北京地铁九号线地铁深基坑设计计算与施工监测的几点想法

1、（优选）北京地铁九号线地铁深基坑设计计算与施工监测的几点想法第一页，共二十六页。第二页，共二十六页。2、如何评价既有北京地铁深基坑设计（1）体系单一：即支护结构型式单一（2）参数标准化：（3）相对比较保守：（4）监测方案设计有不尽合理之处。第三页，共二十六页。3.本次投标追踪的明挖车站（含联络道）特点：重点追踪郭公庄站六里桥西站段：8站、7区间 明挖车站：南马莲道站、丰台北路站、六里桥西站第四页，共二十六页。第五页，共二十六页。南马莲道站：9号线与11号线换乘站，为双岛四线岛式站台车站，主体围护结构采用桩锚的支护体系而联络线段采用桩和钢支撑的支护体系 第六页，共二十六页。联络线段围护结构体系剖

2、面图第七页，共二十六页。丰台北路站主体结构横剖面图第八页，共二十六页。拟投标段的明挖基坑特点：（1）基坑宽度大：采用桩+锚体系（南马莲道站）（2）基坑形状不规则：不符合平面应变模型要求，因此常规二维计算不能满足要求。（3）基坑开挖深：丰台北路站四道支撑（4）穿越的地层为砂砾层，给钻孔桩和锚索的施工带来困难。（5）考虑车站基坑施工对邻近桥梁基础的影响：丰台北路车站：邻近万寿路桥；风险等级属于“风险大或风险较大”：1）邻近桥梁现状质量调查；2）加固措施：地表注浆、扩大承台等3）确定沉降控制标准：顺桥向、横桥向：4）开挖及加固效果的数值计算：桥桩作为实体单元处理。南马莲道站：邻近人行天桥，8.4米。

3、按施工影响破裂面划分，风险等级为：风险一般，可以先“施工、后加固”第九页，共二十六页。4、在编制施工组织设计中，围护结构的计算目的：（1）围护结构体系的安全性验算（2）不同的开挖与支撑方案比较（3）为围护结构体系的优化服务5、围护结构设计要点： 设计和检算内容：（1）围护结构的入土深度；（2）围护结构的水平位移（3）弯矩、剪力（4）抗倾覆（5）抗隆起（6）基坑整体稳定性等。第十页，共二十六页。6、设计计算方法： 关于围护结构的计算理论和方法，除了有一些地方性法规以外，至今还未制定出全国同一的设计计算技术规范或规程，目前一般认为围护结构的计算理论和方法主要有：（1）荷载-结构法 所谓荷载-结构法

4、，即假定作用于围护结构上的水、土压力均已知，且围护结构和支撑的变形，不会引起围护结构上水、土压力的变化。在计算过程中，首先采用土压力计算的经典理论（如朗金理论），确定作用于围护结构上的水、土压力的大小和分布，然后用结构力学的方法，计算围护结构和内支撑的内力，荷载-结构法对荷载的计算和边界约束条件的确定有一定的随意性，因而与结构的实际受力情况有较大的差别。（2）地层结构法（也称杆系有限元法） 随着计算机的普及，数值解方法已经成为深基坑围护结构设计计算的有效方法，其中弹性地基梁的数值解法是此类方法中相当实用且使用广泛的一种方法。弹性地基梁的数值解法又称为杆系有限元法，该计算方法沿纵向取单位宽度的围

5、护结构，将其视为一个竖放的弹性地基梁，并将其划分为若干段梁单元，支撑可用二力杆桁架单元模拟，地层对围护结构的约束作用采用一系列弹簧来模拟，弹簧采用弹性地基梁的局部变形理论即文克尔（Winkler）假定。第十一页，共二十六页。（3）连续介质的有限单元法 连续介质的有限单元法可以用于处理很多复杂的岩土工程问题，是研究地下结构和周围介质之间相互共同作用问题的有力工具。用于分析围护结构时，可以考虑各种边界条件、初始状态、多种岩土介质等复杂因素，可以考虑岩土介质的各向异性、弹塑性、粘滞性等多种性态。三维问题的有限元法还可以考虑基坑分区分段开挖的空间效应。 连续介质有限元法已经跳出了荷载-结构法的束缚，不

6、再机械地将支护体系和地层介质割裂成结构和荷载两部分，而是将结构和地层看作是有机联系的整体，围护结构受力的大小与周围地层介质的特性、基坑的的几何尺寸、土方开挖顺序以及围护结构本身的刚度有着十分密切的联系。 第十二页，共二十六页。7、深基坑的计算：（）整体稳定性计算：瑞典(条分法)圆弧法，简化Bishop法第十三页，共二十六页。1）瑞典条分法条分法最初是由瑞典工程师W费伦纽斯（Fellenius）提出的采用条分法分析边坡稳定性时，先任意假定一个圆弧滑动面，将滑动面以上的土体等分为n个土条。取出其中的第i条作为隔离体进行分析。 第十四页，共二十六页。定义稳定性安全系数K为土体抗滑力矩与下滑力矩比值，

7、第十五页，共二十六页。第十六页，共二十六页。（2）围护桩的水平位移、弯矩、剪力不同软件的计算结果：采用浙江大学基坑辅助设计系统软件第十七页，共二十六页。采用曙光计算软件围护桩变形控制标准:最大水平位移不超过0.2%H（H为基坑深度）第十八页，共二十六页。（3）计算中需要准备的基础资料：1）土层：层数、厚度、重度、粘聚力，内摩擦角等2）地下水位3）均布超载4）局部超载：坑边堆土5）支撑信息：支撑的道数、水平间距、垂直间距、支撑刚度 k=E*A/L 其中 E=200KN/mm2；A:截面积；L:支撑长度6）桩的信息：桩长、桩间距、桩直径、桩的弹性模量7）弹性抗力系数：基床系数8）水土压力计算：水土

8、合算，水土分算。9）土压力计算：朗肯土压力理论第十九页，共二十六页。第二十页，共二十六页。10）土钉计算需要的信息第二十一页，共二十六页。（4）某地铁车站的土钉墙稳定检算：抗倾覆稳定安全系数Kq= 8.8 1.3 ，满足要求！抗滑移稳定安全系数Kh= 1.7 1.2 ，满足要求！基底平均压力P= 176.95 kPa = 地基承载力f= 323.82 kPa，满足要求！基底最大压应力Pmax= 237.31 kPa 1.3 ，满足要求！8、理论计算对施工的指导作用以熊猫环岛站作为算例： 探讨超挖、支撑架设时机、坑边堆土、管线漏水等情况对基坑稳定性的影响。第二十二页，共二十六页。9、施工监测方案

9、的编制：（1）常规监测方案设计：1）监测目的、意义2）监测项目、测点布置、监测仪器方法、监测频率3）监测数据处理4）监测数据分析、反馈5）监测管理措施。（2）抓住主要监测项目 必测项目：围护桩水平位移，支撑轴力、锚索锚固力 选测项目：土压力、钢筋应力等。（3）影响基坑稳定的两个重要阶段：基坑开挖到底部、第三道支撑的拆除。（4）围护桩水平变形测试 围护桩位移量的大小主要取决于围护结构的刚度、支撑系统的刚度、水土压力以及土方开挖强度、土方开挖顺序等因素。 根据对支护结构水平位移的监测结果进行分析，可以调整基坑土方开挖顺序、土方开挖强度；第二十三页，共二十六页。1）测斜管 测斜管一般是塑料管或铝合金管。测斜管内有两对互成正交的纵向导槽，其中一对槽口应该垂直于基坑边线，以保证测得围护结构挠曲的最大值。2）测斜原理 目前工程上应用的比较多的是活动式测斜仪，活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，测斜管内分成m段，每段长度为L（一般为500mm或1000mm），为了真实反映围护结构的挠曲情况，测斜管与围护桩的钢筋绑扎在一起，在进行测斜管管段连接时，必须将上、下管段的滑槽相互对准，以便测斜仪的探头在管内能够平滑运行，为了防止泥浆从缝隙中渗入管内，接头处应进行密封处理，涂上柔性密封材料或贴上密封条。 围护桩在背后水土压力、机械荷载和其它活载的