目录
第一篇 灌注桩基课程设计
1.1 设计题目„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2 设计荷载„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.3 地层条件及参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.4 灌注桩机设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.4.1 单桩承载力的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.4.2 桩基的验算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 1.4.3 承台设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 1.4.4 桩身结构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 1.4.5 估算A 、B 轴线柱下桩数„„„„„„„„„„„„„„„ „„„„14 1.4.6 设计图纸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 1.5 设计说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
第二篇 巷道断面设计与支护措施设计
2.1 巷道断面设计原则与支护类型简介„„„„„„„„„„„„„„„„16 2.2 矿井生产条件简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 2.3 选择巷道断面形状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 2.4 确定巷道断面尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 2.4.1 确定巷道净断面宽度B „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 2.4.2 确定巷道拱高„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 2.4.3 确定巷道壁高„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 2.4.4 确定巷道净断面面积和净周长„„„„„„„„„„„„„„„„„19 2.4.5 用风速校核巷道净断面面积„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 2.5 确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺寸„„„„„„„„„„20 2.5.1 选择支护参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 2.5.2 选择道床参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 2.5.3 确定巷道掘进断面尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 2.6 布置水沟和管线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
2.7 计算巷道掘进工程量及材料消耗量„„„„„„„„„„„„„„„„22 2.8 绘制巷道断面施工图及编制相关表格„„„„„„„„„„„„„„„23 2.9 巷道的支护„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 2.9.1 超前、临时支护的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 2.9.2 永久支护„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 2.9.3 巷道（围岩）加固措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26 2.10设计说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
第三篇 浆砌块石重力式堤墙设计
3.1 设计题目„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 3.1.1 挡土墙简介及组成部分„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 3.2 设计资料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 3.2.1 地形„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 3.2.2 工程地质条件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 3.2.3 墙身及墙后填料参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 3.2.4 荷载参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 3.2.5 水文地质条件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 3.2.6 设计荷载„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 3.2.7 排水设施设置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 3.3 挡土墙设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31 3.3.1 主动土压力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31 3.3.2 设计挡土墙截面„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 3.4 设计图纸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„36 3.5 验算说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 3.6 设计说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38
第四篇 谢辞
4.1 谢辞„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„39
一，灌注桩基课程设计
1.1 设计题目 灌注桩基设计 1.2 设计荷载
柱底荷载效应标准组合值和柱底荷载效应基本组合值如下所示： （1）柱底荷载效应标准组合值如下。
A 轴荷载：F k =2920KN 、M k =304KN ⋅m 、V k =192KN ； B 轴荷载：F k =3860KN 、M k =285KN ⋅m 、V k =202KN ； C 轴荷载：F k =3720KN 、M k =281KN ⋅m 、V k =191KN 。 （2）柱底荷载效应基本组合值如下。
A 轴荷载：F k =3680KN 、M k =371KN ⋅m 、V k =233KN ； B 轴荷载：F k =4690KN 、M k =326KN ⋅m 、V k =230KN ； C 轴荷载：F k =4230KN 、M k =301KN ⋅m 、V k =228KN 。 设计C 轴下桩基，A 、B 轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。 1.3地层条件及参数 （1）地形
拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。 （2）工程地质条件
自上而下土层依次如下
①号土层：素填土，层厚1.5m ，稍湿，松散，承载力特征值。 ②号土层：淤泥质土，层厚3.1m ，流塑，承载力特征值f ak =65kpa。 ③号土层：粉砂，层厚4.2m ，稍密，承载力特征值f ak =110kpa。 ④号土层：粉质黏土，层厚3.7m ，湿，可塑，承载力特征值f ak =165kpa。 ⑤号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密—密实，承载力特征值f ak =280kpa。 （3）岩土设计技术参数
岩土设计参数如表1-1和表1-2所示 表1—1 地基岩土物理力学参数
kPa 单位：
表1—2 桩的极限侧阻力标准值q sk 和极限端阻力标准值q pk
(4) 水文地质条件
a.拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性； b.地下水位深度：位于地表下3. 5m 。 （5）场地条件
拟建建筑物所处地区抗震设防烈度为7度，场地内无可液化砂土，粉土 （6）上部结构资料
拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m ，宽9. 6m ，室外地坪标高同自然地面，室内外高差为450mm 。柱截面尺寸均为400mm 400mm ，横向承重。柱网布置如下图1.1所示。 （7）上部结构作用
上部结构作用在柱底的荷载效应标注组合值，其中的弯矩M k 、水平力V k 均为横向方向。上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值，其中的弯矩M 、水
平力V 均为横向方向。 （8）材料
混凝土强度等级为C 25~C 30, 钢筋采用HPB 235, HRB 335级。
图1.1 柱网布置图
1.4灌注桩基设计
建筑物基础设计方案采用混凝土沉管灌注桩，具体设计方案如下：室外地坪标高-0. 45m ，自然地面标高同室外地坪标高。根据《桩基设计参考书》，该建筑桩基属丙级建筑桩基，而且通常情况下10层以下的建筑可以使用直径为
400~500mm 的灌注桩，因此本设计中拟采用直径450mm 的混凝土沉管灌注桩，
选用⑤号土层粉砂层作为持力层，桩尖伸入持力层0. 70m （对于砂土不小于1.5d=675mm），设计桩总长度为15. 05m （其中桩在土中长度为15. 0m ，伸入承台长度0. 05m =50mm ），初步设计承台高1. 0m ，承台底面埋深-1. 7m ，桩顶伸入承台50mm 。
1.4.1 单桩承载力的计算
根据以上的初步设计，桩顶标高为-1. 7m ，桩底标高为-16. 75m ，桩长有效长度为15. 0m 。 如下图1.2所示
(说明：下图中为所初步设计的柱子和承台在图层中的简图，所显示的各个土层资料不清楚，详细的信息在CAD 的图纸上。
)
图1.2 柱子及承台简图
1.4.1.1 单桩竖向极限承载力标准值计算
单桩竖向极限承载力标准值按照下式计算：Q uk =Q sk +Q pk =νp ∑q sik l i +A p q pk 则Q sk =3. 14⨯450⨯(0. 25⨯22+3. 3⨯28+6. 6⨯45+4. 2⨯60+0. 70⨯75) =988. 3KN
Q pk =1/4⨯3. 14⨯0. 452⨯2400=381. 51KN Q uk =988. 3+381. 51=1369. 81KN 1.4.1.2 基桩竖向承载力设计值的计算
承台底部为素填土，压缩性较大，因此在此不考虑承台土效应，即ηc =0则有
R =R a =
Q uk K
=
1369. 81
2
=684. 91KN
根据上部荷载初步估计桩数为 n =1.4.2 桩基的验算
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008），当按单桩承载力特征值经行计算时，荷载应取其效应的标准组合值。由于本案例中桩基所处场地的条件符合规定，因此可不经行地震效应的竖向承载力验算。下面经行基桩竖向承载力验算。
根据桩数设计矩形承台，设计边长为2. 3m ⨯3. 7m , 采取矩形布桩，桩中心取距1400（最小桩心距3d =3⨯450=1350mm ），桩心距承台边缘均为450mm 。
承台平面布置如下图1.3所示
F k R a
=3720684. 91
=5. 43
则设计桩数为6根
图1.3 承台平面布置图
承台及其上覆填土的总重为：G k =γG Ad =20⨯2. 3⨯3. 7⨯1. 7=289. 34KN （注：此处承台上的填土已经填至水平面，防止流水进入，故d =1. 7m ） 荷载的标准组合为：N k =
N
k max k min
F k +G k
n
=
3720+289. 34
6
=668. 2KN
752. 49KN 583. 91KN
M
=N k ±
y ∑y
max 2
=668. 2±
(191⨯1. 0+281)⨯1. 4
4⨯1. 4
2
=668. 2±84. 29=
因此：N k max =752. 49KN 0 满足设计要求，所以初步设计是合理的。 1.4.3 承台设计
根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2. 3m ⨯3. 7m ，初步设计承台厚
1. 00m 。承台计算简图如下1.4所示。
图1.4 承台计算简图
承台混凝土选用C 25，f t =1. 27N /mm 2，f c =11. 9N /mm 2；承台钢筋选用
HRB 335级，f y =300N /mm 。
2
1.4.3.1 承台内力计算
承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反力设计值为
' max
N min =
F n
±
M y y i
∑
6
y i
2
=
42306
±
(301+228⨯1. 0)⨯1. 4
4⨯1. 4
2
=705±94. 46=
799. 46KN
610. 54KN
N ' =
F n
=
4230
=705KN
1.4.3.2 承台厚度及受冲切承载力验算
防止承台产生冲切破坏，承台具有一定的厚度，初步设计承台厚1. 00m ，保护层厚度50mm ，则h 0=1000-60=940mm 。分别对柱边冲切和角桩冲切经行计算，验算厚度合理性。
由于基桩为圆柱形，计算时将截面换算成方桩，则换算成方桩截面边宽为：
b p =0. 8d =0. 8⨯450=360mm
① 柱对承台冲切 承台受桩冲切应满足
F l ≤2[β0x (b c +a 0y )+β0y (h c +a 0x )]βhp f t h 0 由于F l =F -∑N i =4230-0=4230KN ，则冲垮比为 λ0x =
a 0x h 0
=0. 320. 94
=0. 34
λ0y =
a 0y h 0
=
1. 020. 94
=1. 085>1. 0
由于λ取值在0. 25~1. 0之间，所以λ0x =0. 34，λ0y =1. 0 冲切系数为
β0x =
0. 84
=
0. 840. 34+0. 2
=1. 56
λ0x +0. 20. 84
β0y =
λ0y +0. 2
=
0. 841. 0+0. 2
=0. 70
2β0x (b c +a 0y )+β0y (h c +a 0x )βhp f t h 0
=2⨯[1. 56⨯(0. 4+1. 02)+0. 7⨯(0. 4+0. 32)]⨯1. 0⨯1270⨯0. 94=6492. 36KN
[]
6492. 36KN >F l =4230KN
故厚度为1. 00m 的承台能够满足柱对承台的冲切要求。 ②角桩冲切验算
承台受角桩冲切的承载力应满足下式：
⎡a 1y ⎫⎛a 1x ⎫⎤⎛
⎪N l ≤⎢β1x c 2++β1y c 1+⎪⎥βhp f t h 0 ⎪2⎭2⎭⎦⎝⎝⎣
'
由于F l =N max =799. 46KN ，从角桩内边缘至承台外边缘距离为：
c 1=c 2=0. 63m
a 1x =0. 32m a 1y =0. 94m λ1x =
a 1x h 0
=0. 320. 94
=0. 34
λ1y =
a 1x h 0
=
0. 940. 94
=1. 0 （在0. 25~1. 0之间）
β1x =
0. 56
λ1x +0. 20. 56
=
0. 560. 34+0. 2
=1. 037
β1y =
λ1y +0. 2
=
0. 561. 0+0. 2
=0. 467
⎡a 1y ⎫⎛a 1x ⎛
⎪βc ++βc +⎢1x 21y 1⎪22⎝⎝⎭⎣
⎡0. 94⎫0. 32⎛⎛
1. 037⨯0. 63++0. 467⨯0. 63+ ⎪ ⎢
2⎭2⎝⎝⎣
⎫⎤
⎪⎥βhp f t h 0=⎭⎦
⎫⎤
⎪⎥⨯1. 0⨯1270⨯0. 94=1802. 2KN ⎭⎦
>
N l =799. 46KN
所以承台能够满足角桩对承台的冲切要求。 1.4.3.3 承台受剪承载力计算
承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于I-I截面， λ0y =
a 0y h 0
=
1. 020. 94
=1. 09（介于0. 25~3. 0之间）
剪切系数：
α=
1. 75
=
1. 751.. 09+1
=0. 837
λ0y +1
受剪切承载力高度影响系数为： βhs
I-I截面剪力为：
'
V =2N max =2⨯799. 46=1598. 92KN ；则
⎛800
= h ⎝0⎫⎪⎪⎭
0. 25
⎛800⎫= ⎪⎝940⎭
0. 25
=0. 960
βhs αf t bh 0=
0. 960⨯0. 837⨯1. 27⨯103⨯2. 3⨯0. 940=2206.. 3KN >V =1598. 92KN 故满足抗剪切要求
1.4.3.4 承台受弯承载力计算 承台计算截面弯矩如下：
'
对于I-I截面，取基桩净反力最大值N max =799. 46KN 经行计算，则
y i =1400-200=1200mm ; M
x
=
∑N
i
y i =2⨯799. 46⨯1. 2=1918. 7KN
2
A s 1=
M
x
0. 9f y h 0
=
1918. 7⨯10
6
0. 9⨯300⨯940Φ20@100
=7537. 1mm
因此，则钢筋根数为n =2300/100+1=24，实 配
钢筋A s =24⨯314. 2=7540. 8mm 2，满足要求。
对于∏-∏截面，取基桩净反力平均值N ' =705KN 经行计算。 此时， h 0=1000-80=920mm ; x i =700-200=500mm 则， M y =∑N i x i =3⨯705⨯0. 5=1057. 5KN A s 2=
M
y
0. 9f y h 0
=
1057. 5⨯10
6
0. 9⨯300⨯940
=4166. 7mm
2
因此，承台短边方向选用Φ14@140，则钢筋根数为n =3700/140+1=28，实配钢筋28⨯153. 9=4309. 2mm 2，满足要求。
1.4.3.5 承台构造设计
混凝土桩顶伸入承台长度为50mm 。两承台间设置连系梁，梁顶面标高
-0. 70m ，与承台齐平，梁宽300mm ，梁高450mm ，梁内主筋上下共8Φ12通长
配筋，箍筋采用Φ8@200，承台底做100mm 厚C 10素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm 。 1.4.4 桩身结构设计
沉管灌注桩选用C 25混凝土，预制桩尖选用C 30混凝土，钢筋选用HPB 235级。 1.4.4.1 桩身轴向承载力验算
根据《建筑桩基规范》（JGJ94—2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：
N max ≤ϕψc f c A ps
N max =
F +G n
+M y y i
=
4230+1. 2⨯289. 34
6
+
(301+228⨯1. 0)⨯1. 4
4⨯1. 4
2
∑
y i
2
=762. 9+94. 5=857. 4KN
计算桩身轴心抗压强度一般不考虑压曲影响，故取稳定系数ϕ=1. 0；对于挤土灌注桩，基础施工工艺系数ψc =0. 8；C 25级混凝土，f c =11. 9N /mm 2， 则
ϕψc f c A =1. 0⨯0. 8⨯11. 9⨯10⨯1/4⨯3. 14⨯0. 45
6
2
=1513323N =1513. 323KN
1513.323KN>N max =857. 4KN
故桩身轴向承载力满足要求。 1.4.4.2 桩身水平承载力验算
由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为191KN ，则每根基桩承受水平荷载为： H ik =
H k n =1916
=31. 83KN
桩身按构造要求配筋，桩身配6Φ12纵向钢筋，A s =678. 6mm 2，则桩身配筋率 为： ρs =
A s A =
678. 61/4⨯3. 14⨯450
2
=0. 43%
满足0. 2%~0. 65%之间的要求。
对于配筋率小于0. 65%的灌注桩，单桩水平承载力特征值按下式计算： R ha =
0. 75αγm f t W θ
νM
(1. 25+22ρs ) 1+
⎝
5
⎛
ζN N k ⎫γm
⎪
f t A n ⎪⎭
桩身为圆形截面，故γm =2, ζN =0. 5 由于 α=
mb 0EI
，根据灌注桩周主要土层
的类别，查表得，取桩侧土水平抗力系数的比例系数m =25MN /m 4。 圆形桩桩身的计算宽度为：（因为直径d =0. 45
b 0=0. 9⨯(1. 5d +0. 5)=0. 9⨯(1. 5⨯0. 45+0. 5)=1. 0575m 根据 EI =0. 85E c I 0, I 0=W 0d /2, αE =E s /E c 对于C 25级混凝土，有：E c =2. 80⨯104=2. 80MN /m 2 对HPB 235级钢筋，有：E s =2. 1⨯105N /mm 2=2. 1MN /m 2 扣除保护层后的桩直径为：d 0=0. 45-0. 10=0. 35m W 0=
πd
32
[d
2
+2(αE -1)ρs d
2
]=
π⨯0. 45⎡
32
⎤⎛2. 1⨯105⎫2
⎪-1⎪⨯0. 43%⨯0. 35⎥⎢0. 45+2⨯ 42. 8⨯10⎝⎭⎣⎦
2
=9. 244⨯10-3m 3
I 0=W 0d /2=9. 244⨯10-3⨯0. 45/2=2. 080⨯10-3m 4
EI =0. 85E c I 0=0. 85⨯2. 80⨯104⨯2. 080⨯10-3=49. 504MN ⋅m 2
5
则α=
mb 0EI
5
=
25⨯1. 057549. 504
=0. 900m
桩顶最大弯矩系数νM 取值：由于桩的入土深度h =15. 0m ，桩与承台为固结，
αh =0. 731⨯15≈11m >4，取αh =4，由书中表中查得νM =0. 926。
A n =
πd
4
2
[1+(αE -1)ρs ]=
π
⎡⎤⎛21⎫22
⨯0. 45⨯⎢1+ -1⎪⨯0. 43%⎥=0. 165m 4⎝2. 8⎭⎣⎦
N k 取在荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载
力特征值最小），由前面计算得N k =583. 91KN
则
R ha =
0. 75αγm f t W θ
⎛ζN N k
(1. 25+22ρs ) 1+ γm f t A n
⎝
⎫0. 75⨯0. 900⨯2⨯1. 27⨯106⨯9. 244⨯10-3⎪=⎪0. 926⎭
νM
3
⎛0. 5⨯583. 91⨯10
⨯(1. 25+22⨯0. 0043)⨯ 1+2⨯1. 27⨯106⨯0. 165
⎝
⎫
⎪=39. 041KN >H ik =31. 83KN ⎪⎭
故桩身水平承载力满足要求。 1.4.4.3 配筋长度计算
基桩为端承摩擦桩，配筋长度应不小于桩长的2/3（即2/3⨯15=10m ），同时不宜小于4. 0/α=4. 0/0. 900=4. 44m ，则配筋的长度取10m 。 钢筋锚入承台35倍主筋直径，即35⨯12=420mm 1.4.4.4 箍筋配置
采用Φ6@200螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过4m ，需要每隔2m 设置一道
Φ12
加劲箍筋。
1.4.5 估算A 、B 轴线柱下桩数 1.4.5.1 桩数估算
设计A 、B 轴线下桩基础的方法与C 轴线下相同，单桩极限承载力标注值为
1380. 5KN ，基桩竖向承载力特征值为690. 3KN 。
A轴下荷载标准值为F k =2920KN 、M k =304KN ⋅m 、V k =192KN 根据A 轴荷载初步估计A 轴下桩数，即： n =
F k R =2920690. 3
=4. 23
则A 轴下设计桩数为5根。
B轴下荷载标准值为F k =3860KN 、M k =285KN ⋅m 、V k =202KN 根据B 轴荷载初步估计B 轴下桩数，即： n =
F k R =3860690. 3
=5. 59
则B 轴下设计桩数为6根 1.4.5.2 承台平面尺寸确定
根据估算的桩数和承台的构造要求，设计A 轴线承台平面尺寸为2. 9m ⨯2. 9m ，
桩最小中心距约为1. 414m ，桩心与承台边缘距离0. 45m （承台图详见CAD 大图）；B 轴桩数与C 轴相同，因此承台平面尺寸同C 轴。 1.4.6 设计图纸
根据以上的计算，绘制出桩基平面布置图和桩基大样图。 桩基平面布置图如下图1.5所示
图1.5 桩基平面布置图
1.5 设计说明
1. 根据地质工程报告，本工程采用沉管灌注桩基，桩径450mm ，单打法施工。桩尖伸入⑤号持力层0. 70m 。桩长自承台底算起15m ，施工时参照工程地质报告以及沉管速度控制桩长。
2. 单桩竖向极限承载力标注值Q uk =1369. 81KN ；基桩竖向极限承载力特征值
R =684. 91KN
。
3. 材料
承台混凝土C 25，钢筋HRB 335；灌注桩混凝土C 25，钢筋HPB 235。 垫层C 10混凝土。
4. 保护层：承台50mm ，灌注桩35mm 。桩顶伸入承台50mm 。
二，巷道断面设计与支护措施设计
2.1 巷道断面设计原则与支护类型简介 2.1.1 巷道断面设计原则
巷道断面设计是矿井开采设计中的一个重要组成部分，贯穿矿井服务年限，属于施工图设计的范畴。设计巷道断面直接作为井下巷道施工的依据，也是经行井巷工程概预算的依据。巷道设计的原则是:在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面的利用率，取得最佳的经济效果。 2.1.2 巷道支护类型
为了保证巷道围岩的稳定，防止出现围岩垮塌或者过大的变形，无法满足正常的生产和安全要求，巷道在掘进后要立即经行支护。从目前各类支护形式以及支护的效果上来看，巷道支护主要可以分为三种类型：第一类是被动支护形式；第二类是各类普通锚杆支护为主，旨在改善巷道围岩力学性能的积极主动加固形式；第三类是以高强预应力锚杆和注浆加固为主的积极支护形式。 2.2 矿井生产条件简介
某煤矿年设计能力为100万吨，矿井为低瓦斯矿井，采用中央分列式通风，最大涌水量为280m 3/h 。通过该矿第一水平翼运输大巷的涌量为220m 3/h ，采用ZK 10-9/550架线式电机车牵引3t 矿车运输。大巷穿过的岩层为中等稳定，岩石的坚固性系数f =4~6，大巷需通的风量为51m 3/s 。巷道内敷设一趟直径为200mm 的压风管和一趟直径为120mm 的水管。试根据相关规范设计该运输大巷直线段的断面。 2.3 选择巷道断面形状
巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质（即作用在航道上地压的大小和方向）、巷道的用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素。
上述选择巷道断面形状应考虑的诸多因素，彼此是密切联系又相互制约。条件要求不用，影响因素的主次位置就会发生变化。所以，应该综合分析，抓住主导因素兼顾次要因素，以便能选用较为合理的巷道断面形状。
在示例中年产100万t 矿井的井底车场运输大巷，一般服务年限在20年以
上，采用900mm 轨距双轨运输的大巷，其净宽在3m 以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用钢筋砂浆锚杆和喷射混凝土支护，巷道为半圆拱形断面。 2.4 确定巷道断面尺寸 2.4.1 确定巷道净断面宽度B
查书中表3-2可知ZK 10-9/550电机车A 1=1360mm ，高h =1550mm ；3. 0t 矿车宽1200mm ，高1400mm 。
根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽C =920mm ，非人行过一侧宽度为
a =520mm 。又查书中表3-3知本巷双轨中线距 b =1600mm ，则双轨运输时两
辆列车之间最突出部分的距离为：
b -(A 1/2+A 1/2)=1600-(1360/2+1360/2)=240mm > 200mm 故巷道净宽度：
B =a 1+b +c 1=(520+1360/2)+1600+(1360/2+920) =1200+1600+1600=4400mm 2.4.2 确定巷道拱高h 0
半圆拱形巷道拱高h 0=B /2=4400/2=2200mm 。半圆拱的半径求出为
R =h 0=2200mm
2.4.3 确定巷道壁高h 3
（1）按架线电机车导电弓子要求确定h 3
拱形巷道的壁高h 3是指自巷道底板至拱基线的垂直距离。如下图2.1所示为了满足行人安全，运输通畅以及安装和检修设备，管缆的需要，设计要求按照架线电机车导电弓顶端与巷道拱璧间最小安全间隙要求，按管道的装设高度要求，按行人高度要求、按1. 6m 高度人行宽度要求以及设备上缘至拱璧最小安全距离等情况，按照图2.1和书中表3-6公式分别计算拱形巷道的壁高h 3，并且取其最大值。另外还要考虑到其他的一定的余量，确定出拱形巷道的壁高。 对于架线电机车运输的巷道，一般按照其中架线电机车导电弓子和管道装设高度要求计算即能满足设计要求；其他如矿车运输、铺设运输机或无运输设备
的额巷道，一般只按照行人高度计算即可满足设计要求，但是在人行道范围内
1. 8m 以下，不得架设管路和电缆。
图2.1 半圆拱形巷道断面壁高计算图
由书中表3-7中可知半圆拱形巷道壁高公式得 h 3≥h 4+h c -(R -n )-(K +b 1)
2
2
式中 h 4——轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》取h 4＝2000mm ； h c ——道床总高度。查表3-10选30kg/m钢轨，再查表3-5的h c =410mm ，道碴高度h b =220mm ；
n——导电弓子距拱壁安全间距，取n =300mm mm ；
K ——导电弓子宽度之半，K =718/2=359mm ，取360mm ；
b 1——轨道中线与巷道中线间距，b 1=B /2-a 1=4400/2-1200=1000。
故h 3≥2000+410-(2200-300)-(360+1000)
2
2
=1083mm
（2）按管道装设要求确定h 3
由书中表3-7可得公式
h 3≥h 5+h 7+h b -R 2-(K +m +D /2+b 2)
2
式中 h 5——道砟面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h 5＝1800mm ； h 7——管子悬吊件总高度，取h 7＝900mm ； m ——导电弓子踞管子间距，取m=300mm ； D ——压气管法兰盘直径，D =335mm ； b 2
—
—
轨
道
中
线
与
巷
道
中
间
线
间
距
，
b 2=B /2-c 1=4400/2-1600=600mm 。
故， h 3≥1800+900+220-22002-(360+300+335/2+600)=1246mm
2
（3）按人行高度要求确定h 3 由书中表3-7可得公式
h 3≥1800+h b -R 2-(R -j )
2
式中，j 为距巷道壁的距离。踞壁j 处的巷道有效高度不小于1800mm 。
j ≥100mm
，一般取j =200mm 。
2
故， h b ≥1800+220-22002-(2200-200)=1104mm
综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h 3=2000mm 。则巷道高度 H =h 3-h b +h 0=2000-220+2200=4000mm 2.4.4确定巷道净断面面积S 和净周长P 由表知净断面积公式：S =(0. 39B +h 2) 净周长公式：P =2. 57B +2h 2
式中，h 2——道碴面以上巷道壁高，h 2=h 3-h b =2000-220=1780mm 故， 净断面积 S =4400⨯(0. 39⨯4400+1780)=15382400mm 2=15. 4m 2
净周长 P =2. 57⨯4400+2⨯1780=14868mm =14. 9m 2.4.5 用风速校核巷道净断面面积
巷道通过的风速是根据对整个矿井生产通风网络求解得到的。当通过该巷道的风量确定后，断面越小风速越大。风速大，不仅会扬起煤尘，影响工人身体健康和工作效率，而且易引起煤尘爆炸事故。为此，《煤矿安全规程》规定了各种不同用途的巷道所允许的最高风速（见下表2-1）。但是，为使矿井增产留有余地和满足经济风速的要求，一般不选用书中表7中所列的最高风速。《煤炭工业设计规范》规定，矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s。
表2-1 巷道允许的最高风速
设计出巷道净断面后，还必须进行风速验算，即 v =
Q S ≤v max
式中，v ——通过该巷道的风速，m /s ；
Q ——根据设计要求通过该巷道的风量，m 2/s ； S ——巷道的净断面面积，m 2； v max ——该巷道允许通过的最大风速。
用式S 1=B1(B3+B4)H 1/2校核巷道净断面面积值知v νmax =6m /s ，已知通过大巷风量Q =51m 3/s , 代入式v = v =
Q S
Q ≤v max
=
S
51
得：
15. 4
=3. 31m /s =2.13＜6m /s
设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。 2.5 确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺寸 2.5.1选择支护参数
采用锚喷支护，依据巷道净宽4. 4m ，穿过中等稳定岩层，服务年限大于20年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为∅18mm 螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度≥700mm ，设计锚杆预紧力≥40K N ，锚固力成方形布置，其间排距0.80m ⨯0.80m ，托板为8mm 厚≥80K N , 锚杆长度2.0m ，
150mm ⨯150mm 的方形钢板，喷射混凝土厚T 1=100mm ，分两次喷射，每次各喷50m m 厚，故T =T 1=100mm 。
2.5.2 选择道床参数
根据本巷道通过的运输设备，选用30kg/m钢轨，其道床参数h c 、h b 分别为410m m , 220m m ，道砟面至轨面高度h a =h c -h b =410-220=190m m . 采用钢筋混凝土轨枕。
2.5.3 确定巷道掘进断面尺寸 由书中表3-8知
巷道设计掘进宽度 B 1=B +2T =4400+2⨯100=4600mm ； 巷道计算掘进宽度 B 2=B 1+2δ=4600+2⨯75=4750mm ； 巷道设计掘进高度 H 1=H +h b +T =4000+2200+100=4320mm ； 巷道计算掘进高度 H 2=H 1+δ=4320+75=4395mm ； 巷道设计掘进断面积
S 1=B 1(0. 39B 1+h 3)=4600⨯(0. 39⨯4600+2000)=17452400mm 2 取 S 1=17. 45m 2； 巷道计算掘进断面积
S 2=B 2(0. 39B 2+h 3) =4750⨯(0. 39⨯4750+2000)=18299375mm 2 取 S 2=18. 30m 2。 2.6 布置水沟和管线
已经通过巷道的水量为220m 3/h ，现采用水沟坡度为0.3%，由书中表3-12知水沟深500mm ，水沟宽450mm ，水沟净断面积0.225m 2，水沟掘进面积
2
0.272m 0.152m
，每米水沟盖板用钢筋2.036kg ，混凝土0.0323m 3，水沟用混凝土。管子悬吊在人行道一侧，通讯电缆挂在管子上方。
3
2.7 计算巷道掘进工程量及材料消耗量 每米巷道拱与墙计算掘进体积
V 1=S 2⨯1=18. 30⨯1. 0=18. 30m 3； 每米巷道墙角计算掘进体积
V 3=0. 2(T +δ)⨯1=0. 2⨯(0. 1+0. 075)⨯1=0. 04m 3； 每米巷道拱与墙喷射材料消耗
V 2=[1. 57(B 2-T )T 1+2h 3T ]⨯1
=[1. 57⨯(4. 75-0. 10)⨯0. 10+2⨯2. 0⨯0. 10]⨯1=1. 13m 3； 每米巷道墙角喷射材料消耗
V 4=0. 2T ⨯1=0. 2⨯0. 10⨯1=0. 02m 3 每米巷道喷射材料消耗（不包括损失）
V =V 2+V 4=1. 13+0. 02=1. 15m 3 每米巷道锚杆消耗 N =
P 1-0.5M M M
'
，
式中，P 1——计算锚杆消耗周长，P 1=1. 57B 2+2h 3=1. 57⨯4. 75+2⨯2. 0=11. 46m ； M 、M ' ——锚杆间距、排距，M =M ' =0.8m ； 故 N =
11. 46-0. 5⨯0. 8
0. 8⨯0. 8
=17. 28
根
⎡⎛d ⎫2⎤⎡⎤⎛0. 018⎫
⨯7850折合重量为：N ⎢l π ⎪ρ⎥=17. 28⨯⎢2. 00⨯3. 14⨯ ⎪⎥=69. 0kg
⎝2⎭⎣⎦⎢⎣⎝2⎭⎥⎦
式中，其中l ——锚杆长度，为2.0m ； d ——锚杆直径，为18m m ， ρ——锚杆材料密度，为7850kg /m 3。 由于每根锚杆安装两个树脂药卷，
则每米巷道树脂药卷消耗：M =2⨯N =2⨯17. 28=34. 56（支） 每排锚杆数为：N ⨯0. 8=17. 28⨯0. 8=13. 82≈14（根） 每排树脂药卷数：M ⨯0. 8=34. 56⨯0. 8=27. 56≈28（支） 每米巷道粉刷面积为：S n =1. 57B 3+2h 2
式中，B 3——计算净宽，B 3=B 2-2T =4. 75-2⨯0. 10=4. 55m 故，S n =1. 57⨯4. 55+2⨯1. 78=10. 7m 2
2.8 绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表 根据以上计算结果，按1：50比例绘制出巷道断面施工图, 如下图2.2所示， 并附上工程量及材料消耗量表。
图2.2 巷道断面施工图
表2-2 运输大巷特征
表2-3 运输大巷每米工程量及材料消耗
2.9巷道的支护
2.9.1 超前、临时支护的选择（型式、材料、规格）
巷道施工超前支护选用带帽木质点柱支护顶板，点柱直径不小于150mm ，长度根据现场情况定，帽采用1200mm ⨯150mm ⨯150mm 枕木制作，最大控顶距不超过1. 8m 。围岩条件不好时，在超前支护的掩护下，对掘进后的巷道初喷混凝土进行临时支护，使巷道轮廓基本成形。喷射混凝土配比为水泥：黄沙：碎石子=1：2：2，水灰比为0.45，速凝剂掺量为水泥重量的3~5%，水泥选用P0.32.5普通硅酸盐水泥，黄沙为中、粗砂，碎石子粒径为5~15mm ，临时喷浆厚度
30~50mm
。巷道围岩条件较差时，可以打一到两排护顶锚杆、每排3根并挂网
支护，在确保安全后再进行其它作业。 2.9.1.1 超前、临时支护的施工工艺
炮后及时找尽顶板的浮矸危岩，对于顶部及肩窝处找不尽但亦有裂缝的危岩要使用木质进行超前支护。点柱必须打在硬底上，并牢固可靠。在顶板完整的情况下，可以采用一个带帽点柱做超前支护，最大控顶距离不超过1. 8m ，在超前支护的掩护下进行打锚杆挂网；在顶板破碎的情况下，采用双带帽点柱做超前支护，并在超前支护的掩护下，进行巷道初次喷射混凝土临时支护，一方面使巷道围岩及时封闭，减少岩石风化机会；另一方面使巷道轮廓基本成形，减少巷道断面应力集中，也为下一步锚网安装支护质量提供良好条件，喷射混凝土配比为水泥：黄沙：碎石子=1：2：2，水灰比为0.45，速凝剂掺量为水泥重量的3～5%，水泥选用P0.32.5#普硅水泥，黄沙为中、粗砂，碎石子粒径为5~15mm ，临时喷浆厚度为30~50mm 。巷道围岩条件较差时，可以打一到两排护顶锚杆、每排3根并挂网支护，在确保安全后再进行其它作业。 2.9.1.2 超前、临时支护的质量要求
（1）使用木质点柱时，点柱必须打在硬底上，且柱帽必须用木刹刹实。 （2）顶板破碎时，炮后应立即进行初喷，坚持先喷后锚的支护施工工艺。 （3）临时喷浆要做到使巷道轮廓基本成形，加强喷浆质量，减少回弹率。
图2.3 临时支护正视图 图2.4 临时支护侧视图
2.9.2 永久支护
2.9.2.1 永久支护的选择（型式、材料、规格）
L =2000mm 等强锚杆@800⨯800配采用锚网喷加锚索支护，锚杆采用Φ20、
合Φ6圆钢焊接网格@100⨯100钢筋网支护，锚杆托盘为Q235钢厚8mm ，托盘尺寸为120×120，并喷射C20混凝土，喷厚140mm 。锚索采用Φ15钢绞线制作成长度为9. 3m ，托盘采用Q235钢厚10mm ，托盘尺寸为350⨯350mm 和一块锚杆托盘，每排三根锚索分别布置于巷道的两肩窝和顶部，排距为2. 4m 。 2.9.2.2 永久支护的施工工艺
锚网喷支护：巷道临时支护过后，及时打拱部锚杆并挂网作为永久支护。拱顶3根锚杆使用锚杆机造孔，孔径为28mm ，肩窝以下采用7655风锤造孔，孔径为28mm ，L =2000mm 孔深为2150~2200mm ；。眼打好后，用扫眼器吹尽眼内的水及粉尘，然后内置1卷K2335和2卷Z2350树脂锚固剂，用炮棍将其轻推至眼底，开始搅拌药卷，搅拌时风动锚注器要快转慢进，搅拌时间为20～35秒，锚杆注到位后固定好杆体，待锚固剂凝固5分钟后退去锚头，15分钟后压网并上紧压板。金属网接茬处尽量用锚杆加压板将其上紧并紧贴岩面。如遇有局部掉顶，必须紧贴掉顶部位按设计要求打支护锚杆进行支护，然后按照巷道净尺寸要求对掉顶部位进行造型，使巷道整体达到设计要求。锚网安装铺设完成后，进行永久喷浆支护。喷浆要求挂线并一次成巷，达到工程验收标准。 2.9.3 巷道（围岩）加固措施：采用注浆加固
（1）注浆锚杆采用Φ22mm 的无缝钢管制作，L =2000mm ，端部70mm 制作成
M 22
螺纹，配100⨯100⨯10mm 的托盘。端部向下开400mm 的竹节扣，尾部砸成
扁头，其余部分第隔300mm 对称T 形布置Φ6mm 小孔。注浆锚杆采用全断面布置，考虑到注浆渗透半径，间排距取为1600⨯1600mm 底角注浆锚杆下扎角度
30~450
，间排距取为1600⨯1600mm 。
（2）注浆材料以单液水泥为主。水泥选用425#普通硅酸盐水泥，水灰比为
0. 7~1. 0。当单孔水泥注浆量超过1. 5吨时，用水玻璃与水泥双液浆封孔。水玻
璃浓度为45Be 。用量为水泥重量的3%~5%倍。
（3）注浆参数注浆孔Φ32mm ，孔深2500mm ，正常注浆压力为1. 0MPa ，注浆终压≤2MPa 。
（4）注浆方式考虑到围岩较为松散破碎，可能会出现注浆时串浆堵孔等问题，采用纵向间隔注浆方法。即初次注浆间隔为3. 2m (每隔一排注浆) ，然后进行复
注。锚注施工一定要按照正常的顺序来做，正确的施工顺序为先注底角，再注墙部，最后注顶板。
（5）注浆施工工艺：采用7655风锤造孔，孔深2500mm ，孔径 32mm 。造孔完成后，用扫眼器吹尽孔内水及岩粉，在锚注锚杆的马牙处干缠绕，麻交注浆管戴帽打入孔内，注浆管外露50~70mm 孔口树脂药卷封实。
（6）此次注浆采用QZB —50/60型气动注浆泵，注玻璃胶泥将孔口周围封闭严实。 2.10 设计说明
1. 本设计中所涉及到的公式以及参数来自于《井巷工程》，中国矿业大学2009，
东兆星 吴士良主编
2. 参考文献，东兆星，邵鹏。爆破工程[M]。北京：中国建筑工业出版社，2005 3. 参考文献，蔡美峰，吴士良。岩石力学与工程[M]。北京：科学出版社，2002 4. 参考文献，何满潮，煤矿锚杆支护理论与实践[M]。北京：科学出版社，2004 5. 参考文献，刘殿中，工程爆破是用手册[M]。北京：冶金工业出版社，1999 6.参考文献，中国矿业大学. 井巷工程. 第三版. 北京：煤炭工业出版社，1991
三，浆砌块石重力式堤墙设计
3.1 设计题目
浆砌块石重力式路堤挡土墙设计 3.1.1 挡土墙简介及组成部分 3.1.1.1 挡土墙简介
挡土墙是支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的墙式构造物。本简要的设计介绍了一段浆砌片石重力式路肩墙的设计过程。
重力式挡土墙，指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，一般都做成简单的梯形。它的优点是就地取材，施工方便，经济效果好。所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。
由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较好，挡土墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。 重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在6m 以下，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。 墙身的断面形式应根据墙的用途，墙高和墙趾处地形、地质、水文等条件，在满足稳定性和强度要求的前提下，要根据多种情况，按结构合理、断面经济和施工便利的原则综合比较确定出合适的一种。
挡墙是公路工程中最常见、应用最广泛的路基支挡构造物, 合理设置挡墙既可以加固路基坡脚, 还可以有效收缩坡脚节约占地, 工程综合效益显著。重力式挡墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定, 具有结构形式简单、施工方便的特点, 因此重力式挡墙是公路建设中最主要的挡墙。
根据场地现状，路肩墙埋置深度按不小于1m 考虑，总墙高约7m 。根据工程经验，可采用重力式挡土墙，设计采用浆砌片石作为本挡墙的砌体材料。
3.1..1.2 重力式挡土墙分类
重力式挡土墙可根据其墙背的坡度分为仰斜、俯斜、直立三种类型。 1. 按土压力理论，仰斜墙背的主动土压力最小，而俯斜墙背的主动土压力最大，垂直墙背位于两者之间。
2. 如挡土墙修建时需要开挖，因仰斜墙背可与开挖的临时边坡相结合，而俯斜墙背后需要回填土，因此，对于支挡挖方工程的边坡，以仰斜墙背为好。反之，如果是填方工程，则宜用俯斜墙背或垂直墙背，以便填土易夯实。在个别情况下，为减小土压力，采用仰斜墙也是可行的，但应注意墙背附近的回填土质量。
3.3. 当墙前原有地形比较平坦，用仰斜墙比较合理；若原有地形较陡，用仰斜墙会使墙身增高很多，此时宜采用垂直墙或俯斜墙。
图3.1 重力式挡土墙的基本组成
3.2 设计资料 3.2.1 地形
平原山地过渡地带，为一系列呈带状延伸的平行岭谷分布区，以丘陵、台地为主。
3.2.2 工程地质条件
自上而下土层一次如下：
①号土层：人工填土，层厚约0. 7m ，黄褐色，含杂质较多。
②号土层：含砂粉质黏土，层厚2. 1m ，地基容许承载力R 250kPa 。
③号土层：中风化泥岩，厚度为揭露，地基容许承载力R =500kPa 。 3.2.3 墙身及墙后填料参数
填料容重γ=18kN /m 3, ϕ=35o 。基底摩擦系数f =0.4，挡墙墙身的容重为
3
截面容许应力[σγk =22kN /m ，
a
]=600kPa , τi
=50kPa , δ=
ϕ
2
。填土边坡1:1. 5。
3.2.4 荷载参数
车辆荷载换算等代土层厚度为0. 84m ，布置在7. 5m 全宽的路基上。 3.2.5 水文地质条件
本次勘探未见到地下水，可不考虑地下水的影响。 3.2.6 设计荷载
表3-1 重力式路堤墙设计数据分组
本次设计选用一号组，挡土墙高4. 4m ，墙后填土高度为2. 0m 。 3.2.7 排水设施
土墙常用的排水设施可以分为地面排水和墙身排水两部分。 （1）地面排水
主要是防止地表水渗入墙背土体或地基。防止地表水渗入墙后土体的主要措施有：在墙后地面设置排水沟，引地面排水；夯实回填土和地表松填土，防止雨水以及地面水的下渗，必要时还需要采取密闭处理等。防止地表水渗入地基的主要措施是加固边沟（路堑墙）或在适当位置设置排水沟。 （2）墙身排水
主要是为了迅速排出土内积水。其方法是在浆砌挡土墙（浆砌砖、片石、块石、粗料石）墙身的适当高度处设置一排或者数排泄水孔（详见CAD 设计图）。当墙不高时可在墙前地面设一排泄水孔；当墙高时可在上部加设一排泄水孔。泄
水孔的尺寸可视泄水量的大小而分别采用5cm ⨯10cm 、10cm ⨯10cm 、15cm ⨯20cm 的矩形孔，或者采用直径为5~10cm 的圆形孔。泄水孔的间距一般为2~3cm ；干旱地区可以适当的增大泄水孔的间距。 3.3 挡土墙设计
根据给定的设计资料，初步确定墙身尺寸如下：挡土墙高4. 4m , 地基埋置深度不小于1. 0m ，持力层为②号土层含砂粉质黏性土层，墙背仰斜角度为1:0.25（α=-14o 02' ），墙面为平行于墙背的直线，墙顶宽1. 54m , 墙身分段长为10m 。为增大墙身抗滑稳定性，设置基底按坡度0.2:1内倾。
如下图3.2所示为挡土墙的基本参数资料
图3.2 挡土墙示意图
3.3.1 主动土压力计算 （1） 破裂角θ
假设破裂面交于荷载内，按表中公式计算，即：
A =
ab +2h 0(b +d ) -H (H +2a +2h 0) tan α
(H +a )(H +a +2h 0)
=
2⨯3+2⨯0. 84⨯3+4. 4⨯(4. 4+2⨯2+2⨯0. 84) ⨯0. 25
(4. 4+2. 0) ⨯(4. 4+2. 0+2⨯0. 84)
=0.363
ψ=ϕ+α+δ=350-14002' +17030' =38028' ≤900 tan θ=-tan ψ+=0.786
则θ=38018'
验核破裂面位置如下：
堤顶破裂面距墙踵距离为：
(H +a ) tan θ=（4.4+2.0）×0.78=5.01m
荷载内边缘距墙踵距离为：
b -H tan α=3+4.4×0.25=4.4m
载外缘至墙踵距离为：
b -H tan α+b 0=4.4+7.5=11.9m
由于4.4
（2）求主动土压力系数K 和K 1
主动土压力系数K 和K 1计算如下：
K =
由于
h 3=
b -a tan θtan θ+tan α
=
3-2⨯0.780.78-0.25
=2.72m
cos(θ+ϕ) sin(θ+ψ)
(tanθ+tan α) =0.157
h 4=H -h 3=4.4-2.72=1.68m 则
K 1=1+
2a H
(1-
h 32H
) +(1-
2h 0h 4H
2
) +
2⨯0. 84⨯1. 68
4. 4
2
=1+
2⨯24. 4
2. 722⨯4. 4
=1.79
（3）求主动土压力E 及其作用点位置Z y 主动土压力E 为：
E =
12
γH K K 1=
2
12
⨯18⨯4.4⨯0.157⨯1.79=48.97K N
2
主动土压力的作用点位置Z y 为:
Z y =
H 3+
a (H -h 3) +h 0h 4(3h 4-2H )
3H K 1
22
2
=
4. 43
+
2⨯(4. 4-2. 72) +0. 84⨯1. 68⨯(3⨯1. 68-2⨯4. 4)
3⨯4. 4⨯1. 79
2
=2. 9m 3.3.2 设计挡土墙截面
由于墙面平行墙背，基底倾斜0.2:1（α0=11o 19' ）。通过试算得出的结果为 墙顶墙宽b 1=1.54m 。
（1）计算墙身重G 及其力臂Z G
说明：下表3-1中的数据的计算正是基于右图3.3的挡土墙断面计算简图，在计算过程中相关不仅要条件简化处理。
作用于挡土墙的力系，按照其作用性质分为分为永久力系（主要作用) 、可变力系（附加作用）和偶然作用（特殊力系）。
其中的永久作用是指经常作用在挡土墙上的各种压力。挡土墙的自重就是其中的一个方面，因此在此计算要考虑在内。
在一般地区，挡土墙的设计仅考虑主要力系；在浸水地区，还要考虑附加力系；而在地震地区，还要考虑地震力对挡土墙的影响。根
据本设计中的挡土墙的所在的条件，不是浸水地区和地震的影响区域，因此在计
中主要考虑的是主要作用力系。
图3.3 挡土墙断面计算图
表3-1 墙身重G 及其力臂计算结果
（2）滑动稳定性验算 抗滑稳定系数为：
K c =
[G cos α0+E sin(α+δ+α0)]f E cos(α+δ+α0) -G sin α0
=
[144. 14⨯cos 1119+48. 97⨯sin(-1402+1730+1119)]⨯0. 4
48. 97⨯cos(-1402+1730+1119) -144. 14⨯sin 1119
'
'
'
'
'
'
'
'
=3. 23>1.30 （3）倾覆稳定验算
E x =E cos(α+δ) =
48.97×cos(-14002' +17030' ) =48. 88KN
'
'
E y =E sin(α+δ) =48.97×sin(-1402+1730) =2. 96KN
因基底倾斜，土压力对墙趾O 的力臂改为：
Z y 1=Z y -0.191b 1=2.94-0.191×1.54=2.65m
Z x 1=B 1-Z y tan α=0.952×1.54+2.94×0.25=2.2m
则
K 0=
G 1Z G 1+G 2Z G 2+E y Z x 1
E x Z y 1
=（4）基底应力验算
e =Z N -
139. 04⨯1. 28+5. 10⨯1. 00+2. 96⨯2. 2
48. 88⨯2. 65
B 2
=
G 1Z G 1+G 2Z G 2+E y Z x 1-E x Z y 1
G 1+G 2+E y
-
0.952b 1
2
=
139. 04⨯1. 28+5. 10⨯1. 00+2. 96⨯2. 2-48. 88⨯2. 65
139. 04+5. 10+2. 96
-
0. 952⨯1. 54
2
=0.141
B 16
(=0.245)
6e B
158. 11
) =144. 14+2. 96⨯(1±6⨯0. 141) =kPa
1. 47
1. 47
42. 03
σσ
m ax m in
=
G +E y
B
(1±
≤R(=250kPa )
（5）截面应力验算
墙面与墙背为平行的直线，界面的最大应力出现于接近基点处。由基底应力验算可知，偏心距及基底应力均满足地基的要求，则截面 应力肯定也满足墙身材料的要求，故可不作演算。
通过上述验算，所拟截面符合各项要求，决定采用此截面，顶宽为1. 54m 。 3.4 设计图纸
根据计算，绘制浆砌石重力式路堤墙立面图、断面图及大样图见CAD 图纸。
图3.4 挡土墙立面示意图
图3.5 挡土墙断面做法示意图
图3.6 浆砌片石重力式挡土墙增大样图 3.5 验算说明
1. 在验算挡土墙的稳定性时候，一般均未计墙趾前土层对墙面所产生的被动土 压力。
2.对于地震设防烈度为8度且墙身高度大于12m ，以及地震设防烈度为9度或者7度但修建在软弱地基上或修建在地震可能发生大规模滑坡、崩塌地段上的挡土墙，除采用一般防震措施外，须按一定方法验算墙身在地震力作用下的强度和稳定性，验算时，不考虑车辆的荷载作用。对于地震地区的浸水挡土墙，验算时只需考虑常年水位时候的浮力，不考虑季节性浸水的影响。抗震部分具体要求参见《公路工程抗震设计规范》
3. 当墙后填料为透水性材料时候，动水压力一般比较小，可略去不计。 4. 挡土墙在设置倾斜基底后沿倾斜基底的抗滑稳定性系数应为
K c =
[(∑N +∆G )cos α+E sin α]f
E cos α-∑N +∆G sin α
x
x
或K c =
[(G ' +E )cos α+E tan α]f
E -G ' +E tan α
y
x
x
y
其中 G ' =G +∆N
式中 G ' ——设置倾斜基底之后的挡土墙的重力，KN ；
G ——原挡土墙重；
N ——设置倾斜基底后挡土墙增加的自重。 其他的符号和书中设计规范一样。 3.5设计说明
1. 墙身为片石砌筑，片石的厚度不小于0. 15m ，体积不小于0. 01m 3。石料应采用无风化石材，面石要平整，挡土墙外露面采用1:3水泥砂浆勾凸缝。
2. 挡土墙采用M 10水泥砂浆砌筑，施工前做好配比试验，强度要求达到设计等级，砌筑时砂浆要密实、包满、不得有空洞。
3. 挡土墙分段：每10m 设置一条沉降缝，缝宽2cm ，外露面1cm ，缝宽竖直美观，可用C 15混凝土角石砌筑，沉降缝内用1. 5cm 浸沥青软木板分割。
4. 应先把挡土墙后原土坡放成450坡，然后施工挡土墙。基坑开挖应搞好地面排水，保持基坑干燥，基础施工完毕应及时回填、夯实。墙后回填料的干密度大于或者等于1. 65t /m 3。回填料应分层夯实。
5. 挡土墙基槽开挖至持力层下300mm ，然后做C 10混凝土垫层厚100mm ，宽度每边基础底边放大50mm 。
6. 混凝土强度大于80%设计强度时，才能回填墙后回填土。
谢 辞
经过几个星期的忙碌，通过顿志林教授、任连伟主任、朱昌星教授的教育和精心指导，我的岩土工程综合课程设计终于划上了圆满的句号。在此，对设计期间给予我指导和帮助的辅导老师以及身边的同学道一声真诚的感谢，特别是对直接指导我做这个设计的三位老师致以衷心的感谢。
设计的过程是一次理论与实践有机结合的过程，是理论与实践升华的过程；更是自己的思想成熟的过程。
在设计的过程中，曾遇到了很多棘手的问题, 在老师和同学们的帮助下都得以顺利解决。本次课程设计不但是对自己所学专业知识的检验, 更是对多学科知识综合应用能力的一个考查, 并要把实践经验赋予到当中去，这三者的有机结合在这次课程设计中使我受益匪浅。 此外, 通过这次课程设计培养了自己独力学习和查阅资料的能力, 为今后的毕业设计奠定了坚实的基础。
在整个课程设计的过程中，特别是在确定方案的时候，虽然直接带我们的顿老师没有直接要求我们必须要做什么指定的课题，可是这样的“放松”让茫然的自己总是找不到一个确定的要设计的方向，一开始时候我有些退缩过和懊恼过。但在任老师的指导下我选择了灌注桩的设计，在顿老师的启发下选择了路堤挡土墙的设计，在朱老师的引导下我完成了井巷工程的设计。正是这样，通过老师和同学的帮助下，我一步步的终于战胜了困难，超越了自我，顺利完成任务。
在课程设计的过程中，发现自己对岩土专业和CAD 软件知识的欠缺和不足，很多地方自己都不是很明白，在专业知识上，桩的冲切验算自己也理解的不到位，还有其他的一些专业知识也有待提高。所以由于水平有限，疏漏、不足，甚至错误之处在所难免，恳请各位老师批评指正！
最后，学生衷心祝愿各位老师工作顺利，身体健康，阖家幸福！
目录
第一篇 灌注桩基课程设计
1.1 设计题目„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2 设计荷载„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.3 地层条件及参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.4 灌注桩机设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.4.1 单桩承载力的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.4.2 桩基的验算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 1.4.3 承台设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 1.4.4 桩身结构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 1.4.5 估算A 、B 轴线柱下桩数„„„„„„„„„„„„„„„ „„„„14 1.4.6 设计图纸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 1.5 设计说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
第二篇 巷道断面设计与支护措施设计
2.1 巷道断面设计原则与支护类型简介„„„„„„„„„„„„„„„„16 2.2 矿井生产条件简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 2.3 选择巷道断面形状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 2.4 确定巷道断面尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 2.4.1 确定巷道净断面宽度B „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 2.4.2 确定巷道拱高„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 2.4.3 确定巷道壁高„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 2.4.4 确定巷道净断面面积和净周长„„„„„„„„„„„„„„„„„19 2.4.5 用风速校核巷道净断面面积„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 2.5 确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺寸„„„„„„„„„„20 2.5.1 选择支护参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 2.5.2 选择道床参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 2.5.3 确定巷道掘进断面尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 2.6 布置水沟和管线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
2.7 计算巷道掘进工程量及材料消耗量„„„„„„„„„„„„„„„„22 2.8 绘制巷道断面施工图及编制相关表格„„„„„„„„„„„„„„„23 2.9 巷道的支护„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 2.9.1 超前、临时支护的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 2.9.2 永久支护„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 2.9.3 巷道（围岩）加固措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26 2.10设计说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
第三篇 浆砌块石重力式堤墙设计
3.1 设计题目„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 3.1.1 挡土墙简介及组成部分„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 3.2 设计资料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 3.2.1 地形„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 3.2.2 工程地质条件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 3.2.3 墙身及墙后填料参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 3.2.4 荷载参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 3.2.5 水文地质条件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 3.2.6 设计荷载„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 3.2.7 排水设施设置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 3.3 挡土墙设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31 3.3.1 主动土压力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31 3.3.2 设计挡土墙截面„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 3.4 设计图纸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„36 3.5 验算说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 3.6 设计说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38
第四篇 谢辞
4.1 谢辞„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„39
一，灌注桩基课程设计
1.1 设计题目 灌注桩基设计 1.2 设计荷载
柱底荷载效应标准组合值和柱底荷载效应基本组合值如下所示： （1）柱底荷载效应标准组合值如下。
A 轴荷载：F k =2920KN 、M k =304KN ⋅m 、V k =192KN ； B 轴荷载：F k =3860KN 、M k =285KN ⋅m 、V k =202KN ； C 轴荷载：F k =3720KN 、M k =281KN ⋅m 、V k =191KN 。 （2）柱底荷载效应基本组合值如下。
A 轴荷载：F k =3680KN 、M k =371KN ⋅m 、V k =233KN ； B 轴荷载：F k =4690KN 、M k =326KN ⋅m 、V k =230KN ； C 轴荷载：F k =4230KN 、M k =301KN ⋅m 、V k =228KN 。 设计C 轴下桩基，A 、B 轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。 1.3地层条件及参数 （1）地形
拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。 （2）工程地质条件
自上而下土层依次如下
①号土层：素填土，层厚1.5m ，稍湿，松散，承载力特征值。 ②号土层：淤泥质土，层厚3.1m ，流塑，承载力特征值f ak =65kpa。 ③号土层：粉砂，层厚4.2m ，稍密，承载力特征值f ak =110kpa。 ④号土层：粉质黏土，层厚3.7m ，湿，可塑，承载力特征值f ak =165kpa。 ⑤号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密—密实，承载力特征值f ak =280kpa。 （3）岩土设计技术参数
岩土设计参数如表1-1和表1-2所示 表1—1 地基岩土物理力学参数
kPa 单位：
表1—2 桩的极限侧阻力标准值q sk 和极限端阻力标准值q pk
(4) 水文地质条件
a.拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性； b.地下水位深度：位于地表下3. 5m 。 （5）场地条件
拟建建筑物所处地区抗震设防烈度为7度，场地内无可液化砂土，粉土 （6）上部结构资料
拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m ，宽9. 6m ，室外地坪标高同自然地面，室内外高差为450mm 。柱截面尺寸均为400mm 400mm ，横向承重。柱网布置如下图1.1所示。 （7）上部结构作用
上部结构作用在柱底的荷载效应标注组合值，其中的弯矩M k 、水平力V k 均为横向方向。上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值，其中的弯矩M 、水
平力V 均为横向方向。 （8）材料
混凝土强度等级为C 25~C 30, 钢筋采用HPB 235, HRB 335级。
图1.1 柱网布置图
1.4灌注桩基设计
建筑物基础设计方案采用混凝土沉管灌注桩，具体设计方案如下：室外地坪标高-0. 45m ，自然地面标高同室外地坪标高。根据《桩基设计参考书》，该建筑桩基属丙级建筑桩基，而且通常情况下10层以下的建筑可以使用直径为
400~500mm 的灌注桩，因此本设计中拟采用直径450mm 的混凝土沉管灌注桩，
选用⑤号土层粉砂层作为持力层，桩尖伸入持力层0. 70m （对于砂土不小于1.5d=675mm），设计桩总长度为15. 05m （其中桩在土中长度为15. 0m ，伸入承台长度0. 05m =50mm ），初步设计承台高1. 0m ，承台底面埋深-1. 7m ，桩顶伸入承台50mm 。
1.4.1 单桩承载力的计算
根据以上的初步设计，桩顶标高为-1. 7m ，桩底标高为-16. 75m ，桩长有效长度为15. 0m 。 如下图1.2所示
(说明：下图中为所初步设计的柱子和承台在图层中的简图，所显示的各个土层资料不清楚，详细的信息在CAD 的图纸上。
)
图1.2 柱子及承台简图
1.4.1.1 单桩竖向极限承载力标准值计算
单桩竖向极限承载力标准值按照下式计算：Q uk =Q sk +Q pk =νp ∑q sik l i +A p q pk 则Q sk =3. 14⨯450⨯(0. 25⨯22+3. 3⨯28+6. 6⨯45+4. 2⨯60+0. 70⨯75) =988. 3KN
Q pk =1/4⨯3. 14⨯0. 452⨯2400=381. 51KN Q uk =988. 3+381. 51=1369. 81KN 1.4.1.2 基桩竖向承载力设计值的计算
承台底部为素填土，压缩性较大，因此在此不考虑承台土效应，即ηc =0则有
R =R a =
Q uk K
=
1369. 81
2
=684. 91KN
根据上部荷载初步估计桩数为 n =1.4.2 桩基的验算
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008），当按单桩承载力特征值经行计算时，荷载应取其效应的标准组合值。由于本案例中桩基所处场地的条件符合规定，因此可不经行地震效应的竖向承载力验算。下面经行基桩竖向承载力验算。
根据桩数设计矩形承台，设计边长为2. 3m ⨯3. 7m , 采取矩形布桩，桩中心取距1400（最小桩心距3d =3⨯450=1350mm ），桩心距承台边缘均为450mm 。
承台平面布置如下图1.3所示
F k R a
=3720684. 91
=5. 43
则设计桩数为6根
图1.3 承台平面布置图
承台及其上覆填土的总重为：G k =γG Ad =20⨯2. 3⨯3. 7⨯1. 7=289. 34KN （注：此处承台上的填土已经填至水平面，防止流水进入，故d =1. 7m ） 荷载的标准组合为：N k =
N
k max k min
F k +G k
n
=
3720+289. 34
6
=668. 2KN
752. 49KN 583. 91KN
M
=N k ±
y ∑y
max 2
=668. 2±
(191⨯1. 0+281)⨯1. 4
4⨯1. 4
2
=668. 2±84. 29=
因此：N k max =752. 49KN 0 满足设计要求，所以初步设计是合理的。 1.4.3 承台设计
根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2. 3m ⨯3. 7m ，初步设计承台厚
1. 00m 。承台计算简图如下1.4所示。
图1.4 承台计算简图
承台混凝土选用C 25，f t =1. 27N /mm 2，f c =11. 9N /mm 2；承台钢筋选用
HRB 335级，f y =300N /mm 。
2
1.4.3.1 承台内力计算
承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反力设计值为
' max
N min =
F n
±
M y y i
∑
6
y i
2
=
42306
±
(301+228⨯1. 0)⨯1. 4
4⨯1. 4
2
=705±94. 46=
799. 46KN
610. 54KN
N ' =
F n
=
4230
=705KN
1.4.3.2 承台厚度及受冲切承载力验算
防止承台产生冲切破坏，承台具有一定的厚度，初步设计承台厚1. 00m ，保护层厚度50mm ，则h 0=1000-60=940mm 。分别对柱边冲切和角桩冲切经行计算，验算厚度合理性。
由于基桩为圆柱形，计算时将截面换算成方桩，则换算成方桩截面边宽为：
b p =0. 8d =0. 8⨯450=360mm
① 柱对承台冲切 承台受桩冲切应满足
F l ≤2[β0x (b c +a 0y )+β0y (h c +a 0x )]βhp f t h 0 由于F l =F -∑N i =4230-0=4230KN ，则冲垮比为 λ0x =
a 0x h 0
=0. 320. 94
=0. 34
λ0y =
a 0y h 0
=
1. 020. 94
=1. 085>1. 0
由于λ取值在0. 25~1. 0之间，所以λ0x =0. 34，λ0y =1. 0 冲切系数为
β0x =
0. 84
=
0. 840. 34+0. 2
=1. 56
λ0x +0. 20. 84
β0y =
λ0y +0. 2
=
0. 841. 0+0. 2
=0. 70
2β0x (b c +a 0y )+β0y (h c +a 0x )βhp f t h 0
=2⨯[1. 56⨯(0. 4+1. 02)+0. 7⨯(0. 4+0. 32)]⨯1. 0⨯1270⨯0. 94=6492. 36KN
[]
6492. 36KN >F l =4230KN
故厚度为1. 00m 的承台能够满足柱对承台的冲切要求。 ②角桩冲切验算
承台受角桩冲切的承载力应满足下式：
⎡a 1y ⎫⎛a 1x ⎫⎤⎛
⎪N l ≤⎢β1x c 2++β1y c 1+⎪⎥βhp f t h 0 ⎪2⎭2⎭⎦⎝⎝⎣
'
由于F l =N max =799. 46KN ，从角桩内边缘至承台外边缘距离为：
c 1=c 2=0. 63m
a 1x =0. 32m a 1y =0. 94m λ1x =
a 1x h 0
=0. 320. 94
=0. 34
λ1y =
a 1x h 0
=
0. 940. 94
=1. 0 （在0. 25~1. 0之间）
β1x =
0. 56
λ1x +0. 20. 56
=
0. 560. 34+0. 2
=1. 037
β1y =
λ1y +0. 2
=
0. 561. 0+0. 2
=0. 467
⎡a 1y ⎫⎛a 1x ⎛
⎪βc ++βc +⎢1x 21y 1⎪22⎝⎝⎭⎣
⎡0. 94⎫0. 32⎛⎛
1. 037⨯0. 63++0. 467⨯0. 63+ ⎪ ⎢
2⎭2⎝⎝⎣
⎫⎤
⎪⎥βhp f t h 0=⎭⎦
⎫⎤
⎪⎥⨯1. 0⨯1270⨯0. 94=1802. 2KN ⎭⎦
>
N l =799. 46KN
所以承台能够满足角桩对承台的冲切要求。 1.4.3.3 承台受剪承载力计算
承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于I-I截面， λ0y =
a 0y h 0
=
1. 020. 94
=1. 09（介于0. 25~3. 0之间）
剪切系数：
α=
1. 75
=
1. 751.. 09+1
=0. 837
λ0y +1
受剪切承载力高度影响系数为： βhs
I-I截面剪力为：
'
V =2N max =2⨯799. 46=1598. 92KN ；则
⎛800
= h ⎝0⎫⎪⎪⎭
0. 25
⎛800⎫= ⎪⎝940⎭
0. 25
=0. 960
βhs αf t bh 0=
0. 960⨯0. 837⨯1. 27⨯103⨯2. 3⨯0. 940=2206.. 3KN >V =1598. 92KN 故满足抗剪切要求
1.4.3.4 承台受弯承载力计算 承台计算截面弯矩如下：
'
对于I-I截面，取基桩净反力最大值N max =799. 46KN 经行计算，则
y i =1400-200=1200mm ; M
x
=
∑N
i
y i =2⨯799. 46⨯1. 2=1918. 7KN
2
A s 1=
M
x
0. 9f y h 0
=
1918. 7⨯10
6
0. 9⨯300⨯940Φ20@100
=7537. 1mm
因此，则钢筋根数为n =2300/100+1=24，实 配
钢筋A s =24⨯314. 2=7540. 8mm 2，满足要求。
对于∏-∏截面，取基桩净反力平均值N ' =705KN 经行计算。 此时， h 0=1000-80=920mm ; x i =700-200=500mm 则， M y =∑N i x i =3⨯705⨯0. 5=1057. 5KN A s 2=
M
y
0. 9f y h 0
=
1057. 5⨯10
6
0. 9⨯300⨯940
=4166. 7mm
2
因此，承台短边方向选用Φ14@140，则钢筋根数为n =3700/140+1=28，实配钢筋28⨯153. 9=4309. 2mm 2，满足要求。
1.4.3.5 承台构造设计
混凝土桩顶伸入承台长度为50mm 。两承台间设置连系梁，梁顶面标高
-0. 70m ，与承台齐平，梁宽300mm ，梁高450mm ，梁内主筋上下共8Φ12通长
配筋，箍筋采用Φ8@200，承台底做100mm 厚C 10素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm 。 1.4.4 桩身结构设计
沉管灌注桩选用C 25混凝土，预制桩尖选用C 30混凝土，钢筋选用HPB 235级。 1.4.4.1 桩身轴向承载力验算
根据《建筑桩基规范》（JGJ94—2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：
N max ≤ϕψc f c A ps
N max =
F +G n
+M y y i
=
4230+1. 2⨯289. 34
6
+
(301+228⨯1. 0)⨯1. 4
4⨯1. 4
2
∑
y i
2
=762. 9+94. 5=857. 4KN
计算桩身轴心抗压强度一般不考虑压曲影响，故取稳定系数ϕ=1. 0；对于挤土灌注桩，基础施工工艺系数ψc =0. 8；C 25级混凝土，f c =11. 9N /mm 2， 则
ϕψc f c A =1. 0⨯0. 8⨯11. 9⨯10⨯1/4⨯3. 14⨯0. 45
6
2
=1513323N =1513. 323KN
1513.323KN>N max =857. 4KN
故桩身轴向承载力满足要求。 1.4.4.2 桩身水平承载力验算
由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为191KN ，则每根基桩承受水平荷载为： H ik =
H k n =1916
=31. 83KN
桩身按构造要求配筋，桩身配6Φ12纵向钢筋，A s =678. 6mm 2，则桩身配筋率 为： ρs =
A s A =
678. 61/4⨯3. 14⨯450
2
=0. 43%
满足0. 2%~0. 65%之间的要求。
对于配筋率小于0. 65%的灌注桩，单桩水平承载力特征值按下式计算： R ha =
0. 75αγm f t W θ
νM
(1. 25+22ρs ) 1+
⎝
5
⎛
ζN N k ⎫γm
⎪
f t A n ⎪⎭
桩身为圆形截面，故γm =2, ζN =0. 5 由于 α=
mb 0EI
，根据灌注桩周主要土层
的类别，查表得，取桩侧土水平抗力系数的比例系数m =25MN /m 4。 圆形桩桩身的计算宽度为：（因为直径d =0. 45
b 0=0. 9⨯(1. 5d +0. 5)=0. 9⨯(1. 5⨯0. 45+0. 5)=1. 0575m 根据 EI =0. 85E c I 0, I 0=W 0d /2, αE =E s /E c 对于C 25级混凝土，有：E c =2. 80⨯104=2. 80MN /m 2 对HPB 235级钢筋，有：E s =2. 1⨯105N /mm 2=2. 1MN /m 2 扣除保护层后的桩直径为：d 0=0. 45-0. 10=0. 35m W 0=
πd
32
[d
2
+2(αE -1)ρs d
2
]=
π⨯0. 45⎡
32
⎤⎛2. 1⨯105⎫2
⎪-1⎪⨯0. 43%⨯0. 35⎥⎢0. 45+2⨯ 42. 8⨯10⎝⎭⎣⎦
2
=9. 244⨯10-3m 3
I 0=W 0d /2=9. 244⨯10-3⨯0. 45/2=2. 080⨯10-3m 4
EI =0. 85E c I 0=0. 85⨯2. 80⨯104⨯2. 080⨯10-3=49. 504MN ⋅m 2
5
则α=
mb 0EI
5
=
25⨯1. 057549. 504
=0. 900m
桩顶最大弯矩系数νM 取值：由于桩的入土深度h =15. 0m ，桩与承台为固结，
αh =0. 731⨯15≈11m >4，取αh =4，由书中表中查得νM =0. 926。
A n =
πd
4
2
[1+(αE -1)ρs ]=
π
⎡⎤⎛21⎫22
⨯0. 45⨯⎢1+ -1⎪⨯0. 43%⎥=0. 165m 4⎝2. 8⎭⎣⎦
N k 取在荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载
力特征值最小），由前面计算得N k =583. 91KN
则
R ha =
0. 75αγm f t W θ
⎛ζN N k
(1. 25+22ρs ) 1+ γm f t A n
⎝
⎫0. 75⨯0. 900⨯2⨯1. 27⨯106⨯9. 244⨯10-3⎪=⎪0. 926⎭
νM
3
⎛0. 5⨯583. 91⨯10
⨯(1. 25+22⨯0. 0043)⨯ 1+2⨯1. 27⨯106⨯0. 165
⎝
⎫
⎪=39. 041KN >H ik =31. 83KN ⎪⎭
故桩身水平承载力满足要求。 1.4.4.3 配筋长度计算
基桩为端承摩擦桩，配筋长度应不小于桩长的2/3（即2/3⨯15=10m ），同时不宜小于4. 0/α=4. 0/0. 900=4. 44m ，则配筋的长度取10m 。 钢筋锚入承台35倍主筋直径，即35⨯12=420mm 1.4.4.4 箍筋配置
采用Φ6@200螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过4m ，需要每隔2m 设置一道
Φ12
加劲箍筋。
1.4.5 估算A 、B 轴线柱下桩数 1.4.5.1 桩数估算
设计A 、B 轴线下桩基础的方法与C 轴线下相同，单桩极限承载力标注值为
1380. 5KN ，基桩竖向承载力特征值为690. 3KN 。
A轴下荷载标准值为F k =2920KN 、M k =304KN ⋅m 、V k =192KN 根据A 轴荷载初步估计A 轴下桩数，即： n =
F k R =2920690. 3
=4. 23
则A 轴下设计桩数为5根。
B轴下荷载标准值为F k =3860KN 、M k =285KN ⋅m 、V k =202KN 根据B 轴荷载初步估计B 轴下桩数，即： n =
F k R =3860690. 3
=5. 59
则B 轴下设计桩数为6根 1.4.5.2 承台平面尺寸确定
根据估算的桩数和承台的构造要求，设计A 轴线承台平面尺寸为2. 9m ⨯2. 9m ，
桩最小中心距约为1. 414m ，桩心与承台边缘距离0. 45m （承台图详见CAD 大图）；B 轴桩数与C 轴相同，因此承台平面尺寸同C 轴。 1.4.6 设计图纸
根据以上的计算，绘制出桩基平面布置图和桩基大样图。 桩基平面布置图如下图1.5所示
图1.5 桩基平面布置图
1.5 设计说明
1. 根据地质工程报告，本工程采用沉管灌注桩基，桩径450mm ，单打法施工。桩尖伸入⑤号持力层0. 70m 。桩长自承台底算起15m ，施工时参照工程地质报告以及沉管速度控制桩长。
2. 单桩竖向极限承载力标注值Q uk =1369. 81KN ；基桩竖向极限承载力特征值
R =684. 91KN
。
3. 材料
承台混凝土C 25，钢筋HRB 335；灌注桩混凝土C 25，钢筋HPB 235。 垫层C 10混凝土。
4. 保护层：承台50mm ，灌注桩35mm 。桩顶伸入承台50mm 。
二，巷道断面设计与支护措施设计
2.1 巷道断面设计原则与支护类型简介 2.1.1 巷道断面设计原则
巷道断面设计是矿井开采设计中的一个重要组成部分，贯穿矿井服务年限，属于施工图设计的范畴。设计巷道断面直接作为井下巷道施工的依据，也是经行井巷工程概预算的依据。巷道设计的原则是:在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面的利用率，取得最佳的经济效果。 2.1.2 巷道支护类型
为了保证巷道围岩的稳定，防止出现围岩垮塌或者过大的变形，无法满足正常的生产和安全要求，巷道在掘进后要立即经行支护。从目前各类支护形式以及支护的效果上来看，巷道支护主要可以分为三种类型：第一类是被动支护形式；第二类是各类普通锚杆支护为主，旨在改善巷道围岩力学性能的积极主动加固形式；第三类是以高强预应力锚杆和注浆加固为主的积极支护形式。 2.2 矿井生产条件简介
某煤矿年设计能力为100万吨，矿井为低瓦斯矿井，采用中央分列式通风，最大涌水量为280m 3/h 。通过该矿第一水平翼运输大巷的涌量为220m 3/h ，采用ZK 10-9/550架线式电机车牵引3t 矿车运输。大巷穿过的岩层为中等稳定，岩石的坚固性系数f =4~6，大巷需通的风量为51m 3/s 。巷道内敷设一趟直径为200mm 的压风管和一趟直径为120mm 的水管。试根据相关规范设计该运输大巷直线段的断面。 2.3 选择巷道断面形状
巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质（即作用在航道上地压的大小和方向）、巷道的用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素。
上述选择巷道断面形状应考虑的诸多因素，彼此是密切联系又相互制约。条件要求不用，影响因素的主次位置就会发生变化。所以，应该综合分析，抓住主导因素兼顾次要因素，以便能选用较为合理的巷道断面形状。
在示例中年产100万t 矿井的井底车场运输大巷，一般服务年限在20年以
上，采用900mm 轨距双轨运输的大巷，其净宽在3m 以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用钢筋砂浆锚杆和喷射混凝土支护，巷道为半圆拱形断面。 2.4 确定巷道断面尺寸 2.4.1 确定巷道净断面宽度B
查书中表3-2可知ZK 10-9/550电机车A 1=1360mm ，高h =1550mm ；3. 0t 矿车宽1200mm ，高1400mm 。
根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽C =920mm ，非人行过一侧宽度为
a =520mm 。又查书中表3-3知本巷双轨中线距 b =1600mm ，则双轨运输时两
辆列车之间最突出部分的距离为：
b -(A 1/2+A 1/2)=1600-(1360/2+1360/2)=240mm > 200mm 故巷道净宽度：
B =a 1+b +c 1=(520+1360/2)+1600+(1360/2+920) =1200+1600+1600=4400mm 2.4.2 确定巷道拱高h 0
半圆拱形巷道拱高h 0=B /2=4400/2=2200mm 。半圆拱的半径求出为
R =h 0=2200mm
2.4.3 确定巷道壁高h 3
（1）按架线电机车导电弓子要求确定h 3
拱形巷道的壁高h 3是指自巷道底板至拱基线的垂直距离。如下图2.1所示为了满足行人安全，运输通畅以及安装和检修设备，管缆的需要，设计要求按照架线电机车导电弓顶端与巷道拱璧间最小安全间隙要求，按管道的装设高度要求，按行人高度要求、按1. 6m 高度人行宽度要求以及设备上缘至拱璧最小安全距离等情况，按照图2.1和书中表3-6公式分别计算拱形巷道的壁高h 3，并且取其最大值。另外还要考虑到其他的一定的余量，确定出拱形巷道的壁高。 对于架线电机车运输的巷道，一般按照其中架线电机车导电弓子和管道装设高度要求计算即能满足设计要求；其他如矿车运输、铺设运输机或无运输设备
的额巷道，一般只按照行人高度计算即可满足设计要求，但是在人行道范围内
1. 8m 以下，不得架设管路和电缆。
图2.1 半圆拱形巷道断面壁高计算图
由书中表3-7中可知半圆拱形巷道壁高公式得 h 3≥h 4+h c -(R -n )-(K +b 1)
2
2
式中 h 4——轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》取h 4＝2000mm ； h c ——道床总高度。查表3-10选30kg/m钢轨，再查表3-5的h c =410mm ，道碴高度h b =220mm ；
n——导电弓子距拱壁安全间距，取n =300mm mm ；
K ——导电弓子宽度之半，K =718/2=359mm ，取360mm ；
b 1——轨道中线与巷道中线间距，b 1=B /2-a 1=4400/2-1200=1000。
故h 3≥2000+410-(2200-300)-(360+1000)
2
2
=1083mm
（2）按管道装设要求确定h 3
由书中表3-7可得公式
h 3≥h 5+h 7+h b -R 2-(K +m +D /2+b 2)
2
式中 h 5——道砟面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h 5＝1800mm ； h 7——管子悬吊件总高度，取h 7＝900mm ； m ——导电弓子踞管子间距，取m=300mm ； D ——压气管法兰盘直径，D =335mm ； b 2
—
—
轨
道
中
线
与
巷
道
中
间
线
间
距
，
b 2=B /2-c 1=4400/2-1600=600mm 。
故， h 3≥1800+900+220-22002-(360+300+335/2+600)=1246mm
2
（3）按人行高度要求确定h 3 由书中表3-7可得公式
h 3≥1800+h b -R 2-(R -j )
2
式中，j 为距巷道壁的距离。踞壁j 处的巷道有效高度不小于1800mm 。
j ≥100mm
，一般取j =200mm 。
2
故， h b ≥1800+220-22002-(2200-200)=1104mm
综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h 3=2000mm 。则巷道高度 H =h 3-h b +h 0=2000-220+2200=4000mm 2.4.4确定巷道净断面面积S 和净周长P 由表知净断面积公式：S =(0. 39B +h 2) 净周长公式：P =2. 57B +2h 2
式中，h 2——道碴面以上巷道壁高，h 2=h 3-h b =2000-220=1780mm 故， 净断面积 S =4400⨯(0. 39⨯4400+1780)=15382400mm 2=15. 4m 2
净周长 P =2. 57⨯4400+2⨯1780=14868mm =14. 9m 2.4.5 用风速校核巷道净断面面积
巷道通过的风速是根据对整个矿井生产通风网络求解得到的。当通过该巷道的风量确定后，断面越小风速越大。风速大，不仅会扬起煤尘，影响工人身体健康和工作效率，而且易引起煤尘爆炸事故。为此，《煤矿安全规程》规定了各种不同用途的巷道所允许的最高风速（见下表2-1）。但是，为使矿井增产留有余地和满足经济风速的要求，一般不选用书中表7中所列的最高风速。《煤炭工业设计规范》规定，矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s。
表2-1 巷道允许的最高风速
设计出巷道净断面后，还必须进行风速验算，即 v =
Q S ≤v max
式中，v ——通过该巷道的风速，m /s ；
Q ——根据设计要求通过该巷道的风量，m 2/s ； S ——巷道的净断面面积，m 2； v max ——该巷道允许通过的最大风速。
用式S 1=B1(B3+B4)H 1/2校核巷道净断面面积值知v νmax =6m /s ，已知通过大巷风量Q =51m 3/s , 代入式v = v =
Q S
Q ≤v max
=
S
51
得：
15. 4
=3. 31m /s =2.13＜6m /s
设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。 2.5 确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺寸 2.5.1选择支护参数
采用锚喷支护，依据巷道净宽4. 4m ，穿过中等稳定岩层，服务年限大于20年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为∅18mm 螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度≥700mm ，设计锚杆预紧力≥40K N ，锚固力成方形布置，其间排距0.80m ⨯0.80m ，托板为8mm 厚≥80K N , 锚杆长度2.0m ，
150mm ⨯150mm 的方形钢板，喷射混凝土厚T 1=100mm ，分两次喷射，每次各喷50m m 厚，故T =T 1=100mm 。
2.5.2 选择道床参数
根据本巷道通过的运输设备，选用30kg/m钢轨，其道床参数h c 、h b 分别为410m m , 220m m ，道砟面至轨面高度h a =h c -h b =410-220=190m m . 采用钢筋混凝土轨枕。
2.5.3 确定巷道掘进断面尺寸 由书中表3-8知
巷道设计掘进宽度 B 1=B +2T =4400+2⨯100=4600mm ； 巷道计算掘进宽度 B 2=B 1+2δ=4600+2⨯75=4750mm ； 巷道设计掘进高度 H 1=H +h b +T =4000+2200+100=4320mm ； 巷道计算掘进高度 H 2=H 1+δ=4320+75=4395mm ； 巷道设计掘进断面积
S 1=B 1(0. 39B 1+h 3)=4600⨯(0. 39⨯4600+2000)=17452400mm 2 取 S 1=17. 45m 2； 巷道计算掘进断面积
S 2=B 2(0. 39B 2+h 3) =4750⨯(0. 39⨯4750+2000)=18299375mm 2 取 S 2=18. 30m 2。 2.6 布置水沟和管线
已经通过巷道的水量为220m 3/h ，现采用水沟坡度为0.3%，由书中表3-12知水沟深500mm ，水沟宽450mm ，水沟净断面积0.225m 2，水沟掘进面积
2
0.272m 0.152m
，每米水沟盖板用钢筋2.036kg ，混凝土0.0323m 3，水沟用混凝土。管子悬吊在人行道一侧，通讯电缆挂在管子上方。
3
2.7 计算巷道掘进工程量及材料消耗量 每米巷道拱与墙计算掘进体积
V 1=S 2⨯1=18. 30⨯1. 0=18. 30m 3； 每米巷道墙角计算掘进体积
V 3=0. 2(T +δ)⨯1=0. 2⨯(0. 1+0. 075)⨯1=0. 04m 3； 每米巷道拱与墙喷射材料消耗
V 2=[1. 57(B 2-T )T 1+2h 3T ]⨯1
=[1. 57⨯(4. 75-0. 10)⨯0. 10+2⨯2. 0⨯0. 10]⨯1=1. 13m 3； 每米巷道墙角喷射材料消耗
V 4=0. 2T ⨯1=0. 2⨯0. 10⨯1=0. 02m 3 每米巷道喷射材料消耗（不包括损失）
V =V 2+V 4=1. 13+0. 02=1. 15m 3 每米巷道锚杆消耗 N =
P 1-0.5M M M
'
，
式中，P 1——计算锚杆消耗周长，P 1=1. 57B 2+2h 3=1. 57⨯4. 75+2⨯2. 0=11. 46m ； M 、M ' ——锚杆间距、排距，M =M ' =0.8m ； 故 N =
11. 46-0. 5⨯0. 8
0. 8⨯0. 8
=17. 28
根
⎡⎛d ⎫2⎤⎡⎤⎛0. 018⎫
⨯7850折合重量为：N ⎢l π ⎪ρ⎥=17. 28⨯⎢2. 00⨯3. 14⨯ ⎪⎥=69. 0kg
⎝2⎭⎣⎦⎢⎣⎝2⎭⎥⎦
式中，其中l ——锚杆长度，为2.0m ； d ——锚杆直径，为18m m ， ρ——锚杆材料密度，为7850kg /m 3。 由于每根锚杆安装两个树脂药卷，
则每米巷道树脂药卷消耗：M =2⨯N =2⨯17. 28=34. 56（支） 每排锚杆数为：N ⨯0. 8=17. 28⨯0. 8=13. 82≈14（根） 每排树脂药卷数：M ⨯0. 8=34. 56⨯0. 8=27. 56≈28（支） 每米巷道粉刷面积为：S n =1. 57B 3+2h 2
式中，B 3——计算净宽，B 3=B 2-2T =4. 75-2⨯0. 10=4. 55m 故，S n =1. 57⨯4. 55+2⨯1. 78=10. 7m 2
2.8 绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表 根据以上计算结果，按1：50比例绘制出巷道断面施工图, 如下图2.2所示， 并附上工程量及材料消耗量表。
图2.2 巷道断面施工图
表2-2 运输大巷特征
表2-3 运输大巷每米工程量及材料消耗
2.9巷道的支护
2.9.1 超前、临时支护的选择（型式、材料、规格）
巷道施工超前支护选用带帽木质点柱支护顶板，点柱直径不小于150mm ，长度根据现场情况定，帽采用1200mm ⨯150mm ⨯150mm 枕木制作，最大控顶距不超过1. 8m 。围岩条件不好时，在超前支护的掩护下，对掘进后的巷道初喷混凝土进行临时支护，使巷道轮廓基本成形。喷射混凝土配比为水泥：黄沙：碎石子=1：2：2，水灰比为0.45，速凝剂掺量为水泥重量的3~5%，水泥选用P0.32.5普通硅酸盐水泥，黄沙为中、粗砂，碎石子粒径为5~15mm ，临时喷浆厚度
30~50mm
。巷道围岩条件较差时，可以打一到两排护顶锚杆、每排3根并挂网
支护，在确保安全后再进行其它作业。 2.9.1.1 超前、临时支护的施工工艺
炮后及时找尽顶板的浮矸危岩，对于顶部及肩窝处找不尽但亦有裂缝的危岩要使用木质进行超前支护。点柱必须打在硬底上，并牢固可靠。在顶板完整的情况下，可以采用一个带帽点柱做超前支护，最大控顶距离不超过1. 8m ，在超前支护的掩护下进行打锚杆挂网；在顶板破碎的情况下，采用双带帽点柱做超前支护，并在超前支护的掩护下，进行巷道初次喷射混凝土临时支护，一方面使巷道围岩及时封闭，减少岩石风化机会；另一方面使巷道轮廓基本成形，减少巷道断面应力集中，也为下一步锚网安装支护质量提供良好条件，喷射混凝土配比为水泥：黄沙：碎石子=1：2：2，水灰比为0.45，速凝剂掺量为水泥重量的3～5%，水泥选用P0.32.5#普硅水泥，黄沙为中、粗砂，碎石子粒径为5~15mm ，临时喷浆厚度为30~50mm 。巷道围岩条件较差时，可以打一到两排护顶锚杆、每排3根并挂网支护，在确保安全后再进行其它作业。 2.9.1.2 超前、临时支护的质量要求
（1）使用木质点柱时，点柱必须打在硬底上，且柱帽必须用木刹刹实。 （2）顶板破碎时，炮后应立即进行初喷，坚持先喷后锚的支护施工工艺。 （3）临时喷浆要做到使巷道轮廓基本成形，加强喷浆质量，减少回弹率。
图2.3 临时支护正视图 图2.4 临时支护侧视图
2.9.2 永久支护
2.9.2.1 永久支护的选择（型式、材料、规格）
L =2000mm 等强锚杆@800⨯800配采用锚网喷加锚索支护，锚杆采用Φ20、
合Φ6圆钢焊接网格@100⨯100钢筋网支护，锚杆托盘为Q235钢厚8mm ，托盘尺寸为120×120，并喷射C20混凝土，喷厚140mm 。锚索采用Φ15钢绞线制作成长度为9. 3m ，托盘采用Q235钢厚10mm ，托盘尺寸为350⨯350mm 和一块锚杆托盘，每排三根锚索分别布置于巷道的两肩窝和顶部，排距为2. 4m 。 2.9.2.2 永久支护的施工工艺
锚网喷支护：巷道临时支护过后，及时打拱部锚杆并挂网作为永久支护。拱顶3根锚杆使用锚杆机造孔，孔径为28mm ，肩窝以下采用7655风锤造孔，孔径为28mm ，L =2000mm 孔深为2150~2200mm ；。眼打好后，用扫眼器吹尽眼内的水及粉尘，然后内置1卷K2335和2卷Z2350树脂锚固剂，用炮棍将其轻推至眼底，开始搅拌药卷，搅拌时风动锚注器要快转慢进，搅拌时间为20～35秒，锚杆注到位后固定好杆体，待锚固剂凝固5分钟后退去锚头，15分钟后压网并上紧压板。金属网接茬处尽量用锚杆加压板将其上紧并紧贴岩面。如遇有局部掉顶，必须紧贴掉顶部位按设计要求打支护锚杆进行支护，然后按照巷道净尺寸要求对掉顶部位进行造型，使巷道整体达到设计要求。锚网安装铺设完成后，进行永久喷浆支护。喷浆要求挂线并一次成巷，达到工程验收标准。 2.9.3 巷道（围岩）加固措施：采用注浆加固
（1）注浆锚杆采用Φ22mm 的无缝钢管制作，L =2000mm ，端部70mm 制作成
M 22
螺纹，配100⨯100⨯10mm 的托盘。端部向下开400mm 的竹节扣，尾部砸成
扁头，其余部分第隔300mm 对称T 形布置Φ6mm 小孔。注浆锚杆采用全断面布置，考虑到注浆渗透半径，间排距取为1600⨯1600mm 底角注浆锚杆下扎角度
30~450
，间排距取为1600⨯1600mm 。
（2）注浆材料以单液水泥为主。水泥选用425#普通硅酸盐水泥，水灰比为
0. 7~1. 0。当单孔水泥注浆量超过1. 5吨时，用水玻璃与水泥双液浆封孔。水玻
璃浓度为45Be 。用量为水泥重量的3%~5%倍。
（3）注浆参数注浆孔Φ32mm ，孔深2500mm ，正常注浆压力为1. 0MPa ，注浆终压≤2MPa 。
（4）注浆方式考虑到围岩较为松散破碎，可能会出现注浆时串浆堵孔等问题，采用纵向间隔注浆方法。即初次注浆间隔为3. 2m (每隔一排注浆) ，然后进行复
注。锚注施工一定要按照正常的顺序来做，正确的施工顺序为先注底角，再注墙部，最后注顶板。
（5）注浆施工工艺：采用7655风锤造孔，孔深2500mm ，孔径 32mm 。造孔完成后，用扫眼器吹尽孔内水及岩粉，在锚注锚杆的马牙处干缠绕，麻交注浆管戴帽打入孔内，注浆管外露50~70mm 孔口树脂药卷封实。
（6）此次注浆采用QZB —50/60型气动注浆泵，注玻璃胶泥将孔口周围封闭严实。 2.10 设计说明
1. 本设计中所涉及到的公式以及参数来自于《井巷工程》，中国矿业大学2009，
东兆星 吴士良主编
2. 参考文献，东兆星，邵鹏。爆破工程[M]。北京：中国建筑工业出版社，2005 3. 参考文献，蔡美峰，吴士良。岩石力学与工程[M]。北京：科学出版社，2002 4. 参考文献，何满潮，煤矿锚杆支护理论与实践[M]。北京：科学出版社，2004 5. 参考文献，刘殿中，工程爆破是用手册[M]。北京：冶金工业出版社，1999 6.参考文献，中国矿业大学. 井巷工程. 第三版. 北京：煤炭工业出版社，1991
三，浆砌块石重力式堤墙设计
3.1 设计题目
浆砌块石重力式路堤挡土墙设计 3.1.1 挡土墙简介及组成部分 3.1.1.1 挡土墙简介
挡土墙是支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的墙式构造物。本简要的设计介绍了一段浆砌片石重力式路肩墙的设计过程。
重力式挡土墙，指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，一般都做成简单的梯形。它的优点是就地取材，施工方便，经济效果好。所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。
由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较好，挡土墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。 重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在6m 以下，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。 墙身的断面形式应根据墙的用途，墙高和墙趾处地形、地质、水文等条件，在满足稳定性和强度要求的前提下，要根据多种情况，按结构合理、断面经济和施工便利的原则综合比较确定出合适的一种。
挡墙是公路工程中最常见、应用最广泛的路基支挡构造物, 合理设置挡墙既可以加固路基坡脚, 还可以有效收缩坡脚节约占地, 工程综合效益显著。重力式挡墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定, 具有结构形式简单、施工方便的特点, 因此重力式挡墙是公路建设中最主要的挡墙。
根据场地现状，路肩墙埋置深度按不小于1m 考虑，总墙高约7m 。根据工程经验，可采用重力式挡土墙，设计采用浆砌片石作为本挡墙的砌体材料。
3.1..1.2 重力式挡土墙分类
重力式挡土墙可根据其墙背的坡度分为仰斜、俯斜、直立三种类型。 1. 按土压力理论，仰斜墙背的主动土压力最小，而俯斜墙背的主动土压力最大，垂直墙背位于两者之间。
2. 如挡土墙修建时需要开挖，因仰斜墙背可与开挖的临时边坡相结合，而俯斜墙背后需要回填土，因此，对于支挡挖方工程的边坡，以仰斜墙背为好。反之，如果是填方工程，则宜用俯斜墙背或垂直墙背，以便填土易夯实。在个别情况下，为减小土压力，采用仰斜墙也是可行的，但应注意墙背附近的回填土质量。
3.3. 当墙前原有地形比较平坦，用仰斜墙比较合理；若原有地形较陡，用仰斜墙会使墙身增高很多，此时宜采用垂直墙或俯斜墙。
图3.1 重力式挡土墙的基本组成
3.2 设计资料 3.2.1 地形
平原山地过渡地带，为一系列呈带状延伸的平行岭谷分布区，以丘陵、台地为主。
3.2.2 工程地质条件
自上而下土层一次如下：
①号土层：人工填土，层厚约0. 7m ，黄褐色，含杂质较多。
②号土层：含砂粉质黏土，层厚2. 1m ，地基容许承载力R 250kPa 。
③号土层：中风化泥岩，厚度为揭露，地基容许承载力R =500kPa 。 3.2.3 墙身及墙后填料参数
填料容重γ=18kN /m 3, ϕ=35o 。基底摩擦系数f =0.4，挡墙墙身的容重为
3
截面容许应力[σγk =22kN /m ，
a
]=600kPa , τi
=50kPa , δ=
ϕ
2
。填土边坡1:1. 5。
3.2.4 荷载参数
车辆荷载换算等代土层厚度为0. 84m ，布置在7. 5m 全宽的路基上。 3.2.5 水文地质条件
本次勘探未见到地下水，可不考虑地下水的影响。 3.2.6 设计荷载
表3-1 重力式路堤墙设计数据分组
本次设计选用一号组，挡土墙高4. 4m ，墙后填土高度为2. 0m 。 3.2.7 排水设施
土墙常用的排水设施可以分为地面排水和墙身排水两部分。 （1）地面排水
主要是防止地表水渗入墙背土体或地基。防止地表水渗入墙后土体的主要措施有：在墙后地面设置排水沟，引地面排水；夯实回填土和地表松填土，防止雨水以及地面水的下渗，必要时还需要采取密闭处理等。防止地表水渗入地基的主要措施是加固边沟（路堑墙）或在适当位置设置排水沟。 （2）墙身排水
主要是为了迅速排出土内积水。其方法是在浆砌挡土墙（浆砌砖、片石、块石、粗料石）墙身的适当高度处设置一排或者数排泄水孔（详见CAD 设计图）。当墙不高时可在墙前地面设一排泄水孔；当墙高时可在上部加设一排泄水孔。泄
水孔的尺寸可视泄水量的大小而分别采用5cm ⨯10cm 、10cm ⨯10cm 、15cm ⨯20cm 的矩形孔，或者采用直径为5~10cm 的圆形孔。泄水孔的间距一般为2~3cm ；干旱地区可以适当的增大泄水孔的间距。 3.3 挡土墙设计
根据给定的设计资料，初步确定墙身尺寸如下：挡土墙高4. 4m , 地基埋置深度不小于1. 0m ，持力层为②号土层含砂粉质黏性土层，墙背仰斜角度为1:0.25（α=-14o 02' ），墙面为平行于墙背的直线，墙顶宽1. 54m , 墙身分段长为10m 。为增大墙身抗滑稳定性，设置基底按坡度0.2:1内倾。
如下图3.2所示为挡土墙的基本参数资料
图3.2 挡土墙示意图
3.3.1 主动土压力计算 （1） 破裂角θ
假设破裂面交于荷载内，按表中公式计算，即：
A =
ab +2h 0(b +d ) -H (H +2a +2h 0) tan α
(H +a )(H +a +2h 0)
=
2⨯3+2⨯0. 84⨯3+4. 4⨯(4. 4+2⨯2+2⨯0. 84) ⨯0. 25
(4. 4+2. 0) ⨯(4. 4+2. 0+2⨯0. 84)
=0.363
ψ=ϕ+α+δ=350-14002' +17030' =38028' ≤900 tan θ=-tan ψ+=0.786
则θ=38018'
验核破裂面位置如下：
堤顶破裂面距墙踵距离为：
(H +a ) tan θ=（4.4+2.0）×0.78=5.01m
荷载内边缘距墙踵距离为：
b -H tan α=3+4.4×0.25=4.4m
载外缘至墙踵距离为：
b -H tan α+b 0=4.4+7.5=11.9m
由于4.4
（2）求主动土压力系数K 和K 1
主动土压力系数K 和K 1计算如下：
K =
由于
h 3=
b -a tan θtan θ+tan α
=
3-2⨯0.780.78-0.25
=2.72m
cos(θ+ϕ) sin(θ+ψ)
(tanθ+tan α) =0.157
h 4=H -h 3=4.4-2.72=1.68m 则
K 1=1+
2a H
(1-
h 32H
) +(1-
2h 0h 4H
2
) +
2⨯0. 84⨯1. 68
4. 4
2
=1+
2⨯24. 4
2. 722⨯4. 4
=1.79
（3）求主动土压力E 及其作用点位置Z y 主动土压力E 为：
E =
12
γH K K 1=
2
12
⨯18⨯4.4⨯0.157⨯1.79=48.97K N
2
主动土压力的作用点位置Z y 为:
Z y =
H 3+
a (H -h 3) +h 0h 4(3h 4-2H )
3H K 1
22
2
=
4. 43
+
2⨯(4. 4-2. 72) +0. 84⨯1. 68⨯(3⨯1. 68-2⨯4. 4)
3⨯4. 4⨯1. 79
2
=2. 9m 3.3.2 设计挡土墙截面
由于墙面平行墙背，基底倾斜0.2:1（α0=11o 19' ）。通过试算得出的结果为 墙顶墙宽b 1=1.54m 。
（1）计算墙身重G 及其力臂Z G
说明：下表3-1中的数据的计算正是基于右图3.3的挡土墙断面计算简图，在计算过程中相关不仅要条件简化处理。
作用于挡土墙的力系，按照其作用性质分为分为永久力系（主要作用) 、可变力系（附加作用）和偶然作用（特殊力系）。
其中的永久作用是指经常作用在挡土墙上的各种压力。挡土墙的自重就是其中的一个方面，因此在此计算要考虑在内。
在一般地区，挡土墙的设计仅考虑主要力系；在浸水地区，还要考虑附加力系；而在地震地区，还要考虑地震力对挡土墙的影响。根
据本设计中的挡土墙的所在的条件，不是浸水地区和地震的影响区域，因此在计
中主要考虑的是主要作用力系。
图3.3 挡土墙断面计算图
表3-1 墙身重G 及其力臂计算结果
（2）滑动稳定性验算 抗滑稳定系数为：
K c =
[G cos α0+E sin(α+δ+α0)]f E cos(α+δ+α0) -G sin α0
=
[144. 14⨯cos 1119+48. 97⨯sin(-1402+1730+1119)]⨯0. 4
48. 97⨯cos(-1402+1730+1119) -144. 14⨯sin 1119
'
'
'
'
'
'
'
'
=3. 23>1.30 （3）倾覆稳定验算
E x =E cos(α+δ) =
48.97×cos(-14002' +17030' ) =48. 88KN
'
'
E y =E sin(α+δ) =48.97×sin(-1402+1730) =2. 96KN
因基底倾斜，土压力对墙趾O 的力臂改为：
Z y 1=Z y -0.191b 1=2.94-0.191×1.54=2.65m
Z x 1=B 1-Z y tan α=0.952×1.54+2.94×0.25=2.2m
则
K 0=
G 1Z G 1+G 2Z G 2+E y Z x 1
E x Z y 1
=（4）基底应力验算
e =Z N -
139. 04⨯1. 28+5. 10⨯1. 00+2. 96⨯2. 2
48. 88⨯2. 65
B 2
=
G 1Z G 1+G 2Z G 2+E y Z x 1-E x Z y 1
G 1+G 2+E y
-
0.952b 1
2
=
139. 04⨯1. 28+5. 10⨯1. 00+2. 96⨯2. 2-48. 88⨯2. 65
139. 04+5. 10+2. 96
-
0. 952⨯1. 54
2
=0.141
B 16
(=0.245)
6e B
158. 11
) =144. 14+2. 96⨯(1±6⨯0. 141) =kPa
1. 47
1. 47
42. 03
σσ
m ax m in
=
G +E y
B
(1±
≤R(=250kPa )
（5）截面应力验算
墙面与墙背为平行的直线，界面的最大应力出现于接近基点处。由基底应力验算可知，偏心距及基底应力均满足地基的要求，则截面 应力肯定也满足墙身材料的要求，故可不作演算。
通过上述验算，所拟截面符合各项要求，决定采用此截面，顶宽为1. 54m 。 3.4 设计图纸
根据计算，绘制浆砌石重力式路堤墙立面图、断面图及大样图见CAD 图纸。
图3.4 挡土墙立面示意图
图3.5 挡土墙断面做法示意图
图3.6 浆砌片石重力式挡土墙增大样图 3.5 验算说明
1. 在验算挡土墙的稳定性时候，一般均未计墙趾前土层对墙面所产生的被动土 压力。
2.对于地震设防烈度为8度且墙身高度大于12m ，以及地震设防烈度为9度或者7度但修建在软弱地基上或修建在地震可能发生大规模滑坡、崩塌地段上的挡土墙，除采用一般防震措施外，须按一定方法验算墙身在地震力作用下的强度和稳定性，验算时，不考虑车辆的荷载作用。对于地震地区的浸水挡土墙，验算时只需考虑常年水位时候的浮力，不考虑季节性浸水的影响。抗震部分具体要求参见《公路工程抗震设计规范》
3. 当墙后填料为透水性材料时候，动水压力一般比较小，可略去不计。 4. 挡土墙在设置倾斜基底后沿倾斜基底的抗滑稳定性系数应为
K c =
[(∑N +∆G )cos α+E sin α]f
E cos α-∑N +∆G sin α
x
x
或K c =
[(G ' +E )cos α+E tan α]f
E -G ' +E tan α
y
x
x
y
其中 G ' =G +∆N
式中 G ' ——设置倾斜基底之后的挡土墙的重力，KN ；
G ——原挡土墙重；
N ——设置倾斜基底后挡土墙增加的自重。 其他的符号和书中设计规范一样。 3.5设计说明
1. 墙身为片石砌筑，片石的厚度不小于0. 15m ，体积不小于0. 01m 3。石料应采用无风化石材，面石要平整，挡土墙外露面采用1:3水泥砂浆勾凸缝。
2. 挡土墙采用M 10水泥砂浆砌筑，施工前做好配比试验，强度要求达到设计等级，砌筑时砂浆要密实、包满、不得有空洞。
3. 挡土墙分段：每10m 设置一条沉降缝，缝宽2cm ，外露面1cm ，缝宽竖直美观，可用C 15混凝土角石砌筑，沉降缝内用1. 5cm 浸沥青软木板分割。
4. 应先把挡土墙后原土坡放成450坡，然后施工挡土墙。基坑开挖应搞好地面排水，保持基坑干燥，基础施工完毕应及时回填、夯实。墙后回填料的干密度大于或者等于1. 65t /m 3。回填料应分层夯实。
5. 挡土墙基槽开挖至持力层下300mm ，然后做C 10混凝土垫层厚100mm ，宽度每边基础底边放大50mm 。
6. 混凝土强度大于80%设计强度时，才能回填墙后回填土。
谢 辞
经过几个星期的忙碌，通过顿志林教授、任连伟主任、朱昌星教授的教育和精心指导，我的岩土工程综合课程设计终于划上了圆满的句号。在此，对设计期间给予我指导和帮助的辅导老师以及身边的同学道一声真诚的感谢，特别是对直接指导我做这个设计的三位老师致以衷心的感谢。
设计的过程是一次理论与实践有机结合的过程，是理论与实践升华的过程；更是自己的思想成熟的过程。
在设计的过程中，曾遇到了很多棘手的问题, 在老师和同学们的帮助下都得以顺利解决。本次课程设计不但是对自己所学专业知识的检验, 更是对多学科知识综合应用能力的一个考查, 并要把实践经验赋予到当中去，这三者的有机结合在这次课程设计中使我受益匪浅。 此外, 通过这次课程设计培养了自己独力学习和查阅资料的能力, 为今后的毕业设计奠定了坚实的基础。
在整个课程设计的过程中，特别是在确定方案的时候，虽然直接带我们的顿老师没有直接要求我们必须要做什么指定的课题，可是这样的“放松”让茫然的自己总是找不到一个确定的要设计的方向，一开始时候我有些退缩过和懊恼过。但在任老师的指导下我选择了灌注桩的设计，在顿老师的启发下选择了路堤挡土墙的设计，在朱老师的引导下我完成了井巷工程的设计。正是这样，通过老师和同学的帮助下，我一步步的终于战胜了困难，超越了自我，顺利完成任务。
在课程设计的过程中，发现自己对岩土专业和CAD 软件知识的欠缺和不足，很多地方自己都不是很明白，在专业知识上，桩的冲切验算自己也理解的不到位，还有其他的一些专业知识也有待提高。所以由于水平有限，疏漏、不足，甚至错误之处在所难免，恳请各位老师批评指正！
最后，学生衷心祝愿各位老师工作顺利，身体健康，阖家幸福！