地下连续墙设计计算书

目 录

一 工程概况 ................................................................................................................................ - 1 - 二 工程地质条件 ........................................................................................................................ - 1 - 三 支护方案选型 ........................................................................................................................ - 1 - 四 地下连续墙结构设计 ............................................................................................................ - 2 -

1 确定荷载，计算土压力： ............................................................................................ - 2 -

1.1计算○1○2○3○4○5○6层土的平均重度，平均粘聚力c，平均内摩檫角 ..... - 2 - 1.2 计算地下连续墙嵌固深度 ................................................................................... - 2 - 1.3 主动土压力与水土总压力计算 ........................................................................... - 3 - 2 地下连续墙稳定性验算 ................................................................................................ - 6 -

2.1 抗隆起稳定性验算 ............................................................................................... - 6 - 2.2基坑的抗渗流稳定性验算 .................................................................................... - 7 - 3 地下连续墙静力计算 .................................................................................................... - 8 -

3.1 山肩邦男法 ........................................................................................................... - 8 - 3.2开挖计算 .............................................................................................................. - 10 - 4 地下连续墙配筋 .......................................................................................................... - 12 -

4.1 配筋计算 ............................................................................................................. - 12 - 4.2 截面承载力计算 ................................................................................................ - 13 -

参考文献 .................................................................................................................................... - 13 -

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一 工程概况

拟建的钦州市妇幼保健医院住院大楼,项目地址位于钦州市安州大道与南珠东大街交叉路口东南侧。整个项目总用地净面积12702.98ｍ2，使用面积11411.73ｍ2，地上总建筑面积49273.94ｍ2，地下总建筑面积7857.64ｍ2，总建筑基底面积3815.92ｍ2。该项目为1栋楼高22～23F的住院大楼，下设两层地下室，详细尺寸及布局见 “总平面图”和“建筑物和勘探点平面位置图”。未进入设计条件，拟建建筑的荷载、上部结构及室内整平标高均未知、基础类型待定。受业主委托，由本院对拟建场地进行岩土工程详细勘察工作。

二 工程地质条件

拟建工程场地位于钦州市安州大道与南珠东大街交叉路口东南侧，其北临南珠东大街，西侧为安州大道，南面为已建的9F妇幼保健医院门诊、办公楼。拟建场地几年前经过填土整平，场地内原有较多旧建筑物，部分已经拆除，现况场地总体地形平坦，相对高差不大，约1.21m。场地地貌上属于低丘缓坡地貌。

地地基土在钻探深度范围内揭露的地层有：素填土①，第四系（Q3）洪冲积粘土②、粗砂③、粉砂④；下伏基岩为侏罗系中统（J2）的强风化砂岩⑤和中风化砂岩⑥，各层土的物理力学性质如下：

各种土的力学参数表

名称 素填土① 粘土② 粗砂③ 粉砂④ 强风化岩⑤ 中风化砂岩⑥ h(m) 2.4 1.02 4.05 1.58 6.67 9.91 (0) 5 5.8 30 25 C(kPa) 35 44.3 0 4 (kN/m3) 21 19.6 19.5 19.0 21.0 23.0 三 支护方案选型

拟建工程场地位于钦州市安州大道与南珠东大街交叉路口东南侧，其北临南珠东大街，西侧为安州大道，南面为已建的9F妇幼保健医院门诊、办公楼。拟建场地几年前经过填土整平，场地内原有较多旧建筑物，部分已经拆除，现况场地总体地形平坦，相对高差不大，约1.21m。场地地貌上属于低丘缓坡地貌。必

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须控制好施工对周围引起的振动和沉降

考虑该工程开挖深度10米，较深，要保持深基坑支护结构万无一失的话，要求进入强分化岩。

综上所述，最佳支护方案是选择内支撑的地下连续墙围护。 地下连续墙工艺具有如下优点：

1）墙体刚度大、整体性好，因而结构和地基变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构；

2）试用各种地质条件。对砂卵石地层或要求进入风化岩层时，钢板桩就难以施工，但却可采用合适的成槽机械施工的地下连续墙结构；

3）可减少工程施工时对环境的影响。施工时振动少，噪声低；对周围相邻的工程结构和地下管线的影响较低，对沉降及变位较易控制；

4）可进行逆筑法施工，有利于加快施工进度，降低造价。

四 地下连续墙结构设计

1 确定荷载，计算土压力：

2地表超载q10KN/M，地下水距地面3.3米，用水土分算法计算主动土压力和水压力：

1.1计算○1○2○3○4○5○6层土的平均重度，平均粘聚力c，平均内摩檫角



212.419.61.0219.54.05191.58216.67239.91547.3921.36kNm37.471.586.679.9125.63 52.45.81.02304.05251.58178.923.8102.41.024.051.5846.97



c352.444.31.0241.58135.5127.1kpa2.41.581.025

1.2 计算地下连续墙嵌固深度

由经验公式法计算嵌固深度，公式为：

D1 0.040.542H[0.08()2.330.00134H'0.051c(tan)]式中 D－墙体嵌固深度（m）；

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H－基坑开挖深度，H'Hq

[]－容许变形量；根据《建筑基坑工程技术规范》有[]0.1H/100

1010.47m

21.83610 []0.10.01m

100H'10DH[0.08()2.330.00134H'0.051c0.04(tan)0.54]210[0.080.012.330.0013421.3610.470.05121.3627.10.04(tan3.80)0.54]24.39m为了方便施工取11.5米

则地下连续墙底到自然地面总埋深为10+4.5=14.5米。

1.3 主动土压力与水土总压力计算

pa(qh1'h2)tan2(45/2)2ctan(45/2)

pwwh2 ppapw

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式中p－水土总压力(kN/m)；

2

papw－土压力(kN/m)； －水压力(kN/m)；

22 h1－计算深度在地下水位上距地面的距离(m)，当计算深度在水位下时

h14.0m；

h2－地下的计算深度距地下水位的距离(m)；

'－土的浮容重(m)。

则利用上面公式可计算各深度的土压力为

z0(m)

pa10tan2(4503.80/2)227tan(453.80/2)41.9kN/m2

z2.3(m)

pa(1021.362.3)tan2(4503.80/2)227tan(4503.80/2)1.3kN/m2可认为pa0

z3.3(m)

pa(1021.363.3)tan2(4503.80/2)227tan(4503.80/2)20kN/m2z7(m)

pa(1021.363.311.363.7)tan2(4503.80/2)227tan(4503.80/2)57kN/m2 pwwh2103.737kN/m2 ppapw94kN/m2

z10(m)

pa(1021.363.311.366.7)tan2(4503.80/2)227tan(4503.80/2)87kN/m2pwwh2106.767kN/m2

ppapw154kN/m2

z14(m)

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pa(1021.363.311.3611.2)tan2(4503.80/2)227tan(4503.80/2)132kN/m2pwwh21011.2112kN/m2

ppapw244kN/m2

2222222

图1 土压力分布图

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2 地下连续墙稳定性验算 2.1 抗隆起稳定性验算

qγγ(H+D)+q

图2 同时考虑c、的抗隆起计算示意图

同时考虑c,的抗隆起，并按普朗特尔(Prandtl)地基承载力公式进行验算。 公式为：KL2DNqcNc，如图2所示

1(HD)q式中1－坑外地表至墙底，各土层天然重度的加权平均值（kN/m3）； 2－坑内开挖面以下至墙底，各土层天然重度的加权平均值（kN/m3）；

Nq、Nc－地基极限承载力的计算系数；

Nqtan2(45)etan

2Nc(Nq1)1 tanKL－抗隆起稳定安全系数。

则有：

12.4211.0219.64.0519.51.58195.452120.3kN/m2

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221kN/m2

3.80tan3.80Nqtan(45)e2.5

22016

tan3.80214.53.1276 KL1.49

20.314.510 Nc(1.41)一般采用KL1.2~1.3

因此地下连续墙埋深D4.5m满足要求。 2.2基坑的抗渗流稳定性验算

如图3所示，作用在惯用范围B上的全部渗流压力J为：

JwhB

式中 h－在B范围内从墙底到基坑地面的水头损失，一般可取hhw/2；

w－水的重度；

B—流砂发生的范围，根据试验结果，首先发生在离坑壁大约等于挡墙插入深度一半范围内，即BD/2。

抵抗渗透压力的土体水肿重量W为 W'DB 式中 '—土的浮重度； D—地下墙的插入深度。

若满足WJ的条件，则管涌就不会发生，即必须满足下列条件：

Ks'D2'D whwhw式中 Ks—抗管涌的安全系数，一般取Ks1.5

JwhBwhwB/2106.7/24.5/275.4

W'DB11.364.54.5/2115

满足WJ

211.364.5则Ks1.531.5符合要求

106.7- 7 -

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hwBDWγWJ

图3 管涌验算示意图

3 地下连续墙静力计算 3.1 山肩邦男法

地下连续墙用于深基坑开挖的挡土结构，基坑内土体的开挖和支撑的设置是分层进行的，作用于连续墙上的水、土压力也是逐步增加的。实际上各工况的受力简图是不一样的。荷载结构法的各种计算方法是采用取定一种支承情况，荷载一次作用的计算图式，不能反映施工过程中挡土结构受力的变化情况。山肩邦男等提出的修正荷载结构法考虑了逐层开挖和逐层设置支撑的施工过程。

山肩邦男等提出的修正荷载结构法假定土压力是已知的，另外根据实测资料，又引入一些简化的假定：

（1）下道横支撑设置以后，上道横支撑的轴力不变；

（2）下道横支撑支点以上的挡土结构变位是在下道横支撑设置前产生的，下道横支撑支点以上的墙体仍保持原来的位置，因此下道横支撑支点以上的地下连续墙的弯矩不改变；

（3）在粘土层中，地下连续墙为无限长弹性体；

（4）地下连续墙背侧主动土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形，是考虑了已抵消开挖面一侧的静止土压力的结果；

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（5）开挖面以下土体横向抵抗反力作用范围可分为两个区域，即高度为l的被动土压力塑性区以及被动抗力与墙体变位值成正比的弹性区。

应用上肩邦男法进行地下连续墙静力计算。

χ N1 Nhok2（ h ok + χ）μ Nh1kh2khiki Nhkkkεχ＋ζ弹 性 区弹 性 区+χα（h o k + χm ）

图4 山肩邦男精确解计算简图

山肩邦男法的计算简图如图4所示。沿地下墙分成3个区域，即第k道横支撑到开挖面的区域、开挖面以下的塑性区域和弹性区域。建立弹性微分方程式后，根据边界条件及连续条件即可导出第k道横支撑轴力的计算公式及其变位和内力公式，该方法称为山肩邦男的精确解。为简化计算，山肩邦男又提出了近似解法，其计算简图如图5所示，不同之处为：

（1）在粘土地层中，地下连续墙作为底端自由的有限长梁； （2）开挖面以下土的横向抵抗反力采用线性分布的被动土压力； （3）开挖面以下地下连续墙弯矩为零的点假想为一个铰，忽略铰以下的挡土结构对铰以上挡土结构的剪力传递。

由作用于地下连续墙的墙前墙后所有水平作用力合力为零的平衡条件，即 有：

根据静力平衡条件，可推导户计算Nk及xm的公式：

k11212112Nkh0kxmhokwxmvxmNihokxmxm

22221- 9 -

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qh0Kh1KN1N2NiNKh2KhiKhKK主动土压力水、土压力η(h0K+x)-y+ywx+vx(βh0K-αxm)α(h0K+xm)

图5 山肩邦男法近似解法的计算简图

xm则需要通过求解方程：

111111132(w)xm(h0kvwhkkhkkh0k)xm(h0kvh0k)hkkxm3222232 k1h0k12k1NihikhkkNih0k(hkk)02311式中各符号意义见图5山肩邦男法近似解法的计算简图。 3.2开挖计算

一次性开挖，并只设一道支撑，支撑系数k=1,h0k7.7m,hkkh1k5m

NKN1

z10(m)

pa87kN/m2,pw67kN/m2,p154kN/m2

p15.4 10p a8.7

10  15.48.76.7 计算墙前被动土压力：

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Ppxtan2(45)2ctan(45)2221.36x1.142271.07 24.4x57.8则w24.4，v57.8 求xm：

11111132(24.48.7)xm(15.47.757.824.458.756.77.7)xm322223

17.71(15.47.757.86.77.7)4xm15.47.72(5)02233226xm177x1264.60 5.2xm求解方程得xm6.4m 求支撑轴力N1：

1111N115.47.76.415.47.7224.46.4257.86.46.77.76.48.76.422222441.4kN墙体弯矩：

z5(m)

pa(1021.363.311.361.7)tan2(4503.80/2)227tan(4503.80/2)37kN/m2 pwwh2101.717kN/m2 ppapw54kN/m2

2.7542kNm48.6kNm 237.77.7M2(154441.45)kNm685.2kNm

23M1-xN1η(h 0k+x)N 1=441.4kN48.6kN154kN/m685.2kN·m22 图6 开挖计算简图

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4 地下连续墙配筋 4.1 配筋计算

地下连续墙厚700mm，保护层为50mm，混凝土为C30，受力钢筋，分布钢筋均采用Ⅱ级钢筋。C30混凝土的fc14.3MPa,ft1.43MPa，HRB钢筋的设计强度fy300MPa。

墙开挖侧最大弯矩M685.2kNm

h070050650mm b1m 查表 11.0 受弯杆件强度设计安全系数K1.4 1、开挖侧配筋： sKM1.4685.220.16mm/m 22bh01fc1.0143001.00.65查《钢筋混凝土结构设计规范》（沈蒲生主编2002）附表4-2得 s0.7168

KM1.4685.2106 As6851.5mm2

fysh03000.7168650实配直径为32的HRB335钢筋9根 （配筋率：AsAS7238mm2/m）

Asf6851.5100%1.05%45t0.214% 满足要求 bh1000650fy 2、墙迎土侧配筋 sKM1.448.60.011mm2/m 22bh01fc1.0143001.00.65查《钢筋混凝土结构设计规范》（沈蒲生主编2002）附表4-2表得

s0.9990

KM1.448.6106 As3492.7mm2/m

fysh03000.99900.65实配直径为25的HRB335钢筋7根 （AS3436mm2/m） 配筋率：AsAsf3492.7100%0.537%45t0.214% bh1000650fy3、钢筋笼水平配筋

按墙体内力计算弯矩包络图确定最大弯矩配筋范围，以及沿墙体深度分段调

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整配筋数量。由于本工程采用围檩连接支撑与围护墙，因此墙体槽段钢筋笼按整体配置，不分段考虑。根据构造配筋，配筋为18@500. 4.2 截面承载力计算

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第7.2.1条，混凝土受压区高度x为

1fcbxfyAsfy'As'

则 xfyAsfy'As'1fcb3007238300343679.76mm

1.014.31000为了防止构件设计成超筋构件，要求构件截面的相对受压区高度不得超过其相对界限受压区高度b

则截面承载力

x79.760.12b0.55 满足适用条件 h06501fcbx(h0x/2)fy'As'(h0s')1.014.3100079.76(65079.762)3003436(65035) 1329.8kNmM685.2kNm符合规定

参考文献

（1）建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）；中国建筑科学研究院，中国建筑工业出版社，1999。

（2）建筑桩基技术规范（JGJ94-94），中国建筑科学研究院，中国建筑工业出版社，1994。

（3）建筑地基基础设计规范（GBJ50007-2002）中国建筑科学研究院，中国建筑工业出版社，2002；

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