土木工程毕业设计（论文）-常州地铁一号线北海路站车站设计与施工.doc

全套图纸加扣 3012250582编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：常州地铁一号线北海路站车站设计与施工专 题：井壁破坏模型及现场实测数据分析姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-1班二一五年六月全套图纸加扣 3012250582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：常州地铁一号线北海路站车站设计与施工专 题：井壁破坏模型及现场实测数据分析指导教师：职 称：讲师二一五年六月 徐州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 土木工程专业地下2011 学生姓名 任务下达日期： 2015年 1 月 19 日毕业设计日期： 2015 年 1 月 19 日至 2015 年 6 月 8 日毕业设计题目：常州地铁一号线北海路站车站设计与施工毕业设计专题题目：井壁破坏模型及现场实测数据分析毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据常州地铁一号线北海路站工程的实际资料，进行该车站基坑的支护结构设计和施工组织设计。结构设计内容应包括基坑围护结构方案与支撑方案设计，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、施工方法及辅助施工技术、施工总平面布置、施工进度计划和施工管理等内容。绘制图纸：基坑总平面布置图，支撑系统平面布置图及围护结构纵剖面图，支撑横剖面图，施工顺序图。专题要求：井壁破坏模型及现场实测数据分析中，根据现场实测水位数据、井壁应变数据、地层变形数据，进行了理论分析，并用实测数据进行验证，对井壁破坏模型进行了预测。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：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 日全套图纸加扣 3012250582摘 要毕业设计分为三部分，第一部分为常州地铁一号线北海路站基坑维护结构设计，第二部分为常州地铁一号线北海路站基坑施工组织设计，第三部分为专题部分，专题部分内容为，井壁破坏模型及现场实测数据分析。第四部分为翻译部分，翻译的文章为孔隙水压力对密砂的应力-应变特性的影响。在第一部分中，通过对常州地铁一号线北海路站所处的工程地质条件，水文地质条件，周围环境情况，通过方案比选，基坑围护采用地下连续墙。设置四道钢支撑，并进行围护结构及支撑的内力计算、相应的强度和地下连续墙配筋验算以及基坑的抗渗、抗隆起、抗倾覆等验算。第二部分常州地铁一号线北海路站基坑组织结构中，根据基坑围护方案，施工方法以及基坑周围环境确定了施工总平面布置，施工进度计划及管理措施，撰写了质量、安全、文明管理措施报告书。第三部分专题部分题目是井壁破坏模型及现场实测数据分析，进行了井壁受力分析，井壁破坏模型分析以及现场实测数据分析。第四部分翻译部分，翻译文章为孔隙水压力对密砂应力-应变特性的影响。关键词：基坑设计，地下连续墙，施工组织，井壁破坏模型，现场实测ABSTRACTThis graduation design mainly includes four parts, the first part is the retaining structure design of the foundation pit of the Beihai Road subway station in Changzhou; The second part is the construction organization design of the foundation pit of the Beihai Road subway station. The third part is the special subject part, The analysis of borehole failure model and field measurement data.The forth part is the translation part, the article is Effect of Pore Water Pressure on Sreess-Strain Characteristics of Dense Sand.In the first part, according to the engineering geology, the hydrology conditions and the surrounding environment of the foundation pit located, through the comparison and selection of construction schemes,we confirm that the foundation pit using open cut construction method, the retaining structure using the diaphragm wall, the inner support using steel supporting structures. And checking the strength, deformation, internal force of the supporting structures and the retaining structure, bearing capacity, anti seepage stability, anti heave stability, anti overturning stability.The second part is the construction organization design of the foundation pit of the West Nanjing Road subway station, according to the excavation pattern and the surrounding environment of the station, designing the construction preparative, the construction place arrange, the construction of the retaining structure and the pit excavation. Estimating the work project, weaving to write the homologous quantity、safety、civilization management measure.The third part is the special subject part. Its contents are The analysis of borehole failure model and field measurement data . The stress of the wall of well is analyzed. Borehole failure model si also analyzed. And I also analyzed the field measurement data.The forth part is the translation part, the article is Effect of Pore Water Pressure on Sreess-Strain Characteristics of Dense Sand.Keyword： foundation pit design; diaphragm wall; construction organizing; borehole failure model; field measurement目 录第一部分 常州地铁一号线北海路站基坑围护结构设计1 工程概况11.1 工程概况11.2 工程周围环境22 设计依据和设计标准22.1 有关工程的设计依据32.2 基坑工程等级及设计控制标准33 基坑围护方案设计43.1 钢板桩43.2 钻孔灌注桩43.3 SMW支护结构53.4 钢筋混凝土板桩53.5 地下连续墙53.6 基坑围护方案的选择64 基坑支撑方案设计64.1 基坑体系的布置形式64.2 支撑材料64.3 基坑支撑体系的选择75 计算书75.1 荷载计算75.2地连墙底地基承载力验算105.3 整体稳定性验算115.4 坑底抗隆起稳定性验算115.5 抗倾覆稳定性验算125.6 抗渗流稳定性验算155.7 地连墙内力与变形计算165.8 支撑强度验算205.9 地连墙配筋验算226 基坑主要技术经济指标246.1 开挖土方量246.2 混凝土浇筑量256.3 钢筋用量256.4 人工费用25第二部分 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 工程特征282.2 施工工法292.3 施工流程302.4 施工质量控制322.5 特殊施工技术措施332.6 关键部位技术措施343 施工总平面布置353.1 施工平面图设计要求353.2 临时建筑物布置原则353.3 施工临时设施354 施工进度计划及管理措施364.1 工程安排原则364.2 质量过程控制374.3 施工进度计划375 质量、安全、文明管理措施405.1 工程质量管理措施405.2 土方运输与环境管理措施405.3 安全生产管理措施415.4 文明施工措施42第三部分 井壁破坏模型及现场实测数据分析0 引言431 国内外研究现状432 理论分析452.1 由水平力引起的井壁破坏模型462.2 强度准则502.3 由竖直附加力引起的井壁破坏模型513 现场实测533.1 工程概况533.2 测点布置543.3 数据处理563.4 井壁状态分析604 结论61参考文献：62翻译部分63致 谢75第一部分常州地铁一号线北海路站基坑围护结构设计全套图纸加扣 3012250582 第 27 页1 工程概况1.1 工程概况北海路站位于常州市通江中路、常澄公路交叉路口下。车站为地下二层岛式车站，站台宽度11m。车站有效站台中心里程：CK29+836.418。车站主体结构外包尺寸为：长186.73m，宽19.7m(站台中心处)；车站顶板覆土约3. 0m(站台中心处)，车站标准段基坑深度约为16.116.4m，北端头井基坑深度约为18.6m，南端头井基坑深度约为17.6m。北海路站北侧为沪宁高速公路龙虎塘互通；东侧为常州国际汽车城、沪宁高速常州管理处；西侧为月星国际家居广场。通江中路与常澄公路均为城市主干道，交叉口以北通江中路为双向四车道，以南为双向八车道加两车道BRT专用道。道路规划红线宽48m。常澄公路为双向六车道现状机动车道宽30m，站址周边交通量大，施工期间交通组织复杂。1.1.1 工程地质状况地形地貌：本站位于新北区，主要为冲湖积高亢平原区，地形较为平坦，地面标高一般在4.06.0m。根据工程地质层划分原则以及所施工的勘探孔，将勘探深度范围内的地基土划分为6个工程地质层，12个工程地质亚层，分述如下：(1)填土(ml+pd)杂色，松散密实，市民广场站华山路站表层一般为道路地坪，其下以杂填土为主，揭示厚度为0.307.30m。(2)2粘土( al+l)灰黄色褐黄色，可塑硬塑，含少量铁锰结核和高岭土。无摇振反应，干强度高等，韧性高等。中等压缩性。液性指数平均值L=0.27。(3)3粉质粘土(al+l)灰黄色黄色，可塑，含少量高岭土，夹薄层粉土。无摇震反应，土面光滑无光泽，干强度中等，韧性中等。中等压缩性。液性指数平均值L=0.55。(4)2粉砂(al+l)灰黄色，饱和，中密密实，含云母，颗粒组成成分以长石，石英为主，局部砂土胶结呈板块状。中等压缩性。标贯实测击数平均值N=28.8击。(5)2a粉砂夹粉土(al+l)灰黄色，饱和，稍密中密，含云母，颗粒组成成分以长石、石英为主，夹多量粉土。中等压缩性。标贯实测击数平均值N=20.7击。(6)1粘土(al+l)灰色，流塑软塑，含有机质。局部以淤泥质粉质粘土为主。无摇震反应，土面光滑有泽，干强度高等，韧性高等。高等中等压缩性。液性指数平均值L=0.92。(7)2粉质粘土(al+l)灰灰黄色，可塑，夹少量硬塑粘土。无摇震反应，土面滑无光泽，干强度中等，韧性中等。中等压缩性。液性指数平均值L=0.55。(8)4粉砂(al+l)灰黄色，饱和，密实，含云母，颗粒组成以长石、石英，局部含姜结石，局部砂土胶结呈板块状。中等压缩性，标贯实测击数平均值N=45.1击。(9)5粉质粘土(al+l)灰色灰黄色，可塑。含氧化铁条纹。局部夹少量硬塑粘土、密实粉及姜结石。无摇震反应，土面光滑无光泽。强度中等，韧性中等。中等压缩性。液性指数平均值L=0.47。(10)6粘土(al+l)褐黄色，硬塑，含氧化铁条纹及高岭土，局部含少量姜结石。无摇震反应，干强度高等，韧性高等。中等压缩性。液性指数平均值L=0.20 。(11)7粉质粘土(al+l)灰色灰黄色，可塑。含氧化铁条纹。局部夹少量密实粉砂、粉土、硬塑粘以及姜结石。无摇震反应，土面光滑无光泽。强度中等，韧性中等。中等压缩性土。液胜指数平均值L=0.62。(12)1粉细砂(al+l)灰色，饱和，密实。含云母。颗粒组成成分以长石、石英为主。夹粉土，局部含姜结石。低等中等压缩性。标贯实测击数平均值N50击。1.1.2 水文地质(1)潜水勘察期间测得潜水水位埋深约为0.503.20m(相应标高约4.55 1.00m)。(2)承压水分为第I层承压水和II承压水。第I层承压水主要埋藏于1，2，3，2层砂土中，其主要补给源为韬水、运河水和长江水的侧向补给，通过越流方式排泄，水量较丰富。勘察期间测得第I层承压水水位埋深约为3.007.70m(相标高约2. 63-3.21m)。(3)根据地勘报告显示车站结构底板基本位于土层2粉砂层，地基土承载力特征值不小fak250kPa。车站主体基坑设置临时立柱桩基，桩长30米，桩底落于1，粘土层中。1.1.3 地下障碍物在本工程施工区域内无地下障碍物1.2 工程周围环境1.2.1 基坑周围邻近建筑物基坑西侧临近月星国际家居广场，东北侧有一个地下油库和加油站，东侧有三菱汽车4S店，基坑东南侧临近华晨汽车销售中心。1.2.2 周围管线及地下构筑物设施本车站所处区段，道路下方管线较多，主要包括市政排污管道，煤气管道，通讯管道，天然气管道等地下管线，东北侧有一个地下油库。1.2.3 周围道路本车站基坑位于通江中路，九江路，常澄路交叉路口，基坑呈南北走向，位于通江中路下方。2 设计依据和设计标准2.1 有关工程的设计依据(1)城市轨道交通技术规范(GB 50490-2009)(2)地铁设计规范(GB50157-2013)(3)地下铁道工程施工及验收规范(GB50299-1999)(2003年版)(4)建筑结构荷载规范(GB50009-2012)(5)混凝土结构设计规范(GB50010-2010)(6)钢结构设计规范(GB50017-2003)(7)建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)(8)建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)(9)建筑基坑工程技术规范(YB9258-97)(10)建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)(11)建筑基坑工程技术规范(YB9258-97)(12)建筑基坑支护技术规程(JGJ120-012)(13)地下工程防水技术规范(GB50108-2008)(14)建筑抗震设计规范(GB50011-2010)(15)铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)(2009年版)(16)地铁杂散电流腐蚀防护技术规程(CJJ49-92)2.2 基坑工程等级及设计控制标准根据上海市基坑工程技术规范（DG/TJ08-61-2010）规定，根据开挖深度因素：（1）基坑开挖深度大于、等于12米或基坑采用支护结构与主体结构相结合时，属一级安全等级基坑工程；（2）基坑开挖深度小于7米，属三级安全等级基坑工程；（3）除一级和三级外，其他的基坑均属二级安全等级基坑工程。根据基坑周边环境保护因素确定基坑等级见表2.1。表2.1基坑工程的环境保护等级环境保护对象保护对象与基坑距离关系基坑工程的环境保护等级优秀历史建筑、有精密仪器与设备的厂房、其它采用天然地基或短桩基础的重要建筑物、轨道交通设施、隧道、防汛墙、原水管、自来水总管、煤气总管、共同沟等重要建（构）筑物或设施sH一级Hs2H二级2Hs4H三级重要的自来水管、煤气管、污水管等市政管线、采用天然地基或短桩基础的建筑物等sH二级Hs2H三级注：1、H为基坑开挖深度，s为保护对象与基坑开挖边线的净距； 2、基坑工程环境保护等级可依据基坑边界的不同环境情况分别确定； 3、位于轨道交通等环境保护对象周边的基坑工程，应遵照政府有关文件和规定执行。综合考虑各项因素，本工程基坑开挖深度最深达18.6m，基坑开挖面积大，周围环境复杂，故本工程安全等级为一级。基坑变形设计控制标准见表2.2。表2.2 基坑变形设计控制指标基坑环境保护等级围护结构最大侧移坑外地表最大沉降一级0.14H0.10H二级0.3H0.25H三级0.7H0.55H3 基坑围护方案设计3.1 钢板桩钢板桩分U型、Z型和AS型，由于Z型及AS型。钢板桩的生产、加工及安装较为复杂，且价格较U型高出约1/3，目前主要应用于欧美、日韩等国家，亚洲主要使用U型钢板桩。U型钢板桩大体有两类：一是PU形钢板桩，其宽度为600mm；弹性截面抵抗矩从6003200cm3/m；重复使用率达到30次；非常厚密，适合高盐度的项目，耐用性强；二是AU形钢板桩，其宽度为750mm，弹性截面抵抗矩从14102580cm3/m；与PU形钢板桩相比，AU形钢板桩更薄，更轻巧但是更结实；另外角度大，便于从土中拔出板桩。钢板桩施工主要有机械手、履带吊加振动锤、静压植桩机。机械手一般施工桩长12m以内的钢板桩；超过12m长度一般采用履带吊结合振动锤施工，如果周围环境对振动比较敏感，可以采用日本的静压植桩机施工。振动锤：DZ40 DZ45DZ60 DZ90 DZJ120型；普通钢板桩，DZ60型振动锤。3.2 钻孔灌注桩钻孔灌注桩自从问世以来。广泛的应用于高层楼宇、水利水电、工业建筑和桥梁码头等工程建设。同时，在应用到这些工程实践活动的过程中中，钻孔灌注桩的设计理论和施工技术也得到了不断的发展和完善。钻孔灌注桩是通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。依照成桩方法的不同，灌注桩又可以分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩和挖孔灌注桩等几类桩。钻孔灌注桩便是按成桩方法分类而定义的一种桩型。钻孔灌注桩的特点为：1、施工噪声和震动要小的多（与沉入桩中的锤击法相比）；2、能建造比预制桩的直径大很多的桩；3、钻孔灌注桩在各种地基上都可以使用；4、施工质量的好坏对桩的承载力影响很大；5、因为混凝土是在泥水中灌注的，所以混凝土质量比较难控制。3.3 SMW支护结构 SMW工法连续墙，是Soil Mixing Wall 的缩写。于1976年在日本问世，现占全日本地下连续墙的50%左右。该工法现已在东南亚国家和美国、法国许多地方广泛应用，近几年在我国的上海、杭州、南京等地推广非常迅速，受到广泛的欢迎。SMW工法是利用专门的多轴搅拌就地钻进土体切削，在钻头端部将水泥浆液注入土体，经过充分的搅拌、混合后，各个施工单位之间采取重叠搭接施工，在水泥土混合体未结硬之前再将H型钢或者其他型材插入搅拌桩内。形成了具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下连续墙体。该墙体可以作为地下开挖基坑的档土和止水结构。最常用的是三轴型钻掘搅拌机。其主要特点是构造简单、造价低、工期短、止水性能好、环境污染小。SMW支护特别适合城市中的深基坑工程。SMW支护结构的主要特点为：施工时基本没有噪音。对周围的环境影响较小。结构强度可靠。基本适用于任何适合应用水泥土搅拌桩的场合。特别适用于以粘土和粉细砂为主的松软地层。挡水防渗性能较好，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以代替作为地下围护的地下连续墙。在费用上，如果能回收H 型钢等材料，那么，支护的成本会低于地下连续墙较多，因此具有较大发展前景。3.4 钢筋混凝土板桩钢筋混凝土板桩特点为施工简单、现场作业周期短等。钢筋混凝土板桩曾在基坑支护中被广泛的应用。但是由于钢筋混凝土板桩的施工一般采用锤击方法，振动与噪音大，同时沉桩过程中挤土也比较严重，因此在城市工程中受到一定限制。钢筋混凝土板桩一般是在工厂预制运至工地，所以成本比灌注桩等略高。但是由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计，目前已经可以制作厚度较大(如厚度达500mm 以上) 的板桩，并有液压静力沉桩设备，所以在基坑工程中钢筋混凝土板桩仍是支护板墙的一种使用形式。3.5 地下连续墙在基础工程中，在地面上采用挖槽机械，沿着深开挖工程的周边轴线，采用泥浆护壁，开挖出一条狭长的深槽并清理深槽。在槽内吊放钢筋笼，然后采用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段。这样逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土地下连续墙壁，作为截水、防渗、承重、挡水结构。地下连续墙的特点是：施工振动小，墙体刚度大，整体性好，施工速度快，可省土石方。地连墙适用于密集建筑群中建造深基坑的支护，以及进行逆作法施工。适用于各种地质条件中的施工。适用于建造建筑物的地下商场、停车场、地下室、地下油库、高层建筑的深基础、挡土墙、逆作法施工围护结构以及工业建筑的深池、坑、竖井等。在地面上，利用一些特种挖槽机械，借助泥浆护壁的作用，在地下挖出窄而深的基槽，并在其内浇注适当的材料而形成的一道具有防渗、挡土和承重功能的连续的地下墙体就是地下连续墙。3.6 基坑围护方案的选择本基坑的最大开挖深度达18.6米，所以SMW不适用，地下水位在地下0.6米，防水要求高，所以钢板桩也不适用。钻孔灌注桩相比于地下连续墙，施工工期长，施工复杂，造价高，而且地下连续墙可以作为永久结构使用，所以综合比较本基坑采用地下连续墙来做为基坑围护方案。4 基坑支撑方案设计4.1 基坑体系的布置形式4.1.1 平面支撑体系平面支撑体系由腰梁、水平支撑和立柱组成。平面支撑体系可以直接平衡支撑两端围护墙上所受到的部分侧压力，且构造简单，受力明确，使用范围较广。但是构件的长度较大时，就要考虑弹性压缩对基坑位移的影响。此外，基坑两侧的水平作用力相差较大时，围护墙的位移会通过水平支撑相互影响。此时应调整支护结构的计算模型。水平支撑可用对撑或对撑桁架，斜角撑或斜撑桁架，边桁架及八字撑等形式组成的平面结构体系。平面结构体系整体性好，水平力传递可靠，平面刚度较大，适用于大小深浅不同的各种基坑。4.1.2 竖向斜撑体系竖向斜撑体系的作用是将围护墙上侧压力通过斜撑传递到基坑开挖面以下的地基上。它由竖向斜撑、腰梁和斜撑基础以及水平联系杆及立柱等构件组成。竖向斜支撑对于平面尺寸较大、形状很不规则，但深度较浅的基坑采用竖向斜支撑体系施工比较简单，也节省支撑材料。但墙体位移受到坑内土坡变形、斜撑基础变形以及斜撑的弹性压缩等多种因素的影响。为此土方施工和支撑安装必须保证其对称性。4.1.3 混合支撑体系该支撑体系基于前两种基本支撑体系，可以演变成其他支撑形式，它可以综合前两种支撑体系的优点，具有比较好的效果。该支撑体系是前两种支撑体系的结合。它可以加强基坑围护结构的整体刚度，尤其对大型基坑可方便支撑布置和施工，节省支撑材料。4.2 支撑材料支撑按材料种类可以分为钢筋混凝土支撑体系和钢支撑体系两种。钢筋混凝土支撑以水平受压为主。钢筋混凝土支撑相比于钢支撑具有变形小的特点。采用配筋和加大支撑截面的方法，可以提高钢筋混凝土支撑的强度，用以作为支撑的混凝土能充分的发挥材料刚度大和变形小的受力特性。它能确保地下室施工和基础施工中，周边邻近建筑物、道路和地下管线等公共设施的变形要求。钢支撑钢支撑结构的设计合理、安全；实际安装、拆卸方便；实际操作方便、快捷、实用、高效、安全；工程成本大大降低；本身的适用范围广；交通运输方便。4.3 基坑支撑体系的选择本基坑开挖深度为18.6米，基坑支撑采用四道钢支撑，第一道支撑距离地面2米，第二道支撑距离第一道支撑4.6米，第三道支撑距离第四道支撑4米，第四道支撑距离基坑底部4米。支撑水平间距为4米。5 计算书5.1 荷载计算5.1.1 地下连续墙设计地连墙的厚度一般为600mm1000mm，部分情况下也有1200mm的地连墙，地连墙入土比一般在0.71.0之间。因基坑开挖深度较深，初步选择地连墙厚度为800mm，地连墙深度取基坑深度的1.8倍，则地连墙深度为18.61.8=33.4m，取地连墙深度为33.4m。5.1.2 土层加权平均物理指标土层的内摩擦角、重度、粘聚力等物理指标各不相同，土层厚度不一，所以为了便于计算，采用土层厚度加权平均值来代替各土层。墙背土体从地面到墙底土层加权平均值如下： (5-1)式中，墙背土体地连墙深度范围内土的加权平均重度，kN/m3； 第i层土的重度，kN/ m3； 第i层土的厚度，m。(5-2)式中，墙背土体地连墙深度范围内的加权平均粘聚力，kPa； 第i层土的粘聚力，kPa； 第i层土的厚度，m。(5-3)式中，墙背土体地连墙深度范围内的加权平均内摩擦角，； 第i层土的内摩擦角，； 第i层土的厚度，m。 坑内从坑底至地连墙底土层加权平均值如下：坑外地表水平，围护墙背竖直时，静止土压力强度标准值计算公式为：(5-4)对粘性土、淤泥质土(5-5)对砂土、粉土(5-6)本工程地质情况主要为粘土，故取。式中，计算点处静止土压力强度标准值，kPa； 计算点以上第i层土的重度。地下水位以上取天然重度，以下取浮重 度，kN/m3； 第i层土的厚度，m； 地面超载，取； 土的有效内摩擦角标准值，按三轴固结不排水剪切试验（带测孔隙水 压力）或三轴固结排水剪切试验测定，； 计算点处静止土压力系数。则平均静止土压力系数坑外地表水平，围护墙背竖直时，主动土压力强度标准值计算公式为：(5-7)(5-8)式中，计算点处主动土压力强度标准值，当0是取，kPa； 计算点处主动土压力系数； 计算点处粘聚力标准值，按三轴固结不排水剪切试验测定的峰值或直剪 固结快剪试验峰值取用，kPa； 计算点处内摩擦角标准值，按三轴固结不排水剪切试验测定的峰值或直 剪固结快剪试验峰值取用，。则平均主动土压力系数为被动土压力强度标准值计算公式为：(5-9)(5-10)(5-11)式中，计算点处被动土压力强度标准值，kPa； 、计算点处的被动土压力系数； 计算点处土与墙面的摩擦角标准值，对地连墙，且 ，本计算书取。考虑渗流作用的地下水压力计算方法为坑外水位至坑内水位之间按静水压力线性分布，坑内水位以下按直线比例法确定，如图5.1所示。图5.1 考虑渗流作用时的水压力计算模式简图5.2地连墙底地基承载力验算地下连续墙单位长度的竖向承载力特征值为：(5-12)式中，地下连续墙竖向承载力特征值，kN； 墙底土层的承载力特征值，kPa； 第i层土的侧壁摩阻力特征值，kPa； B地连墙厚度，B=0.8m； L地连墙单位长度，L=1m； 第i层土的厚度，m。墙底土层侧壁摩阻力特征值地连墙自重：施工荷载与地面超载取300kN则696.38+300=996.3843106.76kN所以地连墙的地基承载力满足要求。5.3 整体稳定性验算当基坑内只设置一道支撑时需要进行整体稳定性验算，当基坑内设置多道支撑时可以不作整体圆弧滑动稳定性验算。本基坑设置了4道内支撑，所以不必进行整体稳定性验算。5.4 坑底抗隆起稳定性验算按墙底地基承载力模式验算坑底抗隆起稳定性，计算简图见图5.2。图 5.2 坑底抗隆起地基承载力模式验算简图计算公式为：(5-13)(5-14)(5-15)式中，作用分项系数，取； 墙背土体由地面至墙底的加权平均重度，； 坑内从坑底至墙底的加权平均重度，； H基坑开挖深度，H=18.6m； D地连墙插入深度，D=14.8m； 、地基土承载力系数，根据墙底土的特性计算； 墙底土的粘聚力标准值，kPa； 墙底土的内摩擦角标准值，； 抗隆起分项系数，一级安全等级基坑取2.5，二级安全等级基坑取2.0，三级安全等级基坑取1.7，本工程为一级基坑，。所以坑底抗隆起满足要求。5.5 抗倾覆稳定性验算地连墙应按照绕最下道支撑或锚固点的抗倾覆稳定性进行验算，抗倾覆计算简图如图5.3所示。图5.3 抗倾覆稳定验算简图计算公式为：(5-16)(5-17)(5-18)式中，最下道支撑至墙底的墙背主动土压力与净水压力（坑内外水压力的差） 对最下道支撑处的倾覆力矩标准值，kNm/m； 坑内坑底至墙底的被动土压力对最下道支撑处的抗倾覆力矩标准值， kNm/m； 最下道支撑至墙底的墙背主动土压力标准值，kN/m； 最下道支撑至墙底的净水压力（坑内外水压力差）标准值，kN/m； 坑内被动土压力标准值，kN/m； 最下道支撑至墙底墙后主动土压力作用点到最下道支撑的距离，m； 最下道支撑至墙底净水压力作用点到最下道支撑的距离，m； 坑底至墙底被动土压力作用点到最下道支撑的距离，m； 抗倾覆分项系数，一级安全等级基坑取1.2，二级安全等级基坑取1.1，三级安全等级基坑取1.05，本工程为一级基坑，取1.2。则坑底被动土压力系数为坑内墙底处的被动土压力强度为：墙背最下道支撑处主动土压力强度为：墙底处主动土压力强度为：支撑处的水压力为：墙后坑底水压力为：墙后墙底处的水压力根据直线比例法计算为：则根据计算简图几何性质计算得则则所以抗倾覆稳定性满足要求。5.6 抗渗流稳定性验算抗渗流稳定性验算计算简图如图5.4所示。图5.4 抗渗流稳定性验算简图抗渗流稳定性验算公式为：(5-19)(5-20)(5-21)(5-22)式中，i坑底土的渗流水力梯度； 坑内外渗流水头，取坑内外水位差，m； L最短渗流路径长度，m； 渗流路径水平段长度，m； 渗流路径垂直换算水平换算系数，单排帷幕墙取，多排帷幕墙 取，本工程为单排帷幕墙，； 渗流路径垂直段长度，m； 坑底土的临界水力梯度，根据坑底土的特性计算； 坑底土的比重，； e坑底土的孔隙比，e=0.733； 抗渗流分项系数，取1.52.0，基坑开挖面下为砂土、砂质粉土或有明 显夹粉砂夹层时取大值，本工程坑底土为砂土，故取2.0。所以抗渗流稳定性满足要求。5.7 地连墙内力与变形计算地连墙的内力计算利用山肩邦男法近似解计算，计算简图见图5.5。图5.5 山肩邦男法近似解计算简图山肩邦男法近似解的基本假定为：（1）粘土地层中，墙体为底端自由的有限长弹性体；（2）墙背主动土压力在开挖面以上为三角形，开挖面以下为矩形 （抵消开挖面侧的静止土压力）；（3）开挖面下土的横向抵抗反力为被动土压力，其中在数值上为被动土压力减去静止土压力；（4）支撑设置后即作为不动支；（5）下道支撑设置后，认为上道支撑的轴力不变，而且下道支撑以上的板桩保持原来位置；（6）开挖面下弯矩零点假象为一个铰，且忽略下部墙体对上部墙体的剪力传递。地连墙取单位宽度1m计算，基坑开挖深度为18.6m，土体参数为，。坑内布置4道钢支撑，第一道距地面2m，第二道距第一道4.6m，第三道距第二道4m，第四道距第三道4m，第四道支撑距坑底4m。基坑对变形要求严格时墙背土压力应按照静止土压力或放大后的主动土压力计算，土压力介于静止土压力与主动土压力之间，则本工程墙背土压力以静止土压力进行计算。墙背处静止土压力强度为：，即，地面超载换算成当量土层厚度为1.047m，即计算地面高出实际地面1.047m。开挖面以下被动土压力为：即，。根据山肩邦男法近似解的计算简图，由得：(5-23)由得：(5-24)(5-25)式中，第k道支撑的轴力，kN； 开挖面到地面的高度，m； 墙体弯矩零点处到开挖面的高度，m； 开挖面到最下道支撑的高度，m； 开挖面到第i道支撑的高度，m。第一道支撑计算，k=1：则有化简得：，解得。则第二道支撑计算，k=2：则有化简得：，解得。则第三道支撑计算，k=3：则有化简得：，解得。则第四道支撑计算，k=4：则有化简得：，解得。则5.8 支撑强度验算5.8.1强度验算基坑内支撑采用钢支撑时，支撑的强度验算应按偏心受压构件进行计算。根据上海市基坑工程技术规范（DGTJ08-61-2010），初始偏心矩取支撑计算长度的2/10003/1000不宜小于40mm。根据上海市基坑工程技术规范（DGTJ08-61-2010），基坑宽度最宽处为36.15m，超过30m，故需要设置中间立柱，等距离设置2根立柱，则钢支撑实际跨度为36.15/3=12.05m。初始偏心距。钢支撑选用60916型号。根据钢结构设计规范（GB50017-2003）规定，压弯构件的强度验算公式为：(5-26)式中，N构件的轴心压力，支撑水平间距4米一道，则 ； 构件所受弯矩，kNm/m； 净截面面积，mm2； 截面塑性发展系数，查表得钢管的； 净截面模量，mm3； f钢材的强度设计值，Q235钢d或t16mm，则f=215N/mm2。60916钢管撑的相关参数为：净截面面积惯性矩净截面模量回转半径构件长细比钢支撑的每米单位重量由于自重与施工荷载引起的弯矩为：由于初始偏心产生的弯矩为：故钢支撑强度满足要求。5.8.2弯矩作用平面内稳定性验算根据钢结构设计规范（GB50017-2003），压弯构件的弯矩作用平面内稳定性验算公式为：(5-27)式中，弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数，根据查a类截面轴心受压 构件的稳定系数表得； 毛截面模量，mm3； 参数，钢材； 等效弯矩系数，。所以钢支撑的弯矩作用平面内稳定性满足要求。5.9 地连墙配筋验算5.9.1 纵向钢筋设计根据上海市基坑工程技术规范（DGTJ08-61-2010），墙体混凝土设计强度不应低于C30，且水下浇筑混凝土强度应相应提高，故本工程选用C30混凝土。纵向钢筋宜采用HRB335或HRB400钢筋，直径不小于16mm，净距不小于75mm。地连墙保护层厚度迎坑面不小于50mm，迎土面不小于70mm。故纵筋选用HRB335级钢筋，迎坑面与迎土面保护层厚度取70mm。根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010），正截面抗弯承载力验算公式为：(5-28)(5-29)式中，M弯矩设计值，M=1260.58kNm； 系数，混凝土强度等级不超过C50时，； 混凝土轴心抗压强度设计值，C30混凝土； b截面单位宽度，b=1.0m； x混凝土受压区高度； 相对受压区