四平路车站基坑设计与施工毕业论文.doc

四平路车站基坑设计与施工四平路车站基坑设计与施工毕业论文目 录第一部分 上海地铁四平路站基坑围护结构设计1 工程概况1 1.1工程概况11.1.1 工程地质11.1.2 水文地质2 1.2工程周围环境31.2.1基坑周围建筑物31.2.2 周围管线及地下构筑物设施4 1.3周围交通状况7 1.4施工条件72 设计依据和设计标准8 2.1 主要设计规范和标准82.2 基坑工程等级及变形控制标准83 基坑围护方案设计103.1 基坑围护方案论述103.1.1 地下连续墙103.1.2 SMW 工法103.1.3 钢板桩113.1.4 钻孔灌注桩113.1.5 挖孔桩113.2 基坑围护方案选择124 基坑支护方案设计134.1 支撑结构类型134.1.1 平面支撑体系134.1.2 竖向斜撑体系134.1.3 混合支撑体系134.1.4 支撑体系比选14I4.2 支撑体系的布置形式144.2.1 对撑144.2.2 角撑144.2.3 钢筋混凝土环梁支撑144.2.4 组合桁架154.2.5 支撑体系布置形式比选154.3 支撑材料154.3.1 钢筋混凝土支撑154.3.2 钢支撑164.3.3 支撑材料选择164.4 支撑方案选定164.5 基坑施工应变措施164.5.1 围护结构位移过大164.5.2 坑底隆起174.5.3 支撑失稳、基坑坍塌174.5.4 槽段地面不稳定、大量塌方175 计算书185.1 荷载计算185.1.1 土的物理力学性质指标185.1.2 荷载计算195.1.3 计算土压力系数205.2 围护结构地基承载力验算205.3 基坑底部土体抗隆起稳定性验算205.4 抗渗验算225.5 抗倾覆验算235.6 整体圆弧滑动稳定性验算245.7 围护结构及支撑内力计算255.7.1 、 、 的计算255.7.2 第一道支撑内力275.7.3 第二道支撑内力275.7.4 第三道支撑内力285.7.5 第四道支撑内力2815.7.6 墙体最大弯矩295.8 强度验算305.8.1 支撑强度验算305.8.2 支撑平面整体稳定性验算325.9 地下连续墙配筋设计335.9.1 纵向通长钢筋设计335.9.2 水平钢筋设计346 基坑主要技术经济指标366.1 开挖土方量366.2 浇筑混凝土量366.3 钢筋用量366.4 人工费用36第二部分 上海地铁四平路站基坑施工组织设计1 基坑施工准备371.1 基坑施工的技术准备371.2 基坑施工的现场准备371.2.1 障碍物拆除371.2.2 测量放线371.2.3 “三通一平”371.2.4 临时设施的准备381.3 基坑施工的其他准备391.3.1 物资的准备391.3.2 劳动力准备411.3.3 应急准备422 施工方案432.1 工程概况432.2 施工方案432.3 施工流程442.3.1 地下连续墙施工4452.3.2 基坑开挖462.3.3 钢支撑安装482.4 施工主要技术措施482.4.1 地下连续墙施工质量保证措施482.4.2 围护防渗漏措施502.4.3 支撑体系及优化措施502.4.4 基坑开挖安全保证措施502.4.5 混凝土工程施工512.4.6 季节性施工措施512.5 关键部位技术措施522.5.1 基坑角点的施工方法522.5.2 内支撑体系变形控制措施533 施工总平面布置543.1 施工平面图设计的要求543.2 施工现场临时建筑物的布置原则543.3 建筑材料的堆放543.4 施工用的临时运输线路的布置554 施工进度计划及管理措施564.1 施工进度计划的编制564.2 施工进度计划564.2.1 主要工程工期564.2.2 施工进度计划图575 质量、安全、文明管理措施595.1 质量管理措施595.1.1 工程质量标准595.1.2 质量保证体系595.1.3 质量管理网络595.1.4 质量管理措施595.2 土方运输环境管理规定605.2.1 车辆情况605.2.2 土方装卸与运输615.2.3 应急响应措施6115.3 安全生产管理措施615.4 文明施工措施62致谢64参考文献657前 言基坑工程是我国当前地下工程领域一个重要的研究方向。基坑工程在二十世纪八十年代末才开始全面、深入地研究与工程实践，但随着我国建设事业的发展,城市的高层建筑大量涌现，极大的推动了深基坑工程设计理论和施工技术的不断发展,同时也产生了大量的深基坑支护设计与施工问题。 国内外大量工程实践表明，许多工程的最危险阶段不一定是在正常使用阶段，而是在建造阶段和老化阶段。对许多工程事故常常发生在施工阶段而言，其原因除了施工质量没有保证、施工方法发生了不合理的改变、人为错误等原因以外，重要原因之一是由于对环境、地质、荷载等因素认识不足而导致设计和施工中的某种失误和疏忽所致。 深基坑工程是与众多因素相关的综合技术，是一个系统的工程问题，必须具有结构力学、土力学、地基基础、地基处理、原位测试等多种学科知识，同时具有丰富的施工经验，并结合拟建场地的土质和周围环境情况，才能制定出因地制宜的支护结构方案和实施办法。它与场地工程勘察、支护结构设计、施工开挖、基坑稳定、降水、施工管理、现场监测、相邻场地施工相互影响等密切相关。基坑设计与施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工程序和方法等许多相关的复杂问题，是理论上尚待完善、成熟和发展的综合技术学科。如何根据场地工程性质、水文地质、环境条件制定合理的设计方案；如何在保证稳定性的前提条件下，设计最经济的方案，也是基坑比较重要的问题。因此在基坑工程设计与施工中，需要严谨、周密的分析与计算。 本设计是关于上海地铁四平路车站基坑的设计。主要包括了两个大的方面，围护结构设计和施工组织设计。根据基坑的工程概况及其特点，在考虑基坑的安全性和经济性的前提下选择了地下连续墙围护结构，采用平面支撑体系，支撑体系的布置类型为对撑布置，在基坑转角等位置采用角撑弥补对撑的不足，支撑材料选用钢支撑。采用郎肯理论计算水土压力，墙体内力、弯矩和嵌固深度。在施工组织设计中详细的叙述了地下连续墙的施工工艺流程和施工要点。1第一部分上海地铁四平路站基坑围护结构设计1 工程概况1.1工程概况上海轨道交通杨浦线（M8线）一期工程四平路站位于虹口区大连路四平路交汇处，车站呈东西向布置，为地下二层岛式站台车站。车站外包长192.7m，土建结构包括车站主体结构和附属1号4号出入口及东、西风井，车站主体结构形式为二柱三跨结构，结构标准段外包宽度21.4m。车站沿大连路的布置，横跨四平路，车站主体结构位于现状大连路路面下。为尽量减少对四平路交通影响，四平路路口部分车站采用逆筑顶板盖挖顺筑法施工工艺。1.1.1 工程地质本工程施工设计范围内共有8层土，其土性描述如表1.1所示。表 1.1 工程地质层分布与特征描述一览表土层编号土层名称土层描述层底标高m层底厚度m厚度m-1杂填土杂色，表层为水泥地坪，其下由碎砖石、煤屑等组成，成分较复杂。3.06-1.000.654.710.801.10-2素填土灰黄色，湿，松散，以粘性土为主，夹少量杂物，结构较松散。2.261.131.452.580.501.20-1褐黄色粉质粘土褐黄色，很湿，可塑软塑，中等压缩性，含氧化铁条纹、铁锰质结核及云母屑，层下部土质较软，局部区域为粘质粉土，土质较均匀。1.360.252.353.690.901.30-3b灰色砂质 粉土灰色，饱和，稍密中密，中等压缩性，含云母屑，局部夹薄层粉质粘土，土质不均匀。-9.77-11.8113.4815.5210.7012.6灰色淤泥质粘土灰色，饱和，流塑，高等压缩性，含贝壳屑及有机质，夹薄层砂质粉土，土质较均匀。-11.37-12.3315.0816.060.901.90-1a灰色粘土灰色，饱和，软塑，高等压缩性，含贝壳屑、少量钙质结核、半腐烂植物和有机质，夹团块状粉砂，土质较均匀。-15.87-17.1119.5820.824.505.30-1b灰色粉质 粘土灰色，饱和，软塑可塑，中等压缩性，含少量钙质结核、半腐烂植物和有机质，土质较均匀。-21.71-23.2125.4226.924.906.70暗绿草黄色粉质粘土暗绿色，稍湿，可塑硬塑，中等压缩性，含氧化铁条纹、铁锰质结核，土质较均匀。-25.64-26.3529.3630.062.804.501.1.2 水文地质本地区浅部地下水属潜水类型，主要由降水及地表水补给，年平均地下水位埋深约为0.5m0.7m。对基坑工程主要相关的-1、-3b、-1a，-1b等土层的室内渗透试验和现场抽水试验表明，其中-1、-1a，-1b土层渗透性较弱，室内试验状态下的渗透系数在10-7数量级，现场试验状态下的渗透系数在10-5数量级，但是-3b土层渗透系数在10-4cm/s数量级，易产生流砂现象。根据勘察地质报告，本工程建址上部土体不存在相对隔水层，不存在微承压水层。本工程建址承压水含水层为层砂性土，其埋深在离地面约29.5m，其承压水头埋深5.0m，要经过计算确定基坑施工期间是否需要降承压水。根据地质勘察报告，建址周围无地下水污染源。对于本工程而言，地质条件主要特点是：（1）-3b层灰色粉砂，且厚度较厚，达到11.15m，且该层顶部离地面仅有约3m的高度，在地下连续墙槽段开挖施工中处于扰动区域，容易造成塌方等，因此必须采取技术措施保证地下墙成槽稳定。（2）-3b灰色砂质粉土渗透系数较高为10-4cm/s数量级，易液化，如果围护结构不能完全闭合极易产生严重渗漏、流砂现象，也就是说，此类土质如果降水充分，可以大幅度提高力学指标，减小基坑变形。因此，保证围护结构止水效果和合理的坑内降水是本工程重要的技术措施。（3）-1灰色粉质粘土位与基坑底部被动土压区，土质较为软弱，渗透系数较小，降水效果不如-3b灰色砂质粉土，因此，基坑下部支撑的及时性和快速浇筑底板素砼垫层和底板结构尤为重要。（4）根据提供的地质资料，车站未发现暗浜，如在施工中发现有暗浜，在地下墙施工前将采取措施加以处理。1.2工程周围环境1.2.1基坑周围建筑物按招标文件所示的范围动拆迁后，基坑开挖深度2倍范围（约35m）内由东向西主要的临近建筑物如表1.2所示。表 1.2 基坑邻近建筑物序号名称面结构形式/层数基础形式基坑距离1.鞍山七村32号砖混/5层条形基础11m2.鞍山七村31号砖混/5层条形基础15m3.四平路950号四平大楼框剪/122层箱型基础桩基13.7m4.上海服装集团宾馆框剪/12层桩基26.8m5.四平路851号商检大楼框剪/13层桩基23.8m6.四平路949弄建工大楼框剪/13层桩基34m7.四平电影院砖混/3层条形基础6.2m8.大连西路4弄911号砖混/6层条形基础26.5m从上表可以看出，本工程邻近的保护建筑物是四平电影院和鞍山七村民房及四平大楼，根据调查此处建筑于70年代末、80年代初期建成，除四平大楼为二层地下室箱型基础桩基，其余建筑基础形式均为条形基础。总体而言，本工程周围建筑物大部分距离较远，建筑结构形式相对较好，因此，只要基坑开挖阶段按时空效应原理快速开挖，及时支撑，正常施工情况下对周围建构筑物影响很小，但这些建构筑物均处于降水施工影响范围内，应采取措施减小影响。1.2.2 周围管线及地下构筑物设施（1）周围管线大连路和四平路下分布多条管线，如表1.3和表1.4所示。表 1.3 大连路管线情况表序号编号管线种类管径(mm)/规格埋深(m)位置和范围影响1上水1上水300铁0.9四平路以西的大连西路北侧人行道下,进入四平路西侧人行道下穿越4号出入口2电话1(电话2,3,4)电话36孔0.9四平路以西的大连西路北侧机动车道下穿越4号出入口3上水2上水1000铁1.0大连西路北侧机动车道下穿越4号出入口，车站结构和东端头井4污水1污水450600砼3.3大连西路北侧机动车道下穿越东、西端头井和车站结构5雨水1雨水4501500砼3.9大连西路道路中心线附近穿越东、西端头井和车站结构6煤气1煤气500铁1.0大连西路机动车道下穿越东、西端头井和车站结构7煤气2煤气200铁1.0四平路以西的大连西路南侧机动车道下进入西端头井和车站结构8上水3上水200400铁0.7大连西路南侧机动车道下穿越东、西端头井和车站结构9电力1电力6孔0.8四平路以西的大连西路南侧人行道下，进入四平路西侧人行道下穿越西端头井和车站结构10电力2电力3孔0.6四平路以东的大连西路北侧人行道下穿越1号出入口11雨水2雨水200砼1.0四平路以东的大连西路北侧机动车道下进入东端头井地下墙12上水4上水200铁0.7四平路以东的大连西路北侧机动车道下东端头井附近（1012M）13电话2电话12孔0.9四平路以东的大连西路南侧机动车道下进入东端头井14电话3电话15孔1.0四平路以东的大连西路南侧人行道下进入东端头井表 1.4 四平路管线情况表序号编号管线种类管 径(mm)/规格埋深(m)位置和范围影响1上水1上水300铁0.9大连西路以北的四平路西侧人行道下，进入大连西路北侧人行道下穿越4号出入口2煤气3煤气200铁0.9四平路北侧机动车道下穿越车站结构3煤气4煤气7001200铁1.2四平路北侧机动车道下穿越车站结构4电话4电话12孔0.8四平路北侧机动车道下穿越车站结构5电话5电话信息电缆12孔0.8四平路北侧机动车道下穿越车站结构6雨水3雨水1350砼3.8大连西路以北的四平路西侧人行道下穿越车站结构7污水2污水300砼2.7大连西路以北的四平路道路中心线穿越车站结构8电力4电力排管1.0四平路东侧机动车道下穿越车站结构9上水5上水300铁0.8四平路东侧人行道下穿越车站结构和1、2号出入口10电力5电力1孔0.6四平路东侧人行道下穿越车站结构和1号出入口11上水6上水300铁0.9大连西路以南的四平路东侧人行道下进入车站结构12雨水4雨水900砼3.2大连西路以南的四平路东侧机动车道下进入车站结构13煤气5煤气200铁0.9大连西路以南的四平路西侧机动车道下车站结构附近（210M）14电力6电力2孔0.6大连西路以南的四平路西侧人行道下，进入大连西路北侧人行道下穿越2号出入口和车站结构上述管线中四平路污水600和雨水1500埋深较深，因此在顶板上设置管廊以便通过。（2）地下构筑物设施如基坑周围邻近有地铁隧道、地铁车站、地下车库、地下商场、地下通道、人防、管线共同沟等，应调查其与基坑的相对位置、埋设深度、基础形式与结构型式、对变形与沉降的敏感程度等。这些地下构筑物及设施往往有较高的要求，进行邻近深基坑施工时要采取有效措施。1.3周围交通状况大连路、四平路均为4根机动车道、2根非机动车道的城市次干道，机动车道在路口30m范围内辟出一根左转弯道，分为5根车道。大连路车流量相对较高，四平路路面宽阔，车流量较少；二条道路共同特点是车流量呈上下班高峰时段较高、平时一般的“潮汐式”分布，建址周边其他道路较为狭小，分流作用极为有限，因此保证四平路和大连路施工期间的交通断面对保证交通畅通非常重要。四平路上通行公交55路/66路/910路/123路等公交车辆，停靠站均不在施工区域内，施工期间保证公交通行即可。大连路上通行公交79路/70路/937路/853路/310路等公交车辆，有停靠站均在施工区域内，施工前期将与交通部门协商迁移，保证公交正常运营。1.4施工条件周围环境开阔，交通便利，有足够的空间堆放土方、材料和混凝土等。拟建场地地形平坦，区域构造稳定，无断层通过，属基本稳定场地，宜于建筑。基坑开挖及降水时，由于土体的应力条件发生变化，导致基坑周围土体发生位移及相应的地面变形。因此有必要在施工过程中对支护体系、基坑周围土体变形、地下水位变化及道路沉降等进行监测，指导施工，避免开挖时对周边建（构）筑物、周边环境造成不良影响。2 设计依据和设计标准2.1 主要设计规范和标准按招标文件要求，本工程设计执行下列规范与规程：（1）建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）（2）建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-1999）（3）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）（4）建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）（5）建筑基坑工程技术规范（YB 9258-1997）（6）钢结构设计规范（GB 50017-2003）（7）地下铁道工程施工及验收规范（GB 50299-1999）（8）上海市地基处理技术规范（DBJ084094）（9）上海地铁基础工程施工规程（SZ082000）2.2 基坑工程等级及变形控制标准在基坑方案总体设计中,必须根据周围环境要求、工程功能要求等制定出安全而合理的设计标准。按上海地铁深基坑工程已有工程经验，根据周围环境保护要求，将基坑变形控制标准分为四个等级如表2.1。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位移控制要求环境保护要求特级1. 地面最大沉降量0.1H；2. 围护墙最大水平位移0.14H；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0.2H；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1. 地面最大沉降量0.5H；2. 围护墙最大水平位移0.7H；3. K1.5在基坑周围H范围内设有较重要支线管线和一般建筑、设施三级1. 地面最大沉降量1H；2. 围护墙最大水平位移1.4H；3. K1.2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，K为抗隆起安全系数，按圆弧滑动公式算出。本工程位于在上海建筑密集的市区，综合考虑安全、经济及对环境保护的要求，本次基坑工程的保护等级为二级。3 基坑围护方案设计3.1 基坑围护方案论述基坑的支护体系按其工作机理和材料特性，分为水泥土挡墙体系、排桩和板墙式支护体系和边坡稳定式三类。水泥土挡墙体系，依靠其本身的自重和刚度保护坑壁，一般不设支撑，特殊情况下经采取措施后亦可局部加设支撑。板桩和板墙式支护体系，通常由围护墙、支撑（或土层锚杆）及防渗帷幕等组成。在此，取常用的地下连续墙、SMW 工法、钢板桩、钻孔灌注桩和挖孔桩进行详细讨论和分析。3.1.1 地下连续墙地下连续墙是用专用的挖槽设备开挖沟槽，并采用触变泥浆护壁，在槽内设置钢筋笼，采用导管法浇筑混凝土，形成一个单元槽段的混凝土墙体。依此继续挖槽、浇筑施工，连接成一道连续的地下钢筋混凝土墙或帷幕，以作为防渗、挡土、承重的地下墙体结构。地下连续墙的优点：施工时振动少、噪声低，可减少对周围环境的影响，能紧邻建筑物和地下管线施工；地下连续墙刚度大、整体性好、变形相对较小，可用于深基坑；地下连续墙为连续整体结构，施工时处理好接头部位，能有较好的抗渗止水作用；如采用逆作法施工，地下连续墙即为主体结构，实现两墙合一。地下连续墙的缺点：地下连续墙如单独用作围护墙成本较高；施工时需泥浆护壁，泥浆要妥善处理，否则影响环境。3.1.2 SMW 工法SMW 工法又称型钢水泥土搅拌墙，是利用搅拌设备就地切削土体，然后注入水泥系混合液搅拌形成均一的挡墙，最后按一定的形式在其中插入型钢（如 H 钢），即形成一种劲性复合围护结构。SMW 工法的优点：止水性好，结构简单；型钢插入深度一般小于搅拌桩深度，施工速度快；型钢可回收重复使用，成本较低。SMW 工法的缺点：SMW 工法的设计计算理论还有待进一步完善，特别是在搅拌桩和型钢协同工作方面，仍有许多问题需要进一步深入研究；搅拌桩的施工工艺有待进一步完善，施工机械有待进一步改进，主要包括如何提高施工时水泥土搅拌桩的均匀性和垂直度等。3.1.3 钢板桩钢板桩是一种带锁口或钳口的热轧（或冷弯）型钢，靠锁口或钳口相互连接咬合，形成连续的钢板桩墙，用来挡土或挡水。 钢板桩的优点：材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而且简便；有一定的挡水能力；可重复使用；费用低。钢板桩的缺点：一般的钢板桩刚度不够大，用于较深的基坑时支撑（或拉锚）工作量大，否则变形较大；在透水性较好的土层中不能完全挡水；打拔桩振动噪声大、容易引起土体移动、导致周围地基较大沉陷。3.1.4 钻孔灌注桩钻孔灌注桩是利用机械在土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，它是桩排式中应用较多的一种，在我国得到广泛的应用。 钻孔灌注桩的优点：施工时无振动、无噪音等环境公害，无挤土现象，对周围环境影响小；墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小；当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，从而有利施工于组织，方便、工期短。 钻孔灌注桩的缺点：桩间缝隙易造成水土流失，特别是在高水位软粘土质地区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题；适用于软粘土质和砂土地区，但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用；桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体，因而相对整体性较差，当在重要地区，特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。3.1.5 挖孔桩挖孔桩的主要工法是人工开挖，多为大直径桩，已用于土质较好地区。如土质松软、地下水位较高时，需在挖孔阶段边挖孔边施工衬圈，衬圈多为钢筋混凝土结构；亦有在挖孔桩周围先施工深层搅拌水泥土桩围护再开挖。挖孔桩的优点：挖孔桩由于是人工开挖，便于检验土层；桩孔易于扩孔；可多桩同时施工，能加快施工速度；大直径挖孔桩用作围护桩可不设支撑或少加支撑。挖孔桩的缺点：挖孔桩劳动强度高；施工条件差；如果遇到流砂还有一定危险性。3.2 基坑围护方案选择本工程的地质、水文条件较差，地下水位较高，且开挖深度较深为 16m。结合各种围护结构的特点，综合考虑安全、经济及工期的因素，分析如下：钢板桩法打拔桩振动噪声大、容易引起土体移动、导致周围地基较大沉陷，考虑到其周围环境的不利影响，故不采用；钻孔灌注桩的止水效果和整体刚度都较差，不采用；挖孔桩的施工条件差，且遇到流砂有一定危险性，不采用；SMW 工法和地下连续墙都有较好的防水性、噪声低、对环境的影响小，但目前SWM工法应用经验不足，H 型钢不易回收，故本工程不采用；地下连续墙施工噪声低，振动小，易于就地浇制，墙的接头止水性较好，整体刚度大，对周围环境影响小。虽然地下连续墙的造价较高，因地下连续墙有较高的刚度和丰富的施工经验，且可作主体的一部分，适合在城市密集区施工深基坑，故本工程采用地下连续墙围护。工程主体结构围护采用 800mm 厚地下连续墙，连续墙深 29.5m，入土深度为 13.5m。地下连续墙混凝土设计强度等级为 C30，抗渗等级为 S8。4 基坑支护方案设计内支撑系统是由围檩、支撑杆件以及立柱等组成的结构体系，其作用是和坑底被动区土体共同平衡维护墙外的主动区压力（包括土压力、水压力及地面荷载引起的侧压力）。围檩是一道或几道沿着维护墙体内测设置，把维护墙体所受的力相对均匀地传递给内支撑杆件的水平向梁。支撑杆件承受着围檩传来的轴力和弯矩。立柱的作用一方面是承受支撑以及施工荷载的重量，另一方面增加对支撑杆件的约束。4.1 支撑结构类型4.1.1 平面支撑体系平面支撑体系由腰梁（或围檩）、水平支撑和立柱组成。平面支撑体系可以直接平衡支撑两端围护墙上所受到的部分侧压力，且构造简单，受力明确，适用范围较广。但当构件长度较长时，应考虑弹性压缩对基坑位移的影响。此外，当基坑两侧的水平作用力相差悬殊时，围护墙的位移会通过水平支撑而相互影响。水平支撑可用对称或对称桁架，斜角撑或斜撑桁架，边桁架及八字撑等形式组成的平面结构体系。平面支撑体系整体性好，水平力传递可靠，平面刚度较大，适合于大小深浅不同的各种基坑。4.1.2 竖向斜撑体系竖向斜撑体系的作用是将围护墙上的侧压力通过斜撑传到基坑开挖面以下的工程基础上。它由竖向斜撑、腰梁（或围檩）和斜撑基础以及水平连系杆及立柱等构件组成。竖向斜支撑要求土方采取“盆式”开挖，即先开挖基坑中部土方，沿四周围护墙边预留土坡，待撑安装后再挖除四周土坡。对于平面尺寸较大、形状不很规则，但深度较浅的基坑采用竖向斜撑体系施工比较简单，也可以节省支撑材料。但是墙体位移受到坑内土坡变形、斜撑的弹性压缩以及斜撑基础变形等多种因素的影响。为此土方施工和支撑安装必须保证其对称性。4.1.3 混合支撑体系该支撑体系利用前两种基本支撑体系，可以演变成其他支撑形式，它可以综合前两种支撑体系的优点，具有比较好的效果。该支撑体系是前述两种支撑体系的结合。它可加强基坑围护结构的整体刚度，尤其对大型基坑可方便支撑布置和施工，节省支撑材料。4.1.4 支撑体系比选本基坑开挖深度达 16m，深度比较深，竖向支撑体系不适用。平面支撑体系构造简单受力明确，且本基坑两侧的水平作用力相差不大，所以选择平面支撑体系。4.2 支撑体系的布置形式支护结构的支撑在平面上的布置形式，有对撑、角撑、桁架式、框架式、环形等。有时在同一基坑内混合使用，如对撑加角撑、环梁加边桁（框）架、环梁加角撑等。主要是因地制宜，根据基坑平面现状和尺寸设置最合适的支撑。4.2.1 对撑对撑的布置较适合于平面形状较为规则的基坑。利用基坑的对称性将支撑对顶于基坑的两侧。对于长条形基坑采用对撑最为有利。对撑可布置在围护墙两边上。当基坑的长宽比不是很大时，需要将两个方向的对边都布置对撑，这时支撑布置成井格形。4.2.2 角撑角撑即是将支撑布置于基坑相邻两边，与墙体形成一定角度。角撑在布置上可使基坑留出较大的空间以方便挖土施工作业，而且在一些平面形状较为复杂的基坑局部布置角撑可以弥补对撑在局部的不足，当基坑长度较大时，基坑短边可利用角撑进行支撑。4.2.3 钢筋混凝土环梁支撑钢筋混凝土环梁支撑是近年来发展起来的一种支撑形式。它适用于平面轮廓较接近正方形的基坑，对于长方形轮廓的基坑可结合对撑或采用双圆环梁形式，当基坑有圆弧端时可结合入环梁内，使圆弧端成为钢筋混凝土环梁的一部分。4.2.4 组合桁架对于平面形状比较复杂的基坑，可以采用钢筋混凝土组合桁架作为平面内支撑系统。根据组合桁架的布置位置及布置形式，可以分为对撑桁架、斜撑桁架及边桁架等。在支撑平面内需要留设较大作业空间时，宜采用组合桁架支撑形式组成平面支撑体系，充分利用钢筋混凝土支撑平面布置灵活，各构件间接点可靠，整体性强等特点，从而使各构件共同作用，协调受力，组成强度高、刚度大的支撑系统。4.2.5 支撑体系布置形式比选本基坑的形状为长方形，平面形状规则，故选择对撑布置形式，在基坑转角等位置使用角撑弥补对撑的不足。4.3 支撑材料深基坑开挖围护体系的支撑系统所用材料常用的有钢筋混凝土支撑和钢支撑两种。4.3.1 钢筋混凝土支撑钢筋混凝土支撑是目前应用较为广泛的一种支撑形式，特别是在我国沿海的软土质地区。钢筋混凝土支撑的优点有：形状多样，由于是现浇而成，可浇筑成直线、曲线构件，可根据基坑平面形状，浇筑成最优化的布置形式；截面尺寸大，整体刚度大，安全可靠，可使围护墙的变形小，有利于保护周围环境；可方便地变化构件的截面和配筋，以适应其内力的变化；耐碰撞性能好，有利于机械挖土施工；经计算可在支撑系统上堆载，从而节省施工用地，适用于狭小场地的地下工程施工；松弛变形小等。钢筋混凝土支撑的缺点有：支撑成形和发挥作用时间长，现场浇筑需时较长，再加上养护达到规定的强度，时间更长，为此时间效应大，使围护墙因时间效应产生的变形增大；属于一次性的支撑结构，不能重复利用（做成装配式者例外）；拆除相对困难，如利用控制爆破拆除，有时周围环境不允许，如用人工拆除，时间较长，劳动强度大。4.3.2 钢支撑钢支撑常用的有热轧型钢、H 型钢和钢管等，其中热轧型钢由于截面较小，多用于开挖规模不大的基坑或沟槽等，对于深大基坑的钢支撑则多用 H 型钢或钢管撑。钢结构支撑具有自重小，安装和拆除都很方便，而且可以重复使用等优点。根据土方开挖进度，钢结构支撑可以做到随挖随撑，并可施加预紧力，这对控制墙体变形是十分有利的。因此在一般情况下，应优先采用钢结构支撑。然而钢结构支撑整体刚度较差，安装节点比较多，当节点构造不合理，或施工不当不符合设计要求时，往往容易造成因节点变形与钢结构支撑变形，进而造成基坑过大的水平位移。有时甚至由于节点的破坏，造成断一点而破坏整体的后果。对此应通过合理设计、严格现场管理和提高施工技术水平等措施加以控制。4.3.3 支撑材料选择本基坑开挖深度和基坑面积较大，需要支撑数目多，钢筋混凝土支撑不能重复使用，经济效果不佳，不适于选用钢筋混凝土支撑。虽然钢支撑整体刚度较差，但可以通过合理设计来解决，且钢支撑的拆除方便，施工速度快，工期短，能循环使用，所以选择钢支撑。4.4 支撑方案选定在软土地区头道支撑一般设于地面下 1.02.5m，每道支撑的竖向间隔一般介于 2.54.5m 之间。为减小基坑开挖后的围护结构变形，最下道支撑尽量落低，但高出底板 0.6m以上，便于底板和外墙的施工。综上分析，本基坑采用平面支撑体系，支撑体系的布置类型采用对撑布置，在基坑转角等位置采用角撑弥补对撑的不足，支撑材料选用钢支撑。本基坑共设置 4 道 609 钢支撑，各道支撑中心相对地面的标高分别为-2m，-6m，-10m，-14m。支撑水平间距为3m。4.5 基坑施工应变措施4.5.1 围护结构位移过大若发现围护结构位移过大，应立即停挖，并紧贴土面设置临时支撑，然后对已经设置的支撑逐道复加预应力，同时应对周围建构筑物设置跟踪注浆孔，采用跟踪注浆的方法减少其沉降。4.5.2 坑底隆起一旦发现坑底隆起迹象，应立即停止开挖，并应立即加设坑外沉降监测点。基坑则应立即回填土，直至基坑外沉降趋势收敛方可停止回灌和回填，然后再分析原因，制定对策。4.5.3 支撑失稳、基坑坍塌钢支撑失稳前，有拱起或下沉的预兆，支撑轴力监测也会发生异常，一旦发现此类情况，应立即停止开挖，在失稳的钢支撑旁加设钢支撑，并施加预应力，同时对周围支撑复查，查找是否有支撑松弛，如果发现有支撑松弛，应立即复加预应力。如果没有支撑松弛，而发生支撑失稳，则应立即查找周边超载、支撑材料等原因，防止失稳现象扩散。4.5.4 槽段地面不稳定、大量塌方由于浅层障碍物清除后回填土可能导致浅层塌方，淤泥质粘土可能造成局部塌方现象，并且临近的雨、污水管线渗漏造成泥浆稀释后失效，这些因素都有可能导致槽段壁面不稳定。主要处理方法如下：（1）成槽机和值班员应严密关注成槽进尺情况，发现大量挖土而土面深度不变的情况，应暂停开挖，安装可移动式高导墙，将泥浆液面加至最高液面。（2）立即在槽段两侧设置沉降测点，必须打穿道面设置，持续监测地面沉降情况。（3）如果地面沉降情况持续发展，不见收敛趋势，则立即回填槽段直至地面齐平。（4）持续监测直至周边范围沉降稳定。5 计算书本站基坑开挖深度为 16m，地下连续墙深度为 29.5m，入土深度为 16m，地下连续墙厚度为800mm。5.1 荷载计算5.1.1 土的物理力学性质指标根据地质勘查资料，可得各土层的物理力学指标如表 5.1 所示。表 5.1 各土层的物理力学指标土层编号土层名称厚度重度 KN/m3 凝聚力 C Kpa摩擦角 侧壁摩阻力特征值-1杂填土1.10m18.015.08.557.8-2素填土0.68m17.716.09.519.8-1褐黄色粉质粘土1.10m18.62121.522.8-3b灰色砂质粉土11.15m 18.9538.556.5灰色淤泥质粘土1.49m16.81111.09.7-1a灰色粘土4.92m19.4331.520.8-1b灰色粉质粘土6.28m18.01518.549.3暗绿草黄色粘质粉土3.16m19.8402023.2各地层由于土的重度、粘聚力、摩擦角和厚度各不相同，在此为了达到计算方便和合理的目的，各指标采用按土层厚度的加权平均值来计算。 （5.1） （5.2） (5.3）式中，计算厚度内土的平均天然重度，KN/m3；C计算厚度内土的平均粘聚力，kPa；计算厚度内土的平均内摩擦角，；第i层土的天然重度，KN/m3；Ci第i层土的粘聚力，kPa；第i层土的内摩擦角，；第i层土的厚度，m。 由墙底以上各土层参数计算，取总计算深度为29.5m，得：=18.7 KN/m3=11.6 kPa=27.5 由墙底至坑底间各土层参数计算，取总计算深度为29.5-16=13.5m，得：5.1.2 荷载计算本工程中，基坑围护结构所受的荷载主要考虑地面超载、竖向荷载和侧向荷载。 地面超载取为 20kPa，超载按照土力学理论换算成位于地表以上的当量土重。假定地面为水平面，当量的土层厚度 h 为：式中，当量土层厚度，m； 地面超载，kN/m ； 围护结构周围土体的平均重度，kN/m 。5.1.3 计算土压力系数根据规范要求，计算静止土压力系数：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下连续墙单位长度的竖向承载力特征值为： (5.4)式中，地下连续墙的竖向承载力特征值，kN； B、L 地下连续墙所取厚度、长度（m） B =0.8m、L =1.0m；墙底土的承载力特征值，根据四平路站详勘，；第 i 层土的墙体侧壁摩阻力特征值，kPa；第 i 层土的厚度，m。 =1801.44 kN地下连续墙自重：由上部施工及超载传递下来的荷载取 300kN，则 所以围护结构地基承载力满足要求。5.3 基坑底部土体抗隆起稳定性验算 基坑底抗隆起的验算方法很多，本工程采用的普朗特抗隆起分析的方法，其主要原理为：假设土体沿支护墙体底面滑动，滑裂面为一圆弧面，在验算时考虑墙底面以上土体的抗剪强度对土体隆起的影响，但未计入支护墙的刚度（偏安全），不考虑基坑尺寸的影响，滑动中心假设位于最下层支撑点处。计算简图如图 5.1 所示。图 5.1基坑底部土体抗隆起稳定性验算简图抗隆起安全系数验算公式为： (5.5)式中，抗隆起安全系数，根据基坑重要性等级，一级基坑取 2.5，二级基坑取 2.0，三级基坑取 1.7，此处取为 2； 坑外地表至围护墙底各土层天然重度的加权平均值，； 坑内开挖面以下至墙底各土层天然重度的加权平均值，； H基坑开挖深度，m； D围护墙体在基坑开挖面以下的入土深度，m； q坑外地面荷载，kPa，取为 20kPa；c 围护墙体地基土粘聚力，kPa，取为40kPa； 围护墙体地基土内摩擦角，取为 20； 地基土承载力系数； (5.6) (5.7)代入各式有：所以基坑底部土体抗隆起稳定性满足要求。5.4 抗渗验算在地下水位较高的地区基坑开挖以后，地下水形成水头差，使地下水由高处向低处渗流。当渗流力较大时，就有可能造成基坑底部的渗流稳定性破坏。抗渗计算简图如图 5.2所示。图 5.2抗渗计算简图抗渗流稳定性系数验算公式为： (5.8)式中，基坑底土层渗流稳定分项系数，； 地下水重度，取为10； t 深度范围内各土层饱和重度的加权平均值，为18.83； h 基坑内外地下水位的水头差，m，为 16-0.6=15.4m； t围护墙体在基坑开挖面以下的入土深度，m，为 16m。代入数值有：所以基坑抗渗流稳定性满足要求。5.5 抗倾覆验算对于内支撑或锚拉支撑体系，在水平荷载作用下，基坑土体有可能在支护结构底部因产生踢脚破坏而出现不稳定现象。对于单支点结构，踢脚破坏产生于以支点处为转动点的失稳，多层支点结构则可能绕最下层支点转动而产生踢脚失稳。验算最下道支撑以下的主、被动压力绕最下道支撑支点的转动矩是否平衡。抗倾覆计算简图如图 5.3 所示。抗倾覆稳定性安全系数验算公式为： (5.9)式中，抗倾覆稳定性安全系数，一级基坑工程取 1.2，二级基坑工程取 1.1，三级基坑工程取 1.05，本工程中取 1.1；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，；基坑内侧被动土压力，kPa，；基坑外侧 B、D 处的主动土强度，kPa，；最下道支撑到坑底的距离，m；连续墙埋深，m。图 5.3抗倾覆计算简图代入数据得：所以基坑的抗倾覆稳定性满足要求。5.6 整体圆弧滑动稳定性验算 有支护的基坑的整体稳定分析，采用圆弧滑动法进行验算。分析中所需地质资料要能反映基坑顶面以下至少 23 倍基坑开挖深度的工程地质和水文地质条件。当考虑内支撑作用时，通常不会发生整体稳定破坏。因此，对只设一道支撑的支护结构，需验算整体滑动，对设置多道内支撑时可不作验算。本车站基坑采用多道支撑，故不进行整体稳定性验算。5.7 围护结