基坑支护设计--学位论文.doc

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1、金陵科技学院学士学位论文 目录 毕 业 设 计（论 文） 设计(论文)题目： 金陵科技学院大学科技园一期工程基坑支护设计 学生姓名： 陆新钰 指导教师： 薛涛 二级学院： 建筑工程学院 专业： 城市地下空间工程 班级： 11城市地下空间工程 学号： 1106106018 提交日期： 2015年 05 月 08 日 答辩日期： 2015 年05 月11 日 金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘 要IIIAbstractIV1 基坑设计方案综合说明11.1 设计依据11.1.1 岩土工程报告11.1.2 基坑周边环境11.1.3 基坑开挖深度11.1.4 规范11.2 工程概况11.3 地质概况

2、11.3.1 地形地貌11.3.2 工程实地土堪结果总结11.3.3水文地质条件21.4设计思路21.5方案选择22 基坑设计计算书42.1 土层参数计算42.2 计算段面分布42.3 各段支护结构设计计算42.3.1 各段面计算参数及土压力计算42.3.2 反弯点计算72.3.3 土压力合力及合力臂计算82.4 支撑轴线向力设计计算82.5 桩长设计计算102.5.1 桩长计算102.5.2 最大弯矩计算112.6 构件配筋142.6.1桩身配筋142.6.2内支撑设计142.6.3 冠梁163 基坑设计验算184 止水桩（帷幕）设计225 基坑设计软件验算235.1 J1-1断面段支护结构

3、电算235.2 J2-2断面段支护结构电算325.3 J3-3断面段支护结构电算416 监测516.1 监测目的和目标516.2监测依据516.3监测内容及项目516.4现场监测频率与监测周期51结论52参考文献53I金陵科技学院大学科技园一期工程基坑支护设计摘 要本工程为金陵科技学院大学科技园一期工程支撑式支挡结构设计。该基坑预计为一层地下室，开挖尺寸为110m100m，建筑0.00相当于绝对标高+18.000m，地下室底板顶标高为-5m,开挖深度为6m。综合考虑基坑挖深、水土问题裙边环境、施工场地条件及施工季节等条件，拟采用排桩和钢筋混凝土支撑的组合支护结构型式。在工程实地中，对于现场支护

4、桩体的使用，施工单位都有各自成系统的一系列施工方法与选择的工艺，可能进行预制，或者现场钻打孔并且进行清理，而后采用级配合理的混凝土进行灌浇，待成形稳固后进行其他的后续操作，对于受力较为复杂的薄弱边以及阴阳角部位，采用内部支撑（角撑与对撑）。对于现场水位较高，通过在场地周围遍布止水桩能够得到很好的解决，但是务必做到完全封闭，再配合排水沟亦或是降水井，则能够更好的保证基坑内部干燥的施工环境。关键词：支护桩; 角撑; 对撑；止水桩The first phase of Design of foundation pit supporting engineering of Jinling Institut

5、e of TechnologyAbstractThe design for theJinling Institute of TechnologyUniversityScience and Technology Parkprojectbracedretaining structure design.Thefoundation pitis expected for thetwolayer of the basement,the size of first excavation is 110m100m,construction elevation 0.000m is equivalent to th

6、e absolute elevation +18.000m.the first layer ofthe basementtop elevation is -5m,the excavation depthis about 6m.Considering thedeep excavation,soil and water environment problems, construction site conditions and thebordercondition ofthe construction season,therow of piles andreinforced concrete su

7、pportingcompositeretaining structures.In the engineeringfield,thefieldteams withthe supporting piles,constructionunits havea series of constructionmethods andchoose their ownsystem,may bepreformed,or on-sitedrillandclean up,and then use thereasonablegradationconcretepouring,toformstableafterfollow-u

8、pof other operations,for theweaksideforce is more complexand theYin and Yangcorners,using the internalsupport(withgussetbracing).For thewater level is higher,byaround the groundsaround thewaterpilecan be solved,butmust becompletely closed,with thedrainage ditchordewatering well,canbetterguarantee th

9、e pitinsidethe dryconstruction environment.Key Words：supporting pile；oppositesupport ；sealingpile ；angle braceI金陵科技学院学士学位论文 第1章 基坑设计方案综合说明 1 基坑设计方案综合说明1.1 设计依据1.1.1 岩土工程报告由本项工程地质勘察报告，获取拟建场地的土层分布以及各个土层的物理性质。1.1.2 基坑周边环境探查是否有公民用管线，或者交通干道在附近，是否开挖基坑会对其产生影响。1.1.3 基坑开挖深度不同的基坑所采用的支护不同，同样，对应基坑的挖深不同，需要的支护方式也

10、会不同。1.1.4 规范(1)建筑桩基设计规范（JGJ94-2008）；(2)建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012)；(3)混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；(4)建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）；(5)建筑结构荷载规范（GB50009-2012）。1.2 工程概况（1）本工程主体结构0.000相当于淞沪高程+18.000m，本设计均采用以基坑面为0.000。（2）地下室结构：主楼与裙楼下分布一层地下车库，考虑深度后其顶部取至开挖深度以下4.5-5.5米。（3）基坑预计尺寸：主体建筑结构外边线南北走向约110m,东西走向约100m，坑体图例尺寸面积约为11

11、000m2，不考虑基坑实际情况，假设边线组成为矩形，则其周长约420m。（4）基坑挖深：相对基坑面挖至地下6m处。1.3 地质概况1.3.1 地形地貌拟建场地位于南京市江宁大学城格致路南侧，金陵科技学院江宁校区北大门西南偶。为建设预留用地，地形平坦。要求基坑等级为二级。1.3.2 工程实地土堪结果总结根据专业勘察公司的土地勘察报告，对基坑可能影响到的土层进行汇编总结得到大约如下的综合土层结果：1-1层未固结土（类杂填）：灰黄黄褐色，可塑，部分软塑，由粉质粘土夹少量碎石、植物根组成，均匀性较差，层厚1.203.90m，场地东北侧表层夹薄层杂填土，填龄不足10年。 1-2层素填土：灰黄灰色，软塑，

12、部分可塑，由粉质粘土填积，夹少量碎石、植物根，部分为耕植土，局部含有腐植物，层厚0.302.70m，填龄大于10年。 2-1层粉质粘土：灰黄黄灰色，可塑，层厚1.16.8m，埋深1.905.30m。 2-2层粉质粘土：灰黄灰色，软塑，局部为可塑，土质不均，局部缺失，层厚1.804.20m。 3层粉质粘土：黄褐色褐黄色，硬塑，局部可塑，土质均匀，层厚0.509.50m。 4层粉质粘土夹中粗砂，卵砾石：灰黄褐黄色，粉质粘土为可塑，卵砾石含量不均匀，层厚较薄，层厚、埋深分布均匀，层厚0.602.70m。 5-1层强风化泥质粉砂岩：棕红色，风化强烈，岩石结构已大部分破坏，遇水易软化，岩体质量等级为级，

13、层厚0.704.40m。 5-2层中风化泥质粉砂岩：棕红色，岩土较完整，属极软岩，岩体等级为级，层厚6.3018.30m。1.3.3水文地质条件（1）潜水赋存于1层人工填土及2层粉质粘土中。主要接受大气降水、地表水补给，以蒸发形式排泄。 （2）微承压水赋存于4层粉质粘土含中粗砂、卵砾石与5-1层强风化粉砂岩交界处，该含水层给水性和透水性一般，属轻微透水地层，埋深地面下2.83.2米，平均水头高程15.14米。1.4设计思路（1） 本工程基坑开挖深度为均6m，周围的教学楼以及交通干道，在基坑开挖过程中均可能受到影响，因此不仅在开挖支护过程中连同回填前的各个施工阶段都需要对其进行，相关的一系列的监

14、测活动。（2） 在综合了上述考虑，以及做了相关计算估算验证后，单排的规则支护排桩可以满足相应的要求。后续则需要确定实际能够应用好的尺寸。（3）基坑中是否能够做到干燥，并且无水害问题是整个施工过程重要前提，故设置了全封闭的止水帷幕，并且辅以明沟排水。1.5方案选择综合考虑基坑挖深、水土问题，四周布局、现场条件以及气候关系，在保证安全力求质量的前提下，列出大致如下的设计规程：（1）基坑采用钻孔灌注桩（排桩）并且在长边薄弱点或者阴阳角加一道1.5m处内支撑（角撑与对撑）作为挡土结构，由于只是单道支撑，并且施加在了近表层，顾舍弃钢结构，直接使用稳定性与支持力均良好的钢筋砼支撑；（2）基坑的止水桩，结合

15、大致计算后，基本可确定为使用单排的搅拌桩全方位封闭即可；（3）由于土层渗透系数较好，无须布置降水井，随基坑开挖砌筑降水截水沟就可以满足降水条件。52金陵科技学院学士学位论文 第2章 基坑设计计算书 2 基坑设计计算书2.1 土层参数计算 综合支持计算所需的原理，则选取朗肯土压力原理。，2.2 计算段面分布主体建筑结构外边线南北走向约110m,东西走向约100m，坑体图例尺寸面积约为11000m2，不考虑基坑实际情况，假设边线组成为矩形，则其周长约420m。 按下图2.1确定计算段面。对AB段以及BC段，分别临近于交通干道，学院道路，故均取其最不利状态进行计算记为断面案例J1-1断面，而AD段记

16、为J2-2断面，并且以上两个段面附加20KPa的附加均布荷载，同样的CD段临近教学楼记作J3-3断面并且取30KPa的均布荷载。 A B North East D C 图2.1 基坑开挖方位布置图2.3 各段支护结构设计计算2.3.1 各段面计算参数及土压力计算 J1-1断面： 表2.1土层系数层号层名厚度 size重度粘聚力内摩擦角主动土压力系数被动土压力系数-1未固结土（类杂填）3.917.98.19.70.691.41-2素填土（较集中于东北角）318.913.917.50.551.88-1粉质粘土（非均匀分布）319.43116.30.561.78-2粉质粘土1.819.11515.1

17、0.591.70粉质粘土719.65819.10.511.97粉质粘土夹中粗砂卵砾石0.61925150.592.04-1强风化泥质粉砂岩0.72130220.451.70-2中风化泥质粉砂岩6.322.380260.392.56 图2.2土压力分布图 J2-2断面： 表2.2 土层系数层号土名土层厚度重度粘聚力内摩擦角主动土压力系数被动土压力系数-1素填土1.5188100.701.42-2素填土2191417.60.541.87-1粉质粘土1.119.53116.30.561.78-2粉质粘土4.519.11515.10.591.70粉质粘土9.519.65819.10.511.97粉质粘

18、土夹中粗砂，卵砾石0.61925150.592.04-1强风化泥质粉砂岩0.72130220.451.70-2中风化泥质粉砂岩6.322.380260.392.56=0.61Kpa =19.51KPa =4.8KPa =43.34KPa =1.2KPa =13.21KPa =39.76KPa =55.54KPa =39.11KPa =177.63KPa图2.3土压力分布图J3-3断面 表2.3 土层系数层号土名土层厚度重度粘聚力内摩擦角主动土压力系数被动土压力系数-1素填土0.9191417.60.541.87-1粉质粘土319.53116.30.561.78-2粉质粘土4.219.11515

19、.10.591.70粉质粘土719.65819.10.511.97粉质粘土夹中粗砂卵砾石0.61925150.592.04-1强风化泥质粉砂岩0.72130220.451.70-2中风化泥质粉砂岩6.322.380260.392.56 =-4.37KPa =4.86KPa =-20.02KPa =12.74KPa =39.26KPa =62.92KPa被动土压力计算 =39.12KPa =107.31KPa图2.4土压力分布图2.3.2 反弯点计算 J1-1断面： =26.58KPa =5.83KPa 对于合力，我们可以设其零点位于基坑面下土层中（若一层土无法满足则继续向下延伸）： ， =9.

20、83KN，. J2-2断面： =22.92KPa =11.56KPa 对于合力，我们可以设其零点位于基坑面下土层中（若一层土无法满足则继续向下延伸）：，t=0.5m 净土压力合力=4.11KN，净土压力合力臂=0.33m. J3-3断面： =23.8KPa =44.39KPa 对于合力，我们可以设其零点位于基坑面下土层中（若一层土无法满足则继续向下延伸）：，t=0.73m合力=8.69KN，合力臂=0.49m.2.3.3 土压力合力及合力臂计算对于土压力分布呈现不同的形状，总结后有如下几种形式，根据前面计算得J1-1断面： 2.4 支撑轴线向力设计计算增设支撑据相关计算依据，将其架设于-1.5

21、m处，根据本段面合力及形心距，比照建筑基坑支护技术规程得出对应力Tc。J1-1断面：J2-2断面： J3-3断面：2.5 桩长设计计算2.5.1 桩长计算采用常规“面积法”，以验算式结合实际工程1.8倍至2.2倍取桩长。各断面分析计算如下：J1-1断面： 看作方程式结果为0，那么t=6.6m，求出的有效桩长为4.5+6.6=11.1m，所以实取12.6m。J2-2断面：由得： 令其等于0，则t=5.7m，支护结构总长度4.5+5.7=10.2m，所以实取11.7m。J3-3断面：由得： 令其等于0，则t=6m，于此求出支护结构总长度4.5+6=10.5m,所以实取12m。2.5.2 最大弯矩计

22、算 J1-1断面：假设剪力Q=0点位于1-2层顶面下t米处：即 ：109.3-98.2-5.13t2-28.13t=0，则t=0.37m 综合T轴力以及主动及被动土压力设剪力Q=0点，在基坑面下t米处，此处 零点处得得： t=2.14m。（第二层土深度0.9m并不满足，第三土层继续延伸1.24m） M MAX = 194.12KN J2-2断面：设剪力Q=0点位于2-1层顶面下t米处： ，t=0.03m 那么在t=0.03m处，有： 综合T轴力以及主动及被动土压力 此处设剪力Q=0点，在基坑面下t米处，此处 主动土压力： 被动土压力： 零点处Q=0得，t=3.1m。 J3-3断面： 假设剪力Q

23、=0点位于2-2层顶面下t米处： ：36.65-5.64t2-39.26t=0，t=0.83m 综合T轴力以及主动及被动土压力 设剪力Q=0点，在基坑面下t米处，此处 主动土压力： 被动土压力： 零点处Q=0得得： t=22.3m。（第二层土深度2.1m并不满足，第三土层继续延伸0.2m） M MAX = 62.38KN2.6 构件配筋2.6.1桩身配筋对于最大弯矩,桩选型半径800毫米，桩中心距为1000，混凝土C30，主筋HRB335，2014。 ， 497.74 1.251.2194.12=291.18符合要求！ 配筋率=As/A=3078/（4002）=6min=2，符合设计必要.2.

24、6.2内支撑设计 由于轴向较小，较之工程最低要亦满足，从经济角度选用，采用小尺寸（700600，使用HRB335，如条件不满足则采用HRB400，混凝土选用C30，若未达到核算要求，则同样上调一个级配。） 2.6.2.1 支撑轴向力计算 2.6.2.2 支撑弯矩计算由于，支撑材料采用钢筋混凝土材料，本身自重会达到一个较大的弯矩M1，从而对于跨度较大的支撑还需采用立柱减小跨度。安装过程中，由于尺寸问题，与衔接问题，产生弯矩M2对于施工过程中，人员器械对于支撑造成的影响，大约取5KNm则安装完成，受到挤压，产生类似预应力的弯矩M3使实际的弯矩大小大约如后所示为 2.6.2.3 初始偏心矩本设计中钢

25、筋选用优先HRB335级钢筋，如无法满足设计值，那么重新选择大直径钢筋，同样的选用C30或者C40混凝土（无法满足设计值时更换）。 按小偏心受压计算： 本次设计小直径待选钢筋可直接满足要求，616， 符合计算。 箍筋要求不作强制标准，按照常规钢筋绑扎即可。2.6.3 冠梁 2.6.3.1 选材与设计使梁的断面大小大约为800600，选用C30或者C40混凝土（无法满足设计值时更换），撑梁柱以梁为衔接点，共同形成稳定的整体结构。 本设计中钢筋选用优先HRB335级钢筋，如无法满足设计值，那么重新选择大直径钢筋，本次计算825即为合理选配值，配筋面积约为符合计算。 2.6.3.2 斜截面受剪构件强

26、度验算并配筋 按照实际结果进行配筋。此处采取（n=2）8，其对应布置间隔：由工程实际经验得s=100mm验算min，符合计算。箍筋要求不作强制标准，按照常规钢筋绑扎即可。金陵科技学院学士学位论文 第3章 基坑设计验算 3 基坑设计验算 J1-1断面：系数公式为（1），在，坑底土层下12.6-6=6.6m处 对桩底取矩： Mmax =3114.19kNm （抗倾覆验算符合计算） （2）： 嵌固深度范围内坑外参与土层重度等系数类比法取均值： 抗隆起符合计算。 （3）： 抗突涌符合计算。J2-2断面：系数公式为（1），在L=11.7m处，即基坑面下12.6-6=5.7m处 对桩底取矩： Mmax =

27、2068.48kNm （抗倾覆验算符合计算）（2）：嵌固深度范围内坑外参与土层重度等系数类比法取均值： 抗隆起符合计算。 （3）： ，抗突涌符合计算。J3-3断面：系数公式为 （1） ， 在L=12.6m 处，即基坑面下12.6-6=6.6m处 对桩底取矩： Mmax =1709.4kNm （抗倾覆验算符合计算）(2)嵌固深度范围内坑外参与土层重度等系数类比法取均值： 抗隆起符合计算。（3）： ，抗突涌符合计算。金陵科技学院学士学位论文 第4章 止水桩（帷幕）设计 4 止水桩（帷幕）设计 J1-1断面段：h=6,gw=10,g=8.87t=3.76m，D=1.2t=4.5，该面桩长为6+4.5

28、=10.5m。 J2-2断面段：h=6,gw=10,g=9.09 t=3.6m，D=1.2t=4.32m，该断面桩长为6+4.32=10.32m。 J3-3断面段：h=6,gw=10,g=9.36t=3.4m，D=1.2t=4.1m，此处桩长为6+4.1=10.1m。止水帷幕本身需要达到全封闭，故止水桩应进入基坑面下4.1-4.5m。因此设计桩长取为10.5m。金陵科技学院学士学位论文 第5章 基坑设计软件验算 5 基坑设计软件验算5.1 J1-1断面段支护结构电算图5.1基坑支护方案示意图场地地质条件和计算参数见表5.1。表5.1 土层参数土层深度(m)天然重度(kN/m3)饱和重度(kN/

29、m3)j()c(kPa)m值(kN/m4)与锚固体摩擦阻力（kPa）水上水下水上水下填土3.918181018855000100填土-16.9191917.6181455000100粉质粘土9.919.519.516.32831185000100粉质粘土-111.719.119.115.12815185000100粉质粘土-218.719.619.619.12858185000100粉质粘土夹中粗砂、软砾石19.3191915152505000100强风化泥质粉砂岩2021212230301005000100中风化泥质粉砂岩26.322.322.32630801005000100支护采用灌注桩

30、，桩直径为0.8m，混凝土材料等级为C30，桩间距为1m。设置1道内支撑，内支撑布置情况及计算参数分别见表5.2。表5.2 内支撑布置内支撑水平间距(m)竖向深度(m)布置角度(o)预加力（kN）材料抗力（kN）水平刚度系数（kN/m）支撑-12.51.500050000基坑外侧地表作用有附加外荷载，荷载类型及大小见表5.3。表5.3 地表荷载分布荷载名称荷载类型距基坑边距离（m）距地表距离（m）作用长度（m）作用宽度（m）超载值周围影响荷载均布荷载-20kN/m2施工分3个阶段，详细信息见表5.4。表5.4 施工工况阶段开挖深度（m）支撑（锚杆）任意荷载内侧水深（m）外侧水深（m）激活钝化激

31、活钝化CS1 : 开挖 2 m2-22CS2 : 生成 支撑-1-支撑-1ST;-22CS3 : 开挖 6 m6-65各施工阶段内力计算图为：施工阶段CS1 : 开挖 2 m: 土压力最大值=-40.43(kN/m); 位移最大值=-0.02(m); 剪力最大值=-35.89(kN); 弯矩最大值=87.37(kNm)。施工阶段CS2 : 生成 支撑-1: 土压力最大值=-40.43(kN/m); 位移最大值=-0.02(m); 剪力最大值=-35.89(kN); 弯矩最大值=87.37(kNm)。施工阶段CS3 : 开挖 6 m: 土压力最大值=54.99(kN/m); 位移最大值=-0.0

32、2(m); 剪力最大值=102(kN); 弯矩最大值=-143.77(kNm)。包络图: 土压力最大值=54.99(kN/m); 位移最大值=-0.02(m); 剪力最大值=102(kN); 弯矩最大值=-143.77(kNm)。图5.2 嵌固深度设计图单支点设计结果：嵌入深度（m）Eak(kN)Za2(m)Epk(kN)Zp2(m)KemK结果6.600619.3761257.2916.4208.6472.7341.200OK灌注桩采用均匀配筋方式，混凝土保护层厚度为0.01cm，配筋分段数为1段，各分段长度为12.6m。纵筋选筋设计：段号弯矩计算值弯矩设计值弯矩实用值级别钢筋直径（mm）根

33、数配筋面积（mm2）1143.774179.717179.717HRB4002082513.274箍筋选筋设计：段号剪力计算值剪力设计值剪力实用值级别钢筋直径（mm）间距（mm）配筋面积（mm2）1102.003127.504127.504HRB4006200282.743降水示意图：降水设计：降水类型潜水完整井水位降深(m)11潜水含水层厚度(m)16承压水含水层厚度(m)2渗透系数(m/d)17井点数4过滤管半径(m)0.5过滤管有效长度(m)5沉降经验系数1井点至基坑边缘距离(m)1计算得到基坑涌水量Q=5074.44m3/d。单井设计流量为q=1.1Q/n=1.15074.44/4=1

34、395.47m3/d土体整体稳定采用瑞典条分法，条分法中土条宽度为0.5m。各施工阶段整体稳定性结果：施工阶段圆心坐标（m）滑移弧半径（m）KsK结果CS1 : 开挖 2 m-0.4,012.614.181.3OKCS2 : 生成 支撑-1-0.4,012.614.181.3OKCS3 : 开挖 6 m-0.6,1.213.8121.3OK计算简图：计算公式为：验算结果：施工阶段MEP（KNm）MT（KNm）MEa（KNm）KsK结果TBL0122957.6434893.8413115.2652.521.3OK抗隆起示意图：参照普郎德尔的地基承载力方式，抗隆起稳定性用下列公式验算。式中：；隆起

35、量计算：按同济大学经验公式计算隆起量（mm）：验算结果：NqNc基底隆起量（mm）KsK结果5.85514.0200.0006.4601.600OK1截水帷幕；2基底；3承压水测管水位；4承压水含水层；5隔水层水头差hw(m)承压含水层顶面至坑底厚D(m)KhK结果6.0005.0001.6101.100OK最终施工阶段沉降曲线图：最终施工阶段沉降、角位移详细数据：距挡土墙距离（m）地面沉降值(mm)角位移Delta/L(0.001)0-60-100.5-55.1-9.581-50.42-9.171.5-45.94-8.752-41.67-8.332.5-37.6-7.923-33.75-7.

36、53.5-30.1-7.084-26.67-6.674.5-23.44-6.255-20.42-5.835.5-17.6-5.426-15-56.5-12.6-4.587-10.42-4.177.5-8.44-3.758-6.67-3.338.5-5.1-2.929-3.75-2.59.5-2.6-2.0810-1.67-1.6710.5-0.94-1.2511-0.42-0.8311.5-0.1-0.421200基坑轮廓线坐标：点号X坐标Y坐标12020280203808042080基坑轮廓图： 基坑周围底面沉降等值线图： 在计算域范围内: 最小沉降量=49.72(mm)；最大沉降量=105.13(mm)。5.2 J2-2断面段支护结构电算图5.3 基坑支护方案示意图场地地质条件和计算参数见表5.5。表5.5 土层参数土层深度(m)天然重度(kN/m3)饱和重度(kN/m3)()c(kPa)m值(kN/m4