基坑围护-毕业设计计算书
本文关键词：基坑，由笔耕文化传播整理发布。
摘要
该工程位于中部平原地区，地势相对较为平坦，除上层杂填土外，下层为成层粉土、淤泥质土及粘性土，周边有城市道路和已建居民楼和综合性办公楼。地下水较为丰富，其中粉土层和淤泥质土层透水性较好，所以必须采取竖向止水。结合周边环境并参考以往施工案例，本设计采用了两种支护结构形式，首先是基坑南北两侧距离用地红线较远，故采用桩锚支护，即单排桩+单层锚钉支护；东西两侧由于场地的局限性，采用双排桩支护。止水帷幕采用深层搅拌水泥土法，深层搅拌水泥土桩在相邻两支护桩的中间，与支护桩相互衔接200mm形成密封止水桩墙，既起到止水的作用，又增强支护桩的支护能力。
本设计基坑重要性等级根据基坑开挖深度和重要性定为二级，各段基坑支护设计都本着安全、经济、合理的原则严格按照相关规范的要求进行。本设计对基坑支护做了详细的计算和说明，主要内容包括：工程概况的描述、基坑支护方案的对比与确定、基坑降水方式的确定、基坑涌水量计算、基坑降水平面图设计、止水帷幕的设计与计算、基坑支护结构设计与计算（包括支护桩长的计算、桩身最大弯矩的计算、锚钉支锚力的计算、锚钉长度的计算以及支护桩配筋计算）、基坑稳定性验算、基坑施工监测等。其中大部分计算过程通过手算完成，基坑稳定性验算部分借助理正深基坑软件完成。
关键词：深基坑；桩锚支护；基坑稳定性；止水帷幕；基坑降水
I
Abstract
The project is located in the middle of plains areas. The terrain is relatively flat. Except for the upper miscellaneous fill, the lower mostly layered silt, silty soil and clay soil. The foundation pit surrounded by urban roads and buildings that have been built. The area is rich in groundwater and the water permeability of silt and mucky soil is better. So it is necessary to use the vertical waterproof curtain. The design uses two forms of support structure combined with the surrounding environment and with reference to other construction cases. The north and south sides of the foundation pit is far away from the red line. So the Pile - anchor Support is used that is single row pile single tag anchor support; Due to the limitations of space, double row piles support is used on east and west sides. Eement deep mixing method is used to develop waterproof curtain. It plays a role in waterstop, but also enhance the support capability of support piles when the deep mixing cement piles link in the middle of two adjacent soldier piles 200mm which forming a sealed seal waterstop.
According to excavation pit depth and importance the level of importance of the designis a secondary. Each segment of the excavation design are strict accordance with the requirements of the relevant norms develop in a safe, economical and reasonable principle. The design made a detailed calculation and explanation about the foundation pit, the main contents include: a description of the project overview , scheme comparison and selection of the Foundation Pit Support , determining of Foundation Pit Dewatering Methods, calculation of foundation inflow, the design of Foundation Pit precipitation plan view , design and calculation of waterproof curtain, the design and calculations of Foundation Pit support structure (including the longth calculation of supporting piles, the calculation of maximum bending moment, the calculation tag anchor tension and calculation of the length of tag anchor and the reinforcement calculation For supporting piles), the checking for foundation stability, Foundation Pit construction monitoring.
Keyword：Deep Foundation ；Pile - anchor Support；stability of Foundation Pit；Waterstop Curtain；foundation pit dewatering
II
目 录
摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ......................................................................................................................... II
第1章 绪论 ................................................................................................................. 1
第2章 基坑支护方案设计 ......................................................................................... 2
2.1工程概况及设计条件 .......................................................................................... 2
2.1.1工程概况 ....................................................................................................... 2
2.1.2设计条件 ....................................................................................................... 2
2.2基坑支护方案的确定 .......................................................................................... 4
2.2.1支护结构的常见形式 ................................................................................... 4
2.2.2支护方案的确定 ........................................................................................... 6
第3章 基坑降水计算 ................................................................................................. 8
3.1降水的作用、方法和适用范围 .......................................................................... 8
3.1.1基坑降水的作用 ........................................................................................... 8
3.1.2基坑降水的方法和适用范围 ....................................................................... 8
3.2基坑涌水量计算 .................................................................................................. 9
3.3单井出水量计算 ................................................................................................ 11
3.4管井数量计算 .................................................................................................... 12
3.5管井的平面布置 ................................................................................................ 12
3.6井管长度计算 .................................................................................................... 13
第4章 止水帷幕设计 ............................................................................................... 15
4.1止水帷幕的设置原则 ........................................................................................ 15
4.2止水帷幕的做法 ................................................................................................ 15
4.2.1止水帷幕的一般做法及适用条件 ............................................................. 15
4.2.2止水帷幕施工方法的确定 ......................................................................... 15
4.3止水帷幕桩长的计算 ........................................................................................ 16
第5章 基坑支护结构设计 ....................................................................................... 17
5.1基坑北侧支护结构设计 .................................................................................... 17
5.1.1土层信息 ..................................................................................................... 17
5.1.2土压力系数计算 ......................................................................................... 17
5.1.3道路荷载对基坑北侧土层的附加应力 ..................................................... 18
III
5.1.4主动土压力强度计算 ................................................................................. 18
5.1.5坑底被动土压力强度计算 ......................................................................... 20
5.1.6考虑道路荷载影响的主动土压力强度计算 ............................................. 21
5.1.7坑底以下净土压力强度计算 ..................................................................... 22
5.1.8支护桩的嵌入深度、水平支锚力和最大弯矩的计算 ............................. 22
5.1.9锚杆长度计算 ............................................................................................. 26
5.1.10围护桩的配筋计算 ................................................................................... 28
5.1.11基坑稳定性验算 ....................................................................................... 29
5.2基坑南侧支护结构设计 .................................................................................... 38
5.2.1土层信息 ..................................................................................................... 38
5.2.2土压力系数计算 ......................................................................................... 38
5.2.3已有建筑物荷载对基坑南侧桩后土体的附加应力 ................................. 39
5.2.4主动土压力强度计算 ................................................................................. 39
5.2.5坑底被动土压力强度计算 ......................................................................... 41
5.2.6考虑建筑物荷载影响的主动土压力强度计算 ......................................... 42
5.2.7坑底以下净土压力强度计算 ..................................................................... 42
5.2.8支护桩的嵌入深度、水平支锚力和最大弯矩的计算 ............................. 43
5.2.9锚杆长度计算 ............................................................................................. 45
5.2.10围护桩的配筋计算 ................................................................................... 46
5.2.11基坑稳定性验算 ....................................................................................... 46
5.3基坑东侧支护结构设计 .................................................................................... 51
5.3.1双排桩支护的简化计算模型 ..................................................................... 51
5.3.2土层信息 ..................................................................................................... 53
5.3.3主动土压力强度计算 ................................................................................. 53
5.3.4桩身最大弯矩计算 ..................................................................................... 53
5.3.5前后排桩配筋计算 ..................................................................................... 54
5.3.6基坑稳定性验算 ......................................................................................... 56
5.4基坑西侧支护结构设计 .................................................................................... 60
5.4.1土层信息 ..................................................................................................... 60
5.4.2主动土压力强度计算 ................................................................................. 60
5.4.3桩身最大弯矩计算 ..................................................................................... 61
IV
5.4.4前后排桩配筋计算 ..................................................................................... 62
5.4.5基坑稳定性验算 ......................................................................................... 63
第6章 基坑监测 ....................................................................................................... 68
6.1概述 .................................................................................................................... 68
6.2基坑监测的目的 ................................................................................................ 68
6.3基坑监测的原则 ................................................................................................ 69
6.4基坑监测项目 .................................................................................................... 69
6.4.1一般规定 ..................................................................................................... 69
6.4.2监测方法 ..................................................................................................... 70
6.4.3主要监测项目 ............................................................................................. 70
第7章 结论 ............................................................................................................... 74
参考文献 ..................................................................................................................... 75
致谢 ............................................................................................................................. 76
V
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第1章 绪论
自20世纪中叶以来，随着我国经济的不断发展和城市化进程的不断加快，高层建筑的发展和地下空间的利用也得到了前所未有的提升，相应的基坑工程也从原来的浅而小向深而广演变。此外，各类用途的地下空间和设施也得到了空前发展，例如深层地下室、地下停车场、地下商业街、以及地铁、隧道等用于生活和交通的各种形式。建造这些地下建筑，必须进行大规模的深基坑开挖，这样，对于基坑工程的要求越来越高，而出现的问题也越来越多，这就为基坑工程的合理设计与施工提出了许多迫切而重要的研究课题。
基坑工程既是一个综合性的岩土工程问题，又是涉及土层与支护结构共同作用的复杂性问题。它具有较强的实践性、地域性、综合性和风险性。由于深基坑工程设计理论的欠缺以及施工过程中各因素的不确定性，直接导致目前深基坑支护设计与施工处于“半理论半经验”状态。
据有关资料统计，深基坑工程的事故率约占基坑工程总数的20%，由于地域及其他原因，一些城市甚至占到30%。事故发生的原因一般是由于支护结构受到破坏，甚至是失效。而这样的工程有很多都处于城市的中心或边缘，事故一旦发生，轻则造成基坑的大面积坍塌从而导致财力物力的大量损失，另外对城市生活也造成严重影响；重则造成惨重的人员伤亡和经济损失。这就要求我们更深入的了解各种形式的基坑支护结构的受力特性以及变行特征，进一步改进和完善深基坑支护设计理论，提高基坑工程的设计和施工水平，开拓新的研究领域以确保基坑工程的安全、经济与合理。目前的基坑工程设计，主要采取理论计算、数据监测以及工程经验相结合的方法。
1
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第2章 基坑支护方案设计
2.1工程概况及设计条件
2.1.1工程概况
1）工程简介
本工程位于郑州市东二环某繁华步行街，郑开大道与中原路交汇东南角处，占地面积为3500平方米。本项目为服务性综合办公楼，框架结构，钻孔灌注桩基础，主楼由地面9层及二层地下室组成，总建筑面积约为18654.5㎡。开挖范围内无地下管线铺设。
2）基坑面积及开挖深度
该工程建筑标高±0.00相当于绝对标高+4.25，室外自然地面平均标高取+4.00；基坑开挖面积约2098㎡，基坑围护周长约210m，呈矩形分布，东西长55m，南北宽45m，根据结构图纸，底板面标高为-7.55，底板厚为700mm，局部厚为1100mm，垫层厚为100mm。因此基坑开挖深度为8.10米，局部电梯井、集水坑等落深1m，故局部开挖达9.1m。
2.1.2设计条件
1）周边条件
本工程位于郑州市东二环某地块，周边环境情况较为复杂：
东侧：基坑开挖面与红线间距离为6.495～6.508米，红线外为中原大厦。该建筑物地上38层、地下2层，采用桩基础，与基坑开挖面最小距离为19.125米。
南侧：基坑开挖面与红线间距离为18.997～18.636米，红线外为一栋居民楼。该建筑物主楼50层，裙房5层，地下3层，采用桩基础，与基坑开挖面最小距离为17.989米。
西侧：基坑开挖面与红线间距离为6.559～6.857米，红线外为中原路，与基坑开挖面最小距离为5.4m。
北侧：基坑开挖面与红线间距离为17.696～18.053米，红线外为郑开大道，与基坑开挖面最小距离为18.5m。
基坑平面详细布置图如图2-1所示
2
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郑开大道
中
原
路拟建建
筑基坑中原大厦 38层
居民楼
50层
图2-1基坑平面布置图
2）工程水文地质条件
根据《郑州市地块项目岩土工程勘察报告》，本工程基坑开挖影响范围内岩土工程地质有以下特点：
拟建场地现为停车场，场地地形基本平坦，实测各勘探点的孔口地面标高在3.84～4.36米之间，一般地面标高在4.00左右。
场地内①层杂填土较厚，在2.2～2.5m之间，上部0.3米为碎石、砖块、建筑垃圾等，下部为灰黄～灰色粘性土、粉性土，土质不均。
基坑开挖深度范围内分布有第②层粉土，富水性好，透水性强，在水头差的作用下易产生流砂等不良地质现象。
拟建场地浅部地下水属潜水类型，其水位动态变化主要受控于大气降水和地面蒸发，勘察期间实测取土孔内地下水位静止水位埋深在0.90～1.20m，设计计算时地下水位取0.5m。
承压水头在3～11m，其中⑦层顶最浅埋深约为32米。经计算，按承压水头为自然地面以下3米考虑，当基坑开挖深度小于15.0米时，可不考虑承压水对基坑突涌的影响。
场地内土层分布情况及基坑围护设计参数如下表2-1所示：
3
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表2-1土层分布情况及基坑围护设计参数
土层名 ①杂填土 ②粉土 ③淤泥质土 ④粘土① ⑤粘土②
3） 基坑侧壁安全等级及重要性系数 支护结构等级按下表取用
表2-2基坑侧壁安全等级及重要性系数?2?
安全等级 一级 二级 三级
破坏后果
支护结构破坏、土体失稳对基坑周边环境及地下结
构影响很严重
支护结构破坏、土体失稳对基坑周边环境及地下结
构影响很一般
支护结构破坏、土体失稳对基坑周边环境及地下结
构影响很不重
重要性系数?0
1.10 1.00 0.90
3厚度（m） γ(kN/m)
φ(度) 20～26 26～30 21～25 13～17 9.5～12
C(kPa) 7.9～8.4 8.5～10 15～17 16～19 18～20
渗透系数（cm/s）
1.1E-03 1.1E-03 4.0E-06 8.0E-06
2.2～2.5 2.6～3.0 5.5～6.1 6.1～7.2 7.8～8.0
17.6～18.0 18.1～18.6 17.2～18.4 17.6～17.9 18.0～18.2
根据本工程的开挖深度、地质情况及周边环境情况，勘察报告显示基坑安全等级为二级，基坑重要性系数?0?1.0。
2.2基坑支护方案的确定
2.2.1支护结构的常见形式
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表2-3常见支护结构形式?5?
结构形式 适用条件
1.侧壁安全等级为三级2.施工场地满
方坡开挖 足放坡条件3.可独立与其他形式结合
使用4.地下水位高于坡脚时，采取降
水措施
1.侧壁安全等级为二、三级非软土场
土钉墙 地2.基坑深度不大于12m3.地下水位
高于基坑底面时应采取降水措施
1.侧壁安全等级为二、三级的软土场
钢板桩 地，主要用于淤泥质土及粘性土地区
2.地下水位高于基坑底面时应采取降
水措施
1.适用于基坑侧壁安全等级为一、二、
三级2.悬臂式结构在软土场地不宜大
排桩 于5m3.地下水位高于基坑底面时，宜
采用降水、排桩加止水帷幕或地下连
续墙
优点：整体性好，相对变形
小；振动少，噪声低，对临1.侧壁安全等级为一、二、三级2.适近工程结构影响小造价低 用各种地层，可用于市区，开挖深度缺点：单独作围护墙成本高，大 对泥浆处理不当会污染环境
或槽壁坍塌
优点：施工无噪音，对环境
SMW工法
桩 1.侧壁安全等级宜为二、三级2.不用设置止水帷幕3.适用于以粘土和粉细
砂为主的松软地层 影响小，结构强度可靠，防渗性好造价低 缺点：单独使用时基坑挖深
不宜太大 优缺点 优点：施工简便，工期短，造价低 缺点：对土质要求较高、适用基坑深度较小，占用较大的场地 优点：工期短，设备简单，操作方便，工程量小造价低 缺点：稳定性和变形依赖于锚的效果 优点：取材方便，施工便捷，可重复利用 缺点：对环境影响大，刚度小，截面抗弯能力弱 优点：易于扩孔，多桩同时施工，加快进度 缺点：人工成孔劳动强度高，施工条件，如遇流沙有危险 地下连续墙
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工程中常用的基坑支护结构有方坡开挖、土钉墙、水泥土墙、地下连续墙、排桩、逆作拱墙、以及采用以上多种形式相结合。各支护形式的适用条件及优缺点如上表，设计时应根据每种支护形式的特点进行选用。
2.2.2支护方案的确定
结合本设计工程的场地要求、环境特点及安全等级，拟采用以下两种支护形式：
1）双排桩悬臂式支护结构
由于基坑东西两侧场地较小，用其他支护形式难以满足场地要求，故采用双排桩悬臂式支护结构。结构特点：双排桩相当于一个插入土体的刚架，能够靠基坑一下桩前土的被动土压力和刚架插入土中部分的前桩抗压、后桩抗拔所形成的力偶来共同抵抗倾覆力矩。双排桩支护具有较大的侧向刚度，可有效地限制基坑的变形。双排桩支护结构作为空间超静定结构，整体性能优越，使围护结构纵向和横向的整体性都大大提高，从而使基坑的侧向变形和位明显减小。
双排桩悬臂支护结构剖面图如下所示
冠梁连梁
图2-2双排桩支护结构图
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2）桩锚支护结构
基坑南北两侧有充裕的场地，从经济和施工难以程度上考虑可以采用单排桩加单层锚钉支护。支护特点：采用锚杆取代基坑支护内支撑，增强了支护结构的整体性，给支护排桩提供锚拉力，以减小支护排桩的位移与内力，并将基坑的变形控制在允许的范围内。此外还为基坑内部施工提供足够的空间，便于施工。
桩锚支护结构的剖面图如下
冠梁图2-3锚钉支护结构图
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第3章 基坑降水计算
3.1降水的作用、方法和适用范围
3.1.1基坑降水的作用
基坑开挖过程中，如果地下水位过高，如不及时降低水位，不但会使施工条件恶化，造成土壁塌方，亦会影响地基承载力。为避免流砂、管涌、坑底突涌等危害现象的产生，防止坑底土体的坍塌，保证施工安全以及减少基坑开挖对周围环境的影响，当基坑开挖深度内存在饱和软土层和含水层及坑底以下存在承压水时，需要选择合适的方法进行基坑降水和排水。降排水的主要作用有以下几点：
1）防止基坑底面与坡面渗水，保证坑底干燥，便于施工。
2）增加边坡和坑底稳定性，防止边坡或坑底土层颗粒流失，杜绝流砂现象的发生。
3）消除或减少作用在边坡或坑壁围护结构上的静水压力与渗透压力，提高边坡和支护结构的稳定性
4）减少开挖土体的含水量，便于机械挖土、土方外运，从而缩短工期，降低成本。
5）有效提高土体的抗剪强度和基坑稳定性。对于放坡开挖，可以提高边坡稳定性，而对于支护开挖，可增加被动区土压力，减少主动区土体侧压力，从而提高支护体系的整体稳定性和强度保证，减少支护体系的变形和位移。
6）减少承压水头对基坑底板的顶托力，防止坑底突涌危害的产生。
但在降水前，应考虑在降水影响范围内的已有建筑物和构筑物可能产生的附加沉降和位移，从而可能引起的建筑物和构筑物开裂、倾斜和倒塌，或引起地面塌陷，，道路坍塌，必要时应事先采取有效的防护措施，以避免不必要的生命财产安全损失。
3.1.2基坑降水的方法和适用范围
根据《深基坑维护设计与实例解析》（徐长节 尹振宇编著）常用降水方法及适用条件见表3-1
8
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表3-1常用降水方法及适用条件?8?
渗透系数降水深度方法 土类 （m/d） （m）
集水明排 7.0～20.0 ＜5
填土、粉土、粘性单级＜6 真空井点 0.1～20.0 土、砂土 多级＜20 降喷射井点 0.1～20.0 ＜20 水 粉土、砂土、碎石土、管井 1.0～200.0 ＞5 可溶岩、破碎带
粘性土、粉土、砂截水 不限 不限 土、岩溶岩
填土、粉土、砂土、回灌 0.1～200.0 不限 碎石土 水文地质特征 上层滞水或水量不大的潜水 含水丰富的潜水、承压水
3.2基坑涌水量计算
本设计按潜水完整井进行降水计算，降水深度达到基坑下一米，平均降深s0?8.6m，基坑平均潜水含水层厚度H0?10.6m，粉土层和淤泥质土层的渗透系数k=1.0m/d。
由《建筑基坑支护技术规范》，日涌水量计算公式（3-1）如下：
（2H0?s0）?s0Q??k （3-1） ln（1?R/r0）
Q—基坑降水日涌水量（m/d）；
k—坑底土层的渗透系数（m/d）；
H0—潜水含水层厚度（m）；H0?10.6m；
s0—基坑水位降深（m）；s0=8.6m；
R—基坑降水影响半径（m）；按经验公式 3
R?2s0?H0?k （3-2）
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计算；
r0—沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面积的等效圆半径（m）；可按公式（3-3）计算
r0??a?b （3-3） 4
式中a，b为矩形基坑的长和宽，?为系数，按表3-1确定。
表3-1 ?值?1?
b/a 0.05
1.05 0.1 1.08 0.2 1.12 0.3 1.14 0.4 1.16 0.5 1.17 0.6-1.0 1.18 ?
将以上数据代入公式求得
（2?10.6?8.6）?8.6Q?3.14?1.0?=319.9 m3/d ln（1?56.0/29.5）
由《深基坑工程设计施工手册》，日涌水量计算公式（3-4）如下：
（2H0?s0）?s0 （3-4） Q?1.366klgR0?lgr0
R0—井点抽水影响半径（m）；由公式
R0?2r0?2ktH0
m （3-5）
计算确定；
t—时间，自抽水时间算起（2～5昼夜），d；本设计取5d； r0同式（3-1）；
m—土的给水度，按表3-2确定；
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表3-2土的给水度?2?
土类
m 砾卵石 0.30-0.35 粗砂 0.25-0.30 中砂 0.20-0.25 粉砂 0.10-0.15 粉质粘土 0.10-0.15 粘土 0.04-0.07 泥炭 0.02-0.05
将以上参数代入式（3-4）得：
（2?10.6?8.6）?8.6Q?1.366?1.0??855.91m3/d lg43.93?lg29.5
3.3单井出水量计算
根据基坑底土层的渗透系数及参考本地区基坑降水处理方式，本设计采用
管井降水方式，机械成孔，成孔直径300mm。
由《土木工程施工》（宁宝宽主编）基坑工程和基坑排水工程章节，单井
日出水量计算公式（3-6）如下：
q?65?dl3k （3-6）
q—单井日出水能力（m/d）；
d—虑管直径（m）；此次取d=0.30m；
k—坑底土层的渗透系数（m/d）；
l—过滤器进水部分长度（m）；此次取l?1.2m；
将以上参数代入公式（3-6）得： 3
q?65?3.14?0.3?1.23?.0?105.81 m3/d
由《深基坑围护设计与实例解析》，单井日出水量计算公式（3-7）如下：
q?120?rsl3k （3-7）
q，l，k同式（3-6）；
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rs—虑管半径（m）；此次取rs=0.15m；
代入公式（3-7）求得：
q?120?3.14?0.15?1.23?.0?97.67 m3/d
3.4管井数量计算
管井的数量由系统的日涌水量和单根管的日出水量确定，基坑的日涌水量和单管的日出水量已由3.1、3.2小节计算得出，从安全的角度考虑，管井数量的计算采用较保守的数据，即日涌水量取较大值（855.91 m/d），单井出水量采用较小值（97.67 m/d）。这样，可根据式（3-8）来进行计算。
n?1.1?Q （3-8） q33
1.1—安全扩大系数；
将Q，q代入式（3-8）得：
855.91n??9.64根 取n=10根 97.67
3.5管井的平面布置
本次基坑围护设计平面图为45×55的矩形形式，管井的间距为10～50米。井管间距的计算公式（3-9）如下
D?L （3-9） n
D—井管间距（m）；
L—总管长度（m）；L=2×（55+65）m；
n—管井数量（根）；n=10根；
经计算
D?2?（55?65）?24m 10
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管井的平面布置如图3-1所示
待建基坑
图3-1井管平面布置图
3.6井管长度计算
井管的长度计算按公式（3-10）进行计算
L?H?h??h?i?h1?r0??l （3-10）
式中H—基坑的开挖深度，H=8.1；
h—井管露出地面高度，一般取0.2～0.3m，此次h?0.2m； ?h—降水后地下水位至基坑地面的安全距离，一半为0.5-1.0m，此次取?h=1m；
i—降水漏斗曲线水力坡度；环形布置i=1/10；
h1—井点管至基坑顶面边缘距离，一般取0.7～1.2m，h1?1.0m； r0—基坑中心至基坑顶面边缘距离，矩形基坑一般取基坑宽度的一半，则r0=22.5m；
13
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l—滤管长度,一般取1.0～1.7m，此次 l=1.2m 则L=8.1+0.2+1+1/10（1+22.5）+1.2=12.85m。
14
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第4章 止水帷幕设计
4.1止水帷幕的设置原则
1.设置竖向止水帷幕的目的是为了防止地下水从基坑侧面渗入基坑内从而降低基坑土体的稳定性，进而影响工程工期并伴随严重的生命财产安全；
2.在满足基坑施工作业的前提下，止水帷幕可以允许少量地下水渗流进入基坑，或在止水帷幕内侧预留泄露管道减少基坑侧向水压，用明排疏干渗入地下水，这样设置止水帷幕符合经济节约的原则，在加强监控和合理的施工控制下，能达到安全经济的目的；
3.对于桩锚支护，在支护桩间布置竖向帷幕桩以填补支护桩间的空间，既可以阻止地下水的渗流，又可以抵挡部分土压力。
4.2止水帷幕的做法
4.2.1止水帷幕的一般做法及适用条件
1）深层搅拌法水泥土止水帷幕 深层搅拌法水泥土止水帷幕视土层条件可采用一排、两排、或数排水泥搅拌桩相互叠合形成。相邻水泥搅拌桩可搭接
100mm左右。深层搅拌法水泥土止水帷幕适用于粘土、淤泥质土和粉土等地基，当采用单排桩时，搭接宽度不应小于桩长的1.2%～1.5%。
2）高压喷射注浆法水泥土止水帷幕 一般有两种形式：单独形成止水帷幕，采用单排旋喷桩相互搭接形成，或采用摆喷法形成；与排桩共同形成止水帷幕。高压喷射注浆法水泥土止水帷幕适用于粘土、淤泥质土、粉土、砂土及碎石土等地基。
3）素混凝土地下连续墙止水帷幕 常采用冲水成槽，素混凝土地下连续墙壁厚常为200～300mm，素混凝土地下连续墙止水帷幕适用于粘土、粉土以及淤泥质土等。
4.2.2止水帷幕施工方法的确定
止水帷幕的施工方法有很多，但是每一种方法都具有它的适用性和局限性，根据中部平原地区的地层信息情况以及施工经验，并结合本工程基坑特点，本工程采用高压旋喷桩作为防渗止水的形式，布置方式一般为在支护桩施工后，
15
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在每两个支护桩之间设置一根搅喷桩即高压旋喷桩，高压旋喷桩与支护桩互相咬合（咬合部分长度为200mm），形成组合防渗围护墙。
4.3止水帷幕桩长的计算
本工程要求基坑的抗管涌验算设计值大于等于1.5，所以可以根据抗管涌验算公式（4-1）来计算止水桩长。
kg?
????h??2t?? （4-1） ?0??w??h?
kg—抗管涌验算设计值；本工程 kg≥1.5；
γ：—土的有效重度（KN/m3）；此处??=9.0 KN/m3；
?h?—降水水头差（m）；?h?=8.1-0.5+1.0=8.6m；
t?—桩端到坑底水头的垂直距离（m）；t?=L-8.1-1.0；
γ0—基坑壁重要性系数；本工程?0=1.0；
γw—水的重度（KN/m3）；?w=10 KN/m3;
代入上式求得
kg?9.0??8.6?2??L?8.1?1.0??≥1.5 1.0?10?8.6
L≥12.47m 取L=12.5m
止水帷幕桩进入下卧不透水层1.5m，满足落底式帷幕进入下卧不透水层的最小深度要求，即（4-2）式：
l?0.2?h??0.5 （4-2）
l—帷幕进入隔水层的深度（m）；
?h?—基坑内外水头差（m）；
b—帷幕厚度（m）；
代入上式
l=1.5m≥0.2×8.6-0.5×0.8=1.32m
16
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第5章 基坑支护结构设计
5.1基坑北侧支护结构设计
5.1.1土层信息
表5-1基坑北侧土层信息表
土名 杂填土 粉土 淤泥质土 粘土① 粘土②
厚度（m） 天然重度γ（KN/m3） 粘聚力（kPa） 内摩擦角（度）
2.5 3.0 5.5 6.1 8.0
17.6 18.2 18.0 17.5 18.1
8 10 15.6 16 16.2
25 30 22 15.6 12
注：c、φ均为勘察报告所提供的基坑支护设计参数（直剪固结峰值）；
5.1.2土压力系数计算
朗金土压力理论是通过研究弹性半空间体的应力状态，根据土的极限平衡条件而得出的土压力计算方法。主、被动土压力系数计算公式如下
2
Ka?tan（45??） （5-1）
22
Kp?tan（45??） （5-2）
2
?
?
各土层主、被动土压力强度系数计算如下： ①杂填土层
2
Ka1?tan（45??
25?25?2
）?0.41 Kp1?tan（45??）?2.46 22
17
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②粉土层
2Ka2?tan（45??30?30?2)?0.33 Kp2?tan（45??）?3.0 22
22?22?2）?0.47 Kp3?tan（45??）?2.12 22
15.6?15.6?2）?0.58 Kp4?tan（45??）?1.74 22③淤泥质土层 2Ka3?tan（45??④黏土层① 2Ka4?tan（45??
5.1.3道路荷载对基坑北侧土层的附加应力
道路按一级公路均布荷载取值，即q0?10.5KN/m，道路宽度14m，距离基坑边沿13～15m，根据《土力学与基础工程》第三版（赵明华主编），用角点法通过查表查得均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数?，然后代入公式（5-3）计算出对各层土体的附加应力。
???q0 （5-3）
z1?0m ?1?0.250 ?1?0.250?10.5?2.625kPa z2?2.5m ?2?0.249 ?2?0.249?10.5?2.615kPa z3?5.5m ?3?0.244 ?3?0.244?10.5?2.56k2Pa z4?8.1m ?4?0.238 ?4?0.238?10.5?2.499kPa z5?11m ?5?0.22 1 ?5?0.221?10.5?2.321kPa
8Pa z6?14.9m ?6?0.196 ?6?0.196?10.5?2.05k
5.1.4主动土压力强度计算
18
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根据朗金主动土压力强度计算公式（5-4）计算各层土控制深度处的主动土压力强度。其中第①，②层土采用水土分算，用有效重度??代替相应的天然重度。?????10；
?a?Ka??ihi?2cKa （5-4）
?i—第i层土的天然重度KN/m3
hi—第i层土的厚度（m）
①杂填土层
?h0Ka1?2c1Ka1??2?8?0.41??10.245kPa z=0m ?a01??1
1?h1Ka1?2c1Ka1 z=2.5m ?a1??1
?（17.6?0.5?7.6?2）?0.41?2?8?0.41
??0.405kPa
第①层土下的水压力强度?w1为
?w1??w?h?10.0?2.0?20kPa
②粉土层
1?h1Ka2?2c2Ka2 z =2.5m ?a2??1
?（17.6?0.5?7.6?2)?0.33?2?10?0.33
??3.569kPa
2?h1??2?h2）Ka2?2c2Ka2 z =5.5m ?a2?（?1
?（17.6?0.5?7.6?2?8.2?3）?0.33?2?10?0.33
?4.594kPa
第②层土下的水压力强度?w2为
?w2??w?h??10.0?5?50kPa
③淤泥质土层
19
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1?h1??2?h2）Ka3?2c3Ka3 z =5.5m ?a3?（?1
?（17.6?0.5?7.6?2?8.2?3）?0.47?2?15.6?.47
?1.452kPa
2?h1??2?h2??3h）Ka3?2c3Ka3 z =8.1m ?a3?（?1
?（17.6?0.5?7.6?2?8.2?3?18?2.6）?0.47?2?15.6?0.47
?23.44k8Pa 3?h1??2?h2??3h3）Ka3?2c3Ka3 z =11m ?a3?（?1
?（17.6?0.5?7.6?2?8.2?3?18?5.5）?0.47?2?15.6?.47
kPa ?47.982
④粘土层①
1?h1??2?h2??3h3）Ka4?2c4Ka4 z =11m ?a4?（?1
?(17.6?0.5?7.6?2?8.2?3??18?5.5）?0.58?2?16?0.58
?61.238kPa
2?h1??2?h2??3h3??4h）Ka4?2c4Ka4 z =14.9m ?a4?（?1
?(17.6?0.5?7.6?2?8.2?3?18?5.5?17.5?3.9)?0.58?2?16?.58?100.823kPa
5.1.5坑底被动土压力强度计算
③淤泥质土层
2z =8.1m ?p3?2c3Kp3?2?15.6?2.12?45.428kPa
2??3hKp3?2c3Kp3 z =11m ?p3
?18?2.9?2.12?2?15.6?2.12
.092kPa ?156
④粘土层①
1??3hKp4?2c4Kp4 z =11m ?p4
20
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?18?2.9?1.74?2?16?.74
?133.039kPa
z =14.9m ?2
p4?（?3h??4h?）Kp4?2c4Kp4
?（18?2.9?17.5?3.9）?1.74?2?16?.74 ?251.179kPa
5.1.6考虑道路荷载影响的主动土压力强度计算
道路荷载对各层土的主动土压力强度按公式（5-5）进行计算
?a??ai??wi??iKai
?a—考虑道路荷载和水压力强度后的主动土压力强度（kPa）；?wi—第i层土下的水压力强度（kPa）；
?ai—不考虑道路荷载时的第i层土的主动土压力强度（kPa）；?i—道路荷载对第i层土的附加应力（kPa）；
z=0m ?0
a1??10.245?2.625?0.41??9.16k9P a
z=2.5m ?1
a1??0.405?20?2.615?0.41?20.667kPa
?1
a2??3.569?20?2.615?0.33?17.29k4P a
z=5.5m ?2
a2?4.549?50?2.562?0.33?55.394kP a
?1
a3?1.452?50?2.562?0.47?52.656kPa
z=8.1m ?2
a3?23.448?50?2.499?0.47?74.62k3P a
z=11m ?3
a3?47.982?50?2.321?0.47?99.073kPa
?1
a4?61.238?50?2.321?0.58?112.584kPa
z=14.9m ?2
a4?100.823?50?2.058?0.58?15.201k7P a
21 5-5） （
沈阳工业大学本科生毕业设计
5.1.7坑底以下净土压力强度计算
净土压力强度即为被动土压力强度和主动土压力强度的差值。
z=8.1m ???45.428?74.623??29.195kPa
z=11m ??1?156.092?99.073?57.019kPa
??2?133.039?112.584?20.45k5P a
z=14.9m ???251.179?152.017?99.162kPa
净土压力强度分布图如下
9.169kPa
2.5m20.667kPa
17.294kPa
55.394kPa
52.656kPa
74.623kPa
29.195kPa
11m5.5m8.1m57.019kPa
20.455kPa
99.162kPa14.9m
图5-1基坑北侧净土压力强度分布图
5.1.8支护桩的嵌入深度、水平支锚力和最大弯矩的计算
工程上一般采用等值梁法来计算单支点桩支护结构，等值梁法的基本原理如图4-2所示。一根一端固定另一端简支的梁［图5-2（a）］，弯矩的反弯点在b点，该点弯矩为零［图5-2（b）］。如果在b点切开，并规定b点位左端梁的
22
沈阳工业大学本科生毕业设计
简支点，这样在ab段内的弯矩保持不变，由此，简支梁ab段称之为图a中ac梁ab段的等值梁。
(a)c(b)b（c b 图5-2等值梁法基本原理图?4?
等值梁法应用于单支点桩计算，计算简图如图5-3所示，计算步骤如下： ①确定正负弯矩反弯点的位置。实测结果表明净土压力为零点的位置与弯矩零点位置很接近，因此，可假定反弯点就在净土压力为零点处，即为图5-3中的O点。它距基坑底面的距离u根据作用于墙前后侧土压力为零点的条件求出。
②由等值梁AO根据平衡方程计算支点反力Ra和O点剪力Q0：
RaE（h?u?h）? （5-6） ?a
h?u?h0
aQ0??E（h?h0） （5-7） h?u?h0
23
沈阳工业大学本科生毕业设计
③取桩下段OC为隔离体，取?Mc?0，可求出有效嵌固深度t
t?
6Q0
（5-8）
?（mKp?Ka)Sh
而桩在基坑底以下的最小插入深度tc按式（5-9）确定。
tc?u?1.2t （5-9）
Q0
(a)
图5-3等值梁法简化计算［4］
(b)
④由等值梁法求算最大弯矩Mmax。由于作用在桩上的力均已求得，所以很方便求出。
计算支护深度范围内土层的加权平均重度?m，粘聚力cm及内摩擦角?m
?m?
rh
hi
ii
?
2.5?17.6?3?18.2?5.5?18?3.9?17.5
?17.84kNm3
14.9
24
沈阳工业大学本科生毕业设计 cmch??hiii?2.5?8.0?3?10.0?5.5?15.6?3.9?16.0?13.30kPa 14.9
2.5?25??3?30??5.5?22??3.9?15.6??22.44? 14.9
2?m?h?hiii?22.44?
)?0.45 主动土压力系数：Ka?tan(45??)?tan(45?22?2
?22.44?2245??）?tan（45??）?2.23 被动土压力系数：Kp?tan（22
从净土压力强度分布图可以看出，桩后基坑底面处主动土压力强度
?a3?74.623kPa
净土压力零点离基坑底距离
u?74.623??2.35m ?（（2.23?0.45）mKp?Ka）17.84??a3
桩后净土压力
111E??1.73?20.667??（17.294?55.394）?3??（52.656?74.623）?2.6?222
1??2.35?29.195?326.676KN 2
净土压力作用点离地面的距离
121?20.667?1.73?（?1.73?0.77）?17.294?3.0?（1.5?2.5）??232
21（55.394?17.294）?3.0?（?3?2.5）?52.656?2.6?（1.3?5.5）??32
211（74.623?52.656）?2.6?（?2.6?5.5）??29.195?2.35?（?2.35?8.1）ha?326.676
=5.94m
支点水平锚固拉力
RaE（h?u?h）326.676?（8.1?2.35?5.94）????185.32KN a
h?u?h08.1?2.35?2.5
25
沈阳工业大学本科生毕业设计
式中h0为锚固点离地面距离（m）；
土压力零点（即弯矩为零点）剪力
Q0E（h???h0）326.676?（5.94?2.5）??141.35KN h?u?h08.1?2.35?2.5a
桩的有效嵌固深度
t?6Q06?141.35??4.09m ?（K?K)S17.84?(2.23?0.45)?1.6mpah
式中Sh为支点水平间距（m）；
支护桩的最小长度
l?h?u?1.2t?8.1?2.35?1.2?4.09?15.36m
求剪力为零点离地面距离hq，由
12Ra??hqKaSh?q0KahqSh?0 2
得
hq?1
?m??q02?q0?2?mRa（/KaSh） ?
1?2?17.84?185.32（/0.45?1.6） 17.84
?5.37m
最大弯矩 ?
Mmax?R（?ahq?h0）112?mh3KS?q0hqKaSh qah62
1?185.32?（5.37?2.5）??17.84?5.373?0.45?1.6 6
?200.5KN?m
5.1.9锚杆长度计算
根据《建筑基坑支护技术规程JGJ 120－1999》，支点水平锚固拉力计算值按以下公式转化成设计值
Ta?1.25?0Ra （5-10）
26
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Ta—支点水平锚固力的设计值；
γ0—建筑基坑侧壁重要性系数，本基坑按二级取值为1.0；
Ra—支点水平锚固力计算值，见上节；
计算求得
Ta?1.25?1.0?185.32?231.65KN
锚杆轴向受拉承载力设计值
T231.65Nu?a??239.82KN cos?cos15?
由上述规程可知，锚固段的长度可由公式（5-11）计算出：
Nu?
??d??qsili （5-11） ?s
式中Nu—锚杆轴向受拉承载力设计值；
?s—锚杆（索）轴向受拉抗力分项系数，可取1.3；
li—第i层土中直孔部分锚固段长度；
d—锚固体直径，本设计 d为200mm；
qsik—土体与锚固体的摩阻力标准值，应根据当地经验取值；当无经验时可按表中查得。本设计锚索的锚固段应在粉土和淤泥质土中，所以查表得qsik在40kPa～60kPa之间，本设计取45kPa；
经计算，锚固段长度为11.0m。
自由段的长度可由下面公式算出：
?1????lf?lt?sin?45???k?/sin?45??k??? （5-12） 2?2???
式中lf—自由段长度；
lt—锚杆锚头中点至基坑底面以下基坑外侧荷载标准值与基坑内侧抗力标准值相等处的距离，本设计取8.0m；
27
沈阳工业大学本科生毕业设计
φk—土体各土层厚度加权内摩擦角标准值，经计算为15.2°；
θk—锚杆倾角，本设计为15°
经计算，自由段长度为5.26m，由规范规定，取自由端长度为5.5m。 由此可知，锚杆长度为5.5+11.0=16.5m
5.1.10围护桩的配筋计算
按照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2011)进行圆截面灌注桩配筋计算。支护桩所能承受的最大弯矩按公式（5-13）计算。
M?sin??t?sin??233fcrsin???fyAsrs （5-13） 3?
M—支护桩能承受的最大弯矩（KN/m）；
fc—混凝土抗压强度设计值（KN）；
r—支护桩圆截面半径（m）；
fy—钢筋强度设计值（N/mm2）；
As—全部纵向钢筋截面面积（mm2）；
rs—纵向钢筋重心所在圆周半径（m）；
α—对应于受压区混凝土截面面积圆心角与2π的比值；其计算公式为 ??1?0.75b?(1?0.75b)2?0.5?0.625b；
； b?fyAs（/fcA）
αt—纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值；其中，当α＞0.625时，?t=0；否则?t?1.25?2?；
（注：本公式不适用于截面内纵向钢筋小于6根的情况）；
本工段支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1200mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值fc=14.3N/mm2），保护层厚度50mm，纵筋采用12φ20HRB335级钢筋（强度设计值fy=300 N/mm2），螺旋箍筋采用φ12@200 HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。
As?12?314.2?3770.4mm2
b?300?3770.4?0.157214.3?（3.14?400)
28
沈阳工业大学本科生毕业设计 ??1?0.75?0.157?(1?0.75?0.157)2?0.5?0.625?0.157?0.311＜0.625 ?t?1.25?2?0.311?0.628
sin???0.828
sin??t?0.920
M?20.828?0.9203?14.3?（400?0.828）?300?350?3770.4??567.38KN?m33.14
＞1.25?1.0?0.85?Mmax?1.25?1.0?0.85?200.5?213.04KN?m
1.25—荷载分项系数；
1.0—基坑重要性系数；
0.85—弯矩折减系数；
故满足承载力要求。
截面配筋率
A3770.4??s?100%??100%?0.8%＞?min?0.4% 2A3.14?400
故满足最小配筋率要求
《地基基础规范》（2012）规定灌注桩的最小配筋率不小于0.2%～0.65%。
5.1.11基坑稳定性验算
在基坑开挖过程中，地基的应力场和形变场发生变化，这可能导致基坑的失稳。为避免工程事故的发生，在进行基坑支护设计时，需要验算基坑稳定性，目的是对于给定的支护结构形式设计出合理的嵌固深度，或判断已拟定支护结构的设计是否稳定和合理。在施工过程中，必要时及时采取适当的加强防范措施，使基坑的安全度具有一定的保证。
对有支护的基坑全面地进行基坑稳定性分析和验算，是基坑工程设计的重要环节之一。目前，对基坑稳定性验算的内容主要包括验算支护结构整体稳定性、抗倾覆稳定性、踢脚稳定性、坑底抗隆起稳定性和基坑抗渗流稳定性。
1）整体稳定性验算
基坑支护体系整体稳定性验算的目的就是要防止支护结构与周围土体整体滑动失稳破坏，其计算方法是采用圆弧滑动面简单条分发，按总应力法计算。
29
沈阳工业大学本科生毕业设计
取单位宽度分析，支护结构整体稳定性安全系数应满足式（5-14）；
Ks?
（qb?W）cos?tan?cL?（qb?W）sin?ii0iii0iiii （5-14）
式中Ks—圆弧滑动整体稳定性安全系数，安全等级为一级、二级、三级的锚拉式支挡结构，Ks分别不应小于1.35、1.30、1.25；本基坑等级为二级，故Ks不应小于1.30；
ci—第i土条底面上的粘聚力（kPa）；
φi—第i土条底面上的内摩擦角（°）；
Li—第i土条底面面积（m2）；
bi—第i土条的宽度（m）；
Wi—第i土条重力，按上覆土层的饱和容积密度计算；
θi—第i土条底面倾角（°）；
上式中安全系数Ks应通过若干滑动面试算后取最小值。用理正深基坑软件模拟计算，计算简图如5-4，,条分法中的土条宽度为0.40m。当有软弱土夹层、倾斜基岩面等情况时，宜用非圆弧滑动面进行计算。
滑裂面数据如下：
圆弧半径(m)R=16.756
圆心坐标X(m)X=-0.862
圆心坐标Y(m)Y=9.873
计算出整体稳定安全系数Ks=1.763＞1.30
故本段设计的支护结构满足整体稳定性要求。
30
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图5-4整体稳定性验算简图
2）抗倾覆稳定性验算
根据《简明深基坑工程设计施工手册》，对于内支撑或锚拉支护体系，在水平荷载作用下，基坑土体有可能在支护结构底部因产生踢脚破坏而出现不稳定现象。对于单支点结构 ，踢脚破坏产生于以支点处为转动点的失稳，多层支点结构则可能绕最下支点转动而产生踢脚失稳。计算模型如图5-5所示。
抗倾覆稳定性可按式（5-15）进行验算
KT?
MpMa （5-15）
式中：KT—抗倾覆稳定性安全系数，根据基坑重要性等级，一级基坑取1.5，二级基坑取1.2，三级基坑取1.0；本基坑等级为二级，故KT应不小于1.2；
Mp—基坑内侧被动土压力对最下层支点处的力矩（KN·m）；
Ma—最下层支点以下外侧压力对最下层支点点的力矩（KN·m）；
31
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q0最下层支点
Ea
Ep
图5-5踢脚计算简图?7?
施工过程中，各工况验算结果如下
工况1：
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 锚杆 0.000
Ks=7.541>1.2,满足规范要求。
工况2：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 锚杆
254.469 236.160 Ks= 9.117>1.2，满足规范要求。
32 0.000
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工况3：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 锚杆 254.469 236.160
Ks=1.498>1.2,满足规范要求。
安全系数最小的工况号：工况3；
最小安全Ks=1.498>1.2,满足规范要求。
由以上验算过程，本段支护结构满足抗倾覆稳定性要求。
图5-6普朗特尔和太沙基隆起滑动线形图
3）抗隆起验算
将墙底面的平面作为求极限平衡的基准面，参照普朗特尔和太沙基的地基承载力公式，其滑动线形状如图5-6所示。
33
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《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部)采用下式进行抗隆起安全系数验算
KL?
?DNq?cNc?（H?D）?q （5-16）
式中γ—土的重度（KN/m3）；
c—土的粘聚力（kPa）；
q—地面荷载（KN/m）；
Nq、Nc—地基承载力系数；
采用普朗特尔（Prandtl）公式时，Nq、Nc按下式计算，此时要求KL?1.1～
1.2.
2Nq?tan（45???
2）?e?tan? （5-17a）
Nc?（Nq?1）?1 （5-17b） tan?
计算结果为
11.537?）?e3.141?tan11.537??2.8482
1Nc?（2.848?1）??9.055tan11.537?
17.713?6.800?2.848?42.80?9.055KL??2.701＞1.1 17.713?（8.100?6.800）?5.2502Nq?tan（45??
满足规范要求。
采用太沙基（Terzaghi）公式时，安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部)，此时要求KL?1.15～1.25。
安全系数计算公式如式（5-16）；NC、Nq计算公式如下
34
沈阳工业大学本科生毕业设计 2?3???tan???1?e42Nq?? （5-18a） ?2??cos（45??）2??
Nc?（Nq?1）?1 （5-18b） tan?
计算结果如下
2?3?3.142?11.537?tan11.537??2?1?e4Nq????3.139 11.537?2?cos（45???）2??
1?10.480 tan11.537?
17.713?6.800?3.139?42.80?10.480KL??3.056＞1.15 17.713?（8.100?6.800）?5.250Nc?（3.139?1）?
满足规范要求。
4）隆起量的计算
基坑的隆起量按下式进行计算，如果结果为负值，按0处理。
?8751nD?0.5?0.54 （5-19） ?????ihi?q）?125（）?6.73?c?0.04（tan?）36i?1H
式中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；
γi—第i层土的重度，地下水位以上取土的天然重度，地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3)；
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)；
35
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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)；
r—桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3)；
计算得
?87516.8?0.5?0.54?
???（145.4?5.3）?125?（）?6.73?17.8?32?0.04（tan12.4?）?38mm368.1
图5-7基坑抗管涌验算简图
5）抗管涌验算
由于基坑内外存在水位差，容易导致基坑外的地下水绕过止水帷幕下端向基坑内渗流，这种渗流产生的动水压力在墙背后向下作用，而在墙前则向上作
36
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用，当动水压力大于土的水下重度时，土颗粒就会随水流向上喷涌。在软粘土地基中渗流力往往使地基产生突发性的泥流涌出，从而出现管涌现象。
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99），抗管涌验算公式为
KG?(h??2D）?? （5-20） ?0h??w
式中KG—抗管涌安全性系数；规范要求不小于1.5；
h?—基坑外侧地下水位至基坑底的距离（m）；
D—支护结构嵌入深度（m）；
γ—如图5-7所示，基坑内侧D范围内土的加权平均重度（kN/m），水位以上取自然重度，水位以下取有效重度；
γ0—工程重要性系数，本基坑取1.0；
γw—地下水的重度（kN/m）；
计算结果为 3：3
KG?2.562＞1.5故满足规范要求。
6）嵌固稳定性验算
表5-2嵌固深度计算参数
嵌固深度系数
1.2
按《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-99，单支点结构计算支点力和嵌固深度设计值hd
（1）按ea1k=ep1k，确定出支护结构弯矩零点hc1=0.318
（2）支点力Tc1可按下式计算： 抗渗嵌固系数 1.2
Tcl?
hal?Eac?hpl?EpchTl?hcl （5-21）
37
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hT1 =5.600m 计算得
Tc1 =139.491kN 按公式（5-22）计算hd
hp?Epj?Tc1（hT1?hd）???0ha?Eai?0 （5-22）
其中β=1.200 ，γ0=1.000
hp =2.570m，∑Epj =1080.901kPa ha =6.245m，∑Eai =599.823kPa
得到hd?6.768m，采用值为6.800m，满足稳定性要求。
5.2基坑南侧支护结构设计
5.2.1土层信息
表5-3基坑南侧土层信息表
土名 杂填土 粉土 淤泥质土 粘土① 粘土②
厚度（m） 天然重度γ（KN/m3） 粘聚力（kPa） 内摩擦角（度）
2.4 2.8 5.8 5.6 7.8
17.8 18.1 17.2 17.6 18.0
7.6 8.5 15 17 18
26 30 21 15.4 16
注：c、φ均为勘察报告所提供的基坑支护设计参数（直剪固结峰值）；
5.2.2土压力系数计算
各土层主、被动土压力系数计算如下
38
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①杂填土层
2Ka1?tan（45??26?26?2）?0.39 Kp1?tan（45??）?2.56 22
30?30?2)?0.33 Kp2?tan（45??）?3.0 22
21?21?2）?0.47 Kp3?tan（45??）?2.12 22
15.6?15.6?2）?0.58 Kp4?tan（45??）?1.74 22②粉土层 2Ka2?tan（45??③淤泥质土层 2Ka3?tan（45??④黏土层① 2Ka4?tan（45??
5.2.3已有建筑物荷载对基坑南侧桩后土体的附加应力
楼房等建筑物局部超载取值为15~20kPa每层，具体取值可根据建筑物的密集程度和建筑物功能具体分析。由于本基坑周边建筑密集程度偏低，建筑为住宅楼，因此本工程超载标准值可按15kPa每层计算。
则q0?15?50?750KN/m，距离基坑边沿18m，根据《土力学与基础工程》第三版（赵明华主编），用角点法通过查表查得均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数?，然后根据公式（5-3）计算出对各层土体的附加应力。
z1?0m ?1?0kPa
z2?2.4m ?2?0.3kPa
z3?5.2m ?3?3.75kPa
z4?8.1m ??6.68kPa 4
z5?11m ??13.5kPa 5
z6?15.1m ?6?28.5kPa
5.2.4主动土压力强度计算
根据公式（5-4）进行计算
39
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①杂填土层
?h0Ka1?2c1Ka1??2?7.6?0.39??9.492kPa z=0m ?a01??1
1?h1Ka1?2c1Ka1 z=2.4m ?a1??1
?（17.8?0.5?7.?1.9）?0.39?2?7.6?0.39
1Pa ??0.24k
第①层土下的水压力强度?w1为
?w1??w?h?10.0?1.9?19kPa
②粉土层
1?h1Ka2?2c2Ka2 z =2.4m ?a2??1
?（17.8?0.5?7.8?1.9)?0.33?2?8.5?0.33 ??1.938kPa
2?h1??2?h2）Ka2?2c2Ka2 z =5.2m ?a2?（?1
?（17.8?0.5?7.8?1.9?8.1?2.8）?0.33?2?8.5?0.33 ?5.546kPa
第②层土下的水压力强度?w2为
?w2??w?h??10.0?4.7?47kPa
③淤泥质土层
1?h1??2?h2）Ka3?2c3Ka3 z =5.2m ?a3?（?1
?（17.8?0.5?7.?1.9?8.1?2.8）?0.47?2?15?0.47
1Pa ?1.24k
2?h1??2?h2??3h）Ka3?2c3Ka3 z =8.1m ?a3?（?1
?（17.8?0.5?7.8?1.9?8.1?2.8?17.2?2.9）?0.47?2?15?.47
kPa ?24.685
40
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3?h1??2?h2??3h3）Ka3?2c3Ka3 z =11m ?a3 ?（?1
（17.8?0.5?7.8?1.9?8.1?2.8?17.2?5.8）?0.47?2?15?0.47 ? ?48.12k8Pa
④粘土层①
1?h1??2?h2??3h3）Ka4?2c4Ka4 z =11m ?a4?（?1
?(17.8?0.5?7.8?1.9?8.1?2.8??17.2?5.8）?0.58?2?17?0.58 ?58.879kPa
z =15.1m
2?h1??2?h2??3h3??4h）Ka4?2c4Ka4?a4?（?1
?(17.8?0.5?7.8?1.9?8.1?2.8?17.2?5.8?17.6?4.1)?0.58?2?17?0.58?100.732kPa
5.2.5坑底被动土压力强度计算
③淤泥质土层
2z =8.1m ?p3?2c3Kp3?2?15?2.12?43.681kPa
2??3hKp3?2c3Kp3 z =11m ?p3
?17.2?2.9?2.12?2?15?2.12
?149.427kPa
④粘土层①
1??3hKp4?2c4Kp4 z =11m ?p4
?17.2?2.9?1.74?2?18?.74
.278kPa ?134
2?（?3h??4h?）Kp4?2c4Kp4 z =15.1m ?p4
?（17.2?2.9?17.6?4.1）?1.74?2?18?.74
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?259.837kPa
5.2.6考虑建筑物荷载影响的主动土压力强度计算
建筑物荷载对各层土的主动土压力强度仍按公式（5-5）进行计算，仅把道路和在改为建筑物荷载。
0z=0m ?a1 ??9.492?0?-9.492kPa
1z=2.4m ?a1??0.241?19?0.3?0.39?18.876kPa
1 ?a2??1.938?19?0.3?0.33?17.161kP a
2z=5.2m ?a2?5.546?47?3.75?0.33?53.784kPa
1 ?a3 ?1.241?47?3.75?0.47?50.004kPa
2z=8.1m ?a3?24.685?47?6.68?0.47?74.825kPa
3z=11m ?a3 ?48.128?47?13.5?0.47?101.473Pa
1 ?a4?58.879?47?13.5?0.58?11.370k9P a
2z=15.1m ?a4?100.732?47?28.5?0.58?164.262kPa
5.2.7坑底以下净土压力强度计算 9.492kPa
18.876kPa 2.4m17.161kPaz=8.1m ???43.681?74.825??31.144kPa 53.784kPa5.2m50.004kPa
74.825kPa
31.144kPa8.1mz=11m ??1?149.427?101.473?47.954kPa
20.569kPa ??2?134.278?113.709?20.z=15.1m ???259.837?164.262净土压力强度分布图如下
95.575kPa11m15.1m
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9.492kPa
2.4m18.876kPa
17.161kPa
53.784kPa
50.004kPa
74.825kPa
31.144kPa
11m5.2m8.1m47.954kPa
20.569kPa
95.575kPa15.1m
图5-8基坑南侧净土压力强度分布图
5.2.8支护桩的嵌入深度、水平支锚力和最大弯矩的计算
同样用等值梁法进行计算，计算公式见（5-6）～（5-9）。 计算支护深度范围内土层的加权平均重度?m，粘聚力cm及内摩擦角?m ?m??rhii
hi
ii?2.4?17.8?2.8?18.1?5.8?17.2?4.1?17.6?17.57kNm3 15.12.4?7.6?2.8?8.5?5.8?15?4.1?17.0?13.16kPa15.1
2.4?26??2.8?30??5.8?21??4.1?15.4??21.94? 15.12cmch??hi??m?h??iihi?21.94?
)?0.46 主动土压力系数：Ka?tan(45??)?tan(45?22?2
245??被动土压力系数：Kp?tan（?
22）?tan（45??21.94?）?2.19 2
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从净土压力强度分布图可以看出，桩后基坑底面处主动土压力强度
?a3?74.825kPa
净土压力零点离基坑底距离
u?74.825??2.46m?（（2.19?0.46）mKp?Ka）17.57??a3
桩后净土压力
111（17.161?53.784）?2.8??（50.004?74.825）?2.9?E?2?1.6?18.876?2?2
1??2.46?31.144?333.733KN 2
净土压力作用点离地面的距离
121?18.876?1.6?（?1.6?0.8）?17.161?2.8?（1.4?2.4）??（53.784?17.161）232
21?2.8?（?2.8?2.4）?50.004?2.9?（1.45?5.2）??（74.825?50.004）?2.9?32
211（?2.9?5.2）??31.144?2.46?（?2.46?8.1）ha?333.733
=5.97m
支点水平锚固拉力
Ra?（8.1?2.46?5.97）?E（h?u?h）?333.733??190.054KN a
h?u?h08.1?2.46?2.5
式中h0为锚固点离地面距离（m）；
土压力零点（即弯矩为零点）剪力
Q0E（h???h0）333.733?（5.97?2.5）??143.679KNh?u?h08.1?2.46?2.5 a
桩的有效嵌固深度
t?6Q06?143.679??4.21m ?（17.57?(2.19?0.46)?1.6mKp?Ka)Sh
式中Sh为支点水平间距（m）；
44
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支护桩的最小长度
l?h?u?1.2t?8.1?2.46?1.2?4.21?15.61m
求剪力为零点离地面距离hq，由
12Ra??hqKaSh?q0KahqSh?0 2
得
hq?1
?m??q02?q0?2?mRa（/KaSh） ?
1?2?17.57?190.054（/0.46?1.6） 17.57
?5.42m
最大弯矩 ?
Mmax?R（?ahq?h0）112?mh3KS?q0hqKaSh qah62
1?190.054?（5.42?2.5）??17.57?5.423?0.46?1.6 6
?211.8KN?m
5.2.9锚杆长度计算
根据《建筑基坑支护技术规程JGJ 120－1999》，支点水平锚固拉力计算值按以下公式转化成设计值
Ta?1.25?1.0?190.054?237.57KN
锚杆轴向受拉承载力设计值
T237.57Nu?a??245.95KN cos?cos15?
由上述规程可知，锚固段的长度可由公式5-11计算出：
Nu?
li???d??qsili ?s245.95?1.3?11.3m 3.14?0.2?45
自由段的长度按公式5-12计算得：
45
沈阳工业大学本科生毕业设计 119.6?????lf?8.0?sin?45???19.6??/sin?45???15???4.9m22????
经计算，自由段长度为4.91m，由规范规定，取自由端长度为5.0m。 由此可知，锚杆长度为5.0+11.3=16.3m
5.2.10围护桩的配筋计算
按照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2011) 进行圆截面灌注桩配筋计算。支护桩所能承受的最大弯矩按公式5-13计算。
本工段支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1200mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值fc=14.3N/mm2）保护层厚度50mm，纵筋采用12φ20HRB335级钢筋（强度设计值fy=300 N/mm2），螺旋箍筋采用φ12@200 HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150.，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。
As?12?314.2?3770.4mm2
b?300?3770.4?0.15714.3?（3.14?4002)
??1?0.75?0.157?(1?0.75?0.157)2?0.5?0.625?0.157?0.311＜0.625 ?t?1.25?2?0.311?0.628
sin???0.828 sin??t?0.920
M?20.828?0.9203?14.3?（400?0.828）?300?350?3770.4??567.38KN?m33.14
＞1.25?1.2?0.85?Mmax?1.25?1.0?0.85?211.8?180.03KN?m
故满足承载力要求。
截面配筋率
A3770.4??s?100%??100%?0.8%＞?min?0.4% 2A3.14?400
故满足最小配筋率要求
5.2.11基坑稳定性验算
46
沈阳工业大学本科生毕业设计
1）整体稳定性验算
基坑支护体系整体稳定性验算按式（5-14） 滑裂面数据
圆弧半径(m)R=20.887
圆心坐标X(m)X=9.296
圆心坐标Y(m)Y=12.081
计算出整体稳定安全系数Ks=1.611＞1.30
故本段设计的支护结构满足整体稳定性要求。
图5-9整体稳定性验算简图
2）抗倾覆稳定性验算
抗倾覆稳定性可按式（5-15）进行验算 施工过程中，各工况验算结果如下
工况1：
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 锚杆 0.000 0.000
47
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Ks = 7.150 >1.2, 满足规范要求。
工况2：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 锚杆 254.469 235.714
Ks = 8.687 >1.2, 满足规范要求。
工况3：
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 锚杆 254.469 235.714
Ks =1.465>1.2,满足规范要求。
安全系数最小的工况号：工况3；
最小安全Ks = 1.465 >1.2, 满足规范要求。
由以上验算过程，本段支护结构满足抗倾覆稳定性要求。
3）抗隆起验算
将墙底面的平面作为求极限平衡的基准面，参照普朗特尔和太沙基的地基承载力公式，其滑动线形状如图5-10所示。
普朗特尔公式计算
17.434?7.000?2.843?43.258?9.045KL??1.298＞1.1 17.571?（8.100?7.000）?302.980
满足规范要求。
太沙基公式计算
17.434?7.000?3.132?43.258?10.467KL??1.469＞1.15 17.571?（8.100?7.000）?302.980
满足规范要求。
48
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图5-10普朗特尔和太沙基隆起滑动线形图
4）隆起量的计算
基坑的隆起量按式（5-19）进行计算，如果结果为负值，按0处理。
计算得
?87517.0?0.5?0.54????（143.3?303.0）?125?（）?6.37?17.6?32?0.04（tan12.4?）?0mm368.1
5）抗管涌验算
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99），按公式（5-20）进行抗管涌验算。
计算结果为
KG?2.519＞1.5
故满足规范要求。
计算简图如5-11
49
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图5-11基坑抗管涌验算简图
6）嵌固稳定性验算
表5-5 嵌固深度计算参数
嵌固深度系数
1.2
按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99，单支点结构计算支点力和嵌固深度设计值hd
（1）按ea1k=ep1k确定出支护结构弯矩零点hc1=0.468
（2）支点力Tc1可按式（5-21）计算：
hT1 =5.600m 抗渗嵌固系数 1.2
50
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计算得
Tc1 =145.024kN
按公式（5-22）计算hd
其中β=1.200，γ0=1.000
hp =2.625m，∑Epj =1116.258kPa
ha =6.460m，∑Eai=612.422 kPa
得到hd?7.018m，采用值为7.000m，满足稳定性要求。
5.3基坑东侧支护结构设计
5.3.1双排桩支护的简化计算模型
1）滑动土体重量比例系数的计算
其基本原理是将破裂面内的土体面积按处于双排桩内外分成两部分S1、S2，将这两部分土体分别分配到前后桩上。设分配系数为?，则
??
S1 （5-23） S1?S2
图5-12土体重量分配原理图?9?
51
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原理图如5-12所示。
由上图可知
L0?H?tan（45???/2）
2）假设桩长为Z，则对应的坑底土压力强度q1为
q1?eak?h （5-24） Z
eak—坑底处主动土压力强度(kPa)；
h—基坑挖深（m）；
Z—桩嵌固点所在深度（m）；
φ—挖深范围内土的加权平均内摩擦角（°）；
然后根据桩心距将坑底土压力强度q1转化为线荷载q2，按之前计算出的分配比例系数?将线荷载q2分配给前后桩，这样，基本结构就变成两个悬臂梁，考虑横梁的刚度很大，只有横向的水平位移，根据前后桩位移相等的条件可得出桩顶部的多余未知力Q、M
Q前?3Zq前?q后） （5-25a） 40
3ZQ前??q前?q后） （5-25b） 40
M前?q前?Z2243Z2?q前?q后） （5-26a） 80
M前?q前?Z2243Z2?q前?q后） （5-26b） 80
52
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5.3.2土层信息
表5-6基坑东侧土层信息表
土名
杂填土
粉土
淤泥质土
粘土①
粘土②
5.3.3主动土压力强度计算
基坑挖深8.1m，支护桩桩径800mm，桩排距4m，桩心距1.5m。开挖深度范围内土体的加权平均重度γ、粘聚力c、内摩擦角φ
2.3?18.0?2.6?18.6?3.2?18.0???18.2KN/m3 8.1
2.3?8.4?2.6?10?3.2?16.5c??12.1kPa 8.1
2.3?20?2.6?28?3.2?24???24.2? 8.1
主动土压力强度系数
24.2?2Ka?tan（45??）?0.422
已建建筑物对东侧支护桩后土体附加应力的计算，利用角点法参照公式5-3 z?8.1m ??0.009 eak?570?0.009?5.13kPa 厚度（m） 天然重度γ（KN/m3） 粘聚力（kPa） 内摩擦角（度） 2.3 2.6 6.1 6.9 7.8 18.0 18.6 18.0 17.9 18.0 8.4 10 16.5 18 19 20 28 24 16 17.8
坑底8.1m处主动土压力强度计算
eak?（5.13?18.2?8.1）?0.42?2?12.1?0.42?48.39kPa
5.3.4桩身最大弯矩计算
53
沈阳工业大学本科生毕业设计
计算土压力分配系数α
24.2?L0?8.1?tan（45??）?5.24m2
2?1.51.52???（）?0.495.245.24
假设Z=14.5m，则坑底土压力强度q1为
e?h48.39?8.1q1?ak??27.03kPa Z14.5
桩排距为4m，对应的线荷载
q2?27.03?4.0?108.12KN/m
分配给前后排桩
q前?0.49?108.12?52.98KN/m
q后?0.51?108.12?55.14KN/m
q前?q后?52.98?55.14??2.16KN/m
将以上参数分别代入公式（5-25a）、（5-25b）、（5-26a）、（5-26b），求得其余未知力如下
3?14.5Q前??（?2.16）??2.35KN 40
3?14.5Q前??-2.16）?2.35KN 40
M前52.98?14.523?14.52???（-2.16）?481.16KN?m 2480
55.14?14.523?14.52
???（-2.16）?447.10KN?m 2480M前
5.3.5前后排桩配筋计算
1）前桩
前桩支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1500mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值fc=14.3N/mm2），保护层厚度50mm，纵筋采用16φ20HRB335
54
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级钢筋（强度设计值fy=300 N/mm2），螺旋箍筋采用φ12@200 HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。
As?16?314.2?5027.2mm2
b?300?5027.2?0.210 214.3?（3.14?400)
??1?0.75?0.21?(1?0.75?0.21)2?0.5?0.625?0.21?0.316＜0.625 ?t?1.25?2?0.316?0.619
sin???0.837 sin??t?0.931
M?20.837?0.9313?14.3?（400?0.837）?300?350?5027.2??655.16KN?m33.14
＞1.25?1.0?0.85?Mmax?1.25?1.0?0.85?481.16?511.23KN?m
故满足承载力要求。
截面配筋率
A5027.2??s?100%??100%?1.0%＞?min?0.4% 2A3.14?400
故满足最小配筋率要求
2）后桩
后桩支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1500mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值fc=14.3N/mm2），保护层厚度50mm，纵筋采用12φ20HRB335级钢筋（强度设计值fy=300 N/mm2），螺旋箍筋采用φ12@200 HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。
As?12?314.2?3770.4mm2
b?300?3770.4?0.157214.3?（3.14?400)
??1?0.75?0.157?(1?0.75?0.157)2?0.5?0.625?0.157?0.311＜0.625 ?t?1.25?2?0.311?0.619
55
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sin???0.828 sin??t?0.920
M?20.828?0.9203?14.3?（400?0.828）?300?350?3770.4??567.38KN?m33.14
＞1.25?1.0?0.85?Mmax?1.25?1.0?0.85?447.10?475.05KN?m
故满足承载力要求。
截面配筋率
A3770.4??s?100%??100%?0.8%＞?min?0.4% 2A3.14?400
故满足最小配筋率要求
5.3.6基坑稳定性验算
图5-13整体稳定性验算简图
1）整体稳定性验算
计算方法：瑞典条分法
应力状态：总应力法
56
沈阳工业大学本科生毕业设计
条分法中的土条宽度:1.00m
基坑支护体系整体稳定性验算按式（5-14），
滑裂面数据
圆弧半径(m)R=14.885
圆心坐标X(m)X=-0.079
圆心坐标Y(m)Y=7.663
计算出整体稳定安全系数Ks=1.822＞1.30
故本段设计的支护结构满足整体稳定性要求。
2）抗倾覆稳定性验算
抗倾覆稳定性可按式（5-27）进行验算
KQ?
Mp?MGMa （5-27）
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。
施工过程中，验算结果如下：
2524.578?0.000?1407.859KQ??1.232?0.20 3190.628
满足规范要求，本段支护结构满足抗倾覆稳定性要求。
3）抗隆起验算
将墙底面的平面作为求极限平衡的基准面，参照普朗特尔和太沙基的地基承载力公式，其滑动线形状如图5-14所示。
普朗特尔公式计算
17.945?6.400?2.874?41.750?9.102KL??2.708＞1.1 18.083?（8.100?6.400）?0
满足规范要求。
太沙基公式计算
57
沈阳工业大学本科生毕业设计 KL?17.945?6.400?3.170?41.750?10.538?3.066＞1.15 18.083?（8.100?6.400）?0
满足规范要求。
图5-14普朗特尔和太沙基隆起滑动线形图
4）隆起量的计算
基坑的隆起量按式（5-19）进行计算，如果结果为负值，按0处理。
计算得
?87517.0?0.5?0.54????（147.4?0）?125?（）?6.37?18..1?32?0.04（tan12.4?）?52mm368.1
5）抗管涌验算
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99），按公式（5-20）进行抗管涌验算。
计算结果为
KG?2.552＞1.5
58
沈阳工业大学本科生毕业设计
故满足规范要求。
计算简图如5-15
图5-15基坑抗管涌验算简图
6）嵌固稳定性验算
表5-7嵌固深度计算参数?1?
抗渗嵌固系数
1.2
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(-6.226，7.626)，半径=10.237m，对应的安全系数Kq=1.322≥1.300
嵌固深度计算值h0=0.500m
59 整体稳定分项系数 1.3 圆弧滑动简单条分法嵌固系数 1.1
沈阳工业大学本科生毕业设计
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 =6.400m，满足稳定性要求。
（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=1.620m。）
5.4基坑西侧支护结构设计
5.4.1土层信息
表5-8基坑西侧土层信息表
土名
杂填土
粉土
淤泥质土
粘土①
粘土②
5.4.2主动土压力强度计算
基坑挖深8.1m，支护桩桩径800mm，桩排距4m，桩心距1.5m。开挖深度范围内土体的加权平均重度γ、粘聚力c、内摩擦角φ
2.2?17.9?2.8?18.6?3.1?18.4???18.3KN/m3 8.1
2.2?7.9?2.8?8.6?3.1?15.8c??11.2kPa 8.1
2.2?18?2.8?26?3.1?23???22.6? 8.1
主动土压力强度系数
60 厚度（m） 天然重度γ（KN/m3） 粘聚力（kPa） 内摩擦角（度） 2.2 2.8 6.0 7.2 8.0 17.9 18.6 18.4 17.9 18.2 7.9 8.6 15.8 17.8 18.6 18 26 23 16 17.8
沈阳工业大学本科生毕业设计 2Ka?tan（45??22.6?）?0.442
将道路荷载取城市一级公路荷载10.5KN/m，出于安全考虑，将道路荷载作为超载处理，则坑底8.1m处主动土压力强度计算
eak?（10.5?18.3?8.1）?0.44?2?11.2?0.44?54.98kPa
5.4.3桩身最大弯矩计算
计算土压力分配系数α
L??22.6?
0?8.1?tan（452）?5.40m
??2?1.51.52
5.4?（5.4）?0.48
假设Z=15.5m，则坑底土压力强度q1为
qeak?h
Z?54.98?8.1
1?15.5?28.73kPa
桩排距为4m，对应的线荷载
q2?28.73?4.0?114.92KN/m
分配给前后排桩
q前?0.48?114.92?55.16KN/m
q后?0.52?114.92?59.76KN/m
q前?q后?55.16?59.76??4.6KN/m
将以上参数分别代入公式（5-16a）、（5-16b）、（5-17a）、（
Q3?15.5
前?40?（?4.6）??5.35KN
Q??3?15.5
前40-4.6）?5.35KN
M前?55.16?15.5224?3?15.52
80?（-4.6）?593.62KN?m
59.76?15.523?15.52
M前?24?80?（-4.6）?556.78KN?m
61 5-17b）
沈阳工业大学本科生毕业设计
5.4.4前后排桩配筋计算
1）前桩
前桩支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1500mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值fc=14.3N/mm2），保护层厚度50mm，纵筋采用φ20HRB335级钢筋（强度设计值fy=300 N/mm2），螺旋箍筋采用φ12@200 HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。
As?18?314.2?5655.6mm2
b?300?5655.6?0.236 214.3?（3.14?400)
??1?0.75?0.236?(1?0.75?0.236)2?0.5?0.625?0.236?0.318＜0.625 ?t?1.25?2?0.318?0.614
sin???0.841 sin??t?0.937
M?20.841?0.9373?14.3?（400?0.841）?300?350?5655.6??699.14KN?m33.14
＞1.25?1.0?0.85?Mmax?1.25?1.0?0.85?593.62?630.73KN?m
故满足承载力要求。
截面配筋率
A5655.6??s?100%??100%?1.1%＞?min?0.4% 2A3.14?400
故满足最小配筋率要求
2）后桩
后桩支护桩采用φ800钻孔灌注桩，桩心距1500mm，混凝土强度等级C30（抗压强度设计值fc=14.3N/mm2），保护层厚度50mm，纵筋采用14φ20HRB335级钢筋（强度设计值fy=300 N/mm2），螺旋箍筋采用φ12@200 HRB335级钢筋，并在桩顶4m范围内加密至@150，此外，另设置φ16@2000的加强箍筋。
As?14?314.2?4398.8mm2
62
沈阳工业大学本科生毕业设计 b?300?4398.8?0.184 14.3?（3.14?4002)
??1?0.75?0.184?(1?0.75?0.184)2?0.5?0.625?0.184?0.313＜0.625 ?t?1.25?2?0.313?0.623
sin???0.833 sin??t?0.926
M?20.833?0.9263?14.3?（400?0.833）?300?350?4398.8??611.24KN?m33.14
＞1.25?1.0?0.85?Mmax?1.25?1.0?0.85?556.78?591.58KN?m
故满足承载力要求。
截面配筋率
A4398.8??s?100%??100%?0.9%＞?min?0.4% 2A3.14?400
故满足最小配筋率要求
5.4.5基坑稳定性验算
1）整体稳定性验算
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
基坑支护体系整体稳定性验算按式（5-14），
滑裂面数据
圆弧半径(m)R=17.090
圆心坐标X(m)X=-0.270
圆心坐标Y(m)Y=8.920
计算出整体稳定安全系数Ks=1.767＞1.30
故本段设计的支护结构满足整体稳定性要求。
63
沈阳工业大学本科生毕业设计
图5-16整体稳定性验算简图
2）抗倾覆稳定性验算
抗倾覆稳定性可按式（5-27）进行验算
施工过程中，验算结果如下
3618.515?0.000?1525.363KQ??1.234?0.20 4165.314
满足规范要求，本段支护结构满足抗倾覆稳定性要求。
3）抗隆起验算
将墙底面的平面作为求极限平衡的基准面，参照普朗特尔和太沙基的地基承载力公式，其滑动线形状如图5-17所示。
普朗特尔公式计算
18.096?7.400?2.774?42.467?8.918KL??2.587＞1.1 18.220?（8.100?7.400）?7.500
满足规范要求。
太沙基公式计算
64
沈阳工业大学本科生毕业设计 KL?18.096?7.400?3.051?42.467?10.310?2.919＞1.15 18.220?（8.100?7.400）?7.5
满足规范要求。
图5-17普朗特尔和太沙基隆起滑动线形图
4）隆起量的计算
基坑的隆起量按式（5-19）进行计算，如果结果为负值，按0处理。
计算得
?87517.4?0.5?0.54????（148.5?7.5）?125?（）?6.37?18..2?32?0.04（tan12.0?）?46mm368.1
5）抗管涌验算
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99），按公式（5-20）进行抗管涌验算。
计算结果为
65
沈阳工业大学本科生毕业设计
KG?2.784＞1.5
故满足规范要求。
计算简图如5-18
图5-18基坑抗管涌验算简图
6）嵌固稳定性验算
表5-9嵌固深度计算参数?1?
抗渗嵌固系数
1.2
整体稳定分项系数 1.3 圆弧滑动简单条分法嵌固系数 1.1
66
沈阳工业大学本科生毕业设计
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(-6.226，7.626)，半径=10.237m，对应的安全系数Kq=1.317≥1.300
嵌固深度计算值h0=1.500m
嵌固深度设计值hd=αγ0h0
=1.100×1.000×1.500
=1.650m
嵌固深度采用值hd=7.400m，满足稳定性要求。
67
沈阳工业大学本科生毕业设计
第6章 基坑监测
6.1概述
基坑工程是一门实践性很强的学科，由于由于岩土体性质的复杂多变性及各种计算模型的局限性，很多基坑的理论计算与实测数据往往有较大差异。鉴于上述情况，在工程设计阶段就准确无误地预测基坑支护和周围土体在施工过程中的变化是不现实的，施工过程中如果出现异常情况，且这种情况又没有被及时的发现并采取补救措施而任其发展，后果是不堪设想的。据统计，近年来多起国内外重大基坑事故在发生前监测数据都有不同程度的异常反映，但均未得到充分重视而导致了严重的后果。
在深基坑开挖的施工过程中，基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变引起土体的变形，即使采取一定的支护措施，一定数量的变形总是难以避免的。因此，在深基坑施工过程中，只有对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻建（构）筑物进行综合、系统的监测，才能读工程情况有全面的的了解，确保工程的顺利进行。近年来，基坑工程信息化施工受到了越来越广泛的关注。为保证工程安全顺利进行，在基坑开挖及结构构筑起见开展严密的施工监测是很有必要的，施工监测也可以说是一次岩土工程原型试验，所得数据是基坑支护结构和周围地层在施工过程中的真实反映。
基坑现场监测的目的是及时掌握基坑支护结构和相邻环境的变形和受力特征，并预测下一步发展趋势。同时，除了作为确保实际施工安全可靠的有效手段外，对于验证原设计方案或局部调整施工参数、积累数据、总结经验、改进和提高原设计水平具有相当的实际指导意义。
6.2基坑监测的目的
对于开挖深度超过5m、或开挖深度虽未超过5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程均应实施基坑工程监测。
对深基坑施工过程进行综合检测的目的主要有：
（1）使参建各方能够完全客观真实地把握工程质量，掌握工程各部分的关键性指标，以确保工程质量安全。
68
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