土木工程毕业设计（论文）-上海地铁1号线副线山泉路站基坑结构设计与施工设计.docx

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1号线副线山泉路站基坑结构设计与施工设计专 题：地铁基坑设计中的土力学问题姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-3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1号线副线山泉路站基坑结构设计与施工设计专 题：地铁基坑设计中的土力学问题指导教师：职 称：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 土木工程地下工程2011 学生姓名 任务下达日期： 2015年 1月 7 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：上海地铁1号线副线山泉路站基坑结构设计与施工设计毕业设计专题题目：地铁基坑设计中的土力学问题毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海地铁1号线副线山泉路站工程的实际资料，进行基坑的结构设计和施工组织设计。结构设计内容应包括基坑工程概括，基坑维护方案设计，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：山泉路站基坑位置平面图，支撑平面图以及基坑支撑横纵剖面图，基坑施工总平面布置图。专题要求：针对我国地铁基坑设计当中的土力学问题现状，结合目前土力学当中的各种问题，分析该问题。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三个部分，第一部分是上海地铁一号线副线山泉路站基坑结构设计；第二部分是上海地铁一号线副线山泉路站基坑施工组织设计；第三部分是专题部分，地铁基坑设计当中的土力学问题。在第一部分基坑结构设计中，根据基坑所处的工程地质、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，基坑维护结构采用地下连续墙，支撑结构采用钢支撑，并对其进行相应的地基承载力验算，土体抗隆起稳定性验算，抗渗验算，抗倾覆验算，整体圆弧滑动性验算，围护结构内力变形计算及强度验算。第二部分是基坑施工组织设计，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，基坑围护结构施工及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，内容是地铁基坑设计当中的土力学问题。结合相关的基坑土力学问题研究分析和工程实例，总结研究方法及其存在的问题。关键词：基坑； 结构设计； 施工组织； 土力学问题ABSTRACTThis graduation design mainly includes three parts. The first part is a line of Shanghai metro line pair Springs Road station foundation pit structure design; the second part is a line of Shanghai metro line pair Springs Road station foundation pit construction organization design; the third part is the part of the topic, the subway foundation pit design of soil mechanics.In the first part of the foundation structure design, according to the foundation pit engineering geological and hydrogeological conditions and the surrounding environment, through construction scheme comparison and selection, determine the use of open cut construction method, maintenance of foundation pit structure by underground continuous wall, supporting structure supported by the steel, and the of the corresponding foundation bearing capacity calculation, the excavation against heave stability checking, anti leakage checking, anti overturning checking, the whole arc sliding checking and internal force of retaining structure deformation calculation and strength check.The second part is the foundation pit construction organization design, according to the construction method of the foundation pit and the foundation pit surrounding environment, before the construction preparation, construction site layout and retaining structure of foundation pit construction and excavation design, and the preparation of the project schedule, the preparation of the corresponding quality, safety, environmental protection and other measures. The third part is the thematic part, the content is the subway foundation pit design the earth mechanics question. Combined with the problem of soil mechanics for foundation pit and engineering case, the research method and its problems are summarized.Keyword: Pit;Structure design;Construction organization;Soil mechanics problem目 录第一部分 上海地铁1号线副线山泉路站基坑结构设计1 工程概况11.1 工程地质及水文地质资料11.1.1 工程地质资料11.1.2 水文地质资料21.2 工程周围环境31.2.1 邻近建筑31.2.2 周围管线及地下构筑物31.2.3 周围道路31.2.4 邻近地区对地面沉降很敏感的建筑资料和要求31.3 施工条件42 设计依据和设计标准52.1 工程设计依据52.2 基坑工程等级及设计控制标准53 基坑维护方案设计63.1 基坑维护方案63.1.1 地下连续墙63.1.2 钢板桩73.1.3 SMW工法73.1.4 高压旋喷桩挡墙73.2 基坑维护结构方案比选74 基坑支撑方案设计94.1 支撑结构类型94.2 支撑体系布置形式94.2.1 对撑104.2.2 角撑104.2.3 钢筋混凝土环梁支撑104.2.4 组合桁架114.3 支撑体系的方案比较和合理选定114.3.1 支撑材料和类型114.3.2 支撑道数114.3.3 支撑体系的平面布置114.3.4 支撑立柱桩114.4 基坑施工应变措施115 计算书135.1荷载计算135.1.1 各层土的物理力学性质指标13 5.1.2各层土的物理力学性质指标155.2围护结构地基承载力验算155.3基坑底部土体的抗隆起稳定性验算155.4抗渗验算165.5抗倾覆验算175.6整体圆弧滑动稳定性验算185.7围护结构内力变形计算及强度验算185.8 支撑内力变形计算235.8.1 强度验算235.8.2 弯矩作用平面内的稳定性验算255.9 地下连续墙配筋验算255.9.1 纵向通长钢筋设计265.9.2 水平钢筋设计266 基坑主要技术经济指标286.1 开挖土方量286.2 混凝土浇筑量286.3 钢筋用量286.4 人工费用28第二部分 上海地铁1号线副线山泉路站基坑施工组织设计1 基坑施工准备291.1 基坑施工的技术准备291.1.1检查和熟悉图纸291.1.2分析基坑对周围建筑是否有影响291.1.3材料设施的检查291.2 基坑施工的现场准备291.2.1拆除障碍物291.2.2测量放线301.2.3三通一平301.2.4临时设施的准备301.3 施工物资的准备311.4 劳动力准备311.5 季节施工及应急准备工作321.5.1季节施工321.5.2应急准备工作322 施工方案332.1 工程概况332.1.1 基坑主要技术特征332.2 施工方案332.2.1施工方案的确定332.2.2车站施工顺序332.2.3施工机械342.2.4施工工期352.3 施工工艺352.3.1施工机械352.3.1施工质量控制382.3.3 基坑开挖392.3.4 支撑安装与拆除402.3.5支撑装施工402.4 施工主要技术措施和关键部位技术措施402.4.1施工主要技术措施402.4.2关键部位技术措施403 施工现场总平面布置423.1施工现场广场临时建筑物的布置原则及位置423.2施工用的临时运输线路的布置，建筑材料的堆放位置等424 施工进度计划及管理措施434.1 工程安排原则434.2 施工进度计划434.2.1 主要工程工期434.2.2 施工进度计划434.3 施工质量过程控制445 质量、安全、文明管理措施455.1 质量管理措施455.1.1 工程质量标准455.1.2 质量管理网络455.1.3 质量保证体系455.2 土方运输环境管理规定465.2.1 土方卸载与运输465.2.2 运输车辆管理465.3 安全生产管理措施465.4 文明施工措施46第三部分 专题1 绪论481.1 提出问题481.2 分析方法482 土压力发展现状及其分析492.1 土压力发展现状49 2.1.1土压力的主要类型492.2朗肯土压力理论502.3库伦土压力512.4 两种理论对比分析533 边坡稳定性分析553.1发展现状553.2瑞典条分法553.3 Bishop法553.3 Jan bu法563.4 三种方法分析比较574 支护结构内力分析584.1 研究进展584.2 有限元法584.3 极限平衡法594.4 弹性地基梁法595工程实例606 小结64参考文献65第四部分 翻译翻译中文66翻译原文74致 谢82第一部分上海地铁1号线副线山泉路站基坑结构设计全套图纸加扣30122505821 工程概况 上海地铁一号线副线山泉路站位于山泉路与长江西路交叉路口。设计建设的山泉路站的主要建筑物分别是地铁车道和人行通，车站主体段的地铁通车道主体长有200m，宽有20m，提供的人行通道长有70m，宽有10m。车站主体结构类型为地下二层岛式车站，车站的底板底板埋深在16.00m左右。 1.1 工程地质及水文地质资料1.1.1 工程地质资料山泉路站地势较平坦，地面标高在0.33m0.75m之间。标准段位置，土层由上至下分别为： 1填土，水泥碎石等杂物，下部由粘性土等组成；1粉质粘土，褐黄灰黄色，含氧化铁斑点及铁锰质结核；1淤泥质粉质粘土，呈灰色 ，含云母、有机质，夹粘质粉土、薄层粉砂，土质不均匀；1淤泥质粉质粘土，土质均匀，土面较光滑，含云母、有机质及少量贝壳碎屑，夹少量薄层粉砂；2砂质粉土，呈灰色，土质均匀，土面较光滑，含云母、有机质及少量贝壳碎屑，夹少量薄层粉砂；1-1粘土，呈灰色，含云母、有机质，夹少量薄层粉砂，仅在S12CC1及S13C10孔出露；2-2粉质粘土夹粘质粉土，呈灰色，为含云母、有机质，夹少量泥钙质结核 勘察成果表明，地基土分布有以下特点：1为水泥碎石等杂物，下部由粘性土等组成。1为含氧化铁斑点及铁锰质结核。1为含云母、有机质，夹粘质粉土、薄层粉砂，土质不均匀。1为土质均匀，土面较光滑，含云母、有机质及少量贝壳碎屑，夹少量薄层粉砂。2为含云母、有机质，夹少量薄层粉砂，仅在S12CC1及S13C10孔出露。1-1为含云母、有机质，夹少量泥钙质结核。2-2为土质欠均匀，含云母、有机质。 车站所在场地范围内自上向下土层分布情况见表1.1 表1.1 土层分布情况土层编号土层名称土层描述厚度底层标高1填土水泥碎石等杂物，下部由粘性土等组成2.8m-2.3m1褐黄灰黄色粉质粘土含氧化铁斑点及铁质锰质结核2.0m-4.3m1灰色淤泥质粉质粘土含云母、有机质，夹粘质粉土、薄层粉砂，土质不均匀5.5m-9.8m1淤泥质粉质粘土土质均匀，土面较光滑，含云母、有机质及少量贝壳碎屑，夹少量薄层粉砂6.0m-15.5m2灰色砂质粉土含云母，有机质，夹少量薄层粉砂，仅在S12CC1及S13*C10孔露出4.0m-19.8m1-1灰色粘土位含云母，有机质，夹少量泥钙质结核7m-26.8m2-2灰粉土色粉质粘土夹粘质位土质欠均匀，含云母、有机质8.5m-35.3m1.1.2 水文地质资料山泉路站地下水主要有两部分组成，第一层是浅部土层中的潜水，第二层是深部粉性土层中的（微）承压水。通过查阅资料发现，山泉路站地区的承压水位，通常情况下要低于潜水位，在浅土中的潜水层水位的埋深，距离地表面大概是0.31.5m，每一年的平均潜水层水位埋深距离地表面大概在0.50.7m之间，低水位埋深大概在1.50m左右；第2-2层的承压水水位埋深大概在311m之间。潜水水位和承压水水位会随着季节、气候等的变化而发生变化。通过查阅有关资料发现，地下水的温度主要受影响的是在埋深4米范围内的，受气侯影响较大，但是在4m以下的水位的水温度就比较稳定了，一般为1618。根据勘察的地质资料显示，潜水位埋深大概在1.232.80m左右，第2-2层承压水的水位埋深大概在4.08m左右。通过多地下水水质分析发现，该地区的地下水对混凝土没有腐蚀性。由于山泉路站基坑场地的地下水水位较高，结合上海地区基坑开挖经验，当地下水（潜水）对混凝土没有腐蚀性的时候，地下的土体对混凝土也没有腐蚀性，因此可以确定山泉路站基坑建设场地的地下水和土对混凝土没有腐蚀性。另外根据地下水的水质分析报告上海地区基坑建设工程的同类工程的经验可以确定，山泉路站基坑修建场地的地下水对钢结构具有弱腐蚀性。1.2 工程周围环境1.2.1 邻近建筑 本工程地处长江西路和山泉路交叉十字路口。在基坑北端周围有工商银行大楼、台富置业宝辰分行、渝之味精品川湘菜等建筑；基坑南端两侧分别有邮政储蓄大楼和共康六村居民区。1.2.2 周围管线及地下构筑物根据已有的管线资料显示，基坑北侧的山泉路站分布有上水200、电话36孔、上水500、上水1800、雨水400；在基坑正中的十字交叉路口埋有雨水400，开挖时需要临时截断；基坑南侧的共康六村周围有上水300、上话12孔、雨水400、上话（2根光缆）、煤气200，但管线分布较远，基坑开挖影响小，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。具体管线分布情况参见表1.2。表1.2 山泉路站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）基坑北侧电话36孔1.07.4上水2000.87.9上水5001.010.5上水18002.015.2雨水4001.218.2基坑正中雨水4001.2需要临时截断基坑南侧上水3001.2超过基坑影响范围上话12孔1.0超过基坑影响范围雨水4001.2超过基坑影响范围上水3000.5超过基坑影响范围上话（2根光缆）1.2超过基坑影响范围煤气2000.6超过基坑影响范围备注：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车站北侧两边都为地面停车场，而车站南侧左边紧邻邮政储蓄大楼，在建造时采用的是500沉管灌注桩，右边毗邻共富六村居民区的小区花园，地下构筑物可以忽略。1.2.3 周围道路工程主体位于十字路口下方，车流量大的时候是在早上7:009:00和下午16:0019:00达到上下班高峰，总的来说，路口车流量不大，但是施工时对周围的交通影响较大，需要提前通知改道绕行来缓解交通压力。而基坑两侧是商业和居民区，施工时将对周围居民的出行带来一定的不便。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。而周围的共康六村属于中低层建筑对地面沉降不是很敏感，故该条不考虑。1.3 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。基坑位于交通繁忙的十字路口，来往车辆较多，在施工时需要注意提前通知线路改向。此外，基坑周围属于一个小规模商业中心，增大了施工过程中的困难。同时施工过程中如何有效设置项目部而又不影响周围居民的生活也是需要认真研究的。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）；（2）建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）（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）地铁设计规范（GB 50157-2011）；（6）钢结构设计规范（GB50017-2003）；（7）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；（8）基坑工程技术规范 （DG/TJ08-61-2010）；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严重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总的来说，山泉路站基坑工程施工场地与周围的大部分建筑物距离一般，建筑结构形式较好，该车站西侧有商业区与住宅，且有正在施工的建筑，东侧也是有商业区与居民住宅。就整个基坑而言，基坑位置在山泉路与长江西路交叉路口，路面行车量一般。车站位置有少量的控制性管线。基坑的支护结构破坏，土体变形过大及土体失稳对周围建筑及道路和基坑本身施工有影响，因此，确定支护结构的安全等级为以及，重要性系数去为=1.13 基坑维护方案设计3.1 基坑维护方案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。主要分类有钢板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、SMW工法和高压旋喷桩等。3.1.1 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：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。地下连续墙的使用条件：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。3.1.2 钢板桩钢板桩支护是用打桩机直接将钢板按一定搭接方式打入土体来承受基坑开挖卸荷所产生的水土压力的一种施工临时支挡结构。钢板桩可以是钢板、钢管、各种型钢和工厂专门制作的定型产品，它们可以间隔式打入，也可以是带榫槽连接，中间有专门的防渗构件；也可以预先连接成片，形成“屏风”整片沉入。对于较浅的基坑，可用悬臂式板桩；对于较深的基坑，可采用带内支撑或外部锚定的板桩。采用钢板桩围护优点主要有：钢板桩的强度、品质、接缝精度等质量保证、可靠性高；具有耐久性，可回拔清理再使用；与多道支撑相结合，适合软土地区的较深基坑，而且施工方便、工期短。施工中须注意接头防水，以防止桩缝水土流失所引起的地层塌陷及失稳问题；钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小，开挖后挠度变形较大；打拔桩振动噪声大、容易引起土体移动、导致周围地基较大沉陷。3.1.3 SMW工法SMW工法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。SMW工法施工噪声低，对周围环境影响小；结构止水性好结构强度可靠，适合于各种土层，配以多道支撑，可适用于深基坑；此方法在一定条件下可以取代作为围护的地下连续墙，具有较大发展前景。3.1.4 高压旋喷桩挡墙高压旋喷桩挡墙是用带有喷头的钻机将其钻入到预定深度后，再利用地面高压水泵将配制好的水泥浆液注入土体，同时匀速地将旋转的喷头缓缓地向上拔，使得水泥浆和土体能够形成柱状的均匀固结体，依次咬合施工从而形成高压旋喷桩挡墙。高压旋喷桩挡墙 适合于软土地区环境要求不是很高的基坑。挖深7m的基坑；施工低噪声、低振动，对周围环境影响小，止水性好；如作自立式水泥挡土墙，墙体较厚需占用基坑红线内一部分面积；施工需作排污处理，工艺复杂，造价高；作为围护结构的止水加固措施、旋喷桩深度可达30m。3.2 基坑维护结构方案比选从防水性能方面看，钻孔灌注桩和钢板桩支护都较差，高压旋喷桩挡墙防水较好，而SMW工法和地下连续墙的防水性能较以上三种工法好。从强度方面看，钢板桩支护和高压旋喷桩挡墙都较高，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，除了钢板桩对环境影响较大外，其他工法都较小。经济成本方面，高压旋喷挡墙的成本最低，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。上海地铁三泉路站基坑深度为16.0m，属于深基坑。各勘察钻孔稳定水位埋深 0.501.10m，水位较高。所以可以排除高压旋喷桩挡墙、钻孔灌注桩和钢板桩。SMW工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1.0倍的基坑开挖深度，所以地下连续墙的总长度为（1.0+0.8）16.0=28.8m，取29.0m；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 支撑体系布置形式支护结构的支撑在平面上的布置形式，有对撑、角撑、桁架式、框架式、环形等。有时在同一基坑内混合使用，如对撑加角撑、环梁加边桁（框）架、环梁加角撑等。主要是因地制宜，根据基坑平面现状和尺寸设置最合适的支撑。4.2.1 对撑对撑的布置较适合于平面形状较为规则的基坑。利用基坑的对称性将支撑对顶于基坑的两侧。对于长条形基坑采用对称最为有利。对撑可布置于撑在两边上。当基坑的长宽比不是很大时，需要将两个方向的对边都布置对撑，这时支撑布置成井格形。垂直对称布置见图4.1。图4.1 垂直对撑布置4.2.2 角撑角撑即是将支撑布置于基坑相邻两边，与墙体形成一定角度。角撑在布置上可使基坑留出较大的空间以方便挖土施工作业，而且在一些平面形状较为复杂的基坑局部布置角撑可以弥补对撑在局部的不足，当基坑长度较大时，基坑短边可利用角撑进行支撑。角撑布置见图4.2。图4.2 角撑体系布4.2.3 钢筋混凝土环梁支撑钢筋混凝土环梁支撑是近年来发展起来的一种支撑形式。它适用于平面轮廓较接近正方形的基坑，对于长方形轮廓的基坑可结合对撑或采用双圆环梁形式，当基坑有圆弧端时可结合人环梁内，使圆弧端成为钢筋混凝土环梁的一部分。圆形环梁布置见图4.3。图4.3 圆形环梁布置4.2.4 组合桁架对于平面形状比较复杂的基坑，可以采用钢筋混凝土组合桁架作为平面内支撑系统。根据组合桁架的布置位置及布置形式，可以分为对撑桁架、斜撑桁架及边桁架等。在支撑平面内需要留设较大作业空间时，宜采用组合桁架支撑形式组成平面支撑体系，充分利用钢筋混凝土支撑平面布置灵活，各构件间接点可靠，整体性强等特点，从而使各构件共同作用，协调受力，组成强度高、刚度大的支撑系统。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H钢支撑结构和钢管支撑结构，它们刚度大，重量轻，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的比较和山泉路站的实际情况，确定采用4道钢支撑，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-2m，-6.5m,-10.5m和-14.5m。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4.2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4.2 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荷载计算在山泉路站基坑工程中，围护结构所承受的荷载要考虑地面超载、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18.11615.52.857.81褐黄灰黄色粉质粘土18.62419222.81灰色淤泥质粉质粘土17.21316.55.59.71淤泥质粉质粘土16.913126202灰色砂质粉土17.52523449.31-1灰色粘土17.92725.5723.22-2灰色粉质粘土夹粘质粉土18.11521.58.532.5 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各层土的物理力学性质指标根据规范要求，静止土压力系数可以按计算，并参考上海地铁三泉路站详勘得出：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，根据三泉路站详勘，；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