙的主动土压力KNEah7.14265.127.05.165.4827.05.15.1620212代替墙主动土压力KNEh95.41227.05.196.75.4827.05.196.7202121图3-9整体稳定性验算简图则最大承受的水平力hAK由公式11tantan1tantanhhhhhaaAEEGEEK