地下结构工程课程设计.doc

地下结构工程课程设计专业：岩土与地下结构工程1.1 工程地质条件素填土：黄灰色、可塑、松、稍湿，不均匀，以素土为主，夹碎石，据调查堆积时间十年以上。全场分布。厚度0.5米。粉质粘土: 黄色、软-可塑、湿，无摇振反应，刀切面光滑，干强度中等，韧性中等。见铁锰质氧化物。成因年代Q4al 。全场分布。厚度3.0米。粉质粘土夹粉土：灰色、可塑，湿，刀切面稍光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。夹粉土，薄层状，厚度20-30cm。成因年代Q4al。全场分布。厚度5.0米。细砂：灰色，稍密，饱和，颗粒圆形，质地较纯，级配良好，主由长石、云母、石英等组成,粒组含量0.075mm为87.9-91.8%。成因年代Q4al。平面上尖灭。厚度6.0米。圆砾：杂色、稍密、饱和，圆形为主，母岩成份主要为石英岩、石英砂岩、硅质岩、火成岩等，粒组含量2mm为52.6-90.1%。充填物为细砂，充填充分。成因年代Q3al。全场分布。厚度8.0米。卵石：杂色、中密、饱和，园形为主，母岩成份主要为石英岩、石英砂岩、硅质岩、火成岩等，粒组含量20mm为52.2-80.7%。充填物为细砂，充填充分。成因年代Q3al。全场分布。未揭穿。1.2 水文地质条件第层为弱透水层，第、层为相对隔水层，第、层为透水层。场地地下水按含水介质划分属第四纪冲积物中的孔隙水，地下水按埋藏条件有两种类型：上部为上层滞水无统一地下水位，勘察时通过各钻孔的观测上层滞水埋深0.3-1.1米，赋存于素填土中，受大气降水补给，以蒸发排泄为主；下部承压水勘察时稳定水位埋深约3.0-4.0米，承压水赋存于砂、卵石层中，具有弱承压性，受区域同层侧向补给径流排泄。地下水年变化幅度根据湖北省水文地质工程地质大队编制的环境水文地质工程地质综合勘察报告资料为1.0-3.0米，在丰水期由长江侧向补给，在枯水期地下水侧向补给长江。1.3 环境条件场地平坦,无地下管线,距围护结构一定距离之外有已建房屋。2.1基坑支护设计主要参数 土层编号土 名天然重度r(kN/m3)C(kPa)度备注素填土17.0108各指标为复核值。粉质黏土19.01710粉质粘土夹粉土19.11911细砂20.0025圆砾18.00362.2开挖深度及地面荷载基坑开挖深度为自然地面下6.0米，地面荷载与坑边距离为1.0米，荷载大小为30Kpa，作用宽度为10.0米。2.3 基坑工程重要性等级由于本工程基坑开挖深度为6.0米，开挖深度一般；又由于场地平坦，无地下管线；工程地质及水文地质条件较复杂。综合各方面因素，确定该基坑工程重要性等级为二级。3.1设计依据（1）地下结构课程设计指导书（2） 郑刚主编。地下工程，机械工业出版社，2011（3）东南大学等合编。土力学（第二版），中国建筑工业出版社，2005（4）建筑基坑支护技术规范(JGJ120-99)，中国建筑工业出版社，1999（5） 湖北省地方标准基坑工程技术规程(DB42159-2004) （6）混凝土结构设计规范(GB 50010一2010)，中国建筑工业出版社2010（7）建筑结构荷载规范(GB 500092001)，中国建筑工业出版社，20024.1地下连续墙支护断面结构设计主要内容与要求（1）确定在施工过程中作用于连续墙上的土压力、水压力以及上部传来的荷载；（2）确定地下连续墙所需要的入土深度，以满足抗管涌、抗隆起、防止基坑整体失稳破坏以及满足地基承载力的需要；（3）地下连续墙结构的内力计算与变形验算；（4）地下连续墙结构的截面设计，包括墙体和支撑的配筋设计或者截面强度验算，节点、接头的连接强度和构造处理；（5）估算基坑施工对周围环境的影响，包括连续墙的墙顶位移和墙后地面沉降值的大小和范围；（6）绘制结构配筋图。4.2设计计算 4.2.1地面附加荷载传至n层土底面的竖向荷载qn计算1.0m-11.0m的荷载应加上q. 由规范公式计算q=q0=30=25KPa 4.2.2各层土压力计算 各土层的土压力系数： Ka1=0.756 =0.869 Ka2=0.705 =0.839 Ka3=0.679 =0.824 Ka4=0.406 =0.637 地下水位埋深取0.3m-1.1m 承压水取水位埋深为3.0m主动土压力计算：00.5m 上= 0-2c1=0-2100.8690下= 1h1Ka1-2c1=170.50.756-2100.8690(2)粉质粘土 （0.5m-1.0m） 2=19KN/M3 C2=17Kpa 2=10 上=h1Ka2-2c2=17.00.50.704-2170.8390 又由于从1.0m开始受地面附加荷载的影响，此处存在地下水，而此土层为粘性土，故水土合算。（1.0m-3.5m） 1.0 = (q+1h1+2h)Ka2-2c2=(25+17.00.5+190.5)0.704-2170.839=1.746Kpa 下= (q+1h1+2h2)Ka2-2c2=（25+170.5+190.5+192.5）0.704-2170.839=35.186Kpa(3)粉质粘土夹粉土粉质粘土夹粉土层分为两层计算（存在开挖面的影响） 上= (q+1h1+2h2)Ka3-2c3=(25+17.00.5+193.0)0.680-2190.824=30.228Kpa 6.0 = (q+1h1+2h2+3h3）Ka3-2c3=(25+17.00.5+193.0+19.12.5)0.680-2190.824=62.698Kpa根据规范，基坑开挖面以下的土压力可按以下方法计算：（6.0m-8.5m） a3=62.698Kpa（4）细砂 （8.5m-14.5m） m=18.875KN/m3 a4=(q+mh)Ka4=(25+18.8756.0)0.406=56.13Kpa被动土压力计算（3）粉质粘土夹粉土 被动土压力在基坑开挖面以下正位，故地下水的计算就按照开挖面以下0.5m算起,但是由于是粘性土，做合算，故 6.0=3H0Kp1+2c3=0+2191.213=46.09Kpa 下=3H1Kp1+2c3 =19.12.51.472+2191.213=117.656Kpa第四层土层为砂性土，故水土分算 上=+2c4=19.12.52.464+20=117.656Kpa 下=（3H1+4H2）Kp2+2c4=（19.12.5+106） 2.464+106=325.496Kpa土压力计算图4.2.3嵌固深度hd的计算 假设支撑点设在距离地面2.0m处，水平荷载与抗力相等的点即弯矩为零的地方，设此点距离坑底hc,hc=0.591m 支点力Tc= hai=+ =380.486 kN/m hpi=46.0960.5910.591 +16.6160.5910.591=9.07kN/m把数据代入上式中得Tc=80.912kN. 假设嵌固点在距离基坑开挖面底部x m处，代入公式 hp+Tc(hT1+hd)-1.20 ha0 中得方程： 5.773x3-18.147x2+74.332x-183.6940 得， x=3.5 m,即嵌固深度hd=3.5m4.2.4地下连续墙配筋计算（1）最大弯矩的计算，弯矩最大有两个点，一个在坑底上方，一个在坑底下方 假设在上方的点在距离第二层土底y m处，弯矩最大在剪力为零的地方，故：80.912=1.7462.5+2.533.44+30.228y+ y2解得，y取正值，y=0.955m故Mmax=1.7462.5（0.955+）+2.533.44（2.5+0.955）+30.2280.9550.955+12.40.9550.955-80.9122.455=-98.59kN/m 假设第二个点在坑底处，首先当在第三层土里时，不满足，主动方向上土的剪力大于被动主方向上土的剪力，大约位置在第四层土层里，设离第四层土顶ym故计算式如下： 80.912+（46.094+116.382）2.5+117.656y+34.64y2=（1.746+35.186）2.5+（30.228+62.698）2.5+62.6982.5+56.130 y解得，y=0.2mM2=148.656 最大弯矩Mmax=M2=148.27kN/m取连续墙单位宽度b=1.0m为计算模型，h取500mm，混凝土的强度等级取C25，按照所取截面尺寸配筋，采取双筋布置： 先计算As MMu=s1fcbh20+fyAs(h0-s)fy=fy ,fc=11.9N/mm2,ft=1.27N/mm2,h0=500-70=470mm取=0.530.518故取=b=0.518，由(-1)2=1-2s s=0.384 As=(Mu-s1fcbh20)/fy(h0-s)0 混凝土的抗压过大，按构造配筋 按规范规定，应选择级钢，直径不宜小于16，保护层厚度不宜小于70mm,间距在200-300mm之间，故选择双筋截面，受拉面采用22200，保护层厚度取70mm,受压面取16300配筋图如下：（2）锚杆计算 锚杆配筋： Tc=80.912kN 锚杆的倾斜度规范规定在15-25，所以取=15 TcNu cos=Nu cos15 NuTc/cos15=83.76kN 锚杆采用HRB335级钢筋，fy=300N/mm2 As=103=279.2mm2 查表取122，As=379.94mm2计算锚杆的长度 自由段长度由公式 lf=lt lt=4.591,= =10.77（加权平均),=15（锚 杆的倾斜角度）。 把上述的数据代入公式lf= lt =2.15m锚杆混凝土浇注长度（即锚固长度）计算 规范公式为Nu=为安全系数，取1.3， li锚杆的锚固长度，d取0.15m，粉质粘土取64，粉质粘土夹粉土取60， 锚杆取9m长。承载力验算Nu=kN83.76kN 满足要求。5. 连续墙验算5.1地基承载力验算 P1=a（H+D）+q=170.5+193+19.15+201+30=211Kap P2=bD=19.12.5+201=67.75Kap R=bDNq+cNc=67.756.4+10.4115.44=594.33Kap 承载力安全系数K=1.25 满足要求。 P1墙背在维护强的平面上的垂直荷载 P2墙前在维护强的平面上的垂直荷载 R墙前极限承载力 Nq Nc地基承载力系数5.2抗隆起验算 普朗德尔公式(K 1.11.2)= = Ka=tan2（）=0.558 C=Kpa 满足抗隆起要求。5.3抗管涌稳定安全系数(Ks 1.5):式中0侧壁重要性系数;土的有效重度(kN/m3);w地下水重度(kN/m3);h地下水位至基坑底的距离(m);D桩(墙)入土深度(m); K = 2.852 = 1.5, 满足规范要求。5.4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滑裂面数据整体稳定安全系数 Ks = 1.689圆弧半径(m) R = 12.230圆心坐标X(m) X = -3.080圆心坐标Y(m) Y = 3.0985.5理正深基坑软件计算位移图： 开挖2.5m时 加支撑时 开挖9.5m时5.6地表沉降图：11