深基坑支护结构设计毕业论文

目 录I目 录2 深基坑支护结构设计.112.1 工程概况 .112.1.1 工程内容.112.1.2 工程地质及水文地质.112.2 深基坑支护的型式及合理选型 .132.2.1 不同基坑支护型式的特点及支护选型的原则.132.2.2 基坑支护方案的比较与选型论证.142.3 深基坑支护的设计要求及内容 .152.3.1 深基坑支护的设计要求.152.3.2 基坑支护设计计算的内容.162.4 森公地铁车站南基坑支护结构设计及内力计算 .172.4.1 土钉墙设计.172.4.2 排桩支护设计.232.4.3 钢支撑设计.302.5 深基坑开挖的信息化施工 .332.6 小结 .351 绪论122 深基坑支护结构设计2.1 工程概况2.1.1 工程内容根据勘察报告，森林公园站位于朝阳区辛店村天辰路与辛店村路交叉处地下，主体结构呈南北走向，车站中心里程为 K4+2.000，轨顶标高为 28.986m，埋深为 15.6m左右，拟建车站设出入口 4 个，在东南与东北各设一个通风道，在主体站两侧设风亭2 个。该车站为地下二层三跨岛式站台，主体结构南北长 179.400m，其中南段长约73.50m，宽为 33.00m；中间段长为 40.5m，宽为 23.10m；北段长约 65.40m，宽42.700m。该站结构底板标高为 27.296m，底板埋深为 17.11417.564m 左右。主体结构顶板标高为 35.60m 左右，顶板埋深为 9.0m 左右。本站拟采用明挖法施工。本站位于天辰路与辛店村路交叉处地下，天辰路呈南北走向，辛店村路呈东西向，公路宽约 8m 左右，勘察时天辰路东侧有少量平房，其它部位较平坦，无障碍物。森公站是地铁奥运支线上的第三座车站，位于中轴路与辛店村路相交的十字路口下，车站横跨辛店村路，本站为奥运支线北端终点站，车站北侧设折返线。车站南北中轴线与北京城市中轴线重合。2.1.2 工程地质及水文地质（1）工程地质依据北京地铁奥运支线工程岩土工程勘察报告 ，本站所处地层依顺序可分为：本次勘察揭露地层最大深度为 40.0m，地层层序自上而下依次为：人工填土层：粉土填土 1 层：褐色黄褐色，稍密，饱和，含砖渣、灰渣、水泥块、树根等，局部夹粉质粘土填土、砂质粉土填土；杂填土层：杂色，稍密，湿饱和，以房渣土为主，含砖块、碎石，白灰渣。该层层底标高为 39.4043.15m。第四纪全新世冲洪积层：粉土层：褐黄色，中密密实，很湿，av=0.0670.180MPa -1，属中压缩性低压缩性土，含云母、氧化铁、姜石及有机质。粉质粘土 1 层：灰色，硬塑， av=0.131MPa-1，属中压缩性土，含云母、氧化铁、2 深基坑支护结构设计3有机质，姜石；粉细砂 3 层：褐黄色灰色，中密，饱和，N=2142，属中压缩性低压缩性土；该层层底标高为 33.7036.85m；粉质粘土层：褐黄色，硬塑，av=0.183 0.523MPa -1，属中高压缩性中压缩性土，含云母、氧化铁、姜石；粘土 1 层：褐黄色，硬塑，av=0.225 0.275MPa -1，属中压缩性土，含氧化铁，该层呈透镜体存在；粉土 2 层：褐黄色，密实，湿很湿，av=0.0950.182MPa -1，属中压缩性低压缩性土，含云母、氧化铁；粉细砂 3 层：灰色，饱和，密实，N=22 左右，属低压缩性土，含氧化铁；该层层底标高为 24.1526.40m。第四纪晚更新世冲洪积层：粉质粘土层：褐黄色，硬塑，av=0.178 0.250MPa -1，属中压缩性土，含云母、氧化铁、姜石，呈透镜体存在；粘土 1 层：棕黄色，硬塑，av=0.151 0.293MPa -1，属中压缩性土，含氧化铁、姜石；粉土 2 层：褐黄色，密实，很湿，av=0.116 0.128MPa -1，属中压缩性土，含云母、氧化铁；细中砂 3 层：褐黄色，密实，饱和，N=36 52，属低压缩性土，含个别砾石。本层普遍存在，层底标高为 13.4018.60m。卵石圆砾层：杂色，密实，饱和，N 63.5=8490 ，属低压缩性土，亚圆形，最大粒径 100mm，一般粒径 20-30mm，粒径大于 20mm 的颗粒含量约为总质量的 70。中粗砂充填，母岩成份为辉绿岩、砂岩和砾岩；中粗砂 1 层：褐黄色，密实，饱和，属低压缩性土，含砾石；本层层底标高为 11.6015.12m，部分钻孔未穿透此层。粉质粘土层：褐黄色，硬塑，av=0.208 0.316MPa -1，属中压缩性土，含云母、氧化铁；粉土 2 层：褐黄色，密实，很湿，av=0.130 0.137MPa -1，属中压缩性土，含云母、氧化铁；本层普遍存在，部分钻孔未能穿透此层。粉细砂 2 层：褐黄色，密实，饱和，属低压缩性土。粉质粘土 2 层：褐黄色，硬塑， av=0.084MPa-1 左右，属低压缩性土，含云母、氧化铁；4（2）水文地质本段线路测得两层地下水，分别为上层滞水和承压水，未测得潜水，各层地下水情况分述如下：上层滞水：该层水水位标高 40.2943.42m（水位埋深 1.03.9m ） ，含水层为粉土填土 层、杂填土 1 层、粉土 层、粉细砂层。观测时间为 2002 年 7 月 22日2003 年 8 月 14 日，补给来源主要为管道渗漏和地表水系、大气降水补给，主要以蒸发和向下越流补给下层潜水方式。承压水：该层地下水含水层为卵石圆砾层、中粗砂 1 层，透水性好，水头标高为 22.6923.00m（水头埋深为 21.5021.70m） ，观测时间为 2003 年 7 月 13日2003 年 7 月 14 日，该层水具弱承压性，主要接受侧向径流补给及越流补给，以侧向径流方式排泄，地下水流向自西向东。根据工程地质勘察报告，本区段地下水对混凝土结构无腐蚀性，在干湿交替环境下，对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。根据历年最高水位及近 3-5 年最高水位，参考钻探时的实测地下水位，并考虑该场区的水文地质条件，建议设防水位按 43.00 米考虑，用于抗浮验算。2.2 深基坑支护的型式及合理选型基坑支护设计中首要的任务就是选择合适的支护型式，然后进行支护结构的计算分析，根据计算分析进行支护结构的设计，包括结构截面、支撑或锚杆尺寸、入土深度等的设计。同一个基坑，若采用不同的支护型式，造价相差可能是巨大的。因此，合理地选择基坑支护型式是很重要的。2.2.1 不同基坑支护型式的特点及支护选型的原则（1）基坑支护型式的特点及适用范围放坡：适用于场地开阔、无变形控制要求、造价低的情况。土钉支护：一般适用周边构筑物少、地质条件较好的情况，软土或砂层地质要慎用或采取加强型方案。土钉支护对位移控制缺乏合理的计算理论，因此，对位移有严格要求的场地应慎用，造价较低。排桩支护：排桩支护刚度好，适应性广，结合桩间止水也可用于砂层，止水效果没有连续墙好，造价低于连续墙而大于土钉墙。重力式搅拌桩挡土结构：一般适用于 7m 以内的软土地基基坑、且周边对位移要求不很高的情况。地下连续墙：通常连续墙的厚度为 600mm、800mm 、1000mm，也有厚达1200mm 的，但较少用。地下连续墙刚度大、止水效果好、是支护结构中最强的支护2 深基坑支护结构设计5型式，适用于地质条件差和复杂、基坑深度大、周边环境要求高的基坑支护，但造价较高，施工要求专用设备。支撑形式：主要有砼支撑、钢支撑和锚杆，一般砼支撑刚度大，但拆除不方便；钢支撑刚度相对小一些，但拆除方便，可预加轴力达到控制位移的目的；锚杆刚度小，位移控制主要通过施加预应力来实现，锚杆一般要打入基坑以外的地下场地，会对周边环境有一定的影响，最好要求有较好的锚固土层。（2）基坑支护选型的原则要合理选择基坑支护的型式，一方面要深刻了解各种支护型式的特点，包括其合理性、优点和缺点，另一方面要结合地质条件和周边的环境和工程造价进行综合考虑，因此，选型的原则应主要考虑三个方面：不同基坑支护型式的特点；地质条件和周边的环境；工程造价。2.2.2 基坑支护方案的比较与选型论证基坑支护型式的合理选择，是基坑支护设计的首要工作，应根据地质条件、周边环境的要求及不同支护型式的特点、造价等综合确定。一般当地质条件好，周边环境要求较宽松时，可采用柔性支护，如土钉墙等；当周边环境要求高时，应采用较刚性的支护型式，以控制水平位移，如排桩或地下连续墙等。同样，对于支撑的型式，当周边环境要求较高，地质条件较差时，采用锚杆易造成周边土体的扰动并影响周边环境的安全，采用内支撑型式较好；当地质条件特别差、基坑深度较深、周边环境要求高时，可采用地下连续墙这种最强的支护型式。森林公园站南基坑开挖较深，并且开挖方式采用的是分层分步开挖的方式，这就决定了不能只用单一的支护型式，需要多种支护方式并用，才能达到基坑安全、施工方便且满足开挖方式各个方面的要求。（1） 基坑支护方案的比较锚固支护锚固支护就是在排桩支护之后，在桩顶增设一条锁口梁。使用此支护型式是在使用排桩支护的前提下进行的，不能够单独使用此支护型式，但作为排桩支护的辅助支护型式不仅是可行的而且是必要的。一方面，可以增加基坑支护的整体性，另一方面可以在有限的施工空间内加强、提高支护体系的作用。所以此支护型式不能单独使用，只能与排桩支护相互结合使用。土钉墙支护土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件土钉置于原位土体中，并6在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。在实际施工中是边开挖边支护，且施工快捷简便，经济可靠，是适合此基坑开挖方式的支护型式。但由于基坑二级开挖的深度比较深，所以土钉墙支护不得单独使用。排桩支护考虑到地下连续墙工程浩大，造价比较高，不够经济，所以选用排桩支护。排桩支护与地下连续墙相比，施工简单，不需要专用设备，而且造价比连续墙低，根据北京奥运地铁支线森林公园站岩土工程勘察报告 ，土质多以粉质粘土为主，拟建基坑深 17.4m，一级开挖 7.4m，二级开挖 10m。由于基坑较深，只用土钉墙支护满足不了安全与施工，选用排桩支护在经济、安全、施工管理、设备方面较为合理。因此，一级开挖选用土钉墙支护，二级开挖选用排桩支护的基坑围护方式是适用于本拟建基坑的支护方案。水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩的搅拌支护主要将基坑坑壁的土层，在开挖前用水泥和固化剂进行原位搅拌改性，提高土的强度，也可形成壁状或栅状的地下水泥土桩、墙的隔水帷幕，阻止地下水侵入。深基坑支护中采用水泥搅拌桩，虽然造价不高，但是基坑的开挖深度不宜大于 7m，所以，水泥土搅拌桩不能作为此拟建基坑的支护形式。地下连续墙连续墙虽然有很多优点，如：适用于各种土质；施工时震动小，噪声低；而且可在各种复杂条件下进行施工。但是，地下连续墙也有它自身的不足之处，如：施工现场管理不善会造成现场泥泞泛滥；地下连续墙造价较高，不够经济等。根据奥运支线森林公园站岩土工程勘察报告拟建基坑土质以粉质粘土为主，土质比较好，承载力比较高，如果用地下连续墙作为支护结构，不够经济。况且，在使用地下连续墙的同时，前场管理必须加强，这样不仅增加了管理上的难度，而且也增加了投资成本。所以，地下连续墙不宜使用。（2）支护方案综上所述，此深基坑一级开挖采用土钉墙支护，二级开挖采用排桩（钻孔灌注桩）支护型式比较适用于此基坑，且满足基坑安全、施工方便和开挖方式等各方面的要求。2.3 深基坑支护的设计要求及内容2.3.1 深基坑支护的设计要求基坑支护作为一个结构体系，应要满足稳定和变形的要求，即通常规范所说的两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状2 深基坑支护结构设计7态即基坑支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用极限状态则是指支护结构的变形或由于开挖引起周边土体产生的变形过大，影响正常使用，但未造成结构的失稳。因此，基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支护结构产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边构筑物的安全使用，即在正常使用极限状态之内。因而，作为设计的计算理论，不但要能计算支护结构的稳定问题，还应要计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。水平位移控制多大为合适，与周边环境的要求有关，这就是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分，对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的，则应控制小变形，此即为通常一级基坑的位移要求；对于周边空旷、无构筑物需保护的，则位移量可大一些，理论上只要保证稳定即可，此即为通常三级基坑的位移要求；介于一级和三级之间的，则为二级基坑的位移要求。对于一级基坑的最大水平位移，一般不宜大于 30mm，对于较深的基坑，应小于0.3%H（H 为基坑开挖深度） 。对于一般的基坑，其最大水平位移也不宜大于 50mm。一般最大水平位移在 30mm 内地面不会有明显的裂缝，当最大水平位移在 4050mm内会有可见的地面裂缝，因此，一般的基坑最大水平位移应控制不大于 50mm 为宜，否则会产生较明显的地面裂缝和沉降，感观上会产生不安全的感觉。一般较刚性