运河广场运河博物馆地下商城基坑围护设计计算说明优化稿

杭州市拱宸桥城区旧城改造运河广场、运河博物馆、地下商城基坑围护设计计算说明(优化稿)同济大学建筑设计研究院2003年元月修改说明:在听取了杭州地区专家的意见以后，设计者认真学习了专家的意见，作了如下修改：1、因台州路和舟山路将不存在，南北两侧地下管线全部拆除；2、实地考察了场地土质情况后，取消了深层降水；3、采用双圆环形式混凝土内支撑，受力均匀，传力顺畅；4、对于支撑框架的整体漂移，采取了如下的措施：①深区(开挖深度为10.3)增加一排自钻式锚杆(视施工监测结果再决定是否施作)，平衡部分土压力；②合理划分挖土区间，深区分次开挖，分次浇筑底部；5、增加了温度应力的计算，温度变化（10℃）引起的大圆环轴力增量为6500kN，在强度允许范围之内；6、由于块石垫层，深度增加0.2m，钻孔灌注桩深度增加1.0m；7、深度增加0.2m，钻孔灌注桩深度增加1.0m后，内力重新计算；8、考虑到开挖区土质太软弱，在开挖10.3m区域内的暗墩深度增加2.0m。目录第一部分基坑围护设计说明设计依据工程概况工程地质概况周围环境基坑围护方案结构布置及特点支撑系统设计基坑工程施工要求基坑降水措施应急抢险措施现场监测内容及要求第二部分基坑围护计算说明计算内容计算参数取值说明计算方法说明及计算结果基坑围护结构施工动态有限元计算第三部分基坑围护设计图图纸目录基坑围护总平面图基坑围护设计及施工总说明基坑围护平面布置图支撑平面布置图立柱（立柱桩）平面布置图1－1，2－2剖面详图3－3，4－4剖面详图5－5，6－6剖面详图7－7，8－8，9－9剖面详图1－1，2－2剖面换撑图围护钻孔灌注桩配筋图支撑及圈梁配筋图立柱结构图挖土工况一平面布置图挖土工况二平面布置图挖土工况三平面布置图挖土工况四平面布置图挖土工况五平面布置图建议监测点平面布置图

第一部分基坑围护设计说明设计依据浙江有色建筑工程有限公司《杭州拱宸桥运河博物馆及地下商城项目岩土工程勘察报告》2002年4月；场地红线图和周围管线、建筑物布置图；本工程建筑总平面、地下室平面图、剖面图、桩位平面图；中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)；中国工程建设标准化协会标准《基坑土钉支护技术规程》CECS96:97；中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)；中华人民共和国行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)；浙江省标准《建筑软弱地基基础设计规范》(DBJ10-1-90)；混凝土结构设计规范（GB50010-2002）；混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）；建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）；钢结构设计规范（GBJ17-88）；软土地基深层搅拌加固法技术规程（YBJ225-91）；建筑基坑工程技术规范（YB9258-97）；浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1108-2000）；其它相关的规范及规程。工程概况浙江拱宸桥运河广场、运河博物馆及地下商城项目位于杭州市拱宸桥，东起金华路，南至舟山路，西临京杭大运河，北接拱墅区人民政府。工程总建筑面积51850m2，其中运河博物馆地上为二层，建筑面积7100m2，地下商城为二层，建筑面积4475m2，最大开挖深度10.3m。采用框架结构。工程地质概况(一)地形、地貌特征及环境条件场地位于拱宸桥丽水路东侧、金华路南侧、舟山路北侧，交通条件便利。场地原为浙江丝联厂宿舍区，现厂房及宿舍房已拆除、平整，地形较平坦，地面高差在50cm以内。(二)地基土层工程地质特征经勘察，埋深在45.5m深度范围内的地基土层，按其成因类型和物理力学性质可划分为十个工程地质层，其中(1)、(6)、(9)号层分为二个亚层，(3)层分为三个亚层，(2)层分为四个亚层，(6)-2号层又可分为二个次亚层，(4)、(5)、(7)、(8)号层本场地缺失。基岩由侏罗纪晶屑凝灰岩和白垩纪的泥质粉砂岩两种岩性构成，两者呈不整合产出。两种岩性均分为强风化段和中等风化段，由于岩体力学强度差异较大，故基岩顶面起伏较悬殊，现将各岩土层特征分述如下：(1)-1杂填土杂色，局部以灰黑色为主，松散状，压缩性高，不均匀，成分为碎石、砖瓦碎块、砂砾、块石、素砼、粘性土及少量生活垃圾，局部地段该层表现为素填土。全场分布，厚度0.4~3.5m。(1)-2粉质粘土黄灰、青灰色，软塑状，局部可塑状，中等压缩性，具铁锰质渲染，该层粉粒含量较高，局部具层状结构，局部缺失。一般厚度0.25~2.20m，层面分布高程2.70～4.27m。(2)-1粘质粉土灰黄、黄灰、灰色，稍～中密状，湿，中等压缩性，含云母碎屑及铁锰质结核，局部表现为砂质粉土夹粉砂，微层理发育。全场分布，一般厚度0.4~2.3m，层面分布高程1.29~3.56。(2)-2淤泥质粉质粘土灰色，流塑状，高压缩性，该层土质不均匀，局部地段表现为淤泥质粘土、软塑状粉质粘土，局部粉粒富集。局部缺失，一般厚度0.9~3.0m，层面分布高程0.89~2.20m。(2)-3粉质粘土灰色，流塑状，高压缩性，粉粒高，局部夹粉土薄层。土质不均，局部地段表现为淤泥质粉质粘土、淤泥质粉土。局部缺失，一般厚度0.9~3.3m，层面分布高程负2.11~0.91m。(2)-4粘质粉土灰色，稍密状，很湿，中等压缩性，夹少量粉细砂，局部缺失，一般厚度1.1~3.0m，层面分布高程负3.78~0.14m。(3)-1淤泥质粘土灰色，流塑状，高压缩性，含腐植物，局部表现为淤泥、淤泥质粉质粘土，场地东侧缺失，一般厚度1.6~5.7m，层面分布高程负1.95~3.25m。(3)-2淤泥质粉质粘土灰色，流塑状，高压缩性，含少量有机质，底部见贝壳碎片，该层中部局部地段表现为流塑状粉质粘土，底部局部表现为淤泥。全场分布，一般厚度8.2~21.85m，层面分布高程负5.18~负1.95m。(3)-3粉质粘土灰褐色，软塑状，高压缩性，含较多朽木碎屑，属过渡层。局部缺失，一般厚度0.4~3.5m，层面分布高程负24.68~负12.56m。(6)-1粉质粘土灰绿、灰黄、黄灰色，硬塑～硬可塑状，中等压缩性，含铁锰质结核，局部表现为粘土。Z25号孔该层局部粉粒较高而表现为粘质粉土，场地自西向东，该层厚度逐渐变薄，至场地东北角缺失，一般厚度1.6~9.5m，层面分布高程负26.71~负12.71m。(6)-2a粉质粘土绿灰色，软塑状，中等压缩性，含少量粉砂，土性接近粘质粉土，具不均匀性。该层仅分布于场地东南侧，一般厚度1.3~4.55m，层面分布高程负25.80~负24.31m。(6)-2b粘质粉土黄灰～绿灰色，中密状，局部密实状，湿，中等压缩性，含粉细砂颗粒，含量约15％。局部缺失，一般厚度0.5~5.1m，层面分布高程负29.70～负25.80m。(9)-1粘土灰黄、棕黄、棕灰色，硬塑状，中等压缩性，富含高岭土，属坡积土，局部夹块状全风化基岩，少数勘察孔揭示，一般厚度0.45~4.9m，层面分布高程负31.61~负25.13m。(9)-2粘土(全风化基岩)棕灰、棕红、灰白色，硬塑状，中等压缩性，仅少量钻孔揭示，揭示最大厚度3.60m。(10)-1a强风化泥质粉质砂岩紫色，棕红色，硬塑～坚硬状，饱和，岩芯呈短柱状，敲击声闷，具原岩结构、构造特征，手捏具砂感，岩石矿物蚀变明显。场地东南角缺失，大部分钻孔揭示最大厚度4.20m。(10)-1b强风化晶屑玻屑凝灰岩棕灰、灰白色，坚硬状，饱和，岩芯呈短柱状，手捏易成粉未状，砂感强烈，Z43、Z51、Z53号孔该层局部含少量中等风化岩块。仅分布于场地东南角Z43、Z49、Z51号孔附近，揭示最大厚度3.60m。(10)-2a中等风化泥质粉砂岩砖红色、紫色，坚硬状，饱和，泥质粉砂结构，块状构造，岩石裂面较新鲜，岩芯多呈短柱状、长柱状，裂隙面多呈闭合状，不甚发育，岩面较平缓。场地东南角缺失，揭示最大厚度3.40m。(10)-2b中等风化晶屑玻凝灰岩紫红色，坚硬状，饱和，凝灰质结构，块状构造，岩芯多呈碎块状，少数短柱状，裂隙发育，裂隙面多呈开放式，裂面与轴心夹角约30，岩石矿物少数已叶腊石化、绢云母化，岩芯敲击声音较脆，岩面起伏较大。仅分布于场地东南角，揭示最大厚度4.80m。以上各岩土层物理力学指标及桩基础设计参数指标见下表。综上所述，场地表部(1)-1、(1)-2、(2)-2、(2)-3号各土层物理力学性质均较差，单层厚度均较小且分布不均；(2)-1、(2)-4号土层物理力学性质相对较好，其中(2)-1号层分布均匀，但单层厚度较小，(2)-4分布极不均匀，仅局部分布；(3)-1、(3)-2、(3)-3号土层属“三高”土层，物理力学性质极差，极易压缩变形，场地(6)号土层中(6)-1、(6)-2b层物理力学性质较好，强度较高，但其分布不均匀，厚度变化较大，(6)-2a土层呈软塑状，其力学性质一般，场地(9)号、(10)号层呈硬～坚硬状，其物理力学性质好，但由于场地东南角(10)号岩层存在不整合面，使得(10)号岩层强度上具不均匀性，层面起伏也较大。(三)地下水埋藏条件及其水质对砼基础建筑材料的腐蚀性评价场地地下水水位埋藏较浅，稳定水位在自然地面下0.3~1.2m之间，对应高程在2.87~3.82m之间，地下水类型主要为上层滞水及少量分布在(2)号土层中的孔隙潜水，接受大气降水和地表水渗入补给。浅部(20m以内)的土层(1)-1、(2)-1、(2)-4号层为弱含水层，其它土层一般可视为相对隔水层。地下水水位随大气降雨量大小及场地西侧京杭大运河河流水位的变化而变化，但变化幅度不大。场地水质对砼基础建筑材料无腐蚀性。(四)地震效应分析本工程应属丙类建筑，建筑物抗震设防标准可按6度设防。场地自然场面下20m以内饱和粉土层为(2)-1及(2)-4号土层，按7度设防标准，(2)-1、(2)-4号粉土均属不液化土层。

(五)场地稳定性评价经勘察查明，场地内(除基岩不整合外)无不良地质现象存在，土层结构相对较简单，但局部变化较大，分布尚稳定。但基岩岩性不一，力学强度差异悬殊，层顶起伏较大，在场地东南角粉砂岩与凝灰岩呈不整合产出，凝灰岩产状为倾向340～350，倾角8～10。场地地势平坦，无高陡边坡，亦不存在可液化土层，故场地稳定性较好。(六)桩基础条件评价对整个场地而言，本场地不存在单一连续分布的基础持力层位，为此，根据场地土的工程地质条件，主要持力层的分布情况，将场地划分为三个工程地质区(详见勘察报告平面图)，桩基持力层的选择应根据各区而定。Ⅰ区可单独将(6)-1号层作桩基础持力层使用，Ⅱ区可将(6)-1、(6)-2b土层合并作桩基础持力层使用，Ⅲ区可将(6)-2b与(9)号土层合并作桩基础持力层使用，(6)-2b缺失部位直接以(9)号层作持力层。地基土物理力学指标设计参数表层序号地基土名称状态厚度天然含水量土的密度粘聚力内摩擦角侧阻力端阻力W0ρ0Cqsikqpkm%g/cm3kPakPakPa(1)-1杂填土松散0.40.~3.501010(1)-2粉质粘土软塑0.25~2.2032.51.8627.013.620(2)-1粘质粉土稍～中密0.40~2.3030.41.8824.922.224(2)-2淤泥质粉质粘土流塑0.90~3.0037.51.8315.19.412(2)-3粉质粘土流塑0.90~3.3036.91.8419.216.115(2)-4粘质粉土稍密1.10~3.0032.51.8621.323.114(3)-1淤泥质粘土流塑1.60~5.7048.51.7413.93.710(3)-2淤泥质粉质粘土流塑8.20~21.8542.61.7518.25.413(3)-3粉质粘土软塑0.40~3.5034.71.8427.311.315(6)-1粉质粘土硬塑1.60~9.5027.91.9416.416.8552600(6)-2a粉质粘土软塑1.30~4.5525.01.9229.514.220(6)-2b粉质粘土中密0.50~5.1023.51.9932.221.1502400(9)-1粘土硬塑4.9026.31.9274.817.9603400(9)-2粘土(全风化)硬塑最大控制厚度3.6024.61.9360.317.8553200(10)-1a强风化泥质粉砂岩硬最大控制厚度4.2022.12.0278.016.760周围环境基坑开挖范围大，深度深，且基坑东西两侧有地下管线、道路、老拱宸桥及建筑物需加以保护，南北两侧管线已进入红线，施工时拆除。基坑开挖时需采取支护、止水、降水措施。基坑围护方案结构布置及特点（一）工程特点综合本工程基坑形状、面积、开挖深度、地质条件及周围环境，该基坑工程具有如下特点：（1）基坑平面尺寸大，其空间效应较小。围护设计应充分考虑基坑的稳定性、变形、及各施工步骤、深浅基坑间的相互影响。（2）基坑开挖深度深，围护设计应确保该范围基坑的整体稳定，并严格控制变形，确保周边环境的安全。（3）土质条件较复杂。坑底及以下位于第③-2层淤泥质粉质粘土层，其厚度大、压缩性高、强度低，不利于控制基坑稳定及变形，增加了保护工程桩的难度。（二）基坑围护方案结构布置开挖深度：0.000相当于4.500，自然地坪标高-0.300（绝对标高4.200），基坑挖深考虑至承台垫层底（工程桩深入承台100，垫层厚300），工程桩顶标高-8.400部分，挖深8.5m，工程桩顶-10.200部分，挖深10.3m，工程桩顶标高-6.600部分，挖深6.7m，工程桩顶标高-4.480部分，挖深4.6m，坑内局部工程桩顶标高-7.180、-8.180、-10.600部分，挖深至7.3、8.3、10.7m，具体布置见设计图。基坑安全等级为一级，地面超载按20kN/m2考虑。主体基坑上部3.7米（采用复合土钉墙围护，土钉施作至4.7米深），基坑内深浅坑高差较大的交接处也采用复合土钉墙作围护。下部采用钻孔灌注桩加一道钢筋砼环形支撑（设计采用较大截面）的围护方案，并设计由该围护结构承受全部水土压力。局部浅坑（挖深4.6m、6.7m）采用复合土钉墙围护结构形式。坑内电梯井、集水井等局部深坑收到详细剖面图后再设计处理方案，深浅坑交接处的处理除图中表明外，其余均为放坡开挖。考虑到基坑坑底土质较差，沿内侧一周间隔5～8m采用约5.23.7搅拌桩暗墩加固，在开挖10.3m处，搅拌桩长为6m，其余均为4m，并避开工程桩布置。为了有效控制支撑框架的整体漂移，深区(开挖深度为10.3)增加一排自钻式锚杆(视施工监测结果再决定是否施作)，长9m，位于支撑底面与坑底正中。搅拌桩采用双头，主要部位1200宽，约14m长，局部浅坑700宽，10m长，并封闭全部基坑兼作隔水帏幕。因场地地下水埋藏浅，为方便基础施工和安全，并防止基坑开挖过程中可能发生流砂、管涌等现象，基坑施工时考虑采用三圈轻型井点降水，并由深层搅拌桩作隔水帷幕，封闭整个基坑。开挖时要求坑内作好排水措施。（三）方案特点1、技术上，带撑桩墙式围护结构的应用已比较成熟，对本工程而言，由于基坑面积大，深度深，一般采用二道支撑加钻孔灌注桩的围护结构形式，但支撑系统布置复杂、规模庞大、造价高、工期长。采用复合土钉支护技术，稳定4米左右浅层的土体，该技术经多年推广后，在软土地区7m以内的浅基坑围护技术上已较成熟，并有较大的安全性和经济性。经多方案比较，最终确定采用复合土钉支护技术，稳定浅层约4米左右的土体，而对下部土体的支挡，则采用钻孔灌注桩加一道环形钢筋砼支撑的形式，并设计考虑抵挡全部水土压力（上部复合土钉支护高度作为下部围护结构的超载考虑），该种支护技术具有较大的刚度和整体性，适于8～11米左右深基坑。本基坑围护方案采用以上二种支护形式组合的方式，并结合被动区土体加固、基坑分块施工等措施。可充分发挥各自技术安全与经济的优势，且同济大学经采用一系列技术措施，经慎密设计后，已成功将这种围护结构形式应用于上海华敏广场10米深基坑围护工程中。2、基坑稳定性及变形①方案考虑钻孔灌注桩与一道钢筋砼支撑（设计采用较大截面）支挡全部水土压力设计，经分析计算，可满足一类基坑的稳定、变形要求，及周边环境保护的要求；此外，本基坑一半较深、一半较浅（深区挖深10m多，其余8米以内），上部土钉锚管设计较长，可分散减小作用于钻孔桩上压力。②拆撑时，由于本方案底板，楼板均可设有传力带，抵住钻孔桩，将引起较小的变形，这方面较二道支撑方案有利。3、经济性方面，采用本方案，上部3.7米采用造价较低的复合土钉支护，并可节约一道支撑，仅节约一道支撑的费用即有300余万元。4、施工方面①上部3.7米采用复合土钉支护，没有第一道钢筋砼支撑及钻孔灌注桩（二道支撑+钻孔桩方案）的施工、养护及拆除时间，搅拌桩主要作隔水帷幕，基坑在局部施工完钻孔桩和搅拌桩10-14天后（其中包括7天的轻型井点降水），即可在该部位开始施工第一层土钉，其余可分段、分层、分区域流水作业，因而可大为减少施工工期。②采用环形支撑，基坑中央有136米范围的大空间，将大大方便大机械挖土作业，由于本基坑面积特大，深度较深，其挖土作业量非常大，但80%土体是在无障碍情况下挖除，这方面对施工及工期是比较有利的。支撑系统设计综合考虑整体性、工期、工程造价、施工特点、技术先进性等因素，确定采用钢筋混凝土内支撑。内支撑布置方面，综合本工程基坑的具体平面形状，采用双圆环形支撑加角撑的形式，以充分发挥钢筋砼结构的材料性能。支撑底标高设在-5.000，位于楼板面（-5.400）上方400mm。支撑底面与楼板、基础底板面之间留有足够的施工净空。利用钻孔灌注桩压顶梁作为支撑圈梁，以降低工程造价。利用格构柱作为支撑立柱，以保证结构底板主筋的连续性。基坑工程施工要求基坑围护结构施工前应查明浅层障碍物分布、种类及深度，场地内外管线网分布，并进行修整、清障工作，以保证围护桩成桩质量。钻孔灌注桩及水泥搅拌桩施工应合理安排打桩次序、严格控制打桩进度，确保成桩质量。且应先施工水泥搅拌桩，再施工钻孔灌注桩，灌注桩间隔跳打，防止塌孔。土方开挖顺序：（1）第一阶段浅层复合土钉围护范围：按图纸的分块要求进行施工，每一块的施工顺序如下：沿基坑边按20m分段、6米宽分槽开挖至第一层土钉标高施工土钉及喷层上层土钉施工完成大于24小时后，开挖下一层土方每开挖一层即施工相应范围的土钉墙分段、分层、分槽流水循环施工直至圈梁底标高（-5.000，无钻孔桩部分至坑底）。（2）第二阶段深层钻孔桩围护范围：施工压顶圈梁及钢筋混凝土支撑。压顶圈梁及支撑施工结束并达到80%设计强度后，按图纸要求每层最大3米分层挖土。基底标高以上20cm及地梁、承台等局部深处采用人工修土；底板与围护桩间的混凝土，采用与底板同等级的素混凝土（底板与围护桩间用单层油毛毡隔离）。作为围护桩与基础底板之间的传力带。施工相应范围基础底板、楼板及传力带。基础底板、楼板及传力带混凝土达到80％强度后，可拆除支撑。基坑开挖及地下室施工要求基坑实际开挖应结合地下室结构施工图，以结构施工图为准。基坑围护施工时，必须要有健全的自检制度，详细做好施工记录。基坑开挖前应先进行施工组织设计，合理安排施工顺序，对称均匀出土，使土压力相对平衡，有利于控制支撑框架的整体漂移。基坑开挖应注意放坡坡度，不损伤工程桩，并遵循分层、分段开挖、先撑后挖的原则，严禁超挖及碰撞支撑、立柱与围护桩等。基坑开挖时可根据现场实际情况，对本基坑开挖工况作局部调整。并应及时通知设计方。施工现场应配备一定数量的堵漏、抢险设备和材料，具体数量与施工单位协商后确定。开挖至坑底后须在24小时内完成垫层浇筑（分块），并及时进行地下室底板和结构施工。基坑地面超载按20kN/m2计，支撑、围檩上严禁堆载。挖土机不得直接压在支撑上，须在支撑两侧填土，并高出支撑顶面，铺上路基箱后，才可通行机械车辆。机械车辆（包括混凝土泵车）应在基坑周边的指定路线、位置处行驶、停靠。基坑开挖及地下室施工期间，每天二十四小时应有专人观察，如发现渗漏水现象，应及时采取措施堵塞。基坑降水措施基坑内外明沟排除地面水；坑内除降水外，辅助采用明沟、集水井方式排水。应急抢险措施为确保基坑周边环境的安全和正常使用，确保本工程的顺利进行，设计对可能出现的险情拟订如下对策措施：开挖过程中出现渗漏现象时，积极采取有效措施堵漏。开挖过程中围护体变形过大或变形发展速率过快时，应立即停止相应范围的土方开挖，调整挖土方案，必要时采取回填措施或设置应急支撑以控制围护体的变形发展。围护体变形过大时，可在围护桩上增设自钻式预应力锚杆控制变形，保证稳定。复合土钉支护范围，如变形过快，可采取加长土钉、调整土钉间距、标高，并采用自钻式预应力锚杆加固。施工现场应具备一定的抢险应急设备及材料，如型钢、草包、钢管、水泥、水玻璃等。现场监测内容及要求为确保基坑施工的安全和开挖的顺利进行，应进行施工全过程监测。施工监测包括环境监测和围护结构监测，并及时预报施工中出现的问题及下一阶段施工的安全性，以指导施工。施工监测可及时获取基坑开挖过程中围护结构及周围土体的受力与变形情况，掌握基坑开挖对周围环境的影响，以有效地指导施工，及时调整施工措施，确保基坑的绝对安全。建议开展较全面的施工监测及基坑围护安全性预报与位移动态反分析研究，实行动态信息反馈与预测，做到在科学理论的指导下的信息化施工，以指导本工程的设计与施工，并进一步提高其安全性，为今后类似工程提供技术储备。基坑施工期间监测项目为：地表土体、周围道路管线及建筑物位移、土体深层位移、围护桩测斜，支撑、圈梁、立柱水平、垂直位移，支撑、圈梁内力、坑内外地下水位等。观测要求为：基坑施工前，须测得初读数；基坑开挖期间，须做到一日一测；遇有异常时应加密监测；监测报表须及时反馈甲方、设计方及其它有关单位；按以下界限作为警戒值：连续三天水平、垂直位移变化速率大于3mm/天，或累计位移量大于50mm；坑外地下水位下降达500mm；管线报警值10mm；相邻围护桩与立柱沉降（或抬升）差大于50mm；环形支撑轴力报警值16000kN。监测单位根据以上要求编制监测方案，应经设计单位确认后实施。

第二部分基坑围护计算说明计算内容复合土钉墙计算；围护桩在不同工况下的内力及变形计算；坑底土体抗隆起稳定验算；围护体系抗倾覆稳定验算；抗管涌验算；坑内支撑系统、竖向立柱内力、变形及稳定计算；围护桩、圈梁、支撑配筋计算。计算参数取值说明基坑计算开挖深度分别为：4.60m、6.70m、8.50m、10.30m地面超载取20kN/m2各土层物理、力学指标根据地基土物理力学指标设计参数表采用。土压力计算。采用朗肯土压力理论进行计算，水土合算，并根据地质剖面的土层分布情况，分别按相应的抗剪指标计算土压力。计算方法说明及计算结果用规范推荐的方法对复合土钉墙进行了设计计算。根据浙江省基坑规范推荐的方法对围护桩的内力、变形、基坑的抗管涌、抗隆起进行分析，并用有限元方法对支撑系统的内力及变形进行分析计算。具体计算方法及相应计算结果如下。1、复合土钉墙计算（1）土钉的抗拉1-1、2-2、8-8剖面：第一道土钉54.1kN，抗拔抗力安全系数1.7第二、第三道土钉43.3kN，抗拔抗力安全系数2.2第四道土钉29.2kN，抗拔抗力安全系数2.4,满足规范要求。4-4剖面：第一、第二、第三道土钉45.0kN，抗拔抗力安全系数2.1第四道土钉27.1kN，相应的抗拔抗力安全系数3.4，满足规范要求。5-5剖面：第一道土钉63.0kN，抗拔抗力安全系数1.5第二、第三、第四、第五道土钉66.0kN，相应的抗拔抗力安全系数1.4第六道土钉36.7kN，相应的抗拔抗力安全系数2.5，满足规范要求。6-6剖面：第一道土钉55.4kN，抗拔抗力安全系数1.7第二、第三道土钉58.0kN，抗拔抗力安全系数1.6第四道土钉32.2kN，相应的抗拔抗力安全系数2.9，满足规范要求。（2）土钉的抗拔经验算各剖面土钉抗拔都满足。（3）内部整体稳定验算整体稳定性最不利工况为挖土圈梁底（无钻孔灌注桩部分为坑底），经验算，各剖面整体稳定安全系数分别为：1-1、2-2、8-8剖面：2.54-4剖面：2.45-5剖面：4.06-6剖面：2.8均大于1.3，满足要求。（4）外部整体稳定验算整体稳定发生的最不利工况同上，经验算，各剖面整体稳定安全系数分别为：1-1、2-2、8-8剖面：抗滑移3.5、抗倾覆11.14-4剖面：抗滑移3.6、抗倾覆12.05-5剖面：抗滑移2.3、抗倾覆6.26-6剖面：抗滑移2.1、抗倾覆9.3均大于1.3，满足要求。2、考虑分工况施工的竖向弹性地基梁法按朗肯土压力理论计算作用于围护墙上的土压力，支撑简化为可变形的弹簧，被动区设置分布土弹簧模拟被动区土体抗力，其弹性抗力按“m”法计算。地面超载考虑20kN/m2，考虑钻孔灌注桩与一道钢筋砼支撑（设计采用较大截面）支挡全部水土压力设计（上部复合土钉支护3.7m高度作为下部围护结构的超载考虑）。程序模拟实际开挖及支撑施工工况，计算结果见附图。3、基坑抗管涌计算水泥搅拌桩设计进入不透水层，其抗管涌安全系数已超过规范要求。4、基坑底抗隆起验算经验算KL对各种剖面分别为：1-1剖面：3.92-2剖面：3.93-3剖面：11.98-8剖面：4.4均大于1.6，满足规范要求。5、围护桩抗倾覆稳定验算1-1剖面：1.9（水土合算）2-2剖面：1.3（水土合算）3-3剖面：2.3（水土合算）8-8剖面：3.0（水土合算）内环梁外环梁支撑圈梁Mmax(kN•m)65814607381563Mmin(kN•m)00034Nmax(kN)110039996481716130Nmin(kN)9881501868875均大于1.15，满足规范要求。6、用有限元法对支撑系统按平面框架进行计算，按照计算得到的内力及变形结果对支撑、圈梁各构件的截面及配筋进行计算与设计，详见基坑围护设计图。7、考虑温度应力，主环截面10℃的温差引起混凝土的应力变化为6500kN/m2。在截面选择和配筋时，这部分应力已经考虑到了。8、计算结果附图

最大变形：0.0073(m)最大正弯矩：0.0(kN·m)最大负弯矩：-105.2(kN·m)位置：0.0(m)位置：0.0(m)位置：5.9(m)1-1剖面挖土至支撑底标高（弹性地基梁法）最大变形：0.0146(m)最大正弯矩：409.3(kN·m)最大负弯矩：-48.5(kN·m)位置：3.8(m)位置：3.8(m)位置：10.7(m)1-1剖面挖土至坑底标高（弹性地基梁法）最大变形：0.0184(m)最大正弯矩：38.1(kN·m)最大负弯矩：-122.9(kN·m)位置：0.0(m)位置：3.2(m)位置：3.2(m)1-1剖面换撑（弹性地基梁法）

最大变形：0.0072(m)最大正弯矩：0.0(kN·m)最大负弯矩：-107.6(kN·m)位置：0.0(m)位置：0.0(m)位置：5.9(m)2-2剖面挖土至支撑底标高（弹性地基梁法）最大变形：0.0221(m)最大正弯矩：673.3(kN·m)最大负弯矩：-192.7(kN·m)位置：5.7(m)位置：4.75(m)位置：12.58(m)2-2剖面挖土至坑底标高（弹性地基梁法）最大变形：0.0221(m)最大正弯矩：705.4(kN·m)最大负弯矩：-191.9(kN·m)位置：5.7(m)位置：5.7(m)位置：12.58(m)2-2剖面换撑（弹性地基梁法）最大变形：0.0(m)最大正弯矩：0.0(kN·m)最大负弯矩：0.0(kN·m)位置：0.0(m)位置：0.0(m)位置：0.0(m)3-3剖面挖土至支撑底标高（弹性地基梁法）最大变形：0.0048(m)最大正弯矩：184.2(kN·m)最大负弯矩：-0.00(kN·m)位置：5.9(m)位置：3.8(m)位置：0.0(m)3-3剖面挖土至坑底标高（弹性地基梁法）最大变形：0.0042(m)最大正弯矩：47.2(kN·m)最大负弯矩：-24.5(kN·m)位置：4.5(m)位置：6.58(m)位置：3.2(m)3-3剖面换撑（弹性地基梁法）支撑结构有限元法计算简图支撑结构有限元法计算位移矢量图(放大300倍)--最大位移：0.0417(m)支撑结构有限元法计算轴力图--最大轴力：16130kN（位于圈梁）支撑结构有限元法计算弯矩图--最大弯矩：2019kN·m

四、基坑围护结构施工动态有限元计算采用同济大学地下建筑与工程系研制的同济曙光岩土及地下工程设计与施工分析软件进行有限元分析。该软件是一套岩土及地下工程领域的通用有限元分析与设计平台，适用于岩土及地下工程的各个领域，如水电站大型地下厂房、新奥法、盾构法和顶管法隧道、基坑工程、边坡、公路工程等。主要功能包括岩土及地下工程的有限元施工动态模拟分析系统，可考虑施工过程的全量和增量反演分析系统，以及盾构、公路隧道等设计计算及配筋模块。该软件目前已有40多家用户，有关科研成果先后获1994年原教育部科技进步三等奖，1997年上海市土木工程学会及1998、1999年中国土木工程学会优秀论文奖，1998年度建设部科技进步二等奖，1999年上海市科技进步三等奖，2000年上海市市政局科技进步一等奖2项。该软件已于2002年7月26日通过上海市科学技术委员会组织的鉴定，达到国际先进水平，部分功能达到了国际领先水平，获2002年度教育部科技进步二等奖。1有限元计算原理1）初始地应力的计算采用有限元方法计算初始地应力{0}时，据以建立求解过程的基本方程为[K0]{}={Fb}0+{Fs}0+{Fc}0{0}e=[D][B]{}e式中[K0]为地层材料的初始总体刚度矩阵；{}为总体坐标系下的结点位移向量；{Fb}0、{Fs}0、{Fc}0分别为由初始体积力{b}、面力{P}和集中力{Q}引起的等效结点力，其计算表达式分别为式中[N]为形函数矩阵；t为单元厚度，对平面应变问题t=1。对软土地层，初始地应力常与由有限元计算法得出的结果不符。对这类地层，常需根据经验给出水平侧压力系数K0，据以计算初始地应力。计算式为式中z0，x0分别为竖直向和水平向初始地应力，i为计算点以上第i层土的容重，Hi为相应的厚度，Pw为计算点的孔隙水压力。图1开挖边界结点无经验可循时，水平侧压力系数可由下式估计确定式中’为有效内摩擦角，OCR为超固结系数。2）开挖释放力的计算施工的开挖效应一般通过在内部边界上设置释放荷载，并将其转化为等效结点力模拟。释放荷载可由已知初始地应力或前一步开挖相应的应力场确定。一般先求得预计开挖边界上各结点的应力，并假定各结点间应力呈线性分布，然后反转开挖边界上各结点应力的方向(改变其符号)，据以求得释放荷载，见图1。对线性分布荷载，等效结点力的计算式为式中a1=xi-1-xi；a2=xi-xi+1；b1=zi-zi-1；b2=zi+1-zi；xi-1、xi、xi+1；分别为开挖边界结点i-1、i和i+1的x坐标；zi-1、zi、zi+1；分别为开挖边界结点i-1、i和i+1的z坐标。3）施工阶段的有限元模拟对于各个施工阶段，采用有限元方法按二维问题进行模拟计算时，可依据经验或由现场量测得到的位移分别选定不同的应力释放系数，据以反映不同施工阶段的变化。各施工阶段的状态变化可由下式表示：式中L为施工阶段数；[K0]为土体和结构(如施工前存在)的初始刚度矩阵；[K]j为施工过程中土体和结构刚度的增量或减量，用以体