土木工程毕业设计（论文）-常州地铁一号线龙虎塘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：常州地铁一号线龙虎塘站车站基坑围护结构设计与施工专 题：斜井井壁结构受力变形规律模型研究姓 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：常州地铁一号线龙虎塘站车站基坑围护结构设计与施工专 题：斜井井壁结构受力变形规律模型研究指导教师：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：常州地铁一号线龙虎塘站车站基坑围护结构设计与施工毕业设计专题题目：斜井井壁结构受力变形规律模型研究毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据常州地铁一号线龙虎塘站工程的实际资料，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。专题要求：目前斜井在矿业采掘方面应用非常广，但是在关于斜井井壁的设计方法相对较少，井壁的受力变形预测可为控制井壁变形，预测井壁使用寿命提供帮助和依据，根据目前井壁结构的设计方法对斜井井壁结构受力和变形进行计算，建立合理的模型，并根据现有数据分析比较。绘制图纸：1张。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四个部分，第一部分是常州地铁一号线龙虎塘站车站基坑设计；第二部分是常州地铁一号线龙虎塘站基坑施工组织设计；第三部分是专题部分，斜井井壁结构受力变形规律模型研究；第四部分是翻译部分，翻译文章为靠近垂直MSE桥台墙的桩侧阻力。第一部分是地铁车站基坑设计，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，内容是斜井井壁结构受力变形模型研究。结合工程实例和相关的参考资料，总结出有关井壁受力变形的规律。第四部分是翻译部分，翻译文章为靠近垂直MSE桥台墙的桩侧阻力。关键词：基坑；地下连续墙；施工组织；斜井；井壁结构；受力变形；桩侧阻力ABSTRACTThis graduation design mainly includes four parts. The first part is Changzhou Metro Line 1 Longhutang station station foundation pit design; the second part is Changzhou Metro Line 1 Longhutang station foundation pit construction organization design; the third part is the special part, wellbore structure stress and deformation rules model research; the fourth part is part of the translation, the translation article is Lateral Resistance of Piles Near Vertical MSE Abutment Walls.The first part is the subway station foundation pit 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 with concrete support with steel support, and the of strength and stress in the corresponding deformation, bearing capacity, anti permeability, uplift, anti slip, support internal force and deformation calculation.The third part is the special subject part, the content is the wellbore structure model of deformation force. Combined with engineering examples and relevant reference materials, the law of deformation of shaft lining is summarized.The fourth part is the translation part, the translation article is Lateral Resistance of Piles Near Vertical MSE Abutment Walls.Keywords: foundation pit; underground continuous wall; construction; slope; lining structure; deformation; pile side resistance。目 录第一部分 常州地铁一号线龙虎塘站基坑围护结构设计1 工程概况11.1 工程概况11.2 工程周边环境22 设计依据和设计标准22.1 工程设计依据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 土钉墙43.2 钢板桩围护墙53.3 钻孔灌注桩53.4 型钢水泥土搅拌桩墙（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105.3 整体稳定性验算115.4 坑底抗隆起稳定性验算115.5 抗倾覆稳定性验算135.6 抗渗流稳定性验算155.7 地连墙内力与变形计算175.8 支撑强度验算215.9 地连墙配筋验算236 基坑主要技术经济指标276.1 开挖土方量276.2 混凝土浇筑量276.3 钢筋用量276.4 人工费用27第二部分 常州地铁一号线龙虎塘站基坑施工组织设计1 基坑施工准备281.1 基坑施工的技术准备281.2 基坑施工的现场准备281.3 基坑施工的其他准备292 施工方案302.1 概况302.2施工工法302.3 施工流程322.4 施工质量控制352.5 特殊施工技术措施352.6 关键部位技术措施362.7 雨季施工技术措施373 施工总平面布置383.1 施工平面图设计要求383.2 临时建筑物布置原则393.3 施工临时设施394 施工进度计划及管理措施404.1 工程安排原则404.2 施工进度计划404.3 施工进度管理措施435 质量、安全、文明管理措施435.1 工程质量管理措施435.2 土方运输与环境管理措施445.3 安全生产管理措施455.4 文明施工措施46第三部分 斜井井壁结构受力变形模型研究1 绪论481.1 课题研究的背景与意义481.2 国内外斜井技术发展历史和现状481.3 本课题研究内容与文章结构492 理论分析492.1 井壁结构的受力变形分析计算492.2 井壁结构的受力计算502.3 井壁结构的受力变形计算553 井壁结构受力变形模型的校验603.1 模型校验604 基于现场实测数据的分析624.1 工程概况624.2 永久井壁受力变形及温度监测结果624.3 永久井壁结构受力变形及温度监测成果与分析635 结论与展望665.1 结论665.2 未来展望66参考文献68翻译部分69致谢89第一部分常州地铁一号线龙虎塘站基坑围护结构设计全套图纸加扣 3012250582 第 29 页1 工程概况1.1 工程概况龙虎塘站位于辽河路北侧，车站沿辽河路东西向布置，为11m站合地下二层岛式车站，站台中心里程CK31+534.856，主体结构尺寸为长305.4m，宽9.7m，顶板覆土约2.5m(站台中心处)，车站基坑开挖深度16.0 m(站台中心处)，东侧端头井基坑深约为18.1 m，西侧端头井基坑深度约为17.5m。龙虎塘站北侧为中天混凝土材料公司及荒地，南侧为常州天合国际学校及规划住宅区。辽河路为双向四车道加两条BRT专用道，交通量较大，施工期间交通组织复杂。根据现阶段盾构工程筹划，车站东、西侧端头井上、下行线均为盾构始发井。龙虎塘站设有轨排井及铺轨基地。1.1.1 工程地质状况根据工程地层划分原则以及所施工的勘探孔，本站所涉及地底层分述如下：（1）第1层：填土，杂色，松散密实，市民广场站华山路站表层一般为道路地坪，其下以杂填土为主，揭示厚度为0.307.30m。（2）第2层：粘土，灰黄色褐黄色，可塑、硬塑，含少量铁锰结核和高岭土，无摇振反应，干强度高等，韧性高等，中等压缩性，液性指数平均值L=0.27。（3）第3层：粉质粘土，灰黄色黄色，可塑，含少量高岭土，夹薄层粉土。无摇震反应，土面光滑无光泽，干强度中等，韧性中等，中等压缩性，液性指数平均值L=0.55。（4）第1层：粉砂夹粉土，灰黄色，饱和，稍密中密，含云母，颗粒组成成分以长石、石英为主，局部以粉土为主，中等压缩性。标贯实测击数平均值N=14.4击。（5）第2层：粉砂，灰黄色，饱和，中密密实，含云母，颗粒组成成分以长石、石英为主，局部砂土胶结呈板块状。中等压缩性。标贯实测击数平均N=28.8击。（6）第2层：粉质粘土，灰黄色，可塑，含少量铁锰结核和高岭土，夹粘土。无摇震反应，干强度中等，韧性中等，中等压缩性，液性指数平均值L=0.34。（7）第1层：粘土，灰色，流塑软塑，含有机质，局部以淤泥质粉质粘土为主，无摇震反应，土面光滑有光泽，干强度高等，韧性高等。高中压缩性，液性指数平均值L=0.92。（8）第2层：粉质粘土，灰灰黄色，可塑，夹少量硬塑粘土，无摇震反应，土面光滑无光泽，干强度中等，韧性中等，中等压缩性，液性指数平均值L=0.55。土层相关物理力学参数见表1.1。表1.1 工程地质相关情况土层编号土层名称厚度(m)重度0(kN/m3)粘聚力C(kPa)内摩擦角()1填土2.3517.50102粘土4.819.54215.73粉质粘土119.34716.91粉砂夹粉土218.94302粉砂1919.12321粘土2.8518.417131.1.2 水文地质(1)潜水：勘察期间测得潜水水位埋深约为0.703.20m(相应标高约4.551.00m)。(2)承压水分为第I层压水和第II层承压水。第I层承压水主要埋藏于1、2层砂土中，其主要补给源为湖水、运河水和长江水的侧向补给，通过越流方式排泄，水量较丰富。勘察期间测得第I层承压水水位埋深约为3.007.70m(相应标高约2.63-3.21m)第II层承压水主要埋藏于4、1层砂土中，主要通过侧向径流补给，水量很丰富。1.1.3 不良地质条件本工程所在场地无不良条件地质1.1.4 地下障碍物与管线由于本站所处区段尚未开发，所以道路下方的地下管线较少，仅在基坑靠近辽河路下方有市政污水管道。 1.2 工程周边环境1.2.1 基坑周边邻近建筑物与构筑物仅在基坑东南侧距离基坑70m左右处有一所学校（天合国际学校），其他周边均为尚未开发的开阔地，包括一块居住小区一块商住混合用地，和一块三江口公园的规划用地。1.2.2 基坑周边道路交通在车站基坑南侧有一条东西走向的辽河路，在基坑中部，规划中南北走向的衡山路穿过基坑，被基坑截断。2 设计依据和设计标准2.1 工程设计依据2.1.1 支撑性文件1)车站地铁一号线龙虎塘站初步设计及专家评审意见(2013年2月)；2)常州市轨道交通1号线一期工程I-KC-02标段岩土工程勘察报告(初步勘察阶段)(2013年10月)；3)常州市轨道交通1号线一期工程初步设计技术要求(试行稿)(2013年8月)；4)常州市轨道交通1号线一期工程土建施工招标图设计编制大纲(2013年12月)；5)常州轨道交通1号线一、二阶段地下障碍物探测成果说明；6)常州地铁1号线工程全线线路平面图(2013年12月)；7)常州地铁1号线工程全线线路纵断面图(2013年12月)；8)常州地铁1号线工程盾构施工筹划图(2013年12月)；9)常州市轨道交通1号线配套工各管线迁改(二)站场管线项目建议书；10)常州市轨道交通1号线工程场地地震安全性评价报告；11)龙虎塘站建筑图纸；12)业主、总体下发的各相关文件。2.1.2 采用规程规范城市轨道交通技术规范(GB50490-2009)；地铁设计规范(GB50157-2013)；地下铁道工程施工及验收规范(GB50299-1999)（2003年版）；上海市基坑工程技术规范（DGTJ08-61-2010）；建筑结构荷载规范(GB50009-2012)；混凝土结构设计规范(GB50010-2010)；钢结构设计规范(GB50017-2003)；建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)；建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)；建筑基坑工程技术规范(YB9258-97)；建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)；地下工程防水技术规范(GB50108-2008)；建筑抗震设计规范(GB50011-2010)；铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)（2009年版）；地铁杂散电流腐蚀防护技术规程(CJJ49-92)；混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002)（2011年版）；混凝土外加剂应用技术规范(GB50119-2003)；建筑基坑工程监测技术规范(GB5049-2009)；混凝土结构耐久性设计规范(GB/T50476-2008)；钢筋焊接及验收规程(JGJ18-2012)；钢筋机械连接技术规程(JGJ107-2010)；建筑与市政降水工程技术规范(JBJ /T111-98)；城市道路设计规范(CJJ37-2012)；城市轨道交通地下工程建设风险管理规范(GB50652-2011)。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12m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7m，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三级较重要的自来水管、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18.1m，基坑开挖面积大，周围环境复杂，故本工程安全等级为一级。因此本车站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0.14H0.10H二级0.3H0.25H三级0.7H0.55H3 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的临时施工结构。基坑的围护方案形式一般包括土钉墙、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 土钉墙土钉墙（Soil Nail Wall）是一种原位土体加筋技术。将基坑边坡用由钢筋制成的土钉对土体加固，在边坡表面铺设一道钢筋网再喷射一层混凝土面层和土方边坡相结合的边坡加固型支护施工方法。土钉墙作为围护结构具有稳定较可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好等特点，但适用性较差。3.2 钢板桩围护墙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。3.3 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一种工法施工噪声小，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 型钢水泥土搅拌桩墙（SMW工法桩）型钢水泥土搅拌桩墙即在普通水泥土搅拌桩中插入型钢，来进行挡土止水。相对于其他形式的板式支护，型钢水泥土搅拌桩墙结构刚度较小，通常适用于开挖深度不大于12m的基坑，而且其施工占用场地较小，型钢可以回收并利用，如工期不是很长，能在很大程度上降低工程造价。如果在超深基坑工程采用这种支护形式，则搅拌桩可能由于刚度较小，或者基坑开挖产生的周围地面沉降和位移较大，产生较大的变形容易而开裂而并且发生渗漏事故。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18.1m，地下水位位于地表下0.7m，围护结构对于防水要求高，由于基坑邻近学校等建筑，周边环境对变形与地表沉降的控制要求高。车站位于常州郊区，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。对于出入口等开挖深度较小的基坑，则可选用其他工法（如SMW工法桩）作为围护结构，挡水抗渗性能好，配合支撑在一定条件下可以代替地连墙。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与钢支撑。钢筋混凝土支撑一般为现浇钢筋混凝土。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你体系，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18.1m，属于超深基坑，竖向斜撑不适用与本工程情况。基坑长305.4m，宽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。如果采用混凝土支撑体系，则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，且多道钢支撑也同样能有效控制基坑变形，综合考虑，故本工程采用钢支撑作为基坑内支撑体系。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，为了方便手工计算，故选用60916钢支撑，从上到下间距为2.0m（距地面）、4.0m、4.0m、4.0m、4.0m，则最下道支撑即第4道支撑距坑底4m，支撑的水平间距为4m。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，部分特殊情况下也有1200mm的地连墙，地连墙入土比一般在0.71.0之间。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1.8倍，则端头井处的地连墙深度为18.11.8=32.58m，取地连墙深度为32m，标准段地连墙深度为，161.8=28.8m，取地连墙深度30m。5.1.2 土层加权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粘聚力，kPa； 第i层土的粘聚力，kPa； 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、淤泥质土有(5-5)对砂土、粉土有(5-6)本工程地质情况主要为砂土，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为坑外地表水平，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； 地连墙厚度，B=0.8m； 地连墙单位长度，L=1m； 第i层土的厚度，m。墙底土层为2层粉砂层，各层土体的侧壁摩阻力取值见表5.1。表5.1 土层侧壁摩阻力取值土层编号23121qs63.687.378.8108.935.2备注1层为建筑垃圾为主的杂填土，故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665.6+300=965.64676.79kN；所以地连墙的地基承载力满足要求。5.3 整体稳定性验算当基坑内仅设置一道支撑时，则需要对基坑进行整体稳定性验算，而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，因为本基坑设置了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，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，； 基坑开挖深度，H=18.1m； 地连墙插入深度，D=13.89m； 、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，； 抗隆起安全系数，根据建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)，一级安全等级基坑取1.8，二级安全等级基坑取1.6，三级安全等级基坑取1.4，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，作用分项系数，取；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5.2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，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； 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，； 坑底土的孔隙比，； 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，本工程坑底土为砂土，故取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18.1m，坑内布置4道钢支撑，第一道距地面2.0m，第二道距第一道4.0m，第三道距第二道4.0m，第四道即最下道支撑距第三道4.0m，即距坑底4.0m。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。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。其中，将地面超载等效为当量土重，厚度为第一道支撑计算，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，最大剪力在最下道即第四道支撑下方：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。根据钢结构设计规范(BG50017)的规定，钢支撑的承载力计算应考虑安装偏心误差的影响，偏心距取值不宜小于支撑计算长度的1/1000，且对混凝土支撑不宜小于20mm，对钢支撑不宜小于40mm。支撑截面所受最大轴力，其水平间距为4m，则其验算轴力为。根据上海市基坑工程技术规范（DGTJ08-61-2010），基坑宽度最宽处为19.7m，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，Q235钢管，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； 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 地连墙配筋验算根据建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)，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C35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。最大正弯矩，最大负弯矩5.9.1 纵向钢筋设计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，弯矩设计值，；