土钉墙基坑支护设计

《地下工程稳定性控制原理》课程设计设计题目：土钉墙基坑支护设计院系：矿业工程学院专业班级：号：学名：姓指导教师：地下工程稳定性控制原理课程设计2目录课程设计任务书一、设计题目.................................................................................................4二、工程资料.................................................................................................4三、设计要求.................................................................................................4课程设计计算书第一部分支护类型及参数设计一、土层情况.................................................................................................6二、支护结构类型.......................................................................................6三、初拟尺寸.................................................................................................6四、抗拉承载力验算..................................................................................7五、稳定性验算............................................................................................9六、确定土钉墙支护参数.....................................................................10七、排水系统..............................................................................................11第二部分图件第三部分施工说明一、施工工序..............................................................................................11二、施工要点..............................................................................................12三、基坑监测..............................................................................................14地下工程稳定性控制原理课程设计3《地下工程稳定性控制原理》课程设计任务书专业班级：姓名：学号：开题日期：2014年1月6日完成日期：2014年1月13日（一）设计的目的本次课程设计是在《地下工程稳定性控制原理》课程结束后进行的一个实践性教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过本次设计，初步掌握岩土加固与支护设计中的方案的选择、设计的步骤、具体的计算过程以及施工方案的确定，使所学知识得到进一步巩固和加强，培养学生设计计算、工程绘图、计算机应用、文献查阅、运用有关施工标准和规范等基本技能。同时提高学生独立分析问题和解决问题的能力。因此，要求学生应独立完成设计。（二）设计说明书及图纸要求（1）图用CAD画，文字、计算可以手写或打印；若打印，要求所有公式使用公式编辑器；要求书写工整、数字准确、图文并茂；所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰；（2）必须有封面、目录；（3）要求按时完成、提交。（三）成绩及评语指导教师(签章)年月日地下工程稳定性控制原理课程设计41．设计题目土钉墙基坑支护设计2．工程资料某总建筑面积为29000m2的商场，地上6层、地下2层；基础为东西长72m、南北宽52m混凝土筏板基础，基底标高为－7.800m，地面标高为－1.200m。其基坑底部边沿设置距离基础1.5m的工作面；基坑周围为硬化施工场地，基坑南侧距施工围墙30m，并设大门通往外侧公路，基坑其它三面距离施工围墙均为10m，属于二级基坑。基坑采用土钉墙进行支护。根据该工程地质勘探报告的有关资料：本场地覆盖层主要由第四系人工堆积物（Q4ml）、全新统冲积物（Q4al）和上更新统冲积物（Q3al）组成，据其岩性特征，可分为3个岩性层，各岩土层主要物理力学性质指标见下表：地基岩土层主要物理力学指标建议值地层序号土层名称地层平均厚度(m)天然重度γ(kN/m3)黏聚力c(kPa)内摩擦角ϕ(̊)土钉与土体的界面黏结强度τ(kPa)①填土0.618.010.0520②粉土5.020.515.02560③粉质黏土9.119.028.02255地下水位为-9.5m，无侵蚀性。地面考虑20kN/m2均布荷载。3．设计要求3.1熟悉分析相关资料，确定土钉墙支护基坑的适宜性。3.2设计内容，分别确定以下内容：①土钉墙墙面坡度。②土钉类型、直径、钻孔直径。③土钉水平方向、坡面竖向的间距及与水平面夹角。地下工程稳定性控制原理课程设计5④各土钉的长度。⑤注浆材料种类、强度。⑥喷射混凝土面层钢筋网钢筋直径、间距、混凝土强度、厚度；土钉与面层连接形式。⑦坡面上、下层钢筋网搭接长度。⑧土钉墙墙顶护面措施，坡顶、坡脚、排水措施，坡面泄水孔的布置。3.3计算：（1）土钉的抗拉承载力验算。验算土钉的抗拉承载力是否满足受拉荷载的要求。实际工程中需要对所有工况（基坑不同的开挖阶段及支护后的使用阶段），土钉的抗拉承载力是否满足要求进行验算，本次课程设计只要求验算支护后使用阶段土钉的抗拉承载力是否满足要求。（2）土钉墙整体稳定性验算。实际工程中需要对所有工况（基坑不同的开挖阶段及支护后的使用阶段），试算基坑侧壁所有可能破坏的圆弧面，找到最危险圆弧滑动面，并验算其安全稳定性系数是否满足要求，本次课程设计只要求验算支护后使用阶段的基坑侧壁某一给定圆弧面的安全稳定性系数是否满足要求；3.4图件：一律采用横开式A3图幅（297×420mm），包括基坑支护平面布置图、土钉墙支护剖面图、基坑侧壁土钉布置图、土钉构造详图、土钉与面层的连接详图、砼面层示意图等。3.5施工说明。主要包括以下内容：(1)施工工序(2)施工要点(3)基坑的降水止水(4)基坑监测3.6本次设计成果要求：各细部参数，清楚明确；计算正确，过程详细;图件规范清晰。3.7时间安排：第1天：熟悉相关资料，明确设计思路，初步确定各参数。第2、3天：计算。第4、5天：图件，编写施工说明。地下工程稳定性控制原理课程设计6课程设计计算书第一部分支护类型及参数设计一、土层情况地层序号土层名称地层平均厚度(m)天然重度γ(kN/m3)黏聚力c(kPa)内摩擦角ϕ(̊)土钉与土体的界面黏结强度τ(kPa)①填土0.618.010.0520②粉土5.020.515.02560③粉质黏土9.119.028.02255二、支护结构类型选用土钉墙支护三、初拟尺寸取基础外边缘线外出1.5m(工作面)为基坑下口开挖线，侧壁坡角ß=75⁰；取土钉竖向间距Sh=1.7m、水平间距Sv=1.2m；土钉直径d0=120mm从上至下共布置4根土钉，长度分别为7.6m、7m、7m、6.5m。喷射混凝土面层配置钢筋网，钢筋直径为10mm,间距为250mm；喷射混凝土强度等级为C20，厚度为100mm;.坡面上下段钢筋搭接长度为300mm。地下工程稳定性控制原理课程设计7四、抗拉承载力验算单根土钉抗拉承载力验算剖面参考图对于第一根土钉1、计算受拉荷载N：由于侧壁为多层土则tanφk=∑hitanφini=1∑hini=1=0.6tan5:+5tan25:+1tan22:6.6=0.422因此φk=22.90:γ=0.6×18.0+5×20.5+1×19.06.6=20.045kN/m3ka=tan2(45:-φk2)=0.440pm=0.55kaγH=0.55×0.440×20.045×6.6=32.01kPa土钉中点深度为：0.7+7.62×sin15:=1.680.25H=1.65所以p1=pm=32.01kPapq=qka=20×0.44=8.8kPap=p1+pq=40.81kPa地下工程稳定性控制原理课程设计8N=pSvShcosθ=40.81×1.7×1.2cos15:=86.189kPa2、土钉极限抗拉承载力计算：潜在破坏面与水平面的夹角为（β+φk）2=(75:+22.90:)÷2=48.95:由于0.7m0.6m，且7.5×sin15:+0.7=2.64m0.6+5=5.6m根据图示几何关系，利用三角函数关系求得l2=4.61m所以第一根土钉均在粉土层中，得抗拉承载力R=πd0∑τil2i=π×0.12×60×4.61=104.3kN3、R=104.3kN=Fs,dN=1.2×86.189=103.43kN所以第一根土钉满足抗拉承载力要求。同理进行第二，三，四根土钉承载力验算，数据如下表所示d0(mm)τ1(kPa)l21(m)τ2(m)l22(m)R=πd0∑τil2i(kN)Fs,dN(kN)验算结果土钉1120604.614——104.3103.43合格土钉2120604.875——110.2103.43合格土钉3120604.530551.204127.4103.43合格土钉4120——556.095126.3103.43合格地下工程稳定性控制原理课程设计9五、稳定性验算在基坑侧壁剖面图上，取一圆弧面作为潜在破坏面，并将圆弧面以上土体划分为几个条块，在此采用的基坑侧壁内部稳定性验算剖面图如下：内部整体稳定性验算参考剖面图按图示破坏面确定各个土钉的极限抗拉强度（R=πd0∑τil2i）对于图示圆弧破坏面各个土钉的相关数据如下表所示d0(mm)τ1(kPa)l21(m)τ2(m)l22(m)R=πd0∑τil2i(kN)土钉1120604.200——94.953土钉2120604.255——95.518土钉3120603.943551.204114.095土钉4120——555.826120.738按图示分块信息得各条块相应参数如下:对于条块一wi=0.092×1.2×18=1.987kN地下工程稳定性控制原理课程设计10Qi=0.31×1.2×20=7.44kN同理进行相应计算得下表所示参数：wiQii(○)i(m)j(○)jc(kPa)kR(kN)k(○)条块11.9877.44620.31510——条块253.65032.88531.37251594.95373条块3117.53632.88461.37251595.51866条块4157.43622.32401.372515114.09560条块564.8780341.332228120.73853根据公式costan(/)sintan(/cos)(/)ssiniiijkhkkjjiikhkksiiiwQRScRScoFwQ计算安全系数Fs：经计算得下表数据条块1条块2条块3条块4条块5分子项6.983123.903151.360184.629166.146分母项8.32169.