常州市某深基坑支護設計

1、目 錄第1章 工程概況21.1 基坑周邊環(huán)境21.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況21.3 基坑支護結(jié)構(gòu)形式3第2章 土釘支護結(jié)構(gòu)設計42.1 概況42.2 土釘軸力計算42.3 土釘長度計算82.3.1 錨固段長度計算92.3.2 土釘總長122.4 土釘桿體材料強度驗算13第1章 工程概況1.1 基坑周邊環(huán)境常州市麗景大廈，由A,B兩幢33層住宅二層商業(yè)和地下車庫組成，高層住宅地下均1層。根據(jù)建設單位要求需要對離已建居民樓較近的圍墻段進行支護，該段基坑挖深約4.5米，支護段長約50米。另外對地下車庫基坑也需進行支護，該段地面黃海高程為3.0米，挖土底標高為-1.5米，基坑開挖深度為4.5米，整個

2、支護段約340米。 地下水位為地面以下5.8米。根據(jù)建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ 120-2102)相關(guān)規(guī)定及本基坑工程所處的周邊環(huán)境，可以將本基坑工程的安全等級定為二級。1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況鉆孔揭示的本基坑工程場地內(nèi)的地層條件自上而下依次為雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂及風化巖。場地內(nèi)的地下水主要為第四系孔隙水，水位埋深5.8m，對基坑工程影響較小?；娱_挖深度影響范圍內(nèi)，各土層的物理力學指標如表1-1所示。表1-1 場地土層主要力學參數(shù)層序名稱狀態(tài)層厚(m)重度g(kN/m3)固結(jié)快剪c( kPa)(°)1雜填土松散1.6818.921.03.52淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土硬塑

3、2.618.514.616.13粉土可塑2.2619.6455.84粉砂中密3.1218.82829.81.3 基坑支護結(jié)構(gòu)形式本基坑工程開挖深度約為4.5m，基坑開挖深度影響范圍內(nèi)的主要土層為雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土等，基坑周邊環(huán)境較為復雜，基坑安全等級為二級。本基坑工程可以優(yōu)先考慮使用土釘支護結(jié)構(gòu)，土釘支護結(jié)構(gòu)具有工程造價低、施工周期短等優(yōu)點，在開挖深度不大的基坑工程中得到了廣泛使用。在距離坑外建筑物既有圍墻較近的部分，因?qū)ψ冃我筝^為嚴格，不能采用土釘支護結(jié)構(gòu)，結(jié)合當?shù)毓こ探?jīng)驗來看，該支護段可以采用排樁+錨桿支護結(jié)構(gòu)形式。本工程所在場地地層變化較小，各土層近似呈水平狀分布，鉆孔揭示的

4、各土層厚度如表1-2所示。表2-1 各支護段典型地質(zhì)斷面對應土層厚度土層厚度h(m)1雜填土1.682淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土2.603粉土2.264粉砂3.125風化巖/第2章 土釘支護結(jié)構(gòu)設計2.1 概況土釘支護段典型的地質(zhì)及支護斷面圖如圖2-1所示?；硬捎梅牌麻_挖，破率為1:0.5，基坑外側(cè)無臨近建筑物，但是施工期間，可能有工程車輛由此通過，為此，擬定坑頂超載為20kPa。初步擬定土釘?shù)乃郊柏Q直方向上的間距為1.5m，土釘?shù)膬A角為15°。各層土釘錨端距離基坑頂面的距離分別問0.75m、2.25m、3.75m。圖2-1 工況1基坑支護結(jié)構(gòu)立面圖2.2 土釘軸力計算本支護段采用土釘支護結(jié)

5、構(gòu)，土釘?shù)乃郊柏Q直方向距離均為1.5m，各層土釘錨端距離坑頂?shù)纳疃纫来螢?.75m、2.25m、3.75m、5.25m，土釘?shù)膬A角為15°，單根土釘?shù)妮S力標準值計算式如下：式中： Nk，j第j層土釘?shù)妮S向拉力標準值(kN)；j第j層土釘?shù)膬A角(°)；墻面傾斜時的主動土壓力折減系數(shù)，可按本規(guī)程第條確定。j第j層土釘軸向拉力調(diào)整系數(shù)，可按公式（-1）計算；pak，j第j層土釘處的主動土壓力強度標準值(kPa)，應按本規(guī)程第條確定；sxj土釘?shù)乃介g距(m)；szj土釘?shù)拇怪遍g距(m)。由上述計算原理可見，在計算各層土釘?shù)妮S向拉力標準值之前，應首先計算對應深度的主動土壓力、墻面

6、傾斜的主動土壓力調(diào)整系數(shù)及各層土釘?shù)睦φ{(diào)整系數(shù)。為此，下文將對各項系數(shù)進行計算。1. 主動土壓力在施工期間，坑頂可能有車輛、施工機械及堆載等作用，本基坑工程擬定坑頂超載為20kPa，基坑開挖深度范圍內(nèi)，各土層的物理力學指標如表1-1所示，按照建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ 120-2102)第3.4節(jié)的原則，計算各層土釘對應開挖深度處的主動土壓力。其中，雜填土層的主動土壓力系數(shù)ka=0.88，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層的主動土壓力系數(shù)ka=0.57，粉土層主動土壓力系數(shù)ka=0.82。由上述計算結(jié)果可見，土釘2、土釘3端部對應的基坑開挖深度范圍內(nèi)，主動土壓力為正值，土釘1端部對應的基坑開挖深度土壓力為負

7、值，負值表示土體自身能夠保持穩(wěn)定，不需要采取支護措施，計算土釘?shù)妮S力標準值時，負值對應的部分取值為0。表2-1 土壓力計算結(jié)果編號pak(kPa)Eaj(kN)土釘1(-9.3)0土釘213.530.4土釘329.365.92. 坡面傾斜時的主動土壓力折減系數(shù)（）可按下式計算：式中： 主動土壓力折減系數(shù)；土釘墻坡面與水平面的夾角(°)；m基坑底面以上各土層按土層厚度加權(quán)的內(nèi)摩擦角平均值(°)。本支護段，土釘支護結(jié)構(gòu)的坡面放坡比例為1:0.5，對應的坡面傾角為63.4°?；娱_挖底面以上的土層摩擦角加權(quán)平均值計算如下：開挖底面以上土層摩擦角的加權(quán)平均值為11.0&#

8、176;，坡面的傾角為63.4°，帶入數(shù)據(jù)，計算主動土壓力折減系數(shù)如下：3. 土釘軸向拉力調(diào)整系數(shù)（j）可按下列公式計算：式中： j土釘軸向拉力調(diào)整系數(shù)；zj第j層土釘至基坑頂面的垂直距離(m)；h基坑深度(m)；Eaj作用在以sxj、szj為邊長的面積內(nèi)的主動土壓力標準值(kN)；a計算系數(shù)；b經(jīng)驗系數(shù)，可取0.61.0；n土釘層數(shù)。本基坑工程，地層條件變化較小，經(jīng)驗系數(shù)b取值為1.0，帶入數(shù)據(jù)，計算得：土釘軸力的標準值可以不進行調(diào)整。綜合以上計算結(jié)果，將各數(shù)據(jù)帶入到土釘軸向拉力標準值的計算公式中，得到計算結(jié)果如表2-2所示。表2-2 各層土釘軸力標準值編號pak(kPa)軸向拉力

9、標準值(kN)土釘1(-9.3)0土釘213.517.9土釘329.338.92.3 土釘長度計算土釘支護結(jié)構(gòu)中，土釘?shù)拈L度由三部分組成，分別為潛在滑動面外錨固段的長度、潛在滑動面內(nèi)連接段的長度及土釘錨固端部的工作長度，為便于敘述，下面將這三部分長度分別簡稱為長度1、長度2及長度3。土釘支護結(jié)構(gòu)的計算簡圖如2-2所示。圖2-2 土釘支護結(jié)構(gòu)計算簡圖2.3.1 錨固段長度計算土釘?shù)腻^固段長度應該滿足抗拔承載能力要求。單根土釘?shù)臉O限抗拔承載力標準值可按下式估算：式中：Rk，j第j層土釘?shù)臉O限抗拔承載力標準值(kN)；dj第j層土釘?shù)腻^固體直徑(m)；對成孔注漿土釘，按成孔直徑計算，對打入鋼管土釘，

10、按鋼管直徑計算；qsik第j層土釘在第i層土的極限粘結(jié)強度標準值(kPa)；應由土釘抗拔試驗確定，無試驗數(shù)據(jù)時，可根據(jù)工程經(jīng)驗并結(jié)合表取值；li第j層土釘在滑動面外第i土層中的長度(m)；計算單根土釘極限抗拔承載力時，取圖2-2所示的直線滑動面，直線滑動面與水平面的夾角取。本基坑工程擬定采用鉆孔注漿型土釘，鉆孔直徑為130mm，各土層與土釘錨固體的極限粘結(jié)強度根據(jù)建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ 120-2102)建議值取值，具體取值如表2-3所示。表2-3 土釘?shù)臉O限粘結(jié)強度標準值土層qsi,k(kPa)1雜填土252淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土253粉土504粉砂65各層土釘與土層的相對位置關(guān)系如圖2-3所

11、示。由圖可見，土釘1在潛在滑動面以外錨固段的長度中，前部分有1.28m在雜填土中，其余部分置于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層中，土釘2在滑動面外的錨固段長度主要在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層中，土釘3滑動面外的長度，前部分有1.58m在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層中，其余部分置于粉土層中。圖2-3 土釘與土層的位置關(guān)系圖單根土釘?shù)目拱纬休d力應符合下式規(guī)定：式中： Kt土釘抗拔安全系數(shù)；安全等級為二級、三級的土釘墻，Kt分別不應小于1.6、1.4；Nk，j第j層土釘?shù)妮S向拉力標準值(kN)，應按本規(guī)程第條的規(guī)定確定；Rk，j第j層土釘?shù)臉O限抗拔承載力標準值(kN)，應按本規(guī)程第條的規(guī)定確定。本基坑工程的安全等級為二級，對應的土釘抗拔

12、安全系數(shù)為1.6，按照上式計算各層土釘?shù)臉O限抗拔承載力。計算結(jié)果如表2-4所示。表2-4 土釘極限抗拔承載力編號軸向拉力標準值(kN)極限抗拔承載力 (kN)土釘100土釘217.928.6土釘338.962.21. 土釘1錨固段長度計算土釘1上的軸向拉力為0，表示該層土釘僅按照一般的構(gòu)造措施即可滿足要求，為此，本基坑支護段擬定土釘1的長度為6.0m。2. 土釘2錨固段長度計算由圖2-3可見，土釘2的主要置于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層中，土釘?shù)臉O限抗拔承載能力為25kPa，帶入數(shù)據(jù)，計算土釘錨固段的長度如下：3. 土釘3錨固段長度計算土釘3的錨固段長度可以分為兩部分，分別為置于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層及粉土層中

13、的部分，有即可關(guān)系可見，土釘3置于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層中的長度為1.58m，帶入數(shù)據(jù)，計算土釘3的錨固段長度如下：2.3.2 土釘總長土釘在潛在滑動面以外的長度可以采用AutoCAD程序作圖直接量取，該方法能夠省去反繁瑣的幾何關(guān)系代換，為此，本基坑工程中，滑動面以外的土釘長度直接列于下表。表2-5 各層土釘長度編號錨固長度(m)連接長度(m)工作長度(m)總長(m)土釘1/6土釘22.801.400.504.70土釘33.840.500.504.84由上表的計算結(jié)果可見，本基坑支護段內(nèi)，土釘2及土釘2的理論計算長度分別為4.70m及4.84m?？紤]到施工過程中，土釘長度種類過多不便于工人操作，易造

14、成上下各層土釘長度混淆等，本基坑工程擬定將三排土釘?shù)拈L度均按6.0m長度進行設計。2.4 土釘桿體材料強度驗算由表2-4可見，土釘3的極限抗拔承載力為62.2kN，本基坑擬定采用HRB335級鋼筋作為土釘?shù)臈U體材料，土釘桿體的受拉承載力應符合下列規(guī)定：式中： Nj第j層土釘?shù)妮S向拉力設計值(kN)，按本規(guī)程第的規(guī)定計算；土釘桿體的抗拉強度設計值(kPa)，HRB335級鋼筋取值300MPa；As土釘桿體的截面面積(m2)。帶入數(shù)據(jù)，計算桿體材料的橫截面積最小值如下：參照混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范(GB 50010-2010)附錄A，本基坑工程土釘可以選擇18mm的HRB335級鋼筋作為桿體材料。第3章

15、 樁錨支護結(jié)構(gòu)設計在基坑距離既有建筑物圍墻較近的部分，不適合采用土釘支護結(jié)構(gòu)，經(jīng)過比選，確定該段支護結(jié)構(gòu)形式為排樁+錨索。結(jié)合第2章中，基坑側(cè)壁的土壓力計算結(jié)果可見，本基坑土層條件較好，對應的坑外主動土壓力值不大，為此，本基坑支護段的圍護樁的樁長可以按照建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ 120-2102)給定的最低標準，取一定的富裕量進行設計。關(guān)于排樁圍護結(jié)構(gòu)的嵌固深度，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ 120-2102)進行了適當?shù)囊?guī)定，指出樁身嵌固深度除了滿足基坑支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及變形要求之外，尚應滿足構(gòu)造要求。對懸臂式結(jié)構(gòu)，尚不宜小于0.8h；對單支點支擋式結(jié)構(gòu)，尚不宜小于0.3h；對多支點支擋

16、式結(jié)構(gòu)，尚不宜小于0.2h；此處，h為基坑深度。本支護段的開挖深度為4.5m，為減小樁身彎矩及剪力峰值，應將錨索錨固點設置在樁頂以下一定深度范圍內(nèi)。結(jié)合第2章土壓力計算結(jié)果，在坑頂以下2.0m范圍呢，坑外主動土壓力值較小，甚至部分為負值，對應的樁身剪力及彎矩值較小，為此，本支護段擬定將錨索的錨固點設置在樁頂以下2.0m深度處，對應錨頭的標高為+1.0m。錨索的豎向間距宜大于2.0m，為此，本支護段設置為單層錨索支撐。對單支點的支擋式結(jié)構(gòu)，樁身的嵌固深度宜大于基坑開挖深度的0.3倍，為此，本基坑支護段的樁身嵌固深度不宜小于1.35m，對樁身嵌固深度取整，保留一定的富余量，擬定樁身的嵌固深度為1.

17、5m，對應樁長為6.0m。采用“理正深基坑”初步試算，該支護段內(nèi)的混凝土灌注樁的布設方式為6001200mm。基坑支護結(jié)構(gòu)典型的立面圖如圖2-1所示。圖3-1 基坑支護結(jié)構(gòu)立面圖3.1 支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算按照建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ 120-2102)相關(guān)規(guī)定，對于單支點支撐的樁錨式支撐結(jié)構(gòu)，應進行整體穩(wěn)定性、嵌固深度穩(wěn)定性及抗隆起穩(wěn)定性，本基坑工程所在長度在開挖底面以下不存在軟弱土層，所以不需要驗算繞支撐點的轉(zhuǎn)動的圓弧滑動穩(wěn)定性，地下水位位于坑頂以下5.8m，對基坑的穩(wěn)定性不產(chǎn)生影響，為此，不進行抗突涌穩(wěn)定性。綜上，本支護段應進行整體穩(wěn)定性、嵌固深度穩(wěn)定性及抗隆起穩(wěn)定性三項。3.3.1

18、嵌固深度穩(wěn)定性驗算單層錨桿和單層支撐的支擋式結(jié)構(gòu)的嵌固深度應符合下列嵌固穩(wěn)定性的要求：式中：Kem嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)；安全等級為一級、二級、三級的錨拉式支擋結(jié)構(gòu)和支撐式支擋結(jié)構(gòu)，Kem分別不應小于1.25、1.2、1.15；Eak、Epk基坑外側(cè)主動土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力合力的標準值(kN)；za2、zp2基坑外側(cè)主動土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力合力作用點至支點的距離(m)。圖3-2 單支點支撐結(jié)構(gòu)的嵌固深度穩(wěn)定性計算圖示由上述計算理論可見，在計算基坑的嵌固深度穩(wěn)定性之前，需先確定支護結(jié)構(gòu)兩側(cè)的主動及被動土壓力值，并以此計算出主動、被動土壓力的合力標準值及作用點的位置。作用在支護結(jié)構(gòu)外側(cè)、內(nèi)側(cè)的主動土壓力強度標準值、被動土壓力強度標準值宜按下列公式計算：1）對于地下水位以上或水土合算的土層式中：pak支護結(jié)構(gòu)外側(cè)，第i層土中計算點的主動土壓力強度標準值(kPa)；當pak <0時，應取pak0；ak、pk分別為支護結(jié)構(gòu)外側(cè)、內(nèi)側(cè)計算點的土中豎向應力標準值(kPa)，按建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ 120-2102)第條的規(guī)定計算；Ka，i、Kp，i分別為