常州市某深基坑支护设计Word下载.docx
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1.2工程地质及水文地质概况
钻孔揭示的本基坑工程场地内的地层条件自上而下依次为杂填土、淤泥质粉质黏土、粉土、粉砂及风化岩。
场地内的地下水主要为第四系孔隙水,水位埋深5.8m,对基坑工程影响较小。
基坑开挖深度影响范围内,各土层的物理力学指标如表1-1所示。
表1-1场地土层主要力学参数
层序
名称
状态
层厚
(m)
重度γ
(kN/m3)
固结快剪
c(kPa)
(°
)
1
杂填土
松散
1.68
18.9
21.0
3.5
2
淤泥质粉质黏土
硬塑
2.6
18.5
14.6
16.1
3
粉土
可塑
2.26
19.6
45
5.8
4
粉砂
中密
3.12
18.8
28
29.8
1.3基坑支护结构形式
本基坑工程开挖深度约为4.5m,基坑开挖深度影响范围内的主要土层为杂填土、淤泥质粉质黏土、粉土等,基坑周边环境较为复杂,基坑安全等级为二级。
本基坑工程可以优先考虑使用土钉支护结构,土钉支护结构具有工程造价低、施工周期短等优点,在开挖深度不大的基坑工程中得到了广泛使用。
在距离坑外建筑物既有围墙较近的部分,因对变形要求较为严格,不能采用土钉支护结构,结合当地工程经验来看,该支护段可以采用排桩+锚杆支护结构形式。
本工程所在场地地层变化较小,各土层近似呈水平状分布,钻孔揭示的各土层厚度如表1-2所示。
表2-1各支护段典型地质断面对应土层厚度
土层
厚度h(m)
1杂填土
2淤泥质粉质黏土
2.60
3粉土
4粉砂
5风化岩
/
第2章土钉支护结构设计
2.1概况
土钉支护段典型的地质及支护断面图如图2-1所示。
基坑采用放坡开挖,破率为1:
0.5,基坑外侧无临近建筑物,但是施工期间,可能有工程车辆由此通过,为此,拟定坑顶超载为20kPa。
初步拟定土钉的水平及竖直方向上的间距为1.5m,土钉的倾角为15°
。
各层土钉锚端距离基坑顶面的距离分别问0.75m、2.25m、3.75m。
图2-1工况1基坑支护结构立面图
2.2土钉轴力计算
本支护段采用土钉支护结构,土钉的水平及竖直方向距离均为1.5m,各层土钉锚端距离坑顶的深度依次为0.75m、2.25m、3.75m、5.25m,土钉的倾角为15°
,单根土钉的轴力标准值计算式如下:
式中:
Nk,j──第j层土钉的轴向拉力标准值(kN);
αj──第j层土钉的倾角(°
);
ζ──墙面倾斜时的主动土压力折减系数,可按本规程第5.2.3条确定。
ηj──第j层土钉轴向拉力调整系数,可按公式(5.2.4-1)计算;
pak,j──第j层土钉处的主动土压力强度标准值(kPa),应按本规程第3.4.2条确定;
sxj──土钉的水平间距(m);
szj──土钉的垂直间距(m)。
由上述计算原理可见,在计算各层土钉的轴向拉力标准值之前,应首先计算对应深度的主动土压力、墙面倾斜的主动土压力调整系数及各层土钉的拉力调整系数。
为此,下文将对各项系数进行计算。
1.主动土压力
在施工期间,坑顶可能有车辆、施工机械及堆载等作用,本基坑工程拟定坑顶超载为20kPa,基坑开挖深度范围内,各土层的物理力学指标如表1-1所示,按照《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2102)第3.4节的原则,计算各层土钉对应开挖深度处的主动土压力。
其中,杂填土层的主动土压力系数ka=0.88,淤泥质粉质黏土层的主动土压力系数ka=0.57,粉土层主动土压力系数ka=0.82。
由上述计算结果可见,土钉2、土钉3端部对应的基坑开挖深度范围内,主动土压力为正值,土钉1端部对应的基坑开挖深度土压力为负值,负值表示土体自身能够保持稳定,不需要采取支护措施,计算土钉的轴力标准值时,负值对应的部分取值为0。
表2-1土压力计算结果
编号
pak(kPa)
Eaj(kN)
土钉1
(-9.3)
土钉2
13.5
30.4
土钉3
29.3
65.9
2.坡面倾斜时的主动土压力折减系数(ζ)可按下式计算:
ζ──主动土压力折减系数;
β──土钉墙坡面与水平面的夹角(°
φm──基坑底面以上各土层按土层厚度加权的内摩擦角平均值(°
)。
本支护段,土钉支护结构的坡面放坡比例为1:
0.5,对应的坡面倾角为63.4°
基坑开挖底面以上的土层摩擦角加权平均值计算如下:
开挖底面以上土层摩擦角的加权平均值为11.0°
,坡面的倾角为63.4°
,带入数据,计算主动土压力折减系数如下:
3.土钉轴向拉力调整系数(ηj)可按下列公式计算:
ηj──土钉轴向拉力调整系数;
zj──第j层土钉至基坑顶面的垂直距离(m);
h──基坑深度(m);
ΔEaj──作用在以sxj、szj为边长的面积内的主动土压力标准值(kN);
ηa──计算系数;
ηb──经验系数,可取0.6~1.0;
n──土钉层数。
本基坑工程,地层条件变化较小,经验系数ηb取值为1.0,带入数据,计算得:
土钉轴力的标准值可以不进行调整。
综合以上计算结果,将各数据带入到土钉轴向拉力标准值的计算公式中,得到计算结果如表2-2所示。
表2-2各层土钉轴力标准值
轴向拉力标准值(kN)
17.9
38.9
2.3土钉长度计算
土钉支护结构中,土钉的长度由三部分组成,分别为潜在滑动面外锚固段的长度、潜在滑动面内连接段的长度及土钉锚固端部的工作长度,为便于叙述,下面将这三部分长度分别简称为长度1、长度2及长度3。
土钉支护结构的计算简图如2-2所示。
图2-2土钉支护结构计算简图
2.3.1锚固段长度计算
土钉的锚固段长度应该满足抗拔承载能力要求。
单根土钉的极限抗拔承载力标准值可按下式估算:
Rk,j──第j层土钉的极限抗拔承载力标准值(kN);
dj——第j层土钉的锚固体直径(m);
对成孔注浆土钉,按成孔直径计算,对打入钢管土钉,按钢管直径计算;
qsik──第j层土钉在第i层土的极限粘结强度标准值(kPa);
应由土钉抗拔试验确定,无试验数据时,可根据工程经验并结合表5.2.5取值;
li──第j层土钉在滑动面外第i土层中的长度(m);
计算单根土钉极限抗拔承载力时,取图2-2所示的直线滑动面,直线滑动面与水平面的夹角取
本基坑工程拟定采用钻孔注浆型土钉,钻孔直径为130mm,各土层与土钉锚固体的极限粘结强度根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2102)建议值取值,具体取值如表2-3所示。
表2-3土钉的极限粘结强度标准值
qsi,k(kPa)
25
50
65
各层土钉与土层的相对位置关系如图2-3所示。
由图可见,土钉1在潜在滑动面以外锚固段的长度中,前部分有1.28m在杂填土中,其余部分置于淤泥质粉质黏土层中,土钉2在滑动面外的锚固段长度主要在淤泥质粉质黏土层中,土钉3滑动面外的长度,前部分有1.58m在淤泥质粉质黏土层中,其余部分置于粉土层中。
图2-3土钉与土层的位置关系图
单根土钉的抗拔承载力应符合下式规定:
Kt──土钉抗拔安全系数;
安全等级为二级、三级的土钉墙,Kt分别不应小于1.6、1.4;
Nk,j──第j层土钉的轴向拉力标准值(kN),应按本规程第5.2.2条的规定确定;
Rk,j──第j层土钉的极限抗拔承载力标准值(kN),应按本规程第5.2.5条的规定确定。
本基坑工程的安全等级为二级,对应的土钉抗拔安全系数为1.6,按照上式计算各层土钉的极限抗拔承载力。
计算结果如表2-4所示。
表2-4土钉极限抗拔承载力
极限抗拔承载力(kN)
28.6
62.2
1.土钉1锚固段长度计算
土钉1上的轴向拉力为0,表示该层土钉仅按照一般的构造措施即可满足要求,为此,本基坑支护段拟定土钉1的长度为6.0m。
2.土钉2锚固段长度计算
由图2-3可见,土钉2的主要置于淤泥质粉质黏土层中,土钉的极限抗拔承载能力为25kPa,带入数据,计算土钉锚固段的长度如下:
3.土钉3锚固段长度计算
土钉3的锚固段长度可以分为两部分,分别为置于淤泥质粉质黏土层及粉土层中的部分,有即可关系可见,土钉3置于淤泥质粉质黏土层中的长度为1.58m,带入数据,计算土钉3的锚固段长度如下:
2.3.2土钉总长
土钉在潜在滑动面以外的长度可以采用AutoCAD程序作图直接量取,该方法能够省去反繁琐的几何关系代换,为此,本基坑工程中,滑动面以外的土钉长度直接列于下表。
表2-5各层土钉长度
锚固长度
连接长度
工作长度
总长
6
2.80
1.40
0.50
4.70
3.84
4.84
由上表的计算结果可见,本基坑支护段内,土钉2及土钉2的理论计算长度分别为4.70m及4.84m。
考虑到施工过程中,土钉长度种类过多不便于工人操作,易造成上下各层土钉长度混淆等,本基坑工程拟定将三排土钉的长度均按6.0m长度进行设计。
2.4土钉杆体材料强度验算
由表2-4可见,土钉3的极限抗拔承载力为62.2kN,本基坑拟定采用HRB335级钢筋作为土钉的杆体材料,土钉杆体的受拉承载力应符合下列规定:
Nj──第j层土钉的轴向拉力设计值(kN),按本规程第3.1.7的规定计算;
──土钉杆体的抗拉强度设计值(kPa),HRB335级钢筋取值300MPa;
As──土钉杆体的截面面积(m2)。
带入数据,计算杆体材料的横截面积最小值如下:
参照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)附录A,本基坑工程土钉可以选择18mm的HRB335级钢筋作为杆体材料。
第3章桩锚支护结构设计
在基坑距离既有建筑物围墙较近的部分,不适合采用土钉支护结构,经过比选,确定该段支护结构形式为排桩+锚索。
结合第2章中,基坑侧壁的土压力计算结果可见,本基坑土层条件较好,对应的坑外主动土压力值不大,为此,本基坑支护段的围护桩的桩长可以按照《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2102)给定的最低标准
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