土木工程毕业设计（论文）-上海地铁1号线副线交通大学站基坑围护结构与施工组织设计.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号线副线交通大学站基坑围护结构与施工组织设计专 题：交通荷载作用下软土地基长期沉降问题研究姓 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号线副线交通大学站基坑围护结构与施工组织设计专 题：交通荷载作用下软土地基长期沉降问题研究指导教师：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：上海地铁1号线副线交通大学站基坑围护结构与施工组织设计毕业设计专题题目：交通荷载作用下软土地基长期沉降问题研究毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海地铁1号线副线交通大学站基坑的实际资料，进行该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施工方案、围护结构设计，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：交通大学站基坑平面布置图，基坑支撑结构剖面图，基坑施工总平面布置图。专题要求：通过查阅国内外相关文献，了解交通荷载作用下软土地基长期沉降问题研究进展分析和发展方向，完成研究课题的综述。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 日摘 要本毕业设计主要包括三个部分，第一部分是上海地铁1号线副线交通大学站基坑围护结构设计；第二部分是上海地铁1号线副线交通大学站基坑施工组织设计；第三部分是专题部分，交通荷载作用下软土地基长期沉降问题研究。在第一部分基坑围护结构设计中，根据基坑穿越地层的工程地质、水文地质条件和周边环境情况，通过施工方案的比选，确定围护结构采用地下连续墙，支撑体系采用钢结构，并对其进行相应的强度和稳定验算。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，地下连续墙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，针对交通荷载作用下软土地基长期沉降问题，通过用经验拟合法和有限差分软件相结合的方法，对隧道底部软土地基的长期沉降进行计算，总结出其长期沉降的规律。关键词：基坑；地下连续墙；施工组织设计；围护结构；地基沉降ABSTRACTThis graduation project consists of three parts, the first part of Shanghai Metro Line 1, sub-line Jiaotong University Station Foundation Pit design; the second part is the Shanghai Metro Line 1 line Jiaotong University Vice pit stop construction organization design; Third part of the thematic section, the traffic load under a long-term settlement of soft ground research questions.In the first part of the foundation pit structure design, according to excavation works across strata geological, hydrogeological conditions and the surrounding environmental conditions, through comparison and selection of construction scheme, identified envelope using underground continuous wall, with steel support system, and its corresponding strength and stability in design.The second part is Foundation pit construction organization design, according to the excavation pattern and the environment circumstance of the foundation pit around, designing the construction preparative, the construction place arrange, underground continuous wall construction and the foundation pit excavation. Estimating the work project, weaving to write the homologous quantity、safety、civilization management measure. The third part is the thematic section, the content is under traffic load Soft Settlement of long-term problems. By fitting and finite difference software combined with experience, simulation out of the tunnel, at the bottom of Soft computing traffic loads in long-term settlement.Keyword: foundation pit; diaphragm wall; the construction organization design; retaining structure; Foundation settlement全套图纸加扣3012250582目 录第一部分 上海地铁1号线副线交通大学站基坑围护结构设计1 工程概况11.1工程地质及水文资料11.2工程周围环境22 设计依据与设计标准32.1 工程设计依据32.2 工程等级及设计标准33 基坑围护方案设计与比选43.1 基坑围护方案43.2 基坑围护结构方案比选64 基坑支撑方案设计与比选74.1支撑结构类型74.2支撑体系的布置形式74.3支撑体系的方案比较和合理选定94.4支撑立柱桩94.5基坑施工应变措施95 计算书115.1荷载计算115.2 围护结构地基承载力计算145.3基坑底部土体的抗隆起稳定性验算145.4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 支撑强度验算235.9 地下连续墙配筋验算246 基坑主要技术经济指标266.1 土方开挖量266.2 混凝土浇筑量266.3 钢筋的用量266.4 人工费用27第二部分 上海地铁1号线副线交通大学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291.2 基坑施工的现场准备291.3施工物资准备302 施工方案312.1 工程概况312.2 施工工法322.3 地下连续墙施工342.4 支撑桩施工372.5 基坑开挖372.6 支撑的安装382.7施工主要技术措施和关键部位技术措施393 施工总平面布置403.1 施工现场布置原则403.2 场地布置404 施工进度计划和管理措施414.1 进度安排原则414.2 工程总进度计划414.3 工程质量过程控制425 质量、安全、文明管理措施435.1 质量管理435.2 土方运输环境管理规定445.3 安全生产管理措施445.4 文明施工措施44第三部分 交通荷载作用下软土地基长期沉降问题研究1 研究背景452 地基工后沉降组成472.1基础工后沉降的组成472.2路基工后沉降机理分析483 研究现状493.1目前交通动、静荷载引起的地基沉降的分析方法493.2列车荷载引起的地基沉降研究现状504 经验拟合法524.1循环积累应变经验公式524.2 循环积累应变计算535 计算实例545.1 工程概况545.2 有限差分模型建立545.3 计算结果555.4 列车速度对沉降的影响575.5 衬砌厚度的影响585.6 衬砌刚度的影响586 结论59参考文献60翻译中文61翻译原文69致 谢75第一部分上海地铁1号线副线交通大学站基坑围护结构设计全套图纸加扣30122505821 工程概况 上海地铁1号线副线交通大学站位于淮海中路。车站段地铁行车道主体长约190m，端头井宽约22m，标准段宽约18m。车站结构型式为地下二层岛式，端头井底板埋深为18.00m，标准段底板埋深15.00m。1.1工程地质及水文资料1.1.1工程地质 交通大学站周围场地较平缓，地面标高在3.03m3.92m之间。标准段位置标高为3.6m，土层由上至下的地质情况如表1.1：表1.1 地质表土层编 号土层名称土层描述土层厚度（m）底层标高(m)1人工填土均有分布。以杂填土为主。含石子、砖块等，土质松散，局部区域下部为素填土，偶含植物根茎、有机质等。1.42.6褐黄灰黄色粘土局部缺失。可塑软塑，含铁锰质结核及氧化铁锈斑，夹少量粉性土，由上而下土质渐软，中高压缩性。2.10.5灰色淤泥质粉质粘土均有分布。流塑，不均匀，夹薄层、团状粉性土，在埋深56米处多以粉性土为主，高压缩性。3.6-3.1灰色淤泥质粘土均有分布。流塑，尚均匀，夹少量薄层、团状粉性土，含零星贝壳碎屑，局部为淤泥质粉质粘土，高压缩性。11.1-14.21灰色粘土均有分布。软塑，尚均匀，含少量泥钙质结核、腐植质，夹少量粉性土，层下部多为粉质粘土，高中压缩性。2.5-16.7暗绿色粉质粘土均有分布。可塑，含铁锰质结核及氧化铁斑点，夹少量粉性土，局部为粘土，下部有时为草黄色，中压缩性。1.1-17.81-1草黄色粘质粉土夹粉质粘土均有分布。湿，中密，欠均匀，含云母及氧化铁斑点，夹薄层粘性土，有时为可塑状粉质粘土，中压缩性。13-19.11-2草黄色砂质粉土均有分布。湿，密实，尚均匀，含云母及氧化铁斑点，一般由上而下颗粒渐粗，层下部多以粉砂为主，顶层有时为粘质粉土，中偏低压缩性。1.5-20.61灰色粉砂部分孔揭示。饱和，密实，尚均匀，含云母，局部呈粉性土，中偏低压缩性。2.3-22.92灰色粘质粉土个别孔揭示。湿，密实，欠均匀，含云母、少量有机质，夹薄层粘性土，局部为粉质粘土，中压缩性。2.7-25.61.1.2 水文地质 地铁站拟建场地的地下水主要由上部浅层土中的潜水和深部粉性土层中的（微）承压水组成。据区域资料，浅部土层中的潜水位埋深，一般在地表下0.41.6m处，年平均地下水位在地表下0.50.7m处，低水位埋深为1.50m；第-层承压水位埋深为417m。并且潜水位和承压水位随季节、气候等因素而有所变化。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-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。 另据同类工程经验和水质分析报告判定，拟建场场地地下水对钢结构有弱腐蚀性。1.1.3 地下障碍物 本拟建场地沿线建筑物分布密集，已有建筑的基础范围、埋深及地下管线对工程影响较大。1.2工程周围环境1.2.1 邻近建筑 场地南北侧多为居民住宅和商业住房，在基坑开挖影响范围以内。在工程南侧有商务中心，商务中心东面是锦园居民住宅区，工程北面有建好的道路，其余的是一些商业住房和居民住宅区。工程西侧是华山路。1.2.2 周围道路 在交通大学站西端头井位置，临近华山路和淮海中路的交汇处，工程位于淮海中路，场区施工对交通有一定的影响，但影响比较小，在能控制的范围内。 1.2.3 地下管线根据现有的管线资料显示，交通大学站端头井围护结构范围内无地下管线，在基坑东侧的淮海中路上，分布有20002350电力管沟，800上水管，1550雨水管，1050污水，7363电话管线，150天然气管，80照明管，7248通信管；在淮海中路口上分布有800上水管，1550雨水管，1050污水管，7363电话管线，150天然气管，80照明管。华山路上的管线分布较远，基坑开挖影响较小，但华山路下的管线需加强监测和保护。具体管线分布情况参见表1.2。表1.2淮海中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）淮海中路20002350电力管沟不详9800上水管2.0101550雨水管1.95111050污水管3.0116.27363电话管线1.819.2150天然气管1.6722.180照明管0.8-1.117.97248通信管1.7815.3华山路800上水管2.0超过基坑影响范围1550雨水管1.95超过基坑影响范围1050污水管3.21超过基坑影响范围7363电话管线0.8超过基坑影响范围150天然气管2.34超过基坑影响范围80照明管0.9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1.2.4 邻近地区对地面沉降要求 邻近建筑有大厦，有商业用房，有展览馆，还有居民住房，并且工程沿线淮海中路上的房屋密度较高，所以工程周边建筑对地面沉降要求较高，在工程施工时需要严格控制地面沉降和做好一切保护措施，避免由地面沉降引起对周边建筑的影响。2 设计依据与设计标准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） 地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（GB 50307-1999）；（5） 钢结构设计规范（GB50017-2003）；（6） 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；（7） 基坑工程手册（8） 上海市基坑工程技术规范(DGTJ08-61-2010)（9） 建筑基坑工程技术规范（JGJ120_2012）2.2 工程等级及设计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近，但建筑物结构形式较好。该车站的南北侧多为居民住宅和商业建筑。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较大，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 基坑围护方案设计与比选基坑围护结构的设计与施工工况紧密相关，必须保证围护结构在施工全过程中各工况条件下的安全，同时还要控制围护结构及其周围土体的变形，以保证周围环境（相邻建筑及地下公共设施等）的安全。在安全前提下，既要设计合理，又能节约造价、方便施工、缩短工期。主要分类有钢板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、SMW工法等。3.1 基坑围护方案3.1.1 钻孔灌注桩钻孔灌注桩是利用钻孔机械按设计位置钻孔，然后用清孔机进行清孔，其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。清完孔之后，就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，否则易出现断桩现象。最后形成并列的桩位，组成围护墙体来达到围护目的。优点：钻孔灌注桩是机械化作业，施工简单；钢筋笼、砼可集中加工、配送，也可以现场加工，作业方便；施工速度快，工艺成熟，相当来讲过程中安全可靠。并且噪声和振动小，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；缺点：钻孔灌注桩为隐蔽工程，质量控制难度大；可能会产生大量的泥浆垃圾，处理难度大，对环保要求高；对现场道路的通行标准有要求。尤其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。3.1.2 钢板桩钢板桩由带锁扣或钳口的热轧型钢制成，强度高，桩与桩之间的连接紧密，形成钢板桩墙，隔水效果好，可多次使用。但钢板桩一般为临时的基坑支护，在地下主体工程完成以后即可将钢板拔出。目前，钢板桩常用断面形式多为U形或Z形，还有直腹版型。我国城市隧道施工中多用U形钢板桩。优点：钢板桩施工方便，课保证基坑的垂直度，并使其能封闭合拢，在城市隧道施工时基坑较深，大多采用此围护形式。钢板桩的边缘一般应设置通常锁扣，使相邻板桩能相互咬合成既能截水又能共同承力的连续护壁。并且钢板桩围护墙可以用于圆形、矩形、多边形等各种平面形状的基坑，对于矩形和多边形基坑，在转角处应根据转角平面形状做相应的异型转角桩。缺点：虽然钢板桩施工简单，应用广泛，但钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制。而且钢板桩本身柔软性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于7m时，不宜采用钢板桩作围护结构。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此在拔出时对周围地基土和地表土的影响。3.1.3 地下连续墙地下连续墙是利用一定的设备，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，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，形成一道具有防渗、挡土墙承重功能的连续的地下墙体。优点：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；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；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；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；适用于多种地质情况。缺点：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。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。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。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。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。3.1.4 SMW（加劲水泥土搅拌桩墙） 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型钢形成加劲性水泥土墙，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。 优点：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 型钢等材料，则成本大大低于地下连续墙，因而具有较大发展前景。缺点：此工法发展较晚，是在1976年从日本发展过来，相对于其他工法，工程经验较少。3.2 基坑围护结构方案比选本工程是地铁基坑，有其特殊性，因此在比选时，着重考虑以下三个因素：（1）开挖深度大，最深处达18m；（2）长度较长，基坑总长度为190m；（3）地处市中心，周围多商业民用建筑。从强度方面看，钢板桩支护，地下连续墙和SMW工法的强度都较高，较为可靠，而钻孔灌注桩的强度一般。从防水性能方面看，钻孔灌注桩和钢板桩支护都较差，而SMW工法和地下连续墙的防水性能较以上二种工法好。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，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。所以，通过简单的比较，地下连续墙和SMW工法较适合本工程，在上海地区深基坑围护墙体采用的结构形式一般都为地下连续墙（单墙或双墙），在上海地区SMW工法在深基坑中比较少用，原因是由于上海地区的地质问题，当基坑深度超过10m时，就需要慎重考虑是否能用SMW工法，所以，本工程初步选用地下连续墙作为本工程的围护结构，之后连续墙还可以作为车站主体结构，在这一点上，是优于SMW工法的。3.2.1 地下连续墙各项参数根据建筑基坑支护技术规程地下连续墙混凝土采用C40，由于本基坑最大深度为18m，根据地下工程防水技术规范当工程埋置深度大于10m时，抗渗等级应为P8。设计地下连续墙厚度为1000mm根据基坑工程手册来确定地下连续墙的深度，地下连续墙的深度和基坑开挖的深度、基坑开挖处土层等因素有关，一般选择基坑开挖深度的1.82.2倍进行初算 -端头井连续墙深度 -标准段连续墙深度4 基坑支撑方案设计与比选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 支撑体系的布置形式在基坑工程设计中常表现出富有思维创造性，也是技术要求较高的一项设计，支撑体系布置设计应考虑一下要求：能够因地制宜合理选定支撑材料和支撑体系布置形式，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。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1. 在软土地层，环境保护要求高的条件下，这是应用最多的布置形式。钢支撑体系通常应用此布置形式；2. 安全稳定，利于控制墙体位移；3. 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；4. 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1. 一般在采用钢筋混凝土支撑时，在环境保护要去不高的条件下，将水平直交的支撑集中布置成井字型与角撑结合的支撑体系以方便土方开挖和主体工程施工；2. 用钢筋混凝土支撑时可与施工用栈桥平台结合设计。3角支撑体系布置1. 方便土方开挖和主体 工程（简体主楼）施工；2. 整体稳定性及变形控制效果不及水平直交式支撑及井字型集中式布置。4边桁架3. 方便土方开挖和主体 工程（简体主楼）施工；整体稳定性及变形控制效果不及水平直交式支撑及井字型集中式布置。5圆形环梁布置1. 在采用钢筋混凝土支撑时，因地制宜地采用环梁方案，可方便中间筒体，主楼施工，方便土方开挖；2. 将支撑体系受力主构件化为圆形结构，受力条件较好，可节省钢筋混凝土量。3. 在坑外周荷载不均匀，土性软硬差异较大，部分地层水平机床系数很小时，此布置形式要慎用。6垂直对称布置适用于长条形基坑，如排管和地铁隧道工程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 在软土地区如当地开发商、施工单位已有钢支撑材料的，则首先考虑用钢支撑，而在建筑密集市区的深基坑工程中钢支撑还需配置带轴力调控装置的装配式钢支撑，当没有装配式钢支撑和钢支撑施工技术条件是则采用现浇钢筋混凝土支撑。本工程位于上海，而上海地区土层为软土，根据工程实际情况和表4.1的比较，决定初步选用钢支撑形式作为本工程的支撑体系。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。所以本工程标准段采取四道钢管支撑，初定各道支撑中心从上到下分别为-1.5m，-5.5m,-9.0m和-13m，端头井采用五道钢支撑，支撑中心从上到下分别为-1.5m，-5.5m，-9.0m，-13m，-16m。4.3.3支撑体系的平面布置 对于地层软弱、周围环境复杂，控制基坑变形要求严格的深大基坑，应选择平面直交式或井字形集中式。支撑轴线的水平间隔，采用钢筋混凝土支撑，一般为610m ，装配式钢支撑的水平间隔一般为48m 左右。 由于本工程的周围建筑较紧密，对基坑变形要求严格，所以选择装配式钢支撑，水平间隔为4m 。4.4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。4.5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2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3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4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5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6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7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8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5 计算书5.1荷载计算在交通大学站基坑工程中，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表5.1 标准段土层的物理性质指标土层编号土层名称饱和重度（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18.0158.51.4181褐黄灰黄色粘土18.62419.02.122灰色淤泥质粉质粘土18.21316.53.630灰色淤泥质粘土18.91312.011.1341灰色粘土19.91715.52.541暗绿色粉质粘土19.74917.53.945灰色粉砂18.81031.55.047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0.8m，地层砂性土厚度较小，计算中采用水土合算计算。按照基坑工程手册，搅拌桩的加固深度，亦即桩的长度，与开挖深度及土层分布等因素有关，一般取开挖深度的1.82.2倍进行试算。即。端头井 （5-1） （5-2） （5-3）式中: 、土的加权平均重度（）、加权平均粘聚力（kPa）、加权平均内摩擦角（）；、第层土的重度（）、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（）；围护结构周围土体的加权平均重度（）。即开挖深度相当于。基坑底板距离挡土墙底部的距离。5.1.2 土压力系数计算根据规范要求，对粘性土静止土压力系数可以按计算静止土压力系数：主动土压力系数：被动土压力系数：5.1.3 水土压力计算开挖面以下主动土压力：EaEpq123 计算压力简图5-1如下: 图5-1 土压力计算简图有公式:地下水位以上用 (5-5)地下水位以下用 (5-6) 其中：坑内土的主动土压力； 计算厚度内土的平均饱和重度（）； c计算厚度内土的平均粘聚力（kPa）； 水的重度 土的浮重度 Ka：主动土压力系数代入数值计算得：临界深度 Z02）开挖面以下被动土压力（通过计算发现用合算公式较安全）： (5-7) 其中：坑内土的被动土压力； 计算厚度内土的平均天然重度（）；c计算厚度内土的平均粘聚力（kPa）；Kp：被动土压力系数代入数值计算得：5.2 围护结构地基承载力计算连续墙单位长度的竖向承载力特征值为： （5-8）式中：连续墙的竖向承载力特征值，kN；、连续墙厚度、长度（m），=1.0m、=1.0m；墙底土的承载力特征值，根据现场荷载试验得；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）。挡土墙自重（不考虑型钢的自重）：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。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，并假定挡土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5-2。图5-2 基坑抗隆起计算简图 （5-9） (5-10) (5-11)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，；坑内坑底至挡土墙底各土层的加权平均重度，；地面荷载