水泥土墙计算书.docx

1、水泥土墙计算书水泥土墙计算书 计算依据： 1、建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012 2、建筑施工计算手册江正荣编著 3、实用土木工程手册第三版杨文渊编著 4、施工现场设施安全设计计算手册谢建民编著 5、地基与基础第三版 一、参数信息水泥土墙 1、基本参数基坑开挖深度h(m)3.9水泥土墙体平均重度cs(kN/m3)20水泥土墙开挖龄期抗压强度设计值fcs(N/mm2)11.15水泥土墙厚度B(m)3.3嵌固深度ld(m)6基坑外侧水位到坑顶的距离ha(m)3.5基坑内侧水位到坑顶的距离hp(m)3支护桩在坑底处的水平位移量(mm)12基坑底面至软弱下卧层顶面之间的距离D0(m)6地下水渗

2、透稳定性验算坑底突涌稳定性承压水含水层顶面至坑底的土层厚度D(m)3.5承压水含水层顶面的压力水头高度hw(m)4 2、土层参数序号土名称土厚度h(m)土重度(kN/m3)黏聚力c(kpa)内摩擦角()饱和土重度sat(kN/m3)水土合算1碎石土418101520否2粘性土101982021是 3、荷载参数类型荷载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度l(m)作用深度d(m)满布荷载3/条形局部荷载3.544/0 4、计算系数结构重要性系数01综合分项系数F1.25圆弧滑动稳定安全系数Ks1.3抗滑移安全系数Ksl1.2抗倾覆安全系数Kov1

3、.3抗隆起安全系数Kb1.4经验系数b0.8突涌稳定安全系数Kh1.2墙体材料的抗剪断系数0.5 二、土压力计算 1、主动土压力计算 1）主动土压力系数 Ka1=tan2(45- 1/2）= tan2(45-15/2)=0.589； Ka2=tan2(45- 2/2）= tan2(45-15/2)=0.589； Ka3=tan2(45- 3/2）= tan2(45-20/2)=0.49； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：0-3.5m H1=0h0+q1/1=0+3/18=0.167m Pak1上 =1H1Ka1-2c1Ka10.5=180.1670.589-2100.5890.5=

4、-13.579kN/m2 Pak1下 =1(h1+H1)Ka1-2c1Ka10.5=18(3.5+0.167)0.589-2100.5890.5=23.528kN/m2 第2层土：3.5-4m H2=1h1+q1/sat2=63+3/20=3.3m Pak2上 =sat2H2Ka2-2c2Ka20.5=203.30.589-2100.5890.5=23.525kN/m2 Pak2下 =sat2(h2+H2)Ka2-2c2Ka20.5=20(0.5+3.3)0.589-2100.5890.5=29.415kN/m2 第3层土：4-9.9m H3=2h2+q1+q1b1/(b1+2a1)/sat3

5、=73+3+1.167/21=3.675m Pak3上 =sat3H3-w(h2-ha)Ka3-2c3Ka30.5+w(h2-ha)=213.675-10(4-3.5)0.49-280.490.5+10(4-3.5)=29.166kN/m2 Pak3下 =sat3(H3+h3)-w(h3-ha)Ka3-2c3Ka30.5+w(h2-ha)=21(3.675+5.9)-10(9.9-3.5)0.49-280.490.5+10(9.9-3.5)=119.967kN/m2 3）水平荷载 临界深度：Z0=Pak1下h1/(Pak1上+ Pak1下)=23.5283.5/(13.579+23.528)=

6、2.219m； 第1层土 Eak1=0.5Pak1下Z01=0.523.5282.2191=26.104kN； aa1=Z0/3+h2=2.219/3+6.4=7.14m； 第2层土 Eak2=h2(Pa2上+Pa2下)1/2=0.5(23.525+29.415)1/2=13.235kN； aa2=h2(2Pa2上+Pa2下)/(3Pa2上+3Pa2下)+h3=0.5(223.525+29.415)/(323.525+329.415)+5.9=6.141m； 第3层土 Eak3=h3(Pa3上+Pa3下)1/2=5.9(29.166+119.967)1/2=439.942kN； aa3=h3(

7、2Pa3上+Pa3下)/(3Pa3上+3Pa3下)=5.9(229.166+119.967)/(329.166+3119.967)=2.351m； 土压力合力： Eak=Eaki=26.104+13.235+439.942=479.281kN； 合力作用点： aa= (aaiEaki)/Eak=(7.1426.104+6.14113.235+2.351439.942)/479.281=2.716m； 2、被动土压力计算 1）被动土压力系数 Kp1=tan2(45+ 1/2）= tan2(45+15/2)=1.698； Kp2=tan2(45+ 2/2）= tan2(45+20/2)=2.04；

8、 Kp3=tan2(45+ 3/2）= tan2(45+20/2)=2.04； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：3.9-4m H1=0h0/1=0/18=0m Ppk1上 =1H1Kp1+2c1Kp10.5=1801.698+2101.6980.5=26.061kN/m2 Ppk1下 =1(hi+H1)Kp1+2c1Kp10.5=18(0.1+0)1.698+2101.6980.5=29.118kN/m2 第2层土：4-6.9m H2=1h1/2=1.8/19=0.095m Ppk2上 =2H2Kp2+2c2Kp20.5=190.0952.04+282.040.5=26.535kN

9、/m2 Ppk2下 =2(hi+H2)Kp2+2c2Kp20.5=19(2.9+0.095)2.04+282.040.5=138.939kN/m2 第3层土：6.9-9.9m H3=2h2/sat3=56.9/21=2.71m Ppk3上 =sat3H3-w(h2-hp)Kp3+2c3Kp30.5+w(h2-hp)=212.71-10(3-3)2.04+282.040.5+10(3-3)=138.949kN/m2 Ppk3下 =sat3(H3+h3)-w(h3-hp)Kp3+2c3Kp30.5+w(h2-hp)=21(2.71+3)-10(6-3)2.04+282.040.5+10(6-3)=

10、236.269kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Epk1=1h1(Pp1上+Pp1下)/2=10.1(26.061+29.118)/2=2.759kN； ap1=h1(2Pp1上+Pp1下)/(3Pp1上+3Pp1下)+h2=0.1(226.061+29.118)/(326.061+329.118)+5.9=5.949m； 第2层土 Epk2=1h2(Pp2上+Pp2下)/2=12.9(26.535+138.939)/2=239.937kN； ap2=h2(2Pp2上+Pp2下)/(3Pp2上+3Pp2下)+h3=2.9(226.535+138.939)/(326.535+3138.939)

11、+3=4.122m； 第3层土 Epk3=1h3(Pp3上+Pp3下)/2=13(138.949+236.269)/2=562.827kN； ap3=h3(2Pp3上+Pp3下)/(3Pp3上+3Pp3下)=3(2138.949+236.269)/(3138.949+3236.269)=1.37m； 土压力合力： Epk=Epki=2.759+239.937+562.827=805.523kN； 合力作用点： ap= (apiEpki)/Epk=(5.9492.759+4.122239.937+1.37562.827)/805.523=2.205m； 3、基坑内侧土反力计算 1）主动土压力系数

12、 Kp1=tan2(45+ 1/2）= tan2(45+15/2)=1.698； Kp2=tan2(45+ 2/2）= tan2(45+20/2)=2.04； Kp3=tan2(45+ 3/2）= tan2(45+20/2)=2.04； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：3.9-4m H1=0h0/1=0/18=0m Psk1上 =(0.212-1+c1)h0(1-h0/ld)/b+1H1Ka1=(0.2152-15+10)0(1-0/6)0.012/0.012+1801.698=0kN/m2 Psk1下 =(0.212-1+c1)h1(1-h1/ld)/b+1(h1+H1)Ka1=

13、(0.2152-15+10)0.1(1-0.1/6)0.012/0.012+18(0+0.1)1.698=6.99kN/m2 第2层土：4-6.9m H2=1h1/2=1.8/19=0.095m Psk2上 =(0.222-2+c2)h1(1-h1/ld)/b+2H2Ka2=(0.2202-20+8)0.1(1-0.1/6)0.012/0.012+190.0952.04=10.369kN/m2 Psk2下 =(0.222-2+c2)h2(1-h2/ld)/b+2(h2+H2)Ka2=(0.2202-20+8)3(1-3/6)0.012/0.012+19(0.095+2.9)2.04=218.0

14、86kN/m2 第3层土：6.9-9.9m H3=2h2/sat3=56.9/21=2.71m Psk3上 =(0.232-3+c3)h2(1-h2/ld)/b+sat3H3-w(h2-hp)Kp3+w(h2-hp)=(0.2202-20+8)3(1-3/6)12/12+212.71-10(3-3)2.04+10(3-3)=218.096kN/m2 Psk3下 =(0.232-3+c3)h3(1-h3/ld)/b+sat3(H3+h3)-w(h3-hp)Kp3+w(h3-hp)=(0.2202-20+8)6(1-6/6)12/12+21(2.71+3)-10(6-3)2.04+10(6-3)=

15、213.416kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Psk1=b0h1(Ps1上+Ps1下)/2=10.1(0+6.99)/2=0.35kN； as1=h1(2Ps1上+Ps1下)/(3Ps1上+3Ps1下)+h2=0.1(20+6.99)/(30+36.99)+5.9=5.933m； 第2层土 Psk2=b0h2(Ps2上+Ps2下)/2=12.9(10.369+218.086)/2=331.26kN； as2=h2(2Ps2上+Ps2下)/(3Ps2上+3Ps2下)+h3=2.9(210.369+218.086)/(310.369+3218.086)+3=4.011m； 第3层土 Psk3=

16、b0h3(Ps3上+Ps3下)/2=13(218.096+213.416)/2=647.268kN； as3=h3(2Ps3上+Ps3下)/(3Ps3上+3Ps3下)=3(2218.096+213.416)/(3218.096+3213.416)=1.505m； 土压力合力： Ppk=Ppki=0.35+331.26+647.268=978.878kN； 合力作用点： as= (asiPski)/Ppk=(5.9330.35+4.011331.26+1.505647.268)/978.878=2.355m； 三、稳定性验算 1、滑移稳定性验算滑移稳定性验算示意图 如上图所示，水泥土墙的滑移稳定

17、性应按下式验算： (Epk+(G-mB)tan+cB)/Eak=(805.523+(653.4-473.3)tan(20)+83.3)/479.281=2.114Ksl=1.2 满足要求！ 2、倾覆稳定性验算倾覆稳定性验算示意图 如上图所示，水泥土墙的倾覆稳定性应按下式验算： (Epkap+(G-mB)aG)/(Eakaa)=(805.5232.205+(653.4-473.3)1.65)/(479.2812.716)=1.996Kov=1.3 满足要求！ 3、整体滑动稳定性验算整体滑动稳定性验算示意图 Ksi =cjlj+(qjbj+Gj)cosj-jljtanj/(qjbj+Gj)sin

18、cj、j 第j土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()； bj第j土条的宽度(m)； j第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角()； lj第j土条的滑弧段长度(m)，取ljbj/cosj； qj作用在第j土条上的附加分布荷载标准值(kPa) ； Gj第j土条的自重(kN)，按天然重度计算； uj第j土条在滑弧面上的孔隙水压力(kPa)，采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取ujwhwaj，在基坑内侧，可取ujwhwpj；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取uj0； w地下水重度(kN/m3)； hwaj基坑外侧第j土条滑弧面中点的压力水头

19、(m)； hwpj基坑内侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； min Ks1 ，Ks2 ，Ksi，=1.879Ks=1.3 满足要求！ 4、抗隆起稳定性验算 1）水泥土墙底面处的抗隆起验算水泥土墙底面处的抗隆起验算示意图 如上图所示，抗隆起稳定性按下式计算： m1=i hi /(h+ld)=196.9/(3.9+6)=19.889kN/m m2=i hi /ld=119.9/6=19.983kN/m Nq=tan2(45+/2)etan=tan2(45+20/2)etan20=6.399 Nc=(Nq-1)/tan=(6.399-1)/tan(20)=14.834 (m2ldNq+cNc)/

20、(m1(h+ld)+q0)=(19.98366.399+814.834)/(19.889(3.9+6)+3.707)=4.416Kb=1.4 满足要求！ 2）软弱层土的抗隆起验算软弱层土的抗隆起验算示意图 如上图所示，抗隆起稳定性按下式计算： m1=i hi /(h+D0)=196.9/(3.9+6)=19.889kN/m m2=i hi /D0=119.9/6=19.983kN/m Nq=tan2(45+/2)etan=tan2(45+20/2)etan20=6.399 Nc=(Nq-1)/tan=(6.399-1)/tan(20)=14.834 (m2D0Nq+cNc)/(m1(h+D0)

21、+q0)=(19.98366.399+814.834)/(19.889(3.9+6)+3.707)=4.416Kb=1.4 满足要求！ 5、渗透稳定性验算渗透稳定性验算示意图 承压水作用下的坑底突涌稳定性验算： D /(hww) =hii /(hww)=(0.118+3.419)/(410)=1.66 D /(hww) =1.66Kh=1.2 满足要求！ 四、正截面承载力验算 取单位长度水泥土墙进行计算 1、截面弯矩计算 计算简图(kN) 弯矩图(kNm) Mk=995.254kN.m M=0FMk=11.25995.254=1244.068kN.m 剪力图(kN) Vk=499.6kN 2、正截面应力计算 1）拉应力 6M/B2-csz=61244.068/3.32-209.9=0.487N/mm20.15fcs=1.672N/mm2 满足要求！ 2）压应力 6M/B2+0Fcsz=61244.068/3.32+11.25209.9=0.933N/mm2fcs=11.15N/mm2 满足要求！ 3）剪应力 (Eaki-Gi-Epki)/B=(479.281-0.5 653.4-805.523)/3.3=-0.198N/mm2fcs/6=1.858N/mm2 满足要求！