基坑课程设计

1.1工程地质条件①素填土：黄灰色、可塑、松、稍湿，不均匀，以素土为主，夹碎石，据调查堆积时间十年以上。全场分布。厚度0.5米。②粉质粘土:黄色、软-可塑、湿，无摇振反应，刀切面光滑，干强度中等，韧性中等。见铁锰质氧化物。成因年代Q4al。全场分布。厚度3.0米。③粉质粘土夹粉土：灰色、可塑，湿，刀切面稍光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。夹粉土，薄层状，厚度20-30cm。成因年代Q4al。全场分布。厚度5.0米。④细砂：灰色，稍密，饱和，颗粒圆形，质地较纯，级配良好，主由长石、云母、石英等组成,粒组含量0.075mm为87.9-91.8%。成因年代Q4al。平面上尖灭。厚度6.0米。⑤圆砾：杂色、稍密、饱和，圆形为主，母岩成份主要为石英岩、石英砂岩、硅质岩、火成岩等，粒组含量＞2mm为52.6-90.1%。充填物为细砂，充填充分。成因年代Q3al。全场分布。厚度8.0米。⑥卵石：杂色、中密、饱和，园形为主，母岩成份主要为石英岩、石英砂岩、硅质岩、火成岩等，粒组含量＞20mm为52.2-80.7%。充填物为细砂，充填充分。成因年代Q3al。全场分布。未揭穿。1.2水文地质条件第①层为弱透水层，第②、③层为相对隔水层，第④、⑤、⑥层为透水层。场地地下水按含水介质划分属第四纪冲积物中的孔隙水，地下水按埋藏条件有两种类型：上部为上层滞水无统一地下水位，勘察时通过各钻孔的观测上层滞水埋深0.3-1.1米，赋存于素填土中，受大气降水补给，以蒸发排泄为主；下部承压水勘察时稳定水位埋深约3.0-4.0米，承压水赋存于砂、卵石层中，具有弱承压性，受区域同层侧向补给径流排泄。地下水年变化幅度根据湖北省水文地质工程地质大队编制的《环境水文地质工程地质综合勘察报告》资料为1.0-3.0米，在丰水期由长江侧向补给，在枯水期地下水侧向补给长江。1.3环境条件场地平坦,无地下管线,距围护结构一定距离之外有已建房屋。2.1基坑支护设计主要参数土层编号土名天然重度r(kN/m3)C(kPa)Φ度备注①素填土17.0108各指标为复核值。②粉质黏土19.01710③粉质粘土夹粉土19.11911④细砂20.0025⑤圆砾18.00362.2开挖深度及地面荷载基坑开挖深度为自然地面下6.0米，地面荷载与坑边距离为1.0米，荷载大小为30Kpa，作用宽度为10.0米。2.3基坑工程重要性等级由于本工程基坑开挖深度为6.0米，开挖深度一般；又由于场地平坦，无地下管线；工程地质及水文地质条件较复杂。综合各方面因素，确定该基坑工程重要性等级为二级。3.1设计依据（1）《地下结构》课程设计指导书（2）郑刚主编。《地下工程》，机械工业出版社，2011（3）东南大学等合编。《土力学》（第二版），中国建筑工业出版社，2005（4）《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-99)，中国建筑工业出版社，1999（5）湖北省地方标准《基坑工程技术规程》(DB42／159-2004)（6）《混凝土结构设计规范》(GB50010一2010)，中国建筑工业出版社2010（7）《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)，中国建筑工业出版社，20024.1地下连续墙支护断面结构设计主要内容与要求（1）确定在施工过程中作用于连续墙上的土压力、水压力以及上部传来的荷载；（2）确定地下连续墙所需要的入土深度，以满足抗管涌、抗隆起、防止基坑整体失稳破坏以及满足地基承载力的需要；（3）地下连续墙结构的内力计算与变形验算；（4）地下连续墙结构的截面设计，包括墙体和支撑的配筋设计或者截面强度验算，节点、接头的连接强度和构造处理；（5）估算基坑施工对周围环境的影响，包括连续墙的墙顶位移和墙后地面沉降值的大小和范围；（6）绘制结构配筋图。4.2设计计算4.2.1地面附加荷载传至n层土底面的竖向荷载qn计算1.0m-11.0m的荷载应加上q.由规范公式计算q=abb2×q0=0.121010×30=25KPa4.2.2各层土压力计算各土层的土压力系数：Ka1=0.7561Ka=0.869Ka2=0.7052Ka=0.839Ka3=0.6793Ka=0.824Ka4=0.4064Ka=0.637地下水位埋深取0.3m-1.1m承压水取水位埋深为3.0m主动土压力计算：0—0.5m①上=0-2c11Ka=0-2×10×0.869＜0①下=γ1h1Ka1-2c11Ka=17×0.5×0.756-2×10×0.869＜0(2)粉质粘土（0.5m-1.0m）γ2=19KN/M3C2=17Kpaφ2=10°σ②上=1h1Ka2-2c22Ka=17.0×0.5×0.704-2×17×0.839＜0又由于从1.0m开始受地面附加荷载的影响，此处存在地下水，而此土层为粘性土，故水土合算。（1.0m-3.5m）σ②1.0=(q+γ1h1+γ2h′)Ka2-2c22Ka=(25+17.0×0.5+19×0.5)×0.704-2×17×0.839=1.746Kpaσ②下=(q+γ1h1+γ2h2)Ka2-2c22Ka=（25+17×0.5+19×0.5+19×2.5）×0.704-2×17×0.839=35.186Kpa(3)粉质粘土夹粉土粉质粘土夹粉土层分为两层计算（存在开挖面的影响）σ③上=(q+γ1h1+γ2h2)Ka3-2c33Ka=(25+17.0×0.5+19×3.0)×0.680-2×19×0.824=30.228Kpaσ③6.0=(q+γ1h1+γ2h2+γ3h′3）Ka3-2c33Ka=(25+17.0×0.5+19×3.0+19.1×2.5)×0.680-2×19×0.824=62.698Kpa根据规范，基坑开挖面以下的土压力可按以下方法计算：（6.0m-8.5m）σa3=62.698Kpa（4）细砂（8.5m-14.5m）γm=0.65.21.190.3195.017=18.875KN/m3σa4=(q+γmh)Ka4=(25+18.875×6.0)×0.406=56.13Kpa被动土压力计算（3）粉质粘土夹粉土被动土压力在基坑开挖面以下正位，故地下水的计算就按照开挖面以下0.5m算起,但是由于是粘性土，做合算，故σ③6.0=γ3H0Kp1+2c33Kp=0+2×19×1.213=46.09Kpaσ③下=γ3H1Kp1+2c33Kp=19.1×2.5×1.472+2×19×1.213=117.656Kpa第四层土层为砂性土，故水土分算σ④上=312HKp+2c44Kp=19.1×2.5×2.464+2×0=117.656Kpaσ④下=（γ3H1+γ4H2）Kp2+2c44Kp=（19.1×2.5+10×6）×2.464+10×6=325.496Kpa土压力计算图4.2.3嵌固深度hd的计算假设支撑点设在距离地面2.0m处，水平荷载与抗力相等的点即弯矩为零的地方，设此点距离坑底hc,hc=0.591m支点力Tc=111hchEphpEahaTcichaicEa=112.5(35.1862.5)(2.52.50.591)2.530.228(0.591)232+1112.532.47(2.50.591)62.6980.5910.591232=380.486kN/mhpicEp=46.096×0.591×12×0.591+21×16.616×0.591×13×0.591=9.07kN/m把数据代入上式中得Tc=80.912kN.假设嵌固点在距离基坑开挖面底部xm处，代入公式hpcEp+Tc(hT1+hd)-1.2γ0hacEa≥0中得方程：5.773x3-18.147x2+74.332x-183.694≥0得，x=3.5m,即嵌固深度hd=3.5m4.2.4地下连续墙配筋计算（1）最大弯矩的计算，弯矩最大有两个点，一个在坑底上方，一个在坑底下方假设在上方的点在距离第二层土底ym处，弯矩最大在剪力为零的地方，故：80.912=1.746×2.5+12×2.5×33.44+30.228y+12×32.472.5y2解得，y取正值，y=0.955m故Mmax=1.746×2.5×（0.955+2.52）+12×2.5×33.44×（13×2.5+0.955）+30.228×0.955×12×0.955+21×12.4×0.955×13×0.955-80.912×2.455=-98.59kN/m假设第二个点在坑底处，首先当在第三层土里时，不满足，主动方向上土的剪力大于被动主方向上土的剪力，大约位置在第四层土层里，设离第四层土顶y′m故计算式如下：80.912+12×（46.094+116.382）×2.5+117.656y′+12×34.64y′2=12×（1.746+35.186）×2.5+12×（30.228+62.698）×2.5+62.698×2.5+56.130y′解得，y′=0.2mM2=2.5111.7462.5(2.52.7)33.442.5(2.52.52.7)30.2282232.52.5(2.7)2112.532.472.5(2.52.7)62.6982.5(2.7)23256.130.20.12.580.921(42.7)46.0942.5(2.7)2170.2282.522(2.73112.5)117.6560.20.16.9280.20.223=148.656最大弯矩Mmax=M2=148.27kN/m取连续墙单位宽度b=1.0m为计算模型，h取500mm，混凝土的强度等级取C25，按照所取截面尺寸配筋，采取双筋布置：先计算A′sM≤Mu=αsα1fcbh20+f′yA′s(h0-α′s)f′y=fy,fc=11.9N/mm2,ft=1.27N/mm2,h0=500-70=470mm取ξ=05.0hh==0.530.518故取ξ=ξb=0.518，由(ξ-1)2=1-2αsαs=0.384A′s=(Mu-αsα1fcbh20)/[f′y(h0-α′s)]＜0混凝土的抗压过大，按构造配筋按规范规定，应选择Ⅰ级钢，直径不宜小于φ16，保护层厚度不宜小于70mm,间距在200-300mm之间，故选择双筋截面，受拉面采用φ22@200，保护层厚度取70mm,受压面取φ16@300配筋图如下：（2）锚杆计算锚杆配筋：Tc=80.912kN锚杆的倾斜度θ规范规定在15°-25°，所以取θ=15°Tc≤Nucosθ=Nucos15°Nu≥Tc/cos15°=83.76kN锚杆采用HRB335级钢筋，fy=300N/mm2As=yfNu=83.76300×103=279.2mm2查表取1φ22，As=379.94mm2计算锚杆的长度自由段长度由公式lf=lt)245sin()245sin(lt=4.591,=1.5101156.5=10.77°（加权平均),=15°（锚杆的倾斜角度）。把上述的数据代入公式lf=lt)245sin()245sin(=2.15m③锚杆混凝土浇注长度（即锚固长度）计算规范公式为Nu=()sikisdqls为安全系数，取1.3，li锚杆的锚固长度，d取0.15m，粉质粘土sikq取64，粉质粘土夹粉土sikq取60，锚杆取9m长。承载力验算Nu=3.14(0.15643.650.15603.2)154.421.3kN﹥83.76kN满足要求。5.连续墙验算5.1地基承载力验算P1=γa（H+D）+q=17×0.5+19×3+19.1×5+20×1+30=211KapP2=γbD=19.1×2.5+20×1=67.75KapR=γbDNq+cNc=67.75×6.4+10.41×15.44=594.33Kap承载力安全系数K=1594.332.81211RP＞1.25满足要求。P1—墙背在维护强的平面上的垂直荷载