工程施工计算书Word格式文档下载.docx
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一）作用于支护结构上荷载的计算
1）作用在支护结构上的荷载可分为三类：
①永久荷载：
主要为土压力，不考虑降水导致水对支护的影响，将水压力与土压力均作为恒载，采用水土合算计算压力。
②可变荷载：
主要为地面上汽车、吊车及堆载，取q=20kN/m。
③偶然荷载：
主要包括地震力、爆炸力等等，暂不列入本次计算内容。
2）荷载计算理论
支护结构上荷载的计算主要是土压力的计算，然而实际作用于支护上的土压力一般都比较复杂，并没有精确的理论来保证其正确可靠，而是通过现场测试和室内模型试验并依此为基础，但限于条件，我们采用经典的朗肯土压力理论来近似计算挡土压力，并辅以一定的安全系数，这样计算得到的结果都是偏于安全的。
对于地下水对土压力的影响，根据土层信息，我们采用水土合算法。
合算原则认为土孔隙中不存在自由的重力水，而仅存在结合水，结合水不能传递静水压力，以土粒与孔隙水共同组成的土体为对象，适用于于黏性大、渗透系数比较小的土层。
而本工程土样渗透系数为0.08m/d，孔隙比n=0.75，符合水土合算要求。
3）水土压力计算
因为基坑的开挖使得开挖部分土体失去了平衡，坑外土体有向坑内运动的趋势，于是墙后土层就会施加于围护结构一个主动土压力，迫使挡墙向基坑内变形，对坑地下层土体产生挤压效果，与此同时，基坑内底层土体就会施加于围护结构一个被动土压力。
沿支护墙长度方向取1m延米进行计算
杂填土主动土压力系数：
Ka1=tan2（45o-φ/2）=tan2（45o-15o/2）=0.59
粉质粘土主动土压力系数：
Ka2=tan2（45o-φ/2）=tan2（45o-20o/2）=0.49
杂填土上层土压力：
ea0=（q+γ1h）Ka1-2c1Ka1=0.49kPa
杂填土下层土压力：
ea1-=14.74kPa
粉质粘土上层土压力：
ea1+=-9.38kPa
基坑底面处土层压力：
ea2=（q+γ1h+γ2h）Ka1-2c2Ka2=0.49kPa
土层信息图
朗肯理论假定墙背与填土之间无摩擦力，即摩擦力δ=0，计算出主动土压力偏大，被动土压力偏小，因此，在计算被动土压力系数时，使δ≠0，则被动土压力系数可按照下式计算：
Kp=cosφcosδ-sin（φ+δ）sinφ2
式中Kp—主动土压力系数；
φ—土的内摩擦角；
δ—桩土间的摩擦角（δ=13φ~23φ）。
取δ=12φ2=10o,则该黏性土层的被动土压力系数Kp=2.64
鉴于安全考虑，一般不对主动土压力予以折减，故上述主动土压力仍以朗肯理论计算所得。
对于多支点排桩支护的计算方法，一般有等值梁法（连续梁法）、支撑荷载的1/2分担法、逐层开挖支撑力不变法和有限元法。
而我们采用连续梁法进行以下计算：
①土压力为的点（近似零弯点）距离基坑底面的距离的计算
土压力分布图
y=eaγ（Kp-Ka）=107（2.64-0.49）×
19=2.62m
②计算连续梁（灌注桩）的内力
采用连续梁的计算方法得到各点的弯矩和剪力值如下：
各点
A
B
C
D
E
M（kN∙m）
-5.13
-59.45
-236.4
V（kN）
10.8
150.7
478.1
167.5
③计算灌注桩入土深度
根据等值梁法得：
入土深度X=y+6RFγ（KP-Ka）=2.62+6×
167.519（2.64-0.49）=2.62+4.96= 7.58m
考虑土质较差，应乘以一定的安全系数，取K=1.1,即灌注桩的入土深度为1.1×
7.58=8.34m
则灌注桩总长度为H=13.5+8.34=21.84m，取H=22m。
4）灌注桩挡墙设计
①桩体材料
根据规范要求“钻孔灌注桩采用水下浇筑混凝土，混凝土强度等级不宜低于C20（通常用C30）”，故我们选用C30的混凝土，水泥采用425号普通硅酸盐水泥，粗骨料粒径控制在40mm以内，钢筋采用HRB335（fy=300N/mm2）。
②桩身参数初定
钻孔灌注桩常用桩径为500~1000mm，我们初定为800mm，桩与桩之间的中心距为1000mm，桩与桩之间的净距则为200mm，便于施工,钢筋保护层厚度为50mm。
③桩体配筋计算
我们采用圆形截面均匀配筋，其正截面受弯承载力可按下式计算：
MC=23fcr3∙sin3πα+fyASrssinπα+sinπαtπ
式中MC—单桩抗弯承载力，N∙mm;
AS-纵向钢筋截面面积，mm2;
r-桩的直径，mm;
rs-纵向钢筋所在的圆周半径，mm，为桩的半径减去钢筋保护层厚度，mm;
αt-纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面积的比值；
α-对应于受压区混凝土截面积的圆心角与2π的比值；
fc-混凝土强度设计值，MPa；
fy-钢筋强度设计值MPa。
我们初取AS=2500mm2（满足最小配筋率ρ=0.42%的条件下），计算系数K=fy∙AS/（fc∙A）=0.10，查表得α=0.216，αt=0.818，代入公式算的MC=248.6kN∙m，略大于单桩承受的最大弯矩值。
故AS=2500mm2满足要求，但考虑到受弯构件强度设计安全系数K=1.4
则AS=1.4×
2500=3500mm2，选用10∅22（AS=3801mm2）
④构造配筋
钻孔灌注桩的箍筋采用∅8@200螺旋箍,每隔2000mm布置一根直径为16mm的焊接加强箍筋，以增强钢筋笼的整体刚度，有利于钢筋笼吊放和浇筑水下混凝土的整体性。
5）土层锚杆设计计算
①确定基坑支护方案，根据基坑开挖深度和土的参数，确定锚杆的层数、倾角等
根据开挖深度和桩身受力分析，我们采用三层土层锚杆支护，每先挖到锚杆标高，就进行锚杆施工，待锚杆张拉好后，方可进行下一步开挖。
参照《土层锚杆设计和施工规范》，我们选取土层锚杆水平间距为2m，锚杆倾角为30o，然后进行设计。
②根据锚杆的间距、倾角，计算锚杆轴力
第i层锚杆
1
2
3
锚杆轴力（kN）
24.9
348.0
1103.9
③计算锚杆自由段长度
锚杆自由段长度Lf可按下式计算：
Lf=LAB=LAO∙sin（45o-φ2）sin（45o+φ2+α）
式中 LAO—锚杆锚头中点至基坑底面以下土压力为零点处的距离；
φ—土体各土层厚度加权内摩擦值标准值；
α—锚杆倾角。
第一层锚杆：
Lf1=9.04m，考虑到自由段变形长度应超过滑裂面0.5~1.0m的长度，故取Lf1=10m，以下同理。
第二层锚杆：
Lf1=7.0m
第三层锚杆：
Lf1=5.0m，虽然经计算
仅为4.25，但规范建议不应短于5m，故取为5.0m
④计算锚杆锚固段长度
锚杆的锚固段长度La按下式计算：
La=KmNtπdmτ
式中dm-锚杆段直径，可取钻孔直径的1.2倍；
Km—锚固安全系数，可取1，当使用年限超过两年或周边环境要求较高时，可取2.0
Nt-锚杆设计拉力；
τ-锚固体与土层之间的剪切强度，可按各地积累的经验取用，或者按式τ=c+σtanδ确定，c为土体内力，σ为锚固段中点的土覆压力，δ为锚固段与土体之间的摩擦角，通常取δ=（1/3~1/2）φ。
当采用二次压力注浆工艺时，取δ=φ，其中φ为土体的固结（快）剪的内摩擦角峰值。
钻孔直径一般为150mm，故我们取锚固段直径dm=1.2×
150=180mm，开挖深度范围内土体力学指标加权平均值：
φ=15×
1+20×
12.513.5=19.6o
c=5×
12.513.5=18.9kPa
δ取为1/2φ=9.8，则各层锚杆的锚固段长度为,
第一层土层锚杆：
代入公式的La1=3.3m，因为锚固段长度不应小于4.0m，因此La1=4.0m
第二层土层锚杆：
La2=15m
第三层土层锚杆：
La3=33m
⑤计算锚杆锚索的断面尺寸
锚杆杆体的截面面积按下列公式确定：
普通钢筋
As≥KmTdfycosθ
预应力筋
Ap≥KmTdfpycosθ
As,Ap—普通钢筋，预应力钢筋杆体截面面积；
fy，fpy—普通钢筋，预应力钢筋抗拉强度设计值；
Km—安全系数，取1.3。
计算结果如下：
第一层锚杆:
As=108.1mm2，选用普通钢筋2∅12（As=226mm2）
As=1306mm2，选用普通钢筋3∅25（As=1473mm2）
Ap=1595mm2,选用预应力螺纹钢筋2∅32（Ap=1609mm2。
⑥预应力张拉值计算
因为第三层锚杆处荷载值较大，我们选用了预应力螺纹钢。
土层锚杆灌浆后，待锚固体强度达到80%设计值以上，便可对锚杆进行张拉。
预应力张拉时，为了减少应力损失，我们采用“跳张法”，即隔1拉1的方法。
正式张拉前，取设计拉力的10%~20%，即110.39~220.78kN，对锚杆预张一两次，使各部位接触紧密。
正式张拉采用分级加载，每级加载后恒载3分钟，记录伸长量。
张拉到设计荷载（不超过轴力），恒载10分钟，锁定预应力为设计轴拉力的75%，即827.9kN。
⑦土层锚杆抗拔设计计算
土层锚杆的极限抗拔设计值按下式进行计
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