FGH段地层信息:基坑深7.3m , 桩锚支护,第一排锚杆2.2m, 第二排在4.7m处,角度30°。
一、)基坑示意图:1)基坑外侧主动土压力计算如下:(1)填土:=q k a1- 2c1√ka1 =20x0.6558-2x12x0.8098=-6.32Kpa 填土顶部主动土压力强度:p上a1=(r1ℎ1+q)k a1-2c1√ka1 =填土底部的主动土压力强度:p下a1=(18.3x10.5+20)x0.6558-2x12x0.8098=119.69kpa(2)粉质粘土:粉质粘土顶部的主动土压力强度:p a2上= (r1*ℎ1+q)k a2-2c2√ka2 ==(18.3x10.5+20)x0.5278-2x12x0.7265=94.54kpa粉质粘土底部的主动土压力强度:p a2下=(r 1*ℎ1 +r 2*ℎ2+q )k a2-2c 2√ka2 ==(18.3x10.5+19.8x1.8+20)x0.5278-2x12x0.7265=113.35kpa (3) 临界深度:Z o =2c 1/ r 1√ka1 – q/r 1=2x12/18.3x0.8098-20/18.3=0.53m2)第一层锚杆计算:基坑开挖到5.2m ,设置第一排锚杆的水平分力为T1。
1) 此时基坑开挖深度为h =5.2m , 基坑外侧底部的主动土压力强度:p a1坑底=(r 1*ℎ+q )k a1-2c 1√ka1 =(18.3x5.2+20)x0.6558-2x12x0.8098=56.09kpa基坑内侧的被动土压力强度:p p1坑底= 2c 1√kp1=2x12x1.2350=29.64kpa.p p1下=r 1(ℎ1- ℎ)k p1+2c 1√kp1= 18.3x(10.5-5.2)x1.5252+2x12x1.2350=177.57kpa.知:p a1下 < p p1下 , p p1坑底 < p a1坑底知铰点位于坑底与填土层间:设铰点为o, 距离坑底y m.p po =p aop po = r 1y k p1+2c 1√kp1 = y18.3x1.5252+2x12x1.2350=27.91y+29.64p ao = [q+r 1(h+y)] k a1-2c 1√ka1= [20+18.3(5.2+y)]x0.6558-2x12x0.8098=12y+56.08解得: y=1.66m2)设置第一排锚杆的水平分力为T1,铰点以上土层及锚杆力对铰点起矩平衡。
2.1土压力作用位置确定: 三角形分布:ℎai =13ℎi梯形分布:ℎai =2p ai +p ai3(p ai+paj )ℎi即:2.2基坑内侧被动土压力作用点位置:(梯形分布)ℎp1=2p p1坑底+p po3(p p1坑底+p po )ℎ1op po =r 1y k p1+2c 1√kp1= 18.3x1.66x1.5252+2x12x1.2350=75.97kpa.p p1坑底= 2c 1√kp1=2x12x1.2350=29.64kpa.h p1=[(2x29.64+75.97)/3x(29.64+75.97)]x1.66=0.71m2.3基坑外侧主动土压力作用点位置:(三角形分布)ℎao =13(h+ y -z 0)已知, h=5.2m, y=1.66m, z 0=0.53m即:ℎao =13(5.2+1.66-0.53)=2.11m2.4第一排锚杆作用点离起矩点位置:L=h+ y - d=5.2+1.66-2.2=4.66m.(d为锚杆离地面距离)2.5基坑内侧被动土压力合力:E P =P pi+p pj2x ℎpi即,E P =y x (p po +p p1坑底)/2=1.66x (75.97+29.64)/2=87.66kpa2.6基坑外侧主动土压力:E a =P ai+p aj2x ℎaiE a =(h+y -z 0)x p ao /2=(5.2+1.66-0.53)x75.97/2=240.45kpa. 即:T 1(h + y – d) + E P ℎp1=E a ℎao代入数据:4.66T 1 +87.66x0.71=240.45x2.11T 1=95.52kpa.三)第二排锚杆计算:此时,基坑开挖至设计深度h 坑底 =7.3m 。
3.1)基坑内侧被动土压力强度: p p1坑底= 2c 1√kp1=2x12x1.2350=29.64kpa.p p1下=r 1(ℎ1- ℎ坑底)k p1+2c 1√kp1= 18.3 x (10.5-7.3)x1.5252+2x12x1.2350=118.96kpa p p2上=r 1(ℎ1- ℎ坑底)k p2+2c 2√kp2=18.3x(10.5-7.3)x 1.8945+2x30x1.3764=193.53kpa. p p2下= [r 1(ℎ1- ℎ坑底)+r 2 ℎ2]k p2+2c 2√kp2=[18.3x (10.5-7.3)+19.8x1.8]x1.8945+2x30x1.3764=176.79kpa. 基坑外侧主动土压力强度:p a1坑底=(r 1*ℎ坑底+q )k a1-2c 1√ka1 =(18.3x 7.3+20)x0.6558- 2x 12x0.8098=81.29kpa.p a2上=(r 1*ℎ1+q )k a2 -2c 2√ka2 =(18.3x10.5+20)x0.5278-2x30x0.7265=68.38kpa 即:p p1下<p a1下, p p1坑底<p a1坑底, p a2上<p p2上故,假想铰点为两层土的交界处,设为M 点,距基坑底为3.2m .3.2)设置第一排锚杆的水平分力为T 2,铰点以上土层及锚杆力对铰点起矩平衡。
3.2.1土压力作用位置确定: 三角形分布:ℎai =13ℎi梯形分布:ℎai =2p ai +p ai3(p ai+paj )ℎi基坑内侧被动土压力作用点位置:(梯形分布)ℎp1=2p p1坑底+p p1下3(p p1坑底+p p1下)ℎ1坑ℎp1=[(2x29.64+118.96)/3x(29.64+118.96)]x3.2=1.28m基坑外侧主动土压力作用点位置:(三角形分布)ℎam =13(h 1-z 0)ℎam =13(10.5-0.53)= 3.32m第一排锚杆作用点位置:l m1=h 1-d=10.5-2.2=8.3m 第二排锚杆作用点位置:l m2=10.5-4.7=5.8m3.2.2)土压力合力:基坑外侧主动土压力:E a =P ai+p aj2x ℎaip a1下=(r 1ℎ1+q )k a1-2c 1√ka1 ==(18.3x10.5+20)x0.6558-2x12x0.8098=119.69kpa ℎa1= h 1-z 0=10.5-0.53=9.97mE a = (119.69x9.97)/2=596.65kpa基坑内侧被动土压力:E P =p p1坑底+p p1下2x h pmp p1坑底= 2c 1√kp1=2x12x1.2350=29.64kpa.p p1下=r 1(ℎ1- ℎ坑底)k p1+2c 1√kp1= 18.3 x (10.5-7.3)x1.5252+2x12x1.2350=118.96kpaℎpm =3.2m.E P = (29.64+118.96)x3.2/2=237.76kpa即:T 2l m2+T 1l m1+E P h p1=E a h am有:5.8T 2+95.52x8.3+237.76x1.28=596.65x3.32得:T 2=152.37kpa四)桩嵌固深度计算:4.1)基坑开挖至设计深度时,据上结果知铰点假想为土层交接点M 点,则该处的剪力计算如下:根据水平方向上的平衡:即:E P1+T 1+T 2+v m =E a1v m =596.65-(237.76+95.52+152.37)=111kpa设桩底端为N 点,桩底距M 点距离为h mn 。
桩MN 段对桩底N 起矩平衡:4.1.1)土压力合力计算: 桩内侧被动土压力合力:E P =p p2上+p p2m下2x ℎmn根据3.1有:p p2上=r 1(h 1- h 坑底)k p2+2c 2√kp2=18.3x(10.5-7.3)x 1.8945+2x30x1.3764=193.53kpa.p p2m 下= [r 1(h 1- h 坑底)+r 2 h mn ]k p2+2c 2√kp2=[18.3x (10.5-7.3)+19.8x h mn ]x1.8945+2x30x1.3764 =[110.94+37.51ℎmn ]+82.584E P =193.53ℎmn +18.76ℎmn 2桩外侧主动土压力计算:E a =(p a2上2+p a2m 下2) x ℎmnp a2上=(r 1*h 1+q )k a2 -2c 2√ka2 =(18.3x10.5+20) x 0.5278-2x30x0.7265=68.38kpap a2m 下=[r 1 h 1+r 2h mn +q]k a2-2c 2√k a2=[18.3x10.5+19.8x ℎmn +20] x 0.5278-2x30x0.7265 =[111.97+10.45ℎmn ]-43.59E a =68.38ℎmn +5.23ℎmn 24.1.2)土压力作用点计算: 桩内侧被动土压力作用点计算:ℎpm =2p p2上+p p2m下3(p p2上+p p2m 下)ℎmn得, ℎpm =580.59+37.51ℎmn1161.18+112.53ℎmn ℎmn桩外侧主动土压力作用点计算:ℎam =2p a2上+p a2m下3(p a2上+p a2m 下)ℎmn得, ℎam =205.14+10.45ℎmn410.28+31.35ℎmn ℎmn剪力v m 的作用点位置为l m =h mn4.1.3)桩MN 段对桩底N 点起矩平衡:v m . l m +E a . h am =E P . h pm即,v m .h mn + [68.38h mn +5.23h mn 2].[ 205.14+10.45h mn 410.28+31.35h mnh mn ]=[193.53h mn +18.76h mn 2]. [580.59+37.51h mn 1161.18+112.53h mnh mn ]解得,h mn =1.63m则嵌固深度, t =3.2+1.63=4.83m. 入土深度增大系数r 0=1.20即,桩的嵌固深度,t ′=r 0t =1.20x4.83=5.80m五)桩身最大弯矩计算:5.1)第一步开挖第一次开挖到第一排锚杆下0.5m 即2.7m 处。