轨道交通11号线某基坑设计方案.docx

59轨道交通11号线某基坑设计方案1 工程概况本站为地下二层岛式站台车站，基坑宽度为20.7m，深度约为17.25m。基坑尺寸为12024m，深度28.25m。车站主体采用明挖顺筑法施工，基坑采用地下连续墙+内支撑体系。安全等级为一级，本工程基坑施工对周边环境影响的控制指标为：围护结构最大水平位移0.15%H，且不大于30mm，坑外地表最大沉降0.15%H，且不大于30mm，H为基坑开挖深度。该基坑设计总深17.25m，按二级基坑 、选用上海市标准基坑工程技术规范(DG/TJ08-61-2010)进行设计计算。1.1 土层参数表1 土层参数表序号土层名称厚度(m)(kN/m3)c(kPa)()m(MN/m4)Kmax(MN/m3)Gse1杂填土1.6018.55.0015.003.50.02.51.002粉质粘土3.3017.811.6021.508.20.02.51.003粉土5.2019.310.3025.3011.30.02.51.004粉土3.4019.310.3025.3011.30.02.51.005粉质粘土2.0017.811.6021.508.20.02.51.006粉质粘土1.7017.811.6021.508.20.02.51.007粉土3.5019.310.3025.3011.30.02.51.008粉质粘土2.8017.811.6021.508.20.02.51.009粉砂4.3019.08.4026.2012.00.02.51.0010粉土1.2019.310.3025.3011.30.02.51.0011粘土2.1017.916.0011.002.90.02.51.0012粉质粘土2.0017.811.6021.508.20.02.51.0013淤泥质土4.0017.916.0011.002.90.02.51.00地下水位埋深：0.98m。1.2 基坑周边荷载地面超载：0.0kPa2 开挖与支护设计基坑支护方案如图：图2.1 上海轨道交通11号线某基坑2.1 挡墙设计 挡墙类型：地下连续墙； 嵌入深度：15.000m； 露出长度：0.000m； 厚度：800mm； 混凝土等级：C30；2.2 支撑(锚)结构设计本方案设置5道支撑(锚)，各层数据如下：第1道支撑(锚)为平面内支撑， 距墙顶深度1.500m， 工作面超过深度0.400m，预加轴力0.00kN/m，对挡墙的水平约束刚度取50000.0kN/m/m。 该道平面内支撑具体数据如下： 支撑材料：钢支撑； 支撑长度：30.000m； 支撑间距：5.000m； 与围檩之间的夹角：90.000； 不动点调整系数：0.500； 型钢型号：609*14； 根数：1； 松弛系数：1.000。计算点位置系数：0.000。第2道支撑(锚)为平面内支撑， 距墙顶深度4.600m， 工作面超过深度0.400m，预加轴力0.00kN/m，对挡墙的水平约束刚度取50000.0kN/m/m。 该道平面内支撑具体数据如下： 支撑材料：钢支撑； 支撑长度：30.000m； 支撑间距：5.000m； 与围檩之间的夹角：90.000； 不动点调整系数：0.500； 型钢型号：609*14； 根数：1； 松弛系数：1.000。计算点位置系数：0.000。第3道支撑(锚)为平面内支撑， 距墙顶深度7.600m， 工作面超过深度0.400m，预加轴力0.00kN/m，对挡墙的水平约束刚度取50000.0kN/m/m。 该道平面内支撑具体数据如下： 支撑材料：钢支撑； 支撑长度：30.000m； 支撑间距：5.000m； 与围檩之间的夹角：90.000； 不动点调整系数：0.500； 型钢型号：609*14； 根数：1； 松弛系数：1.000。计算点位置系数：0.000。第4道支撑(锚)为平面内支撑， 距墙顶深度10.600m， 工作面超过深度0.400m，预加轴力0.00kN/m，对挡墙的水平约束刚度取50000.0kN/m/m。 该道平面内支撑具体数据如下： 支撑材料：钢支撑； 支撑长度：30.000m； 支撑间距：5.000m； 与围檩之间的夹角：90.000； 不动点调整系数：0.500； 型钢型号：609*14； 根数：1； 松弛系数：1.000。计算点位置系数：0.000。第5道支撑(锚)为平面内支撑， 距墙顶深度13.500m， 工作面超过深度0.400m，预加轴力0.00kN/m，对挡墙的水平约束刚度取50000.0kN/m/m。 该道平面内支撑具体数据如下： 支撑材料：钢支撑； 支撑长度：30.000m； 支撑间距：5.000m； 与围檩之间的夹角：90.000； 不动点调整系数：0.500； 型钢型号：609*14； 根数：1； 松弛系数：1.000。计算点位置系数：0.000。2.3 换(拆)撑设计表2.3.1 换（拆）撑设计序号换撑距墙顶深(m)换撑后拆除的支撑预加轴力(kN/m)换撑对桩墙的约束效果114.745第4道支撑200.00水平：固定转动：自由211.645第3道支撑200.00水平：固定转动：自由38.270第2道支撑200.00水平：固定转动：自由44.020第1道支撑200.00水平：固定转动：自由2.4 工况顺序该基坑的施工工况顺序如下图所示：图2.4.1 基坑施工工况顺序图3 计算原理描述3.1 围护墙主动侧土压力计算3.1.1 朗肯主动土压力深度 z 处第i层土的主动土压力强度的标准值eak,i按下列公式计算：采用水土合算或计算点在水位以上时：（小于0取0） （3.1.1） （3.1.2）采用水土分算且计算点在水位以下时： （小于0取0） （3.1.3） （3.1.4）对于 矩形土压力 模式，自重部分须扣除坑内土的自重（对水位以下的分算土层，扣除有效自重；坑内水位取坑底位置，天然水位在坑底以下就取天然水位）。式中符号的物理意义参见相关规范。3.2 围护墙被动侧土压力计算 被动侧土压力采用简化库伦土压力公式： 采用水土合算或计算点在水位以上时： （3.2.1） ， （3.2.2）采用水土分算且计算点在水位以下时： （3.2.3） ， （3.2.4）式中符号的物理意义参见相关规范。3.3 水压力计算3.3.1 静止水压力图3.3.1 静止水压力图图中：水的重度10kN/m3。3.4 围护墙内力变形计算图3.4.1 维护墙内力变形图围护墙的基本方程：内力变形关系： （3.4.1）平衡方程： （3.4.2）支撑处边界条件： 桩端处边界条件： （3.4.3） （3.4.4）式中符号的物理意义参见相关规范。3.4.1 土体水平向基床系数的计算3.4.1.1 m法kp=mz，m为土层的水平向基床系数随深度增长的比例系数，z为计算点距离开挖面的深度（对于主动侧就是距桩顶的距离）；3.4.1.2 冠梁对圆形基坑： （3.4.1.1）式中符号的物理意义参见相关规范。3.5 地表沉降计算3.5.1 同济抛物线模式地表沉降范围x0与三角形模式相同。各点的沉降： (3.5.1) (3.5.2) (3.5.3)上列式中符号的物理意义参见相关规范。3.6 抗倾覆计算3.6.1 带撑抗倾覆计算图3.6.1 带撑抗倾覆计算图当不记支撑点以上土压力时： （3.6.1）记入支撑点以上土压力时： （3.6.2）式中符号的物理意义参见相关规范。3.7 整体稳定计算对于单个圆弧滑面的整体稳定安全系数计算方法如下。3.7.1 瑞典条分法-总应力法 （3.7.1）上列式中： （3.7.2）式中符号的物理意义参见相关规范。3.8 抗渗流稳定计算3.8.1 临界水力梯度法 （3.1）式中符号的物理意义参见相关规范。3.9 配筋计算3.9.1 混凝土板桩或连续墙配筋计算采用混凝土结构设计规范GB50010-2010的方法。 （3.9.1） （3.9.2）式中符号的物理意义参见相关规范。3.10 坑底抗隆起计算坑底抗隆起的计算同整体稳定，破坏面为如下图所示的组合滑面，其圆弧部分的圆心可以假定为最下到支撑处或者坑底，其半径可以假定为经过桩底，也可往下搜索，找出最危险的滑面。图3.10.1 中心在最下到支撑点处的圆弧组合滑面图3.10.2 中心在坑底的圆弧组合滑面 （3.10.1） (3.10.2) （总应力法） (3.10.3) （有效应力法）（3.10.4）式中符号的物理意义参见相关规范。3.11 墙底抗隆起计算图3.11.1 墙底抗隆起计算图 （3.11.1）式中符号的物理意义参见相关规范。4 内力变形计算4.1 计算参数水土计算（分算/合算）方法：分算；水压力计算方法：静止水压力，修正系数：1.0；主动侧土压力计算方法： 朗肯主动土压力，分布模式：矩形，调整系数：1.0，负位移不考虑土压力增加；被动侧基床系数计算方法： m法， 土体抗力不考虑极限土压力限值；墙体抗弯刚度折减系数：1.0。4.2 计算结果4.2.1 水土压力计算结果图4.2.1.1 在计算宽度1.00m下各工况水土压力计算结果4.2.2 基床系数结果 图4.2.2.1 在计算宽度1.00m下各工况基床系数结果图4.2.3 支撑刚度计算结果表4.2.3.1 计算宽度1.00m时支撑刚度计算结果图支撑编号12345支撑刚度(MN/m)50.050.050.050.050.04.2.4 内力变形结果每延米墙体抗弯刚度EI=1280000kN.m2。以下内力和土体抗力的计算结果是每延米墙体的；支撑反力是每延米的。第1工况：开挖至-1.90(深1.90)m第2工况：在-1.50(深1.50)m处加撑(锚) 第3工况：开挖至-5.00(深5.00)m 第4工况：在-4.60(深4.60)m处加撑(锚) 第5工况：开挖至-8.00(深8.00)m 第6工况：在-7.60(深7.60)m处加撑(锚) 第7工况：开挖至-11.00(深11.00)m 第8工况：在-10.60(深10.60)m处加撑(锚) 第9工况：开挖至-13.90(深13.90)m 第10工况：在-13.50(深13.50)m处加撑(锚) 第11工况：开挖至-17.25(深17.25)m 第12工况：在-14.74(深14.74)m处换撑 第13工况：拆除4支撑 第14工况：在-11.64(深11.64)m处换撑 第15工况：拆除3支撑 第16工况：在-8.27(深8.27)m处换撑 第17工况：拆除2支撑 第18工况：在-4.02(深4.02)m处换撑 第19工况：拆除1支撑图4.2.4.1 各工况内力变形结果图表4.2.4.2支(换)撑反力范围表抗力相对桩顶深度(m)最小值(kN/m)最大值(kN/m)支撑第1道支撑1.500.0155.0第2道支撑4.600.0365.9第3道支撑7.600.0447.9第4道支撑10.600.0433.9第5道支撑13.500.0389.9换撑第1道换撑14.7493.4449.5第2道换撑11.64200.0653.4第3道换撑8.27200.0548.7第4道换撑4.02200.0271.7坑内侧土体抗力安全系数：1.1258.40。5 坑底抗隆起(圆弧滑动)计算5.1 计算参数滑弧中心：最下道支撑；滑弧位置：通过桩底；应力状态计算方法：总应力法；桩墙弯曲抗力：考虑；垂直滑面阻力：忽略；滑面水平应力：考虑。5.2 计算结果图5.2.1 坑底抗隆起计算图下滑力：3002.4kN/m；抗滑力：6086.2kN/m；每延米墙体抗滑力：86.0kN/m；安全系数：2.06，要求安全系数：1.9 。6 墙底抗隆起计算6.1 计算参数计算公式：Prandtl；考虑隆起土层不均匀性厚深比：0.0；考虑放坡影响宽深比：1.0。6.2 计算结果6.2.1 墙底图6.2.1 墙底抗隆起计算图坑内侧向外17.2m范围内总荷载：10358.5kN/m；验算断面处土体内聚力：11.6kPa；内摩擦角：21.5。地基承载力：安全系数：2266.617.2/10358.5=3.77，要求安全系数：2.0。7 配筋计算7.1 计算参数采用混凝土结构设计规范GB50010-2010的方法。设计值系数：1.25。弯矩折减系数：1.0。7.2 计算结果混凝土等级：C30。 表7.2.1 各段配筋表：段号段长(m)Mk(kN.m)Md(kN.m)钢筋类型As(mm2)需配根数实配根数132.251165.71457.1HRB335-32727110108 抗倾覆计算8.1 计算参数水土计算（分算/合算）方法：分算；主动侧土压力分布模式：三角形；水压力计算方法：静止水压力。8.2 计算结果图8.2.1 抗倾覆计算图抗倾覆安全系数：，要求安全系数：1.100。9 抗渗流稳定计算9.1 计算参数抗渗流计算方法： 临界水力坡度法，垂直渗径换算系数(上段)：1.5，垂直渗径换算系数(下段)：1.5，水平渗径换算系数：1.0， 有效重度计算方法：由比重和孔隙比计算。9.2 计算结果抗渗流稳定安全系数：，要求安全系数：1.52.0，开挖面以下土为砂土、砂质粉土或黏性土与粉土中有明显薄层粉砂夹层时取大值。10 其他计算10.1 整体稳定计算10.1.1 计算参数整体稳定计算方法： 瑞典条分法；应力状态计算方法： 总应力法；土钉法向力折减系数：=0.5；土钉切向力折减系数：=1.0；锚杆法向力折减系数：=0.0；锚杆切向力折减系数：=0.0；桩墙抗滑考虑方式：滑面绕桩；浸润线不考虑止水帷幕；滑弧搜索不考虑局部失稳；考虑开挖工况；搜索范围：坡顶：全范围；坡底：全范围；搜索方法： 遗传算法。10.1.2 计算结果10.1.2.1 开挖至-17.25m(深17.25m)图10.1.2.1 整体稳定计算图滑弧：圆心(5.18m,0.00m)，半径：37.06m， 起点(-31.89m,0.00m)， 终点(37.98m,17.25m)， 拱高比0.783；下滑力：5408.46kN/m；土体(若有则包括搅拌桩和坑底加固土)抗滑力：7371.57kN/m；土钉/锚杆抗滑力：0.00kN/m；桩墙的抗滑力：0.00kN/m；安全系数：1.36。10.2 地表沉降计算10.2.1 计算参数地表沉降计算方法： 同济抛物线法。10.2.2 计算结果图10.2.2.1 地表沉降图11 基坑内支撑设计计算11.1第一道支撑11.1.1支撑构件类型表11.1.1.1钢筋混凝土支撑类型编号混凝土钢筋截面宽(mm)截面高(mm)1C30HRB4001200900表11.1.1.2钢管支撑类型编号钢材根数直径(mm)厚度(mm)2Q235160916表11.1.1.3荷载和约束类型编号K(kN/m2)Kq(kN/m2)Qh(kN/m)Qv(kN/m)备注110804.812.52 K: 水平法向均布弹簧系数 Kq: 水平切向均布弹簧系数 Qh: 水平向均布荷载 Qv: 竖向均布荷载11.1.2 计算原理 内支撑计算基于线弹性体平面杆系有限单元法。根据用户选择独立进行水平面受荷变形分析和竖直面内受荷变形分析，计算中不考虑水平面内和竖直面内计算结果的相互影响。竖直平面内分析中除特殊截面构件，均自动计算构件的自重荷载(混凝土容重25kN/m3，钢材容重78kN/m3)。自重荷载分项系数取1.2。11.1.3 节点位移表11.1.3.1节点位移表编号X(mm)Y(mm)编号X(mm)Y(mm)10.13-0.06240020.11-0.07250030.1-0.06260040.08-0.06270050.07-0.06280060.05-0.0629-0.07070-0.0630-0.09080-0.0631-0.11090-0.0632-0.130100-0.0633-0.160110-0.0634-0.18012-0.05-0.06350.130.0613-0.07-0.06360.110.0714-0.08-0.06370.10.0615-0.1-0.06380.080.0616-0.11-0.07390.070.0617-0.13-0.06400.050.06180.1804100.06190.1604200.06200.1304300.06210.1104400.06220.0904500.06230.07046-0.050.06编号X(mm)Y(mm)编号X(mm)Y(mm)47-0.070.067800.1348-0.080.06790-0.1349-0.10.068000.1350-0.110.07810-0.1351-0.130.0682-0.050.13520.15083-0.05-0.13530.15084-0.070.1354-0.15085-0.07-0.1355-0.15086-0.090.13560.17087-0.09-0.1357-0.17088-0.110.13580.17089-0.11-0.1359-0.17090-0.130.13600.150.1291-0.13-0.13610.15-0.1292-0.150.12620.130.1393-0.15-0.12630.13-0.1394-0.150640.110.13950.150650.11-0.1396-0.240660.090.13970.240670.09-0.1398-0.150680.070.13990.150690.07-0.131000.160700.050.131010.170710.05-0.131020.1507200.131030.17-0.06730-0.131040.1407400.131050.17-0.08750-0.131060.1507600.131070.16-0.09770-0.131080.170编号X(mm)Y(mm)编号X(mm)Y(mm)1090.16-0.1129-0.16-0.11100.160130-0.1601110.170131-0.1701120.150132-0.1501130.170.06133-0.170.061140.140134-0.1401150.170.08135-0.170.081160.150136-0.1501170.160.09137-0.160.091180.170138-0.1701190.160.1139-0.160.1120-0.160121-0.170122-0.150123-0.17-0.06124-0.140125-0.17-0.08126-0.150127-0.16-0.09128-0.17011.2 第二道支撑计算11.2.1 支撑构件类型表11.2.1.1钢筋混凝土支撑类型编号混凝土钢筋截面宽(mm)截面高(mm)1C30HRB4001200900表11.2.1.2钢管支撑类型编号钢材根数直径(mm)厚度(mm)2Q235160916表11.2.1.3荷载和约束类型编号K(kN/m2)Kq(kN/m2)Qh(kN/m)Qv(kN/m)备注111159.6502 K: 水平法向均布弹簧系数 Kq: 水平切向均布弹簧系数 Qh: 水平向均布荷载 Qv: 竖向均布荷载11.2.2 节点位移 内支撑计算基于线弹性体平面杆系有限单元法。根据用户选择独立进行水平面受荷变形分析和竖直面内受荷变形分析，计算中不考虑水平面内和竖直面内计算结果的相互影响。竖直平面内分析中除特殊截面构件，均自动计算构件的自重荷载(混凝土容重25kN/m3，钢材容重78kN/m3)。自重荷载分项系数取1.2。11.2.2 节点位移表11.2.1节点位移表编号X(mm)Y(mm)编号X(mm)Y(mm)10.5-0.2417-0.5-0.2420.45-0.26180.73030.39-0.26190.63040.33-0.26200.53050.26-0.26210.44060.2-0.26220.35070.13-0.26230.26080.07-0.26240.17090-0.26250.09010-0.07-0.26260011-0.13-0.2627-0.09012-0.2-0.2628-0.17013-0.26-0.2629-0.26014-0.33-0.2630-0.35015-0.39-0.2631-0.44016-0.45-0.2632-0.530编号X(mm)Y(mm)编号X(mm)Y(mm)33-0.630640.440.5234-0.730650.44-0.52350.50.24660.360.52360.450.26670.36-0.52370.390.26680.290.52380.330.26690.29-0.52390.260.26700.220.52400.20.26710.22-0.52410.130.26720.150.52420.070.26730.15-0.524300.26740.070.5244-0.070.26750.07-0.5245-0.130.267600.5246-0.20.26770-0.5247-0.260.2678-0.070.5248-0.330.2679-0.07-0.5249-0.390.2680-0.150.5250-0.450.2681-0.15-0.5251-0.50.2482-0.220.52520.59083-0.22-0.52530.59084-0.290.5254-0.59085-0.29-0.5255-0.59086-0.360.52560.680.187-0.36-0.5257-0.680.188-0.440.52580.68-0.189-0.44-0.5259-0.68-0.190-0.510.52600.580.4991-0.51-0.52610.58-0.4992-0.580.49620.510.5293-0.58-0.49630.51-0.5294-0.6-0.08编号X(mm)Y(mm)编号X(mm)Y(mm)950.6-0.08126-0.6-0.0896-0.950127-0.65-0.36970.950128-0.69-0.0698-0.60.08129-0.64-0.41990.60.08130-0.620.11000.62-0.1131-0.670.181010.67-0.18132-0.580.091020.58-0.09133-0.670.251030.67-0.25134-0.570.091040.57-0.09135-0.660.311050.66-0.31136-0.60.081060.6-0.08137-0.650.361070.65-0.36138-0.690.061080.69-0.06139-0.640.411090.64-0.411100.620.11110.670.181120.580.091130.670.251140.570.091150.660.311160.60.081170.650.361180.690.061190.640.41120-0.62-0.1121-0.67-0.18122-0.58-0.09123-0.67-0.25124-0.57-0.09125-0.66-0.3111.3 第三道支撑计算11.3.1 支撑构件类型表11.3.1.1钢筋混凝土支撑类型编号混凝土钢筋截面宽(mm)截面高(mm)1C30HRB4001200900表11.3.1.2钢管支撑类型编号钢材根数直径(mm)厚度(mm)2Q235160916表11.3.1.荷载和约束类型编号K(kN/m2)Kq(kN/m2)Qh(kN/m)Qv(kN/m)备注111159.6112.52 K: 水平法向均布弹簧系数 Kq: 水平切向均布弹簧系数 Qh: 水平向均布荷载 Qv: 竖向均布荷载11.3.2 节点位移表11.3.2.1节点位移表编号X(mm)Y(mm)编号X(mm)Y(mm)11.13-0.5516-1.01-0.5921.01-0.5917-1.13-0.5530.88-0.58181.64040.74-0.58191.41050.6-0.58201.2060.45-0.58210.98070.3-0.58220.78080.15-0.58230.58090-0.58240.39010-0.15-0.58250.19011-0.3-0.58260012-0.45-0.5827-0.19013-0.6-0.5828-0.39014-0.74-0.5829-0.58015-0.88-0.5830-0.780编号X(mm)Y(mm)编号X(mm)Y(mm)31-0.980621.151.1732-1.20631.15-1.1733-1.410640.991.1634-1.640650.99-1.16351.130.55660.821.16361.010.59670.82-1.16370.880.58680.661.16380.740.58690.66-1.16390.60.58700.491.16400.450.58710.49-1.16410.30.58720.331.16420.150.58730.33-1.164300.58740.161.1644-0.150.58750.16-1.1645-0.30.587601.1646-0.450.58770-1.1647-0.60.5878-0.161.1648-0.740.5879-0.16-1.1649-0.880.5880-0.331.1650-1.010.5981-0.33-1.1651-1.130.5582-0.491.16521.33-0.0883-0.49-1.16531.330.0884-0.661.1654-1.33-0.0885-0.66-1.1655-1.330.0886-0.821.16561.52-0.2387-0.82-1.16571.520.2388-0.991.1658-1.520.2389-0.99-1.1659-1.52-0.2390-1.151.17601.321.191-1.15-1.17611.32-1.192-1.321.1编号X(mm)Y(mm)编号X(mm)Y(mm)93-1.32-1.1124-1.29-0.1994-1.36-0.17125-1.49-0.69951.36-0.17126-1.35-0.1796-2.130127-1.47-0.8972.130128-1.56-0.1498-1.360.17129-1.44-0.92991.360.17130-1.40.221001.4-0.22131-1.510.41011.51-0.4132-1.320.211021.32-0.21133-1.510.561031.51-0.56134-1.290.191041.29-0.19135-1.490.691051.49-0.69136-1.350.171061.35-0.17137-1.470.81071.47-0.8138-1.560.141081.56-0.14139-1.440.921091.44-0.921101.40.221111.510.41121.320.211131.510.561141.290.191151.490.691161.350.171171.470.81181.560.141191.440.92120-1.4-0.22121-1.51-0.4122-1.32-0.21123-1.51-0.5611.4 第四道支撑计算11.4.1 支撑构件类型表11.4.1.1钢筋混凝土支撑类型编号混凝土钢筋截面宽(mm)截面高(mm)1C30HRB4001200900表11.4.1.2钢管支撑类型编号钢材根数直径(mm)厚度(mm)2Q235160916表11.4.1.3荷载和约束类型编号K(kN/m2)Kq(kN/m2)Qh(kN/m)Qv(kN/m)备注111527.91752 K: 水平法向均布弹簧系数 Kq: 水平切向均布弹簧系数 Qh: 水平向均布荷载 Qv: 竖向均布荷载11.4.2 节点位移表11.4.2.1节点位移表编号X(mm)