1、北京市朝陽廣場基坑設計學生 王文波 指導老師 張岳文河北工程大學土木學院土木工程專業巖土方向0 緒論作為大學四年學習的最后一個階段畢業設計，其設計的目的是詳細學習和了解與巖土工程相關的知識，鞏固以前學習過的（深基坑支護、基礎工程、地基處理、土力學、工程地質學等）知識，并按照現行規范，通過對實際情況的分析把它運用到生產實踐中去，同時也培養了調查研究、查閱文獻、收集資料和整理資料的能力。通過本次設計使自己能夠理論聯系實際，并為以后的工作和學習打下堅實的基礎，因此要達到以下要求：學會對資料的收集、整理、分析、評價等基本方法，學會閱讀并編寫勘察報告。通過對基坑支護、基坑降水和設計，施工圖的繪制，對巖土

2、工程有更深刻的理解，具備獨立分析問題、解決問題的能力。通過本次設計,應學會熟練掌握和使用在巖土工程方面的應用廣泛的電算技術，以提高設計的效率。此次設計的朝陽廣場基坑支護工程位于北京東二環朝陽門立交橋東北角，西鄰東二環路，南鄰朝外大街，與外交部辦公大樓隔街相望。擬建最高26層左右的建筑，檐口高度約100m，總建筑面積38萬，基底面積約32073，相應絕對標高為42.50m，自然地面標高為41.14m，采用鋼筋混凝土筏型基礎，結構形式為鋼筋混凝土框架剪力墻結構。由于該工程基坑開挖較深，邊坡不能自然穩定，必須對其進行支護。經過對幾種支護方案的分析計算比較后得出最佳方案。采用土釘墻+多支點排樁支護體系

3、。在西南角處用土釘墻+錨桿支護體系。降水采取了特別處理，及在基坑內設置了排水井。1 工程概況及方案的選擇1.1工程概況工程地質勘察資料 擬建場區的工程地質條件本工程擬建場地在地貌單元上位于永定河沖洪積扇中部。 擬建場區地形基本平坦，勘探時鉆孔孔口處地面標高為40.4943.53m。 場區地層巖性及分布特征按地層沉積年代、成因類型，將本次勘察深度范圍的土層劃分為人工堆積層和第四紀沉積層兩大類，詳見下表。擬建場區的水文地質條件本工程擬建工程深度范圍內共分布3層地下水，類型分別為：第1層地下水為上層滯水，賦存于第1、2層的雜填土與粉質粘土中，受管道滲漏影響該層地下水水位分布不連續，埋深變化較大，水量

4、的分布也不均衡；第2層地下水為層間潛水，含水層為第6層卵石層，該層地下水水位連續分布；第3層地下水為承壓水，賦存于具強透水性的第13層中砂層中，具體各層地下水的類型及埋深情況詳見下表：表1-1序號地下水類型地下水穩定水位量測時間水位埋深（m）水位標高（m）1上層滯水1.405.0037.4440.852004年3月中旬下旬2層間潛水15.0018.4024.8425.753承壓水（測壓水頭）21.5024.5018.9620.13 地層巖性特征一覽表 表12 地層序號巖性顏色濕度稠度密度壓縮性 雜填土雜稍濕飽和稍密/粉質粘土褐黃濕飽和可塑軟塑低中低中壓縮性粉砂、細砂褐黃濕密實低壓縮性細砂褐黃濕

5、中密低壓縮性粉質粘土褐黃褐黃（暗）（局部灰黃）飽和可塑硬塑低中低壓縮性圓礫、卵石雜濕飽和中密低壓縮性粉質粘土褐黃褐黃（暗）（局部灰黃）飽和可塑硬塑低中低壓縮性粉土褐黃飽和中密密實低壓縮性粘土褐黃飽和可塑硬塑低壓縮性粉土褐黃飽和密實低壓縮性中砂褐黃飽和密實低壓縮性粉質粘土褐黃濕飽和可塑中低壓縮性中砂褐黃濕飽和中密低壓縮性表1-3土層層底相對標高(m)層厚(m)重度(kN/m3)孔隙比液性指數j(°)c(kPa)m(kN/m4)(kPa)雜填土-1.51.519/8020粉質粘土-7.2005.718.40.8030.76108500040粉砂-細砂-7.7000.5200.605/25

6、0250070細砂-13.5005.8200.788/320250060粉質粘土-14.2000.719.40.7630.3029.825320060圓礫、卵石-19.0004.8190.653/38.007800240粉質粘土-23.6004.620.20.7320.2619.735380065粉土-24.5000.920.50.703/25.015220070粘土-25.7001.220.20.8720.2619.735330065粉土-26.2000.520.50.532/25.015330090中砂-29.53.3190.558/28.002500115粉質粘土-34.04.518.6

7、0.7060.5521.015300045中砂-41.77.719.50.650/23.00320080有關主體結構的設計資料擬建最高26層左右的建筑，建筑基底面積約32073m2，,相應絕對標高為42.50m，自然地面標高為41.14m，采用鋼筋混凝土筏型基礎，結構形式為鋼筋混凝土框架剪力墻結構。周圍環境資料朝陽廣場位于北京東二環朝陽門立交橋東北角，西鄰東二環路，南鄰朝外大街，與外交部辦公大樓隔街相望。本項目地塊分南、北兩區，南北兩區地下連為一體，南區為中石化集團科研辦公樓，由中國石化集團公司投資建設；北區為集辦公、酒店式公寓和商業為一體的綜合性建筑，由聯合置地房地產開發有限公司投資開發。本

8、擬建工程場地西南角，有一地鐵出入口站房，其外墻與中國石化科研辦公樓地下室外墻之距離僅有0.56m，其基礎埋深約為2.7m.。1.2 方案選擇 整個深基坑為一級的安全等級，由于基坑下部有三層地下水，而且水位比較高，因此不能用一般的土釘墻，本基坑深20米 坑中又有水 因此在除了西南角有地下工事的選用土釘墻加錨桿其余的部分用排樁加錨桿再進行基坑內降水。 排樁加錨桿采用密排樁加高壓噴射水泥樁，由支護樁的構造要求得：排樁樁直徑不宜小于600毫米 ，樁間距應根據排樁的受力及樁間土的穩定條件來確定。 土釘墻加錨桿 由于在基坑的西南角有地鐵站的出口，而且與基坑紅線僅有0.56米，所以沒有機器的工作面，經分析采

9、用土釘墻加錨桿里面用截水帷幕。2 樁錨設計2.1 排樁的初步設計與內力設計計算 土相關參數與土壓力的計算由于各土層的平均重度相差不大，也為了計算的方便，因此采用了加權平均重度值；=19.34N/M ，土的內摩擦角=27度 ，粘聚力C=10 計算如下：地面的荷載值按規范 q=10 主動土壓力的計算：系數Ka=tan2(45°-/2)=0.376被動土壓力系數：考慮樁在基坑下，現取p=30°=2/3=20.土壓力為零點土壓力為零點就是零彎矩點，距離坑底面的公式為：則：y=149.2/129.1=1.156 m 取 y=1.16 m.基坑支護簡圖 圖表 1 ：土壓力的分層計算一層

10、：二層：三層：四層：五層：六層：七層：.分段計算固端彎矩：連續梁AB段懸臂部分彎矩：: 梁BC段：B支點的荷載 C支點的荷載 由建筑結構靜力計算手冊的公式得：圖表 2：梁CD段：在CD中，如圖為兩固定端，由建筑結構靜力計算手冊的公式：圖表 3得:：梁DEF段: =112.9kN; =149.2-112.9=36.3kN ; =149.2kN由 建筑結構靜力計算手冊得：圖表4得：彎矩分配：由于計算的固端彎矩不平衡，所以需用彎矩分配法來平衡支點C,D的彎矩:分配系數的確定： 通過彎矩分配，得出的各支點的彎矩為：BCD0.420.58+86.72-253.4+70+96.7-15+6.3+8.7+1

11、98.49-198.490.620.38300.5299.2+48.3-30-18.4+198.5-198.5+163-163+318.8317.6彎矩分配 求各支點得反力：如上圖所示，先求對A點取矩 ：求，對C點取矩：則：:如圖CD段，對D點求矩：:如圖DF段，F點 Mf=0則：的計算，對D點取矩:經計算各支點的反力為： 反力的核算：土壓力及地面荷載共計：支點的反力：誤差為： 得出土壓力為零點 用公式的出為零點：y=1.16m則最小入土深度為：則取嵌固深度為：7.5米2.2按工況進行驗算 說明 本基坑深20米，本工程的驗算采用“逐層開挖錨桿力不變法”來驗算的,其圖如下： 求B點所受的水平力：

12、先求出10.5米以下的彎矩為零點處y的距離，查表得出砂性土的=32°則：:Ea的計算：:對O1點的力矩：:對O點的合力矩為零則：推出：:最大彎矩的計算： 求C點的所受水平力： 圖表 5圖表 6：挖土按工況進行再D點以下0.5米處深度，看為無粘性砂土所以： m處為土壓力為零點:Ea的計算：:對O2的力矩為：:對O2點彎矩相等:的計算圖表 7 求D點的所受水平力Rd的值：Rd是在挖土完成時的力，即-20米處的；按照經驗=19.7°為粘土標準的錘擊數相當為：:Ea的計算：:Mo3的值得：（主動土壓力下的彎矩）:對o3點取矩，總的力矩為零：得:則： : 的值：是與相等。2.3 內力

13、與配筋圖表8 樁的抗彎矩配筋：樁的相關數據如下：d=800mm,砼取C25,試取12根直徑是28mm的其:計算：按混凝土結構設計GB10-89第條中的公 式計算：令N=0得：令,將上式整理得：代入式，: 的計算：用試算法得出幾組數據作圖k-b如下表2-40.280.290.300.31b0.290.350.410.48經作圖查出：=0.291則：配筋率2：樁的箍筋的配筋：所以可以直接按最小配筋來定箍筋:圖表9則取: 驗算:滿足要求。2.4 錨桿計算與腰梁設計 錨桿的設計1：錨桿的布置： S-錨桿的水平間距，即取 1.5米 X-錨桿的傾角x=15°假設錨桿垂直于潛在劃裂面，則經計算：圖

14、表 10各桿的自由段的長度分別為：7.1米；4.7米；2.35米所以2:由以前計算出的各支點的力分別為：來作為各錨桿的設計軸力。第一道錨桿需承受的拉力：第二道錨桿需承受的拉力：第三道錨桿需承受的拉力：3:錨固段長度的確定:設自由段長度均為5米取鉆頭直徑的1.2倍：由P1=400.95kn 錨桿的端頭深5米 ，先假設錨桿長12米，則中心高：其中5-10.4米內分別經過了：粉質粘土2.2米，T=68.6；：粉沙0.5米，T=180.4則：取14mL1=8+14=22m: 由P1=661.6kn/根，錨桿的端頭深10米 ，在11.6-15.1米內分別有以下幾層土：細砂1.9米，T=180.4；：粉質

15、粘土0.7米，T=68.6；：圓礫，卵石0.9米，T=430.7則：取15米則：L2=7+15=22m：由P1=1508.9kn/根，錨桿的端頭深15米 ，設錨桿長20米則：從16.1-20.8米以內T的計算：圓礫，卵石2.9米，T=430.7；：粉，粘土1.8米，T=68.6則：米 取18米 則:L3=5+18=23m 鋼絞線的計算用75的鋼絞線，極限抗拉力為180千牛每束束1:設計腰梁時可以把腰梁看作是一個連續梁,所以 可以用鋼結構的公式來計算公式如下:設需要的鋼材為：第一道中：,按固定支座來計算：由式得：,因此選擇槽鋼16a,其滿足設計要求。: 第二道中：,按固定支座來計算：由式得：,因

16、此選擇槽鋼20a,其滿足要求。：第三道中：,按固定支座來計算：由式得：則,因此選擇槽鋼22b,其滿足設計要求。圖表 112.5 排樁驗算 管涌驗算按 法計算hcC點的水頭壓力hbB點的水頭壓力由于實際的深度為7米大于3.7米所以滿足要求。 錨桿的整體穩定性驗算基坑深20米，分三層錨桿，錨桿的端部的深度依次為：-5，-10，-15米在錨桿的整體穩定性驗算中用“克蘭茨法”來計算：相關數據如下：取平均值：,1：求整體穩定安全系數f的值：錨桿錨固中點深為-8.5米則：因為：，則Ka=0.37要計算地面荷載值:代替墻的主動土壓力為：: 所以滿足要求。2：Ta,求整體安全系數：經計算則：圖表 12：: ：

17、因為，則Ka=0.37則要對地面的土壓力進行計算：:代替墻的主動土壓力為：:求則：所以滿足要求。3: ：:：因為：=13°<=27°,則可以不計算地面的荷載： :代替墻的主動土壓力為：:求：則：所以滿足要求。2.6 基坑位移計算 坑底以下樁的位移查表得m值：由 當混凝土選擇為：C25時，則樁的變形系數為：其中時位移的計算公式為:系數的計算：由于嵌固深度為7.5米，則 由以上的數據可以做表來計算基坑以下的樁的位移:其中需要的公式如下: 表- 5 則:坑底以下的位移最大的是坑頂部,其位移為0.0018m。 坑底以上樁的位移 1：分三部分計算：分別在R1，R2，R3個自作用

18、下在A到H各點產生的位移，再加上土壓力產生的位移，在土壓力的計算中簡化看作是三角形的土壓力，其中用的公式為：簡明建筑結構設計手冊 。1.1：在P3作用下各點的撓度： P3=815.1kN則：任意一點N的水平位移亦由以下三部分組成：1.2：O的水平位移：1.3：轉角在N點引起的位移：圖表 131.4:擋墻懸臂部分作用在P以下N處的位移：N以上： N以下：相關系數： 圖表 14 表- 62:在P2作用下各點的撓度，其為：P2=357.4kN則：水平位移由下面三部分組成：2.1：O點的水平位移：2.2：轉角在N點引起的位移：圖表 152.3:擋墻懸臂部分作用在P以下N處的水平位移：P以上： P以下：

19、 圖表 16 表- 73:在P1作用下各點的撓度，其為：P1=216.6kN則：水平位移由下面三部分組成：3.1：O點的水平位移：3.2：擋墻懸臂部分作用在P以下N處的水平位移：P以上： P以下： 表-84: 在梯形荷載作用下,水平位移的大小為:梯形荷載的合力為: 合力離基底面的力臂為:4.1:擋墻作為彈性 地基桿件,在基坑底面處O點的受力Q及彎矩Qb, O點的水平變位:4.2:擋墻作為彈性地基桿件,在基坑底面O受Q及彎矩 Qb 后產生的轉角在N點產生的水平位移為：4.3：擋土墻作為懸臂梁，在梯形荷載土壓力下在N點產生的水平位移：4.4：綜合以上的位移 作表如下：其中有位移為0.735m 圖表

20、 17 表-95：總的位移合算如下表格： 表-10由上面的表格得知，基坑以上的地基變形選中的8個點各點的位移分別為： 其中最大的變形發生在A點，也就是在基坑的上邊緣，其最大2.7基坑穩定性驗算 排樁基坑穩定性驗算結果-105.713968.8659787015.923627.437059023.960645.86355029.927363.7369893516.350581.7082893518.265798.3208722523.8875126.16143522.2182139.722633522.4871153.552367020.6088168.060943026.0709179.894

21、441524.7284189.4091422.521.6661197.566257.521.1718205.840731519.4548217.533321517.0948224.212171514.4342228.214821511.8195234.4596300240.4676400246.2193600251.6955800256.8774370355.7843585.8205其驗算結果如下:6026.7373240.63045094.4408677.743630108.7544113.751216145.9652147.14950154.423181.87337.5161.144221

22、2.030337.5164.7499219.38350226.73230.61690225.8502250.34610222.2225301.20130215.981323.8313597.75545352.78033595.71079365.303225104.6284393.07223591.46542421.45763587.5063433.64137076.93956463.6373093.6379476.01511586.41782489.172422.574.40055501.87277.570.88786520.15511563.08969542.64371554.5953355

23、0.81841545.75471556.47351536.92187563.3893031.83519569.6562021.38849575.2573010.77254580.176401.9E-14584.3985712890.70610428.48 因為：370+355.784+3585.8205+2890.706+517+2710.7-10428.48=-0.08約等于零 因此 基坑穩定性滿足要求。 H151587.67.58147100.9660.260.18216181130206.9250.9340.360.4726524132.50249.5250.8990.440.47304

24、281528284.329.80.8660.50.573443216225315.229.80.8290.560.5737336181.525342.329.80.7990.60.5740339191.525365.529.80.7660.640.5743342201.50386.8380.7310.680.7846345211.50406.1380.6950.720.7849348221.50423.5380.6560.750.7852351231.50439380.6160.790.785425324135454.519.70.5880.810.36562552413546819.70.5

25、590.830.365825725125491.221.50.530.850.396025926135500.919.70.50.870.366226126135510.619.70.4690.880.366646427235518.319.70.4070.910.366846827215526250.3750.930.477026928115531.9250.3420.940.4773372281.515535.7250.2920.960.4774174280.515541.5250.2760.960.477627528115549.3250.2420.970.477827729115553

26、.1250.2080.980.478027929115555.1250.1740.980.478228129115558.9250.1390.990.47842832910562.8280.1050.990.53862852910566.7280.0710.53882873010570.5280.03510.53902893010574.4286E-1710.534419.8716028619.8716028630.8105.043005556.075723480140.253592990.6847641322147.6988727124.77270280216.1373207129.7202

27、29.5860537130.83280360237.3599766150.728644757.75111.4892925197.148542457.75112.2721713240.334306357.75111.7241661295.033494638.5112.479639300.877604716.5145.6492233324.312702938.5110.7642337365.018531738.5108.8403023391.393990716.5138.7175892402.84665460153.5537863444.7017140148.3859487464.45610190

28、142.1696385482.37026090135.4662325500.02395130127.8434273515.6220640119.8046596521.61512130110.9871282543.776989516.573.51789946556.216430416.566.6728352568.110053816.559.59787813579.429925416.552264234216.544.5039258596.442566416.536.71874769603.945740416.528.69599785608.835749816.520.

29、58685432613.000437916.512.40100777616.430044716.54.148305229619.1156913583.553385.07446512038.00915排樁基坑穩定性驗算結果-2 H101055.45.58104100.9850.174059.43.85818229.80.9560.2920.57270552219.5122.750232320.9270.3750.62486942624142.210275300.8990.4380.5773543028162.20309380.8660.50.78128633331.51

30、81.650340380.8390.5450.78128633634.5191.650366380.8090.5880.78128633937.5201.653539119.70.7770.6290.35805234240.5211.653541219.70.7430.6690.35805234543.5221.653543119.70.7070.7070.35805224746231.13545119.70.6820.7310.35805224948241.115466250.6560.7550.46630825150251.13548219.70.6290.7770.35805225352

31、261.13549519.70.6020.7990.35805225554261.115509250.5740.8190.46630825756271.10520280.5450.8390.53170925958281.10532280.5150.8570.53170926160281.10542280.4850.8750.53170926362291.10551280.4540.8910.53170926564291.10559280.4230.9060.53170926766291.10567280.3910.9210.53170926968301.10572280.3580.9340.5

32、3170927170301.115578210.3260.9460.38386427372301.115584210.2920.9560.38386427574311.115590210.2590.9660.38386427776311.115594210.2250.9740.38386427978311.115598210.1910.9820.38386428180311.115601210.1560.9880.38386428382311.115603210.1220.9930.38386428584311.115605210.0870.9960.38386428786311.115607

33、210.0520.9990.38386428988321.115609210.01710.383864 H34240.521.31.653525.14219.70.76040.6490.3580534543.522.31.653544.48219.70.72540.6880.358052474623.31.13563.82219.70.69470.7190.358052494824.11.11579.294250.66910.7430.466312515024.91.13594.76619.70.64280.7660.358052535225.61.135108.319.70.61570.78

34、80.358052555426.31.115121.84250.58780.8090.466312575626.91.10133.45280.55920.8290.531712595827.51.10145.05280.52990.8480.5317126160281.10154.72280.50.8660.531712636228.51.10164.39280.46950.8830.531712656428.91.10172.13280.43840.8990.531712676629.31.10179.86280.40670.9140.531712696829.61.10185.66280.

35、37460.9270.531712717029.91.115191.47210.3420.940.383862737230.21.115197.27210.3090.9510.383862757430.51.115203.07210.27560.9610.383862777630.71.115206.94210.24190.970.383862797830.91.115210.81210.20790.9780.383862818031.11.115214.67210.17360.9850.383862838231.21.115216.61210.13920.990.383862858431.3

36、1.115218.54210.10450.9950.383862878631.41.115220.48210.06980.9980.383862898831.51.115222.41210.03490.9990.3838657.759.56792795529.6697743157.7514.1501536548.7538141938.518.3612814269.0340335616.527.8615787186.2658862638.524.11202949104.332035838.526.07878262121.192271516.5366611441042.6

37、505325154.5987607043.68736413170.9368145043.79158879185.4472159043.53166042200.1703999042.45103419212.8018938041.0606401225.481838038.97271924235.841452216.526.45031647246.110947616.524.58623594256.260656616.522.54435451266.260838416.520642218516.517.62248724280.775116916.514.9761600128

38、7.638906216.512.10620339291.723466516.59.170183229295.477029916.56.171456193298.888943716.53.113518128301.9489487429609.30059154781.914408 排樁基坑穩定性驗算如下 429+609.3005915+4781.914408+583.55+3385.074465+2710.7-12038.00915=460.90 所以基坑的穩定性滿足要求。3 土釘墻3.1 土釘墻的設計 相關系數的確定 確定 土釘墻的平面和剖面尺寸,及分段施工高度基坑總深度為20米加固的高度為20

39、-2.7=17.3m，設初道土釘從-3米開始，在初步的設計中定：圖表 18 確定土釘的角度，長度，傾角及在空間的方向 如上圖所示：用兩道錨桿，其位置分別在基坑以下-6.2米，9.4米，其他的都為土釘其之間的間隔為1.6米，與水平的夾角為15度。：土釘長度的確定： 1:系數Ka的確定：2:土壓力Po的確定： 3:N的計算：4:La的確定： 以的加權平均值來計算：則： 假設： L處的土釘是水平的（近似水平） 則： 設土釘的直徑為150mm，由下式 得：由上面的結果可以確定各土釘的長度為：5:整體分析：其中抗力的確定是由下兩個公式取小值： 與式 其中取小值，下面對錨桿進行分析驗算：其中R遠遠大于R

40、所以在計算抗力的時候選擇后面的值。6：土釘的鋼筋的確定： 由公式得 設鋼筋的抗拉強度的標準值為：分別取1根直徑為36mm的面積為1017.9 1根直徑為25mm的面積為490.9 1根直徑為25mm的面積為490.9 1根直徑為25mm的面積為490.9 分別取相應的鋼筋為：1根直徑為28mm的面積為615.31根直徑為20mm的面積為314.21根直徑為20mm的面積為314.21根直徑為20mm的面積為314.2 相應錨桿的確定用土釘墻的水平壓力來設計計算L的值：1：相應力的計算，由于所以選用的公式為：則可以和土釘墻的一樣取：2：求錨固段的長度：（同上求出），安全系數為1.5則：則錨桿全長

41、為：3：鋼絞線的設計計算：用的鋼絞線，其極限抗拉強度為：180千牛每束:分別取3根，2根。3.15:混凝土面層設計:由P=31.4根據基坑土釘墻支護技術規程，取面層厚度為140mm;砼的取C30;鋼筋網取兩層直徑為6mm，網格為200mm乘200mm的鋼筋3.2 土釘墻的穩定性驗算土釘墻的穩定性驗算結果1土釘墻的穩定性驗算 結果1 114.0578.3274.0728.513.510876.44124.54962.5937.522.530068.23159.16822.22442932059.65186.6311.8549.534.5320410.81209.06541.485439320411.99231.88661.4858433025412.92249.87281.486247380413.75265.9251.486651380314.42278.88281.1169.554.5380315.11292.22741.1172.557.5380315.68303.25121.1175.560.5380316.18312.92121.1178.563.519.735316.61321.23741.1181.566.519.735316.98328.39321.1184.569.519.7350.4771590.2334450.8788170.972370.