基坑支护计算毕业论文第1章设计背景、资料和要求1.1设计背景本设计位于市青山区团结大街北侧，南临九星电子大楼，北接自来水公司，建筑物西侧为富强路，南北侧临近均有建筑物，以均布荷载考虑，荷载为80kPa 和100kPa，，间距与平面详图见图1。

总建筑面积约为10000平方米，层数为地上8层，地下2层。

围护结构不是主体结构的一部分，基坑周围有管线、道路及树木需要加以保护，但不需严加保护，故基坑工程等级可定为二级。

建筑防火等级为二级；建筑耐火等级为二级，耐久年限二级。

图1 建筑平面布置图1.2设计资料1.2.1气象资料：1.冬季采暖室外计算温度－19℃，夏季室外计算温度33.4℃；2.室计算温度：卫生间、楼梯间和大厅16℃，其他房间18℃；3.日最大降雨量为100.8mm，月最大降雨量为229.2mm，年最大降雨量为673.4mm，年平均降雨日数：91.3天；4.夏季主导风向为东南风，冬季为北风，最大风速25m/s,基本风压0.55KN/m2；5.最大积雪深度210mm，基本雪压S0＝0.45KN/m2。

6.冬季相对湿度为55℅，夏季相对湿度为40℅。

1.2.2工程地质水文地质概况本工程场区地形较为平坦。

地层除表层人工填土外，其下为第四纪冲洪积成因的粘性土、粉土、砂类土层。

该场地土类型为中软型土，建筑场地类别为III类，无影响建筑物稳定性的不良地质作用。

场区土层在水平方向的分布比较均匀，成层性好，无软弱土层存在，建筑场地的地基土为均匀地基。

地基土层岩性特征和物理力学参数见以下两表。

场区地下水分两层，上层滞水静止水位 4.50～13.80m，含水层主要为粘质粉土②层，补给来源主要为大气降水；层间水静止水位埋深8.60～14.00m。

含水层主要为细砂⑤层，补给来源主要是地下径流及越流补给；微承压水主要含水层为中砂⑦层，静止水位埋深约20m。

地下水对砼及钢筋砼中钢筋均无腐蚀性。

由于基坑深8m，基底位于水位以上，不需采取降水和护坡措施。

表1 地层岩性特征表2土层物理力学性质参数1.3设计要求1.层高：1层为4.5m，2-8层为3.3m（层高满足建筑功能要求可自定，要求不同设计存在不同）。

设客梯两部 Q=lt（15人）速度1m/s。

2.平面形式：平面“一”字形或自定（应满足结构计算要求）,建筑平面可以小于拟建场地，但不得超出场地面积。

3.基础埋深根据地质条件自定,筏板或箱形组合基础，2层地下室,地下室兼做车库。

第2章土钉墙支护计算2.1土钉支护技术2.1.1土钉支护的概念土钉支护亦称锚喷支护，就是逐层开挖基坑，逐层布置排列较密的土钉（钢筋），强化边坡土体，并在坡面铺设钢筋网，喷射混凝土。

相应的支护体称为土钉墙，它由被加固的土体、放置在土体中的土钉与喷射混凝土面板三个紧密结合的部分组成。

土钉是其最主要的构件，英文名叫Soil Nailing，它的设置有打入法，旋入法，以及先钻孔、后置入、再灌浆三种方法。

2.1.2土钉支护的特点与其它支护类型相比，土钉支护具有以下一些特点或优点：1.土钉与土体共同形成了一个复合体，土体是支护结构不可分割的部分。

从而合理的利用了土体的自承能力。

2.结构轻柔，有良好的延性和抗震性。

3.施工设备简单。

土钉的制作与成孔、喷射混凝土面层都不需要复杂的技术和大型机具。

4.施工占用场地少。

需要堆放的材料设备少。

5.对周围环境的干扰小。

没有打桩或钻孔机械的轰隆声，也没有地下连续墙施工时污浊的泥浆。

6.土钉支护是边开挖边支护，流水作业，不占独立工期，施工快捷。

7.工程造价低，经济效益好，国外资料表明，土钉支护的工程造价能够比其它支护低1/2～1/3。

8.容易实现动态设计和信息化施工。

2.1.3土钉支护的适用围土钉支护适用于：地下水位以上或经人工降水措施后的杂填土、普通粘土或弱胶结的砂土的基坑支护或边坡加固。

一般可用于标准贯入基数N值在5以上的砂质土与N值在3以上的粘性土。

单独的土钉墙宜用于深度不大于12m的基坑支护或边坡维护，当土钉墙与放坡开挖、土层锚杆联合使用时，深度可以进一步加大。

土钉支护不宜用于含水丰富的粉细砂岩、砂砾卵石层和淤泥质土。

不得用于没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。

2.1.4土钉的作用机理土钉在复合土体中有个整体以下几种作用机理：1.箍束骨架作用：该作用是由于土钉本身的刚度和强度，以及它在土体分布的空间所决定的。

它在复合土体中起骨架作用，使复合土体构成一个整体，从而约束土体的变形和破坏。

2.分担作用：在复合土体，土钉与土体共同承担外荷载和自重应力，土钉起着分担作用。

由于土钉有很高的抗拉、抗剪强度和土体无法相比的抗弯刚度，所以在土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。

当土体发生开裂后，土钉的分担作用更为突出，这时土钉出现了弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉中的浆体碎裂、钢筋屈服。

土钉墙之所以能够延迟塑性变形，并表现出渐进性开裂，与土钉的分担作用是密切相关的。

3.应力传递与扩散作用：当荷载增加到一定程度，边坡表面和部裂缝已发展到一定宽度，边坡应力达最大。

此时，下部土钉位于滑裂区域以外土体中的部分仍然能够提供较大的抗力。

土钉通过它的应力传递作用可将滑裂区域的应力传递到后面稳定的土体中，分布在较大围的土体，降低应力集中程度。

4.对坡面变形的约束作用：在坡面上设置的与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝土面板使发挥土钉有效作用的重要组成部分。

喷射混凝土面板对坡面变形起到约束作用，面板的约束力取决于土钉表面与土之间的摩阻力，当复合土体开裂面区域扩大并连成片时，摩阻力主要来自开裂区域后的稳定复合土体。

2.1.5土钉支护设计1.确定土钉墙结构尺寸（1）在初步设计时，应先根据基坑环境条件和工程地质资料，确定土钉墙的适用性，然后确定土钉墙的结构尺寸，土钉墙高度由工程开挖深度决定，开挖面坡度可取60°～90°，在条件许可时，尽可能降低坡面坡度。

（2）土钉墙均是分层分段施工，每层开挖的最大高度取决于该土体可以自然站立而不破坏的能力。

在砂性土中，每层开挖高度一般为0.5～2.0m ，在粘性土中可以增大一些。

开挖高度一般与土钉竖向间距相同，常用1.0～1.5m ；每层单次开挖的纵向长度，取决于土体维持稳定的最长时间和施工流程的相互衔接，一般多用10m 长。

2. 参数设计土钉参数设计主要包括土钉长度、间距、布置、孔径和钢筋直径等。

（1） 土钉长度在实际工程中，土钉长度L 常采用坡面垂直高度H 的60%～70%。

土钉一般下斜，与水平面的夹角宜为5°～20°。

研究表明：对钻孔注浆型土钉，用于粒状土陡坡加固时，L/H 一般为0.5～0.8；对打入型土钉，用于加固粒状土陡坡时，其长度比一般为0.5～0.6.99规程要求L/H 一般为0.5～1.2。

其实，在只有饱和软土中才会取L/H 大于1。

（2） 土钉直径及间距土钉直径D 一般由施工方法确定。

打入的钢筋土钉一般为16～32mm ，常是25mm ，打入钢管一般是50mm ；人工成孔时，孔径一般为70～120mm ，机械成孔时，孔径一般为100～150mm 。

土钉间距包括水平间距（列距）x S 和垂直间距（行距）y S ，其数值对土钉墙的整体作用效果有重要影响，大小宜为1～2m 。

对于钻孔注浆土钉，可按6～12倍土钉直径D 选定土钉行距和列距，且宜满足：L D K S S y x ⋅⋅=⋅式中：K —注浆工艺系数，一次压力注浆，K=1.5～2.5； D 、L —土钉直径和长度，m ；x S 、y S —土钉水平间距和垂直间距，m 。

2.2支护方案选择本工程场区土层在水平方向的分布比较均匀，成层性好，无软弱土层存在，建筑场地的地基土为均匀地基。

基坑开挖深度位于地下水位以上，不需考虑降水和护坡措施，符合土钉墙支护条件，故选择土钉墙作为基坑支护方式。

2.3右侧土钉墙计算2.3.1土压力计算及土钉布置由设计任务书得基坑开挖深度为8m ，穿越三个土层，具体如图2.1所示，地面均布荷载为80 kPa ，开挖深度位于地下水位以上，故不用考虑降水。

1.主动土压力计算()a a a K c K h q 2-+=γσq —地面荷载（kN ）；γ—土的重度（3m kN ）；c —土层粘聚力（kPa ）a K —主动土压力系数，)245(tan 02ϕ-=a K ，ϕ为土层摩擦角。

图2.1土层分布图1ϕ=018，c=0，528.021845tan 245tan 002021=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ϕa K592.0,351.027.2845tan ,2.15,7.282002202==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-===a a a K K kP c ϕ740.0,548.021745tan ,20,17300233==⎪⎪⎭⎫⎝⎛-===a a a K K kP c ϕ各层土压力计算： 填土表面处的土压力a a a kP qK 24.42528.0800=⨯==σ 素填土底面土压力()()a a a kP K h q 97.56528.055.118801111=⨯⨯+=+=γσ 粘质粉土顶面土压力()()a a a a kP K c K h q 88.19592.02.152351.055.1188022211,1=⨯⨯-⨯⨯+=-+=γσ粘质粉土底面土压力()22221122a a a K c K h h q -++=γγσ=()592.02.152351.010.56.1955.11880⨯⨯-⨯⨯+⨯+ =a kP 96.54 粉质粘土顶层土压力()3332211,22a a a K c K h h q -++=γγσ()740.0202548.010.56.1955.11880⨯⨯-⨯⨯+⨯+= =a kP 31.84 粉质粘土底层土压力()333,33221132a a a K c K h h h q -+++=γγγσ=()740.0202548.035.19.1910.56.1955.11880⨯⨯-⨯⨯+⨯+⨯+ =a kP 03.99 2.土钉参数及布置土钉墙水平倾角为03.73，即按1:0.3放坡，土钉与水平面的倾角α取015，土钉竖直间距取m s y 3.1=，水平间距取m s x 6.1=，机械成孔，取孔径130㎜。

具体见图2.2。

土钉处主动土压力计算： 第1点最大主动土压力()111,1112a a a K c K h q e -+=γ ()0528.085.01880-⨯⨯+=a kP 32.50=第2点最大主动土压力 图2.2右侧土钉墙土钉布置()222,221122a a a K c K h h q e -++=γγ()592.02.152351.06.06.1955.11880⨯⨯-⨯⨯+⨯+=a kP 00.24= 第3点最大主动土压力()222221132,,a a a K c K h h q e -++=γγ()592.02.152351.09.16.1955.11880⨯⨯-⨯⨯+⨯+= a kP 94.32=第4点最大主动土压力222221132,,,a a a K c K h h q e -⎪⎭⎫ ⎝⎛++=γγ ()592.02.152351.02.36.1955.11880⨯⨯-⨯⨯+⨯+= a kP 89.41=第5点最大主动土压力222221132,,,a a a K c K h h q e -⎪⎭⎫ ⎝⎛++=γγ ()592.02.152351.05.46.1955.11880⨯⨯-⨯⨯+⨯+=a kP 83.50=第6点最大主动土压力()333,33221132a a a K c K h h h q e -+++=γγγ()740.0202548.07.09.1910.56.1955.11880⨯⨯-⨯⨯+⨯+⨯+=a kP 94.91=2.3.2土钉设计1.折减系数计算 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+-=245tan /tan 12tan 12tan 02k k k ϕβϕβϕβξ β－土钉墙坡面与水平面夹角，为03.73（坡度1:0.3）。