南山路五标民大隧道边坡基坑计算书.doc

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毕业设计说明书（毕业论文）

兰州市南山路五标民大隧道（东段）结构设计

专 业：岩土与地下工程
学 生：xxx
指导教师：xxx

摘要
拟建兰州市南山路五标民大隧道（东段），位于兰州市城关区五泉山下，处于南山路东段。，民大隧道结构，采用现浇矩形闭合框架混凝土结构。隧道断面形式采用双洞，洞宽14m，高5m，上覆土层2m，重度为。隧道所处位置地形复杂、地面建筑物多。隧道基坑开挖深度17米，由于场地限制，需在基坑开挖前进行基坑支护。
通过对拟建场地的工程地质条件分析，基坑边坡为两级支护，分别为6.0m，11.0m.在本次基坑支护设计过程中，考虑到施工经济等原因，根据场地的土层条件及兰州市类似基坑工程的经验，为保证基坑的稳定性及尽量节省投资，先后分析了三种方案：1. 土钉墙支护；2.桩-锚支护；3悬臂梁支护.基坑支护结构设计的安全等级按一级考虑，重要性系数取γ0=1.1。
关键词：土钉墙 多支点排桩 基坑支护 矩形闭合框架

Abstract
Proposed composite commercial residential buildings in Handan City, Rochester head Handan urban south, the west side of the street bright light drinks factory, 29 of the ground, underground floor, building height 87.0 m, the form of a shear wall of the structure, the foundation design class Category B are. Pit depth of 10 m.
Through the proposed venue of the engineering geological conditions, the shallow groundwater level by retaining measures. As little depth of excavation, it may try to consider adopting a simpler foundation pit support measures to ensure that the basis for normal construction and the safety of the main underground structures and surrounding buildings will not be harmed.
In the pit supporting the design process, taking into account the construction of economic and other reasons, according to the site and soil conditions similar excavation works in Handan City of experience, to ensure the stability of the pit and save as much as possible investment, the pit wall To a ranking of the different levels of pit wall to a different support programmes. Has analyzed two options: 1. Cantilever pile support, 2. Cantilever pile and bolting 3. Soil nail wall support. As deep pit, piles cantilever calculated deformation and displacement of very large economic and reinforced, so be excluded. Cantilever pile and the anchor of the programme, additional single-soil drainage from the retaining wall of the role. In addition to the north pit wall for the two grades, the rest were level, using the same support programme.
Key words: Soil nail wall Single fulcrum pile Pit Support

目 录
摘要 1
绪论1.1 基坑工程的特点和发展概况 5
2 基坑支护设计 7
2.1 支护的目的： 7
2.2 支护方案选择 7
2.3 基坑支护设计原则 11
1.工程概况 12
2.设计方案比较与选择 13
3. 基坑支护设计 14
4. 桩-锚支护设计方案 26
4.1基本参数： 52
4.2土压力为零点(近似零点)距离基坑底面距离的计算 54
4.3 求嵌固深度 54
4.4求桩顶的锚拉力 55
4.5求剪力为零点O点 56
4.6排桩墙稳定性验算 56
4.7配筋计算 57
4.8锚杆计算 57
4.9整体稳定性验算 59
4.10腰梁计算 61
4.11冠梁设计 61
4.12位移验算 62
5施工监测方案 68
6应急预案： 69
7各方案经济指标计 69
参考文献 72
外文翻译 74
致谢 95

兰州市南山路五标民大隧道（东段）结构设计学生：路世臣 指导老师：李忠
兰州理工大学土木工程学院土木工程专业岩土与地下工程方向
绪论1.1 基坑工程的特点和发展概况
近年来，全国工程建设突飞猛进，高层建筑如雨后春笋般迅速发展。随着建筑的高度不断增高，基础相应加深，基坑开挖边坡支护安全已成为高层建筑施工时不可忽视的重要环节，应予以高度重视。在大量的工程实践过程中，大都存在对边坡工程病害特征和性质认识不清，治理工程措施不力等诸多问题，常常会造成边坡工程变形和破坏，或因治理方案过于保守，造成不必要的浪费。为了满足安全可靠和经济合理双重目标，对高边坡病害特征的深入分析和对其治理工程方案的慎重选择显得十分重要。为保证边坡及其环境安全，对边坡应采取支挡、加固与防护措施。因此.对基坑开挖与支护的计算与设计理论、施工技术等的要求也越来越高。
随着城市建设的发展，愈益要求开发三维城市空间。目前各类用途的地下空间已在世界各大中城市得到开发利用，诸如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下停车场、地下停车库、地下商场以及多种地下民用和工用设施等。国外著名的地下工程有法国巴黎中央商场、美国明尼苏达大学土木工程系的办公大楼和实验室、日本东京八重洲地下街等。
Terzaghi和peck等人早在20世纪40年代就提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应方法，这一理论原理一直沿用至今，但已有了许多改进与修正。Bjerrum和Eide在50年代给出了分析深基坑底板隆起的方法。60年代在奥斯陆和墨西哥城软粘土深基坑中开始使用仪器进行监测，此后大量实测资料提高了预测的准确性，并从70年代起，制定了相应的指导开挖的法规。我国70年代以前的基坑都比较浅，上海高层建筑的地下室大多埋深在4m左右。北京在70年代初建成了深20m的地下铁道区间车站。80年代后，北京、上海、广东、天津以及其他城市施工的深基坑陆续增加。为总结各地积累的深基坑设计和施工的经验，中国土木工程学会和中国建筑学会的土力学和基础工程学会，相继召开过多次全国和地方的深基坑学术学会，并出版相关论文集。为了总结我国深基坑支护设计和施工经验，90年代后相继在武汉、广东省及上海市等编制深基坑支护设计与施工的有关法规，并已编制了国家行业标准的有关法规。
基坑开挖深度已从十几米发展到二、三十米，而其支护的传统施工方法是板桩支撑系统或板桩锚拉系统。目前经常采用的主要基坑支护类型有：1、水泥土深层搅拌桩支护 2、排桩支护系统 3、地下连续墙。
根据基坑开挖深度、地基土及周围环境条件，选择经济而安全的设计方案是设计者的首要任务。同时，深基坑的设计与施工是密不可分、相互依赖的。施工的每一阶段，结构体系，提供比较全面的勘察、设计与施工全过程的系统知识。
深基坑工程是一项综合性的岩土工程问题，主要涉及到土层性质、支护结构、支撑形式、地基处理、地下水防治以及环境影响等方面，目前研究的课题主要有：土压力理论、支护结构内力和变形的计算理论、基坑失稳破坏的机理等方面。其研究的方式和方法多种多样，但总结起来，也可归纳为三种方法：实验研究，包括室内模型实验和现场原位测试；理论分析，包括各种数值模拟和解释法；经验总结，根据已有的工程数据总结、提炼。对于深基坑工程问题，目前国内外己有很多研究成果。
2 基坑支护设计
2.1 支护的目的：
1、保证土方顺利开挖
2、保证结构施工空间，使结构工程顺利施工。
3、保证边坡的稳定安全。
4、避免边坡位移过大，保证对周边环境及建（构）筑物的保护。
2.2 支护方案选择
2.2.1 基坑支护体系的选择原则
基坑支护体系一般包括两部分:挡土体系和止水降水体系。基坑支护结构一般要承受土压力和水压力，起到挡土和挡水的作用。一般情况下支护结构和止水帷幕共同形成止水体系。但还有两种情况:一种是止水帷幕自成止水体系，另一种是支护本身也起止水帷幕的作用。要合理选择基坑支护的类型，一方面要深刻了解各种支护型式的特点，包括其合理性、优点和缺点，另一方面要结合地质条件和周边的环境和工程造价进行综合考虑。
2.2.2 常见支护结构特性及适用范围
常见的基坑支护结构型式主要可以分为:放坡开挖，悬臂式支护结构，内撑式支护结构，重力式支护结构，拉锚式支护结构，土钉墙支护结构等。
2.2.3 放坡开挖特性及使用范围
放坡开挖是选择合理的基坑边坡以保证在开挖过程中边坡的稳定性，包括坡面的自立性和边坡整体稳定性。放坡开挖费用较低，但挖土及回填土方量较大。放坡适用十场地开阔，地基土质较好，开挖深度不深的工程。为了增加基坑边坡的整体稳定性，减少开挖及回填的土方量，在放坡过程中，常采用简单的支护形式。如在坡脚堆砌块石或装土草袋挡土，或者是在坡脚采用短桩隔板支护等。
2.2.4 土钉支护特性及使用范围
土钉支护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉，形成加筋重力式挡墙，起到挡土作用。土钉支护费用较低，适应性强，随挖随支，土方开挖完毕既支护完毕，工期短。土钉支护结构适用十地下水位以上或者人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土、卵石土等，不适用十淤泥质土及未经降水处理地下水位以下的土层。土钉支护简图

2.2.5 悬臂式支护结构特性及使用范围
悬臂式支护结构常采用钢筋混凝土桩排桩墙、钢板桩、木板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等形式。根据理论分析和工程经验，悬臂式支护桩桩身弯矩随土压力、基坑深度、桩径以及配筋的变化，但最大弯矩往往发生在基底平面以下不远区域悬臂式结构对开挖深度很敏感，容易产生较大的变形，对相邻建(构)筑物产生不良影响。悬臂式围护结构适用十土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。悬臂式支护简图见图1-7
2.2.6 水泥土重力式围护结构及适用范围
目前在工程中用得较多的水泥土重力式围护结构，常采用深层搅拌法形成，有时也采用高压喷射注浆法形成。为了节省投资，常采用格构体系(见图1-9)。水泥土与其包围的天然土形成重力式挡墙支挡周围土体，保持基坑边坡稳定。深层搅拌水泥土桩重力式围护结构常用十软粘土地区开挖深度在6.0m以内的基坑工程，采用高压喷射注浆法施工可以在砂类土地基中形成水泥土挡墙。水泥土抗拉强度低，水泥土重力式围护结构适用十较浅的基坑工程，其变形也比较大。水泥土重力式围护结构简图见图1-8

2.2.7 内撑式支护结构及适用范围
内撑式支护结构由支护结构体系和内撑体系两部分组成。支护结构体系常采用钢筋混凝土排桩、SMW工法、钢筋混凝土咬合桩和地下连续墙型式。内撑体系可采用水平支撑和斜支撑。根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑、二层水平支撑及多层水平支撑，分别如图1-10 (a) (b)及((d)所示。当基坑平面面积很大，而开挖深度不太大时，宜采用单层斜支撑。如下图

2.2.8 拉锚式支护结构及适用范围
拉锚式支护结构由支护结构体系和锚固体系两部分组成。支护结构体系同十内撑式支护结构，常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙两种。锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。随基坑深度不同，锚杆式也可分为单层锚杆、二层锚杆和多层锚杆。地面拉锚式支护结构和双层锚杆式支护结构示意图分别如图1-11 (a)和(b)所示。地面拉锚式支护结构需要有足够的场地设置锚桩，或其它锚固物。锚杆式需要地基土能提供较大的锚固力。锚杆式较适用于砂土地基或粘土地基

2.2.9 其它形式支护结构及适用范围
其它形式支护结构主要有门架式支护结构、拱式组合型支护结构、喷锚网支护结构、加筋水泥土墙支护结构、沉井支护结构和冻结法支护结构等。门架式支护结构的支护深度比悬臂式支护结构深，适用十开挖深度已超过悬臂式支护结构的合理支护深度的基坑工程;喷锚网支护结构是由锚杆(或锚索)、钢筋网喷射混凝土面层与边坡土体组成，其结构形式与土钉支护结构类似，其受力机理类同锚杆，有时称为土中锚杆，常用十土坡稳定加固，不适用十含淤泥土和流砂的土层;加筋水泥土挡墙支护结构是在水泥土中插入型刚而形成，以提高水泥土的抗拉强度，增加水泥土重力式挡墙支护结构的支护深度。
2.3 基坑支护设计原则
选择基坑支护方案时，应综合分析工程地质条件、支护深度、放坡条件、边坡荷载、相邻建筑、周边地上、地下环境特点等，充分考虑影响边坡安全稳定的不利因素，并遵循
以下原则:
1、坚持安全第一的原则，支护设计必须确保边坡的安全与稳定。
2、兼顾经济性原则，支护设计应在确保安全前提下尽量降低成本和造价。
3、保证高效性原则，支护设计应在施工工艺上较为便捷，可高效率完成。

本设计的工程概况
1.工程概况
民大隧道位于兰州市城关区五泉山下，处于南山路东段。线路起讫里程NzK10+744—NzK11+844.5，长1100.5m；西北民族大学半路堑式围墙墙顶高出既有道路约3-10m。兰新铁路路堑通过该段落，民大隧道位于其路堑南侧的陡坡中，上覆既有战备公路。民大隧道结构，采用现浇矩形闭合框架混凝土结构。隧道断面形式采用双洞，洞宽14m，高5m，上覆土层2m，重度为。隧道所处位置地形复杂、地面建筑物多。隧道基坑开挖深度15米，由于场地限制，需在基坑开挖前进行基坑支护。
1.1、设计参数
基坑边坡两级支护，分别为5.0m，10.0m，其它详见附二。基坑支护结构设计的安全等级按一级考虑，重要性系数取γ0=1.1。
表1 土体参数
土层
序号
岩土
名称
土层厚度（m）
重度

粘聚力

内摩擦角

垂直基床数K（Mpa/m）
水平基床数K（Mpa/m）
①
黄土状粉土
5.0
19.2
12
24
38
40
②
粉质粘土
6.4
19.9
19
14
30
30
③
圆砾土
2.5
21.0
0
40
60
60
④
砂 岩
10
23.8
20
30
50
50

图1 基坑平面示意图

图2 基坑断面示意图
2.设计方案比较与选择
（1）地下连续墙支护方案，该方案的优点：墙体刚度大，整体性好，同时可作为主体结构；施工时振动少，噪声低；对周围相邻的工程结构和地下管线的影响越小，对沉降及变位易控制。缺点：对废泥浆的处理，不但会增加工程费用，还可能会造成新的环境污染；地下连续墙围护比排桩与深层搅拌桩围护的造价高。
（2）桩-锚支护方案
由于基坑深度为15米，基坑为两级支护，分别为5.0m，10.0m，桩-锚支护体系主要应用于开挖深度在10m～20m 的深基坑工程中.所以下面10米采用桩-锚支护能提供较宽敞的工作空间，便于地下结构的施工，施工简便，噪音污染小。
（3）土钉墙支护方案
通过勘察报告可以看出该基坑的上部6米坡度为60°的边坡，使用土钉墙方案可以利用土体的整体性，提高土体的稳定性，从而保证基坑的安全。
综上所述，本设计上面6m采用土钉支护，下面11m采用桩-锚支护.
3. 基坑支护设计
3.4.1土压力计算
主动土压力计算 地面荷载q=10kPa

式中
q—地面荷载（kPa）;
—土的重度（kN/）；
C—土层粘聚力（kPa）；
—主动土压力系数，按公式 计算。
==0.421
==0.610
==0.217
==0.333
第①层
σ1上=10×0.421-2×12×0.649=-11.366kPa
σ1下=(10+19.2×5)×0.421-2×12×0.649=29.050kPa
第②层：
σ2上=(10+19.2×5)×0.610-2×19×0.781=34..982kPa
σ2下=(10+19.2×5+19.9×6.4)×0.610-2×19×0.781=112.671kPa
第③层：
σ3上=(10+19.2×5+19.9×6.4)×0.217=50.639kPa
σ3下=(10+19.2×5+19.9×6.4+21×2.5)×0.217=62.032kPa
第④层：
σ4上=(10+19.2×5+19.9×6.4+21×2.5)×0.333-2×20×0.577=72.111kPa
σ4下=(10+19.2×5+19.9×6.4+21×2.5+23.8×1.1)×0.333-2×20×0.577+
=80.829kPa
1. 土钉墙设计
土钉墙的参数初步设计如下：
① 土钉墙与水平面的夹角为60°；
② 土钉与水平面的夹角为15°；
③ 土钉的垂直间距取1.2m，水平间距取1.2m ；
④ 考虑施工的影响，施工荷载取10kPa 。
土钉布置图，如图 所示：
（1） 土钉处主动土压力计算：

式中
—第i层土的主动土压力系数；
—地面荷载，本计算取10kPa；
—深度以上土的天然重度的加权平均值（kN/）；
—计算点深度（m）；
—第i层土粘聚力标准值（kPa）。
由上式，得：
-7.324kPa
=2.375kPa
=12.075kPa
=21.775kPa
①折减系数计算
由于折减系数与土钉穿越的土层性质有关，各排土钉的折减系数取值与其穿越的土层有关。第一排、第二排、第三排土钉取，第四排和第五排土钉取。
折减系数按下式计算：

式中
—土钉墙坡面与水平面的夹角60°（坡度为1:0.4）；
—计算点深度（m）；
—第i层土粘聚力标准值（kPa）；
—土钉所穿越土层的内摩擦角标准值；穿越多层土时，内 摩擦角可将tan值按层厚加权平均。
tan
求得=24°
破裂面与水平面的夹角为=42°
由上式，得：
3.2.3折减系数

②单根土钉受拉荷载标准值计算：

式中
—荷载折减系数；
—第j排土钉位置处的基坑水平荷载标准值（kPa）；
，—土钉与相邻土钉的平均水平，垂直间距;本设计均取1.2m;
—土钉与水平面的夹角，取15°。
则：
=0
==0.729kN
==3.708kN
==6.687kN
3.2.5土钉抗拉承载力设计值为：
（3-4）
③ 单根土抗拉承载力设计值计算：

式中
—第j根土钉受拉承载力设计值（kN）；
—第j根土钉受拉承载力标准值（kN）；
—基坑侧壁重要系数，取1.0 。
则：

=1.002kN
=5.099kN
=9.195kN
（2） 土钉长度设计计算
①土钉锚固端长度按以下公式计算：

式中
—土钉受拉抗力分项系数，取=1.3；
—土钉锚固体直径（m），取0.1m；
—土钉穿越第i层土体与锚固体极限摩擦阻力标准值；
由《建筑基坑支护技术规程》查得 =40kPa; =50kPa; 。
则：
=0
=0.104m
=0.528m
=0.952m
② 土钉自由端长度按以下公式计算：

式中
—第j排土钉自由段长度（m）；
H—基坑深度（m）；
—土钉墙坡面与水平面的夹角，取60°；
—第j层土钉到地面的距离（m）；
—土钉与水平面的夹角，取15°；
—土钉自由长度穿越过的土层的内摩擦角，将tan按层厚的加权平均值计算。
则：
=1.915m
=1.403m
=0.893m
=0.383m
③ 土钉的总长度按下式计算：

则：
=1.915m
=1.507m
=1.475m
=1.335m
对土钉长度进行调整，根据《建筑基坑支护技术规程》确定土钉长度如下：
=5.0m , =6.0m
=6.0m , =5.0m
④ 土钉墙直径的计算：
为使土钉钢筋的拉应力不达到其屈服强度，则应满足下列强度条件：
/4
式中
—土钉的局部稳定性安全系数，取1.3；
—第i层单根土钉抗拉承载力设计值（kN）；
—钢筋的抗拉强度标准值（MPa）;
d—土钉钢筋直径（m）。
本设计中钢筋采用HRB335级，=335MPa，按照（）max进行钢筋直径的选择，则：
==0.012m=12mm
故选配钢筋HRB335，直径为18mm。
（3） 土钉墙验算
① 土钉墙抗滑动稳定性验算
作用在墙后滑移合力为土体主动土压力：
=
=（0+2.375+12.075+21.775）×1.2×1.2
=104.33kN
作用在墙地断面上抗滑力合力：

式中
W—土体的重力（kN/m）；
B—土体的假定滑裂面与地面的交线距基坑边缘的距离（m）。
=24° 。
2.67m

=394.80kN/m
将W=394.80代入计算式，得：
=（394.80+10×2.67）×1.2×tan24°
=232.596kN
抗滑动安全系数>1.3
故土钉墙抗滑动稳定性满足要求。
② 土钉墙抗倾覆稳定性验算
抗倾覆力矩

=（394.80+10×2.67）×1.2××2.67
=562.479kN/m
倾覆力矩

=93.673×
=156.122kN/m
抗倾覆安全系数
=3.603>1.3
故土钉墙抗倾覆稳定性满足要求。
③ 土钉墙整体稳定性验算
土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑地面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法（图3—5）按下式进行整体稳定性验算：

≥0
式中
n—滑动体分条数；
m—滑动体内土钉数；
—整体滑动分项系数，可取1.3；
—基坑侧壁重要系数，取1.0；
—第i分条土重；
—第i分条宽度；
—第i分条滑裂面处土体固结不排水快剪粘聚力标准值；
—第i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角；
—土钉与水平面之间的夹角；
—第i分条滑裂面处弧长；
s—计算滑动体单元厚度；
—第j根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力。
单根土钉在圆弧滑裂面外锚固体土体的极限抗拉力可按下式确定：

式中
—第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度。
土钉的整体稳定性验算步骤如下：
1）基坑开挖至第一层土钉的位置（即距地面以下0.5m处）：
kN/ , kPa ,
24°, 60°, °

=1.28kN/m
将相应数据代入稳定性验算公式，得：

=11.43>0
故稳定性满足要求。
2）基坑开挖至第二层土钉的位置（即距地面以下1.7m处）：

=15.64kN/m
=1.1m
=3.14×0.1×40×3.1=46.5kN/m
将相应数据代入稳定性验算公式，得：

=41.72>0
故稳定性满足要求。
3）基坑开挖至第三层土钉的位置（即距地面以下2.9m处）：

=45.2kN/m
=3.2m
=4.4m
=3.14×0.1×40×3.2=40.19kN/m
=3.14×0.1×40×4.4=55.26kN/m
将相应数据代入稳定性验算公式，得：

=42.25>0
故稳定性满足要求。
4）基坑开挖至第四层土钉的位置（即距地面以下4.1m处）：

=91.47kN/m
=2.4m
=3.2m
=6.2m
=3.14×0.1×40×2.4=30.14kN/m
=3.14×0.1×40×3.2=40.19kN/m
=3.14×0.1×40×6.2=77.87kN/m
将相应数据代入稳定性验算公式，得：

=85.32>0
故稳定性满足要求。、
4. 桩-锚支护设计方案
嵌固深度计算
（3-11）
--嵌固深度；
--嵌固深度系数
粘聚力系数
（3-12）
外荷载

查表的

当外荷载

查表得
5.
3.4.3反弯点计算
（3-13）
--主动土压力系数，；
--被动土压力系数，；
基坑底部取内摩擦角=30° =23.8

3.4.4锚杆内力计算
一 支座力计算
（3-14）
--合力作用点至设定弯矩零点的距离；
--支点至基坑底面的距离；
--基坑底面至设定弯矩零点位置的距离
计算简图如图3-6所示
计算宽度取3m

图3-6 支座力计算简图
二 各支座处的弯矩计算
用等值梁法计算
计算宽度取2.5m
B点：

D点：

E点：

F点：

弯矩分配得：

钢筋选用预应力热处理钢筋　　　
锚杆与水平面的夹角取
一　　支座结构第ｉ层支点力设计值
（3-15）
将数据代入公式（3-15）得

二　　预应力钢筋截面面积计算
（3-16）

当外荷载时
将数据代入得
　d=25.28mm取

　d=32.4mm取

三　　锚杆自由段长度计算
计算简图如图3-9
（3-17）
---为自由段长度；即
---A点到反弯点O的距离；
--自由段与土体的摩擦角；

图3-9 锚杆自由段计算简图
将数据代入公式(3-17)得

四 锚固段长度计算
（3-18）
---锚固段周边土体的抗剪强度；
--锚固段直径；
取锚固段直径
将数据代入公式（3-18）得

五 锚杆长度
（3-19）
将数据代入公式（3-19）得

3.4.6排桩设计
截面弯矩设计值
（3-20）

材料使用：桩身采用C30混凝土，桩径为800mm：受力钢筋采HRB335级受拉钢筋，桩受力纵筋保护层厚度70mm；
, 验算桩身截面尺寸配筋。圆形截面的桩，其截面
弯承载力M（图3-10 ）可采用下列公式计算

图3-10 沿周边均匀配筋的圆形截面
（3-21）
（3-22）
（3-23）
当时，取，否则令
（3-24）
式中
-----桩身截面面积：
---全部纵向受拉钢筋的截面面积：
-----桩身截面半径;
----纵向受拉钢筋重心所在圆周的半径：、
----对应于截面受压区的圆心角（rad）与的比值：
---纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值：
---混凝土的轴心抗压强度设计值;
---钢筋的抗拉强度设计值:
桩在外荷载作用下两种状况两弯矩最大值相差不多，所以弯矩最大值配筋。
设纵向布置钢筋纵筋

用试算法解得

故桩受力纵筋可配为
桩截面配筋图如图3-11所示

3.5 冠梁设计
在桩的顶端，设置冠梁，截面采用，混凝土采用C30级混凝土，保护层厚度d=30mm，受拉钢筋采用HRB335级钢筋，配置4φ16，对称配筋，沿宽布置2φ16钢筋，亦对称配筋，箍筋采用HPB235，配置。配筋如图3-12所示：

矩形闭合框架计算
1 已知条件
矩形闭合框架混凝土结构。隧道断面形式采用双洞，洞宽14m，高5m，上覆土层2m，重度为。隧道所处位置地形复杂、地面建筑物多。地面超载取q=10N/m2。墙体宽、中间柱取600mm，土层①为圆砾土，重度、内摩擦角和粘聚力分别为：r1=21.0kN/m3, , c1=0 土层②为砂 岩，重度r2=23.8kN/m3，化： ,c2=20kN/m2。
地下通道结构混凝土强度等级C30，钢筋采用HPB335，砼重度为25kN/m3。
材料系数：
地基的弹性压缩系数K=4.0×104kN／m3，
弹性模量E0=5000kN ／m2。
C30混凝土：fc=13.8N/mm2 ft=1.39N/mm2 ；
重度为25kN/m3 ；弹性模量为1.4×MPa
HRB335钢筋：fy=300N/mm2
2 荷载计算
取计算宽度为1m
2.1 顶板
q1=覆土重+结构顶板重+地面超载
永久荷载标准值
土压力 18×2.5=45kN/m2
地面超载 10kN/m2
顶板自重 25×0.6=15kN/m2
总计 70kN/m2
底板
70kN/m2
构顶板以下，底板以上的两边墙和中间桩的重量 16.5kN/m2
总计 76.5kN/m2
地基反力计算
地下结构刚度远大于地基土的刚度，故假定地基反力为直线分布。

地基反力=底+1.2=94.5kN/m2
1.1 侧墙
加权平均kN/m3
kN/m2
—主动土压力系数，按公式 计算

=-210.1
=30kN/m2
沿纵向取单位长度（1m）的截条，当做闭合框架计算，忽略加腋的影响。忽略中隔墙面积稍小于其他墙体，将杆件简化为等截面杆。同时，由于中隔墙刚度相对较小，侧向力并不十分大，认为中隔墙与上下板的连接方式为铰接，即只能承受轴力的二力杆。计算跨度取中轴线中心至中心距离。得，侧墙计算跨度4.9m，顶板与地板计算跨度为6.8m。在弯矩分配时，不考虑线位移的影响，所以除中隔墙之外所有构件EA认为无穷大，EI=1.4××××1=252000 kN·m2。对中隔墙,EI认为为0，EA=1.4××0.6×1=8400000 kN
由荷载计算可见，顶板荷载和地基反力并不平衡，但由于侧壁摩阻力存在，使其保持平衡。所以在侧壁下设置活动铰支座。同时在中隔墙下，设置铰支座。
运用结构力学求解器，其代码如下：
:
③轴力图

②剪力图

③轴力图

四、配筋计算
（1）材料参数
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》——JTG D62-2004中规定：
C30等级混凝土抗压强度设计值：fcd=13.8N/mm2
C30等级混凝土抗拉强度设计值：ftd=1.39N/mm2
HPB335等级钢筋强度设计值：fyd=280N/mm2
除中隔墙外均按照压弯构件进行配筋，中隔墙按照受压构件进行配筋。采用对称配筋的形式，示意图如下：

1、截面尺寸
构件AB与CD长度为l=6.3m，构件AD长度为l=4.4m。
截面高度h＝600mm。
截面宽度b＝1000mm，
考虑到结构为地下建筑物，钢筋保护层厚度一般至少要增大10mm,取保护层厚度ｃ＝40mm，取as＝50mm。
2、 确定小偏心还是大偏心
对于C30等级混凝土，HPB335等级钢筋，界限相对受压高度
控制内力
在内力计算中得到的轴力都远小于控制内力，构件均认为是大偏心构件。
要选取弯矩大而轴力小的情况进行验算。
经比较，选出下列情况：
对E点,M=173.05KN·m；N=61.85KN
对F点,M=75.22KN·m；N=209.88KN
对G点,M=227.56KN·m；N=85.12KN
3、配筋计算(采用对称配筋)
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第5.3.10条规定，计算偏心受压构件正截面承载力时，对长细比l0/i>17.5的构件，应考虑构件在弯矩作用平面内的挠曲对轴向力偏心距的影响，将轴向力对截面重心轴的偏心距e0乘以偏心距增大系数η，相关公式如下

其中：=l0为构件计算长度，对两端固定的构件取0.5l。
①E截面

=

=173.05/61.85×1000=2797.26
由于>17.5，考虑放大系数
.取1
取1

由于

=2128.5mm
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第9.1.12条规定，轴心受压构件和偏心受压构件全部纵筋配筋率不得小于0.5%；同时，一侧钢筋配筋率不得小于0.2%。所以，受拉区和受压区配筋率都取0