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1、中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 1 页一般设设计部分1 工程地质及水文地质资料1.1工程概况及工程地质1.1.1工程地质南京地铁珠江路综合楼工程位于中山路吉兆营路路口东南角，占地面积南北长约70m，东西宽约50m。综合楼主楼26层，高约100m，采用钢结构体系；裙楼高6层，采用框架结构体系。综合楼设三层地下室，基坑开挖深度分为17.86m。本工程地质条件与珠江路车站北段基本类似，地面实测标高在10.46m左右。建址范围内自上向下土层构成分别为：（1）杂填土：褐黄色，松散稍密，由碎砖、碎石及粉质粘土混填；（2）-2b2-3素填土：褐黄褐灰色，软可塑，主要由粉质粘土填积，夹少量碎砖；（3
2、）-1b3粉质粘土：灰黄褐灰色，软塑，局部夹粉土；（4）-2b3-4粉质粘土：灰色，软流塑，夹淤泥质粘土；（5）-1-1b1-2粉质粘土：灰黄绿灰色，可硬塑；（6）-1-1b2粉质粘土：灰黄褐黄色，可塑；（7）-1-2b3-4粉质粘土：褐黄褐灰，软流塑；（8）-2-1b2-3粉质粘土：褐黄褐灰，可软塑；（9）-2-2b3-4粉质粘土：褐灰灰色，软流塑，夹薄层粉砂；(10) -3-1b2粉质粘土：褐灰灰色，可塑；(11) -3-2b2粉质粘土：灰黄绿灰色，可塑，夹少量粉细砂及卵砾石；(12）-3-3d2中粗砂：灰灰黄色，中密，局部分布；(13) -4e粉质粘土混粗砂卵砾石：灰黄色紫红色，可塑，卵
3、砾石含量一般为530，粒径18cm，局部含量达60，粒径大于10cm。1.1.2水文地质场区内地下水主要为浅层孔隙潜水和微承压水。浅层孔隙潜水直接由大气降水和地表水的渗入补给，地下水位埋深约1.01.4米。我们取地下水位为1米，高程为9.46米。深层微承压水主要分布在第-3-3d2层2.0m厚的粗砂混砾石土层中，地下水位埋深约32m左右。该层地下水的补给来源和径流条件较复杂。 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 2 页场地内水的渗透性较差，在4.5m厚的第 -1-2b3-4层粉质粘土（夹薄层状粉砂）中，水平渗透系数为12.110-7cm/s，垂直渗透系数为5910-7cm/s，此层降水后
4、可较大幅度提高土体强度，减少基坑位移。1.2工程周围环境根据基坑工程手册，在大中城市建筑物稠密地区进行基坑工程施工，宜对下述内容进行调查：(1)周围建(构)筑物的分布，及其与基坑边线的距离，(2)周围建(构)筑物的上部结构型式、基础结构及埋深、有无桩基和对沉降差异的敏感程度，需要时要收集和参阅有关的设计图纸，(3)周围建筑物是否属于历史文物或近代优秀建筑，或对使用有待殊严格的要求；(4)如周围建(构)筑物在基坑开挖之前已经存在倾斜、裂缝、使用不正常等情况通过拍片、绘图等手段收集有关资料。必要时要请有资质的单位事先进行分析鉴定。本工程建址为一块已拆迁的空地，南侧为同仁大厦的附属建筑，该建筑结构为
5、6层钢筋混凝土框架结构，其地下室边墙距离车站东边墙约8m，基础为30m深的450450静压预制桩。东侧为同仁宾馆，该建筑为7层框架结构，片筏基础，柱下450450静压预制桩，深度24m。在吉兆营路的北侧，有二幢省电力建设公司的砖混结构多层房屋，其中一幢为7层，1幢为4层，均为条形基础，结构较差。两幢建筑距基坑北边线12.5m。中山路下有若干地下市政管线，与本工程关系密切的是下水1050、电力380V和电信排管，这些管线由于地铁施工的需要目前正在搬迁中。吉兆营路目前正在拓宽，拟作为中山路翻交后的非机动车绕行道路。因此，地面超载取为20KN/m2。 2 设计依据和设计标准2.1基坑工程设计依据1)
6、 建筑基坑支护技术规程(JGJ12099)2) 混凝土结构设计规范（GB500102002）3) 地基与基础工程施工及验收规范（GBJ20283）4) 建筑地基处理技术规范（JGJ792002） 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 3 页5) 地基处理技术规范（DBJ084094） 6) 7) 8) 9)地铁基础工程施工规程（SZ082000） 基坑工程设计规程（DBJ086197） 简明深基坑工程设计施工手册 基坑工程手册2.2基坑工程等级确定在基坑方案总体设计中,必须根据周围环境要求、工程功能要求等制定出安全而合理的设计标准。按深基坑工程已有工程经验，根据周围环境保护要求，将基坑变形
7、控制标准分为四个等级如下表2-1注：H为基坑开挖深度，在17m左右，K为抗隆起安全系数，按圆弧滑动公式算出。根据以上标准，该工程等级可以确定为二级。2.3基坑设计控制原则1) 全面响应招标文件，严格遵守招标文件的各项条款。2) 采用先进、成熟、有效、切实可行的施工方案，确保在业主要求工期内，安全、优质、高效、低耗地完成本标段施工任务。 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 4 页3) 充分考虑本标段工程特点和周边施工环境，最大限度地降低工程施工对城市秩序、环境卫生、市容市貌、地面交通、既有设施安全及市民正常生活带来的不利影响。4) 严格贯彻“安全第一”的原则；采用监控量测措施和信息反馈系统
8、指导施工，确保施工安全、环境安全及周边建筑物安全。5) 确保工程质量和工期。6) 文明施工和环境保护达到沈阳市政府及业主的要求。7) 坚持优化技术方案和推广应用“四新”成果，加强科技创新和技术攻关，应用新技术、新材料、新工艺、新设备，确保工程全面创优。8) 加强施工管理，提高生产效率，降低工程造价。 3 基坑维护方案设计3.1支护体系的组成当基坑工程的土方开挖、采用有支护开挖方式时，在基坑土方开挖之前则需先施工支护体系。支护体系按其工作机理和材料特性，分为水泥土挡墙体系、排桩和板墙式支护体系和边坡稳定式三类。水泥土挡墙体系，依靠其本身的自重和刚度保护坑壁，一般不设支撑，特殊情况下经采取措施后亦
9、可局部加设支撑。排桩和板墙式支护体系，通常由围护堵、支撑(或土层诺杆)及防渗旅幕等组成。3.2几种常见支护体系在基坑支护中，实际上多采用以下四种方法，根据工程水文地质及工程安全等级、周围环境等各方面的要求，对以下四种支护方式进行具体的分析，从而选出最适合于本工程施工的一种支护方式。3.2.1深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙的优点：由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济。其缺点首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时。为此可采取中间加墩、中国矿业大学2
10、008届本科生毕业设计 第 5 页起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。一般情况下，当红线位置和周围环境允许，基坑深度7m，在软土地区应优先考虑采用之。3.2.2槽钢钢板桩这是一种简易的钢板校园护墙，由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长68m，型号由计算确定。打人地下后顶部近地面处设一道拉锚或支撑。由于搭接处不严密，一般不能完全止水。如地下水位高，需要时可用轻型井点降低地下水位。一般只用于一些小型工程。钢板桩的优点是材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而且简便；有一定的挡水能力(小趾口音挡水能力
11、更好)；可多次重复使用；一般费用较低。其缺点是一般的钢板桩刚度不够大，用于较深的基坑时支撑(或拉锚)工作量大，否则变形较大；在透水性较好的土层中不能完全挡水；拔除时易带土，如处理不当会引起土层移动，可能危害周围的环境。由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m的基坑。3.2.3地下连续墙地下连续墙是于基坑开挖之前，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖深槽，然后下钢筋笼浇筑混凝土形成的地下土中的混凝土墙。地下连续墙用作围护墙有厂述优点：(1) 施工时振动少、噪声低，可减少对周围环境的影响，能紧邻建筑物和地下管线施(2) 地下连续墙刚度大、整体性好、变形相对较小，可用于深基坑；(3) 地下连续墙为
12、连续整体结构，施工时处理好接头部怔，能有较好的抗渗止水作用地下连续墙有如下的缺点：如单独用作围护堵成本较高；施工时需泥浆护壁，泥浆要妥善处理，否则影响环境。当基坑深度大，周围环境复杂井要求严格时，往往首先考虑采用。3.2.4 SMW工法(劲性水泥土搅拌桩法)SMW工法为日本的叫法，国内亦称劲性水泥土搅拌校法，即在水泥土搅拌桩内插入H型钢等(多数为H型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等)，将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 6 页培。坑深大时亦可加设支撑。从我国目前的设计施工水平看，SMW工法围护墙在软土地区用于
13、两层地下室的基坑工程(深度810m)完全是可以的，上海东方明珠二期工程用于10.7m基坑。如果用后能将H型钢拔出回收，则经济效益显著。3.3方案对比分析及选择对于深层搅拌水泥土围护墙，由于基坑开挖深度达到17.86米,坑内无支撑肯定达不到安全施工的要求。同时基坑长度过大，达到71.06米，为此要采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移，所以施工比较复杂。其次是由于其厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要影响周围环境。该工程两侧都有建筑物，可施工的空间有限。因此此工法在此不可应用。对于槽钢钢板桩，由于搭接处不严密，一般不能完全止水。且一般的钢板桩刚度不够大，
14、用于较深的基坑（本工程17.86m）时支撑(或拉锚)工作量大，变形较大；且由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m的基坑。对于本工程，显然不合要求，故放弃此支护方案。对于地下连续墙和SMW(劲性水泥土搅拌桩法)，是深基坑支护方式最常用的几种方法之一，在此工程中两种方法都可以应用。但是考虑到环境和造价要求，我认为还是优先使用SMW(劲性水泥土搅拌桩法)工法进行施工。因为该工程南侧为同仁大厦的附属建筑，东侧为同仁宾馆，在吉兆营路的北侧，有二幢省电力建设公司的砖混结构多层房屋，两幢建筑距基坑北边线12.5m，由于地下连续墙施工对环境的要求和破坏都很大，同时由于该工程开挖深度深，基坑长，如果采用地
15、下连续墙施工的话，那么工程造价势必会提高很多。所以采用SMW工法较为合理。具体参数如下。3.3.1型钢选择SMW工法中，由于内插型钢，不需要配筋。选用HW394*398*18*11 H型钢，型钢截面见图3-1。 hb1twt取 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 7 页图3-1 型钢示意图3.3.2水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩桩机钻孔直径为800mm，孔轴间距为600mm，且水泥搅拌桩选择w=394mm，t=600mm，见图3-2。 4 基坑支撑方案设计4.1支撑结构类型根据基坑工程手册，对于深度较大的基坑，为使围护堵经济合理和受力后变形的控制在一定范围内，都需沿围护墙竖向增设文承点，以减小
16、跨度。如在坑内对围护墙加设支承称为内文撑；如在坑外对围护墙拉设支承，则称拉锚(土锚)。内支撑受力合理、安全可靠、易于控制图护墙的变形但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。用土锚拉结 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 8 页围护墙，坑内施工无任何阻挡，但于软土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定长度，在建筑物密集地区如超出红线油需专门申请，否则是不允许的。一般情况下，在土质好的地区，如具备锚杆施工设备和技术，应发展土锚；在软土地区为便于控制围护墙的变形，应以内支撑为主。支护结构的内支撑，按材料分，可分为钢支撑和钢筋混凝土支撑两类。钢支撑的优点
17、是安装和拆除速度较快，能尽快发挥艾撑的作用，减小时间效应，既使围护墙因时间效应增加的的变形减小；可以重复利用，多为租赁方式，便于专业化施工；可以施加预紧力，还可根据围护墙变形发展情况，多次调正预紧力值以限制围护墙变形发展。其缺点是整体刚度相对较弱，支撑的间距相对较小；由于在两个方向施加预紧力，使纵、横向方捏的诈接处处于铰接状态。钢筋混凝土支撑优点是形状多样性，由于是现浇而成，可浇筑成直线、曲线构件，可根据基坑平面形状，浇筑成最优化的市置型式；整体刚度大、安全可靠，可使围护墙的变形小，有利于保护周围环境；可方便地变化构件的截面和配筋，以适应其内力的变化。其缺点是支撑成型和发挥作用时间长，现场浇筑
18、需时较长，再加上养护达到规定的强度，时间更加长，为此时间效应大，使围护墙因时间效应而产生的变形增大；属一次性的支撑结构，不能重复利用(做成装配式者例外)；拆除相对困难，如利用控制爆破拆除，有时周围环境不允许，如用人工拆除时间较长，劳动强度大。4.2支撑方式的对比选择由于本工程的施工同时施工影响着珠江路地铁车站的施工，所以工期较为紧张。而钢筋混凝土支撑由于其成型和发挥作用时间长，现场浇筑需时较长，同时养护要达到规定的强度，时间更加长，一来是时间不允许，二来是围护墙也会因时间效应而产生变形增大的后果；且不能重复利用；拆除相对困难。又由于工程周围建筑物较多，空间上也不许。而钢支撑的安装和拆除速度较快
19、，能尽快发挥支撑的作用，减小时间效应，有利于保证工期；可以重复利用。此基坑长度长,开挖深度大,若是连结处处于绞结状态的话，对于基坑开挖的安全性是不能保证的，也能满足环境的要求。因此我建议采用钢支撑施工，采用f580钢管作为支撑，设置四道钢支撑。4.3立柱当基坑的平面尺寸较大时，需布置支撑立柱来支撑水平支撑系统的自重，同时还可以防止支撑弯曲，在一定程度上起到缩短支撑的计算长度，防止支撑失稳破环的作用。 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 9 页支撑立柱通常采用钢立柱。由于在基坑开挖结束建筑底板的时候支撑立柱一般不能拆除，所以立柱最好做成格构式，以利于底板钢筋的通过，否则必须截断底板钢筋或在
20、立柱侧壁上穿洞，而造成不必要的麻烦。本工程中，立柱采用和钢支撑同样的材料，为f580钢管。4.4围檩围檩的作用为将支护墙体上所承受的土压力、水压力等外荷载传递到支撑上，围檩的另一个重要作用是加强支护墙体的整体性，将支护墙体的各施工单元组成一个整体而共同受力。4.5支撑制作注意事项内支撑施工体系安装施工要点：（1）千斤顶预加轴力必须对称同步，以平衡横撑自重下落的可能和初期开挖预放的初应变。（2）钢管横撑的设置时间必须严格按设计工程条件掌握，土方开挖时应分段分层，严格控制安装横撑所需的基坑开挖深度。（3）所有支撑连接处，均应垫紧贴密，防止钢管支撑偏心受压。（4）端头斜撑处钢围囹及支撑头，必须严格按
21、设计尺寸和角度加工焊接、安装、保证支撑为轴心受力。（5）钢管支撑安装的允许偏差应满足表4.1的规定4.6基坑施工应变措施4.6.1支护墙的渗水与漏水土方开挖后支护墙出现渗水或漏水，对基坑施工带来不便，如渗漏严重时则往往会造成土颗粒流失，引起支护墙背地面沉陷甚至文护结构坍塌。在基坑开挖过程中，一旦出现渗水或漏水应及时处理，常用的方法有：对渗水量较小，不影响施工区不影响周边环境的情况，可采用坑底设沟排水的方法。 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 10 页对渗水量较大，但没有泥砂带出，造成施工困难，而对周围影响不大的情况，可采用“引流修补”方法。4.6.2断桩及漏桩的处理在成桩过程中有时会遇
22、到无法清除的地下障碍，使支护桩形成断桩或漏桩现象，在钻孔灌注校施工中也会遇到坍孔等原因造成断校。这对支护堵的受力会带来影响，断桩或漏桩处也易造成严重漏水。对于施工过程中已知的或怀疑可能发生的断桩或漏桩，在基坑开挖前，应先行对该桩险及桩背进行压密注浆或高压喷射注浆，保证其在开挖后不发生严重漏水，以便开挖后处理。断桩如发生在基坑底面以上，则在开挖后，可将断校部位的泥浆、粘土、浮浆及不密实的棍凝土凿干净，支模后用很凝土补浇填实。对于施工过程中未知的断桩或漏校，开挖发现后应先进行止水处理，再用混凝土补浇填实施工阶段未知的断桩，其位置又发生在基坑底面以下，一般很难发现也难以修复。4.6.3防止侧向位移发
23、展的措施基坑开挖后，支护结构发生一定的位移是正常的，但如位移过大，或位移发展过快，则往往会造成较严重的后果如发生这种情况，应针对不同的支护结构采取相应的应急措施。4.6.4流砂及管涌的处理在细砂、粉砂层土中往往会出现局部流砂或管涌的情况，对基坑施工带来困难。如流砂等十分严重则会引起基坑周围的建筑、管线的倾斜、沉降。对轻微的流砂现象，在基坑开挖后可采用加快垫层浇筑或加厚垫层的方法“压住”流砂。对较严重的流砂应增加坑内降水措施，使地下水位降至坑底以下0.51m左右。降水是防治流砂的员有效的方法。但应注意，坑内降水不能对基坑外产生不利影响，因此，如果支护结构本身没有止水惟幕或止水椎幕渗漏严重的，则应
24、慎用。4.6.5临近建筑与管线位移的控制基坑开挖后，坑内大量土方挖去，土体平衡发生根大变化，对坑外建筑或地下管线往往也会引起较大的沉降或位移，有时还会造成建筑的倾斜，并由此引起中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 11 页房屋裂缝，管线断裂、泄漏。对建筑的沉降的控制一般可采用跟踪注浆的方法。对基坑周围管线保护的应急措施一般有二种方法：一是打设封闭桩或开挖隔离沟；二是管线架空。4.7支撑施工技术要点4.7.1支撑安装钢支撑安装的质量直接影响到工程安全和施工人员的安全，对于工程质量和地表沉降有着至关重要的作用，必须引起高度重视，施工中，必须加强以下几个方面的控制：（1）本次基坑施工的钢支撑选用
25、580规格，钢支撑进场后，应有技术人员专人负责（2）钢支撑进入施工现场后都应作全面的检查验收，必须进行试拼装，不符合要求的坚决不用。（3）对施加支撑轴向预应力的液压装置要经常检查，使之运行正常，使量出的预应力值准确，每根支撑施加的预应力值要记录备查。（4）钢管支撑连接螺栓一定要全数栓上，不能减少螺栓数量，以免影响钢支撑的拼接质量。（5）在基坑开挖与支撑施工中，应对SMW墙体的变形和地层移动进行监测，内容包括SMW墙体变形观测及沉降观测、邻近建筑物沉降观测。要求每天都有日报表，及时反馈资料指导施工。4.7.2内支撑体系的拆除支撑体系拆除的过程其实就是支撑的“倒换”过程，即把由钢管横撑所承受的侧土
26、压力转至永久支护结构或其他临时支护结构。支撑体系的拆除施工应特别注意以下两点：（1）拆除时应避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。（2）利用主体结构换撑时，主体结构的楼板或底板混凝土强度应达到设计强度。4.7.3支撑体系主要施工技术措施（1）严格遵循“边挖边撑”的原则，合理安排施工周期第一层土方开挖沿纵向长度一次不超过6m，一旦挖出工作面即迅速安装钢支中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 12 页撑，当支撑预应力施加完成后，才能继续沿纵向开挖。第二层及以下各层土体开挖中，每一小段长度不超过6m，开挖每一层的小段土方，要再16小时 (5-1)i=c=fci=1n*hi/h (5-
27、2) *hi/h (5-3) i=1ni式中：gi:第i层土天然重度（kN/m3）；hi：第i层土的厚度（m）；ji：第i层土的内摩擦角（）； 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 13 页 Ci：第i层土的粘聚力（KPa）；H：墙深（m）,取H=1.8h=32.12m.由墙底至坑底间各土层参数计算得:r=(1.3*18+0.9*18+0.8*18.93+3.3*18.83+4.5*19.9+3.1*19.49+3.6*18.543+1.8*18.73+3.5*17.96+6.1*19.62+3.12*20 ) 19.07（kN/m）= 19.07（kN/m3）c=(1.3*10+0.9*
28、10+0.8*11.4+3.3*10+4.5*6.66+3.1*9.2+3.6*15.0+1.8*12.2+3.5*9.3+6.1*11.410.5+3.12*)/32.12（KPa）=10.4（KPa）r=(1.3*20+0.9*20+0.8*28.3+3.3*26.9+4.5*18.8+3.1*26.9+3.6*21+1.8*20+3.5*20+6.1*22+3.12*25.5)/32.12（）=22.4（）5.1.3水土压力计算由于年平均地下水位在地表以下1.0-1.4m，取地下水位在地表以下1.0m处。地面超载取20 kN/m。1）开挖面以下主动土压力：计算压力简图5-1如下: 有公式
29、:2Ea 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 14 页Pa=(g*h0+q+r0(z-h0)-2cka+r(z-h0) (5-4) Ka=tan2(45o-f/2)=0.45其中：pa坑 (5-5)其中：KP=tan2(45o+f/2)=2.19代入公式计算得：pp2=31.64KPapp3=628.01KPa 5.2支撑及墙体内力计算在本设计中,我采用日本的山肩邦男为简化计算，山肩邦男提出了如下近似解法，其基本假定如下：(1) 在粘土地层中，挡土结构作为底端自由的有限长弹性依；(2) 挡土结构背侧土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以厂取为矩形，中国矿业大学2008届本科生毕业设计
30、第 15 页已抵消开挖面侧的静止上压力；(3) 开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力；(4) 横撑没置后即作为不动支点；(5) 下道横撑设置后，认为上道横撑的轴力保持不变且下道横撑点以上的挡土结构仍保持原来的位置；(6) 开挖面以下挡土结构弯矩M0的那点假设为一个铰，而且忽略此铰以下的挡土结构对此铰以上挡土结构的剪力传递。5.2.1各参数的计算按水土分算公式计算水土压力等于零的点：令式（5-4）等于零得: h0=0.96m由式（5-4）计算得基坑底水土压力：sa248.45KPa由上面计算的水土压力等于零的点力地面以下0.96m，考虑地下水位的作用取水土压力等于零的点力地面以下1.0m处，
31、近似取水土压力为三角形分布，三角形的顶点在地表以下1.0m处，可得三角形荷载的斜率h：203.07 h =15.45714.73248.45-(17.86-1)*10 a = 16.86=4.73 b =h-a14.73-4.7310因为PP=wx+n，由式（5-5）可得：PP41.76x+31.64则有：w=41.76 n=31.64 b=10 a=4.73 h=14.735.2.2支撑内力的计算因为我们所考虑的墙后水、土荷重图式与山肩邦南法所采用的不一样，故虽然照山肩邦南的基本假定，但是另行推导了近似解的计算公式。基本假定与山肩邦南法相同。开挖面以下的水平力认为衰减到零。被动侧的土抗力认为
32、达到被动主动力，为区别于山肩邦南已减去静止土压力部分，以(wx+v)代替(xx+V)。计算简图5-2如下：由Y=0和M=0推导得出以下式子(5-6),(5-7)： 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 16 页11111132(w-a)cm-(hh0k-n-whkk+ahkk-bh0k)cm 322223h11-(hh0k-n-bh0k)hkkcm+(Nihik-hkkNi+bh02k(hkk-0k)=0和2231111222Ni=h0kcm+h0-wc-nh-N-bc+acm km0ki-1m2222根据计算机VB编写的计算小程序可以直接得出各支撑的轴力和墙体所受的弯矩。各计算参数如下：
33、第一道支撑的参数：K=1 i=0 h0k=6.5+20/r=7.55 hkk =h1k=4.5 Nk=N1；第二道支撑的参数：K=2 i=0,1 h0k=12.01 h1k=9 h2k=4.5 Nk=N2 Ni=N1 ；第三道支撑的参数：K=3 i=1,2 h0k=16.51 h1k=13.5 h2k=9 h3k=4.5 Nk=N3 ；第四道支撑的参数：K=4 i=1,2,3 h0k=18.85 h1k=15.84 h2k=11.34 h3k=6.84 h4k=2.34 Nk=N4；计算得：X1=3.65 X2=5.86X3=7.93 X4=8.63N1=325.33 N2=599.38 N3
34、=940.73 N4=675.45 M1=8.28 M2 =-407.43 M3=-1372.36 M4=-2971.53 M5=-3522.32注: M5为坑底的弯矩值。 5.2.3求最大弯距及剪力值(1) 最大弯矩值由经验可知最大弯矩处位于基坑底面和最后一道支撑之间.设该点距最后一道支撑的距离为x m。 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 17 页 则对此点取距得:Mmax=325.3(x+13.5)+599.38(x+9)+940.73(x+4.5)+675.45x 3(x+15.5)14.73- 6对两边求导Mmax325.33+599.38+940.73+675.45-14.7
35、3(x+15.5)/2使Mmax=0 可得:X =2.077 m代回可得最大弯矩 2Mmax=3546.45kN.m围护结构及支撑 =452.29KN -8.28KN.m407.43KN.m172.36KN.m2971.53KN.m3546.45KN.m3532.32KN.m 325.33kN 599.38kN 940.73kN 675.45kN弯矩值 轴力值 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 18 页 图5-3围护及支撑结构 QP=(w+t)QW (5-8)注:w为型钢的宽度；t为型钢间的净距。由于我们只要验算出 QW=452.29(N) = 3546.45*（0.394+0.600
36、）= 3525.17(KN.m)QP =452.29*(0.394+0.600)= 449.57(KN)(2)强度验算1)抗弯验算考虑弯矩全部由型钢承担，则型钢应力需满足下式: Mxfy (5-9) gxWnx注: W型钢抵抗矩(mm3)；W=2860cm3 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 19 页MX绕X轴的最大计算弯矩()；gx塑性截面发展系数，为gx=1.05；fy一钢材抗弯强度设计值，为fy=215N/mm2。代入数值得:3525.17*105=117.38N/mm2 <215 N/mm2 31.05*2860*10故满足抗弯要求。2)型钢抗剪验算:t=VSfv (5-
37、10) Itw注: t计算剪力(N)：S型钢面积矩(mm3)；S=398*18*(197-18/2)+(197-18)2*11/2=1523057.5mm3I毛截面惯性矩，为I=56400cm4；tw所验算点处的钢板厚度；d=11mmfv钢材的抗剪强度设计值，为fv=125 N/mm2。代入数值得: 449.57*103*1523057.5=110.36 N/mm2 <125 N/mm2 456400*10*11故满足要求。5.3基坑稳定性验算在基坑开挖时，由于坑内土体挖出后，使地基的应力场和变形发生变化，可能导致地基的失稳，例如地基的滑坡，坑底隆起及涌砂等。所以在进行支护设计（包括排桩
38、支护与地下连续墙支护等）时，需要验算基坑稳定性，必需时应采取中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 20 页必要的加强防范措施，使地基的稳定性具有一定的安全度。5.3.1基坑底部抗隆起稳定性验算许多验算抗隆起安今系数的公式中，仅仅给出了纯粘性土(f=0)或纯砂性土(c=0)的公式。很少同时考虑c,j。显然对于一般的粘性土,在土体的抗剪强度中应包括c, j的因素。因此参照Ptndtl和Terzaghi的地基承载力公式,并将墙底面的平面作为求极限承载力的基准面,示意图5-5如下： h 0 2D Ks=(g2DNq+CNc)g1(h0+D)+q (5-11)其中：D ：墙体入土深度（m），D=14
39、.26 m；h0 ：基坑开挖深度（m），h0= 17.86m；r1,r2:墙体外侧及坑底土体加权平均重度（kN/m3）, r1=19.06 kN/m，r2 3=19.07 kN/m； 3c，j分别为墙底以下主要影响范围内地基土的粘聚力、内摩擦角峰值，取c=10.06，j=21.90；q：地面超载（KN/m），取q=20 kN/m；Nq, Nc：地基承载力系数，由太沙基公式： 33其中Nq,Nc由太沙基公式得: 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 21 页(3p-f*p)tanf1e42*180Nq=2cos(45+)22 (5-12)Nq-1Nc=tanf代入得: (5-13)(3p-1
40、7*p)tan21.91e42*180Nq=21.92cos(45+)2=9.08 Nc=9.08-1 tan21.9 =20.11把各数值代入公式(5-11)中得： ks=2 19.07*14.26*9.08+10.69*20.11 19.06(17.84+14.26)+20=4.248Ks为支护墙底地基承载力安全系数。根据基坑重要性等级，一级基坑取2.5；二级基坑取2.0；三级基坑取1.7。本基坑的安全等级为二级，故验算满足要求.5.3.2围护墙的抗倾覆稳定性验算板式支护结构的抗倾覆稳定性又称踢脚稳定性，是验算最下道支撑以下的主动、被动土压力绕最下道支撑(拉锚)点的转动力矩是否平衡。计算简
41、图如图5-6：图5-6抗倾覆计算简图 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 22 页 hth d a,3支护结构的抗倾覆稳定性可按式下式验算：Mr (5-14) MsK=（1）土压力计算2点处的被动土压力、3点处的主被动土压力已在荷载计算中计算得出：ep231.64 KPa；ep3=628.01 KPa；ea3=454.62 KPa；4点处的主动土压力式5-4计算： ea4 =(19.07+20+9.07*14.5)0.49-210.1610*14.5=214.36 KPa ；（2）坑 (5-15) Ms=0.5ea,b(ht+hd)2+(ea,d-ea,b)2(ht+hd)2/3 (5-
42、16)中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 23 页其中式中:Mr坑内被动土压力对最下层支撑点4点处产生的力矩，kN.m/m；Ms坑外主动土压力对最下层支撑点4点处产生的力矩，kN.m/m；ep2坑内开挖面处被动土压力强度，KPa；ep3坑内墙角处被动土压力强度，KPa；ht最下道支撑4点处距离开挖面的距离，m； ht2.34 m；hd连续墙埋深，m； hd14.26 m；ea4坑外最下道支撑处4点处的主动土压力强度，KPa；ea3坑外墙底处的主动土压力强度，KPa；代入参数得到：Mr=31.64*14.26(2.34+14.26/2)+0.5*14.26*(628.01-31.64)*(
43、2.34+2*14.26/3)=54646.16(kN.m/m)1Ms=0.5*214.36(2.34+14.26)2+(454.62-214.36)*(2.34+14.26)2 331382.5(kN.m/m)K=Mr/Ms54646.16/41382.5 =1.32>1.2故抗倾覆稳定性满足要求。5.3.3整体圆弧滑动稳定性验算全面地对有支护基坑进行稳定性分析，是基坑工程设计的最重要环节之一。分析中所需地质资料要能反映基坑顶面以下至少2.3倍基坑开挖深度的工程地质和水文地质条件。采用圆弧滑动法验算支护结构和地基的整体抗滑动稳定性时，应注意支护结构一般有内支撑或外锚拉结构，墙面垂直的特点，不同于边坡稳定验算的圆弧滑动，滑动面的圆心一般在挡墙上方，靠坑内侧附近通过试算确定最危险的滑动面和最小安全系数。考虑内支撑作用时，通常不会发生整体稳定破坏，因此，对中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 24 页支护结构，只设一道支撑时，需验算整体滑动、对设置多道支撑时可不作验算。5.3.4抗渗流验算在地下水位较高地区基坑开挖以后，