挡土结构与基坑工程-双排桩基坑支护计算书

1.1 概述

1.1.1 工程概况

盐城市供电局二楼24层高层住宅位于通榆路和工农路交汇处，一层地下室，基坑深度4.7m~5.1m，一个600T埋入式水池和泵房，水池基坑深4.5m。A幢基坑南面6m处是一幢四层住宅，钢筋砼条基。西南角距基坑8m处是一幢七层住宅，沉管灌注桩基础，桩长15.0m。B幢和水池距工农路边仅1~2m。

1.1.2 基坑周边环境条件

基坑西面为马路，B幢和水池距工农路边仅1~2m,A幢基坑南面6m处是一幢四层住宅，西南角距基坑8m处是一幢七层住宅。

1.1.3 场地地质条件

该处场地地市地势平坦，自然地面15.5m深范围内自上而下土层分布情况如下：

①层素填土：厚0.6~1.8m，平均厚度1.2m，黄褐色，可塑，夹少量碎砖。

②层粉质粘土，厚0.4~1.4m，平均厚度1.0m，灰黄色，可塑~软塑，Ps=0.4~0.9MPa。

③层淤泥质土，厚8.9~10.3m，平均厚度9.6m，灰色，流塑，高灵敏度 Ps=0.3~0.4MPa。

④-1层粘土，厚0.6~1.4m，平均厚度1.0m，灰绿色，可塑，Ps=0.6~1.4MPa。

④-2层粘土，厚2.6~3.4m，平均厚度3.0m，黄褐色，可塑~可塑+， Ps=1.8~2.5MPa，N=6.9~9.2击。

1.2 设计总说明

1.2.1 设计依据

（1）《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)；

（2）《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)

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（3）《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)； （4）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）； （5）《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)； （6）《岩土工程勘察规范》(GB50021-2002)；

（7）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)

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。

本基坑工程的特点是基坑开挖面积大，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，采用双排桩支护方案。

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。

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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 土 层 （KN/m） ①杂填土 ②粉质粘土 ③淤泥质土 19.5 19.2 17.6 19.6 19.7 3内摩擦角粘聚力C  (kPa) 26.0 26.0 14.0 41.4 52.9 (°) 10.4 14.3 11.8 12.3 14.0 渗透系数 水平Kh （cm/s） 0.05 0.05 0.05 垂直Kv （cm/s） 2.37E-6 6.30E-6 3.70E-7 ④-1粘土 ④-2粘土 2.1.2计算方法

按照《建筑基坑支护技术规范》（JGJ 120-99）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。 2.1.3土压力系数计算

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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：Kai=tg2(45°-i/2) 被动土压力系数：Kpi=tg2(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

土 层 ①杂填土 ②粉质粘土 ③淤泥质土 Kai 0.833 0.787 0.813 0.805 0.781 Kai Kpi 1.200 1.287 1.230 1.242 1.280 Kpi 0.913 0.887 0.902 0.897 0.884 1.095 1.134 1.109 1.114 1.131 ④-1粘土 ④-2粘土

2.1.4 土层分布（如表4所示）

表4 土层分布

层号 ①杂填土 ②粉质粘土 ③淤泥质土 岩土名称 杂填土 粉质粘土 淤泥质土 粘土 粘土 厚度（m） 1.2 1.0 9.6 1.0 3.0 ④-1粘土 ④-2粘土

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2.1.5 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态，对基坑支护来说就是支护结构破坏、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是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，不致影响周边建筑物的安全使用。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。

第三章 施工要求及监测方案

3.1 基坑施工要求

（1）严格按《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)进行施工。

（2）支护桩应进行间隔施工，确保桩的垂直度，注意施工安全。

（3）深搅桩施工前应开挖沟槽，将上部地表障碍物清除，用粘土填实。施工中确保桩身垂直度与桩身搭接。施工中如遇障碍造成断桩，必须明确标明位置，并及时采取措施进行补强。

（4）立柱桩、降水井位置应避开工程桩、柱、地梁及小型承台等，如相互矛盾立柱桩、降水井位置可作适当调整(立柱桩只能沿支撑轴线方向移动)。

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（5）基坑内土方应分层分区对称开挖；坑底留30cm土由人工清除，不得超挖；在开挖至底板设计标高(包括垫层)之后，先尽快满堂作好垫层至支护桩边，然后再进行桩基承台的开挖，承台应采用逐个直立开挖、砖砌外模护壁，不得大面积开挖。

（6）挖土到位后及时浇筑承台和地下室底板，严禁暴露时间过长，作为拆撑的必要条件，要求底板砼必须浇筑至支护桩边。

（7）土方开挖期间，应注意挖土机械不得损伤支护结构等，基坑四周严禁堆土或堆载，不得在桩墙顶部压顶板上碾压。

（8）施工期间应加强基坑监测工作，重点对周围民房与道路进行监测

3.2 基坑监测方案

该工程为大面积深基坑工程，为了及时掌握基坑围护结构的安全性，了解基坑开挖对周围环境的影响，必须进行施工监测。 3.2.1基坑及周围环境的监测、测试

(1)压顶梁的水平位移监测：沿压顶梁每隔15m布置一个水平位移观测点。 (2)深层水平位移监测：要求在支护桩外侧布设10个深层位移观测孔。测斜孔深不小于支护桩长，使用测斜仪逐段量测在基坑开挖过程中和地下室主体结构施工过程中整个支护桩深度范围内支护结构及外侧土体向基坑内的水平位移情况。

(3)基坑周边道路沉降观测：沿周边道路每15m设一沉降观测点。 (4)基坑周边建筑物沉降观测：每幢建筑物上设一组沉降观测点。 (5)砼支撑轴力量测:布设9组应力量测点。

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3.2.2监测与测试的控制要求：

(1)桩顶水平位移速率不超过2mm/d或累计水平位移不超过25mm； (2)深层水平位移速率不超过2mm/d或累计水平位移不超过25mm； (3)任何不正常的路面沉陷或路面沉陷不超过25mm或不超过2mm/d； (4)建筑物沉降速率不超过2mm/d或累计水平位移不超过15mm，差异沉降 不超过建筑物高度的2‰；

(5)支撑轴力不超过设计值的80%。 3.2.3观测频率

基坑开挖施工前进行第一次观测，观测值作为初始值，基坑开挖前期每三天观测一次，中期每两天观测一次，开挖至坑底后每天观测一次，基坑或周围环境位移变形较大时，每天观测两次。基坑出现险情时，加密观测。

观测成果应及时反馈给业主、监理、设计和施工单位。

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第四章 双排桩基坑支护计算书

支护方案：双排桩基坑

---------------------------------------------------------------------- [ 基本信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 内力计算方法 增量法 规范与规程 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99 基坑等级 二级 基坑侧壁重要性系数γ0 1.00 基坑深度H(m) 5.100 嵌固深度(m) 1.020 桩顶标高(m) 0.000 桩截面类型 圆形 └桩直径(m) 0.800 桩布置形式 矩形 ├桩排距(m) 2.400 └桩间距(m) 1.600 混凝土强度等级 C25 连梁宽度(m) 0.800 连梁高度(m) 0.800 前排桩有无冠梁 有 ├冠梁宽度(m) 0.800 ├冠梁高度(m) 0.800

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└水平侧向刚度(MN/m) 50.000 后排桩有无冠梁 无 放坡级数 0 超载个数 0 ---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 土层数 5 坑内加固土 内侧降水最终深度(m) 10.000 外侧水位深度(m) 弹性计算方法按土层指定 ㄨ 弹性法计算方法 ---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ]

---------------------------------------------------------------------- 层号 土类名称 层厚 重度 浮重度 粘聚力 33(m) (kN/m) (kN/m) (kPa) 1 素填土 1.20 19.5 --- 26.00 2 粉土 1.00 19.2 --- 26.00 3 淤泥质土 9.60 17.6 8.0 14.00 4 粘性土 1.00 19.6 8.0 --- 5 粘性土 3.00 19.7 8.0 --- 层号 与锚固体摩 粘聚力 内摩擦角 水土 计算方法 m,c,K值 擦阻力(kPa) 水下(kPa) 水下(度) 1 120.0 --- --- --- m法 4.00 2 120.0 --- --- --- m法 25.08 3 120.0 10.00 10.00 分算 m法 10.00 4 120.0 10.00 10.00 分算 m法 10.00 5 120.0 10.00 10.00 分算 m法 10.00

---------------------------------------------------------------------- [ 土压力模型及系数调整 ]

---------------------------------------------------------------------- 弹性法土压力模型: 经典法土压力模型:

否 9.000 m法 内摩擦角 (度) 10.40 14.30 11.80 --- --- 抗剪强度 (kPa) --- --- --- --- ---

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层号 土类名称 水土 水压力 主动土压力 主动土压力 被动土压力 被动土压力 调整系数 调整系数1 调整系数2 调整系数 最大值(kPa) 1 素填土 分算 1.000 1.000 1.000 1.000 10000.000 2 粉土 分算 1.000 1.000 1.000 1.000 10000.000 3 淤泥质土 分算 1.000 1.000 1.000 1.000 10000.000 4 粘性土 分算 1.000 1.000 1.000 1.000 10000.000 5 粘性土 分算 1.000 1.000 1.000 1.000 10000.000

---------------------------------------------------------------------- [ 工况信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 双排桩计算模型：

工况参数： 工况 工况 深度 支锚 等效 分担 号 类型 (m) 道号 深度(m) 系数α1 1 开挖 5.100 --- 1.151 0.949

---------------------------------------------------------------------- [ 设计结果 ]

----------------------------------------------------------------------

分担 系数α2 0.051 10

---------------------------------------------------------------------- [ 结构计算 ]

---------------------------------------------------------------------- 各工况：

内力位移包络图：

地表沉降图：

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---------------------------------------------------------------------- [ 前排桩冠梁选筋结果 ]

----------------------------------------------------------------------

钢筋级别 选筋 As1 HRB335 2D16 As2 HRB335 2D16 As3 HPB235 d8@200 ---------------------------------------------------------------------- [ 截面计算 ]

---------------------------------------------------------------------- [ 前排桩截面配筋参数 ] 桩是否均匀配筋 是 混凝土保护层厚度(mm) 50 桩的纵筋级别 HRB335 桩的螺旋箍筋级别 HRB335 桩的螺旋箍筋间距(mm) 150 弯矩折减系数 0.85 剪力折减系数 1.00 荷载分项系数 1.25 配筋分段数 一段 12

各分段长度(m) [ 前排桩内力取值 ] 段 内力类型 号 前 基坑内侧最大弯矩(kN.m) 1 基坑外侧最大弯矩(kN.m) 最大剪力(kN) 段 选筋类型 号 1 纵筋 箍筋 级别 HRB335 HRB335 6.12 内力 计算值 19.91 318.04 86.86 钢筋 实配值 18D16 D12@150 内力 设计值 21.16 337.92 108.58 内力 实用值 21.16 337.92 108.58 实配[计算]面积 (mm2或mm2/m) 3619[3530] 1508[941] 154 加强箍筋 HRB335 [ 后排截面桩配筋参数 ] 桩是否均匀配筋 混凝土保护层厚度(mm) 桩的纵筋级别 桩的螺旋箍筋级别 桩的螺旋箍筋间距(mm) 弯矩折减系数 剪力折减系数 荷载分项系数 配筋分段数 各分段长度(m) [ 后排桩内力取值 ] 段 内力类型 号 后 基坑内侧最大弯矩(kN.m) 1 基坑外侧最大弯矩(kN.m) 最大剪力(kN) 段 选筋类型 号 1 纵筋 箍筋 加强箍筋 [ 连梁截面配筋参数 ]

D14@2000 是 50 HRB335 HRB335 150 0.85 1.00 1.25 一段 6.12 内力 计算值 47.46 1.90 17.51 钢筋 实配值 20D14 D12@150 内力 设计值 50.42 2.01 21.89 内力 实用值 50.42 2.01 21.89 实配[计算]面积 (mm2或mm2/m) 3079[3016] 1508[941] 154 级别 HRB335 HRB335 HRB335 D14@2000 13

混凝土保护层厚度(mm) 连梁的纵筋级别 连梁箍筋级别 连梁的箍筋间距(mm) 弯矩折减系数 剪力折减系数 荷载分项系数 [ 连梁内力取值 ] 段 内力类型 号 连梁上侧最大弯矩(kN.m) 1 50 HRB335 HRB335 150 0.85 1.00 1.25 内力 计算值 318.04 0.00 112.74 钢筋 实配值 6D20 6D18 D12@150 内力 设计值 337.92 0.00 140.93 内力 实用值 337.92 0.00 140.93 实配[计算]面积 (mm2或mm2/m) 1885[1628] 1527[1373] 1508[915] 连梁下侧最大弯矩(kN.m) 最大剪力(kN) 级别 HRB335 HRB335 HRB335 段 选筋类型 号 连梁上侧纵筋 1 连梁下侧纵筋 箍筋 ---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ]

----------------------------------------------------------------------

计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法

条分法中的土条宽度: 1.00m

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滑裂面数据

整体稳定安全系数 Ks = 1.457 圆弧半径(m) R = 7.897 圆心坐标X(m) X = -0.659 圆心坐标Y(m) Y = 5.870

---------------------------------------------------------------------- [ 抗倾覆稳定性验算 ]

---------------------------------------------------------------------- 抗倾覆安全系数:

KsMp MGMa Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力 决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。 MG——双排桩自重对桩底的抗倾覆弯矩。 Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 工况1：

155.976 Ks = 3.808 >= 1.200, 满足规范要求。

---------------------------------------------- [ 抗隆起验算 ]

----------------------------------------------------------------------

Ks22.636 0.000 571.351

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Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

KsDNqcNcHDtanq o

Nqtan452 12etanNcNq11tan

Nq4511.59622e3.142tan11.5962.864 Nc2.864118.2345.1001.0200.000 Ks = 1.563 >= 1.1, 满足规范要求。

Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

KsDNqcNcKs9.084tan11.596 17.6001.0202.86413.5469.084

Nq12

NcNq1Nq12

HDq 342oetancos344522221tan3.142 11.596tan11.596ecos45111.5960.00023.158 Nc3.1581KS10.515tan11.596 17.6001.0203.15813.54610.51518.2345.1001.020Ks = 1.784 >= 1.15, 满足规范要求。 16

[ 隆起量的计算 ]

注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理! 875316 式中 ni1ihiq125DH0.56.37c0.04tan0.54 δ———基坑底面向上位移(mm);

n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;

3

ri———第i层土的重度(kN/m)；

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地下水位以上取土的天然重度(kN/m)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m); hi———第i层土的厚度(m);

q———基坑顶面的地面超载(kPa); D———桩(墙)的嵌入长度(m); H———基坑的开挖深度(m);

c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa); φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);

3

r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m);

87531693.60.01251.05.10.56.3718.214.00.04tan11.800.54 δ = 216(mm)

[ 承压水验算 ]

----------------------------------------------------------------------

KyPczPwy 2

式中 Pcz———基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN/m);

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Pwy———承压水层的水头压力(kN/m);

Ky———抗承压水头的稳定性安全系数，取1.5。

Ky = 35.20/30.00 = 1.17 >= 1.05 基坑底部土抗承压水头稳定!

---------------------------------------------------------------------- [ 嵌固深度计算 ]

---------------------------------------------------------------------- 嵌固深度计算参数： 抗渗嵌固系数 1.200 整体稳定分项系数 1.300 圆弧滑动简单条分法嵌固系数 1.100 嵌固深度计算过程：

双排桩参考《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度： 圆心(-3.611，3.947)，半径=5.728m，对应的安全系数Ks = 1.340 ≥ 1.300 嵌固深度计算值 h0 = 0.500m 嵌固深度设计值 hd = αγ0h0

= 1.100×1.000×0.500 = 0.550m 嵌固深度采用值 hd = 1.020m 当前嵌固深度为：0.550m。

参考《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99,

当双排桩嵌固深度设计值小于0.2h时，宜取hd = 0.2h。 嵌固深度取为：1.020m。

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