土木工程毕业设计（论文）-上海地铁1号线副线虹莘路站基坑设计与施工.docx

目录第一部分11 工程概况281.1工程地质及水文地质资料281.1.1工程地质条件281.1.2水文地质条件291.1.3地震烈度291.2工程周围环境301.2.1周围邻近建筑物301.2.2周围管线及地下构筑物设施301.2.3周围道路交通311.3 施工条件312 设计依据和设计标准312.1 有关的工程设计依据312.2 基坑工程等级322.3 基坑设计控制标准323 基坑围护方案设计323.1支护体系的简介323.2几种常见支护体系333.2.1 深层水泥土搅拌围护墙333.2.2 地下连续墙333.2.3钢板桩333.2.4 SMW工法333.2.5 钻孔灌注桩343.2.6 钢筋混凝土板桩343.3方案对比分析及选择344 基坑支撑方案设计354.1支撑结构的类型354.2支撑体系的布置方式354.3支撑方案的选定354.4支撑施工技术要点365 计算书365.1荷载计算365.1.1 地下连续墙设计365.1.2各截面处土的物理指标的计算375.1.3计算土压力系数和土压力385.2围护结构地基承载力验算395.2.1建筑地基基础设计规范经验公式验算395.2.2 地连墙单位长度的竖向承载力验算405.3基坑抗隆起稳定性验算405.4 抗倾覆验算415.5 抗渗验算425.6 整体圆弧滑动稳定性验算425.7 围护结构的内力计算425.7.1计算第一道支撑内力445.7.2 计算第二道支撑内力454.7.3 计算第三道支撑内力464.7.4 计算第四道支撑内力474.7.5 计算第五道支撑内力484.7.6 计算最大弯矩与最大剪力505.8 支撑强度验算515.8.1 强度验算515.9地下连续墙配筋验算525.9.1纵向通长钢筋设计535.9.2水平筋设计536 基坑主要技术经济指标556.1开挖土方量556.2 浇注混凝土量556.3 钢筋用量556.4 人工费用551基坑施工准备501.1 基坑施工的技术准备501.1.1 基坑工程结构技术资料搜集501.1.2熟悉、审查设计图纸及相关设计文件501.1.3做好工艺材料试验501.1.4编制相关施工组织设计501.1.5 编制施工预算501.1.6进行技术交底501.2 基坑施工的现场准备501.2.1 拆除障碍物511.2.2测量放线511.2.3三通一平511.2.4 临时设施的准备521.3基坑施工的物资准备531.4 劳动力准备531.5 特殊季节施工541.5.1 冬季施工措施541.5.2 雨季施工措施541.6 应急准备工作542 施工方案552.1概况552.1.1 工程特征552.1.2 主要工程数量表552.2 施工方案562.2.1 施工方案的比选562.2.2工程的施工顺序562.2.3 施工机械572.2.4 施工工期572.2.5地下连续墙施工工艺572.2.6 基坑及支撑施工方案572.3 施工质量控制582.3.1 质量保证措施582.3.2围护结构质量要求582.3.3质量检验方法582.4 施工主要技术措施和关键部位技术措施582.4.1围护防渗漏措施592.4.2坑内加固方案及优化措施592.4.3内部支撑体系变形控制措施593 施工总平面布置593.1 施工总平面布置原则593.2临时建筑物的布置原则及位置603.2.1 布置原则603.2.2布置位置603.2.3 施工用的临时运输线路的布置603.3 建筑材料的堆放位置604施工进度计划及管理措施614.1 工程进度安排原则614.2 施工进度计划614.3 施工工期保证措施625质量、安全、文明管理措施635.1 工程质量管理措施635.1.1质量保证体系635.1.2组织机构635.1.3管理网络645.2安全生产管理措施645.3文明施工措施655.4环境保护措施665.4.1环境保护体系665.4.2 土方运输675.4.3施工污水处理671 问题的提出691.1 引言691.2 深基坑桩锚支护体系的特点及工作原理701.2.1 深基坑桩锚支护体系的特点701.2.2 深基坑桩锚支护体系的工作原理701.3 深基坑桩锚支护体系中桩的受力特性研究711.3.1深基坑桩锚支护体系中单桩的受力特性研究711.3.2深基坑桩锚支护体系中群桩的受力特性研究711.4桩基的特点721.5 桩基受力的研究方法及存在的问题722 文献综述732.1 理论方面的研究732.2 数值模拟的研究772.3 实验方面的研究853 结论及展望90参考文献91翻译部分941 中文译文941 引言942 有限元建模和参数辨识952.1.1 土壤模型962.1.2 桩模型972.1.3 桩帽模型972.1.4 土壤结构界面973 多个剪切机制模型验证分析群桩974 单桩在组合荷载作用下的变形特征975 群桩在组合荷载作用下的变形特征986 结论982 外文原文99致 谢106第一部分虹莘路站基坑围护结构设计全套图纸加扣30122505821 工程概况本工程为上海地铁1号线副线虹莘路站，它位于闵行区虹莘路和顾戴路交汇之处。作为1号线副线工程的一个一般中间站，车站整体结构呈东西向布置，它是地下二层岛式站台车站，站厅层分布在地下一层，地下二层为站台层。车站沿顾戴路布置，主体结构位于顾戴路以北、虹莘路以西，车站小部分结构位于顾戴路路面下，工程位置见图1.1。虹莘路站车站基坑长186.4m，标准段宽度是22.6m，基坑标准段开挖的平均深度为17.5m。车站设置4个出入口，分别为1号4号；另设3组风亭，分别为1号3号。图1.1 工程地理位置图1.1工程地质及水文地质资料1.1.1工程地质条件虹莘路站基坑工程地质及水文条件良好，施工场地地势较平坦，尚未发生泥石流、滑坡、岩溶、地面塌陷沉降等各种不良地质现象。根据上的海市测绘勘察研究院所提供的工程地质勘察报告，本地区地面实测标高为4.513m，设计范围内自上而下的土层情况如表1.1所示。表1.1 土层物理力学性质参数表土层编号土层名称土层描述厚度（m）1填土上部含水泥、碎石等杂物，下部由粘性土和粉土等组成，部分填土内含有亲水性物质。1.003.502粉质粘土褐黄灰黄色，含氧化铁及铁锰质结核等有机质。0.902.603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。2.006.004淤泥质粉质粘土土质均匀，土面较光滑，含有机质及少量贝壳碎屑，并含少量薄层粉砂。7.0010.005灰色砂质粉土含云母、少量有机质，夹少量薄层粉砂，工程性质较好。0.906.406灰色粘土含云母、有机质，夹少量泥钙质结核，渗透性较弱。1.908.307灰色粉质粘土夹粘质粉土土质欠均匀，含云母、有机质，压缩性中等。3.1015.008粉质粘土暗绿草黄色，含云母等有机质，土面较光滑。2.005.009砂质粉土草黄灰黄色，含铁锰质结核。1.705.3010灰色粉砂含氧化铁斑点及铁锰质结核，工程性质良好。4.608.10虹莘路车站基坑场地土层由水泥、碎石等杂物，粉质粘土、淤泥质粉质粘土及粉土等各种土质组成。填土较为松散，抗剪强度较低，自稳性较差，容易发生坍塌等工程事故。粉质粘土土质偏软，局部呈软塑状态，施工时的震动会使土体产生变形，可能引起塌方，对基槽和邻近构筑物造成严重的影响，从而危及施工人员的安全及拖延工期。为了防止土体坍塌和变形，施工中应进行防水处理和及时支护。1.1.2水文地质条件基于埋藏条件地下水可分为三类，分别为上层滞水、潜水和承压水。虹莘路站基坑工程场地内的地下水大部分为浅层潜水和浅层承压水两种类型。浅层孔隙潜水主要由降雨补充，地表水的渗入也会起到补给的作用。本地区地下水位埋深为2.8m，承压水主要分布在灰色粘土夹粉土中，距离地平面约34.0m，本层地下水的径流条件很复杂，补给来源同样非常复杂，因此需详细勘察。基坑底部土体的土粒比重为2.73，天然孔隙比为1.05。基坑内拟建车站位于地下水位以下，因此必须做好降排水工作，保证地下水位始终在基坑底面0.5m以下。完成基坑降水工作后，有利于减少位移和提高土体强度，还能保持施工现场干燥的环境。根据本工程地下水的试验分析结果，虹莘路站基坑工程的地下水样对混凝土没有腐蚀性。在上海地区以往工程经验的基础上可知：当地下水对混凝土没有腐蚀性时，其土也不会腐蚀混凝土。因此可判定本工程中的地下水和基础土不会腐蚀基坑中的结构。另外，关于地下水的试验结果证明：地下水样对钢结构有弱腐蚀程度。1.1.3地震烈度按照建筑抗震设计规范（GB500112010）的要求，虹莘路站基坑工程场地范围内的土质为中软土，土层剪切波速的值为：150Vs250，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1508000800Vs5000500Vse25015050Vse15080注：表中Vs系岩石的剪切波速1.2工程周围环境基于基坑工程手册规范，必须调查大城市建筑物密集、交通繁忙地区的基坑工程，并需着重注意以下内容：（1）周边建筑物的基础形式及结构，还有基础埋深状况，另外还需考虑桩基对沉降的影响状况；（2）周边建筑物的具体布置情况，以及它们距离基坑边线是否会受到影响；（3）周边建筑物是不是优秀历史文物保护建筑或具有某种额外象征意义的建筑，或者使用时需严格控制某些条件；（4）为了检测周边建筑物是否有裂缝、倾斜等状况，可采用拍片等检测手段确定。1.2.1周围邻近建筑物本地区施工前为居民区与商业区的结合地，平面结构较为复杂，建筑物错乱无序的分布，因此会加大施工难度，施工过程应大力减小对周边建筑物的影响程度。按照有关部门的拆迁文件完成拆迁工程后，基坑开挖两倍（35m）范围内由西到东主要的邻近建筑物如表1.3所示：表1.3 邻近建筑物汇总表编号名称地面结构形式/层数基础形式到基坑距离1虹莘电脑维修城大楼砖混/5层条形基础10.3m2某工厂大楼砖混/6层条形基础26.8m3虹莘路锦园酒店框剪/10层桩基12.3m4半岛豪门小区框剪/12层桩基32.0m5上海顾戴路加油站砖混/3层条形基础22.5m6九星市场大楼框剪/10层桩基28.6m从上表可以得出，需要重点保护的是虹莘电脑维修城大楼虹莘路锦园酒店、和上海顾戴路加油站，根据调查显示，虹莘电脑维修城大楼为九十年代建成，而上海顾戴路加油站建成时间并不是很久远，这些建筑物的基础形式基本为桩基及条形基础。施工过程中还应特别防止基坑施工影响到上海顾戴路加油站的正常使用。总体来说，虹莘路站工程四周邻近建筑物基本都距离基坑较远，并且构建物的质量及构造形式都不错，但是有两栋建筑物距离基坑边线较近，周边建筑物的沉降量必须要得到大力控制。所以，遵循时空效应原理快速开挖基坑，并迅速支撑，正常施工情况下对四周建筑物的影响程度非常小，但这些建筑物处于降水施工影响范围内，应采取井点降水等相关施工措施尽可能地减小影响。1.2.2周围管线及地下构筑物设施虹莘路和顾戴路两条道路下面分布着多条管线，详见表1.4和表1.5。表1.4 虹莘路管线情况序号管线种类材质埋深（m）位置和范围影响处理结果1电话铜1.0虹莘路机动车道下穿越4号出口改迁2污水1砼3.5虹莘路道路中心线下穿越车站搬迁3污水2砼4.1虹莘路机动车道下穿越出口搬迁4煤气铁0.8虹莘路人行道下穿越西段头井改迁5电力铜1.1虹莘路西侧机动车道下穿越风亭搬迁6雨水砼2.3虹莘路与顾戴路交汇处穿越车站搬迁表1.5 顾戴路管线情况序号管线种类材质埋深（m）位置和范围影响处理结果1上水铁0.9顾戴路北侧人车道下穿越3号出口搬迁2煤气铁0.8顾戴路以西虹莘路以北机动车道穿越车站改迁3污水砼4.5顾戴路机动车道下穿越东段头井搬迁4电力铜1.1顾戴路北侧机动车道下穿越风亭搬迁5雨水砼2.3虹莘路与顾戴路交汇处穿越车站搬迁6电话铜1.0顾戴路下穿越车站改迁1.2.3周围道路交通顾戴路为双向六车道的城市主干道，虹莘路是双向四车道的城市次干道，顾戴路与虹莘路相交形成一个典型的十字路口。本工程会占用顾戴路的一车道。顾戴路的车流量较大，虹莘路上车流量相对较小，两者的共同特点是：上下班高峰时段较高、平时一般的“潮汐式”分布，本工程周边的其他道路较为狭小，分散车流量的作用有限，因此保证这两条道路交通的畅通运行极其重要。顾戴路上通行的有803路、732路、753路、764路等，虹莘路上通行的有732路、149等，以上公交车的停靠站都不在施工区域内，施工期间确保公共交通畅通就行。1.3 施工条件虹莘路站基坑工程施工场地内没有不良地质现象存在，但考虑到顾戴路施工要占用部分车道，且交通分阶段组织，所以要根据具体情况分阶段施工地下连续墙，按不同阶段的场地限制条件搭设钢筋台架和其他设施，满足施工要求。另外需控制四周建筑物的沉降量和处理地下复杂多样的管线。综合考虑，虹莘路站基坑工程具备合理良好的施工条件。2 设计依据和设计标准2.1 有关的工程设计依据虹莘路站基坑工程设计过程使用的主要设计依据如下表2.1： 2.2 基坑工程等级根据2012 年起实施的最新建筑基坑支护技术规程（JGJ1202012）规范，基坑侧壁的安全等级可以被划分为三级，当等级不相同时，需重新选择重要性等级系数，如表2.2。虹莘路站基坑工程地质条件复杂，开挖深度为17.5m，深度大，顾戴路及虹莘路周围有多条管线，并且管线穿越东西端头井及出入口，因此虹莘路站基坑工程的支护结构安全等级选择为一级。基于深基坑过往成功案例积累的经验，再考虑四周环境保护要求等因素，基坑变形控制保护等级标准可被分为四级。结合基坑工程设计规程（DBJ08611997），因为虹莘路站基坑工程周边建筑物离基坑较远，建筑构造形式和质量不错；考虑到当发生支撑破坏和土体失稳等状况会影响周围建筑物和交通路况，再由于在较近距离（H=17.5m）范围内有两栋建筑需特别保护。所以该主体工程等级确定为一级。2.3 基坑设计控制标准（1）严格按照总招标文件执行各项工作；（2）遵循“安全第一”的准则；采取测量、仪器监控并结合计算机系统等方法，以充分保证施工过程及四周环境的安全性；（3）参与基坑施工的工人必需熟悉虹莘路站工程的安全技术操作规程，杜绝酒后或带病参加工作，严禁玩忽职守；（4）将完整护栏设置于基坑开挖地段，并张贴清楚的警示标记以提醒人员注意安全；（5）科学的管理本工程，建立相应的责任监管制，明确施工人员及管理人员的职责。接面处的泥浆土，并使之后浇筑的砼能与它粘结完好，保证接头严密；3 基坑围护方案设计3.1支护体系的简介深基坑工程的地理位置一般位于周围建筑物密集，交通错综复杂地段，地下排污、供电、供水等管线众多且密集的地区。因此基坑工程施工技术是一个综合且复杂的难题，与土力学、结构力学和变形等知识息息相关。基坑支护是基坑施工过程中十分关键的一部分，并且很大程度上会影响工程是否顺利完工。施工过程常常是首先施工支护体系再进行土方开挖，为保证施工全过程无意外事故发生，不仅要在设计阶段进行预测，而且更要将量测等科学手段贯穿于整个施工过程中。基坑的围护方式一般包括水泥土搅拌桩墙、地下连续墙、SMW工法、钻孔灌注桩、钢板桩等。水泥土挡墙体系常常不设置支撑，能保护坑壁主要是由于自身重量及刚度。而排桩或板墙式支护体系，主要由围护墙、支撑及防渗帷幕等几部分构成。3.2几种常见支护体系3.2.1 深层水泥土搅拌围护墙深层水泥土搅拌围护墙就是利用深层搅拌机就地将土和水泥浆、软土剂等进行搅拌，形成连续搭接的具有水稳性、整体性和相当强度的桩墙。深层水泥土搅拌围护墙的优缺点对比如下表3.1：3.2.2 地下连续墙地下连续墙是基于泥浆的护壁作用，利用一定的机械设备在地面以下开挖出一条又窄又深的沟槽，并在沟槽内浇筑足量的混凝土等材料，待其凝固后形成连续不间断的地下墙体，该墙体具有防止渗漏和承重的功能。本工法的主要优点有：（1）地连墙施工振动很小，整体性也好，施工速度快，可节省土石方，对四周相邻的工程结构和地下管线的影响较小，对沉降及变位交易控制；（2）地连墙的刚度大。地下连续墙的厚度常常位于0.4m2.5m范围，结构刚度大，强度大，能承载较大的竖向和水平荷载；（3）可用于砂性土层、粘性土层等多种地质条件下，甚至在淤泥质黏土层中也能取得不错的施工效果；还可用于周围建筑密集、交通繁忙地段的逆作法施工中；（4）用途广泛。既可作为临时的挡土、防水设施，还可被当作地下建筑物的外墙使用，还可作为高层建筑的深基础；（5）防渗能力好。地下连续墙的墙底可以伸到隔水层，墙体的施工方法和接头形式多样化，使地连墙的防渗能力进一步增强。但地连墙同样有不足之处，主要表现在以下方面：（1）运输土方和处理废弃泥浆在市区是个不宜解决的问题，通常会增加施工成本；（2）当遇到复杂的地质条件时，槽壁易发生坍塌问题，施工难度大，开槽时可能造成道路开裂沉陷等危害；（3）地连墙的造价高于SMW等工法，造价高，不够经济。3.2.3钢板桩钢板桩是一种由槽钢并列或正反扣而形成相对简单的钢板支护墙结构。在常规的矩形、圆形，甚至多边形等各种形状的基坑，钢板桩围护墙都可以使用并取得不错的效果。另外，还应根据矩形和多边形基坑的平面形状在转角处作相应的异型转角桩。钢板桩的优缺点及适合的工程状况如表3.2。3.2.4 SMW工法SMW工法又被称为新型水泥土搅拌桩墙，它的制作过程是在施工现场采用钻掘搅拌机向下钻掘所需深度，与此同步通过钻头喷射水泥强化剂等材料，让其和地基土重复多次搅拌，接着把钢板材或者H型钢插入水泥土中，等到水泥结硬最后产生了一道连续完整的并具备合适强度和刚度的，且没有接缝的地下墙体。SMW工法的优点：（1）施工搅拌桩墙时噪声极小，强度可靠性高，破坏四周环境的可能性小；（2）相比其他工法，此工法的工期短，特别适用于赶工期的情况；（3）每一台班在普通工程状况下可施工80m2左右墙体，废土外弃量比较少；（4）内插的型钢可拔出，重复使用，经济性好，可节约工程成本。SMW工法的缺点：（1）如果水泥土强度控制不严格，可能导致基坑发生失稳现象；（2）施工时保证适当回填空间施工地下室，假如施工空间范围有限，不应该采用SMW工法；（3）相比地下连续墙， H型钢拔出后水泥土搅拌桩墙会产生一些变形；（4）通过当前的设计和施工技术水平分析，SMW工法围护墙用于深度12米以内的基坑工程完全是可以的，如用于更深的基坑需根据具体情况考虑。3.2.5 钻孔灌注桩钻孔灌注桩是指采取机械器具钻孔、人工挖掘或者钢管挤土等多种方法在施工现场的土层中产生一定数量的桩孔，再把钢筋笼和混凝土等放置于孔内，最后浇筑形成的桩。其中钻孔灌注桩的特点如下表3.3。3.2.6 钢筋混凝土板桩钢筋混凝土板桩是一种形状长而扁，可用于低边坡、基坑等的防护桩，打入时常采取强夯的办法。钢筋混凝土板桩的优缺点性能如下表：3.3方案对比分析及选择有关虹莘路站基坑工程的围护方案比选如下表3.5。表3.5 围护结构比选表技术特征深层水泥土搅拌围护墙地下连续墙钢板桩SMW工法钻孔灌注桩钢筋混凝土板桩经济开挖深度（m）6102040761461510施工占地较大一般一般一般较大较大工程费用低高低一般一般偏高环保要求废土外运少，对环保影响较小泥浆对环保影响大对环保影响一般废土外运少，对环保影响较小泥浆对环保影响大对环保影响一般与永久结构关系临时结构永久结构或永久结构的一部分临时结构临时结构可作为永久结构的一部分临时结构施工工艺简单复杂简单较复杂一般简单抗渗漏性能较好好一般好一般一般选择结果否是否否否否根据上表的对比结果及各工法的施工特点，考虑到虹莘路站车站基坑长186.4m，开挖深度达17.5m等各种条件，针对深层水泥土搅拌围护墙使用在虹莘路站基坑工程，基坑中没有支撑必然无法满足安全性的要求。所以此工法并不适用虹莘路站基坑工程。钢板桩常用在深度低于7m的基坑，此处明显不符合施工深度的要求，因此放弃该方法。由于本工程占用了一条车道，施工空间有限，再加上灌注桩的施工成本大，因此不宜使用其方法。虹莘路站基坑工程在市区内，所以钢筋混凝土板桩明显不适用。最后对比SMW工法和地下连续墙，SMW工法和地下连续墙是深基坑支护普遍使用的两种方法，但SMW并不适用于开挖深度达到17.5m的虹莘路站基坑工程。地下连续墙在深基坑施工中具有很多优点，另外，地下连续墙在车站的后期使用中，地下连续墙还可作为永久结构使用。综合考虑所有围护方案，预估造价后选择厚度为1000mm的地下连续墙作为支护结构，这样既能保证基坑施工的安全性又能满足经济性要求。4 基坑支撑方案设计市区里的基坑工程往往施工空间有限，而且本基坑工程中的开挖深度较大，四周的管线错综复杂，围护墙需满足两个要求：一是经济合理性；二是受力变形在规范里规定范围内，因此合理的支撑体系和方案显得更加重要。合理的支撑体系可以较大程度减小嵌固深度，将基坑外侧土的沉降及坑壁位移尽可能缩小，减小支挡结构上的内力，也能减小对相邻构建物和管线的影响程度，满足施工的整体要求。4.1支撑结构的类型在基坑工程中，特别是软弱土层的情况，支撑结构的作用是充分承担围护墙所传递过来的土压力和水压力等。支撑结构的体系主要由围檩，立柱、支撑和其余的附属构件构成。支护结构的内支撑基于不同材料的性质被划为钢支撑和钢筋混凝土支撑，如表4.1所示：虹莘路站基坑工程要求的工期较短，但钢筋混凝土支撑现场浇筑需较长的时间，后期成型及养护至所需的强度同样需要更长的时间，而钢支撑有施工简便的优势，安装和拆卸过程的速度都较快、时间短，所以本工程采用钢支撑。4.2支撑体系的布置方式支撑体系的结构形式多种多样，它的布置取决于基坑的平面尺寸、深度、内部结构和周边的环境及地质条件等多种因素。支撑体系布置形式的设计灵活多变，经常体现出思维的创造性，我们需根据实际工程选择最合理的支撑布置方式。施工中常用的支撑体系布置形式见表4.2。虹莘路站基坑工程为长条形矩形基坑，平面形状规则，长度较大，跨度一般。综合考虑多种因素，选择垂直对称布置的支撑形式，并在基坑转角处设置若干角撑。4.3支撑方案的选定在一定地质条件下支撑点标高和竖向的支撑数量的确定应考虑两方面的因素：一是充分满足支撑结构体系和基坑支护的稳定性及变形等各种要求；二是每层楼板换撑设计要满足协调性要求。在软土地区首道支撑常设计于地面下1.0至2.5m，每道支撑的竖向距离的范围常常位于2.5m至4.5m，为了控制基坑开挖后发生支护结构变形的可能性，靠近基坑底部的最下道支撑布置位置应偏低，但高出地面的距离应大于60cm，便于地板和外墙的施工。虹莘路站基坑工程本标段从上往下设置5道钢支撑。5道钢支撑从上往下的间距为3.5m，3.5m，3.5m，3.5m，1.5m（最后一个1.5m为第5道支撑距坑底的距离），第一道支撑距墙顶2m。根据支撑受力计算分析，标准段及端头井的支撑均采用609、t=16mm钢支撑。标准段支撑的水平间距设为3m，两侧端头井的的拐角处均设4道斜撑，斜撑之间的距离在3m4.5m之间，另还需在支撑中间设置格构柱。当开挖到每层支撑位置处停止开挖，安装好钢管支撑，再进行开挖下一层的工作。基坑开挖支撑方案平面布置图及横纵剖面图见附图2和附图3。4.4支撑施工技术要点（1）钢支撑安装钢支撑安装的质量非常重要，必须要得到足够的重视。它既影响工程安全，也关系到施工人员的安全问题，对于控制地表沉降也起到一定作用。（2）全面贯彻“边挖边撑”的原则，合理安排施工周期首层土方开挖的长度应小于6m，开挖工作完成后马上安装钢支撑，下一步开挖工作在完成支撑预应力后才能重新开始。（3）施加支撑预应力将需要的支撑和各项施加支撑预应力的装置、仪表等准备就绪，预应力施加值取设计支撑轴向力的百分之八十，预应力一般会损失10%左右，因此要时常检看施加预应力的油泵装置，以让其正常工作。（4）钢管支撑安装过程允许的偏差应满足表4.3规定。（5）钢支撑拆除预加应力释放过快会致使结构产生小范围变形，甚至开裂等，钢支撑拆除过程应严防此类状况的发生。5 计算书5.1荷载计算5.1.1 地下连续墙设计地下连续墙的厚度一般为600mm1200mm，按照相关规范要求，由于虹莘路站基坑工程等级为一级，主体结构墙厚度初步选择1000mm。地下连续墙的深度按以下公式确定： （5.1）式中：地连墙总深度，m； 基坑开挖深度，m；地连墙嵌固深度，=（0.71.0），本设计工程取0.8。则：地下连续墙深度为初步取地下连续墙的深度为31.5m。5.1.2各截面处土的物理指标的计算通过查询虹莘路站基坑工程的地质剖面图及地质表，再结合详勘的资料可以得到土层的物理力学指标及其相应厚度，如表5-1所示：表5-1 土层物理力学性质参数表土层编号土层名称厚度（m）重度（KN/m3）粘聚力c(kPa)内摩擦角（）侧壁摩阻力特征值fs(kPa)1填土1.818.015.08.559.82粘土2.018.523.018.523.03淤泥质粉质粘土5.217.314.016.525.54淤泥质粘土10.316.813.012.021.25灰色粘土6.517.918.015.049.46灰色粘土夹粉土5.718.216.021.536.7在地下连续墙深度范围内，考虑到土的重度、粘聚力及内摩擦角等参数全部不相同，计算时为了达到简化的目的，对于成层构造的土体，采用加权平均的方法计算地下连续墙底面以上各层土体的物理力学性质指标。工程实践表明，水压力和土压力分开计算的方法适用于渗透性较大的砂土和碎石土，假如土质为粘性土，采用水土分算的方法，计算得出的结果与实际测量值并不完全符合，有时误差还比较大，产生这种差异的原因可能是由于施工期间不同排水和降水情况下，渗透性越小的土质渗流越不稳定，要想完全准确计算各点的孔隙水压力比较难。虹莘路站基坑工程地下水位为2.8m，地层中砂性土厚度较小，大部分为粘性土质，依据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）的规定，计算中采用水土合算的方法计算。（1）土的压力系数计算(5.2) (5.3) (5.4)所以，墙底以上各层土的平均物理指标为：基坑墙底至坑底各土层的物理指标为：（2）超载计算一般施工地区，基坑受到横向荷载和竖向荷载、地震荷载及地面超载等荷载影响。本基坑的主体结构所承受荷载主要为横向荷载、竖向荷载、地面超载。通常我们将挡土墙后填土面上分布的荷载称为超载。土压力计算方法的思想是：地面的均布荷载被替代成位于地表以上的当量土重，把均布荷载用假想的土重代替。假设地面是水平面，当量的土层厚度为：（5.5）由基坑工程设计规程 （DBJ08611997）中的相关规定，关于地面超载，我们取其为20kPa，于是可得：即开挖深度相当于：基坑底板距离地下连续墙底部的距离为：5.1.3计算土压力系数和土压力目前常用的土压力理论为朗肯土压力理论及库伦土压力理论。库伦土压力理论的基本假设之一为墙后填土为理想的散粒体，即粘聚力为零，而虹莘路站基坑周围的大部分土质都为粘性土，所以不宜采用库伦理论，本基坑采用朗肯土压力理论进行计算，地连墙外侧的土压力采用静止土压力，基坑底到地连墙底之间的土压力采用被动土压力理论进行计算。根据有关设计规范要求，以下计算中涉及朗肯静止土压力公式、被动土压力公式、主动土压力系数等公式。（1）土压力系数计算 （5.6） （5.7） （5.8）代入数据，得：（2）土压力计算（5.9）（5.10）（5.11）（5.12）代入数据，得：5.2围护结构地基承载力验算5.2.1建筑地基基础设计规范经验公式验算按照现行的建筑地基基础设计规范（GB 500072011）中的设计方法，如果作用于基础上的竖向偏心非常小，如果偏心距e小于基础宽度b的0.033倍时，基底压力近似均匀分布，可按以下公式求得地基承载力特征值：（5.13） 基坑开挖区域的地下水位在开挖面2.8m以下位置，基础下一倍宽度为灰色粘土，所以为17.9 kPa。，查表，由线性内插可得，、第一种方法验算围护结构地基承载力满足要求。5.2.2 地连墙单位长度的竖向承载力验算地下连续墙单位长度的竖向承载力特征值可依据以下公式计算： （5.14） 地连墙自重：由上部施工及超载传递下来的荷载取，则：第二种方法验算围护结构地基承载力也满足要求。综上所述，经由两种方法验算得知，围护结构地基承载力充分满足要求。5.3基坑抗隆起稳定性验算当基坑底部为软土时，坑底地基土的抗隆起稳定性必须进行验算。根据相关规范，分析并用式（5.15）验算基坑的抗隆起稳定性。此外，将基底按光滑情况来处理。计算过程中不考虑基坑尺寸的影响和墙底以上土体的抗剪强度对抗隆起的影响，并假定地下连续墙底的平面是基准面，滑动中心的位置位于最下层支撑点处，其计算示意图见图5.1。（5.15）由上可知：，则验算符合要求，隆起破坏不会发生在虹莘路站基坑底面土体。5.4 抗倾覆验算不管是重力式挡土墙还是灌注桩，或是地下连续墙等支护结构都应满足抗倾覆的稳定性要求。重力式挡土墙靠自身的尺寸和重量，后两者靠的是入土深度和锚固力来保证自身的稳定性。验算基坑的抗倾覆稳定性时，首先计算最下面一道支撑以下的主动区压力、被动区压力绕最下道支撑转动的力矩能否均衡，然后判断是否可能发生倾覆现象。计算简图如图5.2。 其抗倾覆稳定性安全系数应满足：（5.16）依据图5.2及主动土压力和被动土压力计算公式可以得出支护结构底部土压力的公式如下： （5.17）（5.18）将式（5.18）对A点取矩，求得为：(5.19)将式（5.17）对A点取矩，求得为：(5.20)求得：所以则虹莘路站基坑工程抗倾覆稳定性满足要求。5.5 抗渗验算当基坑内外存在水头差时，会产生渗流力，土体颗粒因为渗流力的作用会流散或者部分土体发生移动，情况严重时甚至发生流沙和管涌现象。为了防止以上等不良现象发生，因此我们必须根据规范按式（5.21）进行抗渗验算，抗渗计算简图如下：图5.3 抗渗验算简图（5.21）代入数据得：则虹莘路站工程基坑不会发生渗流破坏现象。5.6 整体圆弧滑动稳定性验算不管是支护开挖还是放坡开挖，两者都需要对基坑的整体稳定性进行验算，基坑毁坏的滑动面常常是圆弧形。这种稳定性验算的过程是把支护结构和土体两者作为总体来分析。因此，如果地连墙或者桩的入土深度不深、锚固长度不够时，在软弱土层的基坑就可能发生整体失稳。当基坑内部只安装一道支撑时，必须验算整体滑动稳定性；当设置多道支撑时，可不必验算基坑的整体圆弧滑动稳定性。考虑到虹莘路站基坑工程纵向设置五道支撑，因此无需验算其整体圆弧滑动稳定性。5.7 围护结构的内力计算虹莘路站基坑工程采用地下连续墙工法进行围护，因此要控制基坑四周土体的水平位移等。计算地下连续墙内力的方法有：修正的荷载结构法、古典理论计算方法以及共同变形理论。随着开挖深度的加大，作用在墙体的压力也增大，山肩邦男法考虑到了开挖和支撑之间的关系，贴近实际，因此被广泛使用。采用静止土压力计算地连墙墙背土压力，计算得出的结果会偏于安全。计算支撑内力时采用山肩邦男近似解法，计算简图如图5.4所示。其中满足以下假定如下表：图5.4 山肩邦男近似解法计算简图挡土墙背后的静止土压力为：（5.22）据此，通过比较系数可求得：。基于山肩邦男近似法第3条假设，开挖面以下的（）是被动土压力减去静止土压力（）后的数值，于是可得：（5.23）式中：基坑底面以下处被动土压力与静止土压力的差值，； 距离坑底的深度，m。解得 通过比较系数求得，。山肩邦男近似解法只需要运用两个静力平衡方程，即：和，即挡土结构前后侧合力是0和挡土结构底端自由。由，得：（5.24）由得：（5.25）根据土力学所学知识，对支撑处求距，得：（5.26）以上荷载计算部分已经把地面超载等效为当量的土重，厚度为1.14m。5.7.1计算第一道支撑内力第一道支撑设置于距离墙顶2.0m，开挖至第二道支撑顶端，即距墙顶5.5m处。计算简图如下图5.5：图5.5 第一道支撑计算简图则当k=1h0k=2.0+3.5+1.14=6.64m，h1k=3.5m。代入式（5.25）简化得：化简得：解得：将代入式（5.24）中得出轴力N1为：则 第一道支撑处墙的弯矩为：则 。5.7.2 计算第二道支撑内力在开挖面设置第二道支撑，继续开挖3.5m至第三道支撑顶面，即距墙顶9.0m处，第二道支撑计算简图如下。图5.6 第二道支撑计算简图此时，k=2h0k=6.64+3.5=10.14m，h1k=7.0m，h2k=3.5m。代入式（5.25）得：化简得：解得： 将代入式（5.24）中得出轴力为：则 第二道支撑处墙的弯矩为：则 。4.7.3 计算第三道支撑内力在开挖面设置第三道支撑，继续开挖3.5m至第四道支撑顶面，即距墙顶12.5m处，第三道支撑计算简图如图5.7。图5.7 第三道支撑计算简图此时，k=3h0k=10.14+3.5=13.64m，h1k=10.5m，h2k=7.0m，h3k=3.5m。代入式（5.25）得： 化简得：解得： 将代入式（5.24）中得出轴力为：则 第三道支撑处墙的弯矩为：则 。4.7.4 计算第四道支撑内力在开挖面设置第四道支撑，继续开挖至第五道支撑顶面，第四道支撑计算简图如下：图5.8 第四道支撑计算简图此时，k=4h0k =13.64+3.5=17.14m，h1k =14.0m，h2k =10.5 m，h3k =7.0m，h4k =3.5m。代入式（5.25）得：化简得：解得： 将代入式（5.24）中得出轴力为：则 第四道支撑处墙的弯矩为：则 。4.7.5 计算第五道支撑内力在开挖面设置第五道支撑，继续开挖至基坑底板，第五道支撑计算简图如图5.9。图5.9 第五道支撑计算简图此时，k=5h0k =17.14+1.5=18.64m，h1k =15.5m，h2k =12 .0m，h3k =8.5m，h4k =5.0m，h5k =1.5 m。代入式（5.25）得：化简得：解得： 将代入式（5.24）中得出轴力为：则 第五道支撑处墙的弯矩为： 则 。4.7.6 计算最大弯矩与最大剪力基坑底部弯矩为： 求连续墙墙体的最大弯矩：设最大弯矩点为距基坑底x高度，则有：令，解得 所以墙体的最大弯矩在墙体底面：地下连续墙的最大剪力通过详细的计算比较，最后得出结果确定在第四道支撑下端，紧靠第四道支撑。为：则：图5.10 支撑轴力/围护结构弯矩图 5.8 支撑强度验算5.8.1 强度验算虹莘路站基坑工程选择钢管内支撑，支撑的截面承载力作为偏心受压构件来验算。截面的偏心弯矩除了由垂直荷载（支撑自重和施工活荷载，施工活载常常取4kPa）产生的弯矩外，还应充分考虑安装误差导