土木工程毕业设计（论文）-上海地铁1号线延长线华石路站围护结构与施工组织设计.doc

第 55 页全套图纸加扣 30122505821 工程概况上海地铁1号线副线华石路站位于上海华石路中段，基坑长约220m，宽20m，车站结构型式为地下二层岛式，底板埋深为15.00m。设置两个人形通道，7080m，宽约10m。1 .1工程地质及水文地质资料1.1.1工程地质华石路站场地地形较平坦，地面标高在3.01m3.55m之间。标准段位置，土层由上至下分别为：土层编号土层名称土层描述土层厚度（m）层底标高（m）1填土杂黄褐色，很湿，松散，上部主要为混凝土地坪、碎石、煤渣等，下部由粘性土等组成。1.52.81粉质粘土褐黄灰黄色，湿很湿，可塑软塑，中等高等压缩性，含氧化铁斑点及铁锰质结核，随深度增加土性渐变软。无摇震反应，土面较光滑，韧性中等高2.20.6淤泥质粉质粘土灰色，饱和，流塑，高等压缩性，含云母、有机质，在4.06.0m夹较多量薄层粉性土，土质不均匀。摇震反应很慢，土面较粗糙，韧性中等，干强度中等。3.7-3.1淤泥质粘土灰色，饱和，流塑，高等压缩性，含云母、有机质及少量贝壳碎屑，夹少量薄层粉砂，土质均匀。摇震反应无，土面光滑有油脂光泽，韧性高等，干强度高10.8-13.9粉质粘土暗绿草黄色，湿很湿，可塑硬塑，中等压缩性，含氧化铁斑点及铁锰质结核，夹少量灰白色高岭土，下部夹粘质粉土。无摇震反应，土面较光滑，韧性中等高等，干强度中等高等。2.7-16.61-1粉砂草黄色，饱和，中密度密实，中等压缩性，含云母、少量氧化铁条纹，夹砂质粉土，上部夹薄层粘性土。6.1-22.71.1.2水文条件拟建场地地下水主要有浅部土层中的潜水和深部粉性土层中的（微）承压水。据区域资料，承压水位，一般低于潜水位，浅部土层中的潜水位埋深，一般离地表面0.31.5m，年平均地下水位离地表面0.70.9m，低水位埋深为1.50m；第1-1层承压水位埋深为311m。潜水位和承压水位随季节、气候等因素而有所变化。江河边一定距离范围内，特别是有浅层粉性土或砂土分布区，其潜水位受潮汐影响较明显。据有关资料，地下水的温度，埋深在4m范围内受气温变化影响，4m以下水温较稳定，一般为1618。根据地质资料，潜水水位埋深为1.232.80m，第1-1层承压水水位埋深为4.08m。 水质分析表明，地下水对混凝土无腐蚀性。由于拟建场地地下水水位较高，根据上海地区经验，当地下水（潜水）对混凝土无腐蚀性性时，其土对混凝土亦无腐蚀性，故判定拟建场地地下水和土对混凝土无腐蚀性。另据水质分析报告和类同工程经验判定，场地地下水对钢结构有弱腐蚀性。1.2工程周围环境1.2.1邻近建筑场地北侧为居民住宅，住宅离基坑较远，在基坑开挖影响范围以外。基坑南侧为商业办公区，基坑拟建场地地形开阔，周围建筑物较少，便于施工。1.2.2 地下管线根据现有的管线资料显示，华石路站围护结构范围内无地下管线，但在工地围场边上有一排架空电线，施工中，应避免大型机械设备接触或碰撞管线。在基坑东侧的华石路上，分布有上水200、电话36孔、上水500、上水1800、雨水400。具体管线分布情况参见表1.2。表1.2华石路管线分布详细列表道路管线种类埋深（m）至端头井基坑距离（m）华石路电话36孔1.07上水2000.79上水5001.010上水18001.715.2雨水4001.218.2备注：在至基坑外侧边缘1.5H(H为基坑开挖深度)距离内为基坑影响范围1.2.2 周围道路基坑整体在华石路中段北侧，周围地形开阔，场区施工对社会的交通影响较小。1.2.3 施工条件土的类型为中软或软弱土，建议按软弱土考虑。建筑的场地类别为类，相应特征周期值为0.45S。本场地属对建筑抗震不利地段。周围环境开阔，交通便利，有足够的空间堆放土方、材料和混凝土等。1.2.4 邻近地区对地面沉降很敏感的建筑资料和要求临近建筑主要为商业用房，且楼层高度都不高。对地面沉降不是很敏感，故该条不考虑。 2 设计依据和设计标准2.1 工程设计依据本工程设计执行的规范和标准：（1）岩土工程勘察规范（GB 50021-2001（2009版）；（2）建筑结构荷载规范（GB 50009-2012）（3）建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）；（4）建筑地基基础设计规范（GB 50007-2011）；（5）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）（6）钢结构设计规范（GB50017-2003）；（7）地下工程防水技术规范（GB50108-2008）；（8）简明深基坑工程设计施工手册2.2 基坑工程等级及设计控制标准根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）规定，基坑的侧壁安全等级分为三级，基坑支护结构设计应根据表2.1选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。表2.1 基坑侧壁安全等级及重要性系数安全等级破坏后果一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工影响很严重1.1二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工影响一般1.0三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工影响不严重0.9总体而言，本工程周围建筑物大部分距离拟建场地红线位置较远，建筑物结构形式较好。该车站的北侧为居民住宅，线路规划横穿西侧居民住宅以及少数商业建筑。管线主要在华石路敷设，地铁站位没有控制性管线。支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工有一定影响，据此，确定支护结构的安全按等级为一级，重要性系数取1.1。 3 基坑维护方案设计基坑的围护结构主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种临时挡墙结构。主要分类有水泥土搅拌桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、SMW工法和高压旋喷桩等。3.1水泥土搅拌桩这种支护结构防水性能好,可不设支撑, 基坑能在开敞的条件下开挖。该结构形式采用深层搅拌机将土和水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量30%（黄土含水量70%或地下水的pH值4时不宜采用。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;一般情况下比较经济;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。 缺点：坑顶水平位移较大；坑顶宽度较大。适用范围：建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）规定：基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土桩施工范围内地基土承载力150kPa；基坑深度6m。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。3.2钻孔灌注桩钻孔灌注桩是利用钻孔机械按设计位置钻孔，然后向孔里浇灌混凝土，并下放预制钢筋笼，最后形成并列的桩位，组成围护墙体来达到围护目的。钻孔灌注桩围护墙多为间隔排列式，它不具备挡水功能，适用于地下水位较深、土质较好地区。钻孔灌注桩噪声和振动小，无挤土，刚度较大，抗弯能力强、变形相对较小，就地浇制施工，对周围环境影响小；适合软弱地层使用，接头防水性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩、旋喷桩等方法中选用适当方法解决防水问题；钻孔灌注桩在砂砾层和卵石中施工慎用，而且它的整体刚度较差，不适合兼做主体结构，其质量取决于施工工艺及施工技术水平，在施工过程中需作排污处理。3.3地下连续墙地下连续墙的施工就是连续施工的方法，即在地面上用一种特殊的挖槽设备，沿着深开挖工程的周边，依靠泥浆护壁的支护，开挖一定槽段长度的沟槽；再将钢筋笼放入沟槽内。采用导管在充满稳定液的沟槽中进行混凝土的置换。相互邻接的槽段由特别接头进行连接。地下连续墙的优点为：（1）可减少施工时对环境的影响，施工时振动少，噪声低；能够紧邻相近的建筑及地下管线施工，对沉降及变位较易控制；（2）地下连续墙的墙体刚度较大、整体性好，因而结构和地基变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构；（3）地下连续墙为整体连续结构，加上现浇墙壁厚度不小于60cm，钢筋保护层又较大，故耐久性好，抗渗性能亦好；（4）可实行逆作法施工，有利于施工安全，并加快施工进度，降低造价；（5）适用于多种地质情况。地下连续墙的缺点为：（1）弃土及废浆的处理问题。除增加工程费用外，如处理不当，还会造成新的环境污染。（2）地质条件和施工的适应性问题。从理论上讲，地下连续墙可适用于各种地层，但最适应的还是软塑、可塑的粘性地层。当地层条件复杂时，还还会增加施工难度和影响工程造价。（3）槽壁坍塌问题。引起槽壁坍塌的原因，可能是地下水位急剧上升，护壁泥浆液面急剧下降，有软弱疏松或砂性夹层，以及泥浆的性质不当或已经变质，此外还有个施工管理等方面的因素。槽壁坍塌轻则引起墙体混凝土超方和结构尺寸超出允许的界限，重则引起相邻地面沉降、坍塌，危害邻近建筑和地下管线的安全。（4）现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较高，虽可使用喷浆或喷砂等方法进行表面处理或另作衬壁来改善，但会增加工作量。（5）地下连续墙如单纯用作施工期间的临时挡土结构，不如采用钢板桩等一类可拔出重复使用的园护结构来得经济，因此连续墙结构几年来一般用在兼做主体结构的场合较多。地下连续墙是一种比钻孔灌注桩和深层搅扑桩造价昂贵的结构形式，对其选用，必须经过技术经济比较，确实认为是经济合理，因地制宜时，才可采用。一般说来其在基础工程小的适用条件归纳起来，有以下几点：（1）基坑深度大于10m；（2）软土地基或砂土地基；（3）在密集的建筑群中施工基坑，对周围地面沉降，建筑物的沉降要求需严格限制时，宜用地下连续墙；（4）围护结构与主体结构相结合，用作主体结构的一部分，且对抗渗有较严格要求时，宜用地下连续墙；（5）采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。3.4 SMW工法 SMW工法，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。它是先用螺旋钻机按设计位置钻孔疏松泥土，且孔与孔之间有一定的搭接长度，之后向疏松泥土中注入水泥浆液，然后按设计间距打入H型钢形成劲性水泥土，最后形成一排挡土止水帷幕。其优点是：（1）造价较低，用过的型钢能够回收；（2）成桩止水效果好，若水泥掺量达到25%效果会更好些；（3）分段施工容易处理，不会形成施工缝；（4）施工进度快。其缺点是：（1）机械施工用电量较大；（2）在粉细砂层易产生抱钻现象；（3）其基坑围护结构属柔性支护，变形大，不适合太深基坑。3.5 方案比选从防水性能方面看，钻孔灌注桩较差，水泥土搅拌桩防水较好，而SMW工法和地下连续墙的防水性能较以上两种工法好。从强度方面看，SMW工法较为可靠，而钻孔灌注桩一般，地下连续墙的强度高。对环境影响方面，除了水泥土搅拌桩对环境影响较大外，其他工法都较小。经济成本方面，水泥土搅拌桩的成本最低，钻孔灌注桩和SMW工法较低，钢板桩支护一般，而地下连续墙造价较高。 上海地铁华石路站基坑深度为15.0m，属于深基坑，排除了水泥土搅拌桩。各勘察钻孔稳定水位埋深 0.501.10m，水位较高，需要较好的抗渗性能，派出了水泥土搅拌桩。SMW功法和地下连续墙都适用于本工程，但地下连续墙可以作为后续车站结构的一部分，故选用地下连续墙作为围护方案。根据施工经验，地下连续墙的总高度为基坑深度的1.72.0倍，墙体厚度为6001000mm。本工程地下连续墙围护结构嵌固深度取0.8倍的基坑开挖深度，所以地下连续墙的总长度为（0.8+1.0）15.0=27.0m，取27.0m；初选地下连续墙的厚度为800mm，混凝土强度等级为C30，抗渗等级为S6。4 基坑支撑方案设计4.1支撑结构类型在软弱地层的基坑工程中，支撑结构是承受围护墙所传递的土压力、水压力的结构体系。支撑结构体系包括围檩、支撑、立柱及其他附属构件。挡土的应力传递路径是围护墙围檩（圈梁）支撑，在地质条件较好的有锚固力的地层中，基坑支撑采用锚杆和拉锚（锚碇）。支撑材料按种类可分为现浇钢筋混凝土支撑体系和刚支撑体系两类，两种支撑材料的性能对比见表4.1。表4.1两类支撑体系的形式和特点材料截面形式布置形式特点现浇钢筋混凝土可根据设计要求确定断面形状和尺寸竖向布置有水平撑、斜撑；平面布置有对撑、边桁架、环梁结合边桁架等，形式灵活多样混凝土结硬后刚度大、变形小，强度的安全可靠性强，施工方便，但支撑浇制和养护时间长，围护结构处于无支撑的暴露状态时间长，软土中被动区土体位移大，如对变形有较高要求时、需对被动区软土加固。施工工期长，拆除困难，爆破拆除对周围环境有影响钢结构单钢管、双钢管、单工字钢、双工字钢、H型钢、槽钢及以上钢材的组合竖向布置有水平撑、斜撑；平面布置形式一般为对撑、井字撑、角撑，亦有与钢筋混凝土支撑结合使用，但要谨慎处理变形协调问题安装、拆除施工方便，可周转使用，支撑中加预应力，可调整轴力而有效控制围护墙变形；施工工艺要求较高，如节点和支撑结构处理不当，施工支撑不及时不准确，会造成失稳现浇混凝土支撑体系由围檩（头道为圈梁）、支撑及角撑、立柱和围檩托架或吊筋、立柱、托架锚固件等其他附属构件组成。钢结构支撑体系通常为装配式的，由围檩、角撑、支撑、千斤顶（包括千斤顶自动调压或人工调压装置）、轴力传感器、支撑体系检测监控装置、立柱桩及其他附属装配式构件组成。4.2 支撑体系的布置形式支撑体系布置设计应考虑以下要求：能够因地制宜合理选定支撑材料和支撑体系的布置形式，使其综合技术经济指标得以优化；支撑体系受力明确，充分协调发挥各杆件的力学性能，安全可靠，经济合理，能够在稳定性和控制变形方面满足对周围环境保护的设计标准要求；支撑体系布置能在安全可靠的前提下，最大限度地方便土方开挖和主体结构的快速施工要求。支撑体系的布置形式有多种形式，以下为常见的支撑体系布置形式：表4.2 支撑体系的布置形式序号布置形式图例特点1同一水平面的直交式&非同一水平面的直交式在软土地层中、环境保护要求高的情况下，这是最多的布置形式安全稳定，易于墙体位移用钢筋混凝土支撑时经慎重计算分析可与施工用栈桥平台结合设计支撑布置与开挖土方设备和工艺不协调时土方开挖和主体结构施工较困难。2井字型集中式布置常在采用钢筋混凝土支撑且环境保护要求不高的条件下，将水平直交的支撑布置成井字型与角撑结合的支撑体系以便土方开挖和主体工程施工。用钢筋混凝土支撑时可与施工用栈桥平台结合设计。3角撑体系布置方便土方开挖和主体工程施工整体稳定性及变形控制效果不及水平直交式或井字型集中布置。4边桁架方便土方开挖和主体工程施工整体稳定性及变形控制效果不及水平直交式或井字型集中布置。5圆形环粮布置在采用钢筋混凝土支撑时，因地制宜采用环梁方案，可方便主体施工和土方开挖，将受力主构件化为圆形结构，受力条件较好，可节省钢筋混凝土的量。坑外荷载不均匀，土性软硬差异大，部分地层水平基床系数较小时，此布置形式慎用。6垂直对称布置适用于长条形基坑。7竖向斜撑节省立柱和支撑材料有利于开挖面积较大而深度较小的基坑在软弱的土层中不容易控制基坑稳定和变形。8逆做法施工在场地受限制或地下结构上方为重要交通道路时，可利用主体结构的梁板柱作支撑并补加必要的临时支撑进行逆做法或半逆做法施工。可节省材料和减少基坑变形，但开挖土方和施工组织提出较高的技术要求。本基坑工程为矩形基坑，平面形状较为规则，横撑跨度。综合考虑以上因素，选择垂直对撑布置，并在基坑阳角和转角处加设角撑。4.3支撑体系的方案比较和合理选定4.3.1支撑材料和类型钢支撑目前常用的有钢管支撑结构和H钢支撑结构，它们重量轻，刚度大，装拆工作量小，可重复使用，并且材料消耗少。而钢筋混凝土支撑由于制作方便而被广泛采用，其支撑变形控制的可靠度高，但其拆除比较困难，材料基本不能回收。并根据表4.1的比较，确定采用钢管支撑，目前常用609圆钢管和H钢两种形式支撑，所以钢管规格取为60916。4.3.2支撑道数竖向支撑的道数、支撑点标高的确定，应考虑在一定地质条件下，满足基坑围护和支撑结构体系的稳定和控制变形的要求，还要与浇筑主体结构各层楼板时的换撑设计相协调。根据规范要求，软土地区第一道支撑设于地下1.02.5m，每道支撑的竖向间隔一般介于2.54.5m之间，为减小基坑开挖后的围护结构的变形，最下道支撑的布置尽量落低，但应高出底板60cm以上，以便于底板和外墙的施工。所以本工程采取四道钢管支撑，初定各道支撑中心从上到下分别为-1.5m，-5.5m,-9.3m和-13.1m。围檩、立柱和支撑的结点处统一假定为铰接，两立柱之间跨度根据实际工程设定，但最大跨度不大于15m。4.3.3支撑体系的平面布置支撑杆件的相邻水平距离首先应确保支撑系统整体变形和支撑构件承载力在要求范围之内，其次应满足土方工程的要求。当采用钢筋混凝土围檩时，沿着围檩方向的支撑点间距不宜大于9m；当采用钢围檩时，支撑点间距不宜大于4m。取水平支撑的水平间距为4m。4.3.4支撑立柱桩竖向支撑钢立柱可以采用角钢格构柱、H型钢柱或钢筋混凝土立柱，便于穿越底板、楼板施工和以后的防水处理。围檩、立柱和支撑的结点处统一假定为铰接，两立柱之间跨度根据实际工程设定，但最大跨度不大于15m。4.4基坑施工应变措施基坑方案总体设计确定后，应对以后施工中可能出现的问题预先做周密的考虑。对支撑和开挖施工过程中，可能出现的围护结构、支撑结构的过大变形和内力、周围地表过大沉降、以及围护墙和支撑体系的破坏和失稳等问题，在基坑工程设计时，应根据工程实践经验提出应变措施设计。在施工过程中，实时根据监测报警信息及时采取相应预防灾害事故的应变措施。表4.3为基坑开挖过程中可能出现的问题及相应的稳定应变措施。表4.3 基坑施工应变措施序号开挖中可能出现的问题安全、稳定应变措施1围护结构出现渗水，漏泥或开挖面以下出现冒水1.出现渗水，漏泥应及时采取止水堵漏措施；2.发现止水在设计施工中的薄弱环节，及时加固弥补措施2开挖土方不均衡，支撑延时导致围护和支撑的受力和变形速率变化过大，基坑回弹和周围土体变位过大采取调整开挖及支撑的施工部位及参数，是基坑外荷均衡，减少每步开挖的空间尺寸，加快支撑的时间，增加支撑复加预加轴力的次数3围护结构刚度，强度不足，围护结构变形过大1.增加临时斜撑、角撑；2.支撑加设预应力；3.调整支撑的竖向间距；4.基坑四周卸载或坑内压载4基坑隆起，变形过大1.分区分步开挖，并在最下层开挖中，分步挖分步浇注快硬混凝土垫层先形成部分垫层底版抵制墙体变位；2.采用中心岛施工法；3.在坑底被动区土层中谨慎地超前一步进行双液快凝分层注浆加固土体或压载5支撑挠曲变形1.加固支撑杆件；采用临时拉系构件缩短长细比必要时在水平向及竖向增设支撑；2.地面上对称卸载，坑内压载6支撑截面不足，有压损迹象对支撑断面加固；在竖向及水平向增设支撑7支撑立柱桩不均匀沉降（上浮）1.设置竖向剪刀撑；2.设置稳定支撑的拉系构件；3.支撑和节点上卸载或加载；4.调整立柱上支托支撑的支托构件标高8围护、支撑、周围地表变形、坑底土体隆起变化速率均急剧加大，基坑有失稳趋势对基坑进行局部甚至全面回填或放水回灌以得到临时稳定，赢得时间进行地基或支撑加固5 计算书5.1 荷载计算在华石路站基坑工程中，围护结构所受的荷载主要考虑地面超载、竖向荷载和侧向荷载。在建筑场地范围内施工，根据相关规范要求，可取地面超载为q=20kPa。5.1.1 各层土的物理力学性质指标通过地质表和地质剖面图可得标准段土层的物理指标及厚度，如表5.1所示。表5.1 标准段土层的物理性质指标土层编号土层名称重度（KN/m3）粘聚力c(kPa)内摩擦角（）土层厚度（m）侧壁摩阻力力特征值fs（kPa）1填土18.0158.51.557.81粉质粘土18.22120.52.222.8淤泥质粉质粘土17.61220.53.79.7淤泥质粘土16.61411.510.820粉质粘土19.346182.749.31-11-1粉砂18.35.5346.123.2各地层由于土的重度、粘聚力、摩擦角和厚度各不相同，同时根据下面采用的山肩邦男法的假设，要求墙背土压力呈线性三角形分布，在此为了达到计算方便和合理的目的，各指标采用按土层厚度的加权平均值来计算。地下水位定为地下0.6m，地层砂性土厚度较小，计算中采用水土合算计算。 （5.1） （5.2） （5.3）式中 、土的加权平均重度（kN/m3）、加权平均粘聚力（kPa）、加权平均内摩擦角（）；、第层土的重度（kN/m3）、粘聚力（kPa）、内摩擦角（）；第层土的厚度（m）。所以，墙底以上各层土的平均物理指标为： 坑内墙底至坑底各土层的物理指标为：将地面的均布荷载换算成位于地表以上的当量土重，即用假想的土重代替均布荷载。假定地面为水平面，当量的土层厚度为： （5.4）式中当量土层厚度（m）；地面超载（kN/m2）；围护结构周围土体的加权平均重度（kN/m3）。即开挖深度相当于。基坑底板距离地连墙底部的距离。5.1.2计算土压力系数根据规范要求，静止土压力系数可以按计算，并参考上海地铁华石路站详勘得出：静止土压力系数：主动土压力系数：被动土压力系数：5.2 围护结构地基承载力验算地连墙单位长度的竖向承载力特征值为： （5.5）式中 地连墙的竖向承载力特征值，kN；、地连墙所取厚度、长度（m），=0.8m、=1.0m；墙底土的承载力特征值，根据华石路站详勘，；第层土的墙体侧壁摩阻力特征值（见表5.1）；第层土的厚度（m）。地连墙自重：根据经验，上部施工及超载传递下来的荷载取，则所以围护结构地基承载力满足要求。5.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算根据规范要求，使用简化后的Terzaghi地基承载力模式分析基坑的抗隆起稳定性，并用式5.6验算基坑的抗隆起稳定性。不考虑墙底以上土体的抗剪强度对抗隆起的影响和基坑尺寸的影响，并假定地连墙底的平面为基准面，滑动中心位于最下层支撑点处，其计算简图见图5.1。图5.1 基坑抗隆起计算简图 （5.6）式中 抗隆起稳定安全系数，一级基坑取2.5，二级基坑取2.0，三级基坑取1.7，本工程取2.5；墙背处墙底以上各土层的加权平均重度，；坑内坑底至地连墙底各土层的加权平均重度，；地面荷载，取；基坑开挖深度(m)，为15m；墙体入土深度(m)，取10m；、分别为墙底以下滑移线场影响范围内地基土的粘聚力、内摩擦角， ，；、地基土的承载力系数，,所以基坑底部土体不会发生隆起破坏现象。5.4抗渗验算在对基坑进行抗渗验算时，当采用围护墙自防水时，验算至连续墙底部，可通过式5.7验算基坑底部稳定性。图5.2 抗渗验算简图 （5.7）式中 抗渗稳定安全系数，取1.52.0。基坑底土砂性土、砂质粉土或粘性土与粉性土中有明显薄层粉砂夹层时取大值。本工程取；坑底土体的临界水头坡度，；、坑底土的土粒比重、天然孔隙比，、；坑底土的渗流水力梯度，；基坑内外土体的渗流水头，取坑内外地下水位差，；最短渗径流线总长度，。hd地下连续墙的嵌固深度；所以本工程基坑不会发生渗流破坏现象。5.5抗倾覆验算基坑的抗倾覆稳定性，通过验算最下一道支撑以下的主、被动区的压力绕最下道支撑支点的转动力矩是否平衡，来判断是否发生倾覆。计算简图如图5.3。图5.3 抗倾覆计算简图其抗倾覆稳定性安全系数应满足： （5.6）式中 抗倾覆稳定性安全系数，一级基坑工程取1.20，二级基坑工程取1.10，三级基坑工程取1.05，本工程中取1.20；基坑内侧被动土压力对A点（最下层支撑处）的力矩；基坑外侧主动土压力对A点的力矩；根据图5.3及主动土压力与被动土压力计算公式可得支护结构底部土压力： （5.7） （5.8）将式（5.8）对A点取矩，求得为： 其中，是地连墙的嵌固深度，为12m，为A点至基坑地面的距离，取为1.5m。据此求得。将式（5.7）对A点取矩，求得为： 求得。所以所以本工程基坑抗倾覆稳定性满足要求。5.6整体圆弧滑动稳定性验算无论是放坡开挖还是支护开挖，都要验算基坑的整体稳定性，通常破坏的滑动面呈圆弧形。这种稳定验算是将支护结构与土体一起作为总体进行分析的。当基坑内只设置一道支撑时，应验算整体滑动；设置多道支撑时，可不作整体圆弧滑动稳定性验算。由于不基坑纵向设四道支撑，所以不必进行整体圆弧滑动稳定性验算。5.7围护结构及支撑内力计算采用地下连续墙工法进行基坑围护，所以对坑边土体的水平位移有严格的要求。将地连墙墙背土压力按静止土压力考虑，这样得到的计算结果偏于安全。地连墙前端的土压力用被动土压力。计算使用山肩邦男近似解进行计算，计算简图如图5.4所示。其假定为：（1）粘性地层，墙体作为底端自由的有限长的弹性体；（2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形（已抵消开挖面一侧的静止土压力）；（3）开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力，其中（）为被动土压力减去静止土压力（）后的数值；（4）横撑设置后，即作为不动支点；（5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道横撑点以上的板桩仍然保持原来的位置；（6）开挖面以下板桩弯矩的那点，假想为一个铰，而且忽略此铰以下的墙体对上面墙体的剪力传递。图5.4 山肩邦男近似解计算简图挡土墙背后的静止土压力为： （5.9）式中 静止土压力（）；距离地面的深度（m）；竖向土压力转换为侧向土压力的转换系数，即侧压力系数。据此，通过比较系数根据山肩邦男近似解假设的第三条，开挖面以下的（）为被动土压力减去静止土压力（）后的数值，所以： （5.10）式中 基坑底面以下处被动土压力与静止土压力的差值（）； 据坑底的深度（m）。解得 通过比较系数求得，。山肩邦男近似解只需应用两个静力平衡平衡方程，即：和，即挡土结构前后侧合力为零和挡土结构底端自由。由，得： （5.11） 由得： （5.12）式中 第道支撑的轴力（）；换算墙顶至坑底高度（m）；坑底至地连墙弯矩为零处的高度（m）；第道支撑距当前开挖面高度（m）；最下道支撑距当前开挖面的高度（m）。在荷载计算部分已将地面超载等效成当量的土重，厚度为1.14m。（1）第一道支撑内力计算：第一到支撑设于距墙顶1.5m，开挖至第二道支撑顶端，即距墙顶5.5m处。所以k=1，h0k=1.5+4+1.14=6.64m，h1k=4m。代入式（5.12）得：简化得：解得： 将代入式（5.11）中得出轴力为：墙体弯矩为：第一道支撑处墙的弯矩为：。（2）第二道支撑内力计算：继续开挖至第三道支撑顶面，此时，k=2，h0k=6.64+3.8=10.44m，h1k=7.8m，h2k=3.8m，代入式（5.12）得：简化得：解得： 将代入式（5.11）中得出轴力为：墙体弯矩为：第二道支撑处墙的弯矩为：（3）第三道支撑内力计算：继续开挖至第四道支撑顶面，此时，k=3，h0k=10.44+3.8=14.43m，h1k=11.6m，h2k=7.6m，h3k=3.8m，代入式（5.12）得： 简化得：解得： 将代入式（5.11）中得出轴力为：第三道支撑处墙的弯矩为：（4）第四道支撑内力计算：继续开挖至基坑底板，此时，k=4，h0k=14.24+1.9=16.14m，h1k=13.5m，h2k=9.5m，h3k=5.7m，h4k=1.9m，代入式（5.12）得：简化得：解得： 将代入式（5.11）中得出轴力为：第四道支撑处墙的弯矩为：基坑底部弯矩为：（5）求连续墙墙体的最大弯矩：设最大弯矩点为距基坑底x高度，则有，令，解得 =-0.06m所以墙体的最大弯矩在墙体底面。： 连续墙的最大剪力经过计算比较，确定在第三道支撑下端，紧邻第三道支撑。为： 图5.5围护结构弯矩/ 支撑轴力图5.8 支撑强度验算5.8.1 强度验算根据建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）,采用钢管内支撑时，支撑的截面承载力按偏心受压构件验算。截面的偏心弯矩除由竖向荷载（支撑自重和施工活荷载，施工活载一般可取4kPa）产生的弯矩外，还应考虑由于安装误差对构件产生的偏心距，根据建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012），偏心距可取支撑计算长度的1/1000。支撑未考虑温度变化引起的影响，本工程中支撑轴向力乘以1.1的增大系数。轴力最大处为第三道支撑，进行验算。支撑水平间距为4m，则支撑的验算轴力为：基坑宽度为20m，根据规范要求设置中间临时立柱，实际跨度为10m，则计算长度为：。假定为简支梁计算模型，如图5.6。图5.6 支撑计算简图根据钢结构设计规范（GB50017-2003），有： （5.13）式中 净截面面积；对x轴的净截面模量；截面承受的最大弯矩；所计算构件段范围内轴向压力值，；钢材的设计抗压强度设计值，Q235钢按；截面的塑性发展系数，圆形截面，取。60916钢管的截面性能计算：面积：惯性矩：截面模量：回转半径：每米重量：由竖向荷载（支撑自重及施工活荷载）引起的最大弯矩为：由于安装偏心产生的弯矩，偏心值为：，故取截面最大弯矩：所以有：故支撑强度满足设计要求。5.8.2 弯矩作用平面内的稳定性验算根据钢结构设计规范（GB50017-2003）压弯构件平面内的稳定性验算用下式进行。 （5.14）式中 所计算构件段范围内轴向压力的设计值；所计算构件段范围内最大弯矩的设计值；弯矩作用平面内的截面模量，；长细比，；参数，弯矩作用平面内的轴心受压构件的稳定系数，根据的值，查表得（a类截面）；等效弯矩系数，；所以有：支撑弯矩平面内的稳定性符合设计要求。5.9 地下连续墙配筋验算混凝土采用C30，根据建筑地基基础设计规范， 主筋采用HRB335，钢筋强度设计值，主筋保护层厚度取70mm，构造筋采用HPB235，选取单位宽度地下连续墙进行配筋验算。最大正弯矩，最大负弯矩。5.9.1 纵向通长钢筋设计（1）开挖面墙体配筋：按最大配筋率，单筋矩形截面所能承受的最大弯矩为： （5.15） （5.16） （5.17） （5.18）式中 与混凝土强度相关的常数，混凝土等级小于C50时取；混凝土抗压强度值，；地连墙的宽度，；混凝土截面有效高度，；界限相对受压区高度，与钢材和混凝土二者的等级有关，查规范取；截面抵抗弯矩系数；相对受压区高度，；钢筋抗拉强度设计值，；截面配筋率；截面最小配筋率。所以只需采用单筋即可满足要求。 受拉区选配28100钢筋，配筋面积为。（2）墙背侧配筋：经计算，最大负弯矩可忽略不计，按照构造配筋：选配22100。5.9.2 水平钢筋设计（1）验算截面尺寸由此有：其中为截面腹板高度；为混凝土强度影响系数，由于选择C30混凝土，所以取为1.0；为矩形截面宽度，此处为1000mm。由以上计算可得不会产生斜压破坏。（2）验算是否需要计算配置水平钢筋 （5.19）式中 混凝土能抵抗的最大剪力；混凝土抗拉强度。代入各数值有：因此直接按构造配置水平分布钢筋，选用钢筋，间距250mm。图5.7 地下连续墙截面配筋图6 基坑主要技术经济指标基坑结构类似与长方形，其长度为220m，总高度15m，总宽度20m。6.1开挖土方量实体土方开挖量为：根据工程经验，取松散系数为1.2。则松散体土方量为：6.2混凝土浇筑量墙体厚度为800mm，因此标准段混凝土浇筑量为：6.3 钢筋用量地下连续墙长度为174.9m，宽度为20m，厚度800mm。根据地下连续墙配筋计算内侧（临坑面）配筋积为。纵向钢筋体积及其质量分别计算如下：6.4 人工费用施工过程中，主要工序人员如下：混凝土工20人、钢筋工10人、挖土工60人、地基加固32人、制作支撑15人、管理人员10人。总计需要147人。根据目前的市场行情和以往的工程经验，人工费用计算见表6.1。表6.1 人工费用计算表工种每天需相应工种人数（个）工作日（天）人工日费用（元）人工总费用（元）混凝土工20805080000钢筋工10506030000挖土工60155045000地基加固32206038400制作支理人员10907063000总计1472834001 基坑施工准备1.1 基坑施工的技术准备技术准备的主要工作包括：（1）熟悉有关设计图纸，审查相关设计文件；（2）实地勘察现场情况，按要求平整施工场地；（3）进行各种工艺准备试验、器材准备、人员准备；（4）编制有关施工方案，重点是施工方法、进度计划及施工平面布置；（5）其他一般工程所需的技术准备工作。1.2 基坑施工的现场准备1.2.1 拆除障碍物根据现场实际情况，在施工区域主要有民房、公共设施、架空电线、埋地电缆、自来水管、污水管、煤气管道等障碍物。原有建筑物或构筑物应在水源、电源、气源等切断后方能进行拆除。基坑工程应特别重视地下的障碍的清理，通常对埋深不大的地下障碍在开挖前全部清理干净，并回填素土；对埋深较大的小面积地下障碍，也可在支护墙施工过程中再作处理，而埋深较大且面积也较大的地下障碍宜在开挖前清理，以免影响后期施工。场地西侧为居民住宅，住宅离基坑较远，在基坑开挖影响范围以外。总体而言，本工程周围建筑物大部分距离拟建场地红线位置较远，建筑物结构形式较好。车站没有控制性管线，暂无影响施工的建筑物和构筑物。1.2.2 测量放线根据施工实际工程要求，在拟建场地进行测量放线，主要包括：（1）平面控制网的测定及控制桩的保护；（2）标高的引测和基准水准点的保护；（3）支护的定位、放线；测量放线完成后，应做好地连墙与基坑底板、地连墙与规划红线的相对位置校核，防止发生偏差，给后继工作留下隐患。1.2.3 三通一平（1）路通车站主体围护结构和土建结构施工阶段，在基坑南侧分别由此延伸至生活区和施工场地。基坑开挖与结构施工期间，车站周边修筑施工便道，作为施工期间机械设备、出土车辆进出的通道。（2）水通施工用水用2个100mm的供水管接口，直接从提供的供水接驳点接入施工场地，引至各生产、办公区域及临时场地。为了方便施工，在主要道路沿线每隔30m设一组水龙头。施工用水压力不足时，在适当地点增设增压泵，以满足施工要求。（3）电通现场采用两个容量各为800KVA配电箱，满足用电高峰期的使用要求。（4）场地平整施工场地的平整工作，是按照建筑设计中确定的标高进行的，对施工用的大型机械、构件的堆放和使用地点，要认真进行碾压，必要时还应做地基处理。1.2.4 临时设施的准备（1）施工围墙施工围挡采用装配式彩色喷涂钢围挡，围挡板为宽1m、高2m硬质彩钢板，采用大型砌块作踢脚，踢脚两面粉刷1：2防水砂浆。（2）临时房屋办公用房均采用二层彩钢夹芯复合板结构，宿舍采用二层彩钢板夹芯复合板或水泥复合板结构，生活用房中的食堂、厕所、浴室采用一层彩钢板夹芯合板结构或砖木结构。电工房等采用一层水泥复合板结构或砖木结构。（3）用于地下墙施工的临时设施1）钢筋笼制作场钢筋笼制作场由钢筋加工棚、钢筋堆场和钢筋笼制作胎模组成。2）泥浆系统泥浆系统由半埋式泥浆池、集装式泥浆箱、泥浆材料仓库、泥浆拌制机械、泥浆分离设备、泥浆输送泵及泥浆循环管路结合而成。3）临时集土坑因地下连续墙成槽作业时挖出的土体带有浆液和烂泥，直接装车外运会沿途滴漏，造成环境污染。为此，拟在工地上设置一个能容纳2幅地下墙土方的临时集土坑，用来临时收集成槽挖出的湿土，待沥干泥浆后，再运出。1.3 基坑施工的其他准备1.3.1施工物资的准备在开工前应对所需施工物资做好需用量计划，做好订货手续，安排运输和储备，以便及时提供所需的机械设备、材料、构件等。开工前应作两项物资准备工作：（1）基坑工程施工机械设备及机具进场。（2）主要材料及特殊材料、构件的落实。1.3.2劳动力准备（1）建立拟建工程项目的领导机构；（2）建立精干的施工队组；（3）集结施工力量、组织劳动力进场；（4）向施工队组、工人进行施工组织设计、计划和技术交底；（5）建立健全各项管理制度。详见表1.1。1.3.3季节施工（1）雨季施工措施根据上海的气候特点其降雨主要集中在5-8月份，根据这一特点选定开工日期，避开雨期进行土方开挖施工。浇捣混凝土时中间遇雨，应盖上蓬布继续施工，必须完成一个节段的混凝土施工后再停止浇筑，避免发生纵向冷缝。机电设备的电闸要采取防雨、防潮等措施，并安装接地保护装置，以防漏电、触电。（2）冬季施工措施混凝土在终凝前温度不得低于+4，因此冬季施工时要准备好足够的覆盖物，浇捣完成后及时覆盖，尤其在迎风面更应覆盖严密，模板外侧也需盖好。表1.1 劳动力计划表工序工种人数地下墙施工机操工4电焊工8混凝土工8起重工12测量工2普通工20基坑与结构施工现场指挥10普通工30钢筋工5混凝