土木工程毕业设计（论文）-常州地铁一号线嫩江路站车站基坑围护结构设计与施工.docx

全套图纸加扣 3012250582编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：常州地铁一号线嫩江路站车站基坑围护结构设计与施工专 题：井壁极限承载力分析姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-6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：常州地铁一号线嫩江路站车站基坑围护结构设计与施工专 题：井壁极限承载力分析指导教师：职 称：讲师二一五年六月 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：常州地铁一号线嫩江路站车站基坑围护结构设计与施工毕业设计专题题目：井壁极限承载力分析毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据常州地铁一号线嫩江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：通过对立井井壁的理论分析以及相似理论与模化，结合各种不同材料组成的井壁模型在受到外载作用下，立井井壁产生竖向、环向应变，对井壁极限承载力特性的分析研究。进一步通过已有的数值计算试验数据，得到影响井壁极限承载力的因素以及其之间的规律，归纳为公式，对实际井壁的极限承载力进行计算以及研究。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，第一部分是常州地铁一号线嫩江路站车站基坑设计；第二部分是常州地铁一号线嫩江路站基坑施工组织设计；第三部分是专题部分，井壁极限承载力分析；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，支撑结构采用混凝土支撑与钢支撑，并对其进行相应的强度、内力变形、承载力、抗渗、抗隆起、抗滑移、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，内容是井壁极限承载力分析。先通过对井筒结构的理论分析，然后结合工程实例和相关的参考资料，总结出有关实际情况下井壁的极限承载力。关键词：基坑；地下连续墙；施工组织；厚壁圆筒；极限承载力 ABSTRACTThis graduation design mainly includes four parts. The first part is Changzhou Metro Line Nenjiang Road station foundation pit design; the second part is Changzhou Metro Line Nenjiang Road station foundation pit construction organization design; the third part is the special part and sidewall limit bearing capacity analysis.In the first part of foundation pit of subway station design, according to the excavation of the site engineering geological and hydrogeological conditions and the surrounding environment, through construction scheme comparison and selection, determine the use of open cut construction method, retaining structure using underground continuous wall, supporting structure using concrete support with steel support, and the of strength and stress in the corresponding deformation, bearing capacity, anti permeability and anti uplift, anti slip, support internal force and deformation calculation.The second part is the station 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 envelope structure 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 subject section, the content is the wall limit bearing capacity analysis. Through the theoretical analysis of the wellbore structure, and then combined with engineering examples and relevant reference, the ultimate bearing capacity of the shaft lining is summarized.Keywords: foundation pit; diaphragm wall; construction organization; thick walled cylinder; ultimate bearing capacity目 录第一部分 常州地铁一号线嫩江路站基坑围护结构设计1 工程概况11.1 工程概况11.2 工程周围环境22 设计依据和设计标准22.1 有关工程的设计依据22.2 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64 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75 计算书75.1 荷载计算75.2地连墙底地基承载力验算95.3 整体稳定性验算105.4 坑底抗隆起稳定性验算105.5 抗倾覆稳定性验算125.6 抗渗流稳定性验算135.7 地连墙内力与变形计算155.8 支撑强度验算185.9 地连墙配筋验算206 基坑主要技术经济指标226.1 开挖土方量226.2 混凝土浇筑量226.3 钢筋用量226.4 人工费用22第二部分 常州地铁一号线嫩江路站基坑施工组织设计1 基坑施工准备231.1 基坑施工的技术准备231.2 基坑施工的现场准备231.3 基坑施工其他准备242 施工方案252.1 工程特征252.2 施工工法262.3 施工流程272.4 施工质量控制302.5 特殊施工技术措施312.6 关键部位技术措施323 施工总平面布置333.1 施工平面图设计要求333.2 临时建筑物布置原则334 施工进度计划及管理措施344.1 工程安排原则344.2 施工进度计划344.3 施工进度管理措施375 质量、安全、文明管理措施375.1 工程质量管理措施375.2 土方运输与环境管理措施385.3 安全生产管理措施395.4 文明施工措施40第三部分 井壁极限承载力分析1 问题的提出412 国内外研究现状413理论分析423.1 井壁的弹性分析433.2 井壁的弹塑性分析474 井壁极限承载力计算524.1 强度准则524.2 基于不同强度准则井壁极限承载力535 典型工程案例分析535.1概述546 结论与展望586.1 结论586.2 未来展望59参考文献59第四部分 翻译部分翻译部分60致谢70第一部分常州地铁一号线嫩江路站基坑围护结构设计全套图纸加扣 3012250582 第 23 页1 工程概况1.1 工程概况1.1.1 工程地质状况本站位于常州市新北区，属冲湖积高亢平原区，地形平坦，总体呈西北略高，东南略低，地表坡度约1/50001/6000。工程区沿线地貌类型属于长江三角洲冲积平原，地势开阔较平坦，第四纪地层发育，厚度较大，且层位较稳定，从中更新世至全新世地层发育齐全。主要成因类型有河流相、河湖相及海相等，从老到新是由一套陆相堆积地层组成。工程区地基土在勘探深度内可以大致划分为“填土”、“粘性土”、“粉土”、“砂土”四类。工程区表层普遍存在填土，可划分1杂填土、2素填土、3耕植土、4淤填土。1杂填土：松散，主要由碎砖、硅块、碎石等建筑垃圾及塑料袋等生活垃圾组成，粘性土和粉性土充填； 2素填土：杂色，可塑，以粘性土为主，夹粉土、砂土及少量碎石，碎石粒径一般25cm，最大粒径达15cm以上，表层30cm为沥青路面；3耕植土：灰、灰黄色，软塑，主要由粘性土组成，含植物根系，局部含少量腐殖质；4淤填土：主要由淤泥质粉质粘土组成，流塑，含大量腐殖质。层厚3.906.00m，层顶埋深0.50m，层顶标高4.264.31m。填土层的堆积时间短、成分复杂，均一性差，工程性能差，围护桩或围护墙施工开挖时孔壁易坍塌，对基坑开挖存在一定的不利影响。“粘性土”类主要为1粘土、2粉质粘土、2粉质粘土、4-1粉质粘土、 4-2粉质粘土夹粉土、1粉质粘土、2粉质粘土、2粉质粘土、5粉质粘土、6粉质粘土。1粘土、4-1粉质粘土、4-2粉质粘土夹粉土：可塑状，工程性能一般；2粉质粘土、2粉质粘土、2粉质粘土、2粉质粘土、6粉质粘土：可塑硬塑，为硬土层，工程性能较好；1粉质粘土、5粉质粘土：软塑流塑，为主要的软土层，工程性能差，特点是含水量高、高压缩性、承载力一般较低，在基坑开挖时，易形成滑动面，易引起涌土、缩径等不良地质作用。因其分布深度大，且局部分布，因此对工程建设总体影响不大。1.1.2 水文地质场地地下水类型主要是第四纪松散岩类孔隙潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水。1)孔隙潜水：拟建场区孔隙性潜水主要分布于表层填土及浅部的粘土中，由大气降水径流补给和沿线河流的侧向补给，潜水水量不大，地下水位随季节和沿线河流水位而变化地下水位年变幅lm。勘察期间在车站、区间、出入段线内测得钻孔静止水位埋深1.004.00m，相应高程2.023.83m。结合本工程场地环境和同类工程经验，地下水流速一般较小。2)孔隙承压水：(1)第I1层承压水主要赋存于四系上更新统冲湖积的1-1粉土、1-2粉砂夹粉土、2粉砂、3粉砂夹粉土层中，其主要补给来源为滆湖水、运河水和长江水的侧向补给，排泄途径亦相同，水量较丰富。勘察期间测得其埋深为地面下3.0010.80m，相应高程为-5.272.11m，一般年变化幅度小于1.0m。(2)第I2层承压水主要赋存于第四系上更新统冲湖积的1粉土夹粉质粘土、2粉砂中，主要通过侧向径流补给。1.1.3 地下障碍物在本工程的施工区无地下障碍物。1.2 工程周围环境1.2.1 基坑周围建筑物嫩江路站位于规划乐山路与规划嫩江路交叉路口，沿乐山路南北向布置，偏路口北侧。车站站位周边现状为农田、零星低矮民房、学校，规划为商业、住宅、市政道路。车站东侧嫩江路及路北河道、车站南侧乐山路正在施工中；车站东南角为常州高等旅游贸易学校，结构外皮距其围墙最近约63m；车站中部交叉路口北侧有1条220kV高压线东西向穿越，车站主体中部跨规划河道。附属结构均位于规划路两侧，现状为农田。车站中部嫩江路北侧有一段过水箱涵横穿车站上方。1.2.2 周围管线现车站范围内除部分雨水管外，其余管线均在规划设计阶段，建议优化市政管线的敷设时机，在地铁施工后实施。根据管线资料，影响乐山路方向主要管线有1根d800 i1.0雨水管线(临时废除)、1根DN300给水管线(临时改移)、2根250PE路灯管线(临时废除)、1根8110PE通讯管线(临时改移)、1根DN200燃气管线(临时废除)、1根12200PE供电管线(临时改移)、1根DN500给水管线(临时改移)。影响嫩江路方向主要管线有1根DN300给水管线(临时改移)、1根250PE路灯管线(临时废除)、1根8110PE通讯管线(临时改移)、1根DN200燃气管线(临时废除)、3根12200PE供电管线(临时改移)。横跨车站有一根220kV高压线，位于规划嫩江路北侧，东西向横穿车站主体。1.2.3 周围道路交通本车站基坑位于嫩江路与乐山路的交叉路口，基坑呈南北走向，沿乐山路方向。2 设计依据和设计标准2.1 有关工程的设计依据（1）地铁设计规范( GBSOlS7-2013 )；（2）建筑结构荷载规范( GBS0009-2012 )；（3）建筑抗震设计规范(GBS0011-2010)；（4）混凝土结构设计规范( GBS0010-2010 )；（5）建筑地基基础设计规范( GBJS0007-2011)；（6）砌体结构设计规范(GBS0003-2011)；（7）建筑基坑工程技术规范( YB92S8-97 )；（8）建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)；（9）建筑桩基技术规范( JGJ94-2008 )；（10）建筑地基处理技术规范( JGJ79-2012 )；（11）铁路工程抗震设计规范( GBSOIII-2006 2009年版)；（12）建筑抗震设防分类标准( GBS0223-2008 )；（13）城市轨道交通技术规范( GBS0490-2009 )；（14）轨道交通工程人民防空设计规范( RFJ02-2009 )；（15）人民防空工程设计规范( GBS022S-2005 )；（16）混凝土结构耐久性设计规范( GBS0476-2008 )；（17）地下工程防水技术规范( GBS0108-2008 )；（18）混凝土外加剂应用技术规范( GBS0119-2003 )；（19）钢筋机械连接技术规程( JGJ107-2010 )。（20）混凝土结构工程施工质量验收规范( GBS0204-2002 ) （2011年版）；（21）大体积混凝土施工规范( GB 50496-2009 )；（22）地基与基础工程质量验收规范( GBS0202-2002 )；（23）地下铁道工程施工及验收规范(GBS0299-1999, 2003年版)；（24）地下防水工程质量验收规范(GBS0208-2011）；（25）钢筋焊接及验收规程( JGJ18-2012 )；（26）钢结构设计规范( GBJ17-2003 )。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。综合考虑各项因素，本工程基坑开挖深度最深达18m，基坑开挖面积大，周围环境复杂，故本工程安全等级为一级。基坑变形设计控制标准见表2.2。表2.2 基坑变形设计控制指标基坑环境保护等级围护结构最大侧移坑外地表最大沉降一级0.14%H0.10%H二级0.3%H0.25%H三级0.7%H0.55%H3 基坑围护方案设计基坑围护结构主要是用来承受基坑开挖过程中由于卸载造成的水土压力，并将压力传递给支撑，是作为稳定基坑施工的挡土挡水结构。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、地连墙等维护结构弱，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，需要辅助以其他防水措施加固，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工法桩施工中不易扰动邻近土体，不易产生邻近地面沉降等威胁周边环境，房屋道路和地下设施的问题，对周围环境影响小。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，废土量远比其他工法小，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20米。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挖槽机械，在预先沿着轴线浇筑的导墙中，在泥浆护壁的条件下开挖处深槽，然后吊放预制的钢筋笼，利用导管在水下浇筑混凝土形成一个槽段，逐段进行，最终形成整体额的钢筋混凝土墙壁，起到截水防渗，挡土承重的结构。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，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18米，地下水位位于地表下2.5米，围护结构对于防水要求高，由于基坑邻近新建高层建筑，周边环境对变形与地表沉降的控制要求高。车站位于常州市中心区，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。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、托架和其他附属结构组成。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，立柱和其他附属结构等组成。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。但钢支撑施工工艺要求较高，支撑结构处理不当，支撑不及时不准确，容易造成失稳。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水平单层或多层平面支撑体系、竖向斜撑体系和混合支撑体系。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他支撑形式，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18m，车站总长为468.75m，车站标准段宽为19.7m，是典型的长条形基坑，采用明挖法开挖，所以本工程采用垂直对撑布置。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2m（距地面）、4m、4m、4m、4m，则最下道支撑即第4道支撑距坑底4m，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厚的地连墙。因基坑开挖深度较深，初步选择地连墙厚度为800mm，地连墙深度取基坑深度的2.0倍，则地连墙深度为182=36m。5.1.2 计算各截面处土的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内摩擦角，； 第i层土的内摩擦角，； 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=0.8m； L地连墙单位长度，L=1m； 第i层土的厚度，m。墙底土层为2层粉质粘土层，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2121-11-2224-14-22/-63.687.372.978.8108.982.962.3102.196.7备注2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748.8+300=1048.83112.38kN所以地连墙的地基承载力满足要求。5.3 整体稳定性验算基坑内仅设置一道支撑时需要进行整体稳定性验算，当基坑内设置多道支撑时可不作整体圆弧滑动稳定性验算，本基坑设置4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=18m； D地连墙插入深度，D=18m； 、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5.4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=0.703； 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，本工程坑底土为粘土，为了安全取最大值，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，开挖面一下为矩形 （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18m，土体参数为，。坑内布置4道钢支撑，第一道距地面2m，第二道距第一道4m，第三道距第二道4m，第四道距第三道4m，即距坑底4m。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1.046m，即计算地面高出实际地面1.046m。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：5.8 支撑强度验算5.8.1强度验算基坑内支撑采用钢支撑时，支撑的强度验算应按偏心受压构件进行计算。根据上海市基坑工程技术规范（DGTJ08-61-2010），初始偏心矩取支撑计算长度的2/10003/1000不宜小于40mm。根据上海市基坑工程技术规范（DGTJ08-61-2010），基坑宽度最宽处为23.8m，超过15m，故需要设置中间立柱，等距离设置1根立柱，则钢支撑实际跨度为23.8/2=11.9m。初始偏心距。钢支撑选用60916型号。根据钢结构设计规范（GB50017-2003）规定，压弯构件的强度验算公式为：(5-26)式中，构件的轴心压力，支撑水平间距3米一道，则 ； 构件所受弯矩，kNm/m； 净截面面积，mm2； 截面塑性发展系数，查表得钢管的； 净截面模量，mm3； 钢材的强度设计值，Q235钢d或t16mm，则f=215N/mm2。60916钢管撑的相关参数为：净截面面积惯性矩净截面模量回转半径构件长细比钢支撑的每米单位重力由于自重与施工荷载引起的弯矩为：由于初始偏心产生的弯矩为：故钢支撑强度满足要求。5.8.2弯矩作用平面内稳定性验算根据钢结构设计规范（GB50017-2003），压弯构件的弯矩作用平面内稳定性验算公式为：(5-27)式中，弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数，根据查a类截面轴心受压 构件的稳定系数表得； 毛截面模量，mm3； 参数，钢材； 等效弯矩系数，。所以钢支撑的弯矩作用平面内稳定性满足要求。5.9 地连墙配筋验算5.9.1 纵向钢筋设计根据上海市基坑工程技术规范（DGTJ08-61-2010），墙体混凝土设计强度不应低于C30，且水下浇筑混凝土强度应相应提高，故本工程选用C50混凝土。纵向钢筋宜采用HRB335或HRB400钢筋，直径不小于16mm，净距不小于75mm。地连墙保护层厚度迎坑面不小于50mm，迎土面不小于70mm。故纵筋选用HRB400级钢筋，迎坑面与迎土面保护层厚度取70mm。根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010），正截面抗弯承载力验算公式为：(5-28)(5-29)式中，M弯矩设计值，M=1439.95kNm； 系数，混凝土强度等级不超过C50时，； 混凝土轴心抗压强