深基坑支护结构设计-.doc

目 录 i 深基坑支护结构设计 目 录 2 深基坑支护结构设计.11 2.1 工程概况.11 2.1.1 工程内容.11 2.1.2 工程地质及水文地质.11 2.2 深基坑支护的型式及合理选型.13 2.2.1 不同基坑支护型式的特点及支护选型的原则.13 2.2.2 基坑支护方案的比较与选型论证.14 2.3 深基坑支护的设计要求及内容.15 2.3.1 深基坑支护的设计要求.15 2.3.2 基坑支护设计计算的内容.16 2.4 森公地铁车站南基坑支护结构设计及内力计算.17 2.4.1 土钉墙设计.17 2.4.2 排桩支护设计.23 2.4.3 钢支撑设计.30 2.5 深基坑开挖的信息化施工.33 2.6 小结.35 1 绪论 1 2 2 深基坑支护结构设计 2.1 工程概况 2.1.1 工程内容 根据勘察报告，森林公园站位于朝阳区辛店村天辰路与辛店村路交叉处地下，主 体结构呈南北走向，车站中心里程为 k4+2.000，轨顶标高为 28.986m，埋深为 15.6m 左右，拟建车站设出入口 4 个，在东南与东北各设一个通风道，在主体站两侧设风亭 2 个。 该车站为地下二层三跨岛式站台，主体结构南北长 179.400m，其中南段长约 73.50m，宽为 33.00m；中间段长为 40.5m，宽为 23.10m；北段长约 65.40m，宽 42.700m。该站结构底板标高为 27.296m，底板埋深为 17.11417.564m 左右。主体结 构顶板标高为 35.60m 左右，顶板埋深为 9.0m 左右。本站拟采用明挖法施工。 本站位于天辰路与辛店村路交叉处地下，天辰路呈南北走向，辛店村路呈东西向， 公路宽约 8m 左右，勘察时天辰路东侧有少量平房，其它部位较平坦，无障碍物。森公 站是地铁奥运支线上的第三座车站，位于中轴路与辛店村路相交的十字路口下，车站 横跨辛店村路，本站为奥运支线北端终点站，车站北侧设折返线。车站南北中轴线与 北京城市中轴线重合。 2.1.2 工程地质及水文地质 （1）工程地质 依据北京地铁奥运支线工程岩土工程勘察报告 ，本站所处地层依顺序可分为： 本次勘察揭露地层最大深度为 40.0m，地层层序自上而下依次为： 人工填土层： 粉土填土1层：褐色黄褐色，稍密，饱和，含砖渣、灰渣、水泥块、树根等， 局部夹粉质粘土填土、砂质粉土填土； 杂填土层：杂色，稍密，湿饱和，以房渣土为主，含砖块、碎石，白灰渣。 该层层底标高为 39.4043.15m。 第四纪全新世冲洪积层： 粉土层：褐黄色，中密密实，很湿，av=0.0670.180mpa-1，属中压缩性低 压缩性土，含云母、氧化铁、姜石及有机质。 粉质粘土1层：灰色，硬塑，av=0.131mpa-1，属中压缩性土，含云母、氧化铁、 2 深基坑支护结构设计 3 有机质，姜石； 粉细砂3层：褐黄色灰色，中密，饱和，n=2142，属中压缩性低压缩性 土； 该层层底标高为 33.7036.85m； 粉质粘土层：褐黄色，硬塑，av=0.1830.523mpa-1，属中高压缩性中压缩性 土，含云母、氧化铁、姜石； 粘土1层：褐黄色，硬塑，av=0.2250.275mpa-1，属中压缩性土，含氧化铁， 该层呈透镜体存在； 粉土2层：褐黄色，密实，湿很湿，av=0.0950.182mpa-1，属中压缩性低 压缩性土，含云母、氧化铁； 粉细砂3层：灰色，饱和，密实，n=22 左右，属低压缩性土，含氧化铁；该层 层底标高为 24.1526.40m。 第四纪晚更新世冲洪积层： 粉质粘土层：褐黄色，硬塑，av=0.1780.250mpa-1，属中压缩性土，含云母、 氧化铁、姜石，呈透镜体存在； 粘土1层：棕黄色，硬塑，av=0.1510.293mpa-1，属中压缩性土，含氧化铁、 姜石； 粉土2层：褐黄色，密实，很湿，av=0.1160.128mpa-1，属中压缩性土，含云 母、氧化铁； 细中砂3层：褐黄色，密实，饱和，n=3652，属低压缩性土，含个别砾石。 本层普遍存在，层底标高为 13.4018.60m。 卵石圆砾层：杂色，密实，饱和，n63.5=8490，属低压缩性土，亚圆形，最大 粒径 100mm，一般粒径 20-30mm，粒径大于 20mm 的颗粒含量约为总质量的 70。中 粗砂充填，母岩成份为辉绿岩、砂岩和砾岩； 中粗砂1层：褐黄色，密实，饱和，属低压缩性土，含砾石； 本层层底标高为 11.6015.12m，部分钻孔未穿透此层。 粉质粘土层：褐黄色，硬塑，av=0.2080.316mpa-1，属中压缩性土，含云母、 氧化铁； 粉土2层：褐黄色，密实，很湿，av=0.1300.137mpa-1，属中压缩性土，含云 母、氧化铁； 本层普遍存在，部分钻孔未能穿透此层。 粉细砂2层：褐黄色，密实，饱和，属低压缩性土。 粉质粘土2层：褐黄色，硬塑，av=0.084mpa-1左右，属低压缩性土，含云母、 氧化铁； 4 （2）水文地质 本段线路测得两层地下水，分别为上层滞水和承压水，未测得潜水，各层地下水 情况分述如下： 上层滞水：该层水水位标高 40.2943.42m（水位埋深 1.03.9m） ，含水层为粉土 填土层、杂填土1层、粉土层、粉细砂层。观测时间为 2002 年 7 月 22 日2003 年 8 月 14 日，补给来源主要为管道渗漏和地表水系、大气降水补给，主要以 蒸发和向下越流补给下层潜水方式。 承压水：该层地下水含水层为卵石圆砾层、中粗砂1层，透水性好，水头标 高为 22.6923.00m（水头埋深为 21.5021.70m） ，观测时间为 2003 年 7 月 13 日2003 年 7 月 14 日，该层水具弱承压性，主要接受侧向径流补给及越流补给，以侧 向径流方式排泄，地下水流向自西向东。 根据工程地质勘察报告，本区段地下水对混凝土结构无腐蚀性，在干湿交替环境 下，对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。 根据历年最高水位及近 3-5 年最高水位，参考钻探时的实测地下水位，并考虑该 场区的水文地质条件，建议设防水位按 43.00 米考虑，用于抗浮验算。 2.2 深基坑支护的型式及合理选型 基坑支护设计中首要的任务就是选择合适的支护型式，然后进行支护结构的计算 分析，根据计算分析进行支护结构的设计，包括结构截面、支撑或锚杆尺寸、入土深 度等的设计。同一个基坑，若采用不同的支护型式，造价相差可能是巨大的。因此， 合理地选择基坑支护型式是很重要的。 2.2.1 不同基坑支护型式的特点及支护选型的原则 （1）基坑支护型式的特点及适用范围 放坡：适用于场地开阔、无变形控制要求、造价低的情况。 土钉支护：一般适用周边构筑物少、地质条件较好的情况，软土或砂层地质要 慎用或采取加强型方案。土钉支护对位移控制缺乏合理的计算理论，因此，对位移有 严格要求的场地应慎用，造价较低。 排桩支护：排桩支护刚度好，适应性广，结合桩间止水也可用于砂层，止水效 果没有连续墙好，造价低于连续墙而大于土钉墙。 重力式搅拌桩挡土结构：一般适用于 7m 以内的软土地基基坑、且周边对位移 要求不很高的情况。 地下连续墙：通常连续墙的厚度为 600mm、800mm、1000mm，也有厚达 1200mm 的，但较少用。地下连续墙刚度大、止水效果好、是支护结构中最强的支护 2 深基坑支护结构设计 5 型式，适用于地质条件差和复杂、基坑深度大、周边环境要求高的基坑支护，但造价 较高，施工要求专用设备。 支撑形式：主要有砼支撑、钢支撑和锚杆，一般砼支撑刚度大，但拆除不方便； 钢支撑刚度相对小一些，但拆除方便，可预加轴力达到控制位移的目的；锚杆刚度小， 位移控制主要通过施加预应力来实现，锚杆一般要打入基坑以外的地下场地，会对周 边环境有一定的影响，最好要求有较好的锚固土层。 （2）基坑支护选型的原则 要合理选择基坑支护的型式，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， 因此，选型的原则应主要考虑三个方面： 不同基坑支护型式的特点； 地质条件和周边的环境； 工程造价。 2.2.2 基坑支护方案的比较与选型论证 基坑支护型式的合理选择，是基坑支护设计的首要工作，应根据地质条件、周边 环境的要求及不同支护型式的特点、造价等综合确定。一般当地质条件好，周边环境 要求较宽松时，可采用柔性支护，如土钉墙等；当周边环境要求高时，应采用较刚性 的支护型式，以控制水平位移，如排桩或地下连续墙等。同样，对于支撑的型式，当 周边环境要求较高，地质条件较差时，采用锚杆易造成周边土体的扰动并影响周边环 境的安全，采用内支撑型式较好；当地质条件特别差、基坑深度较深、周边环境要求 高时，可采用地下连续墙这种最强的支护型式。 森林公园站南基坑开挖较深，并且开挖方式采用的是分层分步开挖的方式，这就 决定了不能只用单一的支护型式，需要多种支护方式并用，才能达到基坑安全、施工 方便且满足开挖方式各个方面的要求。 （1） 基坑支护方案的比较 锚固支护 锚固支护就是在排桩支护之后，在桩顶增设一条锁口梁。使用此支护型式是在使 用排桩支护的前提下进行的，不能够单独使用此支护型式，但作为排桩支护的辅助支 护型式不仅是可行的而且是必要的。一方面，可以增加基坑支护的整体性，另一方面 可以在有限的施工空间内加强、提高支护体系的作用。所以此支护型式不能单独使用， 只能与排桩支护相互结合使用。 土钉墙支护 土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件土钉置于原位土体中，并 6 在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。在实际施工中是边开挖边支护，且施工快捷简便， 经济可靠，是适合此基坑开挖方式的支护型式。但由于基坑二级开挖的深度比较深， 所以土钉墙支护不得单独使用。 排桩支护 考虑到地下连续墙工程浩大，造价比较高，不够经济，所以选用排桩支护。排桩 支护与地下连续墙相比，施工简单，不需要专用设备，而且造价比连续墙低，根据 北京奥运地铁支线森林公园站岩土工程勘察报告 ，土质多以粉质粘土为主，拟建基 坑深 17.4m，一级开挖 7.4m，二级开挖 10m。由于基坑较深，只用土钉墙支护满足不 了安全与施工，选用排桩支护在经济、安全、施工管理、设备方面较为合理。因此， 一级开挖选用土钉墙支护，二级开挖选用排桩支护的基坑围护方式是适用于本拟建基 坑的支护方案。 水泥土搅拌桩 水泥土搅拌桩的搅拌支护主要将基坑坑壁的土层，在开挖前用水泥和固化剂进行 原位搅拌改性，提高土的强度，也可形成壁状或栅状的地下水泥土桩、墙的隔水帷幕， 阻止地下水侵入。深基坑支护中采用水泥搅拌桩，虽然造价不高，但是基坑的开挖深 度不宜大于 7m，所以，水泥土搅拌桩不能作为此拟建基坑的支护形式。 地下连续墙 连续墙虽然有很多优点，如：适用于各种土质；施工时震动小，噪声低；而且可 在各种复杂条件下进行施工。但是，地下连续墙也有它自身的不足之处，如：施工现 场管理不善会造成现场泥泞泛滥；地下连续墙造价较高，不够经济等。根据奥运支 线森林公园站岩土工程勘察报告拟建基坑土质以粉质粘土为主，土质比较好，承载 力比较高，如果用地下连续墙作为支护结构，不够经济。况且，在使用地下连续墙的 同时，前场管理必须加强，这样不仅增加了管理上的难度，而且也增加了投资成本。 所以，地下连续墙不宜使用。 （2）支护方案 综上所述，此深基坑一级开挖采用土钉墙支护，二级开挖采用排桩（钻孔灌注桩） 支护型式比较适用于此基坑，且满足基坑安全、施工方便和开挖方式等各方面的要求。 2.3 深基坑支护的设计要求及内容 2.3.1 深基坑支护的设计要求 基坑支护作为一个结构体系，应要满足稳定和变形的要求，即通常规范所说的两 种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状 2 深基坑支护结构设计 7 态即基坑支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般 的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用极限状态则是指支护 结构的变形或由于开挖引起周边土体产生的变形过大，影响正常使用，但未造成结构 的失稳。因此，基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支 护结构产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边构 筑物的安全使用，即在正常使用极限状态之内。因而，作为设计的计算理论，不但要 能计算支护结构的稳定问题，还应要计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在 一定的范围内。 一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。 水平位移控制多大为合适，与周边环境的要求有关，这就是通常规范中所谓的基坑安 全等级的划分，对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的，则应控制小变形，此即 为通常一级基坑的位移要求；对于周边空旷、无构筑物需保护的，则位移量可大一些， 理论上只要保证稳定即可，此即为通常三级基坑的位移要求；介于一级和三级之间的， 则为二级基坑的位移要求。 对于一级基坑的最大水平位移，一般不宜大于 30mm，对于较深的基坑，应小于 0.3%h（h 为基坑开挖深度） 。对于一般的基坑，其最大水平位移也不宜大于 50mm。 一般最大水平位移在 30mm 内地面不会有明显的裂缝，当最大水平位移在 4050mm 内会有可见的地面裂缝，因此，一般的基坑最大水平位移应控制不大于 50mm 为宜， 否则会产生较明显的地面裂缝和沉降，感观上会产生不安全的感觉。 一般较刚性的支护结构，如挡土桩、连续墙加内支撑体系，其位移较小，可控制 在 30mm 之内，对于土钉支护，除地质条件较好，且采取超前支护、预应力锚杆等加 强措施后可控制较小位移外，一般都会大于 30mm。 2.3.2 基坑支护设计计算的内容 支护结构的计算内容应根据不同的支护型式而要求不同，主要可以分为三大类， 即较刚性的支护结构、土钉支护、重力式挡土结构。 1.支护结构 支护结构包括地下连续墙、排桩、钢板桩等，其计算的内容主要为： （1）支护结构的内力，包括支护结构的弯矩、剪力； （2）支护结构的位移； （3）支撑或锚杆的轴力； （4）入土深度； （5）水位下降对周边环境的影响； （6）连系梁的内力，包括弯矩和剪力； 8 （7）坑底隆起或底部地基强度； （8）抗渗透稳定。 2.土钉支护 土钉支护一般要计算以下内容： （1）土钉力； （2）整体稳定； （3）基坑底或施工过程坑底的地基强度； （4）位移，主要是水平位移； （5）面板受力。 3.重力式挡土结构 重力式挡土结构一般要计算以下内容： （1）抗倾、抗滑移； （2）整体稳定及底部地基强度； （3）水平位移及转动； （4）墙身应力。 2.4 森公地铁车站南基坑支护结构设计及内力计算 2.4.1 土钉墙设计 经过降水后，使地下水降至设计标高-9.4m，这时就可以进行基坑土方的开挖。采 取的支护方式是边开挖边进行土钉墙的支护。 1.0m 7.4m -6.0m 1.0m 3.4m i=1/10 1.0m 0.00m 10.4m 1 土压力的计算 图 2.1 环形井点剖面图 2 深基坑支护结构设计 9 拟建基坑采取分层开挖的方式，第一层开挖 7.4m，地下含水层在地下-5.5m-8m 处，区地下水位线为-6m。降水后地下水位线降至地下-9.4m 处。在基坑顶部承受拟定 的均布荷载，荷载值为，计算简图如 2.2 所示。 2 /20mkn 表表 2.1 地层描述及物理力学指标地层描述及物理力学指标 地层分类层厚（m） 天然重度 （） 3 /mkn 粘聚力c （）kpa 内摩擦角 （ ） 液性指数 粉土 5 16.98 27 18 0.36 粉土 6.1 16.83 28 18 0.75 粉土 1.6 17.71 20 12 0.44 粉质粘土 3.5 18.85 30 16 0.37 3.5m 1.6m 5m -7.4m 20kn/m =16.98kn/m c=27kpa =18 =16.83kn/mc=28kpa =12 =17.71kn/mc=20kpa=12 =18.85kn/m c=30kpa =16 -9.4m 6.1m （1）基坑外侧竖向应力标准值，按jgj120-99规范第 3.4.2-1 式计算： aik kokrkaik1 （2.1） 式中：作用于深度处的竖向应力标准值； aik i z 基坑外侧任意深度处的自重竖向应力标准值； rk i z 图 2.2 计算简图 10 、基坑外侧任意深度处的附加竖向应力标准值； ok k1 i z 其中，计算点位于基坑开挖面以上时按jgj120-99第 3.4.2-2 式计算： imjrk z （2.2） 计算点位于基坑开挖面以下时按jgj120-99第 3.4.2-3 式计算： h mhrk （2.3） 式中：、深度以上、开挖面以上土的加权平均天然重度； mj mh i z 、可按jgj120-99规范第 3.4.2-4 条计算： ok k1 0 q ok （2.4） 0 1 k （2.5） 基坑外侧水平荷载标准值按jgj120-99规范第 3.4.1-1 条公式计算： 2 ajkajkaiiki ekcka （2.6） 式中：支护结构水平荷载标准值； ajk e 基坑外侧竖向应力标准值； ajk 第 层的主动土压力系数； i kai 三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第 层土固结不 ik ci 排水（快）剪粘聚力标准值。 地面处主动土压力为 0 e kpakackaqe698.28727 . 0 272528 . 0 202 11100 2 深基坑支护结构设计 11 地面以下 1.4m 处主动土压力为 4 . 1 e 1111104 . 1 2)(kackazqekpa147.16 地面以下 2.9m 处主动土压力为 9 . 2 e 111211109 . 2 2)(kackazzqe698 . 2 kpa 地面以下 4.4m 处主动土压力为 4 . 4 e 11131221104 . 4 2kackazzzqekpa749.10 地面以下 5m 处第二层土中主动土压力为 5 e 1114433221105 2kackazzzzqekpa129.16 地面以下 5m 处第四层土中的主动土压力为 5 e 2224433221105 2kackazzzzqekpa6752.14 地面以下 5.9m 处主动土压力为 9 . 5 e 2225342321109 . 5 2kackazzzzzqe673.22kpa 地面以下 7.4m 处主动土压力为 4 . 7 e 2 226524321104 . 7 2kackazzzzzzqekpa 0 . 36 基坑底部以下 3.7m 处主动土压力为 7 . 3 e = 22232221107 . 3 2kackazzzqekpa881.66 作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值按jgj120-99规范第 3.5.2 j z pjk 12 条公式计算： jmjpjk z （2.7） 式中：深度以上土的加权平均天然重度； mj j z 计算点深度； j z （2）对于粉土及粘性土基坑内侧水平抗力标准值按jgj120-99规范第 3.5.1-2 条公 式计算： iikpipjkpjk kpcke2 （2.8） 基坑底部处被动土压力为 0 p e kpakpcep056.77376 . 1 2822 22 0 基坑底 3.7m 处被动土压力为 7 . 3 e 222747 . 3 2kpckpzepkpa997.194 2 土钉墙支护设计 （1）初步设计 初步设计土钉墙坡面与水平面的夹角为 为各土层厚度加权内摩擦角标75 k 准值： 土钉与水平面夹角 18 4 . 25 184 . 2185 k 15 2 深基坑支护结构设计 13 1.5m0.9m0.6m 1.5m1.5m 1.4m 28.698kpa 16.174kpa 2.698kpa 10.7499kpa 16.1292kpa 22.673kpa 36kpa 66.881kpa 14.6752kpa 194.997kpa 77.056kpa 3.7m 土钉间的水平间距为，垂直距离，土钉锚固体直径，msx1msz1mmdn100 土钉钢筋采用 ii 级钢筋，钢筋直径为 20mm。 （2）土钉计算长度 荷载折减系数按jgj120-99规范第 6.1.3 条公式计算： = 2 45tan/ tan 1 2 tan 1 2 tan 2k k k 88768 . 0 （2.9） 单根土钉受拉荷载标准值按jgj120-99规范第 6.1.2 条公式计算： jzjxiajkjk sset cos/ （2.10） 式中：荷载折减系数； 第 j 个位置处的基坑水平荷载标准值； ajk e 第 j 根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距； zjxj ss , 第 j 根土钉与水平面的夹角； j 基坑侧壁安全等级为三级时，土钉抗拉承载力按jgj120-99规范第 6.1.4 条计 算： 图 2.3 土压力示意图 14 isiknj s uj lqdt 1 （2.11） 式中：土钉抗拉承载力分项系数，取 1.3； s 第 j 根土钉锚固直径； nj d 土钉穿越第 i 层土土体与锚固体极限摩阻力标准值，应由现场试验确定， sik q 如无实验资料，可采用jgj120-99规范表 6.1.4 确定； 第 j 根土钉在直线破裂面外穿越第 i 层稳定土体内的长度，破裂面与水平 i l 面的夹角为。 2 k 单根土钉抗拉承载力计算应符合jgj120-99规范第 6.1.1 条公式： ujjk tt 0 25 . 1 （2.12） 式中：建筑基坑侧壁重要性系数； 0 第 j 根土钉受拉荷载标准值； jk t 第 j 根土钉抗拉承载力设计值。 uj t 根据 6.1.2 条公式、6.1.4 条公式、6.1.1 条公式可导出： jknj s isik tdlq25 . 1 0 （2.13） 其中：=1.0 0 2 深基坑支护结构设计 15 (+ )/2=(85+18 )/2=51.5 a 23.5 15 b o k q =20kn/m 0 2 土钉长度如表 2.2 土钉长度计算表中所示。 （3）混凝土面层构造设计 喷射混凝土面层并配置双层钢筋网，钢筋网选 hpb235，直径为，间距为6 200mm。该网在基坑顶面翻过 0.8m，用、长 0.8m 的钢筋打入土中固定间距22 2m。 双层钢筋网喷射混凝土厚 100mm，强度等级为 c30。 坡面上下段钢筋网搭接长度为 400mm，土钉顶端焊接 4 根、长 0.2m 的井字钢22 筋架，把钢筋网固定在土钉上。 土钉钻孔中注浆材料为 m10 的水泥砂浆。 表表 2.2 土钉长度计算表土钉长度计算表 序 号 土 层 aoaoab4 . 0 （ sik q ）kpa （ sik e ） 2 /mkn sik ajk i q e l 165 . 5 （）m iei labl （）m 实际 （ ei l ）m 117.252.948.76-12.466构造2.96 216.182.47248.76-16.146构造2.4726 315.152.0648.76-7.181构造2.066 414.121.64824.541.7840.3754.4956 513.091.2362010.752.7765.8668 图 2. 土钉长度计算简图 16 612.060.82422.3218.234.2196.2798 711.030.41224.6827.1165.6756.7058 2.4.2 排桩支护设计 1. 排桩设计计算 （1）计算系数 按jgj120-99第 3.4.3 条公式计算主动土压力系数 ) 2 45(tan 2i i ka （2.14） 式中：第 i 层的主动土压力； i ka 三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第 i 层土固结不 ik 排水（快）剪内摩擦角标准值。 727 . 0 ) 2 18 45tan() 2 45tan( 1 1 ka528 . 0 1 ka 809 . 0 ) 2 12 45tan() 2 45tan( 2 2 ka656 . 0 2 ka 754 . 0 ) 2 16 45tan() 2 45tan( 3 3 ka568 . 0 3 ka 754 . 0 ) 2 16 45tan() 2 45tan( 4 4 ka568 . 0 4 ka 按jgj120-99第 3.5.3 条公式计算被动土压力系数： ) 2 45(tan 2ik i kp （2.15） 式中：第 i 层的被动土压力； i kp 三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第 i 层土固结不 ik 排水（快）剪内摩擦角标准值。 376 . 1 ) 2 18 45tan() 2 45tan( 1 1 kp894 . 1 1 kp 2 深基坑支护结构设计 17 234 . 1 ) 2 12 45tan() 2 45tan( 2 2 kp 2 1.523kp 327 . 1 ) 2 16 45tan() 2 45tan( 3 3 kp761. 1 3 kp 327 . 1 ) 2 16 45tan() 2 45tan( 4 4 kp761 . 1 4 kp 20kn/ m2 =16. 83 kn/ m3 c=28kpa =18 =12 c=20kpakn/ m =17. 71 =18. 69 kn/ m3 c=30kpa =16 kn/ m =18. 85 c=26kpa =16 3 3 （2）计算土压力 基坑外侧竖向力标准值，按jgj120-99规范第 3.4.2-1 式计算： ajk kokrkajk1 （2.16） 式中：作用于深度处的竖向应力标准值； ajk j z 其中，计算点位于基坑开挖面以上时按jgj120-99第 3.4.2-2 式计算； jmjrk z 计算点位于基坑开挖面以下时按jgj120-99第 3.4.2-3 式计算： 图 2.5 土压力计算简图 18 h mhrk （2.17） 式中：开挖面以上土的加权平均天然重度； mh 当距支护结构外侧，地表作用有宽度为的条形附加荷载时，基坑外侧深度 1 b 0 b 1 q cd 范围内的附加竖向应力标准值可按下式计算： k1 10 0 11 2bb b q k 0 1 k （2.18）基坑外侧水平荷载标准值按jgj120-99规范第 3.4.1-1 条公式计算： iikaiajkajk kacke2 （2.19） 式中：支护结构水平荷载标准值； ajk e 基坑外侧竖向应力标准值； ajk 第 i 层的主动土压力系数； i ka 三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第 i 层土固结不 ik c 排水（快）剪粘聚力标准值。 2 深基坑支护结构设计 19 q 4545 c d 45 1k 0 1 b1 b0 00 作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值按jgj120-99规范第 3.5.2 j z pjk 条公式计算： jmjpjk z （2.20） 式中：深度以上土的加权平均天然重度； mj j z 计算点深度； j z 对于粉土及粘性土基坑内侧水平抗力标准值按jgj120-99规范第 3.5.1-2 条公式 计算： iikpipjkpjk kpcke2 （2.21） （3）嵌固深度的计算 由于第一阶段开挖 7.4m，所以在距第二阶段开挖的基坑 3m 的地方就有了附加荷 载。此荷载按半无限荷载作用在第二阶段的基坑开挖面以下的土体。 在深度 7.4m 处的荷载： 2211 20hhq 2 /292.145mkn 第一道支撑力的计算 图 2.6 局部荷载作用时基坑外侧附加竖向应力计算简图 20 以基坑 7.4m 为开挖基准面，挖土深度为 3.0m。在基准面处设支撑。 基准面处主动土压力为： 0 e 002.36727 . 0 282528 . 0 292.1452 1110 kacqkaekpa 3m 深度处主动土压力为： 3 e 22222113 2kackahhqe287.107kpa 开挖基准面下距离处，土压力为 0： 2 d 222322222 2kadekpckpd m kakp kpce d76 . 3 2 222 223 2 c 点以上全部土压力合力为： 1 ea 1 11 36.002 107.28733.76 107.287488.287/ 22 eakn m 在 c 点处的弯矩值： 1 ea 1 ma 111 yeama 1795.611mmkn/ 1 1 1 3.677 ma ym ea 求： 1 t 1 1 1 1795.611 265.623/ 33.76 ma tkn m a 最大弯矩作用点处： m a 0 2 1 21 eaeat m 287.107 2 d e am m a d e 2 287.107 3.29 m ammad m 47 . 0 2 107.287 3.2993.876 3.76 ekpa max mmmkn/06.336 第二道支撑力的计算： 第二阶段挖土深度为 10m，并在-4.5m 处设支撑。 10m 处深度土压力强度： =138.963 4444433221110 2kackahhhhqekpa 2 深基坑支护结构设计 21 开挖面下距离处，土压力为 0： 3 d 4341044434 2kadekpckpd 444 4410 3 2 kakp kpce d 2.661m c 点以上全部土压力合力为： 2 ea 2 eamkn /75.646 22 yea mmkn/037.6532 my626.10 75.646 037.6532 2 求： 2 t 661 . 2 6 661 . 2 10 122 2 tyea tmkn /891.365 max m291.122mmkn/ 嵌固深度： 0 2 1 334213 kakpttttea 858 . 7 2 t803 . 2 tm 总长度： tdl2 . 110 3 m15 22 a d a y 1 1 1 36.002 ea c c c 1 q=20kn/m e t1 m a 2 kp 2. 结构内力计算 结构计算建筑基坑支护规程jgj120-90，排桩、地下连续墙可根据受力条件分 段按平面问题计算，排桩水平荷载计算宽度可取排桩的中心距 1500mm。 （1）截面弯矩设计值： c mm 0 25 . 1 （2.22） 式中：截面弯矩计算值。 c m mmknm/12.63006.3365 . 125 . 1 （2）截面剪力设计值： c vv 0 25 . 1 （2.23） 式中：截面剪力计算值。 c v （3）支点力设计： 支点结构第 j 层支点力设计值： dj t 图 2.7 t1计算简图 2 深基坑支护结构设计 23 cjdj tt 0 25 . 1 （2.24） 式中：第 j 层支点力计算值。 cj t 3. 桩身配筋计算 排桩直径选 800mm，桩距 1.5m。 桩身混凝土用 c30，钢筋用 ii 级， 2 / 3 . 14mmnfc 2 /300mmnfy mm s 50 因桩距 1.5m，故单根排桩桩身的最大弯矩： mmknm/184.94512.6305 . 1 查基坑工程手册附表 14-4，配筋选 2625。 同样由基坑工程手册式 14-3，14-4，14-5 验算截面受弯截面受弯承载力： sinsin sin 3 2 33 ssycmc afrfm 且0 2 2sin 1 sytcm afaf 式中：桩的抗弯承载力()； c mmkn 桩的横截面面积；a 桩的半径(mm)；r 纵向钢筋所在圆周半径(mm)，为保护层厚度； s r ss rr s 对应于受压区混凝土截面面积的圆心角(rad)与的比值；2 纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值； t 钢筋强度设计值（） 。 y f 2 /n mm 53 . 0 800 4 3 . 14 25 4 26300 2 2 af af k cm sy 查附表 14-4 得：313 . 0 624 . 0 t mmrr ss 35050400 624 . 0 sin313 . 0 sin 35025 4 26300313 . 0 sin400 3 . 14 3 2 233 c m 24 满足要求。1100.9/kn m m945.184/mkn m m 箍筋选10200mm 螺纹箍，加强箍202000mm。 4. 冠梁设计计算 钢筋选 ii 级钢，混凝土选 c30，保护层厚度mm，冠梁宽度（水平方向）取35a 800mm，冠梁高度（竖直方向）取 1000mm，按构造配筋： 8 . 1659351000800%215 . 0 s a 2 mm 故选 718（） 2 1780 s amm 架立筋选 220，箍筋用10200mm，拉筋用8400mm。 2.4.3 钢支撑设计 1. 内支撑系统的材料及结构布置 （1）材料的选择 内支撑的材料应根据周边的环境要求、基坑的变形要求、施工技术条件和施工设 备情况来定，表 2.3 列举了不同支撑材料的主要优、缺点。 由于奥运支线森公站由南基坑和北基坑两个基坑组成，且与折返线相连。三个基 坑的支护形式都是钻孔灌注桩加内支撑。为了节约资源、资金，以及对奥运工程的高 效、节俭、安全理念的充分体现，所以森林公园站南基坑采用钢支撑为该深基坑的内 支撑型式。 表表 2.3 不同支撑材料的优、缺点不同支撑材料的优、缺点 支撑材料优 点缺 点 钢支撑安装、拆除方便且可施加预应力安装偏离会产生弯矩 钢筋混凝土支撑刚度大，变形小，平面布置灵活 支撑达到强度需要时间，拆除需要爆破， 拆除时间比钢支撑长，且不能施加轴力， 自重大 钢与混凝土混合支撑利用了钢材、混凝土各自的优点宽大的基坑不太适用 拉锚施工面空间大 软弱地层承载力小，锚多且密，且多数不 能回收，成本高 （2）结构布置 支撑的平面布置 本拟建工程是地层比较软弱，周边环境比较复杂，基坑变形要求比较高的深大基 2 深基坑支护结构设计 25 坑，所以应选择直撑（对撑）布置的形式。在平面不规则的基坑中，可根据实际情况 用绗架、圆形、角撑等多种形式，以便土方开挖和主体工程的施工。森公站的南基坑 比较规则，并且基坑宽度比较大，所以在该基坑中同时采用采用直撑与斜撑。因为本 拟建基坑围檩为钢围檩，所以沿围檩长度方向水平支撑点的间距不宜大于 4m，该深基 坑支撑水平间距取 3m。 支撑的竖向布置 支撑的竖向布置要满足围护结构的稳定和变形要求，同时还要考虑浇筑主体结构 各层楼板时的换撑措施。支撑的竖向间距一般控制在 34m，森公站拟建基坑需采用机 械下坑开挖，而且在不影响底板施工的条件下尽可能放低，所以该深基坑钢支撑竖向 间距取 4m，以减小基坑开挖后围护结构的变形，但要高于底板面 60cm 以上，以便进 行底板的施工。 围檩的布置 围檩的布置沿着围护墙的内侧周边布置，这样可以利用围护墙墙顶的水平圈梁做 第一道水平支撑的围檩。因为本基坑第一道水平支撑没有低于墙顶圈梁，所以不用另 设围檩。 2. 围檩的设计及计算 围檩在通常情况下可按水平向的受弯构件来计算。受弯构件的计算根据钢结构 设计规范gb50017-2003 第 4.1.1 式计算。在主平面内受弯的实腹构件，其抗弯强度 应按下列规定计算： f w m w m nyy y nxx x （2.25） 式中：同一截面处绕 x 轴和 y 轴的弯矩（对工字形截面：x 轴为强轴，y yx mm , 轴为弱轴） ； 对 x 轴和 y 轴的净截面模量； nynx ww , 截面塑性发展系数；对工字形截面，； yx ,05 . 1 x 20 . 1 y 钢材的抗弯强度设计值。f mknqlm x 3 . 107535.34 8 1 8 1 22 根据抗弯强度选择截面，需要的截面模量为： 26 336 1047525005 . 1 /10 3 . 107/mmfmw xxnx 选用工字钢。128200200 当围檩与水平支撑斜交或围檩作为边绗架的弦杆时，应按偏心受压构件计算，围 檩的受压计算长度取相邻支撑点的中心距。对于钢围檩，当拼接点按交接考虑时，其 受压计算长度取相邻支撑点中心距的 1.5 倍。 （1）钢围檩的截面宽度应大于 30mm， ，用于钢支撑选用的 800mm 和 600mm 两种直 径的钢管，所以钢围檩的截面选用宽度为 1200mm。选用的材料有 h 型钢、工字钢或 槽钢以及它们的组合。本拟建基坑的钢围檩是人工用钢板制成的 h 型钢围檩。 （2）钢围檩的现场拼接点位置应尽量靠近支撑点，并不应超出围檩计算跨度的三分之 一点以外。此基坑的现场拼接点位置就在支撑点位处。围檩分段的预制长度不应小于 支撑间距的两倍。支撑间距的跨度是 3m，预制围檩长度为：6m。 （3）钢围檩安装前，应在围护墙上设置牛腿。安装牛腿可采用角钢或直径不小于 25mm 的钢筋并与围护墙主筋或预埋焊件焊接组成钢筋牛腿。其间距不易大于 2m，牛 腿焊缝由计算确定。牛腿采用25mm 的角钢。牛腿用膨胀螺丝固定在围护桩上，间距 为 2m。 （4）钢围檩与钢筋混凝土围护墙之间应留设宽度不小于 60mm 的水平通长孔隙，其间 用强度等级不低于 c30 的细石混凝土填实。支撑杆件与围檩斜交时，在围檩与围护墙 之间应设置由计算确定的剪力传递结构。嵌填混凝土的宽度应满足剪力传递的锚固要 求。 3. 钢支撑的设计及计算 （1）钢支撑长细比的验算 支撑杆件的长细比应不大于 75，联系杆的长细比应不大于 120，支撑杆件的截面 高度不应小于其竖向平面计算跨度的 1/20，钢支撑的截面积可采用 h 型钢，钢管，工 字钢或槽钢以及它们的组合。森公站的钢支撑采用的是钢管钢支撑，分别为600mm 与800mm。钢支撑的长度为 21m，则钢支撑的长细比为： 满足设计要求