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I 基坑支护毕业设计 摘要 基坑工程是为保证基坑施工 主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的 支护结构 降水和土方开挖与回填 包括勘察 设计 施工 监测和检测等的一项综 合性很强的系统工程 基坑工程是土力学基础工程中一个古老的传统课题 同时又是 一个综合性的岩土工程问题 随着基坑的开挖越来越深 面积越来越大 基坑围护结 构的设计和施工越来越复杂 所需要的理论和技术越来越高 深基坑工程涉及结构工程 岩土工程和环境工程等众多学科领域 综合性高 影 响因素多 设计计算理论还不成熟 在一定程度上还依赖于工程实践经验 本文在第一章中介绍了深基坑的发展状况 人们对其设计理论的研究状况及重点 研究方向 第二章介绍了本工程的工程背景和工程的相关的地质条件及相关的土层参 数 第三章通过基坑特点的分析及维护方案选择的原则确定了本工程的基坑支护方案 第四章主要进行了基坑围护结构的计算 包括土压力的计算 支撑内力的计算 维护 结构的配筋计算 支撑结构的配筋计算等内容 第五章初步讨论了该工程的施工方案 第六章简要的论述了关于该基坑施工质量保证措施相关内容 关键词 基坑工程关键词 基坑工程 基坑维护基坑维护 施工施工 II MAINTENANCE DESIGN OF NANJING METRO STATION STRUCTURE ABSTRACT Foundation pit engineering is to ensure the foundation pit construction The main underground safety of structure and the surrounding environment is not damaged and the supporting structure Rainfall and earth excavation and backfill including survey design construction monitoring and detection of such a comprehensive system engineering Soil mechanics and foundation engineering foundation pit engineering is a traditional topic but also a complex geotechnical engineering problems With the increasingly deep excavation the area is larger and larger retaining structure of foundation pit design and construction is getting more and more complex the need for theory and technology is more and more high Deep foundation pit engineering relates to structural engineering geotechnical engineering and environmental engineering and other fields comprehensive high affected by many factors design calculation theory is not mature to a certain extent is also dependent on the experience of Engineering practice In the first chapter of this article introduces the development condition of deep foundation pit the design theory research status and key research direction The second chapter introduced the engineering background and engineering related geological conditions and related parameters of soil layers The third chapter through analysis of characteristics analysis and maintenance scheme selection principle to determine the engineering of foundation pit supporting scheme The fourth chapter of foundation pit enclosure structure calculations including the calculation of soil pressure supporting structure internal force calculation maintenance of structural reinforcement calculation support structure reinforcement calculation etc The fifth chapter discusses the engineering construction scheme The sixth chapter briefly discusses on the foundation pit construction quality assurance measures III KEYWORDS foundation engineering foundation pit maintenance construction i 1 1 绪论 1 1 深基坑工程的发展状况 自 80 年代以来 我国城市建设进入了一个新的发展时期 高层 超高层的 建筑越来越多 仅从 1990 年到 2000 年的十年间 我国各大中城市己建 10 层以上的建筑 物超过 1 5 亿 m 2 相应的 基坑开挖的深度也就越来越大 如武汉的国贸大厦基坑 开挖到地面以下 16 8m 北京市经贸委大楼 地下 4 层 结构 基础埋置深度为地面以 下 30m 上海的经贸大厦基坑开挖到地面以下 32m 我国迄今已竣工的深基坑工程在 各大城市中可谓比比皆是 不胜枚举 据有关部门估计 我国目前己开发利用的地下空间约 5 10 7 m 3 时 这大体上 反映了其仅完成的深基坑工程的规模 总之 我国高层 建筑数量越来越多的同 时 深基坑将向大深度 大面积方向发展已成必然趋势 深基坑工程是基础工 程的一个组成部分 深基坑工程在国外称为 深开挖工程 Deep Excavation 这比称之为 深基坑 似乎更全面 因为从上面的描述可知 为建 构 筑物的基础 结构而开挖 只是深开挖的一种类型 深开挖还包括为各种地下工程整体 并非 基础而己 所需进行的深层开挖 如果完整而形象的说 它是为了高层建筑和高 耸杆塔烟囱等构筑物的基础结构 或城市地铁车站 地下商场 地下车库 地 下影剧院 地下变电站等各类地下工程开辟地下空间 以便它们进入施工的一 个重 要技术领域 深基坑工程最终并不形成任何物质产品或固定资产 它是一 种大型的 技术含量高的 服务性工程行为 一旦基础结构或地下工程施工完 毕 深基坑即完 全消失 因此 也可以把它称为基础结构或地下工程施工的先 导技术 在复杂 众多的基坑工程实践中 我国深基坑工程技术已得到长足发 展 其标志是 1 基坑工程技术标准与规范的编制为经济安全的进行基坑工 程的施工 减少工程事故发生 各地都组织技术力量进行基 坑工程技术标准的 编制工作 这足以说明基坑工程由 乱 到 治 正逐渐走上向许可循的新时期 我国的许多专家学者纷纷参与深基坑工程的实际工程或咨询答疑 或进行专题 研究 中国科学院和工程院孙钧 刘建航 叶可明 陈肇元 钱七虎等多位院 士的直接参与指导 我国大量深基坑工程解决了面临的一个又一个难题 到了 一个新水平 两本国家行业标准 建筑基坑工程技术规范 YB9285 97 和 建 筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 相继编成 颁发实施 2 基坑支护工程新 结构与新技术的提出 各地在基坑工程实践中 结合地区的具体情况 相继发展 了一些行之有效的新技 术 如加筋水泥土地下连续墙 土钉墙 水泥土重力墙 圆拱形支护结构 逆作法 内支撑支护体系 组合式支护 双排桩支护等 在 2 施工机械与技术上也有新的突破 如可拆除式锚杆技术 潜孔锤气动土钉打入 机等 3 支护结构设计理论与方法的提出 针对各地的具体问题 不少单位和学 者相继提出了不少设计新理论与新方法 如秦四清提出的支护结构优化设计理 论 杨光华等提出的多锚撑涉及增量计算法 刘建 航院士提出的软土深基坑开 挖的时空效应理论 其他学者建议的设计方法 还有多锚 撑设计分段等值梁法 m 法 还有有限元分析理论 如弹性抗力有限元法 二维 三维弹塑性有限 元法 大变形有限元理论等已相继应用于基坑工程 取得了满意的效果 1 2 深基坑支护设计理论及计算方法研究现状 支护结构强度和变形的分析计算基本方法可总结为三类 即极限平衡法 土抗力 法和有限元分析法 1 极限平衡法 极限平衡法在基坑支护设计发展 早期一直被广泛应用 且仍是目前我国相关设计人员最熟悉的基坑支护设计计 算方法之一 由于它具有计算简便 可以手算 且在目前情况下即使应用弹性 地基反力法计算支护结构内力 其嵌固深度还是要用极限平衡法确定 此外 对空间效应不明显的不级基坑和地层较稳定 周围环境较简单的二级 基坑中的 悬臂支护结构及单支点支护结构采用极限平衡法计算也是适宜的 所以 在今 后一段时期内 极限平衡法还会得到一定范围的应用 等值梁法 静力平衡法 太沙基法 二分之一分割法等都属于极限平衡法 国内较多采用等值梁法和静 力平衡法 极限平衡法假定作用在围护墙前后的土压力分别达到被动土压力和 主动土压力 在此基础上再作某些力学上的假设 把超静定问题简化为静定问 题求解 它未考虑围 护墙位移对土压力的影响 也不能反映支护结构的变形情 况 尤其是对有支撑 或锚 杆 的支护结构采用等值梁法设计时 对支点力的计 算假定与支点刚度系数无关 因而不能模拟分步开挖工况 此外 该方法没有 也无法考虑基坑的空间效应 所以 极限平衡法无论在理论上还是应用中都存 在很大的局限性 2 土抗力法 土抗力法又称为基床系数法或地基反力法 当 假定地基为弹性时也称为弹性地基 反力法 我国 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 推荐的方法称为弹性支点法 土抗力法在横向受荷桩的分析中被广 泛应用 按地基反力的不同假设 主要有极 限地基反力法 弹性地基反力法 包括线性弹性地基反力法和非线性弹性地基反力法 和复合地基反力法 p y 曲线法 三种 它们不同程度地考虑了桩与土之间的共同作 用 目前应用最多 的是假定地基反力系数为深度的线性函数的线性弹性地基反力法 基坑支护设 计土抗力法是在横向受荷桩分析方法的基础上改进发展而来的 早期 由于受 计算技术的限制 对实际情况作了很大的简化 以便可以用解析方法求解 例 如日本的 山肩邦南法 弹性法 和 弹塑性法 等 它们都假定围护墙后作用已 3 知的主动土压力 山肩邦南法 和 弹塑性法 将开挖面以下墙前的土体分成塑 性 区和弹性区 弹性法 则假定开挖面以下的土体均为弹性区 随着计算技 术的发展 使得基坑支护设计土抗力法可以采用数值解法 20 世纪 SO 年代 波尔斯 Bowles 提出了求解弹性地基梁的有限元程序 大大促进了土抗力法 的 发展 目前 通用的土抗力法是弹性地基反力法 它是在地基基础设计计算的 弹性 地基梁分析方法基础上形成 并引用横向受荷桩的分析方法改进而来 即 将计算宽度 的围护墙视为竖向地基梁 支撑 或锚杆 简化为与其截面积和弹性 模量有关的二力杆 弹簧 开挖面以下墙前土对梁的地基反力用土弹簧来模拟 墙后荷载常用的有两种计 算图式 采用主动土压力 我国现行规程采纳 或用土弹 簧模拟 土弹簧系数即为地基土的水平基床系数 按荷载的施加情况 求解方 法有 总量法 增量法 等 目前采用的弹性地基反力法部分地考虑了支护结构 与土的线性共同作用 分析中 所需土性参数单一 并可有效地计人基坑开挖过 程中多因素的影响 如作用在围护墙 两侧土压力的变化 支撑 或锚杆 数量随 开挖深度的增加而变化 预紧力及支撑 或 锚杆 设置前的围护墙位移对内力和 变形的影响等 因而可大体模拟分步开挖各工况 同时 从支护结构的水平位 移可以初步估计基坑开挖对周围环境的影响 因此 弹性地基反力法得到日益 广泛的应用 但它没有考虑支护结构与土的非线性共同作用 我国现行规程推 荐的弹性支点法对墙后开挖面以上按主动土压力 开挖面以下则按定值土压力 考虑 这些都与工程实际存在很大的差距 需作进一步的研究和完善 3 有限元分析法 由于基坑工程的复杂性 采用常规分析方法很难反映诸多因素的 综合影响 近年来多采用数值力一法 主要是有限单元法 来分析基坑的整体 性状 即把包括地基土 在内的整个基坑作为一个空间结构体系 并考虑开挖过 程 支护结构与土共同作用 渗流 时间等因素的影响 综合分析支护结构的 内力 变形及开挖引起的环境效应 采用的土体本构模型有线性弹性模型 非 线性弹性模型 弹塑性模型 粘弹塑性模型等 有二维和三维有限元两种分析 方法 二维有限元分析法是把空间形式的基坑结构 体系用竖直面和水平面来代 替 分别采用弹性杆系有限元分析求解这两个平面 将分析结果加以综合 便 得到关于基坑支护结构体系的整体认识和分析结果 这种方法虽然具备一些只 维分析的特征 但存在明显的缺陷 将竖直面分析得到的支撑反力和支点位移作 为水平面分析的外荷载和边界条件 并不能反映两平面的协同工作 且分析过 程中没有考虑竖直面与水平面各构件刚度的匹配问题等 三维有限元分析法取 一定范围为求解域 土体和围护墙一般采用六面体八节点等参元 空间接触单 元可取由四根线段组成的固体单元 支撑 或锚杆 构件取为空间杆单元 对基 坑空间结构体系进行整体分析求解 有限元分析方法可以较全面地考虑多种因 4 素的复杂影响 近年来国内外学者在有关整体计算模型选择 边界条件和排水 条件及施工过程模拟 本构模型和土性参数确定等方面进行了大量的研究 但 由于存在着土体模型和土性参数难以准确确定 边界条件难处理 计算工作量 大 成本高等问题 目前条件下直接采用有限元分析法与一 般工程设计的实用 性之间还有很大的距离 还只是用于某些重要工程的辅助设计 总之 上述基 坑支护结构设计分析与计算基本方法中 极限平衡法较简单且便于手算 但因 忽略的因素太多 计算结果不够理想 很多时候不能满足工程设计要求 应用 已越来越少 有限元分析法理论上较完善 但因前述困难 目前难以实际应用 弹性地基反力法的力学模型直观且较符合实际 并可采用弹性杆系有限元进行 求解 其应用越来越广 但需作进一步研究完善 1 3 深基坑工程中存在的主要问题及重点研究方向 20 多年来 我国已成功地设计和施工了许多技术先进 经济合理的基坑 但由 于问题的复杂性 基坑工程的成功率仍较低 究其原因 主要存在四个方 面的问题 对支护结构受力状态不甚明了 计算简化与实际情况相差过大 对某些新的支 护型式的计算理论滞后于工程实践 施工方面存在很大程度 的随意性和盲目性 为 了提高基坑工程的成功率 使支护结构设计既安全又经 济 今后拟重视以下几方面的 研究 1 能基本考虑基坑工程实际工作性状 的实用设计方法研究 如前所述 目前分析计算基坑支护结构的三类方法都存 在不同程度的缺陷 因此 寻找一种能基本考虑基坑工程的实际工作性状 特别是能考虑支护结构与土的非线性 共同作用及深基坑的空间效应的实用设计 方法 具有重要的现实意义 2 基坑工程施工监测 反演分析与安全预报 研究 目的是通过监测和分析各施工阶段的相关信息 来了解支护结构的受力 状态和变 形特征及对周围环境的影响 反演推求土性参数 不断修正支护设计 使设计逐渐逼 近实际情况 并对基坑的安全性状及时预报 国内外对基坑施工 监测 反演分析和安 全预报的研究一直非常关注 今后应重视基于反演分析 和安全预报双重要求的基坑施 工监测的研究和实践 在积累丰富工程资料的基 础上 完善反演分析和安全预报的计 算模型并研制相应的应用软件 3 基坑 支护结构设计可靠度分析 长期以来 对基坑支护结构的设计都是按传统方法采 用安全系数来表达 虽然直观简便 但由于支护系统的荷载 结构抗力特别是 土性参数等均非定值 而是随机变量传统的定值设计法越来越显露出其缺陷 对基坑支护结构可靠度的研究起步较晚 且由于问题的复杂性 至今仍处于探 索性研究阶段 还没能取得实质性的成果 今后 对如何合理地进行土性参数的 统计分析 如何确定可靠指标和建立极限状态方程 特别是怎样建立与传统定 值分析法相应的计算模型 尚需进行大量的研究 4 对新型支护结构型式的 5 设计理论与计算方法研究 数量众多的工程项目和复杂多变的工程环境以及市场 竞争机制的引人 给基坑工 程开挖与支护新技术的表现提供了广阔的舞台 富于创新精神的广大工程建设者在工 程实践中不断地探索和应用新的基坑开挖 与支护技术 新的支护结构型式不断出现 它们在概念和理论上与传统方法迥 异 设计理论滞后于工程实践的情况是基坑工程的一个重要特点 如近年来逐 渐应用的拱形支护结构 由于许多单位仍沿用传统的平面 计算理论 未能充分 发挥该结构空间受力合理的优势 迫切需要新的计算理论与方法来指导 再如 很有发展前途的冻结支护技术 对冻结以后土的强度特性 包括强度一温度关 系 强度一时间关系 土的冻胀性等问题 都有待进行深入研究 6 2 概述 2 1 工程概况 汉中门站位于汉中路下南侧 其南侧为市民广场 北侧为南京中医学院门 前绿化带 西端离虎踞路高架桥约 45m 车站东端南侧距南水苑宾馆外墙最小 距离为 1 86m 车站范围管线密集 考虑盾构穿越秦淮河的埋深要求 经综合 比较 车站设计为地下三层三跨箱形结构 岛式站台 站台宽 12m 地下一层 为站厅层 地下二层为商业开发层及设备层 地下三层为站台层 车站总长为 161 5m 标准段宽 20 9 有效站台中心里程为 K12 110 00 该处顶板顶面标高 9 293m 车站顶部覆土 2 9m 3 3m 车站东西两端设活塞风道 风井 在南北 两侧设四个出入口通道 车站起点里程 端墙外皮 左线 K12 026 701 右线 K12 026 700 终点里程 端墙外皮 K12 187 601 车站沿线路前进方向 2 上坡 车站主体结构采用明挖顺做法施工 基坑深 20 93 23 1m 围护结构采 用密排的 1200 钻孔灌注桩 钻孔灌注桩采用钢筋砼桩与素砼桩间隔布设 局 部地段采用密排钢筋砼桩 桩芯相切 护壁咬合 2 2 气象 本项目所在区域处于长江下游北热带季风气候区 具有气候温和 雨量充 沛 日照充足 无霜期长 四季分明等特点 因受大陆 海洋以及来自南北天 气系统段影响 气候比较复杂 年际间的变化大 气象灾害比较频繁 年降雨 量为 1000 1200mm 年内分布也不均衡 主要集中在夏季 6 9 月份雨量占 52 夏秋之际多台风暴雨 2 3 地形 地貌 地质 水文 汉中门站拟建场区隶属于 级阶地地貌单元 地表以下 1 80 4 30 米为近 期杂填土 粉质粘土 质素填土 第四系沉积层底板埋深 5 10 22 90 米 主要 为全新世 上更新世沉积粉质粘土和混合土 下部基岩为白垩系 红层 岩芯 为泥质粉砂岩加粉砂质泥岩 软硬相间 属极软岩 汉中门车站地质参数由 南京地铁二号线汉中门站岩土工程详细勘察报告 编号 2004168 1 提供 穿越的主要土层由上至下依次为 杂填土 2b2 3 素填土 1b1 2 粉质粘土 3b2 3 粉质粘土 1b1 2 粉质粘土 2b2 3 粉质粘土 3b1 2 粉质粘土 4e 粉质粘土 K1g 1a 强风化泥质粉砂岩 K1g 2a 中风化泥 质粉砂岩 7 表 2 1 土层性质描述表 1 杂填土 表层 0 40 米位混凝土沥青路面 以下为碎砖 碎石混粉质粘土 2b2 3 素填土 以可塑壮粉质粘土为主 夹少量碎砖 碎石 1b1 2 粉质粘土 含铁锰质浸染 刀切面光滑 干强度中等 韧性中等 2b3 1 粉质粘土 高压缩性 高灵敏度 刀切面较光滑 干强度中等 韧性中等 3b2 3 粉质粘土 中高压缩性 刀切面较光滑 干强度中等 韧性中等 1b1 2 粉质粘土 含铁锰质结核 刀切面光滑 干强度中高 韧性中等 土质结 构较紧密 2b2 3 粉质粘土 含铁锰质结核 刀切面光滑 干强度高 韧性中等 3b1 2 粉质粘土 铁锰质结核富集 刀叨面较光滑 干强度高 韧性中等 4e 混合土 本层为泥质粉砂岩 粉砂质泥岩风化物混可 硬塑粉质粘土 K1g 1a 泥质粉砂岩 原岩经强烈风化后 取山岩芯呈砂土壮 手捏易碎 遇水软 化 崩解 采心率 80 89 K1g 2a 泥质粉砂岩 岩石经强烈风化后 取出岩芯呈长柱状 短柱状 间夹泥岩 本层岩性极软 锤击可碎 遇水软化 不规则闭合裂隙发育 采心率 RQ70 80 本站地下水类型主要为上层滞水 孔隙潜水和基岩风化裂隙水 上层滞水 主要赋存于 层填土的碎砖 碎石等杂物的孔隙格架中 孔隙潜水分布在 层 软土中 层硬可塑粉质粘土 可视为相对隔水层 基岩风化裂隙水主要分布 于岩石风化界面和粉砂岩 泥质粉砂岩裂隙中 裂隙多被充填 裂隙一般不富 水 地下水年变幅 0 50 1 50 米 地下水对砼无腐蚀性 对钢筋砼结构中的钢 筋无腐蚀性 对钢结构具有弱腐蚀性 场地土对砼无腐蚀性 对钢结构有弱腐 蚀性 设计时 地下水位埋深按 1 00 米考虑 汉中门站 上海路站区间拟建场区隶属于 I 级阶地地貌单元 勘探深度范 围内 地表浅部为近期杂填土 素填土 局部有 层新近沉积土 下部主要为 上更新世沉积粉质粘土和混合土 基岩为白垩系 红层 岩性为泥质粉砂岩 角砾砂岩 软硬相间 属极软岩 其中 3b1 2层具弱膨胀潜势 本区间地下水类型主要为上层滞水 孔隙潜水和基岩风化裂隙水 上层滞 8 水土要赋存于 层填土的碎砖 碎石等杂物的孔隙格架中 孔隙潜水主要赋存 于 层粉质粘土中 层便可塑粉质粘土 可视为相对隔水层 基岩风化裂隙 水主要分布于岩石风化界面和粉砂岩 泥质粉砂岩裂隙中 裂隙多被充填 一 般不富水 判别场地土对砼无腐蚀性 对钢筋混凝土中钢筋无腐蚀性 对钢结 构有弱腐蚀性 2 4 工程地质 2 4 1 场地岩土工程性质 1 工程地质 表表 2 22 2 工程地质层分布与特征描述一览表工程地质层分布与特征描述一览表 层号 层底埋 深 m 厚度 m 时 代 成 因 亚 层 地 层 名 称 颜 色 状 态 特征描述分布 最小 最大 最小 最大 1 杂 填 土 杂 黄 色 松 散 表层 0 40 米位 混凝土沥青路面 以下为碎砖 碎石 混粉质粘土 分布稳定0 30 3 60 0 30 3 60 新 近 期 2b3 3 粉 质 粘 土 质 素 填 土 灰 黄 色 软 塑 可 以粉质粘土为 主 夹少量碎砖 碎石 除 G8 孔外均有分布 1 80 5 80 0 70 5 50 Q 1b1 2 粉 质 粘 土 灰 黄 色 硬 塑 可 塑 含铁锰质浸染 切面稍有水平 干 强度中等 韧性中 等 见于 HZ14 HZ5 HZ22 HZ25 HZ20 HZ15 HZ24 HZ23 HZ2 8 HZ29 HZ30 HZ 33 HZ34 孔 4 00 7 60 1 10 5 00 9 2b3 4 粉 质 粘 土 灰 色 软 塑 流 塑 高压缩性 高 灵敏度 刀切面较 光滑 干强度中等 韧性中等 仅见 HZ14 HZ20 HZ5 HZ23 HZ29 HZ30 HZ33 HZ34 孔 6 70 13 40 0 90 7 20 4 3b2 3 粉 质 粘 土 灰 夹 青 灰 色 可 塑 软 塑 局部偶夹粉土 切面稍有光泽 干 强度中等 韧性中 等 仅见 HZ14 HZ22 HZ5 HZ23 HZ24 HZ29 HZ30 HZ34 孔 6 50 16 50 2 40 6 80 1b1 2 粉 质 粘 土 灰 黄 褐 黄 色 硬 塑 可 塑 含铁锰质结核 切面光滑 干强度 高 韧性中等 土 质结构较紧密 见于 HZ1 G8 HZ7 HZ 8 HZ10 HZ4 HZ1 2 HZ15 HZ21 HZ 26 HZ27 HZ32 孔 4 00 11 50 1 40 7 50 2b2 3 粉 质 粘 土 灰 黄 色 可 塑 软 塑 含铁锰质结核 刀切面稍有光泽 干强度中等 韧性 中等 见于 HZ4 HZ12 HZ15 HZ28 HZ30 孔 6 10 14 50 2 10 5 20 3b1 2 粉 质 粘 土 褐 黄 色 硬 塑 可 塑 铁锰质结核富集 切面稍有光泽 干 强度高 韧性中等 大部分钻孔揭露7 60 17 40 0 90 8 50 Q 1 4 Q 3 4e 混 合 土 紫 红 色 混 褐 黄 色 硬 塑 局 部 中 密 由泥质粉砂岩 粉砂质泥岩风化物 混粘性土组成 本站均有分布1 00 22 90 0 40 7 90 K 1 g K 1g 1a 泥 质 粉 砂 岩 强 风 化 紫 红 色 原岩经强烈风 化后 取出岩芯呈 砂土状 手捏易碎 遇水软化 崩解 采芯率 80 89 岩体基本质量等级 级 本站钻孔均揭露1 80 26 00 0 80 10 70 10 K 1g 2a 泥 质 粉 砂 岩 中 风 化 紫 红 色 原岩经强烈风 化后 取出岩芯呈 长柱状 短柱状 间夹泥岩 本层岩 性极软 锤击可碎 遇水软化 不规则 闭合裂隙发育 采 芯率 80 89 岩 体基本质量等级 级 本站深孔有揭露 1 80 26 00 顶板埋 深 23 50 最大控 制厚度 2 水文地质条件 本站地下水类型主要为孔隙潜水和基岩风化裂隙水 孔隙潜水分布在 层 及 层软土中 层硬可塑粉质粘土 可视为相对隔水层 基岩风化裂隙水主 要分布于岩石风化界面和粉砂岩 泥质粉砂岩裂隙中 裂隙多被充填 裂隙一 般不富水 勘察期间 钻孔内初见水位 1 70 3 00 米 静止稳定水位埋深 2 00 3 30 米 本次勘察部分钻孔测不到地下水水位 地下水年变幅约 1 00 米 设计时 地下水位埋深按 1 00 米考虑 2 4 2 岩土物理力学性质 表 2 3 围岩分类及土石可挖性分级表 层号岩土名称主要工程地质特征 围岩类 别 土 石等级 1 杂填土 松散状态 成分复杂 非均质 低 强度 2b2 3 粉质粘土质素填土松软状粉质粘土 低强度 1b1 2 粉质粘土中等压缩性 中等强度 欠均质 2b3 4 粉质粘土高压缩性 低强度 高灵敏度 3b2 3 粉质粘土高压缩性 低强度 1b1 2 粉质粘土中等压缩性 中等强度 欠均质 2b2 3 粉质粘土中等压缩性 中等强度 欠均质 3b1 2 粉质粘土中等压缩性 中等强度 欠均质 4e 混合土中等压缩性 中等强度 非均质 11 K1g 1a 泥质粉砂岩 强风 化 风化强烈呈土状 非均质 岩基低 强度 K1g 2a 泥质粉砂岩 中风 化 岩芯较完整 欠均质 为低强度岩 基 表 2 4 基坑开挖支护设计参数一览表 固快标准值 渗透系 数 C K层号层名 K N m3 K Pa 度cm s 锚固体砂 浆 与岩土的 粘结强度特征 值 KPa 备 注 1 杂填土 180 6 15 10 310 5 非 均 质 2b3 粉质粘土 质素填土 1 9 0 20 15 1 00 1 0 6 2 00 10 6 非 均 质 1b1 2 粉质粘 土 1 9 3 3 7 1 9 2 1 00 1 0 6 1 50 10 6 21 2b3 4 粉质粘 土 1 9 3 20 14 7 2 00 1 0 6 3 00 10 6 12 3b2 3 粉质粘 土 1 9 3 25 18 2 00 1 0 6 2 50 10 6 16 1b1 2 粉质粘 土 2 0 0 5 7 2 0 1 5 0 10 7 7 00 10 7 35 2b2 3 粉质粘 土 1 9 4 45 20 3 00 1 0 6 4 50 10 7 26 3b1 2 粉质粘 土 2 0 0 7 3 1 9 2 3 0 10 6 8 50 10 7 38 4e 混合土 1 9 9 4 0 2 2 6 3 00 1 0 7 38 K1g 1a泥质粉砂2 40 12 岩 强风 化 3 010 28 K1g 2a 泥质粉砂 岩 中风 化 2 3 7 105 注注 内内为为经经验验值值 13 3 车站围护设计方案 3 1 设计依据 3 1 1 设计依据 1 南京市城市总体规划 1991 2010 2 南京地铁二号线一期工程可行性研究报告 及专家评审意见 3 南京地铁二号线一期工程上海路站初步设计 2003 12 4 南京地铁二号线一期工程初步设计预评审专家审查意见 2004 3 2 5 关于地铁二号线一期工程初步设计优化方案报告暨施工设计实施报告 2004 10 6 沿线建 构 筑物调查报告 7 南京地铁二号线一期工程施工设计技术规定 2004 10 8 地铁设计规范 GB50157 2003 及江苏省 南京市的相关规范 规定 9 二号线设计总体组下发的相关技术联系单 10 南京地铁二号线一期工程设计合同 11 采用的主要设计规范 地下铁道设计规范 GB50157 2003 地下铁道工程施工及验收规范 GB50299 1999 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 水工钢筋混凝土结构设计规范 SDJ20 78 钢结构设计规范 GB50017 2003 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 铁路工程抗震设计规范 TBJ111 87 建筑基坑工程技术规范 YB9258 97 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 南京地区地基基础设计规范 DB32 112 95 地下工程防水技术规范 GB50108 2001 基坑土钉支护技术规程 CECS96 97 锚杆喷射混凝土支护规范 GB50086 2001 人民防空工程设计规范 GB50225 95 14 3 2 2 设计原则 1 附属结构中主要构件 即构成主体承重框架且不易维护的构件 的设 计使用年限为 100 年 2 结构的安全等级为一级 构件的重要性系数取 1 1 3 出入口 风道基坑保护等级根据深度及周边条件为特级 一级或二级 基坑侧壁重要性系数 1 00 4 围护结构应满足基坑稳定要求 不产生倾覆 滑移和局部失稳 支撑 系统不失稳 围护结构构件不发生强度破坏 钢管内支撑预加轴力按支撑设计 轴力的 50 80 计 5 结构设计应进行抗浮稳定验算 按最不利情况进行验算 在不考虑侧 壁摩阻力时 其抗浮安全系数不得小于 1 05 当计及侧壁摩阻力时 其抗浮安全 系数不得小于 1 15 当结构抗浮不能满足要求时 应采取相应的工程措施 6 地下结构设计宜采用信息化设计法 为此须建立严格的监控量测制度 7 结构的净空尺寸应满足使用功能的要求 施工工艺的要求 施工中要 考虑施工误差等因素的影响 施工误差的允许量值为 5cm 基坑围护结构垂直 度允许偏差 3 8 基坑地面最大沉降量 0 15H 围护结构最大水平位移 0 2H 9 风井 风道结构防水等级二级 出入口通道结构防水等级一级 采用柔 性防水层全包防水的原则 10 南京地区的地震基本烈度为 7 度 框架结构抗震等级为三级 11 地下结构须具有战时防护功能 在规定的设防部位 结构设计按 6 级人防的抗力标准进行验算 并设置相应的防护设施 3 3 3 设计方案选择 整个基坑单元进行计算 同时将采用理正深基坑支护设计软件进行校核 要计算和设计内容为 1 土压力计算 2 基坑排桩入土深度和支撑反力计算 3 排桩配筋计算 4 基坑稳定性验算 5 基坑内支撑结构计算 6 基坑降水井设计计算 7 基坑监测方案设计 15 8 绘制基坑支护施工图 因此本基坑设计方案如下 根据已知土层信息 档土支护结构采用密排的 1200 钻孔灌注桩 钻孔灌注桩采用钢筋砼桩与素砼桩间隔布设 局部地段用 密排钢筋砼桩 桩芯相切 护壁咬合 采用分期围挡场地 施作围护桩 混凝 土的强度等级处注明外均为 C30 排桩中钢筋均采用 HRB335 级钢 基坑内支 撑使用的是钢管支撑 内支撑用 609 钢管支撑 t 12mm 部分为 16mm 基坑竖向设四道支撑 支撑竖向间距 4 5m 水平间距 4 5m 基坑端部设角撑 钢管支撑在安装时要施加预加力 预加力按设计轴力 50 80 施加 沿每道 支撑端部设钢腰梁 腰梁采用 2 3 根 40C 加缀板组合而成 腰梁固定于间隔 布设的钢支架上 支架通过高强螺栓锚固于围护桩上 各基坑支撑预加轴力如 下表 括号内数值为设计轴力 桩型第一道支 撑 第二道支撑第三道支撑第四道支撑 D 型桩400 KN 804 KN 1200 KN 2170 KN 1200 KN 2164 KN 1200 KN 2255 KN E 型桩250 KN 411 KN 900 KN 1708 KN 1150KN 2212 KN 1200KN 2194 KN 其余桩型250 KN 456 KN 960 KN 1602 KN 1200KN 2065 KN 800KN 1156 KN 第一道支撑设在 1 50m 第二道支撑设在 6 00m 第三道支撑 10 50m 第 四道支撑设在 15 00m 16 4 车站维护结构设计计算 4 1 关于探测点处断面设计 4 1 1 第一道支撑计算 主动土压力计算如下 0 869m 0 Z 2 1 1 1 q k c r a 589 0 62 18 1 182 3tan 45 1 e aa kck2 2 21545 tan62 215 000 0 767 0 62589 0 3 218 a pk18 15 上 21545tan 62 21545 tan6 318k 00002 2 aa kzce 767 0 62 589 0 6 318 a pk96 28 下 21545tan 202 21545 tan6 318k 00002 2 aa kzce 767 0 202 589 0 6 318 a pk49 7 上 21545tan 202 21545 tan192 26 318k 00002 3 aa kzce 767 0 202 0 589192 26 318 a pk11 32 下 2 2 1945tan 372 22 1945 tan192 26 318k 00002 3 aa kzce 17 711 0 202 0 505192 26 318 a pk22 1 22 1945tan 372 2 2 1945 tan192 26 318k 00002 4 aa kzce 711 0 372 0 505 3 191192 36 318 a pk97 10 上 2 2 1945 tan372 2 2 1945 tan 3 198 1192 26 318k 00002 5 aa kzce 711 0 372 0 505 3 196 1192 36 318 a pk76 18 下 2 2 1945tan 202 22 1945 tan 3 198 1192 26 318k 00002 5 aa kzce 711 0 372 0 505 3 196 1192 36 318 a pk27 53 aa kzce k 6 2 7 1445tan 202 2 7 1445 tan 3 197 33 198 1192 26 318 00002 711 0 202 0 5953 197 3 3 196 1192 26 318 a pk14 98 aa kzce k 7 上 27 1445tan 202 2 7 1445 tan 3 198 5 3 198 1192 26 318 00002 711 0 202 0 595 3 198 5 3 196 1192 26 318 18 a pk26 122 aa kzce k 7 下 21845tan 252 21845 tan 3 198 53 198 1192 26 318 00002 726 0 202 0 5283 198 5 3 196 1192 26 318 a pk43 97 aa kzce k 8 21845tan 252 21845 tan 3 199 2 3 198 53 198 1192 26 318 00002 726 0 252 0 528 3 199 2 3 198 5 3 196 1192 26 318 a pk98 126 aa kzce k 9 上 21845tan 252 21845 tan 3 191 33 198 5 3 198 1192 26 318 00002 726 0 252 0 528 3 191 3 3 198 5 3 196 1192 26 318 a pk02 129 aa kzce k 9 下 22 1945tan 732 2 2 1945 tan 3 191 33 198 5 3 198 1192 26 318 00002 711 0 252 0 505 3 191 33 198 53 196 1192 26 318 a pk31 54 aa kzce k 10 上 19 2 2 1945 tan732 2 2 1945tan 209 0 3 191 3 3 198 5 3 198 1192 26 318 002 00 711 0 732 0 505209 0 3 191 3 3 198 5 3 196 1192 26 318 a pk40 63 aa kzce k 10 下 2 6 2245 tan402 26 2245tan 209 0 3 191 33 198 5 3 198 1192 26 318 02 00 667 0 402 0 445209 0 3 191 3 3 198 5 3 196 1192 26 318 a pk98 93 aa kzce k 11 2 6 2245 tan402 2 6 2245tan 9 1963 4 209 0 3 191 3 3 198 53 198 1192 26 318 02 00 667 0 402 0 445 9 1963 4 209 0 3 191 3 3 198 5 3 196 1192 26 318 a pk36 108 被动土压力 pp kzce k 0 p 2 6 2245tan 4020 00 499 14020 a pk95 119 pp kzce k 1 p 上 2 6 2245tan 402 26 2245 tan87 0 9 19 00002 499 1 402248 287 0 9 19 20 a pk26 122 pp kzce k 1 p 下 22845tan 102 22845 tan87 0 9 19 00002 600 1102561 287 0 9 19 a pk34 76 pp kzce k 2 p 22845tan 102 22845 tan2363 1 87 0 9 19 00002 600 1102561 287 0 9 19 a pk37 176 零点位置计算设距基坑底 x 米 a e p 21 36 108600 1 102561 2 238 02387 0 9 19 36 10822845tan10222845tan2387 0 87 0 9 19 002002 x x X 1 61m KN M 56 39869 0 6 396 28 2 1 1 a E m910 0 869 0 6 3 3 1 h 1 a KN M 56 432 249 7 49 7 11 322 2 2 1 2 a E m872 0 56 43 2 2 3 1 49 7 11 322 2 2 1 1 12 249 7 ha2 KN M 10 6 197 1022 1 2 1 3 a E m366 0 10 6 1 3 1 22 1 97 101 2 1 5 0122 1 ha3 hETR a 11 MKN T hE R a 02 78 5 1 61 1 0322 366 0 84 1610 6 872 0 84 1756 43 91 0 04 20 54 39 1 1 KN M 89 118 0976 1897 10 2 1 4 a E m365 0 89 11 8 0 3 1 97 1076 188 0 2 1 4 08 097 10 ha4 KN M 11 2807 327 5314 98 2 1 5 a E 22 m667 1 11 280 7 3 3 1 27 5314 987 3 2 1 7 3 2 1 7 327 53 ha3 4 1 2 第二道支撑计算 hETR a 22 MKN T hE R a 48 233 6 61 1 03 22 667 1 34 1211 280 365 0 04 16 89 11 2 2 KN M 42 2311 226 12214 98 2 1 6 a E m012 1 42 231 1 2 3 1 14 9826 1221 2 2 1 1 2 2 1 1 214 98 ha6 KN M 39 3259 243 9798 126 2 1 7 a E m259 1 39 325 9 2 3 1 43 9798 1269 2 2 1 9 2 2 1 9 243 97 ha7 4 1 3 第三道支撑计算 hETR a 33 MKN T hE R a 11 411 0 51 61 1 03 22 259 1 34 7 39 325 012 1 24 10 42 231 3 3 KN M 6 252 002 12998 126 2 1 8 a E 23 m100 0 6 25 2 0 3 1 98 12602 1292 0 2 1 2 0 2 1 2 098 126 ha8 KN M 97 529 040 6331 54 2 1 9 a E m438 0 97 52 9 0 3 1 31 5440 639 0 2 1 9 0 2 1 9 031 54 ha9 KN M 42 46863 4 36 10898 93 2 1 10 a E m360 2 42 468 63 4 3 1 98 9336 10863 4 2 1 63 4 2 1 63 4 98 93 ha10 4 1 4 第四道支撑计算 hETR a 44 MKN T hE R a 76 285 5 51 61 1 03 22 61 1 62 2 42 46861 1 63 4 97 52 61 1 53