1、中国矿业大学资源与地球科学学院实 验 报 告课程名称： 地下工程 实验名称： 基坑支护设计模拟 专 业： 地质工程 班 级： 地质10-6班 任课教师： 李 小 琴 学 号： 姓 名： 实验日期： 2013.6.30 一、 实验目的（1） 熟悉基坑支护设计基本流程；（2） 熟悉基坑支护结构类型及其设计方法；（3） 掌握利用软件进行基坑支护结构设计方法。二、 实验原理根据提供的场地原始勘察资料，按照建筑基坑工程技术规程等国家规范规程的要求，对原始资料进行分析整理计算，提出基坑支护方案，利用基坑支护结构设计软件进行基坑支护设计以及稳定性验算。三、 实验设备（1）硬件要求：微型计算机，内部组成局域网
2、。（2）软件要求：操作系统：中文Windows XP、深基坑支护结构设计软件。四、 实验要求（1）学号尾号为1，2的对材料一中剖面1进行支护结构设计与稳定性验算；（2）学号尾号为3、4的对材料一中剖面2进行支护结构设计与稳定性验算；（3）学号尾号为5的针对材料一中剖面3进行支护结构设计与稳定性验算；（4）学号尾号为6的针对材料一中剖面4进行支护结构设计与稳定性验算；（5）学号尾号为7的针对材料二中剖面1进行支护结构设计与稳定性验算；（6）学号尾号为8的针对材料二中剖面2进行支护结构设计与稳定性验算；（7）学号尾号为9的针对材料二中剖面3进行支护结构设计与稳定性验算；（8）学号尾号为0的针对材料
3、二中剖面4进行支护结构设计与稳定性验算；材料一1.1 工程概况拟建鑫岭家园位于河北省邯郸市陵西大街与水院北路街交叉口东南角，拟建1、2#楼为地下3层，地上32层，3#楼为地下3层，地上6层，地下车库为地下2层。以自然地坪计基坑深度9.1m(地下车库)、10.5m(主楼)。表1 拟建筑物特征表 序号建筑物名称地上层数地下层数基础埋深结构类型基础型式基底压力11#底层商业住宅楼32210.00m框架剪力墙筏板50022#底层商业住宅楼32210.00m框架剪力墙筏板5003商业楼202.00m框架筏板804商业、物业办公楼4210.00m框架筏板805地下车库-210.00m框架筏板801.2 地
4、层本次勘察在60.00深度范围内，所揭露底层按地基土的成因类型、土质特征并从建筑工程评价的要求出发将本场地地基土分为13个岩土单元，现分述如下：(1)杂填土(Q42ml):灰褐色，松散-稍密，湿，由炉渣、建筑垃圾及粘性土组成，堆积时间短，均匀性差。本层分布整个场地，层厚0.803.40m，层底标高55.0357.53m。(2)粉质粘土(Q4(al+pl)；褐黄色，可塑硬塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，粘粒含量低，夹粉土薄层，含少量小钙质结核。本层分布整个场地，层厚1.50-4.00m，层底标高53.04-54.53m。(3)粉土(Q4(al+pl)；黄褐色，中密-密实，湿，摇振
5、反应中等，无光泽，干强度、韧性低，含少量钙质结核，夹粉质粘土块、薄层。本层分布整个场地，层厚1.10-2.80m，层底标高51.14-52.47m。(4)粉质粘土(Q4(al+pl)； 灰褐色，可塑硬塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，上部夹粉土薄层，含少量青瓦片及有机质团块。本层分布整个场地，层厚1.10-3.00m，层底标高47.67-50.83m.(5)粉质粘土(Q4(al+pl)；浅黄色，可塑硬塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性低-中等，干强度中等，夹粉土薄层，含少量小钙质结核，顶部含量较多。本层分布整个场地，层厚1.00-5.40 m，层底标高44.45-48.37m。(6)
6、粉质粘土(Q4(al+pl)；棕黄色，可塑硬塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性低-中等，干强度中等，夹粉土薄层，含少量小钙质结核，下部含少量细砂粒。本层分布整个场地，层厚4.707.40m，层底标高34.9438.27m。(7)细砂 (Q4(al+pl)黄褐色，稍密，很湿饱和，由长石、适应细砂及粉质粘土组成，砂粒为亚圆形，不均匀，下部含粉质粘土薄层，含少量小砾石，底部含量增加。本层分布整个场地，层厚1.605.40m，层底标高34.9138.27m。(8)砾砂黄褐色，稍密中密，很湿饱和，含20%30%砾石，径5-20mm，最大200m，为长石石英砂岩，亚圆形，中等风化，部分风化成砂状，砾石分布不均
7、匀，充填物为可塑硬塑状态粉质粘土、中细砂，分布不均匀。本层分布整个场地，本层土只有部分钻孔完全揭露，揭露厚度3.906.70m，层底标高27.0534.74m.(81)粉质粘土(Q4(al+pl)棕黄色，可塑-坚硬，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，含少量小砾石、砂粒本层主要分布于场地西南部，层厚0.52.40m，层底标高29.6432.94m.(9)粉质粘土(Q4(al+pl)棕黄色，可塑-坚硬，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，含少量钙质结核及小砾石、砂粒，下部砂粒含量增大，局部相变为细砂薄层本层分布整个场地，层厚0.56.70m，层底标高24.7428.43m。(10
8、)圆砾(Q4(al+pl)黄褐色，稍密中密，很湿饱和，含65%左右砾石，径520mm，最大200m，为长石石英砂岩，亚圆形，中等风化，部分风化成砂状，砾石分布不均匀，充填物为可塑硬塑状态粉质粘土、中细砂夹硬塑粉质粘土薄层。本层分布整个场地，层厚6.39.9m，层底标高16.5318.71m。(11)粉质粘土(Q4(al+pl) 棕黄色，硬塑坚硬，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，含少量砂粒及褐色团块。本层主要分布于整个场地，层厚4.38.20m，层底标高8.7413.53m.(12)砾砂(Q4(al+pl) 黄褐色，稍密中密，很湿饱和，含20%左右砾石，径520mm，最大200m，为
9、长石石英砂岩，亚圆形，中等风化，部分风化成砂状，砾石分布不均匀，充填物为可塑硬塑状态粉质粘土、中细砂。本层分布整个场地，层厚2.005.50m，层底标高6.348.44m。(13)粉质粘土(Nfgl)棕黄色，坚硬，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，含少量褐色团块及浅绿色团块，顶部夹少量小砾石。本层主要分布全场区，未揭穿，揭露最大厚度8.80m，层底标高-2.06m.以上地层分布关系详见工程地质剖面图。1.3 地下水本次勘察在钻孔控制深度范围下见地下水，稳定水位埋深8.008.50m(k3、k4勘探点处因地表明沟水下渗，水位较高)稳定地下水位标高49.5450.34m，年内水位变化幅度
10、为1.00m，35年年内最高水位在6.5m。抗浮设防水位按6.5m考虑。第四层粉质粘土、第五层粉质粘土、第六层粉质粘土、第七层细砂、第八层砾砂为含水层，各含水层互通，属同一层水，为潜水。水位升降主要受大气降水及生活用水补给(如拟建建筑物对水文地质条件有特殊要求，建议进行专门水文地质勘察)。场地环境为类，很据K1、K12水质分析报告综合评价，地下水对混凝土结构具微腐蚀性；在干湿交替作用下，地下水对钢筋混凝土具微腐蚀性，长期浸水条件下，地下水对钢筋混凝土结构具微腐蚀性。1.4 基坑周边环境基坑东侧为邯钢农林路生活区2栋住宅楼(7层+1层地下室)，地下砖混结构，地下室框架结构，筏板基础，基础埋深3.
11、0m，地下室外墙距建筑物最近处12.53m，基坑南侧为钢运胡同，距南侧30m有一2层住宅楼，基础埋深1.5m，地下室外墙距建筑物17.2m；基坑西侧为陵西大街，地下管线自西向东依次为给水管线、煤气管线、热力管线、污水。 图1 基坑平面图1.5 地质计算参数根据勘察报告中基坑周围剖面土层情况，本工程在基坑设计时所选的土层岩土参数情况如表2。表2 各土层参数表地层岩土类别平均厚度(m)重度KN/m3内摩擦角粘聚力kPa杂填土1.618.09.009.0粉质粘土3.019.710.0013.6粉 土2.019.411.710.5粉质粘土1.619.59.08.9粉质粘土4.320.19.713.2粉
12、质粘土5.120.310.716.5细 砂5.020.725.00砾 砂6.020.531.00五、 实验步骤1、 安装里正深基坑6.0基坑支护结构设计软件。2、 在基坑设计前期，需要对基坑的勘察报告等详细资料收集到手，供设计使用。仔细阅读拟建建筑物的建筑形式、结构特点及周边地质环境。如：稳定水位埋深8.008.50m(k3、k4勘探点处因地表明沟水下渗，水位较高)稳定地下水位标高49.5450.34m，年内水位变化幅度为1.00m，35年年内最高水位在6.5m。抗浮设防水位按6.5m。又如2号剖面需要注意附近建筑的安全，进行基坑设计，可以排除放坡的方法，打锚杆的时候也要注意锚杆长度是否对邻近
13、建筑造成印象。3、 对建筑物的安全等级进行评估，提出基坑的开挖形式，合理布置基坑的支护形式。根据：查表，得到基坑侧壁安全等级，并得出安全系数取值。表3.1.3基坑侧壁安全等级及重要性系数4、 进行基坑支护类型进行选择。表3.3.1支护结构选型表：考虑到周边环境与安全等级等因素，对基坑进行设计提供了选排桩设计方案。5、 应用里正深基坑6.0基坑支护结构设计软件对基坑进行支护形式进行设计。在单元计算中选择合理的支护形式，录入基坑的基本信息、土层信息及所需支锚信息，进行基坑支护形式的验算。不断地调整基坑的支护形式及支锚形式，直到验算结果满足设计要求为止。6、 整理、生成基坑支护设计成果试验报告。六、
14、 实验结果 深基坑支护设计 设计单位：X X X 设 计 院设 计 人：X X X设计时间：2013-06-30 23:57:37- 支护方案 -排桩支护- 基本信息 -内力计算方法增量法规范与规程建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-99基坑等级一级基坑侧壁重要性系数01.10基坑深度H(m)10.500嵌固深度(m)10.000桩顶标高(m)0.000桩截面类型矩形 桩高(m)0.800 桩宽(m)0.800桩间距(m)0.800混凝土强度等级C20有无冠梁 无放坡级数 0超载个数 0支护结构上的水平集中力0- 附加水平力信息 -水平力作用类型水平力值作用深度是否参与是否参与序号 (kN)
15、(m)倾覆稳定整体稳定- 土层信息 -土层数 9坑内加固土 是内侧降水最终深度(m)12.000外侧水位深度(m)8.300内侧水位是否随开挖过程变化是内侧水位距开挖面距离(m)0.000弹性计算方法按土层指定弹性法计算方法m法- 土层参数 -层号土类名称层厚重度浮重度粘聚力内摩擦角 (m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)(度)1杂填土1.6018.0-9.0014.602粘性土3.0019.7-10.0011.003粉土2.0019.4-11.7011.704粘性土1.6019.5-9.009.005粘性土4.3020.18.09.709.706粘性土5.1020.38.0-7细砂5.
16、0020.78.0-8砾砂6.0020.58.0-9粘性土5.0020.58.0-层号与锚固体摩粘聚力内摩擦角水土计算方法m,c,K值抗剪强度 擦阻力(kPa)水下(kPa)水下(度) (kPa)120.0-m法10.00-250.0-m法2.82-335.0-m法2.38-460.0-m法4.12-550.013.209.70分算m法10.00-640.016.5010.70合算m法10.00-7120.020.0020.50分算m法10.00-8120.020.0031.00分算m法10.00-940.013.2010.00分算m法10.00- 加固土参数 -土类名称宽度层厚重度浮重度粘聚
17、力内摩擦角 (m)(m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)(度)人工加固土3.02.00018.0008.00020.00030.000土类名称粘聚力内摩擦角水土计算方法 m,C,K值 水下(kPa)水下(度) 人工加固土15.00015.000分算m法10.000- 支锚信息 -支锚道数3支锚支锚类型水平间距竖向间距入射角总长锚固段道号 (m)(m)()(m)长度(m)1锚杆1.0002.00015.0012.008.002锚杆1.0002.50015.0012.008.003锚杆1.0002.50015.0012.008.00支锚预加力支锚刚度锚固体工况锚固力材料抗力材料抗力道号(kN
18、)(MN/m)直径(mm)号调整系数(kN)调整系数12.0015.0020021.00196.351.0022.0030.0020041.00321.701.0032.0030.0020061.00407.151.00- 土压力模型及系数调整 -弹性法土压力模型:经典法土压力模型:层号土类名称水土水压力主动土压力被动土压力被动土压力 调整系数调整系数调整系数最大值(kPa)1杂填土合算1.0001.0001.00010000.0002粘性土合算1.0001.0001.00010000.0003粉土合算1.0001.0001.00010000.0004粘性土分算1.0001.0001.0001
19、0000.0005粘性土分算1.0001.0001.00010000.0006粘性土合算1.0001.0001.00010000.0007细砂分算1.0001.0001.00010000.0008砾砂分算1.0001.0001.00010000.0009粘性土分算1.0001.0001.00010000.000- 工况信息 -工况工况深度支锚号类型(m)道号1开挖2.000-2加撑-1.锚杆3开挖4.500-4加撑-2.锚杆5开挖7.000-6加撑-3.锚杆7开挖10.500- 设计结果 - 结构计算 -各工况：内力位移包络图：地表沉降图：- 环梁选筋结果 - 钢筋级别选筋As1HPB2351
20、d12As2HPB2351d12As3HPB235d121- 截面计算 - 截面参数 桩是否均匀配筋 是 混凝土保护层厚度(mm)35桩的纵筋级别HRB335桩的螺旋箍筋级别HPB235桩的螺旋箍筋间距(mm)150弯矩折减系数0.85剪力折减系数1.00荷载分项系数1.25配筋分段数一段各分段长度(m)20.50 内力取值 段内力类型弹性法经典法内力内力号 计算值计算值设计值实用值基坑内侧最大弯矩(kN.m)457.03388.91534.15534.151基坑外侧最大弯矩(kN.m)243.40370.60284.47284.47最大剪力(kN)213.16205.80293.09293.
21、09段选筋类型级别钢筋实配计算面积号 实配值(mm2或mm2/m)基坑内侧纵筋HRB3357D22266125081基坑外侧纵筋HRB3357D2226612508箍筋HPB235d101501047877 构造筋HRB3353D14462- 锚杆计算 - 锚杆参数 锚杆钢筋级别HRB400锚索材料强度设计值(MPa)1220.000锚索采用钢绞线种类1 7锚杆材料弹性模量(105 MPa)2.000锚索材料弹性模量(105 MPa)1.950注浆体弹性模量(104MPa)3.000土与锚固体粘结强度分项系数1.300锚杆荷载分项系数1.250 锚杆内力 支锚道号锚杆最大内力锚杆最大内力锚杆内
22、力锚杆内力 弹性法(kN)经典法(kN)设计值(kN)实用值(kN)185.4832.10117.54117.542154.55143.83212.51212.513187.73287.52258.13258.13 锚杆自由段长度计算简图 支锚道号支锚类型钢筋或自由段长度锚固段长度实配计算面积锚杆刚度 钢绞线配筋实用值(m)实用值(m)(mm2)(MN/m)1锚杆1E254.08.049139321.532锚杆1E324.08.080471034.133锚杆1E364.08.0101886242.33- 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: 0.40m滑裂
23、面数据整体稳定安全系数 Ks = 1.714圆弧半径(m) R = 21.025圆心坐标X(m) X = -2.223圆心坐标Y(m) Y = 10.807- 抗倾覆稳定性验算 -抗倾覆安全系数:Mp被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力 决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。Ma主动土压力对桩底的倾覆弯矩。注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 工况1： 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m) 1 锚杆 0.000 0.000 2 锚杆 0.000 0.000 3 锚杆 0
24、.000 0.000 Ks = 32.750 = 1.200, 满足规范要求。 工况2： 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m) 1 锚杆 196.350 232.908 2 锚杆 0.000 0.000 3 锚杆 0.000 0.000 Ks = 36.252 = 1.200, 满足规范要求。 工况3： 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m) 1 锚杆 196.350 232.908 2 锚杆 0.000 0.000 3 锚杆 0.000 0.000 Ks = 4.125 = 1.
25、200, 满足规范要求。 工况4： 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m) 1 锚杆 196.350 232.908 2 锚杆 321.699 236.974 3 锚杆 0.000 0.000 Ks = 4.741 = 1.200, 满足规范要求。 工况5： 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m) 1 锚杆 196.350 232.908 2 锚杆 321.699 236.974 3 锚杆 0.000 0.000 Ks = 2.028 = 1.200, 满足规范要求。 工况6： 注意
26、：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m) 1 锚杆 196.350 232.908 2 锚杆 321.699 236.974 3 锚杆 407.150 255.326 Ks = 2.374 = 1.200, 满足规范要求。 工况7： 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号支锚类型材料抗力(kN/m)锚固力(kN/m) 1 锚杆 196.350 232.908 2 锚杆 321.699 236.974 3 锚杆 407.150 255.326 Ks = 1.297 = 1.200, 满足规范要求。 - 安全系数最小的工况号：工况7。 最
27、小安全Ks = 1.297 = 1.200, 满足规范要求。- 抗隆起验算 -Prandtl(普朗德尔)公式(Ks = 1.11.2)，注：安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部):Ks = 4.304 = 1.1, 满足规范要求。Terzaghi(太沙基)公式(Ks = 1.151.25)，注：安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部):Ks = 5.072 = 1.15, 满足规范要求。 隆起量的计算 注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!式中基坑底面向上位移(mm);n从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;ri第i层土的重度(kN/m3
28、)； 地下水位以上取土的天然重度(kN/m3)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3);hi第i层土的厚度(m);q基坑顶面的地面超载(kPa);D桩(墙)的嵌入长度(m);H基坑的开挖深度(m);c桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);r桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3); = 0(mm)- 抗管涌验算 -抗管涌稳定安全系数(K = 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 = 8.715 = 1.5, 满足规范要求。- 承压水验算 -
