苏州宝带西路站基坑的设计

清华大学本科生毕业设计（论文）i目 录前 言 .1第一章 工程概况 .21.2 水文地质工程地质条件 .21.2.1 车站工程地质层分布与特征描述 .21.2.2 水文地质条件 .41.2.3 不良地质现象 .4第二章 支护方案的选择及比较 .52.1 基坑支护的类型及其特点和适用范围 .52.1.1 深层搅拌水泥土围护墙 .52.1.2 土钉墙 .52.1.3 排桩支护 .52.1.4 槽钢钢板桩 .52.1.5 钻孔灌注桩 .62.1.6 钢板桩 .62.1.7 SMW 工法 .62.1.8 地下连续墙 .72.2 方案的比较及确定 .72.2.1 基坑的特点 .72.2.2 支护方案的选择 .7第三章 土压力计算 .93.1 荷载的确定 .93.2 地下水对土压力的影响 .93.3 按分层土计算土压力 .103.4 参数加权平均计算 .11第四章 结构内力计算 .144.1 计算理论的确定 .144.2 结构内力计算及配筋 .144.2.1 土压力计算 .144.2.2 用等值梁法计算弯矩 .164.3 地下连续墙的配筋计算 .23第五章 基坑稳定性分析 .26清华大学本科生毕业设计（论文）ii5.1 基坑的整体稳定性验算 .265.2 基坑的抗隆起稳定验算 .265.3 基坑的抗渗流稳定性验算 .285.4 基坑支护结构踢脚稳定性验算 .29第六章 支撑设计 .316.1 方案比较 .316.2 围檩设计 .316.3 支撑设计 .336.4 立柱设计 .34第七章 基坑变形估算及控制 .357.1 概述 .357.2 基坑的变形估算 .357.2.1 水平位移估算 .357.2.2 基坑隆起估算 .357.2.3 地表沉降估算 .36第八章 降水设计 .378.1 概述 .378.2 降水的作用 .378.3 降水方案选择 .378.3.1 降水施工方案 .378.3.2 降水的设计 .38第九章 施工组织设计 .399.1 地下连续墙施工主要技术措施 .399.2 地下连续墙的施工 .399.3 保证工程质量的主要技术措施 .459.4 技术管理措施 .489.5 安全生产措施 .499.6 文明施工措施 .529.7 环境保护措施 .54第十章 地下连续墙施工的常见问题及处理 .6310.1 连续墙施工的问题及处理 .6310.2 土方开挖的应急措施 .66结 论 .68清华大学本科生毕业设计（论文）iii参考文献 .69致 谢 .70清华大学本科生毕业设计（论文）1前 言基坑工程是我国当前地基基础领域一个重要的研究方向。基坑工程在二十世纪八十年代末才开始全面、深入地研究与工程实践，但随着我国建设事业的发展,城市的高层建筑大量涌现，极大的推动了深基坑工程设计理论和施工技术的不断发展,同时也产生了大量的深基坑支护设计与施工问题。国内外大量工程实践表明，许多工程的最危险阶段不一定是在正常使用阶段，而是在建造阶段和老化阶段。对许多工程事故常常发生在施工阶段而言，其原因除了施工质量没有保证、施工方法发生了不合理的改变、人为错误等原因以外，重要原因之一是由于对环境、地质、荷载等因素认识不足而导致设计和施工中的某种失误和疏忽所致。深基坑工程是与众多因素相关的综合技术，是一个系统的工程问题，必须具有结构力学、土力学、地基基础、地基处理、原位测试等多种学科知识，同时具有丰富的施工经验，并结合拟建场地的土质和周围环境情况，才能制定出因地制宜的支护结构方案和实施办法。它与场地工程勘察、支护结构设计、施工开挖、基坑稳定、降水、施工管理、现场监测、相邻场地施工相互影响等密切相关。基坑设计与施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工程序和方法等许多相关的复杂问题，是理论上尚待完善、成熟和发展的综合技术学科。如何根据场地工程性质、水文地质、环境条件制定合理的设计方案；如何在保证稳定性的前提条件下，设计最经济的方案，也是基坑比较重要的问题。因此在基坑工程设计与施工中，需要严谨、周密的分析与计算。本设计是关于苏州宝带西路站基坑的设计。主要包括了四个大的方面：支护方案的选择、围护结构设计与计算、基坑的降排水和施工组织设计。根据基坑的工程概况及其特点，在考虑基坑的安全性和经济性的前提下选择了组合拱结构作为挡土结构、深层水泥搅拌桩作为止水帷幕。采用郎肯理论计算水土压力，墙体内力、弯矩和嵌固深度。在基坑的降排水设计中，采用了真空井点降水。在施工组织设计中详细的叙述了地下连续墙的施工工艺流程和施工要点。清华大学本科生毕业设计（论文）2第一章 工程概况1.1 工程概况宝带西路车站宝带西路站位于宝带西路与盘蠡路交叉路口，沿盘蠡路南北向布置。车站东北侧为苏州市供电局吴城分局，东南侧为盘蠡南苑、薛家塔别墅、薛家塔，西北侧为盘蠡村，西南侧为美之国住宅小区。路口南北方向为盘蠡路，现状为城市主干路。东西方向为宝带西路，现状为城市主干路。沿盘蠡路东侧有一条小河，宽 1012m ，规划河底标高为0.9m。图 1.1 宝带西路车站总平面图1.2 水文地质工程地质条件1.2.1 车站工程地质层分布与特征描述根据地质资料，地层层序自上而下依次为：1 杂填土层：褐黄灰杂色，松散，以水泥、沥青路面为主，局部含较多碎石、混凝土块等建筑垃圾，局部有架空现象。属第四系全新统（Q4 ）近代人工堆积物，层厚 0.4010.70m，平均层厚 1.50m，层底标高-7.763.08m，该层压缩性不均，土质不均。3 素填土层：褐黄灰黄色，松软，以粘性土为主，含少量碎石，含植物根茎。清华大学本科生毕业设计（论文）3属第四系全新统（Q4）近代人工堆积物，层厚 0.503.90m，平均层厚 1.66m，层底标高-2.27 1.48m，层顶标高-0.383.42m，该层压缩性不均，土质不均。1 粘土：褐黄灰黄色，可塑为主，局部硬塑，干强度高。为第四系晚更新统（Q32-3 ）冲湖积相沉积物，层厚 0.704.60m，层底标高-4.30-1.98m ，层顶-2.211.48m，压缩性中等。2 粉质粘土：灰黄青灰色，可塑为主，局部软塑，局部夹薄层粉土，稍有光泽，干强度、韧性中等，无摇振反应。为第四系晚更新统（Q32-3）冲湖积相沉积物，层厚 0.505.40m，层底标高-8.70-2.99m，层顶标高-4.30-1.98m ，该层压缩性中等。2 粉质粘土：灰色，流塑，夹薄层粉土，稍有光泽，干强度中等。为第四系晚更新统（Q32-2）海陆交互相沉积物，层厚 3.60 9.50m，层底标高-15.90-9.79m ，层顶标高-9.95-5.20m ，该层压缩性中等偏高。3 粉砂层：灰色，偶呈灰黄、灰绿色,欠均匀，局部夹薄层状粘性土，层中有时为粉土、局部呈细砂。层底埋深 11.427.0m 、层底标高 -8.18-25.20m,饱和，中密，振动后易液化，压缩性中等。5 粉质粘土：灰色，流塑，夹薄层粉土，局部夹淤泥质粉质粘土薄层，干强度、韧性中等，无摇振反应。为第四系晚更新统（Q32-2 ）海陆交互相沉积物，层厚1.3022.10m，平均层厚 9.24m，层底标高-35.99-17.14m ，层顶标高-20.48-10.66m，该层压缩性中等偏高。6 粉土夹粉砂：灰色，中密密实，很湿，夹薄层粉质粘土层，无光泽，干强度低，摇振反应迅速。为第四系晚更新统（Q32-2 ）海陆交互相沉积物，层厚8.6033.50m，层底标高-57.48-31.15m，层顶标高-26.92-22.40m ，该层压缩性中等偏低，为承压含水层，透水性较好。1 粉砂：灰色，密实，饱和，矿物成份以石英长石为主，夹少量砾石，含云母碎屑，夹粉土薄层，局部夹较多薄层粉质粘土，为第四系中更新统（Q21 ）冲湖相沉积物，层厚 2.5010.40m，层底标高-66.96-58.59m，层顶标高-57.49-57.79m ，该土层压缩性中等偏低。2 粉质粘土：灰色，软塑为主，局部青灰色，可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，为第四系中更新统（Q21 ）冲湖相沉积物，层厚清华大学本科生毕业设计（论文）41.806.60m，平均层厚 4.83m，层底标高-65.59-64.59m ，层顶标高-62.79-58.59m，该土层压缩性中等。1 粉质粘土夹粘土：灰绿 灰色，硬塑为主，局部可塑，夹少量粘土层，干强度中等，为第四系下更新统（Q13）冲湖积相沉积物，本次勘察未揭穿，最大控制厚度2.7 米，土层压缩性中等。物理力学性质指标综合建议值表基床系数K(MPa/m) 钻孔桩参数 直剪(固快)土层代号及名称重度(kN/m3) 垂直水平地基承载力特征值fak(kPa)静止侧压力系数 K0qsik(kPa)qpk(kPa)C(kPa)(度)3 素填土 19.0 10.0 12.0 0.60 20.0 15.01 粘土 20.0 26.0 32.0 210 0.48 65 57.5 14.72 粉质粘土 19.6 20.0 24.0 160 0.50 48 23.6 16.12 粉质粘土 18.8 12.0 13.0 110 0.54 32 21.1 16.66 粉砂夹粉土 19.6 35.0 40.0 200 0.40 60 1000 8.6 31.11.2.2 水文地质条件（1）潜水潜水主要赋存于浅部粘性土层中，受区域地质、地形及地貌等条件的控制。其下的 1 粉质粘土层， 2 粉质粘土层，均属于不透水层。勘察期间，稳定水位标高2.00m，据区域水文资料，苏州市历年最高潜水位标高 2.63m，最低潜水位标高为0.21m，年水位变幅为 12m。（2）微承压水微承压水赋存于第一隔水层下的砂性土层中（B 层砂），埋深 56m，厚度815m，赋水性中等。（3）承压水区内承压水主要赋存于深部的砂性土层中，埋深大于 25m，赋水性中等。1.2.3 不良地质现象本场地在勘探深度范围内未发现地裂隙、岩溶、土洞、河岸滑坡及浅层活动断裂等不良地质作用存在。场地内 20m 以浅的1 粉土、3 粉砂夹粉土、 4 粉土夹粉砂层为不液化土层，地基土不存在液化趋势。清华大学本科生毕业设计（论文）5第二章 支护方案的选择及比较2.1 基坑支护的类型及其特点和适用范围2.1.1 深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点:由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点:首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时,为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;其次是厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。2.1.2 土钉墙土钉墙是一种边坡稳定式的支护，其作用与被动的具备挡土作用的围护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深 10m 以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。采用土钉墙的一般要求，土钉墙可适用于塑，不塑或坚硬的粘性土；在有地下水的土层中，土钉支护应该在充分降排水的前提下采用； 土钉墙容易引起土体位移，采用土钉墙支护应慎重考虑，墙体变形对周围环境的影响，本工程地质条件：主要为粘性土。另本工程地下水位为 2.1m，且地处海边区，若要采用土钉墙支护势必做好降水排水措施。且工程地处人口稠密的旧城区，毗邻交通主干道,排水必将引起地地面沉降，给周围建筑以极大威胁。2.1.3 排桩支护基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩支护，开挖深度在610m 左右时，即可采用排桩围护。排桩可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩等。当基坑开挖深度较大时，可设置多道支撑，以减少内力,采用冲钻孔桩能够穿越条石、旧基础。在护壁桩间做旋喷帷幕达到止水的效果，但由于基坑开挖深度大护壁不可能采用锚拉或内支撑，锚杆无法施工，也无法采用锚拉，南北两侧亦无法对称采用排桩，在设立支护时没有合适的支护方式。2.1.4 槽钢钢板桩这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长 610m,型号清华大学本科生毕业设计（论文）6由计算确定。其特点为:槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施;抗弯能力较弱,多用于深度小于 4m 的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度小,开挖后变形较大。2.1.5 钻孔灌注桩钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。其多用于坑深 710m 的基坑工程 ,在我国北方土质较好地区已有 89m 的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害 ,无挤土现象,对周围环境影响小; 墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注桩时 ,可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失 ,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。2.1.6 钢板桩采用钢板桩支护针对本基坑为临时支护的特点，施工方便，工期短，在基坑施工完毕回填土后将槽钢拔出，重新利用，可以将支护费用降到最低。但采用钢板桩支护有一致命的弱点，即不能挡水和土中的细小颗粒，且在地下水位高时还要求降水或隔水，这与本工程地下水位高，地水丰富的地质条件极不相称。另钢板桩支护抗弯能力较弱，开挖挠曲变形较大，一般适用深度不超过 4m。很显然本基坑软弱含水的地质条件 10m 的开挖深度，以及地处城市建筑密集区对挠曲位移的严格要求等均不适宜采用钢板桩支护，一经采用必将造成严重后果。2.1.7 SMW 工法SMW 工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入 H 型钢等(多数为 H 型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等) ,将承受荷载与防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW 支护结构的支护特点主要为: 施工时基本无噪音,对周围环境影响小;结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层; 挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收 H 型钢等受拉材料; 则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。清华大学本科生毕业设计（论文）72.1.8 地下连续墙通常连续墙的厚度为 600mm、800mm、1000mm，也有厚达 1200mm 的。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备优点：施工时振动小，噪音低，非常适合本基坑的开挖支护设计； 墙体刚度大，特别适合本基坑复杂的地质条件，尤其是对松散填土及软塑淤泥质粉质粘土的支挡效果明显，基坑安全性能够得到保证；防渗性