地铁站基坑围护结构设计.docx

9部编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：上海地铁8号线国伟路站基坑设计与施工专 题：基坑降水的优化设计方法分析姓 名：学 号：班 级：土木工程地下XXXX班二一四年六月9中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名：学 号：学 院：力学与建筑工程学院专 业：土木工程专业（城市地下工程方向）设计题目：上海地铁8号线国伟路站基坑设计与施工专 题：基坑降水的优化设计方法分析指导教师：职 称：二一四年六月 徐州9中国矿业大学毕业设计任务书学院 力学与建筑工程 专业年级 XXXXXXXXXXX学生姓名 任务下达日期： 2014年 1 月 10 日毕业设计日期： 2014 年 1 月 10 日至 2014 年 6 月 5 日毕业设计题目：上海地铁XXXXXX站基坑设计与施工毕业设计专题题目：基坑降水的优化设计方法分析毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海地铁8号线国伟路站围护结构的原始资料，进行基坑的围护结构设计和施工组织设计。围护结构设计内容应包括基坑围护方案、基坑支撑方案设计，并编制设计计算书。施工组织设计内容应包括基坑施工准备、施工方案及施工主要技术措施、施工总平面布置、施工进度计划及管理措施等内容。绘制图纸：国伟路站施工场地平面布置图，国伟路站基坑支撑平面图，国伟路站基坑支撑剖面及地质图。专题要求：通过查阅国内外相关文献，了解降水的优化设计原理，在基坑工程中如何应用。这一问题的研究意义，研究内容、以及前人和当前研究热点，包括研究问题的方法、主要成果、存在问题和原因等，提出自己的见解。绘制图纸：1张。其它要求：绘制的图纸中，要求手工绘制1张。翻译一篇与设计或专题内容相关的外文参考文献，其中文字数不少于3千字，并且附原文。院长签字： 指导教师签字： 9中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日9中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日9中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日9中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日26摘 要本毕业设计共分为三个部分，第一部分是上海地铁8号线国伟站基坑围护结构设计；第二部分是国伟路站基坑施工组织设计；第三部分为专题部分，内容是基坑降水的优化设计方法分析的研究。在第一部分国伟路车站基坑围护结构设计中，根据国伟站场地范围内的工程地质和水文地质情况，以及周围环境的情况，从而在多方案的比较中，选定采用地下连续墙作为基坑的围护结构，再由经济以及技术上的考虑，选择钢支撑作为基坑的支撑系统，同时对国伟路站基坑围护结构的设计编制计算书。在第二部分的国伟路车站基坑施工组织设计中，根据国伟路站的基坑施工方案和基坑周围环境，对基坑的施工做出相应的准备，进行施工的总平面布置，编制基坑工程进度计划以及管理措施，同时编写了质量、安全、文明施工的管理措施。第三部分是专题部分，其内容是基坑降水的优化设计的理论以及具体方法，优化设计理论在工程实践中的应用，总结了未来基坑降水设计优化方法的发展方向。关键词：基坑；地下连续墙； 刚支撑； 施工组织； 基坑降水；优化ABSTRACTThis graduation design is divided into three parts,the first partisthe structural design of Shanghai Metro Line 8station foundation pitinGuowei Road;the second part is thepit construction organizationdesign of GuoweiRoad station; thethirdpart is thespecialsubject part,focuses onanalysis of optimization design method ofdewatering of foundation pit.In the first part of foundation pit supportstructure design of Guowei Road station,according to the engineering geology, the hydrology geology conditions and the environment circumstances of the foundation pit located,resulting inmany options, selecttheunderground continuous wall assupportstructure of foundation pit , theconsideration ofeconomy andtechnology, selecting steelsupportas supporting systemfoundation pit andformatted the book of calculation for the pit supportstructure design of the Guowei Road station.In thesecond part of Guowei Roadstation construction organization design,according to thestate of GuoweiRoad station construction scheme and thepit surrounding environment ,make corresponding preparation forfoundation pit construction,the general layout ofthe construction, compilation offoundation pit engineeringscheduleand management measures, andpreparing quality、safety、civilized constructionmanagement measures.The third partisthe special subject part,its content is thedesign theoryoffoundation pit dewateringand specific methods,application of optimal designtheoryin engineering practice,summed up thefuture development direction ofthe foundation pit dewatering designoptimization method.Keywords: foundation pit; underground continuous wall; steelsupport; construction organization; dewatering of foundation pit; optimization目 录第一部分 上海地铁8号线国伟路站基坑维护结构设计1 工程概况11.1工程概述11.2工程地质与水文地质11.3工程周围环境22 设计依据和设计标准32.1主要设计依据32.2基坑设计等级及控制标准43基坑围护方案设计43.1基坑的围护方案43.2方案比选63.3围护方案的选择64 基坑支撑方案设计74.1 支撑结构类型74.2 支撑体系布置形式74.3 基坑支撑体系的方案比选94.4 围护结构剖面及其构造94.5 基坑施工应变措施95 计算书105.1 荷载计算105.2 围护结构地基承载力验算125.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算125.4 抗渗验算135.5抗倾覆验算155.6 基坑整体圆弧滑动稳定性验算165.7 地下连续墙内力计算165.8 地下连续墙配筋计算225.9 支撑内力与变形计算236 基坑主要技术经济指标256.1 开挖土方量256.2 浇注混凝土量256.3 钢筋用量256.4 人工费用25 第二部分 上海地铁8号线国伟路站基坑施工组织设计1 基坑施工准备261.1 基坑施工的技术准备261.2 基坑施工的现场准备261.3 施工其他准备272 施工方案282.1 概况282.2 施工工法282.3 施工主要技术措施和关键部位技术措施383 施工总平面布置413.1 施工平面图设计的要求413.2 施工现场临时建筑物的布置原则413.3 建筑材料的堆放423.4 施工用的临时运输线路的布置424 施工进度计划及管理措施424.1 工程进度计划编制原则424.2 关键节点控制434.3 凯旋路站基坑进度计划图435 质量、安全、文明管理措施435.1 质量管理措施435.2 土方运输环境管理规定455.3 安全生产管理措施455.4 文明施工措施46第三部分 基坑降水的优化设计方法分析1 绪论473.1基坑降水工程中的障碍471.2国内外发展现状471.3基坑降水优化设计的基本思路482 基坑降水的作用以及影响因素482.1 基坑降水的作用482.2基坑降水方案选择的影响因素483 基坑降水分析的理论方法493.1传统的解析法493.2复合单元法503.3阶梯流量法503.4双层结构计算方法503.5遗传算法513.6地下水三维非稳定渗流数值模拟法514 基坑降水方法简介514.1明沟加集水井降水524.2轻型井点降水524.3喷射井点降水524.4电渗井点降水524.5管井井点降水524.6深井井点降水535 基坑降水方案主要参数的计算545.1基坑降水影响半径545.2基坑涌水量545.3单井出水量556 基坑降水优化设计方法在实例中的运用556.1资料系统的分析566.2进行优化设计额数值模拟分析586.3基坑降水方案的优化处理616.4降水运行的监测627 结语与展望63参考文献64翻译部分66致 谢83第一部分上海地铁8号线国伟路站基坑围护结构设计第27页 中国矿业大学2014届本科生毕业设计 1 工程概况1.1 工程概述上海地铁8号线国伟路站沿国伟路南北布置，主体处于中原路和闸殷路之间。国伟路站设计起止里程为SK18+392.336SK18+562.336，本车站为地下三层岛式站台车站，车站内净长170.0m，南端井宽20.8m，北端井宽22.8m，标准段净宽19.2m。全基坑施工段进过场地平整后地面标高+3.00m，南北端井底板标高-13.70，标准段底板标高-12.20m。车站主体共29轴，设8道诱导缝。南北端井设置内衬，车站主体结构形式为二柱三跨，采用明挖顺筑法施工。全基坑防护等级为一级。1.2 工程地质与水文地质施工场地位于东海之畔的上海，地处长江入海口处，地层地质属于长江三角洲冲积平原，拟建工程沿国伟路布置，地面标高一般为3.58m2.85m之间，最大为高差0.73m。1.2.1 地基土的构成与特征拟建场地位于冲击平原上的古河道沉积区，根据勘探表明，缺失层硬土。拟建场地范围内自上而下土层分为7个工程地质层，分别是：填土：层底标高为2.35-0.14m,厚度为1.103.10m，上部为约1.1m厚碎砖、石子，下部以灰黄褐色粘性土为主，色较杂，很湿，质松散。褐黄色粘土：层底标高为0.15-1.10m，厚度0.802.60m，压缩模量平均值为4.10Mpa, Ps值平均值为0.90Mpa，中高压缩性。灰色淤泥质粉质粘土：层底标高-2.95-4.20m，厚度2.604.30m，其平均压缩模量值为2.60Mpa, 平均Ps值值为0.49Mpa，土层具有高压缩性。灰色淤泥质粘土：层底标高-11.60-13.00m，其平均压缩模量值为2.00Mpa, 平均Ps值为0.49Mpa，具有高压缩性。1灰色粘土：层底标高为-18.70-20.40m，土层厚度6.208.00m，平均压缩模量为3.50Mpa, 平均Ps值为0.79Mpa，土层具有高压缩性。3灰色粉质粘土：层底标高为-39.90-43.50m，土层厚度20.4024.90m，平均压缩模量值为4.79Mpa, 平均Ps值为1.60Mpa，土层具有中压缩性。1灰色粉砂：层底标高为-53.00-60.33m，土层厚度12.4019.70m，平均压缩模量值为14.05Mpa, 平均Ps值为14.30Mpa，土层具有中压缩性。1灰色粘土：层底标高为-59.80-62.00m，土层厚度1.396.79m，平均压缩模量值为5.40Mpa, 平均Ps值为2.50Mpa，土层具有中压缩性。2灰色粉质粘土夹砂：施工中未被钻穿，很湿，可塑软塑，含云母、腐植质，主要由以粘性土组成，土层层理交错，平均压缩模量值为4.90Mpa, 平均Ps值为5.30Mpa，土层具有中压缩性。由上面列出的土层分布，可知在地铁8号线国伟路站基坑开挖范围内，主要以流软塑淤泥质粘性土为组成部分。、1层土层因土层具有较高的压缩性，因而工程性质较差，其具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低及渗透性差等缺点，因而具有较大的流变特性，可能导致围护结构稳定性差，从而使坑底易产生回弹隆起得工程不利情况。1.2.2 水位国伟路站施工场地浅部地下水属于典型的潜水类型，由于附近没有河流湖泊，因而主要补给源为大气降水，属于气象型水位动态，水位埋深0.85m1.45m，场区平均取1.0m。根据水文地质资料分析，砼物不受厂区内地下水于无腐蚀，钢筋及钢结构受到地下水弱腐蚀性的影响。在开挖过程中，需对土层进行降水疏干。本施工场地内的承压水全部分布于1层中，埋深约为35.0m。受气象条件等周期性变化因素的影响，承压水头埋深介于4.010.0m之间，平局埋深为8.8m。1.3 工程周围环境1.3.1 周围建筑物本工程建址周围各类建筑物较多，特别是居民区较多，因为对沉降变相控制要求较高，车站西侧建筑物密集且多为高层建筑，是基坑围护的重点关注区域。处于基坑外挖受基坑降水开挖影响的主要建筑物及其基础形式如下：（1）新江湾城建德国际公寓：18层居民楼群，筏基+桩基，采用450mm450mm的预制打入桩，桩长30m，与基坑最小距离25.3m。（2）城市方圆：10层高档酒店，箱基+桩基，采用400mm400mm预制打入桩，桩长25m，与基坑最小距离17.0m。（3）海联公寓：30层公寓住宅，箱基+桩基，采用450mm450mm的预制打入桩，桩长30m，与基坑最小距离13.0。（4）家用电器市场综合楼：5层商业楼，筏形基础，距基坑最小距离8.7m。（5）杨浦区358街坊：3层商业街，条形基础，距基坑最小距离5.8m（6）新江湾城雍景苑：16层住宅楼群，箱基+桩基，采用450mm450mm的预制打入桩，桩长30m，与基坑最小距离25.0m。（7）老年活动中心综合社区：5层楼，条形基础，与基坑最小距离20.8m.上述建筑物高层建筑较多，桩基础较深，基坑施工过程中很容易产生对周围建筑物的影响，且多为居民楼，抵抗水平变形能力差，如果围护施工或基坑开挖施工不当，非常可能造成桩基位移以致上部结构产生倾斜，因此，我们将整个基坑定位一级保护基坑。1.3.2 周围管线本工程周围国伟路路、闸殷路、中原路上均有大量市政管线，管线的位置种类及与车站的位置关系见下表1.1表1.1 管线布置情况表序号编号管线种类管 径(mm)/规格埋深(m)位置和范围影响1电力1电力1根0.7中原路路北侧国伟路西侧人行道下穿越北端头井2电力2电力1根0.7中原路北侧国伟路西侧人行道下，分别进入中原路以西的北侧人行道下和闸殷路以西的南侧人行道下穿越北端头井3电话1电话1根0.6中原路北侧国伟路路西侧人行道下，进入中原路北侧人行道下穿越北端头井4上水1上水300铁0.8国伟路西侧人行道下穿越1号出入口和两端头井5电话2电话48孔0.8国伟路路西侧机动车道下穿越北端头井6煤气1煤气300铁0.9国伟路西侧机动车道下，过中原路后在道路红线附近穿越北端头井7上水2上水1000铁1.6中原路北侧国伟路、国伟路路西侧机动车道下进入车站结构8电力3电力20孔0.8国伟路机动车道下在车站结构内9上水3上水800铁1.4国伟路西侧机动车道下穿越车站结构10雨水1雨水1000砼3.8中原路北侧国伟路路中心线附近在车站结构内11煤气2煤气500铁1.1国伟路机动车道下穿越车站结构1.3.3 交通现状本工程位于上海市人口集中地带，机动车和非机动车流量相当大，交通现状描述如下： l 国伟路幅宽度约20m，双向四车道和2根非机动车。国伟路作为城市主干道机动车与非机动车的流量都很大。l 中原路宽约15m，双向车道，道路繁忙。l 闸殷路现状为机动车南向北单向行驶，非机动车双向，路幅宽度约14m，路侧设一停车带，车流量很小。本区域通行多路公交线路，其中国伟路路上约有10条公交线路，如 3路，13路，专2线、专5线、782路等都是主要市区公交线路，客流量相当大，施工中将受较大影响。2 设计依据和设计标准2.1 主要设计依据1GB50007-2011 BZyZu*建筑地基处理技术规范2DGJ08-109-2004城市轨道交通设计规范3GB50007-2011地基基础设计规范4GB500092012建筑结构荷载规范5GB50017-2003钢结构设计规范6GB50010-2011混凝土结构技术规范7GB50021-2009岩土工程勘察规范8GB50011-2010建筑抗震设计规范9JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范10DBJ08-61-97上海市基坑工程设计规程11DG/TJ08-61-2010基坑工程技术规范其他相关规范、规程及图集2.2基坑设计等级及控制标准根据城市轨道交通设计规范DGJ08-109-2004中的基坑等级划分标准，基坑侧壁的安全风级分为三级，相应指标如下表2-1：表2-1 基坑保护等级标准基坑等级地面最大沉降量及围护墙水平位移控制要素下列环境必须确保安全一级（1）地面最大沉降量0.1H（2）围护墙最大水平位移0.14H（3）Ks1.8基坑周边以外1H范围内有地铁、共同沟、煤气管、大型压力总水管及重要建筑或设施等。二级（1）地面最大沉降量0.2H（2）围护墙最大水平位移0.3H（3）Ks1.6离基坑周边1H无重要管线和建（构）筑物；离基坑周边1H2H范围内有重要管线或大型的正在使用的管线、建（构）筑物三级（1）地面最大沉降量0.5H（2）围护墙最大水平位移0.7H（3）Ks1.4基坑周边2H范围内没有重要或较重要的管线、建（构）筑物根据工程勘察资料，在国伟路站周围有较多管线以及高层建筑，施工过程中对变形控制的要求较高，地质工程条件复杂，基坑的最大开挖深度接近17m，开挖深度较大，因而基坑保护等级设定为一级。对于沉降量以及水平位移量的控制上表中已给出。3 基坑围护方案设计3.1 基坑的围护方案在地下工程施工方法快速发展的今天，也发展出了越老越来多各有特点的基坑支护方案。根据原理和施工方法的不同，通常我们将支护结构分为桩（墙）式围护体系和重力式围护体系两大类。桩（墙）式围护体系组成一般包括围护墙结构、支撑（或锚杆）结构以及防水帷幕三大部分。根据支撑的形式不同，其可分为内支撑体系以及土层锚杆体系这两大类。具体的包括钢筋混凝土地下连续墙、柱列式钻孔灌注桩、钢板桩和钢筋混凝土板桩等形式。重力式围护结构一般指不用支撑或锚杆的自立式墙体式墙体结构，厚度一般较大，需要有一定的埋入深度。在我国，目前常见的重力式围护结构一般指的是水泥土围护体系以及地下连续墙等。本工程属于超深基坑的开挖，围护结构的选择应该有着较高的要求，综合来看以下四种方法是可选的方案，各有优缺点。3.1.1 水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩围护结构适用于正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动性地下水的饱和松散砂土地基。优点:在地基加固过程中无振动、无噪声、对周围环境无污染，对软土无侧向挤压，对临近建筑物影响很小；可根据实际需要，灵活采用多种加固形状；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下比较经济。缺点：围护结构刚度不足，围护结构顶部水平位移较大，一般比较适用于围护等级为二、三级的基坑；该围护结构承载力有限制范围，基坑开挖深度不宜超过7m；围护结构本身厚度较大，施工占用场地大。3.1.2 钻孔灌注桩围护结构钻孔灌注桩适用于地质条件复杂、持力层埋藏深、地下水位高等不利于人工挖孔的情况下。此种维护条件下，基坑开挖深度不宜超过12m，。其特点主要是：（1）基坑开挖的深度不大于12m的软弱地层中可以应用该方法，否则容易发生流砂等工程灾害需慎用；（2）该工法施工方便，造价经济，低振动，止水效果较好； （2）灌注桩作为围护结构的受力层，而搅拌桩作为围护结构的止水层。优点：全机械化作业，成本比较低，施工比较简单；钢筋笼、砼可集中起来加工、配送，也可现场进行加工，作业较方便；施工速度比较快，相对来讲过程中可做到安全可靠。缺点：工程隐蔽，质量控制难度比较大；可能会产生大量的泥浆垃圾，处理难度比较大，对环保要求很高；3.1.3 地下连续墙地下连续墙有较多的优点：（1）实现多种功能的一体化，如防渗、承重、挡土、防爆等等；（2）施工速度快，精度较高，且施工时振动小，噪声低，主要适用于城市密集建筑群；（3）适用在各种复杂的条件下施工；（4）逆做法施工常常采用给围护方法。地下连续墙的刚度比较大，易于设置埋件；（6）安全性高，经济性好，占地比较少，可以比较充分利用建筑红线以内的地面和空间，质量安全又可靠，施工效率高，施工工期短。地下连续墙缺点也较多：（1）在一些特殊的工程地质条件下，围护结构施工难度相当大；（2）连续墙之间的接头的质量难以控制，若施工方法不恰当或工程地质条件较特殊，容易出现相邻墙段不能对齐或者漏水等问题；（3）地下连续墙一般不能用作临时的挡土结构，且需做表面处理货衬砌，所用的费用较高；（4）在施工过程中，制浆以及处理系统需要很大的施工空间，处理不到位容易产生现场泥泞和污染；（5）施工的技术要求很高，各个环节要求处理得当，不容出现差错。3.1.4 SMW工法SMW工法适用的条件与水泥土搅拌桩基本相同，就是用螺旋钻机在设计为钻孔疏松土质，并且孔与孔之间有一定的搭接距离，然后按照一定密度插入H型钢，形成挡土止水帷幕。其优点是：（1）经济性好，H型钢可回收；（2）墙体全长无接缝，成桩止水效果好；（3）施工工程中对周围土体的扰动极小，不会使临近建筑物或构筑物产生沉降、倾斜、道路开裂等工程地质灾害；（4）所需工期较其他工法短，加快工程进度。其缺点是：（1）要求较高的施工技术，否则H型钢的回收较难；（2）在粉细砂层易产生抱钻现象，严重影响施工进度；（3）基坑围护结构属于柔性支护，变形大，不适合深基坑开挖以及周围建筑物较多的基坑。3.2 方案比选上述四种基坑开挖维护方案，各有特点，现将影响围护方案选择的各主要要素一一列举，并将四种方案综合进行比较，如下表3-1表3-1 主要挡土结构比选技术特征水泥土搅拌桩SMW工法钻孔灌注桩地下连续墙经济开挖深度（m）6910186121230施工占地较大小较大大技术成熟程度熟练熟练熟练较熟练环保要求环境影响小环境影响小环境影响大环境影响大施工周期较长短较长长施工工艺简单较复杂简单复杂抗渗漏较好较好一般好整体刚度一般较大较大大与永久结构关系 临时结构临时结构可作为永久结构的一部分永久结构或永久结构的一部分与结构抗浮的关系与主体结构抗浮无关与主体结构抗浮无关因为与主体结构拉结，故对主体结构抗浮有利因为与主体结构拉结，故对主体结构抗浮有利费用低低一般高3.3 围护方案的选择上海地铁8号线国伟路站基坑最大开挖深度为16.70m，属于超深基坑开挖。该工程围护结构的比选以“安全、经济”作为比选原则，首要“安全”，其次考虑“经济”。“安全”的内容包括基坑的防渗抗漏、周围环境的变形沉降等，“经济”指的是其综合成本因水泥土搅拌桩很难满足安全性方面的要求，因此直接予以排除。同时由基坑的工程地质以及水文地质可知，在国伟路站基坑开挖深度范围内1层分布着承压水，且承压水头高，因而对围护结构的防渗抗漏性能提出了较高的要求，明显钻孔灌注桩围护结构是不保险的。同时考虑到基坑周围有较多的高层建筑以及高层住宅楼，整个基坑为维护等级为一级，对围护结构的整体刚度提出了很高的要求，SMW工法很难保证这一点，因而综合考虑各方因素，地下连续墙成为最有的选择、综合来说，最终选择地下连续墙这一基坑围护方式作为国伟路站的基坑开挖的围护结构，因为这一围护方法，在众方案中首重“安全”这一大前提，它具有刚度大、强度高、抗渗性好等其他维护措施不可比拟的工程优势，同时地连墙可作为主体结构的一部分，综合经济成本低，在“经济”这一要素中也具有相当优势。具体一点来说，本工程主体结构采用800mm厚的地下连续墙，地下墙砼设计强度等级为C30，抗渗等级为p8。深入地下约30.5m，并采用钢板止水接头，为减少开挖过程中吃的垂直沉降，地下墙底部实施墙趾注浆。4 基坑支撑方案设计4.1 支撑结构类型支撑结构的类型多种多样，按照布置形式可分为内支撑和土锚两大类。内支撑又可分为水平支撑、竖直向斜撑和逆筑法三类。土锚又可分为锚杆和锚碇两类。工程中，由材料的不同分为钢筋混凝土支撑体系和钢结构支撑体系。深基坑的开挖一般选择内支撑中的水平支撑形式，特点如下表4-1.表4-1 按材料不同支撑结构类型对比支撑类型界面形式布置形式特点钢筋混凝土支撑断面形状和尺寸由设计要求确定竖向布置有水平撑，斜撑；平面布置有对撑、边桁架、环架结合边桁架等该种形式的支撑的缺点主要是在混凝土浇筑以及硬化过程中本身没有足够的刚度，需要严格的控制变形。有点也较为明显，钢筋混凝土支撑刚度很大，支撑过程几乎不变形。钢结构支撑工字钢H型钢、双钢管、单钢管、单工字钢、双槽钢以及以上钢材的组合。平面布置有对撑、井字撑、角撑；竖向布置有水平撑，斜撑也可以与钢筋混凝土支撑结合使用，但是要小心处理变形协调问题。钢支撑的主要缺点就是本身要求较高的施工工艺，需要有专业的技术人员进行操作。优点是它安装、拆卸方便，可以多次利用，预应力可调。4.2 支撑体系布置形式现浇混凝土支撑体系由围檩（最上方为圈梁）、立柱和围檩托架、支撑以及角撑等其他从属结构组成。钢结构支撑体系一般为装配式的，可以进行现场组装，它由内围檩、角撑、轴力传感器、支撑体系监测监控装置、支撑、千斤顶（包括千斤顶自动调压或人工调压装置）、立柱桩以及其他附属装配式构件。常用的支撑体系的布置形式见下表4-2。表4-2 支撑体系布置形式分类支撑类型布置形式特点内支撑单层或多层水平支撑井字型集中式布置（1）适用于不是很大的基坑；（2）在采用混凝土支撑时而定时候，如果工程对环境要求不高可以将水平直交的支撑集中布置，从而有利于土的开挖，可与施工用栈桥结合设计；（3）拆除比较困难，造价很高。水平直交式（1）该方法一般采用钢制成的布置形式，一般在软土地层分布广，对环境要求很高的时候才采用；（2）该方法能够发挥材料的强度，能够很好地控制墙体变形；（3）采用该布置方式时，需要进行合理的布置设计，否则会造成土体开挖和主体施工困难。边桁架（1）适用于不是很大的基坑；（2）土方开挖很方便，主体工程施工容易；（3）基坑的变形控制较差，整体稳定性不好控制。水平对撑布置（1）对于长方形基坑比较适用，往往基坑也比较大；（2）土方开挖很方便，主体工程施工容易；（3）在整体稳定性以还有整体刚度方面，比井字型以及水平直交是布置差很多。圆形环梁（1）适用于荷载分布均匀，土性差异小的基坑；（2）土方开挖很方便，主体工程施工容易，经济性好；竖直向斜撑（1）适用于开挖面积大，而深度小的基坑；（2）经济性好，节省材料；（3）边坡稳定性不易保持，基坑稳定性不好控制，接头处结构很难处理。逆筑法（1）没有足够的施工场地，或者上方为重要道路需要快速恢复的情况；（2）该方法以梁板作为支撑，刚度非常可靠，同时作为主体结构的一部分，综合效益好；（3）土方的开挖很困难，施工组织困难。锚杆、锚碇（1）要求周围有进行锚固的条件，即地下设施不复杂；（2）经济性好，土方开挖很方便，主体工程施工容易；（3）支撑刚度以及整体稳定性较差。组合式布置将各种支撑方法有机的组合起来，结合工程的地质条件以及周围环境。4.3 基坑支撑体系的方案比选4.3.1 支撑材料的选择上海地铁8号线国伟路站的基坑开挖深度为16.7m属于超深基坑，且工程地质与水文地质情况复杂，周围建（构）筑物较多，施工环境差，因而支撑的材料不能选用锚杆或者锚定，无论是从现场环境还是基坑的强度以及稳定性各方面的要求来看，土锚的支撑方式都是不满足要求的。支撑材料选择钢结构或是钢筋混凝土材料均能达到设计强度以及变形稳定性要求，但是考虑到，虽然钢结构支撑体系相较于钢筋混凝土结构体系具有构造以及安装相对复杂，整体性差，质量不以保证额缺陷，然而，钢结构支撑的体系的所具有的安装、拆卸方便可、重复利用、可预加应力的、施工速度快、自重小等优点却是无可比拟的，钢结构支撑材料的综合效益要更高一些，因而，选用钢管支撑作为国伟路站基坑的支撑体系的材料。4.3.2 支撑体系布置形式的选择8号线国伟路站基坑内净长170.0m，端井最大净宽24.8m，标准段净宽21.4m，基坑深度16.7m，总体属于长条形基坑，由表4-2各种支撑体系布置形式的特点可知，选用水平对撑形式的支撑体系布置形式是合理的，但是考虑到，基坑两端井施工作业多，对于施工过程中的稳定性要求较高，单纯的采用水平对撑很难保证施工过程中的绝对安全，因而，在两端井部分，结合角撑，局部增强基坑的稳定性和整体强度。所以，最终选用组合式布置的支撑布置体系，即主体采用水平对撑的支撑方式，两端井结合角撑得混合支撑体系。4.3.3 钢支撑平面布置方案水平方向上考虑基坑开挖采用明挖法，需要保证机械的作业空间以及开挖土的及时运出，钢管支撑在水平方向的距离不宜过小。基坑内净长170.0m，故选择布置31道水平对撑，两端各10m范围内选用角撑。同时需要注意以下各条。（1）当局部情况比较复杂时可以添加适当的横撑，并在基坑四角设置水平角撑；（2）围檩（腰梁）设置在钢支撑与围护结构的连接处；（3）支撑端部设置八字撑以减小围檩的计算跨距用以解决相邻支撑之间水平距离较大的问题，八字撑应该左右对称。4.4 围护结构剖面及其构造竖直方向上，考虑到基坑的最大开挖深度为16.7m，明挖时，考虑到施工的便利，竖直方向上钢管支撑的间距不宜小于4米，故竖直方向上采用4到支撑。标准段开挖深度15.2m，也设置4道支撑。同时注意以下各条。（1）主体工程构件的施工不能受到设定的各层水平支撑的妨碍；（2）为节省材料，围护结构墙顶的圈梁可以直接采用第一道水平支撑的围檩，为了使计算深度得以降低，可以放低墙顶圈梁的标高，但不宜低于自然地面以下3m；（3）当布设有多道支撑的时候，最下一道支撑在不影响主体结构底板施工的条件下，应尽可能降低。4.5 基坑施工应变措施国伟路站施工场地，工程地质、水文地质以及周围环境都比较复杂，因而基坑开挖过程中容易出现各种各样的问题，下面是一些基坑开挖过程中易出现的问题及应变措施。（1）支护体系以及周围土体的变化速率突然加快，超过预定警戒值，应该采取以下措施：放水回灌；对基坑进行局部甚至是全部的回填处理；也可同时采取两项以上的措施，待土体稳定后，立即进行地基或支撑加固。（2）施工中支撑发生挠曲变形，应采取以下措施：立即对钢管件进行加固，设置临时的拉系或支撑构件；同时，地面上对称卸载，坑内堆载。（3）支撑的支柱发生不均匀沉降或上浮以后，应采取以下措施：为了使支撑稳定设需设置临时的拉系构件；根据实际情况支撑上加载或卸载；设立竖向十字撑；调整立柱上支托支撑的支托构件标高。（4）为了防止因为支撑截面不足而被压损，应采取以下措施：对支撑进行必要的加固；在竖向及水平向增设支撑。（5）为了防止土方开挖不均衡、支撑施工不及时而导致的导致支护系统受力和变化速率过大等问题，应采取以下措施：紧急加快开挖和支撑的施工进度；调整开挖及支撑施工次序，缩小每步开挖的空间尺寸，使基坑受载均衡。（6）若是围护结构出现漏泥、渗水或者开挖面以下出现冒水等现象，应采取以下措施：紧急采取止水堵漏措施；立即寻找到薄弱环节，立即采取加固措施。（7）为了防止因为围护结构的强度、刚度不足，其变形超出设计值，应采取以下措施：对支撑加设预应力；增加临时的斜撑、角撑；在坑内堆载或坑周卸载。（8）若是基坑隆起过大，应采取以下措施：开挖最下层时，采取分块挖、分块浇筑垫层混凝土等措施，以控制墙体位移；采用中心岛法挖土；超前在坑底进行块凝压力注浆。5 计算书5.1 荷载计算5.1.1 地下连续墙的设计地下连续墙的厚度一般取值范围为6001000mm之间，连续墙深度为基坑最大深度（h=16.7m）的1.72.0倍。基坑设计等级为一级，初步确定连续墙厚为800mm，深度为1.8倍基坑最大深度。则有，地下连续墙深度：H=16.71.8=30.06m，初步取连续墙深度为30.5m。5.1.2 土体的物理力学指标由施工勘察资料可以得到该工程土层的相应的物理性质指标，如下表5-1。表5-1 场地中各土层的物理性质指标序号土层名称土重/KN/m3粘聚力c/kPa内摩擦角/侧摩阻力特征值fsi/KPa平均土层厚度填土17.9919.5131.8褐黄色粘土18.11620.0351.6灰色淤泥质粉质粘土16.81817.5253.8灰色淤泥质泥质粘土16.51111.0187.81灰色粘土17.71615.5406.83灰色粉质粘土17.91923.5309.51灰色粉砂18.8333.02811.3灰色粘土17.81520.5504.8为了达到计算方便的目的，需对土层的各项基本性质进行适当的处理，土层的各项指标按照加权平均值来计算。 （5.1） c=cihihi （5.2） =ihihi（5.3）式中 、c、土的加权平均重度（KN/m3）、加权平均凝聚力（KPa）、加权平均内摩擦角； i、ci、i第层土的重度（KN/m3）、凝聚力（KPa）、内摩擦角； hi第i层土的厚度（m）。由此可计算，地下连续墙外侧土层的加权平均物理指标（地下030.5m）为：1=17.91.8+18.11.6+16.83.8+16.57.8+17.76.8+17.98.730.5=17.4KN/m3c1=91.8+161.6+183.8+117.8+166.8+198.730.5 =15.4KPa1=19.51.8+20.01.6+17.53.8+11.07.8+15.56.8+23.58.730.5=17.4地下连续墙内侧土层的平均物理指标（地下16.730.5m）为：2=17.75.1+17.98.713.8=17.8KN/m3c2=165.1+198.713.8 =17.9KPa2=15.55.1+23.58.71