悬臂支护结构计算书Word格式文档下载.docx
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30
29.78
19.5
灰岩④
5.30
42
38.9
22.55
三支护方案选型
取水泵站东面临资江,东西面距离3层楼民房约43m,南面距离6层楼民房约40m。
场地地层从上而下为耕植土、粘土、含砾粘土与中风化灰岩。
根据工程特点结合场地岩土层,综合确定拟建工程基坑侧壁安全等级为一级。
拟建基坑场地分为岸上和水上两部分,岸上部分长28m,宽18m,水上部分长26m,宽12m。
考虑该工程开挖深度11米,按其深度已为一级基坑,要保持深基坑支护结构万无一失,应此支护结构及围幕止水要求进入灰岩。
综上所述,最佳支护方案是选择冲孔灌注桩悬臂支护结构;
因其约一半工程量在水中,先行采用粘土对江中部分进行场地平整回填,回填标高为178.00m,高出常水位约1m;
为便于机械作业回填范围为顶口宽于支护结构外3米。
冲孔灌注桩悬臂支护结构工艺具有如下优点:
1)墙体刚度大、整体性好,因而结构和地基变形都较小,在本工程中可以起到功能三合一,既超深围基坑护结构、其次起到止水帷幕作用,第三可代替现有设计的浆砌片石挡土墙,起到永久围护结构作用;
2)试用各种地质条件。
对砂卵石地层或要求进入灰岩层时,钢板桩及其他工艺就难以施工,但却可采用合适的成槽机械及冲孔灌注桩施工的地下连续墙结构;
3)可减少工程施工时对环境的影响。
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较低,对沉降及变位较易控制;
4)可进行逆筑法施工,有利于加快施工进度,降低造价。
四悬壁支护结构设计
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、《土力学与地基基础》
4.1、参数信息
1、基本参数
支护桩材料
钢筋混凝土桩
支护桩间距ba(m)
支护桩嵌入土深度ld(m)
4.1
基坑开挖深度h(m)
10
基坑外侧水位深度ha(m)
7.5
基坑内侧水位深度hp(m)
支护桩在坑底处的水平位移量υ(mm)
12
承压水含水层顶面至坑底的土层厚度D(m)
4.3
承压水含水层顶面的压力水头高度hw(m)
6
2、土层参数
土层类型
土厚度h(m)
土重度γ(kN/m3)
粘聚力c(kPa)
内摩擦角φ(°
)
饱和土重度γsat(kN/m3)
水土分算
是
10.3
23
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
3.5
4
矩形局部荷载
5
2
4、计算系数
结构重要性系数γ0
综合分项系数γF
1.25
嵌固稳定安全系数Ke
1.2
圆弧滑动稳定安全系数Ks
1.3
突涌稳定安全系数Kh
1.1
4.2、土压力计算
土压力分布示意图
附加荷载布置图
1、主动土压力计算
1)主动土压力系数
Ka1=tan2(45°
-φ1/2)=tan2(45-19.6/2)=0.498;
Ka2=tan2(45°
-φ2/2)=tan2(45-19.6/2)=0.498;
Ka3=tan2(45°
-φ3/2)=tan2(45-22/2)=0.455;
Ka4=tan2(45°
-φ4/2)=tan2(45-30/2)=0.333;
Ka5=tan2(45°
-φ5/2)=tan2(45-30/2)=0.333;
Ka6=tan2(45°
-φ6/2)=tan2(45-30/2)=0.333;
Ka7=tan2(45°
-φ7/2)=tan2(45-42/2)=0.198;
2)土压力、地下水产生的水平荷载
第1层土:
0-4m
H1'
=[∑γ0h0+∑q1]/γi=[0+3]/21=0.143m
Pak1上=γ1H1'
Ka1-2c1Ka10.5=21×
0.143×
0.498-2×
31.4×
0.4980.5=-42.822kN/m2
Pak1下=γ1(h1+H1'
)Ka1-2c1Ka10.5=21×
(4+0.143)×
0.4980.5=-0.99kN/m2
第2层土:
4-5.4m
H2'
=[∑γ1h1+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)]/γi=[84+3+1.167]/21=4.198m
Pak2上=γ2H2'
Ka2-2c2Ka20.5=21×
4.198×
0.4980.5=-0.415kN/m2
Pak2下=γ2(h2+H2'
)Ka2-2c2Ka20.5=21×
(1.4+4.198)×
0.4980.5=14.226kN/m2
第3层土:
5.4-6.4m
H3'
=[∑γ2h2+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)]/γi=[113.4+3+1.167]/19.6=5.998m
Pak3上=γ3H3'
Ka3-2c3Ka30.5=19.6×
5.998×
0.455-2×
26.14×
0.4550.5=18.225kN/m2
Pak3下=γ3(h3+H3'
)Ka3-2c3Ka30.5=19.6×
(1+5.998)×
0.4550.5=27.143kN/m2
第4层土:
6.4-7m
H4'
=[∑γ3h3+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)]/γi=[133+3+1.167]/19.5=7.034m
Pak4上=γ4H4'
Ka4-2c4Ka40.5=19.5×
7.034×
0.333-2×
29.78×
0.3330.5=11.305kN/m2
Pak4下=γ4(h4+H4'
)Ka4-2c4Ka40.5=19.5×
(0.6+7.034)×
0.3330.5=15.202kN/m2
第5层土:
7-7.5m
H5'
=[∑γ4h4+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1)]/γi=[144.7+3+1.167+0.5]/19.5=7.66m
Pak5上=γ5H5'
Ka5-2c5Ka50.5=19.5×
7.66×
0.3330.5=15.37kN/m2
Pak5下=γ5(h5+H5'
)Ka5-2c5Ka50.5=19.5×
(0.5+7.66)×
0.3330.5=18.617kN/m2
第6层土:
7.5-9m
H6'
=[∑γ5h5+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1)]/γsati=[154.45+3+1.167+0.5]/22=7.233m
Pak6上=[γsat6H6'
-γw(∑h5-ha)]Ka6-2c6Ka60.5+γw(∑h5-ha)=[22×
7.233-10×
(7.5-7.5)]×
0.3330.5+10×
(7.5-7.5)=18.619kN/m2
Pak6下=[γsat6(H6'
+h6)-γw(∑h5-ha)]Ka6-2c6Ka60.5+γw(∑h5-ha)=[22×
(7.233+1.5)-10×
(9-7.5)]×
(9-7.5)=39.613kN/m2
第7层土:
9-14.1m
H7'
=[∑γ6h6+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1)]/γsati=[187.45+3+1.167+0.5]/23=8.353m
Pak7上=[γsat7H7'
-γw(∑h6-ha)]Ka7-2c7Ka70.5+γw(∑h6-ha)=[23×
8.353-10×
0.198-2×
38.9×
0.1980.5+10×
(9-7.5)=15.451kN/m2
Pak7下=[γsat7(H7'
+h7)-γw(∑h6-ha)]Ka7-2c7Ka70.5+γw(∑h6-ha)=[23×
(8.353+5.1)-10×
(14.1-7.5)]×
(14.1-7.5)=79.578kN/m2
3)水平荷载
临界深度:
Z0=Pak2下h2/(Pak2上+Pak2下)=14.226×
1.4/(0.415+14.226)=1.36m;
第1层土
Eak1=0kN;
第2层土
Eak2=0.5Pak2下Z0ba=0.5×
14.226×
1.36×
1=9.674kN;
aa2=Z0/3+∑h3=1.36/3+8.7=9.153m;
第3层土
Eak3=h3(Pa3上+Pa3下)ba/2=1×
(18.225+27.143)×
1/2=22.684kN;
aa3=h3(2Pa3上+Pa3下)/(3Pa3上+3Pa3下)+∑h4=1×
(2×
18.225+27.143)/(3×
18.225+3×
27.143)+7.7=8.167m;
第4层土
Eak4=h4(Pa4上+Pa4下)ba/2=0.6×
(11.305+15.202)×
1/2=7.952kN;
aa4=h4(2Pa4上+Pa4下)/(3Pa4上+3Pa4下)+∑h5=0.6×
11.305+15.202)/(3×
11.305+3×
15.202)+7.1=7.385m;
第5层土
Eak5=h5(Pa5上+Pa5下)ba/2=0.5×
(15.37+18.617)×
1/2=8.497kN;
aa5=h5(2Pa5上+Pa5下)/(3Pa5上+3Pa5下)+∑h6=0.5×
15.37+18.617)/(3×
15.37+3×
18.617)+6.6=6.842m;
第6层土
Eak6=h6(Pa6上+Pa6下)ba/2=1.5×
(18.619+39.613)×
1/2=43.674kN;
aa6=h6(2Pa6上+Pa6下)/(3Pa6上+3Pa6下)+∑h7=1.5×
18.619+39.613)/(3×
18.619+3×
39.613)+5.1=5.76m;
第7层土
Eak7=h7(Pa7上+Pa7下)ba/2=5.1×
(15.451+79.578)×
1/2=242.324kN;
aa7=h7(2Pa7上+Pa7下)/(3Pa7上+3Pa7下)=5.1×
15.451+79.578)/(3×
15.451+3×
79.578)=1.976m;
土压力合力:
Eak=ΣEaki=0+9.674+22.684+7.952+8.497+43.674+242.324=334.805kN;
合力作用点:
aa=Σ(aaiEaki)/Eak=(0×
0+9.153×
9.674+8.167×
22.684+7.385×
7.952+6.842×
8.497+5.76×
43.674+1.976×
242.324)/334.805=3.348m;
2、被动土压力计算
1)被动土压力系数
Kp1=tan2(45°
+φ1/2)=tan2(45+42/2)=5.045;
10-14.1m
=[∑γ0h0]/γi=[0]/22.55=0m
Ppk1上=[γ1H1'
-γw(∑h0-hp)]Kp1+2c1Kp10.5+γw(∑h0-hp)=[22.55×
0-10×
(0-4.1)]×
5.045+2×
5.0450.5+10×
(0-4.1)=340.592kN/m2
Ppk1下=[γ1(H1'
+h1)-γw(∑h0-hp)]Kp1+2c1Kp10.5+γw(∑h0-hp)=[22.55×
(0+4.1)-10×
(4.1-4.1)]×
(4.1-4.1)=641.183kN/m2
Epk1=bah1(Pp1上+Pp1下)/2=1×
4.1×
(340.592+641.183)/2=2012.639kN;
ap1=h1(2Pp1上+Pp1下)/(3Pp1上+3Pp1下)=4.1×
340.592+641.183)/(3×
340.592+3×
641.183)=1.841m;
Epk=ΣEpki=2012.639=2012.639kN;
ap=Σ(apiEpki)/Epk=(1.841×
2012.639)/2012.639=1.841m;
3、基坑内侧土反力计算
-φ1/2)=tan2(45-42/2)=0.198;
Psk1上=(0.2φ12-φ1+c1)∑h0(1-∑h0/ld)υ/υb+[γ1H1'
-γw(∑h0-hp)]Kp1+γw(∑h0-hp)=(0.2×
422-42+38.9)×
0×
(1-0/4.1)×
12/12+[22.55×
0.198+10×
(0-4.1)=-32.882kN/m2
Psk1下=(0.2φ12-φ1+c1)∑h1(1-∑h1/ld)υ/υb+[γ1(H1'
+h1)-γw(∑h1-hp)]Kp1+γw(∑h1-hp)=(0.2×
(1-4.1/4.1)×
(4.1-4.1)=18.306kN/m2
Psk1=b0h1(Ps1上+Ps1下)/2=1×
(-32.882+18.306)/2=-29.881kN;
as1=h1(2Ps1上+Ps1下)/(3Ps1上+3Ps1下)=4.1×
-32.882+18.306)/(3×
-32.882+3×
18.306)=4.45m;
Ppk=ΣPpki=-29.881=-29.881kN;
as=Σ(asiPski)/Ppk=(4.45×
-29.881)/-29.881=4.45m;
Psk=-29.881kN≤Ep=2012.639kN
满足要求!
4.3、稳定性验算
1、嵌固稳定性验算
Epkapl/(Eakaal)=2012.639×
1.841/(334.805×
3.348)=3.306≥Ke=1.2
2、整体滑动稳定性验算
圆弧滑动条分法示意图
Ksi=∑{cjlj+[(qjbj+ΔGj)cosθj-μjlj]tanφj}/∑(qjbj+ΔGj)sinθ
cj、φj──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);
θj──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lj=bj/cosθj;
qj──作用在第j土条上的附加分布荷载标准值(kPa);
ΔGj──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uj=γwhwaj,在基坑内侧,可取uj=γwhwpj;
滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土,取uj=0;
γw──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(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,……}=2.591≥Ks=1.3
3、渗透稳定性验算
渗透稳定性简图
承压水作用下的坑底突涌稳定性验算:
Dγ/(hwγw)=∑hiγi/(hwγw)=(5.3×
22.55)/(6×
10)=1.992
Dγ/(hwγw)=1.992≥Kh=1.1
4.4、结构计算
1、材料参数
桩截面类型
圆形
圆形截面直径D(mm)
1000
桩混凝土强度等级
C30
桩混凝土保护层厚度δ(mm)
50
配筋形式
沿受拉、压区周边均匀配置
受拉区竖向钢筋
根数
16
直径(mm)
等级
HRB400
受压区竖向钢筋
箍筋
间距
100
受拉钢筋圆心角与2π的比值
0.25
受压钢筋圆心角与2π的比值
0.15
2、支护桩的受力简图
计算简图
弯矩图(kN·
m)
Mk=1255.535kN.m
剪力图(kN)
Vk=364.67kN
3、强度设计值确定
M=γ0γFMk=1×
1.25×
1255.535=1569.419kN·
m
V=γ0γFVk=1×
364.67=455.838kN
4、材料的强度计算
1)正截面受弯承载力验算
钢筋混凝土桩截面计算简图
确定受压混凝土截面范围:
根据建筑基坑支护规程(JGJ120-2012)附录B.0.2
αfcA(1-sin2πα/(2πα))+fy(As'
-As)=0
求得α=0.278
fyAs(0.78r+rssin(παs)/(παs))=360×
16×
π×
222/4×
(0.78×
500+439×
sin(0.25π)/(0.25π))=1719.331kN·
m≥M=1569.419kN·
2)斜截面承载力验算
将圆形截面等效成矩形截面计算
h=1.6D/2=1.6×
1000/2=800mm
h0=h-δ-d/2=800-50-22/2=739mm
b=1.76D/2=1.76×
1000/2=880mm
h0/b=739/880=0.84≤4
0.25βcfcbh0=0.25×
1×
14.3×
880×
739/1000=2324.894kN≥V=455.838kN
Vcs=αsvftbh0+fyvAsvh0/s=(0.7×
1.43×
739+360×
2×
3.14×
122/4×
739/100)/1000=1252.739kN≥V=455.838kN
3)最小配筋率验算
ρ=As/(πD2/4)=16×
222/4/(10002×
π/4)=0.774%≥ρmin=max[0.002,0.45ft/fy]=max[0.002,0.45×
1.43/360]=0.2%
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