毕业设计（论文）-深基坑开挖支护设计.doc

毕业设计（ 论文） 题 目西安地铁枣园站基坑 开挖支护设计 专 业 城市地下空间工程 班 级 城地 081 学 生 指导教师 教授 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 2012 年 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 摘摘 要要 基坑工程是指在地表以下开挖的一个地下空间及其配套的支护体系。 而基坑支护就是为保证基坑开挖，基础施工的顺利进行及基坑周边环境的 安全，对基坑侧壁以及周边环境采用的支挡，加固与保护措施。 基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大风险，基坑工程 具有很强的区域性。不同水文，工程地质环境条件下基坑工程的差异很大。 基坑工程环境效应复杂，基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全稳定，而且 要有效的控制基坑周边地层移动以及保护周围环境。 本文先介绍了枣园站的工程概况，包括水文地质和周围环境，然后通 过结合对现有基坑开挖支护工法和车站实际情况的比较选择出了适合本站 的开挖支护方案。下来通过土压力的计算、结构内力的计算，配筋、验算、 支撑设计、变形估算等对基坑的开挖支护作了理论上的数据分析，最后通 过施工组织说明了各个工序施工的工法和应注意的问题。 关键词：关键词：支护方案，地下连续墙，支撑，施工组织设计 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 Abstract Foundation Pit is the excavation of an underground space below the surface and a coordinated support system. Bracing of foundation pit is to ensure that excavation and foundation construction for the smooth and safe environment Foundation Pit and used the pit retaining wall reinforcement and protection. Bracing of Foundation Pit structure is the structural safety of temporary reserves are smaller, more risk. Foundation pit structure has a strong regional. Excavation works under different hydrological environmental and geological conditions are vastly. Effects complex excavation, excavation pit is not only necessary to ensure their own safety，but also to effectively control the pit surrounding strata. First，the paper introduces the general engineering situation of Zaoyuan Station，Including hydrological geology and the environment，Then，based on the existing foundation pit excavation method and station actual situation select the suitable for the station of the excavation and support scheme。And then， through the soil pressure calculation, structure calculation, reinforcement, checking, support design, deformation estimation ，then made a theoretical analysis of the data for the excavation of foundation pit supporting。Finally ， through the construction organization describes the construction process of the method and the problem which should be noted. KEY WORDS: Supporting scheme, the Underground continuous wall, Support, Construction organization design 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 目录目录 第一章第一章 工程概况工程概况 .1 1 1.1 工程简介.1 1.2 工程地质与水文地质条件.1 1.2.1 车站工程地质层分布与特征描述.1 1.2.2 水文地质条件.2 1.2.3 特殊地质条件.3 第二章第二章 支护方案的选择与比较支护方案的选择与比较 .4 4 2.1 基坑支护的类型及其特点和适用范围.4 2.1.1 深层搅拌水泥土围护墙.4 2.1.2 土钉墙.4 2.1.3 排桩支护.5 2.1.4 槽钢钢板桩.5 2.1.5 钻孔灌注桩.5 2.1.6 钢板桩.6 2.1.7 SMW 工法 .6 2.1.8 地下连续墙.6 2.2 方案的比较及确定.7 2.2.1 基坑的特点.7 2.2.2 支护方案的选择.8 第三章第三章 土压力计算土压力计算 .1010 3.1 地面荷载的确定.10 3.2 按分层土计算土压力.10 3.3 土层力学参数平均值.13 第四章第四章 结构内力计算结构内力计算 .1515 4.1 计算理论的确定.15 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 4.2 结构内力计算及配筋.15 4.2.1 土压力计算.15 4.2.2 用等值梁法计算弯矩.18 4.3 地下连续墙的配筋计算.25 4.3.1 纵筋配置.25 4.3.2 水平筋配置.28 第五章第五章 基坑稳定性分析基坑稳定性分析 .2929 5.1 基坑的整体稳定性验算.29 5.2 基坑的抗隆起稳定验算.29 5.3 基坑的抗渗流稳定性验算.31 第六章第六章 支撑设计支撑设计 .3232 6.1 方案比较.32 6.2 围檩设计.32 6.3 支撑设计.34 第七章第七章 基坑变形估算及控制基坑变形估算及控制 .3636 7.1 概述.36 7.2 基坑的变形估算.36 7.2.1 水平位移估算.36 7.2.2 基坑隆起估算.36 7.2.3 地表沉降估算.37 第八章第八章 施工组织设计施工组织设计 .3838 8.1 施工场地的布置.38 8.2 地下连续墙的施工.38 8.2.1 导墙施工 .38 8.2.2 槽段开挖.40 8.2.3 地下墙接头形式.43 8.2.4 钢筋笼整幅吊装措施.44 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 8.2.5 泥浆系统 .44 8.3 工程质量的保证.48 8.4 文明施工措施.48 8.5 环境保护措施.49 结论结论 .5050 致谢致谢 .5151 参考文献参考文献 .5252 附录附录 .5454 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 前前 言言 基坑工程是我国当前地基基础领域一个重要的研究方向。基坑工程在 二十世纪八十年代末才开始全面、深入地研究与工程实践，但随着我国建 设事业的发展，城市的高层建筑大量涌现，极大的推动了深基坑工程设计 理论和施工技术的不断发展，同时也产生了大量的深基坑支护设计与施工 问题。 国内外大量工程实践表明，许多工程的最危险阶段不一定是在正常使 用阶段，而是在建造阶段和老化阶段。对许多工程事故常常发生在施工阶 段而言，其原因除了施工质量没有保证、施工方法发生了不合理的改变、 人为错误等原因以外，重要原因之一是由于对环境、地质、荷载等因素认 识不足而导致设计和施工中的某种失误和疏忽所致。 深基坑工程是与众多因素相关的综合技术，是一个系统的工程问题， 必须具有结构力学、土力学、地基基础、地基处理、原位测试等多种学科 知识，同时具有丰富的施工经验，并结合拟建场地的土质和周围环境情况， 才能制定出因地制宜的支护结构方案和实施办法。它与场地工程勘察、支 护结构设计、施工开挖、基坑稳定、降水、施工管理、现场监测、相邻场 地施工相互影响等密切相关。基坑设计与施工涉及地质条件、岩土性质、 场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工程序和方法等许多相 关的复杂问题，是理论上尚待完善、成熟和发展的综合技术学科。如何根 据场地工程性质、水文地质、环境条件制定合理的设计方案；如何在保证 稳定性的前提条件下，设计最经济的方案，也是基坑比较重要的问题。因 此在基坑工程设计与施工中，需要严谨、周密的分析与计算。 本设计主要包括了四个大的方面：1、工程概况的论述及支护方案的比 选，2、围护结构设计与计算，3、基坑的降排水 4、施工组织设计。根据 基坑的工程概况及其特点，在考虑基坑的安全性和经济性的前提下选择了 地下地下连续墙加四道纲支撑作为支护方案，采用郎肯理论计算水土压力， 通过结构荷载法计算墙体内力、弯矩和嵌固深度。5、根据深基坑施工组 织规范详细的叙述了地下连续墙的施工工艺流程和施工要点。 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 1 第一章第一章 工程概况工程概况 1 1.1.1 工程工程简介简介 枣园站位于枣园西路与枣园北路交叉路口西侧，枣园西路北侧的规划 绿化带内，与枣园西路平行布置，周边的现状与规划均以居住为主，车站 西北侧为建设中的万国地产万国城，东北侧为大马路村的建设用地，规划 为高层商住楼，西南侧为西安骊山汽车厂的三四零二社区，东南侧为丰盛 园小区和爱菊佳园等住宅小区。枣园西路为西安市城区至咸阳的主干道， 道路交通繁忙，车流量较大，规划道路宽度 60 米，双向八车道，道路北 侧规划绿地宽度 30m，道路南侧规划绿地宽度 20m。 1.21.2 工程地质与水文地质条件工程地质与水文地质条件 1.2.11.2.1 车站工程地质层分布与特征描述车站工程地质层分布与特征描述 根据本次钻探揭露，拟建场地地基土的组成自上而下为：人工填土； 第四系上更新统风积新黄土、残积古土壤；上更新统及中更新统冲积粉质 粘土及砂类土等。现将各层地基土按层序分述如下： 1-1 杂填土 Q4ml： 黄褐深褐色，局部为杂色。土质不均，上部以建 筑垃圾为主，局部含较多灰渣、灰土等。该层顶面普遍分布 1030cm 厚 的混凝土或沥青面层。 1-2 素填土 Q4ml： 黄褐深褐色。顶部分布有 1520cm 的混凝土或沥 青路面，土质不均，成分以粘性土为主，局部含少量灰渣及砖瓦碎块等， 局部含少量粉细砂。硬塑。局部具轻微中等湿陷性。属中等偏高压缩性 土，局部具高压缩性。 3-1 新黄土 Q3eol：褐黄色。土质均匀，针状孔隙发育，含微量氧化铁、 钙质条纹及零星蜗牛壳碎片。可塑（液性指数平均值 IL=0.30） ，个别土样 软塑。上部土样具轻微中等湿陷性，局部具自重湿陷性。属中等压缩性 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 2 土，个别土样具高压缩性。 3-2 古土壤 Q3el：棕黄浅棕红。土质较均匀，具块状结构，含多量钙 质条纹及钙质结核，底部钙质结核较为富集，局部富积成薄层。可塑（液 性指数平均值 IL=0.43） 。属中等压缩性土。 3-4 粉质粘土 Q3al： 褐黄浅灰黄色，局部灰白色。土质不匀，可见 少量氧化铁、黑色锰质斑点，底部局部含砂颗粒，该层中部局部含中砂透 镜体。可塑（液性指数平均值 IL=0.33-0.51） 。属中等压缩性土。 3-6 粉细砂 Q3al：黄褐色，部分地段呈灰黄色。成份以石英、长石为主， 云母片及暗色矿物次之，局部下部夹中砂透镜体或含较多中砂颗粒，含泥 量少。级配较差。密实（标准贯入试验击数平均值 N36.5-61.0） 。湿度 部分稍湿，部分饱和。 3-7 中砂 Q3al：黄褐灰黄色。成份以石英、长石为主，云母片及暗色 矿物次之，局部顶部夹粉细砂透镜体。级配差。密实（标准贯入试验击数 平均值 N33.3-49.3） 。湿度稍湿或饱和。 1.2.21.2.2 水文地质条件水文地质条件 （1）地下水位： 枣园站浅部主要地层为第四系晚更新统风积、残积层和冲积层。本次 勘察期间测得地下水水位埋深为 24.7026.80m，地下水位高程为 366.91369.00m。自西向东地下水位逐渐抬升。地下水位与季节、气候、 地下水赋存、补给及排泄有密切的关系。丰水期（10 月3 月）间，地下 水位会有所上升；旱季期间，地下水位会有所下降，水位年变化幅度为约 2.00m。 受西郊水源地抽取地下水影响，致使近年来该区域地下水位下降较多。 （2）地下水类型、赋存方式、补给及流向： 拟建场地地下水主要为第四系孔隙潜水。主要赋存于冲、洪积砂层中， 预测水量较大。本段第四系孔隙水含水层主要有中砂层 3-7-3 等。冲积粉 质粘土为相对隔水层。根据区域地质资料，本区潜水含水层底板约在 7080m。 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 3 （3）地下水水质特征及水、土腐蚀性： 场区地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋在干 湿交替条件下具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。地基土对混凝土结构均 无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋及钢结构具弱腐蚀性。 （4）车站抗浮、抗渗设计水位： 根据陕西省工程勘察研究院提供的地铁一号线抗浮水位（2008.7.16） 结果，拟建枣园站抗浮、抗渗设计水位高程分别为 391.00m 和 389.00m 1.2.31.2.3 特殊地质特殊地质条件条件 （1） 拟建场地可能分布废弃枯井，枯井中可能充填有块石，施工中 还可能遇到未查明的地下构造物等硬物，应及时处理。 （2）填土：该层土组成物质复杂，颗粒粒度极不均匀，土性差异大， 结构松散，开挖易坍塌，引起地面变形。 （3） 湿陷性黄土：根据本次勘察探井（本次共完成 7 个探井）土试 样室内土工试验结果，湿陷性黄土分布深度 6.5011.50m，对于车站主体、 风亭、风井及通道平直段，可不考虑黄土湿陷性问题。 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 4 第二章第二章 支护方案的选择与比较支护方案的选择与比较 2.12.1 基坑支护的类型及其特点和适用范围基坑支护的类型及其特点和适用范围 2.1.12.1.1 深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙 深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强 行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点: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。水泥土围护墙的缺点:首先是位移相对较大,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。 2.1.22.1.2 土钉墙土钉墙 土钉墙是一种边坡稳定式的支护，其作用与被动的具备挡土作用的围 护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持 稳定。土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多, 目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深 10m 以上的基坑,稳定可靠、 施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。 采用土钉墙的一般要求，土钉墙可适用于塑，不塑或坚硬的粘性土； 在有地下水的土层中，土钉支护应该在充分降排水的前提下采用；土钉 墙容易引起土体位移，采用土钉墙支护应慎重考虑，墙体变形对周围环境 的影响。 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 5 2.1.32.1.3 排桩支护排桩支护 基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩支护，开挖 深度在 610m 左右时，即可采用排桩围护。排桩可采用钻孔灌注桩、人工 挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩等。当基坑开挖深度较大时，可设 置多道支撑，以减少内力,采用冲钻孔桩能够穿越条石、旧基础。在护壁桩 间做旋喷帷幕达到止水的效果，但由于基坑开挖深度大护壁不可能采用锚 拉或内支撑，锚杆无法施工，也无法采用锚拉，南北两侧亦无法对称采用 排桩，在设立支护时没有合适的支护方式。 2.1.42.1.4 槽钢钢板桩槽钢钢板桩 这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长 610m,型号由计算确定。其特点为：槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕 回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和土中的 细小颗粒，在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施；抗弯能力较弱,多 用于深度小于 4m 的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度 小,开挖后变形较大。 2.1.52.1.5 钻孔灌注桩钻孔灌注桩 钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。 其多用于坑深 710m 的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有 89m 的 臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境 公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变 形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、 工期短;桩间缝隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工 程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于 软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之 间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区, 特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 6 2.1.62.1.6 钢板桩钢板桩 采用钢板桩支护针对本基坑为临时支护的特点，施工方便，工期短， 在基坑施工完毕回填土后将槽钢拔出，重新利用，可以将支护费用降到最 低。但采用钢板桩支护有一致命的弱点，即不能挡水和土中的细小颗粒， 且在地下水位高时还要求降水或隔水，这与本工程地下水位高，地水丰富 的地质条件极不相称。另钢板桩支护抗弯能力较弱，开挖挠曲变形较大， 一般适用深度不超过 4m。很显然本基坑软弱含水的地质条件 10m 的开挖 深度，以及地处城市建筑密集区对挠曲位移的严格要求等均不适宜采用钢 板桩支护，一经采用必将造成严重后果。 2.1.72.1.7 SMWSMW 工法工法 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 SMW 工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入 H 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。 2.1.82.1.8 地下连续墙地下连续墙 通常连续墙的厚度为 600mm、800mm、1000mm，也有厚达 1200mm 的。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适 用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造 价较高，施工要求专用设备 优点：施工时振动小，噪音低，非常适合本基坑的开挖支护设计； 墙体刚度大，特别适合本基坑复杂的地质条件，尤其是对松散填土及软 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 7 塑淤泥质粉质粘土的支挡效果明显，基坑安全性能够得到保证；防渗性 能好，地下连续墙现今工艺已成熟，在墙体结头和施工方法上都得到改进， 墙体几乎不透水。占地少，本工程地处城市建筑密集区，空间狭小，采 用地下连续墙可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，能够充分发 挥其经济效益，在施工过程中，不会引起地面沉降，因此对周围建筑没有 丝毫影响；工效高，工期短，质量可靠，经济效益高。采用地下连续墙 是真正的优质高效，符合现代都市的竞争理念，业主容易接受。 缺点：对废泥浆处理，不但会增加工程费用，如泥水分离不完善或 处理不当，造成新的环境污染；槽壁坍塌问题。如地下水位急剧上升， 护壁泥浆液面急剧下降，土层中有软弱的砂性砂层，泥浆的性质不当或已 变质，施工管理不当等均可能引起壁槽壁坍塌，引起地面沉降，危害邻近 工程结构和地下管理的安全。同时也可能使墙体混凝土体积超方，墙面粗 躁结构尺寸超出允许界限；采用地下连续墙费用要相对较高，但为保证安 全稳定及效率，费用仿高 5-10%的预算之内，同时采用连续墙施工，工序 简单，变更较少，费用易于控制。 2.22.2 方案的比较及确定方案的比较及确定 2.2.12.2.1 基坑的特点基坑的特点 综合分析本工程的地理位置、土质条件、基坑开挖深度及周围环境的 影响，有以下的特点： （1）基坑开挖面积较大，下方市政管线较多。 （2）基坑开挖深度范围内的土层的工程性较差。开挖层包含较多层 不同性质土层。 （3）基坑周围存在高层建筑及待建高层，对沉降要求较高，且可能 牵扯到文物的保护，环境条件复杂。 （4）开挖深度超过 17.4 米，属一级基坑。 （5）基坑所在地地下水在 24 米以下，而开挖深度在 17.4 米，所以无 需作降水处理. 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 8 2.2.22.2.2 支护方案的选择支护方案的选择 根据本工程的特点，设计时此基坑有可能采用的几种支护形式从技术 上和经济上进行了分析比较。 1采用钻孔灌注桩作为挡土结构、深层水泥搅拌桩为止水帷幕及结 合三道钢管内支撑的支护体式。 优点：钻孔灌注桩施工容易、造价较低，目前此种技术比较成熟。另 深层水泥搅拌桩为止水帷幕时有好的效果防水。钢管内支撑具有拼装方便、 施工速度快并可以多次重复使用等优点，并可施加预应力。此时支护结构 有一定的安全性和经济性。 缺点：主体结构深度太大，地下水位较高，施工难度较大。 2主体采用地下连续墙及钢支撑 优点：施工振动小，噪音低，非常适于城市施工；墙体刚度大，防渗 性能好，可以贴近施工；适用于多种地基条件，可以作为刚性基础；占地 少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间；工效高，工期短，质 量可靠，经济效益高。本方案充分考虑了基坑上层土层滞水，面积大（在 交通干线旁），高度大等特点。主体采用地下连续墙强度高又可以止水， 并成为基础的结构部分，与后浇的内衬共同组成永久性结构的侧墙。机械 化程度高，能保证工期，是比较安全可靠的施工方法。交通层高度不大， 采用人工挖孔桩是安全有效的，并在一定程度上降低了工程造价。 缺点：地下连续墙作为挡土结构时造价比较高；在一些特殊地质条件 下施工难度大；还须有泥浆处理条件，对废泥浆的处理会造成环境污染。 施工中如出现槽壁坍塌问题会引起邻近地面沉降，墙体混凝土超方。 由于枣园站周围都是高层住宅或是规划中的高层，所以对整个车站建 设过程的要求都比较高。根据西安市环境保护局的规定，邻近市民居住群 的建筑施工在晚上 22 时 30 分以后必须停止施工，这样对本站的建设工期 提出了严峻的考验，为了应对这一问题，地下连续墙工法是有绝对优势的， 它不但在降低噪音要求可以不用考虑对周围居民的影响，而且这种工法在 施工工期问题上也有一定的优势，它的整个施工过程机械化程度高，使施 工效率大大推高，可以减少按预定工期完成建设的压力。其次，枣园站南 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 9 面毗邻交通主干道，其余周围都是已建成的住宅小区，周边的现状与规划 均以居住为主，车站西北侧为建设中的万国地产万国城，东北侧为大马路 村的建设用地，规划为高层商住楼，西南侧为西安骊山汽车厂的三四零二 社区，东南侧为丰盛园小区和爱菊佳园等住宅小区。施工场地占用空间有 限，工作展开比较困难，而连续墙它可以充分利用建筑红线以内有限的地 面和空间，能够充分发挥其经济效益，在施工过程中，不会引起地面沉降， 因此对周围建筑没有丝毫影响的优点，在这一问题的解决上有绝对的优势。 再者，地下连续墙作为本基坑的开挖支护方案，它在访渗性能好反面 也有相当的作用，根据地质勘查报告，3-7 中砂层存在上层滞水，而连续 墙作为开挖支护方案对中砂层的滞水有很好的防渗能力，也对建成后的车 站有防水防渗方面的保护。地下连续墙工法在诸多方面都满足周围环境的 要求，所以通过综合比较选择第二种开挖支护方案，也就是采用地下连续 墙工法作为本基坑的开挖支护方案。 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 10 第三章第三章 土压力计算土压力计算 3.13.1 地面荷载的确定地面荷载的确定 枣园站周边的现状与规划均以居住为主,车站西北侧为建设中的万国地 产万国城,东北侧为大马路村的建设用地,规划为高层商住楼,西南侧为西安 骊山汽车厂的三四零二社区,东南侧为丰盛园小区和爱菊佳园等住宅小区。 枣园西路为西安市城区至咸阳的主干道,道路交通繁忙,车流量较大。因此 取上部荷载为 20kpa。 由于枣园站开挖深度在 17.4m 以内，而地下水水位埋深为 24.7026.80m，地下水对基坑的开挖和支护影响不大，故选择水土分算的 原则计算。 3.23.2 按分层土计算土压力按分层土计算土压力 本工程场地平坦，土体上部底面超载 20kPa，在影响范围内无建筑物 产生的侧向荷载，且不考虑施工荷载及邻近基础工程施工的影响，假定支 护墙面垂直光滑，故采用郎肯土压力理论计算。 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 11 表 3.1 土体物理学参数 （1） 计算方法：按朗肯理论计算主动与被动土压力强度，其公式如 下： (3.1) aaiia KcKhqP2 PPiip KcKhqP2 (3.2) 式中 、 朗肯主动与被动土压力强度，； a P p P a kP 地面均匀荷载，；q a kP 第 层土的重度，； i i 3 /mkN 第 层土的厚度，； i him 、 朗肯主动与被动土压力系数； a K p K (3.3) 2 45tan 2 a K (3.4) 2 45tan 2 p K 式中 、 计算点土的抗剪强度指标c 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 12 图 3.1 开挖土层图示 基坑开挖深度 17.4m， OA 为杂填土层，； 3 5 . 17mkNkpac5 10mh1 AB 为素填土层，； 3 1 . 17mkNkpac10 12mh3 BC 为新黄土，为不透 3 4 . 16mkNkpac36 26mh5 . 6 水层； CD 为古土壤，为不 3 7 .18mkNkpac39 6 . 25mh3 . 3 透水层； DE 为粉质粘土层，； 3 19mkNkpac37 26mh7 . 4 EF 粉质粘土.，； 3 3 . 19mkNkpac39 27mh1 . 8 3.33.3 土层力学参数土层力学参数平均值平均值 （1）参数加权平均数 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 13 由于各土层物理力学参数相差不大，故采用加权平均法计算土压力， 各加权平均参数计算为： 平均容重： iii hh 6 . 26 1 . 8 3 . 197 . 4 0 . 193 . 3 7 . 185 . 6 4 . 160 . 3 1 . 171 5 . 17 3 1 . 18mkn 迎土区： iii hh 6 . 26 1 . 8 0 . 277 . 4 0 . 263 . 3 6 . 255 . 6260 . 312110 1 . 24 iii hhcc 6 . 26 1 . 8397 . 4373 . 3395 . 6360 . 31015 kpa 4 . 33 （2）土压力计算 土压力系数： 主动土压力系数： 420 . 0 ) 2 45( 2 tgKa 648 . 0 a K 被动土压力系数： 380 . 2 ) 2 45( 2 tgKp 543 . 1 p K 主动土压力： 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 14 地面均布超载： ；kpaq20 墙顶：mh0 KaCKahqea2)( 0 648 . 0 4 . 33242 . 0 )0 1 . 1820( 0886.34kPa 取 kpaea0 0 坑底：mh 4 . 17 KaCKahqeaj2)( 648 . 0 4 . 33242 . 0 ) 4 . 17 1 . 1820( kpa388.97 被动土压力： KpCep2 0 543 . 1 4 .332 kpa072.103 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 15 第四章第四章 结构内力计算结构内力计算 4.14.1 计算理论的确定计算理论的确定 本工程地质条件较为均匀，但开挖深度较深，为了减少支护桩的弯矩 可以设置多层支撑。在进行结构内力计算时，按照分段等值梁法来计算挡 土结构的弯矩和支撑力，并计算出桩墙的入土深度。 分段等值梁法即对每一段开挖，将该段桩的上部支点和插入段土压力 零点之间的桩作为简支梁进行计算，上一次算出的支点假定不变，作为外 力计算下一段梁中的支点反力。这种方法考虑了施工时的实际情况。 4.24.2 结构内力计算及配筋结构内力计算及配筋 4.2.14.2.1 土压力计算土压力计算 （1）确定临界深度，由得： 0 z02)( 0 aa kckrzqe （4.1）m rK qKKc z a aa 89. 5 2 0 （2） 各支点及坑底处的土压力： O 点： aaao KCKrhqe2)( 648 . 0 4 . 33242 . 0 20 kpa886.34 A A 点： aaaA KCKrhqe2)( 648 . 0 4 . 33242 . 0 ) 1 1 . 1820( 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 16 kpa284.27 B B 点： aaaB KCKrhqe2)( 648 . 0 4 . 33242 . 0 )4 1 . 1820( kpa96 . 3 C C 点： aaaC KCKrhqe2)( 648 . 0 4 . 33242 . 0 ) 5 . 10 1 . 1820( kpa935.44 D D 点： aaaD KCKrhqe2)( 648 . 0 4 . 33242 . 0 ) 8 . 13 1 . 1820( kpa021.70 E E 点： aaaE KCKrhqe2)( 648 . 0 4 . 33242 . 0 ) 4 . 17 1 . 1820( kpa388.97 （3）土力零点 土压力零点距离基坑底的距离，可根据净土压力零点处墙前 被动土压力强度与墙后主动土压力强度相等的关系求得。 (4.2) amaDpm uKreuKr (4.3)m KKr e u aP aD 86 . 2 )42 . 0 380 . 2 ( 4 . 17 388.97 )( （4）基坑支护简图 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 17 基坑支护结构简图如图 4-1 所示，将点近似看作为弯矩 0 点，O 看做地下支点无弯矩。 20kN/m G O A E Ea T1 -17.4m +0 B C D T2 T3 T4 5.89m 1m3m6.5m3.3m3.6m 2.86m 图 4.1 基坑支护结构计算简图 先将基坑支护图画成为一连续梁，其荷载为水土压力及地面荷载，如 图 4.2 所示： O -34.886 -27.284 -3.96 44.935 70.021 97.388 图 4.2 连续梁结构计算简图 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 18 4.2.24.2.2 用等值梁法计算弯矩用等值梁法计算弯矩 等值梁法的基本思想：找到基坑底面下连续墙弯矩为零的某一点，以 该点假想为一个铰，以假想较为板桩入土面点。一旦假想较的位置确定， 即可将梁划分为两段，上段相当于多跨连续梁，下段为一次超定静梁。 (1) 分段计算固端弯矩 1）连续梁 AO 段悬臂部分弯矩，计算简图如 4.3 所示： 3012 22 lqql M AO 30 1284.27886.34 12 1284.27 22 mkN 0 . 2 2012 22 lqql MOA 20 1284.27886.34 12 1284.27 22 mkN 654 . 2 -34.886 -27.284 OA 1m 图 4.3 AB 段计算简图 2）连续墙 AB 段弯矩，计算简图如 4.4 所示： 2012 届城市地下空间工程专业毕业设计（论文） 19 3012 22 lqql MBA 30 396 . 3 284.27 12 396 . 3 22 mkN 4 2012 22 lqql M AB 20 396 . 3 284.27 12 396 . 3 22 mkN 466.13 -27.284 -3.96 AB 3m 图 4.4 AB 段计算简图 3） 连续墙 BC 段弯矩，计算简图如 4.5 所示： mkNMCB16.15961 . 4 3 1 2 1 61 . 4 935.44 张鹏飞：西安地铁枣园站基坑开挖支护设计 20 C B 9.5m 4.16m -3.96 44.935 图 4.5 BC 段计算简图 4）连续墙 CD 段弯矩，计算简图如 4.6 所示： 2158 2