装锚支护毕业设计论文.doc
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1、中国地质大学土木工程专业毕业设计1工程概况1.1概述根据市场经济发展的需要,沃尔德电缆有限公司拟在鹤大公路佳木斯段,即佳木斯市南部沃尔德电缆有限公司生产基地厂区内建设沃尔德电缆有限公司交联立塔,拟建建筑沃尔德电缆有限公司交联立塔呈长方形,有5层地下室,基础型式为筏板基础。设计基坑长为25m,宽为20m,面积500,基坑开挖深度为18m。0.000=1.32m。1.2周边环境本交联立塔拟建于佳木斯市南部沃尔德电缆有限公司生产基地厂区内,该生产基地是一刚开发的身产基地,正在建设发展当中,厂区面积广大,设计中的建筑还都未建起,所以交联立塔的设计基坑周围没有高大建筑物影响,只有在基坑东部距基坑15m有
2、一座3层尚未拆除的原办公楼,基础为条形基础。场地地面荷载取10kPa。基坑及周边环境简图如图1-1。 图1-1 基坑及周边环境简图1.3 工程地质条件本区位于三江平原西部,第四系以来新构造运动的特点是始终处于大面积下降为主的间歇性缓慢沉降运动之中,属于第四系小幅度沉降区。场地一带不良地质现象不发育,该地区可视为基本稳定区。根据本次勘察所揭露的地层,自上而下划分为下列各层。现分述如下:粉质粘土:黄褐色,局部黑灰色。土质均匀,可塑硬可塑。含铁锰结核。无摇振反应,稍有光泽,干强度中等、韧性中等。为中压塑性土。上部为0.300.60m的耕土。底板最大埋深13.80m。此层厚度较大。-1粉质粘土:黄褐色
3、,土质均匀,软塑,含粉细砂颗粒,无摇振反应,稍有光泽,干强度中、韧性中,为中压缩性土。此层分布在下部和细砂接触部位。埋深11.0013.70 m。 细砂:黄褐色,颗粒较均匀,颗粒级配不良,稍湿湿,中密,颗粒呈圆状,夹粉质粘土薄层,厚度约23cm左右。主要由石英、长石等矿物组成,顶板最小埋深12.60m,底板最大埋深13.90m。粉质粘土:灰色,土质均匀,硬塑,稍有光泽,无摇振反应,干强度中等、韧性中等,为中压缩性土。此层分布不连续。顶板最小埋深12.80m,底板最大埋深20.50m。-1粉质粘土:黄灰色,土质均匀,流塑,稍有光泽,无摇振反应,干强度中等、韧性中等,为中压缩性土。此层只在CK4孔
4、见到。埋深24.7025.50 m,厚度0.20m。细砂:黄褐色,颗粒不均匀,个别地段为中粗砂。级配良好。连续分布,主要矿物成分为石英、长石等。稍密-中密,稍湿-饱和。个别地段缺失。顶板最小埋深19.40m,底板最大埋深24.70m。中砂:黄褐色,颗粒不均匀,个别地段为粗砂。级配良好。连续分布,主要矿物成分为石英、长石等。中密,稍湿-饱和。顶板最小埋深23.10m,底板最大埋深28.50m粉质粘土:灰褐-灰绿色。土质较均匀。含铁质及铁锰结核,局部夹粉土。其下部含砂,并逐渐增多。无摇振反应,稍有光泽,干强度中等,韧性中等。硬塑,局部坚硬。为中压缩性土。顶板最小埋深27.80m,最大埋深35.00
5、m。粉质粘土:灰褐-灰绿色。土质较均匀。含铁质及铁锰结核,局部夹粉土。下部含砂,并逐渐增多。无摇振反应,稍有光泽,干强度中等,坚硬。为中压缩性土。顶板最小埋深33.60m,底板未揭穿场地各土层物理参数如表2-1表2-1 各土层物理参数表土层类别平均层厚h(m)压缩模量Es(MPa)泊松比容重(kN/m3)粘聚力C(kPa)内摩擦角摩阻力qsik(kPa)粉质粘土9.57.00.3218.830.518.060粉质粘土0.74.80.2716.527.121.435细 砂1.230.00.2319.9332.065粉质粘土7.313.00.3519.531.920.375粉质粘土:0.24.50
6、.3015.525.327.320细 砂4.831.80.2220035.170中 砂5.134.30.2320.3034.580粉质粘土7.713.80.3519.349.210.370粉质粘土14.10.3720.155.715.4751.4 水文地质条件场地地基土上部主要由第四系冲积物组成,含水层厚度10m左右,透水性强,含水丰富。勘察期间为丰水期,地下水位埋深23.00m,地下水位标高-23.32m。观测日期为2010年2月18日,地下水补给主要为大气降水。根据勘察单位所掌握的邻近地区地下水资料,该场地地区历史最高水位标高为-22.11m,近35年最高水位标高为-22m左右。根据勘察报
7、告对场地地下水腐蚀性综合评价如下,场地地下水呈弱酸性(pH=6.8),对混凝土结构无腐蚀性。场地地下水中的硫酸盐、镁盐、侵蚀性CO2对混凝土结构均无腐蚀性。综合评定地下水对混凝土结构的腐蚀等级为无腐蚀;地下水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为无腐蚀性,地下水对钢结构腐蚀性为弱腐蚀性。2 基坑支护方案的比选2.1 设计原则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
8、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。一般的支护结构位移控制以水平位移为主,主要是水平位移较直观,易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关,这就是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分,对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的,则应控制小变形,此即为通常的一级基
9、坑的位移要求;对于周边空旷,无构筑物需保护的,则位移量可大一些,理论上只要保证稳定即可,此即为通常所说的三级基坑的位移要求;介于一级和三级之间的,则为二级基坑的位移要求。2.2 支护方案的选取设计目标是通过对基坑的形状与开挖深度、放坡条件、工程地质条件、周边环境情况 、地下管线分布情况等的综合考虑,在满足基坑边坡安全稳定性的条件下,还要顾及工程造价、施工效率等因素对方案的制约,从而找到一个最佳设计方案。基坑支护的主要方法有以下几种:土钉墙支护、桩锚支护、地下连续墙、锚杆支护、以及简单放坡开挖等。土钉墙支护施工快捷,造价低廉,适用于粘土地层;桩锚支护受地形限制较小,刚度大,造价较高;地下连续墙施
10、工噪音小,基坑壁位移小,造价很高;简单放坡开挖,需要较开阔的地形条件,不适用于深度较大的基坑。综合上诉几种方案的优缺点,再根据已有的勘察报告。本设计采取的支护方案为土钉墙支护和锚喷支护结合支护。2.3 支护方案设计内容2.3.1 土钉支护结构设计土钉墙支护的主要设计流程是:初拟土钉参数内部稳定性验算外部稳定性验算最终确定参数。本工程基坑的支护高度5m,根据土钉支护设计的要求,确定以1:0.2放坡,土钉的水平间距为1.3m,竖直间距为1.3m,共设3排土钉,土钉与水平面的 倾斜角为10,采用梅花形布置,土钉主筋采用HRB335级钢筋,为118钢筋。每层土钉加一道加强筋选用16的级刚筋,钻孔直径d
11、为100mm。面层钢筋网采用8200200mm,钢筋网距边坡40mm,紧贴土钉钢筋侧面,再将土钉伸出孔口的一端折弯与钢筋网上的加强筋焊上。面层喷射混凝土厚度80mm,混凝土为C20。边坡上沿需外翻1m,100mm厚的钢筋混凝土翻边。注浆水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。2.3.2 桩锚支护结构设计桩锚支护的主要设计流程是:计算主动土压力和被动土压力确定最大弯锯和剪力设计锚杆固端长度及自由长度确定支护深度和桩长配筋相关稳定性验算。 本次下部基坑支护高度为13m,采用桩锚支护,支护桩采用钢筋混凝土灌注桩,凝土强度等级为C25主筋采用HRB335普通钢筋。桩长为18m,埋入深度为5m,桩间
12、距为1.5m。桩间土采取防护措施采用钢筋网的喷射混凝土护面的方法处理,面层钢筋网采用8200200mm,面层喷射混凝土厚度80mm,混凝土强度等级为C20。桩顶设一道灌梁,宽0.8m,高0.5m。桩锚采用一桩一锚式,同时设置两排锚杆,第一排锚杆设在桩顶位置。距地面高度为5m,第二排锚杆设在距基坑底7m处,两排锚杆间距为6m。锚杆的注浆水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。3 土钉支护设计计算3.1 设计依据(1)基坑支护技术规程(JGJ120-99);(2)建筑边坡支护技术规范(DB50/5018-2001);(3)建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202-2002);(4)基坑
13、土钉支护技术规程(CECS96:97);(5)混凝土结构设计规范(GB50010-2002);(6)岩土工程勘察报告 黑龙江第六地质勘察院。3.2 土钉参数的确定3.2.1土钉拉力设计值计算土钉的土侧压力由土自重引起的侧压力和地表均布荷载引起的侧压力组成。由上述工程地质条件可知,当开挖深度小于5m时,土层各参数分别为: c=35.5kpa =18.8kN/m3 =18.0 因为,应按粘性土计算, (3-1) 主动土压力系数 土的内摩擦角()代入数据得: 对于一般的粘性土: (3-2)自重引起的侧压力峰压()基坑深度(); 土的重力密度()主动土压力系数;且粘性土pm的取值不应小于 所以地面超载
14、: 土钉中点深处土体侧压力:设置土钉为3排,间距为1.3m,第三排距坑底为1.1m。 图3-1 土体侧压力分布图根据侧压力分布图如图3-1, 土钉所受拉力: (3-3)土钉设计内力()、土钉的水平竖直间距土钉中点深处土体侧压力在上部H/5=4/4=1.25m的高度内未布置土钉,第一排土钉距坡顶1.3m。所以各排土钉拉力设计值都相同,第一排土钉拉力设计值:其他两排土钉设计内力为41.32kN3.2.2 土钉直径与长度的计算土钉长度应满足: (3-4) 土钉长度(m)土钉自由段长度(m)安全系数,取1.2土钉拉力设计值()注浆体直径(mm)注浆体与土体间粘聚力系数土钉的极限抗拉承载力为: (3-5
15、)注浆体直径(mm)注浆体与土体间粘聚力系数 基坑垂直深度为4m,放坡1:0.2,坡面角度78.69坡面长为:滑裂面倾角:土钉长度计算简图如图3-2图中L为自由端长度,线M代表危险滑裂面位置,危险滑裂角为45+/2图3-2 土钉长度计算简图第一排土钉长度 实际取3.2m。 ,实际取4.9m。土钉直径: (3-6)安全系数,取1.2土钉拉力设计值()土钉主筋的抗拉强度()代入数据得: ,实际取d=16mm。验算土钉抗拔力: 显然符合要求。第二排土钉长度: ,实际取3.2m。,实际取4.3m。土钉直径:由(3-6)式得:,实际取d=16mm。同理:验算土钉抗拔力: 显然符合要求。第三排土钉长度:
16、,实际取3.2m。,实际取3.8m。土钉直径:,实际取d=16mm。同理:验算土钉抗拔力: 显然符合要求。3.3 稳定性验算3.3.1 内部整体稳定性验算土钉支护的内部整体稳定性验算是指边坡土体中可能出现的破坏面发生在支护内部并穿过全部或部分土钉。基坑土钉支护技术规程(CECS96:97)假定破坏面伤的土钉只承受拉力且达到抗力最大值N,按照圆弧破坏面采用普通条分法分析,安全系数为作用于i土条的自重和地面、地下荷载(kPa);第i条圆弧滑动面切线的水平倾角,();第i条圆弧滑动面所处第i土层的黏聚力(kPa)、内摩擦角,();滑动面上第k排土钉的最大抗力,(kN);第k排土钉的水平间距,m;作为
17、设计依据的临界破坏面位置应该根据试算确定,见图3-1。与其相对应的稳定性安全系数在各种可能的破坏面中为最小值,并不低于下表中规定的数值。表3-1 内部稳定性安全系数表基坑深度(m)661212安全系数最低值1.21.31.4注:1、当支护变形较大时会造成严重的环境安全问题时表中安全系数值应该增加0.10.3 2、表中安全系数不适用于软塑、流塑粘性土。 图3-3临界破坏面位置示意图经理正软件计算内部整体稳定性验算结果见下表:表3-2 内部稳定验算结果表工况号安全系数圆心坐标x(m)圆心坐标y(m)半径(m)11.468-3.85013.3507.11821.382-3.6119.9605.303
18、31.428-6.54911.5306.381此次基坑深度为5m,所以安全系数应大于最低值1.2,由上表可知满足条件。3.3.2 外部整体稳定性验算土钉支护的外部整体稳定性验算与重力式挡土墙的稳定性分析相同,可将由土钉加固的整个土体视作重力式挡土墙,分别验算抗滑移及抗倾覆稳定性。3.3.2.1 抗滑移验算, (3-7)抗滑移稳定安全系数,一般不小于1.3;地面均布荷载();各层土钉的土钉力();土钉支护沿基坑单位长度的自重(kN);假设墙底断面产生的抗滑力(kN);宽度,取0.40.8H墙底土层的内摩擦角()。B取4m,取18,取18.8kN 所以:, 显然安全。3.3.2.2 抗倾覆验算 (
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