基坑课程设计计算书

《基础工程》课程设计

专业:土木工程

班级：080342

姓名学号：黄超，******** 彭伟，08034231

日期：2011年5月29日

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计算说明书

2．1确定支护等级

根据基坑的开挖深度犺、邻近建（构） 筑物及管线与坑边的相对距离比α 和工程地质、水文地质条件， 按破坏后果的严重程度将基坑侧壁的安全等级分为一级，支护结构设计中应根据不同的安全等级选用重要性系数： 一级取γ＝１．１０。

2.1 设计依据

1、 2、 3、 4、 5、

浙江省勘察设计有限公司《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》（GB50021-2001）； 中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50204）； 中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）； 中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-99）；

基坑支护方案设计

2.2基坑支护方案优选

基坑围护结构型式有很多种，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单支点加筋水泥土挡墙围护结构 单支点加筋水泥土挡墙围护结构的机理可理解为通过在基坑四周形成加筋土重力式挡墙，起到挡土作用。而水泥土挡墙可以阻挡地下水的作用，使基坑周围不需大范围的降水，从而可以使基坑周围的有效土压力保持稳定，不至于是周围建筑产生不均匀沉降，加筋土重力式挡墙围护基坑深度一般不超过18m，而通过用水泥土挡墙，可以用于更深的基坑，使用期限也可以加长。

2单支点桩墙围护结构 单支点桩墙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。单支点桩墙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

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是深度的五次函数。单支点桩墙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。单支点桩墙围护结构适用于土质较好、开挖深度较深的基坑工程。

3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（或型钢）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。

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拉锚式围护结构 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。

经过多个方案的比较分析，本基坑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。该地铁车站基坑深度深，地层相对较复杂，要求严格进行支护设计和组织施工，以保证基坑的安全。经分析采用单排单支点桩墙围护结构，关于支撑体系，由于基坑面积较大，采用内支撑。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钉相结合的土钉墙围护结构方案，具体设计见基坑平面图（图1-1）。

2.3计算水土压力

计算的各层土及水位及参数如下图及下表

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表2-1 土层设计计算参数 厚度 重度γ 土 层 （KN/m3） 淤泥质土层 粉质粘土层 粉砂 粉土 18 18 18 18 粘聚力C (kPa) 8.9 29.7 4.0 7.0 内摩擦角 (度) 12.3 20 29.7 16.6 h (米) 1.6 3.4 6 20

2-2土层示意图

1各层土压力系数：

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主动土压力系数:Kaitan2(45Ka1tan2(45Ka2tan2(45i2)

122)=0.649 )=0.490

2Ka3tan2(45Ka4tan2(4532)=0.337 )=0.556

42被动土压力系数: Kpitan2(45Kp1tan2(45i2) )=1.8

422支护结构水平荷载标准值eajk按下列规定计算： 1）对于淤泥质粘土主动土压力：eajk(qajk)Kai2CikKai 对于四周高层建筑，交通十分繁忙，根据《建筑基坑支护技术规程》q大约取60kN/m

eq1k=60*0.649-2*8.9*0.649=24.6

e=(60+18*1.6)*0.649-2*8.9*0.649=43.3 E=1/2（e+e）h=54.32N其作用点距地面 h=h1(2e+e)/(3e+3e)=0.873

q2kq1q1kq2kq1q2kq1kq2kq1k

2）对于粉质粘土地下水位以上主动土压力：

eajk(qajk)Kai2CikKai

eeEh

q3kq4k=(60+18*1.6)*0.490-2*29.7*0.490=1.932 =(60+18*2)*0.490-2*29.7*0.490=5.46 =1/2（eq3k+eq4k）h2=N其作用点距地面 =h2(2eq4k+eq3k)/(3eq3k+3eq4k)+h1=

q2q2对于粉质粘土地下水位以下主动土压力;eajk(q(rirw)h)Kai2CikKai

ee

q5kq6k=(60+8*2)*0.490-2*29.7*0.490=-4.34 =(60+8*5)*0.490-2*29.7*0.490=7.42

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EheeEheeEhep1kq3=1/2（eq5k+eq6k）h3=N其作用点距地面 对于

粉沙

地下

水位

以下

主动

土压

q3=h3(2eq6k+eq5k)/(3eq5k+3eq6k)+h1+h2=

3)

力;eajk(q(rirw)h)Kai2CikKai

q7kq8k=(60+8*5)*0.337-2*4*0.337=29.06 =(60+8*11)*0.337-2*4*0.337=45.23 =1/2（eq7k+eq8k）h3=N其作用点距地面 对于

粉土

地下

水位

以下

主动

土压

=h4(2eq8k+eq7k)/(3eq7k+3eq8k)+h1+h2+h3=

q4q44)

力;eajk(q(rirw)h)Kai2CikKai

q9k=(60+8*11)*0.556-2*7*0.556=71.85 =(60+8*16)*0.556-2*7*0.556=94.0 =1/2（eq9k+eq10k）h3=N其作用点距地面

q10kq5q5=h4(2eq10k+eq9k)/(3eq9k+3eq10k)+h1+h2+h3+h4=

5)对于粉土地下水位以下被动土压力;epjk(rirw)hKpi2CikKpi =8*0*1.8+2*7*1.8=18.78

由主动与被动土压应力在基坑以下有抵消为0N点，可得到基坑面到平衡点的土压力与其作用点，设其基坑面到平衡点的土压力的距离为u,

ee则u=。 r(kk)qppq所以u=(94-18.78)/(r-10)(1.8-0.556)=7.56m

Ehq5=1/2（eq-ep）u=N其作用点距地面

q5=1/3u+h5 +h1+h2+h3+h4=

6）墙后水压力计算 ew1rwh=10*14=140

E=1/2ew1h=980,其作用点距地面hw1=11.33m

w1

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2.4确定支撑类型和分布

从任务书知道，，本基坑长220.1米，宽21.9米，深16米，长为南北走向，车站基坑建筑群和人口密集，交通十分繁忙，四周为高层建筑，而西部南北两侧均为结构整体性较差的七层民房，其他周围整体性较好，所以西部用单支点加筋水泥土挡墙围护结构，而南北两侧靠西的一半用单支点加筋水泥土挡墙围护结构，靠东的一半用单支点桩墙围护结构；而整个东面用单支点桩墙围护结构，而为了防止地下水大量涌入基坑，在东，南，北面设置井点降水。由于基坑面积大，深度较深，设计基坑底四周用集水坑降水。其大致分布图如下 简图2-3

2.5计算配筋

其计算简图如下

简图2-4

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2.5.1单支点钢筋混泥土桩墙配筋计算

由于基础较深，桩的入土深度宜较深，所以用等值梁法计算东面及南北面各一半的单支点钢筋混泥土桩墙，取支点水平间距Sh=2m，支点距地面的距离为5m

作用于桩后合力E=Eq1+Eq2+Eq3+Eq4+Eq5+Ew1=

E的作用点到地面的距离：

Ha=（E*h+E*h+E*h+E*h+EE(HuHa)支点水平锚固拉力Ra==

q1q1q2q2q3q3q4q4q5*hq5+Ew1*hw1）/E=

Huh0土压力零点（即弯矩为零点）剪力Q0=所以桩的有效嵌固深度为t=

6Q,p0qE(Hah0)Huh0=

r(kk)Sh=

桩的最小长度l=H+u+1.4t=

2设剪力为零点距离地面hq，由Ra-1/2rhq的hq=

所以最大弯矩Mmax=Ra(hq-h0)-1/6 rhq3kSqqh-qhqkSq2h=0 =

kSh-1/2qhqkSqh桩身的配筋计算

设此桩的配筋可转化为截面为bh1000mm700mm的矩形截面梁

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进行配筋。有：环境类别为一级，砼强度C25，钢筋采用HRB335的Ⅱ级钢筋。

由环境类别为一级，砼强度C25此梁的最小保护层厚度为50mm则有截面有效高度h070050650mm

有砼及钢筋的等级查表可得，fc11.9N/mm2 fy300N/mm2

ft1.27N/mm2 （规范有）b=0.56

fc--混凝土轴心抗压强度设计值

fy--纵向受拉钢筋抗拉强度设计值 ft--混凝土轴心抗拉强度设计值

b--相对界限受压区高度

求计算系数：

373.67106s0.074 2211.91000650fcbh0M 112s1120.0740.077b0.56 可以（验算用）

s故 sfysh0M112s20.962

373.671061992mm2， 3000.962650所以选用622 结构设计p245 s2281mm2

s ：截面抵抗矩系数 s ：内力偶臂系数

 ：配筋特征值

桩身箍筋配筋

按构造要求取：梁中箍筋最大间距Smax=250mm.。直径8mm螺旋箍。在坑底、两道锚杆处上下各500mm范围内加密，箍筋间距@150mm。

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箍筋灌注桩断面图

灌注桩剖面图验算适用条件：

1.b，满足。 2. 22810.ft100070032500min0.45fy0.1900，同时0.2%，故可

以。

即配筋为622

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2.5.2单支点加筋水泥土挡墙围护结构

2.。5.3 锚杆计算

1 锚杆设计主要内容

锚杆设计重要包括：确定锚杆的层数、间距、倾角；计算挡墙单位长度所受各层锚杆的水平力；根据锚杆的倾角、间距、计算锚杆轴力；计算锚杆自由段长度和锚固段长度；验证挡土墙、桩与锚杆的整体稳定性；计算锚杆的断面尺寸和锚杆腰梁的断面尺寸；绘制锚杆施工图。

2 锚杆设计

基坑周围土层以主动滑动面为界可分为稳定区与不稳定区，每根锚杆位于稳定区部分的为锚固段、位于不稳定区部分为自由段。土层锚杆一般由锚头、拉杆与锚固体组成。如图4-6圆柱型锚杆围护结构。

当锚头是支挡结构与拉杆的连接部分时，为了保证来自支挡结构和其他结构上荷载的有效传递，一方面必须保证锚头构件本身有足够的强度，并紧密固定；同时应尽量将较大的集中荷载分散开。该锚头采用螺母锁定式锚头，主要由锚座、承压板、紧固器组成。如图4-7所式螺母锁定式锚头

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锚具承台板台座围护结构钻孔注浆防腐处理预应力筋圆柱型锚固体自由段长度-锚固段长度图4-6 圆柱型锚杆围护结构螺帽锚杆 螺杆图4-7螺母锁定式锚头

3 锚杆设计计算

锚杆倾角设为300，锚杆孔径设为150mm，锚杆间距为1000mm,为锚杆联结排桩并锚固于土中的示意图，如图4-8所示。

图4-8 锚杆联结排桩并锚固于土中的示意图

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图4-8 锚杆联结排桩并锚固于土中的示意图

（1） 锚杆水平拉力设计值

由上述计算可知：支点力Tc1249.61KN

Td1.250Tc11.251.0249.61312.01KN（规范里的）

（2） 锚杆自由段长度

1sin(45)2 lf=L* 1sin(45)2 L：土压力零点距锚杆锚头中点的距离 θ;锚杆与水平线夹角

;土体各土层厚度加权内摩擦角标准值 锚杆的自由长度不小于5米

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其中1h12h23h34h45h56h6h1h2h3h4h5h6

116.8(103.650.9152.2152.8184.3253)15.950

Lht1hc160.1936.193m

15.95015.9500)/sin(45300)3.765 lf6.193sin(45220 取自由段长度lf5m （3） 锚杆锚固段长度 锚固段长度lakmNt/dm

km锚杆安全系数，取1.5，当使用年限超过两年或周围环境要求较

高时可取2.0

Nt:土层锚杆设计抽向拉力；Nt=Td/cosa

dm：锚固段直径，取钻头直径的1.2倍，dm=0.151.20.18m

：锚固体与土层间的剪切强度ctan

：锚固段与土体间的摩擦角，取23内摩擦角

k0•aik k0为锚固段孔壁土压力系数，一般粘土为

0.5，砂土取1.0

经计算la20m （4） 锚杆总长

llalf20525m （5） 锚杆轴向承载力设计值验算 锚杆轴向承载力设计值：Nudqsikl系数意义书本上

isq Nu Nsikilqs3kl3qs4kl4qs5kl5qs6kl6403.8406.25088031040KN/m（上图中有）

3.14dqsikl0.151040376.8KN

is1.3Td312.01360.03KN 0coscos30 因此，锚杆轴向承载力符合要求。

36

（6） 锚杆配筋

1. 锚杆承载力计算应符合下式规定： TdNucos --- 锚杆与水平面的倾角

2. 锚杆杆体的截面面积应按下列公式确定： （1）.普通钢筋截面面积应按下式计算 s

（2）预应力钢筋截面面积应按下式计算 p公式中：

sp——普通钢筋.预应力钢筋杆体截面面积

Td fycosTd

fpycosfyfyp —— 普通钢筋，预应力钢筋抗拉强度设计值

锚杆截面设计

k.NAmt

fptk式中：Nt土层锚杆轴向拉力设计值；

fptk——锚杆材料的抗拉强度标准值，

km锚杆截面设计安全系数，临时锚杆取1.6，永久取1.8

fptk310N/mm2 （哪里来）

1.5312.011032A11509.73mm

310cos300锚杆取6φ18，A1=1527mm2 4 腰梁设计

NtKmvb锚杆锁在腰梁上，锚杆腰梁最大弯矩Mi=式中：

4Mi第i道锚杆腰梁最大弯矩，KNm；Nti第i道锚杆轴向拉力，KN；

Kmv--锚杆轴向拉力增大系数，取1.5；

b—锚杆水平间距，1.0m . 锚杆腰梁最大弯矩

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M1=NtKmb1.51.0135.01KNm 44M167.59106450cm3 y300腰梁选用1[32a 截面抵抗矩Wx=475 m3450 m3，可以

2.6验算

2.6.1 基坑稳定性验算

（1）在对围护墙体进行整体

圆弧滑动稳定性验算时，不考虑支撑力的影响，抗剪强度取峰值，可采用瑞典条分法；一般最危险滑动面在墙底下0.5～1.0m，滑动面的圆心一般在坑壁墙面的上方，靠坑内侧附近，计算简图见图3-7，按下式计算：

Kznncli1iiqibiwicosaitaniqbii1i1niwisinai

式中：Kz—为圆弧滑动稳定性安全系数；

cii—第i土条圆弧面经过的土的粘聚力和内摩擦角； ai— 第i土条滑弧中点的切线与水平线的夹角； li— 第i土条沿圆弧面的弧长，libicosai； qi— 第i土条处的地面荷载（kNm2）； bi— 第i土条宽度(m)； wi— 第i土条重量（kN/m）。

计算得：

cl832.6

iii1nqbi1niiwicosaitani884.2 wisinai934

qbi1nii 38

则 Kzclqbiii1niiwicosaitani1.84﹥1.3 满足要求。

qbi1niiwisinai表4-1 条分法计算表格

条 块 号 1 2 3 4 5 6 7 8 cosai sinai a编 i ()  qi (KN/m) ci (kpa) 7 25 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 i tani () 5 15 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 0.087 0.268 0.325 0.325 0.325 0.325 0.325 0.325 0.325 0.325 0.325 0.325 W (kn) 141 hi (m) bi (m) 56 0.559 0.829 20 41 0.755 0.656 20 32 0.848 0.53 20 3.618 291.5 7.677 371.6 9.86 430.4 11.33 469.6 12.31 496.4 12.98 169.6 4.29 168.4 4.26 155.6 130.8 90 38.2 3.94 3.32 2.3 1.05 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 24 0.914 0.407 20 18 0.951 0.309 20 11 0.982 0.191 4 0.998 0.07 0 0 -1 0.999 -0.017 0 0.99 0.97 0.934 0.883 -0.139 -0.242 -0.358 -0.469 0 0 0 0 9 -8 10 -14 11 -21 12 -28 39

2.6.2 锚杆整体稳定性验算

先求整体稳定性安全系数f 值，计算要使安全系数大于 1.5 。 （1）如果θ>φ，计算时需计算地面荷载；当 θ＜φ时，可不计算地面荷载。

（2）GHhdh197.810S12.9119.13203.07KN 22G——墙体与围护桩之间的土重。

（3）因为θ>φ，所以需要计算地面荷载。挡土墙的主动土压力；

Eah1200.5842019.1160.584425.30.764161537kN 2（4）挡土桩的主动土压力：

Eh1200.5842019.170.584425.30.76477.0672.4kN 2

（5）求整体承载力Fh ： 可按公式：

FhEahEhGtg()

1tgtg()

式中：Eh ---挡土桩的主动土压力；

Eah --- 墙的主动土压力；

G --- 代替墙与桩之间的土重；

 --- 锚杆与水平面

的夹角；

40

，取δ --- 围护桩与土体间的摩擦角（δ=1/3φ～2/3φ）

= 2/3φ

求得：Fh1072kN； 所以，安全系数：fKAh10724.41.5 故锚杆整体稳定。 T238.932.6.3 基坑底地基承载力验算

在对围护桩地基承载力进行验算时，不考虑围护桩底以上土体的抗剪强度对抗隆起的影响，按普朗得尔（prandtle）地基极限承载力公式计算，并假定围护桩底的平面为基准面，见图4-1,从而得到围护桩底地基承载力安全系数为：

Kwz2DNqcNc 1h0Dq式中：

1—坑外地表至围护桩底各土层天然重度的加权平均值，取

19.1kN/m3；

2—坑内开挖面以下至围护桩各土层天然重度的加权平均值，取

20kN/m3；h0—基坑开挖深度，取9.0m；

D—围护墙在基坑开挖面以下的插入深度，取7.8m； q—坑外地面荷载，取20kNm2；

c、—分别为围护墙底以下主要影响范围内地基土的粘聚力、内摩擦角峰值，因此，取该层的强度峰值指标c=45kPa、=25。

Nq,Nc为地基土的承载力系数：

Nqe

tantan(45)10.7

222.96

20Nc(NP1)则Kwztan2DNqcNc207.810.74522.967.93>2.0 =

19.17.89201h0Dq 41

满足要求。

，

图4-11围护桩底地基承载力验算

2.6.4 抗倾覆稳定性验算

在计算作用于围护墙上的侧压力时，只需计算土压力即可；其抗倾覆稳定性安全系数可按下式进行计算：

MRCS KQMOCS

式中：KQ—为抗倾覆稳定性安全系数，其中：一级基坑工程取1.2、

二级基坑工程取1.1、三级基坑工程取1.05。

MRCS—为抗倾覆力矩（kNm），取基坑开挖面以下围护墙入

土部分坑内侧压力FP对支撑点的力矩

MOCS—为倾覆力矩（kNm），取支撑点以下围护墙坑外侧压

力Fa对支撑点的力矩

计算时取灌注桩桩长范围内粘聚力、内摩擦角及土层天然重度峰值的加权平均值取：19.1kNm3，c25.3kPa，15.2

Katan2(457.6)=0.584 Kp=tan(45+7.6)=1.7

2

则主动土压力合力：

e1=(20+19.1×3) ×0.584-2×25.3×0.584=6.5 e2=（77.3+19.1×13.8）×0.584-2×25.3×0.584=160.4 Ea=（6.5+160.4）×13.8/2=1151.61 Ea作用点位置距桩底处h=

2*6.5160.4×13.8/3=4.8

6.5160.4则 MOCS=1151.61×9=10364

被动土压力合力：EP=1/2(19.1×7.8×1.7+2×25.3×1.3)×

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7.8=1244.28kN/m

EP作用点位置距桩底2.6m处。

则： MRCS=1244.28×11.2=13936kNm 因此 KQMRCS13936 =1.3>1.1 满足要求MOCS10364 43

44