土木工程毕业设计基坑支护69533平米地面以上6层地下2层框架办公楼计算书.docx
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土木工程毕业设计基坑支护69533平米地面以上6层地下2层框架办公楼计算书
第一章设计方案综合说明
1.1概述
1.1.1工程概况
拟建工程位于南京市以西，其南临南大生命科学院大楼，西侧为住宅楼。
拟建建筑物地面以上6层，地下2层，总建筑面积69533m2，建筑±0.00相当于绝对标高17.25m，整平后地面标高为17.00m，其它标高均以此为准，地下室负二层底板顶标高为-7.75m，基坑开挖深度为8.50m,框架结构。
1.1.2基坑周边环境条件
基坑北面和东面均为马路，最近距离为15m,下设通讯电缆、煤气管线等设施。
西侧为居民住宅楼，楼高五层，其最近距离为10.5m，南侧为南大生命科学院大楼，最近距离为12.5m。
1.1.3工程水文地质条件
拟建场区地貌单元为阶地，地形较平坦，场地西侧有坳沟分布，东侧有暗塘分布。
在基坑支护影响范围内，自上而下有下列土层：
①层杂填土：
灰色，稍密，主要由碎石、碎砖、建筑垃圾组成，硬质含量30-60%,填龄大于5年。
①-2层素填土：
灰黄～灰色，粉质粘土为主，可塑～软塑，混少量碎砖粒，炉渣，填龄大于10年。
①-3层淤泥质填土：
灰黑色，流塑，稍具臭味，含腐植物。
②-1层粉质粘土：
灰黄～灰色，可塑～软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。
②-2层淤泥质粉质粘土～淤泥：
灰色，流塑，含腐植物，稍有光泽，无摇震反应，干强度低，韧性低。
②-3层粉质粘土：
灰色，软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。
③-1层粉质粘土：
黄褐色，可塑～硬塑，含少量铁锰结核，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。
③-2层粉质粘土：
黄褐色，可塑，局部软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。
③-3层粉质粘土：
黄褐色，可塑～硬塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，含铁锰结核及灰色高岭土团块。
④-1层粉质粘土混卵砾石：
黄褐色，由硬塑粉质粘土，稍密卵砾石及中粗砂组成，卵砾石为浑圆～次圆状，主要成分为石英岩，粒径4～50mm，含量约30%。
④-2层残积土：
棕褐及紫红色，呈硬塑粘性土状。
⑤-1层强风化泥岩～泥质粉砂岩：
砖红色，上部呈硬塑粘性土状，下部碎块状，节理发育。
⑤-2层中风化泥岩～泥质粉砂岩：
砖红色，层状结构，块状构造，泥质胶结，属极软岩。
场区有一层地下水，属孔隙潜水类型，地下水位深度在0.70m～1.65m之间。
主要接受降雨、地表水、地下径流的补给。
1.1.4基坑侧壁安全等级及重要性系数
南大微结构国家实验室基坑安全等级为二级，基坑重要性系数γ0=1.0。
1.2设计总说明
1.2.1设计依据
（1）南大微结构国家实验室场地地形图、管网图、建筑基础图、地下室平面布置图、桩位图；
（2）《南大微结构国家实验室岩土工程勘察报告》（K2005-59）；
（3）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）；
（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；
（5）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
（6）《建筑桩基础技术规范》（JGJ94-94）；
（7）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2002）。
1.2.2支护结构方案
本工程基坑支护设计方案的设计计算，严格按照《建筑基坑支护设计规程》（JGJ120—99）、《混凝土结构设计规范》（GBJ50010—2002）、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中的有关要求进行。
同时采用了理正软件进行了辅助计算和验算；经过详细的计算分析后，我们认为：
采用本设计的基坑支护方案，能满足基坑土方开挖、地下室结构施工及周围环境保护对基坑支护结构的要求，符合“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则。
图1基坑平面图
基坑分为ABC、CDEF、FGHA三个计算区段，如图1所示，均采用钻孔灌注桩与钢筋混凝土支撑，坳沟、暗塘分布区采用单排双轴深搅桩止水结构。
本基坑工程的特点是基坑开挖面积大，地基土层以粉质粘土为主，基坑西侧和北侧有坳沟、暗塘。
周围环境较复杂，必须确保周围建筑物、道路、管线的正常安全使用，要求围护结构的稳定性好、沉降位移小，并能有效地止水。
因此，围护结构的设计应满足上述要求。
综合考察现场的周边环境、道路及岩土组合等条件，为尽可能避免基坑开挖对周围建筑物、道路的影响，经过细致分析、计算和方案比较，本工程支护方案选用下列形式：
1整个基坑采用钻孔灌注桩加一层钢筋混凝土支撑作为支护结构。
2基坑西侧和北侧坳沟、暗塘分布区采用单排双轴深搅桩作止水结构。
3基坑内采用集水坑排除地下水。
1.3基坑监测
基坑监测是指导正确施工、避免事故发生的必要措施，本设计制定了详细的沉降、位移监测方案，施工过程中将严格按照设计要求做好监测、监控工作。
第二章基坑支护结构设计计算书
2.1设计计算
2.1.1地质计算参数
根据本工程岩土工程勘察资料，各土层的设计计算参数如表1：
表1土层设计计算参数
土层
重度γ
粘聚力C
内摩擦角
渗透系数
水平Kh
垂直Kv
（KN/m3）
（kPa）
（°）
（cm/s）
（cm/s）
①杂填土
19.5
10～15
15～18.6
2.52E-6
2.37E-6
②-1粉质粘土
19.3
23.4
16.9
1.36E-6
6.30E-7
②-2淤泥质粘土～淤泥
15.1
11.0
8.7
5.72E-7
3.70E-7
②-3粉质粘土
19.1
13.4
18.1
3.89E-6
2.64E-6
③-1粉质粘土
19.9
47.8
18.8
1.00E-7
1.00E-7
③-2粉质粘土
19.6
30.6
18.5
3.85E-7
2.62E-7
③-3粉质粘土
20.1
50.9
17.9
1.00E-7
1.00E-7
2.1.2计算区段的划分
根据具体环境条件、地下结构及土层分布厚度，将该基坑划分为三个计算区段，其附加荷载及计算开挖深度如表2：
表2计算区段的划分
区段
西、北
东、北
西、南
段位号
ABC
CDEF
FGHA
地面荷载（kPa）
20
20
20
开挖深度（m）
8.5
8.5
8.5
2.1.3计算方法
按照《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-99）的要求，土压力计算采用朗肯土压力理论，矩形分布模式，所有土层采用水土合算。
求支撑轴力是用等值梁法，对净土压力零点求力矩平衡而得。
桩长是根据桩端力矩求出，并应满足抗隆起及整体稳定性要求，各段的抗隆起、整体稳定性验算、位移计算详见点电算结果。
为了对比分析，除用解析法计算外，还用理正软件电算。
由于支护结构内力是随工况变化的，设计时按最不利情况考虑。
2.1.4土压力系数计算
按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据，即：
主动土压力系数：
Kai=tg2（45°-
i/2）
被动土压力系数：
Kpi=tg2（45°+
i/2）
计算时，不考虑支护桩体与土体的摩擦作用，且不对主、被动土压力系数进行调整，仅作为安全储备处理。
计算所得土压力系数表如表3所示：
表3土压力系数表
土层
Kai
Kpi
①杂填土
0.516~0.589
0.719~0.767
②-1粉质粘土
0.550
0.741
1.820
1.349
②-2淤泥质粘土~淤泥
0.737
0.859
1.356
1.165
②-3粉质粘土
0.526
0.725
1.901
1.379
③-1粉质粘土
0.513
0.716
1.951
1.397
③-2粉质粘土
0.518
0.720
1.930
1.389
③-3粉质粘土
0.530
0.728
1.887
1.374
2.2ABC段支护结构设计计算
该段为基坑西～北侧，建筑±0.00相当于绝对标高17.25m，整平后地面标高为17.00m，支撑设在-1.75m处，桩顶标高为-1.35m。
实际挖深8.50m，结构外侧地面附加荷载q取20kPa，计算时以J1孔为例。
2.2.1土层分布（如表4所示）
表4ABC段土层分布
层号
岩土名称
厚度（m）
①
杂填土
3.60
②-1
粉质粘土
0.90
②-2
淤泥质粘土～淤泥
5.10
②-3
粉质粘土
7.90
③-2
粉质粘土
2.20
2.2.2土层侧向土压力计算
2.2.2.1主动土压力计算
Ea（11）=（20+19.5×1.1）×0.516-2×15×0.719=-0.18（kPa）
Ea（12）=（20+19.5×3.6）×0.516-2×15×0.719=24.97（kPa）
Ea（21）=（20+19.5×3.6）×0.550-2×23.4×0.741=14.93（kPa）
Ea（22）=（20+19.5×3.6+19.3×0.9）×0.550-2×23.4×0.741=24.48（kPa）
Ea（31）=（20+19.5×3.6+19.3×0.9）×0.737-2×11×0.859=60.37（kPa）
Ea（32）=（20+19.5×3.6+19.3×0.9+15.1×4）×0.737-2×11×0.859=104.90（kPa）
Ea（41）=Ea（32）=104.90（kPa）
Ea（42）=Ea（41）=104.90（kPa）
Ea（51）=（20+19.5×3.6+19.3×0.9+15.1×4）×0.526-2×13.4×0.725=68.92（kPa）
Ea（52）=Ea（51）=68.92（kPa）
Ea（61）=（20+19.5×3.6+19.3×0.9+15.1×4）×0.518-2×30.6×0.720=42.94（kPa）
Ea（62）=Ea（61）=42.94（kPa）
2.2.2.2被动土压力计算
Ep（41）=0×1.356+2×11×1.165=25.63（kPa）
Ep（42）=（0+15.1×1.1）×1.356+2×11×1.165=48.15（kPa）
Ep（51）=（0+15.1×1.1）×1.901+2×13.4×1.379=68.53（kPa）
Ep（52）=（0+15.1×1.1+19.1×7.9）×1.901+2×13.4×1.379=355.37（kPa）
Ep（61）=（0+15.1×1.1+19.1×7.9）×1.930+2×30.6×1.389=408.28（kPa）
Ep（62）=（0+15.1×1.1+19.1×7.9+19.6×2.2）×1.930+2×30.6×1.389=491.50（kPa）
2.2.2.3净土压力计算（坑地面以下）
Ep（41）=25.63-104.90=-79.27（kPa）
Ep（42）=48.15-104.90=-56.75（kPa）
Ep（51）=68.53-68.92=-0.39（kPa）
Ep（52）=355.37-68.92=286.45（kPa）
Ep（61）=408.28-42.94=365.34（kPa）
Ep（62）=491.50-42.94=448.56（kPa）
图2ABC段土压力分布图
2.2.3土压力合力及作用点的计算：
LD
（1）=0.18×2.5/（24.97+0.18）=0.02（m）
Ea
（1）=24.97×（2.50-0.02）/2=30.96（KN/m）
Ha
（1）=（2.5-0.02）/3=0.83（m）
Ea
（2）=（14.93+24.48）×0.9/2=17.73（KN/m）
Ha
（2）=0.9/3×（14.93×2+24.48）/（14.93+24.48）=0.41（m）
Ea（3）=（60.37+104.90）×4/2=330.54（KN/m）
Ha（3）=4/3×（60.37×2+104.90）/（60.37+104.9）=1.82（m）
Ea（4）=（56.75+79.27）×1.1/2=74.81（KN/m）
Ha（4）=1.1-1.1/3×（56.75×2+79.27）/（56.75+79.27）=0.58（m）
LD（5）=0.39×7.9/（0.39+286.45）=0.01（m）
Ea（5）=0.39×0.01/2=0.002（KN/m）
Ha（5）=0.01-0.01/3=0.007（m）
Ep（5）=（7.9-0.01）×286.45/2=1130.05（KN/m）
Hp（5）=（7.9-0.01）/3=2.63（m）
Ep（6）=（365.34+448.56）×2.2/2=895.29（KN/m）
Hp（6）=2.2/3×（365.34×2+448.56）/（365.34+448.56）=1.06（m）
Ea=30.96+17.73+330.54+74.81=454.04（KN/m）
Ma=30.96×6.84+17.73×5.52+330.54×2.93+74.01×0.59=1321.78（KN•m/m）
2.2.4支撑轴力计算：
经计算：
∑MaD=1321.78（KN•m/m）
∑Ea=454.04（KN/m）
由∑MD=0得：
R=1321.78/（9.61-1.5）=162.98（kN/m）
反弯点反力P0计算：
P0=454.04-162.98=291.06（kN/m）
2.2.5桩长计算：
设桩端进入③-2层顶面以下x米处，由∑M=0得：
1.2[1321.78+454.04（7.89+x）]=162.98（17.5+x-1.5）+1130×（2.63+x）+1/2
×365.34×x2+1/2×（（448.56-365.34）×x/2.2）×x×（x/3）
整理得：
6.30x3+182.67x2+748.18x-305.28=0
解之得：
x=0.374m
桩长H=17.5+0.374-1.1=16.8m，经电算验算，满足要求。
2.2.6最大弯矩计算：
2.2.6.1R-P0间最大弯矩，Mmax1计算：
设剪力Q=0点位于第②-2层顶面以下x米处：
162.98=30.96+17.73+60.37x+1/2（104.90-60.37）/4×x2
整理得：
5.57x2+60.37x-114.29=0
解得：
x=1.645m
Mmax1=162.98×（3.6+0.9+1.645-1.5）-30.96×（0.83+0.9+1.645）-17.73×（0.41+1.645）-60.37×1.6452/2-0.5×（104.90-60.37）×1.645/4×1.6452/3=526.18（KN•m/m）
2.2.6.2P0以下最大弯矩，Mmax2计算：
设剪力Q=0点位于D点以下x米处：
291.06=1/2×（286.45x/7.89）x
整理得：
18.15x2-291.06=0
解得：
x=4.00m
Mmax2=291.06×4-1/2×4×286.45×4/7.89×4/3
=776.98（KN•m/m）
2.2.7拆撑计算
本工程拟建两层地下室，混凝土垫层200mm，地下室负2层底板厚800mm，负1层底板中心线位于地面下3.75m处，厚400mm，负1层顶板中心线位于建筑±0.00处，厚500mm。
负1层底板换撑时，支护桩悬臂位于位于地面下3.55m处。
M=1/2×2.43×2.43×24.97/2.48×2.43/3=24.08（KN•m/m）
2.2.8配筋计算
按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第4.1.11条
取桩径Φ900，桩心距1100，Mmax=776.98kN
M，取砼强度C30，fc=14.3N/mm2，主筋18Φ22钢筋，均匀布置，fy=210N/mm2，保护层厚度50mm，Φ8@200螺旋筋，Φ20@2000加强筋。
As=18380.1=6842mm2
b=
=2106842/（14.33.144502）=0.158
=1+0.750.158-[（1+0.750.158）2-0.5-0.6250.158]1/2=0.311
t=1.25-2=0.628
[M]=2/314.3（450sin）3+2104006842（sin
+sin）/
=1078kNm>1.251.01.1Mmax（=1056）满足要求！
配筋率=As/A=6842/（4502）=8.7‰>min=4‰，满足设计要求！
2.3CDEF段支护结构设计计算
该段为基坑东～北侧，建筑±0.00相当于绝对标高17.25m，整平后地面标高为17.00m，支撑设在-1.75m处，桩顶标高为-1.35m。
实际挖深8.50m，结构外侧地面附加荷载q取20kPa，计算时以J11孔为例。
2.3.1土层分布（如表5所示）
表5CDEF段土层分布
层号
岩土名称
厚度（m）
①
杂填土
2.40
③-1
粉质粘土
4.60
③-2
粉质粘土
3.00
③-3
粉质粘土
10.30
2.3.2土层侧向土压力计算
2.3.2.1主动土压力计算
Ea（11）=（20+19.5×1.1）×0.516-2×15×0.719=-0.18（kPa）
Ea（12）=（20+19.5×2.4）×0.516-2×15×0.719=12.90（kPa）
Ea（21）=（20+19.5×2.4）×0.513-2×47.8×0.716=-34.18（kPa）
Ea（22）=（20+19.5×2.4+19.9×4.6）×0.513-2×47.8×0.716=12.07（kPa）
Ea（31）=（20+19.5×2.4+19.9×4.6）×0.518-2×30.6×0.720=37.24（kPa）
Ea（32）=（20+19.5×2.4+19.9×4.6+19.6×1.5）×0.518-2×30.6×0.720=52.47（kPa）
Ea（41）=Ea（32）=52.47kPa）
Ea（42）=Ea（41）=52.47（kPa）
Ea（51）=（20+19.5×2.4+19.9×4.6+19.6×1.5）×0.530-2×50.9×0.728=25.39（kPa）
Ea（52）=Ea（51）=25.39（kPa）
2.3.2.2被动土压力计算
Ep（41）=0×1.930+2×30.6×1.389=85.00（kPa）
Ep（42）=（0+19.6×1.5）×1.930+2×30.6×1.389=141.75（kPa）
Ep（51）=（0+19.6×1.5）×1.887+2×50.9×1.374=195.35（kPa）
Ep（52）=（0+19.6×1.5+20.1×10.30）×1.887+2×50.9×1.374=586.02（kPa）
2.3.2.3净土压力计算（坑地面以下）
Ep（41）=85.00-52.47=32.53（kPa）
Ep（42）=141.75-52.47=89.28（kPa）
Ep（51）=195.35-25.39=169.96（kPa）
Ep（52）=586.02-25.39=560.63（kPa）
图3CDEF段土压力分布图
2.3.3土压力合力及作用点的计算：
LD
（1）=0.18×1.3/（0.18+12.90）=0.02（m）
Ea
（1）=12.90×（1.3-0.02）/2=8.26（KN/m）
Ha
（1）=（1.3-0.02）/3=0.43（m）
LD
（2）=（34.18×4.6）/（34.18+12.07）=3.40（m）
Ea
（2）=12.07×（4.6-3.4）/2=7.24（KN/m）
Ha
（2）=（4.6-3.4）/3=0.40（m）
Ea（3）=（37.24+52.47）×1.5/2=67.28（KN/m）
Ha（3）=1.5/3×（37.24×2+52.47）/（37.24+52.47）=0.71（m）
Ep（4）=（32.53+74.05）×1.5/2=79.94（KN/m）
Hp（4）=1.5/3×（32.53×2+74.05）/（32.53+74.05）=0.65（m）
Ep（5）=（169.96+560.63）×10.30/2=3762.54（KN/m）
Hp（5）=10.30/3×（169.96×2+560.63）/（169.96+560.63）=4.23（m）
Ea=8.26+7.24+67.28=82.78（KN/m）
Ma=8.26×6.53+7.24×1.9+67.28×0.71=115.46（KN•m/m）
2.3.4支撑轴力计算：
经计算：
∑MaD=115.46（KN•m/m）
∑Ea=82.78（KN/m）
由∑MD=0得：
R=115.46/（8.5-2.0）=17.76（kN/m）
反弯点反力P0计算：
P0=82.78-17.76=65.02（kN/m）
2.3.5桩长计算：
设桩端进入③-3层顶面以下x米处，由∑M=0得：
1.2[115.46+82.78×（1.5+x）]=17.76（10+x-2）+79.94（0.65+x）
+169.96x2/2+1/2[（560.63-169.96）×x/10.3]×x×（x/3）
整理得：
6.49x3+84.98x2-1.64x-95.52=0
解之得：
x=1.06m
桩长H=10+1.06-1.1=9.96m，经电算不满足整体稳定性要求，实取14m，
经验算后，满足要求。
2.3.6最大弯矩计算：
2.3.6.1R-P0间最大弯矩，Mmax1计算：
设剪力Q=0点位于第③-2层顶面以下x米处：
17.76=8.26+7.24+37.24x+1/2（52.47-37.24）/1.5×x2
整理得：
5.08x2+37.24x-2.26=0
解得：
x=0.06m
Mmax1=17.76×（2.4+4.6+0.06-2）-8.26×（0.43+4.6+0.06）
-7.24×（0.40+0.06）-37.24×0.062/2-0.5×（52.47-37.24）
×0.06/1.5×0.062/3=44.32（KN•m/m）
2.3.6.2P0以下最大弯矩，Mmax2计算：
设剪力Q=0点位于基坑面以下x米处：
65.02=1/2×[（89.28-32.53）x/1.5+32.53×2]x
整理得：
18.92x2+32.53x-65.02=0
解得：
x=1.18m
Mmax2=65.02×1.18-17.94×1.18×1.18/2-1/2×1.18×32.53
×1.18/1.5×1.18/3=59.30（KN•m/m）
2.3.7拆撑计算
本工程拟建两层地下室，混凝土垫层200mm，地下室负2层底板厚800mm，负1层底板中心线位于地面下3.75m处，厚400mm，负1层顶板中心线位于建筑±0.00处，厚500mm。
负1层底板换撑时，支护桩悬臂位于位于地面下3.55m处。
M=8.26×1.58=13.05KN•m/m
2.3.8配筋计算
因Mmax仅为59.3
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