土木工程毕业设计（论文）-上海地铁1号线副线复旦附院站基坑设计与施工.docx

全套图纸加扣 3012250582编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：上海地铁1号线副线复旦附院站基坑设计与施工专 题：冻土融化过程中桩土相互作用分析姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-2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号线副线复旦附院站基坑设计与施工专 题：冻土融化过程中桩土相互作用分析指导教师：职 称：副教授二一五年六月 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号线副线复旦附院站基坑设计与施工毕业设计专题题目：冻土融化过程中桩土相互作用分析毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海地铁1号线副线复旦附院站基坑工程的实际资料，进行该车站基坑的围护结构设计和施工组织设计。围护结构设计内容应包括基坑围护结构方案、基坑支撑方案设计，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、施工方案、施工总平面布置、施工进度计划及管理措施、质量、安全、文明管理措施等内容。绘制图纸：地连墙施工总平面布置图，基坑开挖总平面图，基坑围护结构平面图、剖面图（含支撑系统），车站主体结构施工步续图。专题要求：对冻土融化过程中桩土相互作用进行分析，对现有的一些理论成果进行总结，并提出自己的展望。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三个部分，第一部分是上海地铁1号线副线复旦附院站基坑围护结构设计；第二部分是上海地铁1号线副线复旦附院站基坑施工组织设计；第三部分是专题部分，冻土融化过程中桩土相互作用分析。在第一部分基坑围护结构设计中，根据基坑地层的工程地质、水文地质条件和周边环境情况，通过施工方案的比选，确定采用地下连续墙和基坑内设置钢支撑的基坑围护方案，并进行了相应的稳定性、强度和抗渗等验算。第二部分是基坑施工组织设计，根据基坑施工方案和基坑周边的环境情况，对施工前期准备工作，施工场地布置，基坑开挖与围护结构施工方法等进行了设计，并编制了工程进度计划以及相应的质量、安全、环境保护等措施。第三部分是专题部分，内容是冻土融化过程中桩土相互作用分析。通过对于冻土融化沉陷研究的总结，对桩与土体之间作用行为进行分析，得出冻土融化过程中桩土相互作用的一些结论，并进行展望。 关键词：基坑工程； 地下连续墙； 施工组织； 冻土融化；桩土相互作用全套图纸加扣 3012250582ABSTRACTThis graduation design mainly includes three part, the first part is the support structure design of the foundation pit of the Childrens Hospital of Fudan University Railway Station on Shanghai No. 1 Metro Subline; The second part is the organization of the foundation pit construction of the Childrens Hospital of Fudan University on Shanghai No. 1 Metro Subline Railway Station; The third part is special subject part , mainly analyzes the Study on the pile-soil interaction during the frozen soil thawing.In the first part, according to the engineering geology, the hydrology geology conditions and environment circumstances of the foundation pit located, through comparing the Construction schemes, confirm that the foundation pit was constructed in accordance with underground diaphragm wall and steel support as support structure. Its carry on strengths check computation and floating resistance computation.The second part is the foundation pit support organization design, according to the excavation pattern and the environment circumstance of the foundation pit round, designing the construction preparative, the construction place arrange, excavation of foundation pit and support construction. Estimating the work project, weaving to write the homologous quantity、safety、civilization management measure.The third part is the special subject part, mainly analyzes the Study on the pile-soil interaction during the frozen soil thawing. Getting a conclusion of how does the pile-soil interacts during the frozen soil thawing through the summary of the frozen soil thawing and analysing the pile-soil interaction.Keyword: foundation pit engineering; underground diaphragm wall; construction organizing; frozen soil thawing; pile-soil interaction目 录第一部分 上海地铁1号线副线复旦附院站基坑围护结构设计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42.1 工程设计依据42.2 基坑工程等级及设计控制标准43 基坑维护方案设计43.1 基坑维护方案53.2 方案比选64 基坑支撑方案设计64.1 支撑结构类型64.2 支撑体系布置形式74.3 支撑体系的方案比较74.4 基坑施工应变措施85 计算书85.1 荷载计算85.2 围护结构地基承载力验算115.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算115.4 抗渗验算125.5 抗倾覆验算135.6 整体圆弧滑动稳定性验算155.7 围护结构及支撑内力计算155.8 支撑强度验算205.9 地下连续墙配筋验算226 基坑主要技术经济指标256.1 土方开挖量256.2 混凝土浇筑量256.3 钢筋用量256.4 人工费用26第二部分 上海地铁1号线副线复旦附院站基坑施工组织设计1 基坑施工准备271.1 基坑施工的技术准备271.2 基坑施工的现场准备271.3 基坑施工其他准备292 施工方案302.1 概况302.2 施工方案302.3 施工流程342.4 施工质量控制392.5 施工主要技术措施402.6 关键部位技术措施433 施工总平面布置433.1 临时建筑物布置原则及位置433.2 临时运输线路的布置443.3 建筑材料的堆放位置444 施工进度计划及管理措施444.1 工程安排原则444.2 总进度计划454.3 施工质量过程控制455 质量、安全、文明管理措施465.1 质量管理措施465.2 土方运输环境管理规定475.3 安全生产管理措施475.4 文明施工措施48第三部分 冻土融化过程中桩土相互作用分析1 问题的提出492 文献综述502.1 理论方面的综述502.2 数值模拟的综述562.3 实验方面的综述593 结论654 展望65参考文献66翻译部分外文原文68中文翻译(手抄)81致谢89第一部分上海地铁1号线副线复旦附院站基坑围护结构设计全套图纸加扣 3012250582 第26页1 工程概况拟建工程为上海地铁1号线副线复旦附院站，该工程位于顾戴路北侧。与复旦大学附属儿科医院相隔一条顾戴路，拟定在顾戴路地下设置人行通道到达复旦附院站出口。该拟建地铁车站主体净长约174m，标准段净宽20m，东西各设断头井，断头井宽度26m。站台有效长度为130m。车站结构形式为地下二层岛式车站，上层为站台层，下层为站厅层。基坑开挖采用明挖顺筑法，标准段开挖深度16.5m，设置四道钢管支撑。端头井基坑开挖深度17.5m，采取混凝土角撑和钢管支撑混合的方式。图1.1 基坑位置示意图1.1 工程地质及水文地质资料1.1.1 工程地质条件上海地铁1号线副线复旦附院站位于上海这样一个特殊的城市，坐落在长江三角洲入海口东南前缘，属于滨海平原地貌。拟建场地位于顾戴路北侧，场地周围较为平坦，地面标高约在4.63-5.20m左右。根据地质勘察报告显示，本场地自地表至80m范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物，按其成因可分为7层，其中第、层按其土性及土色差异又可分为若干亚层，所见土层自上而下分述详见土层特性表。表1-1 土层分布情况土层层号土层名称土层描述土层厚度（m）层底标高（m）1杂填土地坪、杂物建筑垃圾等1.204.803.70-0.02褐黄灰黄色粉质粘土含铁猛氧化物锈斑，随深度增加土质变软，颜色渐变成灰黄色。摇振反应，土面稍有光滑干强度中等，韧性中等。0.802.601.70-0.90灰色淤泥质粉质粘土含云母，有机质，局部夹粘质粉土。夹贝壳碎片，土质不均匀。摇振反应无，土面稍有光滑。干强度中等，韧性中等。2.004.70-0.50-3.301灰色淤泥质粘土含云母，有机质，夹薄层粉砂，含贝壳碎片，土质不均匀。摇振反应无，土面光滑，干强度高，韧性高。5.609.40-7.65-10.602灰色粉质粘土夹粘质粉土含云母，贝壳碎片，局部夹粘性土层，土质不均匀1.6010.50-11.20-18.301灰色粉质粘土含云母，有机质，泥钙质结核、半腐烂芦苇根茎，土质均匀。摇振反应无， 土面光滑，干强度高，韧性高。0.608.90-13.80-21.10暗绿草黄色粉质粘土含氧化铁、有机质2.505.60-22.60-25.101草黄灰黄色砂质粉土含云母，局部以粘质粉土为主2.305.90-25.65-31.001.1.2 水文地质条件本场地浅部地下水属潜水类型，主要补给来源为大气降水，水位随季节发生变化。潜水水位约在0.31.5m。按照上海市对于地下水位长期观察资料：年平均地下水位一般在0.50.7m。本场地浅层地下水和地基土对混凝土无腐蚀性，地下水对钢有弱腐蚀性，当长期浸水状态下，对钢筋混凝土中的钢无腐蚀性，当交替浸水状态下，对其有弱腐蚀性。本场地下部第层为承压含水层。根据上海市已有资料，承压水的水头均低于潜水水位，并呈周期性变化，埋深3.011.0m。本车站最大开挖深度为16.5m。由于承压水的水头随季节有所变化，因此施工时应监测施工期间的水头，并根据当时的水头来验算承压水对基坑的影响，以决定降水方案。1.2 工程周围环境1.2.1 周围建筑物拟建复旦附院站西侧有南北流向新泾港，但车站基坑主体距新泾港最近也有150m；基坑南侧为顾戴路及居民楼，没有高楼大厦；基坑北侧及东侧均为普通居民小区。无重要保护性建筑。1.2.2 地下管线本基坑场地周边的管线主要集中在顾戴路路面下，多数管线在车站主体基坑外，大部分管线不需要搬迁，只需要做必要的保护。在车站主体基坑内的管线主要有1根12孔通信管、1根电缆、1根800上水管、1根36孔通信管以及一根400石油管，对于车站主体基坑内的管线施工时主要做搬迁处理。基坑周围地下主要管线分布见下表：表1-2管线分布表管线位置管种管径（mm）根数管中心埋深（m）材质顾戴路上水管8001根1.0铁上水管5001根1.2铁上水管1501根1.2铁上水管1001根1.0铁煤气管5001根1.01.4铁煤气管3001根1.01.7铁雨水管14001根2.9砼雨水管8001根6.3砼污水管4501根4.1砼污水管10001根6.9砼信息管36孔1根1.0缆信息管24孔1根1.2缆信息管12孔5根0.71.2缆路灯电力2孔2根0.30.5缆电力2孔1根1.0缆输油管4001根1.5铁1.2.3 地面交通车站基坑主体位于顾戴路北侧，合川路东侧，施工阶段，工程车辆可由顾戴路进出场。1.2.4 邻近地区对地面沉降很敏感的建筑资料和要求根据对场地周围建筑物的勘察，主要以居民小区为主，没有高层建筑和保护性文物建筑等，所以该条件不考虑。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：（1）建筑地基基础设计规范（GB 50057-2011）（2）岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）（3）混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）（4）钢结构设计规范（GB 50017-2003）（5）建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）（6）建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）（7）地下工程防水技术规范（GB 50108-2008）（8）简明深基坑工程设计施工手册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（JGJ 120-2012）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，本工程场地建筑物周围主要是道路和居民小区，管线主要在顾戴路下敷设。支护结构如果变形过大或者破坏，会给土体的稳定性造成威胁，这样的话，基坑周围的环境和工程的安全都会受到重大的威胁。所以选用安全等级为一级的支护结构，重要性系数为1.1。3 基坑维护方案设计3.1 基坑维护方案基坑的维护体系受到多种因素的共同作用，尤其是在基坑中使用的支护结构与基坑周围土体的相互作用。由于基坑在修建的时候，不可避免的要考虑到周围建筑物的安全，而且这是一个重点。所以基坑的维护体系的存在至关重要，它要保证基坑内的作业安全和基坑工程的稳定性，同时也要考虑基坑开挖引起的周围建筑物地基的土体沉降位移，确保周围的建筑物的安全。复旦附院站地下水位埋深在0.51.5m，地下水位高，上层土壤多为粘土、粉土、粉质粘土等，基坑开挖深度超过10m，综合各种因素，复旦附院站可供选择的基坑围护结构列出以下几种：3.1.1 钻孔灌注桩钻孔灌注桩在我国应用的还是比较多的，它是一种排桩式结构。在七到十五米左右的基坑工程中他还是比较适用的。在基坑工程中使用钻孔灌注桩还是具有比较多的优点的，比如它在施工的时候没有太多例如振动噪音之类的环境污染；不会对周围的土体造成挤出等影响；钻孔灌注桩作为墙身来讲，它的强度、支护的稳定性能、刚度、变形控制都比较好；如果在基坑施工过程中需要做一些灌注桩的施工，那么它可以和钻孔灌注桩一起施工，从施工组织的角度来说比较方便安排；但是它也存在一些明显的缺点，比如需要为它配备一些搅拌桩、旋喷桩之类的止水桩，因为它的防水效果不太好；整体性不好因为钻孔灌注桩的连接要通过桩顶的围檩和冠梁。综上所述，对于一些超深基坑、重要基坑、特殊基坑的施工应该谨慎选择。3.1.2 钢筋混凝土板桩在基坑围护中应用钢筋混凝土板桩是把它垂直地打入需要围护的基坑周围，然后才对土方进行开挖。作为一种围护结构，钢筋混凝土板桩是可以重复利用的，他既可以在基坑施工完毕后留作基础结构的外墙膜，也可以在基坑回填完毕后拔出再使用；钢筋混凝土板桩的施工过程比较短，也不需要要太复杂的施工工艺，总的施工成本较低，桩打完后可以立即进行土方的开挖工作；同时它在进行支护时，强度、刚度、变形控制等效果都比较好。当然，钢筋混凝土板桩的施工也存在一定的缺点，比如在打桩的时候振动噪音污染环境，让它的使用范围受到限制，不能再繁华市区使用；虽然在接头处有企口能够起到一定的防水作用，但是对于一些软土地区水位较高的情况，防水仍然是个问题；不适用于土质较硬的地方，那样打桩存在难度。3.1.3 SMW工法SMW工法桩也是一种基坑围护结构，就是一种有H型钢插入的水泥土搅拌桩，所以也叫劲性水泥土搅拌桩。这样的做法提高了围护结构的强度和刚度，在防渗挡水的基础上提高了它的性能。这样的围护结构具有很多优点，比如在它进行施工的时候，不像打入桩那样，会产生较大的噪音污染；它的结构强度因为有H型钢的插入变得十分牢靠，而且因为其本身就是在水泥土桩上的改良，所以适合水泥土桩的场所就适合它；自身的挡水防渗能力足以抵抗缝隙间的水土流失而不需要再另设止水帷幕；它可以用于比较深的基坑中配合多道支撑的使用。但是它的造价有点高，如果想要降低造价，可以回收水泥土中的H型钢重复利用，不过目前来讲，回收的过程也是不容易的。3.1.4 地下连续墙地下连续墙现在在基坑维护结构中应用的比较多，在基坑的周围，用专门的挖槽装备挖出一个个规定尺寸的槽段，然后把计算配置好的钢筋笼放入挖好的槽段里，再进行混凝土的浇筑工作，等到浇筑养护完毕，每一个槽段都这样施工，连接起来就成了地下连续墙。地下连续墙作为基坑的围护结构，有着许多优点，比如它的刚度大、整体性好，它的挡水和防渗的能力都十分优越；如果基坑开挖比较浅的话，地下墙直接采用悬臂式就可以，如果开挖深度比较深，可以用锚杆插入墙壁的土层中，可以用内支撑体系进行加固；基坑开挖完成后，地下连续墙可以直接作为结构的外墙使用；对于开挖过程中基坑周围土体变形的控制能力也相当不错。3.2 方案比选基坑围护方案要在安全的前提下，达到节约造价、方便施工、缩短工期的目的。基坑围护结构的选择主要从整体性、刚度、适用的地质条件、抗渗挡水能力、造价、工期等方面进行考虑。表3-1 维护方案比选技术特征特点适宜地质条件防水抗渗施工造价工期钻孔灌注桩整体性较差、刚度大、支护稳定性好软粘土质和砂土地区需采取防水抗渗措施，止水性差施工机具简单较省较快钢筋混凝土板桩平面布置灵活但整体性差砂土、粘土、粉土等差简单较省较快SMW工法整体性好，刚度较好软土、淤泥质土好需深层搅拌机械，施工较容易较高较长地下连续墙整体性、刚度好，可以按平面设计成任何形状各种地质水位条件均可以防水抗渗性能好需有大型机械高慢复旦附院站主体基坑受潜水与承压水头影响，故对于抗渗防水有要求，如钻孔灌注桩和钢筋混凝土板桩这类防水抗渗性能差的围护结构不予考虑。又考虑到SMW工法和地下连续墙都适用于本工程，主要考虑到以后可以把地下连续墙围护结构作为结构的外墙使用，在经济允许前提下，优先选择地下连续墙施工方法，暂定地下连续墙的厚度为1000mm。4 基坑支撑方案设计4.1 支撑结构类型复旦附院站基坑工程设计深度为16.5m，采用地下连续墙围护结构，这时候需要配合内支撑体系来平衡墙背对地连墙的土压力才能确保围护结构和基坑的稳定性。通常的内支撑结构按照材料可以分为钢支撑、混凝土支撑。钢支撑具有很多优点，比如它的重量相对而言比较轻、对钢支撑进行安拆装时比较方便、钢支撑用完了还可以回收下次再用等。并且钢支撑在维护结构中可以有效减少基坑的位移，因为它能在安装后马上起效。如果基坑是像矩形框那样形状比较规整，采用的支撑形式常常是钢支撑。但是钢支撑会有预应力损失等一些问题，这给施工造成了一定的困扰。混凝土支撑由于混凝土的抗压性能，使得它在作为基坑内支撑时刚度比较大。而且混凝土支撑是现浇混凝土而成，能够和基坑形成一个整体，整体性较好。但是同样是由于混凝土的性能，在制作的时候混凝土需要一定的养护时间才能达到设计的强度，混凝土支撑也会延迟起效时间。而且混凝土支撑最后的拆除比较麻烦，会产生大量的混凝土废渣，导致材料的浪费和处理问题。4.2 支撑体系布置形式根据结构的受力形式，主要把内支撑结构布置形式分为以下几种：（1）水平对撑或斜撑，包括单杆、桁架、八字形支撑；（2）正交或斜交的平面杆系支撑；（3）环形杆系或板系支撑；（4）竖向斜撑。对于各种形式的支撑布置，都要注意要保持支撑体系的总体刚度中心和水平力的作用中心保持一致。4.2.1 平面布置在一般情况下，当基坑形状像矩形似规整，并且面积不是太大时，内支撑选用水平对撑的布置形式，在断头井部分采用角撑的布置形式；当基坑的面积较大并且形状不规则时，采用相互交错的平面杆系支撑或者桁架对撑；如果基坑是像圆形或不规则多边形那样的，那么对基坑采用的支撑形式为环形杆系之类的，这样能够保留出较大的开挖空间；如果基坑的面积较大但是深度不深，可以采用竖向的斜撑。由于复旦附院站基坑工程形状规则，面积适中，所以，初定采用水平对撑，端头井部分转角采用角撑的方式。4.2.2 竖向布置因基坑开挖深度、土体工程性质、周边环境保护要求以及土方施工要求的不同，支撑在竖向上可以采用单层或多层支撑，具体层数按支档结构计算要求确定。4.3 支撑体系的方案比较4.3.1 支撑材料和类型考虑到钢筋和混凝土材料的支撑各自有自己的优劣，如4.1节中所述，混凝土支撑虽然施工相对简单，但是混凝土支撑需要较长的混凝土养护时间，并且混凝土支撑使用完毕后只能拆除，这就造成了拆除的工作量增加并且伴随大量混凝土废弃物。所以相比较之下，本基坑采用施加预应力的钢管支撑，选用钢管型号为。4.3.2 支撑道数采用多层支撑时，为了便于土体开挖，并让各层水平支撑共用竖向支承立柱，各层水平支撑在竖直方向上应该是对齐的，并且每一层之间的高差不应该小于三米。在环境允许的前提下，首层水平支撑轴线标高应尽量降低，并尽量与支档结构冠梁相结合。分析和实测均表明，支档结构的变形分布，一般越接近开挖面处变形越大，因此最下一道支撑的布置宜尽量降低。本基坑工程开挖深度超过16m，根据规范要求，本基坑工程第一道支撑设于地下2.1m，第二道支撑设于地下6.4m，第三道支撑设于地下10.7m，第四道支撑设于地下15.0m，距离基坑底部1.5m。4.4 基坑施工应变措施当基坑的围护结构和内支撑大体确定之后，就应该考虑基坑的施工问题了，对于在施工中可能出现的任何问题都要详细得考虑。基坑施工中每个环节都该被重视，否则可能出现牵一发而动全身的问题，那样就得不偿失了。如果基坑出现漏水渗水等现象，应急措施：基坑开挖过程中，可能出现基坑的侧壁上有的地方向基坑内渗水的现象，这时候要及时的进行注浆加固防水等措施；如果基坑出现不安全变形问题。应急措施：如果有必要，应该增加锚杆数量、加强监测力度和范围。再不行就对基坑进行回填，再商讨支护方案的调整。在基坑出现险情的时候，基坑现场周围要设置警戒线，不允许人和车辆机械的靠近，坑内的施工人员也要有序撤离。5 计算书5.1 荷载计算在拟建的复旦附院站基坑工程中，主要考虑竖向荷载、侧向荷载和地面超载对地连墙围护结构的作用。根据相关的规范要求，基坑周围的地面超载可取为q=20kPa。5.1.1 各层土的物理力学性质指标标准段土层的物理力学性质指标和厚度可以通过基坑场地的地址表和地质剖面以及相关的地质资料得到，如下表5-1所示。表5-1 标准段土层的物理力学性质指标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）侧壁摩擦阻力特征值fs(kPa)杂填土18.0158.51.557.8褐黄灰黄色粉质粘土18.82117.51.723.0灰色淤泥质粉质粘土17.41015.53.69.51灰色淤泥质粘土16.91012.07.521.32灰色粉质粘土夹粘质粉土17.61314.56.224.51灰色粉质粘土17.91419.04.817.9暗绿草黄色粉质粘土19.54319.03.849.41草黄灰黄色砂质粉土18.7535.02.925.3地下连续墙深度的确定：参照已有的一些工程实例经验，地下连续墙的入土深度和上部露出部分的比值一般在0.751.00之间，本基坑工程取为0.9。则入土深度为m，则地下连续墙的深度为14.85+16.5=31.35m，考虑到整数便于计算设计和现场施工，地下连续墙的深度取为32m。 由于地连墙深度范围穿过多个土层，而每一个土层中土的重度、厚度、粘聚力和内摩擦角等参数都不尽相同，为了使计算更加合理和方便，按照土层厚度对重度、内摩擦角、粘聚力等土性参数做加权平均运算，得出它们的加权平均值。地下水位在地下0.6m处，由于基坑地层内土多为粘土、粉土，渗透性不像砂性土层那样好，基坑施工过程中降水排水等过程造成渗透性小的土层渗流不稳定，再者因为粘性土强度随时间变化多端，所以采用水土合算的方法计算土压力。（5.1）（5.2）（5.3）式中 、土的加权平均重度（kN/m3）、加权平均粘聚力（kPa）、加权平均内摩擦角（）；、第层土的重度（kN/m3）、粘聚力（kPa）、内摩擦角（）；第层土的厚度（m）。所以，墙底以上各土层的重度、粘聚力、内摩擦角为：地连墙底至坑底土层的重度、粘聚力、内摩擦角为：将地面的超载换算为位于地表以上的当量土重，即用假想的土重代替地面的超载。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（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。基坑底板距离地下连续墙底部的距离。5.1.2 计算土压力系数静止土压力系数：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单位长度的地下连续墙的竖向承载力特征值为：（5.5）式中 地下连续墙的竖向承载力特征值，kN； 、地下连续墙所取厚度、长度（m），=1.0m、=1.0m； 墙底土的承载力特征值，根据基坑附近地质勘查，=160kPa 第层土的墙体侧壁摩阻力特征值； 第层土的厚度（m）。 地下连续墙自重：根据经验。上部施工及超载传递下来的荷载取为300kN，则832+300=1132kNRa=1158.06kN所以围护结构的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，使用简化后的太沙基地基承载力模型分析基坑的抗隆起稳定性，并用式5.6验算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）（5.7）（5.8）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16.5m；墙体入土深度(m)，取15.5m；、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，当采取围护墙自防水时，验算至连续墙底部，可通过式(5.9)验算基坑底部抗渗稳定性。图5.2 抗渗稳定验算简图(5.9)式中 抗渗稳定安全系数，取1.52.0。基坑底土为砂性土、砂质粉土或砂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，取基坑内外地下水位差；最短渗径流线总长度，。所以本基坑工程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。计算见图如图5.3图5.3 抗倾覆稳定性计算简图其抗倾覆稳定性安全系数应满足：(5.10)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，本基坑工程取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及主动土压力和被动土压力的计算公式可得支护结构底部土压力：(5.11)(5.12)将式（5.12）对A点取矩，求得：(5.13)其中，为A点至基坑地面的距离，取为1.5m。据此求得：=62884.43kN.m将式（5.11）对A点取矩，求得：(5.14)求得：=35537.18kN.m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。由于本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地下连续墙的内力采用山肩邦男近似解法进行计算，地下连续墙均取标准宽度1m进行计算。基坑开挖深度为16.5m，。有四道支撑，支撑间距由上而下分别为4.3m、4.3m、4.3m，最后一道支撑距离基坑底部1.5m。挡土墙背后的静止土压力为：(5.15)式中 静止土压力（kPa）； 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，通过比较系数求得，。根据山肩邦男近似解假设的第三条，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：(5.16)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，。由于地面有超载，所以在墙顶出的土压力强度不为零，为了满足山肩邦男近似解法的假定条件，将墙背土压力强度线反向延长并与地连墙的延长线交于一点，将此点作为虚拟的墙顶，这样无疑给地连墙增加了一块地面以上的三角形土压力（从图5.4中可以看出，增加的土压力相对于整体而言很小），偏于安全考虑，以下计算将不再扣除此三角形土压力对围护结构的作用。山肩邦男近似解只需应用两个静力平衡平衡方程，即：和，即挡土结构前后侧合力为零和挡土结构底端自由。由，得：(5.17)(5.18)由，得：(5.19)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）；最下道支撑距当前开挖面的高度（m）。在荷载计算部分已将地面超载等效成当量的土重，厚度为1.12m。（1）第一道支撑内力计算第一道支撑设于距墙顶2.1m处，开挖至第二道支撑顶端，即距墙顶6.4m处。所以，。代入式（5.19）得：化简得：解得：将的值代入式（5.17）和（5.18）中得出轴力和弯矩为：（2）第二道支撑内力计算继续开挖至第三道支撑顶面，此时，。代入式（5.19）得：化简得：解得：将的值代入式（5.17）和（5.18）中得出轴力和弯矩为：（3）第三道支撑内力计算继续开挖至第四道支撑顶面，此时，。代入式（5.19）得：化简得：解得：将的值代入式（5.17）和（5.18）中得出轴力和弯矩为：（4）第四道支撑内力计算继续开挖至基坑底板，此时，。代入式（5.19）得：化简得：解得：将的值代入式（5.17）和（5.18）中得出轴力和弯矩为：基坑底部的弯矩为：（5）求连续墙墙体的最大弯矩：设最大弯矩点为距基坑底高度，则有，令，解得所以墙体的最大弯矩在墙体底面：连续墙的最大剪力经过计算比较，确定在第三道支撑下端，紧邻第三道支撑。为：图5.5 围护结构弯矩和支撑轴力图5.8 支撑强度验算5.8.1 强度验算根据建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012），采用钢管内支撑时，支撑的截面承载力按偏心受压构件验算。截面的偏心弯矩除由竖向荷载（支撑自重和施工活荷载，施工活载一般可取4kPa）产生的弯矩外，还应考虑由于安装误差对构件产生的偏心距，根据建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012），偏心距可取支撑计算长度的1/1000。支撑未考虑温度变化引起的影响，本工程中支撑轴向力乘以1.1的增大系数。轴力最大处为第三道支撑，进行验算。支撑水平间距为3m，则支撑的验算轴力为：基坑标准段宽度为20m，根据规范要求设置中间临时立柱，实际跨度为10m，则计算长度为：。假定为简支梁计算模型，如图5.6。图5.6 支撑计算简图根据钢结构设计规范（GB 50017-2003），有：（5.20）式中 净截面面积；对轴的净截面模量；截面承受的最大弯矩；所计算构件段范围内轴向压力值，；钢材的设计抗压强度设计值，Q235钢按；截面的塑性发展系数，圆形截面，取。钢管的截面性能计算：面积： 惯性矩： 截面模量： 回转半径： 每米重量： 由竖向荷载（支撑自重及施工活荷载）引起的最大弯矩为：由于安装偏心产生的弯矩，偏心值为：，故取截面最大弯矩：所以有：所以支撑强度满足设计要求。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）压弯构件平面内的稳定性验算用下式进行：（5.21）式中 所计算构件段范围内轴向压力的设计值；所计算构件段范围内最大弯矩的设计值；弯矩作用平面内的截面模量，；长细比，；参数， 弯矩作用平面内的轴心受压构件的稳定系数，根据的值，查表得（a类截面）；等效弯矩系数，；所以有： 支撑弯矩平面内的稳定性符合设计要求。5.9 地下连续墙配筋验算混凝土采用C30，根据建筑