深基坑基坑支护毕业设计.docx
- 文档编号:24879746
- 上传时间:2023-06-02
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:247.18KB
深基坑基坑支护毕业设计.docx
《深基坑基坑支护毕业设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《深基坑基坑支护毕业设计.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
深基坑基坑支护毕业设计
基坑开挖与支护结构设计
1.设计优选
1.1设计依据
1、毕业设计参考资料;
2、中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021-2001);
3、中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》GB50204);
4、中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002);
5、中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规范》JGJ120-99);
6、《基坑工程手册》。
1.2基坑支护方案优选
基坑围护结构型式有很多种,其适用范围也各不相同,根据上述设计
原则,结合本基坑工程实际情况有以下几种可以采取的支护型式:
(1)悬臂式围护结构悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构安全。
悬臂结构所受土压力分布是开挖深度的一次函数,其剪力是深度的二次函数,弯矩是深度的三次函数,水平位移是深度的五次函数。
悬臂式结构对开挖深度很敏感,容易产生较大变形,对相临的建筑物产生不良的影响。
悬臂式围护结构适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。
6.0m
(2)水泥土重力式围护结构水泥土与其包围的天然土形成重力式挡墙支挡周围土体,保持基坑边坡稳定,深层搅拌水泥土桩重力式围护结构,常用于软粘土地区开挖深度约在以内的基坑工程,水泥土的抗拉强度低,水泥土重力式围护结构适用于较浅的基坑工程。
(3)拉锚式围护结构
拉锚式围护结构由围护结构体系和锚固体系两部分组成,围护结构体系常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙两种。
锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。
地面拉锚式需要有足够的场地设置锚桩,或其他锚固物;锚杆式需要地基土能提供锚杆较大的锚固力。
锚杆式适用于砂土地基,或粘土地基。
由于软粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力,所以很少使用。
(4)土钉墙围护结构土钉墙围护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉,形成加筋土重力式挡墙,起到挡土作用。
土钉墙围护适用于地下水位以上或者人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土、卵石土等;不适用于淤泥质及未经降水处理地下水以下的土层地基中基坑围护。
土钉墙围护基坑深度一般不超过18m使用
期限不超过18月。
(5)内撑式围护结构
内撑式围护由围护体系和内撑体系两部分组成,围护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙和地下连续墙型式。
内撑体系可采用水平支撑和斜支撑。
当基坑开挖平面面积很大而开挖深度不太大时,宜采用单层支撑。
内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管(或型钢)支撑两种。
内撑式围护结构适用范围广,可适用于各种土层和基坑深度。
经过多个方案的比较分析,本基坑充分考虑到周边地层条件,选择技术上可行,经济上合理,并且具有整体性好、水平位移小,同时便于基坑开挖及后续施工的可靠支护措施。
该建筑12层组成,地下室与上部结构构成整体,基坑面积相对较小,但是地层相对较复杂,要求严格进行支护设计和组织施工,以保证基坑的安全。
经分析采用单排钻孔灌注桩作为围护体系,关于支撑体系,如果采用内支撑的话,则工程量太大,极不经济,同时,如果支撑拆除考虑在内的话,工期过长,且拆除过程中难以保持原力系的平衡。
根据场地的工程地质和水文地质条件,最后决定采用潜水完整井,支护结构采用土钉墙等。
1.3支护方案设计分析
以放坡和土钉墙组成基坑的支护系统,土钉墙是支护结构的受力结构;支护桩是承担压力的主体。
加设土层土钉一方面改善了桩的受力状态,降低了桩深弯矩减少了桩顶位移,保护周围建筑物与道路的安全;另一方面,减短了桩长,降低了支护体系的造价。
在中软土地区支撑设置可提高支护体系的可靠性,且是降低了工程造价的有效方法。
根据本场地的地层的特征,将本基坑采用放坡加土钉墙。
2.支护方案的设计原则及计算参数的确定
2.1设计原则
1.设计方案是根据场地工程地质和水文地质条件,以及场地周边环境条件等要求确定;
2.防止由于基坑开挖,四周路面、地下构筑物及管线发生大的变形;
3.尽可能保证基坑开挖、施工、以及地下室防水的便利;
4.保证安全,优化方案,使得工程造价经济合理。
2.2参数的初选
1.根据浙江省勘察设计院提交的《岩土工程勘察告》,并参考相关规范,拟
取各层土体的物理力学参数,具有参数如下表3-1所示;
2.相对标高土0.00m,基坑设计时,基坑开挖深度为-7.80m;
3.地面超载取20KN/m;
4.根据《建筑基坑支护技术规程》(GB120-99),基坑重要性系数。
=1.00;
(安全等级二级)
根据本工程岩土工程勘察资料,各土层的设计计算参数如表1
表3-1土层设计计算参数
层序
土层名称
层厚
/m
天然含水量w(%)
重度丫
(kN/m3)
内摩擦角©
(o)
内聚力
C(kPa)
渗透系数
K(cm/s)
1
杂填土层
2.1
30.5
18
12.6
4
5.2X104
2
粉土层
3.8
31.7
18.9
24.0
12.1
5.35X
104
3
粉土夹沙层
3.2
30.6
18.7
28.4
7.2
4.85X
104
4
淤泥质粘土层
3.5
34.1
18.9
11.3
15.6
3.75X
104
5
粘土层:
5
19.2
19.3
30.25
6
粉质粘土层
8
18.4
17.1
42.65
3.基坑支护设计的主要内容
基坑支护设计的内容包括土压力计算,零弯矩点位置、嵌固深度的计算、最大弯矩的确定,桩身钢筋配置,土钉设计等等,然后根据所配置的支护参数,进行基坑整体稳定性验算、整体稳定验算、倾覆稳定性验算和基坑底承载力验算。
当验算后的支护参数不符合要求时,应重新设置支护参数,直至安全、可靠为止。
4•降水设计
根据本地的工程地质水文条件以及周围环境,设计采用喷射井点降水系统。
由于上部透水性较好,采用环圈形式布置井点,并配抽水设备。
方案为潜水完整井。
4.1井点系统布置
井点管呈长方形布置,总管距沉井边缘1.5m。
沉井平面尺寸为147X43m2,水力坡
度取1/10。
1)井点系统总长度
[(147+1.50*2)+(43+1.50*2)]*2=392m
2)喷射井点管埋深
H=8+IL1=8+1/10*46/2=10.30m
取喷射井点管长度为11m
3)虑水管长度取L=1.5m,$38mm
4)在埋设喷射井点时冲孔直径为600mm冲孔深度比滤水管深1米.
即:
11.50+1.50+1.00=14.00m
井点管与滤水管和孔壁间用粗砂填实作为砂滤层,距地表1.00m处用粘土封实以
防漏气。
4.2基坑排水量计算
土的渗透系数用第二层和第三层的加权平均值
5.35*3.8■3.2*4.85-4
k=*10
7.0-4
=5.12*10cm/s
=0.44m/d
2)含水层厚度Hw
Hw=2.1+3.8+3.2+3.5+5-1.2=16.4m
3)基坑要求降低水位深度S'
S'=8-1.2+0.5=7.3m
4)地下水位以及井管长度,即井管内水位下降深度S
S=S'+iL1=7.3+1/10*46/2=9.6m
5)影响半径R
R=2S、kHw=2*9.6*..0.44*16.4=51.58m
6)引用半径r
r=..F/3.14=、..150*46/3.14=46.88m
7)基坑总排水量Q
3.14k(2H_s')s'
Q=
InR'「lnr
=3.14*0.44*(2*10.3—7.3)*7.3
ln(51.5846.88)-In46.88
3
=180.77m/d
4.3单根井点管的出水量
幼0.44
q=65ndl\k
=65*3.14*0.038*1.5*
3
=8.85m/d
4.4单根井点管数及间距
N=1.1Q/q=1.1*180.77/8.85=22.5
实际用24根井点管
D=(150+46)*2/24=16.3m
实际间距取16米,实际布置图见图2。
注意:
在井点系统抽水期间应加强地面沉降的观测,防止由于地面沉降而引起的环境问题。
按此喷射井点设计方案降水在沉井施工过程中降水效果好,满足设计要求。
4.5土层压力计算
q=10kp
因墙背竖直、光滑,填土面基本水平,符合郎金条件计算时假定附加荷载个填土层物理力学性质该书中已给,不再赘述。
计算过程如下:
2。
。
Kai=tan(45-12.6/2)
=0.64
dao=qK>i-2ci、kal
=10*0.64-2*4*0.64
=0kp
dai=(10+18.0*1.2)*0.64-2*4*0.64
=13.82kp
da2=(10+18.0*2.1)*0.64-2*4*J0.64
=24.19kp
2
K.3=tan(45。
-24。
/2)
=0.42
da2'=(10+18.0*2.1)*0.42-2*12.1*..0.42
=4.39kp
da3=(10+18.0*2.1+18.9*3.8)*0.42-2*12.1*.0.42
=34.56kp
2。
。
K.4=tan(45-28.4/2)=0.36
da3'=(10+18.0*2.1+18.9*3.8)*0.36-2*7.2*,0.36
=34.42kp
da4=(10+18.0*2.1+18.9*3.8+18.7*3.2)*0.36-2*7.2*■.0.36
=55.97kp
2
K.5=tan(45。
-11.3。
/2)
=0.67
-0.67
=(10+18.0*2.1+18.9*3.8+18.7*3.2)*0.67-2*15.6*
=94.7kp
(Ta5=(10+18.0*2.1+18.9*3.8+18.7*3.2+18.9*3.5)*0.67-2*15.6*0.67
=139.02kp
2
K.6=tan(45。
-19.3。
/2)
=0.50
=80.03kp
(Ta6=(10+18.0*2.1+18.9*3.8+18.7*3.2+18.9*3.5+19.2*5)*0.50-2*30.25*.0.50
=128.03kp
被动:
2
K>4=tan(45。
+28.4。
/2)
=2.81
(Ta3
=2*7.2*,2.81
=24.14kp
(Tp4=18.7*1.1*2.81+2*7.2*、2.81
=81.94kp
2
K>5=tan(45。
+11.3。
/2)
=1.49
(Tp4'=18.7*1.1*1.49+2*15.6、.1.49
=68.73kp
(Tp5=(18.7*1.1+18.9*3.5)*1.49+2*15.6
=167.30kp
2
Kp6=tan(45。
+19.3。
/2)
=1.99
(TP5'=(18.7*1.1+18.9*3.5)*1.99+2*30.25..1.99
=257.92kp
(Tp6=(18.7*1.1+18.9*3.5+19.2*5)*1.99+2*30.25、、1.99
=448.96kp
不考虑渗流的影响
土层水土压力图
£=10koa
LCIJ.L
地下水
杂填土
4.42
基坑底面的
24.14KP
81.94KP
55.97KF
94.7KP
13&.02KP
LUCLr
粉土层
粉土夹沙层
淤泥质粘土层
粘土层
5.基坑护围及支护方案设计
5.1方案选定
1)东侧和北侧采用放坡另加适当的土钉墙;基坑开挖深度为6.8米,采用坡角60度放
坡开挖,中间设1.5米平台。
2)南侧采用人工挖孔桩配合对拉锚杆支护结构。
3)西侧由于对基坑侧壁变形稳定性要求较高,宜采用土钉墙支护。
5.2方案设计及计算
5.2.1东侧和北侧放坡段
板面:
C20喷射混凝土,厚度100mm
钢筋网:
06@200mm*200mm
土钉:
共设3排土钉,水平间距与垂直间距为2米
土钉规格:
028L8000mm@2000mm
分布见图纸
1内部稳定分析
为方便计算土层力学性质采用加权平均值。
附加荷载为10kp,临界破坏面为楔
性破坏面,破坏面倾角为:
45°+0/2
计算时可用下式:
K=[CL+(W+Q)Sin(45-0/2)tan0+Tsin(45+0/2+O)tan0+Tcos(45+0/2+@)]/(W+Q)cos(45。
-0/2)
公式说明:
0为土层平均内摩擦角
2.1*103.8*240.9*28.4
取0=—
6.8
=20.3。
c为土层平均粘聚力
h2.1*4十3.8*12.1+0.9*7.2取c=-
6.8
=8.95kp
Y为土层平均重度
廿2.1*18.0+3.8*18.9+0.9*18.7
取丫=_
6.8
3
=18.6kN/m
w为土层自重
22
取w=0.5丫Htan(45-0/2)-0.5丫*Hcot60
22
=0.5*18.6*6.8tan34.85-0.5*18.6*6.8*cot60
=51.15kn/m
H为井深6.8m
L为楔形滑移面长度
L=H/cos(45-20.3/2)
=6.8/cos34.85
=8.3m
Q为地面载荷
Q=10*6.8tan(45-20.3/2)
=47.4kn/m
T为土钉的支撑力
T=nD'qsiLi/S*ri
=3.14*0.1*20*8*3/(2*1.5)
=50.24kN/m
©为土钉与水平面的夹角10度将以上数据带入公式中
K=
8.95*8.3(51.1547.4)sin34.85tan20.350.24sin65.15tan20.350.24cos65.15
(51.15+47.4)cos34.85°
=1.7
2抗滑稳定计算
安全系数KH=FT/Eax
公式说明:
Kh为抗滑安全系数;
Ft为墙底断面上产生的抗滑力;Eax为墙后主动土压力。
/、22
Eax=(0.5丫H+q)Htan(45-$/2)-2cHtan(45-$/2)+2c/丫
22
=(0.5*18.6*6.8+10)*6.8tan34.85-2*8.95*6.8tan34.85+2*8.95/18.5
=165.32kN/m
FT=(W+qB)tan$
B=11/12*8cos10=7.2m
FT=(18.6*6.8*7.2+10*7.2)tan28.4°=531.3kN/m
二Kh=885.4/287=3.1
满足稳定要求
3抗倾覆稳定计算
安全系数:
Kq=Mw/M
Mw=(W+qB)*0.5B
=(18.6*6.8*7.2+10*7.2)*0.5*7.2=3537.6kN/m
M=Eax*1/3H=165.32*1/3*6.8=374.73kN/m
Kq=3537.6/374.73=9.5
满足稳定要求
5.2.2西侧土钉墙支护设计
板面:
C20喷射混凝土,厚度100mm
钢筋网:
06@200mm*200mm
土钉:
共设6排土钉,水平间距为2米,垂直间距为1米。
土钉规格:
前2排:
028L4000mm@1000mm下4排:
028L10000mm@1000mm
内部稳定分析
为方便计算,土层力学指标采用加权平均值,临界破坏面为楔形划移面
破坏面倾角为
CP
(45+—)
2
楔形划移面长度
H6.8QO
L==8.3m
(20.3)(20.3、
cos45—icos45一
I2丿<2丿
东侧和北侧以求得:
=20.3c=8.95=18.6
土层自重W
w=0.5丫H2tan(45-0/2)-0.5丫*H2cot60
22=0.5*18.6*6.8tan34.85-0.5*18.6*6.8*cot60
=51.15kn/m
地面附加载荷Q
一■'20.3、~\
Q=q|Htan45—|-Htan30
I2丿
土钉与水平面的夹角二=10
土钉锚固力T
T=nD7qsiLi/S*ri
=3.14*0.1*20*(2*4+4*8)/(2*1.5)
=100.5kN/m
土钉内部稳定系数K
(51.15+8.1)cos34.85°
=3.4
抗滑稳定计算
Ft=(W+q)Btg/
满足稳定要求
抗倾覆稳定计算
M=(W+q)B*0.5B
=(18.6*6.8*+10)*7.2*0.5*7.2=3537.56kN/m
1
M=EaxH=165.33*1/3*6.8=374.75kN/m
ax
3
Kq=3537.56/374.75=9.4
满足稳定要求
5.2.3南侧段
基坑下土压力零点:
一2c3..Ka3
设土压力零点距基坑下x米:
55.97-34.42
3XKp3-2c^Kp3=34.42*1.13XJ3
3.2
18.7*x*2.81■2*7.22.82=34.42•55.9734.42*1.1•18.7*x*0.36_2*7.2*.0.36
3.2
x=0.2m
-48.56*0.2
=196.24KN/m
计算合力点:
1
2
21
1
2
x:
13.821
.2
13.820.9
2
.1
+-
X—
(24.
19
-13.82)0.92.1
2
32
2
3
1
12
1
+
—
4.39
3.8
5.9(34.56
—
4.
39
)
3.8
5.9
+
34.422.18
2
23
2
1
2
1
+
—
(48
.56-
-34.42)2.18
—
X
48
.56
0
.28
.2
2
3
2
196.24
=3.6m
7.21.115.63.530.255
c=
9.6
000
、ihi28.41.111.33.519.350
=17.4
'hi9.6
二:
:
」18.71.118.93.519.25
19KN/m'hi9.6
(p
20〒
Ka=tan(45)=0.54
20®
Kp=tan(45-)=1.85
由以上条件
基坑底以下主动土压力,取qo'48.56KN
(Ta3'
=48.56*0.54-2*22.27*.0.54=-6.5kp
0.54=91.99kp
(Ta3=(48.56+19*9.6)*0.54-2*22.27*
基坑底以下被动土压力:
(Ta3'=2*22.27*.1.85=60.58kp
土层水土压力图
3-6工pt6(h+v-a)邛=0
r(kp_ka)r(kp一ka)
6勺96.246(6.8+0.2—3.6)096.24
t3-t=0
19(1.85—0.54)19(1.85—0.54)
t3-47.311-160.84=0
解得:
t=7.9m
tc=1.2*t=9.5m
桩总长6.8+9.5=16.3m桩径取1m
求最大弯距
最大弯距位置:
在剪力Q=0处,设从地面往下xm处Q=0,则有:
、'P(Kp—Ka)x:
2
求计算系数:
fcbh。
2
-12飞
7=0.923
?
2DNq+cNc18.9況9.5X6.58+42.56X15.1
Kw25.98
孟(h0+D)+q18.0x16.4+10
2
=hi0q=18.66.810^136.48KN/m
Mh为基坑底面处墙体的极限抵抗弯距,可采用该处的墙体设计弯距
2
018.6^6.812
Mr=0.48tan20.3[(106.8)9.5136.489.5
22
-18.69.52]tan20.3136.489.52-18.69.53)
343
2
8.95(6.89.5-3.149.5)11867
=84731.3KNm
抗隆起安全系数
Mr
Kl
Ms
84731.3
13.762.0
6158.66
满足要求
4抗管涌稳定性验算
由于进行了人工降水,桩底部两侧水位相差不大,水力坡度较小。
根据经验,可以不
验算。
6.基坑开挖
由于基坑北面和东面场地较为宽阔,故采用放坡形式。
西面和东面由于距离街道、施工场地较紧,不宜采用放坡,故采用土钉墙和挖空灌注桩。
开挖土方量总计60536.8m3。
由
于基坑较深,又不允许分块分段施工混凝土层,且地基土制较软弱,故采用分层机械开挖。
此基坑深度为83.9m,即可分为三层,层厚为3.0m、3.0m、2.9m。
开挖顺序视工作面与土质情况,可从基坑东边向西边开挖。
最后一层土开挖后,应立即灌注混凝土垫层,避免基底土暴露时间过长。
挖运土方方法采用设坡道开挖方法。
土坡道的坡度视土质、开挖深度和运输设备情况
而定,一般为1:
8~10,破道两侧要求采取挡土或其他加固措施。
由于场地东面较为宽阔,可以将坡道设在基坑外空地上,便于挖土机械正常运行。
根据场地条件、挖土深度可采用反铲挖掘机,操作灵活,挖土卸土均在地面作用,不用开运输道。
土方开挖是深基坑工程施工的关键工序,必须十分慎重,除应因地制宜地选择好开挖方法和安排好开挖顺序外,还应注意:
1.做好施工与材料准备及技术措施准备;
2.要重视打桩效应问题;
3.要尽量减慢开挖过程中
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基坑 支护 毕业设计