基坑工程课程设计课设.doc
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基坑工程课程设计
设计题目
天水滨江一期深基坑支护设计
院（系）
专业
姓名
学号
起讫日期
2010-08-30至2010-09-12
指导教师
2010年09月
目录
1.设计方案综合说明-------------------------------------2
1.1工程概况-----------------------------------------2
1.2拟建场地的工程水文地质条件-----------------------2
1.3拟建场地的周边环境条件---------------------------2
1.4设计的目的和任务---------------------------------3
2.支护结构的设计计算-----------------------------------4
2.1土压力强度---------------------------------------5
2.1.1主动土压力-----------------------------------5
2.1.2被动土压力-----------------------------------5
2.2土压力及合力作用点位置---------------------------7
2.3支护桩长计算-------------------------------------9
2.3.1支承轴力-------------------------------------9
2.3.2剪力QB---------------------------------------9
2.3.3计算锚固长度---------------------------------10
2.3.4计算最大弯矩---------------------------------10
2.3.5抗倾覆、抗滑移验算---------------------------11
2.3.6最大配筋验算---------------------------------13
2.3.7抗渗、抗管涌验算-----------------------------14
2.3.8抗隆起验算-----------------------------------14
2.3.9压顶圈梁、支撑的设计计算（截面尺寸、砼标号、配筋验算）--------------------------------------------------15
2.3.10立柱桩的设计计算----------------------------17
2.3.11支护结构最大位移估算及整体稳定性验算--------18
1.设计方案综合说明
1.1工程概况
某开发公司拟建的天水滨江一期有3栋高层组成，总建筑面积为126000m2，采用钢筋混凝土框架结构，桩基础。
设二层地下室，三栋建筑的地下室连成一体，东西长200.0m，南北宽60.0m，总周长520.0m。
建筑±0.00=8.0m，现地面标高为7.4m，基础顶板标高为-0.6m，底板厚0.4m，垫层厚0.1m。
1.2拟建场地的工程水文地质条件
拟建场地地势平坦，为长江漫滩地貌单元，支护影响范围内依次分布着：
①层填土：
灰褐色，潮湿，松散，主要由粉质粘土夹少量建筑垃圾组成，均层厚1.50m。
②-1层粉质粘土：
灰色，饱和，软～可塑，中压缩性，平均层厚3.50m。
②-2层粉土：
灰色，饱和，软塑，高压缩性，平均层厚4.00m。
②-3层淤泥质粉质粘土：
灰色，饱和，软～流塑，高压缩性，平均层厚18.00m。
场地地下水为孔隙潜水，稳定地下水位-1.5m。
各土层的支护设计参数表1
土层
层厚
（m）
重度γ
kN/m3
固结快剪
土层渗透系数（cm/s）
C（kPa）
φ（度）
水平Kn
垂直Kv
①层填土
1.50
19.0
20
15
5.2×10-5
3.0×10-5
②-1层粉质粘土
3.50
18.6
20
12
7.4×10-6
7.0×10-6
②-2层粉土
4.00
18.5
15
18
6.8×10-4
6.0×10-4
②-3层淤泥质粉质粘土
18.00
18.5
12
10
9.0×10-6
8.0×10-6
1.3拟建场地的周边环境条件
基坑东侧、西侧：
与道路外边线相距8.0m。
基坑北侧：
与已建3栋5层住宅楼相距5.0m，住宅楼为浅基础，埋深在现地
面下1.5m。
基坑南侧：
空地。
地面活荷载取值为q=20kPa，北侧建筑物按每层15kPa超载进行计算。
地下水埋深1.5m。
1.4设计的目的和任务
工程概况、拟建场地的工程水文地质条件、周边环境条件，确定“安全可靠，经济合理，技术可行，施工方便”的支护设计方案。
1.5支护方案的确定
拟建三栋高层地下室开挖深度约为8m,基坑开挖所涉及到得土层为填土、粉质粘土、粉土，地下水位埋藏较浅，考虑到地下场地北侧紧邻已建三栋5层住宅楼，基坑东侧、西侧与道路外边线相距8m,为保证周边道路、建筑正常安全使用和本工程地下结构的顺利施工，要求围护结构设计应满足稳定性好、沉降位移小，并能有效地止水的要求。
综合考察现场的周边环境、道路及岩土层组合等条件，为尽可能避免基坑开挖对周围建筑物、道路的影响，本着“安全可靠、经济合理、技术可行、方便施工”的原则，本工程支护选用如下形式：
1.挡土结构：
本方案采用柱列式排桩的支护形式作为挡土结构。
其中排桩采用施工速度较快且对周边环境影响较小的钻孔灌注桩的支护形式。
2.支撑体系：
由于基坑北侧临近建筑物，对变形控制要求较高，为最大限度控制基坑变位，本方案考虑采用一层刚度较大的砼支撑，以此减少支护桩体的水平变位，从而确保周边建筑物的稳定与安全，使施工顺利进行。
考虑到开挖对周边建筑物及光缆、电缆产生的影响，支撑轴线不能过低，本方案砼支撑中心标高为-1.30m。
3.开挖过程中对地下水的处理：
（1）止水帷幕：
场区内地表①层填土渗透性较强，②-1粉质粘土和②-3层淤泥质粉质粘土的渗透系数为数量级，渗透性能够较弱，②-2层粉土渗透性较强，因此止水帷幕设置在②-3层以上土层即可。
外侧采用双排双轴深搅桩止水结构，为确保不漏水，要求搭接200，并要求桩底进入②-3层不小于0.5m。
（2）降水结构：
由于采用全封闭止水结构，基坑内采用管井井点降水
1.6支护设计的依据
①《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）；
②《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；
③《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008；
④《混凝土结构设计规范》GB20010-2002；
⑤《南京地区地基基础设计规范》DGJ32/J12-2005；
⑥《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009；
⑦《深基坑工程》，陈忠汉，黄书秩，程丽萍编著，机械工业出版社，2002。
2.支护结构的设计计算
场地平面图：
该地段标高为+7.4m.
基坑实际开挖深度h=8+0.4+0.1-（8.0-7.4）=7.9m,桩顶下落1m,圈梁标顶高，则基坑设计计算开挖深度6.9m。
地面活荷载q=20+1×19=39KPa，因为地面活荷载较小，故采用一道支撑。
支撑标高相对于桩顶为-0.3m
土层分布：
见附录
各项土力学系数：
东西南侧及北侧土压力系数相等
Ka1=（45º－12º/2）﹦0.5891=0.767
Ka2=（45º－12º/2）﹦0.6562=0.810
Ka3=（45º－18º/2）﹦0.5283=0.727
Ka4=（45º－10º/2）﹦0.7043=0.839
Kp3=（45º＋18º/2）﹦1.8943=1.376
Kp4=（45º＋10º/2）﹦1.4204=1.192
2.1土压力强度
2.1.1主动土压力
超载为20KN/m的东西南侧如图一
ea1= 39×0.589－2×20×0.767=-7.709kPa
ea2=（39+0.5×19）×0.589－2×20×0.767=-2.114kPa
ea3= （39+0.5×19）×0.656－2×20×0.810=-0.584kPa
ea4= （39+0.5×19+18.6×3.5）×0.656－2×20×0.810=42.122kPa
ea5= （39+0.5×19+18.6×3.5）×0.528－2×15×0.727=38.171kPa
ea6= （39+0.5×19+18.6×3.5+2.9×18.5）×0.528－2×15×0.727=66.498kPa
ea7= （39+0.5×19+18.6×3.5+4.0×18.5）×0.704－2×12×0.839=111.934kPa
超载为50KN/m的北侧
ea1= 19×0.589－2×20×0.767=-19.489kPa
ea2=19×1.5×0.589－2×20×0.767=-13.894kPa
ea3= 19×1.5×0.656－2×20×0.810=-13.704kPa
ea4= （19×1.5+18.6×3.5）×0.656－2×20×0.810=29.002kPa
ea5= （19×1.5+18.6×3.5）×0.528－2×15×0.727=27.611kPa
ea6= （19×1.5+18.6×3.5+18.5×2.9）×0.528－2×15×0.727=56.091kPa
ea7= （19×1.5+18.6×3.5+18.5×4）×0.704－2×12×0.839=97.854kPa
e’a1= 75×0.528=26.4kPa
e’a2=75×0.704=35.2kPa
2.1.2被动土压力
超载为20KN/m的东西南侧
ep1=2×15×1.376=41.280kPa
ep2=18.5×1.1×1.894+2×15×1.376=79.823kPa
ep3=18.5×1.1×1.420+2×12×1.192=57.505KPa
设②-3层土以下Xm
=（18.5×1.1+18.5×X）/（1.1+X）=18.5KN/m³
ep4=[18.5×（1.1+X）]21.192=57.505+26.27X
e合=57.505+26.27X-111.934=26.27X－54.429
令e合=0，得X=2.07m
超载为50KN/m的北侧
ep1=2×15×1.376=41.280kpa
ep2=18.5×1.1×1.894+2×15×1.376=79.823kpa
设②-3层土以下Xm
ep3=（18.5×1.1+18.5X）×1.420+2×12×1.192=26.27X+57.505kpa
e合=26.27X+57.505-133.054=26.27X-75.549kpa
令e合=0，得X=2.9m
东西南侧土压力分布图：
北侧土压力分布图：
2.2土压力及合力作用点位置
超载为20KN/m的东西南侧
Ea1=1/2×3.5×42.122=73.714kN/m
距合力作用点位置ha1=1/3×3.5+2.9+0.72=4.79m
Ea2’=38.171×2.9=110.696kN/m
距合力作用点位置ha2’=1/2×2.9+0.72=2.17m
Ea2’’=1/2×（66.498－38.171）×2.9=40.074kN/m
距合力作用点位置ha2’’=1/3×2.9+0.72=1.69m
Ea1合=1/2×25.281×0.72=9.078kN/m
距合力作用点位置ha1=0.72×2/3=0.48m
超载为50KN/m的北侧
设主动土压力为0的点在②-1以下Xm处
13.704/X=29.002/（3.5-X）
X=1.12m
Ea1=1/2×29.002×2.38=34.512kN/m
距合力作用点位置ha1=1/3×2.38+4+2.9=7.69m
Ea2’=27.611×2.9=80.072kN/m
距合力作用点位置ha2’=1/2×2.9+1.1+2.9=5.35m
Ea2’’=1/2×（56.091－27.611）×2.9=41.296kN/m
距合力作用点位置ha2’’=1/3×2.9+1.1+2.9=4.97m
Ea2’’’=26.4×1.4=36.96kN/m
距合力作用点位置ha2’’’=1/2×1.4+1.1+2.9=4.70m
Ea3=2.668×1.1=2.935kN/m
距合力作用点位置ha3=1/2×1.1+2.9=3.45m
Ea4=1/2×（41.211-2.668）×1.1=21.199kN/m
距合力作用点位置ha4=2/3×1.1+2.9=3.63m
Ea5=1/2×75.549×2.9=109.546kN/m
距合力作用点位置ha5=2/3×2.9=1.93m
东西南侧土压力合力分布：
北侧土压力合力分布：
2.3支护桩长计算
2.3.1支承轴力
超载为20KN/m的东西南侧
T×（6.6+0.72）=73.714×4.79+110.696×2.17+41.074×1.69+9.078×0.48
得T=91.3kN/m
超载为50KN/m的北侧
T×（6.6+1.1+2.8）=34.512×7.69+80.072×5.35+41.296×4.97+
36.96×4.70+2.935×3.45+21.199×3.63+109.546×1.93
得T=129.4kN/m
2.3.2剪力QB
超载为20KN/m的东西南侧
T+QB=73.714+110.696+41.074+9.078
QB=143.43kN/m
超载为50KN/m的北侧
T+QB=129.4+QB
=34.512+80.072+41.296+36.96+2.935+21.199+62.129
QB=197.1kN/m
2.3.3计算锚固长度
超载为20KN/m的东西南侧
QB×（0.38+X）+1/2×54.429×2.07×[2.07×2/3+（X－2.07）]
=1/2×13.325×0.38×（0.38×1/3+X）+1/2×（26.27X－54.429）×（X－2.07）²×1/3
X=9.68m
桩长=6.9+（9.68+1.1）×1.1=18.8m
实际桩长取20.9m
超载为50KN/m的北侧
设在②-3以下为Xm
QB×（X-2.9）=1/2×（26.27X-74.549）×（X-2.9）²×1/3
X=9.6m
桩长=6.9+1.2×（9.6+1.1）×1.1=19.74m
实际桩长取21m
2.3.4计算最大弯矩
超载为20KN/m的东西南侧
设②-2以下为Xm
ea=38.171+9.768x
91.13=（38.171+38.171+9.768x）x/2+73.714
91.13=38.171x+4.884x²+73.714
x=0.43m
Mmax=91.13×4.13－73.714×（1/3×3.5+0.43）－38.171×0.43²×1/2－9.768×0.43×1/2×0.43×1/3×0.43
=255.0kN.m/m
设②-3以下为Xm
QB+1/2×54.429×2.07=2.532+1/2×（26.27x-54.429）×（x-2.07）
x=5.95m
Mmax=143.43×（0.38+5.95）+1/2×54.429×2.07×[2/3×2.07+（5.59－2.07）]-2.532×（0.38×1/3+5.95）-1/2×（26.27×5.95-54.429）×（5.95-2.07）²×1/3
=933.2kN.m/m
取最大弯矩Mmax=933.2KN.m/m
超载为50KN/m的北侧
设②-2以下为Xm
T=34.512+52.465+68.742+1/2×9.821X²
X=0.59m
ea=68.742+9.821×0.59=74.536kpa
Mmax=129.4×（3.7+1.5+0.59）-34.512×（2.38/3+1.5+0.59）-27.611×1.5×（1.5/2+0.59）-1/2×（42.342-27.611）×1.5×（1.5/3+0.46）-68.742×0.46×1/2×0.46-1/2×（73.260-68.742）×0.46²×1/3
=570.2kN.m/m
设②-3以下为Xm
QB=（26.27x-75.549）×1/2×（x-2.8）
x=6.76m
e合=26.27×6.29-75.549=102.036kN/m
Mmax=197.1×（6.29-2.8）-1/2×102.036×（6.29-2.9）²×1/3=507.42kN.m/m
取最大弯矩Mmax=570.2kN.m/m
2.3.5抗倾覆、抗滑移验算
a.抗倾覆验算
超载为20KN/m的东西南侧
Ea1=73.714kN/m
距桩底的距离ha1=1/3×3.5+2.9+14=18.07m
Ea2’=110.696kN/m
距桩底的距离ha2’=1/2×2.9+15=15.45m
Ea2’’=40.074kN/m
距桩底的距离ha2’’=1/3×2.9+15=14.97m
Ea3=66.498×1.1=73.148kN/m
距桩底的距离ha3=1/2×1.1+12.9=13.45m
Ea4=111.934×13.9=1443.949kN/m
距桩底的距离ha4=1/2×12.9=6.45m
Ep1’=41.280×1.1=45.408kN/m
距桩底的距离hp1’=1/2×1.1+12.9=13.45m
Ep1’’=1/2×（79.823-41.280）×1.1=21.199kN/m
距桩底的距离hp1’’=1/3×1.1+12.9=13.27m
Ep2’=57.505×13.9=799.320kN/m
距桩底的距离hp2’=1/2×12.9=6.45m
Ep2’’=1/2×26.27×12.9²=2185.796kN/m
距桩底的距离hp2’’=1/3×12.9=4.30m
支承轴力T=19.13kN/m
hT=6.6+15=20.6m
Kq=（T×ht+Ep1’hp1’+Ep1’’hp1’’+Ep2’hp2’+Ep2’’hp2’’）/（Ea1ha1+Ea2’ha2’+Ea2’’ha2’’+Ea3ha3+Ea4ha4）=1.22>1.2
满足要求
超载为50KN/m的北侧
Ea1=34.512kN/m
距桩底的距离ha1=2.38/3+2.9+14.1=18.79m
Ea2’=80.072kN/m
距桩底的距离ha2’=2.9/2+15.1=16.55m
Ea2’’=41.296kN/m
距桩底的距离ha2’’=2.9/3+15.1=16.07m
Ea2’’’=36.96kN/m
距桩底的距离ha2’’’=1.4/2+15.1=15.8m
Ea3=82.491×1.1=90.740kN/m
距桩底的距离ha3=15.1-1.1/2=14.55m
Ea4=133.054×14=1862.756kN/m
距桩底的距离ha4=1/2×14=7.0m
Ep1’=41.280×1.1=45.408kN/m
距桩底的距离hp1’=1/2×1.1+14=14.55m
Ep1’’=1/2×（79.823-41.280）×1.1=21.199kN/m
距桩底的距离hp1’’=1/3×1.1+14=14.4m
Ep2’=57.505×14=805.07kN/m
距桩底的距离Ep2’=1/2×14=7.0m
Ep2’’=1/2×26.27×14²=2574.46kN/m
距桩底的距离hp2’’=1/3×14=4.67m
支承轴力T=129.4KN/m
hT=6.6+15.1=21.7m
Kq=（T×ht+Ep1’hp1’+Ep1’’hp1’’+Ep2’hp2’+Ep2’’hp2’’）/（Ea1ha1+Ea2’ha2’+Ea2’’ha2’’+Ea3ha3+Ea4ha4）=1.22>1.2
满足要求
b.抗滑移验算
超载为20KN/m的东西南侧
Ks=（Ep1’+Ep1’’+Ep2’+Ep2’’+T）/（Ea1+Ea2’+Ea2’’+Ea3+Ea4）=1.8>1.2
满足要求
超载为50KN/m的北侧
Ks=（Ep1’+Ep1’’+Ep2’+Ep2’’+T）/（Ea1+Ea2’+Ea2’’+Ea3+Ea4）=1.67>1.2
满足要求
2.3.6最大配筋验算
超载为20KN/m的东西南侧
由前计算出支护桩在施工各种工况下最大弯矩值为：
Mmax=933.2KN.m
采用φ1000@1200的钻孔灌注桩作为支护桩，桩身配18B25，混凝土C30。
As=8836mm²,fc=14.3N/㎜²,fy=300N/㎜²
M=1.25γ0×Mmax×1.2=1.25×1.0×933.2×1.2=1399.8kN.m
b=fyAs/fcA=300×8836/14.3×（1/4）×π×1000²=0.236
α=1+0.75b-=0.318
αt=1.25-2α=0.614
[M]=fcγ³sin³απ+fyAsγ（sinπαt+sinπα）/π
=×14.3×500³×sin³（0.318π）+300×8836×500×[sin³（0.318π）+sin³（0.614π）]/π
=1458.6KN.m>1399.8kN.m
满足要求
超载为50KN/m的北侧
由前计算出支护桩在施工各种工况下最大弯矩值为：
Mmax=570.2kN.m
采用φ800@1000的钻孔灌注桩作为支护桩，桩身配12B25，混凝土C30
As=5890mm²,fc=14.3N/㎜²,fy=300N/㎜²
b=fyAs/fcA=300×5890/14.3×π×400²=0.246
α=1+0.75b-=0.319
αt=1.25-2α=0.612
[M]=fcγ³sin³απ+fyAsγ（sinπαt+sinπα）/π
=×14.3×400³×sin³（0.318π）+300×5890×400×[sin³（0.318π）+sin³（0.614π）]/π
=760.3KN.m/m>1.25×570.2×1.0×1.0=712.75kN.m/m
2.3.7抗渗、抗管涌验算
超载为20KN/m的东西南侧
K渗=（γ’/γw）×（hw+2D+B）
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