土木工程毕业设计（论文）-上海地铁南京西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：上海地铁南京西路站车站设计与施工专 题：基坑围护结构变形预测方法与应用姓 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：上海地铁南京西路站车站设计与施工专 题：基坑围护结构变形预测方法与应用指导教师：职 称：二一五年六月 徐州全套图纸加扣 3012250582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 1 日至 2015 年 6 月 8 日毕业设计题目：上海地铁南京西路站车站设计与施工毕业设计专题题目：基坑围护结构变形预测方法与应用毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海地铁南京西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：围护结构平面图，支撑系统平面布置图及剖面图，基坑施工总平面布置图，施工顺序图。专题要求：基坑变形预测可为控制基坑变形，预防工程事故提供帮助，根据目前基坑工程预测方法的应用情况，对各种预测方法进行分析和总结。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：全套图纸加扣 3012250582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 日全套图纸加扣 3012250582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 日全套图纸加扣 3012250582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 日全套图纸加扣 3012250582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 要本毕业设计主要包括四个部分，第一部分是上海地铁南京西路站基坑围护结构设计；第二部分是上海地铁南京西路站基坑施工组织设计；第三部分是专题部分，基坑围护结构变形预测方法与应用；第四部分是翻译部分，翻译文章为双层地下连续墙：施工过程中的参数研究。在第一部分地铁车站基坑设计中，根据基坑所处场地的工程地质、水文地质条件和周边环境情况，通过施工方案的比选，确定采用明挖法施工，围护结构采用地下连续墙，支撑结构采用钢支撑，并对其进行相应的强度、内力变形、承载力、抗渗、抗隆起、抗倾覆、支撑内力变形验算。第二部分是车站基坑施工组织设计，根据基坑施工方法和基坑周边的环境情况，对施工前准备工作，施工场地布置，围护结构施工与基坑开挖等进行设计，并编制了工程进度计划，编写了相应的质量、安全、环境保护等措施。第三部分是专题部分，内容是基坑围护结构变形预测方法与应用。结合工程实例和相关的参考资料，总结出有关基坑变形预测的方法。第四部分是翻译部分，翻译文章为双层地下连续墙：施工过程中的参数研究。关键词：基坑；地下连续墙；施工组织；变形预测，双层地下连续墙ABSTRACTThis graduation design mainly includes four parts, the first part is the retaining structure design of the foundation pit of the Nanjing West Road subway station in Shanghai; The second part is the construction organization design of the foundation pit of the Nanjing West Road subway station. The third part is the special subject part, the method and application of predicting deformation of foundation pit enclosure structure. The forth part is the translation part, the article is Bi-layer diaphragm walls: Parametric study of construction processes.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, I 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 Nanjing West 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 about the method and application of predicting deformation of foundation pit enclosure structure. According to some examples and related reference, summarize some conclusions of the method and application of predicting deformation of foundation pit enclosure structure.The forth part is the translation part, the article is Bi-layer diaphragm walls: Parametric study of construction processes.Keyword: foundation pit; diaphragm wall; construction organizing; predicting deformation目 录第一部分 上海地铁南京西路站基坑围护结构设计1 工程概况11.1 工程概况11.2 工程周边环境22 设计依据和设计标准32.1 工程设计依据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 钢筋混凝土板桩43.3 钻孔灌注桩53.4 SMW工法桩53.5 地下连续墙53.6 基坑围护方案的选择54 基坑支撑方案设计64.1 支撑材料64.2 支撑体系的布置形式64.3 支撑体系方案的选择65 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145.7 地连墙内力与变形计算165.8 支撑强度验算215.9 地连墙配筋验算236 基坑主要技术经济指标266.1 开挖土方量266.2 混凝土浇筑量266.3 钢筋用量266.4 人工费用26第二部分 上海地铁南京西路站基坑施工组织设计1 基坑施工准备271.1 基坑施工的技术准备271.2 基坑施工的现场准备271.3 施工其它准备282 施工方案292.1 工程特征292.2 施工工法292.3 施工流程312.4 施工质量控制362.5 特殊施工技术措施362.6 关键部位技术措施383 施工总平面布置383.1 施工平面图设计要求383.2 临时建筑物布置原则393.3 施工临时设施394 施工进度计划及管理措施404.1 工程安排原则404.2 质量过程控制404.3 进度计划404.4 进度管理措施435 质量、安全、文明管理措施435.1 工程质量管理措施435.2 土方运输与环境管理措施445.3 安全生产管理措施455.4 文明施工措施46第三部分 基坑围护结构变形预测方法与应用1 绪论461.1 深基坑工程的发展461.2 深基坑变形的影响因素461.3 深基坑监测技术现状471.4 深基坑变形预测技术现状472 深基坑变形的灰色理论预测方法研究482.1 灰色系统基本原理482.2 灰色系统模型的建立482.3 灰色理论模型的精度检验512.4 预测结果与现场监测值的对比522.5 GM（1，1）模型的优缺点553 深基坑变形的BP神经网络预测方法研究553.1 BP神经网络基本原理553.2 神经网络模型的建立563.3 预测结果与现场检测值的对比593.4 BP神经网络模型的优缺点614 组合模型的研究624.1 组合模型的建立与应用625 结论与展望645.1 主要结论645.2 展望64参考文献65第四部分 翻译部分翻译原文67翻译中文78致 谢83第一部分上海地铁南京西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 工程概况本工程为上海市轨道交通13号线一期工程南京西路站，车站位于于石门一路下方，威海路和吴江路之间，呈南北向布置，为地下三层三线侧式站台车站，车站沿石门一路布置，车站站中心里程K16+275.865；车站起点里程K16+119.715；车站终点里程K16+438.015，车站总长318.3米。车站主体结构位于石门一路路面之下。车站基坑长318.3 m，结构标准段宽度15.435.6m，北边端头段宽度20.0m，南边端头段宽度27.5m，车站基坑最深开挖深度24.0m，标准段开挖深度21.0m，风井开挖深度17.0m，出入口通道基坑开挖深度6.5m。1.1.1 工程地质状况施工场地位于上海市静安区，属滨海平原地貌类型。场地位于石门一路，南京西路、威海路间，北侧紧靠吴江路休闲街。南京西路、威海路、石门一路均为上海市主干道路，道路交通繁忙；场地东侧为老居民区，局部正在动拆迁；场地西侧主要为静安四季苑、旺旺大厦和四季酒店；场地北侧邻近轨道交通二号线南京西路站。场地地势平坦，场区地质状况自上而下依次为：（1）第1层填土，上部以杂填土为主，含大量碎砖、碎石等建筑垃圾杂物，底部以粘性土为主，场地局部为混凝土路面。（2）第1层褐黄灰黄色粉质粘土，含氧化铁条纹及铁锰质结核，土质自上而下逐渐变软，土质不均。（3）第层灰色淤泥质粉质粘土，含云母、有机质，中部夹粉性土较多，土质不均。（4）第层淤泥质粘土，呈流塑状态，含云母、有机质，局部顶部夹多量薄层粉砂。（5）第1-1层灰色粉质粘土，含云母、腐植物，下部夹较多薄层粉土。 第2层灰色砂质粉土夹粉质粘土，含云母，上部夹粉质粘土较多，中下部以砂 质粉土和粉砂为主，土质不均。 第3层灰色粉质粘土，含云母、有机质条纹，土质不均匀，局部夹粉性土。（6）第4层灰绿色粉质粘土（上海地区俗称“次生硬土层”），含氧化铁条纹及铁锰 质结核，土质较好；场地局部缺失。（7）第2层粉砂，颗粒组成成分以长石、石英、云母为主，局部上部夹薄层粘性土。（8）第1层粉质粘土，含云母、有机质，土质较均匀，局部夹少量薄层粉土。土层相关参数见表1.1。表1.1 工程地质相关情况土层编号土层名称厚度m重度0kN/m3粘聚力CkPa内摩擦角1杂填土1.7118.01517.81粉质粘土1.3918.52218.5淤泥质粉质粘土5.2517.51220.0淤泥质粘土8.1916.71312.01-1粉质粘土4.8818.01321.52砂质粉土夹粉质粘土8.3618.41126.53粉质粘土5.4318.22119.04粉质粘土3.0219.84318.52粉砂16.3519.0033.01粉质粘土未钻穿18.32319.51.1.2 水文地质上海位于长江三角洲东南前缘，属亚热带海洋性季风气候区，气候温和湿润，四季分明。年平均气温为15.4，最热为7月份，月平均气温为27.8，最冷月为1月份，月平均气温为3。年降水量为1144mm，年平均蒸发量1336.6mm。夏秋之季常有热带风暴侵袭，多雷暴雨；秋冬季节常有大雾天气。上海地区年主导风向夏季为东南风，冬季为西北风，年平均风速为3.8m/s。场地地下水类型主要为松散岩类孔隙水。孔隙水按形成时代、成因和水理特征可划分为潜水含水层、承压水含水层，对本工程有影响的地下水类型可分为潜水和承压水。潜水一般分布于浅部土层中，补给来源主要有大气降水入渗及地表水补给，其排泄方式以蒸发消耗为主。浅部土层中的潜水位埋深，一般离地表面0.31.5m，年平均地下水水位埋深离地表面0.50.7m。由于潜水与大气降水和地表水的关系十分密切，故水位呈季节性波动。拟建场地浅部地下水属潜水类型。勘察期间测得的地下水静止水位埋深一般为1.021.80m。对本工程有影响的（微）承压水主要分布于第2层粉土中。根据上海地区的区域资料，（微）承压水埋深一般在311m，均低于潜水水位，并呈周期性变化。1.1.3 不良地质条件不良地质现象主要出现在第、第层及第1-1层淤泥质与粉质粘土，土层具有高含水量、高压缩性、高灵敏度与低强度的特点，在地连墙施工中容易造成扰动，塌方，应注意控制。场地内局部杂填土较厚，成分以碎砖、碎石等建筑垃圾为主，厚层杂填土对地连墙及钻孔灌注桩施工均有一定不良影响，施工中应注意控制。1.1.4 地下障碍物与管线本站所处区段，道路下方的地下管线较多，最大管底埋深不超过3米；管线包括，电力、信息、雨水、上水等管线，管径都较小，最大管线为680450雨水管。车站顶板埋深3.3米左右，管线不构成影响控制因素。管线导改可沿场地东侧布置，场地东侧为香港兴业集团综合开发的大中里地块，可利用该地块进行管线导改工作，在车站主体结构施工完成后将管线改移恢复为原有形式。1.2 工程周边环境1.2.1 基坑周边邻近建筑物与构筑物石门一路西侧，由北向南依次为：静安四季苑，石门一路311号253号临街低层底商居住建筑（老宅，23层，现状35层多为加层建筑），石门一路239号（职业培训中心四层建筑），旺旺大厦高层商务楼，四季酒店。石门一路西侧静安四季苑、四季酒店、旺旺大楼及职业教育中心距离地铁车站（含出入口及风井）较近，静安四季苑为既有建筑，地下室预留有本站与既有2号线换乘信道，但换乘信道宽度不满足需求，需在覆土层增加一条换乘通道。本站换乘通道结构贴近静安四季苑地下室结构。职业培训中心四层建筑为既有建筑，车站结构已避让。旺旺大厦商务楼车站结构已避让。石门一路311号253号临街低层底商居住建筑为待拆迁建筑，地铁施工期间可作为施工办工场所。石门一路东侧，从威海路至南京西路，从石门一路至青海路之间，是由香港兴业集团综合开发的大中里地块。目前该地块设计处于方案阶段。车站与其地下室接口及该侧出入口、风亭等需待其方案稳定后进一步配合。可沿大中里地块东侧修建临时改道道路。1.2.2 基坑周边道路交通南京西路站位于南北向石门一路下方，东西向威海路和吴江路之间。石门一路道路宽度32米，双向四车道；威海路道路宽度22米，为双向四车道；石门一路西侧吴江路道路宽度20米，石门一路东侧吴江路道路宽度11米。其中吴江路为步行街。2 设计依据和设计标准2.1 工程设计依据（1）上海市基坑工程技术规范（DGTJ08-61-2010）（2）上海市地下连续墙施工规程（DGTJ08-2073-2010）（3）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）（4）钢结构设计规范（GB50017-2003）（5）建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）（6）建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）（7）建筑结构荷载规范（GB50009-2012）（8）建筑抗震设计规范（GB20011-2010）（9）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002 2011年版）（10）地铁设计规范（GB50157-2013）（11）建设单位、设计总体单位提供的拟建线路平面图、纵断面图等，设计技术要求（本工程招标文件及招标补充文件）（12）上海市轨道交通13号线一期工程-南京西路站勘察报告（详勘阶段）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）除一级和三级以外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三级较重要的自来水管、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。本车站8号出口位于已建成的2号线上方，邻近2号线南京西路站，基坑主体距静安四季苑地下室最小距离23米，距四季酒店最小距离不足8m。综合考虑各项因素，本工程基坑开挖深度最深达24m，基坑开挖面积大，周围环境复杂，故本工程安全等级为一级。3 基坑围护方案设计基坑围护结构的主要功能是承受由于基坑开挖导致土体卸载而产生的水土压力，并将作用于围护结构上的压力传递给内支撑体系，围护结构是作为稳定基坑的挡土挡水结构。基坑的围护方案形式一般包括钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩、SMW工法桩与地下连续墙等。3.1 钢板桩钢板桩是一种边缘带有联动装置而且可以自由组合以形成紧密连续的挡水与挡土墙的钢结构体。钢板桩强度、品质、精度有保证，板桩施工工艺简单工期短，钢板桩施工对空间要求小，钢板桩强度高，容易打入坚硬土层，且钢板桩有良好的耐久性、适应性与互换性，可以在施工完毕后可以将桩体拔出，重复利用节约资金。但钢板桩的抗变形能力相对于灌注桩、地连墙等围护结构弱，基坑开挖时墙身变形较大，不利于对周边环境的控制与保护。施工中接头防水需要特别注意，防止水土从接头处流失造成塌陷和失稳。当土层中存在漂石或土层非常坚硬密实时，打桩施工比较困难。打桩施工过程中噪声与振动较大。拔出桩体时若处理不当易对周围土体造成扰动。3.2 钢筋混凝土板桩钢筋混凝土板桩制作一般在工厂预制，再运至工地，强度与质量有保证，且施工工艺简单，施工工期短，造价低。板桩截面形状与配筋可根据设计需要制作，同时可以与主体结构相结合。但板桩施工中一般采用强夯法打入地层，打桩对周围土体挤压大，与钢板桩一样需要在接头处注意防水防渗漏问题，不适用与硬土层中施工，施工中振动与噪音大。3.3 钻孔灌注桩钻孔灌注桩是在现场通过钻孔机械、钢管挤土或人工挖掘出的桩孔中吊放如预制的钢筋笼，灌注混凝土制成的排桩。钻孔灌注桩施工时较上两种工法施工噪声小，振动小，就地施工，对周围环境影响较小。而且钻孔灌注桩刚度大，能在各种地基上使用，适用于软弱地层。但排桩接头处防水性能较差，需要辅助以其它防水措施加固，或施工搭接形式排桩或双层排桩。桩体浇筑在泥水中，导致桩体质量难以控制，需要较高施工水平，桩体质量对桩体承载力影响很大。排桩整体刚度较差，不能兼做主体结构。在砂砾层与含卵石地层中施工难度较大。施工中的渣土与护壁用的泥浆需要妥善处理，防止污染环境。3.4 SMW工法桩SMW是Soil Mixing Wall的缩写，以多轴钻掘搅拌机钻掘地层，同时钻头喷出水泥强化剂等添加剂与土搅拌混合，柱与柱之间通过相互搭接，并在柱中插入H型钢或钢板形成的连续墙体。SMW工法桩的施工过程不易对周围土体产生较大扰动，不易产生容易威胁周边环境、房屋道路和地下设施的问题，对周边环境影响小。多轴搅拌使水泥土充分混合，且墙体相互搭接无接缝，使得结构有很好的止水性，结构强度可靠，适用于各种地层，辅以内支撑或锚杆，可适用于较深基坑施工。施工工期较短，废土量远比其它工法小，且插入的型钢可以拔出再利用，经济性好。上海应用SMW工法桩围护开挖最大深度已超过20m。SMW工法桩水泥土养护时间较长，与地连墙相比整体性与抗渗性欠佳且施工质量较难控制。3.5 地下连续墙地下连续墙是利用成槽机在预先沿着设计轴线浇筑的导墙中，在泥浆护壁的条件下开挖出深槽，然后吊放预制的钢筋笼，钢筋笼固定后利用导管在水下浇筑混凝土形成一个槽段，逐段进行，最终形成整体的钢筋混凝土墙壁，起到挡土承重、截水防渗作用的结构。地连墙施工噪声低，振动小。施工占地小，施工范围可达地基红线，充分利用空间，发挥效益。墙体质量可靠，防渗性能好，墙体刚度大，可承受较大土压力，变形小，对周围环境影响小，可以紧贴周边建筑物施工。地连墙适用于多种地基条件。可将地连墙作为主体结构的一部分，易于采用逆作法施工。由于地连墙大量使用泥浆，泥浆与废土的处理较为麻烦，在某些特殊地质条件下，如土质很软或含有较大硬岩时对成槽与护壁的要求高。地连墙施工工艺较复杂，造价较高，为保证地连墙施工质量，需要较高的施工工艺与管理。3.6 基坑围护方案的选择本基坑最大开挖深度24m，风井开挖深度17m，地下水位位于地表下0.6m，围护结构对于防水要求高，由于基坑邻近高层建筑和地铁2号线，周边环境对变形与地表沉降的控制要求高。车站位于上海中心区，对振动与噪音有一定的要求，所以综合考虑宜选择地下连续墙作为围护结构。对于出入口基坑开挖深度为6.5m，则可选用SMW工法桩作为围护结构，挡水抗渗性能好，配合支撑在一定条件下可以代替地连墙。4 基坑支撑方案设计在基坑工程中，支撑结构是用来承受围护结构传递的水土压力的结构体系，支撑结构体系包括支撑结构、立柱结构、围檩与附属结构。4.1 支撑材料常用的支撑体系按材料可分为钢筋混凝土支撑体系与钢支撑体系。钢筋混凝土支撑一般可根据设计要求缺点支撑截面尺寸，为现浇钢筋混凝土。钢筋混凝土支撑达到强度后刚度大、变形小，强度可靠性强，施工方便。但现浇钢筋混凝土需要较长养护时间，施工工期较长，后期拆除也较困难。现浇混凝土支撑体系主要由支撑和角撑、围檩或圈梁、托架和其它附属结构组成。钢支撑现在一般使用厚壁支撑钢管，通常为装配式的，由固定端与活络接头端，立柱和其它附属结构等组成。钢支撑安装与拆除方便，可重复利用，节省费用，施工快速，可有效减少时空效应造成的基坑位移，可以在支撑中施加预应力，实时调整钢支撑轴力达到有效控制基坑变形的效果。但钢支撑的施工工艺要求较高，若支撑不及时不准确，支撑结构处理不当，则容易造成支撑与基坑失稳。4.2 支撑体系的布置形式地下连续墙支撑体系主要为内支撑体系，内支撑体系常用的布置形式为水平单层或多层平面支撑体系、竖向斜撑体系或混合支撑体系。4.2.1 平面支撑体系平面支撑体系可以直接平衡围护墙两端所受的侧压力，构造简单，受力明确，使用范围广，可设置对撑、角撑、边桁架等。支撑构件长度较大时应设置中间立柱保证支撑稳定性。适用于软弱土层环境保护要求较高的条件下，适用于长条形明挖基坑。4.2.2 竖向斜撑体系竖向斜撑体系是通过斜撑将围护墙所受的水平力通过支撑传递到基坑中事先浇筑好的支撑基础上。斜撑体系适用于基坑深度不大，变形要求不严格的情况下可以采用斜撑体系，便于土方开挖与主体结构施工，但不易控制变形。4.2.3 混合支撑体系混合支撑体系即利用前面两种支撑体系结合演变而成其它支撑形式，综合两种支撑的优点。4.3 支撑体系方案的选择本基坑开挖深度24m，采用明挖法开挖，所以本工程采用多层水平对撑布置。采用混凝土支撑体系要求有较长的支模浇筑与养护时间，而采用钢支撑体系可大大减少支撑施工的时间，采用多道钢支撑也可有效控制基坑变形，故本工程采用钢支撑为基坑内支撑体系。软土地区第一道支撑一般位于地面以下1.02.5m，每道支撑净距根据上海市基坑工程技术规范（DGTJ08-61-2010）要求不小于3m，最下道支撑距坑底净距不小于3m，故选用609t16钢支撑，从上到下间距为2.5m（距地面）、4.5m、4.5m、4.5m、4.5m，则最下道支撑即第5道支撑距坑底3.5m，支撑的水平间距为3m。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，上海地区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1000mm，地连墙深度取基坑深度的1.8倍，则地连墙深度为241.8=43.2m，取地连墙深度为43m。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粘聚力，kPa； 第i层土的内摩擦角，kPa； 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性土，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=1.0m； L地连墙单位长度，L=1m； 第i层土的厚度，m。墙底土层为2层粉砂层，各层土体的侧壁摩阻力特征值见表5.1。表5.1 土层侧壁摩阻力特征值土层编号11-12342qskPa7.57.51017.522.5203042.5备注1层为建筑垃圾为主的杂填土，不考虑其侧壁摩阻力。地连墙自重：施工荷载与地面超载取300kN则1118+300=14181785.98kN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仅设置一道内支撑时为防止围护墙体绕支撑发生整体失稳，则需要对基坑进行整体稳定性验算，当基坑内设置多道内支撑时，除非其他支撑全部失效，否则不易发生整体失稳，可不作整体圆弧滑动稳定性验算，本工程设置5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=24m； D地连墙插入深度，D=19m； 、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：墙后墙底水压力为：墙后坑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5.2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=0.904； 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24m，土体参数为，。坑内布置5道钢支撑，第一道支撑距离地面2.5m，第二道支撑距离第一道4.5m，第三道支撑距离第二道4.5m，第四道支撑距离第三道4.5m，第五道即最下道支撑距离第四道4.5m，即距离坑底3.5m。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1.108m，即计算地面高出实际地面1.108m。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。则第五道支撑计算，k=5：则有化简得：，解得。则坑底的弯矩为：最大剪力可能出现在每道支撑下方，经过验算比较，最大剪力在第四道支撑下方：围