土木工程毕业设计（论文）-上海地铁1号线副线虹梅路站基坑设计与施工.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号线副线虹梅路站基坑设计与施工专 题：降雨条件下边坡渐进破坏机制的研究姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-7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号线副线虹梅路站基坑设计与施工专 题：降雨条件下边坡渐进破坏机制的研究指导教师：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号线副线虹梅路站基坑设计与施工毕业设计专题题目：降雨条件下边坡渐进破坏机制的研究毕业设计主要内容和要求：设计要求根据上海地铁1号线副线虹梅路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：通过边坡渐进破坏的总结，对降雨条件下边坡的渐进破坏机制进行分析，并对边坡破坏的原因、机理以影响边坡破坏的不同因素进行总结。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 日全套图纸加扣3012250582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 全套图纸加扣3012250582 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号线副线虹梅路站基坑围护结构设计；第二部分是上海地铁1号线副线红虹梅路站基坑施工组织设计；第三部分是专题部分，降雨条件下边坡渐进破坏机制的研究。第一部分是基坑围护结构设计，这部分的要求是根据虹梅路站基坑的水文地质、工程地质条件的具体情况对基坑施工方案进行选择。这其中包基坑围护结构的选型，支撑结构的选型。计算书的部分主要是对工程的安全性进行验算，这其中包括整体稳定性验算、抗渗验算等。第二部分是虹梅路站基坑施工组织设计，该部分是要根据本基坑周边的总体情况，对施工的施工步续，场地布置，以及基坑出土开挖等方式进行设计，对相应的工程计划进行编制，并确保施工过程中的安全。第三部分是专题部分，内容是降雨条件下边坡渐进破机制的研究。通过边坡渐进破坏的总结，对降雨条件下边坡的渐进破坏机制进行分析，并对边坡破坏的原因、机理以影响边坡破坏的不同因素进行总结。关键词：基坑工程； 地下连续墙； 施工组织； 边坡渐进破坏ABSTRACTThis graduation design mainly includes three part, the first part is the support structure design of the foundation pit of the Hongmei Road Railway Station on Shanghai No. 1 Metro Subline; The second part is the organization of the foundation pit construction of the Hongmei Road on Shanghai No. 1 Metro Subline Railway Station; The third part is special subject part , mainly analyzes the Study on the failure mechanism of slope under rainfall conditions.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 failure mechanism of slope under rainfall conditions. Through the summary of the slope of the gradual destruction. By analysing the progressive failure mechanism of the slope under rainfall conditions, The reasons and mechanism of slope destruction are summarized and the different factors of slope failure are summarized.Keyword: foundation pit engineering; underground diaphragm wall; construction organizing; gradual failure of slope目 录第一部分 上海地铁1号线副线虹梅路站基坑围护结构设计1 工程概况11.1 工程概况11.2 工程地质及水文地质资料11.3 工程周围环境31.4 施工条件42 设计依据和技术标准52.1 编制依据52.2 基坑工程等级52.3 基坑侧壁安全等级63 基坑围护方案设计63.1 围护方案论述63.2 基坑围护方案比选84 基坑支撑方案设计94.1 支撑结构类型94.2 支撑体系的布置形式104.3 支撑体系的选择105 计算书115.1 荷载计算115.2 围护结构地基承载力验算145.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算145.4 抗渗验算155.5 抗倾覆验算165.6 整体圆弧滑动稳定性验算185.7 围护结构及内力计算185.8 支撑强度验算245.9 地下连续墙配筋验算276 基坑主要技术经济指标296.1 开挖土方量296.2 浇筑混凝土量306.3 钢筋用量306.4 人工费用30第二部分 上海地铁1号线副线虹梅路站基坑施工组织设计1 基坑施工准备321.1 基坑施工的技术准备321.2 基坑施工的现场准备331.3 基坑施工的其他准备352 施工方案372.1 概况372.2 施工方法372.3 地下连续墙施工402.4 基坑开挖442.5 支撑安装与拆除452.6 质量控制452.7 施工主要技术措施462.8 关键部位施工493 施工总平面布置503.1 施工平面图设计的要求503. 2施工现场临时建筑物的布置原则503. 3施工用的临时运输线路的布置503. 4施工用建筑材料的堆放504 施工进度计划及管理措施514.1 工程安排原则514.2 施工进度计划514.3施工质量过程控制555 质量、安全、文明管理措施555.1 质量管理措施555.2 土方运输环境管理规定565.3 安全生产管理措施565.4 文明施工措施57第三部分 降雨条件下边坡渐进破坏机制研究摘 要581 引言582 问题的提出583 文献综述603.1 理论方面的研究603.2 数值模拟的研究663. 3实验方面的研究703. 4工程方面的应用744 结语775 展望78参考文献78翻译部分801 中文译文802 外文原文85致 谢93第一部分上海地铁1号线副线虹梅路站基坑围护结构设计全套图纸加扣3012250582 第32页1 工程概况1.1 工程概况该工程是上海地铁一号线副线虹梅路站，工程选址为上海漕宝路以北，虹梅路西部。沿漕宝路呈东西向布置。地铁车站主体结构位于漕宝路路面以北，虹梅路路面以西。虹梅路站采用地下二层岛式站台设置，其中车站标准段净长187.2m，标准段净宽20.2m，东西两侧布置两个端头井，净宽为26.0m。该车站采用明挖法施工，顶板埋置于地下，深度为1.0m，车站也按照地下两层进行布置，从下至上分别为站台层和站厅层。虹梅路站基坑标准段开挖深度16.20m，端头井的开挖深度为18.0m，有效站台长度为147.0m。本车站设置了三个出风口以及两组风亭。图1-1 施工场地简图1.2 工程地质及水文地质资料1.2.1 工程地质条件根据上海市测绘勘察研究院提供的工程地质勘察报告，本场地地面标高2.800m。上海地区土层分布以粘性土为主，中间夹杂少许砂性土。不同土层的物理力学性质有着很大的差别，在上海地铁一号线副线虹梅路站施工场地中，土层分布与勘查结果相近，可以作为参考依据。建设场地内自上而下各岩土层的分布情况如图表1.1-1所示。表1.1 上海市地铁1号线副线虹梅路站地层分布表土层编号土层名称土层描述厚度（m）层底标高（m）1填土上部由水泥碎石等杂物组成，下部由粘性土组成1.003.501.63-0.931褐黄灰黄色 粉质粘土含氧化铁斑点及铁锰质结核0.902.600.33-1.721灰色淤泥质 粉质粘土含云母、有机质，夹粘质粉土、薄层粉砂，土质不均匀2.006.00-2.86-6.351淤泥质粉质粘土土质均匀，土面较光滑，含云母、有机质及少量贝壳碎屑，夹少量薄层粉砂7.0010.10-12.60-14.502灰色砂质粉土含云母、有机质，夹少量薄层粉砂，仅在S12CC1及S13C10孔出露0.906.40-15.23-19.581-1灰色粘土含云母、有机质，夹少量泥钙质结核1.908.30-14.86-21.882-2灰色粉质粘土夹粘质粉土土质欠均匀，含云母、有机质3.1015.00-23.80-31.72暗绿草黄色粉质粘土含云母、氧化铁及有机质，面较光滑2.005.00-26.80-33.491草黄灰黄色砂质粉土含氧化铁斑点及铁锰质结核1.705.30-31.00-35.982灰色粉砂含云母、少量氧化铁条纹4.608.10-38.04-41.501.2.2 水文地质条件上海地区的地下水位埋深较浅，主要以潜水的形式存在，而且主要分布于浅部黏性土层。上海市的部分地区在浅部粉性土层中分布有承压水。有些地区的承压水位较深，主要分布在深部粉性土、砂土层中。根据上海市区域资料，承压水位的深度一般不大于潜水的深度。第层分布有承压水，埋深处于m之间。根据上海市勘察研究院提供的的地质资料显示，地区潜水水位埋深在m之间。对虹梅路站基坑工程的临近施工点附近的水进行分析，结果显示：拟建场地附近的地下水对本工程不会产生腐蚀性。根据上海市当地的经验，当地下水（尤其是潜水）对工程结构不存在腐蚀性时，那么地下水也不会对虹梅路站的主体结构产生腐蚀性，因此可判定本工程中的基础土及地下水不会对本工程产生腐蚀性，对工程中的钢结构存在较弱腐蚀性。1.2.3 地震烈度根据建筑抗震设计规范（GB500112010），虹梅路站基坑工程的施工场地土层以中软土类型为主，中软土的土层剪切波速范围为：，该土层的等效剪切波速可由以下规范中的公式算出。通过查找上海市相关勘察资料，可得知。场地的类型可以划分为四类，类别由等效剪切波速和场地覆盖层厚度共同确定，其中类分为和两个亚类，可据表1-2得本施工场地类别为类。表1.2 场地分类表岩石的剪切波速或土的等效剪切波速（m/s）场地类别I0I1IIIIIIVVs8000800Vs5000500Vse25015050Vse15080注：表中Vs系岩石的剪切波速此外，我们还可从规范中得到场地地震加速度值为g（对应于地震基本烈度 度），反应谱特征周期为s。1.3 工程周围环境1.3.1 基坑周围邻近建筑物上海地铁一号线虹梅路站基坑工程位于漕宝路与虹梅路交叉路口处的西北角，基坑选址主要在漕宝路北部以及虹梅路和中环线的东侧。基坑周围邻近建筑物主要是社区卫养老院、商铺、银行和一些商业大厦。上海地铁一号线副线虹梅路站计划设计三个出入口，其中1号出入口过古美路，靠近凤凰大楼设置，出口周围附近有凤凰大楼、新安大楼、全家便利店。2号出入口过漕宝路，靠浦江之星旅店古美店设置，出入口周围有康贝佳口腔门诊部、华城广场、永庆房屋。3号出入口位于徐汇区虹梅养老院，出入口周围有闵行区结核病防治院，顺和车行等。出入口的设置原则满足了车站周边居民的出行，减轻对城市地面交通的压力，使人们再不穿过马路的情况下就能进入地铁车站，大大便利了行人的出行。本工程邻近需要加强保护的建筑物是徐汇区虹梅养老院与闵行区结核病防治院，因为这两幢建筑物与基坑开挖位置较近，对地面沉降要求比较高，但是由于这两栋建筑物楼层较低，凤凰大楼的基础结构形式较为简单，而且因为本基坑工程主要靠近两侧公路，在较近的距离内没有高耸的建筑，并且这些建筑有着相对较好的结构形式，所以不需要对这些建筑进行加固处理，但周围科研大楼，商业大厦等高层建筑仍需加强控制，预防沉降。1.3.2 周围管线及地下构筑物设施表1.3 上海市地铁1号线副线虹梅路站漕宝路地下管线分布表管线种类管径（mm）/规格埋深（m）材质位置处置方法污水15004.0砼漕宝路道路下搬 迁污水3002.5砼漕宝路道路下搬 迁雨水10002.0砼漕宝路道路下搬 迁电话24孔1.0缆漕宝路道路下搬 迁电话2根0.8缆漕宝路道路下搬 迁电力2根0.6缆漕宝路道路下搬 迁上水2000.8铁漕宝路道路下搬 迁上水4001.0铁漕宝路道路下搬 迁煤气3001.1铁漕宝路道路下搬 迁表1.4 海市地铁1号线副线虹梅路站虹梅路地下管线分布表管线种类管径（mm）/规格埋深（m）材质位置处置方法雨水8002.0砼虹梅路道路下搬 迁雨水10001.8砼虹梅路道路下搬 迁雨水8001.8砼虹梅路道路下搬 迁雨水4001.8砼虹梅路道路下搬 迁污水15004.0砼虹梅路道路下搬 迁污水3002.5砼虹梅路道路下搬 迁污水4002.5砼虹梅路道路下搬 迁污水16504.0砼虹梅路道路下搬 迁1.3.3 周围道路上海地铁一号线副线虹梅路站地处该地区交通要道。其中漕宝路为双向六车道，道路两侧辅以两向的非机动车道，因此漕宝路交通流量较大。基坑附近的虹梅路采用双向六车道设置，道路两侧布置有非机动车道，道路宽度不大，但是车流量很大。根据基坑工程施工要求，在施工期间，沿施工工地走向，务必保证漕宝路的通畅，尽量少占现有车道，并确保过往车辆以及行人的安全。本场地距离虹梅路主干道仍有一定距离，因此不需要对虹梅路进行改道或占用。但是基坑右侧紧邻徐汇区虹梅养老院和闵行区结核病防治院，因此施工期间必须保证人流的正常出入，尽量减少影响周边居民的生活。1.4 施工条件本工程施工场地内没有分布不良地质现象，虽然施工场地距漕宝路较近，但通过对道路的分流及保护，施工时可在不同阶段形成独立的区域；本工程工地虽有众多地下管线通过，管线形式虽然复杂多样，但是施工现场的“三通一平”工作已有建设单位完成，施工用水用电均可从施工现场附近引出。因此，本工程已初步具备施工条件2 设计依据和设计标准2.1编制依据 2.2基坑工程等级地铁车站在施工前，需要确定基坑的工程等级。该等级的确定需要参照基坑周边的环境要求以及本基坑的工程要求进行制定。按照建设深基坑的工程经验以及考虑到周边环境的保护要求，将基坑变形控制标准分为四个等级，见下表：表2.1 基坑变形控制保护等级标准保护等级地面最大沉降量及围护墙水平移控制要求 环境保护要求 特级1. 地面最大沉降量0.1%H；2. 围护墙最大水平位移0.14%H；3. K2.2离基坑10m，周围有地铁，共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施必须确保安全一级1. 地面最大沉降量0.2%H；2. 围护墙最大水平位移0.3H；3. K2.0离基坑周围H范围内设有重要干线、水管、大型在使用的构筑物、建筑物二级三级1. 地面最大沉降量0.5%H；2. 围护墙最大水平位移0.7%H；3. K1.51. 地面最大沉降量1%H；2. 围护墙最大水平位移1.4%H； 3. K1.2在基坑周围H范围内设有较重要支线管线和一般建筑、设施在基坑周围30m范围内设有需保护建筑设施和管线构筑物注：H为基坑开挖深度，虹梅路站基坑开挖深度在16m左右。根据以上标准，虹梅路站基坑工程基坑等级为一级。2.3基坑侧壁安全等级根据建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）规定，将基坑侧壁安全等级分为三个等级（见表2.3-1）。表2.2 基坑侧壁安全等级的重要性系数安全等级破坏后果重要性系数一级支撑结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑环境及地下结构施工影响严重1.10二级支撑结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑环境及地下结构施工影响一般1.00三级支撑结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑环境及地下结构施工影响不严重0.90注：1. 有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定。2. 对一级安全等级和对支护结构变形有限定的二级的基坑侧壁，应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。本基坑工程距离周边建筑物较远且建筑物拥有很好的自承能力。但是如果本基坑发生破坏，这其中包括：边坡土体失稳、支撑结构破坏或者支护结构变形过大等，若这些破坏会对基坑周边的建筑物以及地下结构产生严重的影响，综上，本基坑侧壁安全等级为一级。3 基坑围护方案设计3.1 围护方案论述板式支护一般作为深基坑工程中的支护结构进行采用。本工程中，可以采用的围护结构有：SMW工法、钻孔灌注桩、地下连续墙、钻孔咬合桩等。因此我们应对这几种工法的优缺点进行必选，确定出最适合作为虹梅路站基坑工程围护结构的工法。3.1.1 SMW工法SMW工法，别名为加劲水泥土地下连续墙。也就是在预先施工好的互相呈现咬合状态的搅拌桩中插入H型钢，再在桩外配以支撑体系，从而使墙体具备防水与挡土的功能。SMW工法的优点是可以快速进行施工，场地面积较小的情况也能施工。在SMW工法的施工过程中，当搅拌桩强度达到要求后，可以将型钢拔出再利用。若应用于施工工期较短的结构，可以明显减少施工的时间与成本。SMW工法也存在较为明显的缺点。该工法一般用于深度较浅的基坑，如若用于较深基坑的围护，由于支护结构本身的强度较低，从而在基坑的开挖过程中，引起周围地面较大的沉降和位移。容易使搅拌桩产生较大变形从而引起渗水失稳。3.1.2 钻孔灌注桩灌注桩的成桩方法较为多样，主要通过钢管挤土、机械钻孔或人力挖掘等施工方法在地基中钻掘成孔，在已经成孔的孔内注入混凝土或者放置钢筋笼。钻孔灌注桩的作用主要是挡土和挡水。在地下工程施工中，钻孔灌注桩的使用并不是单独的，通常和止水帷幕一并使用。对于不同的基坑工程，开挖深度各不相同。根据基坑不同的开挖深度，止水帷幕的额选择也有多种。止水帷幕的造价由低到高依次为双轴水泥土搅拌桩、三轴水泥土搅拌桩和高压旋喷桩。钻孔灌注桩的首要优点是成本较低。但是在工程实际应用中，钻孔灌注桩需结合止水帷幕共同使用，限制了钻孔灌注桩的使用场合，同时止水帷幕的施工质量难以保证，其止水效果很难保证。当基坑周围土质为较软的粘性土且基坑开挖深度又较大时，钻孔灌注桩变形容易变大，从而导致止水帷幕的开裂。某些情形下是不允许进行降水的。随着基坑开挖深度的增加，坑内外水头差也会相应的增加，降水帷幕的止水能力会随着水头差的增加而下降，细小的渗漏都有可能引起流沙管涌的发生。3.1.3 地下连续墙地下连续墙是通过一定设备，在预先施工好的导墙中，用挖槽机械开挖出可以下放钢筋笼和灌注混凝土的沟槽，在开挖的过程中，需要泥浆对开挖的槽壁进行保护，当槽壁施工完成后，在其中浇筑混凝土，形成一个挡土挡水的墙体。地下连续墙作为围护结构有着许多的优点。首先是地下连续墙是由钢筋混凝土组成的，因此具有很大的强度和刚度，可以有效保护基坑的安全；其次，地下连续墙的挡水效果十分明显，可以有效防止渗水的发生；地下连续墙因为具有很高的强度，因此可以有效抑制基坑周边地层的位移和沉降。总之，该功法特别适用于对环境要求较高的工程。当然，地下连续墙也存在一些缺点，主要为：因为在施工的过程中，需要开挖深度很深的沟槽，虽然沟槽有着泥浆进行保护，但是仍然存在坍塌的可能性；地下连续墙的施工周期较长，施工步骤也较为复杂，每个步骤对施工质量的要求也较高；在开挖的过程中，需要采用泥浆进行护壁，但是若泥浆外渗，则会随周边环境造成污染；最后，地下连续墙的施工需要采用各种大型机械，当让成本很难控制，工程造价也会较高。3.1.4 钻孔咬合桩与传统施工方法相比，钻孔咬合桩是近年来新型的一种围护结构施工形式，归纳起来，其具体优点主要为：钻孔咬合桩的桩间是互相咬合的状态，在咬合的状态下形成可以整体受力的排桩，作为整体结构，排桩的结构强度大，防水效果好；钻孔咬合桩具有较大的强度和刚度，同地下连续墙的一样，钻孔咬合桩可以作为车站主体的永久结构；同时，本工法的施工过程具有较小的机械振动，适合对环境要求较高场地的施工；在施工的过程中，钻孔咬合桩具有很好的的垂直度和整体性，因此可以减小施工过程中的混凝土用量；本工法的施工速度较快，可以减小施工的施工周期，加快施工进度；最后，施工过程中的场地占用不大，适合城市中的施工。钻孔咬合桩是一种新型的施工技术，当然也存在着一些缺点：桩身的垂直型必须在施工过程中保持，相邻桩身之间的咬合尺寸精度要求也很高；桩身是互相咬合的状态，但是若存在钢筋混凝土位于塑性混凝土桩的外侧，会缩减咬合的部分；桩身的承载力会因为施工过程中对部分素桩的凿除，导致发生该处素桩出现断裂，也会大大缩减桩身的承载力。3.2 基坑围护方案比选对于钻孔灌注桩，虽然其经济性较好，但对于本工程，基坑尺寸长度达到187.2m，宽度也有20.2m，面积太大，支护效果不理想。本基坑开挖深度较大，达到16.20m，因此很难保证水泥土搅拌桩的垂直精度。若在施工过程中采用钻孔灌注桩外加止水帷幕的话，止水帷幕的额施工质量很难保证，而且本基坑的开挖深度较大，很难确保深处搅拌桩的互相搭接，最终可能影响止水的效果。最后，基坑开挖深度逐渐增加，止水帷幕的抗渗性会逐渐变差，若发生透水，将会造成严重的后果。对于钻孔咬合桩，它是一种比较新型的围护形式，对施工条件的要求较为严格。在选用钻孔咬合桩的过程中，要对围护结构与永久结构的本构关系进行综合考虑，也应对围护结构与结构抗浮的关系之间的经济合理性进行考虑，上海地铁一号线副线虹梅路站，地处漕宝路与虹梅路交汇处，车流人流量都比较大，而且周边建筑密集，施工条件有限。对于SMW工法，和其余的支护结构相比，型钢水泥土搅拌桩墙相结构钢度小，一般适用于开挖深度小于12m的基坑，本工程基坑深度已达16.2m，远大于要求的最大开挖深度。若在本工程中进行应用，那么在虹梅路站基坑工程的施工过程中，周边会发生较大的位移和沉降。同时由于变形较大，搅拌桩易发生开裂破坏，导致地下水的渗漏；本工程的基坑面积比较大，采用此工法会使基坑施工工期加长，也延长了型钢租赁时间，围护成本与灌注桩相比优势很弱。对于地下连续墙，其有着其余工法不可比拟的优点，首先地下连续墙的墙体刚度较大，周边建筑和道路产生的水平和垂直荷载都可以承受；其次，地下连续墙的防水抗渗的效果很好，本工程位于上海地区，因为上海地区土质含水量大，围护结构的抗渗能力作为考虑的重要因素；地下连续墙虽然初期成本较高，但是地下连续墙一般作为车站结构的主体工程，在以后的车站施工中降低了车站主体结构的施工的风险，节约施工的时间与成本。而且其适应性强，施工周期快，对于本工程，基坑开挖深度达到16.2m，采用该工法比较合理。4 基坑支撑方案设计4.1 支撑结构类型虹梅路站基坑工程的围护结构的设计，确定工程的围护结构支撑体系的设计和选型至关重要。随着现代工业的飞速发展，城市的不断扩张，地铁车站基坑的开挖深度越来越大，基坑平面的几何尺寸也在不断的增大，几何形状也出现了多种的形式，在以往的施工过程中，支撑体系被分解为单根压杆，但是在如今的施工中已经不能满足要求了。围护结构挡土墙的计算仅是在基于竖向平面问题假设的计算，这对于长条形基坑的设计计算是适用的。平面上甚至每个支撑的内力、变形也各不相同，因此，需要将支撑看做平面框架进行设计计算。在工程应用中，为减少设计计算的工作量，实际设计往往将基坑的支撑结构简化为独立的平面支撑体系系统进行计算。内支撑结构可选用钢支撑、混凝土支撑、钢与混凝土的混合支撑。4.1.1 钢支撑钢支撑的截面形式比较多样，形式也是存在很多种。对于较大开挖深度的基坑工程，多采用钢管支撑或者H型钢作为支撑。热轧型钢采用较为广泛，尤其适用于面积较小的基坑施工中。钢支撑有很多优点：钢支撑的施加以及拆卸是较为便利的，在放置钢支撑之后，可以用千斤顶对其施加预应力，从而对围护墙的变形进行有针对性的控制；对于支撑强度较高的工程，钢结构是个比较恰当的选择；钢支撑可重复使用，且多为租赁而来，因此便于进行专业化大批量的施工。钢支撑的缺点为：钢管的制作对工艺的要求很高，各种因素都有可能导致钢支撑的失稳破坏，包括：施工中支撑添加不及时、支撑结构处理不当或者支撑节点处理不当；相比于混凝土支撑，钢支撑的耐碰撞性较差；钢支撑截面尺寸及自身刚度小，作为支撑，为保证基坑的稳定性，需密集布置，给土方开挖带来很多不便；由于钢支撑在两个方向上施加预应力，虽然可以调节预应力，但是使钢支撑连接处处于铰接状态，稳定性较差，易失稳。4.1.2 混凝土支撑钢筋混凝土支撑也是一类比较常用的支撑，其截面形式多样，可以根据实际工程需要确定断面形状和尺寸。钢筋混凝土支撑的优点：钢筋混凝土是在施工现场现场浇筑的，因此可以根据具体施工环境确定与调节支撑的截面和尺寸，根据施工基坑的平面形状，浇筑成最适合的形式；基坑内支撑需承受围护结构上的力主要是水平方向上的，采用混凝土支撑，可以根据具体的受力情况排布钢筋；钢筋混凝土的尺寸较为灵活，在施工中，根据具体情况确定钢支撑的具体尺寸；因为钢筋混凝土支撑刚度大，可以将一些需要用到的建筑材料堆载于上面，从而可以节省施工占地，优化施工场地的使用情况。钢筋混凝土支撑的缺点：由于钢支撑是现浇混凝土，需要一段时间的养护才能发挥其作用，而在浇筑和养护期间，围护结构处于无支撑状态，若混凝土养护时间过长且在基坑周边都是软土的情况下，基坑周边软土会使围护结构产生较大位移；钢筋混凝土支撑施工周期长，混凝土的浇筑和养护周期长，在施工完成后，若混凝土支撑不是作为车站主体结构的一部分，需要耗费人力物力进行拆除，仍要占用工期，对工期要求较高的基坑是不适用的。4.2支撑体系的布置形式在对基坑支撑体系的设计中，有着如下的要求：在选择支撑的材料以及支撑的布置形式时，应当考虑工程的实际情况，而且为了降低造价前应当满足基坑的使用要求；支撑体系中的受力情况要明确，为了节省造价，将各个杆件的价值最大化，保证工程的质量及安全； 支撑体系的布置要考虑基坑开挖过程中的安全问题，还需要考虑如何布置能方便后续工序的进行，提高工作效率。支撑体系的布置形式有多种形式，常见的支撑体系布置形式见表4.1。表4.1 支撑体系的布置形式序号布 置 形 式图 例特 点1直交式 在重要或者地质条件较差的工程采用，其安全性能好，稳定性高，墙体变形便于监测。布置过程中要考虑后续工序，如土体开挖，主体结构建设等2井字型集中式布置在一般工程中使用，井字型支撑结合角撑使用，便于基坑开挖以及主体结构的建设，当使用钢筋混凝土支撑时可以结合栈桥同时设计3角撑体系布置提供较大的操作空间，利于基坑开挖及建设主体结构，但是支撑效果，控制变形能力没有上述两种方式好4边桁架能够提供较大的空间，便于后续工序的施工，但是安全稳定性效果相对较差5圆形环粮布置支撑体系整体受力较好，节省原材料的使用量，方便后续工序施工的进行，适用于外部受力均匀的基坑工程中。4.3支撑体系的选择本基坑开挖深度达16.2m，属于深基坑，若采用竖向斜撑体系则不利于基坑的出土，由于本基坑的深度过大，斜撑适用于深度较浅的基坑，因此也不适用。对于混合支撑体系，对基坑的形状要求较低，但是支撑布置方式复杂，施工难度大，再加上本基坑对工期的要求较为严格，混合支撑体系也不适用。综上，本基坑拟采用平面支撑体系。对于支撑结构类型的选择上，本工期工期较为紧张，而混凝土支撑需要一定时间的浇筑与养护，但钢支撑在安装与连接上较为方便迅捷，因此本工程拟采用规格为60916的钢支撑。在确定竖向支撑的道数以及各个支撑的标高点，应当考虑虹梅路站基坑工程的地质条件以及水文地质条件，做到浇筑主体结构各楼板的换撑设计相协调。虹梅路站基坑工程位处软土地区，第一道支撑的设置一般位于地面下1.0至2.5m，各个支撑之间的间距一般取为2.5至4.5m之间，在开挖结束前，为了减小支护结构的变形，因此最后一道支撑应尽可能距离基坑底部较小，但不能小于60cm，这是为了方便底板的施工。综上，本标准段拟采用上下设置4道钢支撑。4道钢支撑从上到下，支撑之间的竖向间距分别为：4m，4m，4m，2.2m，其中最后一道支撑距坑底2.2m，第一道支撑距墙顶2.0m，支撑间水平间距取3.0m。5 计算书本设计中有两个不同基坑结构形式，分别为中间标准段与两侧端头井段。虹梅路站端头井处基坑开挖深度为18.0m，宽度为26.0m；标准段基坑开挖深度为16.2m，宽度为20.2m，由于标准段在整个基坑工程中所占比例较大，对标准段进行验算可以较完整的反应整个基坑的情况，故计算书主要针对标准段的基坑内力情况和稳定性进行验算校核，对于端头井的验算，这个过程也应该和标准段保持一致。上海市地铁一号线副线虹梅路站基坑工程属于深基坑工程，采用地下连续墙作为其围护结构，开挖深度16.2m，欠固深度14.8m。基坑开挖过程中共设4道钢支撑，各道支撑从上到下分别为-2.0m，-6.0m，-10.0m和-14.0m。5.1 荷载计算5.1.1 地下连续墙设计根据上海市基坑工程技术规范，深基坑围护结构地下连续墙的墙厚一般取600mm、800mm、1000mm以及1200mm，由于本工程基坑等级为一级，主体结构地下连续墙墙厚均取1000mm，连续墙深度的确定：（5.1）式中 地下连续墙总深度，m； 基坑开挖深度，m； 地下连续墙嵌固深度，m；=（0.71.0），本设计取0.9。则：地下连续墙深度：m，初步取地下连续墙深度为31m。5.1.2 各层土的物理力学性质指标对于便准段土层的物理指标及厚度的确定，可以参照地质剖面图和地质表，如表5.1所示：表5.1 标准段土层的物理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）侧壁摩阻力特征值fs(kPa)1填土17.215.08.52.059.0粘土17.724.019.02.024.01淤泥质粉质粘土16.113.016.54.525.01淤泥质粘土16.113.012.010.016.01-1灰色粘土17.7417.015.58.048.02-2灰色粉质粘土夹灰色粘土18.815.021.54.535.0虹梅路站基坑工程采用地下连续墙作为围护结构，在其嵌固的深度中，土体的粘聚力、重度、内摩擦角和厚度各不相同，但是为了计算的方便合理，将各层土的指标按照加权平均值进行采用。本工程中的地下水位取为0.7m，地层中的砂性图厚度较小，因此采用水土合算进行计算。(5.2)(5.3)(5.4)式中 土的加权平均重度，kN/m3；土的加权平均粘聚力，kPa；土的加权平均内摩擦角，；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，墙底以上各层土的平均物理指标为： 地下连续墙总嵌固深度墙底至坑底各土层的物理指标为：基坑周边分布有均布荷载，因此应该将均布荷载换算成地表以上的当量土重。本工程地面假定为水平，那么当量的土层厚度为：（5.5）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。即基坑的开挖深度相当于m。基坑底板距离地下连续墙底部的距离m。5.1.3 计算土压力系数目前有两种土压力理论，分别为库伦土压力理论以及朗肯土压力理论。库伦土压力有着各种不同的假设，首先是挡土墙后的土体作为散体材料看待，也就是粘聚力为零。在虹梅路站基坑工程中，基坑周边的土质以黏性土为主，因此不宜采用库伦土压力而应当采用朗肯土压力进行计算。地下连续墙外部的土压力视为静止土压力，基坑底部到地下连续墙墙底部的土压力为被动土压力进行计算。根据相关的规范要求，以下计算中涉及朗肯被动土压力公式、朗肯主动土压力公式以及朗肯静止土压力公式。根据规范要求，静止土压力系数可以按计算，并参考上海体育场西风井地质表得出：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连墙单位长度的竖向承载力特征值为：（5.6）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，取=1m；地下连续墙所取长度（m），取=1.0m；地下连续墙墙底土的承载力特征值，根据详勘，；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。代入数据得：地连墙自重：由上部施工及超载传递下来的荷载取，则则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根据上海市基坑工程技术规范相关规范，分析并用式（5.7）验算本基坑的抗隆起稳定性。此外，根据对基坑的假设，基坑墙底视为光滑面。忽略墙底以上部分土体的抗剪强度影响基坑的尺寸以及抗隆起，假设地下连续墙的平面为基准面，滑动中心处于最下层支撑点处，其计算简图见图5.1。图5.1 基坑抗隆起计算简图（5.7）式中 隆起稳定安全系数；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