基坑支护和降水设计.doc

《基坑支护和降水设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基坑支护和降水设计.doc（35页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、绪 论80年代以来，随着我国经济建设的不断发展，高层建筑不断的增加随着建筑高度的增加，根据构造要求与使用要求，基础的埋深也随之不断的增加。为确保基础工程的安全施工，及其周边建筑物的安全，须对因基础施工的要求而开挖的基坑进行有效的支护。建筑物的基坑支护设计是一门从实践中发展起来的技术。随着我国建设的发展，基坑支护技术有了较大的提高，出现了很多基坑支护型式。目前常用的基坑支护结构型式主要有以下几种：（1）放坡开挖及简易围护结构；（2）悬臂式围护结构；（3）重力式围护结构；（4）内撑式围护结构；（5）拉锚式维护结构；（6）土钉墙围护结构；（7）其他围护结构。同时，随着基坑支护工程的发展，基坑支护设计

2、理论也有很大的提高。初期的设计理论主要基于挡土墙设计理论。对于悬臂式支护结构，根据朗肯土压力计算方法确定墙土之间的土压力，也就是支护结构上的作用荷载及反作用力按主动土压力与被动土压力分布考虑，以此按静力方法计算出挡土结构内力。对于支点结构，则采用等值梁法计算支点力及结构内力。由于基坑支护结构与一般的挡土墙受力机理的不同，按经典方法（极限平衡法或等值梁）计算结果与支护结构内力实测结果相比，在大部分情况下偏大，且难以支护结构的变形。随着电子计算机运用的普及，弹性地基梁法（“c”法、“k”法、“m”法）及将围护结构与土体一并离散的有限元法，在挡土结构分析中日渐受到工程界的重视。他们能够考虑支挡结构的

3、平衡条件和结构与土的变形协调，并可有效地计入开挖过程中的多种因素的影响。同时从支挡结构的水平位移可以初步的估计开挖对邻近建筑物的影响程度。但是这两种方法仍然存在一定的缺陷：（1）未能考虑地下水的存在与渗透效应，和水土合算法一样，不能反应水位高低的区别；（2）采用有限元法时，究竟选用何种本构关系或计算模型，土的参数如何确定，以及塑性区范围和稳定性之间定量关系缺乏经验；（3）采用弹性地基梁法时，计算参数难以确定，现有的文献提供的范围，大小差别很大，其准确度还缺乏实测资料验证。另外，弹性地基梁法只能计算变形，基本上没有考虑土的强度问题。因此，无法直接确定围护墙的必要入土深度。尽管弹性地基梁法与有限元

4、法的理论不是很完善，但是和经典方法相比，还是有很大的优越性，在显示的基坑支护的设计中仍然广泛的使用。工程实践表明，大大小小的基坑工程事故大多与地下水有关。在其基坑开挖期间，一些最坏的情况都是出现在地下水以下，它不仅使工作条件变得恶劣，且易造成管涌、基底隆起，甚至造成周边建筑物的沉降、倾斜、裂缝、倒塌等严重的工程事故。因此，基坑工程必须对地下水进行有效控制。其地下水处理的好坏，是决定基坑工程成败的重要因素。目前，防渗隔离和降、排是地下水处理的主要方法。其目的是：获得基坑开挖的干作业空间；保证基坑边坡和底板的稳定性；保证邻近的建筑物的正常的使用。拟建武警河南边防总队办公楼位于郑州市金水路东部武警边

5、防总队院内。拟建办公楼地上9层，地下1层，裙楼地上2层，地下1层，地下车库均为停车场。该基坑深约5.7m，地下水位埋深1.5m。该基坑由于其特殊的场地和周边的环境条件，基坑的南、北两侧必须竖直开挖，而东、西两侧的上部可以适当的放坡，下部须采用竖直开挖。同时结合该场地的工程地质条件，确定该基坑的东西两侧和北侧食堂段采用土钉墙支护，在基坑的南侧和基坑北侧办公楼段采用桩锚支护。由于该场地地下水位埋藏较浅，对基坑支护和开挖影响较大，故须进行基坑降水。结合该场地的水文地质条件，本基坑采用喷射井点降水的方法。同时考虑到基坑的降水会给基坑周边的建筑物和地下管线的正常使用带来不利的影响，故在基坑的周边设置了闭

6、合竖向止水帷幕以及采取了相应的回灌措施。本设计主要设计依据：（1）黄河勘测规划有限公司的河南省公安边防总队办公楼岩土工程勘察报告 2004.3（2）建筑基坑工程技术规程（JGJ12099）（3）建筑地基基础设计规范（GBJ50072001）（4）土层锚杆设计与施工规范（CESC22：90）（5）锚杆喷射混凝土技术规范（GBJ8685）（6）建筑与市政降水工程技术规范（JGJ/T11198）第一章 工程概况及场地地质条件第一节 工程概况拟建武警河南省边防总队办公楼位于郑州市金水路东部武警边防总队院内，金水路与107国道交叉口南西部。拟建办公楼地上9层，地下2层；裙楼地上2层，地下1层，地下车库均

7、为停车场。该基坑深度为自然地坪向下5.7m（室内外高差为1.60m）。基坑大致呈长方形，开挖面积约为3000m2。第二节 场地工程地质条件1.2.1 场地地形、地貌拟建工程场地位于郑州市金水路东部武警边防总队院内金水路与107国道交叉口南西部。东邻107国道。地貌单元属于黄河泛滥冲积平原。在构造上属华北凹陷西南部边缘地带。场地多为混凝土地面，局部为花坛或喷水池，喷水池为平底，深度较浅，地面标高92.492.5m,地形平坦。1.2.2 土层分布根据场地野外钻探和原位测试结果，35m深度内所揭露土层均由第四系堆积物组成。在垂直方向35m范围内分布有2套地层，地表02.2m为杂填土（Q4ml）,2.

8、235m左右为第四系全新统冲积物（Q4al），按地层的成因类型、岩性及工程地质特性将其划分为12个工程地质单元层。场区地层空间野外特征情况见表11：表11 场区地层空间野外特征表地层编号时代成因岩土名称层厚m层底埋深m湿度压缩性空间分布岩性描述Q4ml填土1.802.201.802.20场区普遍分布地表为混凝土表面，以下为建筑垃圾，底部为灰褐色有机质黏土。Q4al粉土16.02.203.704.20湿中在场区分布连续暗黄褐黄色，稍密，干强度，韧性低，质纯含铁质氧化物。Q4al粉土夹粉质粘土1.602.405.806.10湿高场区普遍分布暗黄褐黄色，稍密，干强度，韧性低，局部稍具粘性并夹可塑状粉

9、质粘土薄层。Q4al粉土1.502.207.308.30湿中分布连续暗黄灰黄色，中密，干强度，韧性低，含白色田螺碎片，局部夹杂灰色粉质粘土薄层。Q4al粉土2.603.3010.5010.90湿中场区普遍分布，场地北部较厚灰色，中密，干强度，韧性低，含钙质结合及白色蜗牛壳碎片，夹灰色可塑状粉质粘土薄层。Q4al粉质粘土1.301.6012.0012.20高场区普遍分布灰色，可塑状，干强度，韧性中等，含白色田螺碎片，含少量的有机质、植物残骸。Q4al粉土0.801.8013.0014.00湿中场区普遍分布灰色，密实，干强度，韧性低，偶含小钙质结核及白色蜗牛壳碎片，夹灰色可塑状粉质粘土薄层。Q4a

10、l粉质粘土2.102.7015.7016.20湿高场区普遍分布灰深灰色，可塑状，干强度，韧性中等，含白色田螺碎片，含少量的有机质、植物残骸。Q4al粉土1.201.6017.0017.50湿中场区普遍分布灰深灰色，可塑状，偶含小钙质结核及白色蜗牛壳碎片。Q4al粉质粘土1.201.6018.6018.80湿中场区普遍分布灰色，可塑状，干强度，韧性高等，含白色田螺碎片，含少量的有机质、植物残骸。Q4al粉土1.602.3020.3021.00湿低场区普遍分布灰色，密实，干强度，韧性低，含钙质结核及白色蜗牛壳碎片，多为砂质粉土，局部为粉砂。Q4al粉细砂饱和低场区普遍分布浅灰色，底部为灰黄色，密实

11、状，矿物成分为石英、长石、云母，颗粒较均匀，级配良好。根据黄河勘测规划有限公司所提供的河南省公安边防总队办公楼岩土工程勘察报告提供的数据，结合实际的工程实例，各土层的（基坑设计参数）力学参数的取值如表12所示：表12 各土层的基坑设计参数层号厚度（m）2.041.921.911.822.941.461.532.341.381.311.92重度（kN/m3）1920.120.020.120.020.120.219.520.019.220.220.6fak(kPa)11090120140100160140180150180250C(kPa)8.0101515151815151520100()151

12、5202020152018201524301.2.3 不良地质现象根据黄河勘测规划有限公司所提供的河南省公安边防总队办公楼岩土工程勘察报告，本场地无不良地质现象。第三节 水文地质条件1.3.1 地下水类型及特征根据黄河勘测规划设计有限公司的河南省公安边防总队办公楼岩土工程勘察报告（详勘阶段），拟建场地地下水含水层主要为粉土、粉砂、粉土为弱透水层，粉细砂为中等透水层，地下水类型上部为上层滞水，下部为孔隙潜水，其补给来源主要为大气降水及地下径流补给。勘察期间拟建场地潜水地下水位埋深1.201.30m，杂填土中的地下水主要为上层滞水，其隔水层为杂填土底部的粘性土（鱼塘底部），层中为孔隙潜水，平均水位

13、埋深3.504.00m。历史资料表明，历史最高水位，地下水埋深约1.50m，场地内潜水主要受季节和人为活动影响，年变化幅度为1.50m左右。根据室内水质分析结果综合判定：地下水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性。1.3.2 土层的渗透性由于该场地的地下水位较高，对基坑的开挖有着重要的影响，需要考虑基坑的排、降水问题。黄河勘测规划设计有限公司室内对、层粉土作了相应的渗透试验，实验结果见（表13）：表13 各土层渗透试验数据统计表层号岩土名称取样编号取样深度垂直渗透系数K20（m）cm/s粉土T02-23.53.82.70E-05T08-23.53.87.32E-05粉土T02-35.

14、05.34.86E-05T08-34.54.82.98E-05粉土T02-46.06.36.49E-05T03-56.06.34.52E-05粉土T02-69.29.53.45E-05T03-78.08.38.97E-05考虑到取样、运输以及人为试验误差等因素，粉土的综合系数取综合值K=0.4m/d。第四节 场地地震效应1.4.1 场地土类型和建筑场地类别根据勘察单位所提供的剪切波速实验结果，据剪切波速试验结果地表一下20米范围内等效剪切波速值为167m/s，满足140m/sVs250m/s，且场地覆盖层厚度大于50m，按建筑抗震设计规范（GB50011-2001）规定，工程场地土类型为中软场

15、地土，建筑场地类别为类。1.4.2 场地土的液化判别本场地20m范围内为第四系全新统冲积物，根据勘察单位提供的各土层的标准贯入试验所取得的数据，综合判定第层液化，纵向液化指数为1.812.52，液化等级轻微。其它土层有个别液化。综合评价本场地为轻微液化场地。1.4.3 抗震设防据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）及国家地震局2001年出版的中国地震动参数（GB18306-2001），郑州市设计地震分组为第一组，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s。根据场地具体的工程地质情况，对照建筑抗震设计规范（GB50011-2001）相应的条例（

16、第4.1.1条），本场地为建设抗震不利地段。第二章 基坑支护设计第一节 支护方案的选择2.1.1 基坑工程周围环境分析拟建工程基坑周边环境非常复杂，北侧已建5层办公楼距基坑开挖线为3.20m，食堂距基坑开挖线为3.20m，南侧2层建筑物距基坑开挖线为1.80m，其他侧场地相对宽阔。根据基坑工程重要性分析，5层办公楼、2层车库、食堂地段为一级基坑，其他均为二级基坑。2.1.2 基坑边坡稳定性分析基础施工时，需要根据设计要求进行基坑开挖施工。为了使施工顺利的进行并维护基坑及周边建筑物的安全，必须对将要形成的边坡的稳定性进行分析判定，以决定采取相应的维护措施。由于场地条件的限制，没有放坡的空间条件，

17、其基坑只能竖直开挖。对该基坑开挖形成的边坡采用稳定系数法对其进行稳定性分析。公式如下：（21）其中：K安全稳定性系数；C土的内粘聚力(kpa)；H基坑边坡竖直高度（m）；土的天然重度，可以采用加权值；稳定系数；由上式计算得：K=0.508。所求边坡安全稳定性系数远小于1.11.5，该边坡是不稳定的，必须对该基坑的边坡进行相应的围护。3.1.3 支护方案的选择根据调查了解和收集的区域资料，目前常采用的基坑支护方式主要有：悬臂桩支护结构、桩锚支护结构、重力式挡土墙支护结构、土钉墙支护结构等。几种支护方法的比较如下表2-1：表2-1 基坑支护方案比较支护名称适用范围工程中优缺点工程施工建议悬臂桩支护

18、结构适用于土质较好，开挖深度不大的基坑。工期较短，造价较低，但入土深度较大，且基坑上部变形不易控制。可以在基坑东侧与西侧布置。桩锚支护结构除软土地基外，在砂土、粘性土地基中均可以运用。对基坑壁变形的限制严格有效，但工期较长，造价较高，锚杆占用坑内空间。可以在基坑的南侧和北侧布置。重力式挡土墙支护结构适用于基坑壁等级为二、三级，开挖深度不大的基坑。施工较为简单。但水泥土桩抗拉强度低，受荷载后变形较大，且要单独的占用工期。建议在基坑东侧和西侧布置。土钉墙支护结构适用于基坑壁等级为二、三级，开挖较浅的基坑。不适用于含水丰富的粉细砂、砂砾石层、淤泥质土及其他饱和软土层，不适合用于对变形有严格要求的基坑

19、。施工速度快，用料省，工程造价低，对周边环境影响较小。且变形相对较小。建议在基坑的东侧、西侧和基坑北侧食堂段地下连续墙对各种地质条件的适应性都较强。采用逆作法可以缩减基础施工工期，但是其施工的工序较为复杂，且造价很高。本工程不宜采用根据以上支护方案的比较，结合该场地实际的地质条件，综合分析：5层办公楼、2层车库地段为一级基坑，对基坑壁变形控制要求较高，故采用桩锚支护；食堂和其他二级基坑地段可以采用土钉墙支护方式。其基坑支护平面图见附图2。本设计重点对基坑北侧办公楼段支护方式和基坑西侧支护方式分别进行分析、设计、计算。2.1.4 支护设计思路一、基坑北侧办公楼段支护（桩锚支护）设计思路：1.由勘

20、察报告和设计要求确定设计参数及地下水位；2.计算支护桩的最小插入深度Dmin及各支点的反力Ri；3.选择桩长；4.稳定性计算（单独进行验算）；5.确定桩长；6.计算最大的弯矩Mmax；7.支护桩的配筋计算；8.锚杆的相关计算；9.锚杆的布置平面图。二、基坑西侧支护（土钉墙）设计思路：1.根据坡体的剖面尺寸、土的物理力学性能和和坡顶的超载情况，计算潜在滑动面的的位置和形状；2.初步确定土钉的直径、长度、倾角以及布置方式和间距；3.验算土钉支护结构的内外部稳定性。第二节 基坑支护设计计算本节分别介绍基坑北侧办公楼段桩锚支护和基坑西侧土钉墙支护这两种支护方案的设计、计算。基坑支护结构的稳定性分析将在

21、第三节详细的介绍。2.2.1 桩锚支护设计计算基坑的北侧办公楼段采用桩锚支护。支护桩采用桩径500mm的钻孔灌注桩，桩间距为1.5m，桩顶设置锁口梁，以加强支护结构的整体性。桩间土可以开挖掉，或者采用短土钉加喷射混凝土进行加固。设单层锚杆，离基坑顶2.5m处。具体的设计过程如下：一、土压力计算1.设计参数的确定根据勘察所提供的土层资料分析，按各土层性质的异同可以将该场区土层大致划分为三层: 杂填土层、粉土层及粉细砂层。各土层的加权参数可以由下式求得：（22a）（22b）（22c）式中：第i层土的重度（KN/m3）；第i层土的粘聚力（Kpa）；第i层土的内摩擦角（）；第i层土的厚度（m）； 土的

22、层数；由上式算得各土层的参数见表2-2：表2-2 各土层物理力学参数土层名称厚度(m)重度（KN/m3）内粘聚力C( Kpa)内摩擦角()杂填土2.0419.08.015粉土18.520.014.519粉细砂未见底20.60302.计算模型根据场地工程地质资料结合选定的支护方案从而确定计算模型（见图2-1）。该侧段基坑为竖直开挖。同时，取基坑顶面超载为15 KN/m2，附近建筑物荷载按每层15 KN/m2计算。图2-1 基坑壁土压力计算模型3.土压力计算本设计中采用朗肯土压力计算公式计算土压力。根据基础工程学，第i层土主动土压力计算公式为： (23a) 其中：第i层土的重度（KN/m3）；第i

23、层土的粘聚力（Kpa）；第i层土的主动土压力系数， ； （23b）第i层土的厚度（m）；土的层数；第i层土中计算点距该层顶部的距离；外荷载（KN/m2）；被动土压力强度计算公式： （23c）被动土压力系数： (23d)被动土压力系数修正公式：，当=19时，K=1.56；(23e)式中各符号的意义同上。由公式23b、23e可得各土层土压力系数：第一层土：=0.589；第二层土：=0.509 =1.965 =3.065；第三层土：=0.333 =3.0 =4.68；根据公式23a、23c可求得所需点土压力强度见表2-3：表2-3 基坑北侧办公楼段主、被动土压力强度计算结果表计算点埋深（m）（kN/

24、m3）C( Kpa)Kaq（kN/m2）Pa(Kpa)Pp (Kpa)00.311980.58915002.041980.5891519.4020.014.50.509156.704.220.014.50.5091528.707559.205.720.014.50.5093.0657574.550.7724.220.014.50.5093.06575225.5958.7根据上表的计算结果可以画出土压力的分布图（见图2-2）二、桩锚内力计算本设计桩锚内力计算采用等值梁法。根据等值梁法的假定，取基坑底面以下土压力强度叠加为零（即主动土压力强度等于被动土压力强度）的点位弯矩零点c。该弯矩零点c可以由

25、下列公式求得： = (24a) = (24b)解得：y=0.5m 截取c点以上桩身为计算对象，由于基坑土体性质较好，且基坑开挖较浅，设置单层锚杆，其离基坑顶2.5m处。则可得等值梁简图2-3：图2-2基坑北侧办公楼段土压力分布 图2-3等值梁简图桩身弯矩采用弯矩分配法计算，固端弯矩剪力采用位移法进行计算。并采用清华大学结构力学软件进行复算，得：NB=84.59 kN NC=P0=76.57kN Mmax= 72.02kN*m其计算所得内力图可见图2-4、2-5： 图2-4 桩身弯矩图 图2-5 桩身剪力图三、支护桩相关计算1.桩长计算由等值梁法的假定可理解为c点以下的桩的两侧产生的弯矩经过x区

26、段后被相互抵消。由桩端D点处，可以求得x： (25)解得：=2.998m所以：=2.998+0.5=3.498m；取=1.23.498=4.20m；故取桩的入土深度为=5.0m；支护桩长为：5.7+5.0=10.7m。考虑桩顶设有锁口梁，取L=10.3m。2.桩身配筋计算本支护桩采用钻孔灌注桩，桩径500mm，桩间距为1.5m，混凝土强度为C30(fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2)，纵向钢筋采用二级钢筋（HRB335,fy=300N/mm2），桩箍筋采用HPB235。由前面计算知，桩身最大的弯矩值为：Mmax= 72.02Kkm则弯矩设计值为：=1.251.172.02=99

27、.03 kN*m（其中：为分项系数，取1.25；0为基坑重要系数，取1.1）可以采用以下的方法进行桩的纵向配筋计算。（1）方法一：等效矩形截面法（不均匀布筋）将支护桩圆形截面等效为矩形截面，使其刚度相等，即 （26）令b=d，则0.876500=438mm 取bh=440mm440mm 设=40mm =400mm则： =99.03106/1.014.3440400=0.098=0.10399.03106/3000.948400=871mm2取420（As=1256mm2）采取不均匀布置，所求纵向钢筋布置在桩的受拉一侧，在无配筋侧布置构造钢筋。验算箍筋。由公式0.7ftbh0=0.71.4344

28、0400=176.2kN1.251.176.57。所以支护桩只需按构造要求配置箍筋。箍筋采用6200,加强筋采用142000。（2）方法二：可以用下列方法均匀布置钢筋。其所用公式如下： （27a） （27b）式中：支护桩横截面积（mm2）；计算系数，可查钢筋混凝土圆形截面受弯构件正截面积受弯承载力计算系数表；弯矩设计值（kN*m）；灌注桩半径（m）；全部纵向钢筋的截面积（m2）；混凝土抗压设计值（kN/m2）；受力钢筋抗拉设计值（kN/m2）；根据上式，将相关的数据代入求得：m=0.141 =0.171 As=1600mm2。由于 rs0.86r。所以As=16000.86r/rs=16000

29、.86250/200=1720mm2考虑钢筋分布的间距及最小配筋率，取1020 （As=3140mm2）箍筋按构造配筋。其配筋图见附图3。3.锁口梁在钻孔灌注桩的顶部设置一道锁口梁，以加强排桩的整体性。设置锁口梁截面bh=700mm500mm,按构造配筋。4.围檩采用20a#曹钢梁。四、锚杆的计算设置锚杆的水平间距为b=1.5m，锚杆的倾斜角150，锚固体直径d=150mm,锚固体砂浆取M25(fb=2.1Mpa),锚杆钢筋采用三级钢筋（HRB400）。1.锚杆受力计算按建筑基坑支护技术规程单根锚杆的水平力为：=1.584.59=126.9kN锚杆的水平拉力设计值：=1.251.1126.9=

30、174.5 kN锚杆轴向拉力设计值（）： =180.7kN2.锚杆自由段长度锚杆自由段长度计算示意图如下（图2-6）图2-6 锚杆自由段长度计算示意图根据公式： (28) 其中：锚杆自由段长度（m）；基坑开挖的深度（m）；支护桩的埋深（m）；锚杆设置点至基坑顶距离（m）；锚杆的倾角，；土的内摩擦角，取=；将相关参数代入上式得：=5.1m。 3.锚固段长度计算按建筑基坑支护技术规程结合场地的工程地质条件，土体与锚固体极限摩阻力标准值取=60kpa，锚杆轴力受拉荷载分项系数=1.3。锚固段长度可由下式计算: （29）根据建筑基坑支护技术规程的相关规定，结合现场实际计算所得的结果，最终取锚杆自由段=

31、5.5m；锚固段长=9.0m；锚杆总长为=14.5m。4.锚杆钢筋面积由于桩锚支护要控制基坑壁的变形，最好采用受力后变形较小的钢筋。故采用HRB400（fy=360N/mm2）。由公式：=174.5103/360cos150=502mm2 （210）结合实际从安全角度考虑，取128（As=615mm2）。5.锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度锚杆钢筋与锚固砂浆间有足够长的锚固长度时，锚杆才能安全正常的工作。从而达到预期的效果。锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度可以由下式计算求得： (211)式中:边坡工程重要性系数（=1.1）；锚杆轴向拉力设计值； （=1.3） (212) (213)锚杆水平拉力计算

32、值；钢筋与砂浆粘结强度工作系数，对永久性锚杆取0.60，对临时性锚杆取0.72；钢筋根数；钢筋直径（mm）；钢筋与砂浆之间的粘结强度设计值，取砂浆M25(fb=2.1Mpa)。将有关的数据代入公式可得：=126.9kN =131.4kN =170.82kN =1.41m因为故锚固段的长度满足要求。2.2.2 土钉墙支护设计 基坑的西侧基坑壁属于二级基坑，其周边的环境相对的宽阔。结合该场地的工程地质条件和附近区域的其它支护工程的实例，可采用土钉墙支护结构。其设计过程如下. 一、基坑西侧受力分析由于该侧基坑附近无建筑物。考虑相关的因素，从安全的角度考虑，取基坑顶面超载15kN/m2。该侧基坑壁所受

33、的土压力同样可以同过朗肯土压力公式求得。其土压力的计算结果如下表2-4：表2-4 基坑西侧主、被动土压力计算结果表计算点埋深（m）（KN/m3）C( Kpa)Kaq（KN/m2）Pp(Kpa)Pa(Kpa)00.311980.5891502.041980.5891519.420.014.50.509156.75.720.014.50.5093.06550.7743.9根据计算结果可以的出该侧土压力分布见图2-7：图2-7 基坑西侧土压力分布 图2-8 土层潜在滑动面示意图二、土钉墙初步设计1.滑动面的确定根据经验，对于均质粘性土边坡，其最危险的滑动面通常情况下通过坡脚。根据根据坡体的剖面尺寸、

34、土的物理力学性能和坡顶的超载情况初步推测其潜在的滑动面的位置及其形状如图2-8所示。2.土钉墙相关参数确定（1）土钉长度确定根据施工经验，初步确定土钉长度时可以按下式确定：（214）式中：经验系数，取0.71.2；土坡垂直高度（m）；止浆器长，一般0.81.5。同时，顶部土钉的长度不宜小于0.8。（2）土钉钻孔直径及间距王步云教授建议按68dn选定Sx、Sy。且要满足SxSy=kidnL。式中ki注浆工艺系数，对一次注浆工艺取1.52.5；dn孔径；L土钉长。（3）土钉墙分层开挖的计算高度由于土钉墙的施工过程中要求土层具有临时的自稳能力，同时基坑开挖的深度也不宜过大，以防土层的坍塌，故需将土钉

35、墙分层开挖的高度控制在允许的范围内。土钉墙分层开挖的计算高度可以有下式求得：Hcr=2.67C/tan(450+/2)=1.38m 故土钉竖向间距不应大于1.4m。（4）土钉具体布置综上根据建筑基坑支护技术规程的相关要求，结合场地的德实际情况以及以往的相关经验初步确定：该土钉墙设置四层土钉，其具体内容见表2-5：表2-5 土钉墙设置参数竖向间距Sy(m)水平间距Sx(m)锚固体直径dn(mm)土钉长度L（m）土钉倾角土钉钢筋第一层土钉1.41.2120710122第二层土钉1.41.2120810122第三层土钉1.21.2120710122第四层土钉1.21.2120710122（5）网筋及

36、喷射砼面层网筋采用6.5250mm，向边坡顶部外延伸1.0m，加强筋采用12沿钉头斜拉布置与土钉可靠焊接；喷射混凝土为C20，喷射厚度为8090mm。（6）排水布置如有上层滞水或污水渗入，可在支护面层背部设置水平间距2m，长为50cm的水平塑料排水管，管壁带孔，内填滤水材料，将其插入边壁土体。基坑地表水的防渗应在做基坑周边近边坡处地表作1.0m泛水层，与土钉面网参数相同。其具体的布置见附图4和6。第三节 稳定性分析由于支护结构的形式不同，支护结构的稳定性破坏形式也有差异。非重力式支护结构的稳定性破坏包括墙后土体整体滑动失稳、基坑底部隆起和管涌；重力式结构的稳定性破坏包括倾覆、滑移、土体整体滑动

37、失稳、基坑底部隆起和管涌等。在进行支护结构设计的时候，对以上可能出现的情况进行相应的验算，确保支护结构的安全稳定。本基坑支护采用了桩锚支护和土钉墙支护结构，因此对不同的支护形式进行相应的稳定性验算。2.3.1 土钉墙稳定性分析土钉墙的稳定性分析内容包括内部稳定性分析和外部稳定性分析。以下是土钉墙稳定性分析的具体内容。一、内部稳定性分析1.土钉抗拔力验算土钉结构的内部稳定性分析方法有很多种。本设计的稳定性分析采用建筑基坑支护技术规程中的方法。其计算简图见图2-9：对于单根土钉，其抗拉承载力应符合以下要求： (215)式中：单根土钉受拉荷载标准值； (216)荷载折减系数； 图2-9土钉墙内部稳定

38、性验算 (217)土钉位置处的水平荷载标准值；土钉与水平面的夹角； (218)土钉抗拉抗力分项系数；土钉锚固体直径；土钉穿越第层土体与锚固体极限承载力标准值；土钉在直线破裂面外穿过第层稳定土体内的长度，破裂面与水平面的夹角为（）。其验算的结果下表2-6所列：表2-6 土钉内部稳定性验算结果统计表层号埋深(m)dn(mm)qsik(kpa)Li(m)Tu(kN)(0)(0)eak(kpa)Sx(m)Sy(m)(0)Tk(kN)1.250Tk1.4120603.052.29015112.21.21.41020.826.02.8120604.2874.49019114.41.21.41024.630

39、.84.0120554.2567.79019126.61.21.21038.948.65.2120485.7179.49019138.81.21.21056.770.9由表格统计比较可知：，所以土钉结构内部是稳定的。对土钉所用钢筋进行强度验算。由于Asfy1.250Tk，所以钢筋的选取符合要求。2.内部整体稳定性分析和其他支护结构一样，土钉墙也要进行整体稳定性验算。其验算示意图如图 210所示：图 210土钉墙内部整体稳定性分析示意图根据下列公式2-19a、2-19b、2-19c可进行整体稳定性验算。 （2-19a）（2-19b） (2-19c) 式中：抗滑力矩（kNm）； 分条数； 分条的圆

40、弧长度（m）；分条的内聚力（Kpa）； 外荷载 (kN/m2) ； 分条宽度（m）； 分条高度（m） 分条的坡角（0）； 分条的内摩擦角（0）；第j根土钉的长度（0）； 土钉水平间距（m）；滑动力矩；m滑动体内土钉数；第j根土钉在滑动面外土体中的极限抗拔力（kN）； 安全系数，取1.3。根据公式2-19a、2-19b、2-19c可以求得安全系数.其计算过程见表27、 表28。表27 土钉整体稳定性验算数据表1条带号（m）（m）（0）（0）（m）A(kN/m)B(kN/m)C(kN/m)132.85816.35.663.338.9180.6235.533193.753.7108.3204.233

41、6.615193.764.15146.711444.10.7-7195.17419.6-7表中：A=； B=； C=表28土钉整体稳定性验算数据表2j（0）（0）（0）（kN）（m）15816.31001.20258191027.81.219.7333191028.71.227.7433191045.91.237由上表得：=653.05/491.8=1.3281.30。故土钉墙内部整体是稳定的。二、外部稳定性分析在原位土钉支护结构的自身稳定与粘结整体性作用的到保证的条件下，其外部稳定性分析可以按重力式挡土墙考虑。包括土钉结构的抗倾覆稳定性，抗滑稳定性，以及地基强度验算。1.土钉抗滑稳定性分析抗滑稳定性分析的模型如图2-11：图2-11土钉墙抗滑稳定性分析的模型抗滑动稳定性安全系数： (220)式中：