一、基坑支護(hù)計(jì)算書(shū)——SMW工法1.1項(xiàng)目概況xx地鐵xx路綜合樓工程位于中山路吉兆營(yíng)路路口東南角，占地面積南北長(zhǎng)約70m,東西寬約50m。綜合樓主樓26層，高約100m，采用鋼結(jié)構(gòu)體系；裙樓高6層，采用框架結(jié)構(gòu)體系。綜合樓設(shè)三層地下室，基坑開(kāi)挖深度分為17.86m。1.1.1基坑工程設(shè)計(jì)依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-99)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)《地基與基礎(chǔ)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GBJ202-83)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)《地基處理技術(shù)規(guī)范》(DBJ08-40-94)《地鐵基礎(chǔ)工程施工規(guī)程》(SZ-08-2000)《基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》(DBJ08-61-97)《簡(jiǎn)明深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》《基坑工程手冊(cè)》1.2巖土工程勘察報(bào)告本工程地面實(shí)測(cè)標(biāo)高在10.46m左右。建址范圍內(nèi)自上向下土層構(gòu)成分別為：①雜填土：褐黃色，松散?稍密，由碎磚、碎石及粉質(zhì)粘土混填；①-2b2-3素填土：褐黃?褐灰色，軟?可塑；②-1b3粉質(zhì)粘土：灰黃?褐灰色，軟塑，局部夾粉土；②-2b3-4粉質(zhì)粘土：灰色，軟?流塑，夾淤泥質(zhì)粘土；③-1-1b1-2粉質(zhì)粘土：灰黃?綠灰色，可?硬塑；③-1-1b2粉質(zhì)粘土：灰黃?褐黃色，可塑；③-1-2b3-4粉質(zhì)粘土：褐黃?褐灰，軟?流塑；③-2-1b2-3粉質(zhì)粘土：褐黃?褐灰，可?軟塑；③-2-2b3-4粉質(zhì)粘土：褐灰?灰色，軟?流塑，夾薄層粉砂；③-3-1b2粉質(zhì)粘土：褐灰?灰色，可塑；③-3-2b2粉質(zhì)粘土：灰黃?綠灰色，可塑，夾少量粉細(xì)砂及卵礫石；③-3-3d2中粗砂：灰?灰黃色，中密，局部分布；③-4e粉質(zhì)粘土混粗砂卵礫石：灰黃色?紫紅色，可塑，卵礫石含量一般為5?30%，粒徑1?8cm，局部含量達(dá)60%，粒徑大于10cm。地下水位：1米；高程：9.46米；地面超載：20KN/m2。1.3基坑維護(hù)方案設(shè)計(jì)1.3.1地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻是于基坑開(kāi)挖之前，用特殊挖槽設(shè)備、在泥漿護(hù)壁之下開(kāi)挖深槽，然后下鋼筋籠澆筑混凝土形成的地下土中的混凝土墻。1.3.2、!^巧工法(勁性水泥土攪拌樁法)SMW工法為日本的叫法，國(guó)內(nèi)亦稱勁性水泥土攪拌校法，即在水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼等(多數(shù)為H型鋼，亦有插入拉森式鋼板樁、鋼管等)，將承受荷載與防滲擋水結(jié)合起來(lái)，使之成為同時(shí)具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)培?？由畲髸r(shí)亦可加設(shè)支撐。從我國(guó)目前的設(shè)計(jì)施工水平看，SMW工法圍護(hù)墻在軟土地區(qū)用于兩層地下室的基坑工程(深度8—10m)完全是可以的，上海東方明珠二期工程用于10.7m基坑。如果用后能將H型鋼拔出回收，則經(jīng)濟(jì)效益顯著。采用SMW工法較為合理。具體參數(shù)如下：1.3.3型鋼選擇SMW工法中，由于內(nèi)插型鋼，不需要配筋。選用hx?xtwxt取HW394*398*18*11H型鋼，型鋼截面見(jiàn)圖1.1。

圖1.1型鋼示意圖1.3.4水泥土攪拌樁水泥土攪拌樁樁機(jī)鉆孔直徑為800mm，孔軸間距為600mm，且水泥攪拌樁選擇w=394mm，t=600mm，見(jiàn)圖1.2。圖1.2樁示意圖1.3.5支撐結(jié)構(gòu)類(lèi)型采用鋼支撐施工，采用*580鋼管作為支撐，設(shè)置四道鋼支撐。立柱采用和鋼支撐同樣的材料，為*580鋼管。1.4土壓力計(jì)算1.4.1標(biāo)準(zhǔn)段地下連續(xù)墻深度的確定按照《基坑工程手冊(cè)》，攪拌樁的加固深度，亦即樁的長(zhǎng)度，取開(kāi)挖深度的1.8—2.2倍進(jìn)行試算。即H=1.8h=1.8*17.86=32.12(m)。1.4.2土的參數(shù)計(jì)算對(duì)成層構(gòu)造的土體，墻底以上各層土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)按各層土的厚度加權(quán)平均計(jì)算，即：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"r=￡y.*h/h (1.1)i=1\o"CurrentDocument"循=Z"。*h/h (1.2)_ ^=1\o"CurrentDocument"c=Zc*h/h (1.3)i=i式中y■:第i層土天然重度(kN/m3)；h:第i層土的厚度(m)；七：第i層土的內(nèi)摩擦角(°);C:第i層土的粘聚力(KPa)；H：墻深(m)，取H=1.8h=32.12m.由墻底至坑底間各土層參數(shù)計(jì)算得：；二(1.3*18+0.9*18+0.8*18.93+3.3*18.83+4.5*19.9+3.1*19.49+3.6*18..54+1.8*18.73+3.5*17.96+6.1*19.62+3.12*20)19.07(kN/m3)=19.07(kN/m3)C=(1.3*10+0.9*10+0.8*11.4+3.3*10+4.5*6.66+3.1*9.2+3.6*15.0+1.8*12.2+3.5*9.3+6.1*11.410.5+3.12*)/32.12(kPa)=10.4(kPa)r=(1.3*20+0.9*20+0..8*28.3+3.3*26.9+4.5*18.8+3.1*26.9+3.6*21+1.8*20+3.5*20+6..1*22+3.12*25.5)/32.12(°)=22.4(。)1.4.3水土壓力計(jì)算由于年平均地下水位在地表以下1.0-1.4m，取地下水位在地表以下1.0m處。地面超載取20kN/m2。1.4.4開(kāi)挖面以下主動(dòng)土壓力計(jì)算壓力簡(jiǎn)圖1.3如下：圖1.3計(jì)算壓力簡(jiǎn)圖由公式：Pa=(y*h+q+r(z—h))—2c、*+r'(z—h) (1.4)0 0 0 Va 0Ka二tan2(45<-^/2)=0.45式中p—坑內(nèi)土的被動(dòng)土壓力；y—計(jì)算厚度內(nèi)土的平均天然重度(kN/m3)；4一計(jì)算厚度內(nèi)土的平均內(nèi)摩擦角(°);c一計(jì)算厚度內(nèi)土的平均粘聚力(kPa)；r'—水的重度；取為10kN/m3；r—土的浮重度；代入：h0—水土壓力的臨界值點(diǎn)。代入：p=-4.42kPap2=248.45kPap3=454.62kPa1.4.5開(kāi)挖面以下被動(dòng)土壓力Pp=yo*x*K+2cK (1.5)式中K二tan2(45o+^/2)=2.19代入"p=31.64kPap3=628.01kPa1.4.6支撐及墻體內(nèi)力計(jì)算在本設(shè)計(jì)中，采用日本的山肩邦男為簡(jiǎn)化計(jì)算其基本假定如下：在粘土地層中，擋土結(jié)構(gòu)作為底端自由的有限長(zhǎng)彈性依；擋土結(jié)構(gòu)背側(cè)土壓力在開(kāi)挖面以上取為三角形，在開(kāi)挖面以廠取為矩形，已抵消開(kāi)挖面一側(cè)的靜止上壓力；開(kāi)挖面以下土的橫向抵抗反力取為被動(dòng)土壓力；橫撐沒(méi)置后即作為不動(dòng)支點(diǎn)；下道橫撐設(shè)置后，認(rèn)為上道橫撐的軸力保持不變且下道橫撐點(diǎn)以上的擋土結(jié)構(gòu)仍保持原來(lái)的位置；開(kāi)挖面以下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)彎矩M=0的那點(diǎn)假設(shè)為一個(gè)鉸，而且忽略此鉸以下的擋土結(jié)構(gòu)對(duì)此鉸以上擋土結(jié)構(gòu)的剪力傳遞。1.4.7各參數(shù)的計(jì)算按水土分算公式計(jì)算水土壓力等于零的點(diǎn)：令式(1.5)等于零得：h=0.96m由式(1.4)計(jì)算得基坑底水土壓力：q=248.45kPa由上面計(jì)算的水土壓力等于零的點(diǎn)力地面以下0.96m，考慮地下水位的作用取水

土壓力等于零的點(diǎn)力地面以下1.0m處，近似取水土壓力為三角形分布，三角形的頂點(diǎn)在地表以下1.0m處，可得三角形荷載的斜率不：_203.07門(mén)= 15.457=14.73248.45-(17.86-1)*1016.86=4.73a= 16.86=4.73P二門(mén)-a=14.73-4.73=10因?yàn)镻p二①x+v，由式(1-5)可得：p=41.76x+31.64代入：①=41.76，v=31.64，P=10，a=4.73，門(mén)=14.73；1.4.8支撐內(nèi)力的計(jì)算因?yàn)槲覀兯紤]的墻后水、土荷重圖式與山肩邦南法所采用的不一樣，故雖然照山肩邦南的基本假定，但是另行使用近似解的計(jì)算公式?；炯俣ㄅc山肩邦南法相同。開(kāi)挖面以下的水平力認(rèn)為衰減到零。被動(dòng)側(cè)的土抗力認(rèn)為達(dá)到被動(dòng)主動(dòng)力，為區(qū)別于山肩邦南已減去靜止土壓力部分，以(g+v)代替(&x+G)。由Er=0和EM=0推導(dǎo)得出以下式子：3(①一a)/3-(2門(mén)h-2v-2①h+2ah-3ph)%2(m v1 ph )h% +(ENh h EN +1ph2(h -虹)|=0和0k 20kkkm iikkki20kkk311 11=nxh%+^nh2--①％2-vh-ZN-2p%+-a%計(jì)算參數(shù)如下:i=0 h0i=0 h0廣6.5+20/r=7.55=h=4.51kN=N；k1第一道支撐的參數(shù)：K=2i=0,1h0廣12.01h=9h=4.5N=Nk2N=N；i 1第三道支撐的參數(shù)：K=3i=1,2h=16.51h=13.5h=9h=4.50k 1k 2k 3k第四道支撐的參數(shù):K=4i=1,2,3h=18.85h=15.84h=11.340k1k2k氣廣6.84h4廣2.34%=N；4計(jì)算得:%1=3.65；X2=5.86；X3=7.93；X4=8.63N1=325.33；N2=599.38；N3=940.73；N4=675.45M1=8.28；M2=-407.43；M3=-1372.36；M4=-2971.53吃=-3522.32注：M5為坑底的彎矩值。1.4.9求最大彎距及剪力值(1)最大彎矩值由經(jīng)驗(yàn)可知最大彎矩處位于基坑底面和最后一道支撐之間。設(shè)該點(diǎn)距最后一道支撐的距離為xm。則對(duì)此點(diǎn)取距得：M =325.3xG+13.5)+599.38xG+9)+940.73xG+4.5)+675.45xx(x+15.5》x14.73— 6兩邊求導(dǎo)Mmax=325.33+599.38+940.73+675.45-14.73(x+15.5)2/2令M =0可得：maxX=2.077m代入可得最大彎矩

Mmax=3546.45kN.m圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐內(nèi)力見(jiàn)下圖1.4：(2)最大剪力值坑底處剪力最大，最大值vma為：Vmax=【(325.33+599.38+940.73+675.45-0.5*16.84*14.73*16.84)]=452.29KN圖1.4圍護(hù)及支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖1.5內(nèi)力檢算1.5.1SMW的內(nèi)力驗(yàn)算內(nèi)力計(jì)算按厚度為h的混凝上壁式地下墻，計(jì)算出每延米墻之內(nèi)力M"Q"然后換算得每根型鋼承受的內(nèi)力：其中w=394mm，t=600mm。如圖1.5所示圖1.5圖1.5型鋼布置圖Qp=(w+f)Qw (1.6)tQp=(w+f)Qw (1.6)t為型鋼間的凈距。注:w為型鋼的寬度；由于我們只要驗(yàn)算出內(nèi)力最大處的強(qiáng)度若滿足要求，那么結(jié)構(gòu)就會(huì)安全。在支撐和墻體的內(nèi)力計(jì)算中我們已經(jīng)得最彎矩和剪力為：M=3546.45(KN.m) Q=452.29(N)故：Mp=3546.45*(0.394+0.600)

=3525.17(KN.m)Q二452.29*(0.394+0.600)=449.57(KN)1.5.2強(qiáng)度驗(yàn)算1.5.3抗彎驗(yàn)算考慮彎矩全部由型鋼承擔(dān)，則型鋼應(yīng)力需滿足下式:(1.7)(1.7)式中式中W—型鋼抵抗矩(mm3)；W=2860cm3Mx一繞X軸的最大計(jì)算彎矩；Y*一塑性截面發(fā)展系數(shù)，為Y*=1.05；f一鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，為f=215N/mm2。代入：3525.17*1053525.17*1051.05*2860*103=117.38N/mm2<215N/mm2故滿足抗彎要求。1.5.4型鋼抗剪驗(yàn)算(1.8)V5(1.8)=廠<fItvw式中T—計(jì)算剪力(N)：1—毛截面慣性矩，為I=56400cm4；t^—所驗(yàn)算點(diǎn)處的鋼板厚度；&二11mmfv一鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，為fv=125N/mm2。S—型鋼面積矩(mm3)

S=398*18*(197-18/2)+(197—18)2*11/2=1523057.5mm3代入得：=110.36N/mm2<125N/mm2449.57*103*1523057.5=110.36N/mm2<125N/mm256400*104*11故滿足要求。1.6穩(wěn)定性驗(yàn)算在基坑開(kāi)挖時(shí)，由于坑內(nèi)土體挖出后，使地基的應(yīng)力場(chǎng)和變形發(fā)生變化，可能導(dǎo)致地基的失穩(wěn)，所以在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要驗(yàn)算基坑穩(wěn)定性，主要有抗隆起驗(yàn)算，抗傾覆驗(yàn)算，整體滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算，抗?jié)B流驗(yàn)算。1.6.1基坑底部抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算許多驗(yàn)算抗隆起安今系數(shù)的公式中，僅僅給出了純粘性土(4=0)或純砂性土(c=0)的公式。很少同時(shí)考慮c,中。顯然對(duì)于一般的粘性土，在土體的抗剪強(qiáng)度中應(yīng)包括c,中的因素。因此參照Ptndtl和Terzaghi的地基承載力公式,并將墻底面的平面作為求極限承載力的基準(zhǔn)面,示意圖1.6如下：圖1.6計(jì)算示意簡(jiǎn)圖K=（y2DNq+CN）虹?+D）+q] （1.9）式中D一墻體入土深度（m）,D=14.26m；h°一基坑開(kāi)挖深度（m），h°=17.86m；r,r—墻體外側(cè)及坑底土體加權(quán)平均重度（kN/m3）,r=19.06kN/m3，r1 2 1 2=19.07kN/m3；c，中一分別為墻底以下主要影響范圍內(nèi)地基土的粘聚力、內(nèi)摩擦角峰值，取c=10.06，中=21.90；Q—地面超載（KN/m3），取q=20kN/m3；Nq,N一地基承載力系數(shù)，由太沙基公式：由太沙基公式得:式中Nq,N由太沙基公式得:e（4兀-e（4兀-2*180)tan巾(1.10)cos(45Nq-cos(45Nq-1(1.11)代入:17*冗2*180)tan21.9cos(4517*冗2*180)tan21.9cos(4521.9=9.08七◎=20.11把各數(shù)值代入公式中得:7 19.07*14.26*9.08+10.69*20.11k= s 19.06(17.84+14.26)+20=4.248K為支護(hù)墻底地基承載力安全系數(shù)。根據(jù)基坑重要性等級(jí)，一級(jí)基坑取2.5；s二級(jí)基坑取2.0；三級(jí)基坑取1.7。故驗(yàn)算滿足要求。1.6.2圍護(hù)墻的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算板式支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性又稱踢腳穩(wěn)定性，是驗(yàn)算最下道支撐以下的主動(dòng)、被動(dòng)土壓力繞最下道支撐(拉錨)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是否平衡。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1.7：圖1.7抗傾覆計(jì)算簡(jiǎn)圖支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算：K=勺 (1.12)s1.6.3土壓力計(jì)算2點(diǎn)處的被動(dòng)土壓力、3點(diǎn)處的主被動(dòng)土壓力已在荷載計(jì)算中計(jì)算得出：e2=31.64KPa；e3=628.01KPa；e3=454.62KPa；4點(diǎn)處的主動(dòng)土壓力式計(jì)算：。郁=(19.07+20+9.07*14.5)x0.49-2x10.16x7049+10*14.5=214.36KPa；1.6.4坑內(nèi)、外土體土壓力對(duì)支撐點(diǎn)產(chǎn)生的力矩M=eh(h+0.5h)+0.5h(e-e)(h+2h/3) (1.12)r p,adt d dp,d p,atdM=0.5e(h+h)2+(e-e)2(h+h)2/3 (1.13)s a,btd a,d a,b td式中 Mr一坑內(nèi)被動(dòng)土壓力對(duì)最下層支撐點(diǎn)4點(diǎn)處產(chǎn)生的力矩，kN.m/m；Ms-坑外主動(dòng)土壓力對(duì)最下層支撐點(diǎn)4點(diǎn)處產(chǎn)生的力矩，kN.m/m；ep2—坑內(nèi)開(kāi)挖面處被動(dòng)土壓力強(qiáng)度，KPa；ep3—坑內(nèi)墻角處被動(dòng)土壓力強(qiáng)度，KPa；七—最下道支撐4點(diǎn)處距離開(kāi)挖面的距離，m；h=2.34m；t”d—連續(xù)墻埋深，m；h=14.26m；dea4—坑外最下道支撐處4點(diǎn)處的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度，KPa；ea3—坑外墻底處的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度，KPa；代入：M=31.64*14.26(2.34+14.26/2)+0.5*14.26*(628.01—31.64)*(2.34+2*14.26/3)二54646.16(kN.m/m)M=0.5*214.36(2.34+14.26)2+(454.62-214.36)*3(2.34+14.26)2=31382.5(kN.m/m)K=M/M=54646.16/41382.5=1.32>1.2故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。1.6.5整體圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算全面地對(duì)有支護(hù)基坑進(jìn)行穩(wěn)定性分析，是基坑工程設(shè)計(jì)的最重要環(huán)節(jié)之一?？紤]內(nèi)支撐作用時(shí)，通常不會(huì)發(fā)生整體穩(wěn)定破壞，因此，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)，只設(shè)一道支撐時(shí)，需驗(yàn)算整體滑動(dòng)、對(duì)設(shè)置多道支撐時(shí)可不作驗(yàn)算。1.6.6抗?jié)B流驗(yàn)算在地下水位較高地區(qū)基坑開(kāi)挖以后，地下水形成水頭差七，使地下水由高處向低處滲流。當(dāng)滲流力較大時(shí)，就有可能造成基坑底部的潘流或管涌穩(wěn)定性破壞。為防止此類(lèi)破壞，便可通過(guò)提高擋水帳幕入土深度，增長(zhǎng)地下水滲流路線，從而減小滲流水力坡度，達(dá)到防止?jié)B流或管涌失穩(wěn)破壞的目的。由于該工程地下水位埋深約32m左右，而攪拌樁的入土深度為32.12m，故取坑底滲流路徑剛好通過(guò)基坑底部。如圖1.8所示，可通過(guò)下式驗(yàn)算基坑底部穩(wěn)定性：(1.14)式中i一坑底土體臨界水力坡度，根據(jù)坑底土的特性計(jì)算：ic=|+三P一坑底土體的相對(duì)密度；依規(guī)范取2.65；e一坑底土體天然孔隙比；依照地質(zhì)資料，按平均加權(quán)計(jì)算得：0.828； hi—坑底土體滲流水力坡度；i=—w；h一基坑內(nèi)外土體的滲流水頭(m)，取坑內(nèi)外地下水位差；取為17.84m；L一最短滲徑流線總長(zhǎng)度(m),L=ZL+mZL；h VZLh一滲徑水平段總長(zhǎng)度(m)；ZLh=0.8m；ZLv一滲徑垂直段總長(zhǎng)度(m)；ZLh=hw+2*DD一基坑底部下