山东省青岛市某公寓基坑钻孔灌注桩支护设计计算书.doc

XX公寓基坑支护设计计算书1 工程概况拟建工程场区位于XX市XX路南侧，国家级旅游胜地XX浴场以北，XX城正南。设计单位提供拟建物特征：地上30层，高9980m，地下4层，层高3.95.1m，层总高1860m；地上建筑均面积38372m2 ，地下建筑面积6382 m2 ，设计室内地坪0.00=5.45m(黄海高程)；框筒结构，单轴力30000kN；地下室外墙长约54m，宽约44m。根据基础设计资料，可知基坑开挖深度(相对于室内0m)为20.6m。1.1 环境条件XX公寓周边环境情况如图1所示。基坑东侧地下室外墙线距用地红线的距离从3.1m到5.6m，基坑南侧地下室外墙线距用地红线最近为3.0m，基坑西侧地下室外墙线距离用地红线约3.0m，基坑北侧地下室外墙线距离用地红线约从3.5m至9.1m，可考虑作为一些材料的加工场地等。基坑东侧基本上为XX地产，多为2、7层砖混结构，最近距用地红线约5.0m。基坑南侧和西侧基本上均为XX山庄的砖混建筑结构，其中在基坑南侧（偏东）有一4层砖混结构，距离用地红线1.42m，在基坑西侧分别有一4层和7层砖混结构，距离用地红线分别约为10.2m和6.8m，这些建筑的基础埋深2m，基础下部为左右的筏板基础或换土强夯地基。基坑的北侧主要为道路和市政管线，用地红线距XX路红线最近约为15.4m。基坑东侧在红线内部有两条热力管线，最近距红线0.2m，埋深1.2m，贯穿基坑；红线外侧约2.0m处有一电力管线，埋深 0.65m；红线外侧约7.2m和8.2m处有煤气管线，埋深约0.7m.基坑南侧红线内部约1.6m处有一污水线，埋深1.5m，一电信管线穿越用地红线，埋深0.50.8m.基坑西侧在红线外侧约1.4m处有电信管线，埋深0.8m，推测污水管线和雨水管线距离红线分别约3.6m和5.4m，此外已探明有一污水管线距红线约5.4m，埋深0.71.4m，在红线内侧约3.5m处存在一推测给水管线贯穿基坑。基坑北侧有一电信管线穿越用地红线，埋深约0.15m，红线外侧约2.0m处有给水管线，埋深约1.6m。图1 基坑总平面图1.2 工程地质及水文地质条件拟建场区内地形平坦，地面标高：5.065.48m，场区位于XX平原地貌单元，第四系较发育，表层后经人工改造整平。钻探揭示：场区主要有第四系全新统人工填土、海相沉积层，上更新统冲洪积层组成，积岩为燕山晚期粗粒花岗岩和后期侵入的煌斑岩。地层编号采用XX市区第四系层序划分标准地层层序编号。自上而下的层序如下：（1）素填土广泛分布于场区内层厚2.603.70m，平均厚度3.3m，层底标高：1.502.80m。黄褐色，松散，以回填土花岗岩风化碎屑、粗砂为主，夹有建筑垃圾，混10%-20%粘性土，表面为约20cm厚的块石地面。（2）粉砂广泛分布于场区内，场区西北角发育厚度较薄。层厚0.503.90m，平均厚度2.1m，层底标高：-1.11.11m。黄褐色，饱和，稍密，矿物主要为长石，石英，颗粒分选良好，磨圆一般，级配较差，砂质较纯。（3）淤泥质粉砂广泛分布于场区内。层厚：2.506.00m，平均厚度4.1m，层底标高：-5.80-2.94m。灰褐色，饱和，松散稍密，以石英质粉砂为主，分选较好，级配较差，混10%20%灰色粘性土，见有大量贝壳，有腐烂植物根系，局部为粉土。（4）粉质粘土广泛分布于场区内，局部缺失。层厚：1.003.50m，平均厚度1.8m，层底标高：-8.30-4.52m；灰褐色灰黑色，饱和，稍密，软塑可塑，见有贝壳和腐烂根系，含10%20%的粉细砂，局部为粉砂，有机质含量最大4.0%。（5）粗砂广泛分布于场区内。厚度：0.704.30m，平均厚度2.1m，底层标高：-9.44-4.44m。灰褐色褐色，饱和，松散稍密，局部中密，分选一般，磨圆中等，含粘性土1025%，见有贝壳。（6）粉质粘土呈透镜体状，主要分布于场区西侧。层厚：1.705.40m，平均厚度3.2m，底层标高：-10.80-8.94m。灰褐色，可塑，湿，中等压缩性，颗粒细腻，无光泽，干强度较低，见有腐烂植物根系，局部含10%20%中粗砂。（7）角砾广泛分布于场区内。厚度：0.602.10m，平均厚度1.2m，底层标高：-12.20-9.94m.黄褐色，饱和，中密密实，以石英长石角砾为主，颗粒分选差，磨圆差，夹有1030%的碎石，粒径110cm，局部夹有1025%的粘性土，泥质半胶结状，锤击钻探困难。（8）基岩分为强风化、中等风化以及微风化未风化带，基岩为花岗岩，肉红色。上述岩土层分布自上而下如表1：表1 各土层物理力学参数层次土层累计厚度（m）平均厚度（m）容重（KN/m3）C（kpa）（0）1素填土3.33.320.00122粉砂5.42.1186253淤泥质粉砂9.54.117.015124粉质粘土11.31.820.017.014.25粗砂13.42.120.00256粉质粘土16.63.220.518.016.57角砾17.81.220.00308强分化花岗岩-以下231050大气降水是场区地下水的主要补给来源，地下水由北向南径流，勘察期间钻孔地下水稳定水位埋深2.803.20m，水位标高：2.02.4m。根据长期水文观测资料分析，XX地区年水位变幅2.0m左右。2 基坑支护设计2.1 方案选型根据基坑周边环境、地质状况及开挖深度，经过比选后，确定了如下支护方案：基坑支护主要采用钻孔灌注桩与预应力锚杆组合的支护方式；场区地下水丰富，水位较高，采用高压旋喷桩止水帷幕止水，坡顶采用混凝土硬化并设置截水沟，防止大气降水流入基坑或渗入坑侧土体。图2 基坑支护平面布置图2.2 设计计算本工程主要采用了以下方法进行设计计算：支护结构内力、变形计算采用增量法；钻孔灌注桩的配筋计算采用沿圆形截面周边均匀配筋、沿长度方向根据计算弯矩分段配筋的方法(见建筑基坑支护技术规程附录D)；锚杆的设计主要进行了锚杆类型、材料的选择、锚杆的截面面积、锚固段长度、自由段长度计算和锚杆的刚度计算；整体稳定性验算采用瑞典条分法；进行了抗倾覆、抗滑移、抗隆起、抗管涌等验算。2.3 主要设计技术参数高压旋喷桩中心间距1.2m/1.0m，设计桩径不小于1200mm，桩端进入隔水层0.5m以上，采用三重管工艺； 钻孔灌注桩直径1000mm，间距1.2m，嵌固深度不小于6m，桩顶冠梁宽800mm，高600mm ； 考虑到该地层施工过程中容易造成涌砂冒水，土层预应力锚杆采用自钻式锚杆、入岩的预应力锚杆采用钢绞线，设计中锚固体摩阻力取值考虑二次高压注浆，施工中采用了二次高压注浆工艺，各个单元锚杆技术参数、标高详见图3。图3 基坑支护典型剖面图（不包括止水帷幕）2.4 内力计算及主要技术参数2.4.1 基本信息 内力计算方法增量法规范与规程建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-99基坑等级一级基坑侧壁重要性系数01.10基坑深度H(m)20.600嵌固深度(m)6.500桩顶标高(m)0.000桩直径(m)1.000桩间距(m)1.200混凝土强度等级C30有无冠梁 有 冠梁宽度(m) 0.800 冠梁高度(m) 0.600 水平侧向刚度(MN/m) 3.823放坡级数 0超载个数 12.4.2 超载信息 超载类型超载值作用深度作用宽度距坑边距形式长度序号(kPa,kN/m)(m)(m)(m)(m)110.0000.00010.0000.500-2.4.3 土层信息 土层数8坑内加固土否内侧降水最终深度(m)22.000外侧水位深度(m)2.000内侧水位是否随开挖过程变化否弹性法计算方法m法2.4.4 土层参数层号土类名称层厚重度浮重度粘聚力内摩擦角(m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)(度)1素填土3.3020.010.00.0012.002粉砂2.1018.010.06.0025.003淤泥质粉砂4.1017.07.015.0012.004粉质粘土1.8020.010.017.0015.305粗砂2.1020.010.00.0025.006粉质粘土3.2020.510.018.0016.507角砾1.2020.010.00.0030.008强风化岩15.0023.010.010.0050.00层号与锚固体摩粘聚力内摩擦角水土计算m值抗剪强度擦阻力(kPa)水下(kPa)水下(度)(MN/m4)(kPa)117.00.0012.00合算1.68-240.06.0025.00分算10.60-325.015.0012.00合算3.18-460.017.0014.00分算4.22-5120.00.0025.00分算10.00-655.018.0016.50分算5.59-7230.00.0030.00分算15.00-8300.010.0050.00分算46.00-2.4.5 支锚信息 支锚道数6支锚支锚类型水平间距竖向间距入射角总长锚固段道号(m)(m)()(m)长度(m)1锚杆2.0000.50025.0032.0018.002锚杆2.0003.50030.0032.0019.003锚杆2.0003.50030.0030.0020.004锚杆2.0003.50030.0026.0018.005锚杆2.0003.00030.0024.0017.006锚杆2.0003.00030.0020.0015.00支锚道号预加力(kN)支锚刚度(MN/m)锚固体直径(mm)工况号抗拉力(kN)锚固力调整系数材料抗力（KN）材料抗力调整系数1200.0015.0015021.001.0100.001.102200.0030.0015041.001.0100.001.103200.0030.0015061.001.0100.001.104200.0030.0015081.001.0100.001.105200.0030.00150101.001.0100.001.106200.0030.00150121.001.0100.001.102.4.6 土压力模型及系数调整弹性法土压力模型: 经典法土压力模型: 层号土类名称水土水压力主动土压力被动土压力被动土压力调整系数调整系数调整系数最大值(kPa)1素填土合算1.0001.0800.98010000.0002粉砂分算1.0001.0700.99210000.0003淤泥质土合算1.0001.0200.90710000.0004粘性土分算1.0001.1000.98810000.0005粗砂分算1.0001.0400.95010000.0006粘性土分算1.0001.1200.99010000.0007角砾分算1.0001.0100.96010000.0008强风化岩分算1.0001.0100.98010000.0002.4.7 各工况计算结果各工况位移、弯矩、和剪力图见图4，内力位移包络图见图5，地表沉降见图6。图4 各工况位移、弯矩、和剪力图图5 内力位移包络图图6 地表沉降图2.4.8 截面设计及配筋冠梁选筋结果：钢筋级别选筋As1HRB3352D16As2HRB3352D16As3HPB235d8200环梁选筋结果： 钢筋级别选筋As1HPB2351d12As2HPB2351d12As3HPB235d12200截面参数：桩是否均匀配筋是混凝土保护层厚度(mm)35桩的纵筋级别HRB335桩的螺旋箍筋级别HRB335桩的螺旋箍筋间距(mm)150弯矩折减系数0.85剪力折减系数1.00荷载分项系数1.25配筋分段数一段各分段长度(m)27.10内力取值：段号内力类型弹性法计算值经典法计算值内力设计值内力实用值1基坑内侧最大弯矩(kN.m)1466.321728.051713.761713.76基坑外侧最大弯矩(kN.m)1670.971648.421952.951952.95最大剪力(kN)928.70836.291276.961276.96段选筋类型级别钢筋实配计算面积号实配值(mm2或mm2/m)1纵筋HRB33524D321930217525箍筋HRB335D1415020531908加强箍筋HRB335D142000154锚杆计算锚杆参数：锚杆钢筋级别HRB400锚索材料强度设计值(MPa)1220.000锚索采用钢绞线种类1 7锚杆材料弹性模量(105 MPa)2.000锚索材料弹性模量(105 MPa)1.950注浆体弹性模量(104MPa)3.000土与锚固体粘结强度分项系数1.300锚杆荷载分项系数1.250锚杆内力：支锚道号锚杆最大内力锚杆最大内力锚杆内力锚杆内力弹性法(kN)经典法(kN)设计值(kN)实用值(kN)1275.19158.37217.76217.762574.20421.74579.89579.893833.09792.981090.351090.354952.54769.431057.971057.975930.26446.39613.79613.796808.361546.322126.192126.19锚杆自由段长度计算简图如图7。 图7 锚杆自由段长度计算简图支锚道号支锚类型钢筋或自由段长度锚固段长度实配计算面积锚杆刚度钢绞线配筋实用值(m)实用值(m)(mm2)(MN/m)1锚杆1E3214.018.08047758.552锚杆2E4013.019.02513216023.093锚杆4E3610.020.04072406142.294锚杆4E368.018.04072394150.915锚杆2E407.017.02513228637.796锚杆7E405.015.087967920141.23整体稳定验算：计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法条分法中的土条宽度: 0.40m滑裂面数据整体稳定安全系数 Ks = 3.288圆弧半径(m) R = 25.012圆心坐标X(m) X = -5.827圆心坐标Y(m) Y = 17.562-抗倾覆稳定性验算：-抗倾覆安全系数:Mp被动土压力及支点力对桩底的弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力 决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。Ma主动土压力对桩底的弯矩;注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m) 1 锚杆 176.935 262.812 2 锚杆 552.920 665.389 3 锚杆 895.731 928.341 4 锚杆 895.731 1048.035 5 锚杆 552.920 1191.763 6 锚杆 1935.221 1060.288Ks = 1.688 = 1.200, 满足规范要求。-抗隆起验算：-Prandtl(普朗德尔)公式(Ks = 1.11.2)，注：安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部):Ks = 84.355 = 1.1, 满足规范要求。Terzaghi(太沙基)公式(Ks = 1.151.25)，注：安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部):Ks = 109.764 = 1.15, 满足规范要求。隆起量的计算：注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!式中基坑底面向上位移(mm);n从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;ri第i层土的重度(kN/m3)； 地下水位以上取土的天然重度(kN/m3)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3);hi第i层土的厚度(m);q基坑顶面的地面超载(kPa);D桩(墙)的嵌入长度(m);H基坑的开挖深度(m);c桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);r桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3); = 0(mm)-抗管涌验算：-抗管涌稳定安全系数(K = 1.5):式中0侧壁重要性系数; 土的有效重度(kN/m3); 地下水重度(kN/m3); h地下水位至基坑底的距离(m); D桩(墙)入土深度(m)。K = 1.573 = 1.5, 满足规范要求。-承压水验算：-式中Pcz基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN/m2); Pwy承压水层的水头压力(kN/m2); Ky抗承压水头的稳定性安全系数，取1.5。Ky = 44.20/30.00 = 1.47 = 1.05基坑底部土抗承压水头稳定!2.5 主要的施工工艺钻孔泵送砼灌注桩的施工工艺流程高压旋喷桩止水帷幕的施工工艺流程冠梁的施工工艺流程预应力锚杆的施工工艺流程3 施工过程中遇到的主要技术问题及解决方案钻孔桩施工过程中，民航厨房周边位置遇地下障碍物、污水管道和自来水管道，钻孔灌注桩无法达到设计深度。经专家讨论，该位置取消钻孔灌注桩设置了双排加钢管旋喷桩，在拐角位置设置角撑如图9所示。该部位监测资料表明，该方案合理有效，保证了民航大厦厨房的正常运营。锚杆施工过程中，局部地层遇23m厚粗砂层，且水头较高，锚杆成孔时容易产生涌砂冒水现象，导致地面塌陷。为解决此问题，砂层中施工采用特制的自进式锚杆和二次高压注浆技术。采用自进式锚杆成孔后立即封孔，同时在水泥浆终凝前进行了二次高压注浆。实践证明经过上述措施后，大大提高了施工速度，砂层中锚杆施工涌砂量减少，锚杆抗拔力有了较大提高。4 设计计算所用规范规程建筑基坑支护技术规程 （JGJ 120-99）建筑地基处理技术规范（JGJ 792002）混凝土结构设计规范 （GB 50010-2002）钢结构设计规范 （GB 50017-2003）建筑结构荷载规范 （GB 50009-2001）（2006版）建筑地基基础工程施工质量验收规范 （GB 50202-2002）混凝土结构工程施工及验收规范 （GB 50204-2002）钢筋焊接及验收规程 （JGJ 18-2003）地下工程防水技术规范 （GB 50108-2002）