工程施工計(jì)算書(shū)

1、支護(hù)形式的選擇：在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，土壁的穩(wěn)定主要是依靠土體的內(nèi)摩擦力和黏聚力來(lái)保持平衡的，一旦土體在外力作用下失去平衡，土壁就會(huì)坍塌。土壁坍塌，不僅會(huì)妨礙土方工程的施工，還會(huì)危及附近的建筑物、道路、地下管線等的安全，甚至?xí)?dǎo)致人員傷亡，造成嚴(yán)重的后果。因此，為了保證基坑工程的順利進(jìn)行，我們有必要選擇合理的支護(hù)形式。目前經(jīng)常采用的主要基坑支護(hù)類(lèi)型有：（1） 水泥土深層攪拌樁支護(hù)，其優(yōu)點(diǎn)是采用重力式擋墻，不需要支撐，基坑內(nèi)開(kāi)挖土施工方便，攪拌樁施工時(shí)無(wú)環(huán)境污染（無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、無(wú)排污），造價(jià)低廉及防滲性好，但這種支護(hù)結(jié)構(gòu)往往要求基坑周?chē)幸欢ㄩg距布置攪拌樁，且只適用于深度不大的基坑；（2） 排樁支

2、護(hù)結(jié)構(gòu)，可以是稀疏排樁支護(hù)，適用于土質(zhì)較好的地區(qū)；也可采用連續(xù)排樁支護(hù)加攪拌樁防滲，適用于軟土地區(qū)。這種排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于較深的基坑，其造價(jià)也比較低；（3） 地下連續(xù)墻，這種支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)對(duì)周邊環(huán)境影響小，對(duì)土層使用性強(qiáng)，墻體抗彎剛度、防滲性能和整體性均較好，但其造價(jià)比較高。根據(jù)該工程開(kāi)挖深度、地基土層條件和周邊環(huán)境，我們選擇了比較經(jīng)濟(jì)而又滿足開(kāi)挖條件的排樁支護(hù)形式-多層土層錨桿支撐的鉆孔灌注樁擋墻結(jié)構(gòu)。鉆孔灌注樁具有施工方便、速度快、打樁后可立即開(kāi)挖、工期短、剛度大、變形小的特點(diǎn)，而且與地下連續(xù)墻相比，經(jīng)濟(jì)效果顯著。土層錨桿是一種受拉桿件，它的一端與工程結(jié)構(gòu)物或擋土墻聯(lián)接，另一端錨固于地基的

3、土層或巖層中，以承受結(jié)構(gòu)物的上托力、拉拔力、傾側(cè)力或擋土墻的土壓力，它利用地層的錨固力維持結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定。用錨桿代替內(nèi)支撐，為土方施工提供巨大的工作面，而且采用預(yù)應(yīng)力可以控制結(jié)構(gòu)的變形，施工時(shí)的噪聲和振動(dòng)均很小。支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是根據(jù)基坑開(kāi)挖條件和各種水文地質(zhì)條件在滿足工程安全可靠、經(jīng)濟(jì)、便于施工的基礎(chǔ)上進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力和變形的計(jì)算。支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括支護(hù)結(jié)構(gòu)上荷載的計(jì)算，灌注樁內(nèi)力的計(jì)算和截面、配筋的計(jì)算，錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)算，圍檁的設(shè)計(jì)計(jì)算，和基坑穩(wěn)定性的驗(yàn)算。一） 作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上荷載的計(jì)算1） 作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載可分為三類(lèi)： 永久荷載：主要為土壓力，不考慮降水導(dǎo)致水對(duì)

4、支護(hù)的影響，將水壓力與土壓力均作為恒載，采用水土合算計(jì)算壓力。 可變荷載：主要為地面上汽車(chē)、吊車(chē)及堆載，取q=20kN/m 。 偶然荷載：主要包括地震力、爆炸力等等，暫不列入本次計(jì)算內(nèi)容。2） 荷載計(jì)算理論支護(hù)結(jié)構(gòu)上荷載的計(jì)算主要是土壓力的計(jì)算，然而實(shí)際作用于支護(hù)上的土壓力一般都比較復(fù)雜，并沒(méi)有精確的理論來(lái)保證其正確可靠，而是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和室內(nèi)模型試驗(yàn)并依此為基礎(chǔ)，但限于條件，我們采用經(jīng)典的朗肯土壓力理論來(lái)近似計(jì)算擋土壓力，并輔以一定的安全系數(shù)，這樣計(jì)算得到的結(jié)果都是偏于安全的。 對(duì)于地下水對(duì)土壓力的影響，根據(jù)土層信息，我們采用水土合算法。合算原則認(rèn)為土孔隙中不存在自由的重力水，而僅存在結(jié)合水

5、，結(jié)合水不能傳遞靜水壓力，以土粒與孔隙水共同組成的土體為對(duì)象，適用于于黏性大、滲透系數(shù)比較小的土層。而本工程土樣滲透系數(shù)為0.08m/d，孔隙比n=0.75，符合水土合算要求。3） 水土壓力計(jì)算因?yàn)榛拥拈_(kāi)挖使得開(kāi)挖部分土體失去了平衡，坑外土體有向坑內(nèi)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，于是墻后土層就會(huì)施加于圍護(hù)結(jié)構(gòu)一個(gè)主動(dòng)土壓力，迫使擋墻向基坑內(nèi)變形，對(duì)坑地下層土體產(chǎn)生擠壓效果，與此同時(shí)，基坑內(nèi)底層土體就會(huì)施加于圍護(hù)結(jié)構(gòu)一個(gè)被動(dòng)土壓力。沿支護(hù)墻長(zhǎng)度方向取1m延米進(jìn)行計(jì)算雜填土主動(dòng)土壓力系數(shù)：Ka1=tan2(45o-/2)= tan2(45o-15o/2)=0.59粉質(zhì)粘土主動(dòng)土壓力系數(shù)：Ka2=tan2(45o-

6、/2)= tan2(45o-20o/2)=0.49雜填土上層土壓力：ea0=(q+1h) Ka1-2c1Ka1 = 0.49kPa雜填土下層土壓力：ea1-=14.74kPa粉質(zhì)粘土上層土壓力：ea1+=-9.38kPa基坑底面處土層壓力：ea2=(q+1h+2h) Ka1-2c2Ka2 = 0.49kPa土層信息圖朗肯理論假定墻背與填土之間無(wú)摩擦力，即摩擦力=0，計(jì)算出主動(dòng)土壓力偏大，被動(dòng)土壓力偏小，因此，在計(jì)算被動(dòng)土壓力系數(shù)時(shí)，使0，則被動(dòng)土壓力系數(shù)可按照下式計(jì)算：Kp=coscos-sin(+)sin2式中 Kp主動(dòng)土壓力系數(shù)； 土的內(nèi)摩擦角； 樁土間的摩擦角（=1323）。取=122=

7、10o,則該黏性土層的被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp=2.64鑒于安全考慮，一般不對(duì)主動(dòng)土壓力予以折減，故上述主動(dòng)土壓力仍以朗肯理論計(jì)算所得。對(duì)于多支點(diǎn)排樁支護(hù)的計(jì)算方法，一般有等值梁法（連續(xù)梁法）、支撐荷載的1/2分擔(dān)法、逐層開(kāi)挖支撐力不變法和有限元法。而我們采用連續(xù)梁法進(jìn)行以下計(jì)算： 土壓力為的點(diǎn)（近似零彎點(diǎn)）距離基坑底面的距離的計(jì)算土壓力分布圖y = ea(Kp-Ka)=107(2.64-0.49)×19=2.62m 計(jì)算連續(xù)梁（灌注樁）的內(nèi)力采用連續(xù)梁的計(jì)算方法得到各點(diǎn)的彎矩和剪力值如下：各點(diǎn)ABCDEM(kNm)0-5.13-59.45-236.40V(kN)010.8150.7478

8、.1167.5 計(jì)算灌注樁入土深度根據(jù)等值梁法得：入土深度X=y+6RF(KP-Ka)=2.62+6×167.519（2.64-0.49）=2.62+ 4.96=7.58m考慮土質(zhì)較差，應(yīng)乘以一定的安全系數(shù)，取K=1.1,即灌注樁的入土深度為1.1×7.58=8.34m則灌注樁總長(zhǎng)度為H=13.5+8.34=21.84m，取H=22m。4） 灌注樁擋墻設(shè)計(jì) 樁體材料根據(jù)規(guī)范要求“鉆孔灌注樁采用水下澆筑混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20（通常用C30）”，故我們選用C30的混凝土，水泥采用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，粗骨料粒徑控制在40mm以內(nèi)，鋼筋采用HRB335（fy=30

9、0N/mm2）。 樁身參數(shù)初定鉆孔灌注樁常用樁徑為5001000mm，我們初定為800mm，樁與樁之間的中心距為1000mm，樁與樁之間的凈距則為200mm，便于施工,鋼筋保護(hù)層厚度為50mm。 樁體配筋計(jì)算我們采用圓形截面均勻配筋，其正截面受彎承載力可按下式計(jì)算：MC=23fcr3sin3+fyASrssin+sint式中 MC單樁抗彎承載力，Nmm; AS-縱向鋼筋截面面積，mm2; r-樁的直徑，mm;rs-縱向鋼筋所在的圓周半徑，mm，為樁的半徑減去鋼筋保護(hù)層厚度，mm; t-縱向受拉鋼筋截面面積與全部縱向鋼筋截面積的比值； -對(duì)應(yīng)于受壓區(qū)混凝土截面積的圓心角與2的比值； fc-混凝土

10、強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa； fy-鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值MPa。我們初取AS=2500mm2(滿足最小配筋率=0.42%的條件下)，計(jì)算系數(shù)K=fyAS/(fcA)=0.10，查表得=0.216，t=0.818，代入公式算的MC=248.6kNm，略大于單樁承受的最大彎矩值。故AS=2500mm2滿足要求，但考慮到受彎構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)K=1.4則AS=1.4×2500=3500mm2，選用1022（AS=3801mm2） 構(gòu)造配筋鉆孔灌注樁的箍筋采用8200 螺旋箍,每隔2000mm布置一根直徑為16mm的焊接加強(qiáng)箍筋，以增強(qiáng)鋼筋籠的整體剛度，有利于鋼筋籠吊放和澆筑水下混凝土的整體性。5） 土

11、層錨桿設(shè)計(jì)計(jì)算 確定基坑支護(hù)方案，根據(jù)基坑開(kāi)挖深度和土的參數(shù)，確定錨桿的層數(shù)、傾角等根據(jù)開(kāi)挖深度和樁身受力分析，我們采用三層土層錨桿支護(hù)，每先挖到錨桿標(biāo)高，就進(jìn)行錨桿施工，待錨桿張拉好后，方可進(jìn)行下一步開(kāi)挖。參照土層錨桿設(shè)計(jì)和施工規(guī)范，我們選取土層錨桿水平間距為2m，錨桿傾角為30o，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)。 根據(jù)錨桿的間距、傾角，計(jì)算錨桿軸力第i層錨桿 12 3錨桿軸力（kN） 24.9 348.0 1103.9 計(jì)算錨桿自由段長(zhǎng)度錨桿自由段長(zhǎng)度Lf可按下式計(jì)算：Lf=LAB=LAOsin（45o-2)sin（45o+2+)式中 LAO錨桿錨頭中點(diǎn)至基坑底面以下土壓力為零點(diǎn)處的距離； 土體各土層厚度加

12、權(quán)內(nèi)摩擦值標(biāo)準(zhǔn)值； 錨桿傾角。第一層錨桿：Lf1=9.04m，考慮到自由段變形長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)滑裂面0.51.0m的長(zhǎng)度，故取Lf1=10m，以下同理。第二層錨桿：Lf1=7.0m第三層錨桿：Lf1=5.0m，雖然經(jīng)計(jì)算僅為4.25，但規(guī)范建議不應(yīng)短于5m，故取為5.0m 計(jì)算錨桿錨固段長(zhǎng)度錨桿的錨固段長(zhǎng)度La按下式計(jì)算：La=KmNtdm 式中 dm-錨桿段直徑，可取鉆孔直徑的1.2倍； Km錨固安全系數(shù)，可取1，當(dāng)使用年限超過(guò)兩年或周邊環(huán)境要求較高時(shí)，可取2.0 Nt-錨桿設(shè)計(jì)拉力； -錨固體與土層之間的剪切強(qiáng)度，可按各地積累的經(jīng)驗(yàn)取用，或者按式=c+tan確定，c為土體內(nèi)力，為錨固段中點(diǎn)的土覆

13、壓力，為錨 固段與土體之間的摩擦角，通常取 =（1/31/2）。當(dāng)采用二次壓力注漿工藝時(shí)，取=，其中為土體的固結(jié)（快）剪的內(nèi)摩擦角峰值。 鉆孔直徑一般為150mm，故我們?nèi)″^固段直徑dm=1.2×150=180mm，開(kāi)挖深度范圍內(nèi)土體力學(xué)指標(biāo)加權(quán)平均值： =15×1+20×12.513.5=19.6o c=5×1+20×12.513.5=18.9kPa取為1/2=9.8，則各層錨桿的錨固段長(zhǎng)度為,第一層土層錨桿：代入公式的La1=3.3m，因?yàn)殄^固段長(zhǎng)度不應(yīng)小于4.0m，因此La1=4.0m 第二層土層錨桿：La2=15m第三層土層錨桿：La3

14、=33m 計(jì)算錨桿錨索的斷面尺寸錨桿桿體的截面面積按下列公式確定：普通鋼筋A(yù)sKmTdfycos預(yù)應(yīng)力筋A(yù)pKmTdfpycos As,Ap普通鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋桿體截面面積；fy，fpy普通鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Km安全系數(shù)，取1.3。計(jì)算結(jié)果如下：第一層錨桿:As=108.1mm2，選用普通鋼筋212（As=226mm2）第二層錨桿：As=1306mm2，選用普通鋼筋325（As=1473mm2）第三層錨桿：Ap=1595mm2,選用預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋232（Ap=1609mm2。 預(yù)應(yīng)力張拉值計(jì)算因?yàn)榈谌龑渝^桿處荷載值較大，我們選用了預(yù)應(yīng)力螺紋鋼。土層錨桿灌漿后，待錨固體強(qiáng)度達(dá)到80

15、%設(shè)計(jì)值以上，便可對(duì)錨桿進(jìn)行張拉。預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，為了減少應(yīng)力損失，我們采用“跳張法”，即隔1拉1的方法。正式張拉前，取設(shè)計(jì)拉力的10%20%，即110.39220.78kN，對(duì)錨桿預(yù)張一兩次，使各部位接觸緊密。正式張拉采用分級(jí)加載，每級(jí)加載后恒載3分鐘，記錄伸長(zhǎng)量。張拉到設(shè)計(jì)荷載（不超過(guò)軸力），恒載10分鐘，鎖定預(yù)應(yīng)力為設(shè)計(jì)軸拉力的75%，即827.9 kN。 土層錨桿抗拔設(shè)計(jì)計(jì)算土層錨桿的極限抗拔設(shè)計(jì)值按下式進(jìn)行計(jì)算Nu=sdqsikli+d1qsjklj+2ck(d12-d2)式中 d1-擴(kuò)孔錨固體直徑；d-非擴(kuò)孔錨桿錨固體直徑；li-第i層土中直孔部分錨固段長(zhǎng)度；Lj-第j層土中擴(kuò)孔錨固

16、段長(zhǎng)度；Qsik、qsjk-土體與錨固體的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ck-擴(kuò)孔部分土體黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值；s-錨桿軸向受拉抗力分項(xiàng)系數(shù)，取1.3則第一層極限抗拔設(shè)計(jì)值為Nu=3.141.30.18×70×2+0.3×70×2+2×20×（0.32-0.182）=167.88kN錨桿抗拔安全系數(shù)Kb=167.8824.9=6.74>1.5第二層錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值為Nu=3.141.30.18×70×5+0.3×70×10+2×20×（0.32-0.182）=664.97 kN錨桿抗拔安全

17、系數(shù)Kb=664.97348.0=1.91>1.5第三層錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值為Nu=3.141.30.18×70×3+0.3×70×30+2×20×（0.32-0.182）=1618.56kN錨桿抗拔安全系數(shù)Kb=1618.56 1103.9=1.47略小于1.5因?yàn)椴捎门R時(shí)支錨，故只需作加強(qiáng)處理。 各層錨桿長(zhǎng)度結(jié)果匯總第i層錨桿 1 2 3錨桿自由段長(zhǎng)度（m） 10 7 5錨桿錨固段長(zhǎng)度（m） 4 15 33錨桿總長(zhǎng)度（m） 14 22 386） 腰梁設(shè)計(jì)計(jì)算腰梁是將錨頭拉力傳到樁上的水平傳力構(gòu)件，為了保證擋墻具有較好的連續(xù)性和整

18、體性，我們采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁，腰梁的計(jì)算如下： 腰梁荷載計(jì)算第一層腰梁上作用的均布荷載：Q1=4.12+9.432×0.52+14.74+32.562×52=60.82kN/m第二層腰梁上作用的均布荷載：Q2=14.74+32.562×52+32.56+79.092×52=198.69kN/m第三層腰梁上作用的均布荷載：Q3=32.56+79.092×52+79.09+1072×32=279.13kN/m 腰梁彎矩值計(jì)算及配筋以第三層腰梁計(jì)算為例。我們假定腰梁的截面尺寸取為600×800mm，采用C30的混凝土，鋼筋采用H

19、RB335級(jí)鋼（fy=300kN/m),鋼筋保護(hù)層厚度取為50mm，受彎構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)K=1.4。根據(jù)上述單位均布力作用下的荷載圖可得，腰梁上支座處最大彎矩Mmax=0.4×279.13=111.65kNm，則腰梁截面抵抗矩系數(shù)s=KM1fcbho2=1.4×111.65×1061.0×14.3×600×(800-65)2=0.034相對(duì)受壓區(qū)高度=1-1-2×s=0.034腰梁鋼筋用量AS=1fcbhofy=1.0×14.3×600×(800-65)300=714.7mm2最小配筋率mi

20、n=max0.2%，0.45ftfy=0.2145%因?yàn)锳S>minbh=1029.6mm2,故只需構(gòu)造配筋。因此，支座處我們選用616的HRB335級(jí)鋼。同理，對(duì)于跨中，其彎矩值與支座處相差不多，故采用對(duì)稱配筋。 腰梁剪力值計(jì)算及相關(guān)配筋同理可以得出腰梁中最大剪力值Vmax=1.2×279.13=335kN0.7ftbho=0.7×1.43×600×800-65÷1000=441kN>335kN故只需構(gòu)造配置箍筋，我們配置8250 HPB300級(jí)光圓鋼筋。7） 穩(wěn)定性驗(yàn)算 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算由于圍護(hù)樁插入深度比較大，且錨桿比較長(zhǎng)、比較

21、密，這些對(duì)提高邊坡抗滑移能力是有利的，故在此不驗(yàn)算邊坡整體穩(wěn)定性。具體分析見(jiàn)附錄軟件計(jì)算結(jié)果。 深層滑移穩(wěn)定性若樁、錨桿的共同作用超過(guò)土的安全范圍，就會(huì)從樁腳處剪力面開(kāi)始向墻拉結(jié)的方向形成一條深層滑縫，造成傾覆，因此我們有必要驗(yàn)算土體深層滑移穩(wěn)定性。深層滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算，可按德國(guó)學(xué)者克蘭次的方法進(jìn)行：1. 通過(guò)錨固段中點(diǎn)c與圍護(hù)墻的假想支撐點(diǎn)b連一直線，再通過(guò)c點(diǎn)作豎直線交地面于d點(diǎn)，確定土體穩(wěn)定性驗(yàn)算的范圍;2. 力系驗(yàn)算，包括土體自重及地面超載G，圍護(hù)墻主動(dòng)土壓力的合力Fa，cd面上土體主動(dòng)土壓力以合力Fcd,bc面上以合力Fbc;3. 作力多邊形，求出力多邊形以平衡力，即錨桿拉力Rtmax

22、;4. 按下式計(jì)算深層滑移穩(wěn)定性安全系數(shù)Kms; RtmaxNtKms 式中 Nt-土層錨桿設(shè)計(jì)軸向拉力 Kms-深層滑移穩(wěn)定安全系數(shù)，Kms=1.21.5。近似取如圖所示滑動(dòng)塊受力分析：第一層土層錨桿，Rtmax=392.6kN RtmaxNt=392.624.9=15.7>1.5第二層土層錨桿，Rtmax=751.7kN RtmaxNt=751.7348=2.16>1.5第三層土層錨桿，Rtmax=3414.5kN RtmaxNt=3414.51103.9=3.09>1.5 均符合深層穩(wěn)定性要求。 圍護(hù)樁墻底地基承載力驗(yàn)算在很多穩(wěn)定性驗(yàn)算的計(jì)算公式中，該方法建議采用下式進(jìn)

23、行地基承載力穩(wěn)定性驗(yàn)算：KL=2DNq+cNc1H+D+q式中 D-墻體插入深度；H-基坑開(kāi)挖深度；q-地面超載；1-坑外地表至墻底，各土層天然重度的加權(quán)平均值；2-坑內(nèi)開(kāi)挖面以下至墻底，各土層天然重度的加權(quán)平均值； Nq、Nc-地基極限承載力計(jì)算公式。 用普朗特爾公式，Nq、Nc分別為 Nq=tan2(45o+2)etanNc=(Nq-1)1tan因雜填土土層較薄，僅1m，而且雜填土與粘土容重接近，故取 2=1=19kPa/m，代入得 KL=3.0>1.21.3故圍護(hù)樁底部地基承載力驗(yàn)算滿足要求。 基坑底部土體抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算假定滑動(dòng)面通過(guò)墻底，并以最下層錨定點(diǎn)作為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，按下式驗(yàn)算基坑底部土體的抗隆起穩(wěn)定性：KL=MRLMSL式中 MRL-抗隆起力矩， MRL=R1Katan+ R2tan+R3c R1=Dho