北京市朗琴園1#樓基坑支護設(shè)計

北京市朗琴園1#樓基坑支護設(shè)計摘要本設(shè)計采用了樁錨支護的形式對基坑進行了支護設(shè)計。本基坑深度為11.3m，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，根據(jù)工程概況，對基坑進行深入分析，初步選定灌注樁加雙排錨桿進行支護設(shè)計，第一排錨桿在-4.0m，第二排在-7.0m.。首先需要繪制土壓力分布圖，采用等值梁法對錨桿的支撐力進行計算，并對樁的內(nèi)力進行計算，依據(jù)設(shè)計規(guī)范完成對錨桿的設(shè)計及樁的配筋。關(guān)鍵詞：排樁支護；錨桿設(shè)計；灌注樁；深基坑

目錄第1章設(shè)計方案說明 11.1概述 11.1.1工程概況 11.1.2基坑周邊環(huán)境 11.1.3水文地質(zhì)條件 11.1.4支護結(jié)構(gòu)安全等級 21.2設(shè)計說明 21.2.1設(shè)計依據(jù) 21.2.2支護方案 21.3基坑監(jiān)測 3第2章樁錨支護原理 52.1設(shè)計內(nèi)容 52.2等值梁法 52.3支護參數(shù) 62.4設(shè)計工況 6第3章工況一計算 83.1土壓力 83.2.1土壓力系數(shù) 83.2.2主動土壓力強度計算 83.2.3被動土壓力強度計算 93.2反彎點 103.3支點力的計算 10第4章工況二計算 124.1土壓力 124.1.1主動土壓力強度計算 124.1.2被動土壓力強度計算 124.2反彎點 134.3支點力的計算 134.4樁長計算 154.5最大彎矩 164.5.1反彎點以上 164.5.2反彎點以下 17第5章錨桿設(shè)計 195.1第一排錨桿設(shè)計計算 195.1.1軸向拉力標準值 195.1.2錨桿極限抗拔承載力 195.1.3錨桿長度計算 205.1.4錨桿配筋 215.2第二排錨桿設(shè)計計算 225.2.1軸向拉力標準值 225.2.2錨桿極限抗拔承載力 225.2.3錨桿長度計算 225.2.4錨桿配筋 23第6章樁及冠梁設(shè)計 246.1樁設(shè)計計算 246.1.1承載力驗算 246.1.2構(gòu)造配筋 256.2冠梁設(shè)計 25結(jié)論 26參考文獻 27致謝 28

保定理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位設(shè)計第1章設(shè)計方案說明1.1概述1.1.1工程概況朗琴園位于北京市，小區(qū)內(nèi)1#樓東側(cè)為商業(yè)區(qū)，北側(cè)為住宅樓，擬建1#~2#樓地上27層，地下3層，基坑開挖深度為11.3m，為剪力墻結(jié)構(gòu)。住宅樓擬開挖一個大型基坑。1.1.2基坑周邊環(huán)境擬開挖的基坑周邊環(huán)境見表1.1。表1.1基坑周邊環(huán)境位置東側(cè)南側(cè)西側(cè)北側(cè)周邊環(huán)境商業(yè)區(qū)道路道路住宅樓離基坑邊緣距離11.2m18m18m12.3m備注均無地下管線1.1.3水文地質(zhì)條件自上而下，根據(jù)勘察資料，各個土層的物理參數(shù)如下：表1.2土層物理性能指標層號巖土名稱計算厚度m容重（內(nèi)聚力(kPa)內(nèi)摩擦角(°)錨桿固體極限摩阻力極限值(kPa)1雜填土1.516.7520202粘性土14.819.02818.5503粉質(zhì)粘土10.222.123.518.7554粘性土27.219.340.524.2655砂礫3.918.7032.1200經(jīng)勘查，本地區(qū)地下水位埋深較大，約23.7m，無壓水。對基坑工程無影響。1.1.4支護結(jié)構(gòu)安全等級支護結(jié)構(gòu)的安全等級需要根據(jù)下表進行確定：表1.3支護結(jié)構(gòu)的安全等級安全等級破壞后果一級支護結(jié)構(gòu)失效、土體過大變形對基坑周邊環(huán)境或主體結(jié)構(gòu)施工安全的影響很嚴重二級支護結(jié)構(gòu)失效、土體過大變形對基坑周邊環(huán)境或主體結(jié)構(gòu)施工安全的影響嚴重三級支護結(jié)構(gòu)失效、土體過大變形對基坑周邊環(huán)境或主體結(jié)構(gòu)施工安全的影響不嚴重由于基坑周邊的建筑物較多，同時本基坑開挖深度也比較大，因此安全等級為一級，故取基坑重要性系數(shù)γ01.2設(shè)計說明1.2.1設(shè)計依據(jù)本工程基坑支護的設(shè)計依據(jù)主要有：表1.4設(shè)計依據(jù)序號設(shè)計依據(jù)1朗琴園小區(qū)場地地形圖、管網(wǎng)圖、建筑基礎(chǔ)圖、地下室平面布置圖等2《朗琴園居住區(qū)巖土工程勘查報告》3《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120-20124《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010（2015年版）5《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-20086《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（2009年版）1.2.2支護方案

表1.5各類支護結(jié)構(gòu)的適用條件結(jié)構(gòu)類型適用條件備注支擋式結(jié)構(gòu)錨拉式結(jié)構(gòu)適用于較深的基坑適用于一級、二級、三級基坑，其注意事項如下：1、排樁適用于可采用降水或截水帷幕的基坑2、地下連續(xù)墻宜同時用作主體地下結(jié)構(gòu)外墻，可同時用于截水3、錨桿不宜用在軟土層和高水位的碎石土、砂土層中4、當鄰近基坑有建筑物地下室、地下構(gòu)筑物等，錨桿的有效錨固長度不足時，不應(yīng)采用錨桿5、當錨桿施工會造成基坑周邊建（構(gòu)）筑物的損害或違反城市地下空間規(guī)劃等規(guī)定時，不應(yīng)采用錨桿支撐式結(jié)構(gòu)適用于較深的基坑懸臂式結(jié)構(gòu)適用于較淺的基坑雙排樁當錨拉式、支撐式和懸臂式結(jié)構(gòu)不適用時，可考慮采用雙排樁支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合的逆作法適用于基坑周邊環(huán)境條件很復(fù)雜的深基坑土釘墻單一土釘墻適用于地下水位以上或經(jīng)降水的非軟土基坑，且基坑深度不宜大于12m適用于二級、三級基坑，其注意事項如下：當基坑潛在滑動面內(nèi)有建筑物、重要地下管線時，不宜采用土釘墻預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻適用于地下水位以上或經(jīng)降水的非軟土基坑，且基坑深度不宜大于15m；水泥土樁垂直復(fù)合土釘墻用于非軟土基坑時，基坑深度不宜大于12m；用于淤泥質(zhì)土基坑時，基坑深度不宜大于6m；不宜用在高水位的碎石土、砂土、粉土層中微型樁垂直復(fù)合土釘墻適用于地下水位以上或經(jīng)降水的基坑，用于非軟土基坑時，基坑深度不宜大于12m；用于淤泥質(zhì)土基坑時，基坑深度不宜大于6m重力式水泥土墻適用于二級、三級基坑適用于淤泥質(zhì)土、淤泥基坑，且基坑深度不宜大于7m放坡1、適用于三級基坑2、施工場地應(yīng)滿足放坡條件3、可與上述支護結(jié)構(gòu)形式結(jié)合根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012，適用于安全等級為一級的支護結(jié)構(gòu)為支擋式結(jié)構(gòu)，因此初步選擇單排樁+錨桿的支護形式。1.3基坑監(jiān)測基坑工程過程中需要進行基坑監(jiān)測，要求比選嚴格按照設(shè)計要求進行監(jiān)測工作。主要檢測內(nèi)容有：

表1.6基坑監(jiān)測項目選擇監(jiān)測項目支護結(jié)構(gòu)的安全等級一級二級三級支護結(jié)構(gòu)頂部水平位移應(yīng)測應(yīng)測應(yīng)測基坑周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線、道路沉降應(yīng)測應(yīng)測應(yīng)測坑邊地面沉降應(yīng)測應(yīng)測宜測支護結(jié)構(gòu)深部水平位移應(yīng)測應(yīng)測選測錨桿拉力應(yīng)測應(yīng)測選測支撐軸力應(yīng)測宜測選測擋土構(gòu)件內(nèi)力應(yīng)測宜測選測支撐立柱沉降應(yīng)測宜測選測支護結(jié)構(gòu)沉降應(yīng)測宜測選測地下水位應(yīng)測應(yīng)測選測土壓力宜測選測選測孔隙水壓力宜測選測選測第2章樁錨支護原理2.1設(shè)計內(nèi)容本基坑支護擬采用樁錨支護，主要設(shè)計內(nèi)容及方法有：表2.1設(shè)計內(nèi)容及方法主要計算內(nèi)容計算方法土壓力根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012，采用郎肯土壓力理論，所有土層采用水土合算。支撐軸力采用等值梁法，對凈土壓力零點求力矩平衡而得。錨桿計算通過對錨桿的拉力標準值、極限抗拔承載力和長度計算并滿足要求樁長根據(jù)樁端力矩求出，并應(yīng)滿足穩(wěn)定性要求2.2等值梁法等值梁法是用來計算支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力的方法，其基本計算原理為：當支護結(jié)構(gòu)樁的埋深比較大時，也就是當樁嵌固深度較大的時候，不考慮土體和結(jié)構(gòu)的變形，進行近似計算的時候，考慮樁的底端支承條件為固定端，那么在基坑坑底以上部分，結(jié)構(gòu)彎向坑內(nèi)側(cè)，結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)受拉；而在較深的基坑結(jié)構(gòu)彎向坑外側(cè)，結(jié)構(gòu)的外側(cè)受拉。結(jié)構(gòu)從內(nèi)側(cè)受拉轉(zhuǎn)向外側(cè)受拉之間必然存在彎矩為零的反彎點。等值梁法的最重要的假定即為，認為反彎點的彎矩為零，將此位置假象為鉸，繪制計算簡圖，求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。圖2.1反彎點示意圖綜上可知，等值梁法最為核心的問題，就是需要求解出反彎點的位置，常用的方法有以下三種：表2.2反彎點位置求解方法序號求解方法1假定為樁入土面的那一點。2認為反彎點為凈土壓力為零的點，即以主動土壓力和被動土壓力相等的點作為反彎點。3假定反彎點位置為離開入土面距離為的一點，且的大小由地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)的特性決定，通常?。?.1~0.2）倍的基坑開挖深度。其中第2種方法中，簡化造成的誤差很小，對計算結(jié)果影響不大，因此在本設(shè)計中采用此方法進行計算。確定反彎點位置后，將樁看作為連續(xù)梁，進行內(nèi)力計算。2.3支護參數(shù)本基坑深度為11.3m，擬定參數(shù)如下：灌注樁參數(shù)：φ650mm@1000錨桿：取HRB400級鋼筋，共計兩排錨桿，距離基坑頂部的垂直距離分別為4.0m、7.0m。錨桿的入射角取15°地面荷載：q=20kPa2.4設(shè)計工況在錨桿施工時，需要有一定的施工高度，也就是說，在打錨桿時，需要預(yù)先向下開挖一定的高度來保證本層的錨桿能夠正常施工。樁錨支護的工況如下：表2.3設(shè)計工況工況說明工況一開挖至-7.5m還未施工第二排錨桿。工況二開挖至基坑基底-11.3m。因此本工程施工過程為：圖2.2樁錨支護流程第3章工況一計算3.1土壓力本設(shè)計采用朗肯土壓力計算原理進行計算。pak=ppkKa,i=Kp,i=式中：Ka,i、Kp,pak、ppk—支護結(jié)構(gòu)外側(cè)，第i層土中計算點的主動、被動土壓力強度標準值(kPa)[1]；當pak<0時，應(yīng)取pci、φi、γi—第i層土的粘聚力(kPa)、內(nèi)摩擦角(°)、容重（q—地面超載(kPa)[1]。3.2.1土壓力系數(shù)根據(jù)式（3-3）、（3-4）可知：層號巖土名稱KKKK1雜填土0.49030.70022.03961.42812粘性土10.51830.71991.92961.38913粉質(zhì)粘土0.51440.71731.94381.39424粘性土20.41850.64692.38941.54585砂礫0.30600.55323.26801.80783.2.2主動土壓力強度計算此時基坑開挖至-7.5m，基坑頂面位置定為0位置，在土層分界位置土壓力計算分上下，具體編號見圖3.1。自上而下，主動土壓力計算如下：ppp此時，計算出臨界深度，為：3ppp在-7.5m位置處：p3.2.3被動土壓力強度計算基坑內(nèi)部有被動土壓力，在-7.5m位置處：p主被動土壓力強度合力為：6p主被動土壓力強度合力為：166.84?土壓力分布如下：圖3.1土壓力分布圖

3.2反彎點假定反彎點為C點，基坑基底在-7.5m的位置。其計算簡圖見3.2，那么根據(jù)CAD圖以及對應(yīng)的比例關(guān)系可知，C在基底以下1.805m3.3支點力的計算由等值梁法的原理可知：M支點力用Ta1表示，位于基坑下灌注樁的受力圖為：圖3.2支點力計算簡圖那么：dEdEdEdEdEdEd那么，由：MT所以：TT第4章工況二計算4.1土壓力4.1.1主動土壓力強度計算此時基坑開挖至-11.3m，基坑頂面位置定為0位置，在土層分界位置土壓力計算分上下，具體編號見圖4.1。自上而下，主動土壓力計算如下：ppp此時，計算出臨界深度，為：3ppppp在-11.3m位置處：p4.1.2被動土壓力強度計算基坑內(nèi)部有被動土壓力，在-11.3m位置處：p主被動土壓力強度合力為：107.72?37.36p主被動土壓力強度合力為：166.84?260.75土壓力分布如下：圖4.1土壓力分布圖4.2反彎點假定反彎點為C點，基坑基底在-11.3m的位置。其計算簡圖見4.2，那么根據(jù)CAD圖以及對應(yīng)的比例關(guān)系可知，C在基底以下2.227m。4.3支點力的計算由等值梁法的原理可知：M第一排錨桿支點力用Ta1=97.53kN表示，位于基坑下4.0m灌注樁的受力圖見4.2。那么：dEdEdEdEdEdEdd取Ta1M97.5312.78所以：TT圖4.2支點力計算簡圖4.4樁長計算假設(shè)樁端進入4黏性土2的長度為x米，那么，根據(jù)等值梁法的原理，取樁端位置的極限狀態(tài)，即樁端處：M計算簡圖為：圖4.3樁長計算簡圖那么：E=0.42=210.12kNMEdMEdM樁端位置處的凈土壓力為：EdM根據(jù)等值梁法，可計算如下：167.12+210.124.23x嵌固深度?。?取7.5m.。則有效樁長為：1那么樁的長度組成為：表4.1樁長組成樁組成保護樁頭有效樁長嵌固樁長總樁長長度0.6m18.8m7.5m19.4.4.5最大彎矩4.5.1反彎點以上E=0.42TEE因此剪力為0的點在第3土層。假定在第3土層的厚度為x1x1107.72?50.87E因此：57.95kN+解得：x107.72?50.87那么此點處的彎矩為：9225.110.4211.1150.871M4.5.2反彎點以下剪力為0的點在第4土層。假定在第4土層的厚度為x2x2E因此：139.60kN+300.83解得：x那么此點處的彎矩為：120.12139.60300.831M綜上可知，灌注樁的最大彎矩值，?。篗第5章錨桿設(shè)計5.1第一排錨桿設(shè)計計算5.1.1軸向拉力標準值錨桿的軸向拉力標準值應(yīng)按下式計算：Nk=F?s式中：Nk──錨桿的軸向拉力標準值(kN)；Fh──擋土構(gòu)件計算寬度內(nèi)的彈性支點水平反力(kN)；s──錨桿水平間距(m)；ba──結(jié)構(gòu)計算寬度(m)；α──錨桿傾角(°)。已知：F取ba=1m，s=N5.1.2錨桿極限抗拔承載力錨桿的極限抗拔承載力應(yīng)符合下式要求：R式中：Kt──錨桿抗拔安全系數(shù)；安全等級為一級、二級、三級的支護結(jié)構(gòu)，Kt分別不應(yīng)小于1.8、1.6、1.4；Nk──錨桿軸向拉力標準值(kN)；Rk──錨桿極限抗拔承載力標準值(kN)。二級基坑則取：K那么：Rk≥R式中：d──錨桿的錨固體直徑(m)；li──錨桿的錨固段在第i土層中的長度(m)；錨固段長度（la）為錨桿在理論直線滑動面以外的長度；qsik──錨固體與第i土層之間的極限粘結(jié)強度標準值(kPa)。取qsik=75321.6=3.14l5.1.3錨桿長度計算錨桿的自由段長度：lf≥(a1式中：lf──錨桿自由段長度（m）；α──錨桿的傾角(°)；a1──錨桿的錨頭中點至基坑底面的距離（m）；a2──基坑底面至擋土構(gòu)件嵌固段上基坑外側(cè)主動土壓力強度與基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力強度等值點O的距離（m）；對多層土地層，當存在多個等值點時應(yīng)按其中最深處的等值點計算；d──擋土構(gòu)件的水平尺寸（m）；φm──O點以上各土層按厚度加權(quán)的內(nèi)摩擦角平均值(°)。圖5.1理論直線滑動面1－擋土構(gòu)件；2－錨桿；3－理論直線滑動面由設(shè)計資料可知：d=0.45°?帶入公式，則有：l因此錨桿總長度為：6.83m+取l=20.0m5.1.4錨桿配筋計算公式為：N≤fpyAp式中：N──錨桿軸向拉力設(shè)計值(kN)；fpy──預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強度設(shè)計值(kPa)；當錨桿桿體采用普通鋼筋時，取普通鋼筋強度設(shè)計值（fy）；Ap──預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積(m2)。由：N=γN取HRB400級鋼筋，那么AA取

d=50則有As=1963.5m5.2第二排錨桿設(shè)計計算5.2.1軸向拉力標準值已知：F取ba=1m，s=N5.2.2錨桿極限抗拔承載力Rk取qsik=135746=3.14l5.2.3錨桿長度計算由設(shè)計資料可知：d=0.帶入公式，則有：l因此錨桿總長度為：8.8m+取l=20.0m5.2.4錨桿配筋N取HRB400級鋼筋，那么AA取

d=50則有As=1963.5m

第6章樁及冠梁設(shè)計6.1樁設(shè)計計算6.1.1承載力驗算已知：鉆孔灌注樁：φ650mm@800。取C25混凝土。將圓樁轉(zhuǎn)化成b=1000mm?412取?=600mm，那么：配筋由給φ650mm的圓形樁配筋而轉(zhuǎn)化為給b×?=1000mm×600mm的矩形截面配筋。配筋時選用HRB335，所以，?。篶那么：?則此時：那么：αζ=1?1?2αsγs=1+則有：A所以選用814，As6.1.2構(gòu)造配筋構(gòu)造鋼筋要求如下：表6.1構(gòu)造配筋序號要求設(shè)計取值1箍筋可采用螺旋式箍筋，箍筋直徑不應(yīng)小于縱向受力鋼筋最大直徑的1/4，且不應(yīng)小于6mm；箍筋間距宜取100mm～200mm,且不應(yīng)大于400mm及樁的直徑；箍筋選用螺旋式箍筋，直徑取8mm，在坑底、兩道錨桿處上下各500mm范圍內(nèi)加密，箍筋間距150mm。2沿樁身配置的加強箍筋應(yīng)滿足鋼筋籠起吊安裝要求，宜選用HPB235、HRB335級鋼筋，其間距宜取1000mm～2000mm；加強箍筋選用HRB335級鋼筋，間距取1500mm6.2冠梁設(shè)計根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012，按照構(gòu)造要求進行冠梁設(shè)計。取冠梁高度為1000mm，寬度為1500mm，混凝土強度取C30，鋼筋采用HRB400，保護層厚度取50mm，按照構(gòu)造進行配筋，取1425，箍筋取φ8@200。結(jié)論北京市郎琴園1#樓需要進行基坑支護設(shè)計，首先需要對支護結(jié)構(gòu)進行初步的選型，根據(jù)《建筑基坑設(shè)計規(guī)范規(guī)程》，適用于安全等級為一級的支護結(jié)構(gòu)為支擋式結(jié)構(gòu)，因此初步選擇單排樁+錨桿的支護形式。主要依據(jù)《建