燕山大学毕业设计任务书

学院：建筑工程与力学学院 系级教学单位：土木工程系

摘要

基坑支护是指为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。基坑支护设计应根据场地的工程地质条件，结合周边环境情况，综合考虑施工条件，按照适用性、安全性及经济性原则进行。本次基坑支护设计共分为三段，即桩锚联合支护设计、喷锚网支护设计和土钉支护设计。

各段基坑支护设计，必须严格按照相关规的要求进行。首先，根据给定的工程地质勘察报告初步选定支护方案；其次，计算确定各个设计参数，并进行初步验算；再次，对设计结构进行部稳定性分析验算；然后，对设计结构作外部稳定性验算；最后，优化并确定设计方案。

关键词　基坑支护；桩锚；喷锚网；土钉

Abstract

The Foundation Pit is a method of retaining, reinforcing and protecting for the pit wall and the surrounding environment, in order to ensure the safety of the underground structure construction and the pit surrounding environment. The Foundation pit support design should be based on engineering geological condition of the venue, combined with the surrounding environment, integrated construction conditions, in accordance with the principles of suitability, safety and economic behavior.The Foundation pit support design is divided into three sections, pile-anchor joint supporting design, design of injection-anchor support and design of soil nailing.

Every section of the Foundation pit support must be conducted strictly in accordance with the requirements of the relevant specification. First of all, initially select supporting programs according to a given engineering geological investigation report; Secondly , calculate and determine the design parameters, and check initially; Thirdly, check and analysis the internal stability of the design structure; Then, check the external stability of the design structure; Finally, optimize and determine the design.

Keywords　the Foundation Pit；Pile-anchor；Injection-anchor；Soil Nailing

第1章 绪论

1.1 基坑工程概况

基坑工程是岩土工程的主要容，是目前基础工程中日益普遍的重要环节，尤其是大型土木工程，无一例外地涉及到这一领域。因此，熟练掌握这一专业设计技能，对于从事相关专业设计的人员来说是非常重要的。

根据支护结构的设置目的，一般要求基坑支护结构同时具备三个方面的作用：

(1) 挡土作用，保证基坑周围未开挖土体的稳定，使基坑有一个开阔、安全的空间。

(2) 控制土体变形，保证基坑相邻的周围建筑物和地下管线在基坑结构施工期间不因土体向坑的位移而收到损害。

(3) 截水作用，保证基坑场地达到无水施工作业条件，不影响周围水位变动。

80年代以来，随着我国经济发展，基础埋深逐步增大，基坑深度也随之增加，基坑支护问题也变得更加复杂。基坑支护是一项综合性的岩土工程，涉及面广，不但包括土力学中的强度、变形、稳定问题，同时还涉及土与支护结构的共同作用问题，并与施工密不可分，所以要求设计人员具备结构力学、土力学、地基处理、原位测试等多学科知识。

深基坑支护工程已成为目前工程建设引人注目的热点，当今深基坑支护工程具有以下特点：

(1) 建筑趋向高层化，基坑向更深层发展。

(2) 基坑开挖面积增大，宽度超过百米，长度达到上千米，整体稳定性要求更高。

(3) 在软弱地层中的深基坑开挖易产生较大的位移和沉降，对周围环境可造成较大的影响。

(4) 深基坑施工运行周期长，对临时性基坑支护有更高的牢固性要求。

(5) 深基坑支护系统不再只是临时性支护结构，而是参与到加固与改善建筑物的基础和地基作用当中。

目前，主要采用的基坑支护类型有：土钉墙支护、水泥深层搅拌桩支护、桩锚联合支护、喷锚网支护、地下连续墙支护和支撑支护等。

1.2 基坑支护设计原则

基坑支护工程设计的总体原则为：

贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。除了应满足工程设计要求外，尚应做到因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源。

基坑支护设计要求安全性、经济性、适用性三方面统筹兼顾、同时满足。安全性包含两个方面，一是支护结构自身强度满足，结果力必须在材料强度容许围。二是支护结构与被支护体之间的作用是稳定的，要求支护结构具有足够的承载力，不产生过量的变形。经济性要求在设计过运用先进技术和手段，充分把握支护结构特征，通过多方案比较，寻求最佳设计方案，使支护结构造价最低。适用性是指方案在施工中采用适当的工艺、工序，可以使设计更经济合理，既满足规要求，又不过量配置材料，也不影响支护结构的使用功能。

支护结构设计应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周围环境的水平与竖向变形的影响，对于安全等级为Ⅰ级和周边环境变形有限定要求的Ⅱ级建筑基坑，应根据周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值。

1.3 基坑支护设计的一般规定

在选择基坑支护方案前，应完成下列工作：

(1) 搜集详细的工程地质、水文地质及地基基础等资料。

(2) 根据工程的设计要求，确定基坑支护的目的、围和达到的各项技术经济指标。

(3) 结合工程情况，了解本地区基坑支护经验和施工条件以及其他地区相似场地上同类工程的基坑支护经验和使用情况等。

设计前应认真分析地质地层条件、周边环境及基坑特征，综合考虑以确定支护结构的平面布置与高度位置。根据地层、荷载、环境、技术和经济条件确定支护结构类型与截面尺寸，支护结构应与周围环境相协调，保证支护结构设计符合相应规、条例的要求。

基坑支护方法的确定按下列步骤进行：

(1) 根据荷载大小结合地形地貌、地层结构、地质条件、地下水特征、环境情况和对临近建筑的影响等因素，初步选定几种可供考虑的基坑支护方案。

(2) 对初步选定的基坑支护方案，分别从原理、适用围、效果、材料来源及耗材、机具条件、施工进度和对环境的影响等方面进行技术经济分析和对比，选择最佳的基坑支护方法，必要时也可选择两种或多种基坑支护措施组成的综合方法。

(3) 对已选定的基坑支护方法，宜按建筑物安全等级和场地复杂程度，在有代表性场地上进行相应的现场试验或试验性施工，并进行必要的测试，以检验设计参数和处理效果，如达不到设计要求时，应查找原因并采取补救措施或修改设计。

基坑支护结构整体是一个各部分有着在联系的共同作用系统，设计时要综合考虑地层的物理力学性质、上部荷载位置、支护结构的选型、材质、施工方法、环境影响、造价及工期等多种因素。这些因素各有特点，并密切联系，构成了一个复杂的系统，因而基坑支护结构设计应有系统分析的理念，以安全性、经济性和适用性为目标，以规为指导，将施工、环境要求综合考虑，对方案优化改进，使系统各方作用协调，保证基坑支护结构设计的目标得以实现。

第2章 支护方案选择

2.1 工程概况

金舍汤河东岸项目工程位于市海港区大街与西港路交叉口的东北侧。该工程为8栋33层的住宅楼，1栋27层的住宅楼，1栋20层住宅楼，场地建筑物中间的空地全部为地下停车场，基坑最大开挖深度为10米左右，根据本场地地层条件和周边既有建筑物的实际状况综合评定，确定本基坑工程安全等级为Ⅱ级，侧壁安全等级为Ⅱ级，基坑工程安全等级的重要性系数为1.0。

2.1.1 场地土层参数

本场地的地质条件根据地质勘察报告确定，具体参数的取值见表2-1：

表2-1 土层参数选择

2.1.2 基坑周边环境情况

该工程南侧为大街，基坑底边线距大街人行道4.0m ，在大街人行道上有通信管道，埋深约2.0m；东侧为玉龙湾住宅小区(正在建设中)；基坑底边线距东侧玉龙湾住宅小区最近距离为16m；北侧距耀华玻璃最近距离为10m；西侧为西港路，与基坑边线最近距离为11m。

2.1.3 水文地质条件

该场地主要地下水类型为潜水，地下水标高为2.80m，含水层渗透性系数为15m/d，水位年变化幅度为1.0m左右。

2.1.4 支护方案选择

本工程基坑支护设计需要考虑以下几点：(1) 基坑开挖深度大，开挖深度10m左右。(2) 开挖深度围主要为砂土，土质情况较好。(3) 场地地下水位高，场地距周边既有建筑较近，因此切实做好降水工作是基坑工程成败与否的关键。(4) 南侧大街有地下通信管线。

综合本工程的特点和工程经验，根据“安全、经济、施工方便”的基坑设计原则，按照《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)的规定，南侧、东南侧(ABC段)空间较小，选用刚性垂直支护方式，采用锚拉支护桩方案；场地西侧(CDEFG段)基坑边较长，根据经济性原则，采用喷锚网支护方式；场地东侧(GHIJA段)距离既有建筑物较远，可以采用放坡的土钉支护方式。

2.2 工程监测

本工程检测容有：(1) 监测周围建筑物和道路路面的沉降、倾斜、裂缝的产生与开展情况，以及地下管线设施沉降、变形等。(2) 监测基坑开挖过程中围桩支护部分及其后土体随深度的水平位移，特别是坑底以下的位移大小和随时间的变化。(3) 监测基坑开挖过程中地下水位是否降到设计要求(深区要求降到最下面一层锚杆以下0.5m，浅区要求降到开挖面以下1.0m)。

第3章 基坑地面超载

基坑周边地面超载包括汽车荷载(车道荷载和行车荷载)、行人荷载以及周边既有建筑物引起的超载。

3.1 汽车荷载

根据《公路桥涵设计通用规》(2004)的规定，汽车荷载分为公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级两个等级。汽车荷载包括车道荷载和行车荷载。

3.1.1 车道荷载

根据新规的规定，车道荷载由集中荷载word/media/image2_1.png及均布荷载word/media/image3_1.png组成，计算图示为图3.1：

word/media/image4.gif图3.1 车道荷载计算简图

对公路-Ⅰ级车道荷载，均布荷载标准值word/media/image5_1.png=10.5kN/m。

集中荷载标准值word/media/image6_1.png按以下规定选取：

计算跨径word/media/image7_1.png5m时，word/media/image8_1.png＝180 kN/m；

word/media/image9_1.png50m时，word/media/image10.wmf=360 kN/m；

5mword/media/image11.wmf50m时，word/media/image12_1.png值采用直线插法选取。

对于公路-Ⅱ级车道荷载，其均布荷载标准值与集中荷载标准值均按公路-Ⅰ级车道荷载的0.75倍取值。

本工程基坑南侧大街为公路-Ⅰ级，西侧西港路为公路-Ⅱ级。

3.1.2 行车荷载

根据《路基路面工程》(邓学均著，人民交通)，行车荷载计算时将车载换算成相当于路基岩土层厚度，计入滑重力中。换算时可按荷载的最不利布置条件，取单位长度路段，计算式如下：

式中 word/media/image14_1.png——行车荷载换算高度，m；

word/media/image15.wmf——前后轮最大轴距，根据《公路工程技术规》

(JTG-B01-2003)的规定标准车辆荷载取值为12.8m；

word/media/image16.wmf——一辆重车的重力，标准车辆荷载为550kN；

word/media/image17_1.png——并列车辆数，双车道N=2，单车道N=1；设n为车道数

word/media/image18_1.png；

b0e5ed29efd576246de3282fa163293b.png——路基填料的重度，word/media/image20.wmf；

word/media/image21.wmf——荷载横向分布宽度，

word/media/image22.wmf (3-2)

式中 word/media/image23_1.png——后轮轴距，取1.8m；

word/media/image24.wmf——相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m；

word/media/image25_1.png——轮胎着地宽度，取0.6m。

换算均布土层厚度h0亦可按挡土墙高度确定的附加荷载强度进行换算

计算式如下：

式中 word/media/image27.wmf——墙后填土重度，word/media/image28.wmf；

word/media/image29_1.png——附加荷载强度，kPa

由(3-1)、(3-2)两式可得：

3.2 人群荷载

根据《公路桥涵设计通用规》(2004)的规定，人群荷载取值为3word/media/image31_1.png3.5word/media/image32.wmf，综合考虑场地周边人群集中情况，本工程人群荷载标准值取3word/media/image33.wmf。

3.3 既有建筑引起的超载

楼房等建筑物局部超载取值为15word/media/image34.wmf20kPa每层，具体取值可根据建筑物的密集程度和建筑物功能具体分析。由于本基坑周边建筑密集程度偏低，建筑主要为住宅楼，因此本工程超载标准值可按15kPa每层计算。

3.4 各段超载值

经计算加合，基坑各段地面超载值如下：

基坑ABC段超载值word/media/image35_1.pngword/media/image36.wmf；

基坑CDEF段超载值 word/media/image37.wmfword/media/image38_1.png；

基坑FG段超载值 word/media/image39_1.pngword/media/image36.wmf；

基坑GH段超载值 word/media/image40_1.pngword/media/image36.wmf；

基坑HIJA段超载值 word/media/image41_1.pngword/media/image36.wmf。

第4章 侧向土压力计算

本工程侧向土压力计算按朗金主动土压力计算方法分段进行，分段情况为：ABC段、CDEF段、FG段、GHIJA段 。

4.1 ABC段土压力

(1) 第一层土：

主动土压力系数，

word/media/image42_1.png

主动土压力强度，

word/media/image43_1.pngkPa

word/media/image44_1.pngkPa

第一层土压力，

word/media/image45_1.pngword/media/image46_1.png

(2) 第二层土：

主动土压力系数，

word/media/image47.wmf

主动土压力强度，

word/media/image48_1.png

=24kPa

word/media/image49_1.png

=33kPa

第二层土压力，

word/media/image50_1.pngword/media/image51_1.png

(3) 第三层土：

主动土压力系数，

word/media/image52.wmf

主动土压力强度，

word/media/image53.wmf

=42.8kPa

word/media/image54_1.png

=52.7kPa

第三层土压力，

word/media/image55.wmfkN/m

(4) 第四层土：

主动土压力系数，

word/media/image56.wmf

主动土压力强度，

word/media/image57_1.png

=31kPa

word/media/image58.wmf

=44.3kPa

第四层土压力，

word/media/image59_1.pngword/media/image51_1.png

(5) 第五层土：

主动土压力系数，

word/media/image60_1.png

主动土压力强度，

word/media/image61.wmf

=53.2kPa

word/media/image62_1.png

=71.4kPa

第五层土压力，

word/media/image63.wmfword/media/image51_1.png

(6) 第六层土：

主动土压力系数，

word/media/image64_1.png

主动土压力强度，

word/media/image65_1.png

=50.0kPa

word/media/image66.wmf

=70.4kPa

第六层土压力，

word/media/image67_1.pngword/media/image51_1.png

ABC段土压力分布图如图4.1：

图4.1 ABC段土压力分布图 (单位: kPa)

4.2 CDEF段土压力

(1) 第一层土：

主动土压力系数，

word/media/image69_1.png

主动土压力强度，

word/media/image70_1.pngkPa

word/media/image71_1.pngkPa

第一层土压力，

word/media/image72.wmfword/media/image73.wmf。

(2) 第二层土：

主动土压力系数，

word/media/image74.wmf

主动土压力强度，

word/media/image75.wmf

=23kPa

word/media/image76_1.png

=32kPa

第二层土压力，

word/media/image77.wmfword/media/image78_1.png。

(3) 第三层土：

主动土压力系数，

word/media/image79_1.png

主动土压力强度，

word/media/image80_1.png

=41.2kPa

word/media/image81_1.png

=51.1kPa

第三层土压力，

word/media/image82_1.pngword/media/image73.wmf。

(4) 第四层土：

主动土压力系数，

word/media/image83_1.png

主动土压力强度，

word/media/image84_1.png

=30.3kPa

word/media/image85_1.png

=43.6kPa

第四层土压力，

word/media/image86_1.pngword/media/image73.wmf。

(5) 第五层土：

主动土压力系数，

word/media/image87.wmf

主动土压力强度，

word/media/image88_1.png

=52.3kPa

word/media/image89_1.png

=56.8kPa

第五层土压力，

word/media/image90_1.pngword/media/image73.wmf。

(6) 第六层土：

主动土压力系数，

word/media/image91_1.png

主动土压力强度，

word/media/image92.wmf

=48.9kPa

word/media/image93_1.png

=70kPa

第六层土压力，

word/media/image94.wmfword/media/image73.wmf。

CDEF段土压力分布图如图4.2：

word/media/image95_1.png图4.2 CDEF段土压力分布 (单位: kPa)

4.3 FG段土压力

(1) 第一层土：

主动土压力系数 ，

word/media/image96_1.png

主动土压力强度，

word/media/image97.wmfkPa

word/media/image98.wmfkPa

第一层土压力，

word/media/image99_1.pngword/media/image73.wmf。

(2) 第二层土：

主动土压力系数，

word/media/image100.wmf

主动土压力强度，

word/media/image101_1.png

=32.5kPa

word/media/image102.wmf

=41.5kPa

第二层土压力，

word/media/image103.wmfword/media/image73.wmf。

(3) 第三层土：

主动土压力系数，

word/media/image104.wmf

主动土压力强度，

word/media/image105.wmf

=58.7kPa

word/media/image106_1.png

=68.6kPa

第三层土压力，

word/media/image107_1.pngword/media/image73.wmf。

(4) 第四层土：

主动土压力系数，

word/media/image108.wmf

主动土压力强度，

word/media/image109.wmf

=38kPa

word/media/image110.wmf

=51.4kPa

第四层土压力，

word/media/image111_1.pngword/media/image73.wmf。

(5) 第五层土：

主动土压力系数，

word/media/image112_1.png

主动土压力强度，

word/media/image113.wmf

=61.9kPa

word/media/image114.wmf

=80kPa

第五层土压力，

word/media/image115.wmfword/media/image73.wmf。

(6) 第六层土：

主动土压力系数，

word/media/image116_1.png

主动土压力强度，

word/media/image117.wmf

=56kPa

word/media/image118.wmf

=76.7kPa

第六层土压力，

word/media/image119.wmfword/media/image73.wmf。

word/media/image120_1.png FG段土压力分布图如图4.3：

图4.3 FG段土压力分布 (单位: kPa)

4.4 GHIA段土压力

(1) 第一层土：

主动土压力系数，

word/media/image121.wmf

主动土压力强度，

word/media/image122_1.pngkPa

word/media/image123.wmfkPa

第一层土压力，

word/media/image124_1.pngword/media/image73.wmf。

(2) 第二层土：

主动土压力系数，

word/media/image125_1.png

主动土压力强度，

word/media/image126.wmf

=55kPa

word/media/image127_1.png

=63.6kPa

第二层土压力，

word/media/image128.wmfword/media/image73.wmf。

(3) 第三层土：

主动土压力系数，

word/media/image129_1.png

主动土压力强度，

word/media/image130_1.png

=99kPa

word/media/image131.wmf

=109kPa

第三层土压力，

word/media/image132_1.pngword/media/image73.wmf。

(4) 第四层土：

主动土压力系数，

word/media/image133.wmf

主动土压力强度，

word/media/image134.wmf

=56kPa

word/media/image135_1.png

=69.4kPa

第四层土压力，

word/media/image136.wmfword/media/image73.wmf。

(5) 第五层土：

主动土压力系数，

word/media/image137.wmf

主动土压力强度，

word/media/image138.wmf

=84kPa

word/media/image139_1.png

=102kPa

第五层土压力，

word/media/image140_1.pngword/media/image73.wmf。

(6) 第六层土：

主动土压力系数，

word/media/image141_1.png

主动土压力强度，

word/media/image142.wmf

=72kPa

word/media/image143.wmf

=93kPa

第六层土压力，

word/media/image144_1.pngword/media/image73.wmf。

GHIA段土压力分布图如图4.4：

图4.4 GHIA段土压力分布 (单位: kPa)

第5章 各段支护设计

本工程段支护方式具体设计根据场地工程地质条件、土压力分布、周边建筑物及道路情况，并综合考虑经济性因素，分别选择适用于每段的支护方式。

5.1 ABC段排桩支护设计

由于场地狭窄，场地ABC段必须采用刚性垂直支护，本段设计采用钻孔灌注桩锚拉支护方式。桩径800mm，桩间距1.5m，桩间采用C25混凝土喷射。本工程排桩支护采用多点支撑体系，预设三道锚杆，第一道距地面3.5m，第二道与第一道、第三道与第二道间距均为2m，锚杆水平间距1.5m。

5.1.1 支护桩嵌固深度

嵌固深度计算采用分段等值梁法(如图5.1所示)：

图5.1 锚撑式排桩等值梁法计算简图

根据土压力分布图计算：

(1) 第一层支撑阶段，挖土深度要满足第二层支撑安装的需要，土压力零点为word/media/image146_1.png。

word/media/image147_1.png

把word/media/image148.wmf段当作简支梁，各力对word/media/image149.wmf点取矩。

由word/media/image150_1.png得：

word/media/image151.wmf

(2) 第二层支撑阶段，挖土深度要满足第三层支撑安装的需要，土压力零点为word/media/image152_1.png。

word/media/image153_1.png

把word/media/image154.wmf段当作简支梁，各力对word/media/image155_1.png点取矩。

由word/media/image156_1.png得：

word/media/image157_1.png

(3) 第三层支撑阶段，挖土深度至基坑底部，同理可得：

word/media/image158_1.png。

word/media/image159.wmf

(4) 计算支护结构所承受的剪应力word/media/image160.wmf为：

word/media/image161_1.png

支护桩嵌固深度：

word/media/image162.wmf

取嵌固深度为6m。

支护桩结构设计长度：

word/media/image163.wmf。

因此，支护桩设计桩长为16m。

5.1.2 支护桩布置

本段支护桩的桩径取800mm，进一步明确支护桩的布置情况，还需要进行桩间距以及桩体配筋计算。

5.1.2.1 桩间距计算

桩间距的计算应按下式进行：

word/media/image164_1.png

word/media/image165.wmf

经计算：word/media/image166.wmf。

本段排桩支护设计取桩间距word/media/image167_1.png。

5.1.2.2 支护桩配筋验算

本工程支护桩主筋为12B20，箍筋A8150mm，混凝土强度等级为C25。

截面抗弯承载力计算公式为：

word/media/image168_1.pngword/media/image51_1.png word/media/image169.wmfword/media/image170_1.png

式中 word/media/image171.wmf——桩截面积，m2；

word/media/image172_1.png——纵向钢筋截面积，m2；

word/media/image173_1.png——圆形桩截面半径，m；

word/media/image174_1.png——纵筋在圆周的半径，m；

word/media/image175.wmf——对应于受压去混凝土的截面面积的圆心角与2word/media/image176.wmf的比值；

word/media/image177.wmf——纵筋截面面积与全部纵筋截面积比值，当α>0.625时：αt=0；

word/media/image178_1.png——混凝土弯曲抗压强度设计值，word/media/image179_1.png；

word/media/image180.wmf——钢筋抗拉强度设计值，word/media/image181_1.png。

桩体的最大弯矩：

word/media/image182_1.png。

word/media/image183_1.png。

word/media/image184_1.png。

经比较，word/media/image185_1.png<word/media/image186.wmf，因此，支护桩配筋满足要求。

5.1.3 锚杆计算

5.1.3.1 承载力计算

据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)中的相关规定，锚杆承载力计算根据以下公式：

式中 word/media/image188.wmf——锚杆水平拉力设计值，kN；

word/media/image189_1.png——锚杆轴向受拉承载力设计值，kN；

word/media/image190_1.png——锚杆与水平面的倾角，(°)；

word/media/image191_1.png——扩孔锚固体直径，m；

word/media/image192_1.png——直孔段锚固体直径，m；

word/media/image193.wmf——第i层土中直孔部分锚固段长度，m；

word/media/image194.wmf——第j层土中扩孔部分锚固段长度，m；

word/media/image195_1.png——土层与锚固体的极限摩阻力标准值，kPa；

word/media/image196.wmf——扩孔部分粘聚力标准值，kPa；

word/media/image197_1.png——锚杆轴向受拉抗力分项系数，取1.3。

计算得：

word/media/image198.wmf

word/media/image199.wmf

word/media/image200_1.png

word/media/image201_1.png

经比较，word/media/image202_1.png=246kN＜489×cos20°=460kN。

因此，锚杆承载力满足要求。

5.1.3.2 锚杆长度计算

锚杆长度计算包括锚杆锚固段长度以及锚杆自由度长度，分别按照规公式进行相关的计算。

(1) 锚固段长度

锚杆轴力：word/media/image203.wmfkN。

锚固段长度计算公式如下：

式中 word/media/image205.wmf——锚杆轴向拉力设计值，kN；

word/media/image206_1.png——抗力分项系数，Ⅱ级基坑取1.6；

word/media/image207.wmf——土体与锚固体间粘结强度值，kPa。

经计算，word/media/image208_1.png，本工程设计锚固段长度取4.0m。

(2) 自由段长度

根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)中的规定，锚杆自由度长度计算为：

word/media/image209_1.png (5-3)

式中 word/media/image210_1.png——锚杆锚头中点至基坑底面以下基坑外侧荷载标准值与基坑

侧抗力标准值相等处的距离，取12.8m；

word/media/image211_1.png——土体各土层加权摩擦角标准值，(°)；

word/media/image212_1.png——锚杆倾角，(°)。

经计算 word/media/image213.wmf=7.2m，

取自由段长度为8m。

因此，锚杆长度设计值word/media/image214.wmf=12m。

5.1.3.3 锚杆配筋

锚杆计算配筋面积word/media/image215.wmfword/media/image216.wmf。

配置HRB335级钢筋，2B25mm，实际配筋面积word/media/image217_1.png。

5.1.4 稳定性验算

根据《建筑基坑工程技术规》中对排桩支护的规定，排桩支护的稳定性验算包括：基坑底抗隆起稳定性验算、基坑底抗渗流稳定性验算、基坑整体稳定性验算和抗倾覆稳定性验算。

5.1.4.1 基坑底抗隆起稳定性验算

根据《建筑基坑工程技术规》式6.3.1，参照PrandH地基承载力方式，将桩底面的平面作为极限承载力的基准面(如图5.2所示)，承载力安全系数的公式如下：

式中 word/media/image219.wmf——土的重度(取加权平均值)，word/media/image51_1.png；

word/media/image220.wmf——土的粘聚力，kPa；

word/media/image221.wmf——地面荷载，word/media/image51_1.png；

word/media/image222_1.png，word/media/image223.wmf——地基承载力系数。

采用PrandH公式时，word/media/image224.wmf、word/media/image225_1.png按下式计算：

计算得：

word/media/image227_1.png。

word/media/image228_1.png。

word/media/image229.emf 承载力安全系数：word/media/image230.wmf。

图5.2 基坑底抗隆起稳定性验算

所以，基坑底抗隆起稳定性验算满足要求。

5.1.4.2 基坑底抗渗流稳定性验算

本场地基坑底以下有透水层(如图5.3所示)，应采用抗力分项系数(上覆土重与透水层顶面压力之比)进行验算，验算公式如下：

式中 word/media/image232.wmf——word/media/image233.wmf深度围土的饱和重度，word/media/image234_1.png；

word/media/image235.wmf——基坑外水位的水头差，word/media/image236_1.png；

word/media/image237_1.png——基坑底土层渗流稳定抗力系数，word/media/image238.wmf；

word/media/image239_1.png——水的重度，word/media/image234_1.png；

word/media/image240_1.png——桩的入土深度，m。

由土层参数可得：

word/media/image241.wmfword/media/image234_1.png。

由降水情况知：

word/media/image242_1.png。

经计算：

word/media/image243_1.png>1.1。

所以，基坑底抗渗流稳定性满足要求。

图5.3 基坑底抗渗流稳定性验算

5.1.4.3 基坑整体稳定性验算

基坑整体稳定性验算采用条分法，当基坑外有地下水位差时，验算公式如下：

式中 word/media/image245.wmf——每一土条浸润线以上的高度，m；

word/media/image246.wmf——与word/media/image245.wmf对应的土的天然重度，word/media/image234_1.png；

word/media/image247.wmf——浸润线以下坑水位以上的土条高度，m；

word/media/image248_1.png——与word/media/image247.wmf相对应的土的天然重度，word/media/image234_1.png；

word/media/image249_1.png——与word/media/image247.wmf相对应的土的饱和重度，word/media/image234_1.png；

word/media/image250_1.png——坑水位以下土条高度，m；

word/media/image251_1.png——与word/media/image250_1.png相对应的土的天然重度，word/media/image234_1.png；

word/media/image252.wmf——与word/media/image250_1.png相对应的土的饱和重度，word/media/image234_1.png；

word/media/image253_1.png——每延米中的桩产生的抗滑力矩，word/media/image254.wmf；

word/media/image255_1.png——基坑整体稳定性抗力分项系数，word/media/image256.wmfword/media/image257.wmf1.2；

word/media/image258_1.png——滑动圆弧的半径，m。

word/media/image259_1.png——桩与滑弧切点至圆心连线与垂线的夹角，(word/media/image260_1.png)。

式中各参数参见图5.4a。

桩抗滑力矩word/media/image261.wmf计算公式如下：

式中 word/media/image263.wmf——桩身抗弯弯矩，word/media/image264_1.png；

word/media/image265.wmf——切桩圆弧面至坡面的深度，m；

word/media/image266_1.png——word/media/image245.wmf围土的重度，word/media/image234_1.png；

word/media/image267.wmf——桩径，m；

word/media/image268_1.png——桩间净距，m。

式中各参数参见图5.4b。

经计算，R=25.2m，word/media/image269_1.png=64°，word/media/image270_1.png=4475word/media/image271.wmf。

因此，计算得：word/media/image256.wmf=4.4>1.2。基坑整体稳定性验算满足要求。

图5.4a 基坑整体稳定性验算

word/media/image272_1.png图5.4b 桩抗力力矩计算图示

5.1.4.4 抗倾覆稳定性验算

抗倾覆安全系数：

式中 word/media/image274_1.png——被动土压力及支点力对桩底的弯矩，word/media/image275.wmf；

word/media/image276.wmf

word/media/image277_1.png——主动土压力对桩底的弯矩，word/media/image278_1.png；

word/media/image279_1.png=3960word/media/image280_1.png。

计算得：word/media/image281.wmf=1.41>1.3。

因此，基坑抗倾覆验算满足要求。

5.2 CDEFG段喷锚网支护

本段基坑较长，CDEF段直线距离超过三百米，考虑造价因素，采用喷锚网支护方式。喷锚网施工采用分层分段开挖的方法，逐层、逐段交叉进行平行作业，明显缩短工期。喷锚网支护结构属于外支撑系统，锚杆在整个系统中的作用可看成是一种“固定荷载支点”，喷锚网和锚杆相连，使基坑支护体系具有良好的柔性和整体性，共同作用于坑壁及其周围的土体中。

5.2.1 锚杆布置

根据该段土压力分布图，在基坑深度10m围，共设6道锚杆，锚杆间距为1.5m×1.5m，锚杆倾角15°，锚杆按梅花形布置。锚杆锚固体直孔段直径130mm，扩孔段直径150mm。

5.2.2 锚杆计算

锚杆设计中对于锚杆的计算包括锚杆承载力计算和锚杆长度计算。

5.2.2.1 锚杆承载力计算

锚杆的承载力即锚固力，也就是极限抗拔力。根据土层锚杆拉力的传递方式，锚杆承载力通常取决于：拉杆的极限抗拉强度，拉杆与锚固体之间的极限握裹力，锚固体与土体之间的极限侧阻力。根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)的相关规定，锚杆的承载力按下式计算：

word/media/image282_1.png (5-10)

word/media/image283.wmf=323kN。

word/media/image284_1.png948word/media/image285_1.png。

word/media/image286_1.png=720kN。

式中 word/media/image287_1.png——锚杆水平拉力设计值，kN；

word/media/image288_1.png——锚杆轴向受拉承载力设计值，kN；

word/media/image190_1.png——锚杆与水平面的倾角，(word/media/image260_1.png)；

word/media/image191_1.png——扩孔锚固体直径，m；

word/media/image289_1.png——直孔段锚固体直径，m；

word/media/image290_1.png——第i层土中直孔部分锚固段长度，m；

word/media/image291_1.png——第j层土中扩孔部分锚固段长度，m；

word/media/image292.wmf——土层与锚固体的极限摩阻力标准值，kPa；

word/media/image293.wmf——扩孔部分粘聚力标准值，kPa；

word/media/image294_1.png——锚杆轴向受拉抗力分项系数，取1.3。

经比较：word/media/image295_1.png=323kN<720×cos15°=695kN。

因此，锚杆承载力满足要求。

5.2.2.2 锚杆长度计算

锚杆长度包括锚固段长度和自由段长度。锚固段长度按照《建筑基坑工程技术规》公式进行计算，自由段长度根据《建筑基坑支护技术规程》(120-99)公式计算。

(1) 锚固段长度

锚固段长度计算考虑锚杆所受的轴向拉力，计算公式为：

式中 word/media/image297_1.png——锚杆轴向拉力设计值，kN；

word/media/image298.wmf——抗力分项系数，Ⅱ级基坑取1.6；

word/media/image299_1.png——土体与锚固体间粘结强度值，kPa。

本段锚杆所受轴向拉力：

word/media/image300_1.png

cafd53ee201511b1f7d3fd99f1626490.pngkN

因此，word/media/image302_1.png=6.5m。

取word/media/image303.wmf=7m。

(2) 自由段长度

自由段长度计算公式：

word/media/image304.wmf (5-12)

式中 word/media/image305.wmf——锚杆锚头中点至基坑底面以下基坑外侧荷载标准值

与基坑侧抗力标准值相等处的距离，m；

word/media/image306_1.png——土体各土层加权摩擦角标准值，(word/media/image260_1.png)；

word/media/image307_1.png——锚杆倾角，(word/media/image260_1.png)。

已知：

word/media/image308.wmf

=12.5m。

经计算：

word/media/image309_1.png=7.3m。

取word/media/image310_1.png。

所以，锚杆的设计长度word/media/image311_1.png。

5.2.2.3 锚杆配筋计算

锚杆配筋按轴向受拉构件进行计算：

word/media/image312.wmf。

该段锚杆配筋选择HRB335级螺纹钢筋，实配3B22mm，实际配筋面积word/media/image313.wmf=1140word/media/image314_1.png。

5.2.3 混凝土面层计算

本工程喷射混凝土强度等级为C25，面层厚度100mm。

取单位面积墙宽计算，混凝土面层分担20%土压力，因此：

word/media/image315.wmf

word/media/image316_1.png

word/media/image317.wmf

word/media/image318_1.png

word/media/image319_1.png

word/media/image320_1.png

混凝土面层配置HPB235级钢筋，Aword/media/image321_1.png，网格形布置，实际配筋面积word/media/image322_1.png。

5.2.4 锚杆部稳定性验算

部稳定验算是指土层锚杆与支护墙基础假想支点之间深滑动面的稳定验算，即锚杆深层滑移稳定性验算。采用图解法进行分析，如图5.5所示：

图5.5 锚杆部稳定性分析

图中 word/media/image323.wmf——滑动土体的重量，包括地面超载，kN；

word/media/image324.wmf——作用于支护墙上主动土压力的合力，kN；

word/media/image325_1.png——作用于CD面上主动土压力的合力，kN；

word/media/image326.wmf——作用于BC面上反力的合力，kN；

word/media/image327_1.png——土体的摩擦角，(word/media/image260_1.png)；

word/media/image328.wmf——支护墙与土体之间的摩擦角，(word/media/image260_1.png)；

word/media/image329.wmf——深层滑移面与水平面之间的夹角，(word/media/image260_1.png)；

word/media/image330_1.png——锚杆倾角，(word/media/image260_1.png)。

锚杆深层滑移安全系数计算如下：

式中 word/media/image332.wmf——土层锚杆设计轴向拉力，kN；

word/media/image333_1.png——深层滑移安全系数，一般不小于1.2；

word/media/image334.wmf——锚杆拉力，kN。

锚杆拉力word/media/image335_1.png用静力平衡法分析。由土层参数可知：word/media/image336_1.png=21°，word/media/image337_1.png=21°，word/media/image338.wmf=15°，word/media/image339.wmf=15°。

各力计算分别为：

word/media/image340.wmf=2300kN；

word/media/image341_1.png=80kN；

word/media/image342_1.png=150kN；

word/media/image343.wmf=550kN。

根据各力的几何关系知：word/media/image344_1.png=224kN。

计算得：word/media/image345_1.png>1.2。

所以，锚杆深层抗滑移稳定性满足要求。

5.2.5 锚杆外部稳定性验算

外部稳定性是指锚杆围护系统和土体全部结合在一起的整体稳定。由于基坑自身失稳或受荷载作用，从支护墙基础底部产生滑动而向外推移，整个体系沿滑缝向下滑动，整个土锚均在土体深滑裂面围之，造成整体失稳。采用圆弧法验算外部整体稳定性(如图5.6所示)。

滑动圆弧半径R=17m。

荷载影响宽度word/media/image346_1.png。

图5.6 外部稳定性圆弧简化计算

5.2.5.1 抗滑移验算

根据《建筑基坑工程技术规》中的相关规定，喷锚网抗滑移验算公式为：

word/media/image347_1.png (5-14)

已知：word/media/image348_1.png。

所以，word/media/image349.wmf。

经比较：word/media/image350.wmf。

所以，抗滑移验算满足要求。

5.2.5.2 抗倾覆验算

验算公式如下：

word/media/image351.wmf (5-15)

式中 word/media/image352.wmf——墙后填土的重量，kN。

word/media/image353_1.png。

计算得：

word/media/image354.wmf。

word/media/image355_1.png。

因此，抗倾覆验算满足要求。

5.2.5.3 基底稳定性验算

取基坑底以上土的粘聚力为：word/media/image356_1.png；基坑底以下土的粘聚力为：word/media/image357_1.png。

word/media/image358_1.png

word/media/image359.wmf

word/media/image360.wmf>1.5。

所以，基坑底部稳定性满足要求。

5.3 GHIJA段土钉支护

本段场地距离坑外既有道路、建筑物较远，空间相对较远，采用土钉支护，1：0.1放坡。

5.3.1 土钉设计参数

土钉支护设计中土钉参数确定包括初估土钉长度、土钉锚固体直径、土钉的间距、土钉杆径以及土钉倾角等。

5.3.1.1 初估土钉长度

土钉长度初估时经验公式如下：

word/media/image361_1.png (5-16)

式中 word/media/image362_1.png——经验系数，一般取0.7word/media/image363.wmf1.2，本设计取1.0；

word/media/image364_1.png——土坡垂直高度，m；

word/media/image365.wmf——止浆器长度，一般为0.8word/media/image366_1.png1.5m，本工程取1.5m。

计算得：

word/media/image367_1.png。

取word/media/image368_1.png=12m。

5.3.1.2 土钉锚固体直径

锚固体直径word/media/image369_1.png由施工机械而确定，一般宜为70word/media/image370.wmf120mm，本工程钻孔靠人工铲挖孔，word/media/image371.wmf取120mm。

5.3.1.3 土钉间距

土钉水平间距用word/media/image372.wmf表示，竖直间距用word/media/image373_1.png表示，根据下式计算：

word/media/image374.wmf (5-17)

式中 word/media/image375_1.png——灌浆工艺系数，对一次灌浆工艺取1.5word/media/image376.wmf2.5，本工程word/media/image377.wmf取

值为1.5。

经计算：

word/media/image378.wmf。

为确保安全储备，最终取word/media/image379.wmf。

5.3.1.4 土钉杆径

根据工程实例，土钉杆径选取公式为：

word/media/image380_1.png (5-18)

因此，土钉钢筋选取B25mm，HRB335级钢筋。

5.3.1.5 土钉倾角

本工程土钉与水平面的夹角取15°，即土钉倾角word/media/image381.wmf。

5.3.2 土钉设计计算

5.3.2.1 土钉拉力计算

在土体自重和地表均布荷载作用下，土钉所受的最大拉力word/media/image382.wmf可按侧压力分布图形用下式求出：

word/media/image383_1.png (5-19)

式中 word/media/image384_1.png——土钉倾角，(word/media/image385_1.png)；

44c29edb103a2872f519ad0c9a0fdaaa.png——土钉长度中点所处深度位置的侧压力，kPa；

word/media/image387_1.png——土钉长度中点所处深度位置上土体自重引起的侧压力，kPa；

word/media/image388.wmf——地表均布荷载引起的侧压力，kPa。

对于 word/media/image389.wmf的土层，土体自重引起的侧压力峰值为：word/media/image390.wmf。

地表均布荷载引起的侧压力：

word/media/image391_1.png。

计算土钉最大拉力：

word/media/image392_1.png。

5.3.2.2 土钉的设计力

根据规及实际工程要求，土钉在设计力作用下应满足下式：

word/media/image393.wmf (5-20)

式中 word/media/image394_1.png——土钉局部稳定性安全系数，1.2word/media/image395_1.png1.4；

word/media/image396_1.png——土钉设计力，kN；

word/media/image397_1.png——土钉钢筋直径，m；

word/media/image398.wmf——钢筋抗拉强度，word/media/image399.wmf。

经计算得：

word/media/image400_1.png。

因此，设计力满足要求。

5.3.2.3 土钉长度确定

各层土钉的长度应满足下式要求：

word/media/image401.wmf (5-21)

式中 word/media/image402.wmf——土钉轴线与倾角等于word/media/image403_1.png斜线的交点至土钉外端的距

离，m；

word/media/image404.wmf——土钉孔径，m；

word/media/image405_1.png——土钉与土体之间的界面黏结强度，kPa。

计算得：

word/media/image406_1.png。

取土钉设计长度word/media/image407_1.png=13m。

5.3.2.4 土钉极限抗拉承载力

土钉极限抗拉承载力word/media/image408_1.png按以下两个公式计算，并取其中较小值。

(1)按土钉抗拔条件计算：

word/media/image409.wmf。

(2)按土钉受拉屈服条件：

word/media/image410.wmf。

式中 word/media/image411_1.png——土钉孔径，m；

word/media/image412_1.png——土钉杆件直径，m；

word/media/image413.wmf——土钉在破坏面侧伸入稳定土体的长度，m；

word/media/image414_1.png——土钉与土体之间的界面黏结强度，kPa；

word/media/image415_1.png——钢筋抗拉强度，word/media/image416_1.png。

经比较，土钉的极限抗拉承载力word/media/image417_1.png=106kN。

5.3.3 混凝土面层计算

本段支护混凝土面层喷射混凝土强度等级为C25，面层厚度为100mm。面层配筋计算取单位面积墙体，混凝土面层分担20%土压力。

word/media/image418_1.png

word/media/image419.wmf

word/media/image420.wmf

word/media/image421.wmf

word/media/image422.wmf

word/media/image423_1.png

混凝土面层配置HPB235级钢筋，A8150mm网格形布置，实际配筋面积word/media/image424.wmf。

5.3.4 土钉部验算

5.3.4.1 土钉抗拔承载力验算

单根土钉轴向拉力：

word/media/image425_1.png

经比较，word/media/image426_1.png>word/media/image427.wmf。

所以，土钉抗拔承载力满足要求。

5.3.4.2 部整体滑动稳定性验算

假定破坏面上的土钉只承受拉力，且达到极限抗拉能力word/media/image428_1.png，按圆弧破坏面采用简单条分法对土钉支护作部整体稳定性验算。计算公式如下：

word/media/image429.wmf (5-22)

式中 word/media/image430_1.png——word/media/image431.wmf土条的重量，kPa；

word/media/image432.wmf——作用于word/media/image431.wmf土条的地面荷载，kPa；

word/media/image433_1.png——第word/media/image431.wmf土条圆弧滑动面切线的水平倾角，(°)；

word/media/image434_1.png——第word/media/image431.wmf土条宽度，m；

word/media/image435_1.png——第word/media/image431.wmf土条圆弧滑动面所处第word/media/image431.wmf层土的粘聚力，kPa；

word/media/image436_1.png——第word/media/image431.wmf土条圆弧滑动面所处第word/media/image431.wmf层土的摩擦角，(°)；

word/media/image437_1.png——滑动面上第k排土钉的最大抗力，kN；

word/media/image438.wmf——第k排土钉轴线与该破坏面切线之间的夹角，(°)；

word/media/image439.wmf——第k排土钉的水平间距，m；

word/media/image440.wmf——部整体滑动稳定性安全系数，一般不小于1.3。

式中各参数参见图5.7。

经计算，word/media/image441_1.png。

所以，部整体稳定性满足要求。

图5.7 土钉整体稳定性计算

5.3.5 土钉外部稳定性验算

5.3.5.1 抗滑动稳定性验算

根据《建筑基坑工程技术规》中相关规定，土钉墙抗滑动稳定性安全系数计算为：

word/media/image442.wmf (5-23)

式中 word/media/image443.wmf——作用于土钉墙后主动土压力水平分量，kN；

word/media/image444_1.png——土钉墙底面上产生的抗滑力，kN。

式中参数参见图5.8。

word/media/image445_1.png (5-24)

式中 word/media/image446_1.png——墙后土体重量，word/media/image447_1.png=2128kN；

word/media/image448_1.png——土钉墙计算宽度；

word/media/image449.wmf。

经计算：

word/media/image450.wmf

所以，word/media/image451.wmf。

因此，该土钉支护设计抗滑动稳定性满足要求。

图5.8 土钉支护抗滑动稳定性验算简图

5.3.5.2 抗倾覆稳定性验算

抗倾覆稳定安全系数计算式为：

word/media/image452_1.png (5-25)

式中 word/media/image453_1.png——作用于土钉墙后主动土压力垂直分量，kN；

word/media/image454.wmf——土钉墙后主动土压力作用点离墙底的垂直距离，m。

经计算：word/media/image455_1.png。

所以，抗倾覆稳定性验算满足要求。

第6章 降水计算

6.1 降水方案

本场地地下水类型为潜水，地下水埋深2.80m，潜水含水层厚度为17m，含水层渗透系数为15word/media/image456_1.png.根据场地水文地质条件和类似的工程降水实例，本工程降水采用无砂水泥管井，成井直径400mm。

本工程降水井布设分坑降水和坑外降水两种，坑降水井沿基坑长边中间轴线布设，坑外降水井布设采用环形井点系统，坑外井点距基坑边1.0m。

6.2 降水井深度

降水井深度按照《建筑与市政降水过程技术规》(JGJ/111-98)中的6.2.3式计算：

word/media/image457_1.png (6-1)

word/media/image458_1.png (6-2)

式中 word/media/image459.wmf——降水井深度，m；

word/media/image460.wmf——基坑深度，m；

word/media/image461_1.png——降水水位至基坑底的距离，取1.0m；

word/media/image462.wmf——水力坡度，word/media/image463.wmf；

word/media/image464_1.png——基坑等效半径，word/media/image465.wmf；

word/media/image466_1.png——降水期间水位变幅，取1.0m；

word/media/image467_1.png——降水井过水长度，取0.5m；

word/media/image468_1.png——沉砂管长度，取0.5m。

因此：word/media/image469_1.png。

6.3 涌水量

6.3.1 单井涌水量

根据《建筑基坑工程技术规》公式13.2.4-7计算单井涌水量：

word/media/image470.wmf (6-3)

式中 word/media/image471.wmf——滤管直径，m；

word/media/image472_1.png——滤管有效工作部分长度，取0.5m；

word/media/image473_1.png——经验系数，根据规表13.2.4，取word/media/image473_1.png=0.7。

计算得：

word/media/image474_1.png。

6.3.2 基坑总涌水量

本基坑长宽比小于10，按面状基坑计算总涌水量，基坑远离隔水边界：

word/media/image475.wmf (6-4)

式中 word/media/image476_1.png——潜水含水层厚度，m；

word/media/image477.wmf——基坑设计水位将深值，m；

word/media/image478_1.png——影响半径，word/media/image479_1.png，m；

word/media/image480_1.png——井的影响半径，word/media/image481.wmf；

word/media/image482.wmf——基坑围的引用半径，m。

根据水位降深图6.1所示，水位降深值：word/media/image483_1.png。

图6.1 水位降深示意图

计算得：

word/media/image484.wmf。

6.4 降水井布设

基坑周边降水井数量计算：

word/media/image485_1.png。

降水井数量word/media/image486.wmf=121，沿基坑外边缘布置。

降水井间距计算式为：

word/media/image487_1.png (6-5)

式中 word/media/image488_1.png——沿基坑周边布置降水井的总长度，m。

因此，word/media/image489_1.png。

基坑降水井沿基坑南北方向轴线布置，井间距15m，井点数量27。

6.5 降水井效果验算

6.5.1 各井点单井过滤器进水长度验算

根据《建筑基坑工程技术规》，验算公式为：

word/media/image490_1.png (6-6)

单井井管进水长度word/media/image491.wmf可按下式计算：

word/media/image492.wmf (6-7)

式中 word/media/image493.wmf——基坑引用半径，m；

word/media/image494_1.png——管井半径，m；

word/media/image495.wmf——潜水含水层厚度，m；

word/media/image496_1.png——井的影响半径，m；

word/media/image497.wmf——基坑影响半径，m

7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png——井点数量。

计算得：

word/media/image499_1.png。

经比较，word/media/image500_1.png>word/media/image501_1.png。

因此，单井过滤器进水长度满足要求。

6.5.2 基坑中心点水位降深验算

根据降水漏斗原理，基坑中心点的水位降深值相对于整个基坑来说是最小的，因此需要对基坑中心点的水位将深进行验算，以确保基坑施工过程中水位低于开挖面。

验算公式为：

word/media/image502.wmf (6-8)

式中 S——基坑中心点水位降深值，m；

word/media/image503.wmf——各井距基坑中心的距离，计算时取基坑等效半径

word/media/image504.wmf。

所以，word/media/image505_1.png。

word/media/image506.wmf>word/media/image507_1.png，基坑中心点水位降深满足要求。

6.6 排水系统布置

排水系统由集水池沉淀池和直径100mm的水泥排水导管组成，最终将水排放到附近的汤河。

6.6.1 基坑集水池的布置

在基坑底部四周设排水盲沟，角部和中部共设集水池7个。排水沟和集水池布置在基础边0.4m以外，排水沟边缘距坡脚大于0.3m，排水沟宽0.4m，槽深0.4m，沟填入碎石，集水池底比沟底低0.5m。

6.6.2 坡顶排水系统布置

坡顶沿基坑四周设置8个积水池，尺寸为3m×1.5m×2m，用于将降水井抽出的水及基坑排水排到就近的积水池，再排到指定的排放地点。

6.7 基坑监测

在基坑周围分别设置沉降观测井和位移观测井，随时观察周边水位的变化，及时了解降水引发的对基坑附近地表各点沉降与位移的影响。

沉降观测采用单程单侧法，按三级水准测量的精度要求进行。水准点布置于距基坑工程约200m的阴凉处，沉降观测点位于各建筑物墙体勒脚以上，本次共布置14个沉降观测点，位移观测点10个。各点基准高程测量于基坑降水开始前完成，取前4次测量结果的平均值作为高程基准值。沉降观测测量间隔时间为前期1word/media/image508_1.png3天，中期10word/media/image509_1.png15天，后期30天，直至沉降稳定。

位移观测采用活动砧牌法，考虑工程的实际情况，本次设计观测排桩和喷射混凝土面层的位移。位移观测测量间隔时间为前期1word/media/image508_1.png3天，中期10word/media/image509_1.png15天，后期30天，直至位移稳定。

第7章 基坑支护施工组织设计

7.1 施工工艺流程

(1) 排桩施工工艺流程:桩位测量放线→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼、导管→灌注混凝土→拔出护筒→孔口回填→桩机移位→桩养护。

(2) 锚杆及土钉支护施工工艺流程:基坑开挖→修整边壁→测量、放线→人工铲钻孔→插杆筋→压力注浆→养护→边坡立面平整→绑扎钢筋网片→进行喷射混凝土作业→混凝土面层养护→裸露主筋除锈→焊锚具→锚头锁定。

7.2 施工的技术要求

7.2.1 排桩支护技术要求

支护桩施工必须满足规定的技术要求，严格按照技术要求进行：

(1) 排桩宜采取隔桩施工，并应在灌注混凝土24h后进行邻桩成孔施工。

(2) 必须保证钢筋笼主筋的全长配置长度，保证桩身混凝土的完整性，严禁出现断桩、混浆或缩颈现象。

(3) 桩孔定位采用“+”定位法，钻机安放要平稳，使转盘中心与桩位中心重合，再找平垫实，使机座周正水平，桩位偏差<50mm，竖向偏差<1%。

(4) 混凝土采用商品混凝土，须有相应的质保书，和易性、流动性要满足要求，混凝土塌落度18word/media/image510_1.png22mm。

(5) 钢筋笼要按要求确定钢筋位置，绑扎要牢固，吊放要垂直，不得出现钢筋笼弯曲现象。钢筋笼在孔口焊接，两段笼子应保持顺直，同截面接头不得超过配筋的50%，间距错开不少于35d。钢筋笼焊接完好后，应缓慢下放至孔，严禁猛提猛墩，隔4米在钢筋笼四周均匀设立3个水泥保护块，钢筋笼下放至预定位置后，应在孔口固定，以防其上窜或下沉。现场技术人员要进行详细的技术交底，并设专人检查钢筋的位置、方向及尺寸偏差，允许偏差控制在规规定的围之。

(6) 采用螺纹接头连接的导管，其径Φ250，底管长度为4m，中间节长度一般为2.5m，导管管身应无破损，接头丝扣保持良好。导管在孔口连接应牢固，设置密封圈，吊放时，应使位置居中，轴线顺直，稳定沉放，避免卡挂钢筋笼和刮撞孔壁，灌注前应保证导管底端距孔底0.5m距离。

(7) 混凝土灌注前，计算出混凝土灌注初灌量。施工中要保证灌注初灌量，灌注时导管埋深控制在2word/media/image511_1.png6m，拆管前专人测量孔砼面，并做好砼灌注记录，灌注砼接近桩顶标高时，应控制最后一次浇灌量，确保桩顶标高符合设计要求。

7.2.2 喷锚网与土钉支护施工技术要求

(1) 基坑开挖应按设计规定厚度分段开挖，做到随时开挖，随时支护，随时喷射混凝土，在完成上层作业面的放置锚杆或土钉及喷射混凝土以前，不宜进行下一层土的开挖。本基坑南北间距约为350m，东西间距约为150m，当上一层土钉或锚杆未完时，允许在距离四周边坡10m的基坑中部自由开挖，但应注意与分层作业区的开挖相协调，严禁边壁出现超挖或造成边壁土体松动或挡土结构的破坏。

(2) 锚杆、土钉支护宜在排除作业层地下水的情况下进行施工。基坑西、北侧坡顶地面采用word/media/image512.wmf20混凝土硬化至围墙脚部,基坑东侧坡顶向外延伸2m围用word/media/image513.wmf20混凝土硬化，并且里高外低，便于径流远离边坡。坡顶排水沟与基坑边缘的距离为2.0m，沟底和两侧找平砂浆中掺入5%的防水剂。为了排除积聚在基坑的渗水和雨水，在坑底设置排水沟和集水坑，坑积水应及时抽出，排水沟和积水坑宜用砖砌并用砂浆抹面以防止渗漏。排水沟尺寸为200×300，排水沟根据现场基底实际情况设置其位置，距坡脚距离易为1.0m。

(3) 钻孔前先放线定位，保证土钉位置正确，防止高低参差不齐和相互交错。钻孔深度要比设计深度多100mm～200mm，以防止孔深不够。钻孔孔距的允许偏差为200mm，钻孔轴线与设计轴线的偏差不大于3%,钻孔孔口必须设置平整牢固的承压垫座，承压面与杆体轴线垂直。

(4) 锚杆应由专人制作，接长应采用帮条焊，为使锚杆置于钻孔的中心，应在锚杆上每隔2000mm设置定位托架一个;钻孔完毕后应立即安插锚杆以防塌孔，为保证非锚固段可以自由伸长，可在锚固段和自由段之间设置堵浆器，并用PVC管套住自由段。杆体制作时安放套管隔离架、波形管、承载体、注浆管和排气管。钻孔与锚杆预定方位的允许角偏差为word/media/image514.wmf。

(5) 孔注浆用M15水泥砂浆，采用压力注浆，掺入水泥用量7%的膨胀剂。注浆管在使用前应检查有无破裂和堵塞，接口处要牢固，防止注浆压力加大时开裂跑浆;注浆管应随锚杆同时插入，采用干成孔作业，灌浆前封闭孔口。注浆前要用水引路润湿输浆管道，灌浆后要及时清洗输浆管、灌浆设备，灌浆后自然养护不少于7d，在灌浆体硬化之前，不能承受外力或由外力引起的锚杆移动。

(6) 钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层厚度不宜小于20 mm。钢筋网片可用插入土中的钢筋固定，在混凝土喷射时应不出现移动。钢筋网片采用A8150绑扎而成，网格允许偏差为10mm，钢筋网铺设时每边的搭接长度为200mm。

(7) 喷射混凝土为细石混凝土，厚度为100±20mm，强度等级为C25，为加强支护效果，在喷射时掺入3%的速凝剂。喷射混凝土的配合比应按设计要求通过实验确定，骨料粒径不宜大于12mm。喷射混凝土的喷射顺序应自上而下，喷头与受喷面之间的距离宜控制在0.8m～1.5m围，射流方向垂直指向喷射面，但在钢筋部位应先喷填钢筋一方后再侧向喷填钢筋的另一方，防止钢筋背面出现空隙。为保证喷射混凝土厚度达到规定值，可在边坡上垂直插入短的钢筋段作为标志。在喷射混凝土初凝2h后方可进行下一道工序，此后应连续喷水养护5～7d。

(8) 喷射混凝土强度可用100mm×100mm×100mm试块进行测定，制作试块时应将试模底面紧贴边壁，从侧向喷射混凝土，每批至少留取3组试件。

7.2.3 降水施工的技术要求

(1) 混凝土降水井井深20m，井径400mm，成孔直径600mm。

(2) 降水井采用水泥无砂滤管，上部接近地表的一节采用预制的水泥管。

(3) 降水井采用冲击钻进成孔，成孔尽量使用清水钻进，5m深度围可以使用泥浆护壁成孔。

(4) 达到设计深度后，由技术人员检查井深，然后下置水泥滤管，投滤料成井，滤料采用预先筛滤处理的粒径2word/media/image515_1.png5mm的碎石。

(5) 成井后，用大泵量的水泵洗井，直到水路畅通为止。

(6) 施工井位由技术人员按设计图纸给定，孔位偏差word/media/image516.wmf500mm。

(7) 工程结束后，统一测定井口坐标及高程，并测定井静止水位。

7.2.4 排水施工的技术要求

(1) 在环基坑周围砌筑一道环形排水槽，水槽位于基坑的坡顶，呈上部开口的矩形槽，用红砖和水泥砂浆砌筑，槽用防水水泥砂浆抹面，砂浆标号为100＃，防水粉掺量为水泥重量的3word/media/image517.wmf5%。

(2) 排水沟宽0.4m，槽深0.6m，槽体厚度24mm，M10防水水泥砂浆抹面，必须保证槽不漏水、不渗水。

(3) 沿排水槽砌筑沉淀池，沉淀池规格为3.0m×1.5m×2.0m，用水泵排出沉淀池的细砂，同时设置2word/media/image518_1.png3个埋件以便绑扎水泵的排水胶管。

7.2.5 监测工程的技术要求

(1) 在基坑降水施工前，首先在基坑外围做出一条倾斜观测的Ⅰ级闭合导线和沉降观测的Ⅱ级水准网，并利用已做出的闭合导线和水准网对现有的建筑物进行静态的沉降及倾斜观测，以得出其变形观测的起始数据，从而对比得出降水梳干后周围建筑物的变形幅度。闭合导线和水准网的两个起点分别设置在基坑东、西侧，远离基坑至少500m，从而消除基坑降水后对起始观测点的沉降影响因素。

(2) 沉降及倾斜观测点设置在现有的建筑物的外墙上，观测点要用射钉枪打入墙保证观测点的牢固性和永久性，主干道路路面沉降观测点也采用射钉枪将射钉打入路面，同时做好标记。

(3) 沉降及倾斜观测点的静态观测周期宜为10word/media/image519_1.png15天左右，同时应保证至少有3个稳定测回。

(4) 沉降观测采用水准仪配合钢尺测量，测量误差的设计精度为±0.1

mm，倾斜观测采用全站仪，误差精度为1‰，及时记录观测数据。

(5) 灌注桩检测采用低应变动测法检测桩身完整性，检测数量不宜少于总桩数的10%，且不得少于5根。当根据低应变动测法判定的桩身缺陷可能影响桩的水平承载力时，应采用钻芯补充检测，检测数量不宜少于总桩数的2%，且不得少于3根。墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测，钻孔数宜每100word/media/image520_1.png墙面一组，每组不少于3点。

第8章 工程概预算

8.1 工程量计算

本工程需计算的工程量包括平整场地、挖土方、灌注桩支护、锚杆支护及土钉支护工程量。

(1) 平整场地工程量

平整场地工程量计量单位为1000word/media/image521_1.png，平整场地面积按设计图示尺寸中首层建筑物外轮廓线面积计算，本场地首层建筑物外轮廓线为基坑线向2m。因此，平整场地面积为

word/media/image522.wmf。

所以，平整场地工程量为39720word/media/image523_1.png。

(2) 挖土方工程量

挖土方工程量计算分别按清单规则和定额规则进行。

清单规则挖土方工程量计算要求采用设计图示基坑底面积与基坑深度的乘积，本工程底面积41800word/media/image523_1.png，基坑深度10m。

所以，基坑挖土方工程量为

word/media/image524.wmf

定额规则挖土方工程量计算要求利用棱台体积公式计算：

word/media/image525.wmf (8-1)

式中 word/media/image526_1.png——基坑下底面积，word/media/image523_1.png；

word/media/image527_1.png。

word/media/image528.wmf——基坑上底面积，word/media/image523_1.png

word/media/image529_1.png。

word/media/image530_1.png——基坑中截面面积，word/media/image523_1.png；

word/media/image531.wmf。

word/media/image532_1.png。

所以，基坑挖土方工程量为42000word/media/image533.wmf。

(3) 灌注桩工程量

人工挖桩孔工程量计量单位为word/media/image533.wmf，如果挖孔体积为护壁外围截面积与成孔长度之积：

word/media/image534.wmf。

本工程共有灌注桩80根，所以人工挖桩孔工程量为：

word/media/image535_1.png。

灌注桩混凝土工程量计量单位为word/media/image533.wmf，单桩混凝土体积为管外径截面积与灌注长度之积：

word/media/image536_1.png。

灌注桩混凝土工程量为：

word/media/image537.wmf。

(4) 喷锚网支护工程量

单孔锚杆钻孔体积计算为：

word/media/image538.wmf。

喷锚网段共有钻孔1600个，因此锚杆钻孔工程量为：

word/media/image539.wmf。

本段锚杆钢筋采用HRB335级，钢筋直径22mm，钢筋工程量为：word/media/image540_1.png。

喷锚网混凝土面层长度400m，面层厚度100mm，面层宽度10m。所以，混凝土面层工程量为：

word/media/image541.wmf。

(5) 土钉支护工程量

单根土钉钻孔体积为：

word/media/image542_1.png。

本段共有土钉孔数3834个，土钉钻孔工程量为：

word/media/image543.wmf。

土钉钢筋强度等级为HRB335，土钉直径为25mm，土钉钢筋工程量为：word/media/image544_1.png=191700kg=191.7t。

土钉支护混凝土面层长度为426m，宽度为10m，厚度为100mm，所以混凝土面层工程量为：

word/media/image545_1.png=426word/media/image546_1.png。

8.2 工程取费表

工程取费表如表8-1所示：

表8-1 工程取费表

注： 工程名称——金舍汤河东岸基坑支护设计

工程量清单计算参见表8-2：

结论

在完成毕业设计的这段时间里，我获益匪浅：

通过本次毕业设计，我认识到基坑支护是工程体系中重要的组成部分，其研究容也是岩土工程的主要技术问题，即支护结构物与岩土相互作用共同承担上部、周围荷载及自身重量的变形与稳定问题。基坑支护设计容包括对支护结构的计算和验算、质量检测及施工监控的要求。基坑支护工程的设计与分析主要考虑的是岩土与支护结构物的共同作用，正是由于环境介质的不确定性，使得基坑支护设计理论和计算方法与地上建筑结构有较大区别，同时涉及到更加复杂的因素。支护结构的稳定与安全是地下工程施工的前提和保障。因此，对于支护工程的设计和计算都应在下列方面应有足够的安全储备：

(1) 支护结构的抗倾覆性，基坑上部边坡不应产生明显变形，造成周围建筑发生裂缝。

(2) 支护结构体底部与土体之间的抗滑性，不应出现滑动，使支护结构体失效。

(3) 土体的稳定性，被支护土体深部不应出现圆弧滑动，引起支护结构整体失稳。

(4) 在地面及附加荷载作用下，锚杆(或锚索)的抗拉强度应大于所承受的拉力。

(5) 支护结构自身强度应满足抗弯、抗剪及轴向抗拉、抗压要求。

(6) 支护结构的地基强度不能发生沉陷或基坑隆起。

基坑支护设计应认真分析工程地质条件、水文地质条件、周边环境及基坑特征，综合考虑经济条件，以确定支护结构的平面布置与高度位置。根据地层、荷载、环境、技术和经济条件确定支护结构的类型与截面尺寸，支护结构应与周围环境相协调，保证支护设计符合相应规和相关条例的要求。基坑支护的具体做法可以因地制宜，并且还可以创造出一些新的方法，各种基坑支护方法均有其适用围，当几种方法都适用时，则应根据其他条件来选定。本次毕业设计中，基坑支护分三段进行，即桩锚联合支护、喷锚网支护和土钉支护。三种支护方式均综合考虑工程地质条件、基坑安全性及工程造价对比之后确定。

本工程三种支护方式各有特点：桩锚支护为刚性垂直支护方式，适用于场地空间较狭窄，设置的支护可有效减少支护桩体的力和变形，但也会对土方开挖和地下结构施工带来不便，且造价较高；喷锚网支护属于土体原位加筋技术，具有施工快捷、设备轻便、造价较低、位移较小、施工安全等优点，但其稳定性和变形依赖于锚固效果；土钉支护能合理利用土体的自身承载力，将土体作为支护结构的一部分，结构柔性较大，有良好的延性和抗震性，施工设备简单，防腐性能好，造价较低，对于场地空间宽阔的基坑可以适当放坡。

参考文献

1 中国建筑科学研究院主编．《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2002)． 北

京：中国建筑工业，2002

2 中国建筑科学研究院主编．《建筑地基基础设计规》(GB 50007-2011)．

：中国建筑工业，2011

3 中华人民国建设部主编．《混凝土结构设计规》(GB50010-2010)．

：中国建设工业，2010

4 明华等．《土力学与基础工程》．：理工大学，2003

5 应惠清．《基坑支护工程》．：中国建筑工业，2003

6 交通部公路司，中国工程建设标准化协会公路工程委员会主编．《公路工

程技术标准》(JTJB01-2003)．：人民交通，2003

7 冶金工业部建筑研究总院主编．《建筑基坑工程技术规》(YB 9258-97)．

：冶金工业，1998

8 公路规划主编．《公路桥涵设计通用规》(JTGD60-2004)．

：人民交通，2004

9 黄生根．《地基处理与基坑支护工程》(修订本)．：中国地质大学

，1999

10 市土木建筑学会编．《深基坑支护工程实例》．：中国建筑工业

，1996

11 中华人民国住房和城乡建设部主编．《建设工程工程量清单计价规

》(GB2008-50500)．：中国计划，2008

12 省工程建设造价管理总站主编．《省建筑、安装、市政、装饰、

装修工程费用标准》(HEBGFB-1-2008)．：中国计划，2008

13 省工程建设造价管理总站主编．《全国统筑工程基础定额

省消耗量定额》(HEBGYD-A-2008)．：中国计划，2008

14 建设部综合勘察研究主编．《建筑与市政降水过程技术规》

(JGJ/111-98)．：中国建筑工业，1999

15 邓学均．《路基路面工程》(第三版)．：人民交通，2008

16 应惠清．《建筑工程施工设计详细图集》．：中国建筑工业，

2000

17 Samuel．《Introduction to Soil Mechanics and Shallow Foundations Design》．

New Jersey：Prentice Hall，1989

18 Rethati Laszeo．《Groundwater in Civil Engineering》．Elsevier： Scientific

publishing company，1983

致

经过一学期的学习和设计，本次毕业设计已经接近尾声。由于施工及设计经验的匮乏，本科生的毕业设计，难免存在许多考虑不周全甚至是错误的地方。如果没有指导老师的督促引导以及同组同学的支持，本次毕业设计就不会这么顺利地完成。

首先要感我的指导老师董建军老师。董老师平日里工作繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；他对我要求严格，每个设计步骤都要求遵循规，再小细节都不能敷衍了事；他教给我理论与实践相结合，设计也要与施工相结合，考虑各种可能存在的问题并提出解决方案。除了敬佩董老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感我的同学给我的大力支持，在遇到不清楚的问题时是他们给我帮助，一起查阅资料，一起讨论设计方案，一起解决问题，特别是在软件使用方面，大家探讨问题时的场景历历在目。正因为此，我才能顺利的完成设计。

我还要感我的母校——燕山大学，是学校给我们提供了优良的学习环境，是学校为我们毕业设计创造了温馨的氛围。另外，我要感那些曾给我授过课的每一位老师，是他们教会我专业知识，让我在毕业设计过程的各个分项中更加自信。

四年的大学生活即将画上句号，但我的人生只是一个逗号，我将开启我新的征程。我会带着老师的教诲、同学的鼓励，再一次启程！

燕山大学毕业设计（论文）评审意见表

燕山大学毕业设计（论文）答辩委员会评语表

深基坑支护毕业论文终稿