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1、基础工程课程设计 国家开发银行数据中心 深基坑支护设计 中国地质大学（北京） 工程技术学院 土木工程二班 陆加弟、田梦楠、侯丹 指导教师：张斌 二一一年十二月十八日 目录 第一部分工程资料 1. 工程概况 2. 场地地质与水文地质条件 21 地形地貌 22 地层构成 23 拟建场地水文地质条件 第二部分设计内容 1. 基坑开挖断面设计 11 设计依据 2. 支护方案确定 21 基坑支护方案设计的指导思想 22 基坑支护方案选择 3. 土钉墙设计 31 土钉设计参数 32 计算过程 33 面层技术参数 4. 桩锚设计 41 设计内容 42 桩锚体系计算过程 5. 基坑支护结构施工组织设计 5.1
2、 土方开挖施工设计 5.2 基坑测量施工方案 5.3 土钉墙施工方案 5.4 钻孔灌注桩施工方案 5.5 预应力锚杆施工方案 5.6 滞水处理方案 第三部分计算内容 1. 计算说明书 11 土钉墙内部稳定验算 12 土钉墙整体稳定性验算 13 桩锚体系验算 第四部分设计图纸及计算书 1. 支护结构剖面图 2. 相关结构设计大样图 感谢信 参考文献 工程资料 1. 工程概况 工程名称：国家开发银行数据中心深基坑支护结构设计 工程地点：北京市海淀区苏家坨镇三星庄北 本工程场地位于北京市海淀区苏家坨镇三星庄北，东临规划的创新园经二路， 西临规划的创新园经一路，北临创新园中环路，南临周家巷，交通便利。
3、 拟建的国家开发银行数据中心主要有1#设备用房、 2 #科研用房、传达室及 地下车库组成。最大基础埋深-8.0 米，拟采用土钉墙 +桩锚的护坡方式进行基坑 护坡。拟建的建筑物概况见表1-1，其中 2#科研用房建筑形体呈“U ”形，西侧 地上 3 层，无地下室，北侧及东侧地上4 层，1 层地下室，西侧及北侧楼体均设 置房顶机房。 表 1-1 拟建建筑物设计概况 拟建建筑物层数（地上 / 地下）基础深度（ m ）结构形式0.000 高程 1#楼2F/0F 约 2.50 框架结构45.950 2#楼34F/01F 约 8.00 框架结构45.950 传达室1F/0F 约 2.50 框架结构45.95
4、0 地下车库0F/1F 约 8.00 框架结构45.950 2. 场地地质及水文地质条件 2.1 地形地貌 拟建场地位于苏家坨镇三星庄北，地貌单元属于永定河冲积扇上部。从拟建 场地地理位置示意图可以看出， 勘察期间场地现状在中部主要为葡萄、果树、 大棚等农业园地，地表的各种植物及构筑物尚未清除；在东部主要为苗圃， 草木丛生；西侧主要为旧有的建筑物场地（旧有建筑物地面以上的结构部分 已经拆除，砼地面以及基础尚未拆除），地面堆放有大量的建筑生活垃圾。 场地现状地形较平坦，地面高程约为43.6945.65m。根据现场走访调查， 建设场地西北角曾经为鱼塘，后经回填至现状标高。 2.2 地层构成 根据地
5、层钻探结果，拟建场地30.00m 深度范围内的地层主要有人工填 土、新近沉积层及一般第四纪沉积层构成。现根据现场钻探情况将场地地层 自上而下分述如下： 人工填土层： 主要由素填土组成，局部地段为1 杂填土。 素填土：黄褐色灰褐色，湿饱和，松散稍密，主要成分为粘 质粉土素填土，含少量圆砾及碎石，可见大量植物根茎； 1 杂填土：杂色，稍湿湿，松散稍密，主要成分为建筑垃圾，以 碎砖、混凝土碎砖为主，可见其他建筑材料碎块。 新近沉积层： 粉质粘土重粉质粘土： 黄褐、黄灰、暗褐、灰褐色， 很湿，软塑 可塑，含氧化铁、云母，可见少量螺壳、姜石及有机质，属中高压 缩性土。局部夹砂质粉土粘质粉土薄层或透镜体。
6、 1 砂质粉土粘质粉土：黄褐、黄灰、暗褐、灰褐色，很湿，密实， 含氧化铁和云母， 可见少量螺壳、 姜石及有机质， 属中高压缩性土。 局部夹粉质粘土、重粉质粘土、粉砂、细砂薄层或透镜体。 2 淤泥质粘土：暗褐、灰褐、灰色，很湿，软塑可塑，含氧化铁和 云母，可见少量螺壳、姜石及有机质，属高压缩性土。 3 泥炭质粘土：灰黑、黑色及暗褐色， 很湿，可塑，含云母、氧化铁， 含有机质，具微臭味，易崩解，失水后干缩现象很明显，属高压缩 性土。局部夹粉质粘土薄层或透镜体。 第四纪沉积层： 粉质粘土重粉质粘土：黄褐、黄灰、灰黄色，很湿，软塑可塑， 含氧化铁、云母。局部夹砂质粉土粘质粉土薄层或透镜体，属中 高压缩
7、性土。 1 砂质粉土粘质粉土：黄褐、黄灰、灰褐色，湿，密实。可见氧化 铁和云母。局部夹粉砂、细砂薄层或透镜体，属于压缩性中低压 缩性土。 重粉质粘土粘土：灰褐、灰黄、灰绿色，很湿，可塑。含氧化铁、 云母。局部夹砂质粉土粘质粉土薄层或透镜体，属于中高压缩性 土。 淤泥质粘土： 黄褐、灰褐色，局部灰黑色， 很湿，可塑，可见氧化铁、 云母。局部为粉质粘土、重粉质粘土薄层或透镜体，属中高压缩性 土中压缩性土。 1 砂质粉土粘质粉土：黄褐、黄灰、灰褐色，很湿，密实。可见氧 化铁、云母，属于低压缩性土。 各土层物理力学参数表见表21。 表 21 土体物理力学参数表 2.3 拟建场地水文地质条件 2.3.1
8、地下水分布情况 勘察期间，在地表下30.00（m）范围内实测到 4 层地下水见表 22： 层号土类名称层厚 （m） 重度 （ KNm 3 ） 浮重度 （ （ KNm 3 ） ） 粘聚力 （KPa） 内摩擦角 （） 素填土1.8 18.0 22.0 12.0 1 杂填土2.1 18.0 22.0 12.0 粉质粘土4.3 20.0 25.0 12.0 1 砂质粘土7.4 20.0 8.0 22.0 20.0 2 淤泥质粘 土 3.2 20.0 8.0 20.0 12.0 3 泥炭质土2.8 20.0 8.0 20.0 13.0 粉质粘土5.8 20.0 8.0 25.0 12.0 1 砂质粘土6
9、.0 20.0 8.0 26.0 20.0 重粉质粘 土 3.6 20.0 8.0 25.0 25.0 淤泥质粘 土 4.2 20.0 8.0 20.0 12.0 1 砂质粘土5.5 20.0 8.0 26.0 20.0 表 22 地下水分布情况表 层数地下水类型水位埋深 第一层上层滞水1.60 3.20m 第二层潜水6.20 13.00m 第三场微承压水14.00 16.50m 第四层承压水23.00 26.00m 2.3.2历年地下水变化状况 建厂区历年（ 1959 年）最高地下水位接近自然地表。 据在该拟建场地附近的岩土工程勘察报告，拟建场地近35 年最高地 下水位（包括上层滞水）埋深约
10、为1.00m。 上层滞水的主要补给源以大气降水、农业灌溉等入渗为主，主要的排泄 方式为大气蒸发； 潜水的主要补给源主要为大气降水和地表水入渗及侧向径 流补给，以径流方式排泄；微承压水及承压水，主要接受侧向径流补给，以 径流方式排泄。地下水年变化幅度约为1.0m2.0m。 设计内容 1. 基坑开挖断面设计 1.1 设计依据 1 ） 建筑基坑支护技术规程JGJ120-99 本工程基坑开挖深度较深 （12.5m） ，根据地质勘查报告提供的地质情况，基 坑上部为较厚的素填土1层、杂填土2层，土钉成孔较困难，中部为粉质粘土 层，下部有局部1粘质粉土砂质粉土，支护难度较大。根据地勘报告，基 坑开挖范围内无
11、潜水地下水，只有上层滞水， 因此不考虑进行专门的降水，开挖 时注意滞水的导排，滞水部位的导排必须畅通。 基坑拟采用分步开挖的方案，上部先期开挖2.7m,第二步开挖至设计深度。 2. 支护方案确定 2.1 基坑支护方案设计的指导思想 （1）考虑到地下结构施工可能需要较长的施工周期，基坑支护要经过雨季施工 的考验，要求支护设计时需适当加大安全系数。 （2）护坡工程必须与土方工程一体化安排，要为土方工程的顺利施工创造快捷 和良好的前提条件。 （3）护坡工程在确保为后续施工创造出良好的施工作业面的同时，还要尽可能 地减少不必要的土方回填。 （4）护坡工程要尽量减少与土方施工的工序穿插的次数，以缩短工期
12、。 2.2 基坑支护方案选择 （1） 目前比较成熟的支护形式主要有以下几种：护坡桩 +锚杆支护、悬臂桩支护、 上部土钉墙 ( 挡土墙) 下部桩锚支护、 土钉墙支护、 微型桩复合土钉墙支护和地下 连续墙支护等，适合本工程的支护方式为桩锚支护和上部土钉墙+桩锚支护这两 种方式。 （2）几种支护方式的优缺点比较 支护形式安全性工期成本 护坡桩加预应力锚杆的支护 上部 ( 土钉墙 ) 挡土墙支护、下部 桩锚支护 土钉墙支护 根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99及场地周围的堆载情况，同时结 合本地区施工经验，本着经济安全原则，设计结果如下： 基坑上部采用土钉墙支护，深度为2.7m，坡度为 1:0.
13、2 下部采用钻孔灌注桩座位护坡桩，同时结合锚杆做桩锚体系支护。 3土钉墙设计 基坑开挖深度为 2.7m，边坡坡度为 1:0.2 。计算后采用钻孔式土钉， 设置双 排土钉，具体土钉参数如下表： 3.1 土钉设计参数 土钉 道号 竖 向 间 距 (m) 水 平 间 距(m) 倾 角 (0) 超 挖 深 度 (m) 钻孔直径 (mm) 长 度 (m) 配 筋 (mm) 1 1.0 1.0 13 0.2 100 5.0 20 钢 筋 2 1.0 1.0 13 0.2 100 5.0 20 钢 筋 图 3.1 土钉布置图 3.2 计算过程 土钉的参数选取见上表 3.2.1 土钉内部稳定性验算 （1）由于
14、无具体资料，按以往经验，取=37kpa. （2）土钉墙面层土压力： 22 /0.56 182.2 cH 12 2 2 1 tan(45)0.66 2 0.661811.88/ a a K PPKqkNm 11.88 xy EPs skN 在上部 1m与 2m处各有一排土钉。 因此： 12 11.8EEkN 3.2.2 土钉锚固力计算 1 1 1 1 373.140.1(50.32.2 )50.42 11.88 4.2 b TDL EkN T K E 满足要求。 3.2.3 土钉强度验算 2 310/ y fkNmm 最危险的情况下，土钉抗拉安全系数为 223 3.14(0.02)31010 3
15、2.81.5 411.88 y d f E 满足要求。 3.2.4 土钉墙外部稳定性验算 （1）抗滑稳定性验算 0.60.62.21.32 1.82.21.3252.27 12 ()tan (52.27181.32)1tan 12221.321 45.2 11.88223.76 45.2 1.9 23.76 tx axi t H ax BHm WH BkNm FWqBscBs kN ETkN F k E （2）抗倾覆稳定验算 0 0 () 2 1.32 (52.57181.32)1 2 50.18 2.2 23.7617.42 33 50.18 2.88 17.42 Wx ax W q B M
16、WqBs kNm H ME M K M 3.3 面层技术参数 边坡面层编制 6.5200 200 钢筋网片，每排土钉横向设置116 横向通 筋与土钉主筋端部以“ L”形短钢筋焊接牢固，每两列土钉竖向设置116 竖向 通筋置于横向通筋后面与横筋点焊，然后喷射C20 素混凝土 (厚度 80100mm) ， 混凝土配合比为水泥 : 砂: 石=1:2:2 。 3. 桩锚体系设计 4.1 设计内容 本工程拟采用钻孔灌注桩作为基坑支护结构的护坡桩，经计算设计桩长 11m。桩顶设置冠梁，冠梁高度为0.5 m，宽度为1.0 m。具体配筋情况见结构设 计大样图。锚杆参数见下表 预应力锚杆技术参数表 序 号 位置 (m) 孔径 (mm) 锚杆 总长 自 由 段 长 度 锚 固 段 长 度 倾角 ( 度) 间距 (m) 锚杆
