基坑支护课程设计

《基础工程》课程设计国家开发银行数据中心深基坑支护设计中国地质大学（北京）工程技术学院土木工程二班陆加弟、田梦楠、侯丹指导教师：张斌二〇一一年十二月十八日目录第一部分工程资料1.工程概况2.场地地质与水文地质条件2．1地形地貌2．2地层构成2．3拟建场地水文地质条件第二部分设计内容1.基坑开挖断面设计1．1设计依据2.支护方案确定2．1基坑支护方案设计的指导思想2．2基坑支护方案选择3.土钉墙设计3．1土钉设计参数3．2计算过程3．3面层技术参数4.桩锚设计4．1设计内容4．2桩锚体系计算过程5.基坑支护结构施工组织设计5.1土方开挖施工设计5.2基坑测量施工方案5.3土钉墙施工方案5.4钻孔灌注桩施工方案5.5预应力锚杆施工方案5.6滞水处理方案第三部分计算内容1.计算说明书1．1土钉墙内部稳定验算1．2土钉墙整体稳定性验算1．3桩锚体系验算第四部分设计图纸及计算书1.支护结构剖面图2.相关结构设计大样图感谢信参考文献工程资料1.工程概况工程名称：国家开发银行数据中心深基坑支护结构设计工程地点：北京市海淀区苏家坨镇三星庄北本工程场地位于北京市海淀区苏家坨镇三星庄北，东临规划的创新园经二路，西临规划的创新园经一路，北临创新园中环路，南临周家巷，交通便利。拟建的国家开发银行数据中心主要有1#设备用房、2#科研用房、传达室及地下车库组成。最大基础埋深-8.0米，拟采用土钉墙+桩锚的护坡方式进行基坑护坡。拟建的建筑物概况见表1-1，其中2#科研用房建筑形体呈“U”形，西侧地上3层，无地下室，北侧及东侧地上4层，1层地下室，西侧及北侧楼体均设置房顶机房。表1-1拟建建筑物设计概况拟建建筑物层数（地上/地下）基础深度（m）结构形式±0.000高程1#楼2F/0F约—2.50框架结构45.9502#楼3～4F/0～1F约—8.00框架结构45.950传达室1F/0F约—2.50框架结构45.950地下车库0F/1F约—8.00框架结构45.9502.场地地质及水文地质条件2.1地形地貌拟建场地位于苏家坨镇三星庄北，地貌单元属于永定河冲积扇上部。从拟建场地地理位置示意图可以看出，勘察期间场地现状在中部主要为葡萄、果树、大棚等农业园地，地表的各种植物及构筑物尚未清除；在东部主要为苗圃，草木丛生；西侧主要为旧有的建筑物场地（旧有建筑物地面以上的结构部分已经拆除，砼地面以及基础尚未拆除），地面堆放有大量的建筑生活垃圾。场地现状地形较平坦，地面高程约为43.69～45.65m。根据现场走访调查，建设场地西北角曾经为鱼塘，后经回填至现状标高。2.2地层构成根据地层钻探结果，拟建场地30.00m深度范围内的地层主要有人工填土、新近沉积层及一般第四纪沉积层构成。现根据现场钻探情况将场地地层自上而下分述如下：人工填土层：主要由①素填土组成，局部地段为①1杂填土。①素填土：黄褐色～灰褐色，湿～饱和，松散～稍密，主要成分为粘质粉土素填土，含少量圆砾及碎石，可见大量植物根茎；①1杂填土：杂色，稍湿～湿，松散～稍密，主要成分为建筑垃圾，以碎砖、混凝土碎砖为主，可见其他建筑材料碎块。新近沉积层：②粉质粘土～重粉质粘土：黄褐、黄灰、暗褐、灰褐色，很湿，软塑～可塑，含氧化铁、云母，可见少量螺壳、姜石及有机质，属中高压缩性土。局部夹砂质粉土～粘质粉土薄层或透镜体。②1砂质粉土～粘质粉土：黄褐、黄灰、暗褐、灰褐色，很湿，密实，含氧化铁和云母，可见少量螺壳、姜石及有机质，属中高压缩性土。局部夹粉质粘土、重粉质粘土、粉砂、细砂薄层或透镜体。②2淤泥质粘土：暗褐、灰褐、灰色，很湿，软塑～可塑，含氧化铁和云母，可见少量螺壳、姜石及有机质，属高压缩性土。②3泥炭质粘土：灰黑、黑色及暗褐色，很湿，可塑，含云母、氧化铁，含有机质，具微臭味，易崩解，失水后干缩现象很明显，属高压缩性土。局部夹粉质粘土薄层或透镜体。第四纪沉积层：③粉质粘土～重粉质粘土：黄褐、黄灰、灰黄色，很湿，软塑～可塑，含氧化铁、云母。局部夹砂质粉土～粘质粉土薄层或透镜体，属中高压缩性土。③1砂质粉土～粘质粉土：黄褐、黄灰、灰褐色，湿，密实。可见氧化铁和云母。局部夹粉砂、细砂薄层或透镜体，属于压缩性～中低压缩性土。④重粉质粘土～粘土：灰褐、灰黄、灰绿色，很湿，可塑。含氧化铁、云母。局部夹砂质粉土～粘质粉土薄层或透镜体，属于中高压缩性土。⑤淤泥质粘土：黄褐、灰褐色，局部灰黑色，很湿，可塑，可见氧化铁、云母。局部为粉质粘土、重粉质粘土薄层或透镜体，属中高压缩性土～中压缩性土。⑤1砂质粉土～粘质粉土：黄褐、黄灰、灰褐色，很湿，密实。可见氧化铁、云母，属于低压缩性土。各土层物理力学参数表见表2—1。表2—1土体物理力学参数表2.3拟建场地水文地质条件2.3.1地下水分布情况勘察期间，在地表下30.00（m）范围内实测到4层地下水见表2—2：层号土类名称层厚（m）重度（KN⁄m3）浮重度（（KN⁄m3））粘聚力（KPa）内摩擦角（°）①素填土1.818.0─22.012.0①1杂填土2.118.0─22.012.0②粉质粘土4.320.0─25.012.0②1砂质粘土7.420.08.022.020.0②2淤泥质粘土3.220.08.020.012.0②3泥炭质土2.820.08.020.013.0③粉质粘土5.820.08.025.012.0③1砂质粘土6.020.08.026.020.0④重粉质粘土3.620.08.025.025.0⑤淤泥质粘土4.220.08.020.012.0⑤1砂质粘土5.520.08.026.020.0表2—2地下水分布情况表层数地下水类型水位埋深第一层上层滞水1.60～3.20m第二层潜水6.20～13.00m第三场微承压水14.00～16.50m第四层承压水23.00～26.00m2.3.2历年地下水变化状况建厂区历年（1959年）最高地下水位接近自然地表。据在该拟建场地附近的岩土工程勘察报告，拟建场地近3～5年最高地下水位（包括上层滞水）埋深约为1.00m。上层滞水的主要补给源以大气降水、农业灌溉等入渗为主，主要的排泄方式为大气蒸发；潜水的主要补给源主要为大气降水和地表水入渗及侧向径流补给，以径流方式排泄；微承压水及承压水，主要接受侧向径流补给，以径流方式排泄。地下水年变化幅度约为1.0m～2.0m。设计内容1.基坑开挖断面设计1.1设计依据1）《建筑基坑支护技术规程JGJ120-99》本工程基坑开挖深度较深（12.5m），根据地质勘查报告提供的地质情况，基坑上部为较厚的素填土①1层、杂填土①2层，土钉成孔较困难，中部为粉质粘土②层，下部有局部③1粘质粉土～砂质粉土，支护难度较大。根据地勘报告，基坑开挖范围内无潜水地下水，只有上层滞水，因此不考虑进行专门的降水，开挖时注意滞水的导排，滞水部位的导排必须畅通。基坑拟采用分步开挖的方案，上部先期开挖2.7m,第二步开挖至设计深度。2.支护方案确定2.1基坑支护方案设计的指导思想（1）考虑到地下结构施工可能需要较长的施工周期，基坑支护要经过雨季施工的考验，要求支护设计时需适当加大安全系数。（2）护坡工程必须与土方工程一体化安排，要为土方工程的顺利施工创造快捷和良好的前提条件。（3）护坡工程在确保为后续施工创造出良好的施工作业面的同时，还要尽可能地减少不必要的土方回填。（4）护坡工程要尽量减少与土方施工的工序穿插的次数，以缩短工期。2.2基坑支护方案选择（1）目前比较成熟的支护形式主要有以下几种：护坡桩+锚杆支护、悬臂桩支护、上部土钉墙(挡土墙)下部桩锚支护、土钉墙支护、微型桩复合土钉墙支护和地下连续墙支护等，适合本工程的支护方式为桩锚支护和上部土钉墙+桩锚支护这两种方式。（2）几种支护方式的优缺点比较支护形式安全性工期成本护坡桩加预应力锚杆的支护★★★★★★★★★☆★★★★★上部(土钉墙)挡土墙支护、下部桩锚支护★★★★☆★★★☆☆★★★★☆土钉墙支护★★☆☆☆★★☆☆☆★★★☆☆根据《建筑基坑支护技术规程JGJ120-99》及场地周围的堆载情况，同时结合本地区施工经验，本着经济安全原则，设计结果如下：基坑上部采用土钉墙支护，深度为2.7m，坡度为1:0.2下部采用钻孔灌注桩座位护坡桩，同时结合锚杆做桩锚体系支护。3．土钉墙设计基坑开挖深度为2.7m，边坡坡度为1:0.2。计算后采用钻孔式土钉，设置双排土钉，具体土钉参数如下表：3.1土钉设计参数土钉道号竖向间距(m)水平间距(m)倾角(0)超挖深度(m)钻孔直径(mm)长度(m)配筋(mm)11.01.0130.21005.0ⅡФ20钢筋21.01.0130.21005.0ⅡФ20钢筋图3.1土钉布置图3.2计算过程土钉的参数选取见上表3.2.1土钉内部稳定性验算（1）由于无具体资料，按以往经验，取=37kpa.（2）土钉墙面层土压力：22/0.56182.2cH12221tan(45)0.6620.661811.88/aaKPPKqkNm11.88xyEPsskN在上部1m与2m处各有一排土钉。因此：1211.8EEkN3.2.2土钉锚固力计算1111373.140.1(50.32.2)50.4211.884.2bTDLEkNTKE满足要求。3.2.3土钉强度验算2310/yfkNmm最危险的情况下，土钉抗拉安全系数为2233.14(0.02)3101032.81.5411.88ydfE满足要求。3.2.4土钉墙外部稳定性验算（1）抗滑稳定性验算0.60.62.21.321.82.21.3252.2712()tan(52.27181.32)1tan12221.32145.211.88223.7645.21.923.76txaxitHaxBHmWHBkNmFWqBscBskNETkNFkE（2）抗倾覆稳定验算00()21.32(52.57181.32)1250.182.223.7617.423350.182.8817.42WxaxWqBMWqBskNmHMEMKM3.3面层技术参数边坡面层编制φ6.5@200×200钢筋网片，每排土钉横向设置1Ф16横向通筋与土钉主筋端部以“L”形短钢筋焊接牢固，每两列土钉竖向设置1Ф16竖向通筋置于横向通筋后面与横筋点焊，然后喷射C20素混凝土(厚度80～100mm)，混凝土配合比为水泥:砂:石=1:2:2。3.桩锚体系设计4.1设计内容本工程拟采用钻孔灌注桩作为基坑支护结构的护坡桩，经计算设计桩长11m。桩顶设置冠梁，冠梁高度为0.5m，宽度为1.0m。具体配筋情况见结构设计大样图。锚杆参数见下表预应力锚杆技术参数表序号位置(m)孔径(mm)锚杆总长自由段长度锚固段长度倾角(度)间距(m)锚杆配筋反力梁设计荷载锁定荷载1-2.515011.0m4.0m7.0m151.62根12钢混冠梁150KN120KN4.2桩锚体系计算过程4.2.1求桩埋入土内深度地面超载：2182.239.6/kNm经加权后，土的重度319/kNm，23.6ckPa，15.8等效内摩擦角：arctan(tan)Dch代入数据求得D26将参数带入方程232(2/3)()()0322paaKxhxKhxqKhx32(2190.382192.61)(6190.385.8339.60.383192.615.8)xx232(6190.385.8639.60.385.8)(2190.385.8339.60.385.8)0x简化后得3235.15566.466198143360xxx试算后4.3xm，施工时尚应乘1.1~1.2K。最后确定桩长10.5m4.2.2求桩顶锚拉力AT2239.60.38(5.84.2)150.481/2190.38(5.84.2)