土木工程专业基坑支护毕业设计.docx

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1、土木工程专业基坑支护毕业设计摘 要 本设计为兖矿鲁化分馏塔的基坑支护设计。本设计是根据国家现行建筑基坑支护技术规程，在给定地质勘察报告的条件下，进行基坑支护设计，主要目的是掌握基坑支护的设计方法。本设计采用了钻孔灌注桩加锚杆的基坑支护结构。在土压力计算过程中，运用了朗肯土压力理论；在内力计算过程中，运用了等值梁法；在配筋计算过程中，参照了混泥土结构设计规范；在降水处理设计时参照了建筑基坑支护技术规程；计算过程中除了以国家现行建筑基坑工程技术规程为依据外，还大量的把实际经验运用其中，加强理论与实践的结合。此次设计的主要指导原则是如何保证基坑的安全可靠、方便施工，并达到经济的效果。通过这篇论文，直

2、观的说明了基坑支护设计所需的各种参数。 关键词：基坑支护； 钻孔灌注桩； 锚杆； 降水处理 I Abstract This design is the Y.K.Luhua fractionator foundation pit supporting design.The design is based on the existing national building technical reguations excaration geological survey in the given conditions of the report design foundation pit.The

3、main purpose of the design is to grasp the design methods of foundation pit.The design has used the foundation pit methods of bored caisson pile with pile-anchor.During the calculating of soil pressure,put the soil pressure theories of W.J.M.Rankine to use;In the course of calculating in internal fo

4、rce, make use of the equivalent beam method;when matching the steel to calculate,have comply with the cement structure design specification norm;In the design of draining,make use of the technical specification for retaining.And strengthened the combination of the actual experience with the theories

5、.The guideline of this design is how to guarantee the foundation pit safe,reliable,convenient to construct,and whether reach the economic result or not.Through this papers,we can see various kinds of parameters that are needed in the foundation pit design.Engineers and technicians can consult the de

6、sign method of this text while carrying on the foundation pit design. Keywords ：foundation pit ; bored caisson pile; pile-anchor; draining II xx大学本科毕业设计 目 录 目 录 第一章 前言 1 1.1 场地工程地质条件 2 2.2 本论文主要设计内容 2 第二章 工程地质与水文地质概况 3 2.1 场区工程地质条件 3 2.2 水文地质条件 5 2.3 基坑周边环境情况 5 第三章 基坑支护方案设计 6 3.1 设计优选 6 3.1.1 设计依据 6

7、 3.1.2 基坑支护方案优选 6 3.1.3 支护方案设计分析 8 3.2 支护方案的设计原则及计算参数的确定 8 3.2.1 设计原则 8 3.2.2 参数的初选 9 第四章 基坑支护设计计算 10 4.1 基坑支护设计的主要内容 10 4.2 设计计算 10 4.2.1 水平荷载的计算 11 4.2.2 各层土的水平荷载计算 12 4.2.3 水平抗力计算 16 4.2.4 各层土水平抗力计算 17 4.2.5 支点力计算 19 I xx大学本科毕业设计 目 录 4.2.6 嵌固深度验算 21 4.2.7 灌注桩结构设计 23 4.2.8 桩身最大弯矩的计算 23 4.2.9 桩身的配筋

8、计算 24 4.3 锚杆计算 27 4.3.1 锚杆设计主要内容 27 4.3.2 锚杆设计 27 4.3.3 锚杆设计计算 27 4.4 稳定性验算 31 4.4.1 基坑稳定性验算 31 4.4.2 锚杆整体稳定性验算 35 4.4.3 基坑底地基承载力验算 36 4.4.4 抗倾覆稳定性验算 38 第五章 截水、排水措施 40 第六章 施工组织与监测 44 6.1 支护结构的施工 44 6.1.1 施工要求 44 6.1.2 支护桩施工 44 6.1.3 锚杆施工 45 6.1.4 土方开挖 46 6.2 工程监测 46 6.2.1 监测的目的 46 6.2.2 监测的主要内容 47 6

9、.2.3 监测的主要仪器 47 6.2.4 监测的方法 47 6.3 应急措施 48 II xx大学本科毕业设计 目 录 第七章 结论与建议 49 参考文献 50 致 谢 51 III xx大学本科毕业设计 第一章 前 言 第一章 前言 随着高层建筑的不断增加，市政建设的大力发展和地下空间的开发利用，产生了大量的深基坑支护设计与施工问题，并使之成为当前基础工程的热点与难点。 深基坑设计与施工是土力学基础工程中的一个古老的传统课题，同时又是一个综合性的岩土工程难题，既涉及土力学中典型的强度、稳定与变形问题，同时还涉及土与支护结构的共同问题。对这些问题的认识及对策的研究，是随着土力学理论、测试技术

10、、计算技术以及施工机械、施工技术的发展而进步完善的。 Terzaghi和peck等人早在20世纪XX年代就提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应方法，这一理论原理一直沿用至今，但已有了许多改进与修正。Bjerrum和Eide在XX年代给出了分析深基坑底板隆起的方法。XX年代在奥斯陆和墨西哥城软粘土深基坑中开始使用仪器进行监测，此后大量实测资料提高了预测的准确性，并从XX年代起，制定了相应的指导开挖的法规。我国XX年代以前的基坑都比较浅，上海高层建筑的地下室大多埋深在4m左右。北京在XX年代初建成了深20m的地下铁道区间车站。XX年代后，北京、上海、广东、天津以及其他城市施工的深基坑陆续增加

11、。为总结各地积累的深基坑设计和施工的经验，中国土木工程学会和中国建筑学会的土力学和基础工程学会，相继召开过多次全国和地方的深基坑学术学会，并出版相关论文集。为了总结我国深基坑支护设计和施工经验，XX年代后相继在武汉、广东省及上海市等编制深基坑支护设计与施工的有关法规，并已编制了国家行业标准的有关法规。 基坑开挖深度已从十几米发展到二、三十米，而其支护的传统施工方法是板桩支撑系统或板桩锚拉系统。目前经常采用的主要基坑支护类型有：1、 1 xx大学本科毕业设计 第一章 前 言 水泥土深层搅拌桩支护 2、排桩支护系统 3、地下连续墙。 根据基坑开挖深度、地基土及周围环境条件，选择经济而安全的设计方案

12、是设计者的首要任务。同时，深基坑的设计与施工是密不可分、相互依赖的。施工的每一阶段，结构体系，提供比较全面的勘察、设计与施工全过程的系统知识。 本设计通过对提供资料的分析与研究，最终确定桩锚支护的设计方案。 1.1 场地工程地质条件 兖矿鲁南化肥厂循环经济场地的岩土工程，场地呈长方形，建筑占地面积约1558m2总建筑面积约17238m2, , 基坑开挖深度为地面标高以下9m，基坑侧壁安全等级为二级。场地位于鲁南化肥厂科圣路以西、铁路以东、墨子大道以北地块上，面积约70000m2。场地现状：除西南部建有塑料制品厂、东北部分布变电站、附属厂房、仓库外，大部为零星库房、露天仓储及空地，拟作为空分发展

13、用地。 2.2 本论文主要设计内容 本文对兖矿鲁南化肥分馏塔基坑支护设计进行研究。首先分析评价了场地的岩土工程条件。根据场地的工程地质条件、水文地质条件，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，通过分析论证选择合适的基坑支护方案。然后对基坑支护结构进行了具体设计计算，其中包括土压力计算、钻孔灌注桩的设计计算及锚杆的设计计算、稳定性验算。当不能满足稳定性要求的时候，需要重新设计计算或者做必要的处理，直至达到稳定性的安全要求。选择经济、实效、合理的基坑降水方案,最后简单地谈谈基坑的施工组织。 2 xx大学本科毕业设

14、计 第二章 工程地质与水文地质概况 第二章 工程地质与水文地质概况 2.1 场区工程地质条件 本场地位于山东省滕州市木石镇境内，地理位置东经11717,北纬3459，距滕州市约15km，距枣庄市约28km。处于近南北向的木石盆地内，盆地东西宽约4000m，两侧的低山丘陵海拔高度100200m，盆地海拔5565m。盆地内表层为第四系冲洪积堆积，基底地层为石炭、二叠系及奥陶系地层。盆地地势北高南低，地面平均坡度35。木石盆地发育的主要断裂构造有化石沟断裂，木石断裂及该二断裂派生的次级纵1-1及倾东2断裂，近南北走向，均系正断层，断裂破碎带已胶结，断裂对第四系没有影响。 根据化工部徐州地质工程勘察院

15、提供的场地岩土工程勘察报告，场区内与基坑支护相关的地层自上而下可划分为： 1）人工填土层：为杂填土，主要由粘性土组成，含建筑垃圾等，杂色，结构松散。层厚2.605.00m。 基坑设计参数：g=18KN/m,c=8.0KPa,j=100,qs=20.0KPa。 2）冲积淤泥质土层：深灰色，饱和、软塑状，标贯击数平均2.3击，含少量粉细砂，层厚0.62.4m，层面埋深2.75.0m。 0g=18.0KN/m,c=7KP,j=5,qs=18.0KPa。 a 基坑设计参数：223）冲积细砂层：灰深灰色，饱和，松散，一般含淤泥质，标贯平均6.3击，厚度0.93.9m，层面埋深2.66.0m。 0g=17

16、.5KN/m,c=0KP,j=25,qs=35.0KPa。 a 基坑设计参数：24）冲积中砂层：灰灰白色，饱和，松散，含淤泥质或粘性土。标贯平均6.1击，厚度0.93.3m，层面埋深2.66.0m。 0g=18.0KN/m,c=0KP,j=27,qs=40.0KPa。 a 基坑设计参数：2 3 xx大学本科毕业设计 第二章 工程地质与水文地质概况 5）粉质粘土层：一砖红间灰白色为主，湿，可塑，粘性较好。标贯平均6.3击，厚度1.52.6m，层面埋深4.28.5m。 0g=19KN/m,c=25KP,j=10,qs=40.0KPa。 a 基坑设计参数：26）可塑粉质粘土层：褐红色，湿，可塑，粘性

17、较好。标贯平均8.5击，厚度0.82.6m，层面埋深4.28.5m。 0g=19KN/m,c=25KP,j=15,qs=40.0KPa。 a 基坑设计参数：27）粉质粘土层：褐红色，稍湿，硬塑。标贯平15.2击，厚度1.56.9m，层面埋深8.014.0m。 基坑设计参数：g=19.8KN/m,c=35KPa,j=13.50,qs=50.0KPa。 8）全风化岩：呈褐红色，岩性均为粉砂岩，岩块手折易断，遇水软化。钻孔均有揭露，标贯平28.6击，厚度1.54.5m，层面埋深10.516.5m。 基坑设计参数：g=20.5KN/m,c=45KPa,j=250,qs=80.0KPa。 9）强风化岩：

18、呈褐红，岩性以粉砂岩为主，局部夹砾岩，岩块手折可断。钻孔均有揭露，厚度1.215.3m，层面埋深12.519.0m。 基坑设计主要参数：g=21.0KN/m2,c=50.0kpa,j=25o,qs=80.0kp 10）中风化岩：呈褐红色，岩性以粉砂岩为主，局部夹砾岩，裂隙、节理较为育，不连续层状或透镜状分布。厚度0.77.1m，层面埋深15.029.5m。 基坑设计主要参数：g=22.0KN/m2,c=80.0kpa,j=30o,qs=200.0kp 11）微风化岩：呈褐红色，岩性多为粉砂岩，部分为砾岩，裂隙，节理一般不发育，钻孔均有揭露。层面埋深17.633.7m。 基坑设计主要参数：g=2

19、2.0KN/m2,c=10mpa,j=35o,qs=300.0kp。 地质剖面图如所示： 22 4 xx大学本科毕业设计 第二章 工程地质与水文地质概况 杂填土3.6淤泥质土0.9粉质粘土2.2可塑粉质粘土2.8硬塑粉质粘土4.3全风化岩3 图2-1 地质剖面图 2.2 水文地质条件 场区施工13个勘察孔，均见水，地下水为降水 、排水入渗形成的孔隙潜水，勘察期间水位埋深1.40-2.50m，水量小，以降水、人工排水入渗为主要补给来源，水位随季节升降，年变幅1.0-1.5m，侧向渗流及蒸发为主要排泻方式。 2.3 基坑周边环境情况 拟建场区平坦，开挖基坑南侧边为厂区道路，有动载，其它周边未发现不

20、利于场地稳定性的不良地质现象，拟建场区场地稳定性良好，本基坑开挖深度为9m，在开挖深度内的地层强度和厚度起伏变化不大，地下水不丰富，周边环境较为宽松，基坑的安全等级为2级。 5 xx大学本科毕业设计 第三章 基坑支护方案设计 第三章 基坑支护方案设计 3.1 设计优选 3.1.1 设计依据 化工部徐州地质工程勘察院岩土工程勘察报告； 中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范； 中华人民共和国国家标准混凝土结构设计规范； 中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范； 山东省标准建筑地基基础设计规范； 中华人民共和国行业标准建筑基坑支护技术规范； 3.1.2 基坑支护方案优选 基坑围护结构型式有很多

21、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。 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6.0

22、m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 6 xx大学本科毕业设计 第三章 基坑支护方案设计 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

23、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

24、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，最后决定采用深层搅拌桩作为帷幕隔水，支护结构采用单排钻孔灌注桩加单层土锚杆相结合的桩锚式支护方案，具体设计见基坑平面图。 7 xx大学本科毕业设计 第三章 基坑支护方案设计 水泥土搅拌桩钻孔灌注桩 图3-1 基坑平面图 3.1.3 支护方案设计分析 以单排钻孔灌注桩加单排土层锚杆组成基坑的支护系统，钻孔灌注桩与锚杆是支护结构的受力结构；支护桩是承担压力的主体。加设土层锚杆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

25、。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，将本基坑采用排桩加锚杆支护。其中排桩采用钻孔灌注桩。 3.2 支护方案的设计原则及计算参数的确定 3.2.1 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8 xx大学本科毕业设计 第三章 基坑支护方案设计 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。 3.2.2 参数的初选 1） 根据化工部徐州地质工程勘察院提交的岩土工程

26、勘察告，并参考相关规范，拟取各层土体的物理力学参数，具体参数如下表3-1所示； 2） 相对标高0.00m，基坑设计时，基坑开挖深度为-9.00m； 3） 地面超载取20kN/m2； 4） 根据建筑基坑支护技术规程，基坑重要性系数g0=1.00； 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3-1 表3-1 土层设计计算参数 土 层 厚度h 重度 粘聚力C 内摩擦角渗透系数 水平Kh 2.52E-6 5.72E-7 3.56E-6 3.89E-6 1.00E-7 0.54E-7 垂直Kv 2.37E-6 3.30E-7 2.74E-6 2.64E-6 1.00E-7 0.97E-7 j

27、() 10 5 15 15 18 25 杂填土 淤泥质土层 冲积粉质粘土层 可塑粉质粘土层 硬塑粉质粘土层 全风化岩层 3.6 0.9 2.2 2.8 4.3 3 19.5 18 19 18 20 20.5 (kPa) 8 7 23 25 35 45 9 xx大学本科毕业设计 第四章 基坑支护设计计算 第四章 基坑支护设计计算 4.1 基坑支护设计的主要内容 基坑支护设计的内容包括零弯矩点位置、嵌固深度的计算、最大弯矩的确定，桩身钢筋配置，锚杆设计等等，然后根据所配置的支护参数,进行基坑整体稳定性验算、锚杆整体稳定验算、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

28、置支护参数，直至安全、可靠为止。 4.2 设计计算 根据地质条件选取K12进行计算如。根据设计要求，基坑开挖深度暂定为9m，按规范设定桩长为16.8m，桩直径设定为0.8m,嵌固深度暂定为7.8m即hd=7.8m，插入全风化岩3.0m。 图4-1 K12 地质参数图 10 xx大学本科毕业设计 第四章 基坑支护设计计算 4.2.1 水平荷载的计算 按照超载作用下水土压力计算的方法，根据朗肯土压力计算理论计土的侧向压力，计算时不考虑支护桩与土体的摩擦作用。地下水以上的土体不考虑水的作用， 地下水以下的土层根据土层的性质差异需考虑地下水的作用。 土层水平荷载计算依据建筑基坑支护技术规程JGJ 12

29、0-99。 1)计算依据和计算公式 主动土压力系数:Kai=tan2(45o-ji2) ) 被动土压力系数:Kpi=tan2(45o+ji2支护结构水平荷载标准值eajk按下列规定计算： 对于碎石土及砂土： a) 当计算点深度位于地下水位以上时： eajk=sajkKai-2CikKai b) 当计算点深度位于地下水位以下时： eajk=sajkKai-2CikKai+(zj-hwa)-(mj-hwa)hwaKaigw 式中 Kai第i层土的主动土压力系数； zj处的竖向应力标准值； saj作用于深度k cik 三轴实验确定的第i层土固结不排水剪粘聚力标准值； zj 计算点深度； mj计算参数

30、，当zjh时，取零； gw 水的重度。 对于粉土及粘性土： eajk=sajkKai-2CikKai11 xx大学本科毕业设计 第四章 基坑支护设计计算 基坑外侧竖向应力标准值sajk按下列规定计算： sajk=srk+sok+s1k 计算点深度zj处自重应力竖向应力srk 计算点位于基坑开挖面以上时： srk=gmjzj 式中gmj深度zj以上土的加权平均天然重度。 计算点位于基坑开挖面以上时： srk=gmhh 式中gmh开挖面以上土的加权平均天然重度。 第i层土的主动土压力系数Kai应按下式计算 Kai=tan2(450-jik2) 式中 jik三轴实验确定的第i层土固结不排水剪摩擦角标

31、准值。 第i层土的土压力合力Ea按下式计算 Eai=1+eaik)hish (eaik2式中 eaik第i层土土层顶部的水平荷载标准值； eaik第i层土土层底部的水平荷载标准值； hish 第i层土的厚度； 锚杆的水平间距。 4.2.2 各层土的水平荷载计算 人工填土层 g1=19.5KN/m2,C1=8KPa,j1=100,Ka1=0.7,Ka1=0.839 基坑外侧竖向应力标准值： 1k=srk+sok=q0=20KN/m2 sa1k+g1h1sa1k=srk+sok=q0+g1h1=sa=20+19.53.6=90.2KN/m水平荷载标准值： 12 2xx大学本科毕业设计 第四章 基坑

32、支护设计计算 1k=sa0kKa1-2C1Ka1=200.7-280.839=0.576KN/m2 eaea1k=sa1kKa1-2C1Ka1=90.20.70-280.839=57.35KN/m2 水平合力： 111k+ea1k)h1=(0.576+57.35)3.6=104.27KN/m Ea1=(ea22水平荷载作用点离该土层底端的距离： Z1=h12ea0k+ea1k3.620.576+57.35=1.212m 3eaok+eaik30.576+57.35 淤泥质土层 g2=18.0KN/m2,C2=7KPa,j2=50,Ka2=0.84,Ka2=0.916 基坑外侧竖向应力标准值： 2k=sa1k=90.2KN/m2sasa2k=srk+s0k=sa1k+q0=90.2+18.00.9=106.4KN/m2水平荷载标准值： 2k=sa2kKa2-2C2Ka2=90.20.84-270.916=62.94KN/m2eaea2k=sa2kKa2-2C2Ka2=106.40.84-270.916=76.55KN/m2 水平荷载： Ea2=111k+ea2k)h2=(62.94+76.55)0.9=69.75KN/m (ea22水平荷载作用点离该土层底端的距离： 1k+ea2k0.9262.94+76.55h22ea