地铁站深基坑开挖支护设计

...wd......wd......wd...西安地铁枣园站基坑开挖支护设计摘要基坑工程是指在地表以下开挖的一个地下空间及其配套的支护体系。而基坑支护就是为保证基坑开挖，根基施工的顺利进展及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁以及周边环境采用的支挡，加固与保护措施。基坑支护体系是临时构造，安全储藏较小，具有较大风险，基坑工程具有很强的区域性。不同水文，工程地质环境条件下基坑工程的差异很大。基坑工程环境效应复杂，基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全稳定，而且要有效的控制基坑周边地层移动以及保护周围环境。本文先介绍了枣园站的工程概况，包括水文地质和周围环境，然后通过结合对现有基坑开挖支护工法和车站实际情况的对比选择出了适合本站的开挖支护方案。下来通过土压力的计算、构造内力的计算，配筋、验算、支撑设计、变形估算等对基坑的开挖支护作了理论上的数据分析，最后通过施工组织说明了各个工序施工的工法和应注意的问题。关键词：支护方案，地下连续墙，支撑，施工组织设计AbstractFoundationPitistheexcavationofanundergroundspacebelowthesurfaceandacoordinatedsupportsystem.BracingoffoundationpitistoensurethatexcavationandfoundationconstructionforthesmoothandsafeenvironmentFoundationPitandusedthepitretainingwallreinforcementandprotection.BracingofFoundationPitstructureisthestructuralsafetyoftemporaryreservesaresmaller,morerisk.Foundationpitstructurehasastrongregional.Excavationworksunderdifferenthydrologicalenvironmentalandgeologicalconditionsarevastly.Effectscomplexexcavation,excavationpitisnotonlynecessarytoensuretheirownsafety，butalsotoeffectivelycontrolthepitsurroundingstrata.First，thepaperintroducesthegeneralengineeringsituationofZaoyuanStation，Includinghydrologicalgeologyandtheenvironment，Then，basedontheexistingfoundationpitexcavationmethodandstationactualsituationselectthesuitableforthestationoftheexcavationandsupportscheme。Andthen，throughthesoilpressurecalculation,structurecalculation,reinforcement,checking,supportdesign,deformationestimation，thenmadeatheoreticalanalysisofthedatafortheexcavationoffoundationpitsupporting。Finally，throughtheconstructionorganizationdescribestheconstructionprocessofthemethodandtheproblemwhichshouldbenoted.KEYWORDS:Supportingscheme,theUndergroundcontinuouswall,Support,Constructionorganizationdesign目录第一章工程概况11.1工程简介11.2工程地质与水文地质条件11.2.1车站工程地质层分布与特征描述11.2.2水文地质条件21.2.3特殊地质条件3第二章支护方案的选择与对比42.1基坑支护的类型及其特点和适用范围42.1.1深层搅拌水泥土围护墙42.1.2土钉墙42.1.3排桩支护52.1.4槽钢钢板桩52.1.5钻孔灌注桩52.1.6钢板桩62.1.7SMW工法62.1.8地下连续墙62.2方案的对比及确定72.2.1基坑的特点72.2.2支护方案的选择8第三章土压力计算103.1地面荷载确实定103.2按分层土计算土压力103.3土层力学参数平均值13第四章构造内力计算154.1计算理论确实定154.2构造内力计算及配筋154.2.1土压力计算154.2.2用等值梁法计算弯矩184.3地下连续墙的配筋计算254.3.1纵筋配置254.3.2水平筋配置28第五章基坑稳定性分析295.1基坑的整体稳定性验算295.2基坑的抗隆起稳定验算295.3基坑的抗渗流稳定性验算31第六章支撑设计326.1方案对比326.2围檩设计326.3支撑设计34第七章基坑变形估算及控制367.1概述367.2基坑的变形估算367.2.1水平位移估算367.2.2基坑隆起估算367.2.3地表沉降估算37第八章施工组织设计388.1施工场地的布置388.2地下连续墙的施工388.2.1导墙施工388.2.2槽段开挖408.2.3地下墙接头形式438.2.4钢筋笼整幅吊装措施448.2.5泥浆系统448.3工程质量的保证488.4文明施工措施488.5环境保护措施49结论50致谢51参考文献52附录54前言基坑工程是我国当前地基根基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场全面、深入地研究与工程实践，但随着我国建设事业的开展，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开展，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说明，许多工程的最不安全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、荷载等因素认识缺乏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，必须具有构造力学、土力学、地基根基、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历，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构造方案和实施方法。它与场地工程勘察、支护构造设计、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、成熟和开展的综合技术学科。若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；若何在保证稳定性的前提条件下，设计最经济的方案，也是基坑对比重要的问题。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。本设计主要包括了四个大的方面：1、工程概况的论述及支护方案的比选，2、围护构造设计与计算，3、基坑的降排水4、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地下连续墙加四道纲支撑作为支护方案，采用郎肯理论计算水土压力，通过构造荷载法计算墙体内力、弯矩和嵌固深度。5、根据深基坑施工组织标准详细的表达了地下连续墙的施工工艺流程和施工要点。第一章工程概况1.1工程简介枣园站位于枣园西路与枣园北路穿插路口西侧，枣园西路北侧的规划绿化带内，与枣园西路平行布置，周边的现状与规划均以居住为主，车站西北侧为建设中的万国地产万国城，东北侧为大马路村的建设用地，规划为高层商住楼，西南侧为西安骊山汽车厂的三四零二社区，东南侧为丰富园小区和爱菊佳园等住宅小区。枣园西路为西安市城区至咸阳的主干道，道路交通繁忙，车流量较大，规划道路宽度60米，双向八车道，道路北侧规划绿地宽度30m，道路南侧规划绿地宽度20m。1.2工程地质与水文地质条件1.2.1车站工程地质层分布与特征描述根据本次钻探揭露，拟建场地地基土的组成自上而下为：人工填土；第四系上更新统风积新黄土、残积古土壤；上更新统及中更新统冲积粉质粘土及砂类土等。现将各层地基土按层序分述如下：1-1杂填土Q4ml：黄褐～深褐色，局部为杂色。土质不均，上部以建筑垃圾为主，局部含较多灰渣、灰土等。该层顶面普遍分布10～30cm厚的混凝土或沥青面层。1-2素填土Q4ml：黄褐～深褐色。顶局部布有15～20cm的混凝土或沥青路面，土质不均，成分以粘性土为主，局部含少量灰渣及砖瓦碎块等，局部含少量粉细砂。硬塑。局部具轻微～中等湿陷性。属中等偏高压缩性土，局部具高压缩性。3-1新黄土Q3eol：褐黄色。土质均匀，针状孔隙发育，含微量氧化铁、钙质条纹及零星蜗牛壳碎片。可塑〔液性指数平均值IL=0.30〕，个别土样软塑。上部土样具轻微～中等湿陷性，局部具自重湿陷性。属中等压缩性土，个别土样具高压缩性。3-2古土壤Q3el：棕黄～浅棕红。土质较均匀，具块状构造，含多量钙质条纹及钙质结核，底部钙质结核较为富集，局部富积成薄层。可塑〔液性指数平均值IL=0.43〕。属中等压缩性土。3-4粉质粘土Q3al：褐黄～浅灰黄色，局部灰白色。土质不匀，可见少量氧化铁、黑色锰质斑点，底部局部含砂颗粒，该层中部局部含中砂透镜体。可塑〔液性指数平均值IL=0.33-0.51〕。属中等压缩性土。3-6粉细砂Q3al：黄褐色，局部地段呈灰黄色。成份以石英、长石为主，云母片及暗色矿物次之，局部下部夹中砂透镜体或含较多中砂颗粒，含泥量少。级配较差。密实〔标准贯入试验击数平均值N＝36.5-61.0〕。湿度局部稍湿，局部饱和。3-7中砂Q3al：黄褐～灰黄色。成份以石英、长石为主，云母片及暗色矿物次之，局部顶部夹粉细砂透镜体。级配差。密实〔标准贯入试验击数平均值N＝33.3-49.3〕。湿度稍湿或饱和。1.2.2水文地质条件〔1〕地下水位：枣园站浅部主要地层为第四系晚更新统风积、残积层和冲积层。本次勘察期间测得地下水水位埋深为24.70～26.80m，地下水位高程为366.91～369.00m。自西向东地下水位逐渐抬升。地下水位与季节、气候、地下水赋存、补给及排泄有密切的关系。丰水期〔10月～3月〕间，地下水位会有所上升；旱季期间，地下水位会有所下降，水位年变化幅度为约2.00m。受西郊水源地抽取地下水影响，致使近年来该区域地下水位下降较多。〔2〕地下水类型、赋存方式、补给及流向：拟建场地地下水主要为第四系孔隙潜水。主要赋存于冲、洪积砂层中，预测水量较大。本段第四系孔隙水含水层主要有中砂层3-7-3等。冲积粉质粘土为相对隔水层。根据区域地质资料，本区潜水含水层底板约在70～80m。〔3〕地下水水质特征及水、土腐蚀性：场区地下水对混凝土构造无腐蚀性，对钢筋混凝土构造中的钢筋在干湿交替条件下具弱腐蚀性，对钢构造具弱腐蚀性。地基土对混凝土构造均无腐蚀性，对钢筋混凝土构造中的钢筋及钢构造具弱腐蚀性。〔4〕车站抗浮、抗渗设计水位：根据陕西省工程勘察研究院提供的地铁一号线抗浮水位〔2008.7.16〕结果，拟建枣园站抗浮、抗渗设计水位高程分别为391.00m和389.00m1.2.3特殊地质条件〔1〕拟建场地可能分布废弃枯井，枯井中可能充填有块石，施工中还可能遇到未查明的地下构造物等硬物，应及时处理。〔2〕填土：该层土组成物质复杂，颗粒粒度极不均匀，土性差异大，构造松散，开挖易坍塌，引起地面变形。〔3〕湿陷性黄土：根据本次勘察探井〔本次共完成7个探井〕土试样室内土工试验结果，湿陷性黄土分布深度6.50～11.50m，对于车站主体、风亭、风井及通道平直段，可不考虑黄土湿陷性问题。第二章支护方案的选择与对比2.1基坑支护的类型及其特点和适用范围2.1.1深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点:由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点:首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时,为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;其次是厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。2.1.2土钉墙土钉墙是一种边坡稳定式的支护，其作用与被动的具备挡土作用的围护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深10m以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。采用土钉墙的一般要求，①土钉墙可适用于塑，不塑或坚硬的粘性土；②在有地下水的土层中，土钉支护应该在充分降排水的前提下采用；③土钉墙容易引起土体位移，采用土钉墙支护应慎重考虑，墙体变形对周围环境的影响。2.1.3排桩支护基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩支护，开挖深度在6~10m左右时，即可采用排桩围护。排桩可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩等。当基坑开挖深度较大时，可设置多道支撑，以减少内力,采用冲钻孔桩能够穿越条石、旧根基。在护壁桩间做旋喷帷幕到达止水的效果，但由于基坑开挖深度大护壁不可能采用锚拉或内支撑，锚杆无法施工，也无法采用锚拉，南北两侧亦无法对称采用排桩，在设立支护时没有适宜的支护方式。2.1.4槽钢钢板桩这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6~10m,型号由计算确定。其特点为：槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和土中的细小颗粒，在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施；抗弯能力较弱,多用于深度小于4m的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度小,开挖后变形较大。2.1.5钻孔灌注桩钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。其多用于坑深7~10m的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有8~9m的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有: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，从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失,特别时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。2.1.6钢板桩采用钢板桩支护针对本基坑为临时支护的特点，施工方便，工期短，在基坑施工完毕回填土后将槽钢拔出，重新利用，可以将支护费用降到最低。但采用钢板桩支护有一致命的弱点，即不能挡水和土中的细小颗粒，且在地下水位高时还要求降水或隔水，这与本工程地下水位高，地水丰富的地质条件极不相称。另钢板桩支护抗弯能力较弱，开挖挠曲变形较大，一般适用深度不超过4m。很显然本基坑软弱含水的地质条件10m的开挖深度，以及地处城市建筑密集区对挠曲位移的严格要求等均不适宜采用钢板桩支护，一经采用必将造成严重后果。2.1.7SMW工法型钢等(多数为H型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等),将承受荷载与防SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入H渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护构造的围护墙。SMW支护构造的支护特点主要为:施工时基本无噪音,对周围环境影响小;构造强度可靠,但凡适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层;挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H型钢等受拉材料;则大大低于地下连续墙,因而具有较大开展前景。2.1.8地下连续墙通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护构造中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备优点：①施工时振动小，噪音低，非常适合本基坑的开挖支护设计；②墙体刚度大，特别适合本基坑复杂的地质条件，尤其是对松散填土及软塑淤泥质粉质粘土的支挡效果明显，基坑安全性能够得到保证；③防渗性能好，地下连续墙现今工艺已成熟，在墙体结头和施工方法上都得到改良，墙体几乎不透水。④占地少，本工程地处城市建筑密集区，空间狭小，采用地下连续墙可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，能够充分发挥其经济效益，在施工过程中，不会引起地面沉降，因此对周围建筑没有丝毫影响；⑤工效高，工期短，质量可靠，经济效益高。采用地下连续墙是真正的优质高效，符合现代都市的竞争理念，业主容易承受。缺点：①对废泥浆处理，不但会增加工程费用，如泥水别离不完善或处理不当，造成新的环境污染；②槽壁坍塌问题。如地下水位急剧上升，护壁泥浆液面急剧下降，土层中有软弱的砂性砂层，泥浆的性质不当或已变质，施工管理不当等均可能引起壁槽壁坍塌，引起地面沉降，危害邻近工程构造和地下管理的安全。同时也可能使墙体混凝土体积超方，墙面粗躁构造尺寸超出允许界限；采用地下连续墙费用要相对较高，但为保证安全稳定及效率，费用仿高5-10%的预算之内，同时采用连续墙施工，工序简单，变更较少，费用易于控制。2.2方案的对比及确定2.2.1基坑的特点综合分析本工程的地理位置、土质条件、基坑开挖深度及周围环境的影响，有以下的特点：〔1〕基坑开挖面积较大，下方市政管线较多。〔2〕基坑开挖深度范围内的土层的工程性较差。开挖层包含较多层不同性质土层。〔3〕基坑周围存在高层建筑及待建高层，对沉降要求较高，且可能牵扯到文物的保护，环境条件复杂。〔4〕开挖深度超过17.4米，属一级基坑。〔5〕基坑所在地地下水在24米以下，而开挖深度在17.4米，所以无需作降水处理.2.2.2支护方案的选择根据本工程的特点，设计时此基坑有可能采用的几种支护形式从技术上和经济上进展了分析对比。1．采用钻孔灌注桩作为挡土构造、深层水泥搅拌桩为止水帷幕及结合三道钢管内支撑的支护体式。优点：钻孔灌注桩施工容易、造价较低，目前此种技术对比成熟。另深层水泥搅拌桩为止水帷幕时有好的效果防水。钢管内支撑具有拼装方便、施工速度快并可以屡次重复使用等优点，并可施加预应力。此时支护构造有一定的安全性和经济性。缺点：主体构造深度太大，地下水位较高，施工难度较大。2．主体采用地下连续墙及钢支撑优点：施工振动小，噪音低，非常适于城市施工；墙体刚度大，防渗性能好，可以贴近施工；适用于多种地基条件，可以作为刚性根基；占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间；工效高，工期短，质量可靠，经济效益高。本方案充分考虑了基坑上层土层滞水，面积大〔在交通干线旁〕，高度大等特点。主体采用地下连续墙强度高又可以止水，并成为根基的构造局部，与后浇的内衬共同组成永久性构造的侧墙。机械化程度高，能保证工期，是对比安全可靠的施工方法。交通层高度不大，采用人工挖孔桩是安全有效的，并在一定程度上降低了工程造价。缺点：地下连续墙作为挡土构造时造价对比高；在一些特殊地质条件下施工难度大；还须有泥浆处理条件，对废泥浆的处理会造成环境污染。施工中如出现槽壁坍塌问题会引起邻近地面沉降，墙体混凝土超方。由于枣园站周围都是高层住宅或是规划中的高层，所以对整个车站建设过程的要求都对比高。根据西安市环境保护局的规定，邻近市民居住群的建筑施工在晚上22时30分以后必须停顿施工，这样对本站的建设工期提出了严峻的考验，为了应对这一问题，地下连续墙工法是有绝对优势的，它不但在降低噪音要求可以不用考虑对周围居民的影响，而且这种工法在施工工期问题上也有一定的优势，它的整个施工过程机械化程度高，使施工效率大大推高，可以减少按预定工期完成建设的压力。其次，枣园站南面毗邻交通主干道，其余周围都是已建成的住宅小区，周边的现状与规划均以居住为主，车站西北侧为建设中的万国地产万国城，东北侧为大马路村的建设用地，规划为高层商住楼，西南侧为西安骊山汽车厂的三四零二社区，东南侧为丰富园小区和爱菊佳园等住宅小区。施工场地占用空间有限，工作展开对比困难，而连续墙它可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，能够充分发挥其经济效益，在施工过程中，不会引起地面沉降，因此对周围建筑没有丝毫影响的优点，在这一问题的解决上有绝对的优势。再者，地下连续墙作为本基坑的开挖支护方案，它在访渗性能好反面也有相当的作用，根据地质勘查报告，3-7中砂层存在上层滞水，而连续墙作为开挖支护方案对中砂层的滞水有很好的防渗能力，也对建成后的车站有防水防渗方面的保护。地下连续墙工法在诸多方面都满足周围环境的要求，所以通过综合对比选择第二种开挖支护方案，也就是采用地下连续墙工法作为本基坑的开挖支护方案。第三章土压力计算3.1地面荷载确实定枣园站周边的现状与规划均以居住为主,车站西北侧为建设中的万国地产万国城,东北侧为大马路村的建设用地,规划为高层商住楼,西南侧为西安骊山汽车厂的三四零二社区,东南侧为丰富园小区和爱菊佳园等住宅小区。枣园西路为西安市城区至咸阳的主干道,道路交通繁忙,车流量较大。因此取上部荷载为20kpa。由于枣园站开挖深度在17.4m以内，而地下水水位埋深为24.70～26.80m，地下水对基坑的开挖和支护影响不大，应选择水土分算的原则计算。3.2按分层土计算土压力本工程场地平坦，土体上部底面超载20kPa，在影响范围内无建筑物产生的侧向荷载，且不考虑施工荷载及邻近根基工程施工的影响，假定支护墙面垂直光滑，故采用郎肯土压力理论计算。表3.1土体物理学参数〔1〕计算方法：按朗肯理论计算主动与被动土压力强度，其公式如下：(3.1)(3.2)式中、——朗肯主动与被动土压力强度，；——地面均匀荷载，；——第层土的重度，；——第层土的厚度，；、——朗肯主动与被动土压力系数；(3.3)(3.4)式中、——计算点土的抗剪强度指标图3.1开挖土层图示基坑开挖深度17.4m，OA为杂填土层，，，，；AB为素填土层，，，，；BC为新黄土，，，，，为不透水层；CD为古土壤，，，，，为不透水层；DE为粉质粘土层，，，，；EF粉质粘土.，，，，；3.3土层力学参数平均值〔1〕参数加权平均数由于各土层物理力学参数相差不大，故采用加权平均法计算土压力，各加权平均参数计算为：平均容重：迎土区：〔2〕土压力计算土压力系数：主动土压力系数：被动土压力系数：主动土压力：地面均布超载：；墙顶：取坑底：被动土压力：第四章构造内力计算4.1计算理论确实定本工程地质条件较为均匀，但开挖深度较深，为了减少支护桩的弯矩可以设置多层支撑。在进展构造内力计算时，按照分段等值梁法来计算挡土构造的弯矩和支撑力，并计算出桩墙的入土深度。分段等值梁法即对每一段开挖，将该段桩的上部支点和插入段土压力零点之间的桩作为简支梁进展计算，上一次算出的支点假定不变，作为外力计算下一段梁中的支点反力。这种方法考虑了施工时的实际情况。4.2构造内力计算及配筋4.2.1土压力计算〔1〕确定临界深度，由得：〔4.1〕〔2〕各支点及坑底处的土压力：O点：A点：B点：C点：D点：E点：〔3〕土力零点土压力零点距离基坑底的距离，可根据净土压力零点处墙前被动土压力强度与墙后主动土压力强度相等的关系求得。(4.2)(4.3)〔4〕基坑支护简图基坑支护构造简图如图4-1所示，将点近似看作为弯矩0点，看做地下支点无弯矩。图4.1基坑支护构造计算简图先将基坑支护图画成为一连续梁，其荷载为水土压力及地面荷载，如图4.2所示：图4.2连续梁构造计算简图4.2.2用等值梁法计算弯矩等值梁法的基本思想：找到基坑底面下连续墙弯矩为零的某一点，以该点假想为一个铰，以假想较为板桩入土面点。一旦假想较的位置确定，即可将梁划分为两段，上段相当于多跨连续梁，下段为一次超定静梁。(1)分段计算固端弯矩1〕连续梁AO段悬臂局部弯矩，计算简图如4.3所示：图4.3AB段计算简图2〕连续墙AB段弯矩，计算简图如4.4所示：图4.4AB段计算简图3〕连续墙BC段弯矩，计算简图如4.5所示：图4.5BC段计算简图4〕连续墙CD段弯矩，计算简图如4.6所示：图4.6CD段计算简图5〕连续墙DEG段弯矩，计算简图如4.7所示，其中G点为零弯矩点：图4.7DEG段计算简图〔2〕弯矩分配计算固端弯矩不平衡，需用弯矩分配法平衡支点A、B弯矩。分配系数A点：B点：C点：D点〔远端固定时为，远端铰支时为〕：通过力矩分配，得到各支点的弯矩为：图4.8弯矩、剪力图〔3〕支座反力和轴力计算：根据《基坑工程》〔2008，4，1，哈尔滨工业大学出版社〕有：OA段梁：BC段梁：CD段梁：段梁点弯矩为零〕：反力核算：土压力及地面荷载总计：支点反力：〔4〕嵌固深度计算根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99，对于均质粘性土，及地下水位以上的粉土或砂类土，嵌固深度可按下式来计算：式中为嵌固深度系数，当取1.3时，可根据三轴试验，〔当有可靠经历时，可采取直接剪切试验〕确定土层固结不排水〔快〕剪内摩擦角及粘聚力系数查表A.0.2；粘聚力系数可按本规程A.0.3〔确定。根据枣园站个土层物力、力学建议值，取定取，查表A.2.0得可得嵌固深度：4.3地下连续墙的配筋计算4.3.1纵筋配置根据《简明深基坑设计施工手册》及《地下连续墙设计与施工》，用于基坑支护连续墙厚度一般为，故初拟连续墙厚度；以为单元长度进展配筋。同时本基坑支护墙体作为永久性支护构造，所以保护层厚度〔《深基坑工程设计施工手册》表11.3-2〕，采用混凝土〔大于〕，基坑安全等级为一级，主筋采用HRB335〔II级〕，其安全等级系数。背土侧：查表得：，，，，，，有效高度：查表17《混凝土构造》上册：所以：所以选配筋：迎土侧：查表17《混凝土构造》上册，得所以选配筋：图4.9单元槽段配筋4.3.2水平筋配置按构造配筋：水平筋筋最小率要求：当时，间距采用，则应选择的水平配筋。拉结钢筋：当跨度为4到6米时，拉结筋直径不小于6mm。故拉结筋选配筋图见图02.选筋类型级别钢筋实配[计算]面积实配值(mm2/m)基坑内侧纵筋HRB335D25@1503272[2593]基坑外侧纵筋HRB335D25@1503272[2593]水平筋HRB335D12@200565拉结筋HPB235d6@100283第五章基坑稳定性分析在基坑开挖时，由于坑内土体挖出后，使地基的应力场和形变场发生变化，可能导致基坑的失稳。例如基坑整体或局部滑坡，基坑底隆起及管涌等，从而引发工程事故。所以在进展基坑支护设计时，需要验算基坑稳定性，必要时应该采取适当的加强防范措施，使基坑的稳定性具有一定的安全度。保证基坑开挖整个过程安全。基坑的稳定性验算主要是指对支护构造进展抗倾覆，抗滑移，及各种内力计算外，还应进展基坑底隆起，抗渗流稳定性，管涌等各种稳定性验算。基坑稳定性分析的目的在于基坑侧壁支护构造在给定条件设计出合理的嵌固深度或验算已拟定支护构造的设计是否稳定和合理。5.1基坑的整体稳定性验算采用圆弧滑动法验算支护构造和地基的整体稳定抗滑动稳定性，应该注意支护构造一般有内支撑或外土锚拉构造，墙面垂直的特点。不同于边坡稳定验算的圆弧滑动，滑动面的圆心一般在挡土上方，基坑内侧附近。通过试算稳定最不安全的滑动面和最小安全系数。考虑支撑作用时，通常不会发生整体稳定破坏，因此对支护构造，当设置多道支撑时可不做基坑的整体稳定性验算。5.2基坑的抗隆起稳定验算采用同时考虑值的抗隆起法，以求得地下墙的入土深度。〔基坑工程手册P130〕基本假定：将墙底面作为求极限承载力的基准面，滑移线形状见计算简图，参照Prandtl的地基承载力公式。不考虑基坑尺寸的影响。计算分析简图：5.1计算分析简图式中：——墙体入土深度〔m〕；——基坑开挖深度〔m〕；——墙体外侧及坑底土体重度〔kN/〕；——底面超载〔kN/〕；——地基承载力的系数。用Prandtl公式，分别为：用本法验算抗隆起安全系数时，要求，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术标准》YB9258-97(冶金部)。计算过程：用本法验算抗隆起安全系数时，由于图5.1中AB面上的抗剪强度抵抗隆起作用，假定墙体外侧及坑底土体重。解得满足要求。实践证明，本法基本上可适用于各类土质条件。5.3基坑的抗渗流稳定性验算由于本工程勘察期间测得地下水水位埋深为24.70～26.80m，地下水位高程为366.91～369.00m。拟建车站基坑深度在18m以内，故可以不进展抗渗流验算。第六章支撑设计6.1方案对比在深基坑支护构造中，常用的支护系统按材料可以分为钢管支撑，型钢支撑，钢筋混凝土支撑以及钢筋混凝土钢管混合支撑等。其中，钢筋混凝土支撑，构造整体性好，刚度好，变形小，安全可靠，但施工制作时间长于钢支撑，撤除工作繁重，材料回收率低；钢支撑，便于安装和撤除，材料的消耗量小，并且可以施加预紧力，合理控制基坑变形，同时，钢支撑的架设速度快，节约时间，可以很有效的提高施工效率，另外，钢支撑的回收率高，能减少大量浪费。从长远利益及能源角度考虑，现今建筑行业积极推广钢支撑的运用。本基坑在主干道侧，基坑工程对环境及变形沉降都有较高要求，同时考虑经济效益的要求，本工程拟采用钢管支撑〔见图03)。6.2围檩设计〔1〕计算围檩初拟采用H型钢，由于八字撑与支撑及围檩连接的整体性不易做好，故围檩的计算跨度取相邻支撑与八字撑间距的平均值：围檩最大弯矩：围檩最大剪力：初拟选用，图1.1工字钢其相关参数查表：《钢构造》P323表1.1表1.1工字钢参数表单位重量截面面积回转半径截面惯性矩截面模量〔2〕验算钢，查《钢构造》P322附表1.1有：强度设计值：抗弯，压，拉：抗剪：满足6.3支撑设计本基坑按照国内通常做法，采用钢管，同时根据《建筑基坑技术设计标准》YB9258-97对支撑的相关规定，合理布置支撑，如总图1，平面支撑标准跨度为5-6m，竖向距离不超过5m，本站根据实际工程情况，横向跨度最小取值4.5m，最大6m；竖向设4层支撑，竖向深度分别为1m、4m、10.5m、及13.8m，至上而下距离有所减小，已适应侧向土体压力的增大和基坑实际情况。其计算跨度为安全起见，取较长的为准，即取，钢管壁厚，每根支撑的最大轴力为〔支撑的水平距离为4m〕：则：钢管支撑的应力：满足稳定系数〔一般为0.6~0.9之间，此处取0.742〕支撑的最大轴力：第七章基坑变形估算及控制7.1概述深基坑开挖不仅要保证基坑自身的安全与稳定，而且要有效控制基坑周围地层位移，保证周围环境。本基坑周围交通繁忙，且地质条件较差，故需对基坑变形做严格控制，即作好变形估算及变形控制。7.2基坑的变形估算基坑的开挖深度为17.4。7.2.1水平位移估算；；；；7.2.2基坑隆起估算根据实际情况，采用同济大学提出的模拟试验经历公式：《地下连续墙设计施工与应用》——基坑隆起量；H——基坑开挖深度；P——基坑底面超载；——土的粘聚力、内摩擦角、容重；D——连续墙入土深度。7.2.3地表沉降估算——修正系数，对于连续强，属板桩支护，取1.0；H——基坑开挖深度；——底层的沉降量与基坑开挖深度之比%，黄土地区取1.0《地下连续墙设计施工与应用》依据地铁标准和结合枣园站周边环境的实际情况，地表沉降满足要求。第八章施工组织设计8.1施工场地的布置结合枣园站场地和周边环境的实际情况，为保证施工的文明和效率，对施工队伍和机械进入场地前的各项准备工作做出合理的安排：1、场地的生活和办公用房区域与施工区有严格的界限，保证生活和施工互不影响，2、场地内的交通道路作合理的规划，确保施工机械的畅通以及工作人员的安全；3、施工必须建设布局与施工的合理性，保证施工的便捷；4、根据现场施工进展情况，催促、检查总平面布置执行情况和因工序变化而对总平面进展的调整工作，合理解决平面和空间的安排，确保工程顺序、均衡地施工5、由于枣园站占道施工，故场地周边的围挡设施要有明显颜色戒备。具体场地平面布置见附图01。8.2地下连续墙的施工8.2.1导墙施工导墙起到了挡土，测量基准，承重物支撑，存蓄泥浆等其他一系列作用。A、导墙测量放样〔1〕根据设计图纸提供的坐标计算出地下连续墙中心线角点坐标，用全站仪实地放出地下连续墙角点，放样误差≤±5mm，并作好护桩。〔2〕为确保后期基坑构造的净空符合要求，导墙中心轴线应外放a,即构造总体扩大2a。B、导墙形式确实定导墙采用“┓┏〞型现浇钢筋砼，导墙的净距按照设计要求大于地下连续墙的设计宽度50mm。标准导墙的断面图如下：C、导墙沟槽开挖〔1〕导墙分段施工，分段长度根据模板长度和标准要求，一般控制在20～30m，深度宜为1.2～2.0m，并使墙址落在原状土上。〔2〕导墙沟槽开挖采用反铲挖掘机开挖，侧面人工进展修直，坍方或开挖过宽的地方做240砖墙外模。〔3〕为及时排除坑底积水，在坑底中央设置一排水沟，在一定距离设置集水坑，用抽水泵外排。〔4〕在开挖导墙时，假设有废弃管线等障碍物进展去除，并严密封堵废弃管线断口，防止其成为泥浆泄漏通道，导墙要座于原状土上。〔5〕导墙沟槽开挖完毕，将中轴线引入沟槽底部，控制模板施工。D、导墙钢筋施工导墙钢筋按设计图纸施工，搭接接头长度不小于45d，连接区段内接头面积百分率不大于25﹪。单面搭接焊不小于10d，连接区段内接头面积百分率不大于50﹪(导墙构造图见图04)。E、导墙模板施工模板按地连墙中轴线支立，左右偏差不大于5㎜，各道支撑结实，模板外表平整，接缝严密，不得有缝隙、错台现象。F、导墙混凝土浇注导墙混凝土必须符合设计要求，灌注时两侧均匀布料，50㎝振捣一次，以外表泛浆，混凝土面不下沉为准。每次打灰留试件一组。G、导墙的施工允许偏差〔1〕内墙面与地下连续墙纵轴平行度为±10mm〔2〕内外导墙间距为±10mm〔3〕导墙内墙面垂直度为5‰〔4〕导墙内墙面平整度为3mm〔5〕导墙顶面平整度为5mm8.2.2槽段开挖A、挖槽设备1)开挖槽段采用日本进口的MHL-60100AY型、MAL-80120AY型液压抓斗和KH180履带式起重机配套的槽壁挖掘机。2)挖掘地下墙如果遇到土层较硬，单独使用液压抓斗挖掘成槽，效率太低，为此采取先用钻机以液压抓斗开斗宽度为间距钻成疏导孔，再用液压抓斗挖掘机顺疏导孔而下挖除两孔之间土体的方法成槽，以此提高施工效率。B、单元槽段成槽开挖宽度单元槽段成槽前，先根据本幅槽段的分幅宽度b，加上接头箱的宽度c，考虑成槽时左右垂直度的偏差外放d，则先施工幅的开挖宽度为以保证成槽完毕后接头管和钢筋笼能顺利下放到位。C、单元槽段开挖单元槽段成槽时采用“三抓〞开挖，先挖两端最后挖中间，使抓斗两侧受力均匀。在转角处局部槽段因一斗无法完全挖尽时或一斗能挖尽但无法保证抓两侧受力均匀时，根据现场实际情况在抓斗的一侧下放特制钢支架来平衡另一侧的阻力，防止抓斗因受力不匀导致槽壁左右倾斜。标准槽段的开挖顺序如以以下列图5所示:在成槽开场前，在导墙上定位出每一斗抓斗的中心位置，并放上标志物，以确保每次抓斗下放位置一致，防止抓斗左右倾斜。成槽机就位使抓斗平行于导墙，抓斗的中心线与导墙的中心线重合。挖土过程中，抓斗中心每次对准放在导墙上的孔位标志物，保证挖土位置准确。成槽开挖时抓斗闭斗下放，开挖时再张开，每斗进尺深度控制在0.3m左右，上、下抓斗时缓慢进展，防止形成涡流冲刷槽壁，引起坍方，同时在槽孔砼未灌注之前严禁重型机械在槽孔附近行走。在挖槽中通过成槽机上的垂直度检测仪表显示的成槽垂直度情况，及时调整抓斗的垂直度，确保垂直度≤1/300。D、槽段检验1)槽段检验的内容①槽段的平面位置。槽段的深度③槽段的壁面垂直度。④槽段的端面垂直度。2)槽段检验的工具及方法①槽段平面位置偏差检测：用测锤实测槽段两端的位置，两端实测位置线与该槽段分幅线之间的偏差即为槽段平面位置偏差。②槽段深度检测：用测锤实测槽段左中右三个位置的槽底深度，三个位置的平均深度即为该槽段的深度。③槽段壁面垂直度检测：用超声波测壁仪器在槽段内左中右三个位置上分别扫描槽壁壁面，扫描记录中壁面最大凸出量或凹进量〔以导墙面为扫描基准面〕与槽段深度之比即为壁面垂直度，三个位置的平均值即为槽段壁面平均垂直度。槽段垂直度的表示方法为：L/X。其中X为壁面最大凹凸量，L为槽段深度。E、成槽质量评定以实测槽段的各项数据，评定该槽段的成槽质量等级。F、清底换浆G、清底的方法1)沉淀法①清底开场时间由于泥浆有一定的比重和粘度，土渣在泥浆中沉降会受阻滞，沉到槽底需要一段时间，因而采用沉淀法清底只少要在成槽〔扫孔〕完毕２小时之后才开场。②清底方法根据实测槽深值，使用挖槽作业的液压抓斗直接挖除槽底沉渣。2〕置换法①清底开场时间：置换法在抓斗直接挖除槽底沉渣之后进展，进一步去除抓斗未能挖除的细小土渣。②清底方法：使用Dg100空气升液器，由起重机悬吊入槽，空气压缩机输送压缩空气，以泥浆反循环法吸除沉积在槽底部的土碴淤泥。清底开场时，令起重机悬吊空气升液器入槽，吊空气升液器的吸泥管不能一下子放到槽底深度，应先在离槽底1～2m处进展试挖或试吸，防止吸泥管的吸入口陷进土渣里堵塞吸泥管。清底时，吸泥管都要由浅入深，使空气升液器的喇叭口在槽段全长范围内离槽底0.5米处上下左右移动，吸除槽底部土碴淤泥。③换浆的方法换浆是置换法清底作业的延续，当空气升液器在槽底部往复移动不再吸出土碴，实测槽底沉碴厚度小于10厘米时，即可停顿移动空气升液器，开场置换槽底部不符合质量要求的泥浆。清底换浆是否合格，以取样试验为准，当槽内每递增5米深度及槽底处各取样点的泥浆采样试验数据都符合规定指标后，清底换浆才算合格。在清底换浆全过程中，控制好吸浆量和补浆量的平衡，不能让泥浆溢出槽外或让浆面落低到导墙顶面以下30厘米。8.2.3地下墙接头形式在采用接头管连接的地下墙工程施工中，根据建筑基坑支护设计标准，本设计采用直径为850mm，长18m的预制接头管，如图6:图6.锁头管法分段搭接示意图图6.锁头管法分段搭接示意图8.2.4钢筋笼整幅吊装措施端头井钢筋笼长达23.7m，宽6m，重约30t，对于这种超重、超长的钢筋笼，为了安全起见，本工程所有钢笼采用一次吊装完成。由于整钢筋笼是一个刚度极差的庞然大物，起吊时极易变形散架，发生安全事故，为此根据以往成功经历，采取以下技术措施：⑴、钢筋笼上设置纵、横向起吊桁架和吊点，使钢筋笼起吊时有足够的刚度防止钢筋笼产生不可复原的变形。⑵、对于拐角幅钢筋笼除设置纵、横向起吊桁架和吊点之外，另要增设“人字〞桁架和斜拉杆进展加强，以防钢筋笼在空中翻转角度时以生变形。8.2.5泥浆系统〔1〕泥浆池设计为了发挥泥浆的功能，最好在泥浆充分膨润之后再使用。在一般情况下，使用泥浆沉淀池使挖槽过程中混入泥浆里的土渣沉淀，同时该池又作为新鲜泥浆的储浆池使用，但这种方法在泥浆循环速度快的情况下，泥浆会得不到充分的水花膨润时间。考虑到漏浆等事故时会紧急需要大量的泥浆，所以最好设置新鲜泥浆的专用储浆池，见图3。根据膨润土的膨润特性，泥浆应在储浆池内至少储存12h，最好24h。一般泥浆储浆池采用钢制储浆罐，假设在地下挖坑作为储浆池使用，必须防止地面水流入池内。〔2〕泥浆系统工艺流程〔3〕泥浆系统工艺流程泥浆循环采用3LM型泥浆泵输送，4PL型泥浆泵回收，由泥浆泵和软管组成泥浆循环管路。〔4〕泥浆的别离净化在地下墙施工过程中，因为泥浆要与地下水、泥土、沙石、混凝土接触，其中难免会混入细微的泥沙颗粒、水泥成分与有害离子，必然会使泥浆受到污染而变质。因此，泥浆使用一个循环之后，要对泥浆进展别离净化，尽可能提高泥浆的重复使用率。槽内回收泥浆的别离净化过程是：先经过土渣别离筛，把粒径大于10mm的泥土颗粒分出来，防止其堵塞旋流除碴器下泄口，然后依次经过沉淀池、旋流除碴器、双层振动筛多级别离净化，使泥浆的比重与含砂量减小，如经第一循环别离后的泥浆比重仍大于1.15，含砂量仍大于4%，则用旋流除碴器和双层振动筛作第二、第三循规蹈矩环别离，直至泥浆比重小于1.15，含砂量小于4%为止。〔5〕泥浆的再生处理循环泥浆经过别离净化之后，虽然去除了许多混入其间的土渣，但并未恢复其原有的护壁性能，因为泥浆在使用过程中，要与地基土、地下水接触，并在槽壁外表形成泥皮，这就会消耗泥浆中的膨润土、纯碱和CMC等成分,并受混凝土中水泥成分与有害离子的污染而削弱了的护壁性能，因此，循环泥浆经过别离净化之后，还需调整其性能指标，恢复其原有的护壁性能，这就是泥浆的再生处理。①、净化泥浆性能指标测试通过对净化泥浆的失水量、滤皮厚度、PH值和粘度等性能指标的测试，了解净化泥浆中主要成分膨润土、纯碱与CMC等消耗的程度。②、补充泥浆成分补充泥浆成分的方法是向净化泥浆中补充膨润土、纯碱和CMC等成分，使净化泥浆基本上恢复原有的护壁性能。向净化泥浆中补充膨润土、纯碱和CMC等成分，可以采用重新投料搅拌的方法，如大量的净化泥浆都要作再生处理，为了跟上施工进度,可采用先配制浓缩新鲜泥浆，再把浓缩新鲜泥浆掺加到净化泥浆中去用泥浆泵冲拌的做法来调整净化泥浆的性能指标，使其基本上恢复原有的护壁性能。③、再生泥浆使用尽管再生泥浆基本上恢复了原有的护壁性能，但总不如新鲜泥浆的性能优越，因此，再生泥浆不宜单独使用，应同新鲜泥浆掺合在一起使用。〔6〕劣化泥浆处理劣化泥浆是指浇灌墙体混凝土时同混凝土接触受水泥污染而变质劣化的泥浆和经过屡次重复使用，粘度和比重已经超标却又难以别离净化使其降低粘度和比重的超标泥浆。在通常情况下，劣化泥浆先用泥浆箱暂时收存，再用罐车装运外弃。在不能用罐车装运外弃的特殊情况下，则采用泥浆脱水或泥浆固化的方法处理劣化泥浆。〔7〕泥浆施工管理各类泥浆性能指标均应符合国家标准、地方标准和“施组〞的规定，并需经采样试验，到达合格标准的方可投入使用。成槽作业过程中，槽内泥浆液面应保持在不致外溢的最高液位，暂停施工时，浆面不应低于导墙顶面30厘米。8.3工程质量的保证为了加强本工程建设中的质量管理，明确施工单位对工程质量的责任，保证工程按方案优质快速、顺利建成，特制定本质量保证措施。施工单位在本工程建设中将遵照本质量保证措施，开展工程质量管理活动，承当质量责任在本工程施工中抓好每道施工工序的质量，以工作质量来保证工程质量，用科学的管理、严格的制度来创造优质工程，把因人的因素对工程所造成的隐患降低到最低。8.4文明施工措施文明施工是进展“两个文明〞建设的重要内容，是提高工程经济效益和社会效益的重要保证。为了认真贯彻市政府“集中、快速、文明施工〞的方针，树立“文明施工为人民〞的便民利民思想，确实保证工程建设的按期完成，特制定本文明施工措施。我们将根据西安市文明施工管理的规定，采取有效措施将施工区域和非施工区域明显地分割开来，并在工地四周设置连续、密闭的围墙。在施工过程中，把文明施工列为主要内容之一，以“方便人民生活，有利生产开展，维护市容整洁和环境卫生〞为宗旨。做到施工现场人行道畅通；施工工地沿线单位和居民出入口畅；施工中无管线事故；施工现场排水畅通无积水；施工工地道路平整无坑塘；施工区域与非施工区域必须严格分隔，施工现场必须挂牌施工，管理人员必须佩卡上岗，工地现场施工材料必须堆放整齐，工地生活设施必须文明，开展以创立文明工地为主要内容的思想政治工作等，具体措施如下：①、施工区域或不安全区域有醒目的安全警示标志，并定期组织专人检查。②、工地主要出入口设置交通指令标志和示警灯，保证车辆和行人的安全；③、施工现场设置以明沟、集水池为主的临时排水系统，施工污水经明沟引流、集水池沉淀滤清后，间接排入下水道；同时落实“防台〞、“防汛〞和“雨季防涝〞措施，配备“三防〞器材和值班人员，做好“三防〞工作。④、工程材料、制品构件分门别类、有条理地堆放整齐；机具设备定机定人保养，保持运行整洁，机容正常。⑤、施工过程中对可能发生意外情况的地下管线，事先制订应急措施，配备好抢修器材，以便在管线出现险兆时及时抢修，做到防患于未然8.5环境保护措施我