基坑工程设计计算书资料文档格式.docx
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场区有一层地下水,属孔隙潜水类型,地下水位深度在0.70m~1.65m之间。
主要接受降雨、地表水、地下径流的补给。
1.1.4基坑侧壁安全等级及重要性系数
南大微结构国家实验室基坑安全等级为二级,基坑重要性系数γ0=1.0。
1.2设计总说明
1.2.1设计依据
(1)南大微结构国家实验室场地地形图、管网图、建筑基础图、地下室
平面布置图、桩位图;
(2)《南大微结构国家实验室岩土工程勘察报告》(K2005-59);
(3)《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99);
(4)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002);
(5)《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
(6)《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94);
(7)《岩土工程勘察规范》(GB50021-2002)。
1.2.2支护结构方案
本工程基坑支护设计方案的设计计算,严格按照《建筑基坑支护设计规
程》(JGJ120—99)、《混凝土结构设计规范》(GBJ50010—2002)、《钢结构设
计规范》(GB50017-2003)中的有关要求进行。
同时采用了理正软件进行了
辅助计算和验算;
经过详细的计算分析后,我们认为:
采用本设计的基坑支
护方案,能满足基坑土方开挖、地下室结构施工及周围环境保护对基坑支护
结构的要求,符合“安全可靠,经济合理,技术可行,方便施工”的原则。
图1基坑平面图
基坑分为ABC、CDEF、FGHA三个计算区段,如图1所示,均采用钻孔灌注桩与钢筋混凝土支撑,坳沟、暗塘分布区采用单排双轴深搅桩止水结构。
本基坑工程的特点是基坑开挖面积大,地基土层以粉质粘土为主,基坑西侧和北侧有坳沟、暗塘。
周围环境较复杂,必须确保周围建筑物、道路、管线的正常安全使用,要求围护结构的稳定性好、沉降位移小,并能有效地止水。
因此,围护结构的设计应满足上述要求。
综合考察现场的周边环境、道路及岩土组合等条件,为尽可能避免基坑开挖对周围建筑物、道路的影响,经过细致分析、计算和方案比较,本工程支护方案选用下列形式:
①整个基坑采用钻孔灌注桩加一层钢筋混凝土支撑作为支护结构。
②基坑西侧和北侧坳沟、暗塘分布区采用单排双轴深搅桩作止水结构。
③基坑内采用集水坑排除地下水。
1.3基坑监测
基坑监测是指导正确施工、避免事故发生的必要措施,本设计制定了详
细的沉降、位移监测方案,施工过程中将严格按照设计要求做好监测、监控
工作。
3
第二章基坑支护结构设计计算书
2.1设计计算
2.1.1地质计算参数
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1
土层设计计算参数
重度γ
粘聚力C
内摩擦角
渗透系数
土
层
水平Kh垂直Kv
(kPa)
(°
)
(cm/s)(cm/s)
(KN/m)
①杂填土
19.5
10~15
15~18.6
2.52E-62.37E-6
②-1
粉质粘土
19.3
23.4
16.9
1.36E-66.30E-7
②-2
淤泥质粘土~淤泥
15.1
11.0
8.7
5.72E-73.70E-7
②-3
19.1
13.4
18.1
3.89E-6
2.64E-6
③-1
19.9
47.8
18.8
1.00E-7
③-2
19.6
30.6
18.5
3.85E-7
2.62E-7
③-3
20.1
50.9
17.9
2.1.2
计算区段的划分
根据具体环境条件、地下结构及土层分布厚度,将该基坑划分为三个计算
区段,其附加荷载及计算开挖深度如表2:
表2计算区段的划分
区段
西、北
东、北
西、南
段位号
ABC
CDEF
FGHA
地面荷载(kPa)
20
开挖深度(m)
8.5
2.1.3计算方法
按照《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-99)的要求,土压力计算采用
朗肯土压力理论,矩形分布模式,所有土层采用水土合算。
求支撑轴力是用等
值梁法,对净土压力零点求力矩平衡而得。
桩长是根据桩端力矩求出,并应满
足抗隆起及整体稳定性要求,各段的抗隆起、整体稳定性验算、位移计算详见
点电算结果。
为了对比分析,除用解析法计算外,还用理正软件电算。
由于支护结构内
力是随工况变化的,设计时按最不利情况考虑。
2.1.4土压力系数计算
4
按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据,即:
主动土压力系数:
K=tg
(45
°
-
i
/2)
ai
被动土压力系数:
Kpi
=tg
2(45
+
i/2)
计算时,不考虑支护桩体与土体的摩擦作用,且不对主、被动土压力系数
进行调整,仅作为安全储备处理。
计算所得土压力系数表如表3所示:
表3土压力系数表
Kai
Kpi
0.516~0.589
0.719~0.767
0.550
0.741
1.820
1.349
②-2淤泥质粘土~淤泥
0.737
0.859
1.356
1.165
0.526
0.725
1.901
1.379
0.513
0.716
1.951
1.397
0.518
0.720
1.930
1.389
0.530
0.728
1.887
1.374
2.2ABC段支护结构设计计算
该段为基坑西~北侧,建筑±
0.00相当于绝对标高17.25m,整平后地面标
高为17.00m,支撑设在-1.75m处,桩顶标高为-1.35m。
实际挖深8.50m,结构
外侧地面附加荷载q取20kPa,计算时以J1孔为例。
2.2.1土层分布(如表4所示)
表4ABC段土层分布
层号
岩土名称
厚度(m)
①
杂填土
3.60
0.90
5.10
7.90
2.20
2.2.2土层侧向土压力计算
2.2.2.1主动土压力计算
Ea(11)=(20+19.5
×
1.1)
0.516-2
15×
0.719=-0.18(kPa)
Ea(12)=(20+19.5
3.6)
0.719=24.97(kPa)
Ea(21)=(20+19.5
0.550-2
23.4×
0.741=14.93(kPa)
Ea(22)=(20+19.5
3.6+19.3×
0.9)
0.550-2
23.4×
0.741=24.48(kPa)
Ea(31)=(20+19.5
0.737-2
11×
0.859=60.37(kPa)
5
Ea(32)=(20+19.5×
0.9+15.1×
4)×
0.737-2×
0.859=104.90(kPa)
Ea(41)=Ea(32)=104.90(kPa)
Ea(42)=Ea(41)=104.90(kPa)
Ea(51)=(20+19.5×
0.526-2×
13.4×
0.725=68.92(kPa)
Ea(52)=Ea(51)=68.92(kPa)
Ea(61)=(20+19.5×
0.518-2×
30.6×
0.720=42.94(kPa)
Ea(62)=Ea(61)=42.94(kPa)
2.2.2.2被动土压力计算
Ep(41)=0×
1.356+2×
1.165=25.63(kPa)
Ep(42)=(0+15.1×
1.1)×
1.165=48.15(kPa)
Ep(51)=(0+15.1×
1.901+2×
1.379=68.53(kPa)
Ep(52)=(0+15.1×
1.1+19.1×
7.9)×
1.901+2×
13.4×
1.379=355.37(kPa)
Ep(61)=(0+15.1×
1.930+2×
30.6×
1.389=408.28(kPa)
Ep(62)=(0+15.1×
7.9+19.6×
2.2)×
1.930+2×
1.389=491.50(kPa)
2.2.2.3净土压力计算(坑地面以下)
Ep(41)=25.63-104.90=-79.27(kPa)
Ep(42)=48.15-104.90=-56.75(kPa)
Ep(51)=68.53-68.92=-0.39(kPa)
Ep(52)=355.37-68.92=286.45(kPa)
Ep(61)=408.28-42.94=365.34(kPa)
Ep(62)=491.50-42.94=448.56(kPa)
图2ABC段土压力分布图
6
2.2.3土压力合力及作用点的计算:
LD
(1)=0.18×
2.5/(24.97+0.18)=0.02(m)
Ea
(1)=24.97×
(2.50-0.02)/2=30.96(KN/m)
Ha
(1)=(2.5-0.02)/3=0.83(m)
Ea
(2)=(14.93+24.48)×
0.9/2=17.73(KN/m)
Ha
(2)=0.9/3×
(14.93×
2+24.48)/(14.93+24.48)=0.41(m)
Ea(3)=(60.37+104.90)×
4/2=330.54(KN/m)
Ha(3)=4/3×
(60.37×
2+104.90)/(60.37+104.9)=1.82(m)
Ea(4)=(56.75+79.27)×
1.1/2=74.81(KN/m)
Ha(4)=1.1-1.1/3×
(56.75×
2+79.27)/(56.75+79.27)=0.58(m)
LD(5)=0.39×
7.9/(0.39+286.45)=0.01(m)
Ea(5)=0.39×
0.01/2=0.002(KN/m)
Ha(5)=0.01-0.01/3=0.007(m)
Ep(5)=(7.9-0.01)×
286.45/2=1130.05(KN/m)
Hp(5)=(7.9-0.01)/3=2.63(m)
Ep(6)=(365.34+448.56)×
2.2/2=895.29(KN/m)
Hp(6)=2.2/3×
(365.34×
2+448.56)/(365.34+448.56)=1.06(m)
Ea=30.96+17.73+330.54+74.81=454.04(KN/m)
Ma=30.96×
6.84+17.73×
5.52+330.54×
2.93+74.01×
0.59=1321.78(KN?
m/m)
2.2.4支撑轴力计算:
经计算:
∑MaD=1321.78(KN?
∑Ea=454.04(KN/m)
由∑MD=0得:
R=1321.78/(9.61-1.5)=162.98(kN/m)
反弯点反力P0计算:
P0=454.04-162.98=291.06(kN/m)
2.2.5桩长计算:
设桩端进入③-2层顶面以下x米处,由∑M=0得:
1.2[1321.78+454.04(7.89+x)]=162.98(17.5+x-1.5)+1130×
(2.63+x)+1/2
365.34×
x2+1/2×
((448.56-365.34)×
x/2.2)×
x×
(x/3)
7
整理得:
6.30x3+182.67x2+748.18x-305.28=0
解之得:
x=0.374m
桩长H=17.5+0.374-1.1=16.8m,经电算验算,满足要求。
2.2.6最大弯矩计算:
2.2.6.1R-P0间最大弯矩,Mmax1计算:
设剪力Q=0点位于第②-2层顶面以下x米处:
162.98=30.96+17.73+60.37x+1/2(104.90-60.37)/4×
x2
5.57x2+60.37x-114.29=0
解得:
x=1.645m
Mmax1=162.98×
(3.6+0.9+1.645-1.5)-30.96
(0.83+0.9+1.645)-17.73
(0.41+1.645)-60.37×
1.6452/2-0.5
(104.90-60.37)×
1.645/4
1.6452/3=526.18(KN?
2.2.6.2P
0以下最大弯矩,Mmax2计算:
设剪力Q=0点位于D点以下x米处:
291.06=1/2×
(286.45x/7.89)x
18.15x2-291.06=0
x=4.00m
Mmax2=291.06×
4-1/2×
4×
286.45×
4/7.89×
4/3
=776.98(KN
?
2.2.7拆撑计算
本工程拟建两层地下室,混凝土垫层200mm,地下室负2层底板厚800mm,
负1层底板中心线位于地面下3.75m处,厚400mm,负1层顶板中心线位于建筑
±
0.00处,厚500mm。
负1层底板换撑时,支护桩悬臂位于位于地面下3.55m处。
M=1/2×
2.43×
24.97/2.48×
2.43/3=24.08(KN?
2.2.8配筋计算
按《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第4.1.11条
M
fcmr3sin3
fyAsrs
Sin
tSin
8
0.75b
(10.75b)
0.625b
0.5
b
fy
As/fcm
A
t1.25
取桩径Φ900,桩心距1100,Mmax=776.98kNM,取砼强度C30,fc=14.3N/mm,
主筋18Φ22钢筋,均匀布置,fy=210N/mm,保护层厚度50mm,Φ8@200螺旋筋,
Φ20@2000加强筋。
As=18380.1=6842mm
As
=210
6842/(14.3
3.14
b=
450)=0.158
fc
=1+0.750.158-[(1+0.75
0.158)2-0.5-0.6250.158]1/2=0.311
t=1.25-2=0.628
)3+2104006842(sin
[M]=2/314.3
(450sin
t+sin)/
=1078kNm>
1.251.01.1Mmax(=1056)满足要求!
配筋率=A/A=6842/(450
)=8.7‰>
=4‰,满足设计要求!
s
min
2.3CDEF段支护结构设计计算
该段为基坑东~北侧,建筑±
0.00相当于绝对标高17.25m,整平后地面标高为17.00m,支撑设在-1.75m处,桩顶标高为-1.35m。
外侧地面附加荷载q取20kPa,计算时以J11孔为例。
2.3.1土层分布(如表5所示)
表5CDEF段土层分布
2.40
4.60
3.00
10.30
2.3.2土层侧向土压力计算
2.3.2.1主动土压力计算
Ea(11)=(20+19.5×
1.1)×
0.516-2×
Ea(12)=(20+19.5×
2.4)×
0.719=12.90(kPa)
Ea(21)=(20+19.5×
0.513-2×
47.8×
0.716=-34.18(kPa)
2.4+19.9×
4.6)
0.513-2
47.8×
0.716=12.07(kPa)
0.518-2
0.720=37.24(kPa)
Ea(32)=(20+19.5
4.6+19.6×
1.5)×
0.518-2×
0.720=52.47(kPa)
Ea(41)=Ea(32)=52.47kPa)
Ea(42)=Ea(41)=52.47(kPa)
9
0.530-2×
50.9×
0.728=25.39(kPa)
Ea(52)=Ea(51)=25.39(kPa)
2.3.2.2被动土压力计算
1.389=85.00(kPa)
Ep(42)=(0+19.6×
1.389=141.75(kPa)
Ep(51)=(0+19.6×
1.887+2×
50.9×
1.374=195.35(kPa)
Ep(52)=(0+19.6×
1.5+20.1×
10.30)×
1.374=586.02(kPa)
2.3.2.3净土压力计算(坑地面以下)
Ep(41)=85.00-52.47=32.53(kPa)
Ep(42)=141.75-52.47=89.28(kPa)
Ep(51)=195.35-25.39=169.96(kPa)
Ep(52)=586.02-25.39=560.63(kPa)
图3CDEF段土压力分布图
2.3.3土压力合力及作用点的计算:
1.3/(0.18+12.90)=0.02(m)
Ea
(1)=12.90×
(1.3-0.02)/2=8.26(KN/m)
Ha
(1)=(1.3-0.02)/3=0.43(m)
LD
(2)=(34.18×
4.6)/(34.18+12.07)=3.40(m)
Ea
(2)=12.07×
(4.6-3.4)/2=7.24(KN/m)
Ha
(2)=(4.6-3.4
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