启明星计算基坑整个过程计算书

同济启明星Qimstar基坑支护结构专用软件FRWS7.2XX基坑工程计算书1工程概况该基坑设计总深13.8m，按二级基坑、依据《天津市标准—建筑基坑工程技术规程(DB33-202-2010)》进行设计计算，计算断面编号：2。1.1土层参数序号土层名称厚度(m)γ(kN/m)3c(kPa)φ(°)c'(kPa)φ'(°)13-1粉土0.8320.111.1029.100.000.0023-2粉粘4.3018.811.8012.900.000.0034粉粘2.7019.512.5012.100.000.0045-1粉粘10.1019.616.4016.600.000.0055-2黏土10.0018.616.7014.500.000.00续表序号土层名称厚度(m)m(MN/m)4Kmax(MN/m3)Gse分算/合算13-1粉土0.8315.10.02.51.00合算23-2粉粘4.303.20.02.51.00合算34粉粘2.703.00.02.51.00合算45-1粉粘10.105.50.02.51.00合算55-2黏土10.004.40.02.51.00合算地下水位埋深：0.00m。1.2基坑周边荷载地面超载：20.0kPa2开挖与支护设计基坑支护方案如图：XX基坑工程基坑支护方案图2.1挡墙设计挡墙类型：SMW工法；嵌入深度：12.500m；露出长度：0.500m；搅拌桩直径：850mm；搅拌桩排数：1排；搭接长度：250mm；型钢型号：700*300*13*24；型钢布置方式：密插；水泥土物理指标：重度：20.00kN/m；3弹性模量：300000.00kPa；无侧限抗压强度标准值：500.00kPa；2.2放坡设计2.2.1第1级放坡设计坡面尺寸：坡高0.50m；坡宽0.50m；台宽1.00m。放坡影响方式为：一。2.3支撑(锚)结构设计本方案设置3道支撑(锚)，各层数据如下：第1道支撑(锚)为平面内支撑，距墙顶深度0.800m，工作面超过深度0.000m，预加轴力0.00kN/m，对挡墙的水平约束刚度取80000.0kN/m/m。该道平面内支撑具体数据如下：支撑材料：钢筋混凝土撑；支撑长度：30.000m；支撑间距：5.000m；与围檩之间的夹角：90.000°；不动点调整系数：0.500；混凝土等级：C30；截面高：800mm；截面宽：600mm。计算点位置系数：0.000。第2道支撑(锚)为平面内支撑，距墙顶深度6.800m，工作面超过深度0.000m，预加轴力0.00kN/m，对挡墙的水平约束刚度取80000.0kN/m/m。该道平面内支撑具体数据如下：支撑材料：钢筋混凝土撑；支撑长度：30.000m；支撑间距：5.000m；与围檩之间的夹角：90.000°；不动点调整系数：0.500；混凝土等级：C30；截面高：800mm；截面宽：600mm。计算点位置系数：0.000。第3道支撑(锚)为平面内支撑，距墙顶深度10.800m，工作面超过深度0.000m，预加轴力0.00kN/m，对挡墙的水平约束刚度取80000.0kN/m/m。该道平面内支撑具体数据如下：支撑材料：钢筋混凝土撑；支撑长度：30.000m；支撑间距：5.000m；与围檩之间的夹角：90.000°；不动点调整系数：0.500；混凝土等级：C30；截面高：800mm；截面宽：600mm。计算点位置系数：0.000。2.4工况顺序该基坑的施工工况顺序如下图所示：3计算原理描述3.1围护墙主动侧土压力计算3.1.1朗肯主动土压力深度z处第i层土的主动土压力强度的标准值e按下列公式计算：ak,i采用水土合算或计算点在水位以上时：（小于0取0）采用水土分算且计算点在水位以下时：（小于0取0）对于模式，自重部分须扣除坑内土的自重（对水位以下的分算土层，扣除有效自重；坑内水位矩形土压力取坑底位置，天然水位在坑底以下就取天然水位）。式中：γ─j第j层土的天然重度；γ─w水的重度，取10kN/m；3Δh─j第j层土的厚度；h─wa,i地下水位；c、c'─ii第i层土的内聚力、有效内聚力；φ、φ'─ii第i层土的内摩擦角、有效内摩擦角；q─超载。3.1.2放坡的影响将放坡模拟成等效荷载，荷载的大小为坡的土体自重，按照假定的方式将这部分土重增加到围护墙体范围内土体的自重中。如下图是两种增加土体自重的方式，阴影部分即为增加的土重，直线部分的大小为坡的土重。方式一方式二如果，那么作用在挡土墙的初始侧向附加应力为：考虑坡脚相应竖向附加应力式中，za—支护结构顶面至计算点的竖向距离；—支护结构外边缘至坡脚的水平距离；a—坡宽；b1θ—附加荷载扩散角，宜取45°；1—地面至支护结构顶面的距离；h—基础底面以上土的平均天然重度；γ—支护结构顶面以上的土的粘聚力；cKa—支护结构顶面以上土的主动土压力系数；Eak1—支护结构顶面以上土单位宽度主动土压力标准值。3.2围护墙被动侧土压力计算被动侧土压力采用简化库伦土压力公式：采用水土合算或计算点在水位以上时：，采用水土分算且计算点在水位以下时：，式中：h─wp,i坑内地下水位；δ、δ'─ii第i层土与墙体的摩擦角和有效摩擦角，取(2/3~3/4)φφ'。或3.3水压力计算3.3.1静止水压力图中：γ─水的重度10kN/m。33.4围护墙内力变形计算计算简图围护墙的基本方程：内力变形关系：平衡方程：支撑处边界条件：桩端处边界条件：式中：M―桩身弯矩；EI―围护墙抗弯刚度，E为墙体材料的弹性模量，；I截面惯性矩ρ―曲率；x―水平位移；z―深度；Q―桩身剪力；e―ak主动侧水土压力；k―a基底以上土的水平向基床系数，见“”。当位移为正是取0；土体水平向基床系数计算k―p基底以下土的水平向基床系数，见“”。土体水平向基床系数计算可考虑坑底土的塑性性质，当kxe时，取k=e/x，e为坑底极限被动土压力，ppkppkpk见“”；围护墙被动侧土压力计算b―s主动侧水土压力计算宽度，对板桩、连续墙、搅拌桩取每延米，对排桩、SMW工法桩取桩中心距;b―0土体抗力计算宽度。墙式围护取每延米；对圆形排桩围护：b=0.9(1.5d+0.5)，d为桩径；0对方形排桩围护：b=1.5b+0.5，b为边长；0计算值超过桩间距时取桩间距；b0z―si第i道支撑的深度。K―si第i道支撑每延米的水平刚度。见“”；支撑/锚的水平刚度计算―第i道支撑处的墙体剪力。―第i道支撑处第m工况的水平位移。T―0i第i道支撑每延米的水平向预加轴力。z―L墙底端的深度。―墙底端的墙体弯矩K―θ墙底端旋转约束刚度，模拟墙底土对墙底的约束作用，对于较厚的搅拌桩，可考虑这种作用，对于其他厚度较薄的围护墙，可忽略这种作用。K=1×b×k(D)/12，D为嵌入深度。θ3p上述微分方程可用有限单元法求解，解得水平位移后，可求出桩身内力。3.4.1土体水平向基床系数的计算3.4.1.1m法k=mz，m为土层的水平向基床系数随深度增长的比例系数，z为计算点距离开挖面的深度（对于主动侧就是p距桩顶的距离）；3.5地表沉降计算3.5.1同济抛物线模式地表沉降范围x0与三角形模式相同。各点的沉降：上列式中：Sw―支护结构侧移面积；H―基坑开挖深度；δw1―支护结构顶端位移；δw2―支护结构底端位移；D―基坑开挖面以下支护结构的长度；3.6抗倾覆计算3.6.1带撑抗倾覆计算当不记支撑点以上土压力时：记入支撑点以上土压力时：式中o―倾覆转点，最下道支撑位置处；E、E―a1a2o点以下、以上主动侧土压力合力；E、E―w1w2o点以下、以上水压力合力；H、H―w1a1o点以下水压力、主动侧土压力合力作用点离o点的距离；H、H―w2a2o点以上水压力、主动侧土压力合力作用点离o点的距离。3.7整体稳定计算对于单个圆弧滑面的整体稳定安全系数计算方法如下。3.7.1瑞典条分法-总应力法上列式中：式中：K─s整体稳定安全系数；N─j土钉、锚杆、微型桩、排桩在滑弧上产生的抗滑力标准值；c─i第i分条滑裂面处土体(或水泥土，乘折减系数后的c)的粘聚力；φ─i第i分条滑裂面处土体(或水泥土，tgφ乘折减系数后的φ)的内摩擦角；Ka─主动土压力系数；L─i第i分条滑动面弧长；G─i第i分条土条(包括水泥土)重量；W─i第i分条土条受到的水浮力；W'─i第i分条土条受到坑内水位以下那部分水的水浮力（当地下水位高于开挖面时，坑内水位取开挖面，否则取地下水位）；u─i第i分条土条底部中心处的孔隙隙水压力，即为该点处的静水压力；若考虑土性，则对水土合算的土层取0；静水压力与浸润线有关，当地下水低于开挖面时，浸润线就是地下水位线；当地下水高于开挖面时，浸润线如下：Q─i超载和邻近荷载在第i分条上分布的总力；T─Nj第j道土钉/锚杆在滑裂面外的部分的抗拔力标准值和杆体抗拉强度标准值中的小值，见“”；公式S─j第j道土钉/锚杆的水平间距；θ─i第i分条滑动面切线与水平面之间的夹角；α─j第j道土钉/锚杆与水平面之间的夹角。ζ、ξ─土钉或锚杆切向力折减系数、法向力折减系数。N─p滑弧切过排桩或连续墙时桩墙的抗滑力；θ─p滑弧切桩点切线与水平面的夹角；M─c桩墙抗弯承载力设计值；h─p切桩点到坡面的深度；γ─ph范围内土的平均重度；pS─p排桩间距，连续墙取1m。3.8SMW工法桩截面强度计算（a）型钢与水泥土间错动剪切破坏验算图（b）水泥土最薄弱截面剪切破坏验算图3.8.1错动剪切破坏验算3.8.2剪切破坏验算式中：Q—1k作用于型钢与水泥土之间单位深度范围内的错动剪力标准值；q―k计算截面处侧压力标准值，为主动侧水土压力和被动侧抗力的叠加，从内力变形的计算结果中取出；τ―c水泥土抗剪强度设计值；q—uk水泥土开挖龄期时的轴心抗压强度标准值；γ—s设计值系数；ξ—抗剪强度系数。假定型钢间距范围内的弯矩都由型钢承担，验算方式同钢板桩强度验算。3.9坑底抗隆起计算坑底抗隆起的计算同整体稳定，破坏面为如下图所示的组合滑面，其圆弧部分的圆心可以假定为最下到支撑处或者坑底，其半径可以假定为经过桩底，也可往下搜索，找出最危险的滑面。中心在最下到支撑点处的圆弧组合滑面中心在坑底的圆弧组合滑面（总应力法）（有效应力法）式中：K—L整体稳定安全系数；F、K―RS抗滑力和下滑力；c、φ―计算点处土体的内聚力和内摩擦角，总应力指标；c'、φ'―计算点处土体的内聚力和内摩擦角，有效应力指标；K、K'—aa计算点处主动土压力系数，分别用总应力指标和有效应力指标求得。θ—弧段上计算点处切线与水平面的夹角；R—圆弧半径；u—计算点处的孔隙水压，u=γz，γ为水的重度；z为计算点处的水深；—u桩墙每延米所能承受的极限弯矩。4内力变形计算4.1计算参数水土计算（分算/合算）方法：按土层分/合算；水压力计算方法：静止水压力，修正系数：1.0；主动侧土压力计算方法：朗肯主动土压力，分布模式：矩形，调整系数：1.0，负位移不考虑土压力增加；被动侧基床系数计算方法：m法，土体抗力不考虑极限土压力限值；墙体抗弯刚度折减系数：1.0，水泥土发挥系数：0.0。4.2计算结果4.2.1水土压力计算结果计算宽度：0.60m。4.2.2内力变形结果每根桩抗弯刚度EI=422100kN.m2。以下内力和土体抗力的计算结果是每根桩的；支撑反力是每延米的。第1工况：开挖至-5.70(深0.80)m第2工况：在-5.70(深0.80)m处加撑(锚)第3工况：开挖至-11.70(深6.80)m第4工况：在-11.70(深6.80)m处加撑(锚)第5工况：开挖至-15.70(深10.80)m第6工况：在-15.70(深10.80)m处加撑(锚)第7工况：开挖至-18.70(深13.80)m支(换)撑反力范围表抗力相对桩顶深度(m)最小值(kN/m)最大值(kN/m)支撑第1道支撑0.800.0149.6第2道支撑6.800.0388.3第3道支撑10.800.0374.2坑内侧土体抗力安全系数：1.15～312.97。5整体稳定计算5.1计算参数整体稳定计算方法：瑞典条分法；应力