地铁车站设计之围护结构设计

二、围护结构设计

1．荷载计算(1)土压力与围护墙变位的关系静止土压力(a)静止土压力第三节地铁车站结构设计地铁车站围护结构的类型（型式）将在后面的“车站施工”中讲述，此处重点介绍围护结构计算。二、围护结构设计(b)开挖后的静止压力(c)墙变位二、围护结构设计墙背侧土压力向主动土压力发展，基坑侧的土压力向被动土压力发展。(d)变形后土压力(2)粘性土地层产生的侧压力在围护计算时宜采取水、土压力合算,一般多用朗金土压力公式。被动土压力：二、围护结构设计主动土压力：式中——各层土的天然重度；

——各层土的厚度；——各层土的粘聚力和内摩擦角。二、围护结构设计(3)砂性土地层产生的侧压力在围护计算时宜将水、土压力分开计算，土压力采用郎金土压力，水压力则采用全水压力。土压力：式中——地下水位以上的层土用天然重度，地下水位以下的土层用浮重度；二、围护结构设计

水压力：基坑施工时，基坑内降水形成围护结构内外水头差，地下水会从坑外流向坑内，若为稳态渗流，那么水压力的计算可近似采用直线比例法，即假定渗流中水头损失是沿围护结构渗流轮廓线均匀分配的，其计算公式为：式中：Hi为围护结构流线上某点i的渗流总水头；L为经折算后的围护结构的渗流总长度；Si为自i点沿围护结构轮廓线至下游端点的折算长度；h0——上下游总水头差。二、围护结构设计渗透情况下的水压力:L=H+d-j+d-i=H+2d-i-jSi=2(d-i)h0=H+d-jdjHiγw(d-i)ufufγw(H+d-j)式中——水的重度。二、围护结构设计(4)地面超载引起的侧压力①均布的地面超载产生的侧压力qσh

(a)二、围护结构设计②集中荷载产生的侧压力(b)

x=mHVZ=nH

Hσh

m＞0.4时m≤

0.4时式中V——地面集中荷载。

二、围护结构设计③线荷载作用下产生的侧压力(c)

x=mHqZ=nH

Hσh

m＞0.4时m≤

0.4时式中q——线荷载。

二、围护结构设计(5)地面不规则时的侧压力

围护墙上的主动土压力：

式中——地表斜坡面与水平面的夹角。

二、围护结构设计2．地层反力系数的确定单道及多道支撑的围护结构，其内力计算一般采用竖向弹性地基梁方法。基坑开挖面以下土层的水平抗力(基坑侧)σx等于该点的地层反力系数Kx与该点的水平位移x的乘积，即：(1)常数法:假定地层反力系数沿深度方向均匀分布。二、围护结构设计(2)“m”法：假定土的地层反力随深度成正比的增加。(3)“K”法：假定围护结构在土中弹性曲线的第一个横向位移零点以下的地层反力系数为一常数，而地面至第一横向位移零点之间的地层反力系数随深度按直线增大。(b)(c)(a)二、围护结构设计3．围护结构的稳定分析——入土深度的确定为了节省工程造价，在保证是安全要求的前提下，应尽量减短入土深度。归纳起来主要是基坑的整体失稳、隆起失稳、管涌失稳、底鼓失稳等几方面的问题。(a)支撑强度，刚度不够二、围护结构设计(b)整体滑动失稳滑动面(c)踢脚引起隆起失稳二、围护结构设计管涌(d)

砂地层管涌失稳定承压水不透水层(e)

底鼓失稳二、围护结构设计(1)根据抗基坑整体滑动失稳的稳定条件确定入土深度在整体失稳时，坑底被动侧达到被动土压力(假定滑裂面通过墙底)。安全系数：在求Pa时，不计上部土压力。单撑或最下一道撑DPaPpLpLa二、围护结构设计(2)根据基坑抗隆起的稳定条件确定入土深度基坑开挖后，会不会产生隆起失稳，取决于地质条件、入土深度以及基坑尺寸和形状等。①计及墙体极限弯矩的抗隆起方法开挖面以下的墙体能起到帮助基底抵抗基底土体隆起的作用，并假定沿墙体底面滑动，认为墙体地面以下的滑动面为一圆弧。二、围护结构设计ZdzO′DAZBCdτ′″zτ″zτ′zαqf=γH+qdαMbE地面荷载q基坑底面H产生滑动的力为土体重量及地面超载q。抵抗滑动力则为滑动面上的土体抗剪强度，对于非理想粘性土来说，其内摩擦角φ≠0，因此在计算滑动面上的抗剪强度时应采用的公式，不能只单纯考虑(c为粘聚力)。二、围护结构设计将滑动暗力与抗储滑动力夺分别对遭圆心O得取力矩滑动力王矩：二、围护逃结构设计抗滑动力辜矩：式中D——入土拒深度；H——基坑叨开挖深孕度；——分别嗽为土体重讯度，粘聚拼力和内摩纽奉擦角；——基坑旅底面处墙际体的极限动抵抗力矩墓，可采用答该处的墙细体设计力刊矩；二、围护向结构设计抗隆起裁安全系坐数公式拿为Ks≥(1.扇7~2.阵5)。二、围芦护结构脾设计②同时烘考虑基板底承载弱力的抗嗽隆起法qA′BB′DDγ2Dγ1(H+D)+qHτ基坑底要求Ks≥(1田.7~值2.5似)。式中D——入克土深度僵；H——基坑奇开挖深勒度；γ1——坑彩外地表灯至围护蹈墙底，舟各土层除天然重进度的加淡权平均委值；γ2——坑内干底以下至谈围护墙底慢，各土层佳天然重度龙的加权平墙均值；c——坑丝式内底土隙体的内绘聚力；q——地面竟超载；Nq、Nc——地基待承载力的乡丰系数。二、围替护结构克设计用Pra鄙ndtl趣公式，Nq、Nc分别为捷：二、围护根结构设计用Ter无zagh舒i公式为瘦：Nq、Nc分别为：二、围悟护结构谎设计二、围慕护结构惹设计③模拟烤试验研穗究经验技公式同济大学蜓通过模拟执试验建立女了基底向于上位移δ与荷载q以及地层秤的要、剥、γ和地下墙肯的入土深画度D与开挖殊深度H的关系式害：式中D——入背土深度变(m)颈；——基底俭(允许)床向上位移子量(cm焦)；可采舰用下表中的讽数值。——等代杜高度(m寄)，其P为超载(涝kN/m2)；二、围昌护结构陡设计H——开岛挖深度盟(m)撤；二、围手护结构社设计(3)根触据抗管涌忠的稳定条充件确定入袭土深度当符合童下列条习件时，呜基坑稳丛定，不怖会发生进管涌现港象：Ksi<ic，Ks=1.5垄~2.0式中i——动水铃坡度，可叨近似按下外式求得：——墙号体内外屠面的水垦头差(胳m)；L——产生业水头损失妖的最短流肠线长度(驳m)，。ic——极限鸣动力坡度替，可用下吓式计算二、围护留结构设计其中氏——建土颗粒匪密度；e——土的裳孔隙比。(4)涂抗底鼓骗稳定分题析有压水滞水层底鼓不透水层二、围打护结构赠设计先考虑上刃覆土层重抬量与滞水规层水压的榆平衡，此忘时的安全往系数取1预.05。阀当不满足惕此条件时幸，可考虑盆上覆土层爹重量及其旗与支护壁厌的摩擦力望与滞水层门水压的平所衡，土与备围护壁间堡的摩擦系谅数根据具逐体的工程差条件由条核件确定，链土作用于菠围护壁上俯的正压力猛可采用主介动土压力掌，这是偏片于安全的毛，安全系犯数可取(砍1.1~希1.2)他。防止基坑瞎的失稳的聚措施①用隔盆水挡土搂墙隔断横滞水层牙；②简用深井恩点降低罗承压水句头；都③做有内压顶的衰抗拔桩歇。二、围件护结构异设计4．围觉护结构陶的计算月方法(1)计离算工况的酱选择工况一：第一次开挖至第一道撑底一道撑工况二：第二次开挖至第二道撑底二、围材护结构大设计一道撑二道撑工况三：开挖至基底一道撑工况四：底板浇筑完毕，拆除第二道撑底工况五：楼板浇筑完毕拆除第一道撑底二、围护遇结构设计(b)开挖后的静止压力(c)墙变位二、围制护结构苍设计(2)任计算方许法围护结衣构的计适算方法移归纳起碌来有以尝下四个译大类：①古典蹲方法：如假想梁的法，1/委2分割法似。太沙基茎法等。它而的特点是土压吩力已知恳，不考前虑墙体侦变位和巾支撑变悬形；②支撑轴陕力、墙体跟弯矩、变稿位不随开映挖过程而构变化的方舟法：如山肩邦晌男法等。田它的特点是土压力枪已知，考岁虑墙体变狐位，不考逆虑支撑变哄形；二、围驴护结构导设计③支撑轴筋力、墙体锅弯矩、变瓣位随开挖认过程而变殃化的方法椅：如弹性法察、弹塑性赖法、塑性摩法、叠加辟法等。它归的特点是土压利力已知势，考虑坐墙体变仆位，考纸虑支撑非变形；④共同变禁形理论：如森重马窄法等。它栏的特点是土压加力随墙贷体变位钱而变化钟，考虑逮墙体变膊位，考爸虑支撑课变形。以下介绍校四种计算台理论中的州部分具体口计算方法问。二、围护肯结构设计假想铰位置假想铰A.假柿想梁法肉(又称乡丰等值梁汉法)假定：挡墙志在基底客以下有汽一假想假铰，假平想铰把牙挡墙划遵分为二炼段假想滩梁，上勿部简支科梁(例墨单支撑缘瑞结构)机，下部吓为一次爽超静定劣结构，查这样就谦可以求帮得挡墙裳的内力勒。二、围护锋结构设计有下面役三种方蛇法：a．假赖定为被棍动土压笔力的合换力点；b．假定扫主、被动侍土压力相陷等那点；c．采快用日本尘“国铁荐”的建复议值。假想铰独位置可杯根据N值的不同餐参考表。二、围债护结构垫设计B.1船/2分割银法假定：每道懒支撑承予受跨中占那部分磨的水、柜土压力仗。则每弃道支撑基的轴力拍就等于注所分担唉的水、舟土压力名图面积红。支撑弄轴力已径知后，注不难求岔得墙体稍的弯矩士。l1l2/2l2/2l3/2l3/2二撑一撑水、土压力图二、围听护结构模设计C.太沙改基法太沙基假妨定挡墙受件力后，在哨每道横撑明(第一道冷横撑除外弊)支点以惭及基底处斜形成塑性孕铰。由此奖挡墙成为划静定的连惧续梁。水、土压力一撑二撑二、围农护结构盘设计D.山捎肩邦男裁法山肩邦潜男法有佣如下几泄条假定：a.在单粘土地商层中，头挡土结妈构为无演限长弹忍性体；b.挡土蛾结构背侧所土压力在哈开挖面以死上取为三圾角形，在开陈挖面以下行取为矩形奇(已抵消曾开挖面一侧的三倦角形土压未力)；c.开已挖面以扰下土的剖横向抵欲抗反力虑可分为成两个区域即高育度为l产达到被庆动土压顾力的塑鸣性区和制反力与挡土貌结构变形绩形成直线允关系的弹鸣性区；二、围励护结构喜设计d.横撑巷设置后即侮作为不动拢支点；e.下剃道支撑心设置后炼，认为胶上道支颤撑的轴绍力保持采不变且醉下道横茅撑点以跑上的挡替土结构挑仍保持颤原来的边位置。山肩邦翁男提出展了如下只的近似解旺法：a.在粘任土地层中撑，挡土结析构作为底全端自由的废有限长弹灭性体；b.同喜精确解达；c.开挖庄面以下土敢的横向抵疲抗反力取瞒为被动土假压力，其应中(ξx+ζ)为被竿动土压愚力减去男静止土掏压力(ηx)后的数峰值；二、围百护结构畅设计d、e同最精确解；f.开挖呆面以下挡柄土结构M=0的刃那点假证想为一吃个铰，显而且忽脑略此铰慨以下的查挡土结失构对此湾铰以上垦挡土结纳构的剪过力传递创。近似解法流只需应用市两个静力浇平衡方程准式：由德