基坑支护结构设计计算书(钻孔灌注桩)

第一章设计方案综合说明1.1概述1.1.1工程概况拟建南京新城科技园B地块深基坑位于河西香山路和嘉陵江东街交会处东南隅，北侧为规四路（隔马路为A地块基坑），东侧为青石路。B地块±0.00m相当于绝对标高+7.40m。基坑挖深为6.1～8.0m。拟建场地属Ⅱ级复杂场地。该基坑用地面积约20000m2，包括3幢地上建筑和一层地下室。建筑物采用框架结构，最大单柱荷载标准值为23000KN，拟采用钻孔灌注桩基础设计方案。有关拟建物层数、结构型式、柱网和室内外地坪设计标高具体见表1.1。表1.1栋号建筑物层数结构型式室内地坪设计标高（m）室外地坪设计标高（m）01办公楼19框架结构7.37.0-7.202国家实验室1、10、11框架结构7.37.0-7.203会议楼、商务楼2、18框架结构7.57.204南、北地下室-1框架~抗震墙结构1.97.0-7.2注：表1.1内建筑物室内外地坪设计标高系吴淞高程。本工程重要性等级为二级，抗震设防类别为丙类。根据该工程重要性等级、场地复杂程度和地基复杂程度，按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）3.1节，划分该工程岩土工程勘察等级为乙级。1.1.2基坑周边环境条件基坑四面均为马路，下设通讯电缆、煤气管线等设施。北侧隔马路为基坑（A地块）第一章设计方案综合说明21.1.3工程水文地质条件拟建场地地形总体较为平坦，地面高程在4.87~8.78m（吴淞高程系）之间。对照场地地形图看，场内原有沟塘已被填埋整平。场地地貌单元属长江漫滩。在基坑支护影响范围内，自上而下有下列土层：①~1杂填土：杂色，松散，由粉质粘土混碎砖、碎石和砼块等建筑垃圾填积，其中2.7~4.5m填料为粉细砂，填龄不足2年。层厚0.3~4.9m；①~2素填土：黄灰~灰色，可~软塑，由粉质粘土、粘土混少量碎砖石填积，含少量腐植物，填龄在10年以上。埋深0.8~5.3m，层厚0.2~2.6m；①~2a淤泥、淤泥质填土：黑灰色，流塑，含腐植物，分布于暗塘底部，填龄不足10年。埋深0.2~2.9m，层厚0.6~4.0m；②~1粉质粘土、粘土：灰黄色~灰色，软~可塑，切面有光泽，韧性、干强度较高。埋深0.3~4.7m，层厚0.3~2.1m；②~2淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，含腐植物，夹薄层粉土，切面稍有光泽，韧性、干强度中等。埋深1.1~6.2m，层厚11.2~12.4m；②~2a粉质粘土与粉土互层：灰色，粉质粘土为流塑，粉土呈稍密，局部为流塑淤泥质粉质粘土，具水平层理。切面光泽反应弱，摇震反应中等，韧性、干强度低。埋深1.6~5.7m，层厚0.4~3.3m；②~3粉质粘土、淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，夹薄层（局部为层状）粉土、粉砂，具水平层理。切面稍有光泽，有轻微摇震出水反应，韧性、干强度中等偏低。埋深10.5~15.6m，层厚1.2~7.7m；②~4粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹粉土、粉砂：灰色，粉质粘土、淤泥质粉质粘土为流塑，粉土、粉砂为稍~中密，局部为互层状，具水平层理。光泽反应弱，摇震反应中等，韧性、干强度较低。埋深14.2~21.5m，层厚1.2~8.8m；②~5粉细砂：青灰~灰色，中密，砂颗粒成分以石英质为主，含少量腐植物及云母碎片。埋深20.0~25.6m，层厚10.3~12.3m；②~5a粉质粘土、淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，切面稍有光泽，韧性、干强度中等。呈透镜体状分布于②~5层中。埋深23.6~25.0m，层厚0.4~0.5m；②~6细砂：青灰色，密实，局部为粉砂，砂颗粒成分以石英质为主，含云母碎片。层底部局部地段含少量卵砾石。埋深29.2~33.5m，层厚14.2~22.1m；②~6a淤泥质粉质粘土、粉质粘土，灰色，流~软塑，切面稍有光泽，韧性、干强度中等。呈透镜体状分布于②~6层中。埋深35.9~45.5m，层厚0.3~1.4m。⑤~1强风化泥岩、泥质粉砂岩：棕红~棕褐色，风化强烈，呈土状，遇水极易软化，属极软岩，岩体基质本量等级分类属Ⅴ级。埋深47.0~52.3m，层厚0.6~5.8m。⑤~2中风化粉砂质泥岩、泥质粉砂岩：紫红~棕褐色，泥质胶结，夹层状泥岩，属极软岩~软岩，岩体较为完整，有少量裂隙发育，充填有石膏，遇水易软化，岩体基本质量等级分类属Ⅴ级。埋深48.0~57.9m，未钻穿。⑤~2a中风化泥质粉砂岩、细砂岩：紫红~棕褐色，泥质胶结，属软岩~较软岩，岩体较为完整，有少量裂隙发育，基本质量等级分类属Ⅳ级。该层呈透镜体状分布于⑤~2层中。埋深52.5~59.5m，层厚0.3~0.4m。根据钻探揭示的地层结构，场地地下水可分为浅层潜水及弱承压水。（1）浅层潜水含水层组由覆盖层上部的①层人工填土层、②~1、②~2、②~3层粘性土，以及②~2a粘性土与粉性土的交互层和②~4层粘性土夹砂层构成。（2）弱承压含水层组由覆盖层下部的②~5层粉细砂和②~6层细砂构成，隔水底板为下伏基岩，其含水丰富，给水性和透水性好，属透水地层。地下水位随季节不同有升降变化，其年变幅较潜水小，约为0.5m左右。根据该孔水位恢复试验计算结果，该含水层组综合渗透系数k=1.27×10-3（cm/s）。1.1.4基坑侧壁安全等级及重要性系数南京新城科技园B地块深基坑安全等级为二级，基坑重要性系数γ0=1.0。1.2设计总说明1.2.1设计依据（1）南京新城科技园B地块场地地形图、管网图、建筑基础图、地下室平面布置图、桩位图；（2）《南京新城科技园B地块岩土工程勘察报告》(K2005-59)；（3）《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)；（4）《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)；（5）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；（6）《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)；（7）《岩土工程勘察规范》(GB50021-2002)。（8）《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)；（9）《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)；（10）其他相关规范及规程。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第一章设计方案综合说明4结构的要求，符合“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则。图1.1基坑平面图根据周围环境和土层情况将基坑分为AB，BC，CD，DA四个个计算区段，如图1.1所示，均采用钻孔灌注桩与钢筋混凝土支撑，并采用单排双轴深搅桩止水结构。本基坑工程的特点是基坑开挖面积较大，地基土层以粉质粘土为主。周围环境较复杂，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，经过细致分析、计算和方案比较，本工程支护方案选用下列形式：①整个基坑采用钻孔灌注桩加一层钢筋混凝土支撑作为支护结构。②基坑周边采用单排双轴深搅桩作止水结构。③基坑内采用集水坑排除地下水。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。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2.1：表2.1土层设计计算参数层号重度（KN/m3）粘聚力C内摩擦角﹠渗透指标(kPa)(°)垂直Vk610)/(scm水平hk610)/(scm①-117~20（18）15-18（15）15-19（15）①-217.916.811.9①-2a17.215-18（16）（11.5）②-118.416.211.30.030.04②-217.513.018.41.474.97②-2a18.511.323.78.5837.1②-318.013.121.94.8938.6②-418.011.223.714.245.8②-518.8233375②-5a18.12.2770②-618.9280374②-6a18.62.1.2计算区段划分根据具体环境条件、地下结构及土层分布厚度，将该基坑划分为四个计算区段，其附加荷载及计算开挖深度如表2.2：表2.2计算区段的划分区段西北东南段位号ABBCCDDA地面荷载（kPa）20202020开挖深度（m）77.56.672.1.3计算方法按照《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-99）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、位移计算详见第二章基坑支护结构设计计算书6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。2.1.4土压力系数计算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2.3所示：表2.3土压力系数表土层Kai2CKaiKpi2CKpi①-1杂填土0.58923.0201.69839.100①-2素填土0.65827.2501.52041.429①-2a淤泥、淤泥质填土0.66826.1451.49839.166②-1粉质粘土、粘土0.67226.5681.48739.528②-2淤泥质粉质粘土0.52018.7461.92236.062②-2a粉质粘土与粉土互层0.42714.7582.34434.601②-3粉质粘土、淤泥质粉质粘土0.45717.6852.19038.776②-4粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹粉土、粉砂0.42714.6272.34432.294②-5粉细砂②-5a粉质粘土、淤泥质粉质粘土②-6细砂②-6a淤泥质粉质粘土、粉质粘土2.2AB段支护结构设计计算该段为基坑西侧，建筑±0.00相当于绝对标高+7.40m，该断面标高为+7.00m，实际挖深7.0m。支撑设在+5.00m处。实际桩顶标高为4.65m，嵌入圈梁5cm。圈梁顶上部至地面砌砖。结构外侧地面附加荷载q取20kPa，计算时以J58孔为例。2.2.1土层分布（如表2.4所示）表2.4AB段土层分布层号岩土名称厚度（m）①-1杂填土3.20①-2a淤泥、淤泥质填土1.30②-2淤泥质粉质粘土9.10②-3粉质粘土、淤泥质粉质粘土5.70②-4粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹粉土、粉砂5.402.2.2土层侧向土压力计算2.2.2.1主动土压力计算pa(11)=20×0.589-23.020=-11.24(kPa)pa(12)=(20+18×3.2)×0.589-23.020=22.69(kPa)pa(21)=(20+18×3.2)×0.668-26.145=25.69(kPa)pa(22)=(20+18×3.2+17.2×1.3)×0.668-26.145=40.63(kPa)pa(31)=(20+18×3.2+17.2×1.3)×0.520-18.746=33.23(kPa)pa(32)=(20+18×3.2+17.2×1.3+17.5×2.5)×0.520-18.746=55.98(kPa)pa(41)=pa(42)=pa(32)=55.98(kPa)pa(51)=pa(52)=（143.71）×0.457-17.685=47.99(kPa)pa(61)=pa(62)=（14