地铁基坑毕业设计

1、08届岩土与地下结构专业毕业设计（论文）摘 要本毕业设计包括三个部分，第一部分是上海轨道交通七号线静安寺2号基坑围护结构设计。在第一部分基坑围护结构设计中，根据基坑所处的工程地质、水文地质条件、周围环境和地下管线情况，通过方案的比选，选用地下连续墙作为围护方案，采用平面布置形式的钢支撑作为支撑方案，。第二部分是基坑的施工组织设计，根据静安寺站的情况，对施工准备工作、施工方案、施工场地布置等进行了设计，并编制了施工进度计划，编写了相应的质量、安全、环境保护等措施。第三部分是文献综述以及外文文献翻译，主要探讨了当今建设行业所新面临的问题及新的工程技术发展方向。关键词：基坑，地下连续墙，设计与施工A

2、BSTRACTThis graduation project consists of three parts, the first 2 Shanghai Rail Transit Line 7 Jingan Temple Pit Support Structure Design. In the first part of the foundation pit structure design, according to the pit in which the engineering geological and hydrogeological conditions, surrounding

3、environment and underground pipeline situation, through the program than the election, the choice of the underground continuous wall envelope program, using the layout in the form steel support as the support program.The second part is the the Excavation organizational design, according to the Jinga

4、n Temple station, construction preparation work, construction plan, construction site layout, design, and the preparation of the construction schedule, the preparation of appropriate quality, safety, environmental protection measures.The third part is a literature review and foreign literature trans

5、lation of todays problems facing the construction industry, new and new engineering and technical direction of development.KEY WORDS: excavation, diaphragm walls, design and construction08届岩土与地下结构专业毕业设计（论文）前 言基坑的设计与施工是城市建设中的一个普遍而重要的课题，具有很强的现实意义和研究的必要性。随着社会经济日新月异的发展，现代化城市建设也正在紧锣密鼓地进行。万丈高楼平地起，基坑工程作为城市

6、建设工程中的基础和前提，如何确保其安全可靠、经济合理、实用可行是当前现代化城市建设中一个非常重要和迫切的问题。随着经济建设的发展和人们生活水平的提高，高层建筑和市政工程大量涌现，必然会出现大量的基坑工程。尤其是最近10年，基坑工程的数量急剧增加，技术上也有了长足的进步。在国外，如日本、美国以及欧洲一些发达国家，对地下结构有比较完善的研究，地下商城、地下停车场、甚至地下商业街等随处可见，已经具有相当的建设基坑工程的能力与经验。本文通过对上海轨道交通静安寺站2号基坑的围护、支撑以及施工设计，充分地运用和发挥了基坑设计的相关理论知识，从而为以后基坑工程的相关设计提供一定的实践经验和技术实例。目 录第

7、1章 静安寺2号基坑围护结构设计61.1 工程概况61.1.1 工程概述61.1.2 工程地质及水文地质资料61.1.3 周围环境71.2 设计依据和设计标准91.2.1 执行的规范与规程91.2.2 基坑设计等级及控制标准101.3 基坑围护方案设计111.3.1 软土地基常用的挡土围护结构类型111.3.2 围护方案比选131.3.3 围护方案的选择141.4 基坑支撑方案设计141.4.1 支撑体系选型141.4.2 支撑方案比选161.5 计算书171.5.1荷载计算171.5.2 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算201.5.3 抗渗验算211.5.4 抗倾覆验算211.5.5 整体圆弧

8、滑动稳定性验算231.5.6 支撑内力变形计算241.5.7 最宽标准段钢支撑强度验算301.5.8 最宽标准段支撑平面整体稳定性验算311.5.9 车站基坑端头井支撑强度验算321.6 计算分析341.6.1 软件介绍341.6.2 模型介绍341.6.3 输入参数介绍351.6.4 机算结果分析381.6.5 手算和机算结果比较551.7 基坑主要技术经济指标551.7.1 开挖土方量551.7.2 浇注混凝土量551.7.3 钢筋用量561.7.4 人工费用56第2章 静安寺2号基坑施工组织设计572.1 基坑施工准备572.1.1 基坑施工的技术准备572.1.2 基坑施工的现场准备5

9、82.1.3 施工物资准备、劳动力准备、季节施工和应急准备592.2 施工方案632.2.1 施工工法642.2.2 施工质量控制652.2.3 支撑安装772.2.4 施工主要技术措施782.2.5 关键部位构造与技术要求792.3 施工总平面布置822.3.1 施工平面设计的要求822.3.2 施工现场临时建筑物的布置原则832.3.3 施工用的临时运输线路的布置832.4 施工进度计划及管理措施842.4.1施工进度计划的编制顺序842.4.2工程总进度计划网络图842.4.3工程总工期的确定842.5 质量、安全、文明管理措施852.5.1 工程质量标准、质量管理网络和质量保证体系85

10、2.5.2 安全生产管理措施852.5.3 文明施工措施87第1章 静安寺2号基坑围护结构设计41.1 工程概况41.1.1 工程概述41.1.2 工程地质及水文地质资料41.1.3 周围环境51.2 设计依据和设计标准71.2.1 执行的规范与规程71.2.2 基坑设计等级及控制标准81.3 基坑围护方案设计91.3.1 软土地基常用的挡土围护结构类型91.3.2 围护方案比选111.3.3 围护方案的选择111.4 基坑支撑方案设计121.4.1 支撑体系选型121.4.2 支撑方案比选131.5 计算书141.5.1荷载计算141.5.2 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算171.5.3 抗

11、渗验算181.5.4 抗倾覆验算181.5.5 整体圆弧滑动稳定性验算201.5.6 支撑内力变形计算201.5.7 最宽标准段钢支撑强度验算261.5.8 最宽标准段支撑平面整体稳定性验算271.5.9 车站基坑端头井支撑强度验算281.6 计算分析301.6.1 软件介绍301.6.2 模型介绍301.6.3 输入参数介绍311.6.4 机算结果分析341.6.5 手算和机算结果比较511.7 基坑主要技术经济指标511.7.1 开挖土方量511.7.2 浇注混凝土量511.7.3 钢筋用量511.7.4 人工费用52第2章 静安寺2号基坑施工组织设计522.1 基坑施工准备532.1.1

12、 基坑施工的技术准备532.1.2 基坑施工的现场准备532.1.3 施工物资准备、劳动力准备、季节施工和应急准备552.2 施工方案592.2.1 施工工法592.2.2 施工质量控制602.2.3 支撑安装722.2.4 施工主要技术措施722.2.5 关键部位构造与技术要求742.3 施工总平面布置772.3.1 施工平面设计的要求772.3.2 施工现场临时建筑物的布置原则772.3.3 施工用的临时运输线路的布置772.4 施工进度计划及管理措施782.4.1施工进度计划的编制顺序782.4.2工程总进度计划网络图782.4.3工程总工期的确定792.5 质量、安全、文明管理措施79

13、2.5.1 工程质量标准、质量管理网络和质量保证体系792.5.2 安全生产管理措施802.5.3 文明施工措施81第1章 静安寺2号基坑围护结构设计1.1 工程概况1.1.1 工程概述上海轨道交通七号线从市区的西北部穿越市中心城区至浦东的西南地区(龙阳路)，途经宝山区、普陀区、静安区、徐汇区和浦东新区，线路全长约35km，共设29座车站。静安寺站是七号线的一个中间站，其上行线上方车站为昌平路站，上行线下方车站为常熟路站。根据总体线路走向，该站沿常德路大致呈南北向布置，东临安义路，西侧为在建中的越洋广场，东侧为拟建的嘉里二期项目，需要与上海市轨道交通2号线在此进行通道换乘。静安寺站主体为地下三

14、层结构，基坑全长195m，整体呈喇叭型布置，北端头井基坑净宽度为24.906m，南端头井基坑开挖净宽度为31.397m，标准段基坑开挖净宽度为22.066m27.748m。基坑开挖深度标准段最深为23.346m，端头井最深为25.09 m。1.1.2 工程地质及水文地质资料（1）工程地质场地地势较为平坦，地面标高（吴淞高程）一般在2.293.07 m之间。地貌形态单一，属滨海平原地貌类型。拟建场地地基土在70.75m深度范围内均为第四纪松散沉积物，属第四系滨海平原地基土沉积层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点。本工程拟建场地沿线地基土分布有以下特点：1) 浅部以饱和粘

15、性土为主，无粉性土分布，第1层褐黄灰黄色粉质粘土下为第层淤泥质粉质粘土和第层淤泥质粘土，其中第层中夹较多薄层粉性土。2) 第层土分布较为稳定，上部粘性较重，向下夹较多薄层粉土。3) 本区段第、层分布稳定。第层硬土层层顶埋深一般在27.6535.0m，厚度2.05.0m左右；第层可划分为1、2层两个亚层，其中1层顶埋深一般在30.737.0m左右；第2层层顶埋深约为42.046.5m左右。4) 第1、第2层顶面埋深分别为48.251.8m和58.060.5m左右。5) 第层埋藏较深，顶面埋深为67.568.5m。（2）水文地质 拟建场地浅部地下水属潜水类型，补给来源大气降水及地表迳流，潜水水位埋

16、深为0.501.50m；根据地质资料，本拟建场地第1层存在承压水，承压水水头埋深为6.85m。在基坑施工期间将采取有效的降水措施，保证开挖过程中基坑的安全和稳定。拟建场地浅部地下水和地基土对混凝土无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。地质资料显示，根据上海市历史河流图，拟建场地在北侧有南北转东西向的暗浜分布（浜宽约610m）。因浜填土成分复杂，结构松散，地下连续墙施工开挖时易产生坍塌现象，对地下连续墙及已有建筑物、地下管线等产生不利影响，必要时将采取适当的加固措施。土层的物理力学性质见土层信息表。1.1.3 周围环境（1）周围建筑静安寺车站建设过程中，存在以下建构筑物分布在基坑的四周：1) 运营地铁2

17、号线。北端头井距已建成的轨道交通2号线静安寺站端头井约21.8m，距2号线静安寺站与区间隧道接头处约26.1m，距2号线区间隧道约15.8m.。2) 越洋广场工程。本站出入口、风亭及夹弄工程直接与越洋广场的基坑直接相接，且整个车站全长与越洋广场基坑并行，车站及夹弄施工过程中，须采取有效措施，保证相邻基坑的安全。3) 名城广场结构。静安寺站北端头井东北侧距现有“名城广场”约7m，车站1号出入口及风道结构距“名城广场”约5m。4) 高架道路结构。静安寺站南端头井距延安中路高架桥墩约30.1m。施工期间将采取切实有效的针对措施，保证上述周边建筑物的安全。（2）周围市政管线根据招标文件提供的管线搬迁方

18、案中的勘查资料，本工程施工过程中，管线需要搬迁或改排主要集中在常德路路面以下，管线分布情况如表1所示：表1 静安寺站地下管线分布表管线种类管径（mm）/规格埋深（m）材质位置处置方法电话1根0.7缆常德路道路下搬 迁电话9孔0.7缆常德路道路下搬 迁电话1根0.5缆常德路道路下搬 迁电力1根0.2缆常德路道路下搬 迁污水3001.2砼常德路道路下搬 迁煤气3001.2铁常德路道路下搬 迁煤气5001.1铁常德路道路下搬 迁雨水9001.4砼常德路道路下搬 迁上水6251.7铁常德路道路下搬 迁上水1501.0铁常德路道路下搬 迁雨水9002.4砼常德路道路下搬 迁电话6孔0.7缆常德路道路下搬

19、 迁电话1根0.4缆常德路道路下搬 迁电力2根0.6缆常德路安义路交汇处道路下搬 迁上水1500.9铁常德路安义路交汇处道路下搬 迁上水4000.7铁常德路安义路交汇处道路下搬 迁电话24孔1.0缆常德路安义路交汇处道路下搬 迁电话2根0.8缆常德路安义路交汇处道路下搬 迁雨水12001.5砼常德路安义路交汇处道路下搬 迁污水2301.4砼常德路安义路交汇处道路下搬 迁煤气3001.1铁常德路安义路交汇处道路下搬 迁煤气5001.4铁常德路安义路交汇处道路下搬 迁煤气500.4铁常德路安义路交汇处道路下搬 迁（3）周边社会交通静安寺车站沿常德路布置，横穿安义路，北端与南京西路相接。为此，该站的

20、建设直接影响常德路、高架地面道路、安义路、南京西路等沿常德路的通行，该4条道路的交通现状如下：常德路香格里拉越洋广 场常德路路宽度15 m，机动车双向通行，设2股机动车道，路宽9m，两侧人非各约宽3m。图1 静安寺站周边环境情况图片南京西路南京西路宽度21m，机动车双向通行，设4股机动车道，路宽12m，两侧人非各约宽4.5m。安义路安义路宽度为16m，机动车单向通行，设2股车道，路宽10m，其余为行人与非机动车通行道路。延安高架道路为城市快速交通道路，地面道路宽度为65m，其中机动车路面宽度为48m，单侧行人道路与非机动车道路的宽度分别为4.5m和4m。根据招标文件，静安寺车站施工期间，对常德

21、路与安义路的交通按占一还一的原则实施翻交，尽最大限度减小车站施工对周边交通的影响。1.2 设计依据和设计标准1.2.1 执行的规范与规程国家、地方政府有关安全、环境保护、水土保持的法律、法规、规则、条例。上海地铁7号线静安寺站招标文件、补遗文件及相关技术资料。上海地铁7号线静安寺站现场调查采集、咨询所获取的资料。国家现行有关施工及验收规范（规程）：1地下铁道工程施工及验收规范(GB50299-1999)2基坑工程设计规程(DGJ08-61-97)3地下工程防水技术规范(GB50108-2001)4建设工程项目管理规范(GB/T50326-2001)5上海地铁基坑工程施工规程(SZ-08-200

22、0)6地基处理技术规范(DBJ08-40-94)7市政地下工程施工及验收规程(DGJ08-236-1999)8上海市地基基础设计规范(DGJ08-11-1999)9混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002)10建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202-2002)11钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)12地下防水工程质量验收规范(GB50208-2002)13钢筋锥螺纹接头技术规程(JGJ109-96)14城市区域环境噪声标准（GB3096-93）15铁路桥涵施工规范(TB10203-2002)16市政桥梁工程施工和验收规范(DBJ08-228-97)

23、17建筑抗震设计规范(GBJ500112001)18建筑抗震设计规程(DGJ08992)19岩土工程勘察规范(GB500212001)20地下铁道、轻轨交通工程测量规范(GB500308-1999)21地铁杂散电流腐蚀防护技术规程(CTJ49-92)22建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001)23 建筑基坑工程技术规范(YB 925897)1.2.2 基坑设计等级及控制标准建筑基坑支护技术规程JGJ12099规定，基坑侧壁的安全等级分为三级，基坑侧壁安全等级分级如下表所示。表2 基坑侧壁安全等级分级表安全等级破坏后果重要性系数一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及

24、地下结构施工影响很严重1.10二级支护结构破坏土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般1.00三级支护结构破坏土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.90根据前期勘察资料，本基坑侧壁安全等级为二级。1.3 基坑围护方案设计1.3.1 软土地基常用的挡土围护结构类型软土地基常用的挡土围护结构主要有：水泥土搅拌桩、SMW工法、钻孔灌注桩加止水措施的组合桩、全套管钻孔咬合桩、地下连续墙。水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量30%（黄土含水量70%或地下水的

25、pH值4时不宜采用。水泥土搅拌桩优点：施工时无振动、无噪声、无泥浆废水污染；水泥土实体相互咬合较好，比较均匀，桩体连续性好，强度较高；既可挡土又可形成隔水帷幕；适用于任何平面形状；施工简便；同一墙体可设计为变截面、变深度、变强度。缺点：坑顶水平位移较大；坑顶宽度较大。适用范围：建筑基坑支护技术规程JGJ12099中规定：基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土桩施工范围内地基土承载力150kPa；基坑深度6m。钻孔灌注桩+搅拌桩的组合式围护结构又称柱列桩+止水帷幕组合式，往往是内侧钻孔灌注桩结合外侧深层搅拌桩做止水帷幕的方法。其特点主要是：（1）灌注桩作受力结构，而搅拌桩作止水结构；（2）适用于软

26、弱地层中的挖深12m的深基坑，当开挖深度超过12m且底层可能发生流砂慎用；（3）施工低噪音，低振动，施工方便，造价经济，止水效果较好；（4）搅拌桩与灌注桩结合可形成连拱形结构，搅拌桩做受力拱，灌注桩作支承拱脚，沿灌注桩竖向设置道数适量的支撑，这种组合方式可因地制宜取得较好的技术经济效果。总结以上其优点是：（1）施工造价较低；（2）施工方法较为简单，施工机械也较多；（3）易于分段进行施工。其缺点是：（1）施工用电量较大，重复占用施工场地，相对工期长；（2）场地污染大，泥浆多，文明施工不易保持。地下连续墙它以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

27、个单元槽段的混凝土墙体。依次继续挖槽、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：（1）施工时振动小，噪音低，非常适于在城市施工；（2）墙体刚度大，目前国内地下连续墙的厚度可达0.61.3m，用于基坑开挖时，可承受很大的土压力，极少发生地基沉降或塌方事故，已经成为深基坑支护工程中必不可少的挡土结构；（3）防渗性能好；（4）可用于逆做法施工。地下连续墙刚度大，易于设置埋件，很适合于逆做法施工；（5）适用于多种地基条件；（6）安全经济，占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，充分发挥投资效益，工效高，工期短，质量可靠。地下连续

28、墙的缺点：（1）在一些特殊的地质条件下（如很软的淤泥质土，含漂石的冲积层和超硬岩石等），施工难度很大；（2）如果施工方法不当或地质条件特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题；（3）地下连续墙如果用作临时的挡土结构，比其它方法所用的费用要高些；（4）在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦。SWM工法它是先用螺旋钻机按设计位置钻孔疏松泥土，且孔与孔之间有一定的搭接长度，之后向疏松泥土中注入水泥浆液，然后按设计间距打入H型钢形成劲性水泥土，最后形成一排挡土止水帷幕。其优点是：（1）造价较低，用过的型钢能够回收；（2）成桩止水效果好，若水泥掺量达到25%效果会更好些；（3）分段施工容易处理，不会形成施

29、工缝；（4）施工进度快。其缺点是：（1）机械施工用电量较大；（2）在粉细砂层易产生抱钻现象；（3）其基坑围护结构属柔性支护，变形大，不适合太深基坑。全套管钻孔咬合桩钻孔咬合桩是一种新型围护结构形式，它是在平面上沿一条轴线设置单排钻孔桩，相邻的桩互相搭接，为一种特殊的桩列式挡土坡，它与传统的人工挖孔桩、钻孔密排桩相比，具有防渗效果好，泥浆污染小，环保好，不易塌孔等优点。具体的，其优点是：（1）钻孔咬合桩的桩间互相咬合，形成排桩整体受力，抗荷载能力最强，且具有很好的防水效果；（2）强度和刚度均较大，可以作为永久结构的一部分，在结构抗浮不满足是可以兼作抗拔桩；（3）全桩套管跟进成孔施工，不易塌孔、振

30、动小，特别适合紧邻地下管线等构筑物的施工；（4）与普通钻孔灌注桩相比，无泥浆、噪音低、文明施工、环保效果好；（5）成桩垂直度好整体性强，节约混凝土；（6）利用套管成桩可设砂桩的优点，围护结构可分段施工，对一些施工场地小、工期紧、交叉施工干扰大的工程可做到见缝插针，节约施工场地和工期。其缺点是：（1）造价较高；（2）须对接头桩进行旋喷桩堵漏处理；（3）对施工精度、工艺和混凝土配比均有严格要求，否则桩体无法形成充分咬合。1.3.2 围护方案比选上述主要方案的比较如下表所示：表3 围护方案比选表技术特征挡土结构水泥土搅拌桩SMW工法钻孔灌注桩加止水措施的组合桩全套管钻孔咬合桩地下连续墙经济开挖深度/

31、m61061461510202040施工工艺较简单较复杂较简单较复杂复杂桩（墙）体质量较好好一般好好整体刚度一般较大较大较大大抗渗能力较好较好一般好好现场要求较少较少一般一般较高施工占地较大小较大小大永久结构关系临时结构临时结构部分永久结构部分永久结构永久或部分永久结构费用低低一般一般高1.3.3 围护方案的选择根据对已有工程资料的分析结果，该基坑为深度约23m的深基坑，该工程对支护结构要求、周边环境要求、防水抗渗要求都较高，应以最大限度确保建设工程顺利进行为主，因此选择实施地下连续墙作为围护方案。地下连续墙的墙厚一般为 6001000mm 范围内，墙深一般为基坑深度的1.72.0 倍。由于本

32、工程基坑等级为二级，标准段墙厚拟定为800mm，地下连续墙总深度取1.8 倍，则端头井地下连续墙总深为：25.09m1.8=45.16m标准段地下连续墙总深为：23.346m1.8=42.023m根据以上计算初定：端头井地下连续墙总深为45m；标准段地下连续墙总深为42m1.4 基坑支撑方案设计1.4.1 支撑体系选型国内工程中常用的支撑体系布置形式主要有平面内支撑体系，竖向斜撑体系和混合支撑体系三大类。平面内支撑体系平面内支撑体系是由腰梁、水平支撑和立柱组成，可以直接平衡支撑两端围护结构上所受到的那部分侧压力，且构造简单，受力明确，适用范围广。但当构件长度较大时，应考虑弹性压缩对基坑位移的影

33、响。此外，当基坑两侧的水平作用力相差悬殊时，围护结构的位移会通过水平支撑而相互影响，此时应调整支护结构的计算模型。其特点为：在软土地层、环境保护要求高的条件下，这是应用最多的布置形式。钢支撑体系通常采用此布置形式；安全稳定，利于控制围护结构位移；用钢筋混凝土支撑时经慎重计算分析可与施工用栈桥平台结合设计；支撑布置与开挖土方设备和工艺不协调时，土方开挖和主体结构施工较困难。竖向斜撑体系竖向斜撑体系通常由斜撑、腰梁和斜撑基础组成。斜撑一般采用型钢或组合型钢截面，要求其坡度与土坡的稳定边坡一致，斜撑与基坑底面之间的夹角一般不大于35度，在地下水位较高的软土地区不宜大于26度。在不影响主体结构施工的前

34、提下，斜撑应尽可能沿腰梁长度方向均匀对称布置，水平方向的间距不宜大于6m。在基坑的角部可辅以布置水平支撑。当斜撑长度超过15m时，应在斜撑中部设置立柱，并在立柱与斜撑的节点上设置纵向连系杆。斜撑与腰梁、斜撑与基础以及腰梁与围护结构之间的连接应满足斜撑水平分力和垂直分力的传递要求。其特点为：（1）节省立柱和支撑材料；（2）有利于开挖面积较大而深度较浅的基坑；（3）在软弱土层中，不易控制基坑稳定和变形；（4）斜撑与底板相交处结构处理较困难。混合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

35、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。在选择合适的内支撑体系和布置时应根据下列因素综合考虑确定：（1）基坑平面的形状、尺寸和开挖深度；（2）基坑周围环境保护和临近地下工程施工情况；（3）场地的工程地质和水文地质条件；（4）主体工程地下结构的布置，土方工程和地下结构工程的施工顺序和施工方法；（5）地区工程经验和材料供应情况。1.4.2 支撑方案比选表4.1 支撑体系对比表技术特征支撑体系钢支撑钢筋混凝土支撑锚杆布置形式多为正交，受力直接正交、圆环、对撑角撑预应力、非预应力；拉锚杆、压锚杆现场要求适用开挖深度一般、形状规则、狭长形基坑选取不同布置形式灵活适应现场要求根

36、据现场要求灵活选取锚杆形式施工优势节约工期，节省造价刚度大、整体性好、灵活多变经济性好、形式灵活多变施工劣势现场要求高造价较高，工期较长地层和环境限制高表4.2 支撑布置方案对比表支撑方案适用性施工难度可靠性平面支撑体系大小深浅不同的各种基坑较大好竖向斜撑体系平面尺寸较大、形状不很规则、深度较浅的基坑一般较差混合支撑体系大型深基坑大好 常见的内支撑体系分钢筋混凝土支撑体系和钢支撑体系两种。由上表可见，钢筋混凝土支撑具有刚度大、整体性好的特点，而且可以采取灵活的平面布置形式适应基坑工程的各项要求，但工程造价高，需要现场浇筑和养护，且结束之后需要拆除，十分耽误工期；钢支撑体系架设和拆除速度快，架设

37、完毕后不需要等待强度即可直接开挖下层土方，而且支撑材料可重复循环使用，对节省基坑工程造价和加快工期有显著优势，特别适用于像地铁车站、共同沟或管道沟槽等开挖深度一般、平面形状规则、形状狭长的基坑。在选取了地下连续墙作为围护方案的前提下，对周围环境的保护和对基坑变形的控制都得到了保障，且工程造价已经偏高，因此，综合考量后，选择钢支撑体系作为支撑方案。由于本基坑开挖最深达23m，属于深基坑，所以竖向斜撑体系不适用于本工程；对于混合支撑体系，由于施工难度大，施工组织较平面支撑体系复杂，所以本工程基坑的支撑方案选平面支撑体系较为合适。根据实际工程情况，初定在标准段设置6道钢支撑，各道支撑距离地面分别为：

38、0.5m，4.8m，9m，13m，16.5m，20m。1.5 计算书1.5.1荷载计算本设计计算任务书取车站基坑标准段进行计算，标准段的各地层情况按平均值计算。具体计算如下。根据详勘资料，计算截面处土层的物理指标及厚度（计算到墙底），如下表所示：表5 开挖范围内土层物理参数表555土层编号土层名称各层平均重度，kg/m3各层平均浮重度 kg/m3各层平均层厚，m各层到地面平均距离，m各层内摩擦角，度粘聚力C,kPa各层塑性指数地面超载q，kPa回填土超载，kPa总超载，kPa1填土1882.252.2527.22516.2209291褐黄灰黄色粉质粘土18.68.61.75429.82615.

39、8209291灰色淤泥质粉质粘土17.27.24833.62616.8209291淤泥质粉质粘土16.96.98.5516.5536.92920209292灰色砂质粉土18.78.73.6520.226.31716.5209291-1灰色粘土17.97.95.125.336.72717.2209292-2灰色粉质粘土夹粘质粉土18.18.19.0534.3535.51814.220929暗绿草黄色粉质粘土19.79.73.537.8537.52616.6209291草黄灰黄色砂质粉土18.68.63.541.3532.218209292灰色粉砂18.88.86.3547.733.3162092

40、91暗灰草黄色粉质粘土18.58.5855.736.52917.2209292浅黄色粉质粘土18.68.6358.735.82817.520929 计算标准段截面处土的平均物理指标：在地下连续墙总深度范围内，由于土的重度、粘聚力、内摩擦角和厚度都各不相同，在此为了达到计算方便和合理，各指标采用按土层厚度的加权平均值来计算。 （5.1）式中 开挖深度范围内的加权平均重度，单位：kN/m3； 第层土的重度，单位：kN/m3； 第层土的厚度，单位：m。 （5.2）式中 开挖深度范围内的加权平均粘聚力，单位：kPa； 第层土的凝聚力，单位：kPa；第层土的厚度，单位：m。 （5.3）式中 开挖深度范围

41、内的加权平均内摩擦角； 第层土的内摩擦角；第层土的厚度，单位：m。 作用在围护墙体上的土压力，采用朗肯土压力理论计算。作用在基坑支护结构上的荷载有以下几种：（1）由上部结构传下来的垂直荷载水平力和弯矩以及施工期间可能产生的垂直荷载；（2）支护墙体的自重；（3）基坑顶面上的超载；（4）由地基土产生的水平土压力；（5）由地面超载产生的水平土压力；（6）水压力；（7）地震产生的垂直和水平荷载。上述各项荷载中，土压力是比较难于准确把握和计算的荷载。在设计计算和参数取值上常常采用直观、简单和偏于安全的方法。一般情况下不计地震产生的影响。考虑由于在施工时严格要求控制围护结构侧向位移，墙背土压力采用静止土压

42、力，又开挖深度范围内所处地层多为粘土，采用水土合算。求取土压力系数：式中 主动土压力系数；被动土压力系数。1.5.2 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算在对围护结构地基承载力进行验算时，不考虑围护结构以上土体的抗剪强度对抗隆起的影响，按普朗德尔地基承载力公式计算，并假定围护结构（地下连续墙）底的平面为基准面图2 基坑底部抗隆起稳定性验算图示据规范可知，抗隆起安全系数为: （5.4）式中 抗隆起安全系数（取1.11.2）坑外地表至墙底各土层天然重度的加权平均值，单位：kN/m3；坑内开挖面以下至墙底各土层天然重度的加权平均值，单位：kN/m3；基坑开挖深度；地下连续墙的埋深；坑外地面超载，取20kN

43、/m3；、基坑开挖面以下的土体强度指标；、地基土的承载力系数，其中：，在标准段：即基坑抗隆起满足要求。1.5.3 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hw，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。由于本基坑地下水位较低，不影响基坑底部渗流稳定性，因此无需验算。1.5.4 抗倾覆验算抗倾覆稳定性又称踢脚稳定性，本工程围护结构在水平荷载作用下，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。通常绕最下一道支撑转动而失稳，据规范，抗倾覆稳定性安全系数 应满足： （5.5）式中 抗倾覆稳定性安全系数（二级基坑取1.1）；基坑内侧

44、被动土压力对最下层支点的力矩；基坑外侧主动土压力对最下层支点的力矩；计算简图如下图所示：图3 基坑抗倾覆验算计算图示在A点对基坑内侧取矩有： （5.6）在A点对基坑外侧取矩有： （5.7）式中 基坑的等效开挖深度；地下连续墙的嵌固深度；最后一道支撑距离底板处的距离；坑内开挖面以下至地下连续墙底各土层粘聚力的加权平均值， 将计算结果代入式5.5中得：所以整体抗倾覆稳定性满足要求。1.5.5 整体圆弧滑动稳定性验算假定土体绕最后一道支撑点滑动，并认为滑动面是一通过墙体底面的圆弧，据规范，计算公式如下： （5.8）式中 整体圆弧滑动稳定系数（本基坑取1.3） 滑动力矩， ； 抗滑力矩式中 最后一道支

45、撑水平处土体的竖向土压力，；坑外地面超载，取20kN/m2；最后一道支撑处墙体的极限抵抗弯矩,可取该处墙体设计弯矩。所以整体圆弧滑动稳定性满足要求。1.5.6 支撑内力变形计算地下连续墙的内力采用山肩邦男近似解法（计算简图如图4 所示）进行计算，其假定为：（1） 在粘土地层中，墙体作为底端自由的有限长的弹性体；（2） 墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形（已抵消开挖面一侧的静止土压力）；（3） 开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力，其中为被动土压力减去静止土压力后的数值；（4） 横撑设置后，即作为不动支点；（5） 下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道

46、横撑点以上的墙体仍然保持原来的位置；（6） 开挖面以下墙体弯矩的那点，假想为一个铰，而且忽略此铰以下的墙体对上面墙体的确良剪力传递。图4 山肩邦男近似解计算简图下面进行结构内力计算：因为考虑到有超载20，其当量土层厚度为取1m宽度计算标准段，基坑开挖深度23m，六道钢支撑，间距为4.3m，4.2m，4m，3.5m，3.5m，第一道支撑距地下连续墙顶距离为0m（墙顶距离地面0.5m），最后一道支撑距离坑底3m。计算水土压力：开挖面墙背水土压力竖向土压力转换为侧向土压力的转换系数，即侧压力系数满足： 开挖面以下根据假定，基坑底以下处被动土压力减去静止土压力后的净土压力值： （5.9）式中 距坑底的

47、深度，单位：m。即：根据受力图式可得两个静力平衡方程： 由得： （5.10）由得：（5.11）式中 第道支撑的轴力，单位：kN/m；换算坑顶至坑底高度，单位：m；第道支撑距当前开挖面高度，单位：m；最下一道支撑距当前开挖面高度，单位：m；坑底至墙弯矩为零处的高度，单位：m。（1） 第一道支撑处内力计算：此处，所以：取单位长度（即1m）墙体计算弯矩公式如下： （5.12） （2）第二道支撑处内力计算：这里，所以：所以： （3）第三道支撑处内力计算：其中， 同理可得： 所以： （4）第四道支撑处内力计算：其中， 同理可得： 所以：（5）第五道支撑处内力计算：其中， 同理可得： 所以： （6）第六道支撑处内力计算：其中， 同理可得： 所以： 基坑底部弯矩：表6 各支撑处轴力与弯矩汇总表支撑道数轴力（kN/m）弯矩（kN/m）数值第一道支撑N1160.53M16.27第二道支撑N2259.05M2-376.05第三道支撑N3304.26M3-876.15第四道支撑N4308.19M4-1058.95第五道支撑N5511.93M5-618.76第六道支撑N6487.17M68.98基坑底部 958.481.5.7 最宽标准段钢支撑强度验算据以上可知，标准段支撑轴力最大为