【正文】 地下車庫基坑支護工程設(shè)計方案 1. 工程概況 建筑工程概況擬建國家安全部行政管理局地下車庫基坑支護工程位于北京市朝陽區(qū)酒仙橋南十里居亮馬河南側(cè)60 m處。設(shè)計為兩層地下車庫，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，無上部結(jié)構(gòu)。，基坑長約108m、寬約88m，建筑面積約14551m2，屬民用建筑。擬建車庫所屬院內(nèi)，一條寬約5 m的馬路環(huán)形于距基坑開挖線四周7～10m處。開挖軸線西側(cè)無鄰近建筑物，東側(cè)距軸線17 m處分布有11層辦公樓、南側(cè)、北側(cè)距軸線16 m處分布有3層辦公樓(詳見圖集A31)。 工程地質(zhì)條件根據(jù)北京城鄉(xiāng)建設(shè)勘察院提供的《國家安全部行政管理據(jù)地下車庫工程地質(zhì)勘察報告》，擬建場地地形較平坦，～。地下管線分布較多。地基土按沉積年代、成因類型分為人工堆積層和第四紀沉積層。表層為人工堆積土層，層中分布有雜填土①1層，～①2層；②層以粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土為主，層中有粉砂②1層、重粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土②2層，～；③層為粉質(zhì)粘土，土質(zhì)較軟，結(jié)構(gòu)較敏感，層中夾有粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土③1層，細、粉砂③2層，～；④層為細砂，～；⑤層為粉質(zhì)粘土，～；⑥層為粉質(zhì)粘土，層中分布有粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土⑥1層、重粉質(zhì)粘土⑥2層、砂質(zhì)粉土⑥3層等夾層，～。(詳見圖集A35) 各巖層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計表土層代號巖土層名稱平均厚度內(nèi)聚力內(nèi)摩擦角重度備注HC248。γmkPa 176。kN/m31雜填土2砂質(zhì)粉質(zhì)3粉質(zhì)粘土4細砂05粉質(zhì)粘土6粉質(zhì)粘土 水文地質(zhì)概況根據(jù)工程勘察報告，～，含水土層為粘質(zhì)粉土②層；～，～，含水土層為細砂④層和細、粉砂③2層，本層水為承壓水。根據(jù)巖土工程勘察報告提供的資料表明，擬建地實測到三層地下水，其類型及埋深、標(biāo)高如下表：地下水層地下水類型靜止水位層厚靜止水位標(biāo)高第一層上層滯水～～第二層承壓水 ～5. 58～第三層承壓水～～地下水對混凝土無腐蝕性，對鋼筋以及鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。2. 方案論證 初選方案 基坑平面尺寸與深度 、長約108m、寬約88m，面積為9504m2。基坑面積較大、開挖較深，故初步選用抗彎性、整體性較好的鉆孔排樁支護方法。 地質(zhì)條件與地下水狀況根據(jù)工程地質(zhì)報告，場區(qū)地下以粉質(zhì)粘土為主，土質(zhì)較松軟；地下水狀況因受場區(qū)北側(cè)60m處亮馬河所影響，地下水量大。，均為粉質(zhì)粘土層。故根據(jù)地質(zhì)條件及地下水狀況在第一步選用的鉆孔排樁支護方法上細分出兩種方案：①，支護采用鉆孔灌注樁加錨桿支護方法；②距開挖線1～2m布置一圈深層攪拌樁、形成擋土擋水帷幕（無須降水），鉆孔灌注樁加錨桿支護方法（樁及錨桿布置少于方案①）。 鄰近建筑物的限制 基坑西側(cè)無鄰近建筑物，東側(cè)、南側(cè)、北側(cè)距軸線17m處分布有辦公樓。軸線至鄰建物的水平距離H與基坑開挖深度L比較為L，故樓重對基坑構(gòu)成的影響可不計，但這三側(cè)基坑變形量不應(yīng)對鄰近建筑物構(gòu)成影響，故布樁及錨桿須謹慎。 工程造價與經(jīng)濟效益因基坑西側(cè)無鄰近建筑物，故方案①中西側(cè)可選用土釘墻支護方式，從而減少工程造價。方案②中因深層攪拌樁的擋土效應(yīng)，在后續(xù)論證中可減少樁及錨桿數(shù)量，從而減少工程造價。綜上所述，考慮到選用方案的抗彎及整體性、防滲性、工程造價等方面，初步選用為：方案①東側(cè)、南側(cè)、北側(cè)鉆孔灌注樁加錨桿支護及西側(cè)土釘墻支護方案；方案②深層攪拌樁加樁錨支護方案。 詳細論證初選方案 方案一一. 降水設(shè)計根據(jù)地質(zhì)勘察報告，含水土層的滲透系數(shù)大于3m／d。擬開挖基坑為矩形，基坑長108m、寬88,。綜合各類井點降水條件，考慮到工期限制故排除電滲井點降水方法，確定預(yù)先方案為噴射井點和管井井點，由于滲透系數(shù)較大，而管井占用場地較小，故選用井點降水法降水，設(shè)計管井為完整井。取濾水管直徑D=400mm，填礫厚度取100mm，則井徑為D1=600mmm（400+1002=600）。降水后地下水位距坑底h=1m。⑴ 計算S、R、r：水位降低值：S=+1= m 抽水影響半徑：R=10S=10= m 井半徑：r==300 mm ；⑵ 涌水量計算大井引用半徑：x0=== m ；抽水計算影響半徑：R0=R+X0=+= m ； 涌水量：Q=== m3/d ； ⑶ 井管埋設(shè)深度計算取沉砂管長L1=1 m，地下水降落坡度i=1：10,取降深水位以下過濾管長度為L= m，LS＝45m。則Hg=H1+h+iLs+L+L1=+1+45+1+= m；取Hg=20 m。 ⑷ 單井抽水量qq==13= m2/d 。 ⑸ 井點數(shù)量計算：n≥8+=；取n=54 。⑹ 井點間距： b＝＝ m⑺ 降水井立面圖請見附錄一。⑴ 深埋單錨式板樁① 繪土壓力分布與相當(dāng)梁彎矩圖根據(jù)勘察報告對18m以內(nèi)各土層力學(xué)指標(biāo)進行加權(quán)平均計算得：γ0= KN/m3 ，φ0=21176。，C0= kpa。由深埋單錨式板樁相當(dāng)梁計算方法對粘性土略去粘聚力而增加的內(nèi)摩擦角φ,查表取φ＝32176。,γ0=17 KN/m3,取q=20KN/m3。根據(jù)設(shè)計要求取錨頭距地表Z＝。計算主、被動土壓力系數(shù)得：；則b點主被動土壓力強度:② 求t0：t0＝＝ m③求Ra 、P0取d點為相當(dāng)梁支點，由∑Md=0有Ra（HZ+t0）－(+t0)－=0,代入已知數(shù)據(jù)可得：Ra= KN/m。由∑Ma=0求P0：P0（HZ+t0）－－（+HZ）=0，代入已知數(shù)據(jù)可得：P0= KN/m④ 求Mmax作用點h1： = m⑤ 求最大彎矩Mmax：= KNm/m⑥求受被動土壓力段x：x== m則入土深度t1=t0+x=+= m，實際入土深度t=（～）t1=～ m，取t= m；需樁全長18 m。對彎矩加以修正 ：M= Mmax= KNm/m。⑦對鉆孔灌注樁其抗彎計算的假定條件為圓形截面，則鋼筋混凝土鉆孔灌注樁的彎矩設(shè)計值M由下式表達： αt =－2α （當(dāng)α＞=0） 為簡化計算，取1－2（α－1）2 =α（1－sin2πα/2πα），則得針對本設(shè)計方案設(shè)鉆孔灌注樁φ600mm，C25混凝土，配16φ20的鋼筋，下面求該樁能承受的彎矩設(shè)計值。 計算配筋率：ρ= 計算得： ρmin=%＜ρ==%＜ρmax 故滿足配筋要求ⅰ.查表得fcm= N/mm2, fy=210 N/mm2。鋼筋分布半徑應(yīng)由樁半徑減去灌注樁混凝土保護層厚度（不小于5cm）和鋼筋半徑，即rs=250 mm。ⅱ.求樁與鋼筋截面積 A =π3002 = 105 mm2 As = 16π102 =103 mm2則： ⅲ.按公式：＝及αt =－2α= sinπα= ；sinπαt=ⅳ.≤3003＋2105030250=106 Nmm= KNm取安全系數(shù)為2， KNm的彎矩，m。故灌注樁的樁間距S=＝=，取樁間距S= m。⑧土層錨桿布置：支錨力最大值為Ra= KN/m，Th／= = KN/m（每延米）。 ，錨孔孔徑φ150mm，錨桿向下傾斜15176。，已知護樁入土深度t=。設(shè)計采用兩樁一錨即錨桿的水平間距為b＝，則每根錨桿實際承受的水平力為：Th=bTh／= KN/m= KNⅰ.錨桿的承載能力Tu錨桿的軸向拉力設(shè)計值為 Nt == KN，取錨桿抗拔安全系數(shù)K＝2，則錨桿的極限抗拔力Tu =KNt= KN。ⅱ.錨桿非錨固段長度L0如下圖所示：錨固地層φ=32176。, γ0=17 KN/m3 ,設(shè)q=20KN/m2 。BE=()tg(450)= 在△BEF中，根據(jù)正弦定理有: = 則：BF= = m由此非錨固段長度L0= mⅲ.錨桿錨固段長度Le初選錨固段長度Le／=15m，則上圖中o點為錨固段的中點有： BO=BF+FO=7+= mh=+ BO sin15176。= m τ= K0γhtgφ=117tg32176。= KN/m2Le= == m 再對原假定錨固段Le／=15m予以修正：h=+(7+)sin15176。＝ m，τ=117tg32176。= KN/m2100～150 KN/m2，取τ=135 KN/m2，Le== m 取Le=15m。 錨桿全長為22m。ⅳ.拉桿材料選擇錨桿軸向設(shè)計拉力值Nt= KN,采用7φ5鋼絞線（其橫截面面積為176m2，抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值≥1860N/mm2），鎖定值為360KN。則所需鋼筋截面積： A=== mm2由此選用2根7φ5鋼絞線做拉桿（2176＝352 mm2 mm2）。ⅴ.錨桿支撐腰梁的設(shè)計按簡支梁錨桿腰梁的最大彎矩為拉桿作用點處。其值為：M=== KNm取36a槽鋼的允許彎曲變形值=19 KN/cm2 ，則有Wx == cm3經(jīng)查表，采用2根36a的槽鋼背靠背布置，間距25cm，其中[Wx]=6602=1320 cm3 Wx = cm3，強度滿足要求。ⅵ.深部破裂面穩(wěn)定性驗算如圖所示將Eah與E1h皆看作是水平方向上的力，則有G=(+18)11417247。2=Eah =［17182＋2018］1 = KN，E1h=［17+20］1 = KN，由式：Thmax= == KNKs= ==＞ 說明深部破裂面穩(wěn)定無問題⑨ 基坑的穩(wěn)定性驗算滑動力矩： Ms =(rH+q)D2=(17+20)= KNm/m對抗滑動力矩積分得： 基坑地面處墻體的極限抵彎矩Mh 為：Mh== KNm/mqf =rH+q=17+20= KN/m2Ka=tg2（450－）= =［(17+20)+＋17］ +［+417247。3］++= KNm/m因此抗隆起的安全系數(shù)公式為：Ks==＞；故基坑底土體穩(wěn)定。取坡上超載q＝20KN／m2；由地質(zhì)勘查報告計算各層土的參數(shù)值如下表： 各層土參數(shù)值錨桿層數(shù)巖土層名稱埋置深度內(nèi)聚力內(nèi)摩擦角重度主動土壓力系數(shù)mkPa 176。kN/m31雜填土2粉質(zhì)粘土3粉質(zhì)粘土4粉質(zhì)粘土5細砂06粉質(zhì)粘土7粉質(zhì)粘土⑴ 土釘基本參數(shù)的選取，即基坑邊坡放坡系數(shù)1：；取D＝100 mm，傾角為100，土釘為7層呈梅花型布置；間距為Sx＝Sy= m，則每層布置55根土釘；土釘錨固體直徑l00mm。⑵ 計算每層土釘所受的土壓力：由公式 計算出各層錨桿所受土壓力如下表：(此處詳細計算過程經(jīng)運行計算機程序得出) 每層土釘所受的土壓力錨桿層數(shù)第①層第②層第③層第④層第⑤層第⑥層第⑦層i（KN）⑶ 土釘抗拔力試驗值Tfi：由試驗抗拔力公式 (式中＝)計算錨體抗剪強度及試驗抗拔力如下表： 各層錨體抗剪強度及試驗抗拔力Tfi錨桿層數(shù)第①層第②層第③層第④層第⑤層第⑥層第⑦層(KN/m2)Tfi (KN/m)⑷ 錨體穩(wěn)定區(qū)長度Lbi及土釘總長LNi危險滑動面內(nèi)土釘長度La:La＝==由錨體穩(wěn)定區(qū)長度公式 Lbi＝（）錨桿總長LNi＝La + Lbi計算錨體穩(wěn)定區(qū)長度及土釘總長如下表： 簡化后的滑裂面圖 各層土釘長度統(tǒng)計表錨桿層數(shù)第①層第②層第③層第④層第⑤層第⑥層