1、深基坑基坑支护毕业设计基坑开挖与支护结构设计1.设计优选1.1设计依据1、 毕业设计参考资料；2、 中华人民共和国 国家标准 岩土工程勘 察规范 GB50021-2001）；3、 中华人 民共和 国国家标 准混凝土结构设计规 范 GB50204）；4、 中华人民共和国国 家标准建筑 地基基础设 计规范 GB50007-2002）；5、 中华人民共和国行 业标准建筑 基坑支护技 术规范 JGJ120-99）；6、 基坑工程手册。1.2基坑支护方案优选基坑围护结构型式有很多种，其适用范围也各不相同，根据上述设计原则，结合本基坑工程实际情况有以下几种可以采取的支护型式：（1）悬臂式围护结构 悬臂式围
2、护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和 结构安全。 悬臂结构所受土压力分布是开挖深度的一次函数， 其剪力是深度的二 次函数， 弯矩是深度的三次函数， 水平位移是深度的五次函数。 悬臂式结构对开 挖深度很敏感， 容易产生较大变形， 对相临的建筑物产生不良的影响。 悬臂式围 护结构适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。6.0m（2）水泥土重力式围护结构 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，常用于软粘土地区开挖深度约在 以内的基坑工程， 水泥土的抗拉强度低， 水泥土重力式围护结构适用于较浅的基 坑工程。（3）拉锚式
3、围护结构拉锚式围护结构由围护结构体系和锚固体系两部分组成， 围护结构体系常采 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。地面拉锚式需要有足够的场地设置锚桩， 或其他锚固物； 锚杆式需要地基土 能提供锚杆较大的锚固力。 锚杆式适用于砂土地基， 或粘土地基。 由于软粘土地 基不能提供锚杆较大的锚固力，所以很少使用。（4）土钉墙围护结构 土钉墙围护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉， 形成加筋土重 力式挡墙，起到挡土作用。 土钉墙围护适用于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； 不适用于淤泥质及未经降水处理 地下水以下
4、的土层地基中基坑围护。土钉墙围护基坑深度一般不超过 18m使用期限不超过 18 月。（5）内撑式围护结构内撑式围护由围护体系和内撑体系两部分组成， 围护结构体系常采用钢筋混 凝土桩排桩墙和地下连续墙型式。 内撑体系可采用水平支撑和斜支撑。 当基坑开 挖平面面积很大而开挖深度不太大时， 宜采用单层支撑。 内撑常采用钢筋混凝土 支撑和钢管 （或型钢）支撑两种。 内撑式围护结构适用范围广， 可适用于各种土 层和基坑深度。经过多个方案的比较分析， 本基坑充分考虑到周边地层条件， 选择技术上可 行,经济上合理 ,并且具有整体性好、水平位移小 ,同时便于基坑开挖及后续施工 的可靠支护措施。该建筑 12 层
5、组成，地下室与上部结构构成整体，基坑面积相 对较小，但是地层相对较复杂， 要求严格进行支护设计和组织施工， 以保证基坑 的安全。 经分析采用单排钻孔灌注桩作为围护体系， 关于支撑体系， 如果采用内 支撑的话，则工程量太大，极不经济，同时，如果支撑拆除考虑在内的话，工期 过长，且拆除过程中难以保持原力系的平衡。 根据场地的工程地质和水文地质条 件，最后决定采用潜水完整井，支护结构采用土钉墙等。1.3支护方案设计分析以放坡和土钉墙组成基坑的支护系统， 土钉墙是支护结构的受力结构；支护 桩是承担压力的主体。加设土层土钉一方面改善了桩的受力状态，降低了桩深弯 矩减少了桩顶位移，保护周围建筑物与道路的安
6、全；另一方面，减短了桩长，降 低了支护体系的造价。在中软土地区支撑设置可提高支护体系的可靠性，且是降 低了工程造价的有效方法。根据本场地的地层的特征，将本基坑采用放坡加土钉墙。2. 支护方案的设计原则及计算参数的确定2.1设计原则1.设计方案是根据场地工程地质和水文地质条件，以及场地周边环境条件等 要求确定；2.防止由于基坑开挖，四周路面、地下构筑物及管线发生大的变形；3.尽可能保证基坑开挖、施工、以及地下室防水的便利；4.保证安全，优化方案，使得工程造价经济合理。2.2参数的初选1.根据浙江省勘察设计院提交的岩土工程勘察告，并参考相关规范，拟取各层土体的物理力学参数，具有参数如下表 3-1所
7、示；2.相对标高土 0.00m,基坑设计时，基坑开挖深度为-7.80m ；3.地面超载取20 KN/m；4.根据建筑基坑支护技术规程(GB120-99)，基坑重要性系数。=1.00 ；(安全等级二级)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3-1 土层设计计算参数层序土层名称层厚/m天然含 水 量 w(%)重度丫(kN/m3)内摩擦 角(o)内聚 力C(kPa )渗透系 数K(cm/s)1杂填土层2.130.51812.645.2 X 1042粉土层3.831.718.924.012.15.35 X1043粉土夹沙层3.230.618.728.47.24.85 X1044淤泥
8、质 粘土层3.534.118.911.315.63.75 X1045粘土层:519.219.330.256粉质粘土层818.417.142.653.基坑支护设计的主要内容基坑支护设计的内容包括土压力计算，零弯矩点位置、嵌固深度的计 算、最大弯矩的确定，桩身钢筋配置，土钉设计等等，然后根据所配置的 支护参数，进行基坑整体稳定性验算、整体稳定验算、倾覆稳定性验算和基 坑底承载力验算。当验算后的支护参数不符合要求时，应重新设置支护参 数，直至安全、可靠为止。4降水设计根据本地的工程地质水文条件以及周围环境，设计采用喷射井点降水系统。由于上 部透水性较好，采用环圈形式布置井点，并配抽水设备。方案为潜水
9、完整井。4.1井点系统布置井点管呈长方形布置，总管距沉井边缘 1.5m。沉井平面尺寸为147 X 43m2,水力坡度取1/10。1)井点系统总长度(147+1.50*2 ) +(43+1.50*2)*2=392m2)喷射井点管埋深H=8+IL 1=8+1/10*46/2=10.30m取喷射井点管长度为11m3)虑水管长度取 L=1.5m , $ 38mm4)在埋设喷射井点时冲孔直径为 600mm冲孔深度比滤水管深 1米.即：11.50+1.50+1.00=14.00m井点管与滤水管和孔壁间用粗砂填实作为砂滤层，距地表 1.00m处用粘土封实以防漏气。4.2基坑排水量计算土的渗透系数用第二层和第
10、三层的加权平均值5.35 * 3.8 3.2 * 4.85 -4k = *107.0 -4=5.12*10 cm/s=0.44m/d2)含水层厚度HwHw=2.1+3.8+3.2+3.5+5-1.2=16.4m3) 基坑要求降低水位深度 SS =8-1.2+0.5 =7.3m4) 地下水位以及井管长度，即井管内水位下降深度 SS= S +i L 1=7.3+1/10*46/2 =9.6m5)影响半径RR=2S、kHw =2*9.6* . 0.44 *16 .4 =51.58m6)引用半径rr= . F / 3.14 =、. 150 * 46 /3.14 =46.88m7)基坑总排水量Q3.14
11、 k(2H _s)sQ=In Rln r=3.14 * 0.44* (2* 10.3 7.3) * 7.3ln( 51 .58 46.88) -In 46.883=180.77m /d4.3单根井点管的出水量幼0.44q =65 n dl k=65*3.14*0.038*1.5*3=8.85m /d4.4 单根井点管数及间距N=1.1Q/q=1.1*180.77/8.85=22.5实际用24根井点管D=(150+46)*2/24=16.3m实际间距取16米，实际布置图见图2。注意：在井点系统抽水期间应加强地面沉降的观测，防止由于地面沉降而引起的环境 问题。按此喷射井点设计方案降水在沉井施工过程
12、中降水效果好，满足设计要求。4.5 土层压力计算q=10kp因墙背竖直、光滑，填土面基本水平，符合郎金条件计算时假定附加荷载 个填土层物理力学性质该书中已给，不再赘述。计算过程如下：2 。 。Kai =tan (45 -12.6 /2)=0.64d ao =qKi-2c i 、k al=10*0.64-2*4* 0.64=0kpd ai =(10+18.0*1.2)*0.64-2*4* 0.64=13.82kpd a2 =(10+18.0*2.1)*0.64-2*4* J0.64=24.19kp2K.3 =tan (45。-24。/2)=0.42d a2 =(10+18.0*2.1)*0.42
13、-2*12.1* . 0.42=4.39kpd a3=(10+18.0*2.1 + 18.9*3.8)*0.42-2*12.1* . 0.42=34.56kp2 。 。K.4= tan (45 -28.4 /2)=0.36d a3 =(10+18.0*2.1 + 18.9*3.8)*0.36-2*7.2* ,0.36=34.42kpd a4 =(10+18.0*2.1 + 18.9*3.8+18.7*3.2)*0.36-2*7.2* . 0.36=55.97kp2K.5 = tan (45。-11.3。/2)=0.67-0.67=(10+18.0*2.1 + 18.9*3.8+18.7*3.2
14、)*0.67-2*15.6*=94.7kp(T a5 =(10+18.0*2.1 + 18.9*3.8+18.7*3.2+18.9*3.5)*0.67-2*15.6* 0.67=139.02kp2K.6 = tan (45。-19.3。/2)=0.50=80.03kp(T a6 =(10+18.0*2.1 + 18.9*3.8+18.7*3.2+18.9*3.5+19.2*5)*0.50-2*30.25* . 0.50=128.03kp被动：2K4= tan (45。+28.4。/2)=2.81(T a3=2*7.2* , 2.81=24.14kp(T p4 =18.7*1.1*2.81+2*
15、7.2* 、2.81=81.94kp2K5= tan (45。+11.3。/2)=1.49(T p4 =18.7*1.1*1.49+2*15.6 、.1.49=68.73kp(T p5 =(18.7*1.1 + 18.9*3.5)*1.49+2*15.6=167.30kp2Kp6 = tan (45。+19.3。/2)=1.99(T P5 =(18.7*1.1 + 18.9*3.5)*1.99+2*30.25 . 1 .99=257.92 kp(T p6 =(18.7*1.1+18.9*3.5+19.2*5)*1.99+2*30.25 、1.99=448.96kp不考虑渗流的影响土层水土压力图
16、=10koaLCIJ.L地下水杂填土4.42基坑底面的24.14KP81.94KP55. 97KF94.7KP13&. 02KPLUCLr粉土层粉土夹沙层淤泥质粘土层粘土层5.基坑护围及支护方案设计5.1方案选定1)东侧和北侧采用放坡另加适当的土钉墙； 基坑开挖深度为6.8米，采用坡角60度放坡开挖，中间设1.5米平台。2)南侧采用人工挖孔桩配合对拉锚杆支护结构。3)西侧由于对基坑侧壁变形稳定性要求较高， 宜采用土钉墙支护。5.2方案设计及计算5.2.1东侧和北侧放坡段板面：C20喷射混凝土，厚度 100mm钢筋网：0 6200mm*200mm土钉：共设3排土钉，水平间距与垂直间距为 2米土钉
17、规格：0 28L8000mm2000mm分布见图纸1内部稳定分析为方便计算土层力学性质采用加权平均值。附加荷载为 10kp，临界破坏面为楔性破坏面，破坏面倾角为： 45 + 0 /2计算时可用下式：K= CL+ ( W+Q ) Sin(45 - 0 /2)tan 0 +Tsin(45 + 0 /2+ O )tan 0 + Tcos(45 + 0 /2+ )/(W+Q) cos(45。-0 /2)公式说明：0为土层平均内摩擦角2.1* 10 3.8 * 24 0.9* 28 .4取0 =6.8=20.3。c为土层平均粘聚力h 2.1 * 4 十3.8 * 12 .1+0.9* 7.2 取c =-
18、6.8=8.95kpY为土层平均重度廿 2.1*18.0+3.8*18.9+0.9*18.7取丫 =_6.83=18.6kN/mw为土层自重2 2取 w=0.5 丫 H tan(45- 0 /2)-0.5 丫 *H cot602 2=0.5*18.6*6.8 tan34.85-0.5*18.6*6.8 * cot60=51.15k n/mH为井深6.8mL为楔形滑移面长度L =H/cos(45-20.3/2)=6.8/cos34.85=8.3mQ为地面载荷Q =10*6.8ta n(45-20.3/2)=47.4k n/mT为土钉的支撑力T = n D qsi Li /S*r i=3.14*0
19、.1*20*8*3/(2*1.5)=50.24kN/m为土钉与水平面的夹角 10度 将以上数据带入公式中K=8.95 * 8.3 (51.15 47.4) sin 34.85 tan 20.3 50.24 sin 65.15 tan 20.3 50 .24 cos 65 .15(51.15 +47 .4) cos 34.85=1.72抗滑稳定计算安全系数KH = FT/Eax公式说明：Kh为抗滑安全系数；Ft为墙底断面上产生的抗滑力； Eax为墙后主动土压力。/ 、 2 2Eax= (0.5 丫 H+q) Htan (45- $ /2)-2cH tan(45- $ /2)+2c / 丫2 2=
20、(0.5*18.6*6.8+10)*6.8ta n 34.85-2*8.95*6.8ta n34.85+2*8.95 /18.5=165.32kN/mFT=(W+qB)ta n $B=11/12*8cos10=7.2mFT=(18.6*6.8*7.2+10*7.2)ta n28.4 =531.3kN/m二 Kh=885.4/287=3.1满足稳定要求3抗倾覆稳定计算安全系数：Kq=M w/MMw=(W+qB)*0.5B=(18.6*6.8*7.2+10*7.2)*0.5*7.2=3537.6kN/mM=Eax*1/3H=165.32*1/3*6.8=374.73kN/mKq=3537.6/37
21、4.73=9.5满足稳定要求5.2.2西侧土钉墙支护设计板面：C20喷射混凝土，厚度 100mm钢筋网：0 6200mm*200mm土钉：共设6排土钉，水平间距为 2米，垂直间距为1米。土钉规格：前 2 排: 0 28L4000mm1000mm 下 4 排：0 28L10000mm1000mm内部稳定分析为方便计算，土层力学指标采用加权平均值，临界破坏面为楔形划移面破坏面倾角为CP(45+)2楔形划移面长度H 6.8 QOL = =8.3 m( 20.3) ( 20.3、cos 45 i cos 45 一I 2丿 2丿东侧和北侧以求得：= 20.3 c =8.95 =18.6土层自重Ww=0.
22、5 丫 H2tan(45- 0 /2)-0.5 丫 *H2cot602 2 =0.5*18.6*6.8 tan34.85-0.5*18.6*6.8 * cot60=51.15k n/m地面附加载荷Q一 20 .3、 Q=q |H tan 45 | - H tan30I 2丿土钉与水平面的夹角 二=10土钉锚固力TT = n D 7 qsi Li /S*r i=3.14*0.1*20* (2*4+4*8 ) /(2*1.5)=100.5kN/m土钉内部稳定系数 K(51 .15 +8.1) cos 34 .85 =3.4抗滑稳定计算Ft =(W+q) Btg /满足稳定要求抗倾覆稳定计算M=(W
23、+q) B*0.5B=(18.6*6.8*+10)*7.2*0.5*7.2=3537.56kN/m1M=E ax H = 165.33*1/3*6.8=374.75kN/max3Kq=3537.56/374.75= 9.4满足稳定要求5.2.3南侧段基坑下土压力零点：一 2c3 . K a3设土压力零点距基坑下 x米：55 .97 -34 .423XK p3 - 2c Kp3 = 34.42 * 1.1 3XJ33.218 .7 * x* 2.81 2 * 7.2 2.82 =34 .42 55.97 34 .42 * 1.1 18 .7 * x * 0.36 _ 2 * 7.2 * . 0.
24、363.2x= 0.2m-48 .56 * 0.2=196.24KN/m计算合力点：122 112x：13 .82 1.213 .82 0.92.1+ -X (24 .19-13 .82 ) 0.9 2.123 22311 21+4 .393.85.9 ( 34.564 .39)3.85.9+34 .42 2.1 822 32121+(48.56 -34 .42 ) 2.1 8X48.560.2 8.2232196 .24=3.6 m7.21.1 15 .6 3.5 30 .25 5c = 9.60 0 0、ihi 28.4 1.1 11.3 3.5 19.3 5 0= 17.4 hi 9.6
25、二： 18.7 1.1 18.9 3.5 19.2 519 KN /m hi 9.6(p2 0 Ka = tan (45 ) = 0.542 0 Kp =tan (45 -) =1.85由以上条件基坑底以下主动土压力，取 qo 48.56KN(T a3 =48.56*0.54-2*22.27* . 0.54 =-6.5kp0.54 =91.99kp(T a3 =(48.56+19*9.6)*0.54-2*22.27*基坑底以下被动土压力：(T a3 =2*22.27* .1.85 =60.58kp土层水土压力图3 - 6 工p t 6(h +v-a)邛=0r(k p _ka) r(k p 一
26、ka)6 勺96 .24 6(6.8 +0.2 3.6) 096 .24t3 - t =019 (1.85 0.54) 19(1.85 0.54)t3- 47 .31 1 -160 .84 =0解得：t=7.9mt c =1.2*t=9.5m桩总长 6.8+9.5=16.3 m 桩径取1m求最大弯距最大弯距位置：在剪力 Q=0处，设从地面往下 xm处Q=0，则有：、 P (Kp Ka)x：2求计算系数:fcbh。2-1 2飞7 =0.923?2DNq +cNc 18.9 況 9.5 X 6.58 +42 .56 X 15.1Kw 2 5.98孟(h0 + D ) + q 18 .0 x 16
27、.4 +102=hi0 q =18.6 6.8 10 136 .48KN /mM h为基坑底面处墙体的极限抵抗弯距，可采用该处的墙体设计弯距20 18.66.8 1 2Mr =0.48 tan 20.3 ( 10 6.8) 9.5 136 .48 9.522-18 .6 9.52 tan 20.3 136 .48 9.52 - 18 .6 9.53)34 328.95 (6.8 9.5 - 3.14 9.5 ) 1 1 8 67=84731 .3KN m抗隆起安全系数MrKlMs84731 .313.76 2.06158 .66满足要求4抗管涌稳定性验算由于进行了人工降水，桩底部两侧水位相差不
28、大，水力坡度较小。根据经验，可以不验算。6. 基坑开挖由于基坑北面和东面场地较为宽阔，故采用放坡形式。西面和东面由于距离街道、施 工场地较紧，不宜采用放坡，故采用土钉墙和挖空灌注桩。开挖土方量总计 60536.8m3。由于基坑较深，又不允许分块分段施工混凝土层，且地基土制较软弱，故采用分层机械开挖。此基坑深度为 83.9m，即可分为三层，层厚为 3.0m、3.0m、2.9m。开挖顺序视工作面与土质情况，可从基坑东边向西边开挖。最后一层土开挖后，应立 即灌注混凝土垫层，避免基底土暴露时间过长。挖运土方方法采用设坡道开挖方法。土坡道的坡度视土质、开挖深度和运输设备情况而定，一般为 1：810，破道两侧要求采取挡土或其他加固措施。由于场地东面较为宽阔， 可以将坡道设在基坑外空地上， 便于挖土机械正常运行。 根据场地条件、 挖土深度可采用反 铲挖掘机，操作灵活，挖土卸土均在地面作用，不用开运输道。土方开挖是深基坑工程施工的关键工序，必须十分慎重，除应因地制宜地选择好开挖 方法和安排好开挖顺序外，还应注意：1 做好施工与材料准备及技术措施准备；2 要重视打桩效应问题；3 要尽量减慢开挖过程中
