土木工程毕业设计（论文）-上海地铁1号线副线大宁灵石公园站基坑设计与施工.doc

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号线副线大宁灵石公园站基坑设计与施工专 题：混凝土芯砂石桩对软土地基的加固机理分析姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-3班二一四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号线副线大宁灵石公园站基坑设计与施工专 题：混凝土芯砂石桩对软土地基的加固机理分析指导教师：职 称：二一四年六月 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 3 月 9 日毕业设计日期： 2015 年 3 月 9 日至 2015 年 6 月 20 日毕业设计题目：上海地铁1号线副线大宁灵石公园站基坑设计与施工毕业设计专题题目：混凝土芯砂石桩对软土地基的加固机理分析毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海地铁1号线副线大宁灵石公园站基坑的实际资料，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、基坑维护和支撑结构设计，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：上海地铁1号线副线大宁灵石公园站基坑平面图，上海地铁1号线副线大宁灵石公园站基坑剖面图，施工总平面布置图。专题要求： 混凝土芯砂石桩对软土地基的加固机理分析，从作用原理入手，概述其运用范围，结构组成，施工工艺，实例分析等。 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 中国矿业大学2015届土木工程专业本科生毕业设计的主要内容包括四个部分，第一个部分是上海地铁1号线副线大宁灵石公园站基坑结构设计；第二部分是上海地铁1号线副线大宁灵石公园站施工组织部分；第三部分是专题部分，混凝土芯砂石桩对软土地基的加固机理分析；第四部分则是外文文献的翻译。在第一部分基坑围护结构设计中，根据大宁灵石公园站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，确定采用地下连续墙作为基坑的围护方案，支撑方案选为对撑，从地面至坑底依次设四道钢管支撑，并进行围护结构及支撑的内力计算、相应的强度和地连墙的配筋验算以及基坑的抗渗、抗隆起和抗倾覆等验算。在第二部分施工组织设计中，根据基坑围护方案，施工方法和隧道周边的环境情况，对施工前准备工作，施工场地布置，围护结构施工、基坑开挖与支撑安装等进行设计，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。第三部分专题是混凝土芯砂石桩对软土地基的加固机理分析，查阅相关论文和文献资料，叙述了常用的软土地基加固的分析，以及特别对混凝土芯砂石桩的加固原理进行了分析，得出了混凝土芯砂石桩的加固原理。第四部分是外文文献翻译部分，按要求翻译了3000字的外文文献。关键词：基坑 地下连续墙 支撑结构 施工组织 混凝土芯砂石桩ABSTRACTThe main contents 2015 session of China University of Mining civil engineering undergraduate graduation project consists of four parts, the first part of the Shanghai Metro Line 1, sub-line Daning Lingshi Park station pit design; the second part is the Shanghai Metro Line 1 line side line Daning Lingshi Park station construction part of the organization; the third part is the thematic section of reinforced concrete core mechanism of soft soil gravel pile; the fourth part is the translation of foreign literature.In the first part of the foundation pit structure design, according Daning Lingshi Park Station Foundation which engineering geological, hydro-geological conditions and the surrounding environmental conditions, through comparison and selection of construction scheme, as determined using underground continuous wall pit Enclosure solutions support scheme chosen for support, from the ground to the bottom of the pit in turn set up four steel support and retaining structure and internal force calculation of support, an appropriate level and be connected to the wall of reinforced checking and anti-foundation pit infiltration, anti-bump and anti-overturning and other checking.In the second part of the construction design, according to foundation pit plan, construction methods and environmental conditions surrounding the tunnel, on the pre-construction preparation work, construction site layout, building envelope construction, excavation and support installation design , and the preparation of project schedule, the preparation of the corresponding quality, safety, environmental protection and other measures.The third part of the topic is concrete core sand pile on soft soil reinforcement mechanism, access to relevant papers and documents, describes the common analytical soft soil reinforcement, and in particular the principle of reinforced concrete core sand piles were analysis, the reinforced concrete core principle gravel pile.The fourth part is the translation of foreign literature section, according to the requirements of the translation of foreign literature 3000 wordsKeyword: foundation pit engineering； underground diaphragm wall； construction organizing；Construction Organization. 目 录第一部分：上海地铁1号线副线大宁灵石公园结构设计1 工程概况11.1工程地质及水文地质资料11.2工程周围环境22 设计依据和设计标准32.1 工程设计依据32.2 基坑工程等级及设计控制标准43 基坑围护方案设计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基坑施工应变措施105 计算书105.1 荷载计算105.2 围护结构地基承载力验算135.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算135.4抗渗验算155.5抗倾覆验算165.6整体圆弧滑动稳定性验算175.7围护结构及支撑内力计算175.8 支撑强度验算225.9 地下连续墙配筋验算246 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：上海地铁1号线副线大宁灵石公园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291.3 基坑施工的其他准备302 施工方案322.1 概况322.2 施工方法的确定322.3 施工流程342.4 质量控制372.5 施工主要技术措施392.6关键部位技术措施403施工总平面布置413.1 施工现场广场临时建筑物的布置原则及位置413.2 施工用的临时运输线路的布置423.3 建筑材料的堆放位置424施工进度计划及管理措施424.1 工程安排原则424.2 施工进度计划424.3 施工质量过程控制445质量、安全、文明管理措施445.1 质量管理措施445.2 土方运输环境管理规定455.3 安全生产管理措施465.4 文明施工措施46第三部分：混凝土芯砂石桩对软土地基的加固机理分析摘 要471 概述472 常用软土地基处理方法473 基本结构504 混凝土芯砂石桩作用机理分析51 4.1 挤土效应51 4.2 桩基承载52 4.3 排水固结52 5 适用条件536 施工工艺53 6.1 施工前准备工作54 6.2 施工工序54 6.3 质量保证措施54 7 实例55 7.1 深圳河加固实例55 7.2 高速公路软土地基加固578 结论57 参考文献58 翻译部分1 中文译文592 外文原文67致 谢73 第一部分上海地铁1号线副线大宁灵石公园站基坑结构设计第 28 页 全套图纸加扣30122505821 工程概况上海地铁1号线副线大宁灵石公园站位于万荣路和广中西路交点一侧，大宁灵石公园北门处，对面是宝华万豪酒店。中环路站基坑设计尺寸：25020m。共设置东西南北4个出入口，2个风亭。车站设计为岛式站台结构车站，为地下2层结构的非换成车站。设计底板埋深约18m。建设时间约18个月，投资2.8亿。 1 .1工程地质及水文地质资料1.1.1工程地质条件中环路站建设位于广中西路大宁灵石公园北门，地势平坦，由于处于闹市区，工程场地条件不理想，呈狭长布局，并且由于施工带来的交通问题也比较严重。土层情况如下表1.1所示：表1.1 土层分布表土层编号土层名称土层描述土层厚度（m）层底标高1填土黄褐色，松散，主要为碎石、煤渣以及粘性土2.03.22粉质粘土灰黄色，土质很湿，可塑性高，含氧化铁斑点及铁锰质结核，随深度增加土性渐变软2.80.43灰色砂质粉土夹薄层粘土，含云母，松散，中压缩性。摇振反应迅速、干强度低、韧性低，分布不均匀，局部较厚4.0-3.64灰色淤泥质粉质粘土夹薄层粉砂，局部较多，流塑，高压缩性。摇振无反应，干强度中等，韧性中等9.2-13.15粉质粘土夹薄层粉砂，含有机质、钙结核，软塑，中压缩性，摇振反应无、干强度中等、韧性中等3.7-16.36粉砂草黄色，饱和，中密度密实，中等压缩性，含云母、少量氧化铁条纹，夹砂质粉土，上部夹薄层粘性土8.3-23.71.1.2水文条件上海地势平坦，水资源丰富，水网密布，本地铁站位于虹口区，地下水位较高，主要含有高水位的潜水以及较低水位的。潜水位和承压水位随季节、气候等因素而有所变化。地下水的温度，埋深在3m范围内受气温变化影响较大，3m以下水温较稳定，一般为15左右，根据地质资料，潜水水位埋深为1.502.50m，第6层承压水水位埋深为5.20m。 查阅相关资料表明，地下水对混凝土没有腐蚀性，或腐蚀性非常微弱，可以忽略不计。 1.2工程周围环境1.2.1邻近建筑场地北边宝华中心和上海百赢投资有限公司的大楼，南边是大宁灵石公园北门，向西与万荣路相交，向东与共和新路相交，在其四周的建筑物还有，上海大宁中心，中国银行，圣爱华发商务酒店，新梅共和城小区，上海大宁商业投资有限公司，由于施工场地处于公园，商业区，居民区三者之间，所以人流量巨大，施工场地的限制比较严重。1.2.2 地下管线由于处于居民生活区和闹市区，地下管线众多，有水网，电网，天然气管线，网络管线，以及一些市政排水管道。那么，在施工场地下方布置的管线，主要有2条市政排污（水）管道，1条雨水管道以及若干水网，电网，具体管线分布情况如下表1.2。表1.2场中路管线分布详细列表管线数量埋深（m）说明排污（水）61.0部分段位于基坑下方，影响基坑开挖雨水40.5同上电网70.8同上天然气管61.2同上光纤61.5在设计基坑边缘，相隔较近，基坑开挖时要注意不影响其工作饮用水网81.0同上 1.2.2 周围道路施工场地位于广中西路中端，两端为万荣路和共和新路，除去这三条主要公里外，在场地南北两端，南边有进入灵石公园北门的道路，北边有进入圣爱酒店的道路和进入宝华中心的道路，工地现场东北方向是新梅共和城小区，有从广中西路进入小区的道路。 1.2.3 施工条件根据相关资料显示，所要开挖的基坑土壤主要为软土或软弱土，可以按软弱土计算。由于施工现场身处闹市区，周围既有居民小区，也有城市公园，不利于施工工地的搭建，并且要考虑疏导交通，需要充分规划和考虑。 1.2.4 邻近地区对地面沉降很敏感的建筑资料和要求由于周围并没有高层和超高层建筑，所以对地面沉降的要求相对较低，但仍需考虑沉降带来的不利影响，综合考虑，周围地面沉降量应不大于20mm。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： 岩土工程勘察规范（GB 50021-2012）； 地下工程防水技术规范（GB50108-2008）； 建筑结构荷载规范（GB 50009-2012）； 建筑结构制图标准（GB/T50105-2012)； 建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）； 建筑地基基础设计规范（GB 50007-2011）； 地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（GB 50307-1999）； 钢结构设计规范（GB50017-2003）； 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）； 混凝土结构耐久性设计规范（GB/T50476-2008）。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）的规定，基坑的侧壁安全等级按照破坏后果和对周围环境的影响分为三级，如表2.1所示，基坑的侧壁安全等级重要系数表。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根据施工场地的要求，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，会影响居民楼和学校建筑的安全，所以，安全等级为一级，即取1.1。3 基坑围护方案设计 中华人民共和国行业标准建筑基坑支护技术规程JGJ120-99对基坑围护的定义如下：为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡基坑支护、加固与保护措施。 3.1 基坑围护种类1.地下连续墙围护，地连墙支撑；2.水泥挡土墙；3.钢板桩：型钢桩横挡板支护，钢板桩围护； 4.SMW工法；5.原状土放坡；由于本基坑开挖深度高达20米，属深基坑范畴。逆作拱墙基坑侧壁安全等级宜为三级，淤泥和淤泥质土场地不宜采用，拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8，基坑深不宜大于12m。不适用本基坑的支护。原状土放坡显然也与地铁基坑的构造不符，不适用。下面主要介绍地下连续墙维护，钢板桩维护，水泥挡土墙维护，SMW工法。3.1.1钢板桩钢板桩围护就是是用打桩机直接将钢板桩按一定的搭接方式打入土体，形成围护整体结构，用来承受基坑开挖过程中因卸荷载所导致的水土压力的一种支挡结构。各种钢管，钢板，以及按照一定规格制作的钢桩，都可以作为钢板桩来使用。它们有多种形式打入土体中，如打入土中后，钢板桩之间用榫槽连接，连接处有防渗结构进行防渗处理，也可以在未打入土体中时，先连接成片，在整体打入土中。钢板桩围护的优点：钢的强度高，品质好，接缝处理可以保证很高的精度，可靠性高，并且可以拔出后反复使用，有较好的经济性，施工方便，工期较短，主要适合软土地区的较深基坑；钢板桩围护的缺点：施工中多了一道处理接头渗水的工序，用来防止桩的失稳问题和防止水土流失带来的地层塌陷问题，钢板桩开挖后挠度大，相对于地下连续墙易变形，并且在施工过程中的打桩，拔桩会产生很大的噪声，造成生源污染，还会产生振动，导致土体裂开，强度降低。3.1.2 水泥挡土墙 水泥土挡墙就是指由水泥土搅拌桩两两连接，而组成的整体连续性的加固墙体，并依靠其本身的重力和刚度围护坑壁不发生破坏，这样所形成的水泥挡土墙结构，一般没有额外的支撑结构，其同时具有挡土和挡水的作用； 水泥挡土墙优点：一般较经济，施工中无振动不产生噪音，对环境污染小，不会对土体结构造成很大的挤压，保证土的完整性，挤土轻微。适用饱和软粘土，不适用于厚度较大的可塑性土； 水泥挡土墙缺点：适用条件限制较多，适用基坑的侧壁安全等级应当为二级或三级，水泥挡土墙桩能够承受的地基土承载力不宜超过150kPa，基坑深度不宜大于6m。3.1.3 地下连续墙地下连续墙围护就是指用特殊的挖槽机械，沿着基坑工程开挖的周边，开挖出一定槽段长度的符合规格沟槽，在开挖过程中应用泥浆进行护壁，并将预制的钢筋笼吊放入开挖的沟槽中，然后向里浇筑混凝土，形成墙体，相临的槽段用接头相连，最终形成一个连续坚固的墙体，起到挡土和挡水的作用。地下连续墙的优点：可以减少施工对环境的不利影响，振动小，噪声低，能够较好的控制土体变形和沉降；地下连续墙刚度大，整体性好，结构变形量少，可用于超深结构的围护；地下连续墙为整体性连续结构，抗渗性能好；可施行逆作法施工，可以加快施工进度，降低造价；地下连续墙能够适用于多种地质情况；地下连续墙的缺点：开挖槽段会产生额外的废弃土，需要建造临时的集土坑和运输这些废土，另外，还要制备护壁泥浆，都增加了工程费用，除此之外，如废弃土和泥浆处理不当，会造成环境污染；虽然从理论上讲，地下连续墙可以适用于所用地层，但当地层条件复杂时，会增加施工的难度和影响工期和加大工程造价；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；地下连续墙如果单纯的用作临时的挡土结构，不经济，因此地下连续墙结构一般不仅仅用作挡土挡水结构，也作为基坑整体结构的一部分。什么样的条件下适用地下连续墙结构作为基坑的围护结构，主要有以下几点：基坑的开挖深度大于10m；地基土主要为软土地基或者砂土地基；在城市建筑群中施工，由于周围建筑对沉降的要求高，应当采用地下连续墙结构；结构设计要求对抗渗有比较高的要求，且围护结构用作主体结构的一部分时，应采用地下连续墙结构；对于采用逆作法施工的基坑工程，其内衬结构与护壁结构形成复合支撑结构的，应采用地下连续墙结构。3.1.4 SMW工法 SMW工法即为新型水泥土搅拌桩墙，是指在水泥土桩内插入H 型钢，使桩墙同时承受荷载和挡水防渗，使之成为能够挡水挡土的围护墙结构。SMW工法的施工步骤为，先用螺旋钻机按照设计的位置钻孔并疏松泥土，并让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，最后形成一排挡土止水帷幕。 SMW工法优点：施工时产生的噪声低，对周围环境的影响小，强度高，止水效果好，适合用于各种土层，在有支撑结构的情况下也可适用于深基坑，其在一定程度上能够取代地下连续墙作为围护结构，此具有较大发展前景。主要特点有： a.施工时对相邻的土体扰动非常小，不会产生如沉降，建筑物倾斜，道路沉降及开裂等； b.由于在施工过程中，钻掘和搅拌不停的进行，其水泥结构和周围的土体得到充分的搅拌，连接处融合情况好，而且墙体结构无接缝，所以从这一点上来讲，它比地下连续墙结构的止水效果更好性；c.SMW工法施工形成的围护墙结构厚度一般在550-1200毫米，能够成墙最大深度约为 65米，如果地质条件允许，可适当加深深度； d.施工所需的工期较其他施工工法短，产生的废土相应的也少一点，从这一点上来讲比较经济。 3.2基坑围护结构方案比选 水泥挡土墙和钢板桩支护的防水性能方面都较差，而SMW工法和地下连续墙的防水性则比较好；从强度的方面来比较，钢板桩支护和SMW工法强度比较高，水泥挡土墙结构的强度低，地下连续墙结构的强度较其他三种结构来说最高。从对环境的影响方面来比较，钢板桩围护结构对环境影响较大，水泥挡土墙，SMW工法，地下连续墙对环境的影响都较小；从经济成本的方面来比较，水泥挡土墙结构的经济成本最低，钢板桩结构和SMW工法结构次之，地下连续墙结构的造价则较高。 上海地铁1号线副线大宁灵石公园站基坑深度为18.0m，属于深基坑。各勘察钻孔稳定水位埋深 为0.501.10m，水位较高。所以排除水泥挡土墙结构钢板桩围护结构，SMW工法和地下连续墙都可以用于本基坑工程，但由于本工程对控制地面沉降和防止周围建筑物变形的要求极高，且地下连续墙可作为后续车站主体结构的一部分，综合所有情况，选择地下连续墙作为工程的围护方案。 根据基坑工程的施工经验，地下连续墙的总高度一般为基坑深度的1.7-2.0倍，墙体厚度一般为600-1200毫米，本工程地下连续墙围护结构嵌固深度取0.7倍的基坑开挖深度，所以地下连续墙的总深度为（0.7+1.0）18.0=30.6m，取30.0m；初选地下连续墙的厚度为900mm，混凝土强度等级为C30，抗渗等级为S6。 4 基坑内支撑方案设计4.1支撑结构类型本基坑工程属于深基坑范畴，需要设置内支撑结构体系，用以提整体高围护体系的刚度和强度, 保证其水平位置方向不发生或发生可以忽略的位移。挡土的应力传递路径是围护墙围檩支撑，从支撑所用的材料的角度来划分，支撑结构可以分为钢筋混凝土结构支撑和钢支撑。两者比较如下表4.1表4.1两种支撑体系的比较种类截面形式布置形式特点钢筋混凝土支撑长方形，梯形或按要求设计的截面形式竖向布置有水平撑、斜撑；平面布置有对撑、边桁架、环梁结合边桁架等。优点：刚度大、变形小，强度的安全可靠性强；缺点：浇制和养护时间长，施工工期长，拆除困难。钢结构一般为圆形，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、角撑等优点：安装、拆除方便，可重复利用；缺点：施工工艺要求较高，有变形，相对钢筋混凝土刚度小 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多种多样，根据实际情况，如开挖基坑的深度，土层的情况等等。主要形式有角撑，对撑，环形支撑，组合桁架等。4.2.1角撑使用角撑不仅可以使基坑留出较大的空间以便挖土施工，而且在一些复杂的基坑布置角撑可以弥补对撑在局部支撑中的不足，还用当基坑的长度较长时，基坑的短边可用角撑进行支撑，角撑布置见图4.1。 图4.1 角撑体系布置4.2.2对撑对撑适合于平面形状规则，大小适中的基坑。将支撑对顶于基坑的两侧，对于长条形德基坑来说，采用对称最为有利。垂直对称布置见图4.2。图4.2 对撑布置4.2.3环梁支撑钢筋混凝土环梁支撑适用于基坑平面形状接近于正方形的基坑，当基坑有圆弧端时，可将其结合入环梁内支撑体系内，圆形环梁布置见图4.3。 图4.3 圆形环梁布置4.2.4组合桁架对于基坑地质条件比较复杂，支护要求比较高的，可以采用组合桁架，组合桁架可以分为斜撑桁架、对撑桁架及边桁架等。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结构具有刚度大，重量轻，可以重复使用的优点。钢筋混凝土支撑则因制作方便而被广泛运用，其强度和刚度较钢支撑更大，但在拆除时会耗时耗力，其材料也不能回收。综合所有情况，本工程确定采用钢管支撑，目前市场上常用的是609圆钢管和H钢两种形式支撑，本工程钢管规格取为60916。4.3.2支撑道数确定竖向支撑的道数应考虑在一定的地质条件下，应当满足基坑围护结构和支撑结构体系的正常工作要求，即能够控制基坑的变形和挡土止水的要求，还应与浇筑主体结构时各层楼板的换撑工作相协调。查阅相关资料，本工程采用四道钢管支撑结构，初定各道支撑的中心离基坑平面的距离从上到下分别为2.0m，6.0m，10.0m，14.0m。围檩、立柱和支撑的结点处统一为铰接，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本工程当采用钢支撑，支撑点间的距离不宜大于4m，本工程取水平支撑的水平间距为4m。4.3.4支撑立柱桩基坑的竖向支撑立柱可以采用角钢，H型钢或者钢筋混凝土材质，本工程根据实际情况，采用钢筋混凝土立柱。立柱，围檩以及支撑的结点处统一为铰接连接，两立柱之间跨度不大于15m。4.4基坑施工应变措施先确定基坑的整体施工方案，然后应对以后各施工环节中可能出现的问题做好准备，做出应变的计划和解决方案。在基坑工程中，对一系列可能出现的问题，要及时的进行监控，防止出现问题，预防为主，对出现的问题要积极的寻求解决，表4.2列出了基坑工程中可能出现的问题及相关的应变措施。 表4.2 基坑施工应变措施序号可能出现的问题应变措施1围护结构渗水，基坑底部冒水出现渗水，应及时采取止水措施；基坑底部冒水，应当重新设计开挖方案或处理冒水方法。2围护结构由于刚度和强度不足，导致结构变形过大增加斜撑和角撑的数量；按照预应力支撑；进行基坑外围卸载或基坑内加载。3基坑隆起的问题可以采用分步分区的开挖方法；可以采用中心岛施工的工法；在基坑底部被动土压力区的土层中谨慎地超前一步进行压载。4支撑发生挠曲变形首先可以简单的加固支撑原件；可以采用缩短支撑构件长细比的办法；在水平方向和竖向增加支撑；5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6支撑立柱桩不均匀沉降可以设置竖向的剪刀型支撑结构；加设稳定支撑的拉构件；调整在立柱上支托支撑的支托构件的标高7基坑失稳对基坑进行局部回填，情况严重进行全部回填，暂时稳定基坑，再寻找问题原因和解决方法5 计算书5.1 荷载计算在中环路站基坑工程中，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查阅上海市的地质资料，并根据经验判断，可以得出各层土的物理学性质，如表5.1所示。表5.1 土层的物理性质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18.0158.02.056.52粉质粘土18.420.019.02.820.43灰色砂质粉土17.212.020.04.010.24灰色淤泥质粉质粘土16.414.012.59.221.75粉质粘土19.545.017.03.744.86粉砂18.25.034.08.323.7 各项指标取土层厚度的加权平均值，地下水位取0.8m，采用水土合算来计算。 （5.1） （5.2） （5.3） 所以，墙底以上各层土的平均物理指标为： (其中2.0+2.8+4.0+12.5+9.2+3.7+8.3=30) 坑内墙底至坑底各土层的物理指标为： （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计算土压力系数查阅相关资料，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： 5.2 围护结构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： （5.5）、地连墙所取厚度、长度（m），=0.9m、=1.0m；墙底土的承载力特征值，根据勘察，；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基坑的抗倾覆稳定性，通过验算最下一道支撑以下的主、被动区的压力绕最下道支撑支点的转动力矩是否平衡，来判断是否发生倾覆根据规范要求，用式5.6验算基坑的抗隆起稳定性。并假定地连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5.1。 图5.1 基坑抗隆起计算简图 （5.6）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，；坑内坑底至地连墙底各土层的加权平均重度，；地面荷载，取；基坑开挖深度(m)，为18m；墙体入土深度(m)，取12m；、分别为墙底以下滑移线场影响范围内地基土的粘聚力、内摩擦角， ，；、地基土的承载力系数。所以基坑底部土体不会发生隆起破坏现象。 5.4抗渗验算在对基坑进行抗渗验算时，当采用围护墙自防水时，验算至连续墙底部，可通过式5.7验算基坑底部稳定性。图5.2 抗渗验算简图 （5.7）式中 抗渗稳定安全系数，取1.5-2.0。基坑底土砂性土、砂质粉土或粘性土与粉性土中有明显薄层粉砂夹层时取大值。本工程取；坑底土体的临界水头坡度，；、坑底土的土粒比重、天然孔隙比，、；坑底土的渗流水力梯度，；基坑内外土体的渗流水头，取坑内外地下水位差，；最短渗径流线总长度，；hd地下连续墙的嵌固深度；所以本工程基坑不会发生渗流破坏现象。 5.5抗倾覆验算基坑的抗倾覆稳定性，通过验算最下一道支撑以下的主、被动区的压力绕最下道支撑支点的转动力矩是否平衡，来判断是否发生倾覆。计算简图如图5.3。图5.3 抗倾覆计算简图其抗倾覆稳定性安全系数应满足： （5.6）式中 抗倾覆稳定性安全系数，一级基坑工程取1.20，二级基坑工程取1.10，三级基坑工程取1.05，本工程中取1.20；基坑内侧被动土压力对A点（最下层支撑处）的力矩；基坑外侧主动土压力对A点的力矩；根据图5.3及主动土压力与被动土压力计算公式可得支护结构底部土压力： （5.7） （5.8）将式（5.8）对A点取矩，求得为： 据此求得。将式（5.7）对A点取矩，求得为： 所以所以本工程基坑抗倾覆稳定性满足要求。5.6整体圆弧滑动稳定性验算 无论是放坡开挖还是支护开挖，都要验算基坑的整体稳定性，通常破坏的滑动面呈圆弧形。这种稳定验算是将支护结构与土体一起作为总体进行分析的。当基坑内只设置一道支撑时，应验算整体滑动；设置多道支撑时，可不作整体圆弧滑动稳定性验算。由于不基坑纵向设四道支撑，所以不必进行整体圆弧滑动稳定性验算。5.7围护结构及支撑内力计算采用地下连续墙工法进行基坑围护，所以对坑边土体的水平位移有严格的要求。将地连墙墙背土压力按静止土压力考虑，这样得到的计算结果偏于安全。地连墙前端的土压力用被动土压力。计算使用山肩邦男近似解进行计算，计算简图如图5.4所示。其假定为：（1）粘性地层，墙体作为底端自由的有限长的弹性体；（2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形（已抵消开挖面一侧的静止土压力）；（3）开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力，其中（）为被动土压力减去静止土压力后的数值；（4）横撑设置后，即作为不动支点；（5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道横撑点以上的板桩仍然保持原来的位置；（6）开挖面以下板桩弯矩的那点，假想为一个铰，而且忽略此铰以下的墙体对上面墙体的剪力传递。图5.4 山肩邦男近似解计算简图挡土墙背后的静止土压力为： （5.9）式中 静止土压力（）；距离地面的深度（m）；竖向土压力转换为侧向土压力的转换系数，即侧压力系数。据此，通过比较系数开挖面以下的（）为被动土压力减去静止土压力（）后的数值，所以： （5.10）式中 基坑底面以下处被动土压力与静止土压力的差值（）； 据坑底的深度（m）。解得 通过比较系数求得，。和，即挡土结构前后侧合力为零和挡土结构底端自由。由，得： （5.11） 由得： （5.12）式中 第道支撑的轴力（）；换算墙顶至坑底高度（m）；坑底至地连墙弯矩为零处的高度（m）；第道支撑距当前开挖面高度（m）；最下道支撑距